JPS61122162A - 炭素繊維強化炭素材料の製造法 - Google Patents

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、航空機用ロケット材料、宇宙開発用ロケット
材料等の構造材として用いられる炭素繊維強化炭素材料
に関する。

（従来技術） 炭素繊維強化炭素材料は、耐熱性に優れ、繊維によって
強化された強い強度含有しかつ密度が低いという長所を
有する。しかし乍ら従来の例えば結合剤の浸透した炭素
繊維の布を積層成形し焼成（炭化更には黒鉛化）したも
のは、積層界面から剥離する１等方性を要求される用途
には使えない等の問題がめった。この為に三次元の織物
を使用する方法があるがコスト高となり、用途拡大の障
害となっていた。

（発明の目的） 本発明は上記した欠点を解消する炭素繊維強化炭素材料
を提供することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、炭素繊維と熱硬化性樹脂のワニスと−と混線
した混練物を静水加圧成形し、オートクレーブ中で加圧
加熱した後、非酸化性雰囲気で焼成し１次いで炭化可能
な有機材料を含浸し、再度非酸化性雰囲気で焼成する炭
素繊維強化炭素材料の製造法に関する。

本発明において炭素繊維（黒鉛繊維を含む）は。

長さが１〜２．５ｍｍの短繊維が等方性にする為に好ま
しい。炭素繊維中に８ｉＣウイスカー又はＳｉＣ粉末を
０．５〜１０重量％重量％光れば耐熱性及び機械強度が
増加し、更に熱硬化性樹脂の炭イヒ及び炭素繊維強化炭
素材料の黒鉛化が促進され好ましい。

熱硬化性樹脂のワニス（以下ワニスと呼ぶ）は。

水溶性フェノール樹脂ワニスが取扱いが容易で炭素繊維
との結合力も強く好ましい。ワニス中の固形分は炭素繊
維との結合力を大きくする為に６５重量％以上とするこ
とが好ましい。前記フェノール樹脂ワニスを用いる場合
は該ワニス中にＺｎＣ１ｘ粉末を添加すれば、ＺｎＣｌ
２は樹脂に対して脱水効果がおす、樹脂が短時間で炭化
しかつ炭化歩留カフよくなるので好ましい。

炭素繊維とワニスとの混合比は、炭素繊維／ワニスの固
形分が重量で６０／４０〜２５／７５の間が好ましい。

炭素繊維とワニスはレデーゲミキサー等を用い９例えば
１００℃に加温して混練し。

溶剤が大部分揮散した程度の混練物を得る。

混練物はラバープレス等により静水加圧成形した後、オ
ートクレーブに入れ加圧加熱して樹脂を硬化させると共
に、炭化可能な有機材料を含浸し易い開気孔を形成させ
る。加圧加熱の好ましい温度及び圧力は１４０〜１８０
℃及び４．５〜１０に９／ｄで、樹脂硬化時の発生ガス
及び若干の溶剤ガスを内包し九まま硬化させる。硬化し
た素材は非酸化性の雰囲気で焼成される。焼成は例えば
焼成炉に収納し１周囲にコークス粉を充填し、窒素ガス
を流しながら加熱する。

焼成後の素材はオートクレーブに入れ炭化可能な有機材
料を含浸する。炭化可能な有機材料は後工程の焼成で炭
化する量の多い前記水溶性フェノール樹脂ワニス、ター
ルピッチ等が好ましく、常温又は加熱して液状とし、真
空含浸等公知の方法により含浸する。含浸後は上記成形
体の焼成と同一の方法で焼成する。この含浸、焼成は複
数回行なって気孔を炭化物で充填する。このあと必要に
応じて二次焼成（黒鉛化）を行なう。

（実施例） 次に実施例を説明する。

実施例１ 繊維径１４５μｍ、繊維長６ｍｍの炭素繊維（呉羽化学
製、商品名りレカチョップＣ−１０６８）５０重量部及
び水溶性フェノール樹脂ワニス（日立化成工業製、グレ
ードＰＲ５２４）５０重量部をレデーゲミキサーに入れ
、１００℃に加温しつつ２時間混練し、炭素繊維５０重
量部、ワニスの固形分３５重量部及び水分９．５重量部
の混練物を得た。この混練物を内径２５０ｍｍｊｌ、長
さ２００ｒｎｌの生ゴムのチューブに均一に充填し、ゴ
ムチューブ内の空気を真空ポンプで３ｍｍ以下に脱気し
た後ゴムチューブの口を密封した。これをラバープレス
に入れ３００　ｋｇ／ａｎ”の圧力で３０分保持成形し
た。次にこの成形体をゴムチューブごとオートクレーブ
に入れて５ｋｇ／ａｍ２に加圧後、室温から１００℃ま
で１時間、１００〜１５５℃まで２時間で昇温し、１５
５℃で３時間保持した後冷却し常圧に戻して取出した。

上記加圧加熱した成形素材は１表面を１国切削加工して
樹脂層を除去し九後焼成炉に収納し１周囲にコークス粉
を充填し窒素ガスを流しつつ徐々に加熱昇温し、１００
０℃で５時間焼成した。

次に上記焼成素材をオートクレーブに入れ、３ｚｍ　Ｈ
ｇ以下に減圧脱気し、５５℃に加熱した前記フェノール
樹脂ワニスＰＲ５２４を注入し、５に９／ａｍ”の圧力
で加圧金没後取出し、焼成炉で前記成形素材と同一の条
件で焼成した。この樹脂含浸、焼成の工程を更に２回１
合計３回繰返して得た炭素繊維強化炭素材料の物理特性
は、カサ密度１．６７゜気孔率４５％１曲げ強さＡ　５
１５　ｋｓ／ｃｍ”、曲げ強さＢ（Ａと直角の方向）　
５０５　ｋｇ／ａｎ”であった。

実施例２ 直径０．２〜１．０μｍ、長さ５０〜２００μｍの分布
を有する８ｉＣウイスカー（東海カーボン製）５重量部
、繊維径７μｍ、繊維長さ６Ｗの炭素繊維（東洋レーヨ
ン製、商品名ベスファイト）５０重量部及び水５００重
量部を混合攪拌機で低速回転で５時間混合後ｆ過し乾燥
して脱水しＳｉＣウィスカー入りの炭素繊維とした。一
方、水溶性樹脂”７ニスＰＲ５２４０１００重量部にＺ
ｎ（Ｊ’ｚ粉末（試薬１級）５重量部を加え均一に混合
した。

上記ＳｉＣウィスカー入り炭素繊維及びＺｎＣｌ２入り
ＰＲ５２４をレデーゲミキサーに入れ、以下実施例１と
同一条件で混線、成形、加圧加熱、焼成、樹脂含浸−焼
成を行なったのち、オートクレーブに入れ３ｍａ＋Ｈｇ
以下に減圧し、タールピッチ（用鉄化学製グレードＰＫ
−Ｌ、軟化点８０℃）を加熱溶融したものを注入し、　
５ｋｇ／ａａ”に加圧含浸した。次に実施例１と同一条
件で焼成した後電気抵抗炉で２５００℃に加熱して黒鉛
化した。得られた炭素繊維強化炭素材料の物理特性はカ
サ密度Ｌ７２．気孔率λ５チ１曲げ強さ人ａｘｏｋｓ／
Ｃｍ”　Ｉ曲げ強さＢ　６２０　ｋｇ　／ａｍ２でめっ
た。

上記実施例の炭素繊維強化炭素材料は、従来の積層材の
ような剥離現象がなく１機械強度も異方性がなく、原料
費は三次元の織物を使用する場合の１０チ以下である。

（発明の効果） 本発明によれば、充分な機械強度を有し、しかもその機
械強度に異方性がなく、ａ造コストが安価な構造材料と
しての炭素繊維強化炭素材料が得られる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、炭素繊維と熱硬化性樹脂のワニスとを混練した混練
   物を静水加圧成形し、オートクレーブ中で加圧加熱した
   後、非酸化性雰囲気で焼成し、次いで炭化可能な有機材
   料を含浸し、再度非酸化性雰囲気で焼成することを特徴
   とする炭素繊維強化炭素材料の製造法。 ２、炭素繊維が炭化珪素ウィスカー又は炭化珪素粉を含
   有する炭素繊維である特許請求の範囲第１項記載の炭素
   繊維強化炭素材料の製造法。 ３、熱硬化性樹脂のワニスが、ＺｎＣｌ＿２を含む水溶
   性フェノール樹脂ワニスである特許請求の範囲第１項又
   は第２項記載の炭素繊維強化炭素材料の製造法。