JPH02259190A - ホイスカー含有シート - 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、ホイスカー含有シートに関し、特に繊維強化
金属材料（ＦＲＭ）の強化繊維材料として使用すること
のできるホイスカー含有シートに関する。

（従来の技術及びその解決すべき課題）従来より、金属
を母材とする複合材料を補強するために、ホイスカーを
シート状にした補強材料が知られており、このようなシ
ート状物を製造する方法として、例えば、無機ホイスカ
ーを無機繊維に定着させて抄き上げ、無機バインダーで
固定して、これを乾燥する方法が知られている（特開昭
６３−３１５６９７号公報）。この方法によれば、それ
以前に実施されていたホイスカープリフォームを形成す
る方法に比べて、薄いシート状物を形成でき、しかもそ
のソート状物を直径１５０ｍｍ程度までの滑らかな曲面
に加工できるので、加工性がかなり改善されている。

しかしながら、この方法により得られるシート状物は、
直径が１００ｍｍ以下の更に小さい管状構造体に成形し
ようとすると、ひび割れを起こしたり、折れたりし、そ
の加工性は今だ十分とは言えなかった。

従って、本発明は加工性に優れたホイスカー含有シート
を提供することを目的とする。

本発明者らは、このようなホイスカー含有ントの加工性
を改善するために、例えば、無機ホイスカー、無機バイ
ンダー及び無機繊維からなる公知のホイスカー含有シー
トに、有機バインダーを添加し、その加工性の向上を図
った。しかしながら、このホイスカー含有シートを１５
０〜２００℃の一般的な乾燥温度で乾燥しても、ソート
の柔軟性は何ら改善されず、そのため、焼成前にシート
を直径１００ｍｍ以下の管状に加工すると、ひび割れが
生じたり、折れたりして、加工性の向上を達成すること
ができなかった。

本発明者らは、有機バインダーを配合しても何らホイス
カー含有シートの加工性の改善に貢献しない原因につい
て、鋭意検討した結果、焼成前のホイスカー含有シート
に含まれている無機バインダーの乾燥状態に関係してい
ることを発見した。

即ち、無機バインダーは通常、種々の形態の水分を含有
しており、その中には、無機バインダーの表面に付着し
ている水（付着水）がある。この付着水け、通常室温霊
囲気では脱離せず、それよりも高く、しかもそのバイン
ダー材料に特有の温度で脱離するような水分である。そ
の脱離温度は、指差熱分析により吸収ピークとして明瞭
に把握される。本発明者らは、ホイスカー含有シートに
有機バインダーを配合しても、この無機バインダーの付
着水が脱離しない程度にホイスカー含有シートを乾燥す
ると、無機バインダーの固着力が増大し、そのためホイ
スカー含有シートが硬くしかも脆弱となり、シートの加
工性が向上しなくなることを見出した。一方、ホイスカ
ー含有シートに有機バインダーを配合しない場合には、
無機バインダーが付着水を有していても、〉・−トの柔
軟性は向上しないことを発見した。

本発明は、このような知見に基づいて達成されたもので
ある。

即ち、本発明は、無機ホイスカーと、無機繊維と、付着
水を有する無機バインダーと、そして有機バインダーと
からなるホイスカー含有シートに関するものである。

以下、本発明について詳述する。

本発明のホイスカー含有シートに使用されるホイスカー
としては、従来より無機ホイスカーとして使用されてい
るものを通常使用することができ、例えば、炭化珪素ホ
イスカー、窒化珪素ホイスカ、チタン酸カリウムホイス
カー、酸化亜鉛ホイスカー等が使用できる。

本発肋の無機繊維は、ホイスカーの担持体としての作用
と、金属母材の補強材としての作用を有する。このよう
な無機繊維としては、例えば、アルミナ繊維や、アルミ
ナシリカ繊維、石英繊維、各種ガラス繊維、石綿繊維、
炭素繊維、カオリン繊維、ジルコニア繊維、チタン酸カ
リウム繊維などの一般に知られている各種無機繊維が使
用されろ− 無機繊維は、繊維径が１０μｍ以下でしかも長さが１ｍ
ｍ以上であることが好ましい。直径を１０μｍ以下とす
ることにより、ホイスカーを担持するのに十分な表面積
が得られ、また長さを１ｍｍ以上とすることにより、シ
ート強度を維持する骨材として作用させることができる
。

シートの抄紙性等を考慮すれば、無機繊維の量は、ホイ
スカー含有シートに基づいて、１０〜５０％が好ましい
。

本発明の無機バインダーとしては、アルミナゾル、コロ
イダルンリ力、ジルコニアゾル、アルキルシリケート及
びその誘導体、アルキルシリケート多量体加水分解生成
物、水ガラス、リン酸アルミニウム水溶液、コロイダル
水酸化イツ）ＩＪウム、金属アルコラード及びその誘導
体、セメントなどが使用される。

無機バインダーの量は、ホイスカー含有シートに基づい
て、５〜１５％が好ましい。

本発明の有機バインダーとしては、ＳＢＲ，ＮＢＲ、ア
クリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン、フェノール
樹脂、エポキシ樹脂、ＰＶＡ、澱粉などが使用される。

有機バインダーの量は、一般にホイスカー含有シートに
基づいて５〜１５％が好ましい。

必要により、ホイスカー含有／−トには有機繊維を配合
してもよい。これにより、ホイスカー含有シートの引張
り強度や、柔軟性を向上させることができる。

有機繊維としては、例えば、セルロースパルフや、ポリ
エチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維
、アクリル繊維などの天然又は合成繊維が使用できる。

繊維径は細い程好ましく、叩解により繊維をフィブリル
化することは好ましい。

有機繊維の中は、一般にホイスカー含有シートに基づい
て２０％以下の配合することが好ましい。

これよりも多量に配合する場合には、予備焼成後のシー
トの強度及び保形性が劣る傾向にあるからである。

ホイスカー含有シートは、−船釣な抄紙法に従って、上
記各成分を懸濁した溶液から抄き上げることにより製造
することができる。なお、ホイスカーを無機繊維表面に
担持させるためにカチオン系ポリアクリルアミドなどの
有機定着剤を配合することが好ましい。この定着剤は、
予備焼成の段階で他の有機物とともに揮発するので、最
終製品に何ら有害な作用を及ぼさない。

シート状に形成されたホイスカー含有シートは次に無機
バインダーの付着水が除去されない程度の温度において
乾燥され、そして所定の形状に加工される。

付着水が除去されない程度の温度は、使用する無機バイ
ンダーの種類により変動する。この温度は、例えば、コ
ロイダルシリカの場合には約１５０℃以下であり、アル
ミナゾルの場合には１３５〜１４５℃以下である。

乾燥は、例えば、熱風乾燥機やロータリードライヤーな
どの装置で通常行われる。熱風乾燥機を使用する場合に
は、その熱風温度を制御し、一方ロータリードライヤー
を使用する場合にはそのドライヤー表面温度を制御する
ことにより行われる。

温度ムラによる失敗を避けるために、付着水脱水温度よ
り３０℃以上低い温度に設定しておくことが好ましい。

この乾燥したホイスカー含有ソートは、次いで所定の形
状に加工した後、予備焼成される。

この予備焼成は、−船釣な電気炉を用いて行うことがで
きる。焼成温度は、一般に６００〜９００℃が好ましく
使用される。

なお、ホイスカー含有シートを形成した後、必要に応じ
て、カレンダー掛けすることにより、シートの平滑化や
高密度化を行うこともできる。

（実施例） 以下、実施例により本発胡について更に詳細に説明する
。

実施例１ 炭化珪素ホイスカー（東海カーボン社製、トーカウィス
カー）１０部を、水２００部に混合しながら添加し、均
質な分散液を調製した。一方、アルミナ繊維（ＩＣＩ社
製、サフィル）２部を水４００部に混合してスラリーを
調製した。次に、上記分散液と、スラリーとを、固形分
の重量比で７０対３０となるような割合で混合し、更に
カチオン系ポリアクリルアミド（栗田工業社製、クリフ
ィックス）０．１部を添加して、抄紙用スラリーとした
。

このスラリーから、秤量１４０ｇ／ｍ’となる量を分取
し、手抄き機にて抄紙シートを製造した。脱水後、シー
ト重量に基づいて１０部相当量のアルミナゾル（日産化
学工業製アルミナゾル＃２００）と、１０％相当量のア
クリルエマルジョン（中央理化工業製、リカボンドＳΔ
Ｆ６３８）とを、そのシートに添加した後、シートを８
０℃で熱風乾燥して、ホイスカー含有シートを得た。

このホイスカー含有シートの特性を評価するために、シ
ートを幅３０ｍｎ＋の短冊状に裁断し、直径３０ｍｍの
管に巻き付け、そして接合部は炭化珪素ホイスカーとア
ルミナゾルを混合したペーストで接着した。このホイス
カー含有シートの巻き付け時の柔軟性などの特性を評価
した後、電気炉を１吏用して９００℃の空気雲囲気中で
１時間予備焼成し、管状のプリフォームを得、次いで焼
成後の保形性を評価した。結果を以下の表−１に示す。

実施例２ スラリーを製造する際に、カナデイアンフリーネス３０
０誦に叩解したセルロースパルプ（有段繊維）を１５部
配合したことを除いて、実施例１と同様にしてホイスカ
ー含有シートを得た。このホイスカー含有シートの特性
について試験した結果を同表−１に示す。

実施例３ 炭化珪素ホイスカーの代わりに、チタン酸カリウムホイ
スカー（チタン工業製、ＨＴ−１００＞を用い、また有
機バインダーとしてウレタン樹脂（東亜合成製、アロン
ネオタンＵＥ−１４０２）を用いたことを除いて、実施
例１と同様にしてホイスカー含有シートを製造した。こ
のシートの特性について試験した結果を同表−１に示す
。

比較例１ 実施例１において、抄紙シートに対して、その脱水後、
アクリルエマルジョンを添加することなく、１５０℃の
熱風で乾燥することを除いて、実施例１と同様にしてホ
イスカー含有シートを製造した。このホイスカー含有シ
ートを、実施例１と同様にして試験を行い、その特性を
調べた。結果を同表−Ｙに示す。

比較例２ 抄紙シートの乾燥前に添加するアルミナゾルの代わりに
、アクリルエマルジョンを使用したことを除いて、比較
例１を繰り返すことにより、ホイスカー含有シートを製
造した。このホイスカー含有シートの特性を調べた。結
果を同表−１に示す。

比較例３ 乾燥を１５０℃の熱風で行ったことを除いて、実施例１
と同様にしてホイスカー含有シートを製造した。このホ
イスカー含有シートの特性試験した結果を同表−１に示
す。

上記の表から分かるように、本発明のホイスカー含有シ
ートは、比較例で得られたホイスカー含有シートに比べ
て、柔軟性及び強度の何れにおいても優れている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機ホイスカーと、無機繊維と、付着水を有する
   無機バインダーと、そして有機バインダーとからなるホ
   イスカー含有シート。
2. （２）更に有機繊維を含有する請求項１に記載のホイス
   カー含有シート。
3. （３）無機ホイスカーと、無機繊維と、付着水を有する
   無機バインダーと、そして有機バインダーとから抄紙シ
   ートを製造し、これを前記無機バインダーの付着水が脱
   離しない温度で乾燥することを特徴とするホイスカー含
   有シートの製造方法。
4. （４）請求項３に記載の方法により製造したホイスカー
   含有シートを成形し、次いで予備焼成することを特徴と
   する繊維強化金属材料用構造体の製造方法。