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JPH03164415A - 熱伝導率の方向性を自由に制御できる三次元織物c/cコンポジットの製造法 - Google Patents

熱伝導率の方向性を自由に制御できる三次元織物c/cコンポジットの製造法

Info

Publication number
JPH03164415A
JPH03164415A JP1303848A JP30384889A JPH03164415A JP H03164415 A JPH03164415 A JP H03164415A JP 1303848 A JP1303848 A JP 1303848A JP 30384889 A JP30384889 A JP 30384889A JP H03164415 A JPH03164415 A JP H03164415A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
composite
dimensional fabric
thermal conductivity
heat conductivity
dimensional
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP1303848A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeru Ikeda
茂 池田
Masakazu Adachi
足立 正和
Hiroshi Shioyama
洋 塩山
Kuniaki Tatsumi
国昭 辰巳
Rokuro Fujii
藤井 禄郎
Takeshi Tanamura
武司 田那村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHIKISHIMA KANBASU KK
Shikishima Canvas KK
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
SHIKISHIMA KANBASU KK
Agency of Industrial Science and Technology
Shikishima Canvas KK
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHIKISHIMA KANBASU KK, Agency of Industrial Science and Technology, Shikishima Canvas KK filed Critical SHIKISHIMA KANBASU KK
Priority to JP1303848A priority Critical patent/JPH03164415A/ja
Publication of JPH03164415A publication Critical patent/JPH03164415A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Landscapes

  • Woven Fabrics (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、熱伝導率を自由に制御できる三次元織物C/
Cコンポジットの製造法に関する。
従来技術とその課題 炭素材料は、黒鉛結晶の大きさや、配列方向によって熱
伝導率が極端に異なる材料である。例えば、等方性黒鉛
の場合、すべての方向に熱伝導率は同じであり、また高
配向熱分解黒鉛(H O P G)の場合、x−y軸方
向と2軸方向の熱伝導率は、400倍程度差がある。し
かしながら、必要に応じてこれら炭素材料の熱伝導をコ
ントロールすることは、現在の技術では困難である。
また、炭素繊維を補強材とし、炭素源をマトリックスと
したC/Cコンポジットにおいて、炭素繊維を一次元(
UD)または二次元(2D)に配列させたものの場合に
も、繊維軸方向に対して垂直方向と平行方向とでは極端
に熱伝導率が違い、その熱伝導率を自由にコントロール
することは容易でない。
課題を解決するための手段 炭素繊維の熱伝導率は、繊維軸に対して垂直方向と平行
方向とでは極端に違い、また、繊維の種類や処理温度に
よっても異なった熱伝導率を示す。
本発明者は、炭素繊維のこの性質を利用し、C/Cコン
ポジットにおける補強繊維を三次元(3D)織物とし、
炭素繊維の構成、各方向の配向比率、含有率、種類等を
変化させることによって、熱伝導率の方向性やその量を
自由にコントロールすることができ、C/Cコンポジッ
トに異方性熱伝導率をもたせ得ることを見出し、本発明
を完戊するに至った。
すなわち、本発明は、炭素繊維を補強材とし、炭素源を
マトリックスとしたC/Cコンポジットを製造するに当
り、補強材として異方性熱伝導率を有する炭素繊維三次
元織物を用いて、炭素源を含浸焼成させることを特徴と
する熱伝導率の方向性を自由に制御できる三次元織物C
/Cコンポジットの製造法に係る。
本発明における、炭素繊維としては、特に限定されず従
来のものを使用できる。その具体例としては、例えばポ
リアクリロニトリル(PAN)系炭素繊維、ピッチ系炭
素繊維等を挙げることができる。
本発明では、上記炭素繊維を三次元織物に立体化した状
態で補強材として用いることを必須とする。本発明にお
ける三次元織物とは、繊維が直線状でかつx, y, 
 z軸方向へと直交した状態で立体を構戊している等方
性構造、並びに繊維の少なくとも一部が曲線状であるか
、繊維の直線状、曲線状を問わず4軸以上の方向性を有
する等の複雑な状態で立体を構威している異方性構造の
ものを包含する。これら三次元織物及びその織方は、上
記立体構造を成し得る限り何ら限定されることなく、公
知のものを適宜用いることができ、具体的には、例えば
特開昭60−194145号公報、特開昭61−201
063号公報、特開昭61−207657号公報、特開
昭63−374510号公報等に記載されたものを挙げ
ることができる。
このようにして立体化される炭素繊維は、その種類はも
とより、三次元織物中での様々な方向におけるその配向
比率及び含有率がC/Cコンポジットにおける熱伝導率
の異方性を決定する。よって、炭素繊維の構成、配向比
率、含有率等を変化させることにより、用途に応じた任
意の異方性熱伝導率を有するC/Cコンポジットを得る
ことができる。
本発明では、上述した三次元織物に、マトリックスとし
て炭素源であるコールタール等のピッチ、メタン、プロ
パン等の炭素水素ガスを含浸炭化させるか、フェノール
樹脂、フラン樹脂等の熱硬化性樹脂を、含浸硬化させた
後炭化する。これらは、必要に応じて適当な回数繰り返
されるが、黒鉛化の過程を経た後、再び含浸が行われる
こともある。
これらの作業工程は、通常行われるものと特に変わりな
く、例えばコールタールピッチを用いた場合は第1図に
、熱硬化性樹脂を用いた場合は第2図に示す工程に従っ
て行えばよい。また、これらの作業工程は、併用して用
いられることもある。
黒鉛化の温度は、要求特性に応じておおよそ1200℃
〜3000℃の範囲で適宜選択される。
炭素源に炭化水素等のガスを用いる場合には、400℃
〜1200℃程度で化学蒸着法により含浸炭化して、黒
鉛化を行えばよい。
次に、第3図を用いて本発明を更に詳述する。
第3図は、本発明の特徴を説明するための三次元織物の
繊維配列の例であるが、本発明は、これらに限定される
ものではない。第3図(a)は、炭素繊維をx,y,z
の3軸方向へとお互いに直交状態となるように構成して
ある3A−3D− C/Cコンポジットの一片であり、
Xs  )’+  Z方向の炭素繊維の種類、配向比率
、含有率等の因子を変化させて各方向の熱伝導率を制御
することができる。第3図(b)は、(a)に示した3
軸方向に更にx−z面の斜め方向に2軸加えた5A−3
D・C/Cコンポジットを表し、上記と同様にして、斜
め方向の熱伝導率も制御できる。第3図(C)は、円筒
状の3D−C/Cコンポジットを表し、棒状のものもふ
まえて、容易に円周方向、長平方向等に放熱することが
でき、(d)のように炭素繊維を構成すれば、熱の移動
方向(A→B)を容易に変化させることができ、y方向
の熱コントロールも可能である。また、第3図(a)の
3A−3 D − C/Cコンポジットに更に、該C/
Cコンポジットを立方体と見たときに、中心に対して対
向する頂部を結んだ4軸方向を加えた7A−3D・C/
Cコンポジット、或いはそれ以上の多軸の三次元織物C
/Cコンポジットとして、他方向の熱伝導率を制御する
ことができる。
発明の効果 本発明によれば、C/Cコンポジットにおいて、炭素繊
維の種類、方向、配向比率、含有率等を色々変化させた
、異方性熱伝導率を有する三次元織物を強化材に用いる
ことにより、熱伝導率の方向性やその量を自由にコント
ロールできる。
また、本発明の製造法により得られる三次元織物C/C
コンポジットは、繊維を利用しているため、機械的強度
(曲げ、引張り、圧縮、破壊靭性)等も、従来の黒鉛材
料に比べて優れたものである。
実施例 以下に実施例を示し、本発明の特徴とするところを一層
明確なものとする。
実施例I PAN系HT(高強度)タイプの炭素繊維を用いて直交
型の三次元織物を、その配向構成比が、x:y:z=4
0:40:20となるように製作した。この三次元織物
とコールタールピッチを用いて、第1図に準じてC/C
コンポジットを得た。
得られたC/Cコンポジットのかさ密度は、1.78で
、三次元織物の体積含有率は、50%であった。これを
試料として、その熱伝導率をJIs  C  2141
に準じて測定したところ、X方向=160W/mK.y
方向=160W/mK,2方向−100W/mKとなっ
た。
実施例2 配向構戊比が、x:y:z=10:10:80となるよ
うにした以外は実施例1と同様にしてC/Cコンポジッ
トを得た。得られたC/Cコンポジットのかさ密度は、
1.78で、三次元織物の体積含有率は、50%であっ
た。このC/Cコンポジットの熱伝導率を実施例1と同
様にして測定したところ、X方向=80W/mK,y方
向一80W/mK,z方向=290W/mKとなった。
実施例3 PAN系HM(高弾性)タイプの炭素繊維を用いて直交
型の三次元織物を、その配向構成比が、x:y:z=1
0:10:80となるように製作した以外は実施例1と
同様にしてC/Cコンポジットを得た。.得られたC/
Cコンポジットのかさ密度は、1.81で、三次元織物
の体積含有率は、50%であった。このC/Cコンポジ
ットの熱伝導率を実施例1と同様にして測定したところ
、X方向−100W/mK,y方向=100W/mK,
2方向=310W/mKとなった。
実施例4 ピッチ系炭素繊維を用いて直交型の三次元織物を、その
配向構成比が、x:y:z=10:30:60となるよ
うに製作した以外は実施例1と同様にしてC/Cコンポ
ジットを得た。得られたC/Cコンポジットのかさ密度
は、1.82で、三次元織物の体積含有率は、50%で
あった。このC/Cコンポジットの熱伝導率を実施例1
と同様にして測定したところ、X方向−100W/mK
,y方向=190W/mK,z方向=320W/mKと
なった。
実施例5 x+V及び2軸方向にそれぞれPAN系HT,PAN系
HM及びピッチ系炭素繊維を用いて直交型の三次元織物
を、その配向構成比が、x:y:z=35 : 35 
: 30となるように製作した以外は実施例1と同様に
してC/Cコンポジットを得た。得られたC/Cコンポ
ジットのかさ密度は、1.78で、三次元織物の体積含
有率は、50%であった。このC/Cコンポジットの熱
伝導率を実施例1と同様にして測定したところ、X方向
=120W/mK,y方向=150W/mK,z方向=
190W/mKとなった。
実施例6 実施例3の繊維を用いて直線状7軸の三次元織物(7A
−3D)を、その配向構成比が、X1 :x2 :x’
  :x’ :x5 :x8 :z=15:15:15
:15:15:15:10となるように製作した。以下
実施例1と同様にしてC/Cコンポジットを得た。得ら
れたC/Cコンポジットのかさ密度は、1.78で、三
次元織物の体積含有率は、50%であった。このC/C
コンポジットの熱伝導率を実施例1と同様にして測定し
たところ、2方向=80W/mKとなり、その他6軸方
向とも95W/mKとなった。
比較例1.及び2 実施例1及び実施例3と同様の炭素繊維をそれぞれ用い
て、その体積含有率を60%とした以外は実施例1と同
様にしてUDのC/Cコンポジットを製作した。これら
UD●C/Cコンポジットの繊維に対する平行一垂直方
向の熱伝導率は、それぞれ320−50W/mkと40
0−50W/mkであった。これらの熱伝導率は、炭素
繊維の含有率、種類を変えることにより一定の比のもと
に増減はできるが、熱伝導率の方向性とその量を同時に
かつ任意にコントロールすることはできない。
比較例3 実施例1と同様の炭素繊維を用いて、8枚朱子の織物を
製作し、これを積層して体積含有率が50%となるよう
に2D− C/Cコンポジットを得た。得られたC/C
コンポジットの熱伝導率は、X方向及びy方向が190
W/mkで、x−y面に対して垂直方向(積層方向)が
70W/mkであった。このC/Cコンポジットは、二
次元に炭素繊維が配向しているために、xaV方向の熱
伝導率は制御可能であるが、他の方向の熱伝導率を制御
することはできない。
【図面の簡単な説明】
第1図は、マトリックスにピッチを使用したときのC/
Cコンポジットの製造工程の説明図である。 第2図は、マトリックスに熱硬化性樹脂を使用したとき
の本発明C/Cコンポジットの製造工程の説明図である
。 第3図は、本発明における三次元織物の繊維配列の例を
示す説明図である。 (以 上) 郎 1 図 (a) (C) 第 3 図 (b) (d)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 炭素繊維を補強材とし、炭素源をマトリックスとし
    たC/Cコンポジットを製造するに当り、補強材として
    異方性熱伝導率を有する炭素繊維三次元織物を用いて、
    炭素源を含浸焼成させることを特徴とする熱伝導率の方
    向性を自由に制御できる三次元織物C/Cコンポジット
    の製造法。
JP1303848A 1989-11-22 1989-11-22 熱伝導率の方向性を自由に制御できる三次元織物c/cコンポジットの製造法 Pending JPH03164415A (ja)

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JP1303848A JPH03164415A (ja) 1989-11-22 1989-11-22 熱伝導率の方向性を自由に制御できる三次元織物c/cコンポジットの製造法

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