JPS63312927A - 繊維強化成形体の製造方法 - 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］ 本発明は繊維強化成形体の製造方法に関し、一層詳細に
は、強化繊維と有機珪素ポリマーの粉末からなる混合物
を成形型に充填し、この成形型を予め、あるいは前記混
合物の充填後所定温度に加温して前記有機珪素ポリマー
を溶融させて中間体を得、さらに前記中間体を焼成する
と共に有機珪素ポリマーを炭化珪素に変化させることに
より、強度に優れ且つ溶融金属に対するぬれ性を十分に
確保した繊維成形体を製造することを可能にした繊維強
化成形体の製造方法に関する。

［発明の背景］ 物理的、化学的に異なる２種類以上の材料を混合あるい
は結合して得られる複合材料が一般的に知られてい゛る
。この種の複合材料としてセラミック繊維と金属とを用
いた強化用繊維複合材料が広汎に使用されている。前記
繊維複合材料では耐熱性、耐摩耗性並びに強度等に優れ
るため、例えば、コンロッド、シリンダヘッドのバルブ
シート部分、ピストンおよびロッカーア−ム等のように
他の部材と常時摺接する部分に効果的に採用されるに至
っている。

この場合、前述した繊維複合材料は、一般的には、先ず
、強化繊維を所望の形状に成形して中間体を得、この中
間体に焼成処理を施して繊維成形体を製造して後、この
繊維成形体に溶融金属を含浸、あるいは所定の加圧力で
充填させることにより製造されている。

ところで、従来、前記中間体を成形する際、結合材とし
てアクリル樹脂等の有機樹脂を用い、この有機樹脂を有
機溶剤で希釈した結合液中に短繊維を浸漬し、この短繊
維を所望の形状を有する成形型内に充填する。次いで、
乾燥処理を施して溶剤を飛散させ、有機樹脂を固化させ
ることにより前記短繊維同士を固着させて中間体を成形
している。

然しなから、前記の方法によれば、短繊維を結合液中に
浸漬させるため、前記結合液が不必要な部位に滴下する
等の問題が生じ、この短繊維の取扱作業が煩雑なものと
なってしまう。さらに、結合液中の有機樹脂の濃度を、
常時、所定の値に調整しなければならず、しかも有害な
溶剤を使用するため作業者に過度の負担を強いるという
不都合が露呈している。

一方、中間体を得るべく溶剤を乾燥させる際、並びに前
記中間体に焼成処理を施して繊維成形体を製造する際に
、前記溶剤が蒸発して悪臭や有害ガス等が発生し、作業
場内の環境が著しく悪化するという欠点が指摘される。

また、中間体を成形して後、余剰な結合材を除去する必
要があり、この除去作業が相当に困難となっている。

さらにまた、有機樹脂の固着力が弱いため、前述したよ
うにして得られる繊維成形体の強度が低いものとな°っ
てしまう、従って、繊維成形体の取扱作業が煩わしいも
のとなると共に、この繊維成形体に溶湯を充填する際、
前記溶湯の熱並びに加圧力により前記繊維成形体が変形
する場合が多い。結果的に、均一な繊維分布を有した繊
維複合材料を製造することが出来ないという不都合が惹
起する。

その上、繊維成形体と溶融金属とのぬれ性を確保するた
めには、強化繊維の表面に金属、合金あるいはセラミッ
ク等をコーティングする必要がある。この場合、従来か
ら、前記コーティング作業は繊維成形体の成形工程の前
に、予め、別工程により行っており、結局、繊維複合材
料の製造作業全体の工程数が増加し、効率的な繊維複合
材料の製造工程を遂行することが出来ない。

［発明の目的］ 本発明は前記の不都合を克服するためになされたもので
あって、強化繊維と有機珪素ポリマーの粉末との混合体
を成形型内に充填し、この成形型を予め、あるいは前記
混合体の充填後所定温度に加温して前記有機珪素ポリマ
ーを溶融させ、次いで、前記成形型を冷却して強化繊維
同士を有機珪素ポリマーにより固着して中間体を成形し
、さらに、前記中間体を不活性雰囲気中にて焼成すると
共に有機珪素ポリマーを炭化珪素に変化させて繊維成形
体を製造することにより、従来のように、有機溶剤を使
用する際に惹起していた作業性の悪さ並びに悪臭および
有害ガスの発生を回避することが出来、しかも、有機珪
素ポリマーが炭化珪素に変化して強化繊維同士を強固に
固着して繊維成形体の変形を阻止し、且つこの炭化珪素
が強化繊維の表面に被覆されて溶融金属に対するぬれ性
を好適に確保することを可能にした繊維強化成形体の製
造方法を提供することを目的とする。

［目的を達成するための手段］ 前記の目的を達成するために、本発明は強化繊維と有機
珪素ポリマーの粉末との混合物を予め所定温度に加温さ
れた成形型内に充填し、あるいは前記混合物を成形型内
に充填して後この成形型を所定温度に加温して前記有機
珪素ポリマーを溶融させ、次いで、所定時間冷却し強化
繊維同士を固着させて中間体を成形し、さらに前記中間
体を不活性雰囲気中で焼成すると共に、前記有機珪素ポ
リマーを炭化珪素に変化させて繊維成形体を製造するこ
とを特徴とする。

［実施態様］ 次に、本発明に係る繊維強化成形体の製造方法について
好適な実施態様を挙げ、添付の図面を参照しながら以下
詳細に説明する。

そこで、本実施態様では、繊維複合体の一例であるコン
ロッドの製造方法について詳細に説明する。

すなわち、第１図において、参照符号１０はコンロッド
を示し、前記コンロッド１０は大端部１２と連接棒１４
と小端部１６とから一体的に成形される。この場合、前
記大端部１２と小端部１６とは、第２図ａおよびｂに示
すように、当該製造方法により短繊維を用いて成形され
る繊維成形体１８．２０に溶融金属を充填して複合化さ
れるものであり、一方、連接棒１４は長繊維からなる繊
維成形体（図示せず）に溶融金属を充填して複合化され
る。

次いで、当該製造方法を実施するための成形型を第３図
ａおよびｂに示す、すなわち、第３図ａにおいて、参照
符号２２は大端部１２に用いられる繊維成形体１８に対
応する中間体を成形するための成形型を示す。前記成形
型２２は下型２４と上型２６とからなり、前記下型２４
と上型２６との間に繊維成形体１８に対応するキャビテ
ィ２８が画成される。上型２６には前記キャビティ２８
に連通し短繊維を充填するための第１および第２の孔部
３０．３２が形成される。

一方、第３図すに示す成形型２２ａは小端部１６に用い
られる繊維成形体２０に対応する中間体を成形するため
のものであり、前述した成形型２２と同一の構成要素に
は同一の参照数字にａを付してその詳細な説明は省略す
る。

このような構成において、先ず、カーボンファイバから
なる゛短繊維に有機珪素ポリマーの粉末を５０重量％混
合し、繊維成形体１８を製造すべくこの混合物を、先ず
、第３図ａに示す成形型２２の第１および第２孔部３０
．３２からキャビティ２８内に充填する。そして、成形
型２２を２５０°Ｃ乃至５００℃の温度に加温し、ある
いはこの成形型２２を前記混合物の充填前に予め前記温
度に加温しておき、前記成形型２２をこの温度で１０分
間保持する。このため、キャビティ２８内に充填されて
いる有機珪素ポリマーが溶融する。さらに、成形型２２
を５０℃まで冷却させることによりキャビティ２８内で
は短繊維同士が前記有機珪素ポリマーを介して固着され
ると共に、この有機珪素ポリマーにより夫々の短繊維の
表面が被覆されて所定形状の中間体が成形されることに
なる。

次に、成形型２２から中間体を取り出し、この中間体を
図示しない焼成炉内に配置する。その際、焼成炉内には
アルゴンガス等の不活性ガスを充填させておき、前記炉
内温度を２０°（／＋ｗｉｎの昇温速度で６００’Ｃ乃
至９００℃に加温して１時間保持して後、再び２０℃／
ｓｉｎの降温速度で室温まで冷却させる。これによって
、焼成処理を施された繊維成形体１８が得られると共に
、有機珪素ポリマーが炭化珪素に変化してこの繊維成形
体１８を強固に固着し、且つ夫々の短繊維の表面は前記
炭化珪素により被覆される。

一方、小端部１６に用いられる繊維成形体２０は成形型
２２ａ等を介して前述した繊維成形体１８と同様に製造
されるものであり、その詳細な説明は省略する。

そこで、図示しない鋳造用金型内において大端部１２並
びに小端部１６の位置に対応する位置に前述した当該製
造方法により得られた繊維成形体１８．２０を配置する
と共に、連接棒１４の位置には長繊維を用いて成形され
た繊維成形体（図示せず）を配設しておく、そして、７
３０℃乃至７５０℃の温度で溶融しているアルミニウム
合金（ＡＣ４Ｃ）の溶湯を前記金型内に充填し、５０ｋ
ｇ／ｃｍ”乃至１０００ｋｇ／ｃａ＋”の加圧力で所定
時間保持する。この結果、夫々の繊維成形体１８．２０
等には溶湯が含浸し、大端部１２）連接棒１４および小
端部１６からなるコンロッド１０が一体成形されるに至
る。

この場合、本実施態様では、焼成工程において有機珪素
ポリマーを炭化珪素に変化させ、繊維成形体を強固に固
着すると共に、繊維表面に前記炭化珪素を被覆してアル
ミニウム合金の溶湯に対するぬれ性を一挙に向上させる
ことが出来る。

すなわち、第４図に繊維成形体に形成される炭化珪素膜
の強度と加熱温度（焼成温度）との関係を示す。図から
容易に諒解されるように、加熱温度が６００°Ｃ〜１０
００°Ｃの間において炭化珪素膜の強度が高くなってお
り、この温度範囲内で有機珪素ポリマーが無機化し且つ
非晶質構造を有することになる。その際、加熱温度が６
００’Ｃ以下であれば有機珪素ポリマーが無機化せず、
一方、加熱温度が１０００℃以上となればβ−３ｉＣの
結晶が生成されて脆いものとなってしまう。

また、加熱温度が１０００°Ｃ以上となると、カーボン
ファイバ自体・の強度も２．激に低下してしまう（第５
図参照）。

従って、中間体の焼成温度を実質的に６００℃乃至９０
０°Ｃに選択することにより有機珪素ポリマーを効果的
に炭化珪素化することが出来る。

この結果、繊維成形体の強度を十分に確保し、且つ短繊
維表面に対し炭化珪素の被膜を形成してアルミニウム合
金とのぬれ性を向上させることが可能となる。

さらにまた、本実施態様では、中間体の焼成処理と短繊
維表面への炭化珪素の被覆処理とを同一工程で行ってい
る。このため、従来のように、焼成工程と短繊維表面に
対するコーティング工程とを個別に行っていたものに比
べ、繊維成形体を一挙に効率よく製造することが出来る
。

しかも、従来のように、中間体を所定形状に成形すべく
有機溶剤を使用することがない。結局、中間体の取扱作
業が簡易化すると共に、悪臭や有害ガスの発生を回避し
て作業者の健康上に悪影響を及ぼ゛すことを阻止し得る
という利点が挙げられる。

結果的に、十分な強度を有し且つ金属溶湯に対するぬれ
性を確保した繊維成形体を製造することが出来、均一な
繊維分布を有すると共に、耐摩耗性や耐熱強度等に優れ
た繊維複合材料を製造することが可能となるという効果
が得られる。

［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、強化繊維と有機珪素ポ
リマーとの混合物を成形型に充填し前記成形型を予め、
あるいは前記混合物の充填後所定温度に加温し、前記有
機珪素ポリマーを溶融させて中間体を得、さらにこの中
間体に不活性雰囲気中において焼成処理を施すと共に、
前記有機珪素ポリマーを炭化珪素に変化させて繊維成形
体を製造している。このため、繊維成形体の焼成工程と
繊維表面への炭化珪素の被膜処理工程とを同一工程で行
うことが出来、前記繊維成形体の製造作業が一挙に効率
よく遂行するという利点が得られる。しかも、繊維成形
体を炭化珪素により強固に固着することが可能となり、
この繊維成形体に溶融金属を所定の加圧力で充填する際
に繊維成形体が変形することがなく、均一な繊維分布を
有する繊維複合材料を容易に製造し得るという効果が挙
げられる。

さらにまた、従来のように、有機溶剤を使用することが
なく、作業場内の環境の悪化を可及的に阻止し得るとい
う実質的な利点も顕在化する。

以上、本発明について好適な実施態様を挙げて説明した
が、本発明はこの実施態様に限定されるものではなく、
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の改良並び
に設計の変更が可能なことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る繊維強化成形体の製造方法により
製造される繊維成形体を使用して形成されるコンロッド
の斜視図、 第２図ａおよびｂは本発明に係る製造方法により製造さ
れる°繊維成形体の概略斜視図、第３図ａおよびｂは第
２図ａおよびｂに示す繊維成形体に対応する中間体を成
形するための成形型の概略を示す縦断面図、 第４図は加熱温度と炭化珪素膜の強度との関係を示すグ
ラフ、 第５図は加熱温度とカーボンファイバの強度との関係を
示すグラフである。 １０・・・コンロッド　　　　　１２・・・大端部１４
・・・連接棒　　　　　　　１６・・・小端部１８．２
０・・・繊維成形体　　　２２・・・成形型２４・・・
下型　　　　　　　　２６・・・上型２８・・・キャビ
テイ ＦＩＧ、３ （ｂ） 迭ａ　　　　２．ａ １４ｏＯ６００８００１０ＣＸ）　　　１４ＣＸ）力ロ
熱ツ一度（０Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）強化繊維と有機珪素ポリマーの粉末との混合物を
   予め所定温度に加温された成形型内に充填し、あるいは
   前記混合物を成形型内に充填して後この成形型を所定温
   度に加温して前記有機珪素ポリマーを溶融させ、次いで
   、所定時間冷却し強化繊維同士を固着させて中間体を成
   形し、さらに前記中間体を不活性雰囲気中で焼成すると
   共に、前記有機珪素ポリマーを炭化珪素に変化させて繊
   維成形体を製造することを特徴とする繊維強化成形体の
   製造方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の方法において、強化
   繊維は短繊維からなる繊維強化成形体の製造方法。