JPH0633371A - 繊維強化複合材料用プリフォームの製造法 - Google Patents
繊維強化複合材料用プリフォームの製造法Info
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- JPH0633371A JPH0633371A JP20737892A JP20737892A JPH0633371A JP H0633371 A JPH0633371 A JP H0633371A JP 20737892 A JP20737892 A JP 20737892A JP 20737892 A JP20737892 A JP 20737892A JP H0633371 A JPH0633371 A JP H0633371A
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- Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 無機粒子および有機粒子を含む懸濁液に連続
無機繊維を浸漬し、ついでこの繊維を成形用型内でプリ
フォームに成形することを特徴とする繊維強化複合材料
用プリフォームの製造法。 【効果】 本発明の製造法により得られるプリフォーム
は繊維が均一に分散されている。このため、このプリフ
ォームを用いて製造した複合材料は強度が優れている。
無機繊維を浸漬し、ついでこの繊維を成形用型内でプリ
フォームに成形することを特徴とする繊維強化複合材料
用プリフォームの製造法。 【効果】 本発明の製造法により得られるプリフォーム
は繊維が均一に分散されている。このため、このプリフ
ォームを用いて製造した複合材料は強度が優れている。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化複合材料用、
特に繊維強化金属用のプリフォームの製造法に関する。
特に繊維強化金属用のプリフォームの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】繊維強化金属(ＦＲＭ)は金属
に繊維を複合させることにより金属単独では達成できな
い物性を実現するものである。従来かかるＦＲＭとして
はボロン、炭化ケイ素、アルミナ、グラファイト、ガラ
ス等の繊維を強化繊維として用いるものが知られてお
り、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの金属マ
トリックスに高い引張強度や剛性および低い熱膨張係数
を与える。
に繊維を複合させることにより金属単独では達成できな
い物性を実現するものである。従来かかるＦＲＭとして
はボロン、炭化ケイ素、アルミナ、グラファイト、ガラ
ス等の繊維を強化繊維として用いるものが知られてお
り、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの金属マ
トリックスに高い引張強度や剛性および低い熱膨張係数
を与える。
【０００３】このようなＦＲＭを製造する場合、一般に
ＦＲＭ中の繊維が片寄り繊維分布の粗な部分と密な部分
が生じやすい。このため、ＦＲＭ中の繊維体積率(Ｖｆ)
の制御が困難となり、特にＶｆが小さい場合には強化繊
維が均一に分散したＦＲＭは得難い。又、連続繊維のみ
で強化したＦＲＭでは強度の異方性も大きい。
ＦＲＭ中の繊維が片寄り繊維分布の粗な部分と密な部分
が生じやすい。このため、ＦＲＭ中の繊維体積率(Ｖｆ)
の制御が困難となり、特にＶｆが小さい場合には強化繊
維が均一に分散したＦＲＭは得難い。又、連続繊維のみ
で強化したＦＲＭでは強度の異方性も大きい。
【０００４】このため、特開昭６１−２６６６６６号お
よび特開昭６１−２９５３４６号公報には、強化繊維に
無機粒子を付着させ、これをＦＲＭ強化用繊維とするこ
とによりマトリクス金属中で良好な繊維分散が得て、所
望の強度とすることが開示されている。
よび特開昭６１−２９５３４６号公報には、強化繊維に
無機粒子を付着させ、これをＦＲＭ強化用繊維とするこ
とによりマトリクス金属中で良好な繊維分散が得て、所
望の強度とすることが開示されている。
【０００５】かかる製造法において、無機粒子の役割
は、マトリクス中での繊維同士の接触を防いで繊維間の
スペーサーとなり、繊維の分散をはかることにある。し
かしながら、用いる無機粒子の粒径が小さい場合は、無
機粒子を大量に使用しなければスペーサ効果は得られな
い。また、粒径の小さな粒子は凝集しやすく、均一な繊
維分散は得られ難い。一方、粒径が大きい場合はスペー
サー効果も大きく、凝集もあまり生じないものの、繊維
間に塊状の脆性材料が存在することとなり、クラックの
進展が起きやすく繊維表面にキズも発生しやすいため、
ＦＲＭ強度も向上しない。
は、マトリクス中での繊維同士の接触を防いで繊維間の
スペーサーとなり、繊維の分散をはかることにある。し
かしながら、用いる無機粒子の粒径が小さい場合は、無
機粒子を大量に使用しなければスペーサ効果は得られな
い。また、粒径の小さな粒子は凝集しやすく、均一な繊
維分散は得られ難い。一方、粒径が大きい場合はスペー
サー効果も大きく、凝集もあまり生じないものの、繊維
間に塊状の脆性材料が存在することとなり、クラックの
進展が起きやすく繊維表面にキズも発生しやすいため、
ＦＲＭ強度も向上しない。
【０００６】本発明の目的は、強化繊維が均一に分散さ
れた繊維強化複合材料用のプリフォームの製造法を提供
することにある。
れた繊維強化複合材料用のプリフォームの製造法を提供
することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、無機粒子およ
び有機粒子を含む懸濁液に連続無機繊維を浸漬し、つい
でこの繊維を成形した後、焼成することを特徴とする繊
維強化複合材料用プリフォームの製造法を提供すること
にある。
び有機粒子を含む懸濁液に連続無機繊維を浸漬し、つい
でこの繊維を成形した後、焼成することを特徴とする繊
維強化複合材料用プリフォームの製造法を提供すること
にある。
【０００８】本発明では強化用繊維として従来ＦＲＭ用
の強化繊維として使用しされている耐熱性を有する各種
繊維を用いることができ、Ａl2Ｏ3、Ａl2Ｏ3−ＳiＯ2、
ＳiＣ、Ｓi−Ｔi−Ｃ、Ｓi3Ｎ4、セラミック繊維（オキ
シナイトライドガラスファイバー）などが使用できる。
の強化繊維として使用しされている耐熱性を有する各種
繊維を用いることができ、Ａl2Ｏ3、Ａl2Ｏ3−ＳiＯ2、
ＳiＣ、Ｓi−Ｔi−Ｃ、Ｓi3Ｎ4、セラミック繊維（オキ
シナイトライドガラスファイバー）などが使用できる。
【０００９】これら繊維のプリフォームの成形時に用い
られる好ましい有機粒子としては、例えばポリメチルメ
タクリレート、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリスチレ
ン、セルロース、デンプンなどの粒子が挙げられる。こ
れらは単独で、あるいは混合して用いてもよい。これら
有機粒子の平均粒径は０.１〜２０μｍであるのが好ま
しい。粒子径がこれより小さいとスペンサーとしての効
果が少なく、一方これより大きいとＶｆが小さくなりす
ぎてＦＲＭの性能が低下する。
られる好ましい有機粒子としては、例えばポリメチルメ
タクリレート、エポキシ樹脂、ナイロン、ポリスチレ
ン、セルロース、デンプンなどの粒子が挙げられる。こ
れらは単独で、あるいは混合して用いてもよい。これら
有機粒子の平均粒径は０.１〜２０μｍであるのが好ま
しい。粒子径がこれより小さいとスペンサーとしての効
果が少なく、一方これより大きいとＶｆが小さくなりす
ぎてＦＲＭの性能が低下する。
【００１０】また、無機粒子としては、炭化物、窒化
物、酸化物、硼化物などがいずれも用いられる。これら
は、ウィスカー、短繊維、粉末のいずれの形態でもよ
く、例えば、チタン酸カリウムウィスカー、ＳiＣ(炭化
ケイ素)ウィスカー、ＳiＣパウダー、Ｓi3Ｎ4ウィスカ
ー、Ｓi3Ｎ4パウダー、ＴiＢ2ウィスカー、Ａl2Ｏ3ウィ
スカー、Ａl2Ｏ3パウダーなどが用いられる。
物、酸化物、硼化物などがいずれも用いられる。これら
は、ウィスカー、短繊維、粉末のいずれの形態でもよ
く、例えば、チタン酸カリウムウィスカー、ＳiＣ(炭化
ケイ素)ウィスカー、ＳiＣパウダー、Ｓi3Ｎ4ウィスカ
ー、Ｓi3Ｎ4パウダー、ＴiＢ2ウィスカー、Ａl2Ｏ3ウィ
スカー、Ａl2Ｏ3パウダーなどが用いられる。
【００１１】これら有機粒子および無機粒子を含む懸濁
液を調製するには、これらを水などの分散媒に分散させ
撹拌すればよい。無機粒子および有機粒子の配合量は、
無機粒子１００重量部に対して有機粒子５０〜３００重
量部を配合し撹拌するのが好ましい。これより有機粒子
が少ないと、スペーサーの効果が少なく、一方、有機粒
子がこれより多いとＶｆが低くなり優れた複合材料が得
られない。これら無機粒子および有機粒子の繊維に対す
る付着量は１０〜５０重量％であるのが好ましい。
液を調製するには、これらを水などの分散媒に分散させ
撹拌すればよい。無機粒子および有機粒子の配合量は、
無機粒子１００重量部に対して有機粒子５０〜３００重
量部を配合し撹拌するのが好ましい。これより有機粒子
が少ないと、スペーサーの効果が少なく、一方、有機粒
子がこれより多いとＶｆが低くなり優れた複合材料が得
られない。これら無機粒子および有機粒子の繊維に対す
る付着量は１０〜５０重量％であるのが好ましい。
【００１２】このような懸濁を含浸させたプリフォーム
は、５０〜１００℃にて乾燥してプリフォームに成形
し、ついで有機粒子の分解温度以上で焼成して有機粒子
を分解する。得られたプリフォームは、各繊維間が無機
粒子によりブリッジされており、有機粒子は除去されて
いる。
は、５０〜１００℃にて乾燥してプリフォームに成形
し、ついで有機粒子の分解温度以上で焼成して有機粒子
を分解する。得られたプリフォームは、各繊維間が無機
粒子によりブリッジされており、有機粒子は除去されて
いる。
【００１３】なお、無機粒子によるブリッジをより強固
にするためＳiＯ2ゾル（ＳiＯ2分で１〜１０重量％）を
配合してもよい。また、常温強度を向上させるためＰＶ
Ａ、セルロース、でんぷんなどの有機バインダーを１〜
１０重量％加えてもよい。
にするためＳiＯ2ゾル（ＳiＯ2分で１〜１０重量％）を
配合してもよい。また、常温強度を向上させるためＰＶ
Ａ、セルロース、でんぷんなどの有機バインダーを１〜
１０重量％加えてもよい。
【００１４】このようにして、得られたプリフォームか
らＦＲＭ、ＦＲＰなど複合材料を製造するには、従来公
知の方法をいずれも用いることができる。金属をマトリ
ックスとする場合、アルミニウム、アルミニウム合金、
チタン合金、マグネシウム合金などがいずれも用いられ
る。例えば、強化繊維を５００〜６００℃に加熱したモ
ールド中に入れ、８００℃に加熱熔融したアルミニウム
合金を流し入れて１０〜１００ＭＰa程度で加圧し、冷
却凝固させる。
らＦＲＭ、ＦＲＰなど複合材料を製造するには、従来公
知の方法をいずれも用いることができる。金属をマトリ
ックスとする場合、アルミニウム、アルミニウム合金、
チタン合金、マグネシウム合金などがいずれも用いられ
る。例えば、強化繊維を５００〜６００℃に加熱したモ
ールド中に入れ、８００℃に加熱熔融したアルミニウム
合金を流し入れて１０〜１００ＭＰa程度で加圧し、冷
却凝固させる。
【００１５】
【作用】プリフォーム成形時には主に有機粒子がスーペ
ーサーとして作用するが、有機物であるためガラス繊維
表面に損傷を与えることはない。つぎに、このプリフォ
ーム体を焼成すると有機粒子は熱分解揮散するが、無機
粒子が繊維同士をブリッジするため堅固なプリフォーム
体が維持できる。このため、必要な無機粒子は少量で済
み、良好な繊維配列が得られる。
ーサーとして作用するが、有機物であるためガラス繊維
表面に損傷を与えることはない。つぎに、このプリフォ
ーム体を焼成すると有機粒子は熱分解揮散するが、無機
粒子が繊維同士をブリッジするため堅固なプリフォーム
体が維持できる。このため、必要な無機粒子は少量で済
み、良好な繊維配列が得られる。
【００１６】
【実施例】つぎに実施例により本発明をさらに具体的に
説明する。
説明する。
【００１７】実施例１ （プリフォーム成形用懸濁液の調製法）水５００ｇにチ
タン酸カリウムウィスカー（チタン工業(株)製ＨＴ−３
００）３０ｇとポリメチルメタクリレート粒子（松本油
脂(株)製 平均粒径８μｍ）５０ｇを加え、これに分散
剤としてポイズ５２０（花王(株)製）１.５ｇを添加し
て充分撹拌した。この懸濁液を４００メッシュのフィル
ターに通してプリフォーム成形用懸濁液とした。
タン酸カリウムウィスカー（チタン工業(株)製ＨＴ−３
００）３０ｇとポリメチルメタクリレート粒子（松本油
脂(株)製 平均粒径８μｍ）５０ｇを加え、これに分散
剤としてポイズ５２０（花王(株)製）１.５ｇを添加し
て充分撹拌した。この懸濁液を４００メッシュのフィル
ターに通してプリフォーム成形用懸濁液とした。
【００１８】（プリフォームの成形法）図１に示すよう
に、成形後、繊維体積含有率Ｖｆ＝４０％になるように
設定し、合糸したオキシナイトライドガラス繊維ロービ
ング１に前記懸濁液２を含浸させた後、内寸８ｍｍ×１
６ｍｍの型３内を通しながら乾燥させた。
に、成形後、繊維体積含有率Ｖｆ＝４０％になるように
設定し、合糸したオキシナイトライドガラス繊維ロービ
ング１に前記懸濁液２を含浸させた後、内寸８ｍｍ×１
６ｍｍの型３内を通しながら乾燥させた。
【００１９】（ＦＲＭの製造方法）得られた前記プリフ
ォームを３５ｍｍ長に切断し、５００℃にて１時間大気
中で熱処理を行った。これにより、常温でスペーサーの
役割を果たしていたポリメチルメタクリレート粒子が分
解揮散し、チタン酸カリウムウィスカーが繊維間をブリ
ッジした構造を有するプリフォーム体となった。該プリ
フォームを内型４０φの金型内に入れ、５００℃まで昇
温した。ついで、８５０℃で熔解した純アルミニウム溶
液を注ぎ入れ、油圧プレス装置により５０ＭＰａで加圧
鋳造した。
ォームを３５ｍｍ長に切断し、５００℃にて１時間大気
中で熱処理を行った。これにより、常温でスペーサーの
役割を果たしていたポリメチルメタクリレート粒子が分
解揮散し、チタン酸カリウムウィスカーが繊維間をブリ
ッジした構造を有するプリフォーム体となった。該プリ
フォームを内型４０φの金型内に入れ、５００℃まで昇
温した。ついで、８５０℃で熔解した純アルミニウム溶
液を注ぎ入れ、油圧プレス装置により５０ＭＰａで加圧
鋳造した。
【００２０】（強度測定）上記ＦＲＭより２ｍｍ（厚）
×５ｍｍ(幅）×３０ｍｍ（長）の試料片を切り出し、
引張り試験を行った。５本の試料の強度は１２３±５ｋ
ｇ／ｍｍ2、曲げ弾性率９９００ｋｇ／ｍｍ2であった。
図２に得られた繊維強化金属の断面写真を示す。
×５ｍｍ(幅）×３０ｍｍ（長）の試料片を切り出し、
引張り試験を行った。５本の試料の強度は１２３±５ｋ
ｇ／ｍｍ2、曲げ弾性率９９００ｋｇ／ｍｍ2であった。
図２に得られた繊維強化金属の断面写真を示す。
【００２１】比較例１ 実施例１において有機物粒子を含まない懸濁液を用いた
以外は全く同様にしてＦＲＭを製造し、その強度を測定
した。曲げ強度５５ｋｇ/ｍｍ2、曲げ弾性率９５００ｋ
ｇ/ｍｍ2であった。
以外は全く同様にしてＦＲＭを製造し、その強度を測定
した。曲げ強度５５ｋｇ/ｍｍ2、曲げ弾性率９５００ｋ
ｇ/ｍｍ2であった。
【００２２】
【発明の効果】本発明によればプリフォーム製造時に
は、やわらかい有機物粒子がスペーサーの役割を果た
し、乾燥、焼結後は、無機物粒子がスペーサーとなる。
このため、無機物粒子は小粒径のものを少量使用するだ
けで均一な繊維配列を有するプリフォームがえられる。
したがって、このプリフォームを用いて製造した複合材
料は強度が優れている。
は、やわらかい有機物粒子がスペーサーの役割を果た
し、乾燥、焼結後は、無機物粒子がスペーサーとなる。
このため、無機物粒子は小粒径のものを少量使用するだ
けで均一な繊維配列を有するプリフォームがえられる。
したがって、このプリフォームを用いて製造した複合材
料は強度が優れている。
【図１】本発明のプリフォームの製造法を示す概略説明
図である。
図である。
【図２】本発明の製造法にて得られたプリフォームを用
いて製造した繊維強化金属の断面の金属組織を示す断面
顕微鏡写真である。
いて製造した繊維強化金属の断面の金属組織を示す断面
顕微鏡写真である。
１：ロービング ２：懸濁液 ３：型
Claims (1)
- 【請求項１】 無機粒子および有機粒子を含む懸濁液に
連続無機繊維を浸漬し、ついでこの繊維を成形した後、
焼成することを特徴とする繊維強化複合材料用プリフォ
ームの製造法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20737892A JP3104420B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 繊維強化複合材料用プリフォームの製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20737892A JP3104420B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 繊維強化複合材料用プリフォームの製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0633371A true JPH0633371A (ja) | 1994-02-08 |
| JP3104420B2 JP3104420B2 (ja) | 2000-10-30 |
Family
ID=16538741
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20737892A Expired - Fee Related JP3104420B2 (ja) | 1992-07-10 | 1992-07-10 | 繊維強化複合材料用プリフォームの製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3104420B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9270043B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-02-23 | Nhk Spring Co., Ltd. | Connector |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5458915B2 (ja) * | 2010-01-29 | 2014-04-02 | 宇部興産株式会社 | 複合材料用開繊無機繊維束及びその製造方法、並びに該繊維束で強化されたセラミックス基複合材料 |
| WO2023176540A1 (ja) * | 2022-03-17 | 2023-09-21 | 積水化学工業株式会社 | 粒子付き繊維束、粒子付き繊維束集合体及び繊維強化複合材 |
-
1992
- 1992-07-10 JP JP20737892A patent/JP3104420B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9270043B2 (en) | 2012-03-16 | 2016-02-23 | Nhk Spring Co., Ltd. | Connector |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3104420B2 (ja) | 2000-10-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |