JPS591652A - 複合構造材料 - Google Patents
複合構造材料Info
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- JPS591652A JPS591652A JP10833182A JP10833182A JPS591652A JP S591652 A JPS591652 A JP S591652A JP 10833182 A JP10833182 A JP 10833182A JP 10833182 A JP10833182 A JP 10833182A JP S591652 A JPS591652 A JP S591652A
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- structural material
- strength
- carbon fibers
- fibers
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は複合構造材料に関し、さらに詳しくは。
使用状態における温度が数百度にも達するような用途に
特に好適である複合構造材料に関する。
特に好適である複合構造材料に関する。
近年、金属と炭素繊維との複合構造材料（以下。
構造材という）が、いろいろな分野で注目されるように
なってきた。なかでも、金属としてアルミニウム合金を
使用したものは、比強度、比剛性が特に優れていること
から、軽量化を必要とする分野で注目されている。
なってきた。なかでも、金属としてアルミニウム合金を
使用したものは、比強度、比剛性が特に優れていること
から、軽量化を必要とする分野で注目されている。
上記のような構造材としては、従来、Ａ２０２なる。ケ
イ素含有量が極めて少ないアルミニウム合金、すなわち
０．１重量％のケイ素、４．７重量％の銅、０．３Ｊｉ
量チのマグネシウムおよび０．６重量％の銀を含み、残
部がアルミニウムであるような合金と、繊維軸方向の引
張弾性率（以下１弾性率という）が、いわゆる一般に高
弾性タイプと呼ばれるものの中でも比較的低い２８トン
／ｍｍ２程度である炭素繊維とを複合してなるようなも
のがある。
イ素含有量が極めて少ないアルミニウム合金、すなわち
０．１重量％のケイ素、４．７重量％の銅、０．３Ｊｉ
量チのマグネシウムおよび０．６重量％の銀を含み、残
部がアルミニウムであるような合金と、繊維軸方向の引
張弾性率（以下１弾性率という）が、いわゆる一般に高
弾性タイプと呼ばれるものの中でも比較的低い２８トン
／ｍｍ２程度である炭素繊維とを複合してなるようなも
のがある。
しかしながら、かかる従来の構造材は、数百度の高温で
使用すると、炭素繊維の繊維軸方向における引張強度（
以下１強度という）が、使用前、つまり熱履歴を受ける
前のそれの手分以下にまで下がってしまうという欠点が
あった。すなわち、上記従来の構造材は、耐熱劣化性が
大変低い。
使用すると、炭素繊維の繊維軸方向における引張強度（
以下１強度という）が、使用前、つまり熱履歴を受ける
前のそれの手分以下にまで下がってしまうという欠点が
あった。すなわち、上記従来の構造材は、耐熱劣化性が
大変低い。
一般に、このような構造材の上記のような強度低下は、
アルミニウムと炭素繊維との界面の４Ａｌ ＋３Ｃ−＋
Ａ／イＣ３ なる反応に起因して起こるといわれている。しかして、
かかる反応が起こると、 ＡＩ！４Ｃ３は常温でも容易
に加水分解するほどのものであるから構造材が化学的に
不安定にな・す、また炭素繊維自身の強を照射し、光電
効果によって叩き出された電子の運動エネルギーを測定
するもので、いまＸ線のエネルギーをｈν、電子の結合
エネルギーをＢｅ、叩き出された電子の運動エネルギー
をＫｅとすると、エネルギーの保存則から９式 ％式％ が成立し、ｈνは使用したＸ線源によって決まり。
アルミニウムと炭素繊維との界面の４Ａｌ ＋３Ｃ−＋
Ａ／イＣ３ なる反応に起因して起こるといわれている。しかして、
かかる反応が起こると、 ＡＩ！４Ｃ３は常温でも容易
に加水分解するほどのものであるから構造材が化学的に
不安定にな・す、また炭素繊維自身の強を照射し、光電
効果によって叩き出された電子の運動エネルギーを測定
するもので、いまＸ線のエネルギーをｈν、電子の結合
エネルギーをＢｅ、叩き出された電子の運動エネルギー
をＫｅとすると、エネルギーの保存則から９式 ％式％ が成立し、ｈνは使用したＸ線源によって決まり。
測定によってＫｅが求まるから、結局Ｂθ、つまり電子
の結合エネルギーを求めることができるものである。そ
して、物質中には、浅いところに化学結合に関与する分
子軌道原子があり、深いところには構成原子に個有の原
子軌道原子があるが。
の結合エネルギーを求めることができるものである。そ
して、物質中には、浅いところに化学結合に関与する分
子軌道原子があり、深いところには構成原子に個有の原
子軌道原子があるが。
ＥＳＣＡのスペクトルは、これらの軌道のバクーンをそ
のまま表わしていて、その固有の位置の化学シフトから
元素の酸化数や結合状態を知ることができる。本発明に
おいては、上記分析を２国際電気株式会社製Ｘ線光電子
分光装置Ｂ５−２００を使用し、励起Ｘ線をＡ／ Ｋｅ
４，２線（１４Ｂ６．６ｅＶ、 １０ｋｖ、２０ｍＡ）
とし、温度４０℃、真空度１０−８Ｔｏｒｒという条件
で行っている。
のまま表わしていて、その固有の位置の化学シフトから
元素の酸化数や結合状態を知ることができる。本発明に
おいては、上記分析を２国際電気株式会社製Ｘ線光電子
分光装置Ｂ５−２００を使用し、励起Ｘ線をＡ／ Ｋｅ
４，２線（１４Ｂ６．６ｅＶ、 １０ｋｖ、２０ｍＡ）
とし、温度４０℃、真空度１０−８Ｔｏｒｒという条件
で行っている。
」二記のよう々炭素繊維は、構造材中に連続繊維の形態
で存在していてもよいし、短繊維の形態で存在していて
もよい。まだ、織物やマットのような形態で存在してい
てもよい。そして、その配列は、一方向引揃配列であっ
てもよいし、ランダム配列であってもよい。また、た吉
えは円筒状あるいは円柱状の構造材にあっては、フィラ
メントワインディング配列や、織物、マットあるいは一
方向引揃シートをすし巻状にすることによって形成した
。炭素繊維が構造材の軸方向に対して±αの角度をもつ
ような配列であってもよい。たとえば。
で存在していてもよいし、短繊維の形態で存在していて
もよい。まだ、織物やマットのような形態で存在してい
てもよい。そして、その配列は、一方向引揃配列であっ
てもよいし、ランダム配列であってもよい。また、た吉
えは円筒状あるいは円柱状の構造材にあっては、フィラ
メントワインディング配列や、織物、マットあるいは一
方向引揃シートをすし巻状にすることによって形成した
。炭素繊維が構造材の軸方向に対して±αの角度をもつ
ような配列であってもよい。たとえば。
上記角度が±（１０〜３０）度、好ましくは±（１５〜
２５）度になるようにフィラメントワインディング配列
したものは、自動車などの内燃機関のピストンピンとし
て有用である。
２５）度になるようにフィラメントワインディング配列
したものは、自動車などの内燃機関のピストンピンとし
て有用である。
本発明の構造材は、いろいろな方法傾よって製造するこ
とができる。たとえば、炭素繊維にアルミニウム合金を
溶射あるいはイオンブレーティングによって被覆し、こ
れを集めてアルミニウム合金の融点よシも若干低い温度
でホットプレスｆる方法、炭素繊維表アルミニウム合金
粉末とを混ぜてホットプレスする。いわゆる粉末冶金法
、炭素繊維とアルミニウム合金の箔とを交互・に重ね合
わせて加熱加圧する。いわゆる拡散接合法、化学気相析
出法などの方法を用いて炭素繊維にアルミニウム合金と
の濡れ性を改善する物質、たとえばホウ化チタンの薄膜
を被覆した後、溶融したアルミニウム合金中をくぐらせ
てそれを繊維間に含浸し。
とができる。たとえば、炭素繊維にアルミニウム合金を
溶射あるいはイオンブレーティングによって被覆し、こ
れを集めてアルミニウム合金の融点よシも若干低い温度
でホットプレスｆる方法、炭素繊維表アルミニウム合金
粉末とを混ぜてホットプレスする。いわゆる粉末冶金法
、炭素繊維とアルミニウム合金の箔とを交互・に重ね合
わせて加熱加圧する。いわゆる拡散接合法、化学気相析
出法などの方法を用いて炭素繊維にアルミニウム合金と
の濡れ性を改善する物質、たとえばホウ化チタンの薄膜
を被覆した後、溶融したアルミニウム合金中をくぐらせ
てそれを繊維間に含浸し。
複合線材を得る。いわゆる溶融金属浸透法、炭素繊維を
鋳型に充填した後、これに溶融したアルミニウム合金を
注入し、高い圧力をかけて繊維間にアルミニウム合金を
含浸させる。いわゆる高圧鋳造法などを採用することが
できる。
鋳型に充填した後、これに溶融したアルミニウム合金を
注入し、高い圧力をかけて繊維間にアルミニウム合金を
含浸させる。いわゆる高圧鋳造法などを採用することが
できる。
本発明の構造材は、耐熱劣化性が優れていて。
高温で使用したり、熱サイクルを与えても強度低下がほ
とんど起こらないので、使用状態における温度が１５０
〜５５０℃であるような用途に特に好適である。たとえ
ば、ジェットエンジン用コンプレッサーなどのファンブ
レード、ロケットや人工衛星などの各種部品、自動車な
どのブレーキライニング、内燃機関などのピストン、ピ
ストンピン。
とんど起こらないので、使用状態における温度が１５０
〜５５０℃であるような用途に特に好適である。たとえ
ば、ジェットエンジン用コンプレッサーなどのファンブ
レード、ロケットや人工衛星などの各種部品、自動車な
どのブレーキライニング、内燃機関などのピストン、ピ
ストンピン。
コンロッド、ブツシュロッド、ロッカーアーム。
クランクピン、自動車用ミッションなどのシフトフォー
ク、ロータリーエンジンナトのアペックスシール、コン
プレッサーなトノベーン、ソノ他ヘアリング、鉄道車輌
の集電用すり板、電機ブラシ。
ク、ロータリーエンジンナトのアペックスシール、コン
プレッサーなトノベーン、ソノ他ヘアリング、鉄道車輌
の集電用すり板、電機ブラシ。
電気接点などの用途に好適である。
次に、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
アクリル酸１．２モルチを共重合させたポリアクリロニ
トリル（ＰＡＮ）ｌｉ合体を、ジメチルスルオキシド（
ＤＭＳＯ）を溶媒とし、水を凝固剤として湿式紡糸し、
１．０デニール（単糸デニール）、フィラメント数６０
００本のアクリル繊維を得た。
トリル（ＰＡＮ）ｌｉ合体を、ジメチルスルオキシド（
ＤＭＳＯ）を溶媒とし、水を凝固剤として湿式紡糸し、
１．０デニール（単糸デニール）、フィラメント数６０
００本のアクリル繊維を得た。
次に、上記アクリル繊維を、酸化雰囲気巾約２４’０℃
で約２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰囲気中で第
１表に示す焼成条件で熱処理し、崩１八〜４Ａの合計４
種類の炭素繊維を得た。ただし、ｍ２Ａの炭素繊維につ
いては、ＩＲ造後その炭活性であるわけである。しかし
ながら、そのような炭素繊維でも、純アルミニウムと接
触した状態で高温に加熱すると反応し、界面にＡｌ４Ｃ
３なる化合物を生成してしまう。これは、高温に加熱す
ると、それが駆動力になって網平面内炭素原子の配列が
乱れてしまうためであると考えられるが、アルミニウム
中に少なくとも１重量％のけい素が存在している場合に
は上記化合物の生成がほとんどみられない。換言すれば
１合金中のけい素は、上記網平面内炭素原子の配列が乱
れるのを防止し。
で約２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰囲気中で第
１表に示す焼成条件で熱処理し、崩１八〜４Ａの合計４
種類の炭素繊維を得た。ただし、ｍ２Ａの炭素繊維につ
いては、ＩＲ造後その炭活性であるわけである。しかし
ながら、そのような炭素繊維でも、純アルミニウムと接
触した状態で高温に加熱すると反応し、界面にＡｌ４Ｃ
３なる化合物を生成してしまう。これは、高温に加熱す
ると、それが駆動力になって網平面内炭素原子の配列が
乱れてしまうためであると考えられるが、アルミニウム
中に少なくとも１重量％のけい素が存在している場合に
は上記化合物の生成がほとんどみられない。換言すれば
１合金中のけい素は、上記網平面内炭素原子の配列が乱
れるのを防止し。
もってアルミニウムと炭素繊維との反応を抑制するもの
と考えられる。
と考えられる。
上述したような本発明における炭素繊維は、レーザーラ
マン分光分析法によって分析したとき。
マン分光分析法によって分析したとき。
黒鉛構造の８２ｇ対称の振動によるものであるといわれ
ている波数１５８５Ｃ，−’付近のバンド（以下。
ている波数１５８５Ｃ，−’付近のバンド（以下。
Ａバンドという）と、黒鉛構造のＡ＋ｇ対称の振動（禁
制遷移）が結晶端の構造の乱れによって許容遷移になる
ためであるとも、ベンゼン環周辺の化学構造の違いによ
るものであるともいわれている。
制遷移）が結晶端の構造の乱れによって許容遷移になる
ためであるとも、ベンゼン環周辺の化学構造の違いによ
るものであるともいわれている。
波数１３５５ｃｍ”付近のバンド（以下、Ｂバンドとい
う）との強度比、すなわちＢバンドのピーク高さ／Ａバ
ンドのピーク高さく以下、Ｂ／Ａ比という）が０．７以
下、好ましくは０．６以下、さらに好ましくは０．５以
下であるという特徴をもっている。
う）との強度比、すなわちＢバンドのピーク高さ／Ａバ
ンドのピーク高さく以下、Ｂ／Ａ比という）が０．７以
下、好ましくは０．６以下、さらに好ましくは０．５以
下であるという特徴をもっている。
そして、上記Ｂ ／ Ａ比が小さければ小さいほど炭素
繊維は黒鉛化が進んでいる。つまり弾性率が高い。
繊維は黒鉛化が進んでいる。つまり弾性率が高い。
ここにおいて、レーザーラマン分光分析法は。
レーザー光を物質にあてて散乱させたとき、散乱光中に
その物質に特有な量だけ波長が変わった光が混ざって出
てくる現象、すなわちラマン効果を利用して物質の分子
構造に関する情報を得るものである。本発明においては
、上記分析を１日本電子株式会社製レーザーラマン分光
光度計ＪＡＳ −４００Ｄを使用し、炭素繊維のストラ
ンドをホルダーに１〜数本取り付け、その炭素繊維に、
窒素雰囲気中で、米国コヒーレント社製ＣＲ−，３型ア
ルゴンレーザー（波長５１４５Ｘ 、出力２００ｍＷ）
の光をあて、ラマン散乱光を集光した後ダブルグレーテ
ィングで分光し、そのスペクトルを浜松テレビ株式会社
製光電子増倍管Ｒ２６８で受光してチャート上に記録し
、チャート上からＢ ／ Ａ比を読み取ることによって
行っている。
その物質に特有な量だけ波長が変わった光が混ざって出
てくる現象、すなわちラマン効果を利用して物質の分子
構造に関する情報を得るものである。本発明においては
、上記分析を１日本電子株式会社製レーザーラマン分光
光度計ＪＡＳ −４００Ｄを使用し、炭素繊維のストラ
ンドをホルダーに１〜数本取り付け、その炭素繊維に、
窒素雰囲気中で、米国コヒーレント社製ＣＲ−，３型ア
ルゴンレーザー（波長５１４５Ｘ 、出力２００ｍＷ）
の光をあて、ラマン散乱光を集光した後ダブルグレーテ
ィングで分光し、そのスペクトルを浜松テレビ株式会社
製光電子増倍管Ｒ２６８で受光してチャート上に記録し
、チャート上からＢ ／ Ａ比を読み取ることによって
行っている。
また、上述した炭素繊維ば１表面酸化処理を施していな
いものである。すなわち１本発明のような構造材におい
ては、一般に、金属との界面における接着性を向上させ
るために、炭素繊維に電解酸化処理などの表面酸化処理
を施し、網平面内炭素原子の配列を乱して活性表面積を
大きくするとともに１表面が凹凸をもつようにしている
。しかしながら１本発明においては、そのような表面酸
化処理を施していない炭素繊維を使用している。
いものである。すなわち１本発明のような構造材におい
ては、一般に、金属との界面における接着性を向上させ
るために、炭素繊維に電解酸化処理などの表面酸化処理
を施し、網平面内炭素原子の配列を乱して活性表面積を
大きくするとともに１表面が凹凸をもつようにしている
。しかしながら１本発明においては、そのような表面酸
化処理を施していない炭素繊維を使用している。
第１図は、従来一般に使用されている１表面酸化処理を
施してなる炭素繊維の表面を、まだ第２図は１本発明に
おいて使用している９表面酸化処理を施していない炭素
繊維の表面をそれぞれ示す走査型電子顕微鏡写真（倍率
２００００倍）である。
施してなる炭素繊維の表面を、まだ第２図は１本発明に
おいて使用している９表面酸化処理を施していない炭素
繊維の表面をそれぞれ示す走査型電子顕微鏡写真（倍率
２００００倍）である。
これらの写真から２表面酸化処理を施してなる炭素繊維
は、それを施していないものにくらべて微小な凹凸が数
多く認められ１表面が粗面化されていることがわかる。
は、それを施していないものにくらべて微小な凹凸が数
多く認められ１表面が粗面化されていることがわかる。
そして、従来は１表面が粗面化されていると、その凹凸
に金属があたかも係止されるような状態（アンカー効果
と呼ばれている）が作シ出され、活性表面積が大きいこ
とと相まって、界面での接着性が向上して構造材の強度
が高くなると考えられていた。
に金属があたかも係止されるような状態（アンカー効果
と呼ばれている）が作シ出され、活性表面積が大きいこ
とと相まって、界面での接着性が向上して構造材の強度
が高くなると考えられていた。
第２図に示すような３表面酸化処理を施していない炭素
繊維は、その表面をＢＳＣＡ （Ｘ線光電子分光分析法
）によって分析したとき、 １２０２ ｅＶに現われ
る。黒鉛構造を形成する炭素原子の１８軌道のエネルギ
ー準位を表わすＣ１ｓスペクトルのピークの半価幅が、
１．２〜１．５ ｅＶであるという特徴をもっている。
繊維は、その表面をＢＳＣＡ （Ｘ線光電子分光分析法
）によって分析したとき、 １２０２ ｅＶに現われ
る。黒鉛構造を形成する炭素原子の１８軌道のエネルギ
ー準位を表わすＣ１ｓスペクトルのピークの半価幅が、
１．２〜１．５ ｅＶであるという特徴をもっている。
すなわち、炭素繊維に表面酸化処理を施すと、上述した
ように網平面内炭素原子の配列状態が乱れるが、ＥＳＣ
’Ａによる上記１．２〜１、５ ｅＶという値は、少な
くとも表面、つまシ数十Ａ程度の深さまでは上記乱れが
極めて少ないことを示している。
ように網平面内炭素原子の配列状態が乱れるが、ＥＳＣ
’Ａによる上記１．２〜１、５ ｅＶという値は、少な
くとも表面、つまシ数十Ａ程度の深さまでは上記乱れが
極めて少ないことを示している。
ここにおいて、ＦｉＳＣＡは、試料の表面に軟Ｘ＃ｉ！
を照射し、光電効果によって叩き出された電子の運動エ
ネルギーを測定するもので、いまＸ線のエネルギーをｈ
ν、電子の結合エネルギーをＢｅ、叩き出された電子の
運動エネルギーＱＫθとすると、エネルギーの保存則か
ら１式 ％式％ が成立し、ｈνは使用したＸ線源によって決１シ。
を照射し、光電効果によって叩き出された電子の運動エ
ネルギーを測定するもので、いまＸ線のエネルギーをｈ
ν、電子の結合エネルギーをＢｅ、叩き出された電子の
運動エネルギーＱＫθとすると、エネルギーの保存則か
ら１式 ％式％ が成立し、ｈνは使用したＸ線源によって決１シ。
測定によってＫｅが求まるから、結局Ｂθ、つまり電子
の結合エネルギーを求めることができるものである。そ
して、物質中には、浅いところに化学結合に関与する分
子軌道原子があり、深いところには構成原子に個有の原
子軌道原子があるが。
の結合エネルギーを求めることができるものである。そ
して、物質中には、浅いところに化学結合に関与する分
子軌道原子があり、深いところには構成原子に個有の原
子軌道原子があるが。
ＫＳＣＡのスペクトルは、これらの軌道のパターンをそ
のｉｔ表わしていて、その固有の位置の化学シフトから
元素の酸化数や結合状態を知ることができる。本発明に
おいては、上記分析を１国際電気株式会社製Ｘ線光電子
分光装置Ｂ５−２００を使用し、励起Ｘ線をＡ／ Ｋｉ
ｚ、 ２線（１４Ｂ６．６ｅＶ、 １０ｋＶ、２０ｍＡ
）とし、温度４０℃、真空度１０−８Ｔｏｒｒという条
件で行っている。
のｉｔ表わしていて、その固有の位置の化学シフトから
元素の酸化数や結合状態を知ることができる。本発明に
おいては、上記分析を１国際電気株式会社製Ｘ線光電子
分光装置Ｂ５−２００を使用し、励起Ｘ線をＡ／ Ｋｉ
ｚ、 ２線（１４Ｂ６．６ｅＶ、 １０ｋＶ、２０ｍＡ
）とし、温度４０℃、真空度１０−８Ｔｏｒｒという条
件で行っている。
上記のような炭素繊維は、構造材中に連続繊維の形態で
存在していてもよいし、短繊維の形態で存在していても
よい。まだ、織物やマットのような形態で存在していて
もよい。そして、その配列は、一方向引揃配列であって
もよいし、ランダム配列であってもよい。また、たとえ
ば円筒状あるいは円柱状の構造材にあっては、フィラメ
ントワインディング配列や、織物、マットあるいは一方
向引揃シートをすし巻状にすることによって形成した。
存在していてもよいし、短繊維の形態で存在していても
よい。まだ、織物やマットのような形態で存在していて
もよい。そして、その配列は、一方向引揃配列であって
もよいし、ランダム配列であってもよい。また、たとえ
ば円筒状あるいは円柱状の構造材にあっては、フィラメ
ントワインディング配列や、織物、マットあるいは一方
向引揃シートをすし巻状にすることによって形成した。
炭素繊維が構造材の軸方向に対して±αの角度をもつよ
うな配列であってもよい。たとえば。
うな配列であってもよい。たとえば。
上記角度が±（１０〜６０）度、好ましくは±（１５〜
２５）度になるようにフィラメントワインディング配列
したものは、自動車などの内燃機関のピストンピンとし
て有用である。
２５）度になるようにフィラメントワインディング配列
したものは、自動車などの内燃機関のピストンピンとし
て有用である。
本発明の構造材は、いろいろな方法によって製造するこ
とができる。たとえば、炭素繊維にアルミニウム合金を
溶射あるいはイオンブレーティングによって被覆し、こ
れを集めてアルミニウム合金の融点よシも若干低い温度
でホットプレススル方法、炭素繊維とアルミニウム合金
粉末とを混ぜてホットプレスする。いわゆる粉末冶金法
、炭素繊維とアルミニウム合金の箔とを交互・に重ね合
わせて加熱加圧する。いわゆる拡散接合法、化学気相析
出法などの方法を用いて炭素繊維にアルミニウム合金と
の濡れ性を改善する物質、たとえばホウ化チタンの薄膜
を被覆した後、溶融したアルミニウム合金中をくぐらせ
てそれを繊維間に含浸し。
とができる。たとえば、炭素繊維にアルミニウム合金を
溶射あるいはイオンブレーティングによって被覆し、こ
れを集めてアルミニウム合金の融点よシも若干低い温度
でホットプレススル方法、炭素繊維とアルミニウム合金
粉末とを混ぜてホットプレスする。いわゆる粉末冶金法
、炭素繊維とアルミニウム合金の箔とを交互・に重ね合
わせて加熱加圧する。いわゆる拡散接合法、化学気相析
出法などの方法を用いて炭素繊維にアルミニウム合金と
の濡れ性を改善する物質、たとえばホウ化チタンの薄膜
を被覆した後、溶融したアルミニウム合金中をくぐらせ
てそれを繊維間に含浸し。
複合線材を得る。いわゆる溶融金属浸透法、炭素繊維を
鋳型に充填した後、これに溶融したアルミニウム合金を
注入し、高い圧力をかけて繊維間にアルミニウム合金を
含浸させる。いわゆる高圧鋳造法などを採用することが
できる。
鋳型に充填した後、これに溶融したアルミニウム合金を
注入し、高い圧力をかけて繊維間にアルミニウム合金を
含浸させる。いわゆる高圧鋳造法などを採用することが
できる。
本発明の構造材は、耐熱劣化性が優れていて。
高温で使用したり、熱ザイクルを与えても強度低下がほ
とんど起こらないので、使用状態における温度が１５０
〜５５０℃であるような用途に特に好適である。たとえ
ば、ジェットエンジン用コンブレッザーなどのファンブ
レード、ロケットや人工衛星などの各種部品、自動車な
どのブレーキライニング、内燃機関などのピストン、ピ
ストンピン。
とんど起こらないので、使用状態における温度が１５０
〜５５０℃であるような用途に特に好適である。たとえ
ば、ジェットエンジン用コンブレッザーなどのファンブ
レード、ロケットや人工衛星などの各種部品、自動車な
どのブレーキライニング、内燃機関などのピストン、ピ
ストンピン。
コンロッド、ブツシュロッド、ロッカーアーム。
クランクビン、自動車用ミッションなどのシフトフォー
ク、ロータリーエンジンなどのアペックスシール、コン
プレッサーなどのベーン、 ソノ６２ヘアリング、鉄道
車輌の集電用すり板、電機ブラシ。
ク、ロータリーエンジンなどのアペックスシール、コン
プレッサーなどのベーン、 ソノ６２ヘアリング、鉄道
車輌の集電用すり板、電機ブラシ。
電気接点などの用途に好適である。
次に、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。
実施例１
アクリル酸１．２モルチを共重合させたポリアクリロニ
トリル（ＰＡＮ）重合体を、ジメチルスルオキシド（Ｄ
ＭＳＯ）を溶媒とし、水を凝固剤として湿式紡糸し、１
．０デニール（単糸デニール）、フィラメント数６００
０本のアクリル繊維を得た。
トリル（ＰＡＮ）重合体を、ジメチルスルオキシド（Ｄ
ＭＳＯ）を溶媒とし、水を凝固剤として湿式紡糸し、１
．０デニール（単糸デニール）、フィラメント数６００
０本のアクリル繊維を得た。
次に、上記アクリル繊維を、酸化雰囲気巾約２４０℃で
約２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰囲気中で第１
表に示す焼成条件で熱処理し、ｌ＆１１Ａ〜４Ａの合計
４種類の炭素繊維を得た。ただし、ｍ２Ａの炭素繊維に
ついては、製造後その炭素繊維を開極とし１通電ローラ
を介して直流電流を流しながら１０重量％水酸化すトリ
ウム水溶液中に通し、１８００ジユ一ル／ｇのエネルギ
ーを与えて表面電解酸化処理を施した。
約２時間焼成して耐炎化し、さらに窒素雰囲気中で第１
表に示す焼成条件で熱処理し、ｌ＆１１Ａ〜４Ａの合計
４種類の炭素繊維を得た。ただし、ｍ２Ａの炭素繊維に
ついては、製造後その炭素繊維を開極とし１通電ローラ
を介して直流電流を流しながら１０重量％水酸化すトリ
ウム水溶液中に通し、１８００ジユ一ル／ｇのエネルギ
ーを与えて表面電解酸化処理を施した。
次に、ＮｎＩＡ〜４Ａの炭素゛繊維のそれぞれについて
９株式会社島４津製作所製引張試験機ＸＳ−５０００を
使用し、ＪＩＳ Ｒ７６０１の５．６．２．に規定され
る方法による強度および弾性率と、レーザーラマン分光
分析法によるＢ ／ Ａ比と、ＥＳＣＡによる半価幅を
測定した。測定結果を第１表に示す。
９株式会社島４津製作所製引張試験機ＸＳ−５０００を
使用し、ＪＩＳ Ｒ７６０１の５．６．２．に規定され
る方法による強度および弾性率と、レーザーラマン分光
分析法によるＢ ／ Ａ比と、ＥＳＣＡによる半価幅を
測定した。測定結果を第１表に示す。
一方、エタノール６重量部にポリメチルメタクリレート
（ＰＭＭＡ）１重量部を溶解せしめた溶液と、平均粒径
約３５μの純アルミニウムとケイ素とをケイ素の含有敏
が８重置チになるように混合した混合物を準備し、上記
溶液中に混合物をその含有計が６０重敞係程度になるよ
うに入れて懸濁液を得ｆｃ。
（ＰＭＭＡ）１重量部を溶解せしめた溶液と、平均粒径
約３５μの純アルミニウムとケイ素とをケイ素の含有敏
が８重置チになるように混合した混合物を準備し、上記
溶液中に混合物をその含有計が６０重敞係程度になるよ
うに入れて懸濁液を得ｆｃ。
次に、−Ｆ配設濁液を攪拌し２ながら、その中を醜１Ａ
の炭素繊維を約３３ｃｍ／分の速度でくぐらせ。
の炭素繊維を約３３ｃｍ／分の速度でくぐらせ。
繊維間に上記懸濁液を含浸した後、約６０℃で乾燥し、
ボビンに巻き取つｋ。全く同様のことを。
ボビンに巻き取つｋ。全く同様のことを。
Ｎ１１２Ａ〜４Ａの炭素繊維についても行った。
次に、上記ボビンからｍＩＡの炭素繊維を引き出し、長
さ９０ｍｍに切断し、一方向に並べて金型に入れた後、
真空中にて約５６０℃、約ろ００ｋｇ／／Ｃｍ２で加熱
加圧（ホットプレス）シ、炭素繊維の含有率が約５０体
積係である構造材を得た。全く同様にして、ＮＱ２Ａ〜
４Ａの炭素繊維による構造材を得た。
さ９０ｍｍに切断し、一方向に並べて金型に入れた後、
真空中にて約５６０℃、約ろ００ｋｇ／／Ｃｍ２で加熱
加圧（ホットプレス）シ、炭素繊維の含有率が約５０体
積係である構造材を得た。全く同様にして、ＮＱ２Ａ〜
４Ａの炭素繊維による構造材を得た。
次に、上記各構造材から、繊維軸方向を長手方向とする
第３図に示すような寸法、形状の試験片を切り出し、上
記引張試験機を使用し、引張速度０、５ ｗ ７分とい
う条件で引張試験を行った。一方。
第３図に示すような寸法、形状の試験片を切り出し、上
記引張試験機を使用し、引張速度０、５ ｗ ７分とい
う条件で引張試験を行った。一方。
上記各試験片の理論強度を計算し、実測強度と理論強度
の比、すなわち、実測強度／理論強度を求めた。結果を
第１表に示す。なお、理論強度は次式によって削算した
。
の比、すなわち、実測強度／理論強度を求めた。結果を
第１表に示す。なお、理論強度は次式によって削算した
。
’ ” ’ｆ−ｖｆ＋ ６ｍ （１％ ）ただし、σ二
試験片の理論強度 σｆ：炭素繊維の強度 ｖｆ、炭素繊維の体積含有率 σｍ：炭素繊維破断時のアルミ ニウム合金の応力 次に、上５ピ４種類の試験片を、真空中５５０℃で８時
間熱処理した後、−１−記と同様にして実測強度と理論
強度の比を求めた。結果を第１表に示す。
試験片の理論強度 σｆ：炭素繊維の強度 ｖｆ、炭素繊維の体積含有率 σｍ：炭素繊維破断時のアルミ ニウム合金の応力 次に、上５ピ４種類の試験片を、真空中５５０℃で８時
間熱処理した後、−１−記と同様にして実測強度と理論
強度の比を求めた。結果を第１表に示す。
上記第１表から１弾性率が２３トン／ｍｍ２の炭素繊維
を使用すると、たとえ表面酸化処理を施していなくても
、かつケイ素の含有量が本発明の範囲内であっても、理
論強度の１１５程度の強度のものしか得られず、しかも
その−強度が熱処理によってさらに１／６程度にまで下
がってしまうことがわかる。また、ｍ２Ａと３Ａによる
ものを比較するに１両者の相異は表面酸化処理の有無の
みであるのに、後者によるものの耐熱劣化性は前者によ
るものにくらべて格段に高い。この傾向は９弾性率が４
０トン／Ｍ２であるｍ４Ａの炭素繊維によるものでは一
層顕著に現われている。
を使用すると、たとえ表面酸化処理を施していなくても
、かつケイ素の含有量が本発明の範囲内であっても、理
論強度の１１５程度の強度のものしか得られず、しかも
その−強度が熱処理によってさらに１／６程度にまで下
がってしまうことがわかる。また、ｍ２Ａと３Ａによる
ものを比較するに１両者の相異は表面酸化処理の有無の
みであるのに、後者によるものの耐熱劣化性は前者によ
るものにくらべて格段に高い。この傾向は９弾性率が４
０トン／Ｍ２であるｍ４Ａの炭素繊維によるものでは一
層顕著に現われている。
実施例２
上記１ｍ３Ａの炭素繊維を用い、実施例１と同様の方法
によってはいるが、第２表に示すように。
によってはいるが、第２表に示すように。
ケイ素の含有量が異なる合゛計７種類の試験片１Ｂ〜７
Ｂを作り、それぞれの試験片について実施例１と同一の
試験を行い、実測強度と理論強度の比を求めた。結果を
第２表に示す。
Ｂを作り、それぞれの試験片について実施例１と同一の
試験を行い、実測強度と理論強度の比を求めた。結果を
第２表に示す。
第 ２ 表
第２表から、たとえ弾性率が３０トン／ｍｍ２であり、
かつ表面酸化処理を施していない炭素繊維を使用したと
しても、ケイ素の含有量が１〜２２重量％の範囲内でな
ければ、耐熱劣化性の優れた構造材を得ることができな
いことがわかる。このことは９弾性率が４０トン／ｍ１
１２であるｍ４Ａの炭素繊維を使用した場合でも同様で
ある。
かつ表面酸化処理を施していない炭素繊維を使用したと
しても、ケイ素の含有量が１〜２２重量％の範囲内でな
ければ、耐熱劣化性の優れた構造材を得ることができな
いことがわかる。このことは９弾性率が４０トン／ｍ１
１２であるｍ４Ａの炭素繊維を使用した場合でも同様で
ある。
第４図は、ｍ４Ｂの試験片の繊維軸方向における断面を
熱処理後のものについて示す顕微鏡写真（倍率５００倍
）である。この写真をみると、炭素繊維の輪郭が極めて
明瞭であるが、全く同様に撮影した。ｍ２Ｂの試験片の
写真（第５図９倍率５００倍）をみると、上記輪郭が極
めて不明瞭で。
熱処理後のものについて示す顕微鏡写真（倍率５００倍
）である。この写真をみると、炭素繊維の輪郭が極めて
明瞭であるが、全く同様に撮影した。ｍ２Ｂの試験片の
写真（第５図９倍率５００倍）をみると、上記輪郭が極
めて不明瞭で。
アルミニラＡと炭素繊維との反応が起こっていることが
わかる。
わかる。
真、第６図は試験片を示す概略斜視図、第４図は本発明
にかかる構造材の断面を示す顕微鏡写真。 第５図は従来の構造材の断面を示す顕微鏡写真である０ 特許出願人 東 し 株 式 会 社第１図 第２図 第３図
にかかる構造材の断面を示す顕微鏡写真。 第５図は従来の構造材の断面を示す顕微鏡写真である０ 特許出願人 東 し 株 式 会 社第１図 第２図 第３図
Claims (1)
- １〜２２重量−のケイ素を含むアルミニウム合金と、繊
維軸方向の引張弾性率が少なくとも３０トン／ｍ１１１
２であり、かつ表面酸化処理を施していない炭素繊維と
を複合してなることを特徴とする複合構造材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10833182A JPS591652A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 複合構造材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10833182A JPS591652A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 複合構造材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS591652A true JPS591652A (ja) | 1984-01-07 |
| JPH0321612B2 JPH0321612B2 (ja) | 1991-03-25 |
Family
ID=14481983
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10833182A Granted JPS591652A (ja) | 1982-06-25 | 1982-06-25 | 複合構造材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS591652A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61130439A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 線状複合材料の製造方法 |
| JPS6230838A (ja) * | 1985-07-31 | 1987-02-09 | Toshiba Corp | ロ−タリ−コンプレツサの摺動部品 |
| JPS6396229A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-04-27 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化アルミニウム合金部材 |
| CN111235436A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-06-05 | 上海交通大学 | 一种原位合成碳化铝增强铝基复合材料及其制备方法 |
-
1982
- 1982-06-25 JP JP10833182A patent/JPS591652A/ja active Granted
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61130439A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-18 | Agency Of Ind Science & Technol | 線状複合材料の製造方法 |
| JPS6354054B2 (ja) * | 1984-11-30 | 1988-10-26 | Kogyo Gijutsuin | |
| JPS6230838A (ja) * | 1985-07-31 | 1987-02-09 | Toshiba Corp | ロ−タリ−コンプレツサの摺動部品 |
| JPS6396229A (ja) * | 1986-10-09 | 1988-04-27 | Honda Motor Co Ltd | 繊維強化アルミニウム合金部材 |
| JPH0364576B2 (ja) * | 1986-10-09 | 1991-10-07 | Honda Motor Co Ltd | |
| CN111235436A (zh) * | 2020-01-16 | 2020-06-05 | 上海交通大学 | 一种原位合成碳化铝增强铝基复合材料及其制备方法 |
| CN111235436B (zh) * | 2020-01-16 | 2021-02-02 | 上海交通大学 | 一种原位合成碳化铝增强铝基复合材料及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0321612B2 (ja) | 1991-03-25 |
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