JPH0730498B2 - 繊維集積体の製造方法 - Google Patents

繊維集積体の製造方法

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JPH0730498B2
JPH0730498B2 JP62083567A JP8356787A JPH0730498B2 JP H0730498 B2 JPH0730498 B2 JP H0730498B2 JP 62083567 A JP62083567 A JP 62083567A JP 8356787 A JP8356787 A JP 8356787A JP H0730498 B2 JPH0730498 B2 JP H0730498B2
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    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21HPULP COMPOSITIONS; PREPARATION THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASSES D21C OR D21D; IMPREGNATING OR COATING OF PAPER; TREATMENT OF FINISHED PAPER NOT COVERED BY CLASS B31 OR SUBCLASS D21G; PAPER NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D21H13/00Pulp or paper, comprising synthetic cellulose or non-cellulose fibres or web-forming material
    • D21H13/36Inorganic fibres or flakes
    • D21H13/46Non-siliceous fibres, e.g. from metal oxides
    • D21H13/48Metal or metallised fibres
    • DTEXTILES; PAPER
    • D01NATURAL OR MAN-MADE THREADS OR FIBRES; SPINNING
    • D01DMECHANICAL METHODS OR APPARATUS IN THE MANUFACTURE OF ARTIFICIAL FILAMENTS, THREADS, FIBRES, BRISTLES OR RIBBONS
    • D01D10/00Physical treatment of artificial filaments or the like during manufacture, i.e. during a continuous production process before the filaments have been collected
    • DTEXTILES; PAPER
    • D06TREATMENT OF TEXTILES OR THE LIKE; LAUNDERING; FLEXIBLE MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • D06MTREATMENT, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE IN CLASS D06, OF FIBRES, THREADS, YARNS, FABRICS, FEATHERS OR FIBROUS GOODS MADE FROM SUCH MATERIALS
    • D06M10/00Physical treatment of fibres, threads, yarns, fabrics, or fibrous goods made from such materials, e.g. ultrasonic, corona discharge, irradiation, electric currents, or magnetic fields; Physical treatment combined with treatment with chemical compounds or elements

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は繊維集積体の製造方法、更に詳しくいえば繊維
の多くが一方向配向した繊維集積体の製造方法に関す
る。
[従来の技術] 従来、短繊維又はウイスカ等の比較的短い繊維の繊維集
積体を得るために以下のような方法が試みられている。
その1つには第3図に示すように遠心成形装置を用いる
方法がある(特開昭60−6200号公報)。この遠心成形装
置においては、外筒21内に配置された多孔円筒容器23内
の濾過膜25内に炭化珪素ウイスカ等の繊維が供給管24か
ら供給されて遠心作用により該繊維の中空集積体26を成
形する方法である。なお、該図中22は排水口を示す。
又他の従来の方法として、第4図に示すように吸引成形
装置を用いて配向させる方法がある。この方法では、シ
リンダ31内に所定の繊維混合液34を入れ、該混合液34を
該シリンダ31の上部に配置された加圧プランジャー32を
用いて加圧するとともに、該シリンダ31の底部に配置さ
れた濾過材33から濾液を真空吸引させて除去することに
より該繊維を配向させて集積する方法である。これらの
他に抄紙法、又はスプレー法等の方法がある。
しかし上記の方法、特に上記の遠心成形装置又は吸引成
形装置を用いる方法によって成形される繊維集積体は、
その繊維の多くが一方向配向されるものではなく二次元
配向又は三次元配向されるものである。従ってこれらの
方法では、該繊維集積体を繊維強化金属(以下FRMとい
う。)にしたときの強度が所定の一次元方向に十分に強
化されないこと、繊維容積率が低いこと及び圧縮成形時
のスプリングバッグが大きいこと等の欠点がある。
[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、本発明者等が発明して特願昭60−299558とし
て特許出願された、繊維を誘電液体中に分散させ、直流
電圧をかけられた電極間に形成された電界内に配置する
ことにより繊維を静電配向させると同時に橋絡させ、こ
のようにして得られる一方向配向繊維を順次沈没降させ
て集積するという技術思想を基礎としている。しかしこ
の方法は電極への繊維付着や繊維の偏りが生じ易いやす
いために均一な繊維集積体が得られにくく、しかも繊維
の配向を妨害する誘電液体の対流が大きいという問題が
あり、さらにこの方法を連続的に長時間実施した場合に
は誘電液体に変質等の問題も生じる。本発明は、この欠
点を克服するものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明の繊維集積体の製造方法は、短繊維またはウィス
カ等の繊維が分散した誘電液体を1〜10Hzの交流電圧を
印加した電極間に配置し、該誘電液体中で個々の該繊維
をその一端が一方の該電極に他端が他方の電極に向いた
状態に静電配向させる配向工程、静電配向した該繊維を
その配向状態を維持した状態で集積する集積工程、を順
次実施し、該繊維の多くが一方向配向した繊維集積体を
得ることを特徴とするものである。
本発明の第1工程である配向工程では、短繊維またはウ
イスカ等の繊維が分散した誘電液体を用いる。
この工程に用いられる繊維としては短繊維又はウイスカ
もしくはこれらの繊維の混合物である。ウィスカおよび
短繊維としては、各々ウィスカおよび短繊維の範疇に入
るものをすべて用いることができ、その径および長さは
特に限定されない。繊維の材質としては、所定の誘電液
体中で高電圧を電極間に印加した場合、静電配向するも
のであれば良い。例えば繊維の材質としては、アルミ
ナ、シリカ、アルミナ−シリカ、ベリリヤ、炭素、炭化
珪素、ガラス又は各種金属等とすることができる。
誘電液体とは高電圧の印加により誘電性を示す液体をい
う。誘電液体としては、四塩化炭素、フッ素塩素置換炭
化水素、n−ヘキサン又はシクロヘキサン等を用いるこ
とができる。該これらの誘電液体のうち四塩化炭素が好
ましい。又フッ素塩素置換炭化水素は取扱いの安全性の
点から好ましい。
繊維の種類および状態によっては、繊維の表面処理を実
施し、繊維を解こうして繊維の凝集状態を解除する必要
がある。誘電液体に繊維を分散させるには通常界面活性
剤特にノニオン系界面活性剤を適当量添加することが好
ましい。
本工程は、該繊維が分散した誘電液体を交流電圧を印加
した電極間に配置し、該誘電液体中で個々の繊維をその
一端が一方の電極に他端が他方の電極に向いた状態に静
電配向させる工程である。
この配向工程においては電極間に交流高電圧を印加す
る。この高電圧としては、電極間距離1cmにつき最高電
圧値と最低電圧値の間のピーク間電圧で0.1〜5KV程度が
好ましい。0.1KV以下では繊維の静電配向力が充分でな
く、又5KV程度以上においては誘電液体が攪乱され配向
された繊維を阻害することがある。実際に採用する電圧
としては、用いる繊維および誘電液体の誘電特性、およ
び製造される繊維集積体の厚さ等の条件にあわせて選択
するのが好ましい。
配向工程における交流の周波数のサイクルは0.5〜100Hz
がよく、より好ましくは1〜10Hzである。周波数が減少
すると誘電液体の対流や電極への繊維付着といった問題
に対する改善効果が小さくなり、逆に周波数が増加する
と静電配向そのものが困難になる傾向にある。
静電配向した個々の繊維はその一次元方向にブリッジン
グすなわち橋絡し、このブリッジングした繊維が下方に
沈降していく。なお、ブリッジングした繊維は、ブリッ
ジングしていない繊維に比べて沈降速度が大きい。
なお、交流電圧の交流波形については矩形波が立上り時
間のおくれがなく望ましい。
本製造方法の第2工程は、静電配向した繊維をその配向
状態を維持した状態で集積し、繊維の多くが一方向配向
した繊維集積体を得る工程である。なお、この集積工程
は上記した直流電圧をもちいて繊維を静電配向させる方
法における集積工程と同一である。
この集積工程は、配向工程において配向した繊維を例え
ば第1図に示すようにドレーンパイプ62に配置されたコ
ック63を閉じた状態にしておくこと等により自然沈降す
ることにより行うことができる。又該集積工程は、例え
ば第1図に示す装置においては、該排出部6のドレーン
コック63を開いた状態にすることにより、配向工程にお
いて配向した繊維を含む誘電液体を該繊維の配向方向と
垂直方向に濾過し、フィルタ61上に配向した繊維1aを集
めること等により行うことができる。この濾過する方法
によれば集積時間を短縮することができる。更にこの濾
過を吸引又は真空で行うこともできる。又このフィルタ
を濾過面全面に配置して自然沈降又は濾過する場合には
誘電液体を排出する際の液の乱れを抑制できるので、配
向した繊維の配向状態を乱すことが少なく、そのため一
方向配向の状態の良い繊維集積体を得ることができる。
なおフィルタは多孔質セラミック等で構成されるものと
することができる。
上記配向工程および集積工程を連続的に実施するものと
することができる。
集積工程により集積された繊維集積体は、その厚さが比
較的厚いマット形状の集積体とすることもできるし、そ
の厚さの比較的薄いフィルム形状の集積体等とすること
もできる。
上記一方向配向された繊維集積体を所定の装置から取出
し、そのままの形状で又は所望形状に切断あるいは重ね
合わせてFRM用の強化繊維成形体とすることができる。
本製造方法において用いられる装置は、例えば第1図の
模式図に示すように、上方に短繊維等の繊維1が分散し
た誘電液体2の供給をうける受給部4と、下方に該誘電
液体2を排出する排出部6と、該受給部4および該排出
部6との間に該誘電液体2が下方に移動する配向部5
と、をもつ配向槽7と、 該配向槽7の該配向部5に設けられそれぞれ垂直方向に
伸び水平方向に間隔をへだてて設けられた一対の電極8
および電極9と、 これら一対の電極8、9間に交流電圧を印加するための
交流電圧印加装置11と、からなるものとすることができ
る。にお、受給部4の上部には、繊維が分散した誘電液
体を供給又は分散させる供給部(装置)3を配置した構
成とすることもできる。
[発明の効果] 本発明の繊維集積体の製造方法は、繊維が分散した誘電
液体を交流電圧を印加した電極間に配置し、この誘電液
体中で個々の繊維をその一端が一方の電極に他端が他方
の電極に向いた状態に静電配向させる配向工程と、静電
配向した該繊維をその配向状態を維持した状態で集積す
る集積工程とからなる。従ってこの繊維集積体の製造方
法においては誘電液体の対流がおさえられ、かつ電極へ
の繊維付着が防止されることから繊維の多くが均一に一
方向配向した繊維集積体が得られるので、該繊維集積体
を用いてFRMを製造した場合その一方向配向の方向に極
めて高強度のFRMを製造することができる。
本繊維集積体の製造方法において、配向工程に交流電圧
を使用しているので直流電圧を使用する場合にみられる
イオンの電極付近への集積を無くしたり、あるいは減少
させることができる。このために長時間にわたり安定し
た操業が実施できる。また、誘電液体を繰返し利用で
き、誘電液体の再生費用が低減できる。
又本繊維集積体の製造方法においては繊維の多くが一方
向配向した繊維集積体が得られるので、該繊維の絡み合
いが少なく、そのため繊維容積率の高い繊維集積体を得
ることができる。従って該繊維集積体を用いてFRMを製
造する場合高強度のFRMを製造することができる。
[試験例1] 第2図に示す一対の電極51を互いに3mmの間隔を設けた
ガラス容器製のセル52を用意した。そして第2図に示す
ようにガラス窓の一方に照明器具53反対側の窓に顕微鏡
54を配置し、さらに顕微鏡54に通常の写真用カメラ55、
ビデオカメラ56、モニタ57およびビデオテープレコーダ
58を連結した。また、電極51にはピーク電圧400Vの可変
サイクル電圧電源59を結合して試験装置を作った。次
に、この装置のセル52に、誘電液体としてフレオン(R
−113)(商標)を使用し平均直径3μm、平均長さ500
μmのアルミナ短繊維を分散させた液を入れ、電圧のサ
イクルを可変サイクル電圧電源により変化させ、アルミ
ナ短繊維の電極への付着状態と配向の状態を観察し、表
に示す結果が得られた。この試験から0.5〜100Hzの範囲
で、興味のある結果が得られた。すなわち、0.1、0.5、
50及び100Hzで電極への繊維付着及び配向状態に若干の
問題があるが、1〜10Hzの範囲では、すべての項目が良
好な成績となることが確認された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の多孔質フィルターを介して誘電液体を
濾過する工程を有する繊維集積体の製造方法の説明断面
図である。第2図は試験例で使用された装置の概略配置
図である。第3図は従来の遠心成形装置の一部破断断面
図である。第4図は従来の吸引成形装置の説明断面図で
ある。 1……繊維、1a……配向した繊維 2……誘電液体 3……繊維の分散液の供給部(装置) 4……受給部、5……配向部 6……排出部、61……フィルタ 62……ドレーンパイプ、63……ドレーンコック 7……配向槽、8……電極 9……電極、10……繊維集積体 11……交流電圧印加装置、51……電極 52……セル、53……照明器具 54……顕微鏡、55……カメラ 56……ビデオカメラ、57……モニター 58……ビデオテープレコーダ 59……交流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 五味 福夫 愛知県刈谷市豊田町2丁目1番地 株式会 社豊田自動織機製作所内 (56)参考文献 米国特許3497419(US,A) 米国特許4786366(US,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】短繊維またはウィスカ等の繊維が分散した
    誘電液体を1〜10Hzの交流電圧を印加した電極間に配置
    し、該誘電液体中で個々の該繊維をその一端が一方の該
    電極に他端が他方の電極に向いた状態に静電配向させる
    配向工程、静電配向した該繊維をその配向状態を維持し
    た状態で集積する集積工程、を順次実施し、該繊維の多
    くが一方向配向した繊維集積体を得ることを特徴とする
    繊維集積体の製造方法。
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