JPH0222428A - 金属系短繊維複合材用予備成形体の製造法 - 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】 得るだめの繊維予備成形体の製造法に関するものである
。

〔従来の技術〕

短繊維を用いた金属系複合材料は材料の異方性が少ない
ことから耐熱、耐度耗、低熱膨張、かつ熱伝導が要求さ
れる用途て適用が考えられている。一般にこの短繊維系
金属複合材の製造法としては、マトリックスとなる金属
を付着もしくは混合した繊維集合体を加圧、及び又は焼
結させる粉末冶金的手法と、繊維予備成形体に溶湯金属
を浸透させる鋳造法に大別される。前者は繊維分布の均
一性では秀れているが、生産性が低く、形状の制約が太
きい。後者は前者に比ベニアネットシェープまで作れる
可能性がちシ生産性の高いことが期待されるがその為に
は良質の繊維予備成形体（以下プリフォームという）を
作る必要がある。プリフォームの良し悪しは出来た複合
材の性能を決定する重要なポイントである。このプリフ
ォームに要求される性能としては、／）繊維分布が一様
であること（均一性）、２）形状、寸法が７１ンドリン
ク及び溶湯浸透時に保たれていること（保形性）が特に
重要なポイントといわれており、すでに多くの手法が提
案されている。（例えば特開昭タワー２．２６フ３９号
公報） さらに一般的には水、エタノール、アセトン等の溶媒に
希釈した無機バインダー及び／又は有機バインダー溶液
と繊維を混合し、成形型に注入、しかる後加圧等によシ
適切な繊維密度を与え硬化、乾燥して取出す手法がとら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

該手法に於てプリフォームに均一性を与えるためには溶
液と繊維の混合液の均一性が必要であるが、保形性を重
視して繊維量て対するバインダー量を多くすると、溶液
の粘性が高まったり、溶液量／繊維体積が小さくなシ、
繊維同志のからまシによる″だま”が生じ分散性が著し
く悪くなる。一方均一性を重視した場合バインダー量が
少なすぎる為保形性が劣ってぐる。特に鋳造法による短
繊維複合材の特徴とされるニアネットシューブの複雑形
状プリフォームの場合、繊維密度を調整するために加え
た圧力に対する繊維の弾性に由来する復元力（いわゆる
スプリングバック）が複雑に働くため弱い保形力では離
型時に寸法変化を生じてしまう。すなわち既存の手法で
は均一で保形力のある複雑形状プリフォームを作ること
出来ないのが現状である。

発明者らは本問題を解決するため、まず均一性を与える
条件について検討し、その結果、（ｉ）短繊維と混合す
る溶液の粘度、混合した溶液中の溶液量／繊維体積の比
、用いる繊維のアスペクト比（長さ／直径）が均一混合
液を作る重要なパラメータであること、（ｉｉ）一方、
保形力、特に離型時の保形についても検討した所、円柱
、円筒、角柱等、繊維密度調整時に作用させる加圧力方
向に垂直な方向の寸法が−様な単純形状のプリフォーム
ではスプリングバックは加圧方向（−次元）だけである
が、寸法が不定である複雑形状の場合は二次、三次元的
スプリングバンクが生じる。それ故単純形状よシ高い保
形力が必要であること、を見出し、複雑形状に於ても均
一性と保形性が同時に満足されるプリフォームが得られ
る本発明に到達したものである。

散させ、該混合液を成形型に注入、乾燥して所望の形状
及び繊維密度を得、第コニ程として前成形型よシ取シ出
すことによシ均一で保形性のあるプリフォームを得るこ
とにある。

以下本発明の詳細な説明する。

まず、本発明で用いられる短繊維としては、たとえば炭
素繊維等の補強繊維から選ばれる。

何れの種類でも良い。

これらの繊維のアスペクト比は、小さい程分散性が良く
なるが複合材に於ける性能向上に対してはアスペクト比
が大きい程良い。ただしアスペクト比が１０００を越え
ると繊維同志のからみ合いによるパだま”発生し、均一
なプリフォームを得ることは困難となるので、通常アス
ペクト比は／θ００以下の範囲で用いられる。

本発明においては、まず、第１工程として短Ｐ 繊維を！０希−−−中―以下の低粘度溶液を用いて均一
分散させ、該混合液を成形型に注入、乾燥して所望の形
状及び繊維密度を得る。

この第１工程で用いる低粘度溶液としてはａｐ ！０　゛　　　　　以下であれば特に限定されないが、
通常は水及びアセトン、エタノール等の有機溶剤単味又
はそれにバインダーを加えたものを用いることが出来る
。

ｊＯｃｐｌ−一一鉢より大きい粘度の溶液を用いると液
中の繊維の動きは著しく阻害され、機械攪拌又は超音波
振動の付与によっても均一分散混合液を得ることが困難
になるので、不適である。

溶液として水を用いた場合さらに中性洗剤等の各種の界
面活性剤を適量加えることは線維の溶液に対するぬれを
向上させ、溶液中での分散が向上するので好ましい。又
溶液量が繊維体積に対し１０倍未満では低粘度の溶液を
用いても分散が不十分となることがある。すなわち、溶
液量と線維体積の比は用いる溶液の粘度、繊維アスペク
ト比との相関があるので一概には言えないが繊維アスペ
クト比５０以上の場合、（＠液量／繊維体積比）７０以
上が好適である。

次に、第２工程として前記成形型内の成形体に高濃度の
バインダーを注入し繊維間に浸透させ、硬化及び乾燥し
た後、成形型より取シ出すことにより均一で保形性のあ
るプリフォームが得られる。プリフォームの繊維密度の
調整にはプレスを用いて行なうのが簡便である。バイン
ダーとしては、フェノール樹脂、フラン樹脂、アクリル
樹脂等の有機バインダーが一般的である。

〔実施例〕

以下実施例によって本発明をさらに詳細に説明するが本
発明は実施例によって限定されるものではない。

実施例／ 粘度は／、／　ＣＩ）であった。

短襟維としては平均アスペクト比１００のピッチ系炭素
繊維（Ｂ）を用い、Ａ７Ｂ　　の体積比を／夕／／の割
合にて攪拌混合した。この時液中には゛だま″は生じて
おらず均一性の高い混合液が得られていた。該混合液は
図／に示す擬円柱状型（／：上型、２．２’：下型、３
：横型）に注入し、プレスてよシ繊維密度を調整、同時
に分離された水を除去した。さらにプリフォーム部グに
含まれる水を完全除去するため、加圧状態で炉内乾燥し
た。次に乾燥した型内のプリフォーム部に重量比アクリ
ル樹脂（′”オリパイン東洋インキ製造■製）：アセト
ン：硬化剤−２タ：、、２夕：／の＠液を注入浸透させ
とθ℃×／　Ｈｒ　（大気中）加熱、その後ご００℃×
／Ｈｒ（Ａｒｉ囲気中）の焼成を行ない離型した。離型
時の寸法変化はなく、切断後の内部観察に於てボイドも
なく均一であることが確認された。又、保型に寄与する
樹脂分がプリフォーム内に均一する為離型後の機械加工
（旋盤加工、フライス加工、穴あけ加工）も可能であっ
た。

比較例／ フェノール樹脂：メタノール＝／：１０の溶ｉ（粘度／
、乙ｃｐ）　（Ａ）とアスペクト比／θ０のピッチ系炭
素線維（Ｂ）を用い、Ａ／Ｂの体積比を２０／／の割合
にて攪拌混合し、実施例／に用いたと同じ成形型内に注
入し、プレスによシ繊維密度調整を行なった。この後と
０℃で溶媒除去さらに昇温速度２℃／ｍｉｎでに００℃
まで加熱（Ａ、ｒ雰囲気中）し硬化させ離型した。攪拌
混合時に於ては“だま″も発生せず均一な混合液であっ
たが、離型後スプリングバックにより寸法変化を生じて
いた。

比較例コ °゛オリバイン″実施例／と同一）：アセトン：硬化剤
＝２ｊ：２３−”、／の溶液（粘度？θｃｐ　）　（Ａ
）とアスペクト比／θ０のピッチ系炭素線維（Ｂ）を用
い、Ａ／Ｂの体積比２θ：／の割合にて攪拌混合したが
パだま”が生じ攪拌条件によっても消滅させることは出
来なかった。又上記混合液を実施例／に於て用いたと同
じ成形型内に注入し、プレスにより繊維密度調整を行な
った。この後♂０℃で溶媒除去さらに乙００℃Ｘ／Ｈｒ
（Ａｒ雰囲気中）の焼成を行ない離型した。寸法変化は
生じていないが、硬化層は表面近傍に限られ、固剤等の
簡単な後加工を加えある。

〔発明の効果〕

以上説明した本発明によれば、特定の工程を用いること
により金属系短繊維複合材の製造に於て、繊維の分布が
均一で保形性の高い複雑形状の予備成形体（プリ フオーム ）が提供される。

【図面の簡単な説明】

図／は繊維予備成形体用成形型を示す。 二上型、 コ、２′二下型、 ３　： 横型、 グ：ブリ フオーム部 日産自動車株式会社 三菱化成株式会社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）短繊維を用いた金属複合材用予備成形体を製造す
   るに当り、第１の工程として短繊維を５０ｃｐ以下の低
   粘度溶液を用いて均一分散させた混合液を作り、成形型
   に注入し、乾燥して所望の形状及び繊維密度を得、第２
   工程として前記成形型内の成形体に高濃度のバインダー
   を注入し繊維間に浸透させ硬化及び又は乾燥した後成形
   型より取出すことを特徴とする短繊維強化金属複合材用
   予備成形体の製造法。
2. （２）用いる短繊維がアスペクト比１０００以下である
   ことを特徴とする請求項記載の製造法。