JPS63247013A - 短繊維強化複合材料の製造方法 - Google Patents
短繊維強化複合材料の製造方法Info
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- JPS63247013A JPS63247013A JP62079781A JP7978187A JPS63247013A JP S63247013 A JPS63247013 A JP S63247013A JP 62079781 A JP62079781 A JP 62079781A JP 7978187 A JP7978187 A JP 7978187A JP S63247013 A JPS63247013 A JP S63247013A
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Landscapes
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- Ceramic Products (AREA)
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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は構造部材、特に複雑形状の部材として用いら
れる短繊維強化複合材料の製造方法に関するものである
。
れる短繊維強化複合材料の製造方法に関するものである
。
短繊維強化複合材料の緒特性は強化材である稙維の体積
含有率（以下Ｖｆと記す）に大きく依存する。従来の技
術では、複雑形状の成形物では予め短繊維とマ） ＩＪ
フックス混練したものを金型の中に注入し、加熱・加圧
して成形を行なう、しかしながら短繊維をマトリックス
中に三次元的にランダム配向させて混練する時、短繊維
間のからみが多（Ｖｆに自ら限界がめった。、またこの
からみにより作られる空隙にマトリックスが十分に浸透
せすボードとして残ったり、混線時に短繊維が破損した
りして成形物の特性上、欠陥の原因となるという欠点も
あった。
含有率（以下Ｖｆと記す）に大きく依存する。従来の技
術では、複雑形状の成形物では予め短繊維とマ） ＩＪ
フックス混練したものを金型の中に注入し、加熱・加圧
して成形を行なう、しかしながら短繊維をマトリックス
中に三次元的にランダム配向させて混練する時、短繊維
間のからみが多（Ｖｆに自ら限界がめった。、またこの
からみにより作られる空隙にマトリックスが十分に浸透
せすボードとして残ったり、混線時に短繊維が破損した
りして成形物の特性上、欠陥の原因となるという欠点も
あった。
このように従来技術にめりては、短繊維間のからみｙｋ
取り除くことができず、 Ｖｆに自ら限界があり、且つ
欠陥の要因となったり、混練時に短繊維が破損し１強化
材としての機能を十分に生かしきれていないという問題
点があった。
取り除くことができず、 Ｖｆに自ら限界があり、且つ
欠陥の要因となったり、混練時に短繊維が破損し１強化
材としての機能を十分に生かしきれていないという問題
点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、マ） ＩＪフックス中短繊維を混入する際に
、短繊維に超音波振動金加えることにより繊維間のから
みを解消し、且つ短繊維のまわりにマ） ＩＪフックス
十分に浸透させ、繊維破損およびボードのない高Ｖｆで
欠陥の少ない短繊維強化複合材料を得ることを目的とす
る。
たもので、マ） ＩＪフックス中短繊維を混入する際に
、短繊維に超音波振動金加えることにより繊維間のから
みを解消し、且つ短繊維のまわりにマ） ＩＪフックス
十分に浸透させ、繊維破損およびボードのない高Ｖｆで
欠陥の少ない短繊維強化複合材料を得ることを目的とす
る。
この発明ではマトリックスと短繊維を投入した成形型の
一方の型に超音波振Ｍ″ｆｒ、加え、この時超音波振動
により、投入された短繊維を振動させそのからみを解き
ほぐす。またこの振動により、短繊維間や短繊維とマ）
ＩＪフックス間ボードも抜かれる。解きほぐされた短
繊維は超音波振動により型内に生じた対流によって型内
に一様に分散する。
一方の型に超音波振Ｍ″ｆｒ、加え、この時超音波振動
により、投入された短繊維を振動させそのからみを解き
ほぐす。またこの振動により、短繊維間や短繊維とマ）
ＩＪフックス間ボードも抜かれる。解きほぐされた短
繊維は超音波振動により型内に生じた対流によって型内
に一様に分散する。
この時、短繊維は三次元的にシンタームに配向きれるこ
とになる。またこの時、短繊維の振動により繊維間にマ
トリックスが十分に行ぎわｆｃｖ、マトリックスと繊維
間のなじみも向上する。さらにこの発明では、繊維自身
に無理な力が加わらないので短繊維が破損することはほ
とんどなく、このように短繊維を混入した後、成形型の
他の型により加圧、加熱してプレス成形を行なう。
とになる。またこの時、短繊維の振動により繊維間にマ
トリックスが十分に行ぎわｆｃｖ、マトリックスと繊維
間のなじみも向上する。さらにこの発明では、繊維自身
に無理な力が加わらないので短繊維が破損することはほ
とんどなく、このように短繊維を混入した後、成形型の
他の型により加圧、加熱してプレス成形を行なう。
上記により製造された短繊維強化複合材料は。
従来と比較して高Ｖｆで欠陥の少ない成形物が得られる
ので、各機械的特性が著しく向上し、高性能な構造部材
として用いられる。
ので、各機械的特性が著しく向上し、高性能な構造部材
として用いられる。
以下この発明の実施例を図について説明する。
第１図は、実施例で使用する成形装置の正面図。
第２因は第１図に示した成形金盤の垂直断面内であり２
図において１１１１１！成形金Ｗ、 （２＋Ｆｉ超音波
振動子、 ＋３１Ｕマトリツクス、（４）は短繊維、（
５）はプレスである。
図において１１１１１！成形金Ｗ、 （２＋Ｆｉ超音波
振動子、 ＋３１Ｕマトリツクス、（４）は短繊維、（
５）はプレスである。
実施例１゜
先ずエポキシ樹脂（３）全成形金型（υ内に投入する。
次に超音波奈動子（２）によシ加振した状態で、アスペ
クト比５０．引張弾性率４００００ （’ｅ ｔ／ｓｍ
” ）ｔ 引張強度ｚｓｏ（ｂｔ／ｍ”）の炭素繊維の
短繊維（４）を混入していく。短繊維（４）は超音波振
動により激しく加振され、からみを解きながら超音波振
動により生じた対流により型内に一様に分散されていく
。超音波による振動が不可能になるまで短繊維（４）を
混入し。
クト比５０．引張弾性率４００００ （’ｅ ｔ／ｓｍ
” ）ｔ 引張強度ｚｓｏ（ｂｔ／ｍ”）の炭素繊維の
短繊維（４）を混入していく。短繊維（４）は超音波振
動により激しく加振され、からみを解きながら超音波振
動により生じた対流により型内に一様に分散されていく
。超音波による振動が不可能になるまで短繊維（４）を
混入し。
超音波加振を停止した後、プレス（５）により加圧。
加熱して成形する。得られ次成形物人のＶｆを測定する
とＶｆ −４５（イ）であった。次に従来の製造方法。
とＶｆ −４５（イ）であった。次に従来の製造方法。
即ち先ずエポキシ樹脂と、上記短繊維（４）を混練し。
それを型内に投入した後にプレス成形を行なった。
この時も混線が可能なまで短繊維を混入した。得られた
成形物ＢのＶｆを測定すると、 Ｖｆ −３０（％）で
あった。成形物Ａ、Ｂから試験片を切り出し２両者の引
張弾性率Ｅおよび引張強度Ｆを測定し几結果を表１に示
す。
成形物ＢのＶｆを測定すると、 Ｖｆ −３０（％）で
あった。成形物Ａ、Ｂから試験片を切り出し２両者の引
張弾性率Ｅおよび引張強度Ｆを測定し几結果を表１に示
す。
実施例２゜
実施例１において短繊維のアスペクト比を１２５とした
時２本発明の製造法により得られた成形物Ｃおよび従来
の方法により得られた成形物ＤｃＤＶｆを測定したとこ
ろ各々Ｖｆ −３５Ｃ％）および２２（％）でめった。
時２本発明の製造法により得られた成形物Ｃおよび従来
の方法により得られた成形物ＤｃＤＶｆを測定したとこ
ろ各々Ｖｆ −３５Ｃ％）および２２（％）でめった。
成形物Ｃ，Ｄから試験片を切り出し、引張弾性率Ｅおよ
び引張強度Ｆを測定した結果を表１に示す。
び引張強度Ｆを測定した結果を表１に示す。
表１．成形物Ａ、 Ｂ、 Ｃ，Ｄの引張弾性率Ｅおよび
引張強度Ｆ表１の結果より本発明により得られた成形物
Ａ。
引張強度Ｆ表１の結果より本発明により得られた成形物
Ａ。
Ｃは、従来の製造法により得られた成形物Ｂ、Ｄに比べ
弾性率でＳＯ（％）以上１強度で４０（２））以上もの
特性向上が得られることがわかった。
弾性率でＳＯ（％）以上１強度で４０（２））以上もの
特性向上が得られることがわかった。
以上説明したようにこの発明の実施例では、超音波撮動
子（２）ヲ有する成形金型１１１の下型（１６１にマト
リックス（３）を投入し、これに短繊維を混入していく
。この時、超音波振動子（２）より超音波蛋動を与える
ことによって、投入された短繊維ｆ４１を振動させその
からみが解きほぐされることになる。またこの振動によ
り、短繊維間や短繊維とマトリックス間のボードも抜か
れることになる。解きほぐされた短繊維（４）は超音改
振動により型内に生じた対流によって型内に一様に分散
することになる。この時、短繊維（４）は三次元的にラ
ンダムに配向し。
子（２）ヲ有する成形金型１１１の下型（１６１にマト
リックス（３）を投入し、これに短繊維を混入していく
。この時、超音波振動子（２）より超音波蛋動を与える
ことによって、投入された短繊維ｆ４１を振動させその
からみが解きほぐされることになる。またこの振動によ
り、短繊維間や短繊維とマトリックス間のボードも抜か
れることになる。解きほぐされた短繊維（４）は超音改
振動により型内に生じた対流によって型内に一様に分散
することになる。この時、短繊維（４）は三次元的にラ
ンダムに配向し。
またこの時、短繊維（４）の振動により繊維間にマトリ
ックス（３）が十分に行きわたり、マトリックス（４）
と繊維間のなじみも向上することになる。さらにこの発
明の実施例では、繊維自身に無理な力が加わらないので
短繊維（４）が破損することはなく、このように短繊維
を混入した後、成形金型（１）の上型（１ａ）により加
圧、加熱してプレス成形を行なうことにより短繊維強化
複合材料を得るものでおる。
ックス（３）が十分に行きわたり、マトリックス（４）
と繊維間のなじみも向上することになる。さらにこの発
明の実施例では、繊維自身に無理な力が加わらないので
短繊維（４）が破損することはなく、このように短繊維
を混入した後、成形金型（１）の上型（１ａ）により加
圧、加熱してプレス成形を行なうことにより短繊維強化
複合材料を得るものでおる。
ここで、この発明の実施例で用いる短繊維の繊維径と繊
維長の比（アスペクト比）について検討するに、そのア
スペクト比はあまり小さいと強化材としての効果が期待
できす、またあまり太きいと超音波振動による分散効果
が期待できないので７スベクト比は、２０以上、１５０
以下が好ましいことがわかった。
維長の比（アスペクト比）について検討するに、そのア
スペクト比はあまり小さいと強化材としての効果が期待
できす、またあまり太きいと超音波振動による分散効果
が期待できないので７スベクト比は、２０以上、１５０
以下が好ましいことがわかった。
短繊維としてセラミック繊維を用いる場合は。
炭素繊維、ガラス繊維、アルミナ繊維などの繊維状無機
化合物が使用でき、この場合、マトリックスとしては樹
脂、金属、セラミックスなどが使用できることがわかっ
た。短繊維としてウィスカまたは粒子を用いる場合は、
シリコンカーバイト。
化合物が使用でき、この場合、マトリックスとしては樹
脂、金属、セラミックスなどが使用できることがわかっ
た。短繊維としてウィスカまたは粒子を用いる場合は、
シリコンカーバイト。
シリコンナイトライド、ボロンナイトライド等が使用で
き、マトリックスとしては樹脂、金属、セラミックス等
が使用できることがわかった。また短繊維として有機繊
維を用いる場合は、ポリエチレンテレフタレート繊維、
アラミド繊維、ポリエステル系液晶ポリマー繊維などの
合成繊維や絹。
き、マトリックスとしては樹脂、金属、セラミックス等
が使用できることがわかった。また短繊維として有機繊
維を用いる場合は、ポリエチレンテレフタレート繊維、
アラミド繊維、ポリエステル系液晶ポリマー繊維などの
合成繊維や絹。
綿などの天然繊維が使用でき、この場合、マトリックス
として金属、セラミックスを使用すると成形温度が高く
て有機繊維の方が熱分解を起こしてしま・うので、マト
リックスとしては熱硬化性または熱可塑性の樹脂が好ま
しいことがわかった。
として金属、セラミックスを使用すると成形温度が高く
て有機繊維の方が熱分解を起こしてしま・うので、マト
リックスとしては熱硬化性または熱可塑性の樹脂が好ま
しいことがわかった。
この発明の実施例により製造された短繊維強化複合材料
は、従来と比較して高Ｖｆで欠陥の少ない成形物が得ら
れるので、各機械的特性が著しく向上し、高性能な構造
部材として使用可能でらる。
は、従来と比較して高Ｖｆで欠陥の少ない成形物が得ら
れるので、各機械的特性が著しく向上し、高性能な構造
部材として使用可能でらる。
なお、この発明の詳細な説明中、下型（１ｂ）にマトリ
ックスを投入した状態で超音波撮動子加えながら短繊維
を混入していくものとして説明したが、この発明はこの
手順のみに限定されるものではなく２例えば下型（１ｂ
）にマトリックスと短繊維を投入した状態で超音波振動
を加えても良い。
ックスを投入した状態で超音波撮動子加えながら短繊維
を混入していくものとして説明したが、この発明はこの
手順のみに限定されるものではなく２例えば下型（１ｂ
）にマトリックスと短繊維を投入した状態で超音波振動
を加えても良い。
以上のようにこの発明によれは、従来の三次元ランダム
配向の短繊維強化材料の弱点であった低Ｖｆを改善する
ことができ、欠陥の少ない高性能な複合材料が得られる
効果がめる。
配向の短繊維強化材料の弱点であった低Ｖｆを改善する
ことができ、欠陥の少ない高性能な複合材料が得られる
効果がめる。
第１図はこの発明の一実施例による短繊維強化複合材料
製造装置の正面図、第２図はｓ１図に示した成形型の垂
直断面内である。 図中同一符号は同一部分を示し、（１）は成形型。 （１ａ）は上型ｅ ｏｂ）は下型、（２）は超音波撮
動子、（３）はマトリックス、（４）は短繊維、（５）
はプレスである。
製造装置の正面図、第２図はｓ１図に示した成形型の垂
直断面内である。 図中同一符号は同一部分を示し、（１）は成形型。 （１ａ）は上型ｅ ｏｂ）は下型、（２）は超音波撮
動子、（３）はマトリックス、（４）は短繊維、（５）
はプレスである。
Claims (6)
- （１）短繊維強化複合材料を成形する際に、マトリック
スと短繊維を投入した成形型の一方の型に超音波振動を
加え、その後、上記成形型の他方の型を用いてプレス成
形を行なうことにより、上記短繊維が三次元的にランダ
ム配向されたボードの少ない高繊維体積含有率の成形物
を得るようにしたことを特徴とする短繊維強化複合材料
の製造方法。 - （２）短繊維が金属繊維やセラミック繊維などの無機繊
維であり、マトリックスが樹脂、金属またはセラミック
スの少なくとも１つであることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の短繊維強化複合材料の製造方法。 - （３）短繊維が有機繊維であり、マトリックスが熱硬化
性または熱可塑性樹脂であることを特徴とする特許請求
の範囲第１項記載の短繊維強化複合材料の製造方法。 - （４）短繊維がウィスカであり、マトリックスが樹脂、
金属またはセラミックスの少なくとも１つであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の短繊維強化複合
材料の製造方法。 - （５）用いる短繊維のアスペクト比が２０以上、１５０
以下であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の短繊維強化複合材料の製造方法。 - （６）短繊維であるウィスカと粒子の混合体に、マトリ
ックスとして樹脂、金属またはセラミックスの少なくと
も１つを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の短繊維強化複合材料の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079781A JPS63247013A (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 短繊維強化複合材料の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62079781A JPS63247013A (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 短繊維強化複合材料の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63247013A true JPS63247013A (ja) | 1988-10-13 |
Family
ID=13699747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62079781A Pending JPS63247013A (ja) | 1987-04-02 | 1987-04-02 | 短繊維強化複合材料の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63247013A (ja) |
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-
1987
- 1987-04-02 JP JP62079781A patent/JPS63247013A/ja active Pending
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