JPS6117950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、複合強化材の製造に使用する繊維材
のコーテイング方法に関するものである。

近時、炭素繊維、アルミナ繊維のような無機質
繊維を強化材として、これに金属、プラステイツ
ク、セラミツクスなどをマトリツクス材として複
合させた複合材が、高い機械的強度を有する構造
用材料として、広く着目されている。

しかして、このような繊維強化型の複合材の製
造に使用される繊維材の性質としては、その機械
的引張り強度や弾性率が高いことなどの他に、マ
トリツクス材との間に化学反応を起し難く、ま
た、マトリツクス材に適度の濡れ性を有すること
などが要求されている。例えば、炭素繊維は、す
ぐれた引張り強度を有するものであるが、これを
強化材として金属アルミニウムを複合させる場
合、炭素繊維は、溶融金属アルミニウムに対して
濡れ性が悪く、しかも、高温において金属アルミ
ニウムと化学反応を起して繊維表面に炭化アルミ
ニウムが生成して、繊維そのものの強度低下を起
させる傾向があるので、これをそのまま強化材を
して使用した複合材には十分の機械的強度を期待
し難かつた。そこで特開昭55−85644号公報に
は、このようなマトリツクス材との間の濡れ性が
悪い繊維材を複合材の強化材として使用する場合
に、あらかじめ繊維材表面にポリカルボシラン、
ポリシラン、ポリカルボシロキサンのような有機
珪素高分子化合物を有機溶媒に溶解した塗布液を
塗布し、これれを非酸化性雰囲気中で焼成するこ
とによつて、その表面に炭化珪素を主体とするセ
ラミツクス質からなるコーテイングを施しておい
てから、これにマトリツクス材を複合させる方法
で開示されている。この方法によるときは、炭素
繊維のように溶融金属アルミニウムに濡れ難い繊
維材を強化材として使用し、これに金属アルミニ
ウムをマトリツクス材として複合させるような場
合においても、繊維材の表面にマトリツクス材に
濡れ易く、しかもマトリツクス材と化学反応を起
し難いセラミツクス質のコーテイング層が施こさ
れているので、繊維材とマトリツクス材とがコー
テイグ層を介して強固に一体化した複合を得るこ
とができるのである。しかしながら、この方法を
工業的に実施する場合、如何にして炭素繊維のよ
うにごく繊細な繊維材の表面に、能率よく均整に
塗布剤を塗布するかについて、なお課題を残すも
のであつた。

すなわち、一般に、繊維材の表面に塗布剤を塗
布するような場合、塗布の作業能率を上げるため
に複数本の繊維を繊維束に束ねた状態で塗布液中
に浸漬塗布することが行われている。しかしなが
ら、例えば、炭素繊維のような繊細な繊維材を繊
維束に束ねた状態で、有機高分子剤を溶媒に溶解
した粘着性のある塗布液に浸漬した後、これを乾
燥または焼成した場合に、塗布剤の乾燥または焼
成生成物によつて繊維材同志が互いに粘着または
融着を起してしまうために、個々に解きほぐされ
た状態の単繊維材として得ることが困難であつ
た。したがつて、このような粘着が融着現象を起
させることなしに、個々にコーテイングされた単
繊維材として得るためには、はじめから繊維材を
束ねることなく一本一本に開繊した状態で塗布液
を塗布し、これを乾燥または焼成するか、また
は、多数本の繊維を束ねた状態で塗布液中に浸漬
塗布したような場合においては、浸漬後の繊維束
が未だ乾燥しないうちに、これを一本一本に解き
ほぐしてから乾燥または焼成しなければならず、
きわめて手数のかかる方法によらざるを得なかつ
たのである。

上記の実情に鑑み、本発明者らは、繊維強化型
複合材に使用する繊維材のコーテイング作業を能
率よく行うべく研究を重ねた結果、繊維材に上記
したような有機高分子剤を有機溶媒に溶解した塗
布液を塗布した後、これを直ちに乾燥または焼成
することなく、有機高分子剤を溶解せずに有機溶
媒のみを溶解するような溶剤液中に暫時浸漬処理
した後に、乾燥または焼成するときは、繊維材を
繊維束の状態で処理した場合においても、繊維同
志が粘着または融着することなく、傾々にほぐさ
れた状態で良好にコーテイングされた繊維材が得
られることを見出した。また、上記塗布液を塗布
した繊維束を溶剤液中において浸漬処理するに際
して、溶剤に超音波を与えながら行うときは、溶
剤の繊維束内部への浸透が促進されて、乾燥また
は焼成後における繊維束の開繊が一層容易となる
ばかりでなく、超音波を与えなかつた場合に比べ
て、さらに強固にして均整なコーテイング層によ
つて被覆された繊維材を得られることが判つた。

本発明は、上記の知見に基いてなされたもので
ある。

すなわち、本第１の発明は、繊維材に有機高分
子剤を有機溶媒に溶解した塗布液を塗布した後、
該繊維材を繊維材表面に塗布された塗布液中の有
機溶媒分の溶解するが有機高分子剤の大部分を溶
解することなしに繊維材表面に残留させるような
溶剤液中に暫時浸漬処理し、しかる後、適宜乾燥
または焼成する複合強化材用繊維材のコーテイン
グ方法である。

また本第２の発明は、繊維材に有機高分子剤を
有機溶剤に溶解した塗布液を塗布した後、該繊維
材を繊維材表面に塗布された塗布液中の有機溶媒
分を溶解するが有機高分子剤の大部分を溶解する
ことなしに繊維材表面に残留させるような溶剤液
中に超音波による振動を与えながら暫時浸漬処理
し、しかる後、適宜乾燥または焼成する複合強化
材用繊維材のコーテイング方法である。

以下、本発明の方法について、さらに具体的に
説明する。

本発明の方法は、炭素質繊維、アルミナ質繊維
その他既知の複合材の強化材として使用されてい
る無機質繊維材に適用することができる。また、
繊維材としては長繊維材、短繊維材いずれでもよ
いが、殊に炭素繊維のような繊細な長繊維材に適
用した場合においてもきわめて能率よく均整にコ
ーテイングされた繊維材を得ることができる。

本発明の方法においては、まず、これら繊維材
に塗布液を塗布するのであるが、ここに使用する
塗布液としては、ポリカルボシラン、ポリシラ
ン、ポリカルボシロキサンのような有機珪素高分
子化合物を塗布剤とし、これをベンゼン、トルエ
ン、キシレン、ヘキサンのような有機溶媒に溶解
したものを使用する。繊維材に上記塗布液を塗布
するには、スプレー、刷毛塗り、ローラー塗布な
どの方法によつてもよいが、炭素繊維のようなご
とく繊細な長繊維材に塗布する場合は、複数本の
繊維を束ねた状態で塗布液中に浸漬塗布すること
によつて、きわめて能率よく多数本の繊維材に塗
布液を塗布することができる。

次いで、塗布液を塗布した繊維材を繊維材表面
に塗布された塗布液中の有機溶媒分を溶解するが
有機高分子剤の大部分を溶解することなしに繊維
材表面に残留させるような溶剤液中に浸漬処理す
るのであるが、このような溶剤としてはメチルア
ルコール、エチルアルコール、ブチルアルコール
のような低級アルコール類、ｍ−クレゾール、ア
セトンなどを挙げることができる。これらの溶剤
は単独または混合液として使用することができ
る。また、使用する溶剤の種類によつては、塗布
剤中に含まれている比較的重合度の低い化合物を
多少溶解するものもあるが、このような溶剤であ
つても、大部分の有機高分子剤を溶解することな
しに繊維材表面に残留させるようなものであれば
使用することができる。

このような溶剤液中に塗布液を塗布した繊維束
を浸漬すると、溶剤液は繊維束の内部にまで浸透
して、繊維束を形成する個々の繊維間を満たして
いる塗布液から、それに溶解している有機高分子
剤をほとんど溶解することなしに、溶媒分を溶解
除去する結果、繊維束を形成する個々の繊維材は
濃縮された有機高分子剤によつて被覆された状態
となり、また、個々の繊維材の間隙は粘着性のな
い溶剤によつて置換された状態となるので、次の
乾燥または焼成において、繊維同志が粘着または
融着することなく、容易に個々のコーテイングさ
れた単繊維にほぐされた状態で得ることができる
のである。

この溶剤処理において、溶剤液に超音波による
振動を与えながら繊維束を浸漬処理するときは、
繊維束内部への溶剤液の浸透が促進されると共
に、繊維材表面の被覆状態をさらに改善すること
ができる。すなわち、溶剤液に超音波による振動
を与えることなしに繊維材を浸漬処理するとき
は、繊維表面は塗布剤によつてやや毛羽立つた状
態に被覆され、これを乾燥または焼成した後にお
いても、コーテイング面に細かい凹凸を生じた
り、また、コーテイング層の厚みに均整さを欠く
ようなこともあつたが、超音波による振動を与え
ながら浸漬処理を行うときは、繊維材表面の被覆
状態が改善され、平滑にして緻密にコーテイング
された繊維材を得ることができる。

繊維材の溶剤浸漬処理の時間は、溶剤液が繊維
束の内部にまで十分浸透する程度に行えばよく、
繊維束の状態、使用する塗布液の種類、塗布液の
濃度などによつて幾分異なるも、通常、数秒ない
し数分間行えば十分である。

溶剤浸漬処理を終えた繊維材は、これを乾燥ま
たは焼成することによつて、個合にコーテイング
された単繊維材を得ることができる。この乾燥は
自然乾燥によつてもよいし、また、熱風乾燥して
もよい。また、例えば、塗布剤として有機珪素化
合物を塗布した場合、窒素ガスのような非酸化性
の雰囲気中で400℃以上の温度で焼成するとき
は、炭化珪素質セラミツクスで均整にコーテイン
グされた単繊維材を得ることができる。

図は、本発明の方法によつて長繊維材を連続的
にコーテイングする場合の工程を例示したもので
ある。図において、１は、原料繊維材の供給リー
ル、２はコーテイングされた繊維材の巻取りリー
ルである。３は、繊維材をあらかじめ脱脂洗浄す
るための洗浄液槽であつて、例えばTHF（テト
ラヒドロフラン）のような洗浄液が容れられてい
る。４は、繊維材に有機高分子剤の塗布液を塗布
するための塗布液槽、５は、塗布液を塗布した繊
維材の溶剤液に浸漬処理して開繊状態とするため
の溶剤液槽、６は、超音波発振槽であつて、洗浄
援槽３、塗布液槽４および溶剤液槽５は、いずれ
も超音波発振槽６内に収納されていて、超音波に
よる振動が与えられる。７は、塗布剤を塗布され
た繊維材を乾燥または焼成する電熱炉、８は、繊
維材の定束送り装置、９および１０は、過器お
よび循環ポンプであつて、溶剤液槽５中の溶剤液
は、循環ポンプ１０によつて循環使用され、その
間に溶剤液中に溜まつたスラツヂ類が取除かれ
る。１１…１１は、一群のガイドローラーであつ
て、原料繊維材供給リール１に巻かれていた繊維
材束は、ローラー群１１…１１によつて導かれ、
洗浄液槽３、塗布液４および溶剤液槽５を経た
後、電熱炉７によつて乾燥さたは焼成された後、
巻取りリール２に巻き取られる。

上記は、炭素繊維のような長繊維材に連続的に
コーテイングを施す工程を例示したものである
が、本発明の方法によつて短繊維材にコーテイン
グを施すような場合には、繊維材を例えば金属製
の篭型容器内に収容した状態で容器ごと塗布液お
よび溶剤液に順次浸漬処理した後、乾燥または焼
成することによつて、能率よく大量の繊維材にコ
ーテイングを施すことができる。

上述のように、本発明は、有機高分子剤を有機
溶媒に溶解した塗布液を塗布した繊維材を、有機
溶媒分を溶解するが有機高分子剤の大部分を溶解
することなしに繊維材表面に残留させるような溶
剤液中に暫時浸漬処理するという簡単な作業によ
つて、その後の乾燥または焼成における繊維材同
志の粘着または融着現象を防止し、これによつて
大量の繊維材に能率よくコーテイングを施すこと
を可能にしたものであつて、工業的にきわめて有
意義な発明である。

実施例 １ あらかじめ脱脂洗浄した市販炭素繊維材（径７
μ）約3000本を繊維束とした状態で、ポリカルボ
シラン（平均分子量約2000）をｎ−ヘキサンに溶
解した濃度2.5％の塗布液中に浸漬することによ
つて塗布液を塗布した。

次いで、ｍ−クレゾール溶剤液とし、これに上
記塗布液を塗布した繊維束を約５秒間浸漬した
後、溶剤液から引上げ、熱風乾燥（約150℃）に
よつて付着している溶剤液を揮発除去した。

得られた繊維材は、個々の単繊維材にほぐされ
た状態のものであつて、ポリカルボシランによつ
て均整にコーテイングされていた。

実施例 ２ からかじめ脱脂洗浄した市販炭素繊維材（径８
μ）約6000本を繊維束とした状態で、ポリカルボ
シラン（平均分子量約2000）をｎ−ヘキサンに溶
解した濃度20％の塗布液中に浸漬し、その表面に
塗布液を塗布した。

次いで、エチルアルコールを溶剤液とし、これ
に上記塗布液を塗布した繊維材束を約５秒間浸漬
処理した後、繊維束を溶剤液から引上げ、実施例
１と同様に熱風乾燥した後、電熱炉を使用して窒
素雰囲気中で約1100℃に15分間加熱焼成した。

得られた繊維材は融着することなく個々の単繊
維材にほぐされた状態のものであつて、その表面
は炭化珪素質セラミツクスによつて均整にコーテ
イングされていた。

実施例 ３ 実施例２におけると同様にして、ポリカルボシ
ランをｎ−ヘキサンに溶解した濃度20％の塗布液
を塗布した炭素繊維材束を、エチルアルコールを
溶剤液とし、これに超音波（周波数28Hz）による
振動を与えながら、約20秒間浸漬処理した後、繊
維束を溶剤液から引上げ、実施例２におけると同
様に、熱風乾燥した後、窒素雰囲気中で焼成し
た。

得られた繊維材は、個々の単繊維材にほぐされ
た状態のものであつて、その表面は炭化珪素質セ
ラミツクスによつて、実施例２に比べて一層均整
にして平滑にコーテイングされていた。

【図面の簡単な説明】

図は、本発明の方法によつて長繊維材を連続的
にコーテイングする場合の工程を例示したもので
ある。 １……原料繊維材供給リール、２……製品繊維
材巻取りリール、３……洗浄液槽、４……塗布液
槽、５……溶剤液槽、６……超音波発振槽、７…
…電熱炉、８……定速送り装置、９……過器、
１０……循環ポンプ、１１……ガイドローラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維材に有機高分子剤を有機溶解に溶解した
   塗布液を塗布した後、該繊維材を繊維材表面に塗
   布された塗布液中の有機溶媒分を溶解する有機高
   分子剤の大部分を溶解することなしに繊維材表面
   に残留させるような溶剤液中に暫時浸漬処理し、
   しかる後、適宜乾燥または焼成することを特徴と
   する複合強化材用繊維材のコーテイング方法。 ２ 繊維材に有機高分子剤を有機溶媒に溶解した
   塗布液を塗布した後、該繊維材を繊維材表面に塗
   布された塗布液中の有機溶媒分を溶解するが有機
   高分子剤の大部分を溶解することなしに繊維材表
   面に残留させるような溶剤液中に超音波による振
   動を与えながら暫時浸漬処理し、しかる後、適宜
   乾燥または焼成することを特徴とする複合強化材
   用繊維材のコーテイング方法。