JPH0610096B2 - 陶磁器成形用炭素繊維入り石膏粉末の製造方法 - Google Patents

陶磁器成形用炭素繊維入り石膏粉末の製造方法

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JPH0610096B2
JPH0610096B2 JP58071963A JP7196383A JPH0610096B2 JP H0610096 B2 JPH0610096 B2 JP H0610096B2 JP 58071963 A JP58071963 A JP 58071963A JP 7196383 A JP7196383 A JP 7196383A JP H0610096 B2 JPH0610096 B2 JP H0610096B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、炭素繊維が混入された陶磁器成形用石膏型
(以下、単に石膏型と略称する)を製造する際に用いる
炭素繊維入り石膏粉末を製造する方法に関するものであ
る。
〈従来の技術〉 従来、強度の増大を目的として開発された石膏型として
は、単繊維に離散された無数本の炭素繊維が石膏泥漿内
に均一に混入されたものから形成されるものがある。
そして、このような石膏型を製造するためには、束状の
炭素繊維を、石膏泥漿内において、単繊維状態に離散さ
れた状態で均一に混入させることが必要である。
〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、炭素繊維の混入量は石膏粉末に比較して
極めて少なく、しかも石膏粉末に対する重量割合を正確
に定める必要があり、石膏泥漿をつくるたびごとに微量
の炭素繊維を正確に計算するのは極めて面倒であるとと
もに、信頼性に欠け、しかも非能率的である。
そこで、本発明は、石膏型を製造するたびごとに微量の
炭素繊維を計量する手間を省き、石膏型を製造する際の
作業能率を向上することを第1の課題とする。
この課題を解決するために、本発明では、炭素繊維が適
切な混合割合で混合された石膏粉末を予め製造しておく
こととした。
しかしながら、その際、軽量でかつ浮遊性に富んだ単繊
維状態の炭素繊維を石膏粉末に均一に混合させることは
困難である。
そこで、本発明は、単繊維状態の炭素繊維を石膏泥漿に
対して均一に混合させることができる方法を提供するこ
とを第2の課題とする。
すなわち、本発明は、第1及び第2の課題をともに解決
する石膏粉末の製造方法を提供することを課題とするの
である。
〈課題を解決するための手段〉 (1)この課題を解決するために、本願の第1の発明
は、石膏粉末と、単繊維に離散された5乃至70mmの長さ
の炭素繊維とを、同石膏粉末に対して同炭素繊維を0.01
乃至1重量%の割合で、少なくとも一部に撓屈自在な撓
屈自在部を有する容器内に投入し、その容器の前記撓屈
自在部に設けられた基板部と同基板部からほぼ垂直に同
容器内に向かって設けられた棒状部とを有する回転部材
を、その棒状部の中心軸線から所定角度ずれた回転軸を
中心に回転させることによって、前記石膏粉末と前記炭
素繊維とを混合することを特徴とする。
(a)すなわち、本発明では、5乃至70mm(望ましくは20
乃至30mm)の長さの炭素繊維を無数本の単繊維に離散せ
しめて石膏粉末内に均一に混入分散させるのであるが、
その理由は次のとおりである。
第1図に、石膏100重量部、水60重量部、炭素繊維0.5重
量部の割合から成る15mm×25mm×250mmの石膏試験片に
おける炭素繊維の長さと、抗折強度(曲げ強度)との関
係を示す試験結果のグラフを示す。このグラフから、炭
素繊維の長さが15mm以下では抗折強度が急激に低下し、
炭素繊維の長さが20mm以上ではほぼ一定していることが
わかる。
炭素繊維の長さを5乃至70mmと限定したのは、5mm以下
であると石膏型をつくった際に母材の石膏粒子と炭素繊
維との総接着面積の不足により石膏型の十分な強度の向
上が図れないからである。また、70mm以上であると、石
膏泥漿をつくる際やケース型に石膏泥漿を流し込む際
に、炭素繊維が相互に組み合って団塊状になり易く、石
膏型内に炭素繊維を均一に分散せしめることが困難とな
るためである。
(b)炭素繊維を単繊維状態に離散するのは次のような手
段が考えられる。
例えば、常法により製造された束状の炭素繊維を5乃至
70mmの長さに切断した後に、酸化雰囲気中で加熱したり
アセトン溶剤で洗い流したりすることによって、炭素繊
維に塗布されていたサイジング剤を除去する。そして、
この束状の炭素繊維を水中に投入して超音波振動を加え
つつ攪拌すると、超音波振動と攪拌の相乗作用によって
無数本の単繊維に離散される。そして、その離散後に水
中より取り出して脱水乾燥すれば単繊維状態の炭素繊維
が得られる。
また、炭素繊維の製造時にサイジング処理を施すことな
く単繊維のままとし、その炭素繊維を上記所定の長さに
切断し、その後、上記のように水中に投入して超音波振
動を加えつつ攪拌してもよい。
(c)また、本発明において石膏粉末に対する炭素繊維の
重量割合を0.03乃至1重量%(望ましくは0.1乃至0.3重
量%)としたのは、次の理由による。
第2図に、石膏100重量部、水60重量部、長さ20mmの炭
素繊維所要重量部の割合から成る15mm×25mm×250mmの
石膏試験片における混入炭素繊維の石膏に対する重量割
合と、抗折強度との関係を示す試験結果のグラフを示
す。また、第3図に、石膏に混入する炭素繊維の重量割
合と、吸水率との関係を示す試験結果のグラフを示す。
これらのグラフから、石膏に混入する炭素繊維の重量割
合が大きくなるほど、抗折強度が大きくなり、また吸水
率も高くなることがわかる。
石膏粉末に対する炭素繊維の混入割合を0.03乃至1重量
%とするのは、0.03重量%以下では石膏に対する割合が
少な過ぎて石膏型の十分な強度の向上を図ることができ
ないからである。
また、1重量%以上では、石膏泥漿をつくる際に、炭素
繊維の割合が多過ぎて、石膏泥漿内に炭素繊維を均一に
分散させることができず団塊が生じやすくなるからであ
る。また、石膏泥漿をケース型内に流し込む際の流動性
が悪くなって作業が困難となるからである。また、成形
される石膏型の吸水性等の物性が変化し、陶磁器用成形
型材としての条件を満足しないからである。
(d)そして、本発明では、少なくとも一部に撓屈自在部
を有する容器内において、その撓屈自在部に設けられた
基板部と同基板部からほぼ垂直に同容器内に向かって設
けられた棒状部とを有する回転部材を、その棒状部の中
心軸線から所定角度ずれた回転軸を中心に回転させるこ
とによって、石膏粉末と炭素繊維とを混合する。
このため、容器内において両者が加速され、その速度の
大きさや方向が変化させられ、両者は均一に混合される
のである。
(e)なお、石膏粉末内に炭素繊維を混入する際に、硬化
遅延剤、減水剤等の必要な添加剤を同時に混入すること
も可能である。
(f)また、上記したように混合された炭素繊維入り石膏
粉末から石膏型を製造するのは、次のようにして行う。
上記したように適切な割合で均一に混合された炭素繊維
入り石膏粉末を、石膏型を製造するのに必要な量だけ計
量し、それを所定量の水の入った容器内に投入する。そ
して、それを真空状態において攪拌羽根により緩やかに
攪拌すると、炭素繊維の単繊維が均一に分散された石膏
泥漿が得られる。そして、この石膏泥漿をケース型内に
流し込み、硬化後に脱型して乾燥すると、炭素繊維の単
繊維が均一に分散された石膏型が製造されるのである。
(2)また、本願の第2の発明は、石膏粉末と、水溶性
サイジング剤でサイジング処理された5乃至70mmの長さ
の炭素繊維とを、同石膏粉末に対して同炭素繊維を0.01
乃至1重量%の割合で、少なくとも一部に撓屈自在な撓
屈自在部を有する容器内に投入し、その容器の前記撓屈
自在部に設けられた基板部と同基板部からほぼ垂直に同
容器内に向かって設けられた棒状部とを有する回転部材
を、その棒状部の中心軸線から所定角度ずれた回転軸を
中心に回転させることによって、前記石膏粉末と前記炭
素繊維とを混合することを特徴とする。
すなわち、この発明は、水溶性サイジング剤でサイジン
グ処理された炭素繊維を石膏粉末に対して混合する点に
おいて、第1の発明と相違する。そして、その他の点に
おいては、第1の発明と共通する。
水溶性サイジング剤としては、ポリビニールピロリド
ン、ポリビニールアルコール等が適用される。
水溶性サイジング剤でサイジング処理された炭素繊維
は、石膏粉末に対して混合した後に水と混合して石膏泥
漿をつくる際に、水溶性サイジング剤が水中に溶出して
自己分散するので、石膏粉末内に束状のままで混入分散
することができる。
しかし、束状の炭素繊維であっても、石膏粉末に対して
は均一に混合されている方が好ましいことから、前述の
ようにして(すなわち、第1の発明の(d)のようにし
て)両者を均一に混合するのである。
〈実施例〉 次に、本発明の実施例を挙げる。
(第1実施例) まず、第4図に基づいて、単繊維状の炭素繊維を石膏粉
末に対して混合する混合装置について説明する。
この混合装置は、定形性を有する筒状の本体(符号省
略)の下部に、撓屈自在の撓屈自在部1が取り付けられ
ている。
撓屈自在部1には回転部材(符号省略)が設けられてい
る。回転部材は、基板部2と、基板部2に対して垂直に
容器内に向かって設けられた棒状部(符号省略)と、基
板部2に対して容器外において前記棒状部と同心的に設
けられた被回転部4とを有している。
そして、棒状部及び被回転部4の中心軸線からずれるよ
うにして設けられた回転軸3が回転することによって、
被回転部4,基板部2及び棒状部が、回転軸3を回転軸
線として回転する。
これによって、容器内に入れられた粉末等は、基板部2
及び棒状部材によって混合されるのである。
そして、この混合装置内に、石膏粉末を100重量部,単
繊維に離散された長さ20mmの炭素繊維を0.3重量部,昭
和電工株式会社製メルメントF−20(減水剤)を0.3重
量部、の割合で投入し、この混合装置において最高回転
数約400rpmで約2分間混合した。
すると、この石膏粉末内には炭素繊維の単繊維が団塊を
生ずることなく均一に分散されており、しかも炭素繊維
は殆んど損傷されていなかった。
(第2実施例) 第1実施例と同じ混合装置内に、石膏粉末を100重量
部,ポリビニールピロリドン(水溶性サイジング剤)で
サイジング処理された長さ25mmの束状の炭素繊維を0.3
重量部,硼砂(硬化遅延剤)を0.2重量部,昭和電工株
式会社メルトントF−20(減水剤)を0.2重量部、の割
合で投入し、この混合装置において、最高回転数約350r
pmで約2分間混合した。
すると、石膏粉末内には、束状の炭素繊維がほぼ均一に
分散されており、しかも炭素繊維は殆んど損傷されてい
なかった。また、束状の炭素繊維の一部は単繊維に離散
されていた。
〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明(第1・第2の発明)によ
れば、石膏粉末内に炭素繊維が予め所定の割合で混入す
るため、石膏泥漿をつくるたびごとに微量の炭素繊維を
計量する操作が不要となり、石膏型を製造する際の作業
能率を向上させることができる。
さらに、炭素繊維の長さが5乃至70mmであるため、この
石膏粉末より作られる石膏型の抗折強度が十分高いもの
とされ、かつその石膏型内に炭素繊維を均一に分散せし
めることが容易となる。
また、石膏粉末に対する炭素繊維の割合が0.01乃至1重
量%であるため、この石膏粉末より作られる石膏型に十
分高い抗折強度と十分高い吸水率とが得られ、かつその
石膏型内に炭素繊維を均一に分散せしめることが容易と
なる等の利点がある。
また、石膏粉末と炭素繊維とが、少なくとも一部に撓屈
自在部を有する容器内において、その撓屈自在部に設け
られた基板部と同基板部からほぼ垂直に同容器内に向か
って設けられた棒状部とを有する回転部材がその棒状部
の中心軸線から所定角度ずれた回転軸を中心に回転され
ることによって混合されるため、両者はその容器内にお
いて加速され、その速度の大きさや方向が変化させら
れ、均一に混合されるのである。
第2の発明の特有な効果としては、水溶性サイジング剤
でサイジング処理された束状の炭素繊維を用いることか
ら、その炭素繊維を含む石膏粉末に水を加え石膏泥漿を
つくる際に、その水によってその束状の炭素繊維が単繊
維に離散し、炭素繊維が単繊維に均一に分散された石膏
泥漿が容易に得られる。そのため、石膏粉末との混合の
前に炭素繊維を予め単繊維に離散させておく必要がなく
なり、作業の能率が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、石膏内に混入する炭素繊維の長さと、石膏の
抗折強度との関係を示すグラフである。第2図は、石膏
内に混入する炭素繊維の石膏に対する重量部合と、石膏
の抗折強度との関係を示すグラフである。 第3図は、石膏内に混入する炭素繊維の石膏に対する重
量割合と、石膏の吸水率との関係を示すグラフである。 第4図は、本発明の実施例における、石膏粉末と単繊維
状の炭素繊維とを混合するための装置を原理的に示す図
である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】石膏粉末と、単繊維に離散された5乃至70
    mmの長さの炭素繊維とを、同石膏粉末に対して同炭素繊
    維を0.01乃至1重量%の割合で、少なくとも一部に撓屈
    自在な撓屈自在部を有する容器内に投入し、 その容器の前記撓屈自在部に設けられた基板部と同基板
    部からほぼ垂直に同容器内に向かって設けられた棒状部
    とを有する回転部材を、その棒状部の中心軸線から所定
    角度ずれた回転軸を中心に回転させることによって、前
    記石膏粉末と前記炭素繊維とを混合することを特徴とす
    る陶磁器成形用炭素繊維入り石膏粉末の製造方法。
  2. 【請求項2】石膏粉末と、水溶性サイジング剤でサイジ
    ング処理された5乃至70mmの長さの炭素繊維とを、同石
    膏粉末に対して同炭素繊維を0.01乃至1重量%の割合
    で、少なくとも一部に撓屈自在な撓屈自在部を有する容
    器内に投入し、 その容器の前記撓屈自在部に設けられた基板部と同基板
    部からほぼ垂直に同容器内に向かって設けられた棒状部
    とを有する回転部材を、その棒状部の中心軸線から所定
    角度ずれた回転軸を中心に回転させることによって、前
    記石膏粉末と前記炭素繊維とを混合することを特徴とす
    る陶磁器成形用炭素繊維入り石膏粉末の製造方法。
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