JP4664225B2 - Cylindrical functionally gradient material manufacturing method and manufacturing apparatus therefor - Google Patents

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この発明は、円筒状傾斜機能材料製造方法およびその製造装置、詳しくは電気的特性、機械的特性、熱的特性などが半径方向の位置で異なり、かつ熱硬化性高分子材料と充填剤（セラミックス、金属など）との複合材料からなる円筒状傾斜機能材料の製造技術に関する。   The present invention relates to a method for producing a cylindrical functionally gradient material and an apparatus for producing the same, and more specifically, electrical characteristics, mechanical characteristics, thermal characteristics, and the like differ in radial positions, and a thermosetting polymer material and a filler (ceramics). The present invention relates to a manufacturing technology of a cylindrical functionally gradient material made of a composite material with metal.

近年、熱硬化性高分子材料と充填剤との複合材料からなり、材料の特性が外周側から内周側に向かう半径方向の位置で異なるように構成された円筒状傾斜機能材料が開発されている。円筒状傾斜機能材料は、例えば各種の電気部品および各種の電子部品の材料など、多様な産業分野で利用されている。一例を挙げれば、高電圧機器（ガス絶縁開閉装置に使用される絶縁スペーサ、ポリマー碍管およびケーブル接続部など）の高電圧が加わる部位など）に用いられる円筒状傾斜機能材料がそれである。   In recent years, cylindrical functionally graded materials have been developed that consist of composite materials of thermosetting polymer materials and fillers, and whose material properties are different at radial positions from the outer circumference side toward the inner circumference side. Yes. Cylindrical functionally graded materials are used in various industrial fields such as materials for various electrical components and various electronic components. As an example, it is a cylindrical functionally gradient material used for high-voltage equipment (such as a portion to which a high voltage is applied, such as an insulating spacer used in a gas-insulated switchgear, a polymer pipe, and a cable connecting portion).

従来、このような円筒状傾斜機能材料を製造する方法として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。これは、遠心分離法により、内周側から外周側に向かって充填剤の密度を連続的に大きくするようにした円筒状傾斜機能材料の製造方法である。ここでは、単一の充填剤が使用されている。
しかしながら、この特許文献１に開示された単一の充填剤を利用した遠心分離法では、使用される全ての充填剤の粒子の比重が略同じであった。そのため、半径方向に任意に特性を変化させた円筒状傾斜機能材料を製作することは困難であった。 Conventionally, for example, a method disclosed in Patent Document 1 is known as a method for manufacturing such a cylindrical functionally gradient material. This is a method of manufacturing a cylindrical functionally gradient material in which the density of the filler is continuously increased from the inner peripheral side toward the outer peripheral side by a centrifugal separation method. Here, a single filler is used.
However, in the centrifugal separation method using a single filler disclosed in Patent Document 1, the specific gravity of the particles of all the fillers used is substantially the same. Therefore, it has been difficult to manufacture a cylindrical functionally gradient material whose characteristics are arbitrarily changed in the radial direction.

そこで、従来、これを解決するものとして、例えば特許文献２が提案されている。特許文献２は、比重が異なる２種類以上の充填剤を使用し、遠心分離法により円筒状傾斜機能材料を製造するものである。
特開２００２−１２９０２８号公報 特開２００４−２７３３９４号公報 Therefore, for example, Patent Document 2 has been proposed as a solution to this problem. Patent Document 2 uses two or more kinds of fillers having different specific gravities, and manufactures a cylindrical functionally gradient material by a centrifugal separation method.
JP 2002-129028 A JP 2004-273394 A

しかしながら、特許文献２により円筒状傾斜機能材料を製造すれば、（１）複数の組成が異なる充填剤を用意する必要があった。また、（２）各種の充填剤を比重差で円筒状傾斜機能材料の半径方向の任意位置にそれぞれ分布させるため、各種の充填剤の粒度調整および温度に依存する液状熱硬化性高分子材料の粘度調整を厳密に行わなければならなかった。さらに、（３）各充填剤の傾斜分布の正否は各充填剤の組み合わせによって決定される。そのため、最適の傾斜特性を有する円筒状傾斜機能材料得ることは、非常に困難であるといった課題があった。   However, if a cylindrical functionally gradient material is produced according to Patent Document 2, (1) it is necessary to prepare a plurality of fillers having different compositions. In addition, (2) in order to distribute various fillers at arbitrary positions in the radial direction of the cylindrical functionally gradient material with specific gravity differences, the liquid thermosetting polymer material depending on the particle size adjustment and temperature of various fillers The viscosity adjustment had to be done strictly. Furthermore, (3) the correctness of the gradient distribution of each filler is determined by the combination of the fillers. Therefore, there has been a problem that it is very difficult to obtain a cylindrical functionally gradient material having optimum gradient characteristics.

そこで、発明者は鋭意研究の結果、予め、液状熱硬化性高分子材料と所定の充填剤とを個別に攪拌混合して特性が異なる複数の部分層用材料を作製し、その後、これらの部分層用材料を、円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから順に回転ドラムに投入すれば、上述した課題を全て解消することができることを知見し、この発明を完成させた。ただし、最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期は、その直前に回転ドラムに投入された部分層用材料の硬化が完了した時点およびその前後とし、また回転ドラムの回転速度は、ドラム投入された部分層用材料中の充填剤が、その部分層用材料の全域で略均一に保持される速度としなければならない。   Therefore, as a result of intensive research, the inventor previously prepared a plurality of partial layer materials having different characteristics by separately stirring and mixing a liquid thermosetting polymer material and a predetermined filler, and thereafter, It has been found that all the above-mentioned problems can be solved by putting the layer material into the rotating drum in order from the outermost layer forming material of the cylindrical functionally gradient material, and the present invention has been completed. However, the drum loading timing of each partial layer material except those for outermost layer formation is the time when the partial layer material charged in the rotary drum immediately before and after the hardening is completed, and the rotation of the rotary drum The speed should be a speed at which the filler in the partial layer material charged into the drum is maintained substantially uniformly throughout the partial layer material.

この発明は、組成が異なる複数の充填剤の使用だけでなく１種類の充填剤を使用しても、特性が半径方向に任意に傾斜した円筒状傾斜機能材料を容易かつ安価に製造することができ、しかも充填剤の粒度調整の許容度が大きくなり、さらに最適な傾斜特性を有した円筒状傾斜機能材料を容易に製造することができる円筒状傾斜機能材料製造方法およびその製造装置を提供することも目的としている。
また、この発明は、回転ドラムに投入された部分層用材料を、その投入順に安定かつ確実に熱硬化させることができる円筒状傾斜機能材料製造方法およびその製造装置を提供することを目的としている。
さらに、この発明は、製造時間の短縮化を図ることができる円筒状傾斜機能材料製造方法およびその製造装置を提供することを目的としている。
そして、この発明は、各周方向において、各部分層用材料の厚さの均一性と充填剤の密度の均一性とをそれぞれ高めることができる円筒状傾斜機能材料製造装置を提供することを目的としている。 This invention makes it possible to easily and inexpensively produce a cylindrical functionally gradient material whose characteristics are arbitrarily inclined in the radial direction, not only using a plurality of fillers having different compositions but also using one kind of filler. A cylindrical functionally gradient material manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof capable of easily manufacturing a cylindrical functionally gradient material having an optimum gradient characteristic and having a large tolerance for particle size adjustment of the filler. That is also the purpose.
Another object of the present invention is to provide a cylindrical functionally gradient material manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof capable of stably and reliably thermosetting the material for the partial layer charged in the rotating drum in the order of the charging. .
Furthermore, an object of the present invention is to provide a cylindrical functionally gradient material manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof that can shorten the manufacturing time.
And this invention aims at providing the cylindrical gradient functional material manufacturing apparatus which can improve the uniformity of the thickness of each partial layer material, and the uniformity of the density of a filler in each circumferential direction, respectively. It is said.

請求項１に記載の発明は、液状熱硬化性高分子材料の特性を変更可能な充填剤を含む前記液状熱硬化性高分子材料を回転ドラムに投入後、該回転ドラムを回転させながら前記液状熱硬化性高分子材料を加熱して硬化させることで、半径方向の位置で特性が異なった円筒状傾斜機能材料を製造する円筒状傾斜機能材料製造方法であって、添加量および組成のうち、少なくとも１つが異なった複数の前記充填剤から選出されたものを、前記液状熱硬化性高分子材料に個別に攪拌混合することで、特性が異なる複数の部分層用材料を作製し、前記回転ドラムに、前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから該円筒状傾斜機能材料の最内層形成用のものへと順に各部分層用材料を投入し、その際の前記最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期は、直前に前記回転ドラムに投入された部分層用材料の熱硬化が完了した時点およびその前後とし、前記回転ドラムの回転速度は、該回転ドラムに投入された部分層用材料中の充填剤が、前記部分層用材料に略均一に分散した状態で保持される速度である円筒状傾斜機能材料製造方法である。   According to the first aspect of the present invention, the liquid thermosetting polymer material containing a filler capable of changing the properties of the liquid thermosetting polymer material is put into a rotating drum, and then the liquid drum is rotated while the rotating drum is rotated. A cylindrical functionally gradient material manufacturing method for manufacturing a cylindrical functionally gradient material having different characteristics at a radial position by heating and curing a thermosetting polymer material, wherein the addition amount and the composition are: A plurality of partial layer materials having different properties are produced by individually stirring and mixing the liquid thermosetting polymer material selected from a plurality of the fillers, at least one of which is different, and the rotating drum To each of the partial layer materials in order from the one for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material to the one for forming the innermost layer of the cylindrical functionally gradient material, and for forming the outermost layer at that time Materials for each partial layer excluding things The drum charging time is the time point before and after the completion of the thermosetting of the partial layer material charged into the rotary drum immediately before and after that, and the rotational speed of the rotary drum is within the partial layer material charged into the rotary drum. This is a method for producing a cylindrical functionally gradient material having a speed at which the filler is held in a state of being substantially uniformly dispersed in the partial layer material.

請求項１に記載の発明によれば、各部分層用材料の熱硬化時には、投入（注入）された部分層用材料中の充填剤が部分層用材料に略均一に分散した状態で保持される速度で回転ドラムを回転させる。これにより、各部分層用材料中の充填剤の粒子には、遠心力の影響がほとんどない。その結果、組成が異なる複数の充填剤を使用した場合だけでなく、仮に１種類だけの充填剤を使用した場合でも、特性が半径方向に任意に傾斜した円筒状傾斜機能材料を、容易かつ安価に製造することができる。
また、回転中の回転ドラム内では、充填剤により特性を異ならせた複数の部分層用材料を、最外層形成用のものから最内層形成用のものへと順に熱硬化させる。そのため、従来のように各組成（各種類）からなる充填剤の粒度調整を厳密に行った上で、比重差を利用し、各充填剤を円筒状傾斜機能材料の半径方向の任意位置にそれぞれ分布させる必要はない。その結果、充填剤の粒度調整の許容度が大きくなる。
しかも、円筒状傾斜機能材料は、充填剤が各層中で略均一に分布された複数の部分層を半径方向に連続的に作製することで得られる。よって、各充填剤の傾斜分布の正否が各組成の充填剤の組み合わせで決定される従来法に比べて、最適な傾斜特性を有する円筒状傾斜機能材料を容易に製造することができる。 According to the first aspect of the present invention, at the time of thermosetting each partial layer material, the filler in the injected (injected) partial layer material is held in a state of being substantially uniformly dispersed in the partial layer material. Rotate the rotating drum at a speed that Thus, the filler particles in each partial layer material are hardly affected by centrifugal force. As a result, it is easy and inexpensive to use a cylindrical functionally gradient material whose characteristics are arbitrarily inclined in the radial direction, not only when a plurality of fillers having different compositions are used but also when only one kind of filler is used. Can be manufactured.
Further, in the rotating drum that is rotating, a plurality of partial layer materials having different characteristics depending on the filler are thermally cured in order from the outermost layer forming material to the innermost layer forming material. Therefore, after adjusting the particle size of the filler composed of each composition (each type) exactly as in the past, the specific gravity difference is used to place each filler at an arbitrary position in the radial direction of the cylindrical functionally gradient material. There is no need to distribute. As a result, the tolerance for particle size adjustment of the filler increases.
Moreover, the cylindrical functionally gradient material can be obtained by continuously producing a plurality of partial layers in which the filler is substantially uniformly distributed in each layer in the radial direction. Therefore, it is possible to easily manufacture a cylindrical functionally gradient material having optimum gradient characteristics as compared with the conventional method in which whether the gradient distribution of each filler is right or wrong is determined by the combination of fillers having each composition.

円筒状傾斜機能材料とは、半径方向の任意の位置での材料特性が異なる円筒体である。円筒状傾斜機能材料は、高電圧機器のうち、高電圧が加わる部位などに使用される。液状熱硬化性高分子材料は主剤と硬化剤とを含み、このうちの主剤としては、例えば、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル、要素樹脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、珪素樹脂などを採用することができる。
液状熱硬化性高分子材料の硬化剤は、液状熱硬化性高分子材料の主剤の素材に応じて適宜変更される。例えば、フェノール樹脂に対しては、ヘキサメチレンテトラミン、エポキシ樹脂に対しては、ポリメチレンジアミン、ポリエーテルジアミンなどの脂肪族ジアミン、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、アミノエチルエタノールアミンなどの直鎖または分枝脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノメチルピペラジンなどの環状脂肪族ポリアミン、キシリレンジアミンなどの脂肪族芳香族アミン、テトラメチルグアミジン、トリエタノールアミンおよびトリス（ジメチルアミノメチル）フェノールなどの第２または第３アミン類、アミンアダクトなどの変成アミン、ポリアミド硬化剤、ポリアミドアダクト、ポリメチカプタン硬化剤、ポリスルフィド樹脂などが挙げられる。 The cylindrical functionally gradient material is a cylindrical body having different material characteristics at an arbitrary position in the radial direction. Cylindrical functionally gradient materials are used in high voltage devices where high voltage is applied. The liquid thermosetting polymer material includes a main agent and a curing agent. For example, a phenol resin, an epoxy resin, an unsaturated polyester, an element resin, a melamine resin, a urethane resin, or a silicon resin is used as the main agent. be able to.
The curing agent of the liquid thermosetting polymer material is appropriately changed according to the material of the main component of the liquid thermosetting polymer material. For example, for phenol resin, hexamethylenetetramine, for epoxy resin, aliphatic diamine such as polymethylenediamine and polyetherdiamine, linear or branched such as diethylenetriamine, triethylenetetramine, aminoethylethanolamine Aliphatic polyamines, cycloaliphatic polyamines such as N-aminomethylpiperazine, aliphatic aromatic amines such as xylylenediamine, second or third such as tetramethyl guanidine, triethanolamine and tris (dimethylaminomethyl) phenol Examples include amines, modified amines such as amine adducts, polyamide curing agents, polyamide adducts, polymethaptan curing agents, and polysulfide resins.

充填剤は、熱硬化性合成樹脂の主剤に混合するだけでなく、その硬化剤に混合してもよいし、その両方に混合してもよい。その際の混合比率は任意である。主剤、硬化剤またはその両方は、充填剤の混合後、攪拌機などにより攪拌されて脱気が行われる。攪拌時において、熱硬化性合成樹脂の主剤または硬化剤の温度は、充填剤が分散し易いように高温（熱硬化性合成樹脂の硬化温度など）でもよい。または、常温でもよい。
充填剤としては、液状熱硬化性高分子材料の特性を変更可能な、例えば各種の金属微粉末、各種のセラミックス微粉末などを採用することができる。
部分層用材料に対する充填剤の添加量は任意である。また、充填剤を含む部分層用材料が複数存在する場合、各部分層用材料に添加される充填剤の組成は任意である。 The filler may be mixed not only with the main component of the thermosetting synthetic resin but also with the curing agent, or with both. The mixing ratio in that case is arbitrary. The main agent, the curing agent, or both are agitated by a stirrer or the like after the filler is mixed and deaerated. At the time of stirring, the temperature of the main component or curing agent of the thermosetting synthetic resin may be high (such as the curing temperature of the thermosetting synthetic resin) so that the filler is easily dispersed. Or it may be normal temperature.
As the filler, for example, various metal fine powders and various ceramic fine powders that can change the properties of the liquid thermosetting polymer material can be employed.
The amount of filler added to the partial layer material is arbitrary. Further, when there are a plurality of partial layer materials containing a filler, the composition of the filler added to each partial layer material is arbitrary.

変更される円筒状傾斜機能材料の特性としては、例えば、電気的特性（誘電性、導電性など）、機械的特性（強度、磨耗性など）、磁気的特性、熱的特性（熱伝導性、耐熱性など）を採用することができる。
例えば誘電性を与えるセラミックス微粉末として、酸化チタン、チタン酸マグネシウム、チタン酸カルシウム、チタン酸ストロンチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸鉛、ニオブ酸塩、タンタル酸塩、ガリウム酸塩、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、ムライト、ステアタイト、石英ガラスなどを採用することができる。
導電性を与えるものとしては、例えばＺｒＢ２、ＴｉＢ２などのホウ化物、Ｃ、ＴｉＣ、ＳｉＣなどの炭化物、ＴｉＮなどの窒化物、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＣｒＯ２、ＲｕＯ２、ＲｅＯ２、ＷＯ２、ＳｒＦｅＯ３、ＳｒＴｉＯ３、Ｉｎ２Ｏ３などの酸化物、Ｆｅ、Ｃｕなどの金属を採用することができる。
磁性を与える金属微粉末としては、例えばＭｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｃｕ−Ｚｎフェライトなどの各種のフェライト、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系磁石、ＫＳ鋼、ＭＫ鋼、ＯＰ磁石、アルニコ、Ｓｍ−Ｃｏ磁石などを採用することができる。 The characteristics of the cylindrical functionally gradient material to be changed include, for example, electrical characteristics (dielectric, conductive, etc.), mechanical characteristics (strength, wear resistance, etc.), magnetic characteristics, thermal characteristics (thermal conductivity, Heat resistance) can be employed.
For example, as ceramic fine powder that gives dielectric properties, titanium oxide, magnesium titanate, calcium titanate, strontium titanate, barium titanate, lead titanate, lead zirconate, niobate, tantalate, gallate, alumina (Al 2 O 3 ), mullite, steatite, quartz glass, or the like can be used.
Examples of materials that provide conductivity include borides such as ZrB 2 and TiB 2 , carbides such as C, TiC, and SiC, nitrides such as TiN, SnO 2 , TiO 2 , CrO 2 , RuO 2 , ReO 2 , WO 2 , oxides such as SrFeO 3 , SrTiO 3 , and In 2 O 3, and metals such as Fe and Cu can be employed.
Examples of the metal fine powder that gives magnetism include various ferrites such as Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, and Cu—Zn ferrite, Nd—Fe—B magnets, KS steel, MK steel, OP magnet, Alnico, Sm. -Co magnets can be used.

熱伝導性を与えるものとしては、例えば高熱伝導セラミックスとしてベリリア、アルミナ、ダイヤモンド、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウムを採用することができる。また、高熱伝導金属としてはＦｅ、Ｃｕなどを採用することができる。
これらの金属微粉末およびセラミックス微粉末の平均粒径は、使用される液状熱硬化性高分子材料の粘度および硬化特性により適宜変更される。
半径方向の位置で円筒状傾斜機能材料の特性が異なるとは、円筒状傾斜機能材料の外周側から内周側に向かって（またはこれとは反対の円筒状傾斜機能材料の内周側から外周側に向かって）連続的または断続的に、円筒状傾斜機能材料の特性が異なることをいう。
回転ドラムとしては、回転軸が水平な横型の回転ドラムを採用する。 For example, beryllia, alumina, diamond, silicon carbide, silicon nitride, or aluminum nitride can be used as a material that imparts thermal conductivity. Moreover, Fe, Cu, etc. are employable as a high heat conductive metal.
The average particle diameter of these metal fine powders and ceramic fine powders is appropriately changed depending on the viscosity and curing characteristics of the liquid thermosetting polymer material used.
The characteristics of the cylindrical functionally gradient material differ in the radial position from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the cylindrical functionally gradient material (or from the inner peripheral side to the outer periphery of the cylindrical functionally gradient material opposite to this) It means that the characteristics of the cylindrical functionally graded material differ continuously or intermittently (towards the side).
As the rotating drum, a horizontal rotating drum having a horizontal rotating shaft is employed.

ドラム投入された部分層用材料中の充填剤が、部分層用材料の全域で略均一に保持される回転ドラムの回転速度とは、回転ドラムの遠心力により、充填剤が部分層用材料の外周側に移動することで発生する部分層用材料中の充填剤の密度の偏りがなく、かつドラム周方向における部分層用材料の厚さの均一性が保持される速度である。
複数の充填剤から選出されたもの（充填剤）を、液状熱硬化性高分子材料に個別に攪拌混合するとは、選出された充填剤と液状熱硬化性高分子材料とを、例えば１対１の関係で攪拌して混ぜ合わせることをいう。ただし、充填剤と液状熱硬化性高分子材料との混合割合は１：１に限定されない。充填剤と液状熱硬化性高分子材料との混合物の特性が意図したものとなるように適宜変更することができる。 The rotational speed of the rotating drum at which the filler in the partial layer material charged in the drum is held substantially uniformly throughout the partial layer material is the rotational speed of the rotating drum due to the centrifugal force of the rotating drum. This is a speed at which there is no uneven density of the filler in the partial layer material generated by moving to the outer peripheral side and the uniformity of the thickness of the partial layer material in the drum circumferential direction is maintained.
To individually stir and mix a liquid selected from a plurality of fillers (filler) with a liquid thermosetting polymer material, the selected filler and the liquid thermosetting polymer material are, for example, one-to-one. It means to stir and mix together. However, the mixing ratio of the filler and the liquid thermosetting polymer material is not limited to 1: 1. The characteristics of the mixture of the filler and the liquid thermosetting polymer material can be appropriately changed so as to achieve the intended characteristics.

各部分層用材料の回転ドラムへの投入順序（円筒状傾斜機能材料の半径方向への特性変更プロファイル）は、例えば円筒状傾斜機能材料の用途に応じて適宜変更することができる。
最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期が、直前に回転ドラムに投入された部分層用材料の熱硬化が完了した時点およびその前後とは、ドラム投入しようとする部分層用材料の１つ前にドラム投入された部分層用材料の熱硬化が完了したと同時、またはその直前もしくはその直後をいう。最外層形成用のものを除いたのは、それより前には回転ドラムに投入された部分層用材料が存在しないためである。 The order in which each partial layer material is put into the rotating drum (the characteristic change profile in the radial direction of the cylindrical functionally gradient material) can be changed as appropriate according to the application of the cylindrical functionally gradient material, for example.
The drum loading timing of each partial layer material except the one for forming the outermost layer is the time when the thermal curing of the partial layer material that has just been thrown into the rotating drum is completed, and before and after that, the portion to be put into the drum This is the same as the completion of the thermal curing of the material for the partial layer put in the drum before the layer material, or the time immediately before or immediately after that. The reason for excluding the outermost layer forming material is that there is no partial layer material introduced into the rotating drum before that.

円筒状傾斜機能材料（円筒状高分子複合材料）の製造に用いる高分子材料は、短時間（数分程度）に硬化し、かつ加熱時の充填剤との混合粘度が１ｍＰａ・ｓ以上であることが望ましい。ただし、最も望ましいのは、特性を変化させるために用いられる充填剤粒子径および密度から最適な硬化特性を有する液状熱硬化性高分子材料を選定することである。
特性を変化させるために用いられる充填剤は、液状熱硬化性高分子材料に最大充填された状態で必要とする特性値以上となるように選定される必要がある。充填剤の最大充填率は、使用する液状熱硬化性高分子材料の粘度（加熱時）、充填剤の粒子径および粒子のアスペクト比により変化する。また、充填剤を最大充填させるには、遠心力の強制力を用いない限り実現不可能であることから、この発明においては、充填剤の最大充填率の２／３以下で特性変化を十分に満足する充填剤を選定することが望ましい。
この発明は、電気的特性向上のみを目指したものでなく、特性変化が充填剤により支配されるものであることから、液状熱硬化性高分子材料における熱的、機械的特性などを向上させることも可能とする。 The polymer material used for the production of the cylindrical functionally gradient material (cylindrical polymer composite material) is cured in a short time (about several minutes) and has a mixed viscosity of 1 mPa · s or more with the filler during heating. It is desirable. However, it is most desirable to select a liquid thermosetting polymer material having optimum curing characteristics based on the filler particle size and density used to change the characteristics.
The filler used for changing the characteristics needs to be selected so as to be equal to or higher than the required characteristic value in the state where the liquid thermosetting polymer material is filled to the maximum. The maximum filling rate of the filler varies depending on the viscosity (when heated) of the liquid thermosetting polymer material to be used, the particle diameter of the filler, and the aspect ratio of the particles. In addition, since it is impossible to achieve the maximum filling of the filler unless a centrifugal force is used, in this invention, the characteristic change is sufficiently reduced at 2/3 or less of the maximum filling rate of the filler. It is desirable to select a satisfactory filler.
This invention is not only aimed at improving the electrical characteristics, but the change in characteristics is governed by the filler, so that the thermal and mechanical characteristics of the liquid thermosetting polymer material are improved. Also possible.

請求項２に記載の発明は、前記回転ドラムは、前記液状熱硬化性高分子材料が投入される前に加熱され、前記各部分層用材料の硬化は、個々の硬化特性に適した加熱温度および加熱時間にそれぞれ調整して行われる請求項１に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法である。   According to a second aspect of the present invention, the rotating drum is heated before the liquid thermosetting polymer material is charged, and the curing of each partial layer material is performed at a heating temperature suitable for individual curing characteristics. The method for producing a cylindrical functionally gradient material according to claim 1, wherein the method is performed by adjusting the heating time and the heating time.

請求項２に記載の発明によれば、各部分層用材料を硬化する際には、個々の硬化特性に適した加熱温度および加熱時間に加熱条件を調整し、それぞれの部分層用材料の熱硬化を行う。そのため、回転ドラムに投入された部分層用材料を、その投入順に安定かつ確実に熱硬化させることができる。   According to the second aspect of the present invention, when each partial layer material is cured, the heating conditions are adjusted to the heating temperature and the heating time suitable for the individual curing characteristics, and the heat of each partial layer material is adjusted. Curing is performed. Therefore, the material for the partial layer put into the rotating drum can be thermoset stably and surely in the order of feeding.

各部分層用材料は、混入された充填剤の添加量およびその組成が異なるため、硬化特性がそれぞれ異なる。よって、各部分層用材料の熱硬化は、個々の硬化特性に適合した加熱温度および加熱時間で調整される必要がある。   Each partial layer material has different curing characteristics because the amount of the mixed filler added and the composition thereof are different. Therefore, the thermosetting of each partial layer material needs to be adjusted by the heating temperature and the heating time suitable for the individual curing characteristics.

請求項３に記載の発明は、各部分層材料は、対応する前記液状熱硬化性高分子材料の主剤と硬化剤とを分けた状態で、前記回転ドラムに投入される前に、予熱、攪拌および脱気される請求項１または請求項２に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法である。   According to a third aspect of the present invention, each partial layer material is preheated and stirred before being put into the rotating drum in a state where the main component and the curing agent of the corresponding liquid thermosetting polymer material are separated. The method for producing a cylindrical functionally gradient material according to claim 1 or 2, wherein the material is deaerated.

請求項３に記載の発明によれば、各部分層材料を、回転ドラムへの投入前に予熱、攪拌および脱気するので、ドラム投入された部分層材料の硬化時間を短縮することができる。   According to the third aspect of the present invention, since each partial layer material is preheated, stirred and degassed before being charged into the rotating drum, the curing time of the partial layer material charged into the drum can be shortened.

各部分層用材料の予熱温度は、液状熱硬化性高分子材料の組成により変更される。例えば、１００〜１５０℃である（例えば１４０℃、５分で硬化する液状熱硬化性高分子材料の使用時に、回転ドラムへの注入後、３〜１０分で硬化するように調整）。
各部分層用材料は同じ温度で予熱してもよいし、それぞれの硬化温度に合わせて温度差を付けてもよい。
液状熱硬化性高分子材料の主剤と硬化剤およびこれに充填剤を混合した混合物を攪拌、脱気、予熱する方法としては、例えば、液状熱硬化性高分子材料が全く硬化しない温度または円筒状傾斜機能材料の作製時まで硬化しない温度を保持し、これらの攪拌、脱気を行う。その後、この脱気された混合物を円筒状傾斜機能材料の作製時までは硬化しない温度で予熱する。これとは別の方法として、充填剤が添加された主剤と充填剤が添加された硬化剤とを別々に攪拌、脱気し、これらを別々に予熱する。予熱後の主剤と硬化剤との混合物は、その後、円筒状傾斜機能材料の作製工程で回転ドラムに投入される。
液状熱硬化性高分子材料の主剤と硬化剤との攪拌、脱気は、公知の攪拌、公知の真空脱気装置を使用してもよい。 The preheating temperature of each partial layer material is changed depending on the composition of the liquid thermosetting polymer material. For example, it is 100-150 degreeC (For example, it adjusts so that it may harden | cure in 3 to 10 minutes after injection | pouring to a rotating drum at the time of use of the liquid thermosetting polymer material hardened | cured in 140 degreeC and 5 minutes).
Each partial layer material may be preheated at the same temperature, or a temperature difference may be set according to the curing temperature.
As a method of stirring, degassing, and preheating a mixture of a liquid thermosetting polymer material, a curing agent, and a filler mixed therewith, for example, a temperature at which the liquid thermosetting polymer material does not cure at all or a cylindrical shape The temperature which does not harden | cure until the time of preparation of a functionally gradient material is maintained, and these stirring and deaeration are performed. Thereafter, the degassed mixture is preheated at a temperature that does not cure until the cylindrical functionally gradient material is produced. As another method, the main agent to which the filler is added and the curing agent to which the filler is added are separately stirred and degassed, and these are preheated separately. The mixture of the main agent and the curing agent after preheating is then charged into the rotating drum in the process of producing the cylindrical functionally gradient material.
For the stirring and deaeration of the main component of the liquid thermosetting polymer material and the curing agent, a known stirring or a known vacuum degassing apparatus may be used.

請求項４に記載の発明は、液状熱硬化性高分子材料の特性を変更可能な充填剤を含む前記液状熱硬化性高分子材料が投入される回転ドラムと、該回転ドラムを回転させる回転手段と、添加量および組成のうち、少なくとも１つが異なる充填剤を均一に分散させることで特性がそれぞれ異なった複数の部分層用材料を、前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから該円筒状傾斜機能材料の最内層形成用のものへと順に前記回転ドラムに投入する部分材料投入手段と、前記回転ドラムに投入された各部分層用材料を、それぞれ加熱して硬化させる加熱手段とを備え、前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期を、それより１つ前に前記回転ドラムに投入された部分層用材料の熱硬化が完了した時点およびその前後とし、前記回転手段による前記回転ドラムの回転速度を、該回転ドラムに投入された部分層用材料中の充填剤が、該部分層用材料に略均一に分散した状態で保持される速度とした円筒状傾斜機能材料製造装置である。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a rotating drum into which the liquid thermosetting polymer material containing a filler capable of changing the properties of the liquid thermosetting polymer material is charged, and a rotating means for rotating the rotating drum. A plurality of partial layer materials having different properties by uniformly dispersing fillers having different addition amounts and compositions among the addition amount and the composition from those for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material. Partial material charging means for sequentially charging the rotating drum with the material for forming the innermost layer of the cylindrical functionally gradient material, and heating means for heating and curing the partial layer materials charged to the rotating drum, respectively. A drum loading timing of each partial layer material except for the outermost layer forming material of the cylindrical functionally gradient material is set, and the thermosetting of the partial layer material charged in the rotary drum one before is performed. When completed And the rotation speed of the rotating drum by the rotating means is maintained in a state where the filler in the partial layer material charged into the rotary drum is substantially uniformly dispersed in the partial layer material. It is a cylindrical functionally graded material manufacturing apparatus with a speed.

請求項４に記載の発明によれば、各部分層用材料の熱硬化時には、各部分層用材料の充填剤がドラム円周方向に均一な密度で分布される速度で、ドラム回転手段により回転ドラムを回転させる。これにより、各部分層用材料中の充填剤の粒子には、遠心力の影響がほとんどない。その結果、組成が異なる複数の充填剤の使用だけでなく、仮に１種類だけの充填剤を使用した場合でも、特性が半径方向に任意に傾斜した円筒状傾斜機能材料を、容易かつ安価に製造することができる。   According to the invention described in claim 4, when each partial layer material is thermoset, the partial layer material is rotated by the drum rotating means at a speed at which the filler of each partial layer material is distributed at a uniform density in the drum circumferential direction. Rotate the drum. Thus, the filler particles in each partial layer material are hardly affected by centrifugal force. As a result, not only the use of multiple fillers with different compositions but also the use of only one type of filler, it is possible to easily and inexpensively manufacture cylindrical functionally gradient materials whose characteristics are arbitrarily inclined in the radial direction. can do.

また、回転中の回転ドラム内では、充填剤により特性を異ならせた複数の部分層用材料を、最外層形成用のものから最内層形成用のものへと順に加熱手段により熱硬化させる。そのため、従来のように各組成の充填剤の粒度調整を厳密に行った上で、比重差を利用し、各充填剤を円筒状傾斜機能材料の半径方向の任意位置にそれぞれ分布させる必要はない。これにより、充填剤の粒度調整の許容度は大きくなる。
しかも、円筒状傾斜機能材料は、このように充填剤が各層全域で略均一に分布された複数の部分層を半径方向に連続して作製することで得られる。よって、各充填剤の傾斜分布の正否が各組成の充填剤の組み合わせで決定される従来法に比べて、最適な傾斜特性を有する円筒状傾斜機能材料を容易に製造することができる。 Further, in the rotating drum that is rotating, a plurality of partial layer materials having different properties depending on the filler are thermally cured by heating means in order from the outermost layer forming material to the innermost layer forming material. Therefore, it is not necessary to distribute the fillers at arbitrary positions in the radial direction of the cylindrical functionally gradient material by using the specific gravity difference after strictly adjusting the particle size of the fillers of each composition as in the prior art. . This increases the tolerance for particle size adjustment of the filler.
In addition, the cylindrical functionally gradient material can be obtained by continuously producing a plurality of partial layers in which the filler is substantially uniformly distributed over the entire area in the radial direction. Therefore, it is possible to easily manufacture a cylindrical functionally gradient material having optimum gradient characteristics as compared with the conventional method in which whether the gradient distribution of each filler is right or wrong is determined by the combination of fillers having each composition.

ドラム回転手段としては、例えば電動モータ、油圧モータなどの各種のアクチュエータを採用することができる。
加熱手段としては、例えば電気ヒータ、誘導加熱装置、誘電加熱装置などを採用することができる。また、加熱手段は、回転ドラムの外周板に接触させてもよいし（ブラシ式）、その近傍に若干離間して配置してもよいし、回転ドラムの回転軸に沿って配置してもよい。加熱手段は、回転ドラムに投入された部分層用材料に適応した温度で、かつドラム周方向に均一に加熱することができるものでなければならない。 As the drum rotating means, for example, various actuators such as an electric motor and a hydraulic motor can be employed.
As the heating means, for example, an electric heater, an induction heating device, a dielectric heating device, or the like can be employed. Further, the heating means may be brought into contact with the outer peripheral plate of the rotating drum (brush type), may be disposed slightly apart in the vicinity thereof, or may be disposed along the rotating shaft of the rotating drum. . The heating means must be capable of heating uniformly in the circumferential direction of the drum at a temperature suitable for the material for the partial layer put into the rotating drum.

部分材料投入手段としては、真空ポンプにより回転ドラム内に各部分層用材料を吸引して投入するものを採用することができる。その他、各種のアクチュエータ（電動シリンダ、油圧シリンダ、エアシリンダなど）を利用し、各部分層用材料を回転ドラム内に圧入するものを採用してもよい。さらに、定量注入ポンプなどにより各部分層用材料を回転ドラム内に注入するものを採用してもよい。
回転ドラムの軸部は、回転ドラムを軸線に沿った貫通状態で固定されたものでもよい。その場合、軸部を管体とし、かつ軸部の一端部に各部分層用材料の材料導入口を形成するとともに、軸部のドラム内の部分に各部分層用材料の投入孔を形成してもよい。こうすれば、回転ドラムを回転させながら、各部分層用材料を材料導入口から軸部内に導入し、その後、投入孔を通して各部分層用材料を回転ドラムに投入させることができる。また、回転ドラムと軸部との間にベアリングを介在させることで、回転ドラムが回転しても軸部は回転しないように構成してもよい。 As the partial material feeding means, it is possible to employ a means for sucking and feeding each partial layer material into the rotary drum by a vacuum pump. In addition, various actuators (such as an electric cylinder, a hydraulic cylinder, and an air cylinder) may be used to press-fit each partial layer material into the rotating drum. Furthermore, you may employ | adopt what inject | pours each partial layer material into a rotating drum with a fixed injection pump.
The shaft portion of the rotating drum may be fixed to the rotating drum in a penetrating state along the axis. In that case, the shaft portion is a tube, and the material inlet for each partial layer material is formed at one end of the shaft portion, and the inlet for each partial layer material is formed in the portion of the shaft portion in the drum. May be. If it carries out like this, each partial layer material can be introduce | transduced in a shaft part from a material introduction port, rotating a rotating drum, Then, each partial layer material can be thrown into a rotating drum through an injection hole. Further, a bearing may be interposed between the rotating drum and the shaft portion so that the shaft portion does not rotate even when the rotating drum rotates.

液状熱硬化性高分子材料の主剤とその硬化剤とを混合すると、その混合物の温度により硬化時間が変化する。短時間で硬化させるには高温とする。液状熱硬化性高分子材料は常温では硬化せず、温度を高めると硬化する。例えば、６０℃では１時間、７０℃では３０分、８０℃では１５分となる。
また、充填剤は、主剤にのみ混合攪拌してもよいし、硬化剤にのみ混合攪拌してもよいし、主剤と硬化剤との両方に混合、攪拌してもよい。なお、この状態で予熱することも可能である。ただし、硬化剤はドラム投入直前に混合、攪拌、脱気を行い、ドラム投入前の予熱により硬化しないように注意しなければならない。また、充填剤の混合比は任意である。例えば、主剤１００重量部に対して充填剤を４０重量部、硬化剤１００重量部に対して充填剤を６０重量部でもよい。 When the main component of the liquid thermosetting polymer material and the curing agent are mixed, the curing time varies depending on the temperature of the mixture. High temperature is required for curing in a short time. The liquid thermosetting polymer material does not cure at room temperature, and cures when the temperature is increased. For example, it is 1 hour at 60 ° C., 30 minutes at 70 ° C., and 15 minutes at 80 ° C.
The filler may be mixed and stirred only in the main agent, mixed and stirred only in the curing agent, or mixed and stirred in both the main agent and the curing agent. It is possible to preheat in this state. However, the curing agent must be mixed, stirred and degassed immediately before the drum is charged, and care must be taken not to cure by preheating before the drum is charged. The mixing ratio of the filler is arbitrary. For example, the filler may be 40 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the main agent, and the filler may be 60 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the curing agent.

各部分層用材料を作製する方法は限定されない。例えば、各部分層用材料を手作業で作製してもよいし、機械的に大量生産してもよい。機械による場合には、例えば各部分層用材料用の充填剤と液状熱硬化性高分子材料とを１つの混合用タンクに投入（挿填）し、これらをタンク内に組み込まれた回転羽根により攪拌して混合する方法などを採用することができる。また、混合タンク内に空気などのガスをバブリングし、これらを攪拌混合する方法でもよい。
部分材料投入手段としては、例えば、各部分層用材料を個別に収納する複数の部分材料タンクと、各部分材料タンクから部分層用材料を回転ドラムに個別に移送する複数台の部分材料移送装置とを有したものなどを採用することができる。なお、部分材料移送装置の使用台数を１台とし、切り替え弁付きの部分材料供給管を各部分材料タンクと回転ドラムとにより連通し、各部分層用材料を回転ドラムに投入するようにしてもよい。 The method for producing each partial layer material is not limited. For example, each partial layer material may be produced manually or mechanically mass-produced. In the case of using a machine, for example, a filler for each partial layer material and a liquid thermosetting polymer material are introduced (inserted) into one mixing tank, and these are inserted by a rotating blade incorporated in the tank. A method of stirring and mixing can be employed. Alternatively, a gas such as air may be bubbled into the mixing tank and these may be stirred and mixed.
As the partial material input means, for example, a plurality of partial material tanks for individually storing each partial layer material, and a plurality of partial material transfer devices for individually transferring the partial layer material from each partial material tank to the rotating drum The thing etc. which can be used can be employ | adopted. Note that the number of partial material transfer devices used is one, the partial material supply pipe with a switching valve is connected by each partial material tank and the rotating drum, and each partial layer material is put into the rotating drum. Good.

請求項５に記載の発明は、前記回転ドラムには、該回転ドラムに投入された各部分層用材料の温度を測定する複数の温度センサが配設され、各温度センサからの検出信号に基づき、前記加熱手段による各部分層用材料の加熱温度、加熱時間をそれぞれ制御する請求項４に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置である。   According to a fifth aspect of the present invention, the rotary drum is provided with a plurality of temperature sensors for measuring the temperature of each partial layer material put into the rotary drum, and based on detection signals from the temperature sensors. The cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the heating temperature and the heating time of each partial layer material by the heating means are controlled.

請求項５に記載の発明によれば、回転ドラム内に投入された各部分層用材料の反応熱を温度センサによりそれぞれ測定する。液状熱硬化性高分子材料は硬化時に反応熱が発生し、温度が上昇する。この反応熱を各温度センサにより検出し、それらの検出信号に基づき、例えば次に投入される部分層用材料の投入時期を制御する。具体的には、予め液状熱硬化性高分子材料の硬化特性を、加熱温度と加熱時間の関係を調べる試験を行って把握しておく。各温度センサによる温度検出は、その検出温度から、液状熱硬化性高分子材料が未硬化状態または硬化状態であるかを把握するものである。例えば、最外層（第１層）形成用の部分層用材料の硬化特性を考慮し、最外層形成用の部分層用材料の温度調整を行う。その後の層（第２層以降）は、各温度センサからの検出温度により、次に投入される部分用材料の投入タイミングを順次図る。その結果、回転ドラムに投入された部分層用材料を、その投入順に安定かつ確実に熱硬化させることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the reaction heat of each partial layer material put into the rotary drum is measured by the temperature sensor. The liquid thermosetting polymer material generates reaction heat at the time of curing, and the temperature rises. This reaction heat is detected by each temperature sensor, and based on those detection signals, for example, the timing of charging the partial layer material to be input next is controlled. Specifically, the curing characteristics of the liquid thermosetting polymer material are grasped in advance by conducting a test for examining the relationship between the heating temperature and the heating time. The temperature detection by each temperature sensor grasps whether the liquid thermosetting polymer material is in an uncured state or a cured state from the detected temperature. For example, considering the curing characteristics of the partial layer material for forming the outermost layer (first layer), the temperature of the partial layer material for forming the outermost layer is adjusted. Subsequent layers (from the second layer onward) sequentially aim at the timing of charging the partial material to be charged next, depending on the temperature detected from each temperature sensor. As a result, the partial layer material charged into the rotating drum can be stably and reliably thermoset in the order of charging.

温度センサとしては、例えば熱伝対などを採用することができる。温度センサの使用個数および回転ドラム内での設置位置は限定されない。ただし、回転ドラム内に投入された各部分層用材料の温度を測定可能な個数および設置位置でなければならない。
加熱手段により制御される各部分層用材料の加熱（加熱条件）とは、例えば加熱温度、加熱時間などが挙げられる。
温度センサは、部分層用材料の温度を直接検出してもよいし、回転ドラム内の気中温度（回転ドラムの内部空間の温度）を検出してもよい。また、試験的に部分層用材料または気中の温度を検出してもよい。加熱手段による制御は、これらの１つまたは２つ以上の検出信号に基づいて行うことができる。 For example, a thermocouple can be used as the temperature sensor. The number of temperature sensors used and the installation position in the rotating drum are not limited. However, it must be the number and the installation position where the temperature of each partial layer material put in the rotating drum can be measured.
Examples of the heating (heating conditions) of each partial layer material controlled by the heating means include heating temperature and heating time.
The temperature sensor may directly detect the temperature of the partial layer material, or may detect the air temperature in the rotating drum (the temperature of the internal space of the rotating drum). Moreover, you may detect the material for partial layers, or the temperature in the air experimentally. The control by the heating means can be performed based on one or more of these detection signals.

請求項６に記載の発明は、前記加熱手段は、前記回転ドラムの周側板を加熱するものである請求項４または請求項５に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置である。   The invention according to claim 6 is the cylindrical functionally graded material manufacturing apparatus according to claim 4 or 5, wherein the heating means heats the peripheral side plate of the rotating drum.

請求項６に記載の発明によれば、回転ドラムの周側板を加熱手段により加熱し、ドラム内の各部分層用材料を熱硬化させる。これにより、例えば回転ドラムの軸線上に配置された加熱体を用いて加熱する場合に比べて、各部分層用材料の周方向において、各部分層用材料の厚さの均一性と充填剤の密度の均一性とをそれぞれ高めることができる。
加熱手段により加熱されるのは、回転ドラムの周側板の全部でもよい。 According to invention of Claim 6, the surrounding side board of a rotating drum is heated with a heating means, and each partial layer material in a drum is thermosetted. Thereby, compared with the case where it heats using the heating body arrange | positioned on the axis line of a rotating drum, for example, in the circumferential direction of each partial layer material, the uniformity of the thickness of each partial layer material and a filler The uniformity of density can be improved.
The entire peripheral plate of the rotating drum may be heated by the heating means.

請求項７に記載の発明は、各部分層材料を、前記回転ドラムへの投入前に予熱する予熱手段を有した請求項４〜請求項６のうち、何れか１項に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置である。   The invention according to claim 7 has a cylindrical inclination according to any one of claims 4 to 6, further comprising preheating means for preheating each partial layer material before being charged into the rotating drum. Functional material manufacturing equipment.

請求項７に記載の発明によれば、各部分層材料を、予熱手段により回転ドラムへの投入前に予熱するので、ドラム投入された部分層材料の硬化時間を短縮することができる。
予熱手段を設ける場合には、各部分層用材料が熱硬化し易い温度まで昇温されて、管状の回転軸体を通過して回転ドラムの中央部に投入されるため、回転ドラムの両端板に断熱板を配設した方が好ましい。これにより、各部分層用材料が回転軸体を通過中に熱硬化することを防止できる。
予熱手段としては、回転ドラムの外部に配置された例えば電気ヒータ、誘導加熱装置、誘電加熱装置などを採用することができる。１台の予熱手段により、各部分層用材料の全てを予熱してもよいし、複数台の予熱手段により、各部分層用材料を個別に予熱してもよい。 According to the seventh aspect of the present invention, since each partial layer material is preheated by the preheating means before being charged into the rotating drum, the curing time of the partial layer material charged into the drum can be shortened.
In the case of providing preheating means, each partial layer material is heated to a temperature at which it can be easily cured, passed through the tubular rotary shaft body, and put into the central portion of the rotary drum. It is preferable to arrange a heat insulating plate on the surface. Thereby, each partial layer material can be prevented from being thermoset while passing through the rotating shaft body.
As the preheating means, for example, an electric heater, an induction heating device, a dielectric heating device or the like disposed outside the rotating drum can be employed. All the partial layer materials may be preheated by one preheating means, or each partial layer material may be individually preheated by a plurality of preheating means.

請求項１に記載された円筒状傾斜機能材料製造方法および請求項４に記載された円筒状傾斜機能材料製造装置によれば、部分層用材料中に充填剤が略均一に保たれる速度で回転ドラムを回転させるので、組成が異なる複数の充填剤を使った場合だけでなく１種類の充填剤を使った場合でも、特性が半径方向に任意に傾斜した円筒状傾斜機能材料を、容易かつ安価に製造することができる。
また、特性が異なる複数の部分層用材料を、円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから最内層形成用のものへと順に熱硬化させるので、充填剤の比重差を利用した従来技術の場合のように、予め各組成の充填剤の粒度調整を厳密に行う必要がない。その結果、充填剤の粒度調整の許容度が大きくなる。しかも、最適な傾斜特性を有した円筒状傾斜機能材料を容易に製造することができる。 According to the cylindrical functionally gradient material manufacturing method according to claim 1 and the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 4, the filler is kept substantially uniform in the partial layer material. Since the rotating drum is rotated, a cylindrical functionally graded material whose characteristics are arbitrarily inclined in the radial direction can be easily and easily obtained not only when a plurality of fillers having different compositions are used but also when one kind of filler is used. It can be manufactured at low cost.
In addition, since the materials for partial layers with different properties are thermoset in order from the outermost layer forming material of the cylindrical functionally gradient material to the innermost layer forming material, the conventional technology using the specific gravity difference of the filler As in the case of, it is not necessary to strictly adjust the particle size of the filler of each composition in advance. As a result, the tolerance for particle size adjustment of the filler increases. In addition, a cylindrical functionally gradient material having optimum gradient characteristics can be easily manufactured.

特に、請求項２に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法および請求項５に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置によれば、各温度センサによる温度信号に基づき、回転ドラム内の部分層用材料が未硬化状態または硬化状態であるかを把握する。そして、最外層の部分層用材料に対してはその硬化特性を考慮し、ドラム投入されたその部分層用材料の温度調整を行う。その他の部分層用材料については、前記各検出温度に基づき、部分層用材料のドラム内への投入タイミングを図る。その結果、回転ドラムに投入された部分層用材料を、その投入順に安定かつ確実に熱硬化させることができる。   In particular, according to the cylindrical functionally gradient material manufacturing method according to claim 2 and the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 5, the material for the partial layer in the rotating drum is based on the temperature signal from each temperature sensor. To determine whether is uncured or cured. Then, with respect to the partial layer material of the outermost layer, the curing characteristics are taken into consideration, and the temperature of the partial layer material put into the drum is adjusted. For the other partial layer materials, the timing of charging the partial layer material into the drum is achieved based on the detected temperatures. As a result, the partial layer material charged into the rotating drum can be stably and reliably thermoset in the order of charging.

また、請求項３に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法および請求項７に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置によれば、各部分層材料を、回転ドラムに投入される前に予熱、攪拌、脱気するので、ドラム投入された部分層材料の硬化時間を短縮することができる。   According to the cylindrical functionally gradient material manufacturing method according to claim 3 and the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 7, each partial layer material is preheated and stirred before being put into the rotating drum. Since deaeration is performed, the curing time of the partial layer material charged into the drum can be shortened.

そして、請求項６に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置によれば、回転ドラムの周側板を加熱手段により加熱し、ドラム内の各部分層用材料を熱硬化させるので、例えば回転ドラムの軸線上に配置された加熱体を用いて加熱する場合に比べて、各部分層用材料の周方向において、各部分層用材料の厚さの均一性と充填剤の密度の均一性とをそれぞれ高めることができる。   According to the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus of the sixth aspect, the peripheral side plate of the rotating drum is heated by the heating means, and the material for each partial layer in the drum is thermally cured. Compared with heating using a heating element arranged on the wire, the thickness uniformity of each partial layer material and the density of the filler are increased in the circumferential direction of each partial layer material. be able to.

以下、この発明の実施例を具体的に説明する。   Examples of the present invention will be specifically described below.

図１〜図５において、１０はこの発明の実施例１に係り、半径方向の位置で特性が異なった円筒状傾斜機能材料Ａを製造する円筒状傾斜機能材料製造装置（以下、傾斜材料製造装置）である。
この傾斜材料製造装置１０は、材料の特性を変更可能なアルミナ（充填剤）を含む液状熱硬化性高分子材料が投入される回転ドラム１１と、回転ドラム１１を回転させる電動モータ（回転手段）１２と、回転ドラム１１に投入された液状熱硬化性高分子材料を加熱する電気ヒータ（加熱手段）１３と、液状熱硬化性高分子材料を特性が異なる３つの部分層用材料ａ〜ｃから構成し、これらを円筒状傾斜機能材料Ａの最外層形成用のものから最内層形成用のものへと順に回転ドラム１１に投入する真空ポンプ（部分材料投入手段）とを備えている。 1 to 5, reference numeral 10 relates to a first embodiment of the present invention, and a cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus (hereinafter referred to as a gradient material manufacturing apparatus) that manufactures a cylindrical functionally gradient material A having different characteristics at radial positions. ).
The gradient material manufacturing apparatus 10 includes a rotating drum 11 into which a liquid thermosetting polymer material containing alumina (filler) that can change material characteristics is charged, and an electric motor (rotating means) that rotates the rotating drum 11. 12, an electric heater (heating means) 13 for heating the liquid thermosetting polymer material charged into the rotating drum 11, and the liquid thermosetting polymer material from three partial layer materials a to c having different characteristics. And a vacuum pump (partial material feeding means) for feeding them into the rotating drum 11 in order from one for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material A to one for forming the innermost layer.

以下、各構成部品を詳細に説明する。
液状熱硬化性高分子材料は、熱硬化性エポキシ樹脂（以下、主剤）と硬化剤とからなる２液混合タイプである。
各部分層用材料ａ〜ｃは、主剤１００重量部に対して硬化剤が８０重量部添加され、さらに必要により所定量の充填剤が添加されたものである。
具体的には、（１）主剤およびこの主剤１００重量部に対して８０重量部の硬化剤からなる最外層用材料ａと、（２）前記主剤、最外層用材料ａの場合と同量の硬化剤、前記主剤１００重量部に対して５０重量部のアルミナからなる中間層用材料ｂと、（３）前記主剤、最外層用材料ａの場合と同量の硬化剤、主剤１００重量部に対して１００重量部のアルミナからなる最内層用材料ｃという３種類の部分層用材料である。 Hereinafter, each component will be described in detail.
The liquid thermosetting polymer material is a two-component mixed type composed of a thermosetting epoxy resin (hereinafter, main agent) and a curing agent.
Each of the partial layer materials a to c is obtained by adding 80 parts by weight of a curing agent to 100 parts by weight of the main agent, and further adding a predetermined amount of filler as necessary.
Specifically, (1) the outermost layer material a comprising 80 parts by weight of the main agent and 100 parts by weight of the main agent, and (2) the same amount as in the case of the main agent and outermost layer material a. Curing agent, intermediate layer material b composed of 50 parts by weight of alumina with respect to 100 parts by weight of the main agent, and (3) the same amount of curing agent as 100 parts by weight of the main agent and outermost layer material a. On the other hand, there are three types of partial layer materials, ie, an innermost layer material c made of 100 parts by weight of alumina.

主剤としてはナガセケムテックス社製の「ＥＰＯＸＹ ＲＥＳＩＮＣＹ２２５」を採用し、硬化剤としてはナガセケムテックス社製の「ＨＡＲＤＥＮＥＲ ＨＹ９２５」を採用している。ゲル化時間は３〜８分（１４０℃）である。さらに、充填剤としては、日本軽金属社製のアルミナである「Ａ−３２」を採用している。その平均粒径は０．８μｍである。   “EPOXY RESINCY225” manufactured by Nagase ChemteX is used as the main agent, and “HARDENER HY925” manufactured by Nagase ChemteX is used as the curing agent. The gel time is 3-8 minutes (140 ° C.). Furthermore, “A-32”, which is alumina manufactured by Nippon Light Metal Co., Ltd., is used as the filler. Its average particle size is 0.8 μm.

各部分層用材料ａ〜ｃは、図示しない各層専用の混合用ドラム内で攪拌羽根を電動モータにより回転させ、主剤、硬化剤および必要により所定量のアルミナを略均一に攪拌混合させたものである。
これらの部分層用材料ａ（ａ１，ａ２）、ｂ（ｂ１，ｂ２）、ｃ（ｃ１，ｃ２）は、電気式の予熱ヒータ（予熱手段）１５をそれぞれ有した最外層用タンクＡ１，Ａ２、中間層用タンクＢ１，Ｂ２および最内層用タンクＣ１，Ｃ２に別々に貯蔵されている。
前記最外層用材料ａ１は最外層用材料ａの主剤で、最外層用タンクＡ１に収納されている。最外層用材料ａ２は最外層用材料ａの硬化剤で、最外層用タンクＡ２に収納されている。中間層用材料ｂ１は中間層用材料ｂの主剤と充填剤で、中間層用タンクＢ１に収納されている。中間層用材料ｂ２は中間層用材料ｂの硬化剤と充填剤で、中間層用タンクＢ２に収納されている。最内層用材料ｃ１は最外層用材料ｃの主剤と充填剤で、最内層用タンクＣ１に収納されている。最内層用材料ｃ２は最内層用材料ｃの硬化剤と充填剤で、最内層用タンクＣ２に収納されている。各予熱ヒータ１５による予熱温度は、何れも１１０℃である。 Each of the partial layer materials a to c is obtained by rotating a stirring blade with an electric motor in a mixing drum dedicated to each layer (not shown) and stirring and mixing the main agent, a curing agent, and if necessary, a predetermined amount of alumina substantially uniformly. is there.
These partial layer materials a (a1, a2), b (b1, b2), c (c1, c2) are tanks A1, A2 for outermost layers each having an electric preheating heater (preheating means) 15, They are stored separately in the intermediate layer tanks B1, B2 and the innermost layer tanks C1, C2.
The outermost layer material a1 is the main component of the outermost layer material a, and is stored in the outermost layer tank A1. The outermost layer material a2 is a curing agent for the outermost layer material a and is stored in the outermost layer tank A2. The intermediate layer material b1 is the main agent and filler of the intermediate layer material b and is stored in the intermediate layer tank B1. The intermediate layer material b2 is the curing agent and filler of the intermediate layer material b and is stored in the intermediate layer tank B2. The innermost layer material c1 is the main agent and filler of the outermost layer material c, and is stored in the innermost layer tank C1. The innermost layer material c2 is a curing agent and a filler of the innermost layer material c, and is stored in the innermost layer tank C2. The preheating temperature by each preheating heater 15 is 110 ° C.

回転ドラム１１は水平な軸線を有した横型ドラムで、周側板（ＣｒＣｕ製）１６とこの周側板１６の両開口部を塞ぐ１対の端板（鉄系金属製）１７，１８とを、組み立て分解自在にボルト連結したものである。一方の端板１７の中央部には、各部分層用材料ａ〜ｃをドラム内に投入する投入孔１７ａが形成されている。回転ドラム１１の他方の端板１８の中央部には、ドラム内の空気を真空ポンプ１４の負圧力により外部へ強制排気し、これによりドラム内空間を負圧化することで、各部分層用材料ａ〜ｃを回転ドラム１１内に吸引する空気抜き孔１８ａが形成されている。   The rotary drum 11 is a horizontal drum having a horizontal axis, and assembles a peripheral plate (CrCu) 16 and a pair of end plates (iron-based metal) 17 and 18 that close both openings of the peripheral plate 16. It is bolted so that it can be disassembled freely. In the central portion of one end plate 17, a charging hole 17 a for charging each of the partial layer materials a to c into the drum is formed. At the central portion of the other end plate 18 of the rotating drum 11, the air in the drum is forcibly exhausted to the outside by the negative pressure of the vacuum pump 14, and thereby the internal space of the drum is made negative pressure. Air vent holes 18 a for sucking the materials a to c into the rotary drum 11 are formed.

一方の端板１７の中央部の外側には、軸受１９を介して、各部分層用材料ａ〜ｃのドラム導入管を兼ねた一方の軸部２０が突設されている。一方の端板１７の外側と一方の軸部２０の元部側とは、互いに接触状態ではあるが固定されていない。前記投入孔１７ａと一方の軸部２０の管路とは連通されている。また、一方の軸部２０は、その長さ方向の略中間部が、架台板２１に立設された支柱２２の上端部に固定されている。一方の軸部２０の先端部の上側には、すり鉢形状を有した材料投入部２３が固着されている。材料投入部２３の底側の中央部には、短尺な孔２３ａが形成されている。この孔２３ａが前記一方の軸部２０の管路と連通されている。   On the outside of the central portion of one end plate 17, one shaft portion 20 that also serves as a drum introduction pipe for each of the partial layer materials a to c is projected through a bearing 19. The outer side of one end plate 17 and the base part side of one shaft part 20 are in contact with each other but are not fixed. The introduction hole 17a and the pipe line of the one shaft portion 20 are communicated with each other. Further, one shaft portion 20 has a substantially intermediate portion in the length direction fixed to an upper end portion of a column 22 erected on the gantry plate 21. A material charging portion 23 having a mortar shape is fixed to the upper side of the tip portion of one shaft portion 20. A short hole 23 a is formed in the center portion on the bottom side of the material charging portion 23. The hole 23 a communicates with the pipe line of the one shaft portion 20.

材料投入部２３には、上流側部に、前記各材料タンクＡ１〜Ｃ１，Ａ２〜Ｃ２に連通された６本の分岐管２４ａ〜２４ｆを有した材料導入管２４の下流部が連通されている。各分岐管２４ａ〜２４ｆには開閉弁２５が１つずつ設けられている。また、材料導入管２４の下流部には、圧送ポンプＰと攪拌・脱気装置５０とが、下流に向かって順に設けられている。各開閉弁２５を開閉操作し、圧送ポンプＰを作動させることにより、材料導入管２４を介して、各部分層用材料ａ〜ｃが所定順序で、攪拌・脱気装置５０内で攪拌混合および脱気されてから材料投入部２３に導入される。
前記軸受１９のうち、外筒ケーシングのドラム側の端部には、一方の端板１７と略同じ外径のフランジ１９ａが一体形成されている。フランジ１９ａは、ドーナツ形状を有した断熱板２６を挟み込んだ状態で、一方の端板１７に着脱自在にボルト連結されている。 A downstream portion of the material introduction pipe 24 having six branch pipes 24a to 24f communicated with the material tanks A1 to C1 and A2 to C2 is communicated with the material input section 23 at the upstream side section. . Each branch pipe 24a-24f is provided with one on-off valve 25. In addition, a pressure pump P and an agitation / deaeration device 50 are sequentially provided downstream from the material introduction pipe 24 toward the downstream. By opening / closing each on-off valve 25 and operating the pressure feed pump P, the partial layer materials a to c are stirred and mixed in the stirring / deaeration device 50 in a predetermined order via the material introduction pipe 24. After being degassed, it is introduced into the material charging unit 23.
Of the bearing 19, a flange 19 a having an outer diameter substantially the same as that of the one end plate 17 is integrally formed at the end of the outer casing on the drum side. The flange 19a is detachably bolted to one end plate 17 with a heat insulating plate 26 having a donut shape interposed therebetween.

前記他方の端板１８の中央部の外側には、フランジ２７ａ付きの連結管２７を介して、管路が各部分層用材料ａ〜ｃの吸引路となった管形状の他方の軸部２８が突設されている。連結管２７は、他方の軸部２８の元部に固定状態で外嵌されている。また、連結管２７のフランジ２７ａは、ドーナツ形状の別の断熱板２６を挟み込んだ状態で、他方の端板１８に着脱自在にボルト連結されている。他方の軸部２８の長さ方向の略中間部とその先端部とは、各軸受２９を介して、架台板２１上で互いに離間した１対の支柱３０の上端部にそれぞれ回転自在に支持されている。
他方の軸部２８のうち、両支柱３０の間の部分には、従動側のスプロケット３１が固着されている。これに対応する主動側のスプロケット３２が、回転ドラム１１の一側方に設けられた電動モータ１２の出力軸に固着されている。両スプロケット３１，３２間には、無端チェーン３３が掛け渡されている。主動側のスプロケット３２を電動モータ１２により回転させると、その回転力が無端チェーン３３、従動側のスプロケット３１を経て他方の軸部２８に伝達される。これにより、一方の軸部２０に軸支された回転ドラム１１が、両軸部２０，２８を中心にして所定速度で回転される。 On the outer side of the central portion of the other end plate 18, the other shaft-shaped shaft portion 28 in which the pipe line serves as a suction path for each of the partial layer materials a to c via a connecting pipe 27 with a flange 27 a. Is protruding. The connecting tube 27 is externally fitted in a fixed state to the base portion of the other shaft portion 28. The flange 27a of the connecting pipe 27 is detachably bolted to the other end plate 18 with another heat insulating plate 26 having a donut shape interposed therebetween. The substantially intermediate portion in the length direction of the other shaft portion 28 and the tip end portion thereof are rotatably supported by the upper end portions of a pair of support columns 30 that are separated from each other on the gantry plate 21 via the bearings 29. ing.
A driven-side sprocket 31 is fixed to a portion between the two columns 30 in the other shaft portion 28. A corresponding sprocket 32 on the main drive side is fixed to the output shaft of the electric motor 12 provided on one side of the rotary drum 11. An endless chain 33 is stretched between the sprockets 31 and 32. When the driving sprocket 32 is rotated by the electric motor 12, the rotational force is transmitted to the other shaft portion 28 through the endless chain 33 and the driven sprocket 31. As a result, the rotary drum 11 pivotally supported by one shaft portion 20 is rotated at a predetermined speed around both shaft portions 20 and 28.

また、他方の軸部２８の先部側の開口部には、ロータリージョイント３４を介して、ホース３５の先端部が連通されている。ホース３５の元部は、真空ポンプ１４の吸引部に連通されている。よって、真空ポンプ１４を作動して負圧力を発生させることで、材料投入部２３に貯留された各部分層用材料ａ〜ｃが、前記短尺な孔２３ａ、一方の軸部２０の管路、投入孔１７ａを順次通過し、回転ドラム１１内に投入される。
回転ドラム１１の周側板１６の外側には、若干の隙間をあけて前記電気ヒータ１３が周設されている。そのため、回転ドラム１１と電気ヒータ１３とは非接触状態にある。電気ヒータ１３としては、周方向に２分割されたバンドヒータが採用されている（図２）。ただし、図示しない円筒形状の電気ヒータでもよい。電気ヒータ１３は、幅広な支柱３６により下方から支持されている。電気ヒータ１３の熱は、電気ヒータ１３と周側板１６との間の空気を熱し、その後、周側板１６に伝達されてドラム内の各部分層用材料ａ〜ｃを加熱する。 The tip of the hose 35 is communicated with the opening on the front side of the other shaft portion 28 via the rotary joint 34. The base part of the hose 35 is communicated with the suction part of the vacuum pump 14. Therefore, by operating the vacuum pump 14 to generate a negative pressure, each of the partial layer materials ac stored in the material charging portion 23 is converted into the short hole 23a, the pipe line of one shaft portion 20, The material passes through the charging holes 17a sequentially and is charged into the rotary drum 11.
The electric heater 13 is provided around the outer side of the peripheral plate 16 of the rotating drum 11 with a slight gap. Therefore, the rotating drum 11 and the electric heater 13 are in a non-contact state. As the electric heater 13, a band heater divided into two in the circumferential direction is employed (FIG. 2). However, a cylindrical electric heater (not shown) may be used. The electric heater 13 is supported from below by a wide column 36. The heat of the electric heater 13 heats the air between the electric heater 13 and the peripheral side plate 16, and then is transmitted to the peripheral side plate 16 to heat the partial layer materials a to c in the drum.

また、回転ドラム１１には、回転ドラム１１に投入された部分層用材料ａの温度を直接測定する４つの熱電対（温度センサ）３７が配設されている（図１および図４）。具体的な各熱電対３７の位置は、回転ドラム１１の周側板１６の長さ方向の中間部において、ドラム内側の上，下端部と、ドラム内側の左，右端部とである。各熱電対３７からの検出信号に基づき、電気ヒータ１３による部分層用材料ａの加熱を制御する。また、一方の軸部２０を通してドラム内に挿入され、回転中の回転ドラム１１内の気中温度を検出する図示しない別の熱電対も使用される。この別の熱電対により、部分層用材料ｂ，ｃのドラム投入タイミングがそれぞれ制御される。具体的には、ドラム内の気中温度を測定することで、例えば各部分層用材料ａ，ｂの硬化時反応熱（温度上昇）を検出し、次に投入する材料の投入タイミングを図る。この硬化時反応熱（温度上昇）の検出には、ＫＥＹＥＮＣＥ製の「ＷＡＶＥ ＴＨＥＲＭＯ １０００」を用いる。   The rotating drum 11 is provided with four thermocouples (temperature sensors) 37 that directly measure the temperature of the partial layer material a charged in the rotating drum 11 (FIGS. 1 and 4). The specific positions of the thermocouples 37 are the upper and lower end portions inside the drum and the left and right end portions inside the drum at the intermediate portion in the length direction of the peripheral side plate 16 of the rotating drum 11. Based on the detection signal from each thermocouple 37, the heating of the partial layer material a by the electric heater 13 is controlled. Further, another thermocouple (not shown) that is inserted into the drum through one shaft portion 20 and detects the air temperature in the rotating drum 11 that is rotating is also used. The drum injection timings of the partial layer materials b and c are controlled by the separate thermocouples. Specifically, by measuring the air temperature in the drum, for example, the reaction heat (temperature rise) at the time of curing of each of the partial layer materials a and b is detected, and the charging timing of the material to be charged next is achieved. “WAVE THERMO 1000” manufactured by KEYENCE is used to detect the heat of reaction (temperature increase) during curing.

次に、この発明の実施例１に係る傾斜材料製造装置１０を用いた円筒状傾斜機能材料製造方法を説明する。
図１〜図３に示すように、あらかじめ６つの開閉弁２５をそれぞれ閉じておき、各予熱ヒータ１５の加熱温度を１１０℃とし、電気ヒータ１３の加熱温度を１５０℃とし、回転ドラム１１の内壁温度を約１２５℃とする。よって、回転ドラム１１は使用前に加熱される。また、中間層用材料ｂおよび最内層用材料ｃを作製する。具体的には、図示しない各層専用の混合用ドラム内で、攪拌羽根により主剤と所定量のアルミナ、または、硬化剤と所定量のアルミナとを略均一な分散状態で攪拌混合、脱気させる。脱気方法は真空脱気である。次に、主剤のみからなる最外層用材料ａ１と、硬化剤のみからなる最外層用材料ａ２と、得られた中間層用材料ｂ１，ｂ２と、最内層用材料ｃ１，ｃ２とを、それぞれ対応する最外層用タンクＡ１，Ａ２、中間層用タンクＢ１，Ｂ２、最内層用タンクＣ１，Ｃ２に個別に貯蔵する。貯蔵中、各予熱ヒータ１５により各部分層用材料ａ〜ｃは１１０℃に予熱される。両最外層用材料ａ１，ａ２と、中間層用材料ｂ１，ｂ２と、最内層用材料ｃ１，ｃ２とは、ドラム注入の直前に攪拌・脱気装置５０内で、それぞれ混合攪拌および脱気される。 Next, a cylindrical functionally gradient material manufacturing method using the gradient material manufacturing apparatus 10 according to Embodiment 1 of the present invention will be described.
As shown in FIGS. 1 to 3, the six on-off valves 25 are closed in advance, the heating temperature of each preheating heater 15 is set to 110 ° C., the heating temperature of the electric heater 13 is set to 150 ° C., and the inner wall of the rotating drum 11 is The temperature is about 125 ° C. Therefore, the rotating drum 11 is heated before use. Further, the intermediate layer material b and the innermost layer material c are prepared. Specifically, in a mixing drum dedicated to each layer (not shown), the main agent and a predetermined amount of alumina or a curing agent and a predetermined amount of alumina are stirred and mixed and deaerated in a substantially uniform dispersion state by a stirring blade. The degassing method is vacuum degassing. Next, the outermost layer material a1 made of only the main agent, the outermost layer material a2 made of only the curing agent, the obtained intermediate layer materials b1 and b2, and the innermost layer materials c1 and c2, respectively. The outermost layer tanks A1 and A2, the intermediate layer tanks B1 and B2, and the innermost layer tanks C1 and C2 are individually stored. During storage, each of the partial layer materials a to c is preheated to 110 ° C. by each preheater 15. The outermost layer materials a1 and a2, the intermediate layer materials b1 and b2, and the innermost layer materials c1 and c2 are respectively mixed and stirred and deaerated in the stirring and degassing device 50 immediately before the drum injection. The

次に、最外層用材料ａ側の分枝管２４ａ，２４ｂの開閉弁２５だけを開くと、最外層用材料ａ１，ａ２が、最外層用タンクＡ１，Ｂ１から材料導入管２４を通って材料投入部２３に導入される。その後、真空ポンプ１４を作動させることで、材料投入部２３内の最外層用材料ａが、短尺な孔２３ａ、一方の軸部２０の管路、投入孔１７ａを順次通過し、回転ドラム１１の内部空間に吸引される。このとき、最外層用材料ａの粘度は１ｍＰａ・ｓ以下もしくは約１ｍＰａ・ｓで、電動モータ１２による回転ドラム１１の回転速度は４００ｒｐｍである。この回転速度は、ドラム投入当初の粘度が１ｍＰａ・ｓで、かつ回転ドラム１１の周側板１６の内周側に付着した最外層用材料ａに対して、ドラム周方向の厚さが１２ｍｍで略均一化する速度である。最外層用材料ａは、回転ドラム１１内で電気ヒータ１３により加熱される。加熱時間が約１０分を経過したとき、各熱電対３７により検出された最外層用材料ａの温度は約１８０℃で、かつ別の熱電対により検出された回転ドラム１１内の気中温度は約１４０℃であり、熱硬化が略完了したと確認できる。   Next, when only the opening / closing valve 25 of the branch pipes 24a and 24b on the outermost layer material a side is opened, the outermost layer materials a1 and a2 pass through the material introduction pipe 24 from the outermost layer tanks A1 and B1. It is introduced into the input unit 23. Thereafter, by operating the vacuum pump 14, the outermost layer material a in the material charging part 23 sequentially passes through the short hole 23 a, the pipe line of one shaft part 20, and the charging hole 17 a, and Sucked into the internal space. At this time, the viscosity of the outermost layer material a is 1 mPa · s or less or about 1 mPa · s, and the rotation speed of the rotating drum 11 by the electric motor 12 is 400 rpm. This rotational speed is approximately 1 mm in thickness in the drum circumferential direction with respect to the outermost layer material a having a viscosity of 1 mPa · s at the beginning of drum feeding and adhering to the inner circumferential side of the circumferential plate 16 of the rotating drum 11. It is a uniform speed. The outermost layer material a is heated by the electric heater 13 in the rotary drum 11. When the heating time has passed about 10 minutes, the temperature of the outermost layer material a detected by each thermocouple 37 is about 180 ° C., and the air temperature in the rotating drum 11 detected by another thermocouple is It is about 140 ° C., and it can be confirmed that the thermosetting is substantially completed.

続いて、一方の軸部２０を通してドラム内に挿入された熱電対により、回転中の回転ドラム１１内の気中温度を検出しながら、その検出温度に基づき、部分層用材料ｂのドラム内への投入タイミングを図る。すなわち、ＫＥＹＥＮＣＥ製の「ＷＡＶＥ ＴＨＥＲ ＭＯ １０００」を用いて、回転中のドラム内の気中温度を測定することで、部分層用材料ａの硬化時反応熱を検出し、次に投入する中間層用材料ｂの投入タイミングをとる。
そして、所定の投入タイミングで部分層用材料ｂをドラム内に投入できる時期に、以下の操作を行う。具体的には、まず最外層用材料ａ１，ａ２側の分枝管２４ａ，２４ｂの開閉弁２５を閉じ、中間層用材料ｂ１，ｂ２側の分岐管２４ｃ，２４ｄの開閉弁２５だけを開く。これにより、中間層用材料ｂ１，ｂ２が、中間層用タンクＢ１，Ｂ２から材料導入管２４を通り、攪拌・脱気装置５０を経て材料投入部２３に導入される。 Subsequently, while detecting the air temperature in the rotating rotating drum 11 by the thermocouple inserted into the drum through the one shaft portion 20, the thermocouple inserted into the drum of the partial layer material b is detected based on the detected temperature. The timing of charging is planned. That is, by measuring the air temperature in the rotating drum using “WAVE THER MO 1000” manufactured by KEYENCE, the reaction heat at the time of curing of the partial layer material “a” is detected, and the intermediate layer to be input next The charging timing of the material b is taken.
Then, the following operation is performed when the partial layer material b can be charged into the drum at a predetermined charging timing. Specifically, first, the on-off valve 25 of the branch pipes 24a, 24b on the outermost layer material a1, a2 side is closed, and only the on-off valve 25 of the branch pipes 24c, 24d on the intermediate layer material b1, b2 side is opened. As a result, the intermediate layer materials b1 and b2 are introduced from the intermediate layer tanks B1 and B2 through the material introduction pipe 24 and into the material charging unit 23 through the stirring / deaeration device 50.

その後、真空ポンプ１４の作動で材料投入部２３内の中間層用材料ｂが、短尺な孔２３ａ、一方の軸部２０の管路、投入孔１７ａを順次通過し、回転ドラム１１の内部空間に吸引される。このとき、中間層用材料ｂの粘度は１ｍＰａ・ｓ以上で、回転ドラム１１の回転速度は４５０ｒｐｍである。この回転速度は、ドラム投入当初の粘度が１ｍＰａ・ｓ以上で、かつ略硬化が終了した最外層用材料ａの内周側に付着した中間層用材料ｂに対して、ドラム周方向の厚さが１０ｍｍで略均一化し、かつ中間層用材料ｂ中のアルミナの微粉末が中間層用材料ｂの全域において略均一に分散した状態で保持される速度である。中間層用材料ｂは、回転ドラム１１内で電気ヒータ１３により加熱される。加熱時間が約５分を経過したとき、回転ドラム１１内の気中温度は約１６０℃であり、材料の基礎実験データから最内層用材料ｃの熱硬化が略完了したと確認することができる。   Thereafter, the operation of the vacuum pump 14 causes the intermediate layer material b in the material charging portion 23 to sequentially pass through the short hole 23 a, the pipe line of one shaft portion 20, and the charging hole 17 a, and enter the internal space of the rotary drum 11. Sucked. At this time, the viscosity of the intermediate layer material b is 1 mPa · s or more, and the rotation speed of the rotary drum 11 is 450 rpm. This rotational speed is the thickness in the drum circumferential direction with respect to the intermediate layer material b adhering to the inner peripheral side of the outermost layer material a having a viscosity of 1 mPa · s or more when the drum is initially charged and having been substantially cured. Is substantially uniform at 10 mm, and the alumina fine powder in the intermediate layer material b is held at a substantially uniformly dispersed state throughout the intermediate layer material b. The intermediate layer material b is heated by the electric heater 13 in the rotary drum 11. When the heating time has passed about 5 minutes, the atmospheric temperature in the rotating drum 11 is about 160 ° C., and it can be confirmed from the basic experimental data of the material that the thermosetting of the material c for the innermost layer is substantially completed. .

次いで、熱電対により回転中のドラム内の気中温度を測定しながら、部分層用材料ｂの硬化時反応熱を検出し、最内層用材料ｃの投入タイミングを図る。
そして、所定の投入タイミングで部分層用材料ｃを回転ドラム１１内に投入できるように、以下の操作を行う。すなわち、まず中間層用材料ｂ１，ｂ２側の分枝管２４ｅ，２４ｆの開閉弁２５を閉じ、最内層用材料ｃ１，ｃ２側の分岐管２４ｅ，２４ｆの開閉弁２５だけを開く。これにより、最内層用材料ｃ１，ｃ２が、最内層用タンクＣ１，Ｃ２から材料導入管２４を通り、攪拌・脱気装置５０を経て材料投入部２３に導入される。その後、真空ポンプ１４を作動すると、材料投入部２３内の最内層用材料ｃが回転ドラム１１の内部空間に吸引される。 Next, while measuring the air temperature in the rotating drum with a thermocouple, the reaction heat at the time of curing of the partial layer material b is detected, and the charging timing of the innermost layer material c is achieved.
Then, the following operation is performed so that the partial layer material c can be charged into the rotary drum 11 at a predetermined charging timing. That is, first, the opening / closing valve 25 of the branch pipes 24e, 24f on the intermediate layer material b1, b2 side is closed, and only the opening / closing valve 25 of the branch pipes 24e, 24f on the innermost layer material c1, c2 side is opened. As a result, the innermost layer materials c1 and c2 are introduced from the innermost layer tanks C1 and C2 through the material introduction pipe 24 and into the material charging unit 23 through the stirring / degassing device 50. Thereafter, when the vacuum pump 14 is operated, the innermost layer material c in the material charging unit 23 is sucked into the internal space of the rotary drum 11.

このとき、最内層用材料ｃの粘度は１ｍＰａ・ｓ以上、回転ドラム１１の回転速度は５００ｒｐｍである。この回転速度は、ドラム投入当初の粘度が１ｍＰａ・ｓ以上で、かつ略硬化が終了した中間層用材料ｂの内周側に付着した最内層用材料ｃに対して、ドラム周方向の厚さが９ｍｍで略均一化し、かつ最内層用材料ｃ中のアルミナの微粉末が最内層用材料ｃの全域において略均一に分散した状態で保持される速度である。最内層用材料ｃは、回転ドラム１１内で電気ヒータ１３により加熱される。加熱時間が約１０分経過したとき、最内層用材料ｃの温度は反応熱で１６０℃まで上昇し、熱硬化が略完了する。
こうして、半径方向の位置で特性（誘電性および熱伝導性）が異なる３層構造の円筒状傾斜機能材料Ａが得られる（図５）。この円筒状傾斜機能材料Ａは、全ての工程が短時間で行われ、かつ硬化時（反応熱を含む）温度にほとんど差がないため、一体構造と見なされる。 At this time, the viscosity of the innermost layer material c is 1 mPa · s or more, and the rotation speed of the rotary drum 11 is 500 rpm. This rotational speed is the thickness in the drum circumferential direction with respect to the innermost layer material c adhering to the inner circumferential side of the intermediate layer material b having a viscosity of 1 mPa · s or more when the drum is initially charged and having been substantially cured. Is substantially uniform at 9 mm, and the fine powder of alumina in the innermost layer material c is held in a substantially uniformly dispersed state throughout the innermost layer material c. The innermost layer material c is heated by the electric heater 13 in the rotary drum 11. When the heating time has elapsed about 10 minutes, the temperature of the innermost layer material c rises to 160 ° C. by the reaction heat, and the thermosetting is substantially completed.
Thus, a cylindrically-graded functional material A having a three-layer structure having different characteristics (dielectric properties and thermal conductivity) at radial positions is obtained (FIG. 5). This cylindrical functionally gradient material A is regarded as an integral structure since all the steps are performed in a short time and there is almost no difference in temperature during curing (including reaction heat).

以上説明したように、この実施例１では、まず液状熱硬化性高分子材料からなるマトリックスにセラミックスおよび金属などからなる充填剤の粒子（ここではアルミナ）を任意の割合で混合したものを含む部分層用材料ａ〜ｃを３つ作製する。その後、各部分層用材料ａ〜ｃがドラム内壁に均一に分布しかつ短時間で熱硬化するように加熱および回転が制御された回転ドラム１１に各部分層用材料ａ〜ｃを順次注入し、回転ドラム１１の内壁から回転ドラム１１の回転中心軸方向へ連続的に熱硬化させる。こうして、意図的に特性傾斜範囲および特性傾斜分布が与えられた円筒状傾斜機能材料Ａを製造するものである。   As described above, in Example 1, first, a portion including a matrix made of a liquid thermosetting polymer material and filler particles (in this case, alumina) made of ceramics, metal or the like mixed in an arbitrary ratio. Three layer materials a to c are prepared. Thereafter, the partial layer materials a to c are sequentially injected into the rotating drum 11 whose heating and rotation are controlled so that the partial layer materials a to c are uniformly distributed on the inner wall of the drum and thermally cured in a short time. The thermosetting is continuously performed from the inner wall of the rotating drum 11 toward the rotation center axis of the rotating drum 11. Thus, the cylindrical functionally gradient material A to which the characteristic gradient range and the characteristic gradient distribution are intentionally given is manufactured.

このように、両部分層用材料ｂ，ｃの全域で充填剤（アルミナ）が略均一に保たれる速度で回転ドラム１１を回転させるように構成したので、複数種類の充填剤を使った場合だけでなく１種類の充填剤を使った場合でも、特性が半径方向に任意に傾斜した円筒状傾斜機能材料Ａを、容易かつ安価に製造することができる。
また、特性が異なる各部分層用材料ａ〜ｃを、円筒状傾斜機能材料Ａの最外層形成用のものから最内層形成用のものへと順に熱硬化させるようにしたので、充填剤の比重差を利用した従来法の場合のように、予め各種類の充填剤の粒度調整を厳密に行う必要がない。その結果、充填剤の粒度調整の許容度は大きくなる。しかも、最適な傾斜特性を有した円筒状傾斜機能材料Ａを容易に製造することができる。 As described above, since the rotary drum 11 is configured to rotate at a speed at which the filler (alumina) is kept substantially uniform in the entire area of both the partial layer materials b and c, when a plurality of types of fillers are used. Moreover, even when one kind of filler is used, the cylindrical functionally gradient material A whose characteristics are arbitrarily inclined in the radial direction can be easily and inexpensively manufactured.
In addition, since the partial layer materials a to c having different characteristics are thermally cured in order from the outermost layer forming material of the cylindrical functionally gradient material A to the innermost layer forming material, the specific gravity of the filler As in the case of the conventional method using the difference, it is not necessary to precisely adjust the particle size of each type of filler in advance. As a result, the tolerance for adjusting the particle size of the filler is increased. Moreover, the cylindrical functionally gradient material A having the optimum gradient characteristics can be easily manufactured.

さらに、傾斜材料製造装置１０では、このように熱電対による温度信号に基づき、回転ドラム１１内の各部分層用材料ａ〜ｃが未硬化状態または硬化状態であるかを把握する。そして、最外層用材料ａに対してはその硬化特性を考慮し、各熱電対３７によりドラム投入されたその最外層用材料ａの温度調整を行う。その他の部分層用材料ｂ，ｃについては、別の熱電対によるドラム内の気中の検出温度に基づき、部分層用材料ｂ，ｃのドラム内への投入タイミングを図る。その結果、回転ドラム１１に投入された部分層用材料ａ〜ｃを、その投入順に安定かつ確実に熱硬化させることができる。
さらにまた、回転ドラム１１の周側板１６を電気ヒータ１３により加熱し、ドラム内の各部分層用材料ａ〜ｃを熱硬化させるように構成したので、例えば回転ドラム１１の軸線上に配置された加熱体により加熱する場合に比べて、各部分層用材料ａ〜ｃの周方向において、各部分層用材料ａ〜ｃの厚さの均一性と、部分層用材料ｂ，ｃにおけるアルミナの密度の均一性とをそれぞれ高めることができる。 Further, the gradient material manufacturing apparatus 10 grasps whether the partial layer materials a to c in the rotating drum 11 are in an uncured state or a cured state based on the temperature signal from the thermocouple in this way. Then, with respect to the outermost layer material a, the temperature of the outermost layer material a put into the drum by each thermocouple 37 is adjusted in consideration of the curing characteristics. For the other partial layer materials b and c, the timing of charging the partial layer materials b and c into the drum is set based on the temperature detected in the air in the drum by another thermocouple. As a result, the partial layer materials a to c charged in the rotary drum 11 can be thermally cured in a stable and reliable order.
Furthermore, since the peripheral side plate 16 of the rotating drum 11 is heated by the electric heater 13 and each of the partial layer materials a to c in the drum is thermally cured, for example, it is disposed on the axis of the rotating drum 11. Compared with the case of heating by a heating body, the thickness uniformity of the partial layer materials a to c and the density of alumina in the partial layer materials b and c in the circumferential direction of the partial layer materials a to c The uniformity of each can be improved.

そして、回転ドラム１１の一方の端板１７とフランジ１９ａとの間、および、回転ドラム１１の他方の端板１８と連結管２７のフランジ２７ａとの間に、それぞれ断熱板２６を介在させたので、回転ドラム１１の両端板１７，１８を通しては電気ヒータ１３の熱が外部に伝達され難い。そのため、実施例１のように予熱ヒータ１５を用いて予め熱硬化し易い温度（１１０℃）まで各部分層用材料ａ〜ｃを高めても、一方の軸部２０の管路を通過中に各部分層用材料ａ〜ｃが熱硬化されてしまい、この管路を詰まらせるといったおそれが低減する。   Since the heat insulating plates 26 are interposed between the one end plate 17 of the rotating drum 11 and the flange 19a and between the other end plate 18 of the rotating drum 11 and the flange 27a of the connecting pipe 27, respectively. The heat of the electric heater 13 is hardly transmitted to the outside through the both end plates 17 and 18 of the rotating drum 11. Therefore, even if each of the partial layer materials a to c is increased to a temperature (110 ° C.) at which the preheating heater 15 can be easily cured in advance using the preheating heater 15 as in the first embodiment, while passing through the pipe line of one shaft portion 20. The possibility that each of the partial layer materials a to c is thermally cured and clogs this pipe line is reduced.

次に、図６および図７を参照して、この発明の実施例２に係る円筒状傾斜機能材料製造方法およびその製造装置を説明する。
図６に示すように、実施例２に係る円筒状傾斜機能材料製造装置（以下、傾斜材料製造装置）１０Ａは、真空ポンプ１４に代わる部分材料投入手段として、電動シリンダ１４Ａを採用し、その長尺なロッド１４ａを一方の軸部２０の管路に出し入れさせることで、各部分層用材料ａ〜ｃを回転ドラム１１内に圧入するものを採用した例である。 Next, with reference to FIG. 6 and FIG. 7, a cylindrical functionally gradient material manufacturing method and a manufacturing apparatus thereof according to Embodiment 2 of the present invention will be described.
As shown in FIG. 6, a cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus (hereinafter referred to as a gradient material manufacturing apparatus) 10 </ b> A according to the second embodiment employs an electric cylinder 14 </ b> A as a partial material input unit that replaces the vacuum pump 14. This is an example in which each of the partial layer materials a to c is press-fitted into the rotary drum 11 by inserting and removing the long rod 14 a into and from the pipe line of one shaft portion 20.

また、実施例２では、最外層用材料ａとして主剤１００重量部に対してアルミナを１００重量部混合した材料を使用し、ドラム投入後、最外層用材料ａが硬化する前に、主剤１００重量部に対してアルミナを２０重量部混合した中間層用材料ｂを連続して注入し、さらに中間層用材料ｂの熱硬化が略完了した時に、主剤１００重量部に対してアルミナが１００重量部混合された材料を注入した例である。こうして得られた円筒状傾斜機能材料Ｘを図７に示す。
その他の構成、作用および効果は、実施例１から推測可能な範囲であるので、説明を省略する。 In Example 2, a material in which 100 parts by weight of alumina is mixed with 100 parts by weight of the main agent as the outermost layer material a is used, and after loading the drum, before the outermost layer material a is cured, 100 weights of the main agent. When the intermediate layer material b, in which 20 parts by weight of alumina is mixed with respect to the part, is continuously injected, and when the thermosetting of the intermediate layer material b is substantially completed, 100 parts by weight of alumina with respect to 100 parts by weight of the main agent This is an example in which a mixed material is injected. The cylindrical functionally gradient material X thus obtained is shown in FIG.
Other configurations, operations, and effects are in a range that can be estimated from the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.

この発明の実施例１に係る円筒状傾斜機能材料製造装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. 図１のＳ２−Ｓ２断面図である。It is S2-S2 sectional drawing of FIG. この発明の実施例１に係る円筒状傾斜機能材料製造装置の斜視図である。It is a perspective view of the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施例１に係る円筒状傾斜機能材料製造装置に組み込まれた回転ドラムの拡大縦断面図である。It is an expanded longitudinal cross-sectional view of the rotating drum incorporated in the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施例１に係る円筒状傾斜機能材料製造装置により作製された円筒状傾斜機能材料の斜視図である。It is a perspective view of the cylindrical functional gradient material produced with the cylindrical functional gradient material manufacturing apparatus which concerns on Example 1 of this invention. この発明の実施例２に係る円筒状傾斜機能材料製造装置の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. この発明の実施例２に係る円筒状傾斜機能材料製造装置により作製された円筒状傾斜機能材料の斜視図である。It is a perspective view of the cylindrical functional gradient material produced with the cylindrical functional gradient material manufacturing apparatus which concerns on Example 2 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０，１０Ａ 円筒状傾斜機能材料製造装置、
１１ 回転ドラム、
１２ 回転手段、
１３ 電気ヒータ（加熱手段）、
１４ 部分材料投入手段、
１５ 予熱ヒータ（予熱手段）、
１６ 周側板、
３７ 熱電対（温度センサ）、
Ａ，Ｘ 円筒状傾斜機能材料、
ａ 最外層用材料（部分層用材料）、
ｂ 中間層用材料（部分層用材料）、
ｃ 最内層用材料（部分層用材料）。 10, 10A Cylindrical functionally graded material manufacturing device,
11 Rotating drum,
12 Rotating means,
13 Electric heater (heating means),
14 Partial material input means,
15 Preheating heater (preheating means),
16 circumferential side plate,
37 Thermocouple (temperature sensor),
A, X Cylindrical functionally graded material,
a outermost layer material (partial layer material),
b Intermediate layer material (partial layer material),
c Innermost layer material (partial layer material).

Claims (7)

液状熱硬化性高分子材料の特性を変更可能な充填剤を含む前記液状熱硬化性高分子材料を回転ドラムに投入後、該回転ドラムを回転させながら前記液状熱硬化性高分子材料を加熱して硬化させることで、半径方向の位置で特性が異なった円筒状傾斜機能材料を製造する円筒状傾斜機能材料製造方法であって、
添加量および組成のうち、少なくとも１つが異なった複数の前記充填剤から選出されたものを、前記液状熱硬化性高分子材料に個別に攪拌混合することで、特性が異なる複数の部分層用材料を作製し、
前記回転ドラムに、前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから該円筒状傾斜機能材料の最内層形成用のものへと順に各部分層用材料を投入し、その際の前記最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期は、直前に前記回転ドラムに投入された部分層用材料の熱硬化が完了した時点およびその前後とし、
前記回転ドラムの回転速度は、該回転ドラムに投入された部分層用材料中の充填剤が、前記部分層用材料に略均一に分散した状態で保持される速度である円筒状傾斜機能材料製造方法。 After the liquid thermosetting polymer material containing a filler capable of changing the properties of the liquid thermosetting polymer material is put into a rotating drum, the liquid thermosetting polymer material is heated while rotating the rotating drum. A cylindrical functionally gradient material manufacturing method for manufacturing a functionally gradient cylindrical material having different characteristics at a radial position by curing,
A plurality of partial layer materials having different characteristics by individually agitating and mixing the liquid thermosetting polymer material selected from the plurality of fillers having different addition amounts and compositions of at least one Make
Into the rotating drum, the material for each partial layer is introduced in order from the material for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material to the material for forming the innermost layer of the cylindrically functional material, and the outermost layer at that time The drum loading timing of each partial layer material excluding the one for formation is the time point before and after the completion of the thermosetting of the partial layer material charged in the rotary drum immediately before,
The rotational speed of the rotating drum is a cylindrical gradient functional material manufacturing method in which the filler in the partial layer material charged into the rotating drum is maintained in a state of being distributed substantially uniformly in the partial layer material. Method. 前記回転ドラムは、前記液状熱硬化性高分子材料が投入される前に加熱され、
前記各部分層用材料の硬化は、個々の硬化特性に適した加熱温度および加熱時間にそれぞれ調整して行われる請求項１に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法。 The rotating drum is heated before the liquid thermosetting polymer material is charged,
The cylindrical functionally gradient material manufacturing method according to claim 1, wherein the curing of each partial layer material is performed by adjusting the heating temperature and the heating time suitable for individual curing characteristics. 各部分層材料は、対応する前記液状熱硬化性高分子材料の主剤と硬化剤とを分けた状態で、前記回転ドラムに投入される前に、予熱、攪拌および脱気される請求項１または請求項２に記載の円筒状傾斜機能材料製造方法。   Each partial layer material is preheated, stirred and degassed before being put into the rotating drum in a state where the main component and the curing agent of the corresponding liquid thermosetting polymer material are separated. The cylindrical functionally gradient material manufacturing method according to claim 2. 液状熱硬化性高分子材料の特性を変更可能な充填剤を含む前記液状熱硬化性高分子材料が投入される回転ドラムと、
該回転ドラムを回転させる回転手段と、
添加量および組成のうち、少なくとも１つが異なる充填剤を均一に分散させることで特性がそれぞれ異なった複数の部分層用材料を、前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものから該円筒状傾斜機能材料の最内層形成用のものへと順に前記回転ドラムに投入する部分材料投入手段と、
前記回転ドラムに投入された各部分層用材料を、それぞれ加熱して硬化させる加熱手段とを備え、
前記円筒状傾斜機能材料の最外層形成用のものを除く各部分層用材料のドラム投入時期を、それより１つ前に前記回転ドラムに投入された部分層用材料の熱硬化が完了した時点およびその前後とし、
前記回転手段による前記回転ドラムの回転速度を、該回転ドラムに投入された部分層用材料中の充填剤が、該部分層用材料に略均一に分散した状態で保持される速度とした円筒状傾斜機能材料製造装置。 A rotating drum into which the liquid thermosetting polymer material containing a filler capable of changing the properties of the liquid thermosetting polymer material is charged;
Rotating means for rotating the rotating drum;
A plurality of partial layer materials having different characteristics by uniformly dispersing fillers of at least one of the addition amount and composition are changed from those for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material to the cylindrical shape. Partial material input means for sequentially supplying the rotary drum to the innermost layer formation of the functionally gradient material;
A heating means for heating and curing each partial layer material put into the rotating drum,
The time when the drums of the respective partial layer materials except the one for forming the outermost layer of the cylindrical functionally gradient material are put into the drum, the time when the thermal curing of the partial layer material put into the rotating drum one before is completed And before and after,
A cylindrical shape in which the rotating speed of the rotating drum by the rotating means is set to a speed at which the filler in the partial layer material charged into the rotating drum is held in a substantially uniformly dispersed state in the partial layer material. Functionally graded material manufacturing equipment. 前記回転ドラムには、該回転ドラムに投入された各部分層用材料の温度を測定する複数の温度センサが配設され、
各温度センサからの検出信号に基づき、前記加熱手段による各部分層用材料の加熱温度、加熱時間をそれぞれ制御する請求項４に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置。 The rotary drum is provided with a plurality of temperature sensors for measuring the temperature of each partial layer material charged into the rotary drum,
The cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 4, wherein a heating temperature and a heating time of each partial layer material by the heating unit are controlled based on detection signals from the respective temperature sensors. 前記加熱手段は、前記回転ドラムの周側板を加熱するものである請求項４または請求項５に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置。   The cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to claim 4, wherein the heating unit heats a peripheral plate of the rotating drum. 各部分層材料を、前記回転ドラムへの投入前に予熱する予熱手段を有した請求項４〜請求項６のうち、何れか１項に記載の円筒状傾斜機能材料製造装置。   The cylindrical functionally gradient material manufacturing apparatus according to any one of claims 4 to 6, further comprising preheating means for preheating each partial layer material before being charged into the rotating drum.
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