JPS60952A - 複合材料およびその製造方法 - Google Patents
複合材料およびその製造方法Info
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- JPS60952A JPS60952A JP10790683A JP10790683A JPS60952A JP S60952 A JPS60952 A JP S60952A JP 10790683 A JP10790683 A JP 10790683A JP 10790683 A JP10790683 A JP 10790683A JP S60952 A JPS60952 A JP S60952A
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- reinforcing fibers
- reinforced
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
この発明は、複合（Ａわ１およびその製造方法に関する
。
。
金属を補強化ｆ；（（で強化してなる、いわゆる４１１
１１強化金属材旧４、一般に、金属のみからなる材料に
くらべ−（°比強度、比弾性率が高い。特に、補強繊維
を一方向に引き揃えて配置してなるものは、引き揃え方
向にお【′Ｊる強度が茗しく高い。しかしながら、繊ル
（１軸ど直交りる方向、つまり横、方向の強度は低く、
金属のみのものより劣ることさえある。その理由は、補
強ＩＩ Ｉｔと金属との界面の接着力が弱いことにある
が、これを解決し、にうどして上記接着力を向上させる
と、補強様Ｉｌｌの破壊エネルギが伝播しやすくなり、
こんどは繊維軸方向の強度が低下してしまう。
１１強化金属材旧４、一般に、金属のみからなる材料に
くらべ−（°比強度、比弾性率が高い。特に、補強繊維
を一方向に引き揃えて配置してなるものは、引き揃え方
向にお【′Ｊる強度が茗しく高い。しかしながら、繊ル
（１軸ど直交りる方向、つまり横、方向の強度は低く、
金属のみのものより劣ることさえある。その理由は、補
強ＩＩ Ｉｔと金属との界面の接着力が弱いことにある
が、これを解決し、にうどして上記接着力を向上させる
と、補強様Ｉｌｌの破壊エネルギが伝播しやすくなり、
こんどは繊維軸方向の強度が低下してしまう。
このような、いわゆる異方性の問題は、補強繊維を一方
向にのみ配置するのではなく、補強繊維を多層に配置し
、各層間の補強繊維がＨに任意の角度で交差するように
する、つまり交差積層を行うことによっである程度解決
できる。しかしながら、そうすると、各方向で熱膨服率
が異ｔ【ることによる大きな居間歪を生じ、層間に割れ
を生じたり、形態歪を発生しやすいという別の問題がで
てくる。
向にのみ配置するのではなく、補強繊維を多層に配置し
、各層間の補強繊維がＨに任意の角度で交差するように
する、つまり交差積層を行うことによっである程度解決
できる。しかしながら、そうすると、各方向で熱膨服率
が異ｔ【ることによる大きな居間歪を生じ、層間に割れ
を生じたり、形態歪を発生しやすいという別の問題がで
てくる。
この発明の目的は、従来の複合月利の上記欠点を解決し
、補強ＩＭ雑を一方向にのみ配置してなる。
、補強ＩＭ雑を一方向にのみ配置してなる。
いわゆる一方向補強のものぐも横方向の強度が高く、ま
た補強繊維を交差積層してなるものに、ｔｊＬ’でも層
割れや形態歪の発生を防仕り−ることかでき、やはり高
強度である複合材料およびその製造方法を提供するにあ
る。
た補強繊維を交差積層してなるものに、ｔｊＬ’でも層
割れや形態歪の発生を防仕り−ることかでき、やはり高
強度である複合材料およびその製造方法を提供するにあ
る。
上記目的を達成するために、、この発明においては、繊
維強化金属材料層と金属材料層とが交互に、かつ一体に
層状をなしていることを特徴とする複合材料が提供され
る。また、この発明においては、そのような複合材料を
製造する方法として、金属の箔と補強８Ｊ＆紐との交′
ｒｉＲ’ｉ層体に、金属の溶湯を加圧、含浸することを
特徴とする、複合材料の製造方法が提供される。
維強化金属材料層と金属材料層とが交互に、かつ一体に
層状をなしていることを特徴とする複合材料が提供され
る。また、この発明においては、そのような複合材料を
製造する方法として、金属の箔と補強８Ｊ＆紐との交′
ｒｉＲ’ｉ層体に、金属の溶湯を加圧、含浸することを
特徴とする、複合材料の製造方法が提供される。
この発明の複合材料の一実施態様を説明するに、第１図
〈概略斜視図）は、いわゆる７１〜リクスたる金属３を
、長手方向に引き揃えた連続した補強繊維４で強化して
なる繊維強化金属材料層１と、補強繊維による強化はし
ていない、金属のみからなる金属材料層２とが交互に、
かつ一体に層状をなしている直方体状の複合材料を示す
ものである。
〈概略斜視図）は、いわゆる７１〜リクスたる金属３を
、長手方向に引き揃えた連続した補強繊維４で強化して
なる繊維強化金属材料層１と、補強繊維による強化はし
ていない、金属のみからなる金属材料層２とが交互に、
かつ一体に層状をなしている直方体状の複合材料を示す
ものである。
この例では、すべてのＩＪｉ 維強化金属材料層の補強
繊維が複合材料の長手方向に向けられているが、第２図
（概略斜視図）に示すように、補強繊維が長手方向に向
けられている層と幅方向に向けられている層とが金属材
料層を挾ｌυで交互に配置されていてもよいものである
。また、金属材料層を挾んで相対向する２つの繊維強化
金属材料層をみたとき、それら２つの層の補強繊維が、
たとえば３０〜６０°の角度で互に交差するようにする
など、いろいろな配置を採ることができる。
繊維が複合材料の長手方向に向けられているが、第２図
（概略斜視図）に示すように、補強繊維が長手方向に向
けられている層と幅方向に向けられている層とが金属材
料層を挾ｌυで交互に配置されていてもよいものである
。また、金属材料層を挾んで相対向する２つの繊維強化
金属材料層をみたとき、それら２つの層の補強繊維が、
たとえば３０〜６０°の角度で互に交差するようにする
など、いろいろな配置を採ることができる。
上記において、繊維強化金属材料層の７１−リクス金属
は、Ｉｌ維強化金属のマトリクスとして通常使用される
、たとえばアルミニウム、銅、ニッケル、マグネシウム
、チタンや、またはこれらの少なくとも１種を主成分と
する合金のＪ：うなものである。また、補強繊維は、炭
素繊維、炭化クイ素繊維、アルミナＩＩ ｉｆｆ、アル
ミナ−シリカ繊維、ホロン繊維、金属繊維などの高強度
、高弾ｆ！Ｉれ（！ｒ＃である。これらの補強繊維は、
全体に対して１５〜７５体積％、好ましくは３０〜７０
体積％含まれている。なお、補強ＩＪ１１［は、実施態
様に示したように連続繊維の形態であってもよいし、短
繊維の形態であってもよい。また、織物やマツ１〜令ど
のシート状の形態であ、つてもよい。
は、Ｉｌ維強化金属のマトリクスとして通常使用される
、たとえばアルミニウム、銅、ニッケル、マグネシウム
、チタンや、またはこれらの少なくとも１種を主成分と
する合金のＪ：うなものである。また、補強繊維は、炭
素繊維、炭化クイ素繊維、アルミナＩＩ ｉｆｆ、アル
ミナ−シリカ繊維、ホロン繊維、金属繊維などの高強度
、高弾ｆ！Ｉれ（！ｒ＃である。これらの補強繊維は、
全体に対して１５〜７５体積％、好ましくは３０〜７０
体積％含まれている。なお、補強ＩＪ１１［は、実施態
様に示したように連続繊維の形態であってもよいし、短
繊維の形態であってもよい。また、織物やマツ１〜令ど
のシート状の形態であ、つてもよい。
金属材料層にお（プる金属は、４１維強化金属材料層に
おけるマトリクス金属と同種のものであるのが好ましい
が、異なっていてもよい。
おけるマトリクス金属と同種のものであるのが好ましい
が、異なっていてもよい。
金属材料層は、ＩＪＪｉ維強化全強化金属材料層間っで
その層間の歪を緩和し、第１図に示したような複合材料
にあってはその横方向強度を向上させ、また第２図に示
したようなものにあっては、層間の割れや複合材料の形
態歪の発生を防止して、やはり強度を向上さＵるように
作用゛す゛るものである。
その層間の歪を緩和し、第１図に示したような複合材料
にあってはその横方向強度を向上させ、また第２図に示
したようなものにあっては、層間の割れや複合材料の形
態歪の発生を防止して、やはり強度を向上さＵるように
作用゛す゛るものである。
そのため、この金属材料層の厚みは、１０μ以上である
のが好ましい。通常は、１５〜１００μ程度の厚みでよ
い。
のが好ましい。通常は、１５〜１００μ程度の厚みでよ
い。
この発明の複合材料は、金属材料６層を形成する金属の
箔と補強繊維との交互積層体に、上記金属と同種または
異種の金属の溶湯を、好ましくは２００〜２０００Ｋ（
Ｊ／ｃｍ２の圧力で加圧、含浸することによって製造ヂ
ることができる。上記積層体に金属の溶湯を加圧、含浸
することにより、補強ｌｌｉ紺の部分でＨＭ＋ Ｉｆｆ
強化金属祠料層が形成され、同時にその繊維強化金属材
料層と金属箔との一体化が行われるわけである。より具
体的には、次のような′方法によるのが好ましい。
箔と補強繊維との交互積層体に、上記金属と同種または
異種の金属の溶湯を、好ましくは２００〜２０００Ｋ（
Ｊ／ｃｍ２の圧力で加圧、含浸することによって製造ヂ
ることができる。上記積層体に金属の溶湯を加圧、含浸
することにより、補強ｌｌｉ紺の部分でＨＭ＋ Ｉｆｆ
強化金属祠料層が形成され、同時にその繊維強化金属材
料層と金属箔との一体化が行われるわけである。より具
体的には、次のような′方法によるのが好ましい。
すなわち、繊維強化金属材料層にお【］る補強繊維を一
方向に引き揃えたものとしたい場合には、まず円筒状の
ドラムに所望の厚みの金属箔を巻き付け、その上に有機
質バインダ（仮止、め剤）を含浸した補強繊維（マルチ
フィラメントまたはモノフィラメント）を、繊維強化金
属材料層に、１ハブる補強繊維の体積含有率を考慮しな
がら所望量巻き付け、金属箔と補強繊維との重ね合せ体
を得る。
方向に引き揃えたものとしたい場合には、まず円筒状の
ドラムに所望の厚みの金属箔を巻き付け、その上に有機
質バインダ（仮止、め剤）を含浸した補強繊維（マルチ
フィラメントまたはモノフィラメント）を、繊維強化金
属材料層に、１ハブる補強繊維の体積含有率を考慮しな
がら所望量巻き付け、金属箔と補強繊維との重ね合せ体
を得る。
次に、上記重ね合せ体をドラムから取りはずし、任意の
大きさに裁断する。
大きさに裁断する。
次に、上記裁断片を、各裁断片の補強繊維の方向が任意
の方向になるように複数枚重ね合わせ、金属箔と補強ｕ
ｉ、ｍとの交互積層体を得る。
の方向になるように複数枚重ね合わせ、金属箔と補強ｕ
ｉ、ｍとの交互積層体を得る。
次に、上記積層体を型に入れ、所望の金属の溶湯を加圧
、含浸する、つまり鋳込む。づ−ると、この発明の複合
材料が得られる。
、含浸する、つまり鋳込む。づ−ると、この発明の複合
材料が得られる。
補強ｍｔｉａが織物やマットなどのシーＩ−状である場
合でも、上記方法によることができる。しかしながら、
この場合は、金属箔とシート状補強１１維とを順次重ね
合わせることによって所望の厚みの積層体を４ｒＶても
よい。また、補強繊維が短繊維である場合は、金属箔の
一重に所望量の短繊維を散布し、その上に金属箔を置き
、かかる操作を必要回数繰り返し行うことによって所望
の厚みの積層体をｊ７るにうにり゛る。
合でも、上記方法によることができる。しかしながら、
この場合は、金属箔とシート状補強１１維とを順次重ね
合わせることによって所望の厚みの積層体を４ｒＶても
よい。また、補強繊維が短繊維である場合は、金属箔の
一重に所望量の短繊維を散布し、その上に金属箔を置き
、かかる操作を必要回数繰り返し行うことによって所望
の厚みの積層体をｊ７るにうにり゛る。
この発明の複合材料は、いろいろな用途に使用すること
ができる。たとえば、フ、アンブレード、リブ、エンジ
ン部品、ミナイル部品などの航空・宇宙用（イわ１とし
て、コネクティングロッド、シリンダヘッド、クランク
ケース、ピストン、ピストンピン、［Ｉツカアーム、ブ
ツシュロッドなどの船舶・車両・自動車部品用材料とし
て、基板、電極、接点などの電気・電子機器用材料とし
て、軸受、ベーン、ブラシ、ブレーキなどの摺動部品用
材料として、スピーカなどのｉｌ ９ ＩＩ器用材料と
して、ゴルフクラブヘッド、テニスラケット、スキー、
自転車部品などのスポーツ・レジャー用品用材料として
、義肢、義手などの医療器材用材料とじて使用すること
ができる。また、各種繊維機械、プリンタ、事務用機器
、発電機などの部品材料とし′て使用したり、フライホ
イールの構成＋Ｊ ）！３＋として使用することができ
る。
ができる。たとえば、フ、アンブレード、リブ、エンジ
ン部品、ミナイル部品などの航空・宇宙用（イわ１とし
て、コネクティングロッド、シリンダヘッド、クランク
ケース、ピストン、ピストンピン、［Ｉツカアーム、ブ
ツシュロッドなどの船舶・車両・自動車部品用材料とし
て、基板、電極、接点などの電気・電子機器用材料とし
て、軸受、ベーン、ブラシ、ブレーキなどの摺動部品用
材料として、スピーカなどのｉｌ ９ ＩＩ器用材料と
して、ゴルフクラブヘッド、テニスラケット、スキー、
自転車部品などのスポーツ・レジャー用品用材料として
、義肢、義手などの医療器材用材料とじて使用すること
ができる。また、各種繊維機械、プリンタ、事務用機器
、発電機などの部品材料とし′て使用したり、フライホ
イールの構成＋Ｊ ）！３＋として使用することができ
る。
次に、この発明の複合材料およびその製３％方法を、実
施例に基づいてさらに詳細に説明する。
施例に基づいてさらに詳細に説明する。
実施例１
厚み２０μのアルミニウム箔を、直Ｂ Ｉ Ｑ ００ｍ
ｍ、幅３００ｍ１ｌｌのドラムに巻き付け、その上に、
ポリビニルアルコール水溶液を含浸した東し株式会社製
炭素繊紐゛トレカ” Ｍ ７ＩＯを隙間のないように一
重に巻き付け、アルミニウム箔と炭素繊維との小ね合せ
体を得た。
ｍ、幅３００ｍ１ｌｌのドラムに巻き付け、その上に、
ポリビニルアルコール水溶液を含浸した東し株式会社製
炭素繊紐゛トレカ” Ｍ ７ＩＯを隙間のないように一
重に巻き付け、アルミニウム箔と炭素繊維との小ね合せ
体を得た。
ポリビニルアルコールが乾燥した後、上記重ね合せ体を
ドラムから取りはずし、７０ｍｍ角に切り出して裁断片
を得た。
ドラムから取りはずし、７０ｍｍ角に切り出して裁断片
を得た。
次に、上記裁断片を炭素繊維の方向を揃えて３０枚重ね
合わせて積層体を作り、これをダイスに入れた後、その
ダイスにアルミニウム溶ｒｉ ｊ、５００Ｋｇ／Ｃｌｌ
１２の圧力で含浸し、この発明の？す合（イ料を得た。
合わせて積層体を作り、これをダイスに入れた後、その
ダイスにアルミニウム溶ｒｉ ｊ、５００Ｋｇ／Ｃｌｌ
１２の圧力で含浸し、この発明の？す合（イ料を得た。
次に、上記複合材料を、炭素繊維の方向が長手方向にな
るように、長さ７０ｎ＋ｍ、幅ＩＱｍｍ、厚さ３ｍｍに
切り出し、第１の試験片を得た。同様に、炭素繊維の方
向を幅方向どする、長さ５Ｑｍｍ、幅２Ｑｒｎｍ、厚み
３ｍｍの第２の試験片を切り出した。
るように、長さ７０ｎ＋ｍ、幅ＩＱｍｍ、厚さ３ｍｍに
切り出し、第１の試験片を得た。同様に、炭素繊維の方
向を幅方向どする、長さ５Ｑｍｍ、幅２Ｑｒｎｍ、厚み
３ｍｍの第２の試験片を切り出した。
次に、３点曲げ試験区を用い、上記第１の試験片につい
てその長手方向におりる曲げ強度を測定 ′したどころ
、約１３２ Ｋ ＣＪ ／ｍｍ２であった。また、第２
の試験片について同様に測定しｌ〔曲げ強度は、約９Ｋ
ＣＪ／ｍｍ２であツタ。
てその長手方向におりる曲げ強度を測定 ′したどころ
、約１３２ Ｋ ＣＪ ／ｍｍ２であった。また、第２
の試験片について同様に測定しｌ〔曲げ強度は、約９Ｋ
ＣＪ／ｍｍ２であツタ。
比較例１
上記実施例１において使用した重ね合せ体からアルミニ
ウム箔を引き剥がして炭素！！紐のみとし、以下実施例
１ど全く同様にして、金属材料層を有しない複合Ｕわ１
を得た。
ウム箔を引き剥がして炭素！！紐のみとし、以下実施例
１ど全く同様にして、金属材料層を有しない複合Ｕわ１
を得た。
次に、上記複合材料から実施例１と同様の第１、第２の
２秤類の試験片を切り出し、曲げ試験をしだどころ、第
１の試験片の曲げ強度は約１４０Ｋｇ／ｍｍ２と実施例
１のものよりもわずかに高かつたが、第２の試験片のそ
れはわずかに約３ＫＱ／ｍ１１１２であり、実施例１の
ものの３分の１に（ぎ゛なかった。
２秤類の試験片を切り出し、曲げ試験をしだどころ、第
１の試験片の曲げ強度は約１４０Ｋｇ／ｍｍ２と実施例
１のものよりもわずかに高かつたが、第２の試験片のそ
れはわずかに約３ＫＱ／ｍ１１１２であり、実施例１の
ものの３分の１に（ぎ゛なかった。
実施例２
実施例１で使用したのと同様の７０ｍｍ角の裁断片を、
こんどは炭素繊維の方向が互に直交するように交互に３
０枚重ね合わせてｌｒ１層体を作り、ｊ：ｌ不実施例１
と同様にして複合材料を作り、さらに一方の炭素１ｊｌ
ｌｔの方向が長手方向になるように、長さ７０ｍｍ、幅
１０ｍｍ、厚さ３ｍｍに切り出し、試験片を得た。
こんどは炭素繊維の方向が互に直交するように交互に３
０枚重ね合わせてｌｒ１層体を作り、ｊ：ｌ不実施例１
と同様にして複合材料を作り、さらに一方の炭素１ｊｌ
ｌｔの方向が長手方向になるように、長さ７０ｍｍ、幅
１０ｍｍ、厚さ３ｍｍに切り出し、試験片を得た。
次に、上記試験片につい−Ｃ長手方向の曲ｃ１強度を測
定したところ、約６８ＫＣＩ／１１１＋１１２であ−）
だ。
定したところ、約６８ＫＣＩ／１１１＋１１２であ−）
だ。
比較例２
実施例２と同様にして、しかしアルミニウム箔を引き剥
がした裁断片を使用し、金属月別層を有しない複合材料
を４！７１〔。
がした裁断片を使用し、金属月別層を有しない複合材料
を４！７１〔。
曲げ強度を測定するため、上記複合材料がら実施例２と
同様の試験Ｊ１を切り出そうとしたが１ｍ間の著しい割
れのため無理であった。
同様の試験Ｊ１を切り出そうとしたが１ｍ間の著しい割
れのため無理であった。
第１図および第２図は、それぞれ異なる実フｉｌ！＋
（ｉ：’。 様のこの発明の複合拐オ′３１を示す概略斜視図’＜、
” ６する。。 １：繊維強化金属Ｈ料層 ２：金属ｖＪ籾層 ３：金属 ４：補強１ｌｌｉ維 特許出願人 東し株式会ネ１
（ｉ：’。 様のこの発明の複合拐オ′３１を示す概略斜視図’＜、
” ６する。。 １：繊維強化金属Ｈ料層 ２：金属ｖＪ籾層 ３：金属 ４：補強１ｌｌｉ維 特許出願人 東し株式会ネ１
Claims (2)
- （１） 繊維強化金属材ＪＵＩ層と金属材料層とが交互
に、かつ一体に層状をなしていることを特徴とする複合
４オ斜。 - （２） 金属の箔と補強繊維との交互積層体に、金属の
溶湯を加圧、含浸することを特徴とする、複合月利の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10790683A JPS60952A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 複合材料およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10790683A JPS60952A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 複合材料およびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60952A true JPS60952A (ja) | 1985-01-07 |
Family
ID=14471058
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10790683A Pending JPS60952A (ja) | 1983-06-17 | 1983-06-17 | 複合材料およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60952A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182938A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-15 | 住友ゴム工業株式会社 | 構造材 |
| JP2015063033A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 株式会社キーレックス | 複合シート材及びその製造方法 |
-
1983
- 1983-06-17 JP JP10790683A patent/JPS60952A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61182938A (ja) * | 1985-02-12 | 1986-08-15 | 住友ゴム工業株式会社 | 構造材 |
| JP2015063033A (ja) * | 2013-09-24 | 2015-04-09 | 株式会社キーレックス | 複合シート材及びその製造方法 |
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