JPH0570227A - 繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材料の製造方法

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JPH0570227A
JPH0570227A JP3261031A JP26103191A JPH0570227A JP H0570227 A JPH0570227 A JP H0570227A JP 3261031 A JP3261031 A JP 3261031A JP 26103191 A JP26103191 A JP 26103191A JP H0570227 A JPH0570227 A JP H0570227A
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JP
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resin
fiber
reinforced composite
composite material
carbon
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JP3261031A
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English (en)
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Masatake Sakagami
正剛 阪上
Yosuke Takemura
洋輔 竹村
Tomoyuki Wakamatsu
智之 若松
Takatoshi Takemoto
隆俊 竹本
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 基材繊維にマトリックス原料を均一に含浸さ
せるとともに、樹脂などの潤滑用原料の使用量を抑え、
強度、密度に優れた繊維強化複合材料を製造する。 【構成】 繊維基材及びマトリックス原料の複合体を成
形及び/又は焼成工程で、加圧してなる繊維強化複合材
料の製造方法において、粒径が1〜100μmのマトリ
ックス原料を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高強度繊維強化複合材
料の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】繊維強化複合材料の製造方法には、気相
化学蒸着法(CVD法)、樹脂含浸法等があり、例え
ば、繊維強化炭素複合材料において、その製造方法は従
来より含浸法、加圧含浸炭化法、CVD法などが用いら
れている(森田健一著「炭素繊維産業」近代編集社)。
又、繊維強化セラミックス複合材料においても、多くは
CVD法で製造されている。
【0003】前記のCVD法は高温に熱した繊維基材に
減圧下でマトリックス原料を沈積させる方法であるが、
沈積させるのに長時間を要し、非常に高価なものになる
という欠点がある。一方、含浸法は繊維基材にマトリッ
クス原料を含浸させ、焼成する方法であるが、マトリッ
クス原料の含浸量が安定せず、均一な複合材料を得るこ
とが困難である。また、焼成に際し、マトリックス原料
の揮発成分が抜けることにより微細な空孔を生じ、材料
強度が低下する。このため、含浸、焼成を繰り返す必要
があり、長期の工程を要し、やはり高価なものとなる。
【0004】さらに、前記含浸法を改善したもので、繊
維基材にマトリックス原料を均一かつ定量的に付着させ
る手法としては、電着法があげられる(特公昭63−5
349号公報、特開昭60−54983号公報参照)。
これは、電気泳動により、マトリックス原料を脱落など
しないように繊維基材上に沈積させる方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記の含浸法や電着法
のように、繊維基材及びマトリックス原料の複合体を成
形、焼成して繊維強化複合材料を得る方法において、通
常繊維強化複合材料は、繊維基材及びマトリックス原料
の混合体を成形及び/又は焼成工程で、加圧することに
よって、マトリックス原料が繊維基材と繊維基材の間に
流れ込み、又気孔内部へと移動して、より良好な組織に
仕上げられる。ところが、マトリックス原料の粒径によ
っては次のような問題が発生する。
【0006】成形及び/又は焼成工程で、加圧すること
によってマトリックス原料を繊維基材と繊維基材の間に
流れ込ませるには、原料粉末の比表面積に比例した潤滑
原料(樹脂、あるいはピッチのように高温時液相が現れ
るもの)が必要となる。従って、比表面積が大きいも
の、即ちマトリックス原料の粒径が小さなものでは多量
の樹脂などが存在しないと良好な複合材料が得られず、
製品歩留りが悪くなる。又、原料粒径が大きい場合、繊
維がフィルターの役目をして、マトリックス原料が繊維
基材と繊維基材の間にうまく入り込まず、十分な強度を
有する繊維強化複合材料を得ることがでない。本発明は
上記の事情に鑑みてなされたものであって、樹脂などの
潤滑原料の使用量を少なく抑え、かつ均一な組織の繊維
強化複合材料を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明複合材料の製造方
法は、上記の目的を達成するために、繊維基材及びマト
リックス原料の複合体を、成形及び/又は焼成工程で、
加圧してなる繊維強化複合材料の製造方法において、前
記マトリックス原料の粒径が1〜100μmであること
を特徴とするものである。
【0008】ここで、前記マトリックス原料は、セラミ
ックス粉末(SiC、TiC、Si34 、B4 C、A
23 、C、B23 、SiO2 、TiN、BN、T
iO2 、AlN)、焼成中にセラミックス化しうる金属
(B、Si、Ti)、焼成中にセラミックス化しうる樹
脂(ポリカルボシラン樹脂、ポリシラザン樹脂、ポリシ
ラン樹脂、ポリシロキサン樹脂、ポリシラスチレン樹
脂、ポリチタノカルボシラン樹脂、ボロシロキサン樹
脂、ビニルクロロシラン樹脂)、炭素粉末、グラッシー
カーボン粉末、黒鉛粉末、カーボンブラック粉末、自己
焼結性炭素粉末、ピッチ、焼成中に炭素になりうる樹脂
(ポリエチレン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリ
プロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビ
スマレイミド樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポ
キシ樹脂、メラミン樹脂)から選択された少なくとも1
種類を用いることが好ましい。
【0009】又、前記繊維基材は、炭素繊維、SiC繊
維、ボロン繊維、チラノ繊維、カーボンウィスカー、S
iCウィスカー、Si34 ウィスカーから選択された
ものを用いることが好ましい。
【0010】さらに、繊維基材は、長繊維、短繊維、織
布、不織布、ペーパー、フェルト、マット等を用いるこ
とができる。
【0011】
【実施例】以下実施例に基づいてついて本発明を説明す
る。各実施例及び比較例の原料成分及び製造方法を以下
に示す。
【0012】(実施例1) (1)フラン樹脂、天然黒鉛粉末(5〜30μm)、炭
素繊維(長さ50〜1000mm)を繊維を傷つけない
ように混合して複合体を得た。フラン樹脂、天然黒鉛粉
末、炭素繊維の重量比は3:1:1であった。 (2)この複合体を最大面圧80Kg/cm2 で熱成形
した。 (3)板厚が膨れないようにクランプしながら、200
℃で硬化した。 (4)加圧焼結炉で3000℃まで昇温し、炭素繊維強
化炭素複合材料を得た。最大面圧は80Kg/cm2
あった。
【0013】(実施例2) (1)自己焼結性炭素粉末(2〜10μm)をアクリル
アマイド系樹脂とよく混練し、溶媒中に分散した。自己
焼結性炭素粉末とアクリルアマイド系樹脂の重量比は
1:1であった。 (2)炭素繊維を上記溶液中に連続的に供給し、対向電
極との間に100Vの電圧をかけて、繊維基材とマトリ
ックス原料の複合体を得た。炭素繊維と付着物との重量
比は2:3であった。 (3)この複合体を13mmの長さに切断して、130
℃で熱成形した。最大面圧は80Kg/cm2 であっ
た。 (4)加圧焼結炉で2500℃まで昇温し、炭素繊維強
化炭素複合材料を得た。最大面圧は120Kg/cm2
であった。
【0014】(実施例3) (1)フェノール樹脂、自己焼結性炭素粉末(10〜2
5μm)、炭素繊維(長さ50〜1000mm)を繊維
を傷つけないように混合して複合体を得た。フェノール
樹脂、自己焼結性炭素粉末、炭素繊維の重量比は2:
1:1であった。 (2)この複合体を130℃で熱成形した。最大面圧は
80Kg/cm2 であった。 (3)板厚が膨れないようにクランプしながら、200
℃で硬化した。 (4)加圧焼結炉で2500℃まで昇温し、炭素繊維強
化炭素複合材料を得た。最大面圧は80Kg/cm2
あった。
【0015】(実施例4) (1)SiC繊維に導電性を付与するためにTiを繊維
表面にコーティングした。SiCとTiの重量比は1
0:1であった。 (2)この繊維を電着液に浸漬し、電圧を印加すること
によってプリプレグを製作した。尚、電着液は極性基を
付加された樹脂、TiC粉末(6〜13μm)及び水か
ら構成され、各重量比は3:1:4である。 (3)このプリプレグを積層して230℃、300Kg
/cm2 で成形した。 (4)その後ホットプレスを用いてこの成形体を200
0℃、500Kg/cm2 で焼結し、SiC繊維強化T
iC複合材料が得られた。
【0016】(比較例1) (1)フェノール樹脂、人造黒鉛粉末(105〜120
μm)、炭素繊維(長さ12〜50mm)を繊維を傷つ
けないように混合して複合体を得た。フェノール樹脂、
人造黒鉛粉末、炭素繊維の重量比は3:1:1であっ
た。 (2)この複合体を130℃で熱成形した。最大面圧は
80Kg/cm2 であった。 (3)板厚が膨れないようにクランプしながら、200
℃で硬化した。 (4)加圧焼結炉で3000℃まで昇温し、炭素繊維強
化炭素複合材料を得た。最大面圧は80Kg/cm2
あった。
【0017】(比較例2) (1)炭素繊維を電着液に浸漬し、電圧を印加すること
によってプリプレグを製作した。尚、電着液は極性基を
付加された樹脂、SiC粉末(0.2〜0.8μm)及
び水から構成され、各重量比は2:1:3である。 (2)このプリプレグを積層して200℃、150Kg
/cm2 で成形した。 (3)その後ホットプレスを用いてこの成形体を200
0℃、200Kg/cm2 で焼結し、炭素繊維強化Si
C複合材料が得られた。
【0018】上記の実施例及び比較例について、その3
点曲げ強度と偏光顕微鏡による観察で組織を比較してみ
た。その結果を表1に示す。
【0019】
【表1】
【0020】同表に示すように、比較例は強度、組織共
に十分なものが得られなかったのに対し、本発明実施例
は全て強度、組織共に優れたものが得られ、本発明方法
の有効性が確認された。尚、樹脂などの潤滑原料は、従
来のものに比べ、約20%程度節約できた。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明方法によれ
ばマトリックス原料の粒径を1〜100μmとすること
で、繊維基材と繊維基材の間にマトリックス原料が入り
込み易く、樹脂などの潤滑原料を節約できると共に、強
度に優れ、密度の均一な繊維強化複合材料を得ることが
できる。尚、本発明方法は、実施例に示したように、電
着法においても同様に適用できる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C04B 35/58 101 G 8821−4G 102 M 8821−4G 103 M 8821−4G 104 P 8821−4G 35/80 B 7305−4G C 7305−4G (72)発明者 竹本 隆俊 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目1番1号 住友 電気工業株式会社伊丹製作所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維基材及びマトリックス原料の複合体
    を、成形及び/又は焼成工程で、加圧してなる繊維強化
    複合材料の製造方法において、前記マトリックス原料の
    粒径が1〜100μmであることを特徴とする繊維強化
    複合材料の製造方法。
  2. 【請求項2】 マトリックス原料がセラミックス粉末
    (SiC、TiC、Si34 、B4 C、Al23
    C、B23 、SiO2 、TiN、BN、TiO2 、A
    lN)、焼成中にセラミックス化しうる金属(B、S
    i、Ti)、焼成中にセラミックス化しうる樹脂(ポリ
    カルボシラン樹脂、ポリシラザン樹脂、ポリシラン樹
    脂、ポリシロキサン樹脂、ポリシラスチレン樹脂、ポリ
    チタノカルボシラン樹脂、ボロシロキサン樹脂、ビニル
    クロロシラン樹脂)、炭素粉末、グラッシーカーボン粉
    末、黒鉛粉末、カーボンブラック粉末、自己焼結性炭素
    粉末、ピッチ、焼成中に炭素になりうる樹脂(ポリエチ
    レン樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリプロピレン
    樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ビスマレイミ
    ド樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、エポキシ樹脂、
    メラミン樹脂)から選択された少なくとも1種類からな
    ることを特徴とする請求項1記載の繊維強化複合材料の
    製造方法。
  3. 【請求項3】 繊維基材が、炭素繊維、SiC繊維、ボ
    ロン繊維、チラノ繊維、カーボンウィスカー、SiCウ
    ィスカー、Si34 ウィスカーから選択されたものか
    らなることを特徴とする請求項1記載の繊維強化複合材
    料の製造方法。
  4. 【請求項4】 繊維基材が長繊維、短繊維、織布、不織
    布、ペーパー、フェルト、マットからなることを特徴と
    する請求項1記載の繊維強化複合材料の製造方法。
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