JPH01160868A - 高密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 - Google Patents
高密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法Info
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- JPH01160868A JPH01160868A JP62322088A JP32208887A JPH01160868A JP H01160868 A JPH01160868 A JP H01160868A JP 62322088 A JP62322088 A JP 62322088A JP 32208887 A JP32208887 A JP 32208887A JP H01160868 A JPH01160868 A JP H01160868A
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は高性能で高密度−の炭素複合材料の簡便な製造
方法に関する。
方法に関する。
［従来技術］
炭素繊維強化炭素複合材料（ＣＦ ＲＣ）の簡便な製造
方法に関して、特開昭６０−５４９７４号公報、特開昭
６１−２１９７３号公報および特開昭６１−１９７４６
７号公報に新規な方法が開示されている。これらの方法
は、炭素質粉末を担体樹脂と混合し、これを電着法を用
いて炭素繊維基材上に沈積させ、これを成形、焼成して
ＣＰ Ｒにを得る方法である。
方法に関して、特開昭６０−５４９７４号公報、特開昭
６１−２１９７３号公報および特開昭６１−１９７４６
７号公報に新規な方法が開示されている。これらの方法
は、炭素質粉末を担体樹脂と混合し、これを電着法を用
いて炭素繊維基材上に沈積させ、これを成形、焼成して
ＣＰ Ｒにを得る方法である。
上記の方法において用いられているＮ着では陽極および
陰極でそれぞれ以下のような反応が起こっている。
陰極でそれぞれ以下のような反応が起こっている。
（陽極）
２ Ｈ、Ｏ→ ４ Ｈ” ＋ Ｏｔ ↑ ＋
４ｅ−４０Ｈ−−０，↑＋２ Ｈｔｏ ＋ ４ ｅ−（
陰極） ４ＨｔＯ＋４ｅ−→４０Ｈ−＋２Ｈ＝１４１−１＋＋
４ｅ−−２Ｈｚ↑ 炭素繊維基材を陽極とするアニオン電着の場合には、酸
素の気泡が、基材を陰極とするカチオン電着の場合には
、水素の気泡がそれぞれ基材表面に発生し、炭素質粉末
の炭素繊維束中への浸入を妨げる。このため基材と被覆
物との密着性が不十分となる。また被覆物がポーラスな
ものとなる。
４ｅ−４０Ｈ−−０，↑＋２ Ｈｔｏ ＋ ４ ｅ−（
陰極） ４ＨｔＯ＋４ｅ−→４０Ｈ−＋２Ｈ＝１４１−１＋＋
４ｅ−−２Ｈｚ↑ 炭素繊維基材を陽極とするアニオン電着の場合には、酸
素の気泡が、基材を陰極とするカチオン電着の場合には
、水素の気泡がそれぞれ基材表面に発生し、炭素質粉末
の炭素繊維束中への浸入を妨げる。このため基材と被覆
物との密着性が不十分となる。また被覆物がポーラスな
ものとなる。
したがってその後の混合工程等において、基材と被覆物
との分離または被覆物の脱落等の問題が生じる。
との分離または被覆物の脱落等の問題が生じる。
この問題を解決するため、発明者らにより、特開昭６１
−２３１２２２号公報に高性能な炭素繊維強化炭素複合
材料の製造方法が開示されている。
−２３１２２２号公報に高性能な炭素繊維強化炭素複合
材料の製造方法が開示されている。
この方法は、電着時に分散液を加振することを特徴とす
る。炭素質粉末および担体樹脂の拡散を助け、同時に基
材表面の気泡を取り除くことが出来るので、繊維の集合
体の中に炭素質粉末および担体樹脂を容易に浸入させる
ことができ、高性能な炭素繊維強化炭素複合材料が得ら
れるというものである。
る。炭素質粉末および担体樹脂の拡散を助け、同時に基
材表面の気泡を取り除くことが出来るので、繊維の集合
体の中に炭素質粉末および担体樹脂を容易に浸入させる
ことができ、高性能な炭素繊維強化炭素複合材料が得ら
れるというものである。
しかしながら、この方法においては、間接的に炭素繊維
基材を振動させるため、基材表面の気泡を確実に取り除
き難い。これは、分散液の振動伝達率が低く、また電着
に無関係な部分への振動の分散が大きいためである。ま
た、電着槽の大型化に伴って加振装置の大型強力化も必
要である。
基材を振動させるため、基材表面の気泡を確実に取り除
き難い。これは、分散液の振動伝達率が低く、また電着
に無関係な部分への振動の分散が大きいためである。ま
た、電着槽の大型化に伴って加振装置の大型強力化も必
要である。
［発明の目的コ
本発明の目的は、基材表面への気泡の付着及び加振装置
の大型化の問題なく、高密度の炭素繊維強化炭素複合材
料を得ることにある。
の大型化の問題なく、高密度の炭素繊維強化炭素複合材
料を得ることにある。
［発明の構成］
本発明の目的は、炭素質の微粉末に液体中でイオン化可
能な担体を吸着させた後、液体中に分散させ、炭素繊維
基材をこの分散液に浸漬し、基材と対向電極との間に直
流電圧を印加し炭素質微粉末および担体を炭素繊維基材
に析出させ被覆基材を得、該被覆基材を乾燥、加熱成形
、熱処理および炭化焼成に付して高密度炭素繊維強化炭
素複合材料を得る製造方法において、 炭素繊維基材を機械的に加振しながら炭素繊維基材に炭
素質微粉末および担体を析出させることを特徴とする高
密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法によって達成
される。
能な担体を吸着させた後、液体中に分散させ、炭素繊維
基材をこの分散液に浸漬し、基材と対向電極との間に直
流電圧を印加し炭素質微粉末および担体を炭素繊維基材
に析出させ被覆基材を得、該被覆基材を乾燥、加熱成形
、熱処理および炭化焼成に付して高密度炭素繊維強化炭
素複合材料を得る製造方法において、 炭素繊維基材を機械的に加振しながら炭素繊維基材に炭
素質微粉末および担体を析出させることを特徴とする高
密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法によって達成
される。
以下、詳細に本発明の方法について説明する。
微細化した炭素質粉末に電荷のキャリヤーとして担体を
付着させ、液体中に分散させ、分散液をつくる。粉末に
担体を付着させるには、例えば、分散させる液体と異な
った液体中で担体をイオン化させればよい。炭素質粉末
には、焼結助剤、セラミックスのような無機粉末等の添
加剤を加えるとよい。担体としては、液体中でイオン化
可能な熱可塑性樹脂誘導体又は熱硬化性樹脂誘導体、例
えば、ポリアクリロニトリル／アクリル酸系樹脂、フェ
ノール／アミン系樹脂を改質し電着可能な樹脂としたも
のなどなどが使用できる。分散媒の液体として水を用い
るのが取り扱いの容易さから好ましいが、目的により非
水溶媒を用いることらできる。粉末と担体の混合および
分散に際しては、分散剤または界面活性剤を用いること
ができる。
付着させ、液体中に分散させ、分散液をつくる。粉末に
担体を付着させるには、例えば、分散させる液体と異な
った液体中で担体をイオン化させればよい。炭素質粉末
には、焼結助剤、セラミックスのような無機粉末等の添
加剤を加えるとよい。担体としては、液体中でイオン化
可能な熱可塑性樹脂誘導体又は熱硬化性樹脂誘導体、例
えば、ポリアクリロニトリル／アクリル酸系樹脂、フェ
ノール／アミン系樹脂を改質し電着可能な樹脂としたも
のなどなどが使用できる。分散媒の液体として水を用い
るのが取り扱いの容易さから好ましいが、目的により非
水溶媒を用いることらできる。粉末と担体の混合および
分散に際しては、分散剤または界面活性剤を用いること
ができる。
次に、上記分散液に炭素繊維基材を浸漬し、直流電圧を
印加して炭素質粉末と担体とを基材上に沈積させる。直
流電圧を印加している間、炭素繊維基材を機械的に加振
する。炭素繊維基材は、通常、炭素繊維の単繊維を束ね
たひももしくは糸状のらの、織布または不織布である。
印加して炭素質粉末と担体とを基材上に沈積させる。直
流電圧を印加している間、炭素繊維基材を機械的に加振
する。炭素繊維基材は、通常、炭素繊維の単繊維を束ね
たひももしくは糸状のらの、織布または不織布である。
直流電圧の大きさは、分散媒などに応じて異なるが、通
常、ｌＯ〜２００Ｖである。炭素繊維基材を加振するこ
とによって、基材表面の気泡を除去することができ、炭
素質粉末および担体樹脂の拡散が助けられるので、繊維
の集合体の中に炭素質粉末および担体樹脂を容易に侵入
させることができろ。基材の機械的な加振は、例えばパ
イブレーク−などを用いることによって行える。加振に
おけろ振動方向、振動距離および振動速度などは、種々
の条件に応じて適当に選択する。これらの操作は、連続
的に基材を供給するか、または、バッチ処理にて行うこ
とができる。
常、ｌＯ〜２００Ｖである。炭素繊維基材を加振するこ
とによって、基材表面の気泡を除去することができ、炭
素質粉末および担体樹脂の拡散が助けられるので、繊維
の集合体の中に炭素質粉末および担体樹脂を容易に侵入
させることができろ。基材の機械的な加振は、例えばパ
イブレーク−などを用いることによって行える。加振に
おけろ振動方向、振動距離および振動速度などは、種々
の条件に応じて適当に選択する。これらの操作は、連続
的に基材を供給するか、または、バッチ処理にて行うこ
とができる。
続いて、基（オを分散液より引き上げ、必要に応じて洗
浄等の処理を行った後、乾燥し、粉末と担体で被覆され
た基材を得る。乾燥は、担体として熱硬化性樹脂を使用
する場合には、硬化反応が進行しすぎない程度の温度お
よび時間で行う必要がある。
浄等の処理を行った後、乾燥し、粉末と担体で被覆され
た基材を得る。乾燥は、担体として熱硬化性樹脂を使用
する場合には、硬化反応が進行しすぎない程度の温度お
よび時間で行う必要がある。
被覆された基材を、そのまま、あるいは、適当な大きさ
に切断し所定量を型に入れ、成形する。
に切断し所定量を型に入れ、成形する。
成形の際の温度および圧力等の条件は、粉末、担体およ
び基材の性質に応じて、適当に調節する。
び基材の性質に応じて、適当に調節する。
成形体は、必要に応じて、不融化、硬化、アニール、脱
バインダー等の熱処理を行った後、炭化焼成し、ＣＦＲ
Ｃとする。炭化焼成は材料の使用目的に応じて、７００
〜３０００℃の温度で行う。
バインダー等の熱処理を行った後、炭化焼成し、ＣＦＲ
Ｃとする。炭化焼成は材料の使用目的に応じて、７００
〜３０００℃の温度で行う。
加圧方法は、−軸方向圧縮加圧、等方静水圧加圧、雰囲
気加圧等の方法を目的に応じて選択する。
気加圧等の方法を目的に応じて選択する。
［発明の効果］
本発明において、電着時、炭素繊維基材を直接に機械的
に振動させることによって、基材表面に発生ずる気泡が
ほぼ確実に取り除かれるので、基材と被覆物との密着性
が向上する。かつ、直接に基材を振動させ、分散液でロ
スするエネルギーか少ないため、加振装置がコンパクト
にでき、装置の設置場所の制約も受けない。
に振動させることによって、基材表面に発生ずる気泡が
ほぼ確実に取り除かれるので、基材と被覆物との密着性
が向上する。かつ、直接に基材を振動させ、分散液でロ
スするエネルギーか少ないため、加振装置がコンパクト
にでき、装置の設置場所の制約も受けない。
本発明によれば、小型で軽量な加振装置を用いることに
よって、容易に、高密度および高強度な炭素繊維強化炭
素複合材料を製造することができる。
よって、容易に、高密度および高強度な炭素繊維強化炭
素複合材料を製造することができる。
［実施例］
以下に、実施例及び比較例を示す。
実施例１
（１）自己焼結性のある炭素質粉末と仮焼コークスの粉
末を重量化でｌ：ｌの割合で混合し、平均粒径５μｍと
した。
末を重量化でｌ：ｌの割合で混合し、平均粒径５μｍと
した。
（ＩＩ）上記粉末をポリアクリロニトリル−アクリル酸
系電着用樹脂および溶剤ＤＭＦ、ＩＰＡとよく混練した
のち、水に分散させ、いわゆるアニオン系塗料分散液状
態とした。炭素粉末と担体樹脂の重量比はＩＩＩであっ
た。
系電着用樹脂および溶剤ＤＭＦ、ＩＰＡとよく混練した
のち、水に分散させ、いわゆるアニオン系塗料分散液状
態とした。炭素粉末と担体樹脂の重量比はＩＩＩであっ
た。
（１）次にＰＡＮ系の炭素繊維織布を用意し、これを陽
極とし、対向する陰極としてステンレス鋼板を用い、上
記分散液中に浸漬し、約５０Ｖの電圧を印加し、分散液
をよく撹拌混合し、バイブレータ−により炭素繊維基材
を加振しながら約８分間通電した。
極とし、対向する陰極としてステンレス鋼板を用い、上
記分散液中に浸漬し、約５０Ｖの電圧を印加し、分散液
をよく撹拌混合し、バイブレータ−により炭素繊維基材
を加振しながら約８分間通電した。
（ＩＶ）７１１着後、電着体を１１０℃で２０分間乾燥
した。乾燥後の基材と被覆物の重量比はｌ：２であった
。
した。乾燥後の基材と被覆物の重量比はｌ：２であった
。
（Ｖ）上記の電着体を７０枚積層し、温度２００°Ｃお
よび面圧力２０ｋｇ／ａｍ”で１０分間加圧成形した。
よび面圧力２０ｋｇ／ａｍ”で１０分間加圧成形した。
（■）面圧力２５ ｋｇ／ｃｍ２の圧力下でクランプし
ながら大気中で２５０°Ｃ及び２８０°Ｃの各温度でそ
れぞれ３時間加熱し不融化した。
ながら大気中で２５０°Ｃ及び２８０°Ｃの各温度でそ
れぞれ３時間加熱し不融化した。
（■）この不融化体を不活性雰囲気中で５００ ｋｇ／
ｃｍ２の面圧下で３０°Ｃ／ｈｒの昇温速度で１０００
℃まで昇温し、その後１００°Ｃ／ｈｒの昇温速度で２
０００℃まで昇温することによって炭化焼成し、ＣＦＲ
Ｃを得た。
ｃｍ２の面圧下で３０°Ｃ／ｈｒの昇温速度で１０００
℃まで昇温し、その後１００°Ｃ／ｈｒの昇温速度で２
０００℃まで昇温することによって炭化焼成し、ＣＦＲ
Ｃを得た。
比較例１
バイブレータ−に代えて超音波振動装置を用いて、分散
液を加振する以外は、実施例１と同様の手順を繰り返し
、ＣＦＲＣを得た。
液を加振する以外は、実施例１と同様の手順を繰り返し
、ＣＦＲＣを得た。
実施例２
（１）ＰＡＮ系の炭素繊維フィラメント系を用意し、実
施例１て用いた電着用分散液中に連続的に供給浸漬しこ
れを陽極、ステンレス板を陰極として１５０Ｖの電圧を
印加し、分散液をよく撹拌し、パイブレーク−で炭素繊
維基材を加振しながら通電し電着した。電着後の糸は乾
燥機を通過し８０℃の雰囲気で乾燥した。乾燥後、基材
と被覆物との重量比は１：２であった。
施例１て用いた電着用分散液中に連続的に供給浸漬しこ
れを陽極、ステンレス板を陰極として１５０Ｖの電圧を
印加し、分散液をよく撹拌し、パイブレーク−で炭素繊
維基材を加振しながら通電し電着した。電着後の糸は乾
燥機を通過し８０℃の雰囲気で乾燥した。乾燥後、基材
と被覆物との重量比は１：２であった。
（ｎ）電着体を金型内に充填し、温度２００°Ｃ面圧力
２０ｋｇ／ｃｍ’で１０分間加圧成形した。
２０ｋｇ／ｃｍ’で１０分間加圧成形した。
（Ｉ）この後の不融化・加圧焼成は、実施例１と同じ条
件で行い、ＣＦＲＣを得た。
件で行い、ＣＦＲＣを得た。
比較例２
パイブレーク−に代えて超音波振動装置を用いて、分散
液を加振する以外は、実施例２と同様の手順を繰り返し
、ＣＦＲＣを得た。
液を加振する以外は、実施例２と同様の手順を繰り返し
、ＣＦＲＣを得た。
試験例
上記実施例および比較例で得られたＣＦＲＣについて密
度および曲げ強度を測定した。結果を第１表に示す。
度および曲げ強度を測定した。結果を第１表に示す。
第１表
重を加える（スパン３０ｍｍ、厚さ３ ｍｍ）特許出願
人住友電気工業株式会社
人住友電気工業株式会社
Claims (4)
- １．炭素質の微粉末に液体中でイオン化可能な担体を吸
着させた後、液体中に分散させ、炭素繊維基材をこの分
散液に浸漬し、基材と対向電極との間に直流電圧を印加
し炭素質微粉末および担体を炭素繊維基材に析出させ被
覆基材を得、該被覆基材を乾燥、加熱成形、熱処理およ
び炭化焼成に付して高密度炭素繊維強化炭素複合材料を
得る製造方法において、 炭素繊維基材を機械的に加振しながら炭素繊維基材に炭
素質微粉末および担体を析出させることを特徴とする高
密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法。 - ２．炭素繊維基材が、単繊維を束ねたひももしくは糸状
のもの、織布または不織布である特許請求の範囲第１項
記載の方法。 - ３．担体が、熱可塑性樹脂誘導体もしくは熱硬化性樹脂
誘導体を改質し電着可能な樹脂としたものである特許請
求の範囲第１項または第２項記載の方法。 - ４．基材の機械的な加振は、バイブレーターによって行
う特許請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322088A JPH01160868A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 高密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62322088A JPH01160868A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 高密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01160868A true JPH01160868A (ja) | 1989-06-23 |
Family
ID=18139781
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62322088A Pending JPH01160868A (ja) | 1987-12-17 | 1987-12-17 | 高密度炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01160868A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102619080A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-08-01 | 东华大学 | 一种石墨烯包覆聚丙烯腈纤维复合材料的制备方法 |
| CN103409985A (zh) * | 2013-08-07 | 2013-11-27 | 常州大学 | 一种碳纳米管负载碳纤维的制备方法 |
| CN104088136A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-08 | 河海大学 | 碳纳米管接枝玻璃纤维织物增强体的制备方法 |
-
1987
- 1987-12-17 JP JP62322088A patent/JPH01160868A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102619080A (zh) * | 2012-04-01 | 2012-08-01 | 东华大学 | 一种石墨烯包覆聚丙烯腈纤维复合材料的制备方法 |
| CN103409985A (zh) * | 2013-08-07 | 2013-11-27 | 常州大学 | 一种碳纳米管负载碳纤维的制备方法 |
| CN104088136A (zh) * | 2014-07-03 | 2014-10-08 | 河海大学 | 碳纳米管接枝玻璃纤维织物增强体的制备方法 |
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