JPS61249660A

JPS61249660A - プリフオ−ム材

Info

Publication number: JPS61249660A
Application number: JP9100685A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Kitamura; 厚北村
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1985-04-30
Filing date: 1985-04-30
Publication date: 1986-11-06

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】産業上の利用分野この発明は、高圧鋳造法によって繊維強化金属複合材料
を製造する際に使用するプリフォーム材に関する。

従来の技術補強繊維で金属を強化してなる繊維強化金属複合材料（
ＦＲＭ）は、金属のみからなる材料にくらべて比強度や
比弾性率が高いことから、いろいろな分野で注目されて
いる。

そのようなＦＲＭを製造する方法はいろいろあるが、近
年、高圧鋳造法と呼ばれる方法が注目されるようになっ
てきた。この方法は、鋳型に補強繊維の集合体を入れた
後、その鋳型にマトリクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み
、加圧して上記集合体に含浸し、凝固させるものである
。つまり、鋳込むわけである。この高圧鋳造法によれば
、溶融金属に対する補強繊維の濡れ性が多少悪くても複
合化が可能であり、比強度や比弾性率の高いＦＲＭが得
られる。しかしながら、一方で、集合体に形くずれが起
きないための工夫を必要とする。そのため、従来は、た
とえば特開昭５８−１５１４３９＠公報に記載されてい
るように、集合体を鉄製の容器に収容して容器ごと鋳込
み、得られたＦＲＭから容器を切削除去している。しか
し−ながら、容器を切削除去するのは大変やっかいであ
るし、容器を使用する関係上比較的単純な形状のＦＲＭ
しか得られない。一方、特開昭５９−１０１２７１号公
報には、補強繊維同士をアルミナやシリカなどの無機物
で結着してなる多孔性プリフォーム材が記載されている
。このプリフォーム材を使用すれば、それをそのまま鋳
型に入れて鋳込むことでよく、容器を必要としない。し
たがって、得られたＦＲＭから容器を切削除去する必要
もない。

ところで、ＦＲＭには、補強繊維を長繊維、短繊維また
はウィスカの形態で使用したものと、連続繊維または織
物の形態で使用したものとがある。

しかしながら、同−ＦＲＭにおいて両者を部位により使
い分けることができれば大変便利である。

というのも、長繊維、短繊維またはウィスカを使用した
ものは、連続繊維または織物を使用したものにくらべて
、比強度や比弾性率は劣るものの、熱伝導率、導電性、
耐衝撃性が高く、また切削等の加工を行いやすいという
利点があり、一方、連続繊維または織物を使用したもの
は、逆に、比強度や比弾性率は高いものの、熱伝導率、
導電性、耐衝撃性において長繊維、短繊維またはウィス
カを使用したものにくらべて劣り、また加工も行いにく
いという相反する特性をもっているので、たとえばタッ
プ加工を施したい部位には長繊維、短繊維またはウィス
カを使用してその加工を容易とし、その他の部位には連
続繊維または織物を使用して全体としてみた強度や弾性
率を確保したいといったような要求があるからである。

口が　決しようとする同　点この発明の目的は、高圧鋳造法によるＦＲＭの製造に際
して容器等を必要とせず、しかも長１！維、短繊維また
はウィスカを使用したＦＲＭと連続繊維または織物を使
用したＦＲＭとの長所を兼ね備えたＦＲＭを得ることが
できるばかりか、それぞれの長所が部位により独立に発
現されるＦＲＭとすることができるプリフォーム材を提
供するにめる。

ｒ　１１を　決するための手段上記目的を達成するために、この発明においては、結着
剤により互いに結着された、補強繊維の長繊維、短繊維
またはウィスカの集合体に、補強繊維の連続繊維または
織物が巻かれていることを特徴とするプリフォーム材が
提供される。

この発明の詳細な説明するに、この発明に係るプリフォ
ーム材は、結着剤により互いに結着された、補強繊維の
長繊維、短繊維またはウィスカからなる多孔性の集合体
を、いわゆる芯として、その集合体に補強繊維の連続繊
維または織物を巻き付けてなる、芯の部分が補強繊維の
長繊維、短繊維またはウィスカからなり、その周りが補
強繊維の連続繊維または織物からなる、比較的短い補強
繊維と比較的長い補強繊維とを併用したプリフォーム材
である。この場合、巻き付けられた連続繊維または織物
は、集合体と同様、結着剤による結着が行われていても
よいし、行われていなくてもよい。

上記において、補強繊維は、それが長繊維、短繊維、連
続繊維または織物である場合には、たとえば炭素繊維、
アルミナ繊維、アルミナ−シリカ繊維、炭化ケイ素繊維
、ボロン繊維、金属繊維などの高強度、高弾性繊維から
なっている。また、ウィスカは、炭化ケイ素、窒化ケイ
素、炭素、アルミナ、チタン酸カリなどのウィスカであ
る。しかして、短繊維は長さが０．１〜１０ｍｍ程度で
ある。連続繊維は、ストランドなどの連続した非常に長
い繊維である。これに対して、長繊維は、短繊維よりも
長いが、連続繊維のようにほとんど無限長といってよい
ほど長いものではなく、連続繊維を所望の長さに切断し
て得られるものである。

結着剤は、たとえばフェノール樹脂、フラン樹脂、アク
リル樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂ポリ
イミド樹脂などの熱硬化性樹脂や、塩化ビニル樹脂、ナ
イロン樹脂、ポリブチレンテレフタレート樹脂、ＡＢＳ
樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアセタール樹脂、ポ
リプロピレン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂、
ポリスルホン樹脂などの熱可塑性樹脂である。ただ、こ
のような樹脂で結着している場合には、高圧鋳造法によ
るＦＲＭの製造に先立ってプリフォーム材を加熱し、樹
脂を炭素化するのが好ましい。というのも、そのような
プリフォーム材を高圧鋳造法に供すると、溶湯の注入に
伴って樹脂が炭素化されるが、炭素化に際してガスを発
生する場合があり、そのガスがＦＲＭ中にボイドを発生
させることがあるからである。換言すれば、結着剤は、
上述した熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂の炭素化物で
あるのが好ましい。また、結着剤は、ポリアルミニウム
クロライドが加熱により変成したアルミナ水和物やアル
ミナであってもよい。さらに、シリカなどの、その他の
無機質物質であってもよい。

しかして、上記のような結着剤は、少なくとも集合体に
おいて補強繊維の長繊維、短繊維またはウィスカ同士を
結着してそれに形態保持性を与え、ひいてはプリフォー
ム材全体の形態保持を可能ならしめるものである。した
がって、極端に少ないと結着効果が低下してきて好まし
くない。また、極端に多いと、集合体が多孔性でなくな
って溶湯の含浸が困難になったり、困難にならないまで
もＦＲＭとした場合にその特性を低下させることになり
かねない。そのため、結着剤は、補強繊維の種類や量、
集合体の形態などによって異なるものの、体積で、補強
繊維１００に対して３〜１０程度であるのが好ましい。

集合体に巻かれた連続繊維または織物の結着についても
同様である。

この発明に係るプリフォーム材は、いろいろな方法によ
って製造することができるが、好ましくは次のようにす
る。

すなわち、補強繊維の連続繊維を樹脂浴に通して樹脂を
付着させ、それを所望の長さに切断して長繊維とし、そ
の長繊維を、たとえば一方向に引き揃えたものを加熱す
るか、補強繊維の短繊維またはウィスカと樹脂との混合
物を所望の形状をもつ型に入れて賦型した俊加熱し、か
かる加熱によって補強繊維に付着している樹脂を炭素化
するとともにその炭素化物で補強繊維同士を互いに結着
して所望の形状をした多孔性集合体を得る。しかる後、
その集合体に補強繊維の連続繊維または織物を巻き付け
る。

この発明をざらに詳細に説明するに、第１図〜第７図は
、それぞれ異なる全体形状をもっこの発明に係るプリフ
ォーム材を示すものである。図面において、符号１は、
結着剤により互いに結着された、補強繊維の長繊維、短
繊維またはウィスカの集合体を示し、符号２はその集合
体に巻かれた補強繊維の連続繊維または織物を示してい
る。

第１図に示すものは、全体が丸棒状をしていて、中実棒
状の集合体には、長手方向に引き揃えた長繊維か、短繊
維またはウィスカを使用し、その集合体に連続繊維をヘ
リカル巻している。集合体は、円筒状とすることもでき
る。第２図に示すものは、集合体に対する連続繊維また
は織物の巻付厚みを部位によって変更し、段差を付けた
ものである。

第３図に示すものは、丁字形の縦断面をもつ集合体の大
径部分のみに連続繊維または織物が巻かれているもので
おる。第４図に示すものは、板状の集合体に連続繊維ま
たは織物を巻き付けたものでおる。第５図は、ＦＲＭの
ギアを製造する場合のプリフォーム材を示し、ギアの歯
に相当する部分に連続繊維または織物を巻き付けたもの
である。

この場合は、集合体に短繊維またはウィスカを使用する
。第６図は、ＦＲＭの内燃機関用コネクティングロッド
を製造するためのプリフォーム材を示し、ロッドの形を
した、短繊維またはウィスカを使用した集合体の目玉部
分に金属製のリング３．３を配置し、これら集合体とリ
ングの周りに連続繊維または織物を巻き付けたものであ
る。第７図に示すものは、短繊維またはウィスカを使用
した半球状集合体の球面に連続繊維をヘリカル巻したも
のである。

この発明に係るプリフォーム材は、それを鋳型に入れ、
その鋳型にマトリクスとなる金属の溶湯を注ぎ込み、加
圧してプリフォーム材に含浸し、凝固させることによっ
てＦＲＭとすることができる。金属としては、たとえば
アルミニウム、マグネシウム、銅、ニッケル、錫、亜鉛
、鉛などの単体金属や、それら単体金属の少なくとも１
種を主成分とする合金を使用することができる。しかし
て、そのようにして得たＦＲＭは、各種構造材料や機械
部品、内燃機関用部品などとして有用である。

以下、実施例に基いてこの発明をさらに詳細に説明する
。

釆厘眉東し株式会社製炭素繊維“トレカ”Ｔａ２Ｏを長さ約０
．３ｍｍに切断して得た短繊維と、フェノール樹脂の５
０重量％メタノール溶液とを体積比で１：４になるよう
に混合した。

次に、上記混合物を金型に入れ、約８００℃まで昇温し
、その温度に約１５分間保持してフェノール樹脂を炭素
化した。これにより、上記短繊維同士がフェノール樹脂
の炭素化物によって互いに結着された多孔性の集合体が
得られた。

次に、上記集合体を長さ９５ｍｍ、幅１０ｍｍ、厚み５
ｍｍの大きざに切り出し、これに東し株式会社製炭素繊
維“トレカ”Ｍ２Ｏ（連続繊維）をその繊維軸の方向が
上記集合体の長手方向になるように、かつ全体厚みが約
１０ｍｍになるように一様に巻き付け、この発明の係る
プリフォーム材を得た。

次に、上記プリフォーム材を鋳型に入れ、その鋳型にア
ルミニウムとケイ素の合金（ケイ素の量：約７重量％）
の溶湯（温度：約７５０℃）を注ぎ込み、約５００ＫＣ
Ｊ／ｃｍ２の圧力を加えて上記プリフォーム材に含浸し
、凝固させてＦＲＭを得た。

次に、上記ＦＲＭについて周知の３点曲げ試験による曲
げ強度を測定したところ、約７８Ｋｇ／ｍｍ２という高
い値であった。また、曲げ弾性率は約１５トン／ｍｍ２
であり、これもまた大変高かった。

発明の効果この発明に係るプリフォーム材は、結着剤により互いに
結着された、補強繊維の長繊維、短繊維またはウィスカ
の集合体に、補強繊維の連続繊維または織物を巻いてな
るものであるからして、それ自身良好な形態保持性を有
し、扱いやすいばかりか、これを高圧鋳造法に供すれば
、形態保持のための容器を使用しないでＦＲＭを得るこ
とができ、製造後に容器を切削除去するといったわずら
れしさがなくなる。しかも、全体として、長繊維、短繊
維またはウィスカを使用したＦＲＭと連続繊維または織
物を使用したＦＲＭの長所を兼ね備えたＦＲＭｌ＊るこ
とができるばかりか、それぞれの長所が部位により独立
に発現されるＦＲＭとすることができ、ＦＲＭの用途が
拡がる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第７図は、それぞれ異なる全体形状をもつこの
発明に係るプリフォーム材を示す概略図で、第１図およ
び第４図〜第７図は斜視図、第２図および第３図は縦断
面図である。１：結着剤により互いに結着された、補強繊維の長繊維
、短繊維またはウィスカの集合体２：集合体に巻かれた補強繊維の連続繊維または織物３：金属製リング

Claims

【特許請求の範囲】

結着剤により互いに結着された、補強繊維の長繊維、短
繊維またはウイスカの集合体に、補強繊維の連続繊維ま
たは織物が巻かれていることを特徴とするプリフォーム
材。