JP2001521073A - 炭素繊維プレフォームの製造法 - Google Patents

炭素繊維プレフォームの製造法

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JP2001521073A JP2000518137A JP2000518137A JP2001521073A JP 2001521073 A JP2001521073 A JP 2001521073A JP 2000518137 A JP2000518137 A JP 2000518137A JP 2000518137 A JP2000518137 A JP 2000518137A JP 2001521073 A JP2001521073 A JP 2001521073A
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Abstract

(57)【要約】 炭素繊維プレフォームを製造するために、繊維が７０〜９０％の炭素含量を有し、炭化完了後の引張破断強度３０００MPa以上を呈するように、必ずしも緊張下に置かれないで中程度の炭化を受けた炭素プレカーサー繊維由来の連続繊維からなる少なくとも１種の糸またはトウが用いられ、不連続繊維の炭素繊維への変換を完了するために加熱する前のプレフォームを製造するために少量の撚りを有する糸またはトウが使用される。当初の糸またはトウは、少量の撚り、または鞘付けによって必要とする結束が確保されている不連続繊維からなる糸またはトウとするために延伸／クラッキング工程にかけることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 （技術分野） 本発明は、マトリックスによって緻密化される繊維状プレフォームを含む複合
材料からなる部品を製造するための炭素繊維プレフォームの製造に関する。 本発明の特定の出願分野は、炭素／炭素（Ｃ／Ｃ）複合材料からなる部品用の
プレフォームの製造の分野である。即ち、炭素マトリックスによって緻密化され
る炭素繊維からなるプレフォームすなわち強化材を有する分野である。炭素／炭
素複合材料からなる部品は種々の分野、特に摩擦分野で、ブレーキまたはクラッ
チディスクの形で用いられる。
【０００２】 （背景技術） 炭素繊維プレフォームを得るために現在用いられている技術は炭素プレカーサ
ー繊維からプレフォームを製造すること、次いでプレカーサーを炭素に変換する
ために少なくともひとつの炭化工程を実施することからなる。プレカーサーとし
ては、例えば、ピッチ、フェノール、セルロース、または更に前酸化したポリア
クリロニトリル（ＰＡＮ）をベースにしたプレカーサー等種々のプレカーサーを
用いることができる。
【０００３】 プレカーサー繊維を用いる利点は、テキスタイル操作、特にニードリングを行
うことができること、好ましい特性を有するプレフォームを作れることであり、
それに対して現在市場で利用されているように炭素繊維に直接ニードリングを施
すと繊維を壊してしまうことになる。
【０００４】 しかし、上記技術にはいくつかの欠点がある。プレフォームを作成した後、お
よび張力が掛かっていない状態で、即ち静的な状態で繊維を炭化すると、同じプ
レカーサーから張力下で炭化された炭素繊維と較べて、炭素繊維の機械的特性は
はるかに低く、バラツキも大きい。知見によると、前酸化ＰＡＮ由来の炭素繊維
は、炭化を静的な条件で行った場合、引張破断強度が約１６００MPa〜２４００M
Paの範囲にあるが、炭化を張力下で行った場合は、引張破断強度が約３０００MP
a〜４０００MPaの範囲にある。弾性率は、それぞれ約２００GPa〜２１０GPaと約
２２０〜２４０GPaである。もうひとつの欠点は、炭化により収縮が生じること である。したがってプレカーサー繊維からなるプレフォームをサイジングすると
きにはそれを斟酌する必要がある。
【０００５】 このように、テキスタイル工程、特にニードリングを実施する可能性を有しつ
つ炭素繊維からプレフォームを製造することが望ましい。米国特許第５２２８１
７５号明細書で提案されている解決法は連続炭素繊維フィラメントから形成され
た糸を、実質的に相互に平行に配列された非連続炭素繊維の糸に変換するために
延伸／クラッキング工程にかけること、および糸を取り扱い、ウェービング （weaving）のようなテキスタイル工程にかけることができ、糸が撚りのない不 連続炭素繊維が除かれることによる損傷を受けることなくニードリングが可能で
あるように撚りを加えることなく糸に少なくとも一時的な結束を付与すること、
にある。糸は一時的に存在する物質からなる糸、例えばプレフォームが作製され
た後除去することのできる可溶性糸で鞘を作って結束することができる。
【０００６】 その解決法は満足できるものであるが、しかし、炭素糸に特別の処理を施すだ
けでなく、特に市販されている炭素糸の値段と量の少なさのためになお比較的高
価である。更に、それにもかかわらず、少なくともある用途では、炭素糸がその
製造過程で受ける温度よりも高い温度で熱処理加工される必要がある。例えば、
このような熱処理工程は、炭素糸が加熱によって除去される好ましくない残留不
純物を含む場合に加えられる。不純物の例としては、ＰＡＮプレカーサーに由来
する炭素糸の中に存在する可能性のあるナトリウムであり、これは炭素を酸化す
る触媒作用を持つため、最終製品の複合材料の耐酸化性を減少する。また、炭素
糸の取り扱うと繊維による汚染が生じて、ひとおよび機械に害をもたらし得る。
【０００７】発明の要旨 （発明の開示） （発明が解決しようとする技術的課題） 本発明の目的は先行技術の大きな欠点を取り除きつつ、先行技術の利点を生か
した炭素繊維プレフォームの製造方法を提供することである。
【０００８】 （その解決方法） この目的は次の方法によって達成される： １）繊維が７０〜９０％の範囲の炭素含有量を有し、炭化完了後３０００MPa 以上の引張破断強度を呈するように、必ずしも伸長下である必要はないが中程度
の炭化を受けた炭素プレカーサー繊維から由来する連続繊維から形成される少な
くとも１種の糸またはトウを用いること； ２）糸またはトウを用いてプレフォームを製造すること； そして ３）プレフォームを、少なくとも不連続繊維を炭素繊維に変換完了するために
少なくとも熱処理にかけること。
【０００９】 この方法の特徴は、炭素プレカーサーを炭化することに由来する連続繊維から
なる糸またはトウを使用することにあり、上記炭化は不完全であるが、繊維に、
緊張下で完全に炭化されるものと同じプレカーサー由来の炭素繊維と同等の最終
機械的特性を付与するに十分である。中程度の炭化はプレフォームが製造される
前に行われるから、その中程度の炭化は好都合なことに緊張下で行うことができ
るため最適な最終機械的強度を得ることができ、炭化はプレフォームが製造され
た後静的に完了される。
【００１０】 更に、中程度の炭化状態の糸またはトウを用いることにより、炭素糸を用いる
ことに伴う上記欠点のいくつかが回避される。特に、現在炭素糸よりも多量に市
場に流通しており、且つ利用するにより安価な糸またはトウを使用することが可
能である。５０Ｋ以上、即ち５００００本以上のフィラメントからなる糸または
トウを使用することが好ましい。
【００１１】 プレフォームに施される熱処理はその温度を少なくとも約１２００℃に上げる
ことによってプレカーサーの変換を完全に行うのに役立つだけでなく、１６００
℃以上のより高い温度で熱処理を延長することによって不純物を除去するのにも
役立つ。したがって、炭素繊維糸を使用し、且つ不純物を除くために高温熱処理
を実施しなければならない先行技術と較べて、本発明の方法は付加的な工程を導
入していない。炭素プレカーサー繊維からできている糸やトウを用いる先行技術
と較べて、本発明の方法では、繊維がかなり優れた機械的性質を有するプレフォ
ームが得られるだけでなく、得られたプレフォームの収縮を斟酌する必要をなく
すことができる。したがってプレフォームその最終寸法により近い寸法で製造す
ることができ、そのためこの目的に必要なテキスタイル工程の時間を最適化する
。
【００１２】 本発明の方法の第１の態様では、連続繊維からなる糸またはトウは、不連続繊
維からなる繊維とするために延伸／クラッキング工程にかけられ、不連続繊維か
らなる糸またはトウをプレフォームの製造に使用するに好適なものにするために
十分な結束が付与される。 結束は、不連続繊維からなる糸またはトウに少量の撚りをかけることによって
行うことができる。
【００１３】 「不連続繊維からなる糸またはトウに少量の撚りをかける」とは、糸またはト
ウがテキスタイル工程、特にウエービング工程、特に高速ウエービング工程、に
絶えることができるに十分な強度を付与するに十分であり、一方、少なくともあ
る場合には、不連続繊維は糸またはトウが深刻な損傷を生じないで針によってと
られるそれに続くニードリングの可能性を残しているような撚りを言う。撚りの
量は糸またはトウの重量の関数として変動する。好ましくは撚りの量は約１メ−
トル当たり２０回（ｔｒ／ｍ）から１２０回（ｔｒ／ｍ）の範囲にある。
【００１４】 この代わりに、不連続繊維からなる糸またはトウの結束は、例えば合成フィラ
メントまたは非合成フィラメントによって鞘状に被覆して行ってもよい。 本発明の他の態様では、プレフォームを作るために連続繊維からなる糸または
トウを未処理状態で直接使用する。 どちらの場合にも、プレフォームの製造にはニードリング工程を少なくとも１
工程含むのが好ましい。
【００１５】発明の態様の詳細な説明 図１の態様では、方法の第１工程（１０）は中程度の炭化を受けた炭素プレカ
ーサーに由来する繊維からなる糸またはトウを提供することにある。「中程度の
炭化」とは、プレカーサー状態と炭素繊維状態との中間の炭化状態をいう。中程
度の炭化は最適な機械特性を有する繊維を得るために緊張下で行われる。炭化の
程度は、プレカーサーの変換を緊張下で完成した後に得られる機械特性の水準に
近いか、実質的に等しい機械特性の水準を得るように選ぶことが好ましい。この
ような炭化水準は、使用する炭素繊維プレカーサーに依存して変化するが、炭素
含有量が７０〜９０％の範囲のときに得られる。中程度の炭化は、完全な炭化を
行うに要するよりも低い温度で、および／または完全な炭化を行うに要するより
も短い時間で加熱処理することによって得られる。
【００１６】 例えば、前酸化されたＰＡＮの炭素への転換は通常約１４００℃で行われるが
、その製造中に約２５０℃の最大温度になる前酸化されたＰＡＮプレカーサーの
場合には、満足な中程度の炭化は約９００℃の緊張下加熱処理によって達成され
る。
【００１７】 好ましくは比較的重い糸またはトウ、好ましくは５０Ｋ以上、即ち５００００
本以上のフィラメントからなる糸またはトウが用いられる。一般に、糸またはト
ウは市販品が使用でき、重量が大きくなるほど重量当たりのコストは低下する。
【００１８】 「ピオン（Pyon）」（商品名）としてエス・ジー・エル・テクニックス社（英
国）から市販されている糸またはトウは好ましく用いられ、３２０Ｋ〜４８０Ｋ
のトウが入手可能である。この糸またはトウはコートールズ社（英国）から市販
されているＰＡＮプレカーサー由来の連続フィラメントからなり、その後炭素含
有量が７０〜８０％になるまで緊張下で中程度の炭化が行われる。
【００１９】 第２の工程（２０）では、糸またはトウ１１は、その縦方向に実質的に平行な
不連続フィラメントからできた糸またはトウに変換されるように延伸／クラッキ
ング工程を受ける。延伸／クラッキング工程はよく知られており、一般には糸ま
たはトウを延伸し、それを延伸系２１の２対のローラー２２、２３の間で破断す
ることによって行われる（図２）。フランス特許公開公報第２６０８６４１号公
報（ＦＲ-Ａ-2608641）および米国特許第７５９９８５号明細書には炭素糸の延 伸／クラッキングが記載されている。しかし本発明の方法では延伸／クラッキン
グは糸またはトウが特別に被覆されることなく行われることに注目されるべきで
ある。更に、延伸／クラッキングは、長い不連続繊維からなる糸またはトウ１２
が得られるように行われる。「長い繊維」とは平均長さ６０ｍｍ以上を有する繊
維を言う。
【００２０】 図３は、複数の数の糸またはトウ１１ａから１１ｐの延伸／クラッキングを行
うためにローラー２１ａから２１ｐを備えた相当する数の延伸系を有する延伸／
クラッキング装置を示す。
【００２１】 次いで、不連続繊維からなる糸またはトウ１２ａから１２ｐはストリップ２５
を備えた延伸装置を通ることによって混合され得る。エンドレスの環に取り付け
られた櫛を含んでなる装置によって、種々の糸またはトウの不連続繊維を混合し
ながら、同時に結果の糸またはトウが装置２５によってうけとられた糸またはト
ウと同重量となるように延伸することが可能になる。このように、例えば、糸ま
たはトウ１２ａから１２ｐの数が１６である場合（各糸は同じ重量を有する）、
装置２５は長さを１６倍に延伸するように調整される。
【００２２】 図３に示されたタイプの装置は、複合糸、即ち種々のタイプの不連続繊維から
なる糸を製造するために特に適している。本発明の範囲内で、糸１１ａから１１
ｐは次のものを含むことができる： １）繊維が炭素含量７０〜９０％の範囲にあり、必ずしも緊張下に置かれるこ
となく炭化を完了した後の引張破断強度が３０００MPa以上である中程度の炭化 を受けた炭素プレカーサーに由来する連続繊維からなる１種またはそれ以上の糸
またはトウ； ２）低破断強度を有する繊維を生じる炭素プレカーサーに由来する連続繊維、
例えばフェノール、セルロース、または等方性ピッチ系のプレカーサーに由来す
る連続繊維からなる１種またはそれ以上の糸またはトウ； ３）セラミックプレカーサー、例えば珪素、アルミナ、シリカ、・・・・、炭
化物に由来する連続繊維からなる１種またはそれ以上の糸またはトウ；および、 ４）全部が炭素、またはほとんど全部が炭素からなる連続繊維からなる１種ま
たはそれ以上の糸またはトウ、例えば本来高破断強度を示す非等方性ピッチに由
来する連続繊維からなる１種またはそれ以上の糸またはトウ。
【００２３】 ストリップを備えた延伸装置２５は延伸／クラッキング後の種々の糸に由来す
る不連続繊維が混合されるのを可能とする。 延伸／クラッキング後に得られる糸またはトウは、その後のテキスタイル工程
に耐えることができるように十分な強度または結束を付与されるように少量の撚
り（工程３０）を受ける。糸またはトウから繊維プレフォームを製造するにはウ
エービング、１方向シートへの配置、ワインディング、およびニードリングのよ
うな種々の工程を必要とする。いくつかの加工工程、特にウェービング、は不連
続フィラメントからなる糸またはトウ内に最小限の結束を必要とする、特に高速
で運転される場合には。即ちウェービングでは速度は４００ストローク／分以上
に達する。これに対して、糸またはトウに著しい損傷を与えることなくニードリ
ングを行うことを可能にするために、容易に取ることのできる不連続フィラメン
トを有することが必要である。糸またはトウに最小限の結束を付与するために、
撚りの量も十分でなければならず、一方でニードリングを可能にするために十分
制限されなければならない。これが、撚りの程度を好ましくは２０〜１２０ｔｒ
／ｍの範囲とする理由である。（テックスで表して）比較的重い糸の場合に較べ
て比較的軽量の糸の場合はより高い数値が選ばれる。このようにｔｒ／ｍで表し
た撚りの量とそのメートル法で表した重量（Ｎｍ）の平方根との比を表す係数α
は３０から６０の範囲にあることが好ましい。
【００２４】 加撚はロービング・フレームまたは連続スピニング・フレーム、または摩擦延
伸機(rubbing drawer)によって公知のようにして行うことができる、例えば上記
摩擦延伸機では真の撚りよりも繊維の「混ぜ合わせ(jumble)」をより多く形成す
ることができる。
【００２５】 このように、少量の撚りを有する糸またはトウは望ましいプレフォームを調製
するために用いることができる（工程４０）。これによって、上記のように、ウ
エービング、糸のシートの形成、ワインディングおよびニードリングのような加
工工程を行うことができる。
【００２６】 例として、プレフォームは、二次元の、平面の、または前者に被せられた層を
重ね合わせることにより、およびニードリングによって複数の層を一体化するこ
とによって作ることができる。二次元の層は、布の層または互いに平行な糸また
はトウからなり、種々の方向に重ねられている１方向シートの層であってもよい
。
【００２７】 ニードリングを行う場合、糸またはトウが少量の撚りを持っているに過ぎない
ため、非常に細かい針を使用することが好ましい。「非常に細かい針」とは、例
えば、比較的高さの低い、即ち０.５ｍｍより低い三角形断面を有する作動部分 を持つ針をいう。
【００２８】 プレフォームが得られた後、繊維プレカーサーの変換を完了するために熱処理
（工程５０）を行う。処理は１２００℃以上の温度、例えば１４００℃で行う。
その温度での処理期間の後、炭素繊維中に存在する不純物、例えばナトリウムを
除去するために、温度をより高くして、例えば少なくとも１６００℃で熱処理を
続けることができる。好ましい炭素繊維プレフォームは、最終的に熱処理中に重
大な収縮を生じることなしに改善された機械的特性を有する繊維として得られる
。
【００２９】 図４は、図１の方法と異なる本発明の方法のもうひとつの態様を示しており、
ここでは延伸／クラッキング（工程２０）によって得られた糸またはトウは、少
量の撚りによってではなく、糸またはトウを鞘状に包む（工程３０'）ことによ って十分に結束される。
【００３０】 鞘状に包み込みは合成または非合成のフィラメントによって行うことができる
。フィラメントは、炭素繊維からなる不連続繊維が完全に変換される前に溶解に
よって、または上記変換の前または変換中に熱処理することによって除去するこ
とのできる物質からできていてもよい。炭素繊維からなる不連続繊維が完全に変
換された後に炭素含有残留物を残す物質からなるフィラメントを選ぶこともでき
る。フィラメントを鞘状に被覆するために使用できる物質の例は、綿、ビスコー
ス、ポリエチレン、ポリエステルおよびポリビニルアルコールである。
【００３１】 鞘状に被覆された糸またはトウは熱処理（工程５０）前にプレフォームを製造
する（工程４０）ために用いられる。プレフォームの製造にニードリング工程が
含まれる場合は、鞘付きフィラメントの除去はニードリングの前または後に任意
に行ってもよい。
【００３２】 図５も、図１の方法と異なる本発明の方法のもうひとつの態様を示しており、
ここではプレフォーム調製工程４０および熱処理工程５０は、中程度の炭化（工
程１０）、延伸／クラッキング工程、および省略（omitting）されている少量の
撚りにより結束を付与する工程の後に得られるプレカーサー繊維からなる糸また
はトウに直接施される。
【００３３】 （発明を実施するための最良の形態）実施例 １ 図１に示されるタイプの方法を用いるブレーキディスクおよびパッド用の炭素
／炭素複合体プレフォームのひとつの製造例、およびこのようなプレフォームを
組み込んだブレーキディスクおよびパッドについてなされた試験は下記の通りで
ある。 トウは「ピロン(Pyon)１５」という商品名でエス・ジー・エル テクニクス（S
GL Tehnics）社（英国）から市販されている、長さ当たりの重量が３０ｇ／ｍ、
即ち３０キロテックスのものを用いた。トウは前酸化されたＰＡＮ製の繊維から
なり、このＰＡＮは繊維中の炭素含量が７６％で残余が本質的に窒素からなるよ
うに緊張下で中程度に炭化されたものである。
【００３４】 トウは延伸／クラッキング工程にかけて、重量が１キロテックスで、不連続繊
維からなる糸とし、この糸は３５ｔｒ／ｍ（α＝３５）の少量の撚りによって結
束した。 得られた糸を用いて、面積当たり重量８４０ｇ／ｍ2、荷重（５０ｇ／ｍ2）下
の厚さが１.８ｍｍの布（重ね斜文織り）を作った。 布の層は、フランス特許第２７２６０１３号明細書（ＦＲ-Ａ-２７２６０１３
）に記載されているように、繊維の体積分率が約２０％となるように層同士をパ
イル仕上げしニードリングした。プレカーサーを完全炭化するために、まず約１
４００℃で熱処理し、次いで温度を１６００℃に上げて繊維中に存在する残留不
純物、特にナトリウムを除去した。重量損失は約３０％であった。
【００３５】 ブレーキディスク用のプレフォームをブレーキパッド用プレフォームとともに
環状に切り出し、それからそれ自体公知の方法である化学的蒸気浸透法によって
熱分解炭素マトリックスによって緻密化することによって、炭素／炭素複合体製
のブレーキディスクおよびパッドを得た。 比較として、中程度の炭化を受けていない前酸化ＰＡＮ繊維製のトウを出発物
質とし、炭化はニードリング後に行った、したがって炭化は緊張下では行ってい
ない以外は同様にして炭素／炭素複合体製の対照標準としてのブレーキディスク
およびパッドを調製した。
【００３６】 対照標準および本発明のブレーキディスクまたはパッドを、同じ高エネルギー
ブレーキ試験にかけ、結果の摩耗量をｍｍで表した厚さ減少量を測定することに
よって評価した。結果を表１に記載した。
【表１】 本発明の炭素／炭素材料の摩耗量は、ディスクでは３８％、パッドでは２７％
少なかった。
【００３７】実施例 ２ 商品名「ピオン(Pyon)１８」としてエス・ジー・エル テクニクス（SGL Tehni
cs）社（英国）から市販されているトウを出発物質として図４に示されている態
様の方法を適用した。トウは、繊維が７３％炭素含量となるように緊張下で中程
度に炭化された前酸化ＰＡＮからなる繊維製の３２０,０００本のフィラメント から作られたものである。出発物質であるトウの重量は３４ｇ／ｍ、即ち３４キ
ロテックスであった。
【００３８】 トウは延伸／クラッキング工程にかけて、１４.７テックスの綿フィラメント によって鞘状に包み込むことによってなされた結束した８３３テックスの糸を得
た。鞘付き糸を用いて単位面積当たり重量７８０ｇ／ｍ2、荷重下での厚さ１.７
ｍｍの布（８枚のしゅす織り）を作製した。 鞘付き綿糸を熱分解するために空気中で２５０℃で焼いた。 布を複数層積層し、困難なくニードリングし、得られたプレフォームを実施例
１のようにして熱処理した。
【００３９】実施例 ３ ニードリング前にコットン鞘を分解しなかった以外は、実施例２と同様にして
同じ方法を実施した。ニードリングは鞘付き糸で成功裏に実施できた。プレカー
サーを変換するための最終熱処理用に温度を上げたとき、綿製の鞘は分解した。
【００４０】実施例 ４ 商品名「ピオン」としてエス・ジー・エル テクニクス（SGL Tehnics）社（英
国）によって製造された５０Ｋフィラメントの糸を出発物質として図５に示され
ている態様の方法を適用した。糸は、繊維が７６％炭素含量となるように緊張下
で中程度に炭化された前酸化ＰＡＮからなる連続繊維から作られたものである。
糸の重量は４４キロテックスであった。 糸は、特別の技術的準備なしに直接織り上げた。得られた布は単に面積当たり
１.２ｋｇ／ｍ2の重さであった。得られた布を複数層重ねてニードリングにかけ
た。ニードリングは、糸が連続フィラメントでできているにもかかわらず困難な
く実施できた。得られたプレフォームは、次にプレカーサーを変換するために熱
処理にかけた。
【００４１】 （産業上の利用の可能性） 本発明は、炭素／炭素複合材料からなる種々の分野、特に摩擦分野、例えばブ
レーキまたはクラッチディスク用途等の部品を製造するための炭素繊維プレフォ
ームの製造に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の方法のひとつの態様の連続した工程を示す工程図。
【図２】 延伸／クラッキング装置を示す模式図。
【図３】 延伸／クラッキング装置を示す模式図。
【図４】 本発明の方法の他の態様の連続した工程を示す工程図。
【図５】 本発明の方法の他の態様の連続した工程を示す工程図。
【符号の説明】
１１：糸またはトウ １１ａ〜１１ｐ：複数系列の糸またはトウ １２：延伸／クラッキング処理を受けた糸またはトウ １２ａ〜１２ｐ：延伸／クラッキング処理を受けた複数系列の糸またはトウ ２１：延伸／クラッキング装置 ２１ａ〜２１ｐ：複数系列の延伸／クラッキング装置 ２２：延伸／クラッキング用ローラ ２３：延伸／クラッキング用ローラ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ティエリー・マルジョレ フランス、エフ−25000ブザンソン、リ ュ・クラン10番 Ｆターム(参考） 4L037 CS03 CS16 FA01 FA02 FA03 FA15 FA19 FA20 PA46 PA52 PA53 PC03 PC11 PP01 UA10 UA17 4L048 AA05 AA16 AA46 AA48 AB01 AB07 AC09 AC14 BA01 CA01 CA06 DA41 EB05

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １）繊維が７０〜９０％の炭素含量を有し、炭化完了後の引
    張破断強度３０００MPa以上を呈するように、必ずしも緊張下に置かれることな く中程度の炭化を受けた炭素プレカーサー繊維由来の連続繊維からなる少なくと
    も１種の糸またはトウを用いること、 ２）上記糸またはトウを用いてプレフォームを製造すること、および ３）上記プレフォームを、少なくとも、不連続繊維の炭素繊維への変換を完了す
    るために熱処理にかけること、 を特徴とする炭素繊維プレフォームの製造方法。
  2. 【請求項２】 緊張下で中程度の炭化を受けたプレカーサー由来の連続繊維
    からなる少なくとも１種の糸またはトウを用いることを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 炭素含量が７０〜８０％となるように炭化を受けた前酸化ポ
    リアクリロニトリル由来の連続繊維からなる少なくとも１種の糸またはトウを用
    いることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 不連続繊維からなる糸またはトウを得るために、連続繊維か
    らなる糸またはトウを延伸／クラッキングにかけ、不連続繊維からなる糸または
    トウをプレフォームを製造するに適するように十分な結束を付与することを特徴
    とする請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
  5. 【請求項５】 炭素プレカーサー由来の連続繊維からなる糸またはトウから
    、およびセラミックプレカーサー由来の連続繊維からなる糸またはトウから選ば
    れる複数の異なる糸またはトウを使用することを特徴とする請求項１〜３のいず
    れかに記載の方法。
  6. 【請求項６】 糸またはトウを延伸／クラッキング工程にかけ、得られた不
    連続繊維からなる糸またはトウを混合し、得られた複合糸またはトウにプレフォ
    ームを製造するために使用できるように十分な結束性を付与することを特徴とす
    る請求項５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 不連続繊維からなる糸またはトウに少量の撚りを付与するこ
    とを特徴とする請求項４または６に記載の方法。
  8. 【請求項８】 不連続繊維からなる糸またはトウに２０ｔｒ／ｍ〜１２０ｔ
    ｒ／ｍの量の撚りを付与することを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の
    方法。
  9. 【請求項９】 鞘を付けることによって不連続繊維からなる糸またはトウに
    結束を付与することを特徴とする請求項４または６に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 ピッチ、フェノール、セルロース、および前酸化されたポ
    リアクリロニトリルをベースとするプレカーサーから選ばれる炭素プレカーサー
    由来の連続繊維からなる少なくとも１種の糸またはトウを用いることを特徴とす
    る請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
  11. 【請求項１１】 ５０Ｋ本以上の少なくとも１種の糸またはトウを用いるこ
    とを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
  12. 【請求項１２】 プレフォームの製造に少なくとも１工程のニードリング工
    程を含むことを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
  13. 【請求項１３】 プレフォームの製造に４００ストローク／分以上の高速ウ
    ェービング工程を少なくとも１工程含むことを特徴とする請求項１〜１２のいず
    れかに記載の方法。
  14. 【請求項１４】 熱処理を、プレカーサーの変換を完全に行うために１２０
    ０℃以上の温度で行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の方法
    。
  15. 【請求項１５】 熱処理を１６００℃以上のより高い温度で継続することを
    特徴とする請求項１４に記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528908A (ja) * 2007-06-12 2010-08-26 ヘクセル ランフォルセマン 少なくとも１の撚糸が配置された複合材料の製造方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2842192B1 (fr) * 2002-07-12 2004-10-01 Snecma Propulsion Solide Procede et installation pour l'obtention de produits en carbone a partir de produits en precurseur de carbone
US6783851B2 (en) * 2002-08-07 2004-08-31 Albany International Techniweave, Inc. Pitch based graphite fabrics and needled punched felts for fuel cell gas diffusion layer substrates and high thermal conductivity reinforced composites
CN101245503B (zh) * 2008-03-01 2011-07-27 威海拓展纤维有限公司 碳纤维的生产方法
FR2953826B1 (fr) * 2009-12-16 2019-10-11 Safran Landing Systems Procede de fabrication d'une piece de friction a base de materiau composite c/c
CN102041597B (zh) * 2010-11-16 2012-08-08 江苏澳盛复合材料科技有限公司 一种碳纤维布及其在汽车耐摩擦部件上的应用
CN103274714B (zh) * 2013-06-05 2014-09-17 东南大学 一种改进的二维陶瓷基复合材料Z-pin方法
FR3025810B1 (fr) * 2014-09-12 2016-12-09 Herakles Procede de fabrication d'une structure fibreuse
JP6607026B2 (ja) * 2015-12-22 2019-11-20 株式会社豊田自動織機 繊維強化複合材
MY193651A (en) * 2016-06-03 2022-10-21 Schunk Kohlenstofftechnik Gmbh Method for manufacturing a carrier plate and a carrier plate
CN110616493B (zh) * 2019-09-23 2021-09-10 潘魏豪 一种柔性导电碳布的制造方法
CN111455522A (zh) * 2020-04-02 2020-07-28 广州蓝墨科技有限公司 一种抗静电面料的制备方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4728395A (en) * 1984-10-12 1988-03-01 Stackpole Fibers Company, Inc. Controlled resistivity carbon fiber paper and fabric sheet products and method of manufacture
CA1327258C (en) * 1988-02-16 1994-03-01 James Toner Paul Jr. Method of manufacturing carbon fiber using preliminary stretch
CN2057177U (zh) * 1989-05-04 1990-05-16 中国科学院山西煤炭化学研究所 预氧化纤维生产装置
FR2669940B1 (fr) * 1990-12-03 1994-10-21 Europ Propulsion Fil forme a partir de fibres refractaires ou de leurs precurseurs et son application a la fabrication de pieces en materiau composite.
GB9122997D0 (en) * 1991-10-30 1991-12-18 Curran Dennis J G Ceramic fibres

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010528908A (ja) * 2007-06-12 2010-08-26 ヘクセル ランフォルセマン 少なくとも１の撚糸が配置された複合材料の製造方法

Also Published As

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CA2307137A1 (en) 1999-05-06
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