JPH02236243A - 環状繊維集積体の製造装置 - 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、繊維強化金属の製造に用いて好適な繊維集積
体の製造装置に係り、詳しくは繊維の多くが円周接線方
向に配向した環状繊維集積体の製造装置に関する。

［従来の技術１ 繊維の多くが一次元配向した繊維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、平行する
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、同配向繊維を順次沈降
させて集積するという基本的な技術は知られている。

この場合、繊維の多くは一次元方向すなわち直線方向に
配向した集積体か１ｑられ、該集積体はそれなりにきわ
めて有用ではめる。ところが繊維強化金属の適用を希求
されている機能部品には環（円筒）形状のものも少なく
なく、上記直線配向した繊維集積体ではこのような機能
部品の品質要求に応えられないという問題がある。

第３図及び第４図に示す特開昭６３−２２７８５３号に
開示の発明は、このような問題解決を目的としたもので
あって、同発明は直立円筒状空間４内の円周の法線方向
に交互に配された複数対の正負電極５、６間に電界を醸
成し、短繊維、ウィスカ等の非連続繊維を誘電液体１１
中に分散させた繊維懸濁液を、上記電界内に注入して該
繊維を円周接線方向に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ともに、上記
電極５、６を直立円筒状空間４の軸心の回りに緩やかに
回動させ、かつ該電極５、６下端縁と、集積繊維層１２
との間隙を常に所定値に保つよう、直立円筒状空間４の
長手方向に対する電極位置を順次相対的に変位させると
いう技術手段を講じたものである。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上）ホした環状繊維集積体の製造技術で
は、配向繊維の均斉化を狙って、針状若しくは網状に形
成された複数対の電極が繊維懸濁液中を回勤するもので
あるため、これが配向、橋絡の過程にある繊維群に逆に
撹乱を生起させる結果となりやすく、しかも沈降集積し
た繊維層と常に所定の間隙を保持する電極下端部には不
可避的に電界が集中し、集積繊維層１２の表層ｗＡＮに
吊り上がり現象が発生して、折角配向集積された繊維に
再度動乱を生じさせる不具合がある。

本発明は、配向繊維の乱れ要因を極力排除して、非連続
繊維の多くが円周の接線方向に整然と配向した環状繊維
集積体を１リることを解決すべき技術課題とするもので
おる。

［課題を解決するための手段］ 本発明は上記課題解決のため、同心的な内外簡によって
その間に直立円筒状空間か形成された有底容器と、該外
筒の内周壁に交互に、かつ垂直状に埋設された正及び負
の電極と、該直立円筒状空間の下部に配置された濾過体
と、上記外筒と濾過体とを直立円筒状空間の軸心の回り
に相対的に回転させる手段と、上記有底容器の底壁に設
けられた排液手段と、上記各電極に接続された電圧印加
装置とからなる新規な構成を採用している。

とくに本発明の重要な特徴の一つは、上記外筒の内周壁
に垂直状に埋設された正負の電極であって、その内面は
外簡の内周壁と整合するように形成ざれる。該電極の極
数に制限はないが、正電極と負電極は円周方向に交互、
かつ等分に配置され、各正負電極闇に醸成ざれる電界の
強さがほぼ均一となるよう構成することが好ましい。

そして他の重要な特徴の一つは、上記外筒と上記濾過体
とを直立円筒状空間の軸心の回りに相対的に回転させる
手段をもつことであり、もっとも望ましい形態は外筒を
固定して濾過体及び内筒を共に回転させることである。

かかる形態によれば、電極の静止に伴って配向繊維の泳
動に基づく誘電液体の対流も生ぜず、しかも集積繊維層
は濾過体及び内筒との摩擦力により安定的に保持されて
橋絡、沈降繊維との間に常に均等な相対角変位が得られ
るとともに、電極への通電配線類に対する面倒な回転吸
収対策も不必要となる。なお、上記内筒とは厳密な意味
の筒休はか、柱体の適用も包含するものであり、また、
導電性繊維を使用した場合には、繊維の短絡を防ぎ、か
つ繊維懸濁液の乱流を抑制するため、上記正及び負電極
の露出表面に陰及び陽のイオン交換膜を被装することが
好ましい。

繊維集積体の製造は、短繊維、ウイスカ等の繊維を誘電
液体中に分散させて繊維懸濁液とし、正負電極間に電界
が醸成された直立円筒状空間内にこれを注入するととも
に、外筒と濾過体とを緩やかに相対回転させることによ
って行われる。

上記繊維には、短繊維及びウイスカの範晒に入るものの
すべてを用いることができ、その径及び長さはとくに限
定ざれない。該繊維の材質としては、繊維懸濁液として
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
ミナーシリカ、ベリリャ、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
、該ＩＩ！雑のうららの２種以上を混合して使用するこ
ともできる。

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、これには四塩化炭素、フッ素塩素置換炭化水素
、ｎ−ヘキサン又はシクロヘキサン等が挙げられる。こ
れらの誘電液体のうち四塩化炭素がとくに好ましく、ま
た、フッ素塩素置換炭化水素は取扱い上、安全性の面で
優れている。

なお、該誘電液体中に繊維をなるべく均一に分散させる
には、通常界面活性剤特にノニオン系界面活性剤を適光
量添加することが望ましい。

正負電極間に電圧を印加して醸成される上記電界の強さ
は、通常約０．５〜５ｋＶ／Ｃｍで、これが０．２ｋ／
Ｃｍ程度以下では繊雑の静電配向か十分でなく、また１
ＱｋＶ／Ｃｍ程度以上においては繊維懸濁液に撹乱が生
じて繊維の配向精度が劣化ずる。もつとも好ましい電界
の強さは約１〜２ｋＶ／Ｃｍである。なお、該電界の強
さは、使用繊維の種類、誘電液体の誘電持性及び製造ざ
れる繊維集積体の厚さなどにより、もつとも好ましい値
が設定される。

上記繊維懸濁液の注入により電界内に冒かれた誘電液体
中の個々の繊維は、その一端が正電極に他喘が負電極に
指向した円周接線方向に配向すると同時に順次橋絡沈降
し、例えば濾過体の回転に基づいて同橋絡沈降繊維はわ
ずかに配向方位をずらしながら該濾過体上に集積される
が、これが所望厚ざ（こ達するまでの間上記繊維懸濁液
の注入は続けられ、容器の底壁からは（゛まば等間の液
の排出が行われる。この場合、液の排出には注意が肝要
で、液に力学的な乱れの生じない程度に流はを調節した
うえで、自然流出若しくは吸引排出させることが望まし
い。上記流排出は直立円筒状空間の下部に配設された濾
過体を介して行うことが、流吊の調節ばかりでなく繊維
の漏出や液の乱れを防止するうえで効果的であり、該ｉ
！通過体としてはたとえば多孔質セラミックなどを使用
することができる。

かくて集積を終え、残留誘電液体の排出除去をまって取
出された円筒状の繊維集積体は、円筒状に形成された機
能部品の繊維強化金属用繊維成形体として供されるもの
でおる。

［実施例１ 以下、本発明の具体的な実施例を第１図及び第２図に基
づいて説明する。

図において、１０は水平状に架設され中央に給液孔１０
ａが間口されたフレーム、１２は該フレーム１０から一
体状に垂段された直円筒状の外筒で、該外筒１２内には
同心的に整合された内筒（図に円柱状として示されてい
る〉１４が配置されている。そして該内筒１４の下端に
固着され、かつ鉛直方向に小孔群の貫設された円板状の
濾板１６は，上記外筒１２の下端開口を遮蔽するほどに
拡延されて、これら外筒１２、内筒１４及び棉板１６の
３者が繊維配向域となる直立円筒状空間１８を備えた有
底容器を形成している。２０、２２は上記外筒１２の内
周壁に垂直状に埋設された正負電極で、各正負電極２０
、２２間に醸成される電界の強さがほぼ均一となるよう
円周方向に交互、かつ等分に配誼されており、上記外筒
１２の内壁面と整合するように形成された正及び負電極
２０、２２の露出内面には、必要に応じ陰及び陽のイオ
ン交換膜が被装される。勿論、これらの各電極２０，２
２は正負の電極２０、２２間に所定の電界を醸成するた
めの直流電圧印加装置５０と接続されている。

２４は上記外筒１２の外郭をさらに囲繞するように配設
されたケーシングで、支持台２６上に図示しない軸受要
素を介して立設され、その内壁の一部に形成された張出
縁２４ａは例えばキ一部２４ｂを介して上記濾板１６を
相対回転不能に支承している。２８は該濾板１６上に固
止されて実質的に直立円筒状空間１８の底壁を形成する
濾過体で、該濾過体２８は減速機付電動ＦＭ３０と直結
した上記ケーシング２４及び錨板１６と連動して、直立
円筒状空間］８の軸心の回りに緩速回転するように構成
されている。そして上記支持台２６にはケーシング２４
の底壁２４Ｇに貫設された通孔３０と樋部３２を介して
対応した通孔３４が貫設され、各通孔３０、３４は吸引
装置とも連接可能な導管３６及びコック３８からなる排
液手段と結合ざれている。なお、４０は集積繊維層の積
層むらを解消するために装置全体を揺振させるｈ［］振
機である。

本発明装置は上述のように構成されており、まず表面処
理をしないアルミナ短繊維（平均繊維径約３μｍ、平均
繊維長１０〜５００μｍ）を、四塩化炭素の誘電液体中
にごく少檄のノニオン系界而活性剤とともに添加し、こ
れらを撹拌して該繊維を分散させた繊維懸濁液とした。

上記装置の各正負電極に約１ｋｖ／ｃｍの電界を醸成し
て、給液孔１０ａから直立円筒状空間１８内へ繊維懸濁
液を注入した。

注入された繊維は該誘電液体中で誘電分極して円周接線
方向に静電配向され、次いでその多くは橋絡を生じて質
量を増し、円周接線方向の配向状態を保って沈降する。

上記配向橋Ｉ８繊維は、Ｉ１ｌｉ維懸濁液の注入と並行
して行われる導管３６からの濾液の排出によって順次濾
過体２８上に集積ざれるが、集積繊維層Ｆは濾過体２８
の緩速回転（１周約１５分）につれて刻々と変位するの
で、繊維は円周の接線方向に万遍なく積層ざれる。なお
、このとき加｛辰機４０の作動によって装置全体を揺娠
させれば、集積繊維層Ｆの粗密むらは一層効果的に解消
ざれる。かくて所定厚さ（約１５ｍｌｌｌ）に達した積
層繊維層Ｆは残存液を排出除去して取出される。

この環状ｍ維集積体はＳＪＡ雑の離断や偏在がなく円周
接線方向にきわめて均一良好に配向されており、これを
繊維強化金属用に供したとき、該強化金属は円周法線方
向の強度か一層高く、かつ熱膨脹が小さいことから、例
えば各種ピストン等に有効に利用できる。

［発明の効果］ 以上、詳述したように本発明は、電界を醸成する電極が
繊維配向域すなわち直立円筒状空間の外壁面に埋設され
ているため、電極の運動による直接的な液の撹乱や、電
界の集中に基づく集積ｌ！維唐の吊り上がり現中などが
ことごとく消去ざれて、配向繊維の乱れは箸しく改善さ
れる。しかも電惨を保持した外筒と配向矯絡繊維を受承
する濾過体との緩やかな相対回転により、同配向繊帷は
順次位相差を生じながら集積ざれるので、円周の接線方
向に均一良好に配向した繊維集積体を得ることかできる
。とりわ（プ固定した外簡に対して濾過体を緩速回転さ
せる手段を採用，すれば、電極の静止に伴って配向繊維
の泳動もなく、これによって生じる液の対流も必然的に
消滅させることができる。

ざらに加娠機を発動して装置全体を揺振させるようにし
たものでは、集積繊維層の更なる疎密むらの解消に見逃
し難い効果を発揮する。なお、上記環（円筒）状＄１！
維集積体を用いて製造された繊維強化金属が、強度、熱
膨脹のいずれの観点からも申越したものであることは十
分認識ざれており、この点の詳しい説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の実施例を模式的に示した断面正面
図、第２図は同一断面平面図、第３図は従来装置を模式
的に示した断面図、第４図は同一部省略平面図である。 １２・・・外筒 １８・・・直立円筒状空間 ２２・・・負電極 ２６・・・支持台 ３６・・・導管 ４０・・・加振機 １４・・・内筒 ２０・・・正電極 ２４・・・ケーシング ２８・・・濾過体 ３８・・・コック ５０・・・直流電圧印加装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　同心的な内外筒によってその間に直立円筒状空
   間が形成された有底容器と、該外筒の内周壁に交互に、
   かつ垂直状に埋設された正及び負の電極と、該直立円筒
   状空間の下部に配置された濾過体と、上記外筒と濾過体
   とを直立円筒状空間の軸心の回りに相対的に回転させる
   手段と、上記有底容器の底壁に設けられた排液手段と、
   上記各電極に接続された電圧印加装置とからなる環状繊
   維集積体の製造装置。