JPS59226139A - 繊維強化金属複合材のプリフオ−ム製造法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、繊維強化金属複合材による製品を得るための
フ０リフォームの製造法に関する。

近年、゛繊維強化金属複合材（以下複合材と略称）は自
動車用部品、電気通信機器部品および日用品等の多分野
に亘って用いられ、なかでも複雑な形状でしかも軽量且
つ高強度を必要とするような自動車用エンジンの関連部
材にその需要が高まりつつある。それ故、高品質かつ低
コストの複合材製品を得るための基体である予備成形体
（以下プリフォームと略称）に対しても同様に高度な要
求がなされているのが現状である。

一般にノリフオームと称せられるものは、複合材製品を
ダイカスト、加圧鋳造又は粉末冶金等の諸法で製造する
に際し、強化用の繊維を主体とする成形体を予め複合材
製品の全体又は一部の強化部形状に合わせて造形したも
のを云い、その後母相材となる合成樹脂、金属等を繊維
間に加圧等の方法により含浸せしめ、加熱や加圧により
母相材を硬化もしくは凝固させて複合化したものが所謂
複合材である。ここで、上記繊維と称せられるものは長
繊維と短繊維とに分類され、長さｔと直径ｄφとの関係
において、ｌ／ｄφ＞５０００のものを長繊維、ｔ／ｄ
’≦５０００のものを短繊維と呼んでいる。また、製法
上短繊維として用いられる材料には５ｊＣ（炭化ケイ素
）があり、組成上短繊維として用いられるものにＢ（ボ
ロン）がある。そして、長繊維又は短繊維何れにおいて
も用いられるものとしてはＰＡＮ（ポリアクリルニトリ
ル系カーボン繊維）、ＳｉＣ等が上げられる。従って、
高品質の複合材製品を得るためのノリフオームとその製
造法において次なる条件が充足されていなければならな
い。即ち、 １）複雑な形状でも成形が容易であること。

１１）プリフォーム中に混入させる繊維が均等に分粒さ
れてほぐされていること。

１１１）プリフォーム中の繊維同士の間隔が適当に保た
れていること。

ｉＶ）　　プリフォームの嵩密度の調整が容易であるこ
と。

Ｖ）　　７°リフオームに繊維以外の有害な成分、つ捷
シ高温下での攪発性が悪く、最終的に複合材製品の強度
等の特性を損なうものを含有せぬこと。

■１）プリフォーム成形後の型離れが容易であること。

■１０　プリフォームの強度が大であること。

ところが、現在捷でのところ強化用繊維として短繊維（
不連続繊維）を選択すると上記条件を満足せしめるグリ
フオームの成形が困難であシ、その結果製品としての複
合材の品質をも損ねてしまう。かかる問題点のあるプリ
フォームにあっては特に自動車用エンジンの関連部品の
如き複雑且つ高強度の要求されるような製品には不向き
なのである。

そこで、本発明は上述の如き事情に鑑みてなされたもの
であシ、所望される特質を備えた複合材製品を得るため
の好適なるプリフォームの製造法を提供することを目的
としている。

この目的を達成せんとして、本発明による繊維強化金属
複合材のプリフォーム製造法は次なる工程を含んでいる
。

■程ｌ：水、水溶液、有機化合物などの溶媒またはこれ
らに必要に応じて結合剤または金属粉を混入した液体へ
の強化用短繊維の分粒と拡散。

工程２：得られる液体の型内への充填。

工程３：型内の充填物の乾燥および有害成分など不要物
の揮発促進のための加熱、加圧。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例製造法につき工
程順に詳述する。

工程１：例えばＳｉＣ，Ａｔ２０３等含有の短繊維を水
、水溶液又は有機化合物の何れか一つの溶媒に投じて攪
拌することによシ分粒し涙に後の成形工程における成形
性を良くするために十分に溶媒に拡散させる。

使用する液体は強化用の短繊維の種類と後の複合材製品
の母相金属との複合化製法によシ選定されるが、なるべ
く短繊維の比重に近いもの、有害成分を含まぬもの、そ
して短繊維の種類に合わせて攪拌が容易であるような粘
度を有するものなどが望ましい。

また、使用する短繊維はその種類、形状によって成形が
難なものがあるため、その際は適切なる結合剤例えばア
ルギン酸ナトリウムとかＣＭＣ（′ｊ？ルボキシルメチ
ルセルロースナトリウム）等を適量混入する必要がある
。

また、母相金属との複合化製法として粉末冶金法を採用
する場合は、液体中に必要量の金属粉つまり製品の母相
を成す金属粉を混入する。

工程２：成形工程に於いては所定形状を有する型の中へ
工程１で製作した短繊維を含む液体を流し込み、この後
加圧と脱液を施して成形する。

加圧および脱液の手法としては第２図および第３図に示
すものが考えられる。即ち、第２図（α）（ｂ）（Ｃ）
　Ｕ最も簡便な手法を示しており、図示の如く例えば四
分割される割型ｌを外環リング２にて組立てて底板３上
に取付け、割型１の内周壁面の全域に亘って離型用フィ
ルム４を張設しておく。そして、割型ｌの内部空間（以
下キャビティと称する）て攪拌済みの短繊維を含む液体
りを充填してのち押し蓋５を載せ、押し蓋５に加圧力を
加えて割型１の割り面１α、■ｂ、１ｃ、１ｄから液汁
を絞り出して脱液、成形を行なう。かくして成形された
ものがプリフォームＰＦである。このような手法は比較
的単純な形状の製品用のプリフォーム成形法として簡便
かつ適当である。

一方、第３図（α）、（ｂ）に示す手法は、空洞６αを
有しその内壁面６ｂに多数の通気孔６Ｃを穿孔した型６
が底板７上に取付けられ、底板７には型内部の空洞６α
に連通ずる減圧孔７αが穿設されていて、減圧機構（図
示せず）に連絡して空洞６ａを減圧させる構造とされて
いる。かかる構造の型６のキャビティに攪拌済みの短繊
維を含む液体りが充填される。図中８は中子の例を示し
ている。然る後、押し蓋９を載せて減圧機構の作動によ
り空洞６αを減圧せしめ、通気孔６Ｇを通してキャビテ
ィ内の空気と液汁を吸い出しつつ押し蓋９に加圧力Ｐを
加えて脱液、成形を行なう。〃目玉後の中子８取出しに
よって成形されたものがプリフォームＰＦである。

このように、負圧を利用して更に積極的に脱液を行なう
ことにより複雑な形状のプリフォームＰＦを成形するの
に適している。

なお、上記の如き２通シの手法に於いては、液体中の短
繊維量、加圧力および脱液手段を選定することにより、
プリフォームＰＦの嵩密度の調整を容易に行なうことが
可能である。

工程３：工程２において製作したフ０リフメームＰＦを
加熱することによって、液体と不要成分を揮発させまた
短繊維同士を結合させてプリフォームＰＦの成形を終了
させる。但し、液体の種類によっては本工程における加
熱を必要としないし、また短繊維および結合剤の種類に
よっては工程２における離型を本工程の後に行なう必要
がある。

つぎに、本発明の実施例製造法により次なる諸条件の下
で製造を試みた場合良好なるプリフォームが得られる。

即ち、使用溶媒：水＋ＣＭＣ（カルボキシルメチルセル
ロースナトリウム）、使用短繊維：５ｊＣ（炭化ケイ素
）含有繊維、加圧力Ｐ：５０ｋｇ／７　　加熱乾燥：２
００°Ｃである。

したがって、以上の説明により明らかなように、本発明
の実施例製造法によれば次に列記する効果が得られる。

即ち、 α）フ０リフォーム中の強化用短繊維の分粒が簡単かつ
確実に行なえるので繊維間の間隔が適切なものとなり、
後の複合化工程において母相を形成する金属材料の含浸
が円滑に行われる。

ｂ）プリフォームの嵩密度がコントロールされ易く、そ
の結果最終的な複合材製品における繊維密度τｆを５〜
２０チまで自由にコントロールすることが可能となるの
で製品強度上の自由度が増す。

Ｃ）プリフォーム自体の強度が高く取り扱いが非常に容
易である。

ｄ）高強度且つ高剛性の特性を備えた複合材製品が得ら
れ、特に複雑形状な自動車用エンジン部品例えばピスト
ン等の製造に著しい効果を発揮し、結局エンジンの高性
能化並びに原料の節約が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例成形法の工程図、第２図（ａ）、（ｂ）
、（ｃ）は型を用いた成形態様を示す説明図、第３図（
αλ（ｂ）も同様に型を用いた成形態様を示す説明図で
ある。 主要部分の符号の説明 ■、６・・型　　　　　　　　４・・・離型用フィルム
５．９・・押し蓋　　　　　　６Ｇ・・・通気孔７ａ・
減圧孔　　　　　　　８・・・中子Ｌ・・液体　　　　
　　　　　υ、・・・繊維密度ＰＦ・・ノリフオーム 出　願人　本田技研工業株式会社 本田金属技術株式会社 代理人　弁理士藤村元彦 第１図 第３

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 繊維強化金属複合材の形状に合わせて予め造形されるフ
   ０リフォームの製造法であって、溶媒に強化用の短繊維
   を混入させて攪拌することにより前記短繊維を分粒およ
   び拡散せしめた液体を得る工程と、前記液体を所定形状
   の型中に入れて加圧および脱液を施して成形体を得る工
   程と、前記成形体中の前記溶媒を除去させ且つ前記短繊
   維を結合せしめる乾燥工程とを含むことを特徴とする繊
   維強化金属複合材のプリフォーム製造法。