JPH05504928A - Reinforced glass and/or ceramic matrix composites and methods of manufacturing such composites - Google Patents
Reinforced glass and/or ceramic matrix composites and methods of manufacturing such compositesInfo
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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。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 補強ガラスおよび/またはセラミックマトリックス複合体およびそのような複合 体の製造法 本発明は繊維補強ガラスおよびセラミックマトリックス複合体およびそのような 複合体の製造方法に関する。[Detailed description of the invention] Reinforced glass and/or ceramic matrix composites and such composites body manufacturing method The present invention relates to fiber reinforced glass and ceramic matrix composites and such The present invention relates to a method for producing a composite.
一般に、ガラスマトリックス複合体の製造は補強用繊維質材料のマットにガラス 粉末または粒子のスラリを含浸させることによって達成される。Generally, the production of glass matrix composites involves adding glass to a mat of reinforcing fibrous material. Achieved by impregnating a slurry of powder or particles.
補強用繊維の含浸マットは次いて乾燥され、プレプレグとして貯蔵されるか又は 直接に作用される。次いてそれらは所望の形状に切断され、熱および圧力のもと て成形されガラスマトリックスか融合される。代表的な製造法は米国特許第4, 511,663号および同第4,485,179号に記載されている。The reinforcing fiber impregnated mat is then dried and stored as prepreg or directly affected. They are then cut into the desired shape and placed under heat and pressure. molded into a glass matrix and fused together. A typical manufacturing method is U.S. Patent No. 4, No. 511,663 and No. 4,485,179.
米国特許第3,646,908号(1972年3月7日発行)には連続長さのガ ラス繊維をスプレッドローラで上下に先ず引っ張ってテープを作り、次いでこれ をガラス粉末スラリを含む浴に入れる。過剰のスラリを湿潤テープから除去し、 その後にこれを平らなサイト・ドラム上に巻きつけてこの巻き物を一緒にする。U.S. Pat. No. 3,646,908 (issued March 7, 1972) describes continuous length The lath fibers are first pulled up and down with a spread roller to create a tape, and then this into a bath containing glass powder slurry. Remove excess slurry from the wet tape; This is then rolled onto a flat sight drum to hold the roll together.
引きくずを除いてホットプレスする。この方法の変形は米国特許第3,681. 187号中に見出すことかできる。Remove the crumbs and hot press. A variation of this method is described in U.S. Pat. No. 3,681. It can be found in No. 187.
米国特許第4,263,367号には予め製造した等方に広げた、すなわち平面 内にランダムに配位した繊維、グラファイト紙マントを使用することによってガ ラスマトリックス複合体の補強を改良する試みか記載されている。溶媒浸漬また は燃焼によってマットからバインダー物質を除去した後に、マットをガラス・ス ラリ中に浸漬する。次いてこれらのマットを粉末ガラスの交互層と共に積み上げ てホントブレスする。ランダムに配位した補強用繊維はガラスマトリックス複合 体に補強した機械的強度を与える。U.S. Pat. No. 4,263,367 discloses a prefabricated isotropically spread or planar By using a graphite paper cloak with randomly arranged fibers inside the Attempts to improve the reinforcement of lath matrix composites have been described. Solvent immersion or After removing the binder material from the mat by burning, the mat is Soak in lari. These mats are then stacked with alternating layers of powdered glass I really bless you. Randomly arranged reinforcing fibers are glass matrix composite Gives the body reinforced mechanical strength.
補強用繊維を含むガラスマトリックスを製造するための更に別の試みはサンベニ ル、ボーウエンおよびフィリップスの“CarbonFiber Compos ite″、Journal ofMaterial 5cience、7(19 72)、p663の報文に記載されている。これらの方法はチョップした炭素繊 維および粉末状マトリックス物質をイソプロピルアルコール中で分散させること を包含する。A further attempt to produce a glass matrix containing reinforcing fibers was Le, Bowen and Phillips “Carbon Fiber Compos it'', Journal of Material 5science, 7(19 72), described in the paper on page 663. These methods use chopped carbon fiber. Dispersing fibers and powdered matrix material in isopropyl alcohol includes.
混合物か硬いコンシスチンシイをもつまでアルコールを赤外輻射熱によって除去 しなから、混合物を連続的に攪拌する。この混合物を次いでダイ組立体に入れて ホットプレスする。Alcohol is removed by infrared radiant heat until the mixture has a hard consistency. Then, stir the mixture continuously. This mixture is then placed into the die assembly. Hot press.
上記の諸方法は満足すべきものであるけれとも、それらは全く労力のひとくかか るものである。良好な組成制御をもつ簡単な、より効率的な方法か望ましい。Although the above methods are satisfactory, they are quite labor intensive. It is something that A simpler, more efficient method with better compositional control is desirable.
本発明は特に次の諸工程すなわち a、(1)補強用繊維、(2)ガラス繊維、および(3)少なくとも1種のバイ ンダー材料、を含む固体成分を有する希薄な水性スラリを製造し: b、この水性スラリを脱安定化し: c4 この固体成分を多孔質支持体上に収集し;d、この収集した固体を脱水お よび乾燥して、補強用繊維とガラス繊維かマットの面にもつれてランダムに配位 した乾燥した複合体マットを製造し:そして e、複数のこれらのマットまたはそれらの断片を積み重ねて、これらの積み重ね 物をガラス繊維を連続ガラス・マトリックスに溶融し、その間にバインダー材料 を実質的に除去し且つ補強用繊維の一体性を保持するに十分な条件下に熱プレス する。The invention particularly relates to the following steps: a, (1) reinforcing fibers, (2) glass fibers, and (3) at least one binder; producing a dilute aqueous slurry having a solid component, including: b. Destabilize the aqueous slurry: c4 Collect this solid component on a porous support; d. Dehydrate and dehydrate this collected solid. After drying, the reinforcing fibers and glass fibers are tangled and randomly arranged on the surface of the mat. producing a dry composite mat of: and e. stacking a plurality of these mats or their fragments; The glass fibers are melted into a continuous glass matrix and the binder material is added between them. heat press under conditions sufficient to substantially remove reinforcing fibers and preserve the integrity of the reinforcing fibers. do.
諸工程を含むことを特徴とする繊維補強ガラス・マトリックス複合体物品の製造 方法にある。Manufacture of fiber-reinforced glass matrix composite article characterized by including various steps It's in the method.
本発明の方法は、処理中のマトリックス材料の損失か無視しうるために、マトリ ックス材料に対する補強用材料の容量分数よりすぐれた正確な制御を与える。The method of the invention reduces the amount of matrix material due to negligible loss of matrix material during processing. provides better and more precise control than the volume fraction of reinforcing material relative to the box material.
関連した態様において、本発明はまた熱プレスした複合体物品を圧力の不在下に 、ガラス・マトリックスの軟化か起る温度より高いが補強用繊維か劣化する温度 より低い温度に加熱することによって、そして複合体物品をロフト化させ厚さを 増大させるに十分な時間この温度範囲内に複合体物品を保持することによって、 ロフト型の繊維補強ガラスマトリックス複合体物品を製造する方法にある。In a related aspect, the invention also provides heat-pressed composite articles in the absence of pressure. , higher than the temperature at which the glass matrix softens but the reinforcing fibers deteriorate. By heating to a lower temperature and lofting the composite article to reduce its thickness. By holding the composite article within this temperature range for a sufficient period of time to increase A method of manufacturing a lofted fiber reinforced glass matrix composite article.
本発明はまた、グラファイト繊維、金属被覆グラファイト繊維、シリカ繊維、石 英繊維、セラミック繊維、金属または合金繊維、シリカカーバイド繊維、または それらの混合物からえらばれた3mm〜25mmの長さの補強用繊維を含み、複 合体中に3〜35容量%の固体を含み、複合体中に補強用繊維が実質的に均一に 分布されランダムIこ配置されている、ガラス・マトリックス複合体にある。The present invention also relates to graphite fibers, metal coated graphite fibers, silica fibers, stone English fiber, ceramic fiber, metal or alloy fiber, silica carbide fiber, or Contains reinforcing fibers with a length of 3 mm to 25 mm selected from a mixture thereof, and Contains 3-35% solids by volume during coalescence, with substantially uniform reinforcing fibers throughout the composite. distributed and randomly arranged in a glass matrix composite.
本発明の方法は多数の工程を含む。その第1の工程は固体成分の希薄水性スラリ または懸濁液の製造である。固体成分はガラス繊維、補強用繊維、および少なく とも1種のバインダー材料を含む。バインダー材料はまた繊維質であってもよい 。スラリは次いて脱安定化され、多孔質支持体上に湿状に敷かれて支持体上にス ラリの固体成分が収集されて複合マットか生成する。固体成分の収集は真空の適 用によって促進される。複合体マットは次いで脱水および乾燥されて乾燥マット が生成する。乾燥マット中ではガラス繊維、補強用繊維、および存在する場合に は繊維質バインダー材料、かマットの面にもつれてランダムに配位されている。The method of the invention includes multiple steps. The first step is to prepare a dilute aqueous slurry of solid components. or the manufacture of suspensions. Solid components include glass fibers, reinforcing fibers, and less Both contain one type of binder material. The binder material may also be fibrous . The slurry is then destabilized, wet-laid onto a porous support, and spun onto the support. The solid components of lari are collected to produce a composite mat. Collecting solid components is done using a vacuum. Facilitated by use. The composite mat is then dehydrated and dried to form a dry mat is generated. In the drying mat, glass fibers, reinforcing fibers, and if present are tangled and randomly arranged on the surface of the fibrous binder material or mat.
単一マットまたはその断片を次いて熱プレスして繊維補強ガラスマトリックス複 合体物品を製造することができるけれども、厚さ及び強度の点で有利な結果は2 枚以上のマットまたはその断片を一緒に積み重ねてから熱プレスするときにえら れる。The single mat or pieces thereof are then heat pressed to form a fiber-reinforced glass matrix composite. Although a composite article can be produced, the advantageous results in terms of thickness and strength are gills when stacking more than one mat or pieces together and then heat pressing. It will be done.
本発明の方法は多数の利点を与える。第1に、それは固体成分を作る種々の成分 の配合を促進する。第2にそれは乾燥マットと生成ガラスマトリックス複合体物 品の双方に補強用繊維のランダムな配位をもたらす。ランダムな配合は準等方性 のシートの面に又は配位面の方向にほとんと関わりなく、機械的強度を与える。The method of the invention offers numerous advantages. First, it consists of the various components that make up the solid component. Promote the formulation of Secondly it dries the mat and produces a glass matrix composite object Provides random alignment of reinforcing fibers on both sides of the product. Random composition is quasi-isotropic provides mechanical strength with little regard to the plane of the sheet or the orientation of the coordinating plane.
第3に、それは生成される製造物品中のガラスマトリックスに対する補強用繊維 の容積分数か再現性かあり、希薄スラリの固体成分中のガラス繊維に対する補強 用繊維の容積分数にほぼ等しい首尾一貫した製品の製造を可能にする。Third, it provides reinforcing fibers to the glass matrix in the manufactured article produced. Reinforcement for glass fibers in the solid component of dilute slurries with a reproducible volume fraction of allows the production of a consistent product approximately equal to the volume fraction of the fiber used.
本発明は、マットの熱合体後にマトリックスを形成するガラス繊維、補強用繊維 、および少なくとも1種のバインダー材料、を水性媒質中に分散させることを含 む、有利な結果はバインダー材料の少なくとも一部か繊維たとえばポリオレフィ ン繊維の形体にあるときにえられる。すべてではないとしてもほとんどの固体成 分についてのバインダー繊維の使用はマットの形成および収集を助け、固体損失 を最少にし、結果の再現性を最大にする。ガラス繊維、補強用繊維およびバイン ダー材料の添加順序は重要ではない。然し、望ましい結果は補強用繊維とバイン ダー材料をよく分散させた後にガラス繊維を水性媒質中に加えるときにえられる 。The present invention utilizes glass fibers and reinforcing fibers that form the matrix after thermal coalescence of the mat. , and at least one binder material, in an aqueous medium. The advantageous result is that at least a portion of the binder material or fibers, such as polyolefin obtained when it is in the form of fibers. Most, if not all, solid state The use of binder fibers about minutes helps mat formation and collection and solids loss and maximize reproducibility of results. Glass fibers, reinforcing fibers and binders The order of addition of the dermal materials is not critical. However, the desired result is that reinforcing fibers and binders obtained when glass fibers are added to an aqueous medium after the material has been well dispersed. .
本発明の目的に好適なガラス繊維は、水性媒質中に分散性の且つ熱および圧力の もとで変形して一体構造に溶融しつるガラス繊維である。ソーダ灰ガラス、ホウ ・ケイ酸塩ガラス、石英およびリチウム−アルミニウム・ケイ酸塩ガラスは好適 なガラス繊維を形成する。ガラス繊維は通常、固定成分の45〜97容量%を構 成する。ガラス繊維の量か約97容量%を越えると、ガラス・マトリックス複合 体物品の十分な補強を達成することはできない。ガラス繊維の量か約45容量% より少なくなると、マットを製造物品に熱プレスした後の補強用繊維(複数)間 の空間をみたすには「マトリックス不足Jでありあるいは不十分な量のマトリッ クス材料しか存在しない。Glass fibers suitable for the purposes of the present invention are dispersible in aqueous media and heat and pressure resistant. It is made of fiberglass that deforms and melts into a monolithic structure. soda ash glass, hou ・Silicate glass, quartz and lithium-aluminum silicate glass are suitable Forms glass fibers. Glass fibers usually constitute 45-97% by volume of the fixed component. to be accomplished. When the amount of glass fiber exceeds approximately 97% by volume, the glass matrix composite It is not possible to achieve sufficient reinforcement of body articles. The amount of glass fiber is approximately 45% by volume. between the reinforcing fibers after heat pressing the mat into the manufactured article. To fill the space of ``matrix shortage J'' or insufficient amount of matrix There are only 100% carbonaceous material.
補強用繊維はグラファイト繊維、金属被覆グラファイト繊維、シリカ繊維、石英 繊維、セラミック繊維、金属または金属合金繊維、ノリコンカーバイ]・繊維、 またはそれらの混合物から好適にえらばれる。金属繊維および金属被覆グラファ イト繊維の金属は熱プレス条件下て熱プレスに使用する鋳型の構造材料に対して 実質的に不活性であるべきである。補強用繊維は有利にはステンレス鋼繊維また はニッケル被覆グラファイト繊維である。Reinforcing fibers include graphite fiber, metal-coated graphite fiber, silica fiber, and quartz. Fibers, ceramic fibers, metal or metal alloy fibers, Noricon carbide], fibers, or a mixture thereof. Metal fiber and metal coated grapher The fiber metal is used under hot press conditions for the structural material of molds used in hot presses. It should be substantially inert. The reinforcing fibers are advantageously stainless steel fibers or is a nickel-coated graphite fiber.
金属被覆はニッケルである必要はない。米国特許14.511.663号には本 発明の補強用繊維の金属被覆として有利に使用しうる次の金属すなわちY、Zr 、 Nb、 Mo、 Ag、Cd、 Ta、 W、Zn、Cu、 Co。The metallization need not be nickel. U.S. Patent No. 14.511.663 includes the book The following metals, namely Y, Zr, which can be advantageously used as the metal coating of the reinforcing fiber of the invention , Nb, Mo, Ag, Cd, Ta, W, Zn, Cu, Co.
Fe、Mn、Ga、V、Ti、Sc、AI、Mg、AuおよびPtの使用か記載 されている。金属の磁性または電気性は、十分な金属か存在すれば、生成物品に 移動する。米国特許第4,485,179号に記載されているように、ノリコン カーバイド繊維も使用することかできる。Description of use of Fe, Mn, Ga, V, Ti, Sc, AI, Mg, Au and Pt has been done. The magnetic or electrical properties of metals can be added to the produced article if enough metal is present. Moving. Noricon, as described in U.S. Patent No. 4,485,179 Carbide fibers can also be used.
補強用繊維の量は好適には固体成分の3〜35容量%である。約3%未満の補強 用繊維の量は不適切な補強を与える。約35%を越える量はマトリックスの同温 をもたらすと生ぜられる。The amount of reinforcing fibers is preferably from 3 to 35% by volume of the solids component. Reinforcement less than about 3% The amount of fiber used will provide inadequate reinforcement. The amount exceeding about 35% is the same temperature of the matrix. It is produced by bringing about.
補強用繊維は本発明の方法により製造したガラス・マトリックス複合体物品の中 にくまなく実質的に均一に分散され、該物品によって形成される面にランダムに 配位される。すなわち、x、y方向の繊維の好ましい配位は実質的に存在しない 。補強用繊維の均一な分散およびランダムな配位はまたガラス・マトリックス複 合体製造物の製造原料である乾燥マット中にも存在する。使用する補強用繊維は 少なくとも0125インチ(3mm) 、好ましくは0.18インチ(4mm) 〜1.00 (25mm)、最も好ましくは約075インチ(19mm)の平均 長さをもつ。The reinforcing fibers are present in the glass matrix composite article produced by the method of the present invention. distributed substantially uniformly throughout and randomly over the surface formed by the article. Coordinated. That is, there is virtually no preferred orientation of the fibers in the x, y directions. . The uniform distribution and random arrangement of reinforcing fibers also improves the glass matrix complex. It is also present in the dry mat that is the raw material for the production of coalescent products. The reinforcing fibers used are At least 0.125 inches (3mm), preferably 0.18 inches (4mm) ~1.00 (25 mm), most preferably about 0.75 inch (19 mm) average have length.
バインダー材料は希薄スラリからの固体成分の収集を有効に助けて固体を脱安定 化し、マットに形成しつるようにする材料である。一般に、バインダーは繊維、 粉末、粒子またはその水性分散液の物理形体にありうる。The binder material destabilizes the solids by effectively aiding in the collection of solid components from the dilute slurry. It is a material that hardens, forms into a mat, and becomes sticky. Generally, the binder is a fiber, It can be in the physical form of powder, particles or an aqueous dispersion thereof.
代表的なバインダー材料としてデンプン、ラテックス分散液、合成ポリマーおよ び天然ポリマーかあげられる。バインダー材料は有利には合成または天然のポリ マーである。Typical binder materials include starch, latex dispersions, synthetic polymers and and natural polymers. The binder material is advantageously a synthetic or natural polyester. It's Ma.
バインダー材料は一般に固体成分の1〜bの量は好ましくは5〜15%である。The amount of solid components 1-b of the binder material is generally preferably 5-15%.
約1%未満の量のバインダーを用いると、一体性のある複合体マットの製造か全 く困難である。他方、約20%より多いバインダーを用いると、熱プレス時間は バインダーを燃焼または蒸発させるために不経済に増大する。また経済的に合理 的な期間内に生成多孔質を消滅させることは不可能ではないとしても困難である 。Amounts of binder less than about 1% may reduce the production of a cohesive composite mat or It is extremely difficult. On the other hand, if more than about 20% binder is used, the heat press time will be Increases uneconomically due to burning or vaporizing the binder. Also economically rational It is difficult, if not impossible, to eliminate the generated porosity within a reasonable period of time. .
コロイドの安定化を与えるに十分な量のアニオン性またはカチオン性の結合電荷 をもつラテックス・バインダーを所望ならば使用することかできる。必要な場合 、荷電バインダーの電荷と反対のポリマー状凝集剤を使用してコロイドの脱安定 化を助けることができる。an anionic or cationic bond charge sufficient to provide stabilization of the colloid A latex binder with a . if necessary , destabilization of colloids using a polymeric flocculant that is opposite in charge to the charged binder. can help you become more oriented.
バインダー材料は望ましくはエチレン/アクリル酸コポリマー、ポリオレフィン 繊維、または該コポリマーとポリオレフィン繊維との混合物である。繊維質バイ ンダー材料の例としてポリエチレン、ポリプロピレン、ポリビニルクロライド、 ポリエステル、ポリスチレン、およびアクリロニトリル/ブタジェン/スチレン コポリマーがあげられる。Binder material is preferably ethylene/acrylic acid copolymer, polyolefin fibers, or a mixture of the copolymer and polyolefin fibers. fibrous bi Examples of underlayer materials include polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, Polyester, polystyrene, and acrylonitrile/butadiene/styrene Examples include copolymers.
バインダー材料は望ましくはエチレン/アクリル酸コポリマーとポリオレフィン 繊維との組合せである。この組合せは、エチレン/アクリル酸コポリマーか凝集 したとき収集固体成分もしくは「湿潤マツトノの湿潤強度を増大させるので有利 である。ポリオレフィン繊維は乾燥した複合体マットと硬さを加え、恐らく溶融 とその後の固化によってその予備濃密化を助ける。Binder materials are preferably ethylene/acrylic acid copolymers and polyolefins. It is a combination with fiber. This combination is an ethylene/acrylic acid copolymer or agglomerated It is advantageous because it increases the wet strength of collected solid components or "wet matsutono". It is. Polyolefin fibers are dried composite matt and add stiffness, possibly melted and its subsequent solidification aids in its pre-densification.
上記の3成分の他に、他の添加型材料を水性スラリ中に、それらかガラス・マト リックス複合体製造物品の製造を妨害したり又はそれらの性質を実質的に劣化さ せない限り、混合することかできる。たとえば、他の繊維質材料および粒状充て ん剤を加えてフィブリド複合体を製造することができる。また、着色剤、処理助 剤たとえばシックナー、凝集剤、およびpH調整剤も含有させることてきる。In addition to the above three ingredients, other additive materials may be added to the aqueous slurry, such as glass, matte, etc. interfere with the manufacture of or materially degrade the properties of the lix composite manufactured articles. Can be mixed unless otherwise specified. For example, other fibrous materials and granular fillers A fibrid complex can be produced by adding a stimulatory agent. Also, colorants, processing aids Agents such as thickeners, flocculants, and pH adjusting agents may also be included.
充てん材料は、本発明により製造したガラス・マトリックス複合体製造物品の必 須の成分ではない。使用する場合、充てん材料は粉末または好ましくは繊維の形 体でありうる。粒状充てん材はほぼ満足すべきものであるけれども、処理中にそ の若干か損失することか予期される。好適な粒状充てん材としてカーボンブラン ク、金属状粉末、およびその他の本発明の処理条件のもとて不活性であるか非反 応性である材料、があげられる。繊維質充てん剤および粒状充てん材の組合せも 使用することかできる。例示的な充てん材料の水準は固体物質の合計容積を基準 にして0−15容量%、望ましくは05〜10容量%の範囲内に入る。The filler material is an essential component of the glass-matrix composite manufactured articles made in accordance with the present invention. It is not a natural ingredient. If used, the filler material is in powder or preferably fibrous form. It can be a body. Although granular fillers are mostly satisfactory, their Some loss is expected. Carbon bran as a suitable granular filler powders, metal-like powders, and other materials that are inert or non-reactive under the processing conditions of the present invention. Examples include materials that are reactive. Combinations of fibrous and granular fillers are also available. Can you use it? Exemplary fill material levels are based on total volume of solid material It falls within the range of 0-15% by volume, preferably 05-10% by volume.
所望ならば、十分な量のシックナーを水に加えて固体成分の分散を改良すること かできる。また固体成分の若干部を予め分散させた形体で加えて固体成分のほぼ 均一な分散液の形成を助けることもできる。乾燥マットは熱プレス前に部分的に 濃密化させることもてきる。If desired, add a sufficient amount of thickener to the water to improve dispersion of the solid ingredients. I can do it. In addition, some part of the solid component is added in a pre-dispersed form, and most of the solid component is It can also help form a uniform dispersion. Dry the mat partially before heat pressing It can also be made denser.
乾燥複合体マットは、十分に濃密化したもの、部分的に濃密化したもの、又は全 く濃密化していないものいづれであっても、プリプレグとして貯蔵または直接に 使用することかてきる。いづれの場合にも、複合体マットは究極的に熱プレスを 受けて複合体マットの固体成分は完全に濃密化され、ガラス繊維は溶融して連続 マトリックスになる。然もこのあいだ補強用繊維のほぼ均一な分布とランダムな 配位が保持される。熱プレスはまたガラス・マトリックスを補強用繊維、充てん 剤(存在する場合)、およびその他の添加剤に結合させるのに役立つ。熱プレス 中に揮発したバインダー材料は最終の製造物品中には存在しない。熱プレスされ た複合体は次いて冷却され、使用された加圧装置から取り出される。Dry composite mats can be fully densified, partially densified, or completely densified. Even if it is not highly densified, it can be stored as prepreg or used directly. You can use it. In either case, composite mats are ultimately heat pressed. As a result, the solid components of the composite mat become completely densified, and the glass fibers melt and become continuous. Become a matrix. However, during this period, the reinforcing fibers were distributed almost uniformly and randomly. Coordination is preserved. The heat press also fills the glass matrix with reinforcing fibers. agent (if present), and other additives. heat press The binder material that volatilized therein is not present in the final manufactured article. heat pressed The composite is then cooled and removed from the pressurizing device used.
熱プレスした複合体物品は、物品またはその断片を空気オーブン中に入れ、これ をマトリックス材料の軟化点より高い温度たとえば840°Cに加熱し、この温 度を1時間以上保持することによって所望のように更に変性することかできる。Heat-pressed composite articles are produced by placing the article or pieces thereof in an air oven. is heated to a temperature higher than the softening point of the matrix material, for example 840°C, and this temperature is Further denaturation can be achieved as desired by holding the temperature for more than one hour.
次いてオーブンをオフにして冷却させる。冷却した物品は、それが材料の損失な しに大きい厚さ及び低い密度をもっという点で「ロフト化」される。少なくとも 5%、たとえば5〜100%、望ましくは10〜50%、の厚さの増大が容易に えられる。厚さの増大は厚さの差をもとの厚さく加熱およびロフト化前の厚さ) で割ることによって計算される。ロフト化は製造物品の曲げと絶縁性の双方を増 大させる。Then turn off the oven and allow to cool. The cooled article is It is "lofted" in that it has a greater thickness and lower density. at least It is easy to increase the thickness by 5%, for example 5-100%, preferably 10-50%. available. The increase in thickness is the difference in thickness from the original thickness to the thickness before heating and lofting) It is calculated by dividing by. Lofting increases both the bending and insulation properties of manufactured articles. Make it bigger.
収集して乾燥したマットはシートモールドのFour drierまたはシリン ダー機のような通常の製紙装置上で製造することかできる。The collected and dried mats are placed in a sheet mold Four drier or cylinder. It can be manufactured on conventional papermaking equipment such as a paper machine.
本発明の方法は下記の実施例によって更に具体的に説明する。これらの実施例に おいて、すべての部および%は他に特別の記載のない限り容量基準である。熱プ レスした複合体マットの容量%は熱プレス工程中で最も起るらしいマトリックス 材料の損失か、すべての実用上の目的のためにゼロであるとの仮定にもとづいて いる。バインダー材料は、もちろん、処理中に揮発する。本発明の実施例はアラ ビア数字で示したか、比較例はアルファベットの大文字で示した。The method of the invention is further illustrated by the following examples. In these examples All parts and percentages are by volume unless otherwise specified. heat pump The volume % of the composite mat that has been compressed is the matrix that is most likely to occur during the heat pressing process. Based on the assumption that material loss is zero for all practical purposes. There is. The binder material will, of course, volatilize during processing. Examples of the present invention are as follows. Comparative examples are shown in capital letters.
実施例1 281の水をIgのキサンサムガムで増粘した。約19gのスチレン/ブタジェ ンラテックス(50重量%固体)バインダーをこの増粘した水に攪拌しなから加 えた。次に233gのガラス繊維(直径13ミクロン、長さ約1.25cm)お よび60.6gのニッケル被覆グラファイト繊維(直径7ミクロン、長さ約6. 35mm)を上記の水性媒質に加え、均一な分散液かえられるまで撹拌した。B etz 1260なる商品名で入手しつるカチオン性凝集剤を用いて上記の均一 分散液を脱安定化した。次いで水をドレインで除去し、固体をスクリーン上に集 めた。このようにして生成した複合体マットをプレスによって脱水し、次いで乾 燥した。トレイン(白い水)の分析は如何なる種類の繊維も存在しないことを示 した。Example 1 281 water was thickened with Ig xantham gum. Approximately 19g of styrene/butaje A latex (50% solids by weight) binder was added to the thickened water without stirring. I got it. Next, 233 g of glass fiber (13 microns in diameter, approximately 1.25 cm in length) and 60.6 g of nickel-coated graphite fiber (7 micron diameter, approximately 6.6 g long). 35 mm) was added to the above aqueous medium and stirred until a homogeneous dispersion was obtained. B Using a cationic flocculant available under the trade name Etz 1260, the above uniform The dispersion was destabilized. The water is then drained and the solids collected on a screen. I met. The composite mat thus produced is dehydrated by pressing and then dried. It was dry. Analysis of the train (white water) shows no fibers of any kind are present. did.
数個の乾燥複合体マットを63mrnの空洞深さをもつ鋳型に入れ、次いでこれ を炉に入れてアルゴンでパージして酸素を除いた。次いて炉を1.92mmHg の圧力に真空にし、温度を1245°Cにまで徐々に上昇させた。約20分後に 、圧力を2070ps i (14,3MPa)に増大させ、温度を毎時130 ℃〜140°Cの割合で低下させて。約890°Cにおいて、圧力を230ps i (1,6MPa)に減少させて固化中の微細亀裂を防いだ。炉を更に冷却 し、プレスを開放し、繊維シェルのガラスマトリックス複合体を取り出した。Several dry composite mats were placed in a mold with a cavity depth of 63 mrn, which was then was placed in a furnace and purged with argon to remove oxygen. Then the furnace was adjusted to 1.92 mmHg. A vacuum was applied to a pressure of 1245°C and the temperature was gradually increased to 1245°C. After about 20 minutes , the pressure was increased to 2070 ps i (14,3 MPa) and the temperature was increased to 130 ps/h. ℃ to 140℃. At approximately 890°C, the pressure is 230 ps. i (1.6 MPa) to prevent microcracks during solidification. Cool the furnace further The press was then opened and the fiber shell glass matrix composite was taken out.
かなりなガラスのフラッシュか鋳型上に及び鋳型のまわりに存在した。There was considerable glass flash on and around the mold.
試料を鋳型から取り出して秤量した。試料の重量は30.69gであり、2.4 62g/ccの密度をもっていた。The sample was removed from the mold and weighed. The weight of the sample is 30.69g and 2.4 It had a density of 62 g/cc.
少量部分の試料を粉砕することによって試料の組成を決定した。この少量の粉砕 部分を730°Cに15分間、空気中で加熱してカーボン繊維を燃焼除去した。The composition of the sample was determined by grinding a small portion of the sample. This small amount of grinding The parts were heated to 730°C for 15 minutes in air to burn off the carbon fibers.
27.26%の重量損失か起ったか、これはカーボン繊維に起因するものである 。燃焼を行なった試料を次いて濃硝酸でくりかえしエンチングしてニッケルをと かした。22.32%の重量損失か起った。ニッケル被覆グラファイト繊維は二 のようにして45.02重量%ニッケルであると決定された。この値は47〜5 0%ニッケル含量という製造者の報告に育利に対応している。There was a weight loss of 27.26%, which was attributed to the carbon fiber. . The burned sample was then repeatedly etched with concentrated nitric acid to remove nickel. I did it. A weight loss of 22.32% occurred. Nickel-coated graphite fibers are It was determined to be 45.02% nickel by weight. This value is 47-5 This corresponds to the manufacturer's report of 0% nickel content.
1.75g/cc〜1.82g/ccのグラファイト繊維の密度について種々の 容積か報告される。複合体の観察された組成は次の通りである。Various graphite fiber densities from 1.75 g/cc to 1.82 g/cc Volume reported. The observed composition of the complex is as follows.
重量% 容量%9 容量%°。Weight% Volume%9 Volume%°.
ガラス 50.42 52.33 53.17グラフアイト繊維 27.26 41.06 40.12ニツケル 22.32 6.61 6.72本 1.7 5g/ccとしてとったグラファイト密度オ本 1.82g/ccとしてとった グラファイト密度上記のようにして製造した7、62cmX11.4mmX2. 2mmの寸法をもつガラス・マトリックス複合体の見本を[ひずみ計Jて測定し た。Glass 50.42 52.33 53.17 Graphite fiber 27.26 41.06 40.12 Nickel 22.32 6.61 6.72 1.7 Graphite density taken as 5g/cc; taken as 1.82g/cc Graphite density 7.62 cm x 11.4 mm x 2. A sample of the glass-matrix composite with dimensions of 2 mm was measured using a strain meter. Ta.
測定値は24,100psi (166MPa)の平均曲げ強度および6.18 5,0OOpsi (42,6GPa)の平均曲げモジュラスを示した。引張り 強度は8,900ps i (61MPa)であり、引張りモジュラスは6,9 20,000 (47,7GPa)てあった。二の試料は準等方性様式でこれら の物性を示した。このことは強度は試験した見本の面内のすべての方向で固しで あることを意味する。Measured average bending strength of 24,100 psi (166 MPa) and 6.18 It exhibited an average bending modulus of 5,0 OOpsi (42,6 GPa). tension The strength is 8,900 ps i (61 MPa) and the tensile modulus is 6.9 It was 20,000 (47.7 GPa). The second sample shows these in a quasi-isotropic manner. The physical properties were shown. This means that the strength is constant in all directions within the plane of the sample being tested. It means something.
このガラス・マトリックス複合体の電気伝導性は132(9cm)−’であった 。この値は金属たとえばアルミニウム合金380またはニッケルの伝導性に非常 に近い。The electrical conductivity of this glass matrix composite was 132 (9 cm)-' . This value is very sensitive to the conductivity of metals such as aluminum alloy 380 or nickel. Close to.
このガラス・マトリックス複合体の磁性は平均15. 85 emu/g(電磁 単位/g)の測定飽和値を含み、これは24.38重量%ニッケル含量に相当す る(純ニッケルの飽和値は65emu/gである)。The average magnetism of this glass-matrix composite is 15. 85 emu/g (electromagnetic contains the measured saturation value in units/g), which corresponds to a nickel content of 24.38% by weight. (The saturation value of pure nickel is 65 emu/g).
このガラス・マトリックス複合体は、走査電子顕微鏡で更に試験したとき、ガラ スと分散繊維との間の良好な結合(または湿潤)を示した。成形表面ではこれよ り小さい結合がみられた。これは高ニツケル被覆グラファイト繊維含量に起因す るものであった。結合は少ない量の繊維を使用することによって改良されつる。When further examined in a scanning electron microscope, this glass-matrix composite showed It showed good bonding (or wetting) between the fibers and the dispersed fibers. This is the molded surface A small bond was observed. This is due to the high nickel-coated graphite fiber content. It was something that Bonding is improved by using less amount of fiber in the vine.
二不ルギー分散性X線分光計による複合体の更なる分析はグラファイト繊維表面 からのニッケルの脱湿潤を示した。この現像は成形条件を変えることによって容 易に矯正しうるものと信ぜられる。Further analysis of the composite by biargy dispersive X-ray spectroscopy was carried out on the graphite fiber surface. The dewetting of nickel from This development can be improved by changing the molding conditions. It is believed that it can be easily corrected.
要約すれば、この実施例は水性湿式敷設技術によるガラス・マトリックス複合体 の成功裡の製造を実証するものである。In summary, this example demonstrates the construction of glass matrix composites using aqueous wet laying techniques. This demonstrates the successful production of
実施例2 41の水を0.5gのキサンサンガムで増粘した。この増粘水に約1.40gの 25%固体のエチレン・アクリル酸コポリマーの水中水散液(ザ・ダウ・ケミカ ル・カンパニーからPRIMACOR4983なる商品名で商業的に入手しうる 。固体部分はメルトインデックス3000をもつ20重量%アクリル酸であった )を攪拌しなから加えた。次に、約2.02gの60%固体ポリエチレン小繊維 バルブ(バーキュレス・ツルベイ・カンパニー、レクスタールからPULPEX Eなる商品名で商業的に入手しつる)をブレングー中で予備分散させたものを 加えた。この後に12.97gの6.35mm長の石英繊維(ジェー・ピー・ス チブンスからASTROQUARTSなる商標名で商業的に入手しうる)および 433gの9mm長シリコンカーバイト(SiC)繊維(ダウ・コーニング・コ ーポレーシヨンからNICALONなる商標名で商業的に入手しつる。直径10 〜15ミクロン)を加えた。すべての成分は均一な分散液かえられるまて攪拌し た。次いで、氷酢酸を加えてpHを4に調節し、スラリを脱安定化した。脱安定 化スラリをスクリーン上で排水してマットに形成した。このマットをニップ・ロ ールに通して過剰の水を除き、次いて乾燥した。このようにして製造したマット のそれぞれは厚さ約1mmであり、すぐれた湿時および乾燥時の強度をもってい た。Example 2 41 water was thickened with 0.5 g of xanthan gum. Approximately 1.40g of this thickened water 25% solids ethylene-acrylic acid copolymer water dispersion (The Dow Chemical) Commercially available under the trade name PRIMACOR 4983 from Le Co., Ltd. . The solid portion was 20% by weight acrylic acid with a melt index of 3000. ) was added without stirring. Next, approximately 2.02 g of 60% solid polyethylene fibrils Valve (PULPEX from Vercules Truvey Company, Rextal) (commercially available under the trade name E) is pre-dispersed in Brengu. added. After this, 12.97 g of 6.35 mm long quartz fiber (J.P.S. (commercially available under the trademark ASTROQUARTS from Chivens) and 433 g of 9 mm long silicon carbide (SiC) fiber (Dow Corning Co., Ltd.) It is commercially available under the trade name NICALON from Poration. diameter 10 ~15 microns) were added. Stir all ingredients until uniformly dispersed. Ta. Glacial acetic acid was then added to adjust the pH to 4 and destabilize the slurry. destabilization The slurry was drained onto a screen and formed into a mat. Nip this mat Excess water was removed by passing through a tube and then dried. Mats manufactured in this way Each is approximately 1mm thick and has excellent wet and dry strength. Ta.
4枚のマットを一緒に積み重ねて200°Cの温度および350ps i(2, 4MPa)の圧力で予備成形してバインダーを溶融させ、マットを部分的に濃密 化した。生成する部分濃密化マットを1.5mmの厚さに、還元すれば約25% の最終仕上げの理論密度に合体させた。Four mats were stacked together and heated to a temperature of 200°C and 350 ps i (2, Preforming at a pressure of 4 MPa) melts the binder and partially densifies the mat. It became. If the resulting partially densified mat is reduced to a thickness of 1.5 mm, approximately 25% The theoretical density of the final finish was combined.
部分濃密化マットの9枚の丸いディスクを切断し、グラファイト・ダイ・セット (鋳型)中で強固に積み重ねた。グラファイト箔を使用してダイにラインを付け て付着を防いだ。ダイ・セットを真空炉に入れてプレスした。鋳型をアルゴンパ ージ真空中で600°Cに20分間加熱した。サイクル中に加えた真空は0,1 3気圧であった。Cut 9 round discs of partially densified matte and graphite die set tightly stacked in a mold. Line the die using graphite foil to prevent adhesion. The die set was placed in a vacuum oven and pressed. Argompa the mold The mixture was heated to 600°C for 20 minutes in a high vacuum. The vacuum applied during the cycle is 0,1 The pressure was 3 atm.
20分の経過時間後に113ps i (779KPa)の圧力を加えた。After an elapsed time of 20 minutes, a pressure of 113 ps i (779 KPa) was applied.
次いで温度を60分以上1645℃に上昇させ、圧力を8500psi(58, 6MPa)に増大させた。58.6MPaの圧力を保持しなから、次いで温度を 60分かけて1000″Cに低下させ、その後圧力を170ps i (I 1 71KPa)に低下させた。温度を90分の期間にわたって100°Cに低下さ せ、炉を開放して複合体片をダイ・セットから取出した。The temperature was then increased to 1645°C over 60 minutes and the pressure was increased to 8500 psi (58,000 psi). 6 MPa). While maintaining the pressure at 58.6 MPa, the temperature was then increased. The temperature was lowered to 1000″C over 60 minutes, and then the pressure was reduced to 170ps i (I 1 71 KPa). The temperature was reduced to 100°C over a period of 90 minutes. Then, the furnace was opened and the composite pieces were removed from the die set.
実施例2による2枚のディスク見本は2.235g/ccおよび2.241g/ ccの密度をもつことがわかった。バルク抵抗は2.0×10’と2.0XIO ’オーム・cmの間にあることがわかった。The two disk samples according to Example 2 were 2.235 g/cc and 2.241 g/cc. It was found that it has a density of cc. Bulk resistance is 2.0x10' and 2.0XIO It was found to be between 'ohm and cm.
実施例3 401の水を2gのキサンサンガム・シックナーで増粘した。6mmの平均長お よび8ミクロンの直径をもつ92%ステンレス鋼繊維(ベカレットからBECK INOXなる商標名で商業的に入手しつる)の435gを5分間スラリに攪拌し 、繊維の束をほぐした。購入したステンレス鋼繊維に該繊維の全量を基準にして 8重量%のポリビニルアルコールを被覆した。このポリビニルアルコールは水溶 性である。次に、17.14gの35%固体エチレン・アクリル酸コポリマー分 散液(ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーからPRIMACOR4990なる商標 名で商業的に入手しつる)および35gの40%固体ポリエチレンバルブ(バー キュレス・ツルベイ・カンパニーのレクスタールからPULPEX Eなる商標 名で商業的に入手しうる)を加えた。次に、12.7mmの平均長および13ミ クロンの直径をもつマグネシア・アルミナ・シリケートガラス繊維(オーウエン ズーコーニング・ファイバーグラス・コーポレーションからS−2ガラスなる商 標名て商業的に入手しうる)の140gを加えた。均一な分散液かえられるまで 、諸成分の添加のあいだ攪拌を続けた。最後に二のスラリを、28%酢酸100 m1てpHを酸性に調節することによって、膜安定化した。Example 3 401 water was thickened with 2 g of xanthan gum thickener. Average length of 6mm and 8 micron diameter stainless steel fibers (BECK 435 g of vine (commercially available under the trade name INOX) was stirred into a slurry for 5 minutes. , unraveled the fiber bundles. Based on the total amount of purchased stainless steel fibers. It was coated with 8% by weight polyvinyl alcohol. This polyvinyl alcohol is water-soluble It is gender. Next, 17.14 g of 35% solids ethylene-acrylic acid copolymer Powder (trademark PRIMACOR 4990 from The Dow Chemical Company) commercially available under the name Vine) and 35 g of 40% solids polyethylene bulb (bar PULPEX E trademark from Rextal of Cures Turvey Company (commercially available under the name ) was added. Then an average length of 12.7mm and 13mm Magnesia-alumina-silicate glass fiber (Owen) with a diameter of S-2 glass from Zoo Corning Fiberglass Corporation (commercially available under the trade name) were added. Until a uniform dispersion is obtained , stirring was continued during the addition of the ingredients. Finally, add the second slurry to 28% acetic acid 100% The membrane was stabilized by adjusting the pH to acidic.
それぞれ41づつのスラリの10バツチを膜安定化スラリをスクリーンにトレイ ニングすることによってマットにした。スクリーン通過後の水性媒質を肉眼検査 した。繊維は観察されず、水性媒質は半透明である二とがわかった。これらのマ ットをニップ・ロールに通して過剰の水を除去し、乾燥した。12インチ×12 インチ(30゜5cmx30.5cm)の寸法のマットの5枚を200”Cの温 度および350ps i (2,4MPa)の圧力でプレスしてバインダーを溶 融させ、マットを予備合体させた。えられる予備合体の複合体は約100ミル( 0,25cm)の厚さおよび最終理論密度の25%の密度をもっていた。これら の予備合体マントの2枚を合計8片に切断した。それぞれは6インチ×6インチ (15,2cmx15.2cm)の寸法をもっていた。これらの8片を積重ねて グラファイト・ダイ・セットに入れ、次いてこれを真空炉に入れた。200mm Hgの真空にした後、200psi (1゜38Pa)の圧力にダイ・セットの 圧力を設定し、プレスを770°Cに加熱した。この圧力と温度の組合せを20 分間保持した。次いで温度を1000℃に上昇させ、この時点て圧力を1000 psi (6,89MPa)に増大させた。1000°Cと1000psiの条 件を50分間保持した。次いて温度を25°/分の割合で775°Cの温度にま で低下させ、このあいだ1000psi (6,89MPa)の圧力を保持した 。775°Cの温度において、圧力を200psi (1,4MPa)に減少さ せ、炉をオフにした。2時間後に、ダイ・セットを炉から除いて空気中で100 °Cの温度に冷却させた。Place 10 batches of each slurry into a tray with membrane stabilized slurry on the screen. It was made matte by washing. Visual inspection of aqueous media after passing through the screen did. No fibers were observed and the aqueous medium was found to be translucent. These ma The kit was passed through nip rolls to remove excess water and dried. 12 inches x 12 Five mats with dimensions of inch (30°5cm x 30.5cm) were heated to 200”C. Melt the binder by pressing at a pressure of 350 ps i (2.4 MPa). The mat was precoalesced by melting. The resulting precombined composite is about 100 mils ( 0.25 cm) and a density of 25% of the final theoretical density. these Two pieces of the pre-combined cloak were cut into a total of eight pieces. Each is 6 inches x 6 inches It had dimensions of (15.2 cm x 15.2 cm). Stack these 8 pieces into a graphite die set, which was then placed into a vacuum furnace. 200mm After creating a vacuum of Hg, the die set was placed at a pressure of 200 psi (1°38 Pa). The pressure was set and the press heated to 770°C. This pressure and temperature combination is 20 Hold for minutes. The temperature was then increased to 1000°C, at which point the pressure was increased to 1000°C. psi (6,89 MPa). 1000°C and 1000psi The condition was held for 50 minutes. The temperature is then increased at a rate of 25°/min to a temperature of 775°C. During this time, the pressure was maintained at 1000 psi (6,89 MPa). . At a temperature of 775°C, the pressure was reduced to 200 psi (1,4 MPa). I turned off the furnace. After 2 hours, remove the die set from the oven and heat it to 100% in air. Allowed to cool to a temperature of °C.
マット片の熱プレスした積合せ物は理論密度に等しい2.93g/ccの密度を もっていた。換言すれば、積重ね物中には実質的に空隙は存在しなかった。熱プ レス後の複合体は92容量%のガラス・マトリックス(マグネシア−アルミナ− ノリケート)および8容量%の補強用繊維を含んでいた。これは22重量%の補 強用繊維と78重量%のガラス・マトリックスに相当する。3点曲げ様式を作用 する積重ね物の一部のひずみ計測定は19810psi (136,5MPa) の平均曲げ強度および146×10’ psi (100,6xlO’ Pa) の平均曲げモジュラスをもっていた。The hot pressed stack of mat pieces has a density of 2.93 g/cc, which is equal to the theoretical density. I had it. In other words, there were virtually no voids in the stack. heat pump The composite after the removal is composed of 92% by volume glass matrix (magnesia-alumina). slicate) and 8% by volume of reinforcing fibers. This is a supplement of 22% by weight. This corresponds to reinforcing fibers and 78% by weight glass matrix. Apply 3-point bending style The strain gauge measurement of a part of the stack was 19810 psi (136,5 MPa) average bending strength of 146 x 10' psi (100,6 x lO' Pa) It had an average bending modulus of
種々の周波数におけるデシベルおよびメガヘルツ(Mhz)に測定した、Ape rture Box法により決定した、抵抗(Ωam)および電磁干渉(EMI )シールド値を次の実施例の表中に示す。Ape measured in decibels and megahertz (Mhz) at various frequencies resistance (Ωam) and electromagnetic interference (EMI) determined by the rture Box method. ) The shielding values are shown in the table of the following examples.
実施例4 2つの例外を用いて実施例3を重複して行なった。ステンレス鋼繊維の量を32 .6gに減少し、ガラス繊維の量を150gに増加した。これは75重量%のガ ラス繊維と15重量%の補強用繊維と10重量%のパイン材料とからなるマット の固体成分を与えた。熱プレスしてマトリックスを作った後、この複合体は16 .7重量%の補強用繊維と833重量%のガラス・マトリックスを含んでいた。Example 4 Example 3 was performed in duplicate with two exceptions. The amount of stainless steel fiber is 32 .. The amount of glass fiber was increased to 150g. This is 75% by weight Mat consisting of lath fibers, 15% by weight reinforcing fibers and 10% by weight pine material gave a solid component of After heat pressing to create a matrix, this composite has 16 .. It contained 7% by weight reinforcing fibers and 833% by weight glass matrix.
これは90容量%のガラス・マトリックスと6容量%のステンレス鋼補強用繊維 に相当する。EMIシールド値の第2の決定法はTransmission L ine法として知られている。この実施例の第2の方法の使用は次の結果を生し た。30MHz−58dB; 100MHz−58dB;300MHz−61d B;1000MHz−7100Oこれらの結果と表中の結果との相違は、Ape rture Box法によりすぐれたこの方法の増大した正確度による。It consists of 90% glass matrix and 6% stainless steel reinforcing fibers by volume. corresponds to The second method for determining the EMI shield value is Transmission L This is known as the ine method. Using the second method of this example yields the following results: Ta. 30MHz-58dB; 100MHz-58dB; 300MHz-61d B; 1000MHz-7100O The difference between these results and the results in the table is that Ape This is due to the increased accuracy of this method over the rture Box method.
実施例5 2つの例外を用いて実施例3を重複して行なった。ステンレス鋼繊維の量を21 .7gに減少し、ガラス繊維の量を160gに増加した。これは80重量%のガ ラス繊維と10重量%の補強用繊維と10重量%のバインダー材料とから成る固 体成分を与えた。熱プレスしてガラス・マトリックスを作った後に、複合体は9 6容量96のガラス・マトリックスと4容I06のステンレス鋼補強用繊維を含 んでいた。これは11重量%の補強用繊維と89重量%のガラス・マトリックス に相当する。Example 5 Example 3 was performed in duplicate with two exceptions. The amount of stainless steel fiber is 21 .. The amount of glass fiber was increased to 160g. This is 80% by weight A solid consisting of lath fibers, 10% by weight reinforcing fibers and 10% by weight binder material. gave body composition. After hot pressing to create a glass matrix, the composite is 9 Contains 6 volumes of 96 glass matrix and 4 volumes of I06 stainless steel reinforcing fibers. I was reading. This consists of 11% by weight reinforcing fibers and 89% by weight glass matrix. corresponds to
固有抵抗/シールディングデータ 5 4 0.49 55 37 36 574 6 0.21 68 48 4 4 663 8 0.08 64 58 45 65実施例6 2つの例外を用いて実施例3重複して行なった。ステンレス鋼繊維の量を16. 3gに減少し、ガラス繊維の量を165gに増加した。これは82.5重量%の ガラス繊維と7,5重量%の補強用繊維と10重量%のバインダー材料を含むマ ット材料の固体成分を与えた。熱プレスしてガラス・マトリックスを作った後に 、複合体は94容量%のガラス・マトリックスと3容量%のSS補強用繊維を含 んでいた。これは8.3重量%の補強用繊維と91.7%のガラス・マトリック スに相当する。Specific resistance/shielding data 5 4 0.49 55 37 36 574 6 0.21 68 48 4 4 663 8 0.08 64 58 45 65 Example 6 Example 3 was performed in duplicate with two exceptions. The amount of stainless steel fiber is 16. The amount of glass fiber was increased to 165g. This is 82.5% by weight A matrix containing glass fibers and 7.5% by weight of reinforcing fibers and 10% by weight of binder material. gave the solid component of the cut material. After heat pressing to create a glass matrix , the composite contained 94% by volume glass matrix and 3% by volume SS reinforcing fibers. I was reading. This is 8.3% reinforcing fiber and 91.7% glass matrix by weight. corresponds to
比較例A 比較法において、ガラス繊維の代りにガラス微小球を使用して実施例1の方法に よりガラス・マトリックス複合体を次のようにして製造した。Comparative example A In a comparative method, the method of Example 1 was repeated using glass microspheres instead of glass fibers. A glass-matrix composite was produced as follows.
281の水をNH,OHでI)H8に調節した。24.8%固体エチレンアクリ ル酸112.9gを攪拌しながらバインダーとして加えた。281 water was adjusted to I) H8 with NH and OH. 24.8% solid ethylene acrylic 112.9 g of sulfuric acid was added as a binder while stirring.
206.6gのガラス?BrJX球と50.4gのニッケル被覆グラファイト繊 維(長さ5mm)を攪拌しながら加えた。酢酸添加によりpHを4に調節して懸 濁液を脱安定化した。脱安定化した懸濁液をスクリーンを使用してドレイニング して湿潤マットを作った。この湿潤マットをニップローラに通して脱水し、脱水 マットを乾燥した。乾燥マットを次いて熱プレスしてガラス・マトリックス複合 体を作った。熱プレスしたガラス・マトリックス複合体中の補強用繊維の理論含 量は17.9容量%であると計算された。206.6g of glass? BrJX bulb and 50.4g nickel coated graphite fiber Fibers (5 mm length) were added with stirring. Adjust the pH to 4 by adding acetic acid and suspend. The suspension was destabilized. Draining the destabilized suspension using a screen to make a wet mat. This wet mat is passed through a nip roller to dehydrate it. Dry the mat. The dried mat is then heat pressed to form a glass matrix composite. I made a body. Theory of reinforcing fibers in hot-pressed glass matrix composites The amount was calculated to be 17.9% by volume.
熱プレスしたガラス・マトリックス複合体中の繊維の実際の含量は468容量% てあった。The actual content of fibers in the hot-pressed glass matrix composite is 468% by volume. There was.
理論値と実際の結果との間の相違は、マット形成とその後の脱水のあいだに失な われるガラス微小球の損失、ならびにマットの熱プレス中のガラス・マトリック ス材料の損失、によるものである。校舎の損失は熱プレス条件の厳密な制御によ って最少にすることかできるけれとも、前者の損失は最小にすることか困難であ る。The discrepancy between theoretical and actual results is due to the loss during mat formation and subsequent dehydration. Loss of glass microspheres during heat pressing of matte as well as glass matrix during heat pressing of matte This is due to the loss of base material. School building losses are reduced by strict control of heat press conditions. Although it is possible to minimize the former loss, it is difficult to minimize it. Ru.
これとは対照的に、マトリックス材料かガラス繊維の形体にある実施例1〜6に おいては、マトリックス材料もしくは補強用繊維の損失はないことか観察された 。In contrast, Examples 1-6 in the form of matrix material or fiberglass No loss of matrix material or reinforcing fibers was observed. .
実施例7 41の水を05gのキサンサンガムて増粘した。約1.4gのエチレン・アクリ ル酸コポリマー分散液(0,35g固体)を攪拌しながら増粘した水に加えた。Example 7 41 water was thickened with 0.5 g of xanthan gum. Approximately 1.4g of ethylene acrylic The acid copolymer dispersion (0.35 g solid) was added to the thickened water with stirring.
次に、約202gのPULPEX E(商標)のポリエチレン微小繊維バルブ( 12]固体)をブレングー中で予備分散させ、これを加えた。この混合物に次い で12.97gの石英繊維(平均長6.35mm、直径9ミクロン)および4. 33gのシリコンカーバイド繊維(平均長9mm)を加えた)均一な分散液かえ られるまで上記成分のすへてを攪拌した。酢酸の添加によりpHを酸性水準に調 節して懸濁液を脱安定化した。このスラリをスクリーン上にドレインしてマット を作り、このマントを次いで脱水し、プレスして乾燥した。このようにして作っ たマットは厚さか約1mmであり、すぐれた湿潤および乾燥強度をもっていた。Next, approximately 202 g of PULPEX E™ polyethylene microfiber bulb ( 12] Solid) was pre-dispersed in Brengoo, and this was added. Following this mixture 12.97 g of quartz fibers (average length 6.35 mm, diameter 9 microns) and 4. Uniform dispersion (with 33g of silicon carbide fibers (average length 9mm)) All of the above ingredients were stirred until mixed. Adjust the pH to acidic levels by adding acetic acid. to destabilize the suspension. Drain this slurry onto the screen to matte The cloak was then dehydrated and pressed to dry. Made like this The mats were approximately 1 mm thick and had excellent wet and dry strength.
乾燥マットの4枚を相互に積重ねて200″cc)温度および350psi ( 2,41MPa)の圧力で成形してバインダーを溶融させ、マットを部分的に合 体させた。えられた部分合体のマットは約1.5mmの厚さおよび理論密度の約 25%の密度をもっていた。Four sheets of drying mats were stacked on top of each other at 200"cc) temperature and 350psi ( The mat is molded under a pressure of 2,41 MPa) to melt the binder and partially coalesce the mat. I let it happen. The resulting partially coalesced mat has a thickness of approximately 1.5 mm and a theoretical density of approximately It had a density of 25%.
部分濃密化マットの丸いディスクを切断しく3.81cm直径)、グラファイト ・ダイ・セット中に積重ねた。これらのディスク(10,02g)の合計11個 を鋳型に入れた。グラファイト箔ディスク(0,013cm)をラムと材料との 間に入れて固化および緻密化後のくっつきを防いだ。ダイ・セットを熱プレス炉 に入れてプレスした、鋳型(ダイ・セット)をアルゴンパージの真空中で600 °Cの温度に70ボンド(40psi又は276Pa)の圧力下に約20分間加 熱し、この温度および圧力において30分間保持してバインダーを燃焼させた。To cut a round disc of partially densified matte (3.81 cm diameter), graphite - Stacked in die set. A total of 11 of these discs (10,02g) was put into the mold. A graphite foil disk (0,013 cm) is placed between the ram and the material. It was placed in between to prevent sticking after solidification and densification. Heat press furnace die set The mold (die set) was heated to 600℃ in an argon-purged vacuum. °C and a pressure of 70 Bond (40 psi or 276 Pa) for approximately 20 minutes. Heat and hold at this temperature and pressure for 30 minutes to burn off the binder.
温度を次いで1.645°Cに1時間にわたって上昇させ、その後に圧力を]、 770ボンド(1,000psiまたは6.9MPa)に増大させた。温度と圧 力のこの組合せを15分間保持した。次いで温度を1,000°Cに低下させ、 その後に圧力を300ボンド(170ps iまたは1.2MPa)に低下させ た。最後に、温度を100″Cに低下させて炉を開放した。次いて鋳型を開放し て成形物品を取出した。成形物品は準等方性の性質および2.252g/ccの 密度をもっていた。これは1.1%の残存多孔度に相当する(理論密度は2.2 78g/ccであった)。石英の押出しは観察されなかった。複合体の分析は複 合体が78容量%のガラス・マトリックスと22容量%のシリコンカーバイト補 強用繊維を含むことを示した。The temperature was then increased to 1.645°C for 1 hour, after which the pressure was increased]; 770 bond (1,000 psi or 6.9 MPa). temperature and pressure This combination of forces was held for 15 minutes. The temperature was then lowered to 1,000°C, Then reduce the pressure to 300 Bond (170 ps i or 1.2 MPa) Ta. Finally, the temperature was lowered to 100″C and the furnace was opened.The mold was then opened. The molded article was taken out. The molded article has quasi-isotropic properties and 2.252 g/cc It had density. This corresponds to a residual porosity of 1.1% (theoretical density is 2.2 78 g/cc). No extrusion of quartz was observed. The analysis of complexes The combination is 78% by volume glass matrix and 22% by volume silicon carbide supplement. It was shown that it contains reinforcing fibers.
比較例B ロフト化複合体の製造 160gのホウ・ケイ酸塩ガラス微小球(ビーキュー・インダストリーズから3 000Eなる商標名で商業的に入手しつる)および40gの9mm長シリコンカ ーバイド(S i C)繊維(ダウ・コーニング・コーポレーションからN1c alonなる商標名で商業的に入手しうる)を41の水中でスラリ化した。pH をNH4OHて8に調節した。次に、2596固定エチレン・アクリル酸コポリ マー分散液(ザ・ダウ・ケミカル・カンパニーからPRIMACOR4983な る商標名て商業的に人手しつる)を攪拌しなから加えた。均一な分散液かえられ るまですべての成分を攪拌した。次いて酢酸によりpHを4に調節してスラリを 脱安定化した。脱安定化スラリをスクリーン上にドレインしてマットを作った。Comparative Example B Manufacture of lofted composite 160g borosilicate glass microspheres (3 from BQ Industries) commercially available under the trade name 000E) and 40 g of a 9 mm long silicone cap. -bide (SiC) fiber (N1c from Dow Corning Corporation) alon) (commercially available under the trade name alon) was slurried in 41 g of water. pH was adjusted to 8 with NH4OH. Next, 2596 fixed ethylene acrylic acid copolymer mer dispersion (such as PRIMACOR 4983 from The Dow Chemical Company) (commercially manufactured by hand) was added without stirring. Change uniform dispersion All ingredients were stirred until mixed. The slurry was then adjusted to pH 4 with acetic acid. It was destabilized. The destabilized slurry was drained onto the screen to create a mat.
このマントをニップロールに通して過剰の水を除き次いて乾燥した。The cloak was passed through nip rolls to remove excess water and dried.
乾燥複合体を次いて3インチX3インチ(7,6cmX7.6cm)平方に切断 した。十分な量のマントを与えて合計重量を55.5gとし、これらをグラファ イト鋳型中に積重ね、これを炉中に入れてアルゴンでパージして酸素を除いた。The dried composite was then cut into 3 inch x 3 inch (7.6 cm x 7.6 cm) squares. did. Give enough cloaks to make a total weight of 55.5g and place them in the grapher. This was placed in a furnace and purged with argon to remove oxygen.
次いて炉を28インチ(7] cm)Hgの真空にして、温度を5分間にわたっ て600°Cに上昇させた。10分後に圧力を228psi (1,6MPa) に増大させ、温度を20分にわたって800°Cに上昇させた。次に圧力を20 13ps i (7Ma)に増大させ、温度を45分にわたって1.175°C に上昇させた。次いて圧力を更に14.9MPa)に増大させてこの水準で】5 0分間保持し、そのあいだに温度を800°Cに低下させた。次いて圧力を16 60psi (I 1.4MPa)に減少させ、温度を740’Cに低下させ、 この時点て圧力を更に1010psi (7MPa)に減少させた。更に冷却が 95分間にわたつて起り、温度は200°Cに低下し、その後に圧力は228p si (1,6MPa)に低下した。更に80°Cに冷却した後に、圧力を解放 し、プレスを開放し、そして熱プレス複合体を鋳型から取出した。The furnace was then evacuated to 28 inches (7 cm) Hg and the temperature was increased for 5 minutes. The temperature was raised to 600°C. After 10 minutes, increase the pressure to 228psi (1.6MPa) and the temperature was increased to 800°C over 20 minutes. Then increase the pressure to 20 Increase to 13 ps i (7 Ma) and increase temperature to 1.175°C for 45 min It was raised to . Then the pressure was further increased to 14.9 MPa) and at this level]5 Hold for 0 minutes, during which time the temperature was reduced to 800°C. Then increase the pressure to 16 60 psi (I 1.4 MPa) and the temperature to 740'C; At this point the pressure was further reduced to 1010 psi (7 MPa). Even more cooling This occurs over a period of 95 minutes, the temperature drops to 200°C, after which the pressure drops to 228p. si (1.6 MPa). After further cooling to 80°C, release the pressure. The press was then opened and the hot press composite was removed from the mold.
熱プレス複合体は2. 517g/c cの密度をもっていた。これは1.1% の残存多孔度(理論密度2. 545 g/c c)に相当する。The heat press composite is 2. It had a density of 517 g/c. This is 1.1% This corresponds to the residual porosity (theoretical density: 2.545 g/c).
実施例8 1、 0インチX10インチX0.055インチ(2,54cmx2.54cm xO,13cm)の寸法の2.26g重量の比較例Bの複合体の小片を炉に入れ て空気中840°Cの温度に加熱し、この温度に60分間保持した。次いて炉を 冷却して小片を炉から取出した。複合体の新規寸法は1.003インチX1.0 03インチXO−0723インチ(2,548cmX2.548cmx0.18 4cm)であった。材料の損失は観察されなかった。新規密度はL 89g/c cであった。加熱後と加熱前との間の厚さの差を加熱前の厚さで割ることによっ て、ロフト%は32であると計算された。Example 8 1. 0 inch x 10 inch x 0.055 inch (2,54cm x 2.54cm A small piece of the composite of Comparative Example B weighing 2.26 g with dimensions xO, 13 cm) was placed in a furnace. in air to a temperature of 840°C and held at this temperature for 60 minutes. Then the furnace Once cooled, the pieces were removed from the oven. The new dimensions of the composite are 1.003 inches x 1.0 03 inch XO-0723 inch (2,548cm 4 cm). No loss of material was observed. New density is L 89g/c It was c. By dividing the difference in thickness between after heating and before heating by the thickness before heating. Therefore, the loft% was calculated to be 32.
この濃密化複合体は、ガラス繊維ではなくてガラス粒子を使用して複合体マット を作り、これを次に熱プレスして複合体を十分に合体させのて、本発明の方法に よって製造されたものではない。然しなから、本発明により製造した濃密化複合 体、たとえば実施例7て製造した複合体、についても同様の結果かえられた。This densified composite uses glass particles rather than glass fibers to create a composite mat. This is then heat pressed to fully coalesce the composite and then applied to the method of the present invention. Therefore, it is not manufactured. However, the densified composite produced according to the present invention Similar results were obtained for other compounds, such as the composite prepared in Example 7.
国際調査報告international search report
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