JPH111376A - ガラス容器製造用治具材料 - Google Patents
ガラス容器製造用治具材料Info
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C03—GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
- C03B—MANUFACTURE, SHAPING, OR SUPPLEMENTARY PROCESSES
- C03B35/00—Transporting of glass products during their manufacture, e.g. hot glass lenses, prisms
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Re-Forming, After-Treatment, Cutting And Transporting Of Glass Products (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
製のガラス容器製造用治具材料を提供する。 【解決手段】 炭素繊維を補強材とし、難黒鉛化性炭素
をマトリックスとする炭素繊維強化炭素複合材料であっ
て、該複合材料が高純度化されてなる(好ましくは10
0ppm以下である)ことを特徴とするガラス容器製造
用治具材料。
Description
複合材料からなるガラス容器製造用治具材料に関するも
のである。
器は、ISマシンやプレスマシン等のガラス成形機によ
って製造されていることは良く知られている。これらの
成形機で成形されたガラス容器は、徐冷炉までの搬送過
程において、通常300〜650℃の高温となってい
る。この過程でのガラス容器は、搬送用の治具材表面と
の接触による摩擦や熱応力により、ビリと呼ばれる表面
割れが入りやすく、そのため従来では、アスベストやそ
の成形物がガラス容器製造用治具材料として多く使用さ
れていた。しかし、アスベストが発ガン誘因物質の一つ
として問題視されて以来、アスベストに代わって黒鉛材
料、耐熱プラスチック、炭素繊維強化炭素複合材料(以
下「C/C材」ともいう。)などが使用され始めてい
る。
し、炭素をマトリックスとした複合材料であり、高温強
度が高く、耐熱性、耐衝撃性に優れているため、ガラス
容器製造用治具材料として注目されつつある。
材は、マトリックスたる炭素材として機械的強度(硬
度)が比較的大きく、かつ取扱い易いという点から、一
般にフェノール樹脂等の難黒鉛化性材料を使用している
ために、耐酸化性が低いという欠点がある。即ち、この
ようなC/C材をガラス容器製造用治具材として用いた
場合、治具材の酸化消耗の程度が著しいため、寿命が短
くなりがちであり、その結果新品の治具材との交換回数
が多くなり、最終的にはガラス容器製造コストを上昇さ
せる一因となっていた。
高めることにより、つまり通常は2600℃以上で黒鉛
化することによりC/C材の耐酸化性を改善する試みも
なされている。しかし、2600℃以上の高温で黒鉛化
処理されたC/C材では、硬度の低下という特異な現象
が発生する。このため、このような高温黒鉛化処理後の
C/C材をガラス容器製造用治具材として用いた場合、
耐摩耗性の低下による短命化という別の問題が生じ、最
終的には上記の酸化消耗に起因する短命化の場合と同
様、ガラス容器製造コストの上昇という欠点につなが
る。
であり、その目的とするところは、耐酸化性及び耐摩耗
性に優れたC/C材製のガラス容器製造用治具材料を提
供する点にある。
発明のガラス容器製造用治具材料は、炭素繊維を補強材
とし、難黒鉛化性炭素をマトリックスとするC/C材で
あって、該C/C材が高純度化(望ましくは100pp
m以下)されてなることを特徴とする。また、他の発明
は、その高純度化の手段がハロゲン化処理であることを
特徴とするガラス容器製造用治具材料である。
明者は、一般にフェノール樹脂等の難黒鉛化性材料を使
用してなるC/C材の特性が耐酸化性に及ぼす影響につ
いて種々検討を行ってきた。この結果、C/C材の耐酸
化性の良否が不純物含有量と密接に関連していること、
即ち耐酸化性の低いC/C材ほど不純物含有量(灰分)
が多いという事実を確認することができた。従って、2
000℃程度の高温処理の段階で、ある程度のレベル以
上に高純度化されたC/C材とすることができれば、こ
のC/C材の耐酸化性を改善できるはずである。そし
て、このようなC/C材であれば、従来のように260
0℃以上という高温黒鉛化処理を施す必要もないので、
その反射的効果として硬度低下ひいては耐摩耗性の低下
を回避することができるはずである。従って、ガラス容
器製造用治具材料として十分実用的に良好な使用が可能
なレベルまで耐酸化性、耐摩耗性共にその改善を図るこ
とができるはず、との指針を得て、そのような高純度化
されたC/C材を見い出すべくさらに検討を重ねた結
果、本発明を完成したものである。
材原料とを組み合わせて成形材料とした後、プレス成形
等を行って成形体となし、さらにこれを非酸化性雰囲気
中で炭化焼成した後、高純度化処理を行って得られる。
以下、詳しく説明する。
維はポリアクリロニトリル系、レーヨン系、ピッチ系の
いずれであってもよく、また炭素質、黒鉛質のいずれで
あってもよい。またその形態も、短繊維、長繊維を問わ
ず、シート状であってもよい。さらに、マトリックス中
における炭素繊維の配列方向に特別の条件はない。
性炭素材料であるが、ここにいう「難黒鉛化性炭素材
料」とは、熱処理を行っても結晶子の配向が乱れたまま
で、グラファイトには至らない一群の無定形炭素材料を
意味する。通常は、フェノール樹脂、フラン樹脂等の熱
硬化性樹脂が該当する。
クスとの占有割合は、得られる最終製品(ガラス容器製
造用治具材料)として必要な強度を確保できる範囲で適
宜変更可能であり、通常は成形体中に炭素繊維が50体
積%前後含有されている状態が望ましい。また、成形体
の成形方法にも特別の限定条件はなく、上記のプレス成
形法以外にもフィラメントワインディング法などを挙げ
ることができる。
非酸化性雰囲気中で800℃以上、好ましくは1000
℃以上1500℃以下の温度で炭化焼成してC/C材の
中間体を得る。得られたC/C材の中間体に対してピッ
チ及びフェノール樹脂を含浸し、その後再焼成する作業
を適当な回数だけ繰り返し、C/C材中間体の緻密化を
図る。この後、非酸化性雰囲気中で最高2000℃まで
の温度下で熱処理(高温処理)を行う。
C/C材に対して高純度化処理を行う。高純度化処理と
しては、高温処理,高温真空熱処理,ハロゲン化処理等
があり、すべて採用可能であるが、純度管理の容易性を
考慮した場合、ハロゲン化処理が望ましい。ハロゲン化
処理としては、非酸化性雰囲気下にある真空又は常圧の
熱処理炉内において、Cl2 ガス等のハロゲンガスを用
い、金属不純物の沸点を下げて除去する方法が有効であ
る。
の灰分レベルを従来の一般的なC/C材(灰分レベルは
平均1000ppm程度)よりも高く、具体的には約2
倍以上(約500ppm以下)の高レベルまで高純度化
することにより、従来の一般的なC/C材より耐酸化性
を向上させることができる。望ましくは、純度管理のレ
ベルを100ppm以下とすることにより、耐酸化性を
さらに大きく向上させることができる。この結果、従来
のC/C材のように耐酸化性付与のため2600℃を超
えるような高温での黒鉛化処理を不要にできるため、反
射的効果としてその高温黒鉛化処理が原因で生じていた
耐摩耗性の低下を回避し、良好な耐摩耗性を保持するこ
とができる。即ち、耐酸化性及び耐摩耗性ともに優れた
C/C材とすることができる。
維クロスにフェノール樹脂を40重量%含浸、乾燥し、
これを適当な大きさに切断してプリプレグとした。この
プリプレグを金型に積層し、温度160℃、圧力50k
gf/cm2 でプレス成形し、成形体を得た。この成形
体をN2 雰囲気中にて10℃/hrの昇温速度で100
0℃まで昇温した後、徐冷してC/C材の中間体を得
た。続いてこのC/C材の中間体に対しピッチ及びフェ
ノール樹脂を含浸し、炭化焼成処理を繰り返して緻密質
にした後、この緻密質C/C材をさらにN2 雰囲気中に
て2000℃まで昇温し、1hr保持して高温熱処理し
た。次いで、この熱処理されたC/C材を切断した後、
1つは真空炉内に設置し、2000℃に昇温した後Cl
2 ガスを供給し、炉内圧力を20Torrに制御しつつ
20hrの高純度化処理を行い、100ppm程度にま
で高純度化されたC/C材を得た。
C材から、共に幅24mm×長さ32mm×厚み12.
5mmの試験片を切り出した。まず、ハロゲン化処理し
た試験片を550℃に調整された空気中に24時間放置
して酸化消耗試験を行い、耐酸化性を調べた。次に、リ
ング試験機を使用して以下の条件(〜)で摺動試験
を行い、耐摩耗性を調べた。なお、リング試験機は、一
方端を支点とし、他方端に重りを掛けられた長棒の中間
付近に試験片を取り付け、この試験片に対して下方から
回転している鉄製リングを接触させて摩耗状況を調べる
構造をしている。 〔試験条件〕 面積:12.5mm×20mm 面圧:7.8×10-2MPa 周速:8.24m/s 時間:100hr 雰囲気:大気中
果を、C/C材の硬度に関する物性値と併せて表1に示
す。
ら、実施例1と同じ寸法、形状の試験片を切り出し、同
一条件下で行った耐酸化性及び耐摩耗性の試験の結果を
表1に併せて示す。 (比較例2)実施例1で同時に切り出された他の試験
片、つまり2000℃の熱処理が終了し、最後のハロゲ
ン化処理をしないC/C材から実施例1と同じ寸法、形
状に切り出された試験片に対し、同一条件下で行った耐
酸化性及び耐摩耗性の試験の結果を表1に併せて示す。 (比較例3)最終の黒鉛化処理温度が2600℃以上で
あって、最後のハロゲン化処理を実施しない条件以外は
実施例1,2と同様の製法で得られたC/C材(本発明
で課題としてとり挙げた従来型C/C材に相当する。)
から実施例1と同じ寸法、形状の試験片を切り出し、同
一条件下で行った耐酸化性及び耐摩耗性の試験の結果を
表1に併せて示す。
程度に高純度化されたC/C材(実施例1)では耐酸化
性及び耐摩耗性ともに大きく向上していることが分か
る。一方、従来型C/C材(比較例3)では、高温黒鉛
化処理の作用で一応耐酸化性の点では良好であるもの
の、耐摩耗性が悪い。即ち、製品たるトングの寿命で比
較した場合、実施例1のC/C材は、比較例3のものに
比べて約2倍の延命化を図ることができた。
おらず、しかも最終の黒鉛化温度が2000℃程度とあ
って、耐酸化性は非常に低いことが分かる。なお、比較
例1も比較例2と同程度の純度レベルゆえに耐酸化性及
び耐摩耗性が低いことが分かる。
ス容器製造用治具材が問題なく得られるか、つまり加工
性の面でも特に問題がないか確認するために加工性の試
験も併せて行った。試験は、実施例1で得られた高純度
化C/C材を超硬バイトにより切削加工して、外径50
mm/内径40mm×厚み2.7mmの寸法、形状のト
ングを製作し、製作後のトングを外観から判断した。製
作後のトングは、端部の欠け、傷もなく、綺麗にできて
おり、本発明のC/C材は加工性の面でも何ら問題がな
いことを確認することができた。
項1記載の発明のC/C材製ガラス容器製造用治具材料
は、従来のように2600℃以上という高温黒鉛化処理
することなく、灰分の純度レベルを高くすることによっ
て耐酸化性を高め得た構成である。従って、従来のC/
C材では高温黒鉛化処理を行うが故に回避できなかった
硬度低下ひいては耐摩耗性の低下を有効に防止すること
ができる。この結果、ガラス容器製造用治具材料として
十分実用的に良好な使用が可能なレベルまで耐酸化性、
耐摩耗性共にその向上を図ることができ、同時に治具材
料の延命化を図ることが可能である。
レベルが100ppm以下のものである。従って、請求
項1記載の発明の効果を一層確実、顕著なものとし、治
具材料の寿命でいえば従来より少なくとも2倍程度以上
に延命化された治具材料とすることができる。最終的に
は、ガラス容器製造コストの低減化を図ることができ
る。
ハロゲン化処理によって高純度化したものである。即
ち、純度管理を確実、容易に行なえる手段を採用するこ
とにより、請求項1又は請求項2記載の発明の効果に加
えて、本発明に係る治具材料の製作を良好に行うことが
できる。
Claims (3)
- 【請求項1】 炭素繊維を補強材とし、難黒鉛化性炭素
をマトリックスとする炭素繊維強化炭素複合材料であっ
て、該複合材料が高純度化されてなることを特徴とする
ガラス容器製造用治具材料。 - 【請求項2】 前記高純度化のレベルが100ppm以
下である請求項1記載のガラス容器製造用治具材料。 - 【請求項3】 前記高純度化の手段がハロゲン化処理で
ある請求項1又は請求項2記載のガラス容器製造用治具
材料。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP15186997A JP4101325B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | ガラス容器製造用治具材料 |
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Publications (2)
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JPH111376A true JPH111376A (ja) | 1999-01-06 |
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JP15186997A Expired - Fee Related JP4101325B2 (ja) | 1997-06-10 | 1997-06-10 | ガラス容器製造用治具材料 |
Country Status (1)
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20010070357A (ko) * | 2000-01-11 | 2001-07-25 | 도요탄소 가부시키가이샤 | 지그 |
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WO2013015101A1 (ja) * | 2011-07-28 | 2013-01-31 | 三菱樹脂株式会社 | 炭素繊維強化炭素複合体およびその製造方法 |
-
1997
- 1997-06-10 JP JP15186997A patent/JP4101325B2/ja not_active Expired - Fee Related
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KR20140058516A (ko) * | 2011-07-28 | 2014-05-14 | 미쓰비시 쥬시 가부시끼가이샤 | 탄소 섬유 강화 탄소 복합체 및 그의 제조 방법 |
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