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JPH01184241A - 複合材料用短繊維成形体、短繊維強化複合材料用素材および短繊維強化複合材料における短繊維の配向制御方法 - Google Patents

複合材料用短繊維成形体、短繊維強化複合材料用素材および短繊維強化複合材料における短繊維の配向制御方法

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JPH01184241A
JPH01184241A JP63008177A JP817788A JPH01184241A JP H01184241 A JPH01184241 A JP H01184241A JP 63008177 A JP63008177 A JP 63008177A JP 817788 A JP817788 A JP 817788A JP H01184241 A JPH01184241 A JP H01184241A
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JP
Japan
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short fiber
short fibers
short
reinforced composite
composite material
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明正 大丸
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Honda Motor Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ１発明の目的 （１）産業上の利用分野 本発明は、短繊維（ウィスカを含む）およびバインダの
混合物より成形された複合材料用短繊維成形体、短繊維
およびマトリックスの混合物より成形された短繊維強化
複合材料用素材ならびに短繊維およびマトリックスより
なる短繊維強化複合材料における短繊維の配向制御方法
に関する。
（２）従来の技術 従来、前記短繊維成形体等において、複合材料の効果的
な繊維強化を狙って短繊維、したがってその繊維軸を一
定方向に配向させることが試みられており、この種配向
方法としては押出しまたは圧延による方法（特公昭５０
−１５６１号公報参照）および磁気による方法（特開昭
４８−９５９０９号公報参照）が知られている。
（３）発明が解決しようとする課題 しかしながら、前者は短繊維の配向をグイ等を用いて機
械的に行うものであるから、短繊維を押出し方向等と平
行に配向させることはできても、前記押出し方向等に対
して傾斜させるといった制御を行うことはできない。そ
の上短繊維を折損し易く、またグイ等に接する短繊維成
形体表層の短繊維を配向させることはできてもその内部
に存する短繊維を配向させにくいという問題がある。
一方、後者の場合も前記制御を行うことが困難であり、
その上磁性を持たない短繊維には不適であって、適用範
囲が狭小であるといった問題がある。
本発明は前記問題を解決することのできる前記短繊維の
配向制御方法を提供することを目的とする。
Ｂ６発明の構成 （１）課題を解決するための手段 本発明は、短繊維とバインダとの混合物より成形された
短繊維成形体に延伸処理を施して、延伸率に応じ前記短
繊維の平均配向角を制御することを特徴とする。
また本発明は、短繊維と７トリツクスとの混合物より成
形された短繊維強化複合材料用素材に延伸処理を施して
、延伸率に応じ前記短繊維の平均配向角を制御すること
を特徴とする。
さらに本発明は、短繊維とマトリックスとよりなる短繊
維強化複合材料に延伸処理を施して、延伸率に応じ前記
短繊維の平均配向角を制御することを特徴とする。
（２）作　用 延伸率Ｄｒは、延伸処理前の短繊維成形体、前記素材ま
たは前記複合材料の横断面積Ａ１と、延伸処理後の短繊
維成形体等の横断面積Ａ２との比、即ち、Ｄｒ＝Ａ＋／
Ａｚ　として表わされる。
延伸方向における短繊維の配向を、延伸方向に平行な軸
に対する繊維軸の平均傾斜角、即ち、平均配向角として
表わすと、バインダまたはマトリックスの材質、粘度等
の条件が一定の下で、前記延伸率と平均配向角との間に
は相関性がある。
そこで、前記短繊維成形体等に延伸処理を施すことによ
り短繊維の配向を実現することができ、その際延伸率を
適宜調節することによって平均配向角を制御することが
できる。
（３）実施例 〔実施例Ｉ〕 短繊維成形体としてのテープにおける短繊維の配向制御
について説明する。
第１図はテープ成形用押出機を示し、機体１の上部に、
回転スクリュを内蔵した筒形バレル２が水平に配設され
る。筒形バレル２の後部に材料供給用ホッパ３が、また
前端にダイ４がそれぞれ取付けられる。ダイ４の前方に
存する支持フレーム５にダイ４側より順次、速度可変式
引張ローラ対６、複数の中継ローラ７、送りローラ対８
および巻取リール９が支持される。ダイ４の押出し口は
、例えば縦３Ｍ、横５ｍｍに設定される。
テープの成形に当っては、バインダとしての分子量５０
００のポリエチレン（大洋化成社製、商品名　サンワッ
クス１６１−Ｐ）に、テープの繊維体積率（、Ｖ　ｆ　
）が２０％となるように短繊維としてのＳｉＣウィスカ
（東海カーボン社製、商品名トーカマンクス）を添加し
、この混合物を約１３０°Ｃに予熱された混練機に投入
して均質になるまで混練し、ペレット状材料を得る。
前記材料をホッパ３に投入し、テープ素材Ｔａを成形温
度１３０°Ｃにてダイ４より押出して引張ローラ対６に
くわえさせる。この場合引張ローラ対６はテープ素材Ｔ
ａの押出し速度よりも速い送り速度をもつように回転し
ているので、テープ素材Ｔａは押出し方向に引張られて
一軸延伸処理を施され、これによりテープＴが成形され
る。テープＴは複数の中継ローラ７および送りローラ対
８を経て巻取リール９に巻取られる。
前記テープ成形作業において、引張ローラ対６の回転速
度を種々変更してテープＴの延伸率を変化させ、第２図
に示すＳｉＣウィスカＦの平均配向角αを求めたところ
表Ｉの結果を得た。第２図において、ａｌは延伸方向Ａ
と平行な軸、ａ２は繊維軸であり、したがって平均配向
角αは軸ａ１に対するＳｉＣウィスカＦ、したがってそ
の繊維軸ａ２の平均傾斜角となる。
表　　　　１ 第３図は表Ｉに基づいて作成されたもので、表１および
第３図より延伸率の増加に伴い平均配向角αが小さくな
ることが分かる。
表■におけるＮｏ、　１テープを８枚重合せ、その重合
物に０．　Ｉ　Ｔｏｒｒ、１１０°Ｃの条件下でプレス
処理を施して積層体を得、その後積層体を加熱炉に設置
して４００°Ｃ以下の条件下でポリエチレン成分を除去
し、短繊維強化金属用強化材を得る。同様の手法により
Ｎｏ、　５テープを１２枚重合せた重合物を用いて強化
材を得る。
前記強化材を用い、表■の条件下で加圧鋳造法を適用し
て二種の短繊維強化アルミニウム合金板を得る。
表　　　　■ 前記短繊維強化アルミニウム合金板に引張試験を施した
ところ表■の結果を得た。引張試験は、各短繊維強化ア
ルミニウム合金板よりＪＩＳ　　第８Ｂ号試験片を作製
し、それらにＪＩＳ　　Ｚ２２４１に則って試験を行っ
た。なお、表■において、測知繊維強化アルミニウム合
金板は表ＩのテープＮｏ、にて表わしである。
表　　　　■ 表１．ＩＩＩより、ＳｉＣウィスカの平均配向角αが小
さい程短繊維強化アルミニウム合金板は、その強度およ
び剛性を増すことが分かる。
第４図（ａ）、　（ｂ）は、テープＮｏ、　５を用いた
繊維強化アルミニウム合金板における金属組織を示す走
査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真であり、（ａ）は縦断面
に、また（ｂ）は横断面にそれぞれ該当する。これらの
写真より明らかなように、ＳｉＣウィスカの折損量が少
なく、例えばその折損度合を、ＳｉＣウィスカの直径を
ｄ、長さをｌとしてｆｆｉ／ｄで表わすと、第４図のも
の一場合はｆｆｉ／ｄ＝１８程度であるが、従来の、ダ
イを用いた押出法を適用した場合にはｎ／ｄ＝５〜１０
となり、ＳｉＣウィスカの折損量の多いことが分かる。
またＳｉＣウィスカの配向の乱れも少ないものである。
第５図は、テープＮｏ、　１を用いた短繊維強化アルミ
ニウム合金板における金属組織を示す走査型電子顕微鏡
写真であり、ＳｉＣウィスカがランダムに配向している
ことが分かる。
〔実施例■〕
短繊維強化複合材料用素材としての板状素材における短
繊維の配向制御について説明する。
マトリックス　　　　　　　　　　　４２体積％トマイ
ズ法による粉末） μｍのＳｉＣファイバ 潤　　滑　　剤 ステアリン酸　　　　　　　　　　　８体積％の混合物
を約１３０°Ｃに予熱された混練機に投入して均質にな
るまで混練し、ペレット状材料を得る。
前記押出機のダイ４を変え、また前記材料をホッパ３に
投入し、成形温度１３０　’Ｃの押出し成形、それに次
ぐ引張ローラ対６による一軸延伸処理を経て板状素材を
得る。
この場合、延伸率を１．０．４．０に設定して二種の板
状素材Ｎｏ、１．Ｎｏ、２を成形し、ＳｉＣファイバの
平均配向角αを求めたことろ表■の結果を得た。
表　　　■ 前記板状素材に、実施例Ｉの加熱炉を用いて４００°Ｃ
以下の条件下でバインダ除去処理を施し、次いで温度５
００〜６００°Ｃ１圧力３，０００〜５　、　０００　
ｋｇ／ｃ＋ｆｌの条件下でＨＩＰ処理（熱間静水圧処理
）を施して二種の短繊維強化アルミニウム合金板を得る
。
前記短繊維強化アルミニウム合金板に引張試験を施した
ところ表Ｖの結果を得た。引張試験法は実施例Ｉと同じ
である。なお、表Ｖにおいて、測知繊維強化アルミニウ
ム合金板は表■の板状素材Ｎｏ、にて表わしである。
表　　　　Ｖ 〔実施例■〕 短繊維強化複合材料としての板材における短繊維の配向
制御について説明する。
先ず、平均直径４．５μｍ、平均長さ１１０μｍのＳｉ
Ｃファイバを用いて真空吸引付着法の適用下で繊維体積
率（Ｖｆ）２０％の板状繊維成形体２枚を得る。
前記繊維成形体を用い、実施例■における表■と同一条
件下で加圧鋳造法を適用して短繊維強化アルミニウム合
金よりなる２枚の板材を得る。
前記板材を加熱し、その溶融温度よりも５０゛Ｃ低い温
度にて延伸処理を施す。この場合、一方の板材Ｎｏ、　
１の延伸率は１．０に、また他方の板材Ｎｏ、　２の延
伸率は４．０にそれぞれ設定される。延伸処理後の両板
材Ｎｏ、１．２の平均配向角（α）および引張試験結果
は表■の通りである。引張試験法は実施例■と同じであ
る。
表　　　■ なお、延伸処理は一軸延伸に限らず、多軸延伸を採用し
て短繊維を三次元的に配向させることも可能であり、ま
たマトリックスとして合成樹脂を使用することもできる
。
Ｃ１発明の効果 本発明によれば、短繊維成形体、短繊維強化複合材料用
素材および短繊維強化複合材料に延伸処理を施すという
極めて簡単な手段を採用することによって、短繊維の折
損量を少なく抑えてその短繊維を延伸方向に配向させる
ことができる。
また前記配向に当り、繊維種を選ばないので、種々の短
繊維を用いた短繊維成形体等に広く適用することができ
る。
さらに延伸率に応じ短繊維の平均配向角を容易に制御す
ることができ、その上三次元的配向も可能であるといっ
た利点もある。
【図面の簡単な説明】
第１図は押出機の正面図、第２図は短繊維の平均配向角
を説明する図、第３回は延伸率と平均配向角との関係を
示すグラフ、第４図（ａ）、　（ｂ）は繊維強化アルミ
ニウム合金の金属組織を示す顕微鏡写真であり、（ａ）
は縦断面を、また（ｂ）は横断面をそれぞれ示し、第５
図は他の繊維強化アルミニウム合金の金属組織を示す顕
微鏡写真であり、第４図（ａ）に対応する。 α・・・平均配向角、Ａ・・・延伸方向、ａ２・・・繊
維軸、Ｆ・・・短繊維としてのＳｉＣウィスカ、Ｔ・・
・短繊維成形体としてのテープ 第４図 （ａ） 第５図 （ｂ）

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）短繊維とバインダとの混合物より成形された短繊
    維成形体に延伸処理を施して、延伸率に応じ前記短繊維
    の平均配向角を制御することを特徴とする、複合材料用
    短繊維成形体における短繊維の配向制御方法。
  2. （２）短繊維とマトリックスとの混合物より成形された
    短繊維強化複合材料用素材に延伸処理を施して、延伸率
    に応じ前記短繊維の平均配向角を制御することを特徴と
    する、短繊維強化複合材料用素材における短繊維の配向
    制御方法。
  3. （３）短繊維とマトリックスとよりなる短繊維強化複合
    材料に延伸処理を施して、延伸率に応じ前記短繊維の平
    均配向角を制御することを特徴とする、短繊維強化複合
    材料における短繊維の配向制御方法。
JP63008177A 1988-01-18 1988-01-18 複合材料用短繊維成形体、短繊維強化複合材料用素材および短繊維強化複合材料における短繊維の配向制御方法 Granted JPH01184241A (ja)

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