JPS6385151A - 繊維集積体の製造方法 - Google Patents

繊維集積体の製造方法

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JPS6385151A
JPS6385151A JP61228788A JP22878886A JPS6385151A JP S6385151 A JPS6385151 A JP S6385151A JP 61228788 A JP61228788 A JP 61228788A JP 22878886 A JP22878886 A JP 22878886A JP S6385151 A JPS6385151 A JP S6385151A
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fiber
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伊藤 友仁
磯村 廉一
秀敏 平井
五味 福夫
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、4Ji維集積体の製造方法に係り、詳しくは
繊維の多くが一次元配向したとくに繊維強化金属の製造
に用いて好適な繊維集積体の’FJ造方法に関する。
[従来の技術] 従来、繊維強化金属の製造に使用される短繊維又はウィ
スカ等の比較的短い繊維の集積体を得るために、たとえ
ば濾過膜を内張すした多孔円筒体内に繊維分散液を供給
し、遠心作用により濾液を飛散させてm雑の中空集積体
を成形するようにした遠心成形方法(特開昭60”−6
5200号公報)や、シリンダ内に供給した繊維分散液
をプランジャで加圧する一方、下底部から濾過材を介し
て濾液をV4極排出するようにした吸引成形方法などが
知られている。
しかし上記の成形方法によって得られた繊維集積体は、
繊維の多くが三次元方向に配向したものであって繊維の
体積率が低く、とくにlli雑強化金属の狙いが強度の
向上や熱膨張の抑制にある場合には、きわめて不満足な
結果しか15Iられかった。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、U&紺の多くが一次元配向した繊維集積体を
得るために、誘電液体中に繊維を分散させた繊MF!J
濁液を、正負電極間に醸成された電界内に注入して該繊
維を静電配向させると同時に橋絡させ、同配向繊維を順
次沈降させて集積するという技術思想を基礎としている
しかしながら、かかる基礎技術を工業的に実施する上で
生ずる問題も少なくはない。たとえば上記繊維としてウ
ィスカを使用した場合、該ウィスカがきわめて微小な繊
維であるため橋絡が疎となり、したがって沈降速度が緩
慢となって集積体の成形に長時間を要することであり、
さらに上記橋絡が疎であるが故に沈降時に橋絡が毀壊し
て、繊維配向に乱れの懸念を生ずることである。
本発明は、異種繊維の選択的な混合により上記橋絡を密
にすることを解決すべき技術課題とするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は上記課題解決のため、上記基礎技術に加えてウ
ィスカに少量の短mtiaを混合した繊維を使用し、該
短lInを核としてウィスカの+aI/8を成長させる
ものであり、具体的には全繊維に対する該短m雑の混合
比率を1〜45容積%とする新規に構成を採用している
このようにウィスカと所定割合の短繊維とを誘電液体中
に分散させて繊維懸濁液となし、該繊維懸濁液を電界中
に置くとき、ウィスカと短Il維はともに分極して一次
元方向に配向するが、その状態はtA1図に示すように
短繊維Sの安定した橋絡の周辺に微小なウィスカWが付
着し、ウィスカWに比べて静電エネルギーの大きい短s
umsを核としてウィスカWの橋絡i密に成長するので
、lIH群は懸濁液の乱れに対しても安定したin格状
態を保って速やかに沈降する。
上記繊維懸濁液の乱流を抑1I11づるために正負電極
の各内側には隔膜、好ましくはイオン交換機が設けられ
、その場合、正電極の内側には陰イオン交換膜が、負電
極の内側には陽イオン交換膜が配置される。これによっ
て該陰イオン交換膜が正電極側に発生する陽イオンの繊
維配向域への透過侵入を阻止し、同様に!lig!イオ
ン交換膜が負電極側に発生する陰イオンのmI!配向域
への透過侵入を阻止するため、イオンに起因するII雑
懸濁液の乱れは巧みに防止される。
繊維集積体の製造はウィスカと短IIIとの混合繊維を
誘電液体中に分散させて繊維懸濁液とすることから始ま
る。
上記ウィスカとしては炭化珪素、窒化珪素などの使用が
好ましく、短繊維としてはアルミナ、アルミナ−シリカ
などを使用することができる。実用に供されるウィスカ
の繊維径は0.1〜1μm1!li[rは5〜100μ
mであり、短繊維の同繊維径は1〜20μm1繊維長は
10〜5000μmである(これらの1法はいずれも概
略値を示す)。
そして全繊維に対する上記短繊維の混合比率は1〜45
容積%で、より好ましくは5〜40容積%である。これ
は繊維の上記混合比率が1容積%未満では、ウィスカの
橋絡を成長させるPi短I!維の核としての作用に乏し
く、また、同混合比率が45容槓%を越えると、ウィス
カに比して強度的には劣弱であるyri繊維木来の物理
的性質が影響し、逆に繊維強化金屈の強度低下をtn<
ことになるがらである。
上記誘電液体とは、電圧の印加によりi電性を示す液体
をいい、これには四塩化炭素、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が挙げられる。こ
れらの誘電液体のうち四塩化炭素がとくに好ましく、又
、フッ素塩素置換炭化水素は取扱い上、安全性の面で優
れている。なお、vA誘電液体中に繊維をなるべく均一
に分散させるには、通常界面活性剤特にノニオン系界面
活性剤を適当m添加することが望ましい。
続いては上記411!!!濁液を正負電極間に醸成され
る電界内に注入して、該誘電液体中で個々の繊維をその
一端が正電極に他端が負電極に指向した(−次元配向)
状態に配向させ、同時に橋絡をともなってこれを沈降さ
せることである。
正負電極間は電圧を印加して醸成される上記電界の強さ
は、通常0.5〜5kv/c−で、これが0.2kv/
c+pi!度以下ではmwaの静電配向が十分でなく、
また10kv/cm程度以上においては繊維懸濁液に撹
乱が生じて繊維の配向精度が劣化する。もつとも好まし
い電界の強さは約1〜2kV/C−である。なお、該電
界の強さは、使用tl維の種類、誘電液体のg!電特性
及び製造される繊維集積体の厚さなどにより、もつとも
好ましい値が設定される。なお、本発明においては、−
次元方向に静電配向したウィスカ及び短繊維の多くが、
上述のように短繊維を核として配向方向に密に橋絡する
ので、繊維群は速やかに沈降する。
沈降した配向vA維は順次容器の内底壁上に集積される
が、これが所望厚さに達するまでの間上記繊維懸濁液の
注入は続けられ、容器の底壁からはほぼ等酷の液の排出
が行われる。この場合液の排出には注意が肝要で、液に
力学的に乱れの生じない程度に流量を調節したうえで、
自然流出若しくは吸引排出させることが望ましい。上記
流排出は容器の内底面上に配設された濾過体を介して行
うことが、流量のm!ばかりでなくaimの漏出や液の
乱れを防止するうえで効果的であり、該濾過体としては
たとえば多孔質セラミックなどを使用することができる
かくて!I槓を終え、残留誘電液体の排出除去をまって
取出された繊維集積体は、□所望の寸法形状を裁断する
などしてm帷強化金屈用の繊維成形体となされるもので
ある。
本発明方法の実施には、たとえば第2図に模式的に示す
ような装置が用いられる。すなわち同装置は、誘電−液
体中に混合繊維1を分散させた繊維懸濁液2を、容器3
から受給する上方の開放された受給部4と、濾過体10
を介して該繊維懸濁液2の濾液を下方に排出する排出部
6と、該受給部4と排出部6との間で繊維群1aを配向
構格させる配向部5とを備えた配向槽7と、該配向槽7
の配向部5に所定の間隔を容して鉛直状に設けられた対
の正電極8及び負′iri極9と、該正電極8及び負電
極9の各内側にそれぞれ配置された陰イオン交換Il!
J12及び陽イオン交換膜13と、上記正負電極8.9
間に所定の電界を醸成するための電圧印加I置11とか
ら構成されている。なお導管61及びコツクロ2は上記
排出部6に設けられた図示しない吸引装置とも接続可能
な排液手段である。
[R明の効果] 本発明の繊維l!積体の製造方法は、誘電液体中の1l
lftを分散させた繊$1!l濁液を正負電極間に醸成
された電界内に注入し、該IIを静電的に配向構格させ
て沈降せしめるに当り、ウィスカに所定割合の短mra
を混合した混合繊維を使用し、該短繊維を核としてウィ
スカの橋絡を成長させるようにしたものであるから、繊
維の密な橋絡によって良好な配向性を保ちながらその沈
降が加速されるので、繊維体積率(vf)の大きいウィ
スカの集積体をより短い時間で成形することができる。
[実施例] l!紺として炭化珪素ウィスカとアルミナ短繊維を使用
し、全繊維に対するアルミ°す短繊維の混合比率をそれ
ぞれ0,1.5.10.20,40.50容積%となる
よう混合して、これらの各混合繊維をフッ素塩素置換炭
化水素よりなる誘電波体中に分散させて繊維懸濁液とし
た。
次いで第2図に示す装置の正負電極間隔を10C園とし
て同電極間に1kv/amの電界を醸成し、該電界内に
上記繊維懸濁液を注入して液の流出を止めた状態で配向
橋絡繊維の1!積^さが10mmになるまでの沈降時間
を測定した。なお、懸濁液の!&を維瀧度は5g/lで
行った。
[試験例] 上記各混合繊維別に成形した集積体の繊維体積率(vf
’)を20及び30%として高圧防造法によりアルミニ
ウム合金(ACIA>と複合化させ、長手方向に繊維の
配向した巾5IllIl11厚さ3IIlll11長さ
5011IIlの曲げ試験片を作成した。
曲げ試験における支点及び圧子は繊維配向と直交する向
きに配置され、支点間距離3.On+m、圧子の降下速
度1mm/minで試験した。
各混合繊維別の曲げ強さを第3図に示す。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による混合繊維の配向F!絡状態を示1
説明図、第2図は本発明を実施するための装置を模式的
に示す断面図、第3図は混合繊維別に繊維強化金属の曲
げ強さを比較したグラフである。 1・・・繊維      1a・・・配向繊維群2・・
・繊維懸濁液   7・・・配向槽8・・・正電極  
   9・・・負電極10・・・濾過体    11・
・・電圧印加装置12・・・隘イAン交換膜 13・・・陽イオン交換膜

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)誘電液体中に繊維を分散させた繊維懸濁液を、正
    負電極間に醸成された電界内に注入して該繊維を静電配
    向させると同時に橋絡させ、同配向繊維を順次沈降させ
    て集積するようにした繊維集積体の製造方法において、
    上記繊維はウイスカと短繊維との混合よりなり、全繊維
    に対する該短繊維の混合比率が1〜45容積%であるこ
    とを特徴とする繊維集積体の製造方法。
  2. (2)上記ウイスカが炭化珪素又は窒化珪素からなり、
    上記短繊維がアルミナ又はアルミナ−シリカからなる特
    許請求の範囲第1項記載の方法。
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