JPH0299700A - 短繊維成形体の製造方法 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は１例えば加圧鋳造法により繊維強化複合材料を
製造する際に使用される、短繊維成形体の製造方法に関
し、より詳しくは円柱状空間部を有する短繊維成形体の
製造方法に関する。

〈従来の技術〉 鋳造品や樹脂成形品に断熱性、軽量性、または強度を付
与するための複合材料用プリフォーム体として、ガラス
繊維、カーボン繊維、耐火性繊ｍ（例えばアルミノシリ
ケート繊維）等からなる各種の短繊維成形体か製造され
ている。

この短繊維成形体は通常法のような方法て製造されてい
る： （ａ）圧縮成形法（例えば特開昭５９−５７７１９号公
報参照）。

（ｂ）吸引濾過成形法（例えば特開昭６０−２８００号
及び特公昭６１−５９２７１号公報参照）。

上記（ａ）の方法は、短繊維と結合材の混合物を成形型
で押圧し、結合材を固化して成形体を得る方法であり、
そして（ｂ）の方法は、短繊維、結合材、媒体液で調製
したｍ部分散液（スラリー）を成形形状の濾過シート材
を通して吸引し、シート材上に残ったｍ維堆植物を乾燥
して成形体を得る方法である。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記（ａ）の方法は、成形体かがなり複雑てあっても所
望する形状に成形てきるため、素材ロスか少なく効率的
な方法であるか、成形体内の繊維配向か安定しにくく、
特にかさ密度が低い場合には密度ムラか発生し、特定繊
維配向・均一性が要求される複合材料強化用プリフォー
ム等には不向きな方法である。

一方、（ｂ）の方法は、吸引濾過成形の特性上。

単純形状かつ薄肉の成形体であれば、繊維配向は安定し
ており、かさ密度の比較的均一なものが得られるが、成
形体の少なくとも一端面（即ち吸引器具開口面）は形状
が安定しないため、所望する形状の成形体を得るには機
械加工が必要てあり。

素材ロスか多い成形法といえる。また、成形体の肉厚か
厚い場合、吸引力の不均一により、成形体偏肉あるいは
繊維配向の乱れを生じ易い。

本発明は上記従来の問題を解決する目的でなされたもの
てあり、その解決しようとする課題は、圧縮成形法て得
られる成形体なみの所望形状の成形体であって、繊維配
向の乱れの無い短繊維成形体を吸引濾過成形法により効
率よく製造する方法を提供することである。

（課題を解決するための手段〉 上記課題を解決できる本発明の短繊維成形体の製造方法
は、凹状濾過成形壁を備えた吸引成形器具を短ｍ維分散
液中に沈め、分散液を吸引濾過して上記成形壁土に繊維
を堆積せしめることにより円柱状空間部（断面円形状の
孔部）を有する短繊維成形体を製造する方法において、
成形体の円柱状空間部となる部位に攪拌羽根を配置し、
成形器具の開口部より導入される分散液に乱流を与えな
がら吸引濾過を行なうことを特徴とする。

吸引成形器具内に設置される濾過壁材としてはパンチン
グメタルが一般的であるが、それ以外の種々の有孔体（
好ましくはφ５１以下の有孔体）てあってもよい。但し
、孔部での吸引速度（分散媒体液の通過速度）は５〜１
００ｍｍ　７秒であることが重要である。５ｎｏｆｆ＋
を下回る速度ては、攪拌羽根による乱流により、かえっ
て繊維配向を乱す場合かあり、　１００ｍｍ　７秒を超
える速度では流速か速すぎて攪拌の効果か少なく、適切
な乱流が生じない 攪拌羽根の回転速度は３０〜５００　ｒｐｒａの範囲と
するのが肝要である。：ｌＯｒｐｍを下回る回転数では
乱流が発生し難＜　、　５００ｒｐｍを超える回転数で
は、過度の乱流により、濾過壁に堆積した繊維層配向を
乱すことになる。攪拌羽根を固定して成形器具自体な同
動条件で回転させてもよい。

攪拌羽根による攪拌を均一にするため、成形体の高さ分
よりも大きく成形器具又は攪拌羽根を上下動させること
か好ましい、その移動速度は２０〜５００　ｎ＋＋ｓ／
秒の範囲とすのが有利である。　２０　ａｍ　７秒未満
ては全体を均一に攪拌できず、５００　ｒａｍ／秒を超
える速度ては上下動により極端な乱流が発生し、上記の
過度の回転攪拌と同じ結果となる。ただし、成形体の高
さ寸法が攪拌羽根の高さ寸法以下の場合はこの限りでは
なく、両者の相対的な移動は不要である。

本発明方法において、特に繊維配向乱れの無い成形体を
得るには、目通成形壁での分散媒体液の通過速度を５〜
１００＋ｉｍ　７秒とするのが好ましい。

凹状濾過成形壁と攪拌羽根とは相対的に３０〜５００ｒ
ｐｍで回転するのが好ましく、また攪拌羽根を凹状濾過
成形壁に対し相対的に２０〜５００ｍｍ　７秒の速度で
、成形体の円柱状空間部の両端間を（成形体の核部の付
加差寸法分だけ）移動させるのがよい。これらの相対的
な回転・移動は、成形器具または攪拌羽根のどちらか一
方を、或はそれらの両方を回転・移動させればよい。

また特に偏肉の見られない成形体を得るには成形体の円
柱状空間部の径と同じ幅（回転直径）を有する攪拌羽根
を用いるのがよい。

〈作用〉 成形器具内部に攪拌羽根を配置し、吸引される繊維分散
液に適度な乱流を与えることにより、繊維は濾過壁面に
対し平行となる二次元ランダムの状ｍ、ｍち吸引方向に
直角となるよう配縁された状態で堆積する。繊維配向の
乱れ（繊維が濾過壁面に対し角度を有する三次元ランダ
ム状態）が生じないことから繊維密度が均一となる。ま
た繊維堆積層の余肉部を攪拌羽根で撫でるように削り取
ることにより所望形状の繊維成形体となる。

〈実施例） 以下、本発明の短繊維多孔質成形体の製造方法の実施例
を、図面を用いながら説明するが、これにより本発明は
何等限定されるものではない。

実施例１ 第１図に示すような、吸引ポンプ１、吸引成形器具２、
攪拌タンク３、攪拌翼４，４および攪拌羽Ｍｉ５かうな
る成形装置６を用い、外径φ９０、内径φ７０、高さＺ
ｏｏｍｍの円筒状短繊維成形体を以下のようにして製造
した。

まず幅５００Ｘ高さ７０ロ×長さ１０００ｍｍの攪拌タ
ンク３内に、アルミナ系類ｍＭｊ−（Ａｌ２（１＋−５
ＸＳｉＯｔ、繊維ｅ１２〜３μ、長さ２〜３麿層、ＩＣ
Ｉ社製／サフィルＲＦ　）　３０００ｇと、コロイド５
ｉｎ２バインダー３００ｇを入れ、水を加えて全、１３
００　Ｍとした後、攪拌翼４，４で充分に攪拌して均一
な短繊維スラリー７を調製した。次いて吸引ポンプｌを
接続した吸引成形器具２をスラリー７中に沈めた。該器
具７は′５Ｓ３図に示すように二重筒型構造をしており
、内壁面をパンチングメタル２２（開孔率４８ｚ、孔径
２　ｍｍ）としだ濾過部材２１を器具本体２０に収納し
たものである。なお第３図は右半分か側面図、左半分が
断面図に相当する。この成形器具２はそのパンチングメ
タル２２の孔２３，２３．・・・を通してスラリー導入
口２４から入った短繊維スラリー７を吸引し、パンチン
グメタル２２上にスラリー７中の繊維（及びバインター
）を濾過捕捉し成形するためのものて、器具本体２０は
二分割でき、また第３ａ図に示すような濾過部材２１を
２個組み合わせて使用しているため、成形体は吸引成形
器Ａ２から容易に取り外せるようになっている。

この成形器具２を前述の攪拌タンク３内のスラリー７中
へ入れて成形する際、第２図に示すように、タンク下部
から伸ばした攪拌羽根５を成形器具２内に配置させ、こ
れを１２０ｒｐｍにて回転させながら吸引成形を行なっ
た。なおこの攪拌羽根５の直径は、所望する円筒状成形
体の内径と同一の７゜■とじた。この攪拌羽根５が成形
器具２内でスラリー７を均一に攪拌するように、第２図
に示すように、成形器具２を１００ｍｍ　７秒の速度で
連続的に上下動させた。上下動のストロークＳを、製造
する円筒状成形体の高さ寸法となるＺｏｏｍｍとしたた
め、攪拌羽根５はパンチングメタル上に堆積した円筒状
の短！ａ維積層体８の内周面を、その上端から下端まて
ムラなく攪拌し、また撫てるように移動する。

吸引ポンプは３０見／分となるように吸引力を設定して
用いた。パンチングメタル開孔部を通過する水の平均流
速は１８．４ｍｍ／秒である。

このような方法によりスラリー７中で１ｇ秒１１ＪＩ吸
引し、成形器具２を引き上げ、パンチングメタル内周面
に成形された成形体を得た（繊維体蹟率７％）。

この成形体を乾燥してバインダーを固化した後、その形
状を調べたところ、外径φ９ａ、内径φ７０〜７１、高
さ２００ｍｍてあり、第４図に示すような形状精度の高
い成形体９を得ることかできた。

またこの成形体のｍＭ１配向をＳＥＭ　（走査電子顕微
鏡）観察により調査すると、繊維配向の乱れか無く、極
めて良好な成形体であることかわかりた。

比較例１ 成形筒内に攪拌翼を設置しない以外は実施例１と同様の
吸引成形方法＜ｒ＆形条件は全く回し）で繊維堆積率７
％の円筒状成形体を成形した。

成形体を乾燥した後、その形状を調査したところ、第５
図に示すように、成形体９ａ内周面の形状精度は低く、
肉付不足の部位９１及び厚過ぎる余肉部位９２か生じて
いることかわかった。

この方法により所望する形状の成形体を得るためには、
吸引時間をのばして２３秒とし、出来−Ｌかった成形体
内周面を、第６図に示すように最大１０Ｉ厚にわたって
機械加工しなければならなかった。成形体加工前後の重
壁より、約２５％か加工代、すなわち捨て代となってい
ることかわかった。

また、このような成形体では、成形時の肉付きの不均一
に起因し、第６図に示すようにｔａ維配向の乱れ９３か
あることがわかった。

実施例２ 成形筒内の攪拌翼直径なφ５０とし、外径φ９０、内径
φ５０、高さ２００■の成形体（全周肉厚２０ｍｍの円
筒状）を実施例１と同様の成形条件にて製造した。実施
例１と同様、攪拌翼を回転させ、成形筒を上下動するこ
とにより約３４秒の吸引で所望形状の且つ繊維配向乱れ
のない良好な成形体を得ることかできた。

比較例２ 攪拌翼を設置しない通常の成形法により、実施例２て成
形したのと同一寸法の成形体の製造を試みた。この場合
約４０秒の成形時間を要し、出来上かった成形体は、比
較例１の場合よりも肉付不良かさらに大きくなっており
、また特に内周側の繊維配向が極端に悪くなっていた。

上記実施例では、両端か開口した円筒状成形体で示した
が２本発明方法は断面円形の孔部な有する成形体てあれ
ば、種々の形状の成形体に適用できることはもちろんで
あり、例えば第７図（ａ）　（ｂ）に半分に切断して示
すような各形状の成形体であっても容易に製造すること
ができる。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように本発明の短ａｍ成形体の
製造方法によれば、凹状濾過成形壁を備えた吸引成形器
具内に攪拌羽根を配置して、繊維分散液に適度な乱流を
与えながら成形するため。

ｍ維配向および繊維密度が安定した短ａｍ成形体を製造
することができる。得られる成形体は、繊維配向の乱れ
に起因していた空隙等の欠陥もなくなるため、従来に比
べ高強度となり、特に複合材料の強化用プリフォームと
して適したものとなる。

また攪拌羽根の径を選択することにより、余肉部の無い
所望形状の成形体を得ることができる。

従って面倒な機械加工が不要となり、素材ロスも少なく
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例で使用された成形装置を
示す概略図、 第２図は該成形装置の動作を示す説明図、第３図は上記
装置の成形器具を半分断面で示す側面図、 第３ａ図は該成形器具の櫨過部材を示す斜視図、 第４図は一実施例で得られた短繊維成形体を切り欠いて
示す斜視図。 第５図は一比較例で得られた成形体の同じく斜視図、 第６図はその比較例の成形体の機械加工を要する部分の
説明図、 第７図（ａ）及び（ｂ）は各々本発明方法によって製造
することのてきる短慮ｍ成形体を半分に切断して示す斜
視図である。 図中二 ２・・・吸引成形器具　　　３・・・攪拌タン）５・・
・攪拌羽根　　　　　６・・・成形装置７・・・短繊維
スラリー　　８・・・短ｍ維積層体９・・・成形体 才１図 牙　２図 特許出願人　トヨタ自動車株式会社 代理人　弁理士　萼　　優　美（ほか２名）才 図 牙３０図 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 凹状濾過成形壁を備えた吸引成形器具を短繊維分散液中
   に沈め、分散液を吸引濾過して上記成形壁上に繊維を堆
   積せしめることにより円柱状空間部を有する短繊維成形
   体を製造する方法において、成形体の円柱状空間部とな
   る部位に攪拌羽根を配置し、成形器具の開口部より導入
   される分散液に乱流を与えながら吸引濾過を行なうこと
   を特徴とする短繊維成形体の製造方法。