JPH0316420B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は強化繊維を強化材とした金属をマトリ
ツクスとする繊維強化金属複合材料を製造する際
に使用される繊維成形体の製造方法に係る。

複合材料の強化材としての粉末、細線、繊維な
どを予め所定の形状、密度、配向の成形体に形成
する方法の一つとて、従来より樹脂、ワツクスな
どのバインダーを用いることが行なわれている。
しかし樹脂、ワツクスなどのバインダーは、高価
であり、成形体の形成時には加熱及び高加圧が必
要であり、成形後には400℃以上の高温度にてバ
インダーを気化させる必要があり、しかもこれら
のバインダーが気化する際に臭気、煙などが発生
し、環境汚染、災害などが発生する虞れがある。
また高温度に於ては、例えばボロン繊維、炭素繊
維、ガラス繊維などが劣化することがあり、成形
体の品質が低下する虞れがある。

本願出願人は、これらの問題点を解決し、上述
の如き種々の欠点を有するバインダーを用いるこ
となく、良好に所定の形状及び密度を有する複合
材料の強化材を成形する方法として、本願出願人
と同一の出願人の出願にかかる特願昭55−65666
号（特開昭56−161120号）に於て、常温で液体、
低温で固体、高温で気体になる物質を結合剤とし
て用い、この物質を常温で粉末、細線、繊維、板
などの素材と混合又は該素材の集合体に含浸し、
該素材を所定形状に成形後、冷却固化することに
より成形体とすることを特徴とする粉末、細線、
繊維などの予成形方法を提案した。この冷凍によ
る強化繊維の成形法によれば、樹脂やワツクスな
どのバインダーを使用する従来の方法に比して低
温且低圧にて強化繊維を成形することができ、し
かもバインダーの気化も低温で行なうことが可能
であるので、強化繊維を低コストにて能率良く成
形することができる。

しかしこの先の提案にかかる方法に於ては、炭
素繊維やアルミナ繊維の如き長繊維にて繊維成形
体を形成する場合には、強化繊維が一方向に配向
された繊維成形体を形成することは容易である
が、製品形状などに則して強化繊維が複雑に配向
された繊維成形体を製造するとは困難であり、ま
た圧縮型内に配置するまでの繊維成形体のハンド
リングが困難であり、更には強化繊維密度が低く
且均一である繊維成形体を製造することが困難で
あるという不具合がある。

本発明は、上述の先の提案にかかる冷凍による
成形法に於ける上述の如き不具合に鑑み、冷凍に
よる強化繊維の成形法の利点を活かしつつ、上述
の如き不具合を生じることがないよう改良された
繊維強化金属複合材料製造用繊維成形体の製造方
法を提供することを目的としている。

かかる目的は、本発明によれば、強化繊維と燃
焼により消失する補助繊維とよりなる複合繊維体
を形成し、前記複合繊維体を用いて所定の形状及
び所定の強化繊維密度及び配向の複合繊維予成形
体を形成し、前記複合繊維予成形体に対し常温で
液体であり低温で固体になり高温で気体になる物
質を常温にて含浸させ、これを冷却して前記物質
を固化させ、しかる後これを加熱して前記物質を
液体又は気体として除去し且前記補助繊維を燃焼
により消失させることを特徴とする繊維強化金属
複合材料製造用繊維成形体の製造方法によつて達
成される。

本発明による繊維強化金属複合材料製造用繊維
成形体の製造方法によれば、強化繊維と燃焼によ
り消失する補助繊維とよりなる複合繊維体を形成
し、該複合繊維体を用いて所定の形状及び所定の
強化繊維密度及び配向の複合繊維予成形体を形成
し、該複合繊維予成形体に対し冷凍による成形を
行ない、しかる後補助繊維が燃焼により除去さ
れ、これにより強化繊維は補助繊維により確保さ
れた所定の強化繊維密度及び配向状態を物質の除
去後もそのまま保持するので、強化繊維が所定の
密度及び配向状態にて所定の形状に形成された繊
維成形体を能率良く製造することができる。特に
本発明による方法によれば、強化繊維の密度が小
さく且一様である繊維成形体を容易に製造するこ
とができる。

複合材料の製造方法の一つとして、鋳型内に強
化材を充填し、該鋳型内にマトリツクス金属の溶
湯を導入し、該マトリツクス金属の溶湯を鋳型内
にて加圧しつつ凝固される加圧鋳造法が知られて
おり、この加圧鋳造法に於ては、本願出願人と同
一の出願人の出願にかかる特願昭55−107040号に
於て提案されている如く、強化材の各繊維などの
間にマトリツクス金属の溶湯が確実に進入するよ
うにするためには、強化材をマトリツクス金属の
マトリツクス金属の融点以上の温度に予熱し、マ
トリツクス金属の溶湯の導入時にもその温度に維
持することが望ましいことが解つている。本発明
による方法によれば、成形された繊維成形体より
補助繊維を燃焼により消失させる工程に於て繊維
成形体が加熱されるので、本発明による方法によ
れば、強化材予熱式の加圧鋳造法にて複合材料を
製造する場合に、繊維成形体の予熱工程を省略す
ることができる。

尚本発明の方法に於て使用されるバインダーと
しての物質は、常温で液体であり低温例えば−50
℃〜20℃で固体であり、高温例えば30℃〜300℃
で気体になる物質、例えば水を主成分とし必要に
応じて他の表面活性剤、粘度調整剤などを添加さ
れたものであつてよい。特に水又は水を主成分と
するもの、例えば水とアルコールとの混合物が安
価で取扱い易いものであり好ましいが、この他ベ
ンゼン、蟻酸、酢酸、キシレン、過酸化水素及び
これらの混合物であつてもよい。

また燃焼により消失する補助繊維としては、ア
クリル繊維やレーヨン繊維の如き有機繊維であつ
てよい。

更に本発明の方法に於ける複合繊維体は、補助
繊維を織り糸とする編物、織物、マツト、強化繊
維と補助繊維とよりなる不織布、強化繊維と補助
繊維とを捩り合わせたストランドなどであつてよ
い。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例
について詳細に説明する。

実施例 １ 炭素繊維１（東レ株式会社製トレカ（登録商
標）M40、繊維径7μ）のヤーン（繊維数6000本）
を互いに直交するように積層し、アクリル繊維２
（繊維径15μ）を織り糸として編織することによ
り、第１図に示されている如く複合繊維体として
のノンクリンプクロス３を形成した。

次いでかくして形成されたノンクリンプクロス
３をコネクテイングロツドの形状に栽断した。こ
の場合炭素繊維がコネクテイングロツドの長手方
向軸線に対し0゜／90゜の角度にて延在するもの４
ａと、コネクテイングロツドの長手方向軸線に対
し±45゜の角度にて延在するもの４ｂとを用意し
た。次いで第２図に示されている如くかくして裁
断されたノンクリンプクロス４ａ及び４ｂを交互
に積層することにより、第３図に示されている如
き複合繊維予成形体５を形成した。次いでこの複
合繊維予成形体５を図には示されていない圧縮型
内に配置し、該圧縮型内に水を充填した後ノンク
リンプクロスの体積率が65％になるよう圧縮し、
その状態で−40℃の温度にて水を凝固させた。

更にかくして水を凝固せしめられた複合繊維予
成形体５を図には示されていないステンレス鋼
（JIS規格SUS310S）製のケース内に配置し、そ
のケースごと加熱炉内に於て600℃の温度に10分
間加熱保持することにより、補助繊維としてのア
クリル繊維２を燃焼させて除去し、第４図に示さ
れている如く、コネクテイングロツドの長手方向
軸線に対し0゜／90゜及び±45゜にて積層状に配向さ
れた炭素繊維１を強化繊維とする繊維強化金属複
合材料製のコネクテイングロツドを製造するため
の繊維成形体６を得た。かくして製造された繊維
成形体６の炭素繊維の体積率は50％であり、炭素
繊維の劣化も殆ど認められなかつた。

実施例 ２ アルミナ繊維７（デユポン社製FPフアイバ、
繊維径20μ）とアクリル繊維８（繊維径15μ）と
を互いに捩り合わせることにより、第５図に示さ
れている如く、アルミナ繊維：アクリル繊維＝
１：１の複合繊維体としてのストランド９を形成
した。次いでこのストランド９を10cmの長さに切
断し、それらを一方向に配向して積重ねることに
より、第６図に示されている如き長さ10cm、幅４
cm、厚さ1.5cmの複合繊維予成形体１０を形成し
た。かくして形成された複合繊維予成形体１０を
図には示されていない圧縮型内に配置し、該圧縮
型内に水とコロイダルシリカとの混合物を導入
し、複合繊維予成形体１０をその混合物にて含浸
させた後、ストランド９の体積率が約40％になる
よう軽く圧縮し、その状態にて−40℃の温度にて
混合物を凝固させた。

かくして混合物を凝固せしめられた複合繊維予
成形体１０を図には示されていないステンレス鋼
（JIS規格SUS310S）製のケーース内に配置し、
そのケースごと600℃に10分間加熱保持すること
により、アクリル繊維８を燃焼によつて消失さ
せ、これにより第７図に示されている如く、一方
向に配向されたアルミナ繊維７を強化繊維とする
繊維強化金属複合材料を製造するための繊維成形
体１１を得た。尚この繊維成形体１１のアルミナ
繊維７の体積率は約20％と非常に小さく、またア
ルミナ繊維７は繊維成形体１１の長手方向に沿つ
て均一に配向された状態を保持していた。

以上に於ては本発明を二つの実施例について詳
細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定
されるものではなく、本発明の範囲内にて種々の
実施例が可能であることは当業者にとつて明らか
であろう。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明による繊維強化金属
複合材料製造用繊維成形体の製造方法の一つの実
施例の製造工程を示す解図、第５図乃至第７図は
本発明による繊維強化金属複合材料製造用繊維成
形体の製造方法の他の一つの実施例の製造工程を
示す解図である。 １……炭素繊維、２……アクリル繊維、３……
ノンクリンプクロス、４ａ，４ｂ……裁断された
ノンクリンプクロス、５……複合繊維予成形体、
６……繊維成形体、７……アルミナ繊維、８……
アクリル繊維、９……ストランド、１０……複合
繊維予成形体、１１……繊維成形体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 強化繊維と燃焼により消失する補助繊維とよ
   りなる複合繊維体を形成し、前記複合繊維体を用
   いて所定の形状及び所定の強化繊維密度及び配向
   の複合繊維予成形体を形成し、前記複合繊維予成
   形体に対し常温で液体であり低温で固体になり高
   温で気体になる物質を常温にて含浸させ、これを
   冷却して前記物質を固化させ、しかる後これを加
   熱して前記物質を液体又は気体として除去し且前
   記補助繊維を燃焼により消失させることを特徴と
   する繊維強化金属複合材料製造用繊維成形体の製
   造方法。