JPH08119740A - 金属繊維／炭素複合材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 カーボンブラックの微粉化、偏析を低減し、
パンタグラフ用として有用な、高強度、耐摩耗性金属繊
維/ 炭素複合材の製造方法を提供する。 【構成】 結合材で強化したカーボンブラックを、炭
素質粉末、インターピッチ、金属繊維と同時混合する
か、結合材を使用せずにすりつぶし効果のある混合機
で混合してから金属繊維を混合するか、他の材料を結
合材とともに混練してから、乾燥後、必要により一旦粉
砕してから金属繊維を混合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば、パンタグラ
フ用カーボン摺板として好適な、高い曲げ強度を有し、
耐摩耗性に優れた炭素／金属複合材の製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】パンタグラフ用カーボン摺板に適用され
る炭素、金属複合材の製造方法としては、例えば、(1)
炭素材原料に金属繊維を２ vol％以上30 vol％未満配合
した後、型込め成型、次いで焼成する方法 (特開昭62−
72564 号公報参照) 、(2) 金属繊維および／または炭素
繊維を含有する炭素骨材と結合材とを混練した混練物を
押出し成型および焼成し、次いで金属含浸を行う方法
(特開昭61−245957号公報参照) 等が提案されている。
しかしながら、これらの方法で製造した炭素/ 金属複合
材の摺板は、トロリー線 (銅製) の荒れた状態での摺動
時の摺板摩耗が大きいという欠点がある。

【０００３】これに対し本発明者等は、加圧加熱成型法
で製造した炭素/ 金属複合材の摺板は、このような状態
での摩耗にも強いことを見い出し、「炭素骨材粉とバイ
ンダーピッチを主成分とする炭素材原料に、金属繊維と
金属粉のいずれか一方または両方を配合し、この配合原
料を加圧加熱成型した後、焼成する方法」を提案した
(特開平２−107564号) 。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな加圧加熱成形法( 熱間) を採用した場合、従来の冷
間での型込め成型や押出し成型で製造した炭素/ 金属複
合材よりも耐摩耗性が向上するのに加え、曲げ強度も高
くなるという利点はあったが、耐摩耗性の点では必ずし
も十分とは言えなかった。

【０００５】そこで、更なる研究開発の結果、本件出願
人は、『炭素質粉末粉、カーボンブラック、およびバイ
ンダーピッチからなる炭素材原料と金属繊維とを、加圧
加熱成型してから、焼成して金属繊維／炭素複合材を製
造する方法』を開発し、特願平６−24795 号として特許
出願した。

【０００６】この方法では、押出し成型に代えて、炭化
収率が高い高軟化点ピッチをバインダーとして添加する
ことにより、加圧加熱成型を行うものであった。これに
より、カーボンブラックを添加しても高強度が得られ、
強度と耐摩耗性の両特性に優れた金属繊維／炭素複合材
が得られた。

【０００７】しかし、この発明においては、カーボンブ
ラックが原料の混合過程で微粉化しやすく、その後品川
式万能混合機やＶ型混合機等の混合ではカーボンブラッ
クとバインダーピッチとの混合状態が不充分となり、こ
のカーボンブラックの微粉が原料を金型に装入する際
や、圧密の過程で空気の移動に同伴されて移動しカーボ
ンリッチな偏析層を作りやすく、このため強度や耐摩耗
性のバラツキが大きいという問題点があることが判明し
た。

【０００８】また、カーボンブラックを添加せずとも、
同様に炭素質粉末の内微粉なものは品川式万能混合機や
Ｖ型混合機等の混合では微粉な炭素質粉末とバインダー
ピッチとの混合状態が不充分となり、原料を金型に装入
する際や、圧密の過程で空気の移動に同伴されて移動
し、カーボンリッチな偏析層を作りやすく、このため強
度や耐摩耗性のバラツキが大きいという問題があること
が判明した。

【０００９】ここに、本発明の第一の目的は、高強度を
有しかつ耐摩耗性に優れた金属繊維/ 炭素複合材の製造
方法を提供することである。本発明の第二の目的は、カ
ーボンブラックの微粉化、およびこれに伴う偏析や微粉
な炭素質粉末の偏析を低減することができる、高強度、
耐摩耗性に優れた金属繊維/ 炭素複合材の製造方法を提
供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる目
的を達成すべく、種々検討を重ね、次のような知見を
得、それらについてさらに鋭意検討を行い、本発明を完
成させるに至った。

【００１１】(1) 第１に、カーボンブラックを、ＰＶＡ
等の結合材で顆粒状に造粒し、これを原料として用いる
と、造粒結合材で強化された顆粒状カーボンブラック
は、金属繊維との混合過程で微粉化しにくく、微粉化に
伴う偏析現象が低減され、強度や耐摩耗性のバラツキが
小さくなることである。

【００１２】(2) 第２に、金属繊維を除く炭素材原料す
なわち、炭素質粉末とカーボンブラックとバインダーピ
ッチあるいは、炭素質粉末とバインダーピッチを、回転
容器中にボールを仕込んだボールミル、アトライター、
ロッドミル等のすりつぶし能力の優れた混合機で処理
し、すりつぶし混合すると、カーボンブラックや微粉な
炭素質粉末がピッチで結合され驚くべきことに、この原
料を金属繊維と混合する際に微粉化しにくくなり、製品
中の偏析が低減され、品質バラツキが低減することであ
る。

【００１３】(3) 第３に、上記(2) のようにしてすりつ
ぶし混合された原料粉を、上記(1) と同様の結合材で結
合すると、金属繊維と混合する際のカーボンブラックの
微粉化炭素質粉末の微粉化が更に抑制され、偏析や品質
バラツキがさらに低減されることである。

【００１４】よって、本発明の要旨とするところは、金
属繊維と、炭素質粉末と、バインダーピッチと、結合材
で強化された顆粒状カーボンブラックとを混合してか
ら、加圧加熱成型して成形体を得、次いで該成形体を炭
化することを特徴とする金属繊維／炭素複合材の製造方
法である。

【００１５】別の面からは、本発明の要旨とするところ
は、炭素質粉末と、バインダーピッチと、カーボンブラ
ックとを、混合機ですりつぶし混合し、得られた混合粉
と金属繊維とを混合してから、加圧加熱成型して成形体
を得、次いで、該成形体を炭化する金属繊維／炭素複合
材の製造方法である。

【００１６】さらに別の面からは、本発明の要旨とする
ところは、炭素質粉末と、バインダーピッチと、カーボ
ンブラックとを、混合機ですりつぶし混合し、得られた
混練物に結合材を添加、混合、乾燥してから、そのまま
あるいは一旦粉砕して金属繊維と混合してから、加圧加
熱成型して成形体を得、次いで、該成形体を炭化する金
属繊維／炭素複合材の製造方法である。

【００１７】また別の面からは、本発明の要旨とすると
ころは、炭素質粉末と、バインダーピッチとを、混合機
ですりつぶし混合し、得られた混合粉と金属繊維とを混
合してから、加圧加熱成型して成形体を得、次いで、該
成形体を炭化する金属繊維／炭素複合材の製造方法であ
る。

【００１８】さらにまた別の面からは、本発明の要旨と
するところは、炭素質粉末と、バインダーピッチとを、
混合機ですりつぶし混合し、得られた混練物に結合材を
添加、混合、乾燥してから、そのままあるいは一旦粉砕
して金属繊維と混合してから、加圧加熱成型して成形体
を得、次いで、該成形体を炭化する金属繊維／炭素複合
材の製造方法である。

【００１９】

【作用】本発明で用いる金属繊維としては、鋼繊維、特
に低炭素鋼繊維、銅繊維、あるいは銅でメッキ処理した
低炭素鋼繊維等が使用でき、この中でも銅メッキ処理し
た低炭素鋼繊維を使用したものを使用すると高い強度の
複合材が得られ好ましい。金属繊維の太さ、長さ等具体
的な形状は、本発明において特に制限はなく、目的とす
る複合材の用途に応じて適宜決めることができる。

【００２０】炭素材原料としては、炭素質粉末と、バイ
ンダーピッチと、場合によりカーボンブラックを用い
る。

【００２１】本発明において用いる炭素質粉末として
は、黒鉛等の硬度の低いものは耐摩耗性を劣化させる傾
向があるため、石油コークスやピッチコークスの仮焼品
等炭化処理されたものを用いるのが望ましい。この炭素
質粉末は、強度と耐摩耗性の面から、好ましくは粒径約
15μｍ以下に微粉砕して使用する。

【００２２】バインダーピッチとしては、コールタール
ピッチや石油ピッチ、ナフタレン等から合成された合成
ピッチ等が使用される。ピッチの性状としては、高化式
フローテスターで測定した軟化点が220 ℃以上で、揮発
分が30％以下のものが炭化収率が高く、緻密で高強度の
製品が得られるので好ましい。

【００２３】次に、カーボンブラックであるが、カーボ
ンブラックの製品形態としては、造粒品と粉末品があ
り、本発明にあってはそのいずれをも使用してもよい。
ここに、カーボンブラックの造粒品は、製造工程で約１
mm程度の粒径に弱く造粒されたもので、混合工程で容易
に粉化し、前述したように発生した微粉による偏析現象
を引き起こす。カーボンブラックの一般的製品形態はこ
の造粒品である。

【００２４】一方、粉末品は、顔料用等特殊用途向けの
製品で、造粒処理されず出荷される。粉末品は、造粒処
理されていないため嵩高く、もともと偏析しやすい特性
を有する。

【００２５】したがって、本発明にあってはカーボンブ
ラックを使用する場合、そのまま使用することはでき
ず、次のような手段を講じることによって、上述のよう
な問題の回避を図っている。

【００２６】(i) 結合材で強化された顆粒状カーボンブ
ラックとして使用する。 (ii)予め炭素質粉末とバインダーピッチとカーボンブラ
ックと共にすりつぶし混合処理をし、カーボンブラック
をバインダーピッチで結合してから使用する。 (iii) 上記(ii)のすりつぶし混合後、結合材を混合して
から使用する。

【００２７】本発明の態様(i) 〜(iii) のうち、後述す
る実施例１のように、カーボンブラックを結合材で結合
する方法では、粒径 100〜500 μm の造粒品の顆粒状カ
ーボンブラックが好ましい。

【００２８】この顆粒状カーボンブラックを結合材で結
合する方法の一例としては、ＰＶＡ(ポリビニルアルコ
ール) を水に溶解した水溶液をカーボンブラック造粒品
に添加し、混合し造粒物内部に浸透させた後、乾燥する
方法がある。ＰＶＡの濃度や、水溶液の添加量は、必要
とされる造粒強度に応じて変更すればよい。このときの
結合材としては、ＰＶＡ以外の樹脂系接着材やメチルセ
ルローズ等も使用できる。その他フェノール樹脂等を挙
げることができる。

【００２９】また、この結合材による結合強化の前ある
いは後に、顆粒状カーボンブラック造粒物を粗粉砕し粒
径を調整することも可能である。造粒物の粒径が大きす
ぎると、製品強度が低下する傾向があるので、造粒粒径
を0.5 μｍ以下とすることが好ましい。ここに、顆粒状
とは粒径 100〜500 μm 程度の粒径をもつことを言う。

【００３０】したがって、この実施態様では、この結合
材で強化された、顆粒状カーボンブラックを、炭素質粉
末、バインダーピッチ、金属繊維と常法で混合し、加圧
加熱成型に供する。

【００３１】一方、後述する実施例２の態様のように、
炭素材原料を、すりつぶし混合機で処理する態様(ii)お
よび(iii) では、造粒品、粉末品のいずれのカーボンブ
ラックも使用可能である。

【００３２】この方法では、炭素質粉末、バインダーピ
ッチ、カーボンブラックを、ボールミル等のすりつぶし
効果のあるすりつぶし混合機で処理し、カーボンブラッ
クとバインダーピッチを結合させる。混合機としては、
ボールミル、アトライター、ロッドミルを用いる。

【００３３】このすりつぶし混合処理は、乾式処理、あ
るいは水や溶剤を加えた湿式処理のいずれでも可能であ
るが、混合後の混合品の取り出し、分離等を考慮すると
乾式の方が容易で好ましい。

【００３４】かかるすりつぶし混合処理で、カーボンブ
ラックとバインダーピッチとが結合すると、製品の品質
バラツキが小さくなる。このため、すりつぶし混合時間
を調整する。

【００３５】本発明の上述の態様(ii)では、この混合原
料を金属繊維と、品川式万能混合機やＶ型混合機などの
慣用の混合機で混合し、加圧加熱成型に供する。このと
きの混合に際しては繊維を分断させないようにするた
め、前述のボールミル、アトライター、ロッドミル等の
すりつぶし能力のある混合機は不適であり、品川式万能
混合機やＶ型混合機のような慣用混合機を用いればよ
い。

【００３６】次に、本発明の上述の態様(iii) によれ
ば、後述する実施例３に示すように、実施例２と同じ方
法で得られるすりつぶし混合された原料に、実施例１と
同様の結合材溶液を添加し、混合機で混合して原料をぬ
らし、その後乾燥する。場合によっては、その後粉砕器
で粗粉砕し粒度調整を行う。造粒物の粒径は、最大粒径
が１mm未満、100 メッシュのふるい下が25％以下である
ことが好ましい。その後、この原料を金属繊維と上述の
ような品川式万能混合機やＶ型混合機で混合し、次いで
加圧加熱成型に供する。この場合に使用する結合材は前
述の態様 (i)で使用した結合材と同じものであれば良
い。

【００３７】次に、本発明の態様(iv)および(v) にあっ
てはそれぞれ上述の態様(ii)、(iii) においてカーボン
ブラックを使用せずに炭素質粉末とバインダーピッチと
を混合機ですりつぶし混合が行われる。この態様でも(i
i)、(iii) と同様、偏析の少ない金属繊維／炭素複合材
が得られる。

【００３８】本発明において各配合材の割合は特に制限
なく、目的に応じ適宜変更すれば良いが、代表的配合例
を以下に示す。 金属繊維 ： 20〜30体積％ バインダーピッチ： 18〜25体積％ カーボンブラック： 2〜15体積％ 結合材： 造粒対象の炭素粉に対して、１〜５wt％の結
合材を含有する溶液を添加する。

【００３９】本発明においてカーボンブラックを使用し
ない場合の代表的配合例を以下に示す。 金属繊維 ： 20〜30体積％ バインダーピッチ： 18〜25体積％ 結合材： 造粒対象の炭素粉に対して、１〜５wt％の結
合材を含有する溶液を添加する。

【００４０】次に、加圧加熱成型を行うが、これは、す
でに公知のものであってそれを採用すればよく、これ以
上の説明を要しないが、成型圧力80kg/cm²以上、加圧最
高温度480 〜600 ℃以上で行うことが好ましい。

【００４１】本発明の場合、成型を加圧加熱成型で行う
ことにより、従来の押出し成型のように、成型後の炭化
過程でピッチが軟化し密度が低下する現象が発生せず緻
密な製品が得られやすい。特に、本発明のようにカーボ
ンブラックを多量に添加する場合は特にその効果が顕著
となる。

【００４２】加圧加熱成型で得られた成型体は、例えば
粉コークス中に埋設して窒素雰囲気中で約1000℃まで昇
温保持後、冷却するなどの公知の方法で炭化処理して製
品の金属繊維／炭素複合材とされる。この複合材を、例
えば金属繊維の焼入れ強化を図るために、例えば700 ℃
以上に加熱後、水中に投入するなどして、再度熱処理し
急冷処理することにより、その強度を改善することも好
ましい実施態様である。

【００４３】ここで、本発明の造粒用結合材としては、
水溶液として使用可能で有害な有機溶媒を必要としない
こと、結合力が大きいこと等の理由でＰＶＡ (ポリビニ
ルアルコール) が好ましい。

【００４４】ＰＶＡの添加率は、十分な造粒強度を得る
ためには炭素材原料粉末の１wt％以上が必要である。一
方、ＰＶＡの比率が炭素材原料粉末の５wt％以上では、
ＰＶＡの炭化収率が低いため複合材の気孔率が高くな
り、強度や耐摩耗性が悪化するため好ましくない。

【００４５】ＰＶＡは、水溶液として使用する。水溶液
の濃度、水溶液添加量等は任意に設定できる (濃度×水
溶液添加量から算出されるＰＶＡ添加率が、前述のよう
に炭素材原料粉末の１〜５wt％となるようにすればよ
い) が、通常水溶液の添加率は炭素材原料粉末の10〜50
wt％とする。水溶液添加量が10wt％以下では、粉末に十
分行き渡らず十分な結合力が得られず、添加量が50wt％
より多いと、添加後の原料が「湿潤状態」ではなく、
「ベタベタ状態」あるいは「スラリー状態」となり、造
粒操作がやりにくくなるため、いずれも好ましくない。

【００４６】この、ＰＶＡ水溶液を添加・混合した原料
は、押出し造粒機・ディスクペレッター・マルメライザ
ー等の造粒機で造粒物とする。ここで、造粒物の粒度と
して、粒径が１mm以上のものが存在すると、製品に造粒
物由来の粒状偏析が発生するため好ましくない。

【００４７】一方、粒径がJIS ふるい100 メッシュ以下
(粒径0.14mm以下) のものが多くなると、本来の目的で
ある微粉量の低減の効果が小さくなり、偏析が発生する
ので、JIS ふるい 100メッシュ以下の微粉の比率は造粒
物の25％以下が好ましい。

【００４８】次に、造粒物の特性として充填密度で表さ
れる厚密の程度がある。充填密度が大きい方が造粒物の
強度が高くなり、原料混合時微粉が発生しにくく、偏析
も少なくなり好ましい。本発明者らの検討結果では、造
粒物の充填密度が0.70g/cm³以下十分な造粒強度は得ら
れず、偏析低減効果も小さくなるため好ましくない。一
方、充填密度がこれより大きい場合で、ＰＶＡ量が前述
の１wt％より大きい場合は、偏析低減効果が発現する。

【００４９】この造粒された炭素材原料を金属繊維と混
合し、成型・焼成し金属繊維／炭素複合材とする。成型
法としては、冷間型込め成型法や、ＣＩＰ成型なども可
能であるが、強度や耐摩耗性の観点から、加圧最高温度
500〜600 ℃で加圧加熱成型する方法が最も好ましい。

【００５０】その後、この成型物を炭化処理することに
より、強度や耐摩耗性が優れるとともに、偏析が少な
く、物性のバラツキも小さい金属繊維／炭素複合材が得
られる。以下、本発明の作用を実施例に基ずき具体的に
説明する。

【００５１】

【実施例】

(実施例１)成型用原料としては、以下のものを用いた。 金属繊維： 軟鋼製スチールファイバー (100 μｍ角
×長さ３mm) を、硫酸銅と硫酸を溶解したメッキ液に浸
漬、水洗、乾燥してメッキ層厚み1.5 μｍとなるよう銅
メッキしたものを用いた。

【００５２】コークス粉： 市販ピッチコークスを振
動ボールミルで平均粒径10μｍに粉砕したものを用い
た。 バインダーピッチ： 高化式フローテスターで測定し
た軟化点が250 ℃のコールタールピッチを、平均粒径20
μｍに粉砕したものを用いた。

【００５３】カーボンブラック： 比表面積115 平方
ｍのオイルファーネスブラック (造粒品：弱く造粒、大
部分は粒径0.5 から1.0 mm) を用いた。 ＰＶＡ：クラレ社製 PVA-204C を80℃の熱湯に溶かし
使用した。なお、ＰＶＡ水溶液の濃度は、PVA 重量／(P
VA重量＋水の重量) ×100(%)で計算した。

【００５４】本発明では、このカーボンブラックを結合
材で強化するのであるが、そのため、ビーカー中でカー
ボンブラック100 重量部に、水100 ｇに対して４ｇのＰ
ＶＡを溶解した水溶液80重量部を添加し、薬さじでゆる
やかに、攪拌してカーボンブラックを湿潤させた。これ
を、窒素雰囲気にした乾燥器で、110 ℃で２時間保持し
て乾燥させた。その後、この乾燥品を、乳鉢で粗く粉砕
し、0.5 mm以下の顆粒状に粉砕した。

【００５５】これらの原料を、金属繊維：コークス
粉：バインダーピッチ：カーボンブラック＝67：1
7：12：５ (重量比) の比率でブレンドし、品川式万能
混合機を用いて混合した。

【００５６】また、比較例として、結合材で結合してい
ない未処理のカーボンブラックを用いて同様に原料を混
合した。これらの原料を、以下の条件で加圧加熱成型し
た。

【００５７】室温から250 ℃までは昇温速度10℃／分、
成型圧５kg/cm²で昇温し、その後250 ℃から成型圧を20
0 kg/cm²に上昇し、昇温速度５℃／分で550 ℃まで昇温
し、１時間保持後、加圧したまま室温まで冷却して行っ
た。

【００５８】次いで、この成型体を粉コークス層内に埋
設し、窒素雰囲気中室温から10℃／分で1040℃まで昇温
し、６時間保持後冷却して炭化処理を行った。炭化後、
この成型体を切断し、断面を研磨して、断面のマクロ観
察を行った。その後、10×10×60mmの試験片を作成し、
曲げ強度の測定を行った。

【００５９】また、摺動面が、プレス方向に対して垂直
な面となるよう10×10×10mmの摩耗試験片を作成し、縦
型ピンオンディスク摩耗試験機 (ディスク径600 mm) を
用い、相手材を銅ディスクとし、摺動速度220 km/h、押
し付け力６ kgf、電流40Ａ (交流) で10分間摺動させて
摩耗試験を行い、試験片の寸法変化を測定して摩耗体積
算出し、(1) 式より比摩耗率を算出した。

【００６０】なお、銅板表面は、毎回試験前に金属すり
板 (銅系焼結品）を、速度50km/h、押付力６ kgf、電流
AC 40Aで２分間摺動させて銅ディスク上摺動面を荒ら
し、試験材の摩耗試験時離線アークが発生しやすいよう
にした。

【００６１】これらの試験結果を、表１にまとめて示
す。 比摩耗率＝摩耗体積／ (摺動距離×押し付け力) ・・・(1) 試験結果を表１に示した。

【００６２】

【表１】

【００６３】本実施例は、本発明の第１実施態様のカー
ボンブラックを結合材で造粒する方法により、複合材の
偏析が低減され、曲げ強度や比摩耗率の標準偏差が低減
(バラツキが低減) し、またその品質も向上することを
示す。

【００６４】(実施例２)本実施例では、結合材をＰＶＡ
からノボラック系粉末状フェノール樹脂に、溶媒を水か
らエタノールに変更して、実施例１と同様の試験を行っ
た。結果を、表２に示す。

【００６５】

【表２】

【００６６】本実施例は、結合材として、ＰＶＡ以外に
フェノール樹脂が使用可能なことを示す。

【００６７】(実施例３)本例では成型用原料として実施
例１に同じものを用い、コークス粉：バインダーピッ
チ：カーボンブラック＝17：12：５ (重量比) の比率の
原料を、内径250mm×深さ300 mmのポットに、直径40mm
のボールを、ポットの嵩の1/3 まで仕込んだボールミル
に1.5 kg仕込み、30rpm の回転速度で、それぞれ、1 、
2 、3 、4時間回転混合した。

【００６８】これらの原料34重量部を、銅メッキ処理し
たスチールファイバー66重量部とともに、品川式万能混
合機で10分間混合し、実施例１と同様に、加圧加熱成
型、炭化した。その後、800 ℃に再加熱後水に投入し焼
入れ処理した。ここで、比較例１の複合材を、同様に熱
処理して、比較例２の材料を作成した。

【００６９】その後、実施例１と同様に性状試験した。
さらに、複合材の断面を研磨し、カーボンブラック由来
の造粒物 (光学等方性組織で容易に他と判別可能) の粒
径を観察し、ランダムな５視野でのカーボンブラックの
最大粒径 (長径) を求め、５視野の平均値を算出した。

【００７０】

【表３】

【００７１】本実施例は、本発明の第二の実施態様に従
って、カーボンブラックを含む炭素材原料を、すりつぶ
し効果のある粉砕混合機で混合する方法で、複合材の偏
析や、物性偏差が低減すると共に、更に耐摩耗性自体が
著しく改善されることを示す。

【００７２】(実施例４)実施例３の本発明例４の混合粉
に、実施例１で用いたＰＶＡ水溶液を、混合粉の50wt％
加え、品川式万能混合機で低速で短時間混合し全体を湿
潤させた。その後、窒素雰囲気にした乾燥機中で、50℃
で２時間乾燥させた。

【００７３】この乾燥粉末34重量部と、銅メッキ処理し
たスチールファイバー66重量部を、品川式万能混合機で
10分間混合し、その後、実施例３と同様に、加圧加熱成
型、炭化、熱処理し、曲げ強度、耐摩耗性の測定を行っ
た。

【００７４】

【表４】

【００７５】本実施例は、本発明の第三実施態様に従っ
て混合粉を造粒粉を結合材で造粒する方法で、これによ
れば偏析や品質バラツキがさらに低減されることを示
す。

【００７６】(実施例５)コークス粉：バインダーピ
ッチ：カーボンブラック＝55wt％：32wt％：13wt％の
比率で配合し、品川式万能混合機で１時間混合した。こ
の混合粉に、表５に示す濃度、比率のＰＶＡ水溶液を添
加し、ビーカー中で攪拌棒を使って十分に混合した。

【００７７】この混合物を、内径50mmの金型に仕込み、
表５に示す所定の圧力でプレスし、成型体を金型から抜
き出して窒素雰囲気に調整した乾燥機で、100 ℃で２時
間乾燥した。

【００７８】この成型体を、表５に示すフルイを通過す
るように乳鉢で粉砕した。なお、粉砕を短時間行っては
フルイを通過させるという工程を繰り返し行い、成型体
が過剰に微粉化されないようにした。このようにして得
られた造粒物の物性として、以下の物性を調べた。

【００７９】充填密度 造粒物10ｇを、内容積30mlのメスシリンダーに仕込み、
２cmの高さより硬質のゴムマットを敷いた台上に10回落
下させて造粒物の充填体積を測定し、仕込重量と充填体
積より充填密度を算出した。

【００８０】微粉発生量 造粒物1580ｇとファインスチールファイバー (50μm 角
×長さ３mm) 3420ｇを、品川式万能混合機で10分間混合
した。この混合物から、100 ｇを採取し内容積300 mlの
ビーカーに入れ、２cmの高さより硬質のゴムマットを敷
いた台上に10回落下させた。この時、微粉の生成量に応
じて原料の上部に微粉が浮き上がるので、この層高を読
み取りビーカーの内寸よ微粉の分離体積を測定した。

【００８１】上記の混合粉500 ｇを、内寸法100mm(直
径) の金型に装入し、その後この金型を２cmの高さから
硬質ゴムマットを敷いた台上に３回落下させ、その上に
さらに混合粉500 ｇを装入した。その後、上ダイスをの
せ室温から200 kg/cm²でプレスしつつ10℃／分で550 ℃
まで昇温し、１時間保持後プレスしつつ冷却した。

【００８２】成型体を、粉コークスを詰めたステンレス
容器に入れ、窒素雰囲気中室温から10℃／分で1000℃ま
で昇温し３時間保持後冷却した。得られた製品につい
て、以下の項目の測定を行った。

【００８３】曲げ強度：３点曲げ、テストピースサイ
ズ10×10×60mm、曲げスパン40mm 耐摩耗性：相手材として、鋼板 (無酸素、高度1/2H、
直径400 φ、厚み２mm) を用い、摺動面10×10mm高さ15mmのテストピース (摺動
面はプレス方向と垂直面) を、押し付け力５kf、摺動速
度50km/hで摺動させ、次式で比摩耗率を算出した。 比摩耗率＝摩耗体積／押し付け力／摺動距離。

【００８４】偏析の観察 製品のプレス方向と垂直な断面 (プレス面) 、プレス方
向と平行な断面を切断・研磨し、目視で偏析を観察し
た。ここで、偏析の種類としては Ａ：分離した微粉によって発生するスジ状の偏析 (混合
ムラ) Ｂ：造粒物のサイズが過大な時に発生する、粒状の偏析 の２種があり、この各々の程度を判定した。(有り：
×、なし：○、中間 (少しあり) ：△とした) 。

【００８５】実験内容と結果を、表５に示す。本表によ
り(1) ＰＶＡ添加率1.0 〜5.0 wt％で、偏析がない、強
度標準偏差 (バラツキ) が小さい、比摩耗率が小さい材
料が得られる、(2) 造粒圧力が高い方が、造粒物の充填
密度が高くなり、偏析、強度標準偏差が小さくなる、
(3) ＰＶＡ水溶液添加率は、炭素材原料粉末の15〜30％
が良好、(4) 造粒物の最大粒径が１mm以上になると、造
粒物由来の粒状偏析が発生する、(5) 造粒物中の、JIS
フルイ100 メッシュ以下の微粉の比率が25％以上になる
と、微粉の分離により発生するすじ状の偏析が発生する
ことがわかり、本実施例の場合、偏析の少ない金属／炭
素複合材が得られることが分かる。

【００８６】

【表５】

【００８７】(実施例６)実施例３の本発明例４および実
施例４の本発明例でカーボンブラックを用いず、コー
クス粉：バインダーピッチ＝68wt％：32wt％の原料を
用い、これらの実施例と同じ条件で造粒処理を行い、材
料の試作・評価を行った。結果を表６に示す。

【００８８】

【表６】

【００８９】本実施例は、本発明の特許請求の範囲第
２、３項の方法が、カーボンブラックを含まない場合に
も有効なことを示す。

【００９０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、カーボンブラックの偏析やそれに起因する品質のバ
ラツキが著しく解消した優れた金属繊維/ 炭素複合材が
得られ、本来有する高強度、優れた耐摩耗性と相まっ
て、実用上からも、例えばパンタグラフ用カーボン摺板
としてその応用範囲は広く、その意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明により製造された金属繊維／炭素複合材
の断面でのマクロな偏析の形態を示す略式説明図であ
る。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属繊維と、炭素質粉末と、バインダー
   ピッチと、結合材で強化された顆粒状カーボンブラック
   とを混合してから、加圧加熱成型して成形体を得、次い
   で該成形体を炭化することを特徴とする金属繊維／炭素
   複合材の製造方法。
2. 【請求項２】 炭素質粉末と、バインダーピッチと、カ
   ーボンブラックとを、混合機ですりつぶし混合し、得ら
   れた混練物と金属繊維とを混合してから、加圧加熱成型
   して成形体を得、次いで、該成形体を炭化する金属繊維
   ／炭素複合材の製造方法。
3. 【請求項３】 炭素質粉末と、バインダーピッチと、カ
   ーボンブラックとを、混合機ですりつぶし混合し、得ら
   れた混練物に結合材を添加、混合、乾燥してから、その
   ままあるいは一旦粉砕して金属繊維と混合してから、加
   圧加熱成型して成形体を得、次いで、該成形体を炭化す
   る金属繊維／炭素複合材の製造方法。
4. 【請求項４】 炭素質粉末と、バインダーピッチとを混
   合機ですりつぶし混合し、得られた混練物と金属繊維と
   を混合してから、加圧加熱成型して成形体を得、次い
   で、該成形体を炭化する金属繊維／炭素複合材の製造方
   法。
5. 【請求項５】 炭素質粉末と、バインダーピッチとを混
   合機ですりつぶし混合し、得られた混練物に結合材を添
   加、混合、乾燥してから、そのままあるいは一旦粉砕し
   て金属繊維と混合してから、加圧加熱成型して成形体を
   得、次いで、該成形体を炭化する金属繊維／炭素複合材
   の製造方法。