JPS5969500A - ウイスカ−組成物およびその製造方法 - 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】 本発明は新規かつ有用なウィスカー組成物および七の製
造方法に関する。

ウィスカーは、理論強度に近い強度と高い弾性率を有す
るため、補強材として各種基材に配合して複合材を製造
するための素伺として注目されている。特に、無機質ウ
ィスカーを金属あるいは合ｒｉｙ、樹脂に配合した複合
材は大きな期待のもとに広く研究されている。

しかし、無機質ウィスカー（特に短繊維ウィスカー）は
、通常、強くからみ合ってＮ集し“もぐさ１状を呈して
いるので、この凝集したままのものを各種基材に配合し
てもからみ合いがほぐれず、基材中に均一に分散しない
ため、補強効果が充分に得られない難点がある。このた
め、従来、ふるい分けによりからみ合っていない部分の
み選別するとか、各種の液体に懸濁させてふるい分けし
たり、溶融したカンフエンと混合して押出しをくり返し
たりしてほぐす方法が提案されているのであるが、これ
らの方法には、収率が低い、効果があまりよくない、手
間がかかつて実用的でないなどの欠点がある。また、機
械的なせん断力によりほぐす方法が提案されているが、
このような方法ではウィスカーが折れるなどしてアスペ
クト比が劣化して性能が低下したり、また場合によって
は逆にからみ合いが助長されてしまうなど、不満足な結
果しか得られない。

このほか、ウィスカーを機械的あるいは電磁気的に整列
せしめる方法や、ウィスカーのマットなどを形成せしめ
る方法が数多く知られているが、これらの方法ではから
み合いをほぐすことはできず、はぐれたウィスカーの整
列や成形に有効であるに過ぎない。

また、たとえこれらの手段でからみ合いをほぐしたとし
ても、これに軽度の外力が加えられると、再びからみ合
いが発生することが多く、貯蔵、輸送、加工などが甚し
く困難であるという欠点がある。

以Ｆ述べたように、ウィスカーのからみ合いをほぐし、
かつ、はぐれた状態を保つための有効な手段がいまだ見
出されていないのが現状であって、このため、画期的と
宣伝されたウィスカーの性能ン生かした複合材の実用化
が進歩していない状況である。

本発明はかかる技術的課題にかんフ＋−み鋭意萌究の結
果完成されたものであって、これは無機質ウィスカー１
００重量部と、平均粒子径０２〜０００５ＩＩＩＴ１１
の無機質あるいは有機質の微粉末５０重信部以上とを実
質的に均一混合してなるウィスカー組成物、゛特にはウ
ィスカーが２次元配向された該組成物に関するものであ
る。

本発明はまた上記ウィスカー組成物の製造方法を提供す
るものであって、これは凝集状態にある無機質ウィスカ
ー１００重量部と、平均粒子径０．２〜０．００５肛の
無機質あるいは有機質の微粉末５０重量部以上となせん
断力を与えながら実質的に均一混合することを特徴とす
るものである。

これを説明すると、からみ合って凝集しているウィスカ
ーのみに機械的なせん断力を付与すると、このせん断力
か弱いときやせん断力のかけ方によってはからみ合いが
かえって助長されて団塊状になってしまい、またせん断
力が強いとウィスカーが折れてしまうのが常であるが、
本発明者らはこのせん断力な付与するに際し、平均粒子
径０２〜０．００５ｍｍの無機質または有機質の微粒子
を、ウィスカーと微粒子の重量比が２：１以下の範囲で
混合すると、ウィスカーを損傷することなく、きわめて
効果的にからみ合いをほぐすことができ、しかもせん断
力のイ・１与後の状態では、ウィスカーが組成物中２次
元的に配向しており、かつ−たんほぐれたウィスカーが
川びからみ合うことがない組成物な得ることができるこ
とを見出し本発明を完成した。

本発明に適用される無機質ウィスカーとしては、その種
類に特に制限はなく、Ｂ、黒鉛、Ａ１２ｏ３、Ｓｉ０％
Ｓｉ３Ｎ、、Ｂ　４　（１’　、Ｅ　ｅ　Ｏ等のセラミ
ックウィスカー、Ｆｅ　、　Ｎｉ　、　　Ｃｏ、Ｏｒ＋
Ｗ１ｃｕ等の金属ウィスカー等すべて可能であり、特に
短繊維状のセラミックライスクーの場合に大きな効果が
ちたら六れる。

上記無機質ウィスカーに混合使用される微粉末としては
、平均粒子径が０２〜０．００り１１１１１１（特に好
ましくは０２〜０．　Ｏ］　ｍｍ）の非繊維イ）このも
のであればよく、無機質ないし有機ａの各ｔ１１のもの
が使用でき、これには粘土、タルク、炭酸カルシウム、
石こう、炭素、炭酸マグネシウム、水酸化カルシウム、
水酸化マグネシウム、けい砂、炭化けい素、Ａ１、λ’
ｇ　ＳＣｕ　、　Ｆ６　　など各袖無ＲｔＨ’ｉのもの
、デン粉、乳糖、デキストリン、循結晶セルロース、ス
テアリン酸、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリビニ
ルアルコール、ポリアクリル酸ナトリウム、ポリエチレ
ンオキザイド、あるいはポリ酢酸ビニル系、ポリアクリ
ル酸エステル系等の各種の粉末エマルジョンなど各種有
機質のものが例示される。これらの微粉末は平均粒子径
が前記した０、２〜０．００５ａｍの範囲のものである
ことが必要で、この範囲をはずれるものであると、から
み合いをほぐす効果、あるいは再びからみ合ってしまう
のを防止する効果に劣る結果となる。

これら微粉末の配合割合は、無機質ウィスカー１００重
量部に対して５０雷量部以上とすることが必要であり、
５０重量部未満では微粉末が少なすぎて、ウィスカーの
からみ合いをほぐす効果が乏しく、また−たんほぐれた
ものが再びからみ合うようになる。

無機質ウィスカーと微粉末とをせん断力を与えて実質的
に均一に混合する方法としては、ロール、らいかい機、
粉砕機、混合機、分散機、かくはん機、ねっ和様、多軸
スクリューフィーダー、造粒機等公知の装置を利用する
とか、あるいは２枚の平行板の間隙に混合物を挾んです
り合わせるなど任意の方法が採用され得ろか、特には面
間で摺動する機構によるのが好ましい。この理由はこの
ような面間で摺動する機構によるときは、ウィスカーの
からみ合いのはぐしか良好に行われ、さらにウィスカー
が摺動面に平行な方向に２次元的に配向され、これをそ
の配向を崩さぬように取扱って複合材を製造することに
より強度的にきわめてすぐれた複合製品が得られること
によるものである。

本発明のウィスカー組成物は、そのままの状態で貯蔵、
輸送、加工等を行うことが容易であり、また取扱い中に
ほぐれたウィスカーが再びからみ合うことがない。

この組成物はそのままあるいはさらにこｉｌに他の成分
を加えてから金属溶湯に加えて鋳造したり、金属粉末と
混合して加熱加圧成型し、あるいは適当な手段で金属シ
ートに含有せしめて前駆成形物としてからさらに加工す
るなどの方法で強化金属を得ることができ、さらにまた
この組成物は合成樹脂ベレットや粉末と混合して押出成
形、射出成形、圧縮成形等の公知の成形方法により強化
合成記した加工の種類に応じ有利なように選択すべきで
あり、例えば強化金属を得る目的においては、焼失して
害とならない有機質の微粉末や、強化すべき金属自体、
あるいはこれが合金のときは合金の構成成分、さらには
ウィスカーと同種または他種の無機物質が好ましい。ま
た、水あるいは適当な溶媒で溶解除去可能な無機または
有機物質を用いる方法も可能である。強化合成樹脂成形
品を得る目的においては、基材樹脂と同種の樹脂あるい
はこれと混合して使用すべき、もしくは混合して支障の
ない樹脂、溶剤、着色剤、充填剤等の微粉末を用いると
か、あるいは強化金属の場合と同様に焼失させまたは溶
解除去が可能なものを用いるのが好ましい。

本発明のウィスカー組成物シマ、からみ合ったウィスカ
ー塊を含まず、肉眼的に均一な粉末状を呈しており、最
大限１　ｍｍのオーダーでは均質とみなし得るものであ
る。また本発明のウィスカー組成物中のウィスカーは容
易に２次元配向をとりつるが、特に組成物の混合を面間
で摺動する方法で実施したときは、組成物中のウィスカ
ーは容易に２次元配向どなる。

つぎに本発明の実施例をあげる。

実施例　１ “もぐさ９状のＳｉＯウィスカー１００重量部に対して
、デキス）　ＩＩンの１４９μふるい通過微粉末（４４
μふるい上９５％）３００＠ｌ’Ｒ部を加えて面摺動型
粉砕機（ディスパーミル）で処理したところ、“もぐさ
１状態は全く消失して均一な混合粉末状組成物が得られ
た。粉砕機よりの粉末の排出？斜面に沿って静に行うと
、得られた組成物中でライ・スカーは２次元配向をとっ
ていた。

このようにして得られた粉末状組成物は揺動、流動等の
外力が与えられても組成物中のウィスカーが凝集してか
らみ合うことはなく、またウィスカーの折損、摩損等の
損傷は認められなかった。

この組成物をアルミニウムの溶湯に加えてデキストリン
を焼失せしめ、ついで鋳造を行い強化アルミニウムを得
ることができた。

比較例】 実施例１に用いたＳｉＯウィスカー単独および５ｉＣｉ
ウイス力−１００重量部に対して実施例１で用いたと同
様のデキストリン３０重匍部を加えたものを実施例１と
同様にして処理したところ、“もぐさ１を平板状に押し
つぶして砕いたような形状の凝集物を含んだ粉末が得ら
れた。この凝集物をさらに数回同様に処理して得た粉末
は、ウィスカーの折損が甚しく仲化材として劣ったもの
であった。また、この粉末はわずかの揺動により再び“
もぐさ１状の凝集物が発生した。

実施例　２ 実施例１のデキストリンに代えてアルミニウムの１０５
μふるい通過微粉末（４４／ｌふるし）上９７％）を用
い、ロールミルで処理したところ、２次元的に配向した
ウィスカーを含む均一な沖合粉末が得られた。ウィスカ
ーの損傷、外力による再凝集とも認められず、この組成
物はそθ）まま粉末冶金の原料として有用であり、高性
能の強化金属が得られた。

比較例　２ 実施例２において、アルミニウム徽粉末を加えずに同様
に処理したところ、“もぐさ“カー押しつぶされたよう
な小片となったのみで粉末状Ｃ二ならなかった。

実施例　３ ＡＩ　　Ｏの凝集状ウィスカー】００重量部をボ３ す塩化ビニル樹脂の１４９μふるい通過粉末（４４μふ
るい士９９％）２００重量部と混合し、らいかい機で３
０分間処理したところ、容易に２次元配向をとりうる、
均一な混合粉末が得られた。ウィスカーの損傷外力によ
る再凝集は認められず、この組成物は強化樹脂成形品の
原料として有用であった。

比較例３ 実施例３において、ポリ塩化ビニル樹脂を加えずに処理
したところ、凝集はかえって増大し、団塊状となった。

また２５０〜３５０戸のポリ塩化ビニル樹脂ケ用いて実
施例３と同様に処理したところ、凝集は全くほぐれず、
均一な組成物は得られなかった。

実施例４ “もぐさ１状の８．１３Ｎ４ウイス力−１００重量部に
ポリ酢酸ビニル系粉末エマルジョン（７４μふるい全通
、４４μふるい上９２％）８０重量部を加えて２枚のＳ
ＵＳ平板間に挾み、１５分間摺動したところ、２次元的
に配向したウィスカーを含む均一な組成物が得られた。

ウィスカーの損傷、外力による再凝集は認めらＪｌなか
った。こσ）組成物を加熱溶融してシート状とし、アル
ミニウム板上に貼着して複合前駆成形物の原料とするこ
とカーできた。

比較例　４ 実施例４のＳ　１３　Ｎ　４　ウィスカーと粉末エマル
ジョンを粉末状でＭ合処即することなく３００重ＩＩ部
の水中に分散し６０分間かくはんしてからガラス板上に
流延し乾燥させてシート状としたが、ウィスカーの凝集
は全くほぐれておら→２、不均一な団塊が散Ｙ１シてい
て複合材の原料として使用ｌ二たえなかった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　無機り４ウイス力−１００重量部と、平均粒子径０
   ２〜０．００５關の無機質あるいは有機質の微粉末５０
   重量部９１上とを実質的に均一混合してなるウィスカー
   組成物 ２　前記組成物において、ウィスカーが２次元配向して
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記師のウィ
   スカー組成物 ３　凝集状態にある無機負ウィスカー１００重量部と、
   平均粒子径０．２〜０．００５ｍ＋ｎの無機質あるいは
   有機質の微粉末５０軍量部以上となせん断力を与えなが
   ら実質的に均一混合することを特徴とするウィスカー組
   成物の製造方法