JPS62191555A - 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
の多くが求心方向に配向した繊維集積体のＷＡ造方法に
関する。

［従来の技術］ 従来、短繊維又はウィスカ等の比較的短いａｔＶの繊１
Ｉｌｔ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７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、外筒２１内に配置された多孔円
筒容器２３内の濾過ｌ！２５内に炭化■ま素ウィスカ等
の繊維が供給管２４から供給されて遠心作用により該繊
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８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。

［発明が解決しようとする問題点］ 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ＩＩＩＩ集積体は、そ
の繊維の多くが求心方向に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。なおこの「求
心方向に配向」とは、例えば繊維の多くが、軸芯方向と
垂直の横断面では軸芯部又は軸芯部に相当する部分の方
向に向き、軸心を通り軸心方向と平行の縦断面ではＩｌ
ｌ芯方向と垂直方向に向いていることを意味する。なお
これは、繊維集積体のみならず以下に述べる配向ニー　
　４　　＝ 程においても同様に用いられる。

従ってこれらの方法では、該１！ｉｔ４集積体を繊維強
化金属複合材料（以下ＦＲＭという。）にしたときの強
度が所定の一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クが大き
いこと等の欠点がある。

即ち従来のａｍを所定の求心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＃Ａ雑
の多くが求心方向に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ｍ紺集積体が得られ
るに過ぎなかった。

本発明は、上記欠点を克服するものであり、ＦＲＭにし
た場合所定の方向に高強度の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
が求心方向に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］ 本発明の繊維集積体の製造方法は、短繊維またはウィス
カ等の繊維を誘電液体に分散する分散ニ程、 高電圧を印加した、外周面が電極面となる軸芯部電極と
該軸芯部電極の外周面に相対向する内周面をもつ環状の
外周部電極との両電極間に、該繊維が分散した誘電液体
を注入し、該誘電液体中で個々の該繊維をその一端が両
電極のうちの一方の電極にその他端が他方の電極に向い
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、該繊維の多くが求心方向に配向した繊維
集積体を得ることを特徴とする。

上記分散工程に用いられる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。このウィスカおよび該短繊維としては、各々ウィス
カおよび短繊維の範晴に入るものを用いることができ、
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両電極間に印加し
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。又該繊維としては、これらのうちの
−材質からなる繊維の２以上の混合繊維とすることもで
きる。

上記誘電液体とは高電圧の印加により誘電性を示す液体
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−ヘキサジ又はシクロヘキザン等を用
いることができる。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＠換炭化水素は取扱いの安全
性の点から好ましい。

上記繊維の種類および状態によっては、繊維の表面処理
を実施し、該繊維を解こうして該繊維の凝集状態を解除
する必要がある。誘電液体に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、高電圧を印加した軸芯部電極と外周部
電極との両電極間に繊維が分散した誘電液体を配置し、
該誘電液体中で個々の該繊維をその一端が一方の電極に
、その他端が他方の電極に向いた状態〈この状態をも求
心方向に配向した状態と称する。）に静電配向させる工
程である。

本発明の特徴の１つは、使用される電極形状にある。

この軸芯部電極は外周面が電極面となるものである。こ
の電極としては筒形状であってもよいし棒状形状であっ
てもＪ：い。またこの筒形状は円筒形状、第４図に示す
ようなへ角筒形状等であってもよく、またこの棒状形状
の横断面形状も円、へ角等でよく、特にこれらの外周形
状は製造される所望の繊維集積体の内周形状により種々
選択される。さらに、この軸芯部電極の外径、長さ、筒
形状の内径又は肉厚等は目的、用途により種々選択され
る。さらにこの軸芯部電極は、例えば全体として環状に
配置され、一定間隔を隔てて配置された複数の板状部等
から成る構成とすることもできる。

上記外周部電極は、上記軸芯部電極の外周面に相対向す
る内周面をもつ環状の形状を有するものである。この外
周部電極の形状は、製造される所望の繊維集積体の外周
形状等により種々の形状が選択される。例えば該外周部
電極は、第２図に示すように軸芯部電極の外周側に配置
された円筒形状、又は第４図に示すように同様に配置さ
れたへ角筒形状等とすることができる。

またこの外周部電極は例えば第３図に示すように軸芯部
電極８ａの外周側に配置され、円周方向に一定間隔を陪
でて配置された複数の板状部から成るもの９ａ、さらに
は同様に配置された棒状部等から成るものとすることも
できる。この前者の電極Ｑａ、９ａで４１雑集積体を製
造する場合、第３図に示ずように歯部では繊維の多くが
求心方向に配向し、歯元部では十分に求心方向に配向し
ていない。従ってこれにより製造される繊維集積体にお
いては歯部では繊維が配向し歯元部で歯繊維が十分に配
向していない。従ってこれを用いて成るＦＲＭにおいて
山部は強度が大きく歯元部は曲げ応力に強いので、ギア
用成形体に利用すると好都合である。

−〇　　− 上記軸芯部電極と外周部電極の形状、さらにはこれらの
電極の配置方法等は、製造される繊維集積体の形状によ
り種々選択される。例えばこの両電極の配置方法として
は、同軸的に配置してもよいし、異軸的に配置してもよ
い。

この配向工程においては、上記両電極間に高電圧を印加
する。この電圧としては直流、交流を問わないが、通常
直流が用いられる。直流高電圧を印加する場合、上記両
電極のどちらを正Ｎ極としてもよい。

この配向工程においてはこの両電極間に通常的０．５〜
５ＫＶ／Ｃｍ程度の電界をつくる。電界としては、０．
２Ｋｖ／ｃｍ以下では繊維の静電配向力が充分でなく、
又１０Ｋｖ／ａｍ程度以上においては誘電液体が撹乱さ
れ配向された［を閉害することとなり好ましくない。こ
の電界としては約１〜２ＫＶ／Ｃｍ程度が好ましい。こ
れは該ｍ雑の静電配向力に優れ、かつこの誘電液体の撹
乱も少ないからである。なお、該電界の強さとしては、
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求心方向にブリッジングを生じ該
ブリッジングされた該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。

本製造方法の第３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て、繊維集積
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繊維を例えば
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
維１ａ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づ゛
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、そのため求心方向への配向の状態の良い繊維集積体
を得ることができる。なお該フィルタは多孔質セラミッ
ク等で構成されるものとすることかできる。

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て製造される繊維集積体は、上
記の両電極の所望形状により種々の形状のものが製造さ
れる。例えばこの集積体は、その高さが比較的大きな円
筒形状等の集積体とすることもできるし、その高さの比
較的小さなマット形状又はさらに薄いフィルム形状の集
積体等とすることもできる。

上記一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用の強化繊維成形体とする。

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維１が分散し
た誘電液体２の供給をうレプ該誘電液体２を下方に供給
する供給部４と、下方に該誘電液体２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
２が下方に移動づ−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（プられた、外周面が電極
面となる軸基部電極８と該軸基部電極８の外周面に相対
向する内周面をもつ環状の外周部電極９と、 この両電極８．９間に高電圧を印加するための高電圧印
加装置（図示せず）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、該繊維が分散した誘
電液体を供給又は分散させる供給装置を配置した構成と
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り法は、高電圧を印加した、
外周面が電極面となる軸基部電極と該軸基部電極の外周
面に相対向する内周面をもつ環状の外周部電極との両電
極間に、該繊維が分散した誘電液体を配置し、該誘電液
体中で個々の該繊維をその一端が該軸基部電極および該
外周部電極の一方の電極に、その他端が他方の電極に向
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該軸基部電極の軸
芯方向に移動させて集積する集積工程と、を有する。従
って該繊維集積体の製造方法においては該繊維の多くが
求心方向に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定の方向に
極めて高強度のＦＲＭを製造することができる。

本繊維集積体の製造方法において、特に知！１Ｍまたは
ウィスカの繊維を用いる場合には、長＃Ｊ＆ｍ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ｔＭ帷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求心
方向に即ち軸芯方向と垂直の横断面では軸芯部に相当す
る部分の方向に、軸芯を通り軸芯方向と平行の縦断面で
は軸芯方向と垂直方向に、配向した繊維集積体が得られ
るので、該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ＦＲＭ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、同様に繊維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。

［実施例コ 以下、実施例により本発明を説明する。

（実施例１） まず第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１が分散した誘電液体２の供給を
うける供給部４と、下方に該誘電液体２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
２が下方に移動する配向部５と、をもつ配向槽７と、 円管形状の軸芯部電極（貞電極）８と、該軸芯部電極８
と同軸的にかつ該軸芯部電極８の外周側に配置された、
該軸芯部電極８の外周径よりも大きな内径をもつ外周部
電極（正電極）９と、これらの電極８．９間ｊ二直流高
電圧を印加するための高電圧印加装置く図示せず）と、
をもつ。

なお該電極間距離は２０ｍｍである。

次いで表面処理をしないアルミナ短繊維（平均直径約３
μ、長さ１０〜５００μ）を、四塩化炭素の誘電液体中
にご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。

該静電配向装置内の電極間に四塩化炭素を入れて、約１
Ｋｖの直流電圧を印加し、該装置内に上記により該繊維
１が分散した誘電液体２をビーカ一に入れて静かに該装
置の供給部４に注入した。

次いで注入された該繊維１は、該誘電液体２中で誘電分
極してその一端が該軸芯部電極８に他端が該外周部電極
９に向いた状態に静電配向される。

この静電配向された該繊維１ａが沈降する際にその多く
はブリッジングを生じ該ブリッジングしたＩ帷等が正負
電極方向の求心方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ｌｉＡ維１ａを、その配向状
態を維持した状態でドレーンバイブロ１に設りられたド
レーンコツクロ２を聞くことにより該誘電液体をフィル
タ１０を介してｍ過させるとともに、該繊維は該フィル
タ１０上に求心方向へ配向した状態で集積される。

そして上記分散１桿、配向工程および集積工程を順次実
施し、所定の厚さの繊維集積体とした後、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
、繊維集積体３を製造した。

この繊維集積体は、第５図に示すように円管形状をして
おり、繊維の多くが、軸芯方向と垂直の横断面では軸芯
部に相当する部分の方向に、軸芯を通り軸芯方向と平行
の縦断面では軸芯方向と垂直方向に、軸即ち求心方向に
向いており、かつその内周部は外周部と比べて＃＆維容
積率が大きい。

なお、上記供給部４のほぼ全面にほぼ同濃度の分散液を
ほぼ同量供給すると上記ｍｍ集積体が得られるが、該供
給部４の外周部側にその高′ａ度の分散液を供給するこ
と等より、その全体がほぼ同繊維容積率をもつ集積体と
することもできる。

本実施例では、第１図ａ３よび第２図に示すように、求
心方向に配向し、かつブリッジングした繊維が沈降し、
次々に集積されていき、しかも排出部６には配向部５の
全底面側に配置されたフィルタ１ｏを有するので該繊維
の濾過時に生じる乱流もほとんどない。従って本実施例
では、繊維の多くが極めて良好に求心方向に配向された
繊維集積体を製造できる。

この繊維集積体は内周部の繊維容積率が大きいので、こ
れを用いて製造されたＦＲＭは、その内周部の耐摩耗性
がさらに向上する。従ってこのＦＲＭは軸受は等に利用
すると好都合である。

またこの繊維集積体を用いれば、例えば第６図に示すよ
うにこの繊維集積体から成るＦＲＭ部分１１ａを内側に
、二次元ランダムに配向した繊維集積体から成るＦＲＭ
部分１１ｂをその外側に配置されて成るＦＲＭｌ　１を
製造できる。このＦＲＭは遠心応力に絶えるように外側
が補強されているとともに内周部の耐摩耗性は優れてい
るので、高速で回転する外輪として利用することができ
る。

（実施例２） 本実施例では、交流高電圧を印加して繊維の多くが求心
方向に配向した繊維集積体を得ることを目的とする。以
下の相違点以外は実施例１と同様にして繊維集積体を製
造した。この相違点は、（１）両電極間に交流高電圧を
印加したこと、（２）誘電液体としてフレオン（０２Ｃ
文３Ｆ３）を用いたこと、（３）印加電圧は約０．８Ｋ
Ｖ（電極間距離は実施例１と同じの２０ｍｍである。

）としたこと、である。なお印加電圧は良好な静電配向
性および液の対流防止等の観点から、約Ｏ１２５ＫＶ〜
１．５Ｋｖの範囲内において実験をした結果、より好ま
しい上記値を選択した。

本実施例においても、実施例１の場合とばぼ同じ、繊維
の多くが求心方向に配向した状態の繊維集積体が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例１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を製造する
状態を示す説明縦断面図である。 第２図は第１図で示した製造方法の状態を示す説明横断
面である。 第３図は円周方向に一定間隔を隔てて配置された複数の
板状部から成る環状の外周部電極を用いて繊維集積体を
製造する状態を示す説明横断面図である。第４図はへ角
棒状の軸芯部Ｎ極とへ角管状の外周部電極を用いて繊維
集積体を製造する状態を示す説明横断面図である。 第５図は実施例１で製造された繊維集積体の、軸芯を通
る縦断面の一部を示す一部斜視図である。 第６図は実施例１で製造された繊維集積体を利用した状
態を示す縦断面図である。 第７図は従来の遠心成形装置の一部破断断面図である。 第８図は従来の吸引成形装置の説明断面図である。 １・・・ｍ帷　　　　　　　１ａ・・・配向した繊維２
・・・誘電液体　　　　　３・・・繊維集積体４・・・
受給部　　　　　　５・・・配向部６・・・排出部　　
　　　　６１・・・ドレーンバイブロ２・・・ドレーン
コック　７・・・配向槽８・・・軸芯部電極　　　　９
・・・外周部電極１０・・・フィルタ　　　　　１１・
・・ＦＲＭ２１・・・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・・・濾過剤　　　　　３４・・・繊維混合液第１
図 第２図 （ゝ、＼Ｉｌｌ銹ｌ／／ 、Ｓざ・・パ鴨ん′・ 〜こ゛　　　（ −７−７。 ２り　　　　　◇ ′・ヅう、／、ｌ計、′、゛＼＼＼゛パ第３図 第４図 第７図 第８図 真宮嘔１

Claims (7)

【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、 高電圧を印加した、外周面が電極面となる軸芯部電極と
   該軸芯部電極の外周面に相対向する内周面をもつ環状の
   外周部電極との両電極間に該繊維が分散した誘電液体を
   注入し、該誘電液体中で個々の該繊維をその一端が該軸
   芯部電極および該外周部電極の一方の電極にその他端が
   他方の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、該繊維の多くが求心方向に配向した繊維
   集積体を得ることを特徴とする繊維集積体の製造方法。
2. （２）配向工程は、軸芯部電極および外周部電極のうち
   の一方が正電極、他方が負電極とされる正負電極間に直
   流高電圧を印加して実施さ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。
3. （３）軸芯部電極および外周部電極は、いずれも円管形
   状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。
4. （４）軸芯部電極は円管形状であり、外周部電極は円周
   方向に一定間隔を隔てて配置された複数の板状部から成
   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）繊維は、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。
6. （６）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。
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項記載の繊維集積体の製造方法。