JPS63111039A - 三次元強化複合材料及びその製造方法 - Google Patents
三次元強化複合材料及びその製造方法Info
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
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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。
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〕
この発明は構造部材として用いられる繊維強化複合材料
及びその製造方法に関するものである。
及びその製造方法に関するものである。
繊維強化複合材料の諸特性は強化材の向きにより大きな
異方性を示し、その非強化方向の特性向上が重要な課題
となっている。従来はこの異方性を解消するために強化
材をある面内でランダムに配向させるか、種々の層内で
繊維が異なった配向方向を持つ多層積層体をつくること
によっである面内で本質的に等方性とすることが一般的
な技術であった。しかしながら複合材料の適用が進むに
つれ、最近では多軸応力のかかる一次構造部材として用
いられるようになり、形状も複雑化している。そこでこ
れに対応して配向自由度の大きい短繊維を任意の方向に
配向制御できる技術が必要とほか磁場によるものとして
、磁性を帯びた短繊維または磁性体で被覆された短繊維
を樹脂または金属中に磁場により配向させることが提案
されている（例えば特開昭４９−２６３８０号、特開昭
６０−１５１３２号公報）。
異方性を示し、その非強化方向の特性向上が重要な課題
となっている。従来はこの異方性を解消するために強化
材をある面内でランダムに配向させるか、種々の層内で
繊維が異なった配向方向を持つ多層積層体をつくること
によっである面内で本質的に等方性とすることが一般的
な技術であった。しかしながら複合材料の適用が進むに
つれ、最近では多軸応力のかかる一次構造部材として用
いられるようになり、形状も複雑化している。そこでこ
れに対応して配向自由度の大きい短繊維を任意の方向に
配向制御できる技術が必要とほか磁場によるものとして
、磁性を帯びた短繊維または磁性体で被覆された短繊維
を樹脂または金属中に磁場により配向させることが提案
されている（例えば特開昭４９−２６３８０号、特開昭
６０−１５１３２号公報）。
しかしながら、従来の流動、遠心力、静電気等により配
向させるものは、いずれも完全な配向が難しく、補強効
果を十分に生かし得なかった。また上記の磁場により配
向させるものは、いずれ、も一方向のみの配向制御であ
り、多軸応力を受ける複雑形状物としては強化方向以外
の強度が不十分である゛などの問題点があった。
向させるものは、いずれも完全な配向が難しく、補強効
果を十分に生かし得なかった。また上記の磁場により配
向させるものは、いずれ、も一方向のみの配向制御であ
り、多軸応力を受ける複雑形状物としては強化方向以外
の強度が不十分である゛などの問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、従来の流動による短繊維の二次元的なランダ
ム配向に、磁場による任意配向を加え、全体として三次
元強化した三次元強化複合材料及びその製造方法を得る
ことを目的とする。
たもので、従来の流動による短繊維の二次元的なランダ
ム配向に、磁場による任意配向を加え、全体として三次
元強化した三次元強化複合材料及びその製造方法を得る
ことを目的とする。
この発明の第１発明の三次元強化複合材料は、を上記配
向状態で内蔵するように硬化したマトリックスとを備え
たものである。
向状態で内蔵するように硬化したマトリックスとを備え
たものである。
この発明の第２発明の三次元強化複合材料の製造方法は
、マトリックス中に強磁性体の短繊維と非磁性体の短繊
維を混入させたものを、磁場に置かれた成形型の中に入
れ、上記強磁性体の短繊維のみを磁力により磁場配向さ
せた状態で硬化させる方法である。
、マトリックス中に強磁性体の短繊維と非磁性体の短繊
維を混入させたものを、磁場に置かれた成形型の中に入
れ、上記強磁性体の短繊維のみを磁力により磁場配向さ
せた状態で硬化させる方法である。
この発明では、磁極を有する磁気プレスに成形型を設置
し１強磁性体と非磁性体の短繊維を混入したマトリック
スを真空に引いた成形型に圧入するとともに、磁極によ
り磁場を発生させ、成形型内の強磁性体の短繊維のみを
磁場配向させ、非磁性体の短繊維の大部分はマトリック
スの流動で二次元的にランダム配向させた状態でマトリ
ックスを硬化させ、全体として三次元強化した三次元強
化複合材料を得るようにしている。
し１強磁性体と非磁性体の短繊維を混入したマトリック
スを真空に引いた成形型に圧入するとともに、磁極によ
り磁場を発生させ、成形型内の強磁性体の短繊維のみを
磁場配向させ、非磁性体の短繊維の大部分はマトリック
スの流動で二次元的にランダム配向させた状態でマトリ
ックスを硬化させ、全体として三次元強化した三次元強
化複合材料を得るようにしている。
この発明の三次元強化複合材料は次の様にして製造され
る。まず磁気プレスの磁極間に成形型を設置する。成形
型は磁性材料部と非磁性材料部の合わせ型にすると、磁
場を発生させた時この磁性ゼ料部間に磁力線が発生する
１強磁性体の短繊維意に制御できる。この成形型の中に
マトリックス中に強磁性体および非磁性体の短繊維を混
入したものを型内を真空に引いた状態で圧入する１次に
磁極により磁場を発生させ、強磁性体の短繊維のみを磁
力線の向きに配向させる。またこの時非磁性体の°短繊
維の配向は磁力により何ら影響を受けないので、成形型
内に圧入した時の配向で決まり。
る。まず磁気プレスの磁極間に成形型を設置する。成形
型は磁性材料部と非磁性材料部の合わせ型にすると、磁
場を発生させた時この磁性ゼ料部間に磁力線が発生する
１強磁性体の短繊維意に制御できる。この成形型の中に
マトリックス中に強磁性体および非磁性体の短繊維を混
入したものを型内を真空に引いた状態で圧入する１次に
磁極により磁場を発生させ、強磁性体の短繊維のみを磁
力線の向きに配向させる。またこの時非磁性体の°短繊
維の配向は磁力により何ら影響を受けないので、成形型
内に圧入した時の配向で決まり。
大部分がマトリックスの流動方向に二次元的にランダム
配向する。また強磁性体の短繊維および非磁性体の短繊
維の種類ならびに組合わせは、成形物の形状、大きさか
ら判断して選択する。
配向する。また強磁性体の短繊維および非磁性体の短繊
維の種類ならびに組合わせは、成形物の形状、大きさか
ら判断して選択する。
短繊維としてセラミック繊維を用いる場合、炭素繊維、
ガラス繊維など繊維状無機化合物が使用でき、マトリッ
クスとしては樹脂、金属、セラミックスなどが使用でき
る。また有機繊維を用いる場合は、ポリエチレンテレフ
タレート繊維、アラミド繊維などの合成繊維や絹、綿な
どの天然繊維が使用でき、この時マトリックスが金属、
セラミックスでは成形温度が高く、有機繊維の方が熱分
解を起こしてしまうので、マトリックスとしては２−硬
化性・熱可塑性便脂が好まい゛・〔作 用〕 上記により製造された三次元強化複合材料は、非磁性体
の短繊維はマトリックスの流動方向にランダム配向され
、強磁性体の短繊維は磁力線方向に配向された状態でマ
トリックスにより固化されているので、短繊維が三次元
的に配向され、これにより三次元的に強化されており、
構造部材として適している。
ガラス繊維など繊維状無機化合物が使用でき、マトリッ
クスとしては樹脂、金属、セラミックスなどが使用でき
る。また有機繊維を用いる場合は、ポリエチレンテレフ
タレート繊維、アラミド繊維などの合成繊維や絹、綿な
どの天然繊維が使用でき、この時マトリックスが金属、
セラミックスでは成形温度が高く、有機繊維の方が熱分
解を起こしてしまうので、マトリックスとしては２−硬
化性・熱可塑性便脂が好まい゛・〔作 用〕 上記により製造された三次元強化複合材料は、非磁性体
の短繊維はマトリックスの流動方向にランダム配向され
、強磁性体の短繊維は磁力線方向に配向された状態でマ
トリックスにより固化されているので、短繊維が三次元
的に配向され、これにより三次元的に強化されており、
構造部材として適している。
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第１図は実施例で使用する三次元強化複合材料製造装置
の正面図、第２図はその成形型の垂直断面図、第３図は
成形品の透視図である６図において、（１）は上、下の
加圧部に磁極（２）を有する磁気プレスであり、上下面
の磁性材料部（３ａ）と側面の非磁性材料部（３ｂ）と
からなる成形型（３）が磁極（２）間に設けられている
。磁極（２）の直径は３００ｗｕｓである。直径０．３
μ曹、繊維長８０μ■のニッケル被覆したＳｉｃウィス
カからなる強磁性体の短繊維（４）と、直径７μ■、繊
維長３１の炭素繊維からなる非磁性体の短繊維（５）と
を成形容積に対する容積含有率をそれぞれ１０％、３０
％としてエポキシ−樹脂に混入し、成形型（３）を真空
に引きながらこのエポキシ樹脂を圧入する０次に磁極（
２）により磁場を発生させ、成形型（３）内の磁性材料
部（３ａ）間に磁力線を発生させる。非磁性体の短繊維
（５）はこの磁力線により何ら影響を受けないので、成
形型（３）にエポキシ樹脂を注入した時のせん断力によ
り、流動方向に二次元的にランダム配向し１強磁性体の
短繊維（４）は磁力線の方向に配向する。第２図におい
てエポキシ樹脂を注入した時の流動方向は。
の正面図、第２図はその成形型の垂直断面図、第３図は
成形品の透視図である６図において、（１）は上、下の
加圧部に磁極（２）を有する磁気プレスであり、上下面
の磁性材料部（３ａ）と側面の非磁性材料部（３ｂ）と
からなる成形型（３）が磁極（２）間に設けられている
。磁極（２）の直径は３００ｗｕｓである。直径０．３
μ曹、繊維長８０μ■のニッケル被覆したＳｉｃウィス
カからなる強磁性体の短繊維（４）と、直径７μ■、繊
維長３１の炭素繊維からなる非磁性体の短繊維（５）と
を成形容積に対する容積含有率をそれぞれ１０％、３０
％としてエポキシ−樹脂に混入し、成形型（３）を真空
に引きながらこのエポキシ樹脂を圧入する０次に磁極（
２）により磁場を発生させ、成形型（３）内の磁性材料
部（３ａ）間に磁力線を発生させる。非磁性体の短繊維
（５）はこの磁力線により何ら影響を受けないので、成
形型（３）にエポキシ樹脂を注入した時のせん断力によ
り、流動方向に二次元的にランダム配向し１強磁性体の
短繊維（４）は磁力線の方向に配向する。第２図におい
てエポキシ樹脂を注入した時の流動方向は。
紙面と垂直方向であり、磁力線の向きをこの流動方向と
垂直に設定しているので、磁性、非磁性の短繊維で三次
元強化複合材料を得ることができる。
垂直に設定しているので、磁性、非磁性の短繊維で三次
元強化複合材料を得ることができる。
このように短繊維を配向させた状態で成形型（３）内に
埋設したヒーターで加熱し、磁極（２）を通して加圧を
行い硬化させる。硬化後成形型（３）の中から第３図に
示す成形品（６）を得、Ｚ方向（強磁性短繊維強化方向
）およびＸ、Ｙ方向（非磁性短繊維強化方向）の引張弾
性率Ｅ、引張強度Ｆｔ、圧縮強度Ｆｃを測定し、非磁性
繊維のみからなるランダム配向材の試験結果と比較し、
表１に示した。
埋設したヒーターで加熱し、磁極（２）を通して加圧を
行い硬化させる。硬化後成形型（３）の中から第３図に
示す成形品（６）を得、Ｚ方向（強磁性短繊維強化方向
）およびＸ、Ｙ方向（非磁性短繊維強化方向）の引張弾
性率Ｅ、引張強度Ｆｔ、圧縮強度Ｆｃを測定し、非磁性
繊維のみからなるランダム配向材の試験結果と比較し、
表１に示した。
表１ 三次元強化材の機械的特性
表１の結果から明らかなように、本発明により得られた
三次元強化材では、ランダム材では得られなかったＺ方
向の特性を著しく向上させることができ、ｘ、Ｙ方向と
のバランスのとれた特性を得ることができる。また２方
向は磁力線の向きにより任意に設定できるので、強化し
たい方向に磁力線の向きが合うように成形型（３）内の
磁性材料部（３ａ）をセットすればよいことがわかる。
三次元強化材では、ランダム材では得られなかったＺ方
向の特性を著しく向上させることができ、ｘ、Ｙ方向と
のバランスのとれた特性を得ることができる。また２方
向は磁力線の向きにより任意に設定できるので、強化し
たい方向に磁力線の向きが合うように成形型（３）内の
磁性材料部（３ａ）をセットすればよいことがわかる。
以上のようにこの発明によれば、従来の流動によるラン
ダム配向に、磁場による任意方向への配向を加えたので
、多軸応力に対応でき、しかも非常に強化効率の高い高
品質の三次元強化された複合材料が得られる効果がある
。
ダム配向に、磁場による任意方向への配向を加えたので
、多軸応力に対応でき、しかも非常に強化効率の高い高
品質の三次元強化された複合材料が得られる効果がある
。
第１図は本発明の一実施例による三次元強化複合材料製
造装置の正面図、第２図はその成形型の重置断面図、第
３図は得られた成形品の透視図である。 各図中、同一符号は同一部分を示し、（１）は磁気プレ
ス、（２）は磁極、（３）は成形型、 （３ａ）は磁性
材料部、（３ｂ）は非磁性材料部、（４）は強磁性体の
短繊維、（５）は非磁性体の短繊維、（６）は成形品で
ある。 特許出願人 工業技術院長 飯 塚 幸 三第１図 ３：Ａわ匁
造装置の正面図、第２図はその成形型の重置断面図、第
３図は得られた成形品の透視図である。 各図中、同一符号は同一部分を示し、（１）は磁気プレ
ス、（２）は磁極、（３）は成形型、 （３ａ）は磁性
材料部、（３ｂ）は非磁性材料部、（４）は強磁性体の
短繊維、（５）は非磁性体の短繊維、（６）は成形品で
ある。 特許出願人 工業技術院長 飯 塚 幸 三第１図 ３：Ａわ匁
Claims (9)
- （１）二次元的にランダムに配向された非磁性体の短繊
維と、この短繊維の配向方向と異なる方向に磁場配向さ
れた強磁性体の短繊維と、これらの短繊維を上記配向状
態で内蔵するように硬化したマトリックスとを備えたこ
とを特徴とする三次元強化複合材料。 - （２）強磁性体の短繊維が酸化鉄粒子またはメタル粒子
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三
次元強化複合材料。 - （３）強磁性体の短繊維が強磁性ウィスカまたは強磁性
体で被覆されたウィスカであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の三次元強化複合材料。 - （４）強磁性体の短繊維が強磁性体で被覆されたセラミ
ック繊維であり、マトリックスが樹脂、金属またはセラ
ミックスであることを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の三次元強化複合材料。 - （５）強磁性体の短繊維が強磁性体で被覆された有機繊
維であり、マトリックスが熱硬化性または熱可塑性樹脂
であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三
次元強化複合材料。 - （６）非磁性体の短繊維がセラミック繊維であり、マト
リックスが樹脂、金属またはセラミックスであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の三次元強化複合
材料。 - （７）非磁性体の短繊維が有機繊維であり、マトリック
スが熱硬化性または熱可塑性樹脂であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の三次元強化複合材料。 - （８）マトリックス中に強磁性体の短繊維と非磁性体の
短繊維を混入させたものを、磁場に置かれた成形型の中
に入れ、上記強磁性体の短繊維のみを磁力により磁場配
向させた状態で硬化させることを特徴とする三次元強化
複合材料の製造方法。 - （９）成形型が磁性材料と非磁性材料から成り、磁性材
料の組み合わせ方により磁力線の向きを変え、強磁性体
の短繊維を任意の方向に配向することを特徴とする特許
請求の範囲第８項記載の三次元強化複合材料の製造方法
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255894A JPS63111039A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化複合材料及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61255894A JPS63111039A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化複合材料及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63111039A true JPS63111039A (ja) | 1988-05-16 |
| JPH0229497B2 JPH0229497B2 (ja) | 1990-06-29 |
Family
ID=17285045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61255894A Granted JPS63111039A (ja) | 1986-10-29 | 1986-10-29 | 三次元強化複合材料及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63111039A (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001322139A (ja) * | 2000-05-16 | 2001-11-20 | Jsr Corp | 複合シートの製造方法および複合シート |
| JP2013063641A (ja) * | 2011-09-01 | 2013-04-11 | Boeing Co:The | 繊維強化部品のダイレクトデジタル製造のための方法、装置、及び材料混合物 |
| JP2013525137A (ja) * | 2010-03-29 | 2013-06-20 | エーテーハー チューリヒ | 強化材料の製造方法およびその方法を用いて得られた強化材料 |
| US8580169B2 (en) | 2009-07-17 | 2013-11-12 | Carbon Fibre Preforms Ltd | Fibre matrix and a method of making a fibre matrix |
| CN103538267A (zh) * | 2013-10-10 | 2014-01-29 | 航天特种材料及工艺技术研究所 | 一种磁力膨胀成型方法及模具 |
| JP2015051550A (ja) * | 2013-09-06 | 2015-03-19 | 東レ株式会社 | 繊維強化プラスチック製部材 |
-
1986
- 1986-10-29 JP JP61255894A patent/JPS63111039A/ja active Granted
Cited By (8)
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