JP2014509340A - 新規な複合材料およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、天然、鉱物、または植物由来の繊維を主成分とする基材と、水性樹脂のマトリックスおよび膨張剤から形成される混合物とからなる新規な複合材料に関する。本発明は、特に、これらの新規な複合材料を構成する種々の要素の性質および比率に関する。本発明は、構成要素から出発するこれらの新規な複合材料の製造方法、および前記方法の種々のステップの特徴にも関する。

Description

本発明は、繊維材料および樹脂を主成分とする複合材料の分野に関する。本発明は、特に、天然繊維材料および水性樹脂でできた複合材料の分野に関する。

最近では、複合材料は、ある程度は特殊化された用途で一般に使用されている。これらの複合材料は、熱硬化性樹脂を含浸させた織布または不織布、有機または無機の吸収材料から周知の方法で一般に製造されている。欧州特許第００４１０５４号明細書には、特に、このような材料の形成が記載されている。ある複合材料は、特に、尿素−ホルムアルデヒド、フェノール−ホルムアルデヒド、レソルシノール−ホルムアルデヒド、またはメラミン−ホルムアルデヒドの組み合わせを主成分とする熱硬化性樹脂を含浸させたガラス繊維、鉱物繊維、セルロース、またはポリエステル繊維で構成される。

一般に、これらの材料の製造は、イソブタン型などの膨張剤を含有する塩化ビニリデン／アクリロニトリル型のポリマー材料からなる微小球を分散させたフェノール−ホルムアルデヒド樹脂などの樹脂の溶液を吸収材料の繊維に含浸させることを含む。

特に、欧州特許第０１ ０２ ３３５号明細書の文章中の例には、特に、セルロース繊維を用いた複合材料の製造方法であって、微小球をセルロース繊維の懸濁液と混合するステップを含む方法が記載されている。脱水後、得られた繊維網目構造は、カレンダー加工され、１２０℃に加熱されることで、膨張が開始する。膨張した材料に、フェノール樹脂水溶液を含浸させ、次にマイクロ波で乾燥させ、次に樹脂を架橋させる。

この出願に記載の方法は、ある程度の時間にわたることができる２つのステップで複合材料を製造できるという利点が得られる。逆に言えば、膨張剤として機能する微小球を反応させて材料の膨張を開始させる第１の段階と、樹脂を硬化させて材料に剛性を付与する第２の段階との２つの焼き付け段階が必要となる。したがって、この方法の使用には、ある程度の複雑性が存在する。

したがって、複合材料、特に、天然繊維を主成分とする複合材料をより容易に製造可能なより単純な別の方法が望まれている。

このために、本発明は、複合材料であって：
−フェルト構造を有する天然繊維の基材であって、前記フェルトが、追加のポリエチレン繊維を供給することによってその両面上でニードルパンチされる基材と；
−基材に完全に含浸するように構成された水性樹脂から形成される熱硬化性マトリックスと；
−マトリックス中に分散される膨張剤であって、特定の温度に加熱することによって膨張が開始（発生）し、含浸によって基材と一体化される水性混合物を熱硬化性マトリックスとともに形成する膨張剤とからなる複合材料に関する。

本発明によると、使用される基材および熱硬化性マトリックスの重量比は、乾燥後に：
−６０％〜８０％の間の繊維、
−４０％〜２０％の間の樹脂
の重量比を有する含浸基材が得られるように定められる。

さらに、水性混合物中の膨張剤の重量比は１０％〜１５％の間である。

本発明による材料の好ましい一実施形態によると、基材は玄武岩繊維のフェルトである。

この実施形態の好ましい一変形によると、基材を形成する繊維を構成する玄武岩は、少なくとも１５重量％の比率のカンラン石を含有する。

好ましい一実施形態によると、マトリックスを構成する樹脂は、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂である。

別の一実施形態によると、マトリックスを構成する樹脂は、生物源から得られる。

好ましい一実施形態によると、膨張剤は、ポリマーフィルムでコーティングされた炭化水素の微小球から形成される。

この実施形態の好ましい一変形によると、膨張剤の炭化水素はイソブタンである。

好ましい一実施形態によると、膨張剤は、水性樹脂中に混合された酵母である。

好ましい一実施形態によると、本発明による材料は、繊維の基材と、熱硬化性マトリックス（水性）とを：
−繊維：３０％
−マトリックス：７０％
の重量比で含む。

前実施形態の代替の一実施形態によると、本発明による材料は、繊維の基材と、熱硬化性マトリックス（水性）とを：
−繊維：４０％
−マトリックス：６０％
の重量比で含む。

好ましい一実施形態によると、本発明による材料は、マトリックス中に浸漬された抗菌剤をさらに含む。

好ましい一実施形態によると、本発明による材料は、マトリックス中に浸漬された少なくとも１種類の着色剤をさらに含む。

本発明は、本発明による複合材料の製造方法であって：
−繊維基材に水性混合物を含浸させる第１のステップであって、含浸が、基材の少なくとも１つの面に重力散布し、カレンダー加工することによって行われる第１のステップと、
−含浸させた基材を脱水する第２のステップであって、脱水が、含浸させた基材の加熱乾燥および強制通気によって行われ、加熱乾燥が、２０℃を超える正の温度と−５℃未満の負の温度に含浸させた基材を交互に曝露するサイクルにより行われる第２のステップと、
−膨張剤を活性化させる第３のステップであって、含浸させ脱水した基材の温度を上昇させながら、基材を体積拘束することによって膨張が活性化される第３のステップと、
−製造された材料中に閉じ込められた揮発性物質を除去する第４のステップであって、膨張の開始時および／または終了時に、製造された材料の表面減圧段階を行うことによって除去が行われる第４のステップと、
を主として含む製造方法にも関する。

好ましい一実施形態によると、第２の脱水ステップは、含浸させた基材を人工気候室に入れるステップと、基材に対して２５℃〜２８℃の間の温度設定で維持し、次にほぼ−１０℃の温度設定で維持する交互のサイクルを行うステップとからなる。

一変形実施形態によると、膨張および減圧のステップは、ある時間遅らせて実施され、含浸させ脱水した基材は、水分レベルを一定に維持するのに適した包装材料中で保管される。

一変形実施形態によると、本発明による方法は、安定化の最終ステップによって完了し、そのステップ中、製造された材料は、温度が自然に室温に戻るまで室温で水平に維持される。

好ましい一実施形態によると、膨張の第３のステップは、加熱によって生じる膨張を制限する逆圧を加えるための加熱プレス機に材料を通すことによって行われ：
−プレス機を予備加熱する作業と
−プレス機の２つのプラテンの間に、製造される複合材料の要素の厚さおよび形状を制御するための装置を配置する作業と；
−プレス機の底部プラテン上、および含浸させた基材の上面上に離型剤を配置する作業と；
−プレス機に圧力を加える作業であって、加えられる圧力の値は、膨張後に要素が有する厚さに依存する作業とを含む。

一変形実施形態によると、第３のステップに使用される離型剤は硫酸紙である。

一変形実施形態によると、プレス機によって加えられる圧力の値は、プレス機の運転制御システムにあらかじめ記録された値である。

好ましい一実施形態によると、プレス機によって加えられる圧力の値は７５〜２００メートルトンの間である。

本発明による方法の特定の一実施形態によると、製造される材料の要素は、含浸させた基材を成形することによって得られ、基材は、プレス機の金型中に導入され、プレス機によって加えられた圧力は、金型の上部および下部に加わる圧力が伝わることによって、基材に伝達される。

その固有の特性のために、本発明による材料は、好都合には、特に、搭載重量の減少が常に問題となる航空分野における、断熱および防火のための要素の製造に使用することができる。したがって、本発明による材料は、以下のものの製造に好都合に使用することができる：
−航空機またはヘリコプターの構造上に搭載され、前記構造の特定部分の内部を点検を可能にする点検ハッチ、
−乗り物、特に航空機（客室および操縦席）の内部の整理が意図された内部パーティション、前記パーティションの固定、またはこれらの同じ乗り物に備え付けることが意図された備品の要素の保持が意図されたステープル（床および天井に固定するための要素）、
−カバー、特に航空機またはヘリコプターのエンジンのシャフトに到達可能なカバーの熱保護コーティング、
−エンジンポッドの熱保護のための要素、
−熱応力に影響されやすい物体の保護および輸送のための包装材料、
−遮音、防音、断熱、および機械的隔離のためのコア材料。

本発明の特徴および利点は、添付の図面に基づいた以下の説明からより十分に理解されるであろう。

本発明による複合材料の製造方法の一連のステップの基本流れ図である。 本発明による方法の含浸ステップの好ましい一実施形態の図である。 本発明による方法の脱水ステップの好ましい一実施形態の状況で使用される加熱乾燥サイクルの交代の基本タイミング図である。 本発明による方法の膨張ステップ中に、含浸され脱水した基材に加えられる温度の選択に関する図である。 本発明による方法の膨張ステップの使用の図である。 厚さの小さい複合材料の要素の製造の場合、およびより厚い複合材料の要素の製造の場合の、基材の膨張、および基材中に閉じ込められた揮発性元素の除去の一連のステップの原理を示すタイミング図である。 複合材料の厚い要素の製造に使用される、本発明による複合材料の製造方法の一連のステップの一変形の基本流れ図である。

したがって、第１の目的によると、本発明は、天然起源の繊維から形成され、１種類以上の熱硬化性樹脂と膨張剤とから形成される混合物が含浸された、支持体、基材を含む新規な種類の複合材料に関する。

本発明によると、天然起源の繊維は、フェルトの形態の鉱物線位または植物繊維であり、特に玄武岩、亜麻、麻、トウモロコシ、ヒマワリ、または竹の繊維である。本発明により使用できる天然繊維は、最大３０％の量で再利用可能な材料から得ることができる。

フェルトは、特定の方向または不規則に配向したフィルムまたは繊維層からなる、織られずに製造されたシートとして理解される。前記フェルトは、含浸に十分な多孔度が得られるあらゆる形態であってよい。

フェルトの形態の天然繊維の使用によって、好都合に繊維の体積膨張（すなわち３次元の膨張）が可能となる。したがって、繊維は、基材の厚さを介して均一に分布することができ、それによって最終製品の均一性を確保することができる。さらに、この体積膨張は、形成された複合材料の機械的強度、ならびに遮音、防音、および熱的性能に寄与する。フェルトの使用は、欧州特許第０１０２３３５号明細書とは対照的に、１回のみの焼き付け段階が必要となることも意味し、したがってエネルギー消費が限定される。

フェルトの製造に使用される天然起源の繊維は、一般に解繊によって得られ、これによって水分レベルが完全に不規則となることに留意されたい。この非常にばらつきの大きい含水率は、それらの使用が、複合材料の製造に通常使用されるガラス繊維などの繊維と比較して特殊であることを意味する。実際、使用される製造方法で繊維の含水率のばらつきが考慮されない場合には、水の存在が最終製品の再現性に大きな影響を与える。したがって、天然起源の繊維を使用する場合は水蒸気の除去が必要であり、複合材料中に通常使用されるガラスまたはセルロース繊維の場合とは異なる。したがって、欧州特許第０ ０４１ ０５４号明細書および欧州特許第０１０２３３５号明細書に記載の方法自体を天然繊維に応用することはできない。

前述したように、本発明による複合材料の製造に使用される基材の繊維は、天然起源の繊維であり、そのようなものとして本発明者らは特に玄武岩、亜麻、麻、ヒマワリ、竹、またはトウモロコシを挙げることができる。しかし、所望の最終製品が優れた耐熱性および高レベルの機械的応力に対する抵抗性を特徴とする場合、使用される繊維は、好ましくは玄武岩繊維である。実際、熱流束の作用下での分解がより低い温度で生じる植物由来の繊維は、高熱応力環境にさらされることが意図される最終材料の構成要素としては適していない。

高熱応力環境に好適な本発明による材料の好ましい一実施形態によると、ウクライナまたは指定のない場合なロシアから得られる玄武岩繊維が使用され、これらは特に比較的高レベルのカンラン石、特に１５％（重量パーセント値）を超えることを特徴とする。このレベルのカンラン石は、好都合には、紡糸によって得られる繊維直径の良好な均一性を得ることができ、これらの繊維に機械的強度および耐熱性に関して好都合な性能を付与する。

したがって、使用される玄武岩繊維は、好ましくは以下の表１に示される特性を有する。

本発明による複合材料の好ましい一実施形態においては、使用されるフェルトは、Ｂａｓａｌｔｅｘ社より販売されるものであり、特に、それぞれ４８０および７８０ｇ／ｍ^２の重量である一連のＢＣＦ Ｆｉｂｅｒｓ Ｎｅｅｄｌｅｆｅｌｔｓ／Ｍａｔｓのグレード４／１２０および６／１３０である。

本発明によると、使用されるフェルトは、膨張した複合材料の製造サイクル中のフェルトの完全性を維持するために、好ましくは、さらに周知の方法によって両面がニードルパンチされる。ニードリングは、好ましくは追加のポリエチレン繊維を供給することによって行われる。

さらに、フェルトに樹脂を含浸するプロセスを制御する（３つの空間方向での繊維のぬれを最適化する）ための明確な理由で、オイリングなどのあらゆる先行する繊維の表面処理が禁止されることに留意されたい。

本発明によると、複合材料の製造に使用される樹脂は、好ましくは、フェノール系樹脂、特にフェノール−ホルムアルデヒド樹脂などの水性樹脂である。好都合には、これらの樹脂は、優れた耐熱性を有する最終複合材料を得るために特に良好な性能が得られる。実際、これらは熱に曝露すると、化学変換の非常に大きな吸熱現象によって、炭素含有保護層を表面に形成し、この層はこの熱の伝達の障害物として機能する。さらに、これらは消費されるため、これらの樹脂は毒性ガスを発生しないので、乗客を乗せる乗り物に取り付けることが意図されたキャビンの内装品に使用することができる。

あるいは、使用される樹脂は、植物由来のウッドレジンまたはフェノール樹脂（ブドウタンニン）などの生物源から得られる水性天然樹脂であってよい。

本発明によると、使用される樹脂の粘度は、フェルトの厚さにわたって均一に含浸されるように、材料の製造に使用される前記フェルトの密度に好適な粘度である。粘度が適していない樹脂を使用すると、不均一な最終製品が形成されるか、あるいは、樹脂の重量パーセント値対繊維の重量パーセント値の比が、必要な機械的、熱的、および音響的特性を有する最終製品が得られる値から離れた最終製品が形成される。

したがって、参考として言及すると、３００ｍＰａ・ｓの粘度を有する樹脂は、７８０ｇ／ｍ^２の密度を有する玄武岩フェルトに均一に含浸される。

必要であれば、粘度レベルを調節するために水を加えることが可能なことに留意されたい。

本発明によると、膨張剤は、この種類の用途に通常使用される膨張剤から選択することができる。本発明の好ましい一実施形態においては、膨張剤は、好ましくは、Ａｋｚｏ Ｎｏｂｅｌ社より販売されるＥｘｐａｎｃｅｌ（登録商標）型の微小球からなる。膨張剤は、イソブタン型であってもよいし、天然酵母または化学膨張剤から選択することもできる。

一般に、本発明による複合材料は、重量基準で、２０％〜６０％の間の天然起源の繊維と、４０％〜８０％の間の樹脂＋膨張剤混合物とを含む。

膨張剤は、一般に、最終複合材料の５重量％〜２５重量％の間である。

重量組成の観点から、本発明による複合材料は、約３０重量％のフェルトの形態の天然繊維と、７０重量％の樹脂および膨張剤からなる混合物とを含む。この場合の樹脂および膨張剤の混合物は、おおよそ８０％の樹脂および２０％の膨張剤からなる。

したがって、これらの比率を維持し、後述の製造方法を使用すると、提案される用途（航空機の客室設備、サーマルボックスおよびパーティション、航空機の点検ハッチなど）に一般に使用される二次材料（木材、プラスチック、積層体、ハニカム、アルミニウムストリップなど）と比較して、好都合には以下の特性を有する複合材料が製造される：
−繊維の均一性が良好なため、３軸で均一な膨張が得られる。この均一性は、材料の３つの寸法において繊維密度がほぼ一定となる（不規則な）分布によって得られる；
−製造中に２０ｋｇ／ｍ^３〜１５００ｋｇ／ｍ^３の間で調節可能な可変の密度。したがって意図する用途に密度が調節されることで、搭載時の重量を減少させることができる；
−製造時に２ｍｍ〜１５０ｍｍで調節可能な可変の厚さ；
−規格ＮＦ ＥＮ ＩＳＯ ８４４（粉砕抵抗）およびＮＦ ＥＮ ＩＳＯ １７９−１（シャルピー衝撃強度）に適合する機械的性質：材料は、構造要素、特に乗客輸送のための乗り物の客室の内部装置の特定の用途での構造要素を想定することができ、得られる材料の強度特性および外観は、たとえば民間機の客室備品の製造への使用の関心を高めるために好適となる；
−熱減衰（防火用途など）および／または音響減衰に関する優れた能力を必要とするあらゆる種類の用途の断熱および防音材料としての使用に好適な熱的および音響的特性。本発明による複合材料は、特に、特に航空輸送などの種々の業務分野における現在の火炎規格、特に規格ＩＳＯ ２６８５（１９９８年版）または規格ＦＡＡ ＡＣ ２０−１３５に適合する構造、またはさらには後者の規格における意味での耐火構造の製造に使用でき、これらの耐火性は、使用される材料の厚さおよび密度の関数となる；
−天然繊維、特に玄武岩繊維の使用に関連する除去の容易さ、これは、固有の物理的特性（繊維の長さでの亀裂はほぼ不可能な紡糸繊維の最小直径）によるため、材料の使用者の健康、したがって、寿命終了時に本発明による複合材料から製造された物体の分解作業を行う人物の健康に対する危険性は生じない（「呼吸性」の限度を超える繊維直径）。

さらに、本発明による複合材料は、電波伝達を減衰させることがなく、したがって、たとえばレーダー装置の送信機および受信機を保護する用途に使用することができる。

逆に、指定の範囲外の成分の比率で製造された複合材料は、異なる性質を特徴とする。

たとえば、繊維の重量比が２０％未満である材料は、高レベルの機械的強度を必要としない用途でさえも構造材料としての用途に想定される十分な機械的特性をもはや有さない。

さらに、繊維の重量比が４０％を超える材料は、十分な密度特性を有さず（膨張後）、したがって破砕に適応する材料の能力が低下する。

特定の実施形態においては、汚染化学物質に対する抵抗性、あるいは電気抵抗の増加または減少、あるいはさらには審美性などのさらなる性質を付与する目的で、本発明による複合材料は、前述の成分以外の成分を含むことができる。特にこれらの成分は、特にそれらが、たとえば水相に分散される（ラウリル−ジメチル−ベンジルアンモニウムクロライド型の）抗菌剤または有機金属顔料（着色剤）の場合には、樹脂および膨張剤の水性混合物に加えることができる。

本発明による複合材料は、想定される用途に一般に使用される他の材料および添加剤：離型剤、および特に植物由来の繊維のための耐火性製品をも含むことができる。

本発明により製造された複合材料は、前述したように非常に変動する密度を有すことができることに留意されたい。したがって、特定の重量の成分では、密度は最終製品の厚さに反比例する。したがって、本発明により製造された材料の厚さが、２ｍｍ〜１５０ｍｍの間の厚さを有することができることを踏まえれば、材料の密度は、７５の比で変動することができ、したがって２０ｋｇ／ｍ^３〜１５００ｋｇ／ｍ^３の間となることができる。

本発明の状況では、製造された材料の板の密度は、混合物中に投入される膨張剤の比率を変化させることによっても調節できることにも留意されたい。理想的には、この膨張剤の比率は、厚さの大きい構成要素の場合で公称１５％（水溶液の重量パーセント値）に固定され、中程度の厚さの構成要素の場合は１２％まで減少させることができる。

本発明による複合材料は、前述したように、以下に記載され図１の流れ図でまとめられた独自の方法を使用して製造される。本発明によると、使用される製造方法は：
−基材を構成する繊維のフェルトに、熱硬化性樹脂および膨張剤の水性混合物を含浸させる第１のステップ１１と、
−含浸させた基材を脱水する第２のステップ１２と、
−含浸させ脱水した基材を膨張させる第３のステップ１３と、
−形成された複合材料中に含まれる水蒸気を除去する第４のステップ１４と
を含む。

本発明によると、これらの４つの製造ステップの後には、好ましくは、４つの製造ステップの終了時に得られた、製造された材料を安定化させる最終ステップ１５が続く。

図２に示されるように、基材２１を構成する繊維に含浸させるステップ１１は、矢印２３で示されるように樹脂および膨張剤の混合物を基材上に注ぐことによって重力で行うことができるし、水相中の樹脂および膨張剤の混合物の浴中の浸漬（図示せず）によって行うこともできる。これはカレンダー加工作業を含む。フェルト中の樹脂の重量比、または含浸の程度は、この場合、樹脂／膨張剤混合物の流量、カレンダーのローラー２４および２５の中心間距離、ならびにフェルトの供給速度の関数となる。理想的には、含浸は、２メートル／分の繊維強化剤の供給速度を使用して行われる。繊維強化剤の中心への含浸を促進するため、高密度のフェルトが使用される場合は、２回の連続した含浸パス（両面上）を行うことができる。

あるいは、繊維フェルトの含浸は、ＲＴＭ（樹脂トランスファー成形）法によって行うこともでき、これによって、複雑な形状を有し、機能化された（たとえばデバイス集積または測定センサー）モノリス構成要素の製造が可能となり、したがって、提案される応用分野において機械的な組み立て作業を限定することができる。

含浸ステップの終了後、樹脂／膨張剤混合物を含浸させた基材２２が得られ、これはおおよそ：
７０％の樹脂／膨張剤混合物、
３０％の繊維強化剤
の重量比を有する。

含浸させた基材２２を脱水する第２のステップ１２は、膨張ステップ１３の前に、含浸させた基材２２の含水率を理想的には１０％〜１３重量％の間の値にすることからなり、脱水後、一般に８％〜１５％の間の水分レベルが、本発明による方法の次のステップの使用に適していることが分かっており、含浸させた基材２２の脱水ステップ終了時の水分レベルは、その厚さに依存する。

本発明によると、含浸させた基材を脱水するステップ１２は、繊維構造が破壊されないように、空気の入れ換えを伴う単純な蒸発、または閉じ込められた環境内での蒸発／凝縮によって行うことができる。

しかし、この脱水ステップ１２の好ましい一実施形態においては、多孔質支持体、たとえば金属製格子上にあらかじめ載せた含浸基材２２を、内部換気装置を含む人工気候室中でほぼ２４時間の時間維持し、その中で図３に示されるように、加熱３１および冷却３２の一連のサイクルを行い、材料の冷却および加熱が行われる温度は好ましくは−１０℃〜＋２５℃の間で変動する。

脱水ステップ１２の終了後、含浸基材はしたがって、次の膨張および水蒸気除去のステップ１３および１４の実施が可能となる制御された含水率を有する。したがって、続いて直ちに次のステップ１３および１４に進み、材料の製造を終了することができる。あるいは、製造の終了を送らせ、第３および第４のステップの実施を遅らせて、含浸させおよび脱水した基材の保管１１１に進むことができる。しかし、その場合は、次に、得られた水分レベルが維持されるような方法で包装する必要がある。

一般に、最終材料に望ましい形態で含浸基材の脱水を行うことが好ましいことに留意されたい。この場合、この形態に対応したテンプレート上に搭載し、その全体を前述の人工気候室に入れながら、含浸基材が脱水される。

本発明による複合材料の製造方法の第３のステップ１３は、含浸させ脱水した基材２２の膨張に関する。これは好ましくは、加熱装置を用いて、膨張剤の膨張温度以上の温度、たとえば一般に７５℃〜１８０℃の間、好ましくは９０℃〜１３０℃の間の温度に基材の温度を上昇させることによって行われる。代替法の１つとして、含浸させ脱水した基材を、低周波数または高周波数電磁放射線に曝露することによって行うことができる。

好ましい一実施形態によると、図５および６に示されるように、このステップは加熱プレス機によって行われ、加熱温度は、好ましくは１３０℃〜１８０℃の間であり、膨張剤の活性化と樹脂の架橋との両方が可能となる温度である。加熱プレス機は、好都合には、加熱によって生じる材料の膨張を制限する逆圧を加えることができる。

この好ましい実施形態においては、プレス機中の時間は、さらに、図４の計算図表によって示されるように、考慮される用途のために製造される材料の厚さ（したがって密度）の関数として定義される。この場合には、加熱プレス機の使用によって、好都合には、膨張後に製造される材料１８の最終厚の制御が可能となる。

この好ましい実施形態によると、本発明による複合材料を膨張させるステップ１３は、以下の作業を行うことを含む：
−プレス機を予備加熱する作業；
−製造される複合材料の要素の厚さおよび形状を制御するための装置および手段を所定の位置に配置する作業。平坦な要素５１の板の場合、これらの手段は、たとえばプレス機の上部プラテン５３と底部プラテン５４との間に配置される金属ブロック５２からなり、一方、特定の容積を有する構成要素６１の場合、これらの手段は、たとえば、図６に示されるように、構成要素の形状に適合する空隙６２および６３からなり、たとえばこれらの空隙は含浸基材を成形する役割を果たしている；
−プレス機の底部プラテン上、および含浸基材の上面上に離型剤（図６および７中には示していない）を配置する作業。この離型剤は、たとえば硫酸紙からなる；
−プレス機の底部プラテン上に含浸基材を配置する作業；
−プレス機に圧力を加える作業であって、加えられる圧力の値は、膨張後に要素が有する厚さの関数となり、たとえば、プレス機の運転制御システムにあらかじめ記録される、作業。

本発明によると、膨張を所望の値に制限するために含浸基材に加えられる逆圧は、想定される用途で、典型的には７５〜２００メートルトンの間である。

膨張段階の終了後、天然起源の繊維の使用と関連する、変動する量の、材料中に閉じ込められた揮発性要素、特に水蒸気を、材料から除去することが必要である。本発明による複合材料１８の製造方法の第４のステップ１４は、前記除去の進行に関する。持続時間が、製造される材料の要素、または製造される構成要素の厚さの関数となるこのステップは、前記構成要素の完全性を維持するために必須である。

製造される複合材料の要素が、平坦ではない面、たとえば湾曲した面を有する複雑な形状である場合には、プレス機のプラテンの間に、要素を完全に閉じ込める金型を配置することが必要となる、そのような要素の製造を使用することが好ましい。標準的な厚さ（≦１２ｍｍ）の平坦な要素の場合、材料中に閉じ込められた水蒸気は、要素の端部から自然に逃れ、ブロックは、厚さを較正するためにあらかじめ配置され、膨張段階中の揮発性要素の除去に十分な排気口が得られる。

本発明によると、水蒸気を除去するこのステップ１４は、主に膨張段階１３の後に行われる。これは、最初に含浸基材中に存在する水蒸気が逃れることが可能となる部分的な減圧を得ることからなる。

１２ｍｍ以下の厚さを有する材料の構成要素の製造に好適な本発明による方法の好ましい一実施形態によると、約３０秒間続く前記ステップは、図７および図１に示されるように、ステップ１３の後に１回だけ行われる。しかし、材料の厚さが１３ｍｍ以上の場合は、含浸基材から水を除去するためには、１つのステップ１４を数回、たとえば２回行う必要が生じうる。この場合、図８および図９に示されるように、膨張段階１３を実施する前に１回目１４１、後に２回目１４２が行われる。

このような４つの製造ステップを適切に行った後に得られる材料を使用する前に、自然に室温に戻るのに十分な時間の間、水平面で製造した材料の要素１８を静置することからなる安定化の最終ステップ１５が行われる。この最終ステップの好ましい一実施形態によると、材料の要素の静置は少なくとも２時間続けられる。この安定化の最終ステップは、特に、材料中の機械的応力を緩和させることができ、この緩和によって、その完全性（すなわち、内部欠陥のない状態）およびその寸法特性の維持が保証される。次に、複合材料の要素１９が得られ、所望の目的または構造の製造に使用することができる。

さらに、こうして製造された本発明による材料は、意図される使用に依存して、塗装、表面コーティングの堆積による機械的補強の形成または材料への特定の審美特性の付与などのさらなる作業を行うことができる。

したがって、本出願に記載の成分を用いて本発明による方法を使用すると、好都合には、既存の複合材料では十分な解決法が得られない前述の問題を解決する性質の組成および構造の特性、ならびに物理的特性（機械的、熱的、および音響的）を有する複合材料が得られる。

以下の実施例は、本発明の例示の目的で提供される。

この実施例は、航空用途の玄武岩繊維を有する複合材料の製造に関する。この材料は、出願人によりＲＯＸＡＬＴＥ（登録商標）と呼ばれている。

この材料は、以下に示す本発明による方法の以下のステップによって製造された本発明による複合材料である。

問題の材料は、樹脂、膨張剤、および水の混合物１７から出発して得られ、これらの全体は、Ｌｏｅｄｉｇｅ型の垂直ミキサー中、またはドラム反転型の装置上で約２０分間機械的に混合される。

この場合、フェノール樹脂／膨張剤混合物は、最終混合物の比率が以下の表２に示す値になるような方法で調製される。

上記混合物は、Ｌｏｅｄｉｇｅ型の垂直ミキサー中で１０分間（混合物を均一にするための時間）機械的に混合される。

上記混合物は、重量が７８０ｇ／ｍ^２であるフェルト１６の重力およびカレンダー加工による含浸１１の実施に使用され、前記フェルトは、Ｂａｓａｌｔｅｘ社の一連のＢＣＦ Ｆｉｂｅｒｓ Ｎｅｅｄｌｅｆｅｌｔｓ／Ｍａｔｓより６／１３０の名称で市販されており、カレンダー加工によって調製される必要な強化剤／樹脂の最終比は３０／７０である。

フェノール樹脂の含浸後、フェルト１１は、２４時間の脱水ステップ１２が行われ、これには図３に示される熱サイクルが採用される。

最後に、この場合、膨張ステップ１３は、プレス機によって８０メートルトンの機械圧力で行われる。

こうして製造したＲＯＸＡＬＴＥ（登録商標）材料のサンプルは、以下に示す特性を有し、このサンプルについて、次に、耐火性試験で特性決定を行った。これらの試験の結果を、規格ＦＡＡ ＡＣ２０−１３５およびＩＳＯ ２６８５（１９９８年版）に準拠分析すると、ＲＯＸＡＬＴＥ（登録商標）材料は耐火性または「不燃性」であると言うことができた。
試験板の寸法：１０×１０インチ
試験した厚さ：７および１４ｍｍ
材料の密度：１５０および３００ｋｇ／ｍ^３
耐火性>１７分

Claims (21)

1. −フェルト構造を有する天然繊維の基材（１６、２１）であって、前記フェルトが、追加のポリエチレン繊維を供給することによってその両面上でニードルパンチされる基材と；
   −前記基材に完全に含浸するように構成された水性樹脂から形成される熱硬化性マトリックスと；
   −前記マトリックス中に分散される膨張剤であって、特定の温度に加熱することによって膨張が開始し、含浸によって前記基材と一体化される水性混合物（１７）を前記熱硬化性マトリックスとともに形成する膨張剤とからなる複合材料（１８）であって；
   使用される基材および熱硬化性マトリックスの重量比は、乾燥後に：
   −６０％〜８０％の間の繊維、
   −４０％〜２０％の間の樹脂
   の重量比を有する含浸基材が得られるように定められ；
   前記水性混合物（１７）中の膨張剤の重量比が１０％〜１５％の間であることを特徴とする複合材料（１８）。
2. 前記基材（１６、２１）が玄武岩繊維のフェルトであることを特徴とする請求項１に記載の材料。
3. 前記基材（１６、２１）を形成する前記繊維を構成する前記玄武岩が、カンラン石を少なくとも１５重量％の比率で含有することを特徴とする請求項２に記載の材料。
4. 前記マトリックスを構成する前記樹脂がフェノール−ホルムアルデヒド樹脂であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の材料。
5. 前記マトリックスを構成する前記樹脂が生物源から得られることを特徴とする請求項４に記載の材料。
6. 前記膨張剤が、ポリマーフィルムでコーティングされた炭化水素の微小球から形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の材料。
7. 前記膨張剤の前記炭化水素がイソブタンであることを特徴とする請求項６に記載の材料。
8. 前記膨張剤が水性樹脂中に混合された酵母であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の材料。
9. −繊維：３０％
   −マトリックス：７０％
   の重量比で繊維の基材および熱硬化性マトリックス（水性）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の材料。
10. −繊維：４０％
    −マトリックス：６０％
    の重量比で繊維の基材および熱硬化性マトリックス（水性）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の材料。
11. 前記マトリックス中に浸漬された抗菌剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の材料。
12. 前記マトリックス中に浸漬された少なくとも１種類の着色剤をさらに含むことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の材料。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の複合材料の製造方法であって：
    −前記繊維基材（１６、２１）に水性混合物を含浸させる第１のステップ（１１）であって、含浸が、前記基材（１６、２１）の少なくとも１つの面に重力散布し、カレンダー加工することによって行われる第１のステップと、
    −前記含浸させた基材（２２）を脱水する第２のステップ（１２）であって、前記脱水が、前記含浸させた基材（２２）の加熱乾燥および強制通気によって行われ、前記加熱乾燥が、２０℃を超える正の温度と−５℃未満の負の温度に前記含浸させた基材（２２）を交互に曝露するサイクル（３１、３２）により行われる第２のステップと、
    −前記膨張剤を活性化させる第３のステップ（１３）であって、前記含浸させ脱水した基材の温度を上昇させながら、前記基材を体積拘束することによって膨張が活性化される第３のステップと、
    −製造された前記材料中に閉じ込められた揮発性物質を除去する第４のステップ（１４）であって、膨張の開始時（８１）および／または終了時（７１、８２）に、製造された材料の表面減圧段階を行うことによって除去が行われる第４のステップと、
    を主として含むことを特徴とする方法。
14. 前記第２の脱水ステップが、前記含浸させた基材（２２）を人工気候室中に入れ、２５℃〜２８℃の間の温度設定で維持し、次に約−１０℃の温度設定で維持する交互のサイクル（３１、３２）を行うことからなることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記膨張（１３）および減圧（１４）のステップが、ある時間遅らせて実施され、前記含浸され脱水した基材が、その水分レベルを一定に維持するのに適した包装材料中で保管（１１１）されることを特徴とする請求項１３または１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 安定化の最終ステップ（１５）を含み、その間、製造された前記材料（１８）が、温度が自然に室温に戻るまで室温で水平位置に維持されることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記膨張の第３のステップ（１３）が、加熱によって生じる膨張を制限する逆圧を加えるための加熱プレス機に前記材料を通すことによって行われ：
    −前記プレス機を予備加熱する作業と；
    −前記プレス機の２つのプラテン（５３、５４）の間に、製造される前記複合材料の要素の厚さおよび形状を制御するための装置（５２、６２、６３）を配置する作業と；
    −前記プレス機の底部プラテン上、および前記含浸させた基材の上面上に離型剤を配置する作業と；
    −プレス機に圧力を加える作業であって、加えられる圧力の値は、膨張後に前記要素が有する厚さに依存する作業とを含むことを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記離型剤が硫酸紙であることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記プレス機によって加えられる圧力の値が、前記プレス機の運転制御システムにあらかじめ記録された値であることを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
20. 前記プレス機によって加えられる圧力の値が７５〜２００メートルトンの間であることを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一項に記載の方法。
21. 前記製造される材料（１８）の要素が、前記含浸させた基材の成形によって得られ、前記含浸させた基材が、前記プレス機中のその金型中に導入され、前記プレス機によって加えられる圧力は、前記金型の上部（６２）および下部（６３）に加わる圧力が伝わることによって、基材まで伝達されることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一項に記載の方法。

Images