JPS62161932A - 繊維集積体の製造方法 - 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〕 本発明は繊維集積体の製造方法、更に詳しくいえば繊維
の多くが一次元配向した繊維集積体の製造方法に関する
。この「−次元配向」とは、例えば繊維の多くが、すべ
てほぼ同一の方向に向いていることを意味する。なおこ
れは、該１１＄１１集積体における場合のみならず以下
に述べる配向工程等においても同様に用いられる。

［従来の技術］ 従来、短ｍｉｓ又はウィスカ等の比較的短い繊維の繊維
集積体を得るために以下のような方法が試みられている
。

その１つには第６図に示すように遠心成形装置を用いる
方法がある（特開昭６０−６５２００号公報）。この遠
心成形装置においては、外１１Ｍ２１内に配置された多
孔円筒容器２３内の濾過膜２５内に炭化珪素ウィスカ等
の繊維が供給管２４から供給されて遠心作用により該４
！維の中空集積体２６を成形する方法である。なお、該
図中２２は排水口を示す。

又他の従来の方法として、第７図に示すように吸引成形
装置を用いて配向させる方法がある。この方法では、シ
リンダ３１内に所定の繊維混合液３４を入れ、該混合液
３４を該シリンダ３１の上部に配置された加圧プランジ
ャー３２を用いて加圧するとともに、該シリンダ３１の
底部に配置された濾過材３３から濾液を真空吸引させて
除去することにより該繊維を配向させて集積する方法で
ある。これらの他に抄紙法、又はスプレー法等の方法が
ある。

しかし上記の方法、特に上記の遠心成形装置又は吸引成
形装置を用いる方法によって成形される繊維集積体では
、繊維の多くが一次元配向されるものではなく二次元配
向又は三次元配向されるものである。従ってこれらの方
法では、該繊維集積体をｍｔｔ＊強化金属（以下ＦＲＭ
という。）にしたときの強度が所定の一次元方向に十分
に強化されないこと、繊維容積率が低いこと及び圧縮成
形時のスプリングバッグが大きいこと等の欠点がある。

即ち従来の繊維を所定の一次元方向に配向させた繊維集
積体を得たいという願望があるにもかかわらず、該繊維
の多くが一次元配向された繊維集積体は得られず、二次
元配向または三次元配向された繊維集積体が得られるに
過ぎなかった。

［発明が解決しようとする問題点Ｊ 本発明は、上記欠点を克服するものであり、ＥＲＭにし
た場合所定の一次元方向に高強度のＦＲＭを提供し、繊
維容積率の高いおよびスプリングバッグの少ない、繊維
の多くが一次元配向した繊維集積体を製造する方法を提
供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ 一次元配向した繊Ｈ集禎体を製造するのに以下の方法と
することも考えられる。即ちこの方法は、ｙＩＩ繊維ま
たはウィスカ等のｔｉｉ＠誘電液体に分散する分散工程
、該繊維が分散したＭ電液体を高電圧を印加した正負Ｔ
ｉ極間に注入し、該誘電液体中で個々の該ｍ雑をその一
端が該正電極に他端が該負電極に向いた状態に静電配向
させる配向工程、静電配向した該繊維をその配向状態を
維持した状態で集積する集積工程、を順次実施する方法
である。

しかし、この方法では、第５図に示すように、該正負電
極に、例えば約５〜１０に■以上の高電圧を印加すると
、ｙＪ電電液への電荷注入現象に起因すると思われるＭ
１４１００対流が生じ、配向した繊維やブリッジングし
たｍＭｌｌａさらには集積した繊維を撹乱して、その−
次元配向状態を乱してしまう。

本発明は、この欠点をも克服するものであり、さらに−
次元配向性が良く、サイズのより小さな繊維の良好な一
次元配向を可能とした繊維集積体を製造する方法に関す
るものである。

即ち、本発明の特徴は、上記分散工程、配向工程および
集積工程を順次実施する製造方法において、該正゛踵極
および該負電極の少なくとらいずれか一方の側に対流防
止膜が設けられることである。

該対流防止膜とは、該配向工程および該集積工程におい
て該誘電液体の対流を防止するための膜をいう。該対流
防止膜は、該正電極および該負電極の少なくともいずれ
か一方の側に設けられるが、その両方の側に設けるのが
好ましい。

該対流防止膜としてはイオン交換膜又は紙とすることが
できるが特にイオン交換膜が好ましい。

該イオン交換膜としては樹脂膜に限らないが、通常陽イ
オン交換樹脂膜又は陰イオン交換樹脂膜が用いられる。

該イオン交換樹脂膜はその対流防止効果が大きいからで
ある。

該対流防止膜としては、正電極の内面側には陰イオン交
換膜が、負電極の内面側には陽イオン交換膜が用いられ
るとするのが好ましい。これは該陰イオン交換膜が正電
極側に発生する陽イオンを配向繊維側へ流入するのを防
止し、また該陽イオン交換膜が負電極側に発生する陰イ
オンを配向繊維側に流入するのを防止し、そのために該
配向繊維を含む該誘電液体の乱流を防止して該繊維の静
電配向をより安定化するからである。

該対流防止膜としては口紙等の紙を用いることができる
。

上記分散工程は、短繊維またはウィスカ等の繊維を誘電
液体に分散する工程である。

該分散工程に用いられる該繊維としては短繊維又はウィ
スカもしくはこれらの繊維の混合繊維とすることができ
る。該ウィスカおよび該短繊維としては、各々ウィスカ
および短ｌ！雑の筒端に入るものをすべて用いることが
でき、その径および長さは特に限定されない。該繊維の
材質としては、所定の誘電液体中で高電圧を正負電極間
に印加した場合、静電配向するものであれば良い。例え
ば該繊維の材質としては、アルミナ、シリカ、アルミナ
−シリカ、ベリリヤ、炭素、炭化珪素、ガラス又は各種
金属等とすることができる。又該ｍ維としては、これら
のうちの−材質からなる繊維の２以上の混合Ｉ維とする
こともできる。

該Ｍ電液体とは高電圧の印加によりＭ？！性を示す液体
をいう。該誘電液体としては、四塩化炭素、フッ素塩素
置換炭化水素、ｎ−ヘキサン又はシクロヘキサン等を用
いることができる。該これらの誘電液体のうち四塩化炭
素が好ましい。又フッ素塩素置換炭化水素は取扱いの安
全性の点から好ましい。

該繊維の種類および状態によっては、該繊維の表面処理
を実施し、該繊維を解こうして該［ｆｆの凝集状態を解
除する必要がある。該誘電液体に該繊維を分散させるに
は通常界面活性剤特にノニオン系界面活性剤を適当量添
加することが好ましい。

上記配向工程は、該ＨＨが分散したＭ電液体を高電圧を
印加した正負電極間に配置し、該ｉ電液体中で個々の該
１１１１１をその一端が該正電極に他端が該負電極に向
いた状態に静電配向させる工程である。

該配向工程においてはこの正負電極間に通常約１〜１５
Ｋｖ程度の直流高電圧を印加する。該高電圧としては、
ＩＫＶ以下では繊維の静電配向力が充分でなく、又１５
ＫＶｆｉ！度以上においては誘電液体が撹乱され配向さ
れた繊維を阻害することとなり好ましくない。該高電圧
としては約１〜１０ＫＶ程度が好ましい。これは該繊維
の静電配向力に優れ、かつ該ｇ！誘電液体撹乱も少ない
からである。なお、該高電圧の大きさとしては、用いる
繊維および誘電液体の誘電特性、および製造される繊維
集積体の厚さ等により最も好ましい範囲が種々設定され
る。

次いで上記により静電配向された個々の繊維はその多く
がその繊維間において該繊維の沈降方向と垂直方向（以
下正負電極方向という。）の−次元方向にブリッジング
を生じ該ブリッジングされた繊維等が下方に沈降してい
く。なお、このブリッジングされた繊維は、されない繊
維と比べて沈降速度が大きくなる。

上記集積工程は、上記により静電配向した該繊維をその
配向状態を維持した状態で集積し、該繊維の多くが一次
元配向した＄１雑集積体を得る工程である。

該集積工程は、配向工程において配向したｍ＠を例えば
第１図に示すようにドレーンバイブロ１に配置されたコ
ツクロ２を閉じた状態にしておくこと等により自然沈降
することにより行うことができる。又該集積工程は、例
えば第１図に示す装置においては、該排出部６のドレー
ンコツクロ２を開いた状態にすることにより、配向工程
において配向した繊維を含む誘電液体を該繊維の配向方
向と垂直方向に濾過し、フィルタ１０上に配向した該繊
ｌ１１ａを集めること等により行うことができる。この
濾過する方法によれば集積時間を短縮することができる
。更に該濾過を吸引又は真空で行うこともできる。又こ
のフィルタを濾過面全面に配置して自然沈降又は濾過す
る場合には誘電液体を排出する際の液の乱れを抑制でき
るので、配向された該繊維の配向状態を乱すことが少な
く、そのため−次元配向の状態の良い繊維集積体を得る
ことができる。なお該フィルタ１ｏは多孔質セラミック
等で構成されるものとすることができる。

上記分散工程、配向工程および集積工程を連続的に実施
するものとすることができる。

集積工程により集積された繊維集積体は、その厚さが比
較的厚いマット形状の集積体とすることもできるし、そ
の厚さの比較的薄いフィルム形状の集積体等とすること
もできる。

上記−次元配向された繊維集積体を所定の装置から取出
し、そのままの形状で又は所望形状に切断あるいは重ね
合わせてＦＲＭ用の強化ｍ雑成形体とする。

本製造方法において用いられる装置は、例えば第１図の
模式図に示すように、上方に短繊維等の繊１１ｉ１が分
散した誘電液体２の供給をうけ該誘電液体２を下方に供
給する供給７１Ｓ４と、下方に該誘電液体を排出する排
出部６と、該供給部４および該排出部６との間に該誘電
液体が下方に移動する配向部５とをもつ配向槽７と、 該配向槽７の該配向部５に設けられそれぞれ垂直方向に
伸び水平方向に間隔をへだでて設けられた一対の正電極
８および負電極９と、 該正電極８および＠負電極９の各内側に各々配置された
陰イオン交換Ｉｔ！Ｊ１２および陽イオン交換ｎ！１３
と、 該正負電橋８．９間に高電圧を印加するための高電圧印
加装置１１と、からなるものとすることができる。なお
、該供給部４の上部には、該繊維を分散し、また該繊維
が分散したＭ’Ｒ液体を供給する供給装置３を配置した
構成とすることもできる。

［発明の効果］ 本発明の繊維集積体の製造方法は、繊維が分散した誘電
液体を高電圧を印加した正負電極間に注入し、該誘電液
体中で個々の該繊維をその一端が該正電極に他端が該負
電極に向いた状態に静電配向させる配向工程と、静電配
向した該繊維をその配向状態を維持した状態で集積する
集積工程と、を右し、かつ該正電極および該負ｆｆｉ極
のすくなくともいずれか一方の側に対流防止膜が設けら
れている。従って該繊維集積体の製造方法においては、
電極への高電圧印加に伴なう誘電液体への電荷注入現象
に起因して発生する陽イオン又は陰イオン等が配向繊維
側へ流入しないので、配向槽内の誘電液体の対流が防止
され、そのため、−次元方向に配向した該繊維の配向を
より安定にする。従って本製造方法によれば、　Ｈｍｌ
ｌｆｔの多くが良好に一次元配向した繊維集積体が得ら
れるので、該繊維集積体を用いてＦＲＭを製造した場合
その一次元配向の方向に極めて高強度のＦＲＭを製造す
ることができる。また本製造方法によれば、液の対流が
防止されるため、サイズの小さな繊維を配向させること
ができるし、またより大きな高電圧を用いてもこの対流
が防止されるので、！ｌ維の配向力をより高め、そのた
め肉厚の集積体を製造することも容易である。

本械ｍ＊積体の製造方法において、特に短繊維またはウ
ィスカのｍｌｌ１を用いる場合に【よ、長繊維を用いた
場合と同等の特性を有するＦＲＭを製造することができ
る。特に短８Ｍを用いれば安価であるしウィスカを用い
ればさらに高強度のＦＲＭを製造することができる。

又本繊維集積体の製造方法においては繊維の多くが良好
に一次元配向した繊維集積体が得られるので、繊維の絡
み合いが少なく、そのため繊維容積率の高い繊維集積体
を得ることができる。従って該繊維集積体を用いてＦＲ
Ｍを製造する場合高強度のＦＲＭを製造することができ
る。

又本製造方法によれば、同様にＩ１ｍ雑の絡み合いが少
ないのでスプリングバックの少ない繊維集積体を得るこ
とができる。従って本方法により製造された繊維集積体
を用いれば精度の良いＦＲＭ製品を得ることができる。

［実施＠］ 以下、実施例により本発明を説明する。

（１）誘電液体の乱流の検討 第１図に示す静電配向装置を準備する。該装置は、上方
に短繊維等の繊維が分散した誘電液体の供給をうけ下方
にｆａｌｌを供給する供給部４と、下方に該誘電液体を
排出する排出部６と、該供給部４および該排出部６の間
に該誘電液体が下方に移動する配向部５と、をもつ配向
槽７と、該配向槽の該配向部に設けられそれぞれ垂直方
向に伸び水平方向に間隔をへだてて設けられた１対の正
電極８おにび負電極９と、該正電Ｉ１８および該負電極
９の両側に各々配置された対流防止膜１２．１３と、こ
れらの電極８．９間に高電圧を印加するための高電圧印
加装置１１と、をもつ。

なお該対流防止膜としては、イオン交換樹脂膜又は紙を
用い、各電極から５ｆｆｌＩｌ１１１１れた位置に配置
した。該Ｎ極間距離は７０ｍｍである。

該静電配向装置内の電極間に四塩化炭素を入れて、５．
１０．１５ＫＶの各直流電圧を印加し、該ｇ！誘電液体
乱流について検討した。

この結果によれば、正電極の内面側に該陰イオン交換樹
脂膜が負電極の内面側に該陽イオン交換樹脂膜が配置さ
れた場合、５ｋｖの印加のときほとんど乱流はなく、１
０に■のとき陽極側でのみ若干部分的乱流が生じ、１５
ｋｖのとき全体の乱流が生じた。また両電極の内面側に
紙を用いた場合にも、はぼ同様の効果が認められたが１
Ｑｋｖでは上記と比べて若干部分的乱流が大きかった。

なお、第５図に示すように上記対流防止膜を用いない場
合には、５ｋｖの印加により、特に負電極側においても
比較的大きな部分的乱流が生じ、引いては液全体が撹乱
された。

以上より上記対流防止膜を使用すると、使用しない場合
と比べて高電圧を印加した場合の液の乱流は著しく防止
された。

（実施例２） 本実施例では、実施例１の結果を考慮して、イオン交換
樹脂膜を対流防止膜として使用し、以下の如く繊維集積
体を製造した。

まず、表面処理をしないアルミナ類１１Ｍ（平均直径約
３μ、長さ１０〜５００μ）を四塩化炭素の誘電液体中
に掃く少量のノニオン系界面活性剤とともに添加し、こ
れらを撹拌して該繊維を分散させた。

次いで実ｍ例１の配向装置を準備し、該装置内の電極間
に四塩化炭素を入れて、１０ｋｖの直流電圧を印加し、
該装置内に上記により該ｔａＮが分散した誘電液体をビ
ーカーに入”れて静かにＨ装置の供給部４に注入した。

次いで該注入された該繊Ｈ１は、該誘電液体中で誘電分
極してその一端が該正電極８に他端が該負電極９に向い
た状態（これを−次元配向した状態と称する。）に静電
配向される。この静電配向された該ｍ維１ａが沈降する
際にその多（はブリッジングを生じ該ブリッジングした
繊維等が正負電極方向の一次元配向に配向された状態で
沈降していく。

上記により静電配向した該繊維を、その配向状態を維持
した状態でドレーンバイブロ１に設けられたドレーンコ
ツクロ２を開くことにより該誘電液体をフィルタ１０を
介してｌｌｉ！遇させるとともに、Ｈ１ａ維は該フィル
タ１０上に一次元配向した状態で集積される。

そして該装置内に残存する誘電液体をドレーンバイブロ
１を通じて除去して、マット形状（長さ８０ｎｕａ、厚
さ１０〜２０１１１１１１）の繊維集積体１４を製造し
た。

該繊ＩＮ！集積体の一次元配向状態を評励するために、
該ｌｌＨ集積体を用いて母材金属にアルミニウム合金（
ＡＲ−４Ｃｕ−２ＭＧ）を用いたＦＲＭを製造し、第２
図に示した該ＦＲＭのＸ−Ｙ−Ｚの三次元軸の模式図で
示したＸ−Ｙ断面の１００倍写真図を第３図に示し、そ
のＹ−Ｚ断面の４００倍写真図を第４図に示した。なお
、これらの図で黒色部は１１維を、白色部は母材金属を
示す。第３図ではＸ軸方向に配列された該繊維の縦断面
状態を示し、第４図では、Ｙ−Ｚ断面において該繊維の
横断面が円形形状を示しており、そのためこれらの図に
よれは繊維がＸ軸方向に一次元配向していることを明瞭
に示している。

又−次元配向された該繊維集積体を用いたＦＲＭの曲げ
強さを測定したところ、８７．２ｋＱｆ／ｌ１ｍ２を示
した。一方、二次元ランダム配向繊維の問合ｇＲ母材に
おけるＦＲＭは７５ｋＯｆ／ｎ＋１および該金属母材の
みにおいては５８ｋｇｆ／ａｍ２を示し、本実施例のＦ
ＲＭは大きな曲げ強さを示した。なおこれらの前者２つ
はほぼ同じ繊維体積率（前者が２５％、後者が３０％）
のものを用いた。

史に又本実施例における繊維集積体は一次元配向の繊維
集積体であるので容積率は従来のものと比べて高く、又
スプリングバックの少ない繊ｉ　！＄！積体を得ること
ができ、そのため精度の高いＦＲＭを製造することがで
きる。

また本繊維集積体の製造方法によれば該配向した５ｔｉ
ｔ４を集積する際に該装置の底部の全面に耐食性の多孔
質フィルターを取付けて誘電液体を濾過し除去する工程
を有するので、配向した繊維が液の排出時に生じる液の
乱流がなく、該繊維の配向の乱れが防止されて、そのた
め配向性の良いＩＩ雑集積体を製造することができた。

又本製造方法においては、濾液を連続的にドレーンバイ
ブを通じて排出し除去するので短詩１ｍに繊維を集積す
ることができた。又本実施例により製造された１！１４
集積体は厚さ約１０〜２０１１１１１のマット状を有す
るので、該マットを所望形状に切断し又は重ね合わせる
ことにより種々のＦＲＭ用の繊維成形体を形成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例に係わり、多孔質フィルターを介して
誘電液体を濾過する工程を有する繊維集積体の製造方法
の説明断面図である。第２図は実施例２により製造され
た繊維集積体を用いて製造されたＦＲＭのＸ−Ｙ−Ｚ軸
を模式的に示す説明図である。第３図は実施例２により
製造された繊維集積体を用いて製造されたＦＲＭの第２
図に示すＸ−Ｙ断面におけるｍｔｉｌｌの形状を示す拡
大写真図である。第４図は実施例２により製造された繊
維集積体を用いて製造されたＦＲＭの第２図に示すＹ−
Ｚ断面における繊維の形状を示す拡大写真図である。 第５図は正負電極の双方の側に対流防止膜が設けられて
いない場合の液の乱流状態を示す説明断面図である。 第６図は従来の遠心成形５Ａ置の一部破断断百図である
。第７図は従来の吸引成形装置の説明断面図である。 １・・・繊維　　　　　　　１ａ・・・配向したＩＩＩ
Ｉ＃２・・・誘電液体 ３・・・繊維の分散液の供給装置 ４・・・供給部　　　　　　　５・・・配向部６・・・
排出部 ６１・・・ドレーンバイブ　６２・・・ドレーンコック
７・・・配向槽　　　　　　　８・・・正電極９・・・
負電極　　　　　　１０・・・フィルタ１１・・・高電
圧部加装［１４・・・繊維集積体１２．１３・・・対流
防止ｇ！　２１・・・外筒２２・・・排水孔　　　　　
　２３・・・多孔円筒容器２４・・・供給管　　　　　
　２５・・・濾過膜２６・・・炭化珪素ウィスカの中空
成形体３１・・・シリンダ ３２・・・加圧プランジャー　３３・・・濾過材３４・
・・繊維混合液

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）短繊維またはウィスカ等の繊維を誘電液体に分散
   する分散工程、 該繊維が分散した誘電液体を高電圧を印加した正負電極
   間に注入し、該誘電液体中で個々の該繊維をその一端が
   該正電極に他端が該負電極に向いた状態に静電配向させ
   る配向工程、 静電配向した該繊維をその配向状態を維持した状態で集
   積する集積工程、 を順次実施し、該繊維の多くが一次元配向した繊維集積
   体を得る繊維集積体の製造方法において、該正電極およ
   び該負電極の少なくともいずれか一方の側に対流防止膜
   が設けられ、該対流防止膜により該繊維の静電配向をよ
   り安定化したことを特徴とする繊維集積体の製造方法。
2. （２）対流防止膜は、イオン交換膜又は紙である特許請
   求の範囲第１項記載の繊維集積体の製造方法。
3. （３）対流防止膜としては、正電極の内面側には陰イオ
   ン交換膜が、負電極の内面側には陽イオン交換膜が用い
   られる特許請求の範囲第１項記載の繊維集積体の製造方
   法。
4. （４）繊維は、アルミナ、シリカ、アルミナ−シリカ、
   ベリリア、炭素、炭化珪素、ガラス又は各種金属から構
   成されている特許請求の範囲第１項記載の繊維集積体の
   製造方法。
5. （５）誘電液体は、四塩化炭素、フッ素塩素置換炭化水
   素、ｎ−ヘキサン又はシクロヘキサンである特許請求の
   範囲第１項記載の繊維集積体の製造方法。
6. （６）集積工程は、配向工程において配向した繊維を自
   然沈降させることにより行なう特許請求の範囲第１項記
   載の繊維集積体の製造方法。
7. （７）集積工程は、配向工程において配向した繊維を含
   む誘電液体を該繊維の配向方向と垂直方向に濾過し、フ
   ィルタ上に配向した該繊維を集めることにより行う特許
   請求の範囲第１項記級の繊維集積体の製造方法。
8. （８）分散工程、配向工程および集積工程を連続的に実
   施する特許請求の範囲第１項記載の繊維集積体の製造方
   法。