JPS61147824A - 繊維強化材料の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、繊維、ウィスカ等の強化材をマトリックス中
に含んでなる繊維強化材料の製造方法に関する。

（従来の技術） 複合材料のひとつとして、高強度、高弾性を有する繊維
を強化材とし、アルミニウムやその合金等の金属、まだ
は樹脂をマトリックスとする繊維強化材料（ＦＲＰ、Ｆ
ＲＭ）が知られており、かかる繊維強化材料の製造方法
は従来より種々提案されている。

例えば、繊維強化金属材料の製造方法のひとつとして、
鋳造型内に繊維強化材を充填した後、鋳造型内に溶融マ
トリックス金属を導入し、前記鋳造型に係合するプラン
ジャ要素によって溶融マトリックス金属を鋳造型内にて
加圧しつつ凝固させる溶湯鍛造法が知られている。また
繊維強化樹脂材料の製造法には、成形金型内に繊維強化
材を充填しておき、これにエポキシ樹脂等の熱硬化性樹
脂を真空含浸したのち加熱加圧する方法がある。

これ等の製造方法においては、繊維強化材料より成る製
品に所望の性能を与えるためには、鋳造中または真空含
浸中、繊維強化材料を所定の形状、密度、配向状態に保
持して強化材とマトリックスとを複合化する必要がある
。このため、特開昭５９−１２１１９６開示されている
ように、繊維強化材を予め水または有機溶媒に懸濁させ
た後濾過することによって繊維予成形体（プリフォーム
）を製作する方法が提案されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、前記先行技術では、繊維強化材の間隙部
分は大半が水または有機溶媒で占められている為に乾燥
に多くの時間を必要とし、また。

短時間で乾燥させるために乾燥温度を高くすると、プリ
フォーの膨張や、あるいは微細なヒビ割れのような欠陥
を生じやすいという問題点があった。

（問題点を解決するための手段） そこで本発明は、以上の問題点を解決するために無機質
短繊維より成る強化材に、マトリックスとなる溶湯金属
または熱硬化性樹脂を含浸させて得られる繊維強化材料
の製造方法において、前記強化材を攪拌しながら、霧状
の水又は有機溶媒を前記強化材に対して１０〜２０ｗｔ
％分散させ、これを金型内で加圧成形することによって
前記繊維強化材料の前駆体となる繊維予成形体を製作す
るという方法を採用する。

（作　用） 上記方法において、無機質短繊維を攪拌しながら、前記
無機質短繊維に対して１０〜２０ｗｔ％の水または有機
溶媒を霧状にして分散させることによって、前記水また
は有機溶媒は、過剰となることなく均一に混合される。

次にこの混合物を金型内で加圧して成形すると、水また
は有機溶媒が圧縮成形されたプリフォーム内にゆきわた
る。このプリフォームを金型から取り出し、乾燥させる
という方法を用いることによって無機質短繊維どうしの
効果的な接合が行われ、無機質だ繊維のスプリングバッ
クが効果的に防止され、膨張やヒビ割れを生じさせるこ
となく短時間で乾燥させることが可能となる。

（実施例） 以下本発明の実施例を図に従って説明する。第１図は、
無機質短繊維に水を霧状にして分散させる行程を説明す
る図である。炭化ケイ素ウィスカ１を１３５ｇ計算し、
容器２に入れ、容器２の底部に設けられた回転式の撹拌
棒３で攪拌しながら、水を容器２に上方からスプレー用
ノズル４によって噴霧する。このとき水の噴霧量は、炭
化ケイ素ウィスカ１の２０ｗｔ％（２７ｇ）噴霧される
ように定めた。次に、第２図に示すプリフォーム成形用
金型５　ａ　＋　　５ｂ　（キャビティ部φ３０ＸＬ６
０）に、水を含んだ炭化ケイ素ウィスカ６を充填し、型
締め用ラム７ａ、７ｂによって加圧しながら、上下のプ
ランジャ８ａ、８ｂによって室温、成品に必要な形状と
なるプランジャ位置で１０分間加圧成形する。その後プ
ランジャ８ａ、８ｂの加圧力を解放し、型締め用ラム７
ａ、４ｂをもどすことによって型５ａ、ｂを開き、プリ
フォームを取り出した。次にこのプリフォームを図示し
ない温風循環式の恒温槽で４０℃、３０分乾燥を行い寸
法を測定したところφ３０．５　Ｘ　Ｌ　６０．３であ
り、このときの膨張率は３．９％である。水を全く加え
ないで同じ条件で製造したプリフォームの寸法はφ３１
ＸＬ６８．６であり、膨張率は２２％となり、本発明の
方法によって水の添加量を減少させても膨張率を小さく
することができ、有効にプリフォームを製作することが
できることがわかる。

また本発明による方法によれば、水に懸濁させて濾過す
る公知の方法に比較して５分の１以下の時間で欠陥を発
生させることなく乾燥させることができる。このように
して得られたプリフォームは、公知の高圧鋳造法、溶湯
鍛造法、溶解含浸法によってアルミニラｆ、銅、亜鉛お
よびこれらの合金等をマトリックスとして複合化させＦ
ＲＭとすることができる。

次に、本発明の方法のうち、水の添加量、加圧保持時間
を変化させたときの乾燥後のプリフォームの膨張率の変
化、乾燥温度を変化させたときのプリフォームのヒビ割
れの程度についての実験結果を開示する。

第３図は、上述の実施例において加圧保持時間を変化さ
せたときの、加圧力解放後、乾燥したプリフォームのス
プリングバンクによる膨張の度合を寸法測定によって調
べたものである。図から明らかなように保持時間が５分
以下では膨張率が大きく、スプリングバックを効果的に
抑制することが困難となり、微細なヒビ割れのような構
造的な欠陥も発生し易くなる。第４図は、加圧保持時間
を１０分とし他の条件を同様にし、水の添加量を０〜８
０ｗｔ％まで変化させたときの膨張率を同様に調べたも
のである。水の添加量がｌ　Ｑｗｔ％以下では、膨張抑
制効果が充分に得られない。一方２０ｗｔ％以上では膨
張は効果的に抑制することができるが、水の含量が大き
すぎると、乾燥時間が大きくなるばかりで、プリフォー
ムの膨張率を低減させたり、欠陥をなくすという効果の
向上はみられず、また製作上も加圧成形の際に金型のク
リアランスから水やウィスカがしぼり出されるという不
都合も生じやすい。

また、第１表は、上述の実施例において、乾燥温度を３
０℃〜２００℃まで変化させたときの、乾燥後のプリフ
ォームのヒビ割れの確率を示している。温度が高くなる
につれてヒビ割れの確率が大きくなっていることがわか
る。

本発明は、以上の実施例に限定されることなく広く応用
可能である。本発明に用いることのできる無機質短繊維
は、炭化ケイ素の他、窒化ケイ素、アルミナ、ホウ化チ
タン等のウィスカ、チタン酸カリウム繊維等の繊維径が
０．１〜数ミクロン、繊維長が５０〜数百ミクロン程度
の短繊維が適用でき、無機質短繊維に分散させる溶媒は
水の他、メタノール、エタノール、アセトン等の溶剤及
びそれ等の混合物が好適に用いられる。プリフォーム成
形装置は、第２図の多軸プレスの他、−軸プレスであっ
てもよい。また噴霧の方法は、スプレー噴霧による方法
の他、スチームによる方法や、超音波霧化装置を用いる
こともできる。また本発明に用いることのできる熱硬化
性樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、フェノー
ル樹脂、ポリイミド樹脂、尿素樹脂等が応用可能である
。

（発明の効果） 以上述べたとおり、本発明においては、無機質短繊維を
攪拌しながら、霧状の水又は有機溶媒を前記無機質短繊
維に対して１０〜２０ｗｔ％分散させ、これを金型内で
加圧成形することによって繊維予成形体を製作するとい
う方法を採用したことによって、多量の溶剤に分散させ
て濾過する方法に比較して、繊維予成形体の乾燥時間を
大巾に短縮することができ、膨張や、あるいは微細なヒ
ビ割れのような欠陥を生じることなく生産性よく繊維予
成形体を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は２本発明の詳細な説明する装置の
断面ば、第３図および第４図は、加圧保持時間、水添加
量を変化させたときのプリフォームの膨張率を示す図で
ある。 １・・・炭化ケイ素ウィスカ、３・・・撹拌棒、４川ス
プレー用ノズル。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）無機質短繊維より成る強化材に、マトリックスと
   なる溶湯金属または熱硬化性樹脂を含浸させて得られる
   繊維強化材料の製造方法において、前記強化材を攪拌し
   ながら、霧状の水又は有機溶媒を前記強化材に対して１
   ０〜２０ｗｔ％分散させ、これを金型内で加圧成形する
   ことによって前記繊維強化材料の前駆体となる繊維予成
   形体を製作することを特徴とする繊維強化材料の製造方
   法。
2. （２）前記無機質短繊維は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒
   化ケイ素（Ｓｉ＿３Ｎ＿４）、アルミナ（Ａｌ＿２Ｏ＿
   ３）ホウ化チタン（ＴｉＢ＿２）のウィスカ、チタン酸
   カリウムの短繊維であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の繊維強化材料の製造方法。
3. （３）前記有機溶媒は、メチルアルコール、エチルアル
   コール、アセトン及びそれらの混合物であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の繊維強化材料の製造
   方法。