JP2010528908A - 少なくとも１の撚糸が配置された複合材料の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１の強化糸が表面上に、その配置表面上の少なくとも一の曲線状領域を有する経路に沿って配置され、前記強化糸がポリマー結合剤によって前記表面に結合している複合材料の製造方法であって、前記配置前に前記強化糸に撚りが掛けられ、前記配置表面に平行に測定した、糸端路の幅の両側における長さの差を少なくとも補償することを特徴とする方法に関し、本発明はまた、このようにして得られる複合材料に関する。

Description

本発明は、複合プリフォームの技術分野に関する。本発明の主題は、少なくともその一部が湾曲した、例えば、環状又は楕円形のプリフォームの作製に特に適合した、少なくとも１の糸の配置方法である。本発明は、特に、自動車、航空機又は造船産業に使用される複合部品に利用される。

複合部品又は物品（すなわち、一方で１種又は複数の繊維強化材、他方で、熱可塑性若しくは熱硬化性樹脂又はこれらの２種の混合物のマトリックスを含む）の製造は、例えば、いわゆる「直接」法又は「間接」法によって行うことができる。直接法は、１種又は複数の繊維強化材を「乾燥」状態で準備し（最終マトリックスを有していない）、熱可塑性若しくは熱硬化性又はこれらの２種の混合樹脂即ちマトリックスを別個に準備し、例えば、上記強化繊維を入れた金型中への射出（「ＲＴＭ」法、英語のＲｅｓｉｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｍｏｌｄｉｎｇから）、注入（強化繊維の厚みを通して型中への注入：「ＬＲＩ」法、英語のＬｉｑｕｉｄ Ｒｅｓｉｎ Ｉｎｆｕｓｉｏｎから又は「ＲＦＩ」法、英語のＲｅｓｉｎ Ｆｉｌｍ Ｉｎｆｕｓｉｏｎから）すること、或いは又は、繊維強化材のそれぞれの単位層上にローラー若しくは刷毛での人手による塗布／含浸によって型上に連続的に施用することと定義される。間接法は、成形に先立ち、まず繊維及び樹脂を合わせることと定義され、このように調製された繊維強化材を予備含浸されていると呼ぶ。

ＲＴＭ、ＬＲＩ又はＲＦＩ法に対しては、一般に、まず初めに所望の最終製品の形態の繊維質プリフォームを作り、次いで、このプリフォームを熱可塑性若しくは熱硬化性樹脂、又はこれら２種の混合物で含浸させることが必要である。樹脂は、圧力差により射出又は注入し、次いで、熱圧縮して、重合後それを硬化させる。直接法に適合した繊維強化材では、強化糸は一般に、その部品に接着による一体性を与えるため、ポリマー結合剤と合わされ（その際プリフォームと呼ばれる）、繊維強化材（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントは０．１から２５％まで、有利には３から１０％まで変化する。間接法に適合した予備含浸物の場合には、その結合剤自体は、繊維強化材（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量の２０から６０％、好ましくは３０から４０％を占める。

自動車、航空機又は造船産業に使用される複合部品は、特に、機械的特性の非常に厳しい要求の下におかれている。

特に、航空機、航空宇宙、又は自動車分野での応用に対しては、プリフォームを有することが時に必要であり、この少なくとも一部は、例えば環状若しくは楕円形状の開口の外形を構成することが意図される。それは、例えば、枠、機窓、ノズル、ジェット吸気口、又は任意の種類の、開口の周囲に配置されるか若しくは打ち抜き部品のような穴開き部分の補強に役立つことが意図される強化要素、連接棒、扉の隅の枠、機窓若しくは防風補強材、マンホールなどの強化要素を構成するような場合である。

複合材分野では、上記の糸は、本質的に相互に平行に伸びるフィラメントの集合から構成されている。したがって、糸はある一定の幅を有する。また、本発明者らは、平面でも非平面でもあり得る配置表面上において、糸が非直線状の、特に曲線状の経路をたどる際に起伏が観察され、それゆえに配置に不均一性をもたらすことに注目した。本発明者らは、これらの起伏が、糸の２つの端路に位置するフィラメントが異なる長さの経路をたどらなければならないことによることを実証した。端路とは、その配置表面に平行に測定して、幅の一方の端と他方の端の糸が追随する２つの経路をいう。

図１は、円弧経路に沿って平面上に配置された糸の場合におけるこの現象を示したものである。糸Ｆは、配置表面に平行に測定した幅ｌを有する。糸Ｆの中央の繊維（又は中央のフィラメント）がたどる経路Ｔは、半径Ｒを有する円の角θにわたる円弧の部分である。したがって、その糸がたどらなければならない経路の長さは、その全体の幅ｌにわたって同じでなく、端路Ｔ_１及びＴ_２は異なる長さを有すると思われる。

実際、円弧の外側で、言わば外側又は最長の経路Ｔ_２は、半径Ｒ_２を有する円の円弧であり、円弧の内側で、言わば内側又は最短の経路Ｔ_１は、半径Ｒ_１を有する円の円弧である。したがって、経路Ｔ_１はθＲ_１に等しい長さＬ_１を有し、経路Ｔ_２はθＲ_２に等しい長さＬ_２を有し、Ｌ_２はＬ_１より長い。したがって、内側の経路Ｔ_１の水準において、各フィラメントは弾性を有しないから長さＬ’_１を有するが、これは事実上長さＬ_２に等しく、各フィラメントの経路より長く、このことが配置面外又は配置面内のフィラメントの長さの存在に起因する起伏現象をもたらすのである。このような不規則性により機械的応力下において早期に弱点が発生し、したがって、得られる部品の機械性能の低下がもたらされる。

このような状況において、本発明は、これらの不利点をなくすことを可能にする、改善された配置方法を提供することを提唱するものである。本発明は、少なくとも１の強化糸が表面上に、その配置表面上の少なくとも一の曲線状領域を有する経路に沿って配置され、前記強化糸がポリマー結合剤によって前記表面に結合している複合材料の製造方法であって、前記配置前に前記強化糸に撚り（ｔｏｒｓｉｏｎ）が掛けられ、前記配置表面に平行に測定した、糸端路の幅の両側における長さの差を少なくとも補償することを特徴とする方法に関する。

本発明による方法は、以下の特徴のいずれか、又はそれらが互いに排他的でない場合には以下の特徴の組合せを有する：
− 強化糸は、その配置前に乾燥している、
− ５から１００回／ｍ、好ましくは１０から８０回／ｍの撚数が、撚られ配置された強化糸に掛けられている、
− 複合材料が、
単糸であって、その全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもの、又は
一群の糸であって、それら同士及びそれらの全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもの
を配置させることによって得られる。
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から７０回／ｍ、好ましくは１５から４０回／ｍの撚数を有する３Ｋ及び２００テックスの炭素糸が配置される。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は３０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は３０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１５から８０回／ｍ、好ましくは４０から７０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び２２３テックスの炭素糸が配置される。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１５から８０回／ｍ、好ましくは４０から６０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び４００テックスの炭素糸が配置される。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から８０回／ｍ、好ましくは１０から６０回／ｍの撚数を有する１２Ｋ及び４４６テックスの炭素糸が配置される。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、特に６０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができ、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満、特に１０から４０回／ｍとすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が２０から１５０ｍｍの範囲にある場合に、１０から４０回／ｍ、好ましくは１０から２５回／ｍの撚数を有する２４Ｋ及び１０４０テックスの炭素糸が配置される。特に、糸経路の最小内側半径が２０から４０ｍｍの範囲にある場合に撚数は２０回／ｍを超え、当該内側半径が４０ｍｍを超える場合に撚数は２０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 配置糸の撚りは、Ｓ撚り、Ｚ撚りのいずれでもよく、好ましくは、時計回り方向に、配置が経路の曲線状の領域上で行われる場合、Ｓ撚りである、
− 強化糸が配置される表面は、前の配置工程中に配置された強化糸からなる、
− 強化糸が配置される表面は一時的な支持体であり、ポリマー結合剤で再被覆されてもよい、
− ポリマー結合剤は表面上に、予め、又は強化糸の配置の進行に従って施用される、
− 強化糸は、その配置前にポリマー結合剤と合わされ、それが配置される表面との結合を確保する、
− 強化糸は、炭素、ガラス、アラミド、シリカ、セラミック、玄武岩及びそれらの混合物の中から選択される材料でできている、
− ポリマー結合剤は、粉末、自己接着性樹脂又はホットメルト樹脂の形態とすることのできる、熱硬化系、熱可塑性ポリマー又は前記ポリマーの混合物を含む。
− 直接法に適合したプリフォームについては、複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントは、０．１から２５％、有利には３から１０％の範囲にある、
− 複合材料は予備含浸されたプリフォームであり（間接法）、複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントは２０から６０％、有利には３０から４０％の範囲にある。

本発明の別の目的は、本発明による方法で得られるような複合材料である。

特に、本発明はまた、少なくとも１の強化糸が表面上に、その配置表面上の少なくとも一の曲線状領域を有する経路に沿って配置され、前記強化糸がポリマー結合剤によって前記表面に結合している複合材料であって、前記強化糸に撚りが掛けられ

、前記配置表面に平行に測定した、糸端路の幅の両側における長さの差を少なくとも補償していることを特徴とする複合材料に関する。

有利には、このような複合材料は、全てが本質的に同じ組成、幅及び撚数を有する単一かつ唯一の糸又は一群の糸から構成される。

具体的な実施態様に従い、この複合材料は以下から作製される：
−特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から７０回／ｍ、好ましくは１５から４０回／ｍの撚数を有する３Ｋ及び２００テックスの単一又は一群の炭素糸。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は３０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は３０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、２０から８０回／ｍ、好ましくは５０から７０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び２２３テックスの単一又は一群の炭素糸。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、２０から８０回／ｍ、好ましくは４０から６０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び４００テックスの単一又は一群の炭素糸。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から８０回／ｍ、好ましくは１０から６０回／ｍの撚数を有する１２Ｋ及び４４６テックスの単一又は一群の炭素糸。特に、糸経路の最小内側半径が１０から５０ｍｍの範囲にある場合に撚数は４０回／ｍを超え、特に６０回／ｍに等しいかそれ未満とすることができ、当該内側半径が５０ｍｍを超える場合に撚数は４０回／ｍに等しいかそれ未満、特に１０から４０回／ｍとすることができる、
− 特に、糸経路の最小内側半径が２０から１５０ｍｍの範囲にある場合に、１０から４０回／ｍ、好ましくは１０から２５回／ｍの撚数を有する２４Ｋ及び１０４０テックスの単一又は一群の炭素糸を配置させる。特に、糸経路の最小内側半径が２０から４０ｍｍの範囲にある場合に撚数は２０回／ｍを超え、当該内側半径が４０ｍｍを超える場合、撚数は２０回／ｍ未満に等しいかそれ未満とすることができる、

添付の図面を参照して、以下の説明は本発明をより良く理解することを可能にする。

表面上に無撚糸を、配置表面上の経路に沿って（該経路は該配置表面上で少なくとも一部の曲線状の領域を有する）配置させる場合に見られる起伏現象の概略図である。 無撚糸の場合の図２Ｂに対応する層の写真である。 撚糸のウェブの層の写真である。 撚糸のウェブの層の上面からの概略図である。 撚糸のウェブの層の上面からの概略図である。 図４に示されるものに対応する円板の形態における、本発明による複合材料の写真である。 撚糸のウェブを配置する装置の概略図である。 図４に示されるものに対応する円板の形態における、本発明による複合材料の写真である。

別の具体的実施態様によれば、本複合材料は、その撚りがＳ撚りか又はＺ撚りのいずれかであり、配置が時計回り方向に、経路の曲線状の領域上において行われる場合には、好ましくはＳ撚りである、単一又は一群の強化糸から製造される。Ｓ撚り又はＺ撚りにより理解されることの定義に関しては、米国、オーバーン、繊維工学部、教授、Ｓａｂｉｔ Ａｄａｎｕｒによる刊行物「Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｏｆ Ｗｅａｖｉｎｇ」、１６〜１７頁、ＩＳＢＮ １−５８７１６−０１３−７を参照されたい。

特に、本複合材料は、本質的に相互に平行な経路（集群点を除く）に沿って端同士を合わせて配置される単一の撚糸又は本質的に相互平行的にかつ連結的に配置された一群の撚糸から構成されている。用いられる糸の坪量、番手及び撚数によって許容される実現可能性に応じて、糸は、２つの隣接する糸間の開きの存在を最小化、更には回避するように配置される。このような実施の一例は、例えば、図３に概略的に示される。実施の一例によれば、糸は螺旋の撚糸を形成するように配置され、巻きのそれぞれが次の巻きと端同士を合わされて配置される。このような実施の一例は、例えば、図４に概略的に示される。このような複合材料は、非平面上又は好ましくは平面上に撚糸を配置させることによって得ることができる。

本発明の枠組みにおいては、その中央の繊維の周りに撚り（すなわち、糸の外側端の相対的な回転（ｒｏｔａｔｉｏｎ））が掛けられ、外側端の糸が螺旋を描くように（すなわち、各点における正接が所与の方向と本質的に一定の角度をなすように）された糸が用いられる。それぞれの糸は個別に撚られている。このようにして、糸が配置表面（平面又は非平面とすることができる）上に少なくとも一の曲線状の領域を有する経路をたどる場合、その糸に掛けられる撚りは、糸の２つの端路が有する異なる長さを補償することを可能にする。これらの端路とは、その配置表面に平行に測定して、その幅の両側の糸がたどる２つの経路をいう。曲線状の領域上で、配置表面上における糸経路の回転の軸は、配置表面に正接する平面の法線である。撚りを掛けると、無撚糸の配置の際に見られる起伏を回避することが可能となり、材料が複数の糸で作製される場合、これは糸を構成するフィラメント又はそれぞれの糸のレベルで可能となる。有利には、複合材料は、単糸であって、その全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもの、又は、一群の糸であって、それら同士及びそれらの全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもので作られている。図２は２葉の写真を提示する。すなわち、図２Ａは無撚糸の配置により得られたプリフォームを示すのに対し、図２Ｂは撚糸の配置により得られたプリフォームを示す。後者の場合、撚りが糸内部のフィラメントの長さの均一性を得ることを可能にすることを考慮すると、得られるプリフォームはより均一でありかつ起伏を有しない。

一本の糸は一般に、糸すなわちフィラメントの集合から構成され、一般に、炭素糸の場合、３，０００から８０，０００本のフィラメント、有利には１２，０００から２４，０００本のフィラメントを含む。本発明の枠組みの中で用いられる強化糸は、好ましくは、炭素、セラミック、ガラス、シリカ、玄武岩若しくはアラミド、又は複合材料の分野で用いられる任意の他の材料の中から選択される材料でできており、その繊維は天然又は合成とすることができる。それにもかかわらず、炭素が特に好ましい。使用できるセラミックは、炭化ケイ素並びにアルミナ及びジルコニアなどの耐火性酸化物である。３から２４Ｋの炭素糸が本発明の枠組みの中で特に好ましく使用される。構成繊維は、非連続、スプリット、又は好ましくは連続とすることができる。使用される糸は一般に、本質的に円形（丸糸と称す）、又は好ましくは本質的に平行六面体若しくは楕円（扁平糸と称す）の横断面を有する。これらの糸には一定の幅と厚さがある。一例としては、（撚りを掛ける前の）３Ｋ及び番手２００テックス４４６テックスの炭素の扁平糸、幅２から５ｍｍ、１２Ｋ及び番手８００テックスの扁平糸、幅３から７ｍｍ、２４Ｋ及び番手１６００テックスの炭素の扁平糸、幅５から１２ｍｍ、並びに２４Ｋ及び番手１０４０テックスの炭素の扁平糸、幅５から１０ｍｍがある。したがって、３，０００から２４，０００本のフィラメントの炭素の扁平糸は、幅１から１２ｍｍを有することが最も多い。炭素糸の中には、その引張りモジュラスが２２０から２４１ＧＰａ及びその引張り破断応力が３４５０から４８３０ＭＰａである高強度（ＨＲ）糸、その引張りモジュラスが２９０から２９７ＧＰａ及びその引張り破断応力が３４５０から６２００ＭＰａである中モジュラス（ＩＭ）糸、並びに引張りモジュラスが３４５から４４８ＧＰａ及びその引張り破断応力が３４５０から５５２０Ｐａである高モジュラス（ＨＭ）糸がある（「ＡＳＭ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、ＩＳＢＮ ０−８７１７０−７０３−９、ＡＳＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ２００１年による）。

本発明に関しては、配置前に所定の撚りを糸に掛ける。このような撚りは、例えば、撚糸機によって得ることができる。理論的には、フィラメントの長さの超過を避けるためには、経路（その上に糸が異なる端路を有する）の長手方向に沿って分布するように１回転（ｔｕｒｎ）の撚りを掛けることで十分であろう。実際には、糸を接着し、その配置の際にその内部におけるフィラメントを再構成することにより、経路長さ当たり１回転（ｔｕｒｎ）の異なる撚りを掛けることが可能になる。

一例として、５から１００回／ｍ、好ましくは１０から８０回／ｍの撚数を掛けることができる。具体的な例として、３Ｋ及び番手２００テックスの炭素糸の場合、１０から７０回／ｍ、好ましくは１５から４０回／ｍの撚数が掛けられる；６Ｋ及び２２３テックスの炭素糸の場合、１５から８０回／ｍ、好ましくは５０から７０回／ｍの撚数が掛けられる、６Ｋ及び４００テックスの炭素糸の場合、１５から８０回／ｍ、好ましくは４０から６０回／ｍの撚数が掛けられる、１２Ｋ及び４４６テックスの炭素糸の場合、１０から８０回／ｍ、好ましくは１０から６０回／ｍの撚数が掛けられる、そして２４Ｋ及び１０４０テックスの炭素糸の場合、１０から４０回／ｍ、好ましくは１０から２５回／ｍの撚数が掛けられる。

糸の幅及び番手は、供給元のデータ、又は好ましくは、糸から計算した若しくは糸を測定した平均幅のいずれかに対応する。糸の内側経路の最小半径は以下のようにして求められる。糸の全経路に沿って、その上の経路が直線的でない配置表面の領域について、糸の内側経路Ｔ_１の半径を計算し、それらの領域の集合について得られる最小半径を採用する。相互に平行な一群の糸が、同時に又は順次に配置される際、好ましくは糸の各々に対して単一かつ同じ撚りを掛ける。

掛けられる撚数は、作製する複合材料全体の糸（単数又は複数）の最小内側半径（糸の内側端がたどる最小半径）及び最大外側半径（糸の外側端がたどる最大半径）、２本の連続的な糸間に開いた空間、並びに所望の炭素糸の番手及び表面密度の関数として当業者が調整すればよい。掛けられる撚数は、起伏を最小化し、更には完全になくすために十分ではあるが、得られる材料の機械的性能を最適化するためには可能な限り少ないことが好ましい。

好ましくは、この材料は把持点を最少にするのに必要な最少の糸で得られる。複数の糸が、同時に又は順次に、相互平行的に配置される場合、好ましくは、同じ撚数がその複合材料を構成する糸全てに掛けられる。掛ける撚数を決定するために、好ましくは、糸の集合に対して、最小内側半径の曲率を有する糸経路に、水準において満足な配置物を得るために必要な撚数が掛けられ、この撚数は必然的に、その糸（又は他の糸）がより大きい内側半径の曲率を有する経路の部分における起伏を有しない配置物を得るために十分なものである。糸間に自由空間が存在しないことに対して、特に、それらの最大外側半径に近い領域に対して、特別の注意を払っていただきたい。

配置表面上の糸の結合は、ポリマー結合剤による接着によって達成される。縫ったり編んだりすることにより結合を作ることはしない。ポリマー結合剤とは、一のポリマー又は複数のポリマーの混合物を含む、特に、熱可塑性ポリマー或いは硬化剤及び／又は促進剤を含んでもよい熱硬化系を含む、ポリマー組成物と理解される。ポリマー結合剤は、糸が配置される表面にそれらの糸を結合させるのにちょうど十分な量、又は最終複合材におけるマトリックスの役割をも果すために十分な量のいずれかで使用することができる：その際、結合剤は繊維強化材（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量の２０から６０％、好ましくは３０から４０％を占める。ポリマー結合剤は、特に、粉末、フィルム、織布又はホットメルト接着糸の形態を取り得る。

本発明の好ましい実施形態によれば、本発明の枠組みの中で用いられる糸は、配置前に乾燥している、すなわち、撚り装置に入る前、好ましくはそれらの配置前に、いかなるポリマー結合剤によっても含浸されても、被覆されても、合わされてもいないものとすることができる。とにかく、糸の配置をより良く制御するために、乾燥糸を配置されることが有利である。また、撚糸は、その重量の少なくとも９８％を占める繊維又はフィラメントから本質的に構成され、標準的な潤滑剤の重量パーセントは、糸の重量の２％以下を占めることができる。この場合、ポリマー結合剤は、例えば、配置前又は配置の進行中のいずれかで、配置表面上に施用される。したがって、配置表面は、ポリマー結合剤のフィルム、織布又は粉末で被覆することができる。

本発明の一実施態様によれば、ポリマー結合剤としては、熱可塑性粉末、又は熱硬化性粉末、更には又、これらの２種の混合物が用いられる。使用できる熱可塑性粉末の中では、非限定的な例として、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の粉末を挙げることができ、一方、熱硬化性粉末の中では、非限定的な例として、硬化剤と一緒又は一緒でないエポキシドポリマーの粉末、フェノール粉末、ポリエステル粉末を挙げることができる。この際、この方法は強化糸の配置領域の加熱を確実にすることが要求される。この加熱は、糸の配置装置内に一体化された抵抗ヒーターにより強化糸の配置点において、又は強化糸の配置領域に向けた熱放射源により達成することができる。

本発明によれば、熱活性化を必要とする、熱可塑性及び熱硬化性粉末（或いは混合物として）、自己接着性接着剤又はホットメルト接着剤、熱可塑性及び熱硬化性織布（或いは混合物として）の中から選択されるポリマー結合剤によって、少なくとも部分的に、予め被覆された一時的支持体表面を同様に用いることができる。

本発明の別の特徴によれば、やはり「ホットメルト」と呼ばれる溶融形態で用いられる、上記粉末と同じ化学的性質の接着剤を、結合剤として用いることができる。その場合、このホットメルト樹脂は、強化糸の配置操作中でかつ強化糸の配置前、又は前工程のいずれかの際に、支持体上に配置される。

本発明の別の特徴によれば、ポリマー結合剤として、例えば、排他的ではないが、ポリアクリル、ポリビニル又はポリウレタン樹脂のような少なくとも１種の接着樹脂の溶液又は微粉性エマルションが用いられる。

特に好ましくはないものの、本発明の別の特徴によれば、その配置前に糸をポリマー結合剤と合わせることが可能である。これは、配置点の水準において加熱される、強化糸を被覆する熱可塑性糸を用いることによって行うことができる。熱可塑性糸は任意の適切な特性のものとすることができ、例えば、排他的ではないが、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリ（フェニレンスルフィド）（ＰＰＳ）、又はポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の糸が含まれ得る。強化糸に密接して結合したポリマー結合剤を用いて、ハイブリッド強化糸を形成することも可能である。したがって、ポリマー結合剤として、例えば、フェノキシ系のような、上記の熱可塑性糸と同様の性質の熱可塑性又は熱硬化性材料のフィラメントを用いることができ、これは強化材料のフィラメントと混合し、その混合物を紡績してハイブリッド強化糸を形成する。

本発明による材料は厚みが小さく、その厚みは材料を構成する撚糸（単数又は複数）の厚みに対応する。

本発明によれば、強化糸は好ましくは連続的に、又は逆に、非連続的断片で配置される。例えば、螺旋状の糸の配置の場合、切断点を最少にし、更になお避けるために、糸の最大の長手方向に対して連続的方法で糸を配置することが有利である。実施の一例によれば、一の糸が撚糸の螺旋を形成するように配置され、巻きのそれぞれが次の巻きと端同士を合わされて配置される。複合材料が円板の形態であるこのような実施の一例は、例えば、図４に概略的に示されている。このような複合材料は、非平面又は好ましくは平面上への撚糸の配置によって得ることができる。

糸が図２Ｂ又は図３に示されるように円弧部分に沿って配置される、直線的部分と曲線状リボンの形態のいわゆるコーナーと呼ばれる部分と有する複合材料の実施の場合、一度で所望のプリフォームの全幅をカバーするように、同時に一群の平行糸を配置させることが有用なことがある。

所望の経路を精密に糸に与えることができ、かつその経路を糸の配置後に保持するため、糸は張力をかけずに、又は最小の張力で配置地点まで供給し、静止の状態で配置されるようにするとよい。

本発明によれば、強化糸及び用いられるポリマー結合剤の特性に応じて、その配置の際に強化糸に０．０１バールから３０バール、好ましくは０．１バールから１バールの圧力を掛けるとよい。同様に、用いられるポリマー結合剤及び強化糸の特性により、より具体的には、熱可塑性又は熱接着性ポリマー結合剤が用いられる場合には、強化糸の配置点は、５０℃から４５０℃、好ましくは５０℃から１５０℃の温度に加熱するとよい。

本発明は、以下の例により説明することができる。

（例１）
１５ｍｍの内径Ｄｉ及び外径Ｄｅを有する、図４の概略図又は図５の写真に示されるような螺旋を、５０回／ｍの撚数で撚られた２００テックスの３Ｋ炭素糸（Ｔｅｎａｘ社のＨＴＡ５１３１）を配置させることによって作製する。２つの連続する中間経路間の配置間隔ｐは０．９８ｍｍである。糸は、硬化剤を含むエポキシ樹脂（Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社の７Ｐ１６０）を粉末にして１５ｇ／ｍ^２で付けたシリコンペーパー上に螺旋に従って配置させる。得られたプリフォームは厚さ０．２ｍｍを有する。

図６に示される装置を準備する。温度３００℃の抵抗ヒーター２が一体化された配置フィンガー１の水準に、糸Ｆを張力を掛けずに供給する。その糸は半径２ｍｍ及び接触圧１０ＫＰａのアプリケーターロール３によって表面に施される。糸の移動速度は、２０ｍｍ／ｓである配置フィンガーの進行速度と同期させる。配置点の後方で、１０ｋＰａの圧力を掛けるように冷却要素４を糸に適用する。

同様に、４０ｍｍの内径Ｄｉ及び外径Ｄｅを有する、図４の概略図に示され、図７の写真に部分的に示されるような螺旋を、２２回／ｍの撚数で撚られた１０４０テックスの２４Ｋ炭素糸（Ｔｏｒａｙ社のＴ８００Ｓ）を配置させることによって作製する。２つの連続する中間経路間の配置間隔ｐは３．８８ｍｍである。糸は、表面密度７２ｇ／ｍ^２のエポキシ樹脂（Ｈｅｘｃｅｌ社のＨｅｘｐｌｙ Ｍ２１）フィルム上に螺旋に従って配置させる。得られたプリフォームは０．２５ｍｍの平均厚みを有する。

（例２）
２３本の糸の同時配置を可能にする前述のものと同様の装置を用いて、概略図３に示されるようなドアコーナー強化用プリフォームを製造する：９０°の角度で、内径９５ｍｍ及び外径４７５ｍｍを有する円弧を、３０回／ｍの撚数で撚られた４４６テックスの１２Ｋ炭素糸（Ｈｅｘｃｅｌ社のＩＭ７−６０００）を配置させることによって作製する。２つの連続する糸の中央繊維間の隙間である配置間隔は１．６５ｍｍである。配置は表面密度７２ｇ／ｍ^２のエポキシ樹脂（Ｈｅｘｃｅｌ社のＨｅｘｐｌｙ８５５２）フィルム上で行う。

得られるプリフォームは０．２５ｍｍの平均厚みを有する。

Claims (31)

1. 少なくとも１の強化糸が表面上に、その配置表面上の少なくとも一の曲線状領域を有する経路に沿って配置され、前記強化糸がポリマー結合剤によって前記表面に結合している複合材料の製造方法であって、前記配置前に前記強化糸に撚り（ｔｏｒｓｉｏｎ）が掛けられ、前記配置表面に平行に測定した、糸端路の幅の両側における長さの差を少なくとも補償することを特徴とする方法。
2. 強化糸がその配置前に乾燥していることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. ５から１００回／ｍ、好ましくは１０から８０回／ｍの撚数が掛けられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から７０回／ｍ、好ましくは１５から４０回／ｍの撚数を有する３Ｋ及び２００テックスの炭素糸が配置されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
5. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１５から８０回／ｍ、好ましくは５０から７０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び２２３テックスの炭素糸が配置されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
6. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１５から８０回／ｍ、好ましくは４０から６０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び４００テックスの炭素糸が配置されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
7. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から８０回／ｍ、好ましくは１０から６０回／ｍの撚数を有する１２Ｋ及び４４６テックスの炭素糸が配置されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
8. 特に糸経路の最小内側半径が２０から１５０ｍｍの範囲にある場合に、１０から４０回／ｍ、好ましくは１０から２５回／ｍの撚数を有する２４Ｋ及び１０４０テックスの炭素糸が配置されることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項に記載の方法。
9. 複合材料が、
   単糸であって、その全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもの、又は
   一群の糸であって、それら同士及びそれらの全長にわたって本質的に同一の撚数を有するもの
   を配置させることによって得られることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項に記載の方法。
10. 強化糸が配置される表面が一時的な支持体であることを特徴とする、請求項１から９までのいずれか一項に記載の方法。
11. ポリマー結合剤が、強化糸の配置工程前又は配置工程中に表面上に施用されることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項に記載の方法。
12. 強化糸が、その配置前に、それが配置される表面との結合を確保するポリマー結合剤と合わされることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
13. 強化糸が、炭素、ガラス、アラミド、シリカ、セラミック、玄武岩及びそれらの混合物の中から選択される材料でできていることを特徴とする、請求項１から１２までのいずれか一項に記載の方法。
14. ポリマー結合剤が、粉末、又は自己接着性若しくはホットメルト樹脂の形態とすることのできる、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー又はこれらポリマーの混合物を含むことを特徴とする、請求項１から１３までのいずれか一項に記載の方法。
15. 複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントが０．１から２５％、有利には３から１０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の方法。
16. 複合材料が予備含浸されたものであり、複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントが２０から６０％、有利には３０から４０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１から１４までのいずれか一項に記載の方法。
17. 少なくとも１の強化糸が表面上に、その配置表面上の少なくとも一の曲線状領域を有する経路に沿って配置され、前記強化糸がポリマー結合剤によって前記表面に結合している複合材料であって、前記強化糸に撚りが掛けられ
    

    

    
    、前記配置表面に平行に測定した、糸端路の幅の両側における長さの差を少なくとも補償していることを特徴とする複合材料。
18. 全てが本質的に同じ組成、幅及び撚数を有する単一かつ唯一の糸又は一群の糸から構成されていることを特徴とする、請求項１７に記載の複合材料。
19. 単一又は一群の強化糸であって、いずれも５から１００回／ｍ、好ましくは１０から８０回／ｍの撚数で個別に撚られているものから構成されることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の複合材料。
20. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から７０回／ｍ、好ましくは１５から４０回／ｍの撚数を有する３Ｋ及び２００テックスの単一又は一群の炭素糸から作製されていることを特徴とする、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の複合材料。
21. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、２０から８０回／ｍ、好ましくは５０から７０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び２２３テックスの単一又は一群の炭素糸から作製されていることを特徴とする、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の複合材料。
22. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、２０から８０回／ｍ、好ましくは４０から６０回／ｍの撚数を有する６Ｋ及び４００テックスの単一又は一群の炭素糸から作製されていることを特徴とする、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の複合材料。
23. 特に糸経路の最小内側半径が１０から５００ｍｍの範囲にある場合に、１０から８０回／ｍ、好ましくは１０から６０回／ｍの撚数を有する１２Ｋ及び４４６テックスの単一又は一群の炭素糸から作製されていることを特徴とする、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の複合材料。
24. 特に糸経路の最小内側半径が２０から１５０ｍｍの範囲にある場合に、１０から４０回／ｍ、好ましくは１０から２５回／ｍの撚数を有する２４Ｋ及び１０４０テックスの単一又は一群の炭素糸から作製されていることを特徴とする、請求項１７から１９までのいずれか一項に記載の複合材料。
25. 本質的に相互に平行な経路に沿って端同士を合わせて配置された単一の撚糸、又は本質的に相互平行的にかつ連結的に配置された一群の撚糸から構成されていることを特徴とする、請求項１７から２４までのいずれか一項に記載の複合材料。
26. 螺旋の撚糸から構成されており、巻きのそれぞれが次の巻きと端同士を合わされて配置していることを特徴とする、請求項１７から２４までのいずれか一項に記載の複合材料。
27. 強化糸が、炭素、ガラス、アラミド、シリカ、セラミック、玄武岩及びそれらの混合物の中から選択される材料でできていることを特徴とする、請求項１７から２６までのいずれか一項に記載の複合材料。
28. ポリマー結合剤が、粉末、フィルム、織布又は自己接着性若しくはホットメルト樹脂の形態とすることのできる、熱硬化性ポリマー、熱可塑性ポリマー又は前記ポリマーの混合物を含むことを特徴とする、請求項１７から２７までのいずれか一項に記載の複合材料。
29. 複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の総重量パーセントが０．１から２５％、有利には３から１０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１７から２８までのいずれか一項に複合材料。
30. 複合材料（すなわち、強化糸＋ポリマー結合剤）の総重量に対するポリマー結合剤の重量パーセントが２０から６０％、有利には３０から４０％の範囲にあることを特徴とする、請求項１７から２８までのいずれか一項に記載の複合材料。
31. 請求項１から１６までのいずれか一項によって得られる、請求項１７に記載の複合材料。

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