JP2653085B2 - 繊維集積体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、繊維強化複合材料に用いられる繊維集積体
の製造方法に係り、詳しくはハンドリング性を向上させ
た繊維集積体の製造方法に関する。

［従来の技術］ 従来、繊維強化金属の製造に使用される短繊維又はウ
イスカ等の比較的短い繊維の集積体を得るために、誘電
液体中に繊維を分散させた繊維懸濁液を、正負電極間に
醸成された電界内に注入して誘電液体中の繊維を静電配
向させると同時に橋絡させ、同配向繊維を順次沈降させ
て集積するという技術、方法は、例えば本件出願人が先
に提案した出願に係る特開昭62−170569号公開公報に開
示されている。

［発明が解決しょうとする課題］ 上記方法によって得られた繊維集積体は、これを金属
又は非金属を基材とした複合材料の強化繊維として使用
されるが、その性質が至って軟弱であるため、搬送を含
めて格別慎重な取扱いが要求され、僅かな取扱い上の過
失によっても毀損し易いという不具合がある。

本発明は、ハンドリング性の良好な繊維集積体を得る
ことを解決すべき技術課題とするものである。

［課題を解決するための手段］ 本第１発明は、上記課題解決のため、誘電液体に可溶
な絶縁性溶媒を分散媒とするゾル状粘結剤を、前記粘結
剤と同種の溶媒により希釈させて前記誘電液体に添加混
合し、かつ同混合液に短繊維、ウイスカ等の繊維を分散
懸濁させる分散工程と、前記繊維が分散した繊維懸濁液
を正負電極間に醸成された電界内に注入して該繊維を静
電配向させると同時に橋絡させる配向工程と、同配向橋
絡繊維を順次沈降させて集積する集積工程とからなるも
のである。

そして本第２発明は、上述した繊維集積体の製造方法
において、前記繊維懸濁液の濾過液を導いてその体積抵
抗率を検出し、同検出値が設定基準値よりも低下したと
き、前記繊維懸濁液の組成を調節するという技術手段を
講じている。

特に前記本第１発明の重要な特性は、分散工程にあ
る。この分散工程は、誘電液中にゾル状粘結剤を添加混
合するとともに、繊維を分散する工程である。分散工程
で用いるゾル状粘結剤は、シリカ、アルミナ等の無機物
の超微粒子（10〜100μｍ）を絶縁性溶媒中に懸濁しコ
ロイド溶液としたものであり、集積工程終了後溶媒の揮
発に伴なって乾燥ゲル化し、繊維集積体を形成する繊維
群の結合を強化して同繊維集積体のハンドリング性を向
上させるものである。

ゾル状粘結剤の分散媒及び該誘電液体に混合される該
ゾル状粘結剤の安定化のためにその希釈液として用いる
絶縁性溶媒は、誘電液体に可溶なものであればよく、例
えばメタノール、ノーマルプロパノール、イソプロパノ
ール、キシレン・ブタノール、ｎ−ブタノール等のアル
コール類、アセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケ
トン等のケトン類、硫酸エチル、硫酸メチル、ラウリル
硫酸ナトリウム等のエステル類、その他の有機系液体を
用いることができる。

前記希釈液及び分散媒には同一の溶媒を選択すること
が望ましく、特にプロパノールが好ましい。

誘電液体に添加されるゾル状粘結剤及び希釈液の配合
比率は繊維配向性を良好に保持できる範囲内で、種々調
整可能である。

すなわち誘電液体に対するゾル状粘結剤の混合比率
は、約0.05〜1.0容積％であり、望ましくは0.15〜0.5容
積％である。なお、前記比率が0.05容積％よりも低い場
合には、繊維集積体の充分なハンドリング性が得られ
ず、同比率が1.0容積％よりも高い場合には、繊維集積
体の配向性が劣化する。

なお、ゾル状粘結剤例えばシリカゾルを単独で誘電液
体に混合すると、ゾルは不安定となってシリカが凝集す
るため、予め希釈液によって適度に希釈したのち添加す
ることが望ましい。

例えば希釈液によるゾル状粘結剤の希釈倍率は約６〜
30倍であり、望ましくは10〜20倍である。

上記誘電液体とは、電圧の印加により誘電性を示す液
体をいい、これにはフッ素塩素置換炭化水素、四塩化炭
素、ｎ−ヘキサン又はチクロヘキサン等が挙げられる。
これらの誘電液体のうちフッソ塩素置換炭化水素（フロ
ン）が特に好ましく、該フロンは取扱上、安全性の面で
優れている。とりわけフロン−113は沸点が高く常温で
安定した液状を保つため一層有利である。

上記繊維として、短繊維及びウイスカの範疇に入るも
のの全てを用いることができ、その径及び長さは特に限
定されない。繊維の材質としては、繊維懸濁液が所定の
電界内に注入された際、誘電液体中で静電配向するもの
であればよく、例えば、アルミナ、シリカ、アルミナ−
シリカ、ベリリア、炭素、炭化珪素、窒化珪素、ガラス
のほか、各種金属等を使用することができる。また、繊
維のうちの２種類以上を混合して使用することもでき
る。

分散工程では、該誘電液体に該繊維を効率良く分散さ
せるには界面活性剤を適当量添加することが好ましい。

界面活性剤は、前記絶縁性溶媒又は誘電液体に溶解し
て、誘電液体中の短繊維又はウイスカの分散性をよく
し、かつ、前記短繊維、ウイスカ等を誘電液体中にほぼ
均一に分散させるものであればよく、有機溶剤に可溶な
ものが用いられる。この界面活性剤としては、第１工業
製薬株式会社製のプライサーフA212C、A212E、A208S
（数品名）、花王株式会社製のレオドールSP−010（製
品名）、旭硝子株式会社製のサーフロンＳ−381、382
（製品名）等が使用できる。

配向工程では、該繊維が分散した誘電液体を高電圧を
印加した正負電極間に注入し、該誘電液体中で個々の該
繊維をその一端が該正電極に他端が該負電極に向いた状
態（この状態を一次元配向した状態と称する。）に静電
配向させる工程である。

この配向工程においては、この正負電極間に通常約0.
2〜10KV/cm程度の電界をつくる。電界としては、0.2KV/
cm以下では繊維の静電配向力が充分でなく、また、10KV
/cm程度以上においては誘電液体が撹乱され配向された
繊維を阻害することとなり好ましくない。電界としては
約１〜2KV/cm程度が好ましい。これは繊維の静電配向力
に優れ、かつ、誘電液体の撹乱も少ないからである。な
お、該電界の強さとしては、用いる繊維及び誘電液体の
誘電特性、並びに製造される繊維集積体の厚さ等により
最も好ましい範囲が種々設定される。

次いで上記により配向した個々の繊維は、その多くが
その繊維間において該繊維の沈降方向と垂直方向（以下
正負電極方向という。）の一次元方向に橋絡を生じ、橋
絡した繊維群は下方に沈降していく。なお、この橋絡し
た繊維は、されない繊維と比べて沈降速度が大きくな
る。

集積工程は、配向工程により静電配向した該繊維をそ
の配向状態を維持した状態で集積し、該繊維の多くが一
次元配向した繊維集積体を得る工程である。

この集積工程では、上記配向工程で正負電極間に注入
された繊維懸濁液を濾過して下方より自然排出又は吸引
装置を用いた吸引排出することができる。また、吸引排
出することにより配向橋絡した繊維群の沈降速度を調節
することが可能である。

本第２発明は、ゾル状粘結剤を添加することによって
生じ易い繊維懸濁液の体積抵抗率の低下を監視し、繊維
配向性の劣化防止を企図したものである。すなわち繊維
懸濁液は、ゾル状粘結剤による繊維配向性の劣化を防止
するため体積抵抗率を設定基準値より高くなるように配
慮した組成のものを使用した場合であっても、前記繊維
懸濁液中に、体積抵抗率に関与するキャリアとなる導電
性有機物、水、イオン性物質等の不純物が混入したりす
ると、前記体積抵抗率が設定基準値より低下して繊維配
向性の劣化を招く。本第２発明では、前記繊維懸濁液の
濾過液の体積抵抗率が設定基準値よりも低下した際、誘
電液体若しくは希釈液の添加などによってその配合比率
を調節し、これにより体積抵抗率の復元を図って繊維配
向性の劣化を防止するものである。なお、前記繊維懸濁
液の濾過液は流動しつつ測定することも、流動を停止し
た状態で測定することも可能である。

また、前記濾過液の体積抵抗率の設定基準値は、短繊
維あるいはウィスカの配向状態を良好に保つ値例えば、
10¹¹Ωcm以上であることが望ましい。

前記繊維懸濁液の濾過液を導いてその体積抵抗率を検
出するための測定装置は、前記繊維懸濁液の入った配向
槽の底部に、紙フィルタ及びセラミックフィルタを介し
て接続する排出通路中に設置し使用される。この測定装
置は測定室と、測定室内にそれぞれ対向する位置に配設
された主電極、ガード電極、対向電極と各電極に接続す
る絶縁抵抗計（電流計付一定電圧電源）とからなる。こ
の測定装置と前記配向槽との間の排出通路には、三方コ
ック等の切換装置を配置し濾過液の流れを切換えるよう
にしたものを用いることができる。前記配向槽より濾過
液を測定装置に導く通路は配向槽底部より濾過液を排出
する通路とは、別に設けたバイパス通路中に配設するこ
とができる。

［発明の効果］ （１）本第１発明は、誘電液体中にゾル状粘結剤を添加
混合したものであるから、繊維集積体の乾燥に伴い、前
記ゾル状粘結剤の作用によって各繊維同士が強固に結合
され、繊維集積体のハンドリング性を格段と向上させる
ことができる。

（２）本第２発明は、前記繊維懸濁液の濾過液の体積抵
抗率を検出し、同検出値が設定基準値よりも低下したと
き、誘電液体に対するゾル状粘結剤及び希釈液の配合比
率を調節することにより前記設定基準値を保持するよう
にしたものであるから、配向性を劣化させることなくき
わめてハンドリング性の良好な繊維集積体を得ることが
できる。

［実施例］ 以下、本第１及び第２発明の実施例を説明する。

本実施例では、予め図に示す静電配向装置が準備され
る。この装置は、アクリル樹脂製で上部開口の有底の配
向槽１と、前記配向槽１の底部に開口をもつ排出通路２
に設置された測定装置３とからなる。

配向槽１は底部に紙フィルタ10及びセラミックフィル
タ11とが配置されている。配向槽１内部には、互いに一
定の間隔を保って対向する正電極13及び負電極14が配設
されている。正負電極13、14には、両者間に所定の電界
を醸成するための電圧印加装置15が接続されている。こ
の正負電極13、14は金属製板形状でその表面にフッ素樹
脂をコーティングしたものが用いられる。この場合に
は、誘電液体中で両極13、14からのイオンの遊離がなく
誘電液体中のイオンを一定に保つ利点がある。前記排出
通路２には、外部排出通路22及び測定部導出通路23に接
続した三方コック21が設けられ、配向槽１から前記紙フ
ィルタ10、セラミックフィルタ11を通過した濾過液が測
定装置３及び測定装置３以外の箇所へ導出及び排出でき
るように配慮されている。また、配向槽１の上方には、
底部に開閉バルブ16を設けた撹拌容器17が配置されてい
る。

測定装置３は、アクリル樹脂製で内部に測定室30aを
形成した円形状の容器30と、前記測定室30a内で互いに
一定の間隔をおいて対向する円板状の主電極31及び主電
極31の外周をリング状に取囲むガード電極32と、円板状
の対向電極33とが配設されている。主電極31及びガード
電極32と対向電極33との間隔は5mmである。主電極31及
び対向電極33は、絶縁抵抗計34に接続され両電極31、33
間の濾過液の体積抵抗率を測定可能に設けられている。
前記ガード電極32は、前記両電極31、33間での濾過液の
体積抵抗率を測定する際、その測定を妨げる表面電流
（容器内側面を伝わる洩れ電流）を逃すためのものであ
り、絶縁抵抗計34を介してアースに接続されている。

前記容器30の底部には、測定後の濾過液を測定室30a
外部に排出する排出通路35と、開閉バルブ36とが設けら
れている。

本第１発明の実施例によれば、順次、分散工程、配向
工程、集積工程が実施される。

分散工程では、 （１）、ゾル状粘結剤として超微粒子10〜20μｍのシリ
カ30重量％と、その分散媒となる絶縁性溶媒としてノー
マルプロパノール70重量％からなるノーマルプロパノー
ル・シリカゾル2.5ccを準備し、このノーマルプロパノ
ール・シリカゾルに対し希釈液として前記分散媒と同一
の絶縁性溶媒としてノーマルプロパノール50ccを加えた
液を得た。

（２）、予め誘電液体として撹拌容器17内に入れ準備し
たフロン−113、1000ccに前記（１）で得た溶液を入れ
る。

（３）、（２）で得た液に有機系界面活性剤10p.p.mを
入れる。

（４）、（３）で得た液にアルミナ短繊維（サフィルRF
ミルド、平均繊維径約３μｍ、平均繊維長さ10〜500μ
ｍ）を、15gを入れ撹拌して表１の試料３で示される組
成の繊維懸濁液を得た。

前記分散工程に引続いて配向工程が行われる。

配向工程では、開閉バルブ16を操作する。これにより
前記分散工程で得た撹拌容器17内の繊維懸濁液の一部
を、予め通電され正負電極13、14に約1kv/cmの電界を醸
成した配向槽１内の上部開口より注入し、前記両電極1
3、14を没入するまでに満した。これにより繊維懸濁液
中の繊維は正負電極|3、|4方向に静電配向するとともに
橋絡する。

前記配向工程に引続いて集積工程が行われる。

集積工程では、配向槽１内の繊維懸濁液を紙フィルタ
10、セラミックフィルタ11で濾過し、この濾過液を、三
方コック21によって外部排出通路22に連通した排出通路
２へ排出しつつ、前記撹拌容器17内の繊維懸濁液を配向
槽１の開口部より注入し、前記配向橋絡繊維を順次沈降
させて紙フィルタ10上に集積する。これによって前記紙
フィルタ10上に所定厚さの繊維集積体４とした後、前記
開閉バルブ16を操作して前記注入を停止し、配向槽１内
の残存液を排出除去して取出される。

この繊維集積体４は、乾燥に伴って各短繊維同士がノ
ーマルプロパノール・シリカゾルによって強固に結合さ
れ、繊維集積体のハンドリング性を向上させることがで
きた。ハンドリング性は抗折試験によって得られる抗折
荷重によって評価した。すなわち、前記実施例の繊維集
積体４の抗折荷重は、330gときわめて高く良好なハンド
リング性を示した（表１参照）。

抗折試験とは繊維集積体を長方形状の試験片（巾10mm
×厚み8mm×厚さ70mm）として、50mmの間隔を保つ２点
間に載置した状態でその中央部に荷重を加え折れ曲り破
損した時の荷重を測定したものである。

この抗折試験で用いた試料１〜４の試験結果を 表１に示す。これによると試料２〜４の繊維懸濁液によ
って得られた繊維集積体は、抗折荷重110g以上であり、
搬送を含めた取扱い上、変型、毀損することがなく、良
好な、ハンドリング性（表１の評価欄○印）が得られ
た。

なお、本抗折試験で用いた試料１〜４では、ノーマル
プロパノール・シリカゾルの希釈倍率をすべて20倍とし
た。

本第２発明の実施例を以下に説明する。

この実施例では、前記本第１発明の実施例において、
濾過液の体積抵抗率を測定装置３によって検出し、この
結果に基づいて繊維懸濁液中の組成を調整するものであ
る。測定に際し、三方コック21を操作することによって
配向槽１底部よりの濾過液の導出方向を切換え、かつ測
定部導出通路23に連通した導出通路２により容器30の測
定室30a内に導びくと共に、測定室30a内の主電極31、ガ
ード電極32と対向電極33との間を濾過液で満す。この場
合、排出通路35は開閉バルブ36により閉じられている。
この状態で測定室30a内の濾過液の体積抵抗率が絶縁抵
抗計34で検出される。この場合、試料３の繊維懸濁液中
に、体積抵抗率に関与するキャリアとなる導電性有機
物、水、イオン性物質等の不純物が混入することによっ
て、前記検出値が予め設定された基準値（10¹¹Ωcm）よ
りも低下したときには繊維懸濁液中の繊維の静電配向状
態が悪くなる。このため、フロン−113又はノーマルプ
ロパノ ールの適量が前記配向槽１内の繊維懸濁液中に追加され
る。これによって前記体積抵抗率は基準値以上に復元さ
れ、繊維配向性の劣化が防止される。

なお，表２では、前記表１に示した試料１〜４を用い
て濾過液の体積抵抗率と、繊維の配向状態の評価を示し
た。

この結果、試料１〜４において、繊維懸濁液の体積抵
抗率が基準値以上の試料１〜３で良好な繊維配向状態
（表２の評価欄○印）が得られた。

以上、実験結果を繊維の配向性及び集積体のハンドリ
ング性の両面から総括すれば、試料２及び３に示す繊維
懸濁液の使用がもっとも好適であることが実証された。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例を示す模式図である。 １……配向槽、２……排出通路 ３……測定装置、30……容器 31……主電極、32……ガード電極 33……対向電極、34……絶縁抵抗計

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｄ２１Ｆ 13/00 Ｄ２１Ｆ 13/00 (72)発明者 磯村 廉一 愛知県刈谷市豊田町２丁目１番地 株式 会社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 特開 昭62−170569（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−222035（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】誘電液体に可溶な絶縁性溶媒を分散媒とす
   るゾル状粘結剤を、前記粘結剤と同種の溶媒により希釈
   させて前記誘電液体に添加混合し、かつ同混合液に短繊
   維、ウイスカ等の繊維を分散懸濁させる分散工程と、前
   記繊維が分散した繊維懸濁液を正負電極間に醸成された
   電界内に注入して該繊維を静電配向させると同時に橋絡
   させる配向工程と、同配向橋絡繊維を順次沈降させて集
   積する集積工程とからなることを特徴とする繊維集積体
   の製造方法。
2. 【請求項２】前記誘電液体がフロン−113であり、前記
   ゾル状粘結剤がプロパノール・シリカゾルであり、かつ
   前記溶媒がプロパノールである請求項１記載の方法。
3. 【請求項３】誘電液体に可溶な絶縁性溶媒を分散媒とす
   るゾル状粘結剤を、前記粘結剤と同種の溶媒により希釈
   させて前記誘電液体に添加混合し、かつ同混合液に短繊
   維、ウイスカ等の繊維を分散懸濁させる分散工程と、前
   記繊維が分散した繊維懸濁液を正負電極間に醸成された
   電界内に注入して該繊維を静電配向させると同時に橋絡
   させる配向工程と、同配向橋絡繊維を順次沈降させて集
   積する集積工程とからなる繊維集積体の製造方法におい
   て、前記繊維懸濁液の濾過液を導いてその体積抵抗率を
   検出し、同検出値が設定基準値よりも低下したとき、前
   記繊維懸濁液の組成を調節することを特徴とする繊維集
   積体の製造方法。