JPS60210600A - ウイスカ−成形体の強化形成法 - 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】 〔発明の対象〕 本発明は、金属、合金または各種プラスチックなどのマ
トリックス物質を溶浸あるいは含浸して繊維強化複合材
を製造する際に１その繊維質骨格として用いるウィスカ
ー成形体の強化形成法に関する。

〔技術の背景〕

８１Ｃウイスカー、　８１．Ｎ、ウィスカーなどを強化
材料として繊維強化複合材を製造するＫは、ウィスカー
の集合成形体に液状のマトリックスを圧入して固化する
方法が有効とされている。この方法によって得られる複
合材の特性は繊維質骨格となるウィスカー成形体の性状
に大きく左右され、と〈Ｋウィスカー成形体に密度なら
びに組織の均質性と、複合過程でマトリックスの圧入に
耐える非変形性を付与しておくことが高性能複合材を得
るための重要な性状因子となる。

出願人は、先に複合材用ウィスカープリフォームを形成
する効果的な手段として、ウィスカー生成物を水または
有機溶媒に分散し、これを常圧またはガス加圧下に濾過
して残留する湿潤ウィスカーケーキをそのまま又は所定
密度に圧縮したのち乾燥処理する方法を開発した（特願
昭５７−２２６５４５、同５９−１２０４９）。　これ
ら先願技術によるウィスカープリフォームは、ウィスカ
ー単独の集合体でありながら極めて均質な一体組織構造
を有する理想的な性状を呈しているが、形成されるプリ
フォームが低密度の場合には複合時における非変形性が
十分保持しきれず、応々にして脂性変形を生じて複合性
能を損ねる難点があった。

非変形性の付与にはバインダーによる結合強化が考えら
れるが、バインダー成分の選択にあたっては複合化温度
域で強度低下を起さず、またマトリックス物質の円滑な
含浸および骨格繊維との濡れ性を阻害しない等、物性面
の厳しい制約を受ける。

〔発明の構成〕

本発明は、上記の物性要求に沿うバインダー成分につき
多角的な検討を重ねた結果アルギン酸ナトリウムとアク
リル酸の混合成分がこの目的に好適であることを確認し
て開発に至ったものである。

すなわち、木兄８Ａはウィスカー成形体に非変形性を付
与するために有効な強化形成法を提供するもので、その
構成は、フラフィー状もしくはプリフォーム化されたウ
ィスカーをアルギン酸ナトリウムとアクリル酸の混合水
溶液で処理することを特徴とする。

ウィスカーにはＳｉＣウィスカー、　Ｓｉ、Ｎ、ウィス
カーあるいは魚船ウィスカーなどが用いられ、フラフイ
ー状もしくはプリフォーム化された状態で処理に供され
る。７ラフイー状とはウィスカー相互が固着または絡み
合い凝集していない綿毛状の形態を指し、またプリフォ
ーム化された状態とはウィスカーをｐ過酸形その他の適
宜な成形法を用いて均質組織の集合体に賦形化したもの
をいう。

コレラフラフイー状もしくはプリフォーム化されたウィ
スカーは、アルギン酸ナトリウムとアクリル酸の混合水
溶液により次のようにして処理される。

フラフィー状ウィスカーを原料とする場合には、これを
アルギン酸ナトリウム・アクリル酸混合水溶液中に攪拌
分散してウィスカー表面にバインダー成分を付着させた
のち、所定形状の濾過容器を用いて常圧またはガス加圧
下に濾過し、得られた湿潤ウィスカケーキを加熱する。

プリフォーム化されたウィスカーの場合は、ウィスカー
プリフォームをアルギン酸ナトリウム・アクリル酸水溶
液俟に静かに浸漬するか、プリフォームの外周部から前
記水溶液を噴霧したのち加熱する。

これら処理には、アルギン酸ナトリウム・アクリル戚混
合水溶液として０．５〜２．０重蓋チのアルキン酸ナト
リウム水浴液と１．０〜４．０貞門饅のアクリル酸水溶
液をｌ：０．３〜１．０の割合で混合したものを用いる
ことが好適で、この濃度範囲を丁廻る除には結合機能が
十分に発揮されず、また上層る場合にはバインダー成分
のＩＡ留駄が多くなって複合性能の低下を招く危険性が
高まる。

上記の処理過程でウィスカー表面に付着したバインダー
成分は、最終加熱段階でウィスカー相互の接触部位を同
情強化するために機能するが、この際付与される強化の
度合は加熱温度を高めるに従って増大する独特の傾向を
示す。

し発明の効果〕 本発明によって得られるウィスカー成形体は、賦形の形
態に係りなくウィスカーが無方向に配列した極めて均質
な組織構造と複合化時の熱圧条件に十分耐える非変形性
を備えている。そのうえ、組織内に残留するバインダー
成分量は僅小で、マトリックス物質の含浸ならびに藺れ
性を阻害することのない良性状が維持される。

したがって、Ｖｆ値５％以下の低密度ウィスカー成形体
であってもマトリックス圧入による塑性変形を伴うこと
なしに円滑な複合化が進行するから、常に高性能の複合
材（ＦＲＭ、ＦＲＰ）を製造することが可能となる。と
くに前述した高温下における強化度合の増大傾向は、司
酷な熱圧条件を必要とする溶融金属マトリックスによる
ＦＲＭ複合化に有利な結果を与える。

〔実施例〕 （１）けい素源原料と炭材を混合し非酸化性雰囲気下１
６００℃で高温反応させたのち、残留炭側成分を燃焼除
去して直径０．５〜１．０μｍ１長さ１００〜２００μ
ｍのβ−３１Ｇウイスカーを生成した。

生成ｓ荒て約６倍Ｉの純水と共にスク リュー萬撹拌僧に入れ、１０分間撹拌してウィスカーを
均質に分散させた。ついで分散水溶液を直径８０關の円
筒状密閉濾過装置に流入して上部密閉空間に５に７／（
至）２の圧縮空気を圧入しながら濾過処理し、戸面上の
湿潤ウィスカーケーキを１２０℃の温度で乾燥した。こ
のようにして形成された円柱状ウィスカープリフォーム
は、Ｎ２　ｌｏ　１．２ｏｙ、Ｖｆ値５．１％の均質組
織を有する集合体であった。

上記のつ・ｆスカープリフオームをアルギン酸ナトリウ
ム１．０京藍チ水溶液とアクリル酸２．０爪量チ水浴液
を１　：　０．４５の比率で混合した水溶液中に静かに
浸漬し、３０秒間医持したのち引上げて１４０℃に加熱
乾燥した。

このように強化形成したウィスカー成一体は、重量が１
０１．４１　ｆＳＶｆ（直は５．Ｏ％Ｃ；ｂ−）た。

したがって、処理前のプリフォームに対する重量増加は
僅小でるり、またＶｆ値には有意な変動はなかった。

次にウィスカー成形体からランダムに４個の試片（Ｉｌ
］２０１１１１．高さ１５鴎、長さ７０龍）を゛切り出
し、スパン５０ｊＩ１１の３点曲げ強さを測定したとこ
ろその平均値は１．７　ｋＬ４／ａｎ”で、未処理プリ
フォームの同平均値０．６Ｋｙ／ｃｍ’に比べ大巾な強
度向上が認められた。

また、上記ウィスカー成形体を窒素気流中で８００℃の
高温に３０分間加熱したのち同様にし５ て曲げ強さを測定した結果、七本Ｋｇ／ＣＩＡ”に増大
した。

（２）実施例１と同一の８ｉＣウイスカー生成物を十分
にとき解してフラフイー状とし、これを０．５京斌チの
アルギン酸ナトリウム水溶液と１．０重量−のアクリル
酸水溶液とによる１　：　０．５の混合水溶液と共にス
クリュー翼撹拌槽に入れ、５分間回転撹拌してウィスカ
ーを均一分散させた。

分散溶液を実施例１と同一の条件を用いて濾過成形処理
し、１５０℃で乾燥した。

このようにして強化形成されたウィスカー成形体は、ｍ
蓋１０１．４　ｔ、　Ｖｆ値５．０％、１ｊ’Ｆｌｔす
（ｎ−４の平均（Ａ　）　２．０　Ｋｙ／ｃｔｙｒ”の
均質組織性状ヲ有するものであった。

（３）実施例（１）および（２）で強化形成されたウィ
スカー成形体をＮ２中６５０℃に予熱して鋳型内に設置
し、マトリックスとしてｆＢ（ｌｙ温度８００℃のＡＡ
’合金（ＡＣ８Ａ）を注湯したのちプランシアーにより
最高＋０００Ｋｐ／σ１の圧力を負荷した。次いで、こ
の加圧状態を保持したままｋ１合金を凝固した。

このようにして複合化されたＦＲＭにつき、ウィスカー
成形体の加圧方向における圧縮度合を測定した。比較の
ために、実施例（りの未強化フリ７オームによる四−Ｆ
ＲＭについても測定し、それらの結果を対比して下表に
示した。

上表の結果から、本発明により強化形成されたウィスカ
ー成形体はＶｆ値が５％と低密反であるにも拘らず圧縮
率は極めて小さく、苛酷な熱圧複合条件に十分耐える良
好な非変形性を備えることが判明した。

特許出願人　東海カーボン株式会社 代理人　弁理±　＾　細工　也

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　フラフイー状もしくはプリフォーム化されたウィ
   スカーを、アルギン酸ナトリウムとアクリル酸の混合水
   溶液で処理することを特徴とするウィスカー成形体の強
   化形成法。 ２０．５〜２．０Ｎｉｋ％のアルギン酸ナトリウム水溶
   液と１．０〜４．０重量％のアクリル酸水溶液とによる
   １：０．３〜１．０の混合水溶液を用いる特許請求の範
   囲第１項記載のウィスカー成形体の強化形成法。