JPH03193664A - 炭素繊維強化炭素複合材料 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料Info
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- JPH03193664A JPH03193664A JP1333958A JP33395889A JPH03193664A JP H03193664 A JPH03193664 A JP H03193664A JP 1333958 A JP1333958 A JP 1333958A JP 33395889 A JP33395889 A JP 33395889A JP H03193664 A JPH03193664 A JP H03193664A
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- Japan
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- composite
- carbon fiber
- 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、高強度の炭素繊維強化炭素複合材料に関する
ものである。
ものである。
本発明の炭素繊維強化炭素複合材料は、高強度であるた
め、特に航空、宇宙材料として通している。
め、特に航空、宇宙材料として通している。
(従来の技術)
比強度が高く耐熱性にも優れた炭素繊維強化炭素複合材
料(以下C/Cコンポジットと称する)は航空、宇宙用
素材等として重要な地位を占めている。
料(以下C/Cコンポジットと称する)は航空、宇宙用
素材等として重要な地位を占めている。
従来C/Cコンポジットの製造方法としては3つの方法
が知られている。
が知られている。
その第1は、ポリアクリロニトリル(PAN)系、ピッ
チ系、あるいはレーヨン系炭素繊維の短繊維または長繊
維と、炭素マトリックス原料であるフェノール樹脂、フ
ラン樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはピッチ類を混合
し加熱成形した物を、不活性ガス雰囲気中において炭化
処理し、さらに必要ならば樹脂、ピッチ等の含浸、炭化
処理のサイクルを繰り返す方法である(例えば特開昭6
2−212262号公報)。特にピッチ類を炭素マトリ
ックス原料とした場合には、成形体を金属、セラミック
ス等の固定材で固定することによって膨れを抑えて炭化
処理を施し、その後、常法により含浸処理、炭化処理、
黒鉛化処理を施してC/Cコンポジットを得る方法も開
発されている(例えば特開昭62−241871号公報
)、。
チ系、あるいはレーヨン系炭素繊維の短繊維または長繊
維と、炭素マトリックス原料であるフェノール樹脂、フ
ラン樹脂などの熱硬化性樹脂、あるいはピッチ類を混合
し加熱成形した物を、不活性ガス雰囲気中において炭化
処理し、さらに必要ならば樹脂、ピッチ等の含浸、炭化
処理のサイクルを繰り返す方法である(例えば特開昭6
2−212262号公報)。特にピッチ類を炭素マトリ
ックス原料とした場合には、成形体を金属、セラミック
ス等の固定材で固定することによって膨れを抑えて炭化
処理を施し、その後、常法により含浸処理、炭化処理、
黒鉛化処理を施してC/Cコンポジットを得る方法も開
発されている(例えば特開昭62−241871号公報
)、。
第2は、予め炭素繊維を用いて大略の形状に成形した後
、炭素繊維の間隙部に化学蒸着法を用いて炭素を堆積さ
せ、C/Cコンポジットを得る方法である(例えばCa
rbon Vol、 6. p397−403.196
8年)。
、炭素繊維の間隙部に化学蒸着法を用いて炭素を堆積さ
せ、C/Cコンポジットを得る方法である(例えばCa
rbon Vol、 6. p397−403.196
8年)。
第3は、前記第1法と第2法を組み合わせた方法である
。すなわち、第1法における樹脂、ピッチ等の含浸、炭
化処理のサイクルに代えて、第2法の化学蒸着法を使用
するものである。
。すなわち、第1法における樹脂、ピッチ等の含浸、炭
化処理のサイクルに代えて、第2法の化学蒸着法を使用
するものである。
(発明が解決しようとする課題)1
しかしながら、従来のC/Cコンポジットは、炭素繊維
束間の炭素マトリックスに大きな細孔を有していたため
、十分な物性を発揮するには至らなかった。特に高強度
なC/Cコンポジットは得られにくかった。
束間の炭素マトリックスに大きな細孔を有していたため
、十分な物性を発揮するには至らなかった。特に高強度
なC/Cコンポジットは得られにくかった。
その理由を第2図により説明する。なお、通常、炭素繊
維束1は中央部が最も厚く、端部に向かうに従い薄くな
っている。
維束1は中央部が最も厚く、端部に向かうに従い薄くな
っている。
従来のC/Cコンポジットは、炭素繊維束1が最も厚い
部分で500μm程度と厚いために、炭素繊維束間には
炭素マトリックス原料を炭化することにより得られる大
きな炭素マトリックス層2が形成されていた。炭素マト
リックス原料の炭化処理時の収縮率が大きいため、大き
な炭素マトリックス層には大きな細孔が生じ、高強度な
C/Cコンポジットを得ることが難しかった。
部分で500μm程度と厚いために、炭素繊維束間には
炭素マトリックス原料を炭化することにより得られる大
きな炭素マトリックス層2が形成されていた。炭素マト
リックス原料の炭化処理時の収縮率が大きいため、大き
な炭素マトリックス層には大きな細孔が生じ、高強度な
C/Cコンポジットを得ることが難しかった。
そこで本発明の目的は、これまでの欠点を改善し、高強
度のC/Cコンポジットを提供することにある。
度のC/Cコンポジットを提供することにある。
(課題を解決するための手段)
かかる課題を解決するため、本発明では炭素マトリック
ス原料を、十分に開繊した炭素繊維束に含浸して得られ
たプリプレグを用いて作られたC/Cコンポジットが、
高強度を発現することを見いだし、本発明に至った。
ス原料を、十分に開繊した炭素繊維束に含浸して得られ
たプリプレグを用いて作られたC/Cコンポジットが、
高強度を発現することを見いだし、本発明に至った。
すなわち、本発明は、開繊された炭素繊維束、及び炭素
マトリックスからなる層が積層され、該層の1層あたり
の厚みが、最も厚い部分で200 Pm以下、好ましく
は100 Ptn以下であることを特徴とするC/Cコ
ンポジットである。本発明のC/Cコンポジットは、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、塩化ビニル等の熱可塑
性樹脂またはピッチ類等の炭素マトリックス原料と、開
繊された、炭素繊維束からなる一方向性プリプレグを積
層、加熱成形し、次いで炭化処理、必要によりさらに黒
鉛化処理を施すことによって製造することが出来る。
マトリックスからなる層が積層され、該層の1層あたり
の厚みが、最も厚い部分で200 Pm以下、好ましく
は100 Ptn以下であることを特徴とするC/Cコ
ンポジットである。本発明のC/Cコンポジットは、フ
ェノール樹脂等の熱硬化性樹脂、塩化ビニル等の熱可塑
性樹脂またはピッチ類等の炭素マトリックス原料と、開
繊された、炭素繊維束からなる一方向性プリプレグを積
層、加熱成形し、次いで炭化処理、必要によりさらに黒
鉛化処理を施すことによって製造することが出来る。
以下、本発明の内容を詳細に説明する。
本発明で用いられる炭素繊維は、PAN系、ピッチ系、
レーヨン系など、公知の炭素繊維を用いることができる
。炭素繊維の形状としては連続繊維でもヤーンでもよい
。
レーヨン系など、公知の炭素繊維を用いることができる
。炭素繊維の形状としては連続繊維でもヤーンでもよい
。
炭素マトリックス原料としては、フェノール樹脂等の熱
硬化性樹脂、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂または石油系
、石炭系のピッチ類が用いられる。さらに炭素マトリッ
クスの炭化歩留まりを向上させるため、必要に応じてフ
ィラーとして、炭化ケイ素、カーボンブラック、黒鉛等
を添加してもよい。
硬化性樹脂、塩化ビニル等の熱可塑性樹脂または石油系
、石炭系のピッチ類が用いられる。さらに炭素マトリッ
クスの炭化歩留まりを向上させるため、必要に応じてフ
ィラーとして、炭化ケイ素、カーボンブラック、黒鉛等
を添加してもよい。
開繊された炭素繊維束、及び炭素マトリックス原料から
なるプリプレグを得るには、以下の方法が例示でき、こ
れらのいずれの方法を用いても差し支えはない。すなわ
ち、■炭素繊維束を圧延、超音波または空気流等により
開繊する。■炭素繊維束に、炭素マトリックス原料を含
浸した後に開繊する。■炭素繊維束に、炭素マトリック
ス原料を含浸すると同時に開繊する等の方法が挙げられ
る。■の方法の場合は開繊された炭素繊維束に浸漬、塗
布、スプレー等の方法により炭素質マトリックス原料を
含浸させることによりプリプレグを得る。■の方法、■
の方法では、開繊と同時にプリプレグが得られる。
なるプリプレグを得るには、以下の方法が例示でき、こ
れらのいずれの方法を用いても差し支えはない。すなわ
ち、■炭素繊維束を圧延、超音波または空気流等により
開繊する。■炭素繊維束に、炭素マトリックス原料を含
浸した後に開繊する。■炭素繊維束に、炭素マトリック
ス原料を含浸すると同時に開繊する等の方法が挙げられ
る。■の方法の場合は開繊された炭素繊維束に浸漬、塗
布、スプレー等の方法により炭素質マトリックス原料を
含浸させることによりプリプレグを得る。■の方法、■
の方法では、開繊と同時にプリプレグが得られる。
このようにして得られたプリプレグを積層、加熱成形し
て成形体とした後、炭化処理を施し、その後常法により
含浸処理、炭化処理、黒鉛化処理を施して高強度なC/
Cコンポジットを得ることが出来る。
て成形体とした後、炭化処理を施し、その後常法により
含浸処理、炭化処理、黒鉛化処理を施して高強度なC/
Cコンポジットを得ることが出来る。
1層あたりの厚みは、最も厚い部分で200μm超では
、炭素繊維束間の炭素マトリックス層が大きくなり、C
/Cコンポジットに大きな細孔が生じるため、好ましく
ない。プリプレグの厚さとしては、薄くするほど効果的
であるため、炭素繊維単層とすることでも、十分その効
果を発揮することができる。すなわち、1層あたりの厚
みの下限は、用いる炭素繊維の径に依存することとなる
が、通常炭素繊維は細い場合でも、約5〜7μmである
から、大略これが下限となる。
、炭素繊維束間の炭素マトリックス層が大きくなり、C
/Cコンポジットに大きな細孔が生じるため、好ましく
ない。プリプレグの厚さとしては、薄くするほど効果的
であるため、炭素繊維単層とすることでも、十分その効
果を発揮することができる。すなわち、1層あたりの厚
みの下限は、用いる炭素繊維の径に依存することとなる
が、通常炭素繊維は細い場合でも、約5〜7μmである
から、大略これが下限となる。
得られた本発明のC/Cコンポジットは、炭素繊維の長
袖に垂直な断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡等を用い
て観察することにより、開繊された炭素繊維束、及び炭
素マトリックスよりなる1層あたりの厚みを、測定する
ことができることから、識別が可能である。前記の1層
あたりの厚みを測定する際には、ばらつきもあることか
ら、C/Cコンポジットの複数個所の断面を観察するこ
とが望ましい。
袖に垂直な断面を光学顕微鏡または電子顕微鏡等を用い
て観察することにより、開繊された炭素繊維束、及び炭
素マトリックスよりなる1層あたりの厚みを、測定する
ことができることから、識別が可能である。前記の1層
あたりの厚みを測定する際には、ばらつきもあることか
ら、C/Cコンポジットの複数個所の断面を観察するこ
とが望ましい。
(作 用)
開繊された炭素繊維束、及び炭素マトリックスからなる
層が積層され、1層あたりの厚みが、最も厚い部分で2
00μm以下である本発明のC/Cコンポジットは、炭
素繊維束間に形成される炭素質マトリックス層の厚さが
小さくなるため、細孔が小さく高強度なC/Cコンポジ
ットとなる。
層が積層され、1層あたりの厚みが、最も厚い部分で2
00μm以下である本発明のC/Cコンポジットは、炭
素繊維束間に形成される炭素質マトリックス層の厚さが
小さくなるため、細孔が小さく高強度なC/Cコンポジ
ットとなる。
(実 施 例)
実施例I
PAN系炭素炭素繊維12000フイラメント、繊維径
的7pm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )を含浸した後、ロールにより圧下して開
繊し、プリプレグを作成した。
的7pm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )を含浸した後、ロールにより圧下して開
繊し、プリプレグを作成した。
前記プリプレグを3cm長さに切断した後に、12Cm
角の金型内に積層し、150t:、100kgf/cm
’の条件下でプレス成形し成形物(120mmx 12
0mmx 10mm)を得た。この成形物を10’e
7時の昇温速度にて1000℃まで加熱し炭化物とした
。ついでこの炭化物に含浸用のピッチを含浸し、炭化す
る工程を4回繰り返し、C/Cコンポジット(嵩密度1
.58g/cm3)を得た。得られたC/Cコンポジッ
トの断面を観察したところ、開繊された炭素繊維束、及
び炭素マトリックスからなる層、1層あたりの厚みは、
最も厚い部分で72μmであった。また、得られたC/
Cコンポジットの細孔の分布を第1図に示す。第1図の
横軸は細孔の直径を、縦軸は細孔量を示す。実施例1で
得られたC/Cコンポジットには、10〜100 jL
m程度の大きな細孔は、比較的少量存在する。
角の金型内に積層し、150t:、100kgf/cm
’の条件下でプレス成形し成形物(120mmx 12
0mmx 10mm)を得た。この成形物を10’e
7時の昇温速度にて1000℃まで加熱し炭化物とした
。ついでこの炭化物に含浸用のピッチを含浸し、炭化す
る工程を4回繰り返し、C/Cコンポジット(嵩密度1
.58g/cm3)を得た。得られたC/Cコンポジッ
トの断面を観察したところ、開繊された炭素繊維束、及
び炭素マトリックスからなる層、1層あたりの厚みは、
最も厚い部分で72μmであった。また、得られたC/
Cコンポジットの細孔の分布を第1図に示す。第1図の
横軸は細孔の直径を、縦軸は細孔量を示す。実施例1で
得られたC/Cコンポジットには、10〜100 jL
m程度の大きな細孔は、比較的少量存在する。
さらに、得られたC/Cコンポジットの曲げ強度、引張
り強度の値を第1表に示す。
り強度の値を第1表に示す。
比較例I
PAN系炭素炭素繊維12000フイラメント、繊維径
的7μm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )を含浸しただけのプリプレグを作成した
。
的7μm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )を含浸しただけのプリプレグを作成した
。
前記プリプレグを3cmに切断した後に、実施例1と同
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1 、53g/c
m3)を得た。得られたC/Cコンポジットの断面を観
察したところ、開繊された炭素繊維束、及び炭素マトリ
ックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い部分
で470μmであった。得られたC/Cコンポジットの
細孔の分布を第1図に示す。10=100 Pm程度の
大きな細孔が、実施例1と比較して大量に存在する。
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1 、53g/c
m3)を得た。得られたC/Cコンポジットの断面を観
察したところ、開繊された炭素繊維束、及び炭素マトリ
ックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い部分
で470μmであった。得られたC/Cコンポジットの
細孔の分布を第1図に示す。10=100 Pm程度の
大きな細孔が、実施例1と比較して大量に存在する。
また、得られたC/Cコンポジットの曲げ強度、引張り
強度の値を第1表に示す。
強度の値を第1表に示す。
実施例2
PAN系炭素炭素繊維12000フイラメント、繊維径
的7Pm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM3
000A ) 90重量部、フィラーとして天然黒鉛粉
(平均粒径1μm)10重量部からなるマトリックス原
料となる炭素材原料を含浸した後、ロールにより圧下し
て開繊し、プリプレグを作成した。
的7Pm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM3
000A ) 90重量部、フィラーとして天然黒鉛粉
(平均粒径1μm)10重量部からなるマトリックス原
料となる炭素材原料を含浸した後、ロールにより圧下し
て開繊し、プリプレグを作成した。
前記プリプレグを3cmに切断した後に、実施例1と同
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1.52g/cm
’)を得た。得られたC/Cコンボジットの開繊された
炭素繊維束、及び炭素マトリックスからなる層、1層あ
たりの厚みは、最も厚い部分で60μmであった。得ら
れたC/Cコンポジットの曲げ強度、引張り強度の値を
第1表に示す。
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1.52g/cm
’)を得た。得られたC/Cコンボジットの開繊された
炭素繊維束、及び炭素マトリックスからなる層、1層あ
たりの厚みは、最も厚い部分で60μmであった。得ら
れたC/Cコンポジットの曲げ強度、引張り強度の値を
第1表に示す。
比較例2
PAN系炭素炭素繊維12000フイラメント、繊維径
的7μm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM3
000A) 90重量部、天然黒鉛粉(平均粒径1μm
)10重量部からなるマトリックス原料となる炭素材原
料を含浸し、プリプレグを作成した。
的7μm)にフェノール樹脂(旭有機材工業製、RM3
000A) 90重量部、天然黒鉛粉(平均粒径1μm
)10重量部からなるマトリックス原料となる炭素材原
料を含浸し、プリプレグを作成した。
前記プリプレグを3cmに切断した後に、実施例1と同
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1.53g/cm
’)を得た。得られたC/Cコンポジットの、開繊され
た炭素繊維束、及び炭素マトリックスからなる層、1層
あたりの厚みは、最も厚い部分で360μmであった。
じ方法でC/Cコンポジット(嵩密度1.53g/cm
’)を得た。得られたC/Cコンポジットの、開繊され
た炭素繊維束、及び炭素マトリックスからなる層、1層
あたりの厚みは、最も厚い部分で360μmであった。
得られたC/Cコンポジットの曲げ強度、引張り強度の
値を第1表に示す。
値を第1表に示す。
実施例3
ピッチ系炭素繊維(3000フイラメント、繊維径的1
0μ■)に、フェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )からなるマトリックス原料となる炭素材
原料を含浸した後、ロールにより圧下して開繊し、プリ
プレグを作成した。
0μ■)に、フェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )からなるマトリックス原料となる炭素材
原料を含浸した後、ロールにより圧下して開繊し、プリ
プレグを作成した。
前記プリプレグを、0°方向、及び90”方向に交互に
積層した後、実施例1と同じ方法でC/Cコンポジット
(嵩密度1.68 g/cm’)を得た。得られたC/
Cコンポジットの、開繊された炭素繊維束、及び炭素マ
トリックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い
部分で60μmであった。得られたC/Cコンポジット
の曲げ強度、引張り強度の値を第1表に示す。
積層した後、実施例1と同じ方法でC/Cコンポジット
(嵩密度1.68 g/cm’)を得た。得られたC/
Cコンポジットの、開繊された炭素繊維束、及び炭素マ
トリックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い
部分で60μmであった。得られたC/Cコンポジット
の曲げ強度、引張り強度の値を第1表に示す。
比較例3
ピッチ系炭素繊維(3000フイラメント、繊維径的1
0un)に、フェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )からなるマトリックス原料となる炭素材
原料を含浸し、プリプレグを作成した。
0un)に、フェノール樹脂(旭有機材工業製、RM
3000A )からなるマトリックス原料となる炭素材
原料を含浸し、プリプレグを作成した。
前記プリプレグを、0°方向、及び90°方向に交互に
積層した後、実施例1と同じ方法でC/Cコンポジット
(嵩密度1.70g7cm3)を得た。得られたC/C
コンポジットの、開繊された炭素繊維束、及び炭素マト
リックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い部
分で500μmであった。得られたC/Cコンポジット
の曲げ強度、引張り強度の値を第1表に示す。
積層した後、実施例1と同じ方法でC/Cコンポジット
(嵩密度1.70g7cm3)を得た。得られたC/C
コンポジットの、開繊された炭素繊維束、及び炭素マト
リックスからなる層、1層あたりの厚みは、最も厚い部
分で500μmであった。得られたC/Cコンポジット
の曲げ強度、引張り強度の値を第1表に示す。
第 1 表
第1表に見られるように、本発明により得られたC/C
コンポジットは、開繊された炭素繊維束、及び炭素マト
リックスからなる層、1層あたりの厚みが、従来のC/
Cコンポジットに比べ小さいため、曲げ強度、引張り強
度共に、向上していることが判る。
コンポジットは、開繊された炭素繊維束、及び炭素マト
リックスからなる層、1層あたりの厚みが、従来のC/
Cコンポジットに比べ小さいため、曲げ強度、引張り強
度共に、向上していることが判る。
(発明の効果)
以上のように本発明によれば、開繊された炭素繊維束、
及び炭素マトリックスからなる層、1層あたりの厚みが
、従来のC/Cコンポジットに比べ小さいC/Cコンポ
ジットが得られ、航空、宇宙用の、高強度のC/Cコン
ポジットを得ることが出来る。
及び炭素マトリックスからなる層、1層あたりの厚みが
、従来のC/Cコンポジットに比べ小さいC/Cコンポ
ジットが得られ、航空、宇宙用の、高強度のC/Cコン
ポジットを得ることが出来る。
第1図は本発明の実施例1及び比較例1において得られ
たC/Cコンポジットの細孔分布を示す図、第2図は従
来のコンポジットの切断面の模式図である。
たC/Cコンポジットの細孔分布を示す図、第2図は従
来のコンポジットの切断面の模式図である。
Claims (1)
- 1 開繊された炭素繊維束、及び炭素マトリックスから
なる層が積層され、該層の1層あたりの厚みが、最も厚
い部分で200μm以下であることを特徴とする炭素繊
維強化炭素複合材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1333958A JPH068214B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 炭素繊維強化炭素複合材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1333958A JPH068214B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 炭素繊維強化炭素複合材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03193664A true JPH03193664A (ja) | 1991-08-23 |
JPH068214B2 JPH068214B2 (ja) | 1994-02-02 |
Family
ID=18271890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1333958A Expired - Lifetime JPH068214B2 (ja) | 1989-12-22 | 1989-12-22 | 炭素繊維強化炭素複合材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH068214B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1993025493A1 (fr) * | 1992-06-16 | 1993-12-23 | Mitsubishi Kasei Corporation | Procede de fabrication d'un materiau composite renforce par fibres de carbone, materiau composite renforce par fibres de carbone, et materiau glissant |
WO2023145879A1 (ja) * | 2022-01-28 | 2023-08-03 | 東洋炭素株式会社 | C/cコンポジット及びイオンエンジン用グリッド |
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US4659624A (en) * | 1983-11-25 | 1987-04-21 | Ltv Aerospace & Defense Company | Hybrid and unidirectional carbon-carbon fiber reinforced laminate composites |
JPS62231073A (ja) * | 1986-03-31 | 1987-10-09 | 石川県 | 炭素繊維複合材の製造方法 |
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