JPH0428768B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 発明の目的 (1) 産業上の利用分野 本発明は強化用筒状繊維成形体の成形方法、特
に、通気性筒状成形型内に吸引作用を施すことに
よりその成形型の外周面に強化用繊維およびバイ
ンダを付着させて前記繊維成形体を成形する方法
の改良に関する。

(2) 従来の技術 従来、この種成形方法として、強化用繊維およ
びバインダを混合した水溶液中に成形型を浸漬し
た後成形型内に吸引作用を施すといつた手法が知
られている（特開昭61−126357号公報参照）。

(3) 発明が解決しようとする問題点 この種成形方法においては、強化用繊維の濃度
によつて成形型に対する付着繊維量が変動するた
め、健全な繊維成形体を得るには強化用繊維の濃
度を正確に管理する必要がある。

しかしながら前記従来法のように強化用繊維と
バインダとを混合した場合には、前記濃度を測定
するに当り、混合液からのサンプリング、濾過と
水洗の繰返しによるバインダの除去、残渣として
の強化用繊維の乾燥およびその秤量といつた面倒
な作業を必要とし、その濃度測定作業に多くの時
間を要するため繊維濃度管理が容易でなく、延い
ては繊維成形体の生産能率の低下を招来するとい
つた問題がある。

本発明は前記に鑑み、強化用繊維の濃度管理を
容易にして健全な繊維成形体を能率良く生産する
ことのできる前記成形方法を提供することを目的
とする。

Ｂ 発明の構成 (1) 問題点を解決するための手段 本発明は、通気性筒状成形型内に吸引作用を施
すことにより該成形型の外周面に強化用繊維およ
びバインダを付着させて強化用筒状繊維成形体を
成形するに当り、前記成形型を前記強化用繊維を
含む水溶液中に浸漬した後前記吸引作用により該
強化用繊維を該成形型の外周面に付着させて繊維
層を形成し、次いで前記成形型を前記バインダを
含む水溶液中に浸漬して前記同様の吸引作用によ
り前記繊維層中に含まれる水を前記バインダで置
換することを特徴とする。

(2) 作 用 前記のように強化用繊維とバインダとを分離す
ると、その強化用繊維の濃度測定に当り、最も時
間を要する濾過と水洗の繰返しによるバインダの
除去作業を行う必要がなく、また市販の液体比重
計を用いた濃度測定を可能にし、これにより繊維
濃度管理を容易にすることができる。

(3) 実施例 第１図は後述する成形工程、乾燥工程、焼成工
程等を経て得られた強化用筒状繊維成形体１を示
し、その繊維成形体１は、強化用繊維としての炭
素繊維およびアルミナ繊維の混合短繊維を、無機
バインダとしてのシリカゾル、アルミナゾル、ま
たはそれらの混合ゾルにより部分的に結合したも
ので、マトリツクスが浸入し得る無数の空〓を有
する。

この繊維成形体１は、例えばアルミニウム合金
製シリンダブロツクの鋳造時においてアルミニウ
ム合金マトリツクスと複合して繊維強化複合シリ
ンダスリーブを得るために用いられる。この場
合、炭素繊維は主としてその潤滑能によりシリン
ダスリーブ内周面の摺動特性向上に、またアルミ
ナ繊維は主としてシリンダボア回りの強度向上に
それぞれ寄与する。

前記成形体１は第２図に示す製造工程を経て得
られる。

第２図ａにおいて、成形型２はシエル砂（粒度
AFS35）を用いて通気性を有する円筒状に形成
されたもので、330〜480℃に加熱されると完全に
崩壊するという物質を有する。

先ず、成形型２の外周面全体を、通気性を有
し、且つ成形型２の崩壊温度では完全に焼失する
薄膜体、例えば６−ナイロンよりなる厚さ0.10mm
でメリヤス編みの伸縮性薄布Ｆにより覆う。

第２図ｂに示すように、成形型２の両端開口部
にそれぞれホルダ３₁，３₂を接着、ボルト締め等
により取付けてそれら開口部を密封する。

第２図ｃに示すように、炭素繊維およびアルミ
ナ繊維の混合短繊維を含む水溶液L₁を収容した、
繊維層形成装置４₁の円筒状のタンク５₁内に成形
型２を立設し、成形型２内にホルダ３₂の開口部
７を通じて吸引作用を施し、混合短繊維を薄布Ｆ
を介し成形型２の外周面に所定の厚さに付着させ
て繊維層１ａを成形する。

第２図ｄに示すように、アルミナゾルを含む水
溶液L₂を収容した、バインダ置換装置４₂の円筒
状タンク５₂内に成形型２を立設し、成形型２内
にホルダ３₂の開口部７を通じて吸引作用を施し、
繊維層１ａ中に含まれる水をアルミナゾルで置換
して繊維成形体１の成形を終了する。

第２図ｅに示すように、成形型２をラバープレ
スの耐圧容器８内に設置し、空圧源９より加圧空
気を耐圧容器８内に供給してラバー１０を介し繊
維成形体１を成形型２の外周面に10Kg／cm²の圧力
を以て押圧し、これにより繊維成形体１形状を整
え、同時に繊維体積率を決定する。

この場合、成形型２が前記押圧力により僅かに
縮径するが、その縮径動作には薄布Ｆがその収縮
作用により追随するので、薄布Ｆに皺が発生する
ことがなく、したがつて皺の転写による繊維成形
体１内周面の粗面化を防止することができる。前
記押圧力が解除された後は、成形型２が元の状態
に復元するが、このときは薄布Ｆが伸張するので
何等支障を来たすことはない。

第２図ｆに示すように、成形型２より両ホルダ
３₁，３₂を取外す。

第２図ｇに示すように、成形型２を空気雰囲気
に保たれた乾燥炉１１内に設置し、繊維成形体１
に炉内温度120℃にて60分間の乾燥処理を施して
水分を蒸発除去する。この加熱乾燥処理中に薄布
Ｆが焼失を開始する。また成形型２が膨脹する
が、その膨脹量は薄布Ｆの一部焼失により生じた
空〓および残りの薄布Ｆの緩衝作用によつて吸収
されるので、繊維成形体１に、成形型２の膨脹に
起因したクラツクが発生することがない。

第２図ｈに示すように、成形型２を空気雰囲気
に保たれた焼成炉１２内に設置し、成形型２に炉
内温度450℃にて30分間の崩壊処理を施し、その
昇温過程で薄布Ｆを完全に焼失させる。この崩壊
処理により成形型２は100％崩壊する。

前記成形型２は、その崩壊に先立つて膨脹する
が、その膨脹量は薄布Ｆの焼失に伴つて生じた空
〓ｇにより吸収され、したがつて前記同様に繊維
成形体１にクラツクが発生することがない。

また、繊維成形体１は薄布Ｆを介して成形型２
に接しているので、成形型２の崩壊後その構成材
料であるシエル砂が繊維成形体１に付着して残留
することがなく、したがつて、繊維成形体１内周
面が平滑となる。

第２図ｉに示すように、今度は繊維成形体１の
みをアルゴン雰囲気に保たれた焼成炉１２内に設
置し、その繊維成形体１に炉内温度800℃にて30
分間の焼成処理を施して、アルミナゾルにより混
合短繊維を部分的に結合する。この場合、焼成処
理をアルゴン雰囲気中で行うので、炭素繊維の酸
化が回避され、その減量が防止される。なお、ア
ルゴンに代えて他の不活性ガスを用いてもよい。

次に、第３〜第６図により繊維層形成装置４₁
について詳述する。

第３図は繊維層形成装置４₁の全体を示し、タ
ンク５₁は基台１３上に回転可能に支持されてお
り、そのタンク５底部より下方に延出する中空棒
体１４の下端部に、可燒性接続管１５を介して吸
引タンク１６が接続される。吸引タンク１６は濾
過水量を測定するロードセル１７上に配設され
る。吸引タンク１６の上部は真空タンク１８およ
び真空ポンプ１９を備えた吸引系の配管２０に接
続され、また下部は水ポンプ２１および貯水槽２
２を備えた排水系の配管２３に接続される。

前記中空棒体１４の下端部は、基台１３に吊設
されたロツドレスシリンダ２４のピストンに連結
され、これにより中空棒体１４を昇降させること
ができる。

前記水溶液L₁を収容するタンク５₁は、上面を
開口されると共に底部外面に中空軸部２５を有
し、その中空軸部２５は複数の軸受２６を介して
基台１３に形成された孔部２７に支持される。中
空棒体１４は成形体２タンク５₁内に立設すべく、
上端に取付フランジ２８を備え、中空軸部２５に
複数のシール部材２９を介して挿通される。

中空軸部２５に嵌着されたプーリ３０₁と、基
台１３に取付けられたモータ３１のプーリ３０₂
との間に伝動ベルト３２が張設される。成形型２
は、その一方のホルダ３₂の開口部７を中空棒体
１４の通孔１４ａに合致させて中空棒体１４の取
付フランジ２８上に着脱自在に立設され、したが
つて成形型２はタンク５₁内に不動に配設される
と共にタンク５₁は成形型２の軸線回りに回転可
能に構成される。成形型２の立設作業は中空棒体
１４を上昇させてタンク５₁外で行われる。

成形型２の外周において、その成形型２軸線方
向および放射方向に延びる複数の整流板３３が円
周方向に等間隔で配設される。各整流板３３の上
端は環状取付板３４を介してタンク５₁を覆うカ
バー３５は環状天井面に固着され、また各下端は
タンク５₁の底部近傍に配置される。カバー３５
は基台１３上面に複数のボルト５０により固定さ
れており、したがつて各整流板３３は成形型２の
外周に不動に配設される。

タンク５₁の内周面に、複数の第１撹拌板３６₁
が取付けられ、それら第１撹拌板３６₁はタンク
５₁の内周面母線方向に等間隔で並ぶと共に内周
面円周方向にも等間隔で並ぶように配設される。
タンク５₁は第５図において、矢印で示すように、
時計方向に回転するもので、各第１撹拌板３６₁
は、その下縁がタンク回転方向前側に、また上縁
がタンク回転方向後側にそれぞれ位置するように
傾斜している。

各整流板３３に、各第１撹拌板３６₁と傾斜関
係を反対にした複数の第２撹拌板３６₂が、各第
１撹拌板３６₁の回転軌跡と重合するように取付
けられる。即ち、各整流板３３について、最上位
および中間位の第２撹拌板３６₂は、タンク回転
中最上位および中間位ならびに中間位および最下
位の第１撹拌板３６₁の間にそれぞれ位置するよ
うになつており、また最下位の第２撹拌板３６₂
はタンク５₁の底部近傍に在つて最下位の第１撹
拌板３６₁の下方に位置するようになつている。

繊維層１ａの形成作業に当つては、タンク５₁
を第５図時計方向に回転させ、また真空ポンプ１
９および水ポンプ２１を作動して成形型２内に吸
引作用を施す。

これによりタンク５₁の内周面近傍では各第１
および第２撹拌板３６₁，３６₂の傾斜に起因して
混合短繊維が掻揚げられるように撹拌され、この
撹拌作用により混合短繊維の流れが乱流状態とな
るので、混合短繊維がタンク５₁底部に澱むのを
防止してその撹拌を十分に行うことができる。

混合短繊維の流れが各整流板３３に衝突する
と、その流れは流速を弱められ、また成形型２内
に吸引作用が施されていることもあつて、第５図
矢印で示すように成形型２の外周面に向かう層流
状態となる。これにより成形型２に対する混合短
繊維の付着性が良好となり、また付着した混合短
繊維が、その流れによつて取去られることも殆ど
ない。したがつて厚さの均一な繊維層１ａが得ら
れる。

第７図はバインダ置換装置４₂を示し、タンク
５₂は基台４０上に支持されており、そのタンク
５₂底部および基台４０を貫通して下方に延出す
る中空棒体４１の下端部に可燒性接続管４２を介
して吸引用ダイヤフラムポンプ４３の吸込側が接
続され、そのダイヤフラムポンプ４３の吐出側は
接続管４４を介してタンク５₂の開口内に接続さ
れる。

中空棒体４１の下端部は、基台４０に吊設され
たロツドレスシリンダ４５のピストンに連結さ
れ、これにより中空棒体４１を昇降させることが
できる。中空棒体４１は、成形型２をタンク５₂
内に立設すべく、上端に取付フランジ４６を備え
ている。４７は中空棒体４１回りをシールするシ
ール部材、４８は加熱用ヒータである。

バインダの置換作業に当つては、上昇位置に在
つて、ンク５₂外に在る中空棒体４１の取付フラ
ンジ４６に、繊維層１ａを有する成形型２を立設
してフランジ３₂の開口部７を中空棒体４１の通
孔４１ａに合致させ、次いで中空棒体４１を下降
させた後ダイヤフラム４３を作動して成形型２内
に吸引作用を施すものである。

次に繊維成形体１の実例について説明する。

(a) 混合短繊維を含む水溶液L₁の調製 平均直径６〜8μｍ、平均長さ0.8mmの炭素繊維
0.10重量％および平均直径３〜4μｍ、平均長さ
100〜200μｍのアルミナ繊維0.45重量％と、水
99.45重量％とを混合する。このようにして得ら
れた水溶液L₁のタンク５₁内における、計算上の
繊維濃度は5.5ｇ／Kgである。

(b) アルミナゾルを含む水溶液L₂の調製 アルミナゾル５重量％と水95重量％とを混合す
る。

(c) 成形型２の寸法 外径78mm、厚さ５mmである。

前記両水溶液L₁，L₂および成形型２を用い、
繊維層１ａ形成時の濾過水量10000ｇに設定して
前記両装置４₁，４₂により繊維成形体１を成形す
る。この繊維成形体１における付着繊維量は54.8
ｇである。

前記のように混合短繊維を含む水溶液L₁の繊
維濃度を5.5ｇ／Kgに設定した場合、その水溶液
の密度は1.0112ｇ／cm³（20℃）である。

健全な繊維層１ａを得るためには、繊維濃度の
ばらつきを±３％以内に抑えることが必要であ
り、このばらつきに対応する前記水溶液L₁の密
度変化量は±６×10^-4ｇ／cm³となる。即ち、水溶
液L₁の密度は、1.0112±0.0006ｇ／Kgの範囲で変
化する。

この程度の密度変化は、市販の液体密度計を用
いて測定することが可能であるから、水溶液L₁
の繊維濃度を簡便な手段により管理することがで
きる。

市販の無機バインダ水溶液、例えば10％のアル
ミナゾルを含む原液においては、±１％程度のば
らつきがある。

この原液を希釈して４重量％の水溶液を調製し
た場合、その密度は1.0369±0.0020ｇ／cm³とな
り、その密度変化量は0.0020ｇ／cm³と大きい。

このようなバインダを強化用繊維と混合した水
溶液においては、前記液体密度計による管理は不
可能である。

前記混合短繊維を含む水溶液L₁の厳密な繊維
濃度測定は、その水溶液L₁からのサンプリング、
混合短繊維の濾過、その乾燥および秤量の手順で
行われる。

この場合、従来のように最も時間を要する濾過
と水洗の繰返しによるバインダの除去作業を行う
必要がないので、測定作業を簡便にすることがで
きる。

Ｃ 発明の効果 本発明によれば、強化用繊維を含む水溶液を用
いて繊維層を形成し、次いでバインダを含む水溶
液を用いて繊維層中に含まれる水をバインダで置
換するので、強化用繊維とバインダとの分離によ
り強化用繊維の濃度測定を簡便にして繊維濃度管
理を容易にし、これにより健全な繊維成形体を能
率良く生産することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維成形体の斜視図、第２図は繊維成
形体の製造工程説明図、第３図は繊維層形成装置
の正面図、第４図は前記装置の要部縦断正面図、
第５図は第４図−線断面図、第６図は第１お
よび第２撹拌板ならびに整流板の関係を示す斜視
図、第７図はバインダ置換装置の要部破断正面図
である。 L₁……強化用繊維を含む水溶液、L₂……バイ
ンダを含む水溶液、１……繊維成形体、１ａ……
繊維層、２……成形型、４₁……繊維層形成装置、
４₂……バインダ置換装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 通気性筒状成形型内に吸引作用を施すことに
   より該成形型の外周面に強化用繊維およびバイン
   ダを付着させて強化用筒状繊維成形体を成形する
   に当り、前記成形型を前記強化用繊維を含む水溶
   液中に浸漬した後前記吸引作用により該強化用繊
   維を該成形型の外周面に付着させて繊維層を形成
   し、次いで前記成形型を前記バインダを含む水溶
   液中に浸漬して前記同様の吸引作用により前記繊
   維層中に含まれる水を前記バインダで置換するこ
   とを特徴とする強化用筒状繊維成形体の成形方
   法。