(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維が２次元ランダムに配向し、かつ樹脂が含まれるシートを、積層して積層シートを得て、前記積層シートを、積層方向と垂直な方向を拘束しない状態で、積層方向のみから加圧・加熱することにより成形体を形成する工程を有し、前記加圧・加熱を１次加圧及び２次加圧の二段階に分けて行い、前記２次加圧の１／１０〜１／２の一定の圧力で前記積層シートを加圧し、前記樹脂の軟化に応じて連続的に前記積層シートの厚さを減少させて１次加圧を行い、温度が６０〜５００℃に達したら、２次加圧して前記積層シート厚さを成形体の目標厚さにまで小さくすることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項２】
短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維が２次元ランダムに配向し、かつ樹脂が含まれるシートを、積層して積層シートを得て、前記積層シートを、積層方向と垂直な方向を拘束しない状態で、積層方向のみから加圧・加熱することにより成形体を形成する工程を有し、前記積層シートを、前記樹脂の粘度が最低となる温度より５〜３０℃低い温度に予め加熱した後、前記積層シートの温度以上に加熱されたプレスに投入して加圧し、前記積層シート厚さを成形体の目標厚さまで減ずることを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項３】
前記加圧・加熱することにより成形体を形成する工程を経て得られた成形体の厚さが５〜４０ｍｍ、繊維含有率が２０〜６０ｖｏｌ％である、請求項１または２に記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項４】
短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維の長さが１〜１００ｍｍである、請求項１〜３のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項５】
シート１ｍ２中の炭素繊維またはその前駆体繊維の重量が１０〜５０００ｇである、請求項１〜４のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項６】
前記二段階の加圧・加熱は、まず成形体の目標厚さの２〜３倍の厚さに圧縮し、その圧力を保持しながら加熱してシート厚さを徐々に減少させ、積層シートが、樹脂の粘度が最低となる温度より５〜３０℃低い温度に達した時点で、より高い圧力で加圧し、積層シート厚さを成形体の目標厚さまで減ずることによって行われることを特徴とする、請求項１に記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項７】
あらかじめ短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維が２次元ランダムに配向したシートを作り、そのシートを溶媒で希釈された液状樹脂に含浸した後、溶媒を乾燥除去することにより、炭素繊維に樹脂が添着したシートとし、これを積層、加圧・加熱成形する、請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項８】
粒状あるいは粉末状の固形樹脂を、短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維と一緒に溶媒中で分散・混合した後、抄紙・乾燥することにより、炭素繊維に樹脂が添着したシートとし、これを積層、加圧・加熱成形する、請求項１〜６のいずれかに記載の炭素繊維強化炭素複合材の製造方法。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載された製造方法から得られる炭素繊維強化炭素複合材。
【請求項１０】
請求項９に記載の炭素繊維強化炭素複合材より成るブレーキ摺動部。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、成形工程の生産性向上により実現される、安価な炭素繊維強化炭素複合材及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に炭素繊維強化炭素複合材（以下「Ｃ／Ｃ複合材」と略す）は、ＰＡＮ系、ピッチ系、レーヨン系の炭素繊維、またはその前駆体繊維に、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂、またはピッチなどの熱可塑性樹脂を、含浸あるいは混合した後、金型を用いて加圧加熱成形し、その後、非酸化性雰囲気において６００〜２５００℃で焼成することにより製造されている。ブレーキ材などに用いられる高品質のＣ／Ｃ複合材では、一般的に厚さは５〜４０ｍｍ、繊維含有率（以下「Ｖｆ」と略す）は２０〜６０ｖｏｌ％であり、厚さが１〜２ｍｍ以下という薄い耐熱パネルや、Ｖｆが数％しかない断熱材などと比べて、ある程度以上の厚さとＶｆが要求される。
【０００３】
成形前のＣ／Ｃ複合材の繊維および樹脂の形態には、様々なものが知られている。このうち、連続繊維を用いる場合は、繊維を１方向に引きそろえた状態で樹脂を添着させてシート化した一方向（ＵＤ）プリプレグ・シート、あるいは、繊維を２次元または３次元の織物とした後に樹脂を添着させたシート状あるいはブロック状のクロス、などが知られている。また、短繊維を用いる場合は、繊維の束に樹脂を含浸させた後に一定の長さに切断した棒状のトウ・プリプレグ、繊維と樹脂を混練してペレット状としたコンパウンド、繊維を解繊して厚みのあるマットとしたもの（特開昭６２−１１９２８８号公報）、繊維を溶媒中で叩解処理した後に溶媒を除去して繊維をランダム方向に配向させた集合体（特開昭６２−９６３６４号公報）、あるいは、繊維を乾式または湿式で解繊して繊維を２次元ランダムに配向させたシート（特願平１−２７９５２７号公報）、などが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、Ｃ／Ｃ複合材の製造において、金型を使用して加圧・加熱成形することは、様々な弊害を生じ、コストの削減や生産性の向上を阻害している。まず第一に、毎回金型を組み立て・分解するのに、かなりの手間と時間がかかってしまう。第二に、成形時に繊維・樹脂を加熱する際、金型を介して加熱するため、金型を温めるための余分な加熱電力・時間が必要になる。第三に、やはり金型を介して加熱するために、場所による金型の厚みの違いによって、金型内部での温度ムラが生じてしまい、結果として、得られた成形体に場所による品質のムラが生じてしまう。第四に、金型で積層方向と垂直な方向を拘束するため、高い圧力をかけた時に、余剰な樹脂・繊維が金型のわずかな隙間に集中して流動・漏出し、繊維の配向を乱してしまう。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
そこで、上記の課題を解決するために、発明者等は、長繊維よりもコストの低い短繊維を用いたＣ／Ｃ複合材に絞って検討に着手した。さらに、Ｃ／Ｃ複合材が成形以降の長い工程の中で寸法の変化があるため、中間あるいは最終段階で機械加工が必要となることに着目した。つまり、この機械加工工程があるために、通常のプラスチック材料のように、成形したものが最終製品の形状・寸法を満足している必要はなく、成形体の寸法精度は低くて良い、ということになる。そこで、発明者等は発想を逆転させ、金型を使わずに成形する方法について鋭意検討を重ねた。その結果、炭素繊維／樹脂の形態として２次元ランダムシートを使用すれば、金型を使うことなく、従来よりも安価・簡便かつ短時間に、所望の形状で厚くてＶｆの高い、品質ムラの少ない成形体を形成できることを見出し、本発明の完成に至った。
【０００６】
即ち、本発明は、Ｃ／Ｃ複合材の成形までの工程をできるだけ安価・簡便かつ短時間に行えるようにすることを目的としており、短繊維状の炭素繊維またはその前駆体繊維が２次元ランダムに配向し、かつ樹脂が含まれるシートを、積層して積層シートを得て、前記積層シートを、積層方向と垂直な方向を拘束しない状態で、積層方向のみから加圧・加熱することにより成形体を形成する工程を有し、前記加圧・加熱を１次加圧及び２次加圧の二段階に分けて行い、前記２次加圧の１／１０〜１／２の一定の圧力で前記積層シートを加圧し、前記樹脂の軟化に応じて連続的に前記積層シートの厚さを減少させて１次加圧を行い、温度が６０〜５００℃に達したら、２次加圧して前記積層シート厚さを成形体の目標厚さにまで小さくすることにより炭素繊維の２次元ランダム配向を乱さずに余剰な樹脂のみを除外して、成形前のシートと同形状で、厚くてＶｆの高い、品質ムラの少ない板状の成形体を形成し、その後、炭化、必要に応じて黒鉛化、緻密化、加工することを特徴としている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を説明する。
炭素繊維は、その原料によってピッチ系、ＰＡＮ（ポリアクリロニトリル）系、レーヨン系などに分類されるが、焼成することにより炭素繊維となる前駆体繊維も含めて、どの種類の繊維を使用しても良いし、複数の種類を混合して使用しても良い。なお、前駆体繊維をより詳細に説明すると、炭素繊維原料であるピッチ、ＰＡＮ、レーヨンなどを紡糸した後に、空気雰囲気で温度を制御しながら熱処理することにより、酸化による分子架橋、高分子の硬化などをおこし、溶融しない状態に変化させたもので、通称では、ピッチ系の場合は不融化繊維、ＰＡＮ系の場合は耐炎化繊維と呼ばれているものである。
【０００８】
炭素繊維の形態としては、予めカッティングされた短繊維状の炭素繊維が２次元ランダムに配向したシート（以下「２次元ランダムシート」と称す）状のものを使用する。２次元ランダムシートは、短繊維が互いに絡まり合い、さらに場合によってはバインダーなどが付加されており、面内で繊維が動かないように固定されている。
したがって、積層したシートを、金型を使わず、積層方向と垂直な方向を拘束しない状態で加圧しても、繊維が面方向に流動して広がることがなく、積層シートの形状を保持して厚さのみが圧縮された成形体を得ることが出来る。
【０００９】
なお、他の繊維形態について述べると、まず、連続繊維は短繊維と比べて高価な上、シート化・織物化のコストがさらにかかるため、原料コストが高くなってしまう。
したがって、安価な製造方法を提供するには、連続繊維は好ましくない。また、２次元ランダムシート以外の短繊維の形状としては、束状の短繊維に樹脂が含浸されたトウ・プリプレグ、短繊維と樹脂を混練・ペレット化したコンパウンド、あるいは短繊維が３次元的にランダムに配向した厚みのあるマットなどがある。しかし、これらは、繊維同士の絡み合いがない、または非常に弱いため、金型がなければ特定の形状に成形できず、また、加圧時に面方向へ広がってしまう。したがって、厚い成形体、あるいは、高いＶｆの成形体を得ることは困難である。
【００１０】
炭素繊維の長さとしては、１〜１００ｍｍ、好ましくは３〜５０ｍｍのものを使用する。繊維長が長すぎる場合は、繊維同士が過度に絡み合ってフロックを形成するなどして分散しにくくなり、均質なシートが得られなくなる。逆に、繊維長が短すぎる場合は、繊維同士の絡み合いが弱くなり、シートそのものを形成できなくなる。また、シートが形成できたとしても、非常に取扱性の悪く、さらに加圧時に面方向に広がって所望の形状を保持しにくくなる。
【００１１】
短繊維状の炭素繊維から２次元ランダムシートを作るには様々な方法があり、その方法は特に限定されるものではない。例えば、乾式解繊によるシートの作製方法としては、機械的に炭素繊維を叩解してシート化する、ランダムウェッバー等の装置を使用する方法、あるいは、繊維を気流中で浮遊・解繊した後にスクリーン上に吸引する方法などがある。また、湿式解繊による作製方法としては、繊維を溶媒中に分散させ、製紙工業で使われるビーター、パルパーなどの装置を使用して解繊させた後に抄紙し、付着した溶媒を乾燥除去してシート化する方法などがある。
【００１２】
この際、炭素繊維の解繊の度合いは、必要とする特性に応じて、繊維が単繊維１本ずつにまでバラバラに解繊された高解繊状態のものから、繊維束が残った低解繊状態のものまで、どの状態のものを用いても良い。ただし、低解繊となるほど繊維同士の絡み合いが弱くなり、加圧成形時に面方向に広がりやすくなるため、この場合には、後述するバインダーによる繊維同士の接着保持を確実に行う必要がある。
【００１３】
シートの目付、すなわち、１ｍ2 あたりの炭素繊維の重量は、１０〜５０００ｇ／ｍ2 、好ましくは、１０〜１０００ｇ／ｍ2 、特に好ましくは１００〜５００ｇ／ｍ2 とする。目付がこの範囲以下となると、繊維同士が交接せず、シートを形成できなくなる。また、この範囲以上の目付では、シート厚みが厚くなり、3 次元性が生じるため、２次元ランダムシートから逸脱してしまい、加圧時に面方向に広がって所望の形状を保持しにくくなる。
【００１４】
炭素繊維シートに添着する樹脂としては、フェノール樹脂、フラン樹脂などの熱硬化性樹脂を用いても良いし、石油系、石炭系ピッチなどの熱可塑性樹脂を用いても良い。
樹脂を炭素繊維シートに添着する方法も様々である。一般的には、あらかじめ炭素繊維のシートを作った後、そのシートを溶媒で希釈された液状樹脂に含浸し、その後、溶媒を乾燥除去することによって行われる。樹脂は成形時のマトリックス原料であることに加えて、繊維同士を接着するバインダーとしても働き、シートの取扱性を向上させるとともに、加圧成形時の面方向への広がりを抑え、形状を保つ効果を持つ。
【００１５】
炭素繊維シートの形成を湿式で行う場合は、樹脂との添着を同時に行うことによって工程を簡略化することもできる。即ち、粒状あるいは粉末状の固形樹脂を、炭素繊維と一緒に、溶媒中で分散・混合し、抄紙した後に、シートに付着した溶媒を乾燥除去する方法である。この場合、溶媒としては、固形樹脂を溶解するものは好ましくなく、また、炭素繊維・固形樹脂に比べて多量に消費するため、安全かつ安価である必要があり、実質的には水が最も好ましい。なお、溶媒中には、炭素繊維と固形樹脂の分散性向上ならびに溶液全体の取扱性向上のため、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリルアミドなどの増粘剤を添加しても良い。また、乾燥後のシートの取扱性を向上させ、かつ繊維同士を接着して加圧成形時の面方向への広がりを抑えるために、ポリビニルアルコール、メチルセルロースなどのバインダーを添加しても良い。なお、この方法には、樹脂粒子が繊維間に分散することで、繊維同士の過度の絡まりによるフロックの形成を抑え、シートの均一性・平面性を高める、といった利点もある。また、抄紙に際して、スクリーンの開口部を所望の形状・寸法となるようマスキングすれば、直接、必要な寸法・形状のシートを得ることが出来、積層前に切断する必要がなくなる。
【００１６】
樹脂の添着量は、成形後の炭素繊維のＶｆが通常２０〜６０％、好ましくは３０〜５０％となるように調整する。これ以下のＶｆでは、最終的なＣ／Ｃ複合材の強度・摩擦特性などの品質は優れたものとならない。また、短繊維による複合材料ではこれ以上のＶｆは実現できない。
このようにして得られたシートを、必要に応じて所望の寸法・形状に切断し、形状のそろったシートを積層し、積層したシート間に横ズレがないよう整列し、熱盤プレスにセットする。この際、好ましくは、熱盤への樹脂の付着を避けるために、積層したシートを上下とも同じ材質・厚さの離形紙または金属板で挟み込んだ状態で、熱盤プレスにセットする。
【００１７】
熱盤プレスでの加圧は、基本的に、二段階に分けて行う。まず、積層シートを２次加圧の１／１０〜１／２の低い圧力で１次加圧をおこない、成形体目標厚さの２〜３倍の厚みまで圧縮し、２次加圧を始める温度まで積層シートを予備加熱する。これより高い圧力で樹脂が軟化する前に加圧すると、繊維が折れる、積層シート同士のズレが大きくなる、などの弊害が起きるため、好ましくない。本発明では金型という大きな熱容量をもった介在物を使用しないために熱のロスが少なく、低電力かつ短時間に積層シート３を所望の温度に加熱することができる。また、熱は上下の熱盤１から積層方向のみを通じて積層シートに伝達されるため、シート面内でのムラはなく、均一に加熱できる。積層方向では、熱盤に近い表面層は温度が高く、中央が最も温度が低い、という温度差がつく。しかし、予熱時の積層厚さを小さくすることで、この温度差は小さくできる。また、予熱を厚さ一定で行うよりは、一定の圧力で加圧を続けることの方が、樹脂の軟化に応じて連続的に積層厚さを減少させ、さらに熱伝達効率を高めて温度差を小さくし、予熱時間を短縮でき、成形可能な厚さを大きくできるため、より好ましい。こうして積層シート全体の温度ムラを小さくすることにより、得られる成形体の品質ムラを小さく抑えることが出来る。なお、このムラは、成形体表面の硬度を測定することで、容易に確認できる。
【００１８】
２次加圧を開始する温度は６０〜５００℃で、樹脂の粘度が最低となる温度より５〜３０℃低い温度であることが好ましい。この範囲より高い温度では、熱硬化性樹脂を使用する場合に加圧より前に硬化反応が進行して成形不良となること、及び、過剰な熱量を消費することから好ましくない。また、この範囲より低い温度では、樹脂の粘度が高くて流動性が不足しているために目標厚さまで加圧するのに過剰な圧力を必要とすることから好ましくない。なお、樹脂の粘度が最低になる温度は、熱硬化性樹脂ではゲル化温度に相当し、コーンプレート型回転粘度計などにより測定・決定することができる。成形時には、積層シートのうちで最も温度が高くなる、熱盤に接する面がこの温度となることを監視することが望ましいが、積層シートそのものに熱電対４を挿入することは実際的ではないため、積層シート３と熱盤１の間にある金属板２を測温することで、加圧タイミングを判断すればよい。２次加圧により、積層シート厚さを板状成形体の目標厚さにまで小さくする。加圧の圧力は成形体の単位面積当たりの圧力で１０〜３００ｋｇ／ｃｍ2 であり、使用する樹脂の種類、所望のＶｆによって異なる。
【００１９】
なお、上記の工程の内、予熱を熱盤プレスで行わないことで、より生産効率を上げることもできる。この場合は、積層シートをオーヴン等に投入して予め、前記の２次加圧開始温度に相当する、樹脂の粘度が最低となる温度より５〜３０℃低い温度に加温した後に、その温度と同等以上に加熱された熱盤プレスにセットし、直ちに加圧して、積層シート厚さを成形体の目標厚さにまで小さくする。こうすることで、熱盤プレスを室温から加圧開始温度の間で加熱・冷却する時間を省略できるため、プレス占有時間が短縮でき、生産性の上から好ましい。ただし、熱硬化性樹脂を使用する場合は、積層シートのプレス外での予熱時間が長すぎると、硬化反応が進行してしまい、加圧時に成形不良が生じてしまうため、予熱はできるだけ低い温度で短い時間にとどめる必要がある。
【００２０】
加圧によって板状成形体が目標厚さに達した時点で、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂を使用している場合は、さらに１２０〜３００℃の高温にまで加熱し、樹脂を十分に硬化させた後、冷却し、圧力を減じて、成形を終了し、板状成形体をプレスから取り出す。この際、加熱時と同様に、本発明では金型という大きな熱容量をもった介在物を使用しないために、短時間に冷却を完了できる。また、ピッチなどの熱可塑性樹脂を使用している場合は、硬化反応は起きないため、加圧によって板状成形体が目標厚さに達した時点で、冷却を行う。この際、冷却は加熱時と別のプレスで行うようにすれば、熱盤プレスを占有する時間を短くでき、生産性を高めることができる。こうして、Ｖｆが２０〜６０ｖｏｌ％、厚さが５〜４０ｍｍの成形体を得られる。成形体の形状は、積層シートの形状をほぼ保持しているが、シート積層時の横ズレや樹脂の漏れ出しによる若干のズレ・バラツキが生じるので、後工程で加工し、所望の寸法・形状にする。
【００２１】
成形体は、次に、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で、１〜２００℃／ｈの昇温速度で８００〜２８００℃の温度で焼成（炭化、黒鉛化）し、Ｃ／Ｃ複合材とする。この時点で、Ｃ／Ｃ複合材には多数の気孔があり、強度が低い、などの欠点があるため、緻密化処理を行う。なお、先に述べた寸法・形状の加工をこの緻密化処理前の段階で行えば、非常に容易に加工できて好ましい。緻密化処理としては、例えばピッチ含浸、樹脂含浸、ＣＶＤ等の方法を単独あるいは組み合わせ、必要に応じては複数回繰り返して行う。また、最後に、必要に応じて、窒素ガスなどの不活性ガス雰囲気中で、１〜２００℃／ｈの昇温速度で８００〜２８００℃の温度で焼成することで、黒鉛化処理を行う。こうして、強度・摩擦特性に優れたＣ／Ｃ複合材を得ることが出来る。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はその要旨を越えない限り、下記実施例によって限定されるものではない。
実施例１
繊維長３０ｍｍのピッチ系炭素繊維束をランダムウェッバーを使用して解繊し、炭素繊維が２次元ランダムに配向した、目付１８０ｇ／ｍ2 のシートを作製し、これをエタノールで希釈したフェノール樹脂に含浸させ、エタノールを乾燥除去して、樹脂添着率が４０ｗｔ％のプリプレグ・シートを作製した。
この樹脂の粘度が最低になる温度を、コーンプレート型回転粘度計で測定すると、１０５℃であった。よって、２次加圧開始温度は、それより２５℃低い８０℃とした。
【００２３】
シートを外径３５０ｍｍφ、内径８０ｍｍφのドーナツ状に裁断し、１８１５ｇを積層し、厚さ２５ｍｍｔの表面が平滑な鉄板で上下を挟んで図１に示すように熱盤プレスにセットし、面圧２６ｋｇ／ｃｍ2 の一定圧力で１次加圧を行いながら熱盤１を９０℃まで昇温して予備加熱を開始した。加圧加熱開始時の積層シート３厚さは２６ｍｍで、成形体目標厚さ２倍強であった。そして、３５分後に積層シートを挟み込んだ金属板（鉄板）２が８０℃となった時点で、面圧を１５０ｋｇ／ｃｍ2 まで上げて２次加圧を行い、積層シート厚さを１３ｍｍまで減少させた。さらに、２次加圧開始から１０分経過した後、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を維持したまま、熱盤を３０分で２５０℃まで昇温し、そこで３０分保持し、鉄板の温度を最高２４０℃まで加熱して樹脂を十分に硬化させた後、冷却し、圧力を減じて、鉄板ごと成形体を取り出した。熱盤プレス運転の所要時間は１５０分と短時間であった。また、成形体は鉄板から容易に取り外すことが出来、取り外し後の鉄板への樹脂の付着も少なく、１分以内に簡単に整備できた。成形体の内外周には漏れ出た樹脂が付着していたが、これも容易に除去できた。得られた成形体は外径３５０〜３５５ｍｍφ、内径７４〜８０ｍｍφ、厚さ１２ｍｍ、Ｖｆ５３％であった。またロックウェル硬度計を用いて板面の硬度を測定したところ、上面、下面でそれぞれ１００ＲＨＰ、９９ＲＨＰであり、上下面の差がない成形体であった。
この成形体を不活性雰囲気で２０００℃まで焼成し、さらに、これにピッチを含浸して気孔を充填し、不活性雰囲気で１０００℃で焼成して炭化する緻密化工程を複数回繰り返し、最後に不活性雰囲気で２０００℃で焼成して、気孔率１０％のＣ／Ｃ複合材を得た。
【００２４】
比較例
実施例１と同じ原料・製法で作製したプリプレグ・シートを、外径３５０ｍｍφ、内径８０ｍｍφのドーナツ状に裁断し、１８００ｇを金型内に積層し、金型を熱盤プレスにセットした。そして、積層シート厚さが２５ｍｍ程度となるまで１次加圧をした後、その厚さを保ったままで、熱盤を１５０℃まで昇温して予備加熱を開始した。そして、６０〜７５分後に金型側面が７７℃となった時点で、面圧を１５０ｋｇ／ｃｍ2 まで上げて２次加圧を行い、積層シート厚さを１２ｍｍまで減少させた。さらに、１５０ｋｇ／ｃｍ2 の圧力を維持したまま、熱盤を８０分で２５０℃まで昇温し、そこで６０分保持し、金型を最高温度で２４０℃まで加熱して樹脂を十分に硬化させた後、冷却し、圧力を減じて、金型を取り出した。熱盤プレス運転の所要時間は３００分となり、実施例１の２倍近い長時間を要した。また、漏れ出した樹脂が金型の隙間に入り込んだ状態で硬化していたため、金型を分解して成形体を取り出すこと、および、分解した金型に付着した樹脂を除去することに手間がかかり、６０分ほどの時間を要した。得られた成形体は外径３５０ｍｍφ、内径８０ｍｍφ、厚さ１１ｍｍ、Ｖｆ５２％であり、板面の硬度は、上面、下面でそれぞれ６０ＲＨＰ、８０ＲＨＰであり、上下面で差のある成形体であった。
この成形体を実施例１と同様な製法で焼成、緻密化、熱処理を行い、気孔率１０％のＣ／Ｃ複合材を得た。
【００２５】
実施例２
繊維長３０ｍｍのピッチ系炭素繊維束、粒状のレゾール型フェノール樹脂を重量割合が６１：３９となる配合で、濃度０．４ｗｔ％のポリエチレンオキサイド水溶液を充たしたパルパーに投入し、撹拌操作により解繊・分散・混合した後、さらに、濃度０．４ｗｔ％のポリエチレンオキサイド水溶液を追加して、炭素繊維および粒状樹脂を重量割合で０．５％含む、均質なスラリーを調製した。このスラリーを５．６５リットルずつ秤量し、３５０ｍｍφの筒内に入れ、外径３５０ｍｍφ・内径８０ｍｍφの抄紙スクリーン付きノズルで上部より吸引した。そして、スクリーン上に得られたシートを４０℃で２４時間乾燥して水分を除去し、外径３５０ｍｍφ・内径８０ｍｍφのドーナツ形状をもち、繊維が目付１７０ｇ／ｍ2 で２次元ランダムに配向し、添着率３９ｗｔ％の粒状樹脂が均一に分散したシートを作製した。
【００２６】
このシートを１７５２ｇ積層し、実施例１と同様な方法で、鉄板で上下を挟んで熱盤プレスにセットし、加圧加熱成形を行った。ただし、実施例１とは使用した樹脂が異なり、樹脂の粘度が最低となる温度は１２５℃であったため、予備加熱の熱盤温度、および２次加圧開始温度は、それぞれ１１０℃、１０１℃とした。熱盤プレス運転の所要時間は１５０分で、実施例と同じ短時間であった。また、成形体の取り外しも、実施例１と同様、容易であった。得られた成形体は、外径３５０〜３６０ｍｍφ、内径６０〜８０ｍｍ、φ厚さ１２ｍｍ、Ｖｆ４４％であった。また板面の硬度は、上面、下面でそれぞれ１１３ＲＨＰ、１０９ＲＨＰであり、上下面の差がない成形体であった。
この成形体を実施例１と同様な製法で焼成、緻密化、熱処理を行い、気孔率１１％のＣ／Ｃ複合材を得た。
【００２７】
【発明の効果】
本発明により、炭素繊維強化炭素複合材の成形までの工程が、安価・簡便かつ短時間に行えることで、生産性の向上が実現でき、それによって炭素繊維強化炭素複合材をより安価に供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の加圧加熱時の状態の説明図。
【符号の説明】
１    熱盤
２    金属板
３    積層シート
４    金属板測温用熱電対
【図１】
0003975496.tif 000002