JPH068472B2 - 繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法 - Google Patents

繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法

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JPH068472B2
JPH068472B2 JP61038973A JP3897386A JPH068472B2 JP H068472 B2 JPH068472 B2 JP H068472B2 JP 61038973 A JP61038973 A JP 61038973A JP 3897386 A JP3897386 A JP 3897386A JP H068472 B2 JPH068472 B2 JP H068472B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、繊維強化型複合材料における強化用繊維と
して利用される繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造
方法に関するものである。
(従来の技術) 材料中に強化用繊維を複合化させて、当該材料の強度お
よび靱性を高めるようにする手法は、当初は合成樹脂材
料において採用され、例えばグラスファイバー強化型合
成樹脂(GFRP)や炭素繊維強化型合成樹脂(CFR
P)などとして実績を重ねてきたが、近年においては、
金属材料中に強化用繊維を複合化させて、当該繊維強化
型金属材料(FRM)の強度および靱性を高めるように
する試みがなされ、自動車用部品の素材としてすでに実
用化されているものもある。
このような繊維強化型複合材料の製造方法としては、例
えば、短繊維とワックスとの混合物からなる成形体の表
面に耐火物層を被覆形成したのち加熱してワックスを除
去し、内部に繊維を含むキャビティが形成された耐火物
層よりなる鋳型内にマトリックス金属を注湯して凝固さ
せ、型ばらし後に繊維強化型複合材料(部品)を得る方
法がある(例えば、特開昭57−118854号,特開
昭57−118855号公報。)。
(発明が解決しようとする問題点) しかしながら、このような従来の繊維強化型複合材料で
は、繊維の配向が2次元的あるいは3次元的なランダム
なものとなっていたため、例えば自動車用レシプロエン
ジンに使用されるコンロッドのようなとくに一方向に引
張および圧縮が頻繁に加わる用途においては、機械的強
度に不安があるという問題点があった。そして、このよ
うな繊維が2次元ランダムに配向されている場合に、引
張強度の向上に寄与する繊維量は全繊維量の約3分の
1、3次元ランダムに配向されている場合には同じく約
6分の1というように、繊維強化率がかなり劣るという
問題点を有し、比較的高価な繊維の使用効率が低下する
という問題点があった。また、従来、繊維が3次元ラン
ダムに配向された繊維強化複合材料に押し出し加工を加
えることにより複合材料中の繊維の配向をそろえる方法
も提案されていたが、この方法によると押し出し時に複
合材料中で繊維が切断されて細かくなってしまい、有効
な繊維強化となり得ないという問題点があった。
この発明はこのような従来の問題点に着目してなされた
もので、繊維強化型複合材料に用いられる繊維成形体の
繊維配向がそろっており、このような繊維成形体を使用
した繊維強化型複合材料の強度および靱性を向上させる
ことが可能であり、強化用繊維の使用効率を高めること
が可能である繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方
法を提供することを目的としている。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明による繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造
方法は、あらかじめ2次元ランダムないしは3次元ラン
ダム等の複数次元に繊維が配向したランダム配向繊維成
形体を成形して、前記ランダム配向繊維成形体を溶媒物
質の溶融液中もしくは半溶融液中に浸漬したのち、加圧
あるいは減圧して溶媒物質を浸透させてランダム配向繊
維成形体と溶媒物質との複合体とし、前記複合体を加熱
などにより可塑状態として押し出して前記複合体中の繊
維の配向をそろえた押し出し成形体とし、その後前記押
し出し成形体中の溶媒物質を除去して複合材料用繊維成
形体とするようにしたことを特徴としている。
この発明において、溶媒物質としては、例えば燃焼後に
残渣が実質的に残留しない樹脂およびワックス等の有機
物質が用いられ、この溶媒物質の溶融液中もしくは半溶
融液中に2次元ランダムないしは3次元ランダム等の適
宜の配向で含まれる繊維としては、C,B等の単元素
系,SIC等の炭化物系,Si等の窒化物系,A
,ZrO,SiOの酸化物系,Si
−−Al等の複合系,あるいは有機物系など、各
種のものの中から適宜選んで採用することができ、ウイ
スカ繊維やその他各種の繊維が使用される。
この場合、溶融状態もしくは半溶融状態の溶媒物質中に
繊維を含ませる際しては、あらかじめ2次元ランダムな
いしは3次元ランダム等の複数次元に繊維が配向したラ
ンダム配向繊維成形体を成形して、前記ランダム配向繊
維成形体を前記溶融状態等と溶媒物質中に浸漬したの
ち、加圧あるいは減圧して上記ランダム配向繊維成形体
中に溶媒物質を浸透させる手段を採用することができ
る。
このようにして2次元ランダムないしは3次元ランダム
等の適宜の配向で繊維を含ませた溶媒物質に対して押し
出しを行うに際しては、前記溶媒物質がそのままでは押
し出し難い場合に、軟化状態(例えば半溶融状態)にし
て押し出すようにする。この場合の押し出しに際して
は、通常は押し出しダイスとプランジャとを備えた押し
出し装置が使用されるが、特に押し出し手段については
限定されない。
そして、押し出し後に得られた押し出し成形体に対して
は、例えば加熱を行って溶媒物質を燃焼除去(バーンオ
フ)等の方法により除去することにより、繊維がほぼ一
方向に配向した繊維成形体を得る。
その後は、この繊維成形体を適宜の手段で合成樹脂また
は金属材料中に複合化させることにより、繊維強化型複
合材料を得るようにし、例えば繊維強化型金属(FR
M)の場合は高圧凝固鋳造法,減圧吸引法などによって
繊維強化型複合材料を得るようにする。
(実施例) 以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例では、最終的に得られる複合材料用繊維成形
体のかさ密度が0.64g/cmとなるようにして実
施した。まず、強化用繊維1としてSiC(炭化けい
素)ウイスカ繊維を用い、この繊維1を分散させて均一
な水分散繊維スラリーを作成した。この際、水分散スラ
リーに対して超音波振動を与えると、繊維1を均一に分
散させるのに効果的である。また、アニオン系の活性剤
たとえばシントレッキス(日本油脂製)を加えることに
より一層分散性を良くすることができる。
次いで、このスラリーを使用し、真空成形法によって第
1図に示すような直径98mm×厚さ50mmの円盤状
のランダム配向繊維成形体2を作成した。この場合、第
1図に示すように、ランダム配向成形体2中における個
々の強化用繊維1はX−Y−Z方向のどの平面内におい
てもランダムに配向されているものである。
続いて、第2図に示すように、前記ランダム配向繊維成
形体2を真空装置3の容器4内に配置し、前記容器4内
に、パラフィンワックス(日本精ろう製),EVA(東
洋曹達製,UE722,共重合比率28)および表面活
性剤(日本油脂製,スタホームDO)からなる溶媒物質
5を投入し、次いでヒータ6により100℃に加熱溶融
させた後真空ポンプにより容器4内を減圧することによ
って前記ランダム配向繊維成形体2中の空気と溶融ワッ
クスとを置換させ、真空中で常温硬化させることにより
溶媒物質であるワックスと繊維成形体2との複合体(第
3図の符号10)を得た。
次に、第3図に示すように、前記複合体10を押し出し
用金型装置11のモールドキャビティ12内に配置し、
ヒータ13で55℃に加熱して前記複合体10を軟化さ
せて可塑状態とした。そして、引き続き前記複合体10
をプランジャ14によって106kgf/cmの圧力
で加圧して、金型装置11の底板15に設けた直径20
mmの貫通穴16から押し出し成形することにより第4
図に示すような強化用繊維1の配向が押し出し方向にそ
ろった円柱状押し出し成形体20を得た。
次いで、前記円柱状押し出し成形体20を、第5図に示
すように、側面に貫通孔21aを有する鋼製の円筒体2
1で拘束して約200℃で脱ろうを行った後、800℃
で焼成して前記溶媒物質であるワックスを燃焼除去(バ
ーンオフ)することにより、円筒体21内に拘束収容さ
れた状態の第6図に示す複合材料用繊維成形体22を得
た。
次に、拘束された複合材料用繊維成形体22をそのまま
円筒体21と共に第7図に示す加圧鋳造用金型装置31
のモールドキャビディ32の底板33上に横置きに配置
し、前記モールドキャビテイ32内にアルミニウム合金
(JIS規格,AC8A合金)の溶湯(溶湯温度約80
0℃)34を注湯し、次いで前記溶湯34をプランジャ
35により800kgf/cmの圧力で加圧し、この
加圧状態を溶湯34が完全に凝固するまで保持した。こ
のようにして、外径100mm,高さ70mmの円柱状
の凝固体を加圧鋳造し、次いで前記凝固体に対して熱処
理(T6処理)を施すことによって、第8図に示すよう
に、炭化けい素ウイスカよりなる強化用繊維を金属マト
リックス34中に局部的に複合分散させた繊維強化型金
属複合材料36を製造した。
次いで、上記のようにして製造した複合材料36のう
ち、強化用繊維によって強化された部分から、外径6.
1mm,平行部長さ30mmの引張試験片を作成した。
このとき、引張試験片は、引張方向に強化用繊維が配向
されるように作成した。
次に、上記の引張試験片をオートグラフ(島津製作所製
DC10型)にセットし、引張速度1mm/minで引
張試験を行った。この引張試験の結果を第9図に示す。
なお、比較のために、アルミニウム合金(AC8A)の
みからなり引張試験片と、炭化けい素ウイスカよりなる
強化用繊維が3次元ランダムに配向した繊維強化型金属
複合材料からなる引張試験片とを作成して、同様の引張
試験を行った。これらの結果を同じく第9図に示す。
第9図において、縦軸は引張強度(kgf/mm)を
測定した結果の平均値(5本)を示しており、横軸は比
較例のアルミニウム合金材料(図中AC8A),3次元
ランダムウイスカ強化型金属複合材料(図中3−S)お
よび本発明例の一方向ウイスカ強化型金属複合材料(図
中1−S)を示している。
第9図に示す結果から、炭化けい素ウイスカにより一方
向強化された引張試験片の引張強度は、アルミニウム合
金材料(AC8A)そのものおよび3次元ランダム強化
された引張試験片の引張強度よりもかなり高いことがわ
かる。
以上の引張試験の結果より、炭化けい素ウイスカで強化
する場合には、引張方向に沿って繊維を配向することが
特に好ましく、例えばピストン側と連結する小端部とク
ランク側と連結する大端部とを桿部で一体化したエンジ
ン用コンロッドでは、当該桿部における繊維の配向を桿
部の長さ方向にそろえることが特に好ましいことが確か
められた。
[発明の効果] 以上説明してきたように、この発明による繊維強化型複
合材料用繊維成形体の製造方法では、あらかじめ2次元
ランダムないしは3次元ランダム等の複数次元に繊維が
配向したランダム配向繊維成形体を成形して、前記ラン
ダム配向繊維成形体を溶媒物質の溶融液中もしくは半溶
融液中に浸漬したのち、加圧あるいは減圧して前記ラン
ダム配向繊維成形体中に溶媒物質を浸透させて前記ラン
ダム配向繊維成形体と溶媒物質との複合体とし、前記複
合体を可塑状態として押し出して前記複合体中の繊維の
配向をそろえた押し出し成形体とし、その後前記押し出
し成形体中の溶媒物質を除去して複合材料用繊維成形体
とするようにしたから、このような複合材料用繊維成形
体を繊維強化型複合材料マトリックス中に複合化するこ
とによって、当該複合材料の繊維方向における強度を著
しく増大させることが可能であり、特定の方向により大
きな引張強度が要求される機械構造用部品に適した素材
を得ることができるようになるという非常に優れた効果
がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例において工程途中に作成し
たランダム配向繊維成形体の斜視図、第2図は前記繊維
成形体に溶媒物質であるワックスを含浸させるのに用い
た真空装置の断面説明図、第3図は第2図のワックス含
浸繊維複合体の押し出しに使用した押し出し用金型装置
の断面説明図、第4図は押し出し後の円柱状押し出し成
形体の斜視図、第5図は前記円柱状押し出し成形体を鋼
製の円筒体で拘束した状態を示す斜視図、第6図は焼成
後に繊維を円筒体内に拘束収容した状態を示す斜視図、
第7図は繊維中に合金溶湯を浸透させて複合化するのに
用いた加圧鋳造用金型装置の断面説明図、第8図は繊維
を局部的に複合化して強化させた繊維強化型金属複合材
料の斜視図、第9図は引張試験の結果を示すグラフであ
る。 1…強化用繊維、 2…ランダム配向繊維成形体、 5…溶媒物質、 10…溶媒物質と強化用繊維との複合体、 11…押し出し用金型装置、 20…押し出し成形体、 22…複合材料用繊維成形体。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B29L 31:06 4F (72)発明者 岸 克宏 神奈川県横浜市神奈川区宝町2番地 日産 自動車株式会社内 (72)発明者 皆木 敏宏 神奈川県鎌倉市寺分2丁目24番21号 (72)発明者 柴田 研一 神奈川県横浜市戸塚区中田町257番地 (56)参考文献 特開 昭62−133029(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】あらかじめ2次元ランダムないしは3次元
    ランダム等の複数次元に繊維が配向したランダム配向繊
    維成形体を成形して、前記ランダム配向繊維成形体を溶
    媒物質の溶融液中もしくは半溶融液中に浸漬したのち、
    加圧あるいは減圧して前記ランダム配向繊維成形体中に
    溶媒物質を浸透させて前記ランダム配向繊維成形体と溶
    媒物質との複合体とし、前記複合体を可塑状態として押
    し出して前記複合体中の繊維の配向をそろえた押し出し
    成形体とし、その後前記押し出し成形体中の溶媒物質を
    除去して複合材料用繊維成形体とすることを特徴とする
    繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法。
JP61038973A 1986-02-26 1986-02-26 繊維強化型複合材料用繊維成形体の製造方法 Expired - Lifetime JPH068472B2 (ja)

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ES2101070T3 (es) * 1992-08-04 1997-07-01 Ibm Recipientes portatiles estancos a presion para almacenar una rebanada de semiconductor en un ambiente gaseoso protector.
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