JPH06313268A - 炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法 - Google Patents
炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法Info
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- JPH06313268A JPH06313268A JP12538893A JP12538893A JPH06313268A JP H06313268 A JPH06313268 A JP H06313268A JP 12538893 A JP12538893 A JP 12538893A JP 12538893 A JP12538893 A JP 12538893A JP H06313268 A JPH06313268 A JP H06313268A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 密着性の良い炭化ケイ素によって被覆された
炭素繊維が得られ、炭化ケイ素皮膜の膜厚のコントロー
ルが容易で、その薄膜化も可能であり、製造工程も簡単
で、原料の利用効率も高い炭素繊維の製造方法を提供す
る。 【構成】 Ｓｉ−Ｈ基を有するポリシラン類を原料と
し、そのポリシラン類を炭素繊維の実質的全表面に被着
させた後、不活性雰囲気下で熱処理する。
炭素繊維が得られ、炭化ケイ素皮膜の膜厚のコントロー
ルが容易で、その薄膜化も可能であり、製造工程も簡単
で、原料の利用効率も高い炭素繊維の製造方法を提供す
る。 【構成】 Ｓｉ−Ｈ基を有するポリシラン類を原料と
し、そのポリシラン類を炭素繊維の実質的全表面に被着
させた後、不活性雰囲気下で熱処理する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、全表面が炭化ケイ素
（ＳｉＣ）によって被覆され、耐酸化性を備えるととも
に各種の表面処理が可能である改質された炭素繊維を製
造する方法に関する。
（ＳｉＣ）によって被覆され、耐酸化性を備えるととも
に各種の表面処理が可能である改質された炭素繊維を製
造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】炭素繊維は、高強度で、かつ、高温にお
いても強度の低下がない、といった優れた性質を有して
いるが、大気下（酸化雰囲気下）において高温で使用す
ると、酸化されて以後使用に耐え得なくなる、といった
欠点を有している。そこで、高温での耐酸化性を改善す
るために、炭素繊維の表面を炭化ケイ素で被覆して炭素
繊維の表面に耐酸化保護膜を被着形成することが行なわ
れている。
いても強度の低下がない、といった優れた性質を有して
いるが、大気下（酸化雰囲気下）において高温で使用す
ると、酸化されて以後使用に耐え得なくなる、といった
欠点を有している。そこで、高温での耐酸化性を改善す
るために、炭素繊維の表面を炭化ケイ素で被覆して炭素
繊維の表面に耐酸化保護膜を被着形成することが行なわ
れている。
【０００３】炭素繊維の表面に炭化ケイ素を被着させる
方法としては、炭素繊維を通電加熱して、その表面に炭
化ケイ素を化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で析出させるよ
うにする方法が行なわれている。また、例えば特公昭６
２−６２１８８号公報等には、炭素繊維上で有機ケイ素
化合物を気相熱分解させて、炭素繊維表面に炭化ケイ素
の皮膜を形成させるようにする方法が開示されている。
方法としては、炭素繊維を通電加熱して、その表面に炭
化ケイ素を化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）で析出させるよ
うにする方法が行なわれている。また、例えば特公昭６
２−６２１８８号公報等には、炭素繊維上で有機ケイ素
化合物を気相熱分解させて、炭素繊維表面に炭化ケイ素
の皮膜を形成させるようにする方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の方法では、炭素繊維の表面に被着させる炭化ケ
イ素皮膜の膜厚のコントロールが難しいといった問題点
がある。また、炭化ケイ素は、炭素繊維の表面に積層し
た状態で被着するので、両者の密着が不十分になるとい
った問題点がある。さらに、炭化ケイ素の原料が気体で
供給されるので、原料中炭化ケイ素として炭素繊維の表
面上に固定することができる割合が小さく、原料の利用
効率が低いといった問題点がある。また、炭素繊維を通
電加熱して炭化ケイ素をＣＶＤ法で炭素繊維表面に析出
させる方法では、炭素繊維の繊維径が１０μｍ程度以下
であると、通電時の熱によって炭素繊維の切断が生じる
などの理由で、そのような炭素繊維の表面に炭化ケイ素
皮膜を被着させることはできないといった問題点があ
る。
た従来の方法では、炭素繊維の表面に被着させる炭化ケ
イ素皮膜の膜厚のコントロールが難しいといった問題点
がある。また、炭化ケイ素は、炭素繊維の表面に積層し
た状態で被着するので、両者の密着が不十分になるとい
った問題点がある。さらに、炭化ケイ素の原料が気体で
供給されるので、原料中炭化ケイ素として炭素繊維の表
面上に固定することができる割合が小さく、原料の利用
効率が低いといった問題点がある。また、炭素繊維を通
電加熱して炭化ケイ素をＣＶＤ法で炭素繊維表面に析出
させる方法では、炭素繊維の繊維径が１０μｍ程度以下
であると、通電時の熱によって炭素繊維の切断が生じる
などの理由で、そのような炭素繊維の表面に炭化ケイ素
皮膜を被着させることはできないといった問題点があ
る。
【０００５】そこで、まず、炭素繊維の表面にポリシラ
ン類を所望の厚みに被着させ、その後にそれを焼成する
ことによりポリシラン類から炭化ケイ素を生成させ、炭
素繊維表面に炭化ケイ素の皮膜を形成させる方法が考え
られる。ところが、一般に使用されているポリシラン
は、３００〜４００℃の温度での不融化時に蒸発及び分
解が生じるため、炭素繊維の表面に被着させたポリシラ
ンが上記した焼成過程で消失してしまう。そこで、焼成
工程に先立ってポリシラン皮膜の表面を酸化処理し、そ
の皮膜表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の保護膜を形成
させることにより、その保護膜で被覆されたポリシラン
皮膜の消失を防ぐようにする。このように焼成工程の前
に酸化工程が必要となるため、製造工程が複雑になると
いった問題点がある。また、二酸化ケイ素の保護膜を形
成するため、炭素繊維表面の皮膜全体の厚みが厚くなっ
てしまい、一方、炭素繊維表面に被着させるポリシラン
皮膜の厚みを薄くすると、酸化処理によってポリシラン
が全て二酸化ケイ素になってしまう。従って、ポリシラ
ンを使用した上記方法では、炭化ケイ素皮膜の薄膜化は
不可能であった。
ン類を所望の厚みに被着させ、その後にそれを焼成する
ことによりポリシラン類から炭化ケイ素を生成させ、炭
素繊維表面に炭化ケイ素の皮膜を形成させる方法が考え
られる。ところが、一般に使用されているポリシラン
は、３００〜４００℃の温度での不融化時に蒸発及び分
解が生じるため、炭素繊維の表面に被着させたポリシラ
ンが上記した焼成過程で消失してしまう。そこで、焼成
工程に先立ってポリシラン皮膜の表面を酸化処理し、そ
の皮膜表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）の保護膜を形成
させることにより、その保護膜で被覆されたポリシラン
皮膜の消失を防ぐようにする。このように焼成工程の前
に酸化工程が必要となるため、製造工程が複雑になると
いった問題点がある。また、二酸化ケイ素の保護膜を形
成するため、炭素繊維表面の皮膜全体の厚みが厚くなっ
てしまい、一方、炭素繊維表面に被着させるポリシラン
皮膜の厚みを薄くすると、酸化処理によってポリシラン
が全て二酸化ケイ素になってしまう。従って、ポリシラ
ンを使用した上記方法では、炭化ケイ素皮膜の薄膜化は
不可能であった。
【０００６】この発明は、以上のような事情に鑑みてな
されたものであり、密着性の良い炭化ケイ素によって被
覆された炭素繊維を得ることができ、炭化ケイ素皮膜の
膜厚のコントロールが容易で、その薄膜化も可能であ
り、また製造工程も簡単で、原料の利用効率も高く、さ
らに繊維径の小さい炭素繊維の表面への炭化ケイ素の被
着も可能であるような炭素繊維の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
されたものであり、密着性の良い炭化ケイ素によって被
覆された炭素繊維を得ることができ、炭化ケイ素皮膜の
膜厚のコントロールが容易で、その薄膜化も可能であ
り、また製造工程も簡単で、原料の利用効率も高く、さ
らに繊維径の小さい炭素繊維の表面への炭化ケイ素の被
着も可能であるような炭素繊維の製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明に係る方法で
は、Ｓｉ−Ｈ基を有するポリシラン類を原料とし、その
ポリシラン類を炭素繊維の実質的全表面に被着させた
後、不活性雰囲気下で熱処理するようにして、炭化ケイ
素によって被覆された炭素繊維を製造するようにした。
原料とされるポリシラン類としては、例えばポリメチル
シランやポリ（メチルシラン−ジメチルシラン）などが
使用される。
は、Ｓｉ−Ｈ基を有するポリシラン類を原料とし、その
ポリシラン類を炭素繊維の実質的全表面に被着させた
後、不活性雰囲気下で熱処理するようにして、炭化ケイ
素によって被覆された炭素繊維を製造するようにした。
原料とされるポリシラン類としては、例えばポリメチル
シランやポリ（メチルシラン−ジメチルシラン）などが
使用される。
【０００８】原料とされるポリシラン類として、常温下
で液状物又は溶媒に可溶であるものを使用し、そのポリ
シラン類の液状物又は溶液中に炭素繊維を浸漬させた
後、その炭素繊維を液状物又は溶液中から引き上げて乾
燥させ、炭素繊維の表面にポリシラン類を被着させるよ
うにするようにするとよい。また、炭素繊維の表面にポ
リシラン類を被着させる工程において超臨界流体を使用
するようにしてもよい。
で液状物又は溶媒に可溶であるものを使用し、そのポリ
シラン類の液状物又は溶液中に炭素繊維を浸漬させた
後、その炭素繊維を液状物又は溶液中から引き上げて乾
燥させ、炭素繊維の表面にポリシラン類を被着させるよ
うにするようにするとよい。また、炭素繊維の表面にポ
リシラン類を被着させる工程において超臨界流体を使用
するようにしてもよい。
【０００９】
【作用】この発明に係る炭素繊維の製造方法では、原料
とされるポリシラン類が分子中にＳｉ−Ｈ基を有してい
るので、ポリシラン類の蒸発や分解が生じる前に低温で
ポリシラン類が不融化し、その後のポリシラン類の蒸発
減少も殆んど無い。従って、炭素繊維の表面に被着させ
たポリシラン類の酸化処理は不要であり、ポリシラン類
を炭素繊維の実質的全表面に被着させた後不活性雰囲気
下で加熱するだけで、炭化ケイ素によって被覆された炭
素繊維が得られ、炭化ケイ素の薄膜化も可能になる。そ
して、ポリシラン類として液状物を使用することがで
き、また、溶媒に対する溶解性に富む低分子のポリシラ
ン類を使用することができるため、ポリシラン類を炭素
繊維の表面にコーティングするのに適し、ポリシラン類
皮膜の膜厚、従って炭化ケイ素皮膜の膜厚を容易にコン
トロールすることができる。
とされるポリシラン類が分子中にＳｉ−Ｈ基を有してい
るので、ポリシラン類の蒸発や分解が生じる前に低温で
ポリシラン類が不融化し、その後のポリシラン類の蒸発
減少も殆んど無い。従って、炭素繊維の表面に被着させ
たポリシラン類の酸化処理は不要であり、ポリシラン類
を炭素繊維の実質的全表面に被着させた後不活性雰囲気
下で加熱するだけで、炭化ケイ素によって被覆された炭
素繊維が得られ、炭化ケイ素の薄膜化も可能になる。そ
して、ポリシラン類として液状物を使用することがで
き、また、溶媒に対する溶解性に富む低分子のポリシラ
ン類を使用することができるため、ポリシラン類を炭素
繊維の表面にコーティングするのに適し、ポリシラン類
皮膜の膜厚、従って炭化ケイ素皮膜の膜厚を容易にコン
トロールすることができる。
【００１０】また、炭素繊維の表面にポリシラン類を被
着させる工程で超臨界流体を使用するようにしたとき
は、炭素繊維のクラック内部までポリシラン類を浸透さ
せることができるため、炭素繊維表面に緻密な炭化ケイ
素皮膜が被着形成される。また、繊維が重なった部分に
も均一にポリシラン類を被着させることができるため、
単繊維以下の炭素繊維からなるヤーンやクロスなどの表
面にも炭化ケイ素皮膜の被着形成が可能である。
着させる工程で超臨界流体を使用するようにしたとき
は、炭素繊維のクラック内部までポリシラン類を浸透さ
せることができるため、炭素繊維表面に緻密な炭化ケイ
素皮膜が被着形成される。また、繊維が重なった部分に
も均一にポリシラン類を被着させることができるため、
単繊維以下の炭素繊維からなるヤーンやクロスなどの表
面にも炭化ケイ素皮膜の被着形成が可能である。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の好適な実施例について説明
する。
する。
【００１２】この発明に係る、炭化ケイ素によって被覆
された炭素繊維の製造方法は、Ｓｉ−Ｈ基を有するポリ
シラン類を原料とし、そのポリシラン類を炭素繊維の実
質的全表面に被着させた後、不活性雰囲気下で熱処理す
るようにする。原料とされるポリシラン類としては、化
１で示される一般式で表されるような化合物が使用され
る。尚、式中、ｎは４以上の整数、ｍは０又は１以上の
整数であって、ｍ＋ｎ≧４であることが望ましい。ま
た、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、−ＣＨ3、−Ｃ2Ｈ5、−Ｃ3Ｈ7
等のアルキル基、−Ｃ6Ｈ5で代表されるアロマティック
基などである。具体的には、ポリシラン類として、例え
ばポリメチルシランやポリ（メチルシラン−ジメチルシ
ラン）などが使用される。
された炭素繊維の製造方法は、Ｓｉ−Ｈ基を有するポリ
シラン類を原料とし、そのポリシラン類を炭素繊維の実
質的全表面に被着させた後、不活性雰囲気下で熱処理す
るようにする。原料とされるポリシラン類としては、化
１で示される一般式で表されるような化合物が使用され
る。尚、式中、ｎは４以上の整数、ｍは０又は１以上の
整数であって、ｍ＋ｎ≧４であることが望ましい。ま
た、Ｒ1、Ｒ2及びＲ3は、−ＣＨ3、−Ｃ2Ｈ5、−Ｃ3Ｈ7
等のアルキル基、−Ｃ6Ｈ5で代表されるアロマティック
基などである。具体的には、ポリシラン類として、例え
ばポリメチルシランやポリ（メチルシラン−ジメチルシ
ラン）などが使用される。
【００１３】
【化１】
【００１４】ポリシランの合成方法としては、ジャーナ
ル・オブ・アメリカン・ケミストリー・ソサイアティ、
71、963（1914）などに開示されているように、ジクロ
ロシラン化合物を金属ナトリウム又は金属リチウムに接
触させることにより得る方法が最も一般的である。ポリ
メチルシラン及びポリ（メチルシラン−ジメチルシラ
ン）の具体的な合成方法を以下に例示する。尚、他のポ
リシランについても、同様の方法で合成し得る。
ル・オブ・アメリカン・ケミストリー・ソサイアティ、
71、963（1914）などに開示されているように、ジクロ
ロシラン化合物を金属ナトリウム又は金属リチウムに接
触させることにより得る方法が最も一般的である。ポリ
メチルシラン及びポリ（メチルシラン−ジメチルシラ
ン）の具体的な合成方法を以下に例示する。尚、他のポ
リシランについても、同様の方法で合成し得る。
【００１５】〔ポリメチルシランの合成例〕５００mlの
三つ口フラスコに３００mlの脱水ＴＨＦ及び１モルの金
属リチウムを入れ、それを窒素雰囲気下で０℃に保ち、
その三つ口フラスコ内にジクロロメチルシラン０．５モ
ルを滴下ロートで徐々に滴下し、１８時間反応させるこ
とにより、ポリメチルシラン約２０ｇを得た。ポリシラ
ンの分子量は、ＧＰＣによる分子量測定の結果、数平均
分子量２８０（ポリスチレン換算）であった。
三つ口フラスコに３００mlの脱水ＴＨＦ及び１モルの金
属リチウムを入れ、それを窒素雰囲気下で０℃に保ち、
その三つ口フラスコ内にジクロロメチルシラン０．５モ
ルを滴下ロートで徐々に滴下し、１８時間反応させるこ
とにより、ポリメチルシラン約２０ｇを得た。ポリシラ
ンの分子量は、ＧＰＣによる分子量測定の結果、数平均
分子量２８０（ポリスチレン換算）であった。
【００１６】〔ポリ（メチルシラン−ジメチルシラン）
の合成例〕ジクロロメチルシランに代えてジクロロメチ
ルシラン及びジクロロジメチルシランの混合物を用いる
以外は、上記の「ポリメチルシランの合成例」と同様の
方法によって合成した。得られたポリ（メチルシラン−
ジメチルシラン）は数平均分子量３２０（ポリスチレン
換算）であった。
の合成例〕ジクロロメチルシランに代えてジクロロメチ
ルシラン及びジクロロジメチルシランの混合物を用いる
以外は、上記の「ポリメチルシランの合成例」と同様の
方法によって合成した。得られたポリ（メチルシラン−
ジメチルシラン）は数平均分子量３２０（ポリスチレン
換算）であった。
【００１７】上記したようにして製造されたポリシラン
類を使用し、そのポリシラン類を炭素繊維の実質的全表
面に被着させた後、不活性雰囲気下で熱処理することに
より、炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維が得られ
る。ここで、ポリシラン類を炭素繊維表面に被着させる
には、ポリシラン類が常温下で液状物又は溶媒に可溶で
あるときは、例えば浸漬、塗布、スプレイ等の方法によ
って炭素繊維表面にポリシラン類を付着させた後、乾燥
処理するようにする。この場合、炭素繊維表面にコーテ
ィングするポリシラン類の膜厚は、炭素繊維の太さによ
るが、実質的に０．１〜１０μｍ程度にされる。１例を
示すと、炭素繊維の繊維径が１０μｍであれば、ポリシ
ラン類の膜厚は０．１〜１．５μｍ程度が実用的であ
る。一方、ポリシラン類の膜厚を薄くし過ぎると、形成
された炭化ケイ素皮膜に欠陥が生じ、反対に膜厚を厚く
し過ぎると、形成された炭化ケイ素皮膜にクラックが生
じ易く、また、液垂れなどが生じて、皮膜の均一性が損
なわれ易くなる。ポリシラン類の膜厚のコントロール
は、例えば浸漬法によって炭素繊維表面にポリシラン類
を被着させる場合、溶液中のポリシラン類の濃度や溶液
中からの炭素繊維の引上げ速度を調節することによって
行なわれる。ポリシラン類の濃度は、溶媒の種類によっ
ても異なり、特に制限されないが、一般的には１０〜
０．１％が適当である。この程度の濃度であれば、炭素
繊維の引上げ速度によるポリシラン類の膜厚のコントロ
ールも行ない易い。尚、溶媒としては、トルエン、キシ
レン等の非極性化合物や、例えばＴＨＦのようにポリシ
ラン類の溶解性が高い揮発性化合物などが使用される。
また、炭素繊維の引上げ速度は、特に制限は無いが、溶
液の塗布むらが少ないといった観点から、６０〜５ｃｍ
／分程度が適当である。乾燥処理する際の温度は、使用
した溶媒の種類によって異なるが、２０〜１５０℃程度
にすればよい。
類を使用し、そのポリシラン類を炭素繊維の実質的全表
面に被着させた後、不活性雰囲気下で熱処理することに
より、炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維が得られ
る。ここで、ポリシラン類を炭素繊維表面に被着させる
には、ポリシラン類が常温下で液状物又は溶媒に可溶で
あるときは、例えば浸漬、塗布、スプレイ等の方法によ
って炭素繊維表面にポリシラン類を付着させた後、乾燥
処理するようにする。この場合、炭素繊維表面にコーテ
ィングするポリシラン類の膜厚は、炭素繊維の太さによ
るが、実質的に０．１〜１０μｍ程度にされる。１例を
示すと、炭素繊維の繊維径が１０μｍであれば、ポリシ
ラン類の膜厚は０．１〜１．５μｍ程度が実用的であ
る。一方、ポリシラン類の膜厚を薄くし過ぎると、形成
された炭化ケイ素皮膜に欠陥が生じ、反対に膜厚を厚く
し過ぎると、形成された炭化ケイ素皮膜にクラックが生
じ易く、また、液垂れなどが生じて、皮膜の均一性が損
なわれ易くなる。ポリシラン類の膜厚のコントロール
は、例えば浸漬法によって炭素繊維表面にポリシラン類
を被着させる場合、溶液中のポリシラン類の濃度や溶液
中からの炭素繊維の引上げ速度を調節することによって
行なわれる。ポリシラン類の濃度は、溶媒の種類によっ
ても異なり、特に制限されないが、一般的には１０〜
０．１％が適当である。この程度の濃度であれば、炭素
繊維の引上げ速度によるポリシラン類の膜厚のコントロ
ールも行ない易い。尚、溶媒としては、トルエン、キシ
レン等の非極性化合物や、例えばＴＨＦのようにポリシ
ラン類の溶解性が高い揮発性化合物などが使用される。
また、炭素繊維の引上げ速度は、特に制限は無いが、溶
液の塗布むらが少ないといった観点から、６０〜５ｃｍ
／分程度が適当である。乾燥処理する際の温度は、使用
した溶媒の種類によって異なるが、２０〜１５０℃程度
にすればよい。
【００１８】また、炭素繊維表面にポリシラン類を被着
させるのに、超臨界流体を使用するようにしてもよい。
この場合には、ポリシラン類が炭素繊維の内部まで浸透
するため、炭素繊維の表面に緻密な炭化ケイ素皮膜を被
着形成することができる。超臨界流体としては、二酸化
炭素（ＣＯ2）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、トリフルオルメタ
ン（ＣＦ3Ｈ）、ジフルオルメタン（ＣＦ2Ｈ2）などが
使用される。また、温度は、臨界温度以上で、例えば２
５０℃以下に設定されるが、ポリシラン類の転位温度以
下にするのが望ましく、好ましくは２００℃までの温度
にする。圧力は、臨界圧以上で、上限は特に無いが、実
質上５００気圧までにするのが取扱い易い。
させるのに、超臨界流体を使用するようにしてもよい。
この場合には、ポリシラン類が炭素繊維の内部まで浸透
するため、炭素繊維の表面に緻密な炭化ケイ素皮膜を被
着形成することができる。超臨界流体としては、二酸化
炭素（ＣＯ2）、エタン（Ｃ2Ｈ6）、トリフルオルメタ
ン（ＣＦ3Ｈ）、ジフルオルメタン（ＣＦ2Ｈ2）などが
使用される。また、温度は、臨界温度以上で、例えば２
５０℃以下に設定されるが、ポリシラン類の転位温度以
下にするのが望ましく、好ましくは２００℃までの温度
にする。圧力は、臨界圧以上で、上限は特に無いが、実
質上５００気圧までにするのが取扱い易い。
【００１９】炭素繊維の表面にポリシラン類をコーティ
ングした後の熱処理は、まず予備焼成した後本焼成して
行なう。この場合、予備焼成から連続して本焼成を行な
うようにしてもよい。予備焼成は、ポリシラン類の皮膜
に残存している溶媒を完全に除去するとともに、ポリシ
ラン類中に数％程度含有されている低沸点物質を除去す
るために行なわれる。また、予備焼成を行なうことによ
り、ポリカルボシランへの転位重合が起こり、皮膜の不
融化が生じる。さらに、予備焼成により高分子量化し、
本焼成での重量減少が抑制されるといった効果もある。
この予備焼成は、例えば、真空中或いは不活性雰囲気下
において、２００〜５００℃の温度で１〜４８時間程度
被焼成物を加熱することにより行なわれる。この加熱に
際しては、低温から徐々に昇温、例えば０．１〜５℃／
分の昇温速度で温度を上昇させていくのが好ましい。そ
して、特に、２５０〜３５０℃の温度で１〜５時間程度
被焼成物を保持した後、４００〜５００℃の温度まで昇
温させるとよい。また、本焼成は、例えば、不活性雰囲
気下において８００〜１，４００℃の温度で１〜５時間
被焼成物を加熱することにより行なわれる。この場合、
８００℃程度の温度で熱処理しても炭化ケイ素は生成さ
れるが、１，３００〜１，４００℃の温度まで加熱する
のが好ましい。
ングした後の熱処理は、まず予備焼成した後本焼成して
行なう。この場合、予備焼成から連続して本焼成を行な
うようにしてもよい。予備焼成は、ポリシラン類の皮膜
に残存している溶媒を完全に除去するとともに、ポリシ
ラン類中に数％程度含有されている低沸点物質を除去す
るために行なわれる。また、予備焼成を行なうことによ
り、ポリカルボシランへの転位重合が起こり、皮膜の不
融化が生じる。さらに、予備焼成により高分子量化し、
本焼成での重量減少が抑制されるといった効果もある。
この予備焼成は、例えば、真空中或いは不活性雰囲気下
において、２００〜５００℃の温度で１〜４８時間程度
被焼成物を加熱することにより行なわれる。この加熱に
際しては、低温から徐々に昇温、例えば０．１〜５℃／
分の昇温速度で温度を上昇させていくのが好ましい。そ
して、特に、２５０〜３５０℃の温度で１〜５時間程度
被焼成物を保持した後、４００〜５００℃の温度まで昇
温させるとよい。また、本焼成は、例えば、不活性雰囲
気下において８００〜１，４００℃の温度で１〜５時間
被焼成物を加熱することにより行なわれる。この場合、
８００℃程度の温度で熱処理しても炭化ケイ素は生成さ
れるが、１，３００〜１，４００℃の温度まで加熱する
のが好ましい。
【００２０】次に、炭化ケイ素によって被覆された炭素
繊維の具体的製法例について説明する。
繊維の具体的製法例について説明する。
【００２１】〔ＳｉＣコーティング炭素繊維の製法例
１〕上記方法で合成されたポリメチルシラン１０ｇをト
ルエン５００mlに十分に溶解させ、その溶液中に繊維径
が１０μｍである炭素繊維を浸漬させ、８０℃の温度で
１時間保持した後、その炭素繊維を溶液中から引き上
げ、窒素ガス雰囲気下において乾燥させた。次に、その
炭素繊維を４００kg／cm2の圧力、４５０℃の温度で窒
素ガス雰囲気下において加圧・熱処理し、その後、常圧
でアルゴンガス雰囲気下において５℃／分の昇温速度に
より１，３００℃まで温度を上昇させ、その温度で３時
間保持した後、放冷した。これにより、約１μｍの膜厚
の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維が得られ
た。
１〕上記方法で合成されたポリメチルシラン１０ｇをト
ルエン５００mlに十分に溶解させ、その溶液中に繊維径
が１０μｍである炭素繊維を浸漬させ、８０℃の温度で
１時間保持した後、その炭素繊維を溶液中から引き上
げ、窒素ガス雰囲気下において乾燥させた。次に、その
炭素繊維を４００kg／cm2の圧力、４５０℃の温度で窒
素ガス雰囲気下において加圧・熱処理し、その後、常圧
でアルゴンガス雰囲気下において５℃／分の昇温速度に
より１，３００℃まで温度を上昇させ、その温度で３時
間保持した後、放冷した。これにより、約１μｍの膜厚
の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維が得られ
た。
【００２２】以上のような操作で得られたＳｉＣコーテ
ィング炭素繊維を空気中において１０℃／分の昇温速度
で８００℃まで温度を上昇させた後、その温度で１時間
保持した。このようにして処理されたＳｉＣコーティン
グ炭素繊維の重量減少率を調べたところ、重量減少率は
１．２８％であり、殆んど重量変化が無く、上記操作で
得られたＳｉＣコーティング炭素繊維は、十分な耐酸化
性を有していることが分かった。
ィング炭素繊維を空気中において１０℃／分の昇温速度
で８００℃まで温度を上昇させた後、その温度で１時間
保持した。このようにして処理されたＳｉＣコーティン
グ炭素繊維の重量減少率を調べたところ、重量減少率は
１．２８％であり、殆んど重量変化が無く、上記操作で
得られたＳｉＣコーティング炭素繊維は、十分な耐酸化
性を有していることが分かった。
【００２３】〔ＳｉＣコーティング炭素繊維の製法例
２〕上記と同様の炭素繊維１０ｇと上記方法で合成され
たポリメチルシラン０．５ｇとを内容積２００mlの耐圧
容器に入れ、密閉した後、その耐圧容器を液体窒素中に
浸した。この状態で、耐圧容器内へＣＦ3Ｈ１００mlを
注入した後、耐圧容器を液体窒素中から取り出し、５０
℃の温度になるまで加温した。このとき、耐圧容器内部
の圧力は臨界圧を超えており、耐圧容器内部が超臨界状
態であることが確認された。この状態から、耐圧容器の
圧力バルブを開放し、ＣＦ3Ｈをパージした。これによ
り、ポリメチルシランが表面に均一にコーティングされ
た炭素繊維が得られた。このようにして得られたポリメ
チルシランコーティング炭素繊維を、上記製法例１と同
様の方法によって熱処理した。これにより、約０．５μ
ｍの膜厚の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維が
得られた。
２〕上記と同様の炭素繊維１０ｇと上記方法で合成され
たポリメチルシラン０．５ｇとを内容積２００mlの耐圧
容器に入れ、密閉した後、その耐圧容器を液体窒素中に
浸した。この状態で、耐圧容器内へＣＦ3Ｈ１００mlを
注入した後、耐圧容器を液体窒素中から取り出し、５０
℃の温度になるまで加温した。このとき、耐圧容器内部
の圧力は臨界圧を超えており、耐圧容器内部が超臨界状
態であることが確認された。この状態から、耐圧容器の
圧力バルブを開放し、ＣＦ3Ｈをパージした。これによ
り、ポリメチルシランが表面に均一にコーティングされ
た炭素繊維が得られた。このようにして得られたポリメ
チルシランコーティング炭素繊維を、上記製法例１と同
様の方法によって熱処理した。これにより、約０．５μ
ｍの膜厚の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維が
得られた。
【００２４】以上のような操作で得られたＳｉＣコーテ
ィング炭素繊維について、上記と同様の方法で耐酸化テ
ストを行なった。その結果、ＳｉＣコーティング炭素繊
維の重量減少率は０．８５％であり、得られたＳｉＣコ
ーティング炭素繊維は、十分な耐酸化性を有しているこ
とが分かった。
ィング炭素繊維について、上記と同様の方法で耐酸化テ
ストを行なった。その結果、ＳｉＣコーティング炭素繊
維の重量減少率は０．８５％であり、得られたＳｉＣコ
ーティング炭素繊維は、十分な耐酸化性を有しているこ
とが分かった。
【００２５】〔ＳｉＣコーティング炭素繊維の製法例
３〕ＣＦ3Ｈに代えてＣＯ2ガスを用い、加温温度を１０
０℃とする以外は、上記製法例２と同様の方法によって
ＳｉＣコーティング炭素繊維を製造し、上記と同様の方
法により耐酸化テストを行なった。その結果、約０．５
μｍの膜厚の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維
が得られ、それの耐酸化テストにおける重量減少率は
１．０５％であり、得られたＳｉＣコーティング炭素繊
維は、十分な耐酸化性を有していることが分かった。
３〕ＣＦ3Ｈに代えてＣＯ2ガスを用い、加温温度を１０
０℃とする以外は、上記製法例２と同様の方法によって
ＳｉＣコーティング炭素繊維を製造し、上記と同様の方
法により耐酸化テストを行なった。その結果、約０．５
μｍの膜厚の炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維
が得られ、それの耐酸化テストにおける重量減少率は
１．０５％であり、得られたＳｉＣコーティング炭素繊
維は、十分な耐酸化性を有していることが分かった。
【００２６】〔比較例〕比較のために、ＳｉＣをコーテ
ィングしない未処理の炭素繊維について、上記と同様の
方法により耐酸化テストを行なった。その結果、耐酸化
テストにおける重量減少率は１００％であった。
ィングしない未処理の炭素繊維について、上記と同様の
方法により耐酸化テストを行なった。その結果、耐酸化
テストにおける重量減少率は１００％であった。
【００２７】〔ＳｉＣコーティング炭素繊維の製法例
４〕ポリメチルシランに代えて、上記方法で合成された
ポリ（メチルシラン−ジメチルシラン）を用いる以外
は、上記製法例１と同様の方法によってＳｉＣコーティ
ング炭素繊維を製造し、得られたＳｉＣコーティング炭
素繊維について、上記と同様の方法により耐酸化テスト
を行なった。その結果、約０．８μｍの膜厚の炭化ケイ
素皮膜で表面被覆された炭素繊維が得られ、それの耐酸
化テストにおける重量減少率は２．３５％であり、得ら
れたＳｉＣコーティング炭素繊維は、十分な耐酸化性を
有していることが分かった。
４〕ポリメチルシランに代えて、上記方法で合成された
ポリ（メチルシラン−ジメチルシラン）を用いる以外
は、上記製法例１と同様の方法によってＳｉＣコーティ
ング炭素繊維を製造し、得られたＳｉＣコーティング炭
素繊維について、上記と同様の方法により耐酸化テスト
を行なった。その結果、約０．８μｍの膜厚の炭化ケイ
素皮膜で表面被覆された炭素繊維が得られ、それの耐酸
化テストにおける重量減少率は２．３５％であり、得ら
れたＳｉＣコーティング炭素繊維は、十分な耐酸化性を
有していることが分かった。
【００２８】
【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
かつ作用するので、この発明に係る炭素繊維の製造方法
によれば、密着性の良い炭化ケイ素によって被覆された
炭素繊維が得られ、炭化ケイ素皮膜の膜厚のコントロー
ルが容易で、その薄膜化も可能であり、製造工程も簡単
になり、原料の利用効率も向上し、さらに繊維径の小さ
い炭素繊維の表面に炭化ケイ素皮膜を被着させることも
可能である。
かつ作用するので、この発明に係る炭素繊維の製造方法
によれば、密着性の良い炭化ケイ素によって被覆された
炭素繊維が得られ、炭化ケイ素皮膜の膜厚のコントロー
ルが容易で、その薄膜化も可能であり、製造工程も簡単
になり、原料の利用効率も向上し、さらに繊維径の小さ
い炭素繊維の表面に炭化ケイ素皮膜を被着させることも
可能である。
【００２９】また、炭素繊維の表面にポリシラン類を被
着させる工程で超臨界流体を使用するようにしたとき
は、緻密な炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維を
得ることができる。また、単繊維以下の炭素繊維からな
るヤーンやクロスなどの表面にも炭化ケイ素皮膜の被着
形成が可能である。
着させる工程で超臨界流体を使用するようにしたとき
は、緻密な炭化ケイ素皮膜で表面被覆された炭素繊維を
得ることができる。また、単繊維以下の炭素繊維からな
るヤーンやクロスなどの表面にも炭化ケイ素皮膜の被着
形成が可能である。
───────────────────────────────────────────────────── 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 // Ｄ０６Ｍ 101:40
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｓｉ−Ｈ基を有するポリシラン類を原料
とし、そのポリシラン類を炭素繊維の実質的全表面に被
着させた後、不活性雰囲気下で熱処理するようにする、
炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法。 - 【請求項２】 ポリシラン類がポリメチルシラン又はポ
リ（メチルシラン−ジメチルシラン）である請求項１記
載の、炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方
法。 - 【請求項３】 ポリシラン類が常温下で液状物又は溶媒
に可溶であり、そのポリシラン類の液状物又は溶液中に
炭素繊維を浸漬させた後、その炭素繊維を液状物又は溶
液中から引き上げて乾燥させ、炭素繊維の表面にポリシ
ラン類を被着させるようにする請求項１又は請求項２記
載の、炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方
法。 - 【請求項４】 炭素繊維の表面にポリシラン類を被着さ
せる工程において超臨界流体を使用する請求項１又は請
求項２記載の、炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12538893A JPH06313268A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12538893A JPH06313268A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06313268A true JPH06313268A (ja) | 1994-11-08 |
Family
ID=14908905
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12538893A Pending JPH06313268A (ja) | 1993-04-26 | 1993-04-26 | 炭化ケイ素によって被覆された炭素繊維の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06313268A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008069041A1 (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-12 | Teijin Fibers Limited | 高分子成形物への機能付与方法およびその装置 |
| WO2014030782A1 (ko) * | 2012-08-22 | 2014-02-27 | 한국세라믹기술원 | 탄화규소가 코팅된 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법 |
| WO2022114288A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 한국세라믹기술원 | 탄화 규소가 코팅된 탄소 섬유, 그 제조 방법, 및 탄소 섬유의 재활용 방법 |
-
1993
- 1993-04-26 JP JP12538893A patent/JPH06313268A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008069041A1 (ja) * | 2006-12-01 | 2008-06-12 | Teijin Fibers Limited | 高分子成形物への機能付与方法およびその装置 |
| JP5129756B2 (ja) * | 2006-12-01 | 2013-01-30 | 帝人ファイバー株式会社 | 高分子成形物への機能付与方法およびその装置 |
| WO2014030782A1 (ko) * | 2012-08-22 | 2014-02-27 | 한국세라믹기술원 | 탄화규소가 코팅된 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법 |
| KR101425270B1 (ko) * | 2012-08-22 | 2014-08-13 | 한국세라믹기술원 | 탄화규소가 코팅된 탄소섬유 복합체 및 그 제조방법 |
| US9631067B2 (en) | 2012-08-22 | 2017-04-25 | Korea Institute Of Ceramic Engineering And Technology | Carbon fiber composite coated with silicon carbide and production method for same |
| WO2022114288A1 (ko) * | 2020-11-27 | 2022-06-02 | 한국세라믹기술원 | 탄화 규소가 코팅된 탄소 섬유, 그 제조 방법, 및 탄소 섬유의 재활용 방법 |
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