JPH0668143B2 - 強化用筒状繊維成形体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ．発明の目的 (1)産業上の利用分野 本発明は、金属製部材等を繊維強化する場合に用いられ
る強化用筒状繊維成形体、特に、少なくとも炭素繊維お
よび無機バインダより構成される繊維成形体の製造方法
に関する。

(2)従来の技術 従来、この種繊維成形体は、通気性を有する筒状成形型
の両端開口部を密封し、その成形型を、少なくとも炭素
繊維および無機バインダを含む成形材料の水溶液中に浸
漬し、その成形型内に吸引作用を施すことにより成形材
料を成形型の外周面に付着させて成形体素材を成形する
工程、成形体素材を成形型に押圧して成形体素材の形状
を整える工程、成形型の両端開口部を開放し、また成形
型を成形体素材より引抜く工程、成形体素材を加熱乾燥
する工程および成形体素材を焼成して無機バインダによ
り炭素繊維を部分的に結合する工程を経て製造される。

(3)発明が解決しようとする問題点 しかしながら、前記のように成形体素材の加熱乾燥前に
成形型を成形体素材より引抜くと、その成形体素材は多
量の水分を含有し、保形性が悪いので、成形体素材が変
形して繊維成形体の寸法精度が悪化するという問題があ
る。

本発明は前記問題を解決し得る前記製造方法を提供する
ことを目的とする。

Ｂ．発明の構成 (1)問題点を解決するための手段 本発明は、通気性を有し、シエル砂を構成材料とする筒
状成形型の両端開口部を密封し、該形成型の外周面を通
気性を有する薄膜体で覆い、前記成形型を、少なくとも
炭素繊維および無機バインダを含む成形材料の水溶液中
に浸漬し、前記成形型内に吸引作用を施すことにより前
記成形材料を前記薄膜体を介し前記成形型の外周面に付
着させて成形体素材を成形する工程と；前記成形体素材
を前記成形型に押圧して該成形体素材の形状を整える工
程と；前記成形体素材を加熱乾燥する工程と；前記成形
型を空気雰囲気に保たれた焼結炉内に設置して炉内温度
を３３０〜４８０℃に設定することにより前記薄膜体を
完全に焼失させると共に該成形型を完全に崩壊する工程
と；前記成形体素材を不活性ガス雰囲気中にて焼成し、
前記無機バインダにより前記炭素繊維を部分的に結合す
る工程と；を用いることを特徴とする。

(2)作用 前記のように成形体素材の加熱乾燥後成形型を完全に崩
壊すると、その成形体素材の変形を防止して繊維成形体
の寸法精度を良好にすることができ、また成形型の引抜
き工程を省くことができる。

成形体素材の加熱乾燥中に成形型が膨脹するが、その膨
脹量は薄膜体の緩衝作用によって吸収され、また成形型
の崩壊に先立ってその成形型が膨脹するが、その膨脹量
は薄膜体の完全焼失によって形成された空隙により吸収
されるので、成形体素材に、成形型の膨脹に起因したク
ラックが発生することがない。

さらに、成形体素材は薄膜体を介して成形型に接してい
るので、成形型の崩壊後その構成材料が成形体素材に付
着して残留することがなく、したがって成形体素材内周
面が平滑となる。

前記成形型の崩壊処理時における炉内温度を３３０〜４
８０℃に設定する理由は以下の通りである。

シエル砂を構成材料とする成形型はそれを４５０℃以上
に加熱すると完全に崩壊する。この場合、シエル砂に含
まれるフェノール系結合剤の分解温度は３２０〜３６０
℃であって、その分解は発熱反応であるから成形型の温
度は、炉内温度にフェノール系結合剤の分解に伴う発生
熱（９０〜１２０℃）を加えた温度になる。

一方、炭素繊維は、空気中にて６００℃を上回る温度に
加熱されると酸化反応が活発となって減量する。

そこで、炭素繊維の酸化に伴う減量を防止するため、炉
内温度の上限を６００℃−１２０℃＝４８０℃に、また
成形型を崩壊するために必要な最低温度として、炉内温
度の下限を４５０℃−１２０℃＝３３０℃にそれぞれ設
定する。

前記成形体素材の焼成を不活性ガス雰囲気中で行うと、
炭素繊維の酸化に伴う減量を防止することができる。

(3)実施例 第１図は本発明により得られた強化用筒状繊維成形体１
を示し、その繊維成形体１は、強化繊維としての炭素繊
維およびアルミナ繊維の混合短繊維を、無機バインダと
してのシリカゾル、アルミナゾル、またはそれらの混合
ゾルにより部分的に結合したもので、マトリックスが浸
入し得る無数の空隙を有する。前記繊維成形体１におい
て、炭素繊維の繊維体積率（Ｖｆ）は、例えば６〜９％
に、またアルミナ繊維のそれは、例えば１２〜１９％に
それぞれ設定される。

この繊維成形体１は、例えばアルミニウム合金製シリン
ダブロックの鋳造時においてアルミニウム合金マトリッ
クスと複合して繊維強化複合シリンダスリーブを得るた
めに用いられる。この場合、炭素繊維は主としてその潤
滑能によりシリンダスリーブ内周面の摺動特性向上に、
またアルミナ繊維は主としてシリンダボア回りの強度向
上にそれぞれ寄与する。

成形型はシエル砂（粒度ＡＦＳ３５）を用いて通気性を
有する円筒状に形成される。この成形型の外径は７５m
m、肉厚は約５mmで、圧環強さは６５kg／cm²である。

第２図は炉内温度と成形型の崩壊率との関係を示す。成
形型の崩壊率は、成形型の崩壊により生じた砂の重量を
ｗ_１に、また成形型の重量をｗ_２として、’Ｗ_１／
ｗ_２）×１００で表してある。また、ａは成形型を焼成
炉内に６０分間保持した場合、一方、ｂは成形型を焼成
炉内に３０分間保持した場合である。

第２図より成形型を１００％崩壊させるためには、炉内
温度を４５０℃以上に設定する必要がある。

この場合シエル砂に含まれるフェノール系結合剤の分解
温度は３２０〜３６０℃であって、その分解は発熱反応
であるから成形型の温度は、炉内温度にフェノール系結
合剤の分解に伴う発生熱（９０〜１２０℃）を加えた温
度になる。

第３図は炭素繊維を大気中で加熱した場合の加熱温度と
炭素繊維の酸化に伴う重量変化を示す。第３図より炭素
繊維が６００℃を上回る温度に加熱されると、急激に減
量することが分かる。

そこで、炭素繊維の酸化に伴う減量を防止するため、炉
内温度の上限は、６００℃−１２０℃＝４８０℃に、ま
た成形型を崩壊するために必要な最低温度として、炉内
温度の下限は、４５０℃−１２０℃＝３３０℃にそれぞ
れ設定される。

次に第４，第５図により前記繊維成形体１の製造方法に
ついて説明する。

第４図(a)に示すように、成形型２の外周面全体を、通
気性を有し、且つ成形型２の崩壊温度では完全に焼失す
る薄膜体、例えば、６−ナイロンよりなる厚さ0.10mmで
メリヤス編の伸縮性薄布Ｆにより覆う。

第４図(b)に示すように、成形型２の両端開口部にそれ
ぞれホルダ３_１，３_２を接着、ボルト締め等により取付
けてそれら開口部を密封する。

第４図(c)に示すように、炭素繊維およびアルミナ繊維
の混合繊維とアルミナゾルを含む成形材料の水溶液４中
に成形型２を浸漬し、揚水ポンプ５により成形型２内に
吸引作用を施して成形材料を薄布Ｆを介し成形型２の外
周面に所定の厚さに付着させ、成形体素材６を成形す
る。この揚水ポンプ５による成形作業は略２分間に亘っ
て行われる。

第４図(d)に示すように、成形型２をラバープレスの耐
圧容器７内に設置し、空圧源８より加圧空気を耐圧容器
７内に供給してラバー９を介し成形体素材６を成形型２
の外周面に１０kg／cm²の圧力を以て押圧し、これによ
り成形体素材６の形状を整え、同時に繊維体積率を決定
する。

この場合、成形型２が前記押圧力により僅かに縮径する
が、その縮径動作には薄布Ｆがその収縮作用により追随
するので、薄布Ｆに皺が発生することがなく、したがっ
て皺の転写による成形体素材６内周面の粗面化を防止す
ることができる。前記押圧力が解除された後は、成形型
２が元の状態に復元するが、このときは薄布Ｆが伸張す
るので何等支障を来たすことはない。

第４図(e)に示すように、成形型２より両ホルダ３_１，
３_２を取外す。

第４図(f)および第５図において線（Ｉ）に示すよう
に、成形型２を空気雰囲気に保たれた乾燥炉１０内に設
置し、成形体素材６に炉内温度１２０℃にて６０分間の
乾燥処理を施して水分を蒸発除去する。この加熱乾燥処
理中に薄布Ｆが焼失を開始する。また成形型２が膨脹す
るが、その膨脹量は薄布Ｆの一部焼失により生じた空隙
および残りの薄布Ｆの緩衝作用によって吸収されるの
で、成形体素材６に、成形型２の膨脹に起因したクラッ
クが発生することがない。

第２図(g)および第５図において線(II)に示すように、
成形型２を、空気雰囲気に保たれた焼成炉１１内に設置
し、成形型２に炉内温度４５０℃にて３０分間の崩壊処
理を施し、その昇温過程で薄布Ｆを完全に焼失させる。
この崩壊処理により成形型２は１００％崩壊する。

また、第５図において鎖線(III)は成形型２の温度変化
を示し、シエル砂中のフェノール系結合剤の分解に伴う
発生熱により成形型２の温度が炉内温度よりも上昇する
が、その温度は最高５４５℃程度であるから炭素繊維が
減量することはない。

前記成形型２の崩壊に先立って成形型２が膨脹するが、
その膨脹量は薄布Ｆの焼失に伴って生じた空隙ｇにより
吸収され、したがって前記同様に成形体素材６にクラッ
クが発生することがない。

また成形体素材６は薄布Ｆを介して成形型２に接してい
るので、成形型２の崩壊後その構成材料であるシエル砂
が成形体素材６に付着して残留することがなく、したが
って成形体素材６内周面が平滑となる。

第４図(h)および第５図において線(IV)に示すように、
今度は成形体素材６のみをアルゴン雰囲気に保たれた焼
成炉１１内に設置し、成形体素材６に炉内温度８００℃
にて６０分間の焼成処理を施す。これによりアルミナゾ
ルにより混合繊維が部分的に結合されて第１図に示す繊
維成形体１が得られる。この場合、焼成処理をアルゴン
雰囲気中で行うので、炭素繊維の酸化が回避され、その
減量が防止される。なお、アルゴンに代えて他の不活性
ガスを用いてもよい。

本発明は炭素繊維のみを強化繊維とする繊維成形体の製
造にも当然に適用される。また前記薄膜体としては、薄
布の外に通気性を有する薄紙等を使用することも可能で
ある。

Ｃ．発明の効果 本発明によれば、成形型を成形体素材の加熱乾燥後完全
に崩壊するので、成形体素材の変形を防止して繊維成形
体の寸法精度を良好にすることができ、また成形型の引
抜き工程を省いて生産能率を向上させることができる。

さらに、成形体素材と成形型との間に、成形型の崩壊処
理時に完全に焼失させ得る薄膜体を介在させることによ
り、成形型の熱膨脹に伴う成形体素材へのクラックの発
生を防止すると共に成形体素材への成形型構成材料の付
着残留を防止して品質の良い繊維成形体を得ることがで
きる。

さらにまた、成形型の崩壊処理を空気雰囲気中で行うの
で、その処理に伴うコストを安価にすることができ、そ
の上、崩壊処理における炉内温度に特定および不活性ガ
ス雰囲気における焼成処理により炭素繊維の減量を防止
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維成形体の斜視図、第２図は炉内温度と成形
型の崩壊率との関係を示すグラフ、第３図は加熱温度と
炭素繊維の重量との関係を示すグラフ、第４図は繊維成
形体の製造工程図、第５図は乾燥、崩壊および焼成にお
ける時間と炉内温度との関係を示すグラフである。 Ｆ…薄膜体としての薄布、 １…繊維成形体、２…成形型、４…成形材料の水溶液、
５…揚水ポンプ、６…成形体素材、８…空圧源、１０…
乾燥炉、１１…焼成炉

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通気性を有し、シエル砂を構成材料とする
   筒状成形型の両端開口部を密封し、該成形型の外周面を
   通気性を有する薄膜体で覆い、前記成形型を、少なくと
   も炭素繊維および無機バインダを含む成形材料の水溶液
   中に浸漬し、前記成形型内に吸引作用を施すことにより
   前記成形材料を前記薄膜体を介し前記成形型の外周面に
   付着させて成形体素材を成形する工程と；前記成形体素
   材を前記成形型に押圧して該成形体素材の形状を整える
   工程と；前記成形体素材を加熱乾燥する工程と；前記成
   形型を空気雰囲気に保たれた焼結炉内に設置して炉内温
   度を３３０〜４８０℃に設定することにより前記薄膜体
   を完全に焼失させると共に該成形型を完全に崩壊する工
   程と；前記成形体素材を不活性ガス雰囲気中にて焼成
   し、前記無機バインダにより前記炭素繊維を部分的に結
   合する工程と；を用いることを特徴とする強化用筒状繊
   維成形体の製造方法。