JPH0624846A - 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents

炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法

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JPH0624846A
JPH0624846A JP4181244A JP18124492A JPH0624846A JP H0624846 A JPH0624846 A JP H0624846A JP 4181244 A JP4181244 A JP 4181244A JP 18124492 A JP18124492 A JP 18124492A JP H0624846 A JPH0624846 A JP H0624846A
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JP
Japan
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carbon fiber
carbonaceous powder
composite material
powder
carbon
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JP4181244A
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English (en)
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Takatoshi Takemoto
隆俊 竹本
Yosuke Takemura
洋輔 竹村
Masatake Sakagami
正剛 阪上
Tomoyuki Wakamatsu
智之 若松
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、短い製造期間でかつ緻密な組織を
持った炭素繊維強化炭素複合材料を容易に製造し得る炭
素繊維強化炭素複合材料の製造方法を提供することを目
的とする。 【構成】 本発明は上記目的を達成するため、焼結可能
な炭素質の粉末表面を改質して水溶液中で帯電させ、そ
の帯電させた炭素質の粉末を炭素繊維基材上に析出させ
て炭素繊維−炭素粉末混合体を形成した後加熱焼成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、炭素繊維強化炭素複合
材料の製造方法に関し、特に、電着法を用いる炭素繊維
強化炭素複合材料の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、炭素繊維強化炭素複合材料の製造
方法として、CVD法や含浸法などが採用されている。
これらは、たとえば、森田健一著「炭素繊維産業」近代
編集社などに開示されている。
【0003】上記の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。また、含浸法は、繊維基材にマ
トリックスを含浸させ、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。さらに、含浸法は、焼成に際し、マ
トリックス成分の揮発成分が抜けることにより微細な空
孔が生じ、材料強度が低下するという欠点もある。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
するため高価なものになるという欠点があった。
【0004】そこで、上記した含浸法を改良した方法と
して、電着法が提案されている。これらは、たとえば、
特公昭63−5349号公報や特開昭60−54983
号公報などに開示されている。これらに開示された電着
法は、電気泳動により、マトリックス原料を脱落しない
ように繊維基材上に沈積させる方法である。すなわち、
炭素質の微粉末に液体中でイオン化し得る樹脂からなる
担体を吸着させた後、液体中に分散させる。その後、こ
の液体中に浸漬させた炭素繊維基材と対向電極との間に
直流電圧を印加して炭素質粉末および担体を炭素繊維基
材上に析出させて被覆物を得ることができる。この炭素
繊維基材と被覆物とを乾燥させた後、加圧成形、熱処理
および炭化焼成することによって炭素繊維強化炭素複合
材料が製造される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来の電着法
では、繊維基材にマトリックス原料を均一かつ定量的に
付着させることができる。しかしながら、担体として用
いる樹脂をイオン化するには、以下のような問題点があ
る。すなわち、本来、樹脂はイオン化しにくくイオン化
可能な樹脂を得るにはまずイオン化可能なように組成を
合成する必要がある。そしてその合成した組成で重合を
繰り返す必要がある。このように樹脂をイオン化させる
には分子設計の段階で長期の製造工程を要するという問
題点があった。
【0006】また、従来の電着法では、炭素質の粉末に
比べて炭化収率の低い樹脂を担体として用いているの
で、焼成後の炭素繊維強化炭素複合材料の気孔率を増加
させる結果となり、緻密な組織を持った炭素繊維強化複
合材料を得ることは困難であった。
【0007】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、短い製造期間でかつ緻密な組織
を持った炭素繊維強化炭素複合材料を容易に製造するこ
とが可能な炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1〜3における炭
素繊維強化炭素複合材料の製造方法は、焼結可能な炭素
質の粉末表面を改質して水溶液中で帯電させる工程と、
その炭素質の粉末を炭素繊維基材上に析出させて炭素繊
維−炭素粉末混合体を形成する工程と、炭素繊維−炭素
粉末混合体を加熱し焼成する工程とを備えている。
【0009】また、炭素質の粉末表面を改質して水溶液
中で帯電させる工程は、水溶液中で炭素質の粉末表面
を、イオン化した界面活性剤によって覆うようにする工
程を含む。
【0010】さらに、上記した炭素質の粉末のみをマト
リックス原料として用いるように構成する。
【0011】
【作用】請求項1〜3に係る炭素繊維強化炭素複合材料
の製造方法では、炭素質の粉末表面を改質して水溶液中
で帯電させる。具体的には、炭素質の粉末表面が界面活
性剤によって覆われることによって炭素質の粉末が帯電
されるので、従来の電着法における樹脂自身をイオン化
するときのように分子設計のための複雑および長期の工
程が不要となり、製造期間を短縮することができる。ま
た、炭素繊維強化炭素複合材料のマトリックス原料とし
て焼成後の炭化収率が樹脂に比べて高い炭素質の粉末の
みが用いられるので、炭化焼成後の炭素繊維強化炭素複
合材料は気孔率が低く緻密な組織を有する。
【0012】
【実施例】本発明の炭素質の粉末表面を改質して水溶液
中で帯電させる方法として、その一例を以下に説明す
る。すなわち、炭素質の粉末表面に界面活性剤を吹付け
た後、これを水溶液中に投与する。界面活性剤は、長鎖
アルキル基を含み、その代表的なものとして、ラウリル
硫酸ナトリウム、リノール酸ナトリウム、およびフミン
酸ナトリウムなどが挙げられる。水溶液中に投与された
炭素質粉末の表面には、界面活性剤の疎水基の部分が引
寄せられ、イオン化した親水基の部分がその周囲を覆
う。この結果、炭素質粉末の表面は改質され帯電される
ことになる。このように、炭素質粉末は表面に界面活性
剤を吹付けた後これを水溶液中に投与することにより容
易に帯電される。また、界面活性剤は入手が容易という
利点もある。
【0013】なお、界面活性剤は、非イオン系、陰イオ
ン系、陽イオン系および両性イオン系からなるグループ
から選択された1種以上からなっていてもよい。
【0014】また、炭素繊維基材は、短繊維を束ねた紐
状のもの、織布、ペーパーおよび不織布からなる群から
選ばれた1種以上からなっていてもよい。
【0015】さらに、炭素質の粉末は、フェノール樹脂
粉末、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、
コプナ樹脂粉末およびB4 C粉末からなる群から選択さ
れた1種以上からなる。
【0016】本願発明者などは、上記した本願発明の効
果を確認するため以下のような比較実験(実施例1、実
施例2、実施例3、実施例4、比較例1および比較例
2)を行なった。
【0017】(実施例1) (1) 自己焼結性炭素粉末の表面に界面活性剤を吹付
けた後、水溶液中にて帯電させて均一に分散するまで撹
拌した。次に、この水溶液にPAN系炭素繊維織布を含
む1対の電極を浸漬した。電着法を用いて、PAN系炭
素繊維織布に被覆物を付着させ電着体を得た。この電着
体の炭素繊維と付着物との比較重量比は2:3であっ
た。
【0018】(2) この電着体を200℃で加圧成形
した。このときの最大面圧は、80kg/cm2 であっ
た。
【0019】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0020】(4) 加圧焼成炉で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80
kg/cm2 であった。
【0021】(実施例2) (1) フェノール樹脂粉末および自己焼結性炭素粉末
の表面に界面活性剤を吹付けた後、水溶液中にて帯電さ
せて均一に分散するまで撹拌した。次に、この水溶液に
PAN系炭素繊維織布を含む1対の電極を浸漬した。電
着法を用いて、PAN系炭素繊維織布に被覆物を付着さ
せて電着体を得た。この電着体の炭素繊維と付着物との
比較重量比は、1:2であった。
【0022】(2) この電着体を200℃で加圧成形
した。このときの最大面圧は80kg/cm2 であっ
た。
【0023】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0024】(4) 加圧焼成炉で2500℃まで昇温
し、炭素繊維強化炭素複合材料を得た。このときの最大
面圧は80kg/cm2 であった。
【0025】(実施例3) (1) 自己焼結性炭素粉末およびB4 C粉末の表面に
界面活性剤を吹付けた後、水溶液中にて帯電させて均一
に分散するまで撹拌した。次に、この水溶液にPAN系
炭素繊維織布を含む1対の電極を浸漬した。電着法を用
いて、PAN系炭素繊維織布に被覆物を付着させて電着
体を得た。この電着体の炭素繊維と付着物との比較重量
比は、2:3であった。
【0026】(2) この電着体を200℃で加圧成形
した。このときの最大面圧は、80kg/cm2 であっ
た。
【0027】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0028】(4) 加圧焼成炉で2500℃まで昇温
し、炭素繊維強化炭素複合材料を得た。このときの最大
面圧は80kg/cm2 であった。
【0029】(実施例4) (1) 自己焼結性炭素粉末およびピッチの表面に界面
活性剤を吹付けた後、水溶液中にて帯電させて均一に分
散するまで撹拌した。次に、この水溶液にPAN系炭素
繊維織布を含む1対の電極を浸漬した。電着法を用い
て、PAN系炭素繊維織布に被覆物を付着させて電着体
を得た。この電着体の炭素繊維と付着物との比較重量比
は、2:3であった。
【0030】(2) この電着体を200℃で加圧成形
した。このときの最大面圧は、80kg/cm2 であっ
た。
【0031】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0032】(4) 加圧焼成炉で2500℃まで昇温
し、炭素繊維強化炭素複合材料を得た。このときの最大
面圧は80kg/cm2 であった。
【0033】(比較例1) (1) エマルジョンタイプのフェノール樹脂およびポ
リアクリロニトリル樹脂に自己焼結性炭素粉末を吸着さ
せて均一に分散するまで撹拌した。次に、この水溶液に
PAN系炭素繊維織布を含む1対の電極を浸漬した。電
着法を用いて、PAN系炭素繊維織布に被覆物を付着さ
せて電着体を得た。この電着体の炭素繊維と付着物との
比較重量比は、2:3であった。
【0034】(2) これを200℃で加圧成形した。
このときの最大面圧は、80kg/cm2 であった。
【0035】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0036】(4) 加圧焼成炉で2500℃まで昇温
し、炭素繊維強化炭素複合材料を得た。このときの最大
面圧は80kg/cm2 であった。
【0037】(比較例2) (1) エマルジョンタイプのメラミン樹脂にカーボン
ブラック粉末を吸着させて均一に分散するまで撹拌し
た。次に、この水溶液にPAN系炭素繊維織布を含む1
対の電極を浸漬した。電着法を用いて、PAN系炭素繊
維織布に被覆物を付着させて電着体を得た。この電着体
の炭素繊維と付着物との比較重量比は、2:3であっ
た。
【0038】(2) これを200℃で加圧成形した。
このときの最大面圧は、80kg/cm2 であった。
【0039】(3) 電着体の厚みが膨れないようにク
ランプしながら、300℃で熱処理した。
【0040】(4) 加圧焼成炉で2500℃まで昇温
し、炭素繊維強化炭素複合材料を得た。このときの最大
面圧は80kg/cm2 であった。
【0041】上記した実施例1、実施例2、実施例3、
実施例4、比較例1および比較例2において、炭素質の
粉末を水溶液中に均一に分散させるための撹拌期間と、
得られた炭素繊維強化炭素複合材料の気孔率とについて
比較した結果を以下の表1に示す。
【0042】
【表1】
【0043】上記表1を参照して、本発明の実施例1、
実施例2、実施例3および実施例4では、炭素質の粉末
を均一に分散させるために撹拌期間が数時間と短くなっ
ていることがわかる。また、気孔率についても、実施例
1〜4では、比較例に対して気孔率が小さく緻密な組織
の炭素繊維強化炭素複合材料が得られた。このようなこ
とから、実施例1〜4では、比較例1および2に対し
て、製造期間が短く、しかも気孔率の小さい炭素繊維強
化炭素複合材料が得られることが明らかとなった。
【0044】
【発明の効果】請求項1〜3に記載の発明によれば、炭
素質の粉末表面を改質して水溶液中で帯電させる。具体
的には、水溶液中で炭素質の粉末表面をイオン化した界
面活性剤によって覆うことによって炭素質の粉末の表面
が帯電されるので、従来の電着法における樹脂自身をイ
オン化するときのように分子設計のための複雑および長
期の工程が不要となり、この結果製造期間を短縮するこ
とができる。また、焼成後の炭化収率が樹脂に比べて高
い炭素質の粉末のみをマトリックス原料として用いるこ
とにより、炭化焼成後の炭素繊維強化炭素複合材料は、
気孔率が低くしかも緻密な組織を得ることができる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 若松 智之 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 (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 焼結可能な炭素質の粉末表面を改質して
    水溶液中で帯電させる工程と、 前記炭素質の粉末を炭素繊維基材上に析出させて、炭素
    繊維−炭素粉末混合体を形成する工程と、 前記炭素繊維−炭素粉末混合体を加熱し、焼成する工程
    とを備えた、炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記炭素質の粉末表面を改質して水溶液
    中で帯電させる工程は、水溶液中で前記炭素質の粉末表
    面を、イオン化した界面活性剤によって覆う工程を含
    む、請求項1に記載の炭素繊維強化炭素複合材料の製造
    方法。
  3. 【請求項3】 前記炭素質の粉末のみをマトリックス原
    料として用いる、請求項1に記載の炭素繊維強化炭素複
    合材料の製造方法。
JP4181244A 1992-07-08 1992-07-08 炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 Withdrawn JPH0624846A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6507920B1 (en) 1999-07-15 2003-01-14 Teradyne, Inc. Extending synchronous busses by arbitrary lengths using native bus protocol
JP2013121915A (ja) * 2013-01-25 2013-06-20 Shin-Etsu Chemical Co Ltd 一酸化珪素の製造装置及び製造方法

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Effective date: 19991005