JPS61209946A - Manufacture of whisker preform for composite material - Google Patents

Manufacture of whisker preform for composite material

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JPS61209946A
JPS61209946A JP60047565A JP4756585A JPS61209946A JP S61209946 A JPS61209946 A JP S61209946A JP 60047565 A JP60047565 A JP 60047565A JP 4756585 A JP4756585 A JP 4756585A JP S61209946 A JPS61209946 A JP S61209946A
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JP
Japan
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whisker
preform
sieve plate
whiskers
filtration
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元弘 山本
敏昭 福田
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Tokai Carbon Co Ltd
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Tokai Carbon Co Ltd
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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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 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もしくは含浸して繊維強化複合材
を製造する際に、その繊維質骨格として用いるウィスカ
ープリフォームの製造法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention is applicable to the production of fiber-reinforced composite materials by infiltrating or impregnating matrix materials such as metals, alloys, or various plastics. The present invention relates to a method for producing a whisker preform to be used.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

ウィスカーを強化材としてFRPあるいはFRMを製造
するための有効な複合化手段に、予め賦形されたウィス
カーの集合プリフォームに液状のマトリックスを圧入し
て固化する方法がある。この方法によって得られる複合
材の管状は、繊維質骨格となるウィスカープリフォーム
の組織構造とくにその均質性の度合によって大きく左右
される。
An effective composite method for producing FRP or FRM using whiskers as a reinforcing material is a method of press-fitting a liquid matrix into a preform of a pre-shaped collection of whiskers and solidifying it. The tubular shape of the composite material obtained by this method is greatly influenced by the organizational structure of the whisker preform, which serves as the fibrous skeleton, and particularly by the degree of homogeneity thereof.

また、複合材の量産化を図るためには、中間体としての
ウィスカープリフォームを迅速かつ精度よく形成するこ
とが重要な条件となる。
Furthermore, in order to mass-produce composite materials, it is an important condition to quickly and accurately form a whisker preform as an intermediate.

出願人は、先に上記の必要条件に沿うウィスカープリフ
ォームの効果的な形成手段として加圧濾過法(特願昭5
9−12049)を開発している。
The applicant previously proposed the pressure filtration method (Japanese Patent Application No.
9-12049).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

先願技術による加圧濾過法は、ウィスカー生成物を水ま
たは有機溶媒に分散し、これを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もしくは所定の
密度に圧縮したのち乾燥処理するプロセスからなるもの
で、形成プリフォームはウィスカー単独の集合体であり
ながら均質な一体組織構造を備える理想的な性状を呈し
ている。
The pressure filtration method according to the prior art is a process in which the whisker product is dispersed in water or an organic solvent, this is filtered under gas pressure, and the remaining wet whisker cake is dried as it is or after being compressed to a predetermined density. Although the formed preform is an aggregate of whiskers alone, it exhibits ideal properties with a homogeneous integrated structure.

ところが、この方法による場合には応々にしてウィスカ
ー相互の絡み合いによる凝集固形物が混在し、プリフォ
ーム組織に局部的な不均質部分が生じることがある。
However, when using this method, agglomerated solid matter due to intertwining of whiskers may be mixed in, resulting in localized non-uniform portions in the preform structure.

通常、ウィスカー分散液中に含まれる分散不良の団塊成
分は特開昭59−121196に記載のあるように濾過
前の段階で篩通しをすることにより効果的に除去するこ
とができるが、100〜150μ貢程度の微細な固形物
あるいはその後の過程でウィスカー相互が絡み合って形
成される二次的凝集体については捕捉することができな
い。
Generally, the poorly dispersed nodule component contained in the whisker dispersion can be effectively removed by passing it through a sieve before filtration as described in JP-A-59-121196. It is not possible to capture fine solid matter of about 150 microns or secondary aggregates formed by intertwining of whiskers in the subsequent process.

本発明は上記の問題点を解消し、微細固形物および二次
的凝集体の混入を有効防止することにより加圧濾過法の
一層の改良を図ったものである。
The present invention aims to further improve the pressure filtration method by solving the above problems and effectively preventing the contamination of fine solids and secondary aggregates.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明の構成は、生成ウィスカーを水または有機溶媒に
分散させたのち、100メツシュ以下の篩板を介設した
濾過装置に流入してガス加圧下に高速濾過し、得られた
湿潤ウィスカーケーキをそのままもしくは所定の密度に
圧縮して乾燥処理することを特徴とする。
The structure of the present invention is that after the produced whiskers are dispersed in water or an organic solvent, they flow into a filtration device equipped with a sieve plate of 100 mesh or less and are filtered at high speed under gas pressure, and the resulting wet whisker cake is It is characterized by being dried as it is or compressed to a predetermined density.

対象となるウィスカーは、S r C、S 13N 4
あるいはグラファイトなどの非金属系単結晶で、直径0
.1〜5.0μm、長さ10〜500μmの反応生成物
が出発原料となる。これらウィスカー生成物は、通常、
短繊維が無方向に絡み合ったケーキ質の組織形態を呈し
ているため、予め適宜な手段によって解きほぐしたのち
に水またはアルコール、アセトンもしくはエーテルなど
の有機溶媒中に投入し、ミキサーあるいは渦巻流攪拌槽
のような混合装置を用いてウィスカーが均一に分散する
まで攪拌する。分散媒となる水または有機溶媒は、ウィ
スカーの5〜20倍容量の範囲で使用することが操作の
円滑性を保つ上で望ましい。
Target whiskers are S r C, S 13N 4
Or a non-metallic single crystal such as graphite with a diameter of 0.
.. A reaction product with a length of 1 to 5.0 μm and a length of 10 to 500 μm serves as the starting material. These whisker products are usually
Since the short fibers have a cake-like structure in which they are intertwined in no direction, they are first loosened by an appropriate means, then placed in an organic solvent such as water, alcohol, acetone, or ether, and then placed in a mixer or a vortex stirring tank. Stir until the whiskers are evenly dispersed using a mixing device such as a . It is desirable to use water or an organic solvent as a dispersion medium in an amount 5 to 20 times the volume of the whisker in order to maintain smooth operation.

分散液は、ついで篩板介設したが過装置に流入してガス
加圧下に高速濾過するが、この操作は図に例示するよう
な装置を用いておこなわれる。
The dispersion then flows into a filtration device with a sieve plate and is filtered at high speed under gas pressure, and this operation is carried out using a device as exemplified in the figure.

図において、1はガス流入オリフィス2を備える蓋部、
3は炉槽、4は篩板、5はフィルター、6は多数のf液
流通穴7を設置した底盤部である。
In the figure, 1 is a lid portion equipped with a gas inflow orifice 2;
3 is a furnace tank, 4 is a sieve plate, 5 is a filter, and 6 is a bottom panel in which a large number of f-liquid flow holes 7 are installed.

炉槽3は目的に応じて各種の形状に設計され、複雑形状
の場合には成形プリフォームの離型を用意にするため割
型構造にすることもできる。
The furnace vessel 3 can be designed in various shapes depending on the purpose, and in the case of a complicated shape, it can also have a split structure to facilitate the release of the molded preform.

篩板4は、目的とするプリフォーム成形高さの上部、望
ましくはその10〜25mm上部位置に介設されるが一
段に限らず多段に設置してもよい。
The sieve plate 4 is interposed above the desired preform molding height, preferably at a position 10 to 25 mm above the height, but the sieve plate 4 is not limited to one stage and may be installed in multiple stages.

篩板4の目開きは100メツシュ以下にする必要があり
、これ以上になると100〜150μ度程度の微細な固
形物を捕捉することが困難となる。
The opening of the sieve plate 4 needs to be 100 mesh or less, and if it is larger than this, it becomes difficult to capture fine solid matter of about 100 to 150 microns.

しかし、200メツシュを越えると濾過速度の急速な減
退を招く。したがって、適正な目開きの範囲は100〜
200メツシュである。
However, when the mesh exceeds 200, the filtration rate rapidly decreases. Therefore, the appropriate eye opening range is 100~
It is 200 meshes.

フィルター5としては、通常のが紙、炉布のほかセラミ
ック質炉材が有効に用いられる。炉槽3と蓋部1、フィ
ルター4および底盤部6との接合部分は、気密構造に固
着される。
As the filter 5, ceramic furnace materials can be effectively used in addition to ordinary paper and furnace cloth. The joints between the furnace tank 3, the lid part 1, the filter 4, and the bottom plate part 6 are fixed in an airtight structure.

r過にあたっては、まず篩板4の直上まで分散媒と同一
の液体8を満しておき、ついでウィスカー分散液9を炉
槽3に流入したのち直ちにガス流入オリフィス2をコン
プレッサーまたはガスボンベ等に接続し、上部密閉空間
Sに空気あるいは窒素などのガス体を圧入する。ガス体
の圧入によりウィスカー分散液9は篩板4を通過して急
速に濾過され、分散媒である水または有機溶媒はろ液流
通穴7を介して極めて短時間内にろ液として分別される
In the process, first fill the liquid 8, which is the same as the dispersion medium, up to just above the sieve plate 4, then flow the whisker dispersion liquid 9 into the furnace tank 3, and immediately connect the gas inlet orifice 2 to a compressor, gas cylinder, etc. Then, a gas such as air or nitrogen is pressurized into the upper sealed space S. By pressurizing the gas, the whisker dispersion 9 passes through the sieve plate 4 and is rapidly filtered, and the dispersion medium, water or organic solvent, is separated as a filtrate through the filtrate flow holes 7 within a very short time.

このようにして濾過成形された湿潤ウィスカーケーキは
、そのままもしくは予め複合材とした際のVr値を考慮
した所定の密度に圧縮したのち乾 。
The wet whisker cake formed by filtration is dried as it is or after being compressed to a predetermined density considering the Vr value when it is made into a composite material.

燃処理する。Burn it.

〔作 用〕[For production]

本発明によれば、ウィスカー分散液が100メツシュ以
下の篩板を通過しながら加圧濾過されるから、100〜
150μ次程度の微細固形物あるいは二次的に生成した
ウィスカー凝集体を含むあらゆる形態の未分散異物はほ
ぼ完全に除去され、同時にウィスカーのストークス径分
布中に伴う沈降速度差が生ずる以前の短時間に濾過操作
が完結する。
According to the present invention, since the whisker dispersion liquid is filtered under pressure while passing through a sieve plate of 100 mesh or less,
All forms of undispersed foreign matter, including fine solids on the order of 150 microns or secondarily generated whisker aggregates, are almost completely removed, and at the same time, the short time before the difference in sedimentation velocity occurs in the Stokes diameter distribution of whiskers. The filtration operation is completed.

なお、濾過にあたり予め篩板の直上まで分散媒と同一の
液体を入れておくとガス加圧する以前にウィスカーが不
均一に沈降する現象が防止でき、プリフォーム組織の均
質化に一層良好な作用をする。
In addition, if the same liquid as the dispersion medium is filled in advance to just above the sieve plate during filtration, it is possible to prevent the whiskers from settling unevenly before the gas is pressurized, and this has a better effect on homogenizing the preform structure. do.

〔実施例〕〔Example〕

直径0.5〜1.5μ次、長さ50〜100μ肩、密度
3.189/cm’、結晶形β型の性状を有する生成S
iCウィスカーを、10倍量の純水と共に渦流型攪拌槽
に入れ10秒間回転攪拌したのち55メツシュの篩を通
過させてウィスカー分散液を得た。
A generated S having a diameter of 0.5 to 1.5μ, a length of 50 to 100μ, a density of 3.189/cm', and a β-type crystal.
The iC whiskers were placed in a vortex-type stirring tank together with 10 times the amount of pure water, rotated and stirred for 10 seconds, and then passed through a 55 mesh sieve to obtain a whisker dispersion.

フィルター5の110mm上部に150メツシュの篩板
4を介設した円筒状炉槽3 (内径77mm)からなる
図示構造のが過装置を用い、底部を密閉した状態で篩板
4の直上まで純水を入れた。この状態の濾過装置にウィ
スカー分散液を流入し、直ちにガス流入オリフィス2か
らコンプレッサーを介して空気を圧入した。上部密閉空
間Sの空気圧を5に9/cm’に保持しながら濾過処理
を継続した。
Using the filter device shown in the figure, which consists of a cylindrical furnace tank 3 (inner diameter 77 mm) with a 150-mesh sieve plate 4 interposed on the 110 mm upper part of the filter 5, pure water was poured to just above the sieve plate 4 with the bottom sealed. I put it in. The whisker dispersion liquid was introduced into the filtration device in this state, and air was immediately injected from the gas inlet orifice 2 via the compressor. The filtration process was continued while maintaining the air pressure in the upper closed space S at 5 to 9 cm'.

この加圧濾過を通してウィスカー分散液は150メツシ
ュ篩板を通過し5分以内に濾過が完了した。
Through this pressure filtration, the whisker dispersion passed through a 150 mesh sieve plate, and the filtration was completed within 5 minutes.

成形された湿潤ウィスカーケーキを120°Cの恒温槽
に移して乾燥し、高さ98mmの円柱状SiCウィスカ
ープリフォームを得た。
The molded wet whisker cake was transferred to a constant temperature bath at 120°C and dried to obtain a cylindrical SiC whisker preform with a height of 98 mm.

上記のSiCウィスカープリフォームを7等分に水平輪
切りし、各円盤試片について■「値を測定した。
The above SiC whisker preform was horizontally sliced into seven equal parts, and the values were measured for each disk specimen.

比較のために、篩板4を介設しない1濾過装置を用いて
同一条件によりSiCウィスカープリフォームを形成し
、同様にしてvr値を測定した。
For comparison, a SiC whisker preform was formed under the same conditions using a filtration device without the sieve plate 4, and the vr value was measured in the same manner.

これらの結果を対比して表1に示した。表中、No、表
示は上から輪切りした各円盤試片の順序を示したしので
ある。
Table 1 shows a comparison of these results. In the table, No. indicates the order of each disk specimen cut from the top.

表1の結果は、本発明により得られるウィスカープリフ
ォームが改良前の加圧濾過法によるもの(比較例)に比
べて一層組織の均質性が向上している事実を示すもので
ある。
The results in Table 1 demonstrate that the whisker preform obtained by the present invention has a more improved structure homogeneity than the whisker preform obtained by the pressure filtration method before improvement (comparative example).

なお、SiCウィスカーの代りに5isN4ウイスカー
またはグラファイトウィスカーを用い、純水に代えてエ
チルアルコール、アセトン、エーテルなどの有機溶媒を
分散媒として本発明を適用した場合にも、上記実施例と
同様の結果を得た。
Note that the same results as in the above example can be obtained even when the present invention is applied using 5isN4 whiskers or graphite whiskers instead of SiC whiskers, and an organic solvent such as ethyl alcohol, acetone, or ether is used as a dispersion medium instead of pure water. I got it.

〔発明の効果〕 本発明によれば、f過工程における篩分離作用によって
微細固形物あるいは二次的凝集物を含むあらゆる形態の
異物混入が効果的に除去されるから、成形形状に係りな
く常に高均質組織のウィスカープリフォームを迅速に製
造することができる。
[Effects of the Invention] According to the present invention, all forms of foreign matter including fine solids and secondary agglomerates are effectively removed by the sieve separation action in the f-passing step, so regardless of the molded shape, A whisker preform with a highly homogeneous structure can be rapidly manufactured.

したがって、航空機材部品、自動車部品あるいはレジア
ー・スポーツ関係部品を含む広汎な用途分野の複合化(
F’RP、FRM)に大きく寄与しえる利益がある。
Therefore, the combination of a wide range of application fields including aircraft parts, automobile parts, and leisure and sports-related parts (
There are benefits that can greatly contribute to F'RP, FRM).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

図は、本発明に用いられる濾過装置を例示した縦断面図
である。 l・・・蓋部、2・・・ガス流入オリフィス、3・・・
炉槽、4・・・篩板、5・・・フィルター、6・・・底
盤部、7・・・1戸液流通穴、8・・・分散媒と同一液
体、9・・・ウィスカー分散液、S・・・上部密閉空間
The figure is a longitudinal sectional view illustrating a filtration device used in the present invention. l...Lid part, 2...Gas inflow orifice, 3...
Furnace tank, 4... Sieve plate, 5... Filter, 6... Bottom panel, 7... Liquid distribution hole, 8... Same liquid as dispersion medium, 9... Whisker dispersion liquid , S... Upper closed space.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 生成ウイスカーを水または有機溶媒に分散させたのち、
100メッシュ以下の篩板を介設した濾過装置に流入し
てガス加圧下に高速濾過し、得られた湿潤ウイスカーケ
ーキをそのままもしくは所定の密度に圧縮して乾燥処理
することを特徴とする複合材用ウイスカープリフオーム
の製造法。
After dispersing the generated whiskers in water or an organic solvent,
A composite material characterized by flowing into a filtration device with a sieve plate of 100 mesh or less and performing high-speed filtration under gas pressure, and drying the resulting wet whisker cake either as it is or by compressing it to a predetermined density. Manufacturing method of whisker preform for use.
JP60047565A 1985-03-12 1985-03-12 Manufacture of whisker preform for composite material Granted JPS61209946A (en)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS59121196A (en) * 1982-12-25 1984-07-13 Tokai Carbon Co Ltd Preparation of whisker preform for composite material
JPS59226139A (en) * 1983-06-08 1984-12-19 Honda Motor Co Ltd Manufacture of preform of fiber reinforced metallic composite material

Patent Citations (2)

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