JPS6270536A - 複合材料の製造方法 - 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） 本発明は複合材料の製造方法に関し、特に各種工業分野
で有用である新規な構成の複合材料を提供することを目
的とする。

（従来の技術） 従来、単一材料からなる成形物は、使用する材料特有の
性能を発揮するに過ぎず、そのためそれら成形物に他の
機能を併有させるために、他の成分を複合させた複合材
料が広く使用されている。

典型的な例としては、例えば種々の着色プラスチック成
形物、種々の導電性プラスチック成形物、種々の充填剤
配合プラスチック成形物等の複合有機材料、種々の特殊
ガラス、種々のセラミンクス、種々の合金材料、種々の
触媒等の複合無機材料等その種類は殆ど無限といえる。

このような従来の各種複合材料は、それらを構成する成
分が互いに均一に配合するように種々の工夫が為されて
おり、また両者を層状にする場合には、それぞれの材料
から形成した成形物をラミネート、溶着、接着等の手段
により複合化を達成している。

（発明が解決しようとしている問題点）上記の如き従来
の各種複合材料は、大別すると構成成分が互いに均一に
存在している均一複合材料（例えばプラスチック基材中
に導電性粒子が均一に分散分布している成形物）および
構成成分が層状に接合されている積層物（例えば金属を
蒸着させた蒸着成形物）の態様に大別される。

これらの従来公知の複合材料に対して、例えば特定の磁
気材料において、その磁気強度が成形物の少なくとも１
方向に変化している複合材料、導電性材料においてその
導電度が成形物の少なくとも１方向に変化している複合
材料、伝熱材料においてその熱伝導度が少なくとも１方
向に変化している複合材料、光伝導体においてその光伝
導率が少なくとも１方向に変化している複合材料あるい
はこれらの性質が更に複合されている材料等も各種産業
分野で広く要望されている。

しかしながら、それらの複合材料を容易且つ高品質に製
造する方法が無く、実際上工業的に利用できる程度に高
性能且つ安価な上記の如き複合材料は殆ど知られていな
いのが実情である。

従って本発明の目的は、上記の如き種々の物性が成形物
中で任意に変化している複合材料を提供することである
。

（発明の開示） 本発明者は、上記の如き従来技術の問題点を解決し、物
性が任意に変化している複合材料を得るべく鋭意研究の
結果、物性の異なる複数の構成成分を経時的に混合比を
変動させ、構成成分の混合比から反映される相対存在比
の分布を固定して成形する際に、成形器を回転させて成
形することによって、上記従来技術の問題点が解決され
た広汎な複合材料が容易且つ安価に得られることを知見
して本発明を完成した。

すなわち、本発明は、複数の構成成分をもって複合材料
を製造する方法において、前記構成成分の混合比を経時
的に変化させながら混合し、回転している成形器に供給
して成形することを特徴とする複合材料の製造方法であ
る。

次に本発明を更に詳細に説明すると、本発明方法によっ
て提供される複合材料の構成は、第１ａ、ｂ図に図解的
に例示する如く、複合材料を構成している少なくとも１
種の成分が、その複合材料中において任意に変化してい
ることを特徴としている。

例えば、第Ｌａ、ｂ図に図解的に示す如く、成分Ａおよ
びマトリックスＢからなる複合材料成形物Ｃにおいて成
分Ａの濃度が、例えば成形物の厚さ方向、長さ方向、あ
るいは中心方向、外側方向に上昇し、成形物Ｃの一方の
端または外側では成分Ａが１００％を占め、一方の端ま
たは中心では成分Ａが存在せず、その中間領域では端ま
たは中心からの距離に比例して成分Ａの濃度が増減して
いることを特徴としている。

以上の例は理解を容易にするための典型的な例であり、
本発明方法で提供される複合材料は、プレート状、シー
ト状、フィルム状等の如く平面状成形物でもよいし、円
柱状、円筒状、円板状、角柱状、角錐状等の立体的成形
物等その形状は問われないものであり、また構成成分も
粒状物、分子状物等それらの構成成分の形態も問われな
いものである。

また１図示の例は特定のマトリックス中に該マトリック
スとは異なる成分Ａが分散して存在している例であるが
、成形物を構成する成分は、それらが最終的に何らかの
形状をとり得る成分であるかぎり、上記の例に限定され
ず、特定のマトリックス中に２種以上の成分が分散また
は溶解したものでもよいし、また異なる２種以上の成分
が粉末同士で固定化されたものでもよい等、複合材料を
構成している成分の形態、数および種類は問われないも
のである。

また、材料の物性としては、例えば電気伝導性、磁力、
磁性、熱伝導性、光伝導性、硬度、吸光性、反射性、吸
熱性、吸音性、ガス吸収性、色相、熱軟化性、屈折率、
比重、機械的強度、耐熱性、耐腐食性、耐薬品性等、工
業的に有用な物性であればいずれでもよい。

また、本発明方法で提供される複合材料を構成する成分
の位置や相対存在比の距離に対する変化は直線状である
必要はなく、存在比の変化がある限り、例えば、特定の
成分が中心部程高濃度であり１周辺部に行くに従って低
濃度になるものあるいはその逆のもの、特定の成分が成
形物の一方から他方に向って放物線状、二次曲線状、波
動状等いずれの曲線状の変化でもよい、このような存在
比の変化は以下に説明する如く、いずれも本発明の方法
によって容易に達成することができる。

次に以上の如き複合材料を提供する本発明方法を、本発
明方法の好ましい実施例態様を図解的に説明する第２〜
１６図を参照して更に詳しく説明する。

（例工）粒子分散液を使用して構成成分が厚み方向に変
化している複合材料の調製側 説明の都合上、最も理解し易い例として、互いに異なる
２種の粒子を任意の液媒体中に分散させた２種の分散液
とし、また最も簡単な供給方法として単に重力を使用す
るサイホン方式を採用した例により説明する。

第２図は、２種の粒子をそれぞれ含有する分散液を、混
合比を変化させつつ混合し、且つ成形器に供給するため
の好ましい１例の方法を示すものであり、図中の１は、
容器４中に存在するある特定の粒子を表わし、２は容器
５中に存在し、上記粒子１とは異なる他の粒子を表わし
、３．３′は撹拌手段を表わしている。

容器４中の撹拌手段３は、粒子１の均一分散性を確保す
るために設置したものであるが、その分散状態が安定で
あれば必要ではない。

また、６は粒子ｌを含む分散液１′を容器５中に供給す
るための手段であり、７は混合された分散液を第３図に
例示する成形器１０に供給するための供給路であり、８
は供給路７の開閉および混合分散液の供給速度を調整す
る手段例えばコックであり、９は混合分散液を成形器１
０に均一に供給するための手段である。

供給路６および７中に分散液１′および２′を満たし、
内部の空気を無くした状態で、コック８を適当な流速に
なるように開く。

供給路７の先端にノズル等を用いた噴出装置９を設けて
おき、流出する混合分散液を噴出する。

最初に分散液２′が噴出するに従って流出した量に相当
する量の分散液１′が供給路６を通って容器５中に流入
し、撹拌手段３′によって容器５中で分散液１′と分散
液２′とが均一に混合される。

このようにすると混合分散液の総流出量が多くなるに従
い、例えば第４図に示す如く容器５中における粒子１の
混合比率は、実線ａで示す如く上昇する。一方、粒子２
の混合比率は、破＆ｌｂで示す如く低下する。尚、第４
図のＭ！軸は混合物の累積放出量を、縦軸は粒子混合物
中の成分の存在比を示す。

噴出装置９から噴出された混合分散液は、第３図に示す
ように、例えばフィルターを含む成形部１０’がフィル
ター面と略平行に回転している円筒形の成形器１０の中
のフィルター１３上に堆積する６分散媒体である液体１
６はフィルター１３を通過し、フィルターの下にあるタ
ンク１５にたまる。フィルター１３上に残った混合粒子
は堆積層すなわち成形物１２を形成する。続いて噴出装
置９より噴出した混合分散液は堆積層１２の上に落ち、
まず混合分散液層１１を形成するが、この層は形成され
ないかあるいはできるだけ薄い層となるように混合分散
液の供給量および濾過速度を調整するのが好ましい。

また、成形部１０′の回転速度を適当な速度とすること
によって、混合粒子の堆積が成形物全体にわたって均一
化される。成形部１０’の回転速度は供給される混合分
散液、形成される堆積層および混合分散液層に過度に遠
心力を与えないような速度に設定するべきである。

こうしてできた成形物１２は、厚み方向において底面か
ら上面に向けて粒子１の混合比が上昇している成形物１
２となる。この成形物１２中の粒子１と粒子２の存在比
は、第５図に示す如く変化している。第５図において縦
軸はフィルター１３からの距離を表わし、横軸は粒子１
と粒子２の存在比を示しており、破線Ｃは粒子２の存在
比を、実線ｄは粒子１の存在比を示している。

前記方法においては、使用する粒子の好ましい混合方法
の一方法を例示したが、２種以上の粒子の混合比を変化
させ得る限りその他の方法も随時利用できるものであっ
て、本発明方法は前記例示の方法に限定されるものでは
ない。

例えば、第２図の方法においては供給路６および７はで
きるだけ容積を−小さくした方が好ましく、従って供給
路７の代わりに第６図に示すように容器５の底部に供給
路７を設置するのも有効である。また、第２図の容器４
および５は前記の例示において同一容量で且つ同形状と
したが、いずれか一方の容器の断面積が異るようにすれ
ば、容器５からの流出量と容器４から容器５への供給量
の関係を変えることができ、このように容器の形状を変
えることによっても混合比の変化を自由に変えることが
できる。従って成形物中の材料の混合比および複合材料
中の構成成分の分布を自由に変えることができる。また
、第７図に示したように密閉した混合室１８を設け、そ
とから混合分散液を流出させる方法でもよい、この場合
には、流出量に相当する量の分散液が容器４および５か
ら供給される。この過程で供給路６および７に設けたバ
ルブ１９および／または２０を利用して混合分散液の混
合比や流出量をｒＡｍすることができる。尚、混合室１
８は目的によって密閉系でなくてもよく、場合によって
は無くてもよい。

第８図に示した例は、ポンプ２１および２２を用いて分
散液の流量を調節し、混合室１８中での混合分散液の混
合比を変化させる方法である。この例でも混合室１８は
場合によって無くてもよいし、また密閉系でなくてもよ
い。

また第９図に示した例のように混合室を設けず、各分散
液の流出口を近づけ、ノズル等の噴出手段９を用いて分
散液を噴出させて混合する方法でもよい。

更に第１０〜１１図に示す如く、第３図、第６図、第７
図、第８図、第９図に示す方法を組合せることも可能で
あり、混合方法は前記例示の方法に限定されるものでは
ない。

また、以上の如くして得られた混合分散液を成形する方
法として、第３図に例示の１例を述べたが、本発明方法
はこのような例示の方法に限定されるものではなく、例
えば例示の成形器１０において、噴出装置９を回転させ
ることにより噴出する粒子の堆積ムラを更に無くす効果
を出すことができる。また、例示のフィルターの下部を
排気口１７から排気して減圧すると、分散媒はフィルタ
ー１３を迅速に通過し、分散液層１１を無くすか、また
は非常に薄くすることができる。

第１０図に示した例は、適当な方法で成形器ｌＯを回転
させる（図示なし）ものであり、更に噴出装置９を３個
設けた例である。この方法では、ポンプ２３を用いてフ
ィルター１３の下部を減圧にする。この方法により、大
面積の成形物１２を短時間で作ることができる。尚、前
記の如く、供給路７、噴出装置９を含む部分を回転させ
ることにより、成形物１２を円板状にすることもできる
。

第１１図に示した例は、適当な方法で成形器ｌＯを回転
させる（図示なし）ものであり、更にコンプレッサー２
４を用いてフィルター１３の上部を高圧にして強制濾過
をする方法である。この場合も密閉系を崩さずに成形器
ｌＯを回転させれば、大面積で且つ円板状の成形物１２
が得られる。

以上の如くして厚み方向に構成成分の混合比の分布を有
する成形物を得る方法は多くあり、また第３図、第１０
図、第１１図に示す方法を組合せることも可能である。

以上の如くして、２種以上の成分の存在比の変化が厚み
方向に層状に存在する成形物が得られる。また成形物は
柱状にすれば長さ方向に成分の存在比を変化させたもの
となる。

（例２）例１において構成成分が中心から外側へまたは
その逆方向に変化している複合材料の調製例 例１と同様にして、経時的に混合比を変化させた混合分
散液を第１２ａ図に示すような適当な速度で回転してい
る任意の形状のローター形式の成形器１０にその供給口
から供給すると、成形器ｌＯの回転によって生じる遠心
力によって、粒子が成形器１０の側壁面上に沈降分離し
て液媒体が分離する。この分離した液媒体を適当な手段
で除去することにより、成形物１２が形成される。

この第１２ａ図の如き成形器１０は、分散体中の粒子が
極めて微細で一般的な濾材では液媒体から分離が困難で
ある場合に適している。すなわち、このような場合には
、分散媒体として比較的揮発性の媒体を使用して成形中
あるいは成形後に液媒体を蒸発により除去したり、揮発
性でない液媒体を使用した場合には成形後に粒子から分
離した液媒体を他の手段で除去すればよい。

また第１２ａ図に示した成形器に代えて第１２ｂ図に示
した如きフィルター形式の成形器を使用することもでき
る。

この場合には、供給路７の先端から流出した混合分散液
は、第１２ｂ図に示すようにローター形状の回転してい
る成形器１０の中のフィルター１３上に遠心力によって
堆積する０分散媒体である液体１６はフィルター１３を
通過し、排出口１４を経て系外のタンク１５にたまる。

フィルター１３上に残った混合粒子は堆積層すなわち成
形物１２を形成する。続いて供給路７より流出した混合
分散液は堆積層１２の上に移行し、まず混合分散液層１
１を形成するが、この層は形成されないかあるいはでき
るだけ薄い層となるように混合分散液の供給量および濾
過速度を調整するのが好ましい。

以上の如く形成された成形物１２は、半径方向において
外周から中心に向けて粒子ｌの混合比が上昇している成
形物１２となる。この成形物１２中の粒子ｌと粒子２の
存在比は、第５図に示す如くに変化している。

（例３）粉末粒子を使用して構成成分が厚み方向に変化
している複合材料の調製例。

第１３図は、２種の粒子を、混合比を変化させつつ混合
し、且つ成型器に供給するための好ましい方法を示すも
のであり、図中の２５は、容器２７中に存在するある特
定の粉末材料を表わし、２６は容器２８中に存在し、上
記粉末材料とは異なる他の粉末材料を表わし、２９およ
び３０は粉末材料２５および２６の放出量を調整するこ
とにより、粉末材料２５および２６の混合比を調整する
ポペットである。ポペット２９および３０は、粉末材料
２５および２６を容器２７および２８から供給する好ま
しい手段の１例である。

３１は粉末材料の輸送管、３２はその中の粉末材料を移
動させる送風ファンである。３３は粉末材料２５および
２６を混合する混合ファン、３４は粉末材料２５および
２６からなる粉末材料混合物である。

容器２７および２８に互いに異なる粉末２５および２６
を入れる。送風用ファン３２と混合用ファン３３を回転
し、ポペット２９および３０を作動させ、粉末材料２５
および２６を輸送管３１中に所望の割合で放出する。送
風用ファン３２により粉末材料２５および２６は、下流
側の混合用ファン３３に向かいそれにより混合状態３４
となり輸送される。

この混合状態３４における粉末材料２５および２６の混
合比はポペット２９および３０で任意に制御できる。

例えば、ポペット２９および３０からの粉末材料２５お
よび２６の放出量の合計を一定に保ち、まず粉末材料２
５を放出し、次いで粉末材料２６を徐々に放出してゆき
、最後に粉末材料２６だけを放出する。このように粉末
材料２５および２６の放出量を制御することにより、粉
末材料２５および２６の混合比は累積放出量とともに変
化する１例えば第４図に示す如く、粉末材料２６の混合
比は、実＆ｌａで示す如く連続的に上昇する。一方、粉
末材料２５の混合比は、破線すで示す如く連続的に低下
する。

次に、粉末混合物３４は輸送されて、例えば第１４図に
示す如き１例えばフィルターを含む成形部３６′がフィ
ルター面と略平行に回転している円筒形の成形器３６に
導入口３５から供給される。導入口３５とフィルター３
８との距離および成形部３６′の高さはある程度長くな
っていて混合粉末材料３４はフィルター３８上に重力落
下し、均一に堆積して混合粉末層（成形物）３７を形成
する。フィルター３８の下部に吸引室３９を設け、排気
口４０から排気管４１によって吸引すると、混合粉末材
料３４の成形器内での堆積速度を促進することができる
。

また、成形部３６′の回転速度を適当な速度とすること
によって、混合粒子の堆積が成形物全体にわたって均一
化される。成形部３６′の回転速度は供給される混合粉
末および形成される堆積層に過度に遠心力を与えないよ
うな速度に設定するべぎである。

粉末混合物を前述の如くに混合比を変化させたとすると
、こうしてできた成形物３７は厚み方向に底面から上面
に向けて粉末材料２６の混合比が上昇している成形物３
７となる。この成形物３７中の粉末材料２５と粉末材料
２６の存在比は、第５図に示す如く変化している。

以上の如き方法によって、使用する粉末材料２５と粉末
材料２６とは、その種類を問わず、極めて容易に成分量
が厚み方向に任意に変化した成形物となる。

（例４）例３において構成成分が中心から外側へまたは
その逆方向に変化している複合材料の調製例 例３における如く混合した混合粉末材料３４を第１５図
に図解的に示す好ましい１例のローター形状の成形器３
６に送り込む、成形器３６の外側の空間は吸引ポンプ４
５により排気管４１から吸引されている。

成形器３６の側面にはフィルター３８が設けられていて
、成形器３６を回転させると混合粉末材料３４は遠心力
と流れによってフィルター３８に押し付けられる。フィ
ルター３８に混合粉末材料３４が堆積され、成形物３７
が形成される。この成形物３７は、第１３図で例示した
ポペット２９および３０によって調整された混合比の分
布を持つことになる。従って、ポペット２９および３０
を調整することによって粉末材料２５および２６の混合
比を自由に変化させることができる。

以上の如き方法によって、使用する粉末材料２５と粉末
材料２６とは、その種類、粒径、比重等を問わず、極め
て容易に成分量が中心から外側にまたは外側から中心に
向って任意に変化した成形物３７となる。

尚、上記の如き本発明の方法において、フィルター形式
の成形器を使用して、フィルターの下部から吸引排気す
る場合には、成形器の内外の圧力差は大きいので、フィ
ルターは剛性の高いステンレス焼結体のようなものを使
用するか、あるいは剛性の高い支持体により支持するの
が好ましい。

また前記の如き分散液を使用する方法においては、いず
れかあるいはすべての分散液中に、例えば、各種ポリマ
ーや無機コロイド等のバインダーあるいは仮凝固剤等を
溶解しておいたり、また粉末材料を使用する場合には成
形中または成形後にこれらのバインダーあるいは仮凝固
剤等４２を供給管４３を通して噴出装置４４から添加し
て成形物の強度を向上させることができる。これらの仮
凝固剤は、粒子の種類によって不要である場合もある。

以上、本発明による複合材料を得るための代表的な方法
を例示したが、本発明はこれらの例示の方法に限定され
ず、構成成分の混合比を経時的に変化させ、得られる混
合物を回転している成形器で成形する方法であれば、い
かなる方法でもよい。

また、前記例２および例４においては１回転式の成形器
によって、構成成分が中心から外側へまたはその逆方向
に変化している複合材料の例を説明したが、このような
方法において、成形物をドーナツ状に成形し、該ドーナ
ツ状成形物を適当な巾に切断すれば、該切断物の構成成
分の変化は厚み方向の変化とも云うことができる０例え
ば直径の大なる成形器を使用し、直径に比較して薄い成
形物としこれを切断すれば、殆ど平板に近い成形物とな
り、該成形物の構成成分の変化は半径方向（中心→外側
、中心←外側）と云うよりもむしろ厚み方向と云うのが
妥当となる。

本発明方法において使用する成分は２種以上であり、そ
れらの物性が異なり、且つ最終的に固化し得る材料であ
ればいずれも使用できるものであり、上記方法で例示の
通り粉粒体でも、あるいは分散液でもよく、更に無機物
でも有機物でも、それらの混合物でもよい。

また、以上の如き複合材料を構成する成分は、互いに反
応性の成分でもよく、このような反応性成分を使用する
ときも、これらの反応性成分の混合比を変化させること
によって、例えば成分Ａと成分Ｂが任意の割合で反応し
てＡｎＢｍなる生成物を生じる場合の如く、異なる反応
生成物により成分の存在比を変化させることもできる。

また、使用する成分は固体に限定されず、最終的に固化
し得るものであればよく１例えば気体の場合には、該気
体が反応あるいは分解して固体を生じるもの１例えば液
体の場合には１反応、冷却その他によって固化し得るも
のであればよい。

典型的な無機物の粒子の例としては、粉末冶金技術およ
び焼結鉄鋼技術で使用される一般的な各種金属粒子また
は合金粒子、タングステン、モリブデン、レニウム、タ
ンタル、チタン等の高融点金属の粒子、超硬合金粉末、
電磁気材料粒子、原子力材料粒子、研磨材料粒子、顔料
粒子、ゴムやプラスチックの充填剤粒子、製紙用粉体、
医薬用粉体、廃業用粉体、従来公知の複合材料用粉体、
触媒や触媒担体用材料粒子、吸着剤粒子、セラミック粉
体、ガラス粉体、金属の炭化物、窒化物、ホウ化物、酸
化物等の粒子が挙げられる。

他の典型的な無機物の例としては、シリカ、チタニア、
ジルコニア、アルミナその他前記金属酸化物、水酸化物
等の水性ゾルが挙げられる。これらのゾルは互いに混合
物としても、あるいは前記の無機材料の粒子との混合物
としても使用でき、またこれらの無機材料の粒子の分散
液媒体をも兼ねることができる好ましい材料である。

また、気体状の無機物としては、冷却、反応。

分解、会合その他の状態変化によって最終的に固化し得
るものであればよく、例えば、ＳｉＨ４，５ｉ２Ｈ８，
ＳｉＣす４，５ｉＣｕ３、Ｓ　ｉＨ２ＣＪ１２　、Ｇｅ
Ｈ４、ＡＳＨ３、ＰＨ３，８２Ｉｆ（、Ｈ２Ｓｅ、Ａｓ
ＣＪ１３　、ＰＣＪＬ３、ＰＣｌ５　、ＰＯＣｆＬ３．
Ｓｂ０文５．ＳｎＣ！；Ｌ４等あるいは加熱によって生
じる金属蒸気等が挙げられる。

また、典型的な有機物の例としては、従来公知の天然ま
たは合成物の粒子、溶融物、それらの溶液、分散液ある
いは合成物を形成する前駆体（モノマー、プレポリマー
、オリゴマー）等である。

例えば、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアミド
樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリス
チレン樹脂、その他の熱可塑性合成樹脂あるいはフェノ
ール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、アルキッド樹脂そ
の他の熱硬化性樹脂の粒子や短繊維、更に、セルロース
、キチン、キトサン、デンプン、蛋白質、酵素、核酸そ
の他の天然物の粒子や溶液等は前記の無機物と同様に使
用することができる。これらの粒子や溶液を使用した場
合には加熱や溶剤の除去によって容易に固定化でき、ま
た前記有機物の溶融物、溶液、前駆体等は、冷却、溶剤
の除去、前駆体のポリマー化あるいは架橋化等の常法に
よって成形後に固化すればよい。

また、有機物は上記の如きポリマーに限定されず、有機
金属化合物、染料、顔料等の各種の色素、界面活性剤、
医薬品、核酸、酵素、ホルモン、ビタミン、タンパク質
、アミノ酸等の生体物質等の有機物、あるいは前記の無
機気体と同様に冷却、反応、分解、会合その他の状態変
化によって最終的に固化したり、また他の成分中に溶解
あるいは吸収されて固定し得る気体の有機物も使用する
ことができる。

また本発明方法においては以上の如き無機材料と有機材
料とを混合して使用することもできる。

例えば両者を混合して使用することによって、互いに物
性が著しく異なる成分からなる複合材料を容易に成形す
ることができる。これら本発明方法によって提供される
複合材料は、従来の複合材料１例えば金属蒸着プラスチ
ック成形物、充填剤含有プラスチック成形物あるいは合
金の如く、構成成分が全体として均一であるかあるいは
層状に分離しているものと異なり、構成成分が成形物の
少なくとも一方向において存在比が変化していることを
特徴としているものである。

以上の如き本発明方法で使用する成分は、物性の異なる
２種以上の混合物として使用する必要があり、２種以上
であればその状態、組合せ、成分数等は問わない０例え
ば、２種の成分を使用し、前記の原理において説明した
如く、画成分とも混合比を連続的に変化させてもよいし
、３成分であればそのうちｌ成分は常に一定の混合比で
、他の２成分の混合比を変化させる等いずれでもよい。

以上の如くして、物性が異なる成分が成形物の少なくと
も一方向に変化した割合で存在する成形物が得られるが
、該成形物がそのままで各種用途の材料として使用し得
るものは、そのまま成形物から取り出して使用する。一
方、材料として無機物粒子や有機物粒子を用いた場合に
は、成形物の強度を向上させるために、固化の処理を行
うことが好ましい０例えば、使用した材料が、無機物粒
子、例えば金属粉末やセラミック材料粉末等である場合
には成形物を例えば５００〜２，５００℃程度の適当な
温度で熱処理して粒子を焼結させ全体を固化させるのが
好ましい、また有機物粒子の場合には構成成分の少なく
とも１種が融着するような温度、例えば５０〜２５０℃
程度に熱処理することができる。勿論これらの温度は、
構成成分の種類によって変化するものである。

その他、使用する材料が、ゾル、溶液、融解液、ポリマ
ー前駆体等である場合には、反応、ゲル化、液媒体の蒸
発、冷却、重合、架橋、加熱処理等の従来公知の固化処
理を施せばよい。

以上の如き本発明方法によれば、従来殆ど知られていな
かった複合材料、すなわち異なる２種以上の成分からな
る複合材料成形物において、それらの構成成分が成形物
の少なくとも一方向において変化している成形物が提供
され、これらの成形物は、従来知られていなかった特異
な機能を有し、例えば磁気材料、導電性材料、半導電性
材料、絶縁材料、熱伝導材料、耐熱材料、硬質材料、研
磨材料、光学材料、発光材料、各種センサー、接合材料
、セラミック材料、触媒材料、医療材料、表示材料、記
録材料等として有用である。

次に実施例を挙げて本発明方法を更に具体的に説明する
。尚１文中、部または％とあるのは特に断りの無い限り
重量基準である。

実施例１ 原料を熱可塑性樹脂の微粒子と添加剤の微粒子とする。

容積比が１０：９の容器を２個を有する第２図の混合装
置の大きい方の容器に熱可塑性樹脂の微粒子の１０％ブ
タノール懸濁液を、他方の容器には添加剤の微粒子の１
０％ブタノール懸濁液をそれぞれ容器の容積に比例した
量で入れる。

サイホンを用いる前述の手法に従い、２個の容器に供給
路をつけ、取り出し管を熱可塑性樹脂のブタノール懸濁
液が入った容器につけて混合液を流出させる。

第３図の成形器に上記の混合液を流入させる。

混合液の流入速度を溶剤の濾過速度に合わせ、回転成形
部を緩やかに回転させる。

こうして成形器内で円板状の成形物を得る。これは底部
方向に順次熱可塑性樹脂の存在比が高く、上方向に順次
添加剤の存在比が高くなる。

この成形物を使用した熱可塑性樹脂の軟化点付近の温度
で脱気しながら加圧融着させ本発明方法による複合材料
を得た。これらの本発明による複合材料は、使用した添
加剤に従ρて添加剤の濃度が厚み方向に連続的に変化し
ている材料である。

使用した熱可塑性樹脂と添加剤の組合酸は以下の通りで
ある。

（１）ポリブチレンテレフタレートと導電性カーボンブ
ラック （２）ポリアクリレートと光導電性有機顔料（３）ポリ
サルフォンとアルミナ系研摩材（４）ポリエチレンテレ
フタレートとＣｒＯ２系磁性粒子、 （５）ポリエチレンと吸熱性顔料。

（６）シリコンゴムと導電性の大きい金属粒子以上の如
き本発明方法による複合材料は、従来の塗装型あるいは
積層型複合材料と異なり、熱可塑性樹脂と添加剤とが全
ての部分で一体化しており、また従来の混線型複合材料
と異なり、機能性が要求される面にのみ添加剤の存在比
が高いため、成形物の各性能および強度が著しく改良さ
れたものであった。特に上記（６）の場合の複合材料は
、これらの金属粒子をシリコンゴム中に均一に分散させ
たものに比して、導電性が高く、しかも高電圧、高電流
にも耐えることができ、精密機器の入力スイッチ、コー
ド、マット状スイッチ用の導電性ゴム、ＬＳＩの配線基
板の接続部あるいは周辺部用の材料として有用である。

実施例２ 原料を下記のＡとＢの粉末とし、分散媒体をメタノール
とする。実施例１同様にして混合液を流量を調節しなが
ら流出させる。

第１２ａ図示の如き成形器を毎分４，５００〜６．００
０回転の速度で回転させ、その中心から上記の混合液を
流入させる。成形器を７０〜８０°Ｃに加熱して溶剤の
蒸発を促し、混合液の流入速度を溶剤の蒸発速度に合わ
せる。

こうして成形器内で円板状の成形物を得る。

上記方法において、原料Ａとしてポリアミド粉末とフェ
ライト系磁石粉末との３＝２混合物を使用し、原料Ｂと
してポリアミド粉末と細い炭素短繊維との３：１混合物
とした場合に得られる成形物は、外周部がポリアミド：
フェライト系磁石粉末：炭素短ｍ維の比が３：２：１で
あり、中心部が３：Ｏ：１となっている。この成形物を
ポリアミドの軟化点の温度で脱気しながら加圧融着させ
て本発明による複合材料を得た。

この複合材料は全体が炭素短Ｎ１維によって強化され、
且つ外周付近がプラスチック磁石の機能を有し、カメラ
、時計等の精密機器や電機製品の部材として有用である
。

また、上記ＡおよびＢとして、ＡＢＳ粉末と銅粉との組
合せ、ＡＢＳ粉末とアルミニウム粉との組合せで得た成
形物は、高度の電磁波シールド材や帯電防止材として有
用である。

また、実施例１に例示の組合せの材料を用いて上記と同
様に成形および固化することによって。

半径方向に濃度分布を有する本発明による複合材料が得
られる。

実施例３ 原料をＴｉＣと８４Ｃの粉末形状のものとする。第１３
図の装置一方の容器にＴｉＣ粉末を。

他方には８４Ｃの粉末を入れる。輸送管にキャリアガス
を流しながら送風用ファンと混合用ファンを回し、容器
に設けであるポペットを作動させ。

ＴｉＣ粉末およびＢ４Ｃの粉末をそれぞれ輸送管に放出
する。

このときポペットの制御を行う、２つの容器の放出量の
合計を一定とし、最初はＴｉＣだけを放出する。そして
しばらくしてＢ４Ｃの粉末を放出する。徐々に２つの容
器の放出量を変えて行き、成形を終了する時点において
は、８４Ｃの粉末だけを放出するようにする。

この間、第１４図の成形器の回転成形部を緩やかに回転
させつつ、排気口より真空ポンプで吸引し、フィルター
上での混合粉末材料の堆積を速くさせる０円筒形の成形
器を用いることにより、平面円板状の成形物を得る。こ
れは底部方向に順次ＴｉＣの存在比が高く、上方向に順
次８４Ｃの存在比が高い成形物である。

Ｂ４Ｃの存在比は下端部から上端部に向かって０〜１０
０％となっている。

この成形物を５００ｋｇ／　ｃｒｎ”ｔ’２　、０００
℃で２時間焼結させ、徐冷して本発明による複合材料を
得た。

以上の工程で得られた本発明方法による複合材料は、一
方の端がＴｉＣの超硬性および耐摩耗性を有し、他の端
が８４　Ｃの耐薬品性を有し、その中間は端からの距離
に応じてそれらの中間の性格を有しており、耐腐蝕性の
要求されるプラント用複合材料として有用である。

また、上記方法において、材料として次の組合せのもの
を使用し、それぞれの組合せからなる成形物を得、適当
な温度で焼結させて本発明方法による複合材料を得た。

（１）Ｗ２Ｂ５（耐熱性）とＢ４　Ｃ（高電気抵抗、耐
薬品性） （２）ＺｒＣ（耐酸化性）とＺｒＢ２　　（高導電性） （３）ＳｉＣ（半導電性）とＷＣ（硬度および耐摩耗性
） （４）ＳｉＣ（耐熱性）とＭｏ５ｉ２（耐薬品性） 実施例４ 材料を、鉄粉、高炭素フェロマンガン粉（ｃ：６．６７
％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎニア３．６５％、Ｐ：０．１
４％、Ｓ：０．００８％、鉄：１９．４３％）、黒鉛粉
およびステアリン酸亜鉛粉末とする。

一つの容器に、鉄粉７７．４％、高炭素フェロマンガン
粉２１．７％、黒鉛粉０．１２％およびステアリン酸亜
鉛粉末０．８％からなる混合粉末（Ａ）を入れる。

もう一方の容器に鉄粉８８．９％、高炭素フェロマンガ
ン粉９．５％、黒鉛粉０．８１％およびステアリン酸亜
鉛粉末０．８％からなる混合粉末（Ｂ）を入れる。

実施例３と同様に混合粉末ＡとＢとを混合しながら第１
５図の成形器に供給して、成形器を回転させる。そして
吸引ポンプで成形器の外部を減圧にしておく、粉体の放
出量はポペットの制御により調整し、最初はＢのみを、
そして最後にＡのみを放出するようにする。その後に仮
凝固剤としてアセトンを噴霧して成形を完了する。こう
して円板状の成形物を得る。これは外周方向に順次Ｂの
存在比が高く、中心方向に順次Ａの存在比が高くなって
いる。外周から中心部に向ってマンガン濃度は、７％か
ら１６％に増加している。

この成形物を以下に示すような加熱プログラムで所望の
加熱炉中で、焼結鍛造法により焼成し、本発明による複
合材料を得た。

（１）成形物を３９０ＭＰａで再度成形する。

（２）成形物を１，２００℃に加熱したアルゴン雰囲気
炉中に挿入する。

（３）１時間保持し金型面に移す。

（４）８００ＭＰａの圧力で鍛造する。

（５）１，０５０°Ｋから常温の水に水入れを行う。

以上の工程で得られた本発明による複合材料の中心部分
と外周部分の機械的強度を測定したところ、次のように
なった。

中心部　　　　　外周部 引っ張り強さ　　８００ＭＰａ　　　５００ＭＰａ衝撃
値　１　、　ＢＭＪ／ｒｒ＋′０　、５ＭＪ／ｒｎ’こ
れは、中心部と外周部で機械的強度の違う複合材料であ
り、加工の容易性等も考慮すると、鋳造材や熱処理材に
近い機械的性質を有することから、焼結鍛造材や構造材
料として有用である。

また、上記方法において材料として以下の組合せのもの
を使用し、以下同様にして本発明による複合材料を得た
。

（１）銅−炭素合金粉末および鉄粉 （２）クロム−炭素合金粉末および鉄粉実施例５ 鉄溶融液を２つの容器に分け、一方の溶融液中にチタン
６％およびカーボン１．５％を混在させる。第７図に示
すようにバルブを用いて２つの容器からの溶融液の流量
を調整する。第１２図ａと同じ原理の回転成形器に上記
の溶融液を流入させる。流入中は成形器中での溶融液の
固化の速度と溶融液の流入速度を合わせる。

最初、鉄溶融液だけを流入させ、徐々にチタンおよびカ
ーボンを含む溶融液の流入量を増加させる。

このようにして本発明による複合材料を得た。

この複合材料内にはチタンとカーボンが共晶状の高融点
炭化物（Ｔ　ｉ　Ｃ）として凝固合金中に存在している
。

成形物の外部と中心部の変形抵抗値（ｋｇ−ｍ）は、１
，０００℃で１４ｋｇ−ｍと２７ｋｇ−ｍとなっており
、この変形抵抗値は連続的に変化していた。この複合材
料は、熱交換器用耐熱材料として有用であった。

また、上記方法において材料として以下の組合せのもの
を使用し、同様にして本発明による複合材料を得た。

（１）Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｒ合金とＴｉ　−Ｃ合金（２）　
Ｎ　ｉ　−Ｃｒ−Ｗ合金とＮｂ−Ｃ合金（３）アルミニ
ウム合金とＡ文２０３ （４）アルミニウム合金とＳｉＣ 特に上記（３）および（４）のアルミニウム合金として
、ＡＭ−Ｍｇ−Ｓｉ合金を用いた場合の（３）および（
４）の複合材料は、Ａ１２０３およびＳｉＣの存在比の
高いところでは、従来のアルミニウム合金の５倍以上の
＃摩耗性を示した。

また、成形においても前記例示の他にグイキャスト等従
来公知の手法も利用することができる。

実施例６ ＺｎＯの粉末にＣｏ３０４　、Ｌａ２０３およびＰｒ８
０１１の粉末をそれぞれ０．５％、２％および１．８％
添加し混合粉末Ａとする。

一方、５ｉ０２粉末にＣｏ３０４　、Ｌａ２０３および
Ｐｒ６Ｏ１１の粉末をそれぞれ０．５％、２％および１
．８％添加し、混合粉末Ｂとする。上記粉末ＡおよびＢ
をそれぞれライカイ機によりよく混合した後、Ａを７０
０℃、Ｂを１．０００℃で仮焼する。

その後、粉砕を行い微粉末とする。微粉末化したＡおよ
びＢの各混合粉末を第１３図に示すようにホッパーにそ
れぞれ入れ、ポペットの制御で混合比を変化させていく
、成形器には第１５図で示した回転成形器を用い、仮凝
固剤にメタノールを用いて成形する。

成形物は、外周部ではＺｎＯの存在比が零であり、中心
付近は５ｉ０２存在比が零となったものを得た。

５ｉ０２とＺｎＯの相対存在比と成形物の中心からの距
離の関係は第１６図のようになった。第１６図において
実線ｅはＺｎＯの存在比を、そして破線ｆは５ｉ０２の
存在比を示す。

この成形物を以下の熱プログラムで焼成した。

（１）昇温速度２℃／分で２００℃まで加熱し、この間
脱気を続ける。

（２）２００℃で１０時間脱気状態に保持する。

（３）昇温速度２℃／分で１，４００℃まで加熱する。

この間も脱気操作を続ける。

（４）１，４００℃で３００ｋｇ／ｃゴで、２時間脱気
状態に保持する。

（５）圧力をかけるのをやめ、降温速度２℃／分で９０
０℃まで脱気しながら冷却する。

（６）９００℃から７００℃まで降温速度０．２℃／分
で脱気しながら冷却する。

（７）ポンプによる脱気操作をやめ、そのまま炉中で自
然放冷する。

上記工程で得られた本発明による複合材料は、ＺｎＯバ
リスタとして有用であり、尚且つ周辺部を絶縁物で被覆
あるいはコーティングする必要がないものであり、電気
製品をはじめ、半導体電力変換装置等の産業機器の部材
として有用である。

【図面の簡単な説明】

第１〜１６図は、本発明方法を説明するための図である
。 Ａ；成分　　Ｂ：マトリックス　　Ｃ；成形物１８粒子
　　　　　　　２；粒子 １′；分散液　　　　　２′；分散液 ３．３’、３”；撹拌手段　　４．５；容器６．７；供
給路　　　　８；コック ９；噴出装置　　　　１０；成形器 １０′；回転成形部　　１１；分散液層１２：成形物（
堆積り１３；フィルター１４：出口　　　　　　１５；
排水タンク１６；溶媒（分蔽媒）　１７；排気口 １８、混合室　　　　　１９．２０．バルブ２１．２２
．２３．ポンプ ２４；コンプレッサー　２５．２６；粉末２７．２８；
容器　　　２９．３０；ポペット３１、輸送管　　　　
　３２；送風用ファン３３；混合用ファン ３４；粉末２５および２６の混合状態 ３５：導入口　　　　　３６；成形器 ３６′；回転成形部　　３７：成形物 ３８；フィルター　　　３９；吸引室 ４０；排気口　　　　　４１：排気管 ４２；仮凝固剤　　　　４３；供給路 ４４；噴出装置　　　　４５：吸引ボンブ第１゜図 第２図 第３図 第４図　　　　　第５図 第６図 窮７図 第８図 第９図 第１０図 第１２ｂ図 第１３図 第１４図 第１５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の構成成分をもって複合材料を製造する方法
   において、前記構成成分の混合比を経時的に変化させな
   がら混合し、回転している成形器に供給して成形するこ
   とを特徴とする複合材料の製造方法。