JPH0823119B2 - ホイスカー含有シート - Google Patents

ホイスカー含有シート

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JPH0823119B2
JPH0823119B2 JP1064848A JP6484889A JPH0823119B2 JP H0823119 B2 JPH0823119 B2 JP H0823119B2 JP 1064848 A JP1064848 A JP 1064848A JP 6484889 A JP6484889 A JP 6484889A JP H0823119 B2 JPH0823119 B2 JP H0823119B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ホイスカー含有シートに関し、特に繊維強
化金属材料(FRM)の強化繊維材料として使用すること
のできるホイスカー含有シートに関する。
(従来の技術及びその解決すべき課題) 従来より、金属を母材とする複合材料を補強するため
に、ホイスカーをシート状にした補強材料が知られてお
り、このようなシート状物を製造する方法として、例え
ば、無機ホイスカーを無機繊維に定着させて抄き上げ、
無機バインダーで固定して、これを乾燥する方法が知ら
れている(特開昭63−315697号公報)。この方法によれ
ば、それ以前に実施されているホイスカープリフォーム
を形成する方法に比べて、薄いシート状物を形成でき、
しかもそのシート状物を直径150mm程度までの滑らかな
曲面に加工できるので、加工性がかなり改善されてい
る。
しかしながら、この方法により得られるシート状物
は、直径が100mm以下の更に小さい管状構造体に成形し
ようとすると、ひび割れを起こしたり、折れたりし、そ
の加工性は今だ十分とは言えなかった。
従って、本発明は加工性に優れたホイスカー含有シー
トを提供することを目的とする。
本発明者らは、このようなホイスカー含有シートの加
工性を改善するために、例えば、無機ホイスカー、無機
バインダー及び無機繊維からなる公知のホイスカー含有
シートに、有機バインダーを添加し、その加工性の向上
を図った。しかしながら、このホイスカー含有シートを
150〜200℃の一般的な乾燥温度で乾燥しても、シートの
柔軟性は何ら改善されず、そのため、焼成前にシートを
直径100mm以下の管状に加工すると、ひび割れが生じた
り、折れたりして、加工性の向上を達成することができ
なかった。
本発明者らは、有機バインダーを配合しても何らホイ
スカー含有シートの加工性の改善に貢献しない原因につ
いて、鋭意検討した結果、焼成前のホイスカー含有シー
トに含まれている無機バインダーの乾燥状態に関係して
いることを発見した。即ち、無機バインダーは通常、種
々の形態の水分を含有しており、その中には、無機バイ
ンダーの表面に付着している水(付着水)がある。この
付着水は、通常室温雰囲気では脱離せず、それよりも高
く、しかもそれぞれのバインダー材料に特有の温度で脱
離するような水分である。その脱離温度は、示差熱分析
により吸収ピークとして明瞭に把握される。本発明者ら
は、ホイスカー含有シートに有機バインダーを配合して
も、このホイスカー含有シートを無機バインダーの付着
水が脱離するほど強く乾燥すると、無機バインダーの固
着力が増大し、そのためホイスカー含有シートが硬くし
かも脆弱となり、シートの加工性が向上しなくなること
を見出した。一方、ホイスカー含有シートに有機バイン
ダーを配合しない場合には、無機バインダーが付着水を
有していても、シートの柔軟性は向上しないことを発見
した。
本発明は、このような知見に基づいて達成されたもの
である。
すなわち、本発明は、無機ホイスカーと無機繊維とを
含むスラリーを抄紙して得られたシートに、所定量の有
機バインダーとその表面に付着水を保持している無機バ
インダーとを付与することにより、加工性の優れたホイ
スカー含有シートが得られることを見出してなされたも
のである。さらに詳細に説明すると、本発明は、無機ホ
イスカーと無機繊維とを含むスラリーを抄紙して得られ
たシートに、有機バインダーと無機バインダーとを添加
し、乾燥して得られたホイスカー含有シートであって、
ホイスカー含有シートの重量を基準として、無機ホイス
カー40〜80%、無機繊維10〜50%、有機バインダー5〜
15%及び無機バインダー5〜15%を含み、前記無機バイ
ンダーがその表面に付着水を保持していることを特徴と
するホイスカー含有シートを提供するものである。
なお、本発明のホイスカー含有シートとは、無機ホイ
スカーと無機繊維とを含むスラリーを抄紙して得られた
シートに、有機バインダーと無機バインダーとを添加
し、乾燥して得られたものをいう。
以下、本発明について詳述する。
本発明のホイスカー含有シートに使用されるホイスカ
ーとしては、従来より無機ホイスカーとして使用されて
いるものを通常使用することができ、例えば、炭化珪素
ホイスカー、窒化珪素ホイスカー、チタン酸カリウムホ
イスカー、酸化亜鉛ホイスカー等が使用できる。本発明
における無機ホイスカーの量は、ホイスカー含有シート
の重量を基準として、40〜80%とすることが好ましい。
本発明の無機繊維は、ホイスカーの担持体としての作
用と、金属母材の補強材としての作用を有する。このよ
うな無機繊維としては、例えば、アルミナ繊維や、アル
ミナシリカ繊維、石英繊維、各種ガラス繊維、石綿繊
維、炭素繊維、カオリン繊維、ジルコニア繊維、チタン
酸カリウム繊維などの一般に知られている各種無機繊維
が使用される。
無機繊維は、繊維径が10μm以下でしかも長さが1mm
以上であることが好ましい。直径を10μm以下とするこ
とにより、ホイスカーを担持するのに十分な表面積が得
られ、また長さを1mm以上とすることにより、シート強
度を維持する骨材として作用させることができる。
シートの抄紙性等を考慮すれば、無機繊維の量は、ホ
イスカー含有シートの重量を基準として、10〜50%が好
ましい。
本発明の無機バインダーとしては、アルミナゾル、コ
ロイダルシリカ、ジルコニアゾル、アルキルシリケート
及びその誘導体、アルキルシリケート多量体加水分解生
成物、水ガラス、リン酸アルミニウム水溶液、コロイダ
ル水酸化イットリウム、金属アルコラート及びその誘導
体、セメントなどが使用される。
無機バインダーの量は、ホイスカー含有シートの重量
を基準として、5〜15%が好ましい。
本発明の有機バインダーとしては、SBR、NBR、アクリ
ル樹脂、ウレタン樹脂、ポリエチレン、フェノール樹
脂、エポキシ樹脂、PVA、澱粉などが使用される。
有機バインダーの量は、一般にホイスカー含有シート
の重量を基準として5〜15%が好ましい。
必要により、ホイスカー含有シートには有機繊維を配
合してもよい。これにより、ホイスカー含有シートの引
張り強度や、柔軟性を向上させることができる。なお、
有機バインダー及び無機バインダーをシートに添加する
方法には、従来から使用されている塗布法、スプレー法
及び含浸法があり、特に本発明では含浸法が好ましい。
有機繊維としては、例えば、セルロースパルプや、ポ
リエチレン繊維、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊
維、アクリル繊維などの天然又は合成繊維が使用でき
る。繊維径は細い程好ましく、叩解により繊維をフィブ
リル化することは好ましい。
有機繊維の量は、一般にホイスカー含有シートの重量
を基準として5〜20%配合することが好ましい。これよ
りも多量に配合する場合には、予備焼成後のシートの強
度及び保形性が劣る傾向にあるからである。
ホイスカー含有シートは、一般的な抄紙法に従って、
上記各成分を懸濁した溶液から抄き上げることにより製
造することができる。なお、ホイスカーを無機繊維表面
に担持させるためにカチオン系ポリアクリルアミドなど
の有機定着剤を配合することが好ましい。この定着剤
は、予備焼成の段階で他の有機物とともに揮発するの
で、最終製品に何ら有害な作用を及ぼさない。
シート状に形成されたホイスカー含有シートは次に無
機バインダーの付着水が除去されない程度の温度におい
て乾燥され、そして所定の形状に加工される。
付着水が除去されない程度の温度は、言い換えると、
付着水が無機バインダーの表面上に保持される温度であ
り、使用する無機バインダーの種類により変動する。こ
の温度は、例えば、コロイダルシリカの場合には約150
℃以下であり、アルミナゾルの場合には135〜145℃以下
である。
乾燥は、例えば、熱風乾燥機やロータリードライヤー
などの装置で通常行われる。熱風乾燥機を使用する場合
には、その熱風温度を制御し、一方ロータリードライヤ
ーを使用する場合にはそのドライヤー表面温度を制御す
ることにより行われる。温度ムラによる失敗を避けるた
めに、付着水脱水温度より30℃以上低い温度に設定して
おくことが好ましい。
この乾燥したホイスカー含有シートは、次いで所定の
形状に加工した後、予備焼成される。
この予備焼成は、一般的な電気炉を用いて行うことが
できる。焼成温度は、一般に600〜900℃が好ましく使用
される。
なお、ホイスカー含有シートを形成した後、必要に応
じて、カレンダー掛けすることにより、シートの平滑化
や高密度化を行うこともできる。
(実施例) 以下、実施例により本発明について更に詳細に説明す
る。
実施例1 炭化珪素ホイスカー(東海カーボン社製、トーカウィ
スカー)10部を、水200部に混合しながら添加し、均質
な分散液を調製した。一方、アルミナ繊維(ICI社製、
サフィル)2部を水400部に混合してスラリーを調製し
た。次に、上記分散液と、スラリーとを、固形分の重量
比で70対30となるような割合で混合し、更にカチオン系
ポリアクリルアミド(栗田工業社製、クリフィックス)
0.1部を添加して、抄紙用スラリーとした。
このスラリーから、秤量140g/m2となる量を分取し、
手抄き機にて抄紙シートを製造した。脱水後、シート重
量に基づいて10部相当量のアルミナゾル(日産化学工業
製アルミナゾル#200)と、10%相当量のアクリルエマ
ルジョン(中央理化工業製、リカボンドSA−F638)と
を、そのシートに含浸した後、シートを80℃で熱風乾燥
して、ホイスカー含有シートを得た。
このホイスカー含有シートの特性を評価するために、
シートを幅30mmの短冊状に裁断し、直径30mmの管に巻き
付け、そして接合部は炭化珪素ホイスカーとアルミナゾ
ルを混合したペーストで接着した。このホイスカー含有
シートの巻き付け時の柔軟性などの特性を評価した後、
電気炉を使用して900℃の空気雰囲気中で1時間予備焼
成し、管状のプリフォームを得、次いで焼成後の保形性
を評価した。結果を以下の表−1に示す。
実施例2 スラリーを製造する際に、カナディアンフリーネス30
0mlに叩解したセルロースパルプ(有機繊維)を15部配
合したことを除いて、実施例1と同様にしてホイスカー
含有シートを得た。このホイスカー含有シートの特性に
ついて試験した結果を同表−1に示す。
実施例3 炭化珪素ホイスカーの代わりに、チタン酸カリウムホ
イスカー(チタン工業製、HT−100)を用い、また有機
バインダーとしてウレタン樹脂(東亞合成製、アロンネ
オタンUE−1402)を用いたことを除いて、実施例1と同
様にしてホイスカー含有シートを製造した。このシート
の特性について試験した結果を同表−1に示す。
比較例1 実施例1において、抄紙シートに対して、その脱水
後、アクリルエマルジョンを添加することなく、150℃
の熱風で乾燥することを除いて、実施例1と同様にして
ホイスカー含有シートを製造した。このホイスカー含有
シートを、実施例1と同様にして試験を行い、その特性
を調べた。結果を同表−1に示す。
比較例2 抄紙シートの乾燥前に添加するアルミナゾルの代わり
に、アクリルエマルジョンを使用したことを除いて、比
較例1を繰り返すことにより、ホイスカー含有シートを
製造した。このホイスカー含有シートの特性を調べた。
結果を同表−1に示す。
比較例3 乾燥を150℃の熱風で行ったことを除いて、実施例1
と同様にしてホイスカー含有シートを製造した。このホ
イスカー含有シートの特性試験した結果を同表−1に示
す。
上記の表から分かるように、本発明のホイスカー含有
シートは、比較例で得られたホイスカー含有シートに比
べて、柔軟性及び強度の何れにおいても優れている。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−315697(JP,A) 特開 昭60−65199(JP,A) 特開 昭59−150200(JP,A) 特開 昭60−27639(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】無機ホイスカーと無機繊維とを含むスラリ
    ーを抄紙して得られたシートに、有機バインダーと、コ
    ロイダルシリカ及び/又はアルミナゾルとを添加し、乾
    燥して得られたホイスカー含有シートであって、該乾燥
    して得られたホイスカー含有シートの重量を基準とし
    て、無機ホイスカー40〜80%、無機繊維10〜50%、有機
    バインダー5〜15%並びにコロイダルシリカ及び/又は
    アルミナゾル5〜15%を含み、かつ前記コロイダルシリ
    カ及び/又はアルミナゾルが、脱離温度が135℃〜150℃
    である水分を保持していることを特徴とするホイスカー
    含有シート。
  2. 【請求項2】請求項1記載の該乾燥して得られたホイス
    カー含有シートの重量を基準として、さらに5〜20%の
    有機繊維を加えたスラリーを抄紙して得られたシートを
    用いた請求項1記載のホイスカー含有シート。
  3. 【請求項3】無機ホイスカーと無機繊維とを含むスラリ
    ーを調製し、該スラリーを抄紙してシートを製造し、得
    られたシートに有機バインダーと、コロイダルシリカ及
    び/又はアルミナゾルとを添加した後、乾燥することに
    よりホイスカー含有シートを製造する方法であって、前
    記コロイダルシリカ及び/又はアルミナゾルが保持して
    いる脱離温度が135℃〜150℃である水分を、離脱させな
    い温度でシートを乾燥することを特徴とするホイスカー
    含有シートの製造方法。
  4. 【請求項4】請求項1又は2記載のホイスカー含有シー
    トを成形し、次いで予備焼成することを特徴とする繊維
    強化金属材料用構造体の製造方法。
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