JPH05269902A - 複合材料製品の製造用の繊維プレフォームの製造方法 - Google Patents

複合材料製品の製造用の繊維プレフォームの製造方法

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JPH05269902A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 2次元繊維布を縫製することによるプレフォ
ームの製造に適した方法を提供する。 【構成】 複合材料製の製品の強化布を構成するための
繊維プレフォームの製造方法であって、一方向繊維シー
トを形成し、このシートを異なる方向を有する1対の隣
接シートと重ね合わせ、この重ねたシートを縫製するこ
とを含み、不安定材料の糸により覆うことにより提供さ
れた繊維もしくはフィラメントの間の結合力によりねじ
れを起こすことなく互いに平行な不連続フィラメントも
しくは繊維を組み立てることにより形成されたシートを
用いる方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、マトリックスにより緻密にされ
た繊維強化布により構成されている複合材料製品の製造
に関する。
【0002】本発明は、より詳細には、構造複合材料、
すなわち広範囲の用途における構造部品を構成するに十
分な機械強度を有する材料に関する。そのような材料の
うち、本発明は、例えば、マトリックス及び強化繊維の
適当な選択により高温においてその機械特性を保つこと
のできる熱構造複合体の製造に適用できる。従来の熱構
造複合材料は、炭素−炭素(C/C)及びセラミックマ
トリックス複合体(CMC)であり、特に炭素の強化繊
維(C/SiC複合体)又は炭化珪素の強化繊維(Si
C/SiC複合体)を有する炭化珪素(SiC)のマト
リックスを有する複合体である。
【0003】熱構造複合体の製造において、繊維強化布
又はプレフォームは材料に所望の機械特性を与えるよう
に製造されねばならない。
【0004】プレフォームは、糸もしくはケーブルのよ
うな一次元である又は布、フェルト等のような二次元で
ある構造体より得られる。
【0005】糸もしくはケーブルは巻き取られ、軸対称
に巻かれた布を形成し、又は一方向シートにおいて互い
に平行に敷かれる。このシートは、2つの隣接シート内
の糸もしくはケーブルの方向を異ならせて重ねられる。
【0006】布もしくはフェルトは、プレフォームに望
ましい厚さにするようそれ自身の上に巻かれ、又は重ね
られた層に切り取られる。
【0007】プレフォームが巻かれたもしくは重ねられ
た層もしくはシートを構成する複合材料の機械特性を改
良するため、横向きに伸びる糸もしくは繊維により層も
しくはシートを互いに結合することが提案された。これ
は剥離の現象、すなわちシートもしくは層の間の材料分
離の現象を防ぐ。
【0008】縫製、公知であり実行容易である、層もし
くはシートを互いに結合するための方法である。比較的
厚いプレフォームを製造するための縫製方法は、特に、
US-A-4790052に記載されている。
【0009】この文献において、並びにGB-A-1447030及
びUS-A-3971669において、複雑な基本繊維布から、特に
繊維のシートが予備縫製された布により、又は交差した
形状に配置され互いに予備縫製された一方向糸もしくは
ケーブルの2つのシートにより構成された基本布からプ
レフォームを製造ことが提案された。
【0010】FR-A-2414574(又はGB-A-2012671)より、
短い繊維の層が縫製された連続フィラメントの一方向シ
ートにより形成された基本布を用いることが公知であ
る。基本布において環が切り取られ、次いでブレーキデ
ィスク用のプレフォームを得るため重ねられ縫製され
る。
【0011】EP-A-424988 も連続フィラメントの一方向
シートの使用を記載している。このシートはケーブルを
広げることにより得られ、その結合は縫製することによ
り提供される。この縫製したシートよりセクターが切り
取られ、次いで異なる方向に並べられ重ねられ、互いに
縫製され、ブレーキディスクプレフォームを形成する。
【0012】最後に、FR-A-2626294は、並べられた繊維
のウェブをカーディングすることにより形成された多数
の一方向シートを互いに縫製することにより製造された
基本繊維を用いることを提案しており、このシートはそ
れぞれの繊維が異なる方向に伸びるように重ねられてい
る。このようにして得られた多数の布層は互いに重ねら
れ縫製され、ブレーキディスクプレフォームを形成す
る。
【0013】本発明の目的は、2次元繊維布を縫製する
ことによるプレフォームの製造に特に適した方法を提供
することである。
【0014】本発明の他の目的は、プレフォームを構成
する要素の保全性に対する縫製の破壊作用を最小にする
ことである。
【0015】本発明のさらに他の目的は、比較的薄い複
合材料製品の製造及びより厚い製品の製造に適したプレ
フォームの製造を可能にする方法を提供することであ
る。
【0016】これらの目的は、本発明に係る、一方向繊
維シートを形成し、隣接する1対のシートと異なる方向
で重ね、そしてこの重ねたシートを縫製することを含む
タイプの方法により達成され、この方法において、シー
トは、不安定材料の糸により覆うことによって提供され
る繊維もしくはフィラメントの間の結合により、ねじれ
ることなく互いに平行な不連続フィラメントもしくは繊
維を組み立てることにより形成される要素より構成され
る。
【0017】シートはねじれることなく不連続繊維より
形成される銀もしくは糸より形成される。
【0018】不安定材料の糸により覆うことは、縫製に
より結合される前に取り扱うことを可能にするに十分な
結合を有するシートの構造要素を与える。一方向ウェブ
を縫製することにより基本布が形成される上記文献FR-A
-2581379において、繊維を整列に保つ方法は記載されて
いない。
【0019】被覆糸の不安定材料は、例えば、水に溶解
されることにより除去されるポリビニルアルコール、又
は固体残留物を残さないで熱処理により除去されるポリ
マーである。
【0020】縫製の間に、繊維もしくはフィラメントは
横方向に伸びるようにシートの成分要素から取り出さ
れ、シートを互いに結合する。シートの成分要素はねじ
れることなく不連続糸もしくは繊維の組立てにより形成
されるので、縫製はねじれた繊維もしくはケーブルより
製造された糸に現れるような破壊作用を有しない。縫製
はねじれた糸を破壊し、それにより強化材の機械特性を
低下させ、この強化材により製造された複合材料の機械
特性を低下させる。
【0021】従って、従来の方法とは異なり、本発明の
方法は、とても良好な機械特性を有する硬質箔もしくは
ウェブの形状の製品のような、複合材料の薄い製品用の
プレフォームの製造に適している。
【0022】プレフォームは、異なる方向に重ねられた
多数のシートを互いに直接縫製することにより製造さ
れ、この縫製はプレフォームにシートの間の必要な結合
を与えるように単位面積あたり適当な密度、例えば20パ
ンチ/cm2〜 300パンチ/cm2で行われる。こうして、250M
Paより大きい引張強度及び30MPa より大きい層間剪断強
度(シートに平行)を有するC/C、C/SiCもしく
はSiC/SiC熱構造複合材料の製品が15mm未満の厚
さを有するプレフォームより得られる。
【0023】より厚い複合材料より製造される製品につ
いて、多数のシートが異なる方向に重ねられ、予備縫製
され、基本布を形成する。次いでこの基本布を用い、プ
レフォームを形成する。予備縫製の前に、結合糸によ
り、重ねられたシートの間の結合が提供される。この糸
は、シートを構成する糸と同じであり又は、例えば固体
残留物を残さないで溶媒によりもしくは熱処理により除
去されるに適した不安定材料より製造されている。この
予備縫製は、例えば5パンチ/cm2〜40パンチ/cm2の単位
面積あたりの密度で、すなわち基本構造を取扱可能にす
るに十分な密度で行われる。これは予備縫製された基本
布の層を重ねそして縫製により又は予備縫製された基本
布のストリップを巻きそして縫製することにより製造さ
れるプレフォームの製造に用いられる。基本布の重ねら
れた層は、例えば上記米国特許第 4,790,052号に記載の
方法で縫製される。
【0024】厚い製品を製造するための本発明の方法の
実施を以下に示す。プレフォームは、アラミド繊維、炭
素繊維、もしくはセラミック繊維(炭化物、酸化物、珪
化物、硼化物等、例えば炭化珪素もしくは炭素窒化珪
素)のような、そのような複合体の製造に従来用いられ
た種類の繊維より製造されている。
【0025】公知の方法において、炭素繊維、特にセラ
ミック繊維により、特に縫製工程の間に繊維用の前駆体
よりプレフォームが形成される。例えば、ポリアクリロ
ニトリル(PAN)前駆体を有する炭素繊維より製造さ
れたプレフォームでは、炭素化前に予備酸化したPAN
状態において繊維の縫製が行われ、一方ポリカーボシラ
ン(PCS)を有する炭化珪素繊維より製造されたプレ
フォームでは、架橋を終了する熱処理後しかしセラミッ
ク化前に未溶融状態の前駆体の形状で繊維の縫製が行わ
れる。
【0026】それにもかかわらず、セラミックもしくは
炭素繊維に直接縫製を行ってもよい。ねじれていない、
不連続繊維が針により共留され、一方炭素もしくはセラ
ミックの連続糸もしくはねじれた糸に直接縫製を行うこ
とはその破壊作用のため考えられない。
【0027】例1 予備酸化したPANのねじれてない不連続繊維の糸より
製造した一方向シート3枚を互いに60°ずれた方向で重
ねた。このシートを含む予備酸化したPAN糸はN.m.5
の繊度を有し、これは必要な結合を与えるポリビニルア
ルコールの45dtex糸により覆われた。この3枚のシート
はこの被覆糸と同じポリビニルアルコール糸により互い
に結合された。この組立ての単位面積あたりの質量は80
0g/m2 である。
【0028】このシートを、例えば米国特許第 4,677,8
31号に記載されているような従来の方法により互いに結
合する。
【0029】この結合したシートを35パンチ/cm2の密度
で予備縫製し、次いで80℃の熱水の槽に浸し、被覆及び
結合糸を溶解する。こうして直接縫製に適した基本布が
得られる。
【0030】この予備縫製された基本布により形成され
た層を重ね、縫製し、繊維プレフォームを形成する。縫
製密度は50パンチ/cm2であった。予備酸化されたPAN
の炭素化熱処理後、30%の単位体積あたりの繊維濃度を
有する炭素繊維の縫製されたプレフォームが得られた
(単位体積あたりの繊維濃度は繊維により実際に占めら
れているプレフォームの体積のパーセントである)。
【0031】例2 ねじれていない、不連続炭素繊維より製造された糸より
形成された一方向シート3枚をストリップの縦方向に対
し90°、+45°、及び−45°の角度を形成してシートの
糸の間に重ねた。シートを構成する炭素糸はN.m.5の繊
度を有し、45dtexポリビニルアルコール糸により覆われ
た。この3枚のシートを45dtexポリビニルアルコール糸
により覆われたN.m.15の繊度を有するねじれていない不
連続炭素繊維の糸で互いに結合した。この組立ての単位
面積あたりの質量は600g/m2 であった。
【0032】80℃の熱水の槽に30分間浸すことにより被
覆糸を除去し、乾燥後、直接縫製に適した結合したシー
トより製造された炭素基本布を得た。
【0033】マンドレルに基本布を巻付け同時に縫製す
ることにより軸対称のプレフォームを製造した。縫製密
度は50パンチ/cm2であった。こうして製造された厚さ60
mm、幅500mm 、内径200mm のプレフォームは35%の単位
体積あたりの繊維濃度を有していた。
【0034】例3 シートを高靱性ポリエチレン糸(Dutch film DSMにより
Dyneeme として販売されている良好な機械特性を有する
糸)により互いに結合することを除き、方法は例2と同
じであった。
【0035】80℃の熱水の槽に30分間浸すことにより被
覆糸を除去し、乾燥後、35パンチ/cm2の密度で予備縫製
を行った。次いで300 ℃での熱処理によりポリエチレン
糸を除去することによりシートの結合を除いた。こうし
て、直接縫製に適した炭素基本布が得られた。
【0036】上記例において、基本布の予備縫製及びプ
レフォームの縫製は有刺もしくは又状針による従来の方
法で行われる。
【0037】水流により予備縫製及び/又は縫製を行う
ことも可能である。さらに、プレフォームの製造の間、
基本布の間に他の繊維層、例えばフェルトの層を挟むこ
とも可能である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 フィリップ デュポン フランス国,33110 ル ブスカ,アブニ ュ ドゥ ラ リベラティオン 342,バ ト.エフ−レ セドレ アルジェンテ (72)発明者 ピエール オルリィ フランス国,33000 ボルドー,リュ エ ドモン コステドア,27

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複合材料製の製品の強化布を構成するた
    めの繊維プレフォームの製造方法であって、一方向繊維
    シートを形成し、このシートを異なる方向を有する1対
    の隣接シートと重ね合わせ、この重ねたシートを縫製す
    ることを含み、不安定材料の糸により覆うことにより提
    供された繊維もしくはフィラメントの間の結合力により
    ねじれを起こすことなく互いに平行な不連続フィラメン
    トもしくは繊維を組み立てることにより形成されたシー
    トを用いる方法。
  2. 【請求項2】 シートが銀より製造されている、請求項
    1記載の方法。
  3. 【請求項3】 シートがねじれていない不連続繊維によ
    り形成された糸より製造されている、請求項1記載の方
    法。
  4. 【請求項4】 多数のシートが直接縫製され、比較的薄
    いプレフォームを形成する、請求項1記載の方法。
  5. 【請求項5】 単位面積あたりの縫密度が20パンチ/cm2
    〜 300パンチ/cm2にある、請求項4記載の方法。
  6. 【請求項6】 多数のシートを予備縫製し、基本布を形
    成し、その後、その少なくとも一部が前記基本布により
    形成される多数の層を縫製することによりプレフォーム
    が形成される、請求項1記載の方法。
  7. 【請求項7】 予備縫製する前に、結合糸によりシート
    を組み立てる、請求項6記載の方法。
  8. 【請求項8】 結合糸が不安定材料製である、請求項7
    記載の方法。
  9. 【請求項9】 結合糸がシートを構成する糸と同じであ
    る、請求項7記載の方法。
  10. 【請求項10】 基本構造内における予備縫製した単位
    面積あたりの密度が5パンチ/cm2〜40パンチ/cm2にあ
    る、請求項6記載の方法。
  11. 【請求項11】 炭素、セラミック、及びその前駆体よ
    り選ばれる材料の繊維から形成される要素により構成さ
    れたシートが用いられる、請求項1記載の方法。
  12. 【請求項12】 複合材料製品用の繊維強化布を構成
    し、請求項5記載の方法により製造され、そして15mm未
    満の厚さを有するプレフォーム。
  13. 【請求項13】 熱構造複合材料の硬質箔もしくはウェ
    ブの形状の、請求項12記載のプレフォームを含む製
    品。
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FR9201300A FR2686907B1 (fr) 1992-02-05 1992-02-05 Procede d'elaboration de preformes fibreuses pour la fabrication de pieces en materiaux composites et produits obtenus par le procede.

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JPH05269902A true JPH05269902A (ja) 1993-10-19
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ES (1) ES2087671T3 (ja)
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