(57)【要約】【課題】炭素複合材料を製造するための技術を向上させる。【解決手段】炭素複合材料の製造方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備える。組成物は、樹脂を炭素化するステップにおける樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量の硬化剤を含む。【選択図】図２
2020070197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂と、炭素材料と、任意成分として前記樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む組成物を硬化させるステップと、
硬化された前記組成物を加熱して前記樹脂を炭素化するステップと、
を備え、
前記組成物は、前記樹脂を炭素化するステップにおける前記樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量の前記硬化剤を含む
ことを特徴とする炭素複合材料の製造方法。
【請求項２】
前記所定の範囲は、前記炭素複合材料に要求される黒鉛化の度合いを実現することを可能とする前記樹脂の炭素化収率の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の炭素複合材料の製造方法。
【請求項３】
前記硬化剤の量は、前記硬化剤の量を変化させたときの前記樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少ない、又は、前記樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量であることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭素複合材料の製造方法。
【請求項４】
樹脂と、炭素材料と、任意成分として前記樹脂の硬化を促進するための硬化剤とを含む組成物を硬化させるステップと、
硬化された前記組成物を加熱して前記樹脂を炭素化するステップと、
を備え、
前記硬化剤の量は、前記硬化剤の量を変化させたときの前記樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少ない、又は、前記樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量である
ことを特徴とする炭素複合材料の製造方法。
【請求項５】
硬化剤を含まない樹脂と、炭素材料と、を含む組成物を硬化させるステップを備えることを特徴とする炭素複合材料の製造方法。
【請求項６】
前記樹脂は、フラン樹脂を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の炭素複合材料の製造方法。
【請求項７】
前記炭素材料は、短繊維状の炭素繊維を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の炭素複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記硬化剤は、パラトルエンスルホン酸を含むことを特徴とする請求項１から４、６、及び７のいずれかに記載の炭素複合材料の製造方法。
【請求項９】
樹脂と、炭素材料と、前記樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含み、
前記硬化剤の量は、前記樹脂を炭素化する際に前記樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量である
ことを特徴とする組成物。
【請求項１０】
樹脂と、炭素材料と、を含み、
前記樹脂は、前記樹脂の硬化を促進するための硬化剤を含まないことを特徴とする組成物。
【請求項１１】
請求項１から８のいずれかに記載された製造方法により製造された炭素複合材料を含むことを特徴とする放熱用部品。
【請求項１２】
請求項１から８のいずれかに記載された製造方法により製造された炭素複合材料を含むことを特徴とする導電性部品。
【請求項１３】
請求項１から８のいずれかに記載された製造方法により製造された炭素複合材料を含むことを特徴とする移動体部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は炭素複合材料の製造技術に関し、とくに、炭素複合材料の製造方法、その炭素複合材料の製造方法に利用可能な組成物、その炭素複合材料を含む放熱用部品、導電性部品及び移動体部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
炭素材料は、優れた力学物性、電気特性、及び熱物性を有しているため、様々な形態で幅広く利用されている。例えば、炭素繊維強化樹脂を熱処理して樹脂を炭素化することにより製造される炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）は、優れた機械的強度及び耐熱性を有する材料として様々な分野で利用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】「熱膨脹挙動から見た炭素繊維／熱硬化性樹脂系複合材料の炭素化過程」、安田榮一・田辺靖博・町野洋・木村脩七、炭素、１９９８年、２７５〜２７７頁、炭素材料学会
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、このような炭素複合材料を改良するための実験を重ね、新規な炭素複合材料の製造方法に想到した。
【０００５】
本開示は、このような課題に鑑みてなされ、その目的は、炭素複合材料を製造するための技術を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示のある態様の炭素複合材料の製造方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備える。組成物は、樹脂を炭素化するステップにおける樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量の硬化剤を含む。
【０００７】
本開示の別の態様は、炭素複合材料の製造方法である。この方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤とを含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備える。硬化剤の量は、硬化剤の量を変化させたときの樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少ない、又は、樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量である。
【０００８】
本開示のさらに別の態様は、炭素複合材料の製造方法である。この方法は、硬化剤を含まない樹脂と、炭素材料と、を含む組成物を硬化させるステップを備える。
【０００９】
本開示のさらに別の態様は、組成物である。この組成物は、樹脂と、炭素材料と、樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む。硬化剤の量は、樹脂を炭素化する際に樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量である。
【００１０】
本開示のさらに別の態様は、組成物である。この組成物は、樹脂と、炭素材料と、を含み、樹脂は、樹脂の硬化を促進するための硬化剤を含まない。
【００１１】
本開示のさらに別の態様は、放熱用部品である。この放熱用部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【００１２】
本開示のさらに別の態様は、導電性部品である。この導電性部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【００１３】
本開示のさらに別の態様は、移動体部品である。この移動体部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本開示によれば、炭素複合材料を製造するための技術を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】硬化剤の添加量と炭素化収率との関係を示す図である。
【図２】実施例１〜９の炭素化収率及び密度を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃコンポジット）は、母材となる樹脂（前駆体）に、強化材として炭素繊維が添加された炭素繊維強化樹脂を硬化させた後、不活性ガス雰囲気中で熱処理して母材樹脂を炭素化することにより製造される。炭素化の後、更に２０００〜３０００℃の高温で熱処理して、母材樹脂中の炭素及び炭素繊維中の炭素を黒鉛化することにより、炭素繊維強化炭素複合材料の特性を更に向上させることができる。
【００１７】
従来、母材樹脂としては、熱処理による炭素化収率が高いフラン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用されていた。また、これらの熱硬化性樹脂を効率良く硬化させるために硬化剤が添加されており、硬化剤によって架橋構造が形成されることが熱硬化性樹脂の炭素化収率の向上に寄与していた。
【００１８】
しかし、後述する本発明者らの実験により、炭素化収率が適度に低い方が、熱処理による黒鉛化の度合いが高まって特性が向上されることが示唆された。また、硬化剤の添加量を調整することにより、母材樹脂の炭素化収率を制御することが可能であることが分かった。したがって、本実施の形態に係る炭素複合材料の製造方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備え、組成物は、樹脂を炭素化するステップにおける樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量の硬化剤を含むことを特徴とする。この製造方法によれば、炭素複合材料の原料である母材樹脂に添加する硬化剤の量を調整することにより、母材樹脂の炭素化収率を制御することができ、それにより黒鉛化の度合いを制御することができ、ひいては、所望の特性を有する炭素複合材料を製造することができる。
【００１９】
フラン樹脂は、炭素化後に３０００℃の高温で熱処理しても黒鉛化しにくい難黒鉛化炭素として知られているが、炭素繊維を含むフラン樹脂を熱処理すると、炭素繊維とフラン樹脂の熱収縮率の違いに起因して生じる応力により黒鉛化が起こることが報告されている。この応力黒鉛化は、炭素繊維に平行な方向のフラン樹脂の収縮が炭素繊維によって阻害され、フラン樹脂中に応力が蓄積されることによって起こると考えられている。
【００２０】
フラン樹脂の炭素化収率が低いと、フラン樹脂の熱収縮が大きくなり、炭素繊維とフラン樹脂の熱収縮の差異がより大きくなるので、熱処理の際にフラン樹脂に蓄積される応力がより大きくなり、応力黒鉛化が進みやすくなると推察される。従来、応力黒鉛化のためには３０００℃程度の高温での加熱処理が必要とされていたが、後述するように、本実施の形態の技術によれば、１５００℃程度の熱処理でも黒鉛化が進んでいることが示唆された。
【００２１】
本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、樹脂は、フラン樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂であってもよいし、ポリエチレン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリアミド（ナイロン）、ポリイミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、変性ポリフェニレンエーテル（ＰＰＥ）、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンスルフィド、ポリビニルアルコールなどの熱可塑性樹脂であってもよい。上述したように、従来は、炭素複合材料の母材樹脂として、理論炭素化収率の高いフラン樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が使用されていたが、本実施の形態の炭素複合材料の製造方法においては、理論炭素化収率がフラン樹脂やフェノール樹脂よりも低い樹脂が母材樹脂として使用されてもよい。
【００２２】
本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、炭素材料は、ＰＡＮ系炭素繊維、ピッチ系炭素繊維などの炭素繊維であってもよい。炭素繊維は、連続した複数の長繊維であってもよいし、短繊維であってもよい。また、炭素材料は、グラフェン、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、カップスタック型カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維などのカーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンナノバッド、ダイヤモンド様カーボンなどのカーボンナノ材料であってもよい。炭素材料の形態やサイズなどによって炭素複合材料の特性が異なりうるので、炭素複合材料に要求される特性を発現させることが可能な形態及びサイズの炭素材料が適切に選択されて樹脂に添加されてもよい。本実施の形態の炭素複合材料の製造方法によれば、長繊維だけでなく短繊維やカーボンナノ材料などの炭素材料を使用した場合でも応力黒鉛化を生じさせることができるので、廃棄された炭素繊維強化樹脂を再利用した炭素繊維なども使用可能である。これにより、環境への負荷を低減可能なリサイクルを実現することができる。
【００２３】
本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、炭素材料の量は、炭素複合材料に要求される特性を発現させることが可能な量であってもよい。炭素材料の量が多いと、炭素材料と母材樹脂との界面の面積が増え、黒鉛化が起こるのに必要な応力が生じる部分が増えるので、黒鉛化の度合いが高まると考えられる。また、炭素材料の量が多いと、母材樹脂に生じる応力が分散されにくく、局所に集中して蓄積されやすくなるので、黒鉛化の度合いが更に高まると考えられる。このように、炭素材料は、強化材として炭素複合材料の特性に寄与するだけでなく、黒鉛化の度合いにも寄与すると考えられるので、双方の寄与を考慮して添加量が調整されてもよい。
【００２４】
本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、硬化剤は、母材樹脂の硬化を促進する機能を有するものであればよく、母材樹脂の種類に応じて、既知の任意の硬化剤が選択されてもよい。例えば、母材樹脂としてフラン樹脂を使用する場合、硬化剤としてパラトルエンスルホン酸が使用されてもよい。また、アミン系、フェノール系、酸無水物系などの重付加型の硬化剤や、アニオン重合剤、カチオン重合剤などの重合型の硬化剤や、潜在性硬化剤や、硬化促進剤などが使用されてもよい。硬化剤の種類によっても、母材樹脂の架橋構造などが変化しうるので、母材樹脂の炭素化収率を調整することが可能であると推察される。したがって、母材樹脂の炭素化収率が、炭素複合材料に要求される特性を発現させることが可能な黒鉛化の度合いを実現するための炭素化収率の範囲となるように、硬化剤の種類が適切に選択されてもよい。
【００２５】
本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、硬化剤の量は、母材樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量とされる。より具体的には、母材樹脂の炭素化収率が、炭素複合材料に要求される特性を発現させることが可能な黒鉛化の度合いを実現するための炭素化収率の範囲となるように、硬化剤の量が適切に選択される。硬化剤の量と炭素化収率との間の関係は、後述する実験などにより予め明らかにすることができる。硬化剤の量を適切に選択することにより、母材樹脂の炭素化収率を制御することができるので、黒鉛化の度合いを調整することができ、炭素複合材料に所望の特性を付与することができる。後述する実施例により示されるように、硬化剤の量は、樹脂の重量に対して０．５重量％以下、より好ましくは０．１重量％以下であってもよい。
【００２６】
本実施の形態の炭素複合材料は、優れた導電性、熱伝導性、放熱性、及び耐熱性を有するので、飛行機や自動車などの移動体の部品、導電性部品、高温炉内部品、耐熱構造材など、様々な装置や部品などに利用可能である。とくに、移動体のブレーキパッドやブレーキローターなどの部品や、高温となる部品に接設されて放熱を促進するための放熱用部品などに好適に利用可能である。
【００２７】
以下に、本発明者らにより実施された実験の詳細について説明する。
【００２８】
＜試料の調整＞
樹脂と、樹脂に対する重量比で０、０．０５、又は０．３重量％の硬化剤と、組成物の総重量に対する重量比で０、１０、又は２０重量％の炭素材料とを含む組成物のフィルムを作製した。樹脂としてフラン樹脂（日立化成株式会社、ＶＦ−３０３）を使用し、硬化剤としてＡ３硬化剤（パラトルエンスルホン酸）を使用し、炭素材料としてカッターミルを用いて砕いたピッチ系炭素繊維（日本グラファイトファイバー株式会社、ＹＳ−９５Ａ）を使用した。
【００２９】
実験１においては、撹拌した組成物を、繊維の異方性が生じないようにゆっくりとＰＩフィルム上に塗装したのちに、１５０℃で４時間加熱して硬化させ、厚さ１．５ｍｍのフィルムを作製した。作製したフィルムを後述する条件で加熱して炭素化した。なお、実験１で使用したピッチ系炭素繊維の平均繊維長は１１１．３μｍ、標準偏差は５６．４μｍである。
【００３０】
実験２及び３においては、撹拌した組成物を、５０ｍｍ×３０ｍｍの型に流し込み、室温で２４時間静置した後、５０℃で２４時間静置し、さらにホットプレート上で１５０℃で４時間加熱して硬化させた。作製したフィルムを窒素雰囲気下１５００℃で加熱して炭素化した。
【００３１】
＜炭素化収率測定＞
炭素化したフィルムにおけるフラン樹脂の炭素化収率を測定した。炭素繊維強化炭素複合材料中の母材炭素に関しては、以下の式を用いて炭素化収率Ｘを算出した。なお、炭素繊維は重量変化がないものと仮定する。
【数１】
2020070197.tif 000003
ここで、Ｘ［−］は炭素化収率、ｍＣＦＲＰ［ｇ］は硬化後（炭素化前）のフィルム重量、ｍＣ／Ｃ［ｇ］は炭素化後のフィルム重量、Ｗｆ［−］は炭素繊維の重量分率である。
【００３２】
＜密度測定＞
炭素化したフィルムにおけるフラン樹脂の密度を、ノルマルヘプタンと四塩化炭素の混合調整溶液を使用した浮沈法により測定した。ただし、炭素複合材料中の母材炭素に関しては、以下の式を用いて密度ρｍを算出した。
【数２】
2020070197.tif 000004
ここで、ρｃ［ｇ／ｃｍ３］は炭素複合材料の密度であり、ρｆ［ｇ／ｃｍ３］は炭素繊維の密度であり、ρｍ［ｇ／ｃｍ３］は母材樹脂の密度であり、α［−］は炭素化後の炭素繊維の重量分率である。αは、下式によって算出した。
【数３】
2020070197.tif 000005
ρｆは、炭素化処理の前後で密度が変化しないものとして、カタログ値を用いた。ρｍは、正確には、溶液が浸漬できないミクロサイズのボイドを含めた母材樹脂の密度である。マクロサイズのボイドの密度への影響を極力抑えるため、２４時間浸漬させてから密度を測定した。
【００３３】
＜実験１＞
まず、予備実験として、炭素材料及び硬化剤を含まないフラン樹脂フィルムを様々な条件で加熱して炭素化した。このときの炭素化収率を表１に、密度を表２に示す。
【表１】
2020070197.tif 000006
【表２】
2020070197.tif 000007
【００３４】
フラン樹脂の理論炭素化収率は７０％以上であるのに対して、フラン樹脂フィルムの炭素化収率はいずれの場合も５０％前後であった。硬化剤を使用せずにフラン樹脂単体を硬化させた場合は、樹脂の架橋構造が不十分であるために、炭素化の際に炭素分も分解ガスとして消失した可能性が示唆される。一方で、密度はいずれの場合も１．５ｇ／ｃｍ３程度であり、同程度の温度で炭素化された等方性炭素の密度と同程度であった。炭素化収率の低下をもたらした炭素を含む分解ガスは、炭素化の際の収縮によってフィルムの外部へ排除され、密度にはあまり影響を及ぼさなかったものと推察される。
【００３５】
また、昇温速度の違いによる炭素化収率や密度の変化はほとんど見られず、昇温速度がフラン樹脂から炭素への形成機構にほとんど影響しないことが示唆された。したがって、以降の実験においては、昇温速度２℃／分で炭素化を行うこととした。また、炭素化収率、密度ともに、１０００℃以上の炭素化では熱処理温度による差異が生じなかった。フラン樹脂中の炭素以外の成分は、ほぼ１０００℃までで分解ガスとして消失されたためと考えられる。一方で、炭素原子の再配列による黒鉛の結晶成長は温度上昇に伴って促進すると推察されるため、以降の実験においては焼成温度１５００℃で炭素化を行うこととした。
【００３６】
＜実験２＞
フラン樹脂の重量に対して０〜０．５重量％の硬化剤をフラン樹脂に添加した組成物を使用して、上記の手順でフィルムを作製し、炭素化収率を測定した。図１は、硬化剤の添加量と炭素化収率との関係を示す。硬化剤を添加しない場合の炭素化収率は約５０％であるが、硬化剤を添加すると、添加量の増加にしたがって炭素化収率が増加する。硬化剤の添加量が０〜０．１重量％である範囲においては、硬化剤の添加量の増加にしたがって炭素化収率が比較的急峻に増加するが、硬化剤の添加量が０．１重量％を超えると、硬化剤の添加量の増加による炭素化収率の増加は比較的緩やかになる。硬化剤を０．１重量％添加した場合の炭素化収率は約５８％であり、硬化剤を０．５重量％添加した場合の炭素化収率は約６０％である。フラン樹脂の炭素化収率は、概ね６０％程度で飽和し、それ以上硬化剤を添加しても増加しないと推測された。前述したように、硬化剤を添加すると、樹脂の架橋構造が強固になり、炭素化の際に分解ガスとして消失する炭素分が減少するため、炭素化収率が増加すると推察される。以上の実験結果から、硬化剤の添加量を調整することにより、５０〜６０％の範囲で樹脂の炭素化収率を制御することができることが確認された。
【００３７】
図１に示したグラフにおいて、硬化剤の添加量が０〜０．１重量％である範囲と、０．１〜０．５重量％である範囲とでは、硬化剤の添加量を変化させたときの樹脂の炭素化収率の変化率が大きく異なっており、硬化剤の添加量が０．１重量％である点付近が屈曲点となっている。硬化剤の添加量が０〜０．１重量％である範囲における炭素化収率の変化率は約８５［％（炭素化収率）／重量％（硬化剤）］であり、硬化剤の添加量が０．１〜０．５重量％である範囲における炭素化収率の変化率は約４．５［％（炭素化収率）／重量％（硬化剤）］である。したがって、硬化剤の添加量を０．１重量％よりも多い範囲で変化させても樹脂の炭素化収率はあまり変化しないが、硬化剤の添加量を０〜０．１重量％の範囲で変化させると、樹脂の炭素化収率を効果的に制御することができ、所望の特性を炭素複合材料に発現させることができる。すなわち、本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、硬化剤の添加量は、硬化剤の量を変化させたときの樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少ないのが好ましく、又は、樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量であるのが好ましい。所定値は、例えば５であり、好ましくは、１０、２０、５０、８０である。
【００３８】
＜実験３＞
表３に示した組成物を使用して、上記の手順でフィルムを作製し、炭素化収率と密度を測定した。
【表３】
2020070197.tif 000008
【００３９】
図２は、実施例１〜９の炭素化収率及び密度を示す。硬化剤を添加していない実施例１〜３を比較すると、炭素繊維の添加量を０、１０、２０重量％と増加させるにしたがって炭素化収率及び密度が増加している。硬化剤を０．０５重量％添加した実施例４〜６においても、炭素繊維の添加量を０、１０、２０重量％と増加させるにしたがって炭素化収率及び密度が増加しているが、密度の変化量は実施例１〜３の場合よりも小さくなっている。硬化剤を０．３重量％添加した実施例７〜９においても、炭素繊維の添加量を０、１０、２０重量％と増加させるにしたがって炭素化収率及び密度が増加しているが、密度の変化量は実施例４〜６の場合よりも更に小さくなっている。
【００４０】
密度の増加は応力黒鉛化に起因すると推測されるので、硬化剤の添加量を増加させるにしたがって密度の変化量が小さくなることは、硬化剤の添加量を増加させるにしたがって炭素複合材料における黒鉛化の度合いが減少することを意味すると推測される。硬化剤の添加量を増加させると、樹脂の架橋構造が強固になり、炭素化する際の炭素化収率が増加するが、これにより、熱処理したときの樹脂の収縮率が小さくなり、炭素繊維と樹脂との界面に生じる応力が小さくなるので、応力黒鉛化の度合いが低くなると考えられる。すなわち、本実施の形態の炭素複合材料の製造方法において、硬化剤の添加量は少ない方が好ましく、硬化剤の添加量は０であってもよい。硬化剤の添加量を０とする場合は、硬化剤を含まない樹脂と炭素材料とを含む組成物を硬化させればよい。
【００４１】
このように、本実施の形態の炭素複合材料の製造方法によれば、硬化剤の添加量を調整することにより、炭素複合材料に所望の特性を発現させるために必要な黒鉛化の度合いを実現し、所望の特性を有する炭素複合材料を効率良く製造することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４２】
以上、本開示を実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本開示の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【００４３】
本開示の一態様の概要は、次の通りである。本開示のある態様の炭素複合材料の製造方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備える。組成物は、樹脂を炭素化するステップにおける樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量の硬化剤を含む。この態様によると、所望の特性を有する炭素複合材料を効率良く製造することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４４】
所定の範囲は、炭素複合材料に要求される黒鉛化の度合いを実現することを可能とする樹脂の炭素化収率の範囲であってもよい。この態様によると、炭素複合材料に所望の特性を発現させるために必要な黒鉛化の度合いを効率良く実現することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４５】
硬化剤の量は、硬化剤の量を変化させたときの前記樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少なくてもよく、又は、樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量であってもよい。この態様によると、炭素複合材料における黒鉛化を効率良く進めることができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４６】
本開示の別の態様の炭素複合材料の製造方法は、樹脂と、炭素材料と、任意成分として樹脂の硬化を促進するための硬化剤とを含む組成物を硬化させるステップと、硬化された組成物を加熱して樹脂を炭素化するステップと、を備える。硬化剤の量は、硬化剤の量を変化させたときの樹脂の炭素化収率の変化を示すグラフにおいて変曲点又は屈曲点となる硬化剤の量よりも少ない、又は、樹脂の炭素化収率の変化率が所定値以上となる範囲の硬化剤の量である。この態様によると、炭素複合材料に所望の特性を発現させるために必要な黒鉛化の度合いを効率良く実現することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４７】
本開示の更に別の態様の炭素複合材料の製造方法は、硬化剤を含まない樹脂と、炭素材料と、を含む組成物を硬化させるステップを備える。この態様によると、所望の特性を有する炭素複合材料を効率良く製造することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４８】
樹脂は、フラン樹脂を含んでもよい。炭素材料は、短繊維状の炭素繊維を含んでもよい。硬化剤は、パラトルエンスルホン酸を含んでもよい。この態様によると、炭素複合材料に所望の特性を発現させるために必要な黒鉛化の度合いを効率良く実現することができるので、製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００４９】
本開示の更に別の態様の組成物は、樹脂と、炭素材料と、樹脂の硬化を促進するための硬化剤と、を含み、硬化剤の量は、樹脂を炭素化する際に樹脂の炭素化収率を所定の範囲の値とするために必要な量である。この態様によると、所望の特性を有する炭素複合材料を効率良く製造することが可能な組成物を提供することができるので、炭素複合材料の製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００５０】
本開示の更に別の態様の組成物は、樹脂と、炭素材料と、を含み、樹脂は、樹脂の硬化を促進するための硬化剤を含まない。この態様によると、所望の特性を有する炭素複合材料を効率良く製造することが可能な組成物を提供することができるので、炭素複合材料の製造コスト及び消費エネルギーを低減させることができる。
【００５１】
本開示の更に別の態様の放熱用部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【００５２】
本開示の更に別の態様の導電性部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【００５３】
本開示の更に別の態様の移動体部品は、上記の製造方法により製造された炭素複合材料を含む。
【図１】
2020070197.tif 000009
【図２】
2020070197.tif 000010