JP3429774B2 - 複合材料製製品用繊維プレフォームの製造用混成糸およびその製造法 - Google Patents
複合材料製製品用繊維プレフォームの製造用混成糸およびその製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明は複合材料製製品用繊維プレフォームの製
造、特に製造用の糸（yarn）に関する。
造、特に製造用の糸（yarn）に関する。
この発明の１つの適用分野は複合材料製摩擦板、例え
ばクラッチ板、特にブレーキ板等の繊維プレフォームの
分野である。
ばクラッチ板、特にブレーキ板等の繊維プレフォームの
分野である。
炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）の複合材料製ブレーキ板は現在
ではレーシングカーおよび航空機用の回転子／固定子多
重ディスクブレーキ系において大規模に使用されてい
る。
ではレーシングカーおよび航空機用の回転子／固定子多
重ディスクブレーキ系において大規模に使用されてい
る。
Ｃ−Ｃ複合ブレーキ板の製造工程には炭素繊維の繊維
プレフォームを調製し、該プレフォームの接近しやすい
初期内部細孔の大部分を充填する炭素マトリックスを用
いて該プレフォームを強化する工程が含まれる。
プレフォームを調製し、該プレフォームの接近しやすい
初期内部細孔の大部分を充填する炭素マトリックスを用
いて該プレフォームを強化する工程が含まれる。
この強化は薬品蒸気の浸透または液状薬品の浸透によ
っておこなうのが簡便である。即ち、液状の炭素前駆体
を含浸させた後、該炭素前駆体を熱処理によって炭素に
変換する。
っておこなうのが簡便である。即ち、液状の炭素前駆体
を含浸させた後、該炭素前駆体を熱処理によって炭素に
変換する。
繊維プレフォームは現在では二次元繊維織物層を重畳
させ、該重畳層を縫合連結させることによって製造され
ている。二次元繊維織物は織布または予備縫合した一方
向のシートの形態であってもよい。織物層は、好ましく
は仏国特許FR−Ａ−２ 584 106号明細書に記載のよう
にして縫合の厚さを一定に保って積層状態で縫合させ
る。織物層を平坦状に積層させて縫合することによって
得られる平坦なスラブから環状のブレーキ板用プレフォ
ームが切り取られる。材料の多大な無駄をなくすため
に、繊維織物層は二次元繊維織物から切り取られる並置
環状セクターから形成させる。この場合、セクターの分
離線は１つの層から次の層にかけて片寄らせる。
させ、該重畳層を縫合連結させることによって製造され
ている。二次元繊維織物は織布または予備縫合した一方
向のシートの形態であってもよい。織物層は、好ましく
は仏国特許FR−Ａ−２ 584 106号明細書に記載のよう
にして縫合の厚さを一定に保って積層状態で縫合させ
る。織物層を平坦状に積層させて縫合することによって
得られる平坦なスラブから環状のブレーキ板用プレフォ
ームが切り取られる。材料の多大な無駄をなくすため
に、繊維織物層は二次元繊維織物から切り取られる並置
環状セクターから形成させる。この場合、セクターの分
離線は１つの層から次の層にかけて片寄らせる。
縫合糸によって連行される繊維を提供する炭素繊維ウ
ェブを二次元織物と連結させる方法が知られている。ま
た、炭素ではなくて縫合により適した炭素前駆体から成
る繊維製の二次元織物を縫合する方法も知られている。
炭素前駆体は、縫合されたプレフォームを熱処理に付す
ことによって炭素に変換される。
ェブを二次元織物と連結させる方法が知られている。ま
た、炭素ではなくて縫合により適した炭素前駆体から成
る繊維製の二次元織物を縫合する方法も知られている。
炭素前駆体は、縫合されたプレフォームを熱処理に付す
ことによって炭素に変換される。
ヨーロッパ特許EP−Ａ−０ 489 637号明細書には、
相互に平行であって撚り合わされていない不連続繊維
（ステープル）から実質的に成る糸からプレフォーム製
造用の二次元繊維織物を製造する方法が記載されてい
る。この場合、該糸の集結性は仮材料製被覆糸によって
保持される。この被覆糸を溶解処理または加熱処理によ
って除去することによって不連続繊維は露出するので、
該繊維は炭素状態になっても縫合することができる。さ
らに、繊維の露出によって該繊維はプレフォームの全容
積まで膨張するので、強化段階においてマトリックス材
料に対してより容易にかつ一様に接近し得る細孔をもた
らす。従って、強化はより完全かつ一様におこなわれ
る。
相互に平行であって撚り合わされていない不連続繊維
（ステープル）から実質的に成る糸からプレフォーム製
造用の二次元繊維織物を製造する方法が記載されてい
る。この場合、該糸の集結性は仮材料製被覆糸によって
保持される。この被覆糸を溶解処理または加熱処理によ
って除去することによって不連続繊維は露出するので、
該繊維は炭素状態になっても縫合することができる。さ
らに、繊維の露出によって該繊維はプレフォームの全容
積まで膨張するので、強化段階においてマトリックス材
料に対してより容易にかつ一様に接近し得る細孔をもた
らす。従って、強化はより完全かつ一様におこなわれ
る。
ブレーキ板に関しては、次の要件はいずれも製造され
るブレーキ板の機械的特性と摩擦学的特性に著しい影響
を与える：プレフォームを構成する繊維の特性と原料、
プレフォーム製造用二次元織物の構造、該織物から形成
される層の連結法（特に縫合パラメーター）、強化前の
プレフォームの熱処理、マトリックスの特性および強化
方法。
るブレーキ板の機械的特性と摩擦学的特性に著しい影響
を与える：プレフォームを構成する繊維の特性と原料、
プレフォーム製造用二次元織物の構造、該織物から形成
される層の連結法（特に縫合パラメーター）、強化前の
プレフォームの熱処理、マトリックスの特性および強化
方法。
特に航空機用ブレーキ板の場合、使用するブレーキ板
は熱寒時の応力に耐える機械的特性を有していなければ
ならないだけでなく、次のような種々の情況下において
満足すべき挙動を示すような摩擦学的特性を有していな
ければならない：コールド（cold）地上走行中のブレー
キ（離陸前の滑走路上での地上走行）、ホット（hot）
地上走行中のブレーキ（着陸後の滑走路上での地上走
行）、正常な着陸中のブレーキおよび非常ブレーキ（離
陸滑走路端における離陸中止）。しかしながら、吸収さ
れるべきエネルギーがそれほど大きくない場合には、ブ
レーキ板の摩擦表面が非常に早く十分な温度に達するの
が望ましく、複合材料の熱伝導率は、例えば航空機にお
ける非常ブレーキに必要な値よりもより制限される。
は熱寒時の応力に耐える機械的特性を有していなければ
ならないだけでなく、次のような種々の情況下において
満足すべき挙動を示すような摩擦学的特性を有していな
ければならない：コールド（cold）地上走行中のブレー
キ（離陸前の滑走路上での地上走行）、ホット（hot）
地上走行中のブレーキ（着陸後の滑走路上での地上走
行）、正常な着陸中のブレーキおよび非常ブレーキ（離
陸滑走路端における離陸中止）。しかしながら、吸収さ
れるべきエネルギーがそれほど大きくない場合には、ブ
レーキ板の摩擦表面が非常に早く十分な温度に達するの
が望ましく、複合材料の熱伝導率は、例えば航空機にお
ける非常ブレーキに必要な値よりもより制限される。
本件出願人がおこなった卓上試験によれば、プレフォ
ーム中の繊維の性質がブレーキ板の性能に大きな影響を
もたらすことが確認された。本発明の目的は複合材料製
製品（限定的ではないが、特にブレーキ板）用の繊維プ
レフォームの製造に特に適した糸を提供することであ
る。本発明の別の目的はこのような糸の製造法を提供す
ることである。
ーム中の繊維の性質がブレーキ板の性能に大きな影響を
もたらすことが確認された。本発明の目的は複合材料製
製品（限定的ではないが、特にブレーキ板）用の繊維プ
レフォームの製造に特に適した糸を提供することであ
る。本発明の別の目的はこのような糸の製造法を提供す
ることである。
本発明の１つの観点によれば、仮材料製被覆糸が一体
的に巻きつけられて撚り合わされていない不連続な平行
繊維を含有し、次の特徴（ｉ）および（ii）を有する複
合材料製製品用繊維プレフォームを製造するための糸が
提供される：（ｉ）該糸が混成糸であってその構成繊維
がポリアクリロニトリルを基材とする炭素繊維もしくは
炭素前駆体繊維、異方性ピッチを基材とする炭素繊維も
しくは炭素前駆体繊維、等方性ピッチを基材とする炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維、フェノール樹脂を基材と
する炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維、セルロースを基
材とする炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維およびセラミ
ック繊維もしくはセラミック前駆体繊維から成る群から
選択される少なくとも２種の異なる繊維の均質混合物を
含有し、（ii）該繊維混合物が、炭素状態または炭化さ
れたときの炭素状態で該繊維混合物の少なくとも15重量
％（好ましくは、少なくとも30重量％）を占めると共に
少なくとも1500MPa（好ましくは、少なくとも2000MPa）
の引張強さと少なくとも150GPa（好ましくは、少なくと
も200GPa）のモジュラスを有する高力炭素繊維を構成す
る炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維を含有する。
的に巻きつけられて撚り合わされていない不連続な平行
繊維を含有し、次の特徴（ｉ）および（ii）を有する複
合材料製製品用繊維プレフォームを製造するための糸が
提供される：（ｉ）該糸が混成糸であってその構成繊維
がポリアクリロニトリルを基材とする炭素繊維もしくは
炭素前駆体繊維、異方性ピッチを基材とする炭素繊維も
しくは炭素前駆体繊維、等方性ピッチを基材とする炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維、フェノール樹脂を基材と
する炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維、セルロースを基
材とする炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維およびセラミ
ック繊維もしくはセラミック前駆体繊維から成る群から
選択される少なくとも２種の異なる繊維の均質混合物を
含有し、（ii）該繊維混合物が、炭素状態または炭化さ
れたときの炭素状態で該繊維混合物の少なくとも15重量
％（好ましくは、少なくとも30重量％）を占めると共に
少なくとも1500MPa（好ましくは、少なくとも2000MPa）
の引張強さと少なくとも150GPa（好ましくは、少なくと
も200GPa）のモジュラスを有する高力炭素繊維を構成す
る炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維を含有する。
「炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維」は初期前駆体状
態（例えば、ポリアクリロニトリル状態）もしくは該前
駆体の炭化による完全変換後の炭素状態もしくは該初期
前駆体状態と該炭素状態の中間状態（例えば、予備酸化
状態もしくは半炭化状態）にある炭素繊維を意味する。
同様に「セラミック繊維もしくはセラミック前駆体繊
維」は初期前駆体状態もしくは該前駆体の完全変換後の
セラミック状態もしくは該初期前駆体状態と該セラミッ
ク状態の中間状態（例えば、半セラミック状態）にある
セラミック繊維を意味する。
態（例えば、ポリアクリロニトリル状態）もしくは該前
駆体の炭化による完全変換後の炭素状態もしくは該初期
前駆体状態と該炭素状態の中間状態（例えば、予備酸化
状態もしくは半炭化状態）にある炭素繊維を意味する。
同様に「セラミック繊維もしくはセラミック前駆体繊
維」は初期前駆体状態もしくは該前駆体の完全変換後の
セラミック状態もしくは該初期前駆体状態と該セラミッ
ク状態の中間状態（例えば、半セラミック状態）にある
セラミック繊維を意味する。
異なる種類の繊維混合物は繊維プレフォームを複合材
料製製品の使用の条件により良く適合させる。本発明の
重要な特徴は、繊維プレフォームを製造するための混成
を異なる種類の糸を用いておこなうのではなく、糸を構
成する繊維の均質混合物を用いておこなうことにある。
料製製品の使用の条件により良く適合させる。本発明の
重要な特徴は、繊維プレフォームを製造するための混成
を異なる種類の糸を用いておこなうのではなく、糸を構
成する繊維の均質混合物を用いておこなうことにある。
ブレーキ板の場合には、例えば、繊維の均質混合物
は、摩擦過程において摩擦面の界面に形成される「第三
体」が摩擦面の全体にわたって均一に存在する異なる種
類の繊維の個々の特性を最も効果的に結びつけることを
意味する。
は、摩擦過程において摩擦面の界面に形成される「第三
体」が摩擦面の全体にわたって均一に存在する異なる種
類の繊維の個々の特性を最も効果的に結びつけることを
意味する。
複合材料製製品用の繊維プレフォームは、混成糸を少
なくとも部分的に有する二次元繊維織物を調製し、該繊
維織物層を重畳させ、次いで被覆糸を除去した後、該重
畳層を縫合することによって製造される。
なくとも部分的に有する二次元繊維織物を調製し、該繊
維織物層を重畳させ、次いで被覆糸を除去した後、該重
畳層を縫合することによって製造される。
被覆糸は繊維織物層の重畳前もしくは重畳中に除去す
ることができるので、縫合は各々の織物層の載置後に漸
進的におこなうことができる（仏国特許FR−Ａ−２ 58
4 106号明細書参照）。
ることができるので、縫合は各々の織物層の載置後に漸
進的におこなうことができる（仏国特許FR−Ａ−２ 58
4 106号明細書参照）。
繊維プレフォームの製造に用いる混成糸が初期状態ま
たは初期状態と最終的な炭素状態もしくはセラミック状
態との中間状態にある繊維を含有する場合には、該繊維
は熱処理によって炭素もしくはセラミックに変換され
る。熱処理は強化前の縫合繊維プレフォームの製造の際
のいずれの段階において混成糸または最終的なプレフォ
ームについておこなうか、またはいずれかの中間的な段
階においておこなってもよい。混成糸が炭素状態の繊維
を含有する場合には、縫合繊維プレフォームは1300〜23
00℃での熱処理に付すことができる。この熱処理によっ
て繊維は化学的に安定化される。即ち繊維組成物は特に
残留窒素分の除去によって安定化され、また、構造的に
も安定化され（即ち、グラファイト面を有するスラブを
多かれ少なかれ完全なものにする）、さらに織物組織的
にも安定化される（即ち、繊維軸に対するこれらのシー
トの配向および繊維表面に対するこれらのシートの配列
と巻き込みが安定化される）。熱処理は約1600℃でおこ
なうのが好ましい。
たは初期状態と最終的な炭素状態もしくはセラミック状
態との中間状態にある繊維を含有する場合には、該繊維
は熱処理によって炭素もしくはセラミックに変換され
る。熱処理は強化前の縫合繊維プレフォームの製造の際
のいずれの段階において混成糸または最終的なプレフォ
ームについておこなうか、またはいずれかの中間的な段
階においておこなってもよい。混成糸が炭素状態の繊維
を含有する場合には、縫合繊維プレフォームは1300〜23
00℃での熱処理に付すことができる。この熱処理によっ
て繊維は化学的に安定化される。即ち繊維組成物は特に
残留窒素分の除去によって安定化され、また、構造的に
も安定化され（即ち、グラファイト面を有するスラブを
多かれ少なかれ完全なものにする）、さらに織物組織的
にも安定化される（即ち、繊維軸に対するこれらのシー
トの配向および繊維表面に対するこれらのシートの配列
と巻き込みが安定化される）。熱処理は約1600℃でおこ
なうのが好ましい。
高力炭素繊維の存在により複合材料に必要な機械的特
性が付与される。該繊維の含有量は好ましくは少なくと
も30％である。
性が付与される。該繊維の含有量は好ましくは少なくと
も30％である。
繊維混合物は、炭素状態または炭化されたときの炭素
状態において該混合物の少なくとも15重量％を占めると
共に100GPa以下のヤング率を有する低モジュラス炭素繊
維を構成する炭素繊維または炭素前駆体繊維を含有する
のが有利である。低モジュラス炭素繊維はフェノール樹
脂前駆体炭素繊維、等方性ピッチ前駆体炭素繊維および
セルロース前駆体炭素繊維から選択される。
状態において該混合物の少なくとも15重量％を占めると
共に100GPa以下のヤング率を有する低モジュラス炭素繊
維を構成する炭素繊維または炭素前駆体繊維を含有する
のが有利である。低モジュラス炭素繊維はフェノール樹
脂前駆体炭素繊維、等方性ピッチ前駆体炭素繊維および
セルロース前駆体炭素繊維から選択される。
低モジュラス炭素繊維の含有量は炭素状態または炭化
されたときの炭素状態で少なくとも30重量％にするのが
好ましい。
されたときの炭素状態で少なくとも30重量％にするのが
好ましい。
前駆体状態の繊維ではなくて炭素状態の繊維を縫合す
る場合、低モジュラス炭素繊維の存在は有利である。何
故ならば、この種の繊維が縫合糸によって重畳織物層を
通して優先的に大部分が連行されることが確認されたか
らである。この種の繊維をブレーキ板に適用する場合に
おいてプレフォーム層が摩擦面に対して平行なときに
は、存在する大部分の低モジュラス繊維は摩擦表面に対
して垂直方向に配置されており、このことはブレーキ板
の横方向の剛性が過度に高くないことを意味する。ま
た、このことは、摩擦面が、例えば一様でない摩損によ
って幾何学的に平坦で平行な状態でなくなったときでも
ブレーキ板が十分に弾性変形することによってこれらの
摩擦面の局部面ではなくて全面にわたって摩擦が確実に
発生することを意味する。
る場合、低モジュラス炭素繊維の存在は有利である。何
故ならば、この種の繊維が縫合糸によって重畳織物層を
通して優先的に大部分が連行されることが確認されたか
らである。この種の繊維をブレーキ板に適用する場合に
おいてプレフォーム層が摩擦面に対して平行なときに
は、存在する大部分の低モジュラス繊維は摩擦表面に対
して垂直方向に配置されており、このことはブレーキ板
の横方向の剛性が過度に高くないことを意味する。ま
た、このことは、摩擦面が、例えば一様でない摩損によ
って幾何学的に平坦で平行な状態でなくなったときでも
ブレーキ板が十分に弾性変形することによってこれらの
摩擦面の局部面ではなくて全面にわたって摩擦が確実に
発生することを意味する。
低モジュラス炭素繊維が縫合針によって押しのけられ
るという事実は、高モジュラス炭素繊維（例えば、予備
酸化されたポリアクリロニトリル炭素前駆体繊維または
異方性ピッチ炭素前駆体繊維）が不連続的で撚り合わさ
れていないときには破断しやすいという事実に幾分関係
すると考えられる。このような事実は高モジュラス炭素
繊維の直径がさらに大きくなるとより明確になる。混成
糸中に存在する高モジュラス炭素繊維の直径が８μｍ以
上、好ましくは10μｍ以上のときには、縫合に際しては
低モジュラス炭素繊維をほとんど排他的に選択する。こ
れによって重畳層に対して垂直な方向における複合材料
製製品と繊維プレフォームの剛性をより低くすることが
保証される。
るという事実は、高モジュラス炭素繊維（例えば、予備
酸化されたポリアクリロニトリル炭素前駆体繊維または
異方性ピッチ炭素前駆体繊維）が不連続的で撚り合わさ
れていないときには破断しやすいという事実に幾分関係
すると考えられる。このような事実は高モジュラス炭素
繊維の直径がさらに大きくなるとより明確になる。混成
糸中に存在する高モジュラス炭素繊維の直径が８μｍ以
上、好ましくは10μｍ以上のときには、縫合に際しては
低モジュラス炭素繊維をほとんど排他的に選択する。こ
れによって重畳層に対して垂直な方向における複合材料
製製品と繊維プレフォームの剛性をより低くすることが
保証される。
低モジュラス炭素繊維を縫合することによって優先的
に選択する別の方法は、一方的に延びた混成糸が低モジ
ュラス炭素繊維を相当量含有する二次元繊維織物を形成
させ、次いで該繊維織物を、該方向に配向した混成糸の
繊維を優先的に捕捉するように配列された縫合針を用い
て縫合する方法である。
に選択する別の方法は、一方的に延びた混成糸が低モジ
ュラス炭素繊維を相当量含有する二次元繊維織物を形成
させ、次いで該繊維織物を、該方向に配向した混成糸の
繊維を優先的に捕捉するように配列された縫合針を用い
て縫合する方法である。
別の観点によれば、本発明は上記混成糸の製造法を提
供する。
供する。
即ち、本発明によれば下記の工程（ｉ）〜（iv）を含
む上記混成糸の製造法が提供される： （ｉ）ポリアクリロニトリルを基材とする炭素もしくは
炭素前駆体、異方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭
素前駆体、等方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭素
前駆体、フェノール樹脂を基材とする炭素もしくは炭素
前駆体、セルロースを基材とする炭素もしくは炭素前駆
体およびセラミックもしくはセラミック前駆体から選択
される同種のフィラメントから各々のアンサンブルが構
成される連続フィラメントのアンサンブルを供給し、 （ii）各々の繊維アンサンブルを制御下での延伸とクラ
ッキング処理に付して相互に平行な不連続繊維を調製
し、 （iii）クラッキング処理に付された相互に異なる少な
くとも２種のアンサンブルの繊維を均質に混合させるこ
とによって混成糸を調製し（この場合、混合された不連
続繊維は相互に平行であって撚り合わされておらず、ま
た、該混合物は、炭素状態または炭化されたときの炭素
状態において繊維混合物の少なくとも15重量％（好まし
くは少なくとも30重量％）を占めると共に少なくとも15
00MPa（好ましくは少なくとも2000MPa）の引張強さと少
なくとも150GPa（好ましくは少なくとも200GPaのモジュ
ラスを有する高力炭素繊維を構成する炭素繊維もしくは
炭素前駆体繊維を含有する）、次いで （iv）不連続な混合繊維に仮材料製被覆糸を巻きつける
ことによって混成糸を確実に集結させる。
む上記混成糸の製造法が提供される： （ｉ）ポリアクリロニトリルを基材とする炭素もしくは
炭素前駆体、異方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭
素前駆体、等方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭素
前駆体、フェノール樹脂を基材とする炭素もしくは炭素
前駆体、セルロースを基材とする炭素もしくは炭素前駆
体およびセラミックもしくはセラミック前駆体から選択
される同種のフィラメントから各々のアンサンブルが構
成される連続フィラメントのアンサンブルを供給し、 （ii）各々の繊維アンサンブルを制御下での延伸とクラ
ッキング処理に付して相互に平行な不連続繊維を調製
し、 （iii）クラッキング処理に付された相互に異なる少な
くとも２種のアンサンブルの繊維を均質に混合させるこ
とによって混成糸を調製し（この場合、混合された不連
続繊維は相互に平行であって撚り合わされておらず、ま
た、該混合物は、炭素状態または炭化されたときの炭素
状態において繊維混合物の少なくとも15重量％（好まし
くは少なくとも30重量％）を占めると共に少なくとも15
00MPa（好ましくは少なくとも2000MPa）の引張強さと少
なくとも150GPa（好ましくは少なくとも200GPaのモジュ
ラスを有する高力炭素繊維を構成する炭素繊維もしくは
炭素前駆体繊維を含有する）、次いで （iv）不連続な混合繊維に仮材料製被覆糸を巻きつける
ことによって混成糸を確実に集結させる。
糸のアンサンブルはスライバー形態にするのが有利で
あって、また、異種繊維から成る少なくとも２つのスラ
イバーの均質な繊維混合物はギルボックスを通過させる
ことによって得られる。
あって、また、異種繊維から成る少なくとも２つのスラ
イバーの均質な繊維混合物はギルボックスを通過させる
ことによって得られる。
本発明は以下の実施例の記載によってより良く理解す
ることができるが、これらの実施例は例示的なものであ
って、本発明を限定するものではない。
ることができるが、これらの実施例は例示的なものであ
って、本発明を限定するものではない。
以下、本発明を添付図に基づいて説明する。
図１は本発明による混成糸から形成されたプレフォー
ムを用いて複合炭素−炭素材料製ブレーキ板を製造する
方法を示すフローチャートである。
ムを用いて複合炭素−炭素材料製ブレーキ板を製造する
方法を示すフローチャートである。
図２は縫合繊維織物中の糸の特定の構成繊維を優先的
に選択する縫合法の一態様を示す模式図である。
に選択する縫合法の一態様を示す模式図である。
以下の実施例は複合材料製ブレーキ板の製造法に関す
るものであり、この分野は本発明の好ましい適用分野で
あるが、本発明はこの分野に限定されるものではない。
るものであり、この分野は本発明の好ましい適用分野で
あるが、本発明はこの分野に限定されるものではない。
以下の全ての実施例においては、図１に示す方法を利
用することによって混成糸、少なくとも１種が混成糸で
ある１種もしくはそれ以上の糸を原料とする二次元繊維
織物、二次元繊維織物を原料とする繊維プレフォームお
よびプレフォームを原料とする複合材料製ブレーキ板を
製造する。
用することによって混成糸、少なくとも１種が混成糸で
ある１種もしくはそれ以上の糸を原料とする二次元繊維
織物、二次元繊維織物を原料とする繊維プレフォームお
よびプレフォームを原料とする複合材料製ブレーキ板を
製造する。
本明細書において、「混成糸」は異種繊維から混成さ
れる糸を意味する。
れる糸を意味する。
混成糸を得るためには、トウ形態またはスライバー形
態の連続フィラメントのアンサンブルを使用する。この
場合、個々のアンサンブルは同種のフィラメントから形
成され、これらのアンサンブルは混成糸の組成を構成す
る異種材料に対応するように選択される。異なるトウ形
態またはスライバー形態のフィラメントの数は、混成糸
中に所望の重量比で繊維混合物が含まれるようにフィラ
メントの直径に応じて選択される。
態の連続フィラメントのアンサンブルを使用する。この
場合、個々のアンサンブルは同種のフィラメントから形
成され、これらのアンサンブルは混成糸の組成を構成す
る異種材料に対応するように選択される。異なるトウ形
態またはスライバー形態のフィラメントの数は、混成糸
中に所望の重量比で繊維混合物が含まれるようにフィラ
メントの直径に応じて選択される。
前述のように、混成糸は、炭素状態または炭化された
ときの炭素状態で繊維混合物の少なくとも15重量％（好
ましくは少なくとも30重量％）を占めると共に高力炭素
繊維、例えばポリアクリロニトリル（PAN）前駆体炭素
繊維または異方性ピッチ前駆体炭素繊維を構成する炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維を含有する。さらに、特に
ブレーキ板に適用する場合には、炭素状態または炭化さ
れたときの炭素状態で低モジュラス炭素繊維、炭素フェ
ノール樹脂前駆体繊維、セルロース前駆体繊維または異
方性ピッチ前駆体繊維を少なくとも15重量％、好ましく
はすくなくとも30重量％含有する炭素繊維もしくは炭素
前駆体繊維を混成糸に配合するのが好ましい。
ときの炭素状態で繊維混合物の少なくとも15重量％（好
ましくは少なくとも30重量％）を占めると共に高力炭素
繊維、例えばポリアクリロニトリル（PAN）前駆体炭素
繊維または異方性ピッチ前駆体炭素繊維を構成する炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維を含有する。さらに、特に
ブレーキ板に適用する場合には、炭素状態または炭化さ
れたときの炭素状態で低モジュラス炭素繊維、炭素フェ
ノール樹脂前駆体繊維、セルロース前駆体繊維または異
方性ピッチ前駆体繊維を少なくとも15重量％、好ましく
はすくなくとも30重量％含有する炭素繊維もしくは炭素
前駆体繊維を混成糸に配合するのが好ましい。
「高力炭素繊維」は少なくとも1500MPa、好ましくは
少なくとも2000MPa、より好ましくは少なくとも2500MPa
の引張強さと少なくとも150GPa、好ましくは少なくとも
200GPa、より好ましくは少なくとも230GPaのモジュラス
を有する炭素繊維を意味する。「低モジュラス炭素繊
維」は100MPa以下、好ましくは70MPa以下のヤング率を
有する炭素繊維を意味する。炭素繊維以外の繊維、特に
セラミック繊維、例えば実質的に炭化ケイ素、アルミ
ナ、シリカ、シリケートおよびアルミノシリケート等が
含有されていてもよい。
少なくとも2000MPa、より好ましくは少なくとも2500MPa
の引張強さと少なくとも150GPa、好ましくは少なくとも
200GPa、より好ましくは少なくとも230GPaのモジュラス
を有する炭素繊維を意味する。「低モジュラス炭素繊
維」は100MPa以下、好ましくは70MPa以下のヤング率を
有する炭素繊維を意味する。炭素繊維以外の繊維、特に
セラミック繊維、例えば実質的に炭化ケイ素、アルミ
ナ、シリカ、シリケートおよびアルミノシリケート等が
含有されていてもよい。
異種のマルチフィラメントから成るスライバーまたは
トウ、例えば２つのスライバー（10）および（10'）は
制御下での延伸とクラッキング処理に付すことによっ
て、相互に平行な不連続繊維から成るスライバー（12）
および（12'）に変換される。マルチフィラメントから
成るトウの制御下での延伸とクラッキング処理は仏国特
許FR−Ａ−２ 608 641号明細書に記載されている。
トウ、例えば２つのスライバー（10）および（10'）は
制御下での延伸とクラッキング処理に付すことによっ
て、相互に平行な不連続繊維から成るスライバー（12）
および（12'）に変換される。マルチフィラメントから
成るトウの制御下での延伸とクラッキング処理は仏国特
許FR−Ａ−２ 608 641号明細書に記載されている。
分解スライバー（12）および（12'）に含まれる異種
繊維を均質に混合することによって、相互に平行であっ
て撚り合わされていない不連続繊維から成る単一のスラ
イバー（14）が得られる。この処理は分解スライバー
（12）および（12'）をギルボックス内を通過させるこ
とによっておこなうことができる。即ち、分解スライバ
ー（12）および（12'）中の繊維シートを供給シリンダ
ーとストレッチシリンダーの間においてコーム（comb）
ストリップもしくはギルのアレー上を通過させる。この
処理操作は繊維工業の分野においては周知である。
繊維を均質に混合することによって、相互に平行であっ
て撚り合わされていない不連続繊維から成る単一のスラ
イバー（14）が得られる。この処理は分解スライバー
（12）および（12'）をギルボックス内を通過させるこ
とによっておこなうことができる。即ち、分解スライバ
ー（12）および（12'）中の繊維シートを供給シリンダ
ーとストレッチシリンダーの間においてコーム（comb）
ストリップもしくはギルのアレー上を通過させる。この
処理操作は繊維工業の分野においては周知である。
スライバー（14）を構成する繊維アンサンブルの凝集
は仮材料製の被覆糸（16）で被覆することによっておこ
ない、これによって不連続繊維が相互に平行であって撚
り合わされていない状態で保持された被覆混成糸（また
は混成ロービング糸）（18）が得られる。被覆糸を構成
する「仮材料」は混成糸上に残渣を残存させずかつ糸の
繊維を汚染させずに除去できる材料を意味する。例え
ば、仮材料は可溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコ
ール（PVA）または熱処理によって完全に除去できるポ
リマー、例えばポリ酢酸ビニルまたはポリエチレン等で
あってもよい。この被覆処理によって、紡織操作、特に
製織に付すのに必要な特性が混成糸に付与される。この
被覆処理は既知の機械、例えば、「パラフィル（Parafi
l）」［スピンデルファブリーケ・スエッセン社（独
国）製］を用いておこなうことができる。
は仮材料製の被覆糸（16）で被覆することによっておこ
ない、これによって不連続繊維が相互に平行であって撚
り合わされていない状態で保持された被覆混成糸（また
は混成ロービング糸）（18）が得られる。被覆糸を構成
する「仮材料」は混成糸上に残渣を残存させずかつ糸の
繊維を汚染させずに除去できる材料を意味する。例え
ば、仮材料は可溶性ポリマー、例えばポリビニルアルコ
ール（PVA）または熱処理によって完全に除去できるポ
リマー、例えばポリ酢酸ビニルまたはポリエチレン等で
あってもよい。この被覆処理によって、紡織操作、特に
製織に付すのに必要な特性が混成糸に付与される。この
被覆処理は既知の機械、例えば、「パラフィル（Parafi
l）」［スピンデルファブリーケ・スエッセン社（独
国）製］を用いておこなうことができる。
二次元繊維（20）は、例えば被覆混成糸（18）の製織
によって調製される。別のタイプの織物、特に被覆混成
糸の編成もしくは偏組によって得られる織物または数枚
（例えば、２枚または３枚）の一方向シートの重畳と縫
合によって得られる織物（シート中の糸の方向は相互に
角度を片寄らせる）を調製してもよい。
によって調製される。別のタイプの織物、特に被覆混成
糸の編成もしくは偏組によって得られる織物または数枚
（例えば、２枚または３枚）の一方向シートの重畳と縫
合によって得られる織物（シート中の糸の方向は相互に
角度を片寄らせる）を調製してもよい。
織物が形成されたならば、被覆糸を除去する。PVA製
糸を用いた場合には水浴中で洗浄し、排水後、乾燥する
ことによって被覆糸を除去する。被覆糸がポリ酢酸ビニ
ル製糸またはポリエチレン製糸の場合には、被覆糸は熱
処理によって除去する。
糸を用いた場合には水浴中で洗浄し、排水後、乾燥する
ことによって被覆糸を除去する。被覆糸がポリ酢酸ビニ
ル製糸またはポリエチレン製糸の場合には、被覆糸は熱
処理によって除去する。
クロス（20）を複数層で重畳した後で縫合してスラブ
（22）を調製する場合には該重畳層の厚さは製造される
ブレーキ板の厚さに実質的に対応する。被覆糸の除去に
よって混成糸の繊維がクロス内で膨張し、該クロスは直
ちに縫合される。縫合はクロス層が重畳したときにおこ
なう。各々の新しい層は縫合厚を一定に保ちながら下部
層上へ縫合し、最後の層を載置してこれを縫合した後、
仕上縫合パスを数回おこなう（仏国特許FR−Ａ−２ 58
4 106号明細書参照）。
（22）を調製する場合には該重畳層の厚さは製造される
ブレーキ板の厚さに実質的に対応する。被覆糸の除去に
よって混成糸の繊維がクロス内で膨張し、該クロスは直
ちに縫合される。縫合はクロス層が重畳したときにおこ
なう。各々の新しい層は縫合厚を一定に保ちながら下部
層上へ縫合し、最後の層を載置してこれを縫合した後、
仕上縫合パスを数回おこなう（仏国特許FR−Ａ−２ 58
4 106号明細書参照）。
製造されるブレーキ板とほぼ同じ寸法を有する環状プ
レフォーム（24）を縫合スラブ（22）から切り取る。
レフォーム（24）を縫合スラブ（22）から切り取る。
環状プレフォーム（24）は既知の方法により、薬品蒸
気含浸オーブン内において熱分解炭素マトリックスによ
って強化される。
気含浸オーブン内において熱分解炭素マトリックスによ
って強化される。
強化プレフォーム（26）を機械加工することによっ
て、精密研削摩擦面を有するブレーキ板を得る。該ブレ
ーキ板の内部縁もしくは外部縁にはホイールもしくは固
定リングを用いて回転子もしくは固定子にかみ合わすた
めのノッチ（28）もしくは（30）を設ける。
て、精密研削摩擦面を有するブレーキ板を得る。該ブレ
ーキ板の内部縁もしくは外部縁にはホイールもしくは固
定リングを用いて回転子もしくは固定子にかみ合わすた
めのノッチ（28）もしくは（30）を設ける。
前述のように、混成糸は炭素繊維と所望によるセラミ
ック繊維または炭素前駆体繊維と所望によるセラミック
前駆体繊維から製造することができる。後者の場合、繊
維は初期前駆体の紡糸によって得られる繊維であっても
よく、また、初期状態と炭素状態もしくはセラミック状
態の中間状態の原料から得られるものであってもよい。
このような中間状態は予備酸化状態もしくは半炭化状態
もしくは半セラミック状態であってもよい。炭素前駆体
もしくはセラミック前駆体は熱処理によって炭素もしく
はセラミックに変換される。熱処理は縫合プレフォーム
の形成後、例えば、縫合スラブ（22）を切り取る前もし
くは後におこなってもよい。この熱処理を板状プレフォ
ームを切り取った後でおこなう場合には、前駆体の変換
に伴う収縮を考慮しなければならない。混成糸の繊維が
前駆体状態のときの異なる収縮を避けるためには、混成
糸が同じ前駆体状態または類似状態の繊維から形成され
るようにしなければならない。
ック繊維または炭素前駆体繊維と所望によるセラミック
前駆体繊維から製造することができる。後者の場合、繊
維は初期前駆体の紡糸によって得られる繊維であっても
よく、また、初期状態と炭素状態もしくはセラミック状
態の中間状態の原料から得られるものであってもよい。
このような中間状態は予備酸化状態もしくは半炭化状態
もしくは半セラミック状態であってもよい。炭素前駆体
もしくはセラミック前駆体は熱処理によって炭素もしく
はセラミックに変換される。熱処理は縫合プレフォーム
の形成後、例えば、縫合スラブ（22）を切り取る前もし
くは後におこなってもよい。この熱処理を板状プレフォ
ームを切り取った後でおこなう場合には、前駆体の変換
に伴う収縮を考慮しなければならない。混成糸の繊維が
前駆体状態のときの異なる収縮を避けるためには、混成
糸が同じ前駆体状態または類似状態の繊維から形成され
るようにしなければならない。
実施例１
Ｃ−Ｃ複合材料製ブレーキ板を図１に記載の方法に従
って以下のようにして製造した。
って以下のようにして製造した。
テナックス（Tenax）社から「Tenax HTA 5411」の商
品名で販売されている12000（12K）フィラメントのトウ
から得られたPAN前駆体炭素繊維75重量％およびキノー
ル（Kynol）社製の2000（2K）フィラメントのトウから
得られたフェノール樹脂前駆体炭素繊維25重量％から成
る混成糸を製造した。PAN前駆体炭素繊維のヤング率お
よび引張強さはそれぞれ約230GPaおよび約2000MPaであ
り、また、フェノール樹脂前駆体炭素繊維のヤング率お
よび引張強さはそれぞれ約60GPaおよび約700MPaであ
る。低モジュラスと高モジュラスの間の限界および低引
張強さと高引張強さの間の限界をそれぞれ約150GPaおよ
び1500MPaに固定することにより、PAN前駆体繊維は高モ
ジュラスで引張強さの高い繊維となり、一方、フェノー
ル樹脂前駆体繊維は低モジュラスで引張強さの低い繊維
となった。
品名で販売されている12000（12K）フィラメントのトウ
から得られたPAN前駆体炭素繊維75重量％およびキノー
ル（Kynol）社製の2000（2K）フィラメントのトウから
得られたフェノール樹脂前駆体炭素繊維25重量％から成
る混成糸を製造した。PAN前駆体炭素繊維のヤング率お
よび引張強さはそれぞれ約230GPaおよび約2000MPaであ
り、また、フェノール樹脂前駆体炭素繊維のヤング率お
よび引張強さはそれぞれ約60GPaおよび約700MPaであ
る。低モジュラスと高モジュラスの間の限界および低引
張強さと高引張強さの間の限界をそれぞれ約150GPaおよ
び1500MPaに固定することにより、PAN前駆体繊維は高モ
ジュラスで引張強さの高い繊維となり、一方、フェノー
ル樹脂前駆体繊維は低モジュラスで引張強さの低い繊維
となった。
トウおよびこれらの炭素繊維の均質混合物を制御下で
の延伸とクラッキング処理に付した後で得られた混成糸
はPVA製被覆糸（45dtexカウント）を用いて被覆した。
の延伸とクラッキング処理に付した後で得られた混成糸
はPVA製被覆糸（45dtexカウント）を用いて被覆した。
被覆された混成糸の製織によって朱子織クロスを得
た。該クロスを熱水（80℃）中で10分間洗浄し、排水後
に乾燥することによって被覆糸を除去した後、クロスを
重畳して縫合した。得られたスラブから環状プレフォー
ムを切り取り、該プレフォームを薬品蒸気含浸により熱
分解炭素マトリックスによって強化した。
た。該クロスを熱水（80℃）中で10分間洗浄し、排水後
に乾燥することによって被覆糸を除去した後、クロスを
重畳して縫合した。得られたスラブから環状プレフォー
ムを切り取り、該プレフォームを薬品蒸気含浸により熱
分解炭素マトリックスによって強化した。
仕上機械加工後に得られた２枚のブレーキ板は、これ
らを相互にこすり合せることから成る卓上試験に付すこ
とによって次の（ｉ）〜（iv）のサイクルを連続的にシ
ュミレートした： （ｉ）「エアバスA300」型の航空機の冷地走行に対応す
る５回のブレーキサイクル （ii）１回の正常ランディング（landing）サイクル、 （iii）熱地走行状態に対応する５回のブレーキサイク
ル （iv）１回の非常ブレーキサイクル。
らを相互にこすり合せることから成る卓上試験に付すこ
とによって次の（ｉ）〜（iv）のサイクルを連続的にシ
ュミレートした： （ｉ）「エアバスA300」型の航空機の冷地走行に対応す
る５回のブレーキサイクル （ii）１回の正常ランディング（landing）サイクル、 （iii）熱地走行状態に対応する５回のブレーキサイク
ル （iv）１回の非常ブレーキサイクル。
ブレーキ板の摩耗度を低減厚の測定によって決定し、
また、重量損失と摩擦係数を非常ブレーキ時（2500kJ/k
g以上の高エネルギー）に測定した。中エネルギー（約1
00〜200kJ/kg）に対する摩擦係数の変化も調べた。
また、重量損失と摩擦係数を非常ブレーキ時（2500kJ/k
g以上の高エネルギー）に測定した。中エネルギー（約1
00〜200kJ/kg）に対する摩擦係数の変化も調べた。
実施例の次に記載の表に、下記の点以下は実施例１の
場合と同様にして製造したブレーキ板を用いて同じ卓上
摩擦試験をおこなって得られた参照用の結果と比較した
定性的な測定結果を示す： 炭素繊維糸としては混成糸ではなくて、PAN前駆体炭
素繊維（均質繊維混合物ではない）を使用し、また、縫
合した環状プレフォームの熱処理は強化前に1600℃でお
こなった。
場合と同様にして製造したブレーキ板を用いて同じ卓上
摩擦試験をおこなって得られた参照用の結果と比較した
定性的な測定結果を示す： 炭素繊維糸としては混成糸ではなくて、PAN前駆体炭
素繊維（均質繊維混合物ではない）を使用し、また、縫
合した環状プレフォームの熱処理は強化前に1600℃でお
こなった。
実施例２
強化前に環状ブレーキ板を真空下で1600℃の熱処理に
30分間付す以外は実施例１と同様の方法を実施した。
30分間付す以外は実施例１と同様の方法を実施した。
この熱処理によって予備酸化されたPAN炭素前駆体繊
維は残存窒素が除去されるので安定化される。従ってこ
の処理によってプレフォームは化学的にも寸法的にも安
定化される。
維は残存窒素が除去されるので安定化される。従ってこ
の処理によってプレフォームは化学的にも寸法的にも安
定化される。
実施例３
12K「Tenax HTA 5411」型トウから得られたPAN炭素前
駆体繊維50重量％およびニッポンオイル社（日本）から
「XNC15」の商品名で販売されている2Kフィラメントの
トウから得られた異方性ピッチ炭素前駆体繊維50重量％
から成る混成糸を用いて実施例１と同様の方法を実施し
た。異方性ピッチ炭素前駆体フィラメントの直径は10μ
ｍであり、ヤング率と引張強さはそれぞれ160GPaおよび
2000MPaである。
駆体繊維50重量％およびニッポンオイル社（日本）から
「XNC15」の商品名で販売されている2Kフィラメントの
トウから得られた異方性ピッチ炭素前駆体繊維50重量％
から成る混成糸を用いて実施例１と同様の方法を実施し
た。異方性ピッチ炭素前駆体フィラメントの直径は10μ
ｍであり、ヤング率と引張強さはそれぞれ160GPaおよび
2000MPaである。
ピッチ前駆体繊維の直径は、縫合過程において縫合針
によって実際上は連行されないが破断されるために実質
的にはPAN前駆体繊維が連行されるような大きさであっ
た。
によって実際上は連行されないが破断されるために実質
的にはPAN前駆体繊維が連行されるような大きさであっ
た。
実施例４
強化前に環状ブレーキ板プレフォームの真空下で1600
℃における熱処理を10分間おこなう以外は実施例３と同
様の方法を実施した。この熱処理によってPAN炭素前駆
体繊維は安定化され、異方性ピッチ炭素前駆体繊維のモ
ジュラスと引張強さは増大した。
℃における熱処理を10分間おこなう以外は実施例３と同
様の方法を実施した。この熱処理によってPAN炭素前駆
体繊維は安定化され、異方性ピッチ炭素前駆体繊維のモ
ジュラスと引張強さは増大した。
実施例５
熱処理温度を2200℃にする以外は実施例４と同様の方
法を実施した。この熱処理によってピッチ前駆体繊維の
モジュラスはさらに増大した。
法を実施した。この熱処理によってピッチ前駆体繊維の
モジュラスはさらに増大した。
実施例６
ニッポンスチール社（日本）から「NUP 9 Eskainos」
の商品名で販売されている2Kフィラメントのトウから得
られる異方性ピッチ炭素前駆体繊維（直径:7μｍ）を使
用する以外は実施例３と同様の方法を実施した。該フィ
ラメントのヤング率と引張強さはそれぞれ160GPaおよび
2500MPaであった。
の商品名で販売されている2Kフィラメントのトウから得
られる異方性ピッチ炭素前駆体繊維（直径:7μｍ）を使
用する以外は実施例３と同様の方法を実施した。該フィ
ラメントのヤング率と引張強さはそれぞれ160GPaおよび
2500MPaであった。
ピッチ前駆体繊維の直径は縫合過程中に縫合糸によっ
て連行される大きさであった。
て連行される大きさであった。
実施例７
強化前に環状ブレーキ板プレフォームを実施例４の場
合のように真空下で1600℃における熱処理に付す以外は
実施例６と同様の方法を実施した。
合のように真空下で1600℃における熱処理に付す以外は
実施例６と同様の方法を実施した。
実施例８
熱処理温度を2200℃にする以外は実施例７と同様の方
法を実施した。
法を実施した。
実施例９
12K「Tenax HTA 5411」型のトウから得られたPAN炭素
前駆体繊維85重量％および実質的に炭化ケイ素（酸素含
有量:12重量％）から成る繊維15重量％から成る混成糸
を用いて実施例１と同様の方法を実施した。これらの繊
維は８μｍの直径を有するので縫合可能であった。ま
た、このような繊維はUBE社（日本）から「Tyranno Lox
M」の商品名で販売されている非油処理繊維である。
前駆体繊維85重量％および実質的に炭化ケイ素（酸素含
有量:12重量％）から成る繊維15重量％から成る混成糸
を用いて実施例１と同様の方法を実施した。これらの繊
維は８μｍの直径を有するので縫合可能であった。ま
た、このような繊維はUBE社（日本）から「Tyranno Lox
M」の商品名で販売されている非油処理繊維である。
実施例10
「Tyranno Lox M」繊維の代わりに、ニッポンオイル
社（日本）から「Nicalon」の商品名で販売されている
炭化ケイ素繊維（残存酸素含有量:0.4重量％）を使用す
る以外は実施例９と同様の方法を実施した。この繊維は
14μｍの直径を有しており、実際上縫合可能であった。
社（日本）から「Nicalon」の商品名で販売されている
炭化ケイ素繊維（残存酸素含有量:0.4重量％）を使用す
る以外は実施例９と同様の方法を実施した。この繊維は
14μｍの直径を有しており、実際上縫合可能であった。
実施例11
強化前に環状ブレーキ板を真空下で1600℃における熱
処理に30分間付す以外は実施例10と同様の方法を実施し
た。この熱処理によって炭素繊維と炭化ケイ素繊維は安
定化されたが、この安定化は炭化ケイ素中の酸素含有量
が低いことに起因する。
処理に30分間付す以外は実施例10と同様の方法を実施し
た。この熱処理によって炭素繊維と炭化ケイ素繊維は安
定化されたが、この安定化は炭化ケイ素中の酸素含有量
が低いことに起因する。
実施例12
実施例６記載の異方性ピッチ炭素前駆体繊維50重量％
および実施例１記載のフェノール樹脂炭素前駆体繊維50
重量％から成る混成糸を用いて実施例１と同様の方法を
実施した。
および実施例１記載のフェノール樹脂炭素前駆体繊維50
重量％から成る混成糸を用いて実施例１と同様の方法を
実施した。
実施例13
強化前に環状ブレーキ板プレフォームを真空下で1600
℃における熱処理に30分間付す以外は実施例12と同様の
方法を実施した。この熱処理によって異方性ピッチ炭素
前駆体繊維のモジュラスと引張強さは増大した。
℃における熱処理に30分間付す以外は実施例12と同様の
方法を実施した。この熱処理によって異方性ピッチ炭素
前駆体繊維のモジュラスと引張強さは増大した。
実施例14
熱処理温度を2200℃にする以外は実施例13と同様の方
法を実施した。この処理によってピッチ前駆体繊維のモ
ジュラスはさらに増大した。
法を実施した。この処理によってピッチ前駆体繊維のモ
ジュラスはさらに増大した。
実施例15
異方性ピッチ炭素前駆体繊維の代わりにセルロース炭
素前駆体繊維（引張強さ:800MPa、ヤング率:60GPa）を
使用する以外は実施例３と同様の方法を実施した。
素前駆体繊維（引張強さ:800MPa、ヤング率:60GPa）を
使用する以外は実施例３と同様の方法を実施した。
上記の表において、「HE COF」および「ME COF」は
それぞれ高エネルギー摩擦係数および中エネルギー摩擦
係数を示し、また、摩耗度に関する記号は参照値に比べ
て、「＝」は±約10％で等値となる摩耗度を示すもの
で、「１」は10〜20％低い摩耗度を示し、「２」は20〜
30％低い摩耗度を示し、「３」は30％よりも低い摩耗度
を示し、さらにまた、摩擦係数に関する記号は参照値に
比べて、「−」は５〜10％の低下度を示すもので、
「＝」は±約５％で等値であることを示し、「１」は５
〜10％の増加を示し、「２」は10〜15％の増加を示し、
「３」は15％よりも大きな増加を示す。
それぞれ高エネルギー摩擦係数および中エネルギー摩擦
係数を示し、また、摩耗度に関する記号は参照値に比べ
て、「＝」は±約10％で等値となる摩耗度を示すもの
で、「１」は10〜20％低い摩耗度を示し、「２」は20〜
30％低い摩耗度を示し、「３」は30％よりも低い摩耗度
を示し、さらにまた、摩擦係数に関する記号は参照値に
比べて、「−」は５〜10％の低下度を示すもので、
「＝」は±約５％で等値であることを示し、「１」は５
〜10％の増加を示し、「２」は10〜15％の増加を示し、
「３」は15％よりも大きな増加を示す。
上記の実施例においては混成単糸を用いて二次元繊維
織物を製造し、該繊維織物を用いてプレフォームを調製
した。
織物を製造し、該繊維織物を用いてプレフォームを調製
した。
しかしながら、異なる混成糸を使用してもよく、例え
ば、織布の場合には第１混成糸をたて糸として用いて第
２混成糸をよこ糸として用いてもよく、また、一方向重
畳シートの場合には第１混成糸を一方のシートに使用し
て第２混成糸を他方のシートに使用してもよい。さらに
また、クロスまたは一方向シートの場合には混成糸を一
方の方向に使用して非混成糸を他方の方向に使用しても
よい。
ば、織布の場合には第１混成糸をたて糸として用いて第
２混成糸をよこ糸として用いてもよく、また、一方向重
畳シートの場合には第１混成糸を一方のシートに使用し
て第２混成糸を他方のシートに使用してもよい。さらに
また、クロスまたは一方向シートの場合には混成糸を一
方の方向に使用して非混成糸を他方の方向に使用しても
よい。
二次元繊維織物の二方向に異なる糸を用いる場合に
は、縫合によって連行される繊維は縫合針の配向の選定
によって選択することができる。
は、縫合によって連行される繊維は縫合針の配向の選定
によって選択することができる。
図２に模式的に示すように、クロス（20）のよこ糸
（18a）に対して平行なフォーク面（32a）を有するフォ
ーク状針（32）は実際上はよこ糸中の繊維を持ち上げな
いでたて糸（18a）中の繊維を持ち上げる。縫合によっ
て連行される繊維が特別な特性（例えば、ブレーキ板に
関する前述の理由に基づく低モジュラス）を有すること
が望ましい場合に必要な要件は、たて糸（18a）に過度
に大きな直径を有さないこの種の繊維を比較的多量配合
することである。
（18a）に対して平行なフォーク面（32a）を有するフォ
ーク状針（32）は実際上はよこ糸中の繊維を持ち上げな
いでたて糸（18a）中の繊維を持ち上げる。縫合によっ
て連行される繊維が特別な特性（例えば、ブレーキ板に
関する前述の理由に基づく低モジュラス）を有すること
が望ましい場合に必要な要件は、たて糸（18a）に過度
に大きな直径を有さないこの種の繊維を比較的多量配合
することである。
また、たて糸用に選択された別の繊維が縫合できない
ほど大きな直径を有する場合には、上記の繊維のみが連
行されるように修正を加えてもよい。逆とげ（barb）が
同一面内にある有刺針を用いることによっても類似の結
果を得ることができる。
ほど大きな直径を有する場合には、上記の繊維のみが連
行されるように修正を加えてもよい。逆とげ（barb）が
同一面内にある有刺針を用いることによっても類似の結
果を得ることができる。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ
Ｄ０３Ｄ 1/00 Ｄ０３Ｄ 1/00 Ｚ
15/12 15/12 Ｚ
Ｆ１６Ｄ 65/12 Ｆ１６Ｄ 65/12 Ｅ
Ｍ
(72)発明者 クーペ，ドミニク
フランス、エフ−33185ル・アヤン、ア
ヴニュー・ドゥ・パリ70番 パルク・サ
ント−クリスティーヌ
(72)発明者 デュバル，ルノー
フランス、エフ−69380レ・シェール、
リュ・ドゥ・ラ・グランド−シャリエー
ル23番
(72)発明者 ゼルドゥク，アミナ
フランス、エフ−69003リヨン、リュ・
ジュリアン43番
(56)参考文献 特開 平５−86534（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
D02G 1/00 - 3/48
D03D 1/00
D03D 15/12
Claims (29)
- 【請求項１】仮材料製被覆糸が一体的に巻きつけられて
撚り合わされていない不連続な平行繊維を含有し、次の
特徴（ｉ）および（ii）を有する、複合材料製製品用繊
維プレフォームを製造するための糸：（ｉ）該糸が混成
糸であって、その構成繊維が予備酸化されたポリアクリ
ロニトリルを基材とする炭素繊維もしくは炭素前駆体繊
維、異方性ピッチを基材とする炭素繊維もしくは炭素前
駆体繊維、等方性ピッチを基材とする炭素繊維もしくは
炭素前駆体繊維、フェノール樹脂を基材とする炭素繊維
もしくは炭素前駆体繊維、セルロースを基材とする炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維およびセラミック繊維もし
くはセラミック前駆体繊維から成る群から選択される少
なくとも２種の異なる繊維の均質混合物を含有し、（i
i）該繊維混合物が、炭素状態または炭化されたときの
炭素状態で繊維混合物の少なくとも15重量％を占めると
共に少なくとも1500MPaの引張強さと少なくとも150GPa
のモジュラスを有する高力炭素繊維を構成する炭素繊維
もしくは炭素前駆体繊維を含有する。 - 【請求項２】炭素状態において高力繊維である繊維がポ
リアクリロニトリル前駆体を基材とする繊維および異方
性ピッチ前駆体を基材とする繊維から選択される繊維で
ある請求項１記載の糸。 - 【請求項３】繊維混合物が、炭素状態または炭化された
ときの炭素状態で高力炭素繊維であって繊維混合物の少
なくとも30重量％を占める炭素繊維もしくは炭素前駆体
繊維を含有する請求項１または２記載の糸。 - 【請求項４】炭素状態で高力繊維が少なくとも2000MPa
の引張強さを有する請求項１から３いずれかに記載の
糸。 - 【請求項５】炭素状態で高力繊維が少なくとも200GPaの
モジュラスを有する請求項１から４いずれかに記載の
糸。 - 【請求項６】繊維混合物が、炭素状態または炭化された
ときの炭素状態で繊維混合物の少なくとも15重量％を占
めると共に、100GPa以下のヤング率を有する低モジュラ
ス炭素繊維を構成する炭素繊維もしくは炭素前駆体繊維
を含有する請求項１から５いずれかに記載の糸。 - 【請求項７】炭素状態または炭化されたときの炭素状態
において、低モジュラス炭素繊維が繊維混合物の少なく
とも30重量％を構成する請求項６記載の糸。 - 【請求項８】炭素状態において低モジュラス炭素繊維で
ある繊維がフェノール樹脂前駆体繊維、等方性ピッチ前
駆体繊維およびセルロース前駆体繊維から選択される請
求項６または７記載の糸。 - 【請求項９】セラミック繊維またはセラミック前駆体繊
維がセラミック状態の炭化ケイ素繊維である請求項１か
ら８いずれかに記載の糸。 - 【請求項１０】（ｉ）仮材料製被覆糸が巻きつけられて
撚り合わされていない平行な不連続繊維を含む糸を供給
し、 （ii）該糸を用いて二次元繊維織物を形成させ、 （iii）該繊維織物層を重畳させ、 （iv）被覆糸を除去し、次いで （ｖ）糸から連行して複数の重畳織物層を通した繊維を
用いて該重畳織物層を縫合させる ことを含む複合材料製製品用繊維プレフォームの製造法
において、二次元繊維織物の少なくとも一部を請求項１
から９いずれかに記載の混成糸から形成させることを特
徴とする繊維プレフォームの製造法。 - 【請求項１１】縫合プレフォームを1300℃よりも高温で
熱処理する請求項10記載の方法。 - 【請求項１２】縫合プレフォームを1600℃の温度で熱処
理する請求項10記載の方法。 - 【請求項１３】繊維織物層を複合材料製摩擦板の摩擦表
面に平行に配設させることによって該摩擦板用繊維プレ
フォームを製造させるための請求項10から12いずれかに
記載の方法。 - 【請求項１４】二次元繊維織物の少なくとも一部が100G
Pa以下のヤング率を有する低モジュラス炭素繊維を含む
混成糸から形成され、縫合針の捕捉面が該低モジュラス
炭素繊維を捕捉する方向に配置され、該低モジュラス炭
素繊維が該捕捉面によって捕捉されて連行される大きさ
の直径を有する請求項13記載の方法。 - 【請求項１５】少なくとも150GPaのヤング率および少な
くとも８μｍの直径を有する高モジュラス炭素繊維を含
む混成糸を使用する請求項14記載の方法。 - 【請求項１６】二次元繊維織物が少なくとも２方向に延
びた糸によって形成され、第１方向に延びた糸が100GPa
以下のヤング率を有する低モジュラス炭素繊維を含む繊
維混合物を含有し、第２方向に延びた糸に対して平行に
配置された捕捉面を有する針を用いて第１方向に延びた
糸を優先的に捕捉して縫合する請求項14または15記載の
方法。 - 【請求項１７】二次元繊維織物の重畳層を含む複合材料
製製品用繊維プレフォームであって、該重畳層が繊維織
物から連行されて該重畳層を横断して延びる繊維によっ
て相互に連結された繊維プレフォームにおいて次のこと
を特徴とする複合材料製製品用繊維プレフォーム：繊維
織物の繊維が予備酸化されたポリアクリロニトリル前駆
体を有する炭素繊維、異方性ピッチ前駆体を有する炭素
繊維、等方性ピッチ前駆体を有する炭素繊維、セルロー
ス前駆体を有する炭素繊維およびセラミック繊維から選
択される少なくとも２種の異なった繊維の均質混合物を
含有し、該繊維混合物が少なくとも1500MPaの引張強さ
と少なくとも150GPaのモジュラスを有する高力炭素繊維
を少なくとも15重量％含有する。 - 【請求項１８】高力炭素繊維が少なくとも2000MPaの引
張強さを有する請求項17記載のプレフォーム。 - 【請求項１９】高力炭素繊維が少なくとも200GPaのモジ
ュラスを有する請求項17または18記載のプレフォーム。 - 【請求項２０】繊維混合物が100GPa以下のヤング率を有
する低モジュラス炭素繊維を少なくとも15重量％含有す
る請求項17記載のプレフォーム。 - 【請求項２１】繊維織物から連行されて織物層を横断し
て延びる繊維が主として100GPa以下のヤング率を有する
低モジュラス炭素繊維である請求項19または20記載のプ
レフォーム。 - 【請求項２２】下記の工程（ｉ）〜（iv）を含む請求項
１から９いずれかに記載の糸の製造法： （ｉ）ポリアクリロニトリルを基材する炭素もしくは炭
素前駆体、異方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭素
前駆体、等方性ピッチを基材とする炭素もしくは炭素前
駆体、フェノール樹脂を基材とする炭素もしくは炭素前
駆体、セルロースを基材とする炭素もしくは炭素前駆体
およびセラミックもしくはセラミック前駆体から選択さ
れる同種のフィラメントから各々のアンサンブルが構成
される連続フィラメントのアンサンブルを供給し、 （ii）各々のアンサンブルを制御下での延伸とクラッキ
ング処理に付して相互に平行な不連続繊維を調製し、 （iii）クラッキング処理に付された相互に異なる少な
くとも２種のアンサンブルの繊維を均質に混合させるこ
とによって混成糸を調製し（この場合、混合された不連
続繊維は相互に平行であって撚り合わされておらず、ま
た、該混合物は、炭素状態または炭化されたときの炭素
状態において繊維混合物の少なくとも15重量％を占める
と共に少なくとも1500MPaの引張強さと少なくとも150GP
aのモジュラスを有する高力炭素繊維を構成する炭素繊
維もしくは炭素前駆体繊維を含有する）、次いで （iv）不連続な混合繊維に仮材料製被覆糸を巻きつける
ことによって混成糸を確実に集結させる。 - 【請求項２３】繊維の均質混合物を、クラッキング処理
に付された繊維をギルボックスを通過させることによっ
て調製する請求項22記載の方法。 - 【請求項２４】炭素状態において高力繊維である繊維が
予備酸化されたポリアクリロニトリル前駆体繊維および
異方性ピッチ前駆体繊維から選択される請求項22または
23記載の方法。 - 【請求項２５】繊維混合物が、炭素状態または炭化され
たときの炭素状態において該繊維混合物の少なくとも30
重量％を占めると共に高力炭素繊維を構成する炭素繊維
もしくは炭素前駆体繊維を含有する請求項22から24いず
れかに記載の方法。 - 【請求項２６】繊維混合物が、炭素状態または炭化され
たときの炭素状態において繊維混合物の少なくとも15重
量％を占めると共に100GPa以下のヤング率を有する低モ
ジュラス炭素繊維を構成する炭素繊維もしくは炭素前駆
体繊維を含有する請求項22から25いずれかに記載の方
法。 - 【請求項２７】繊維混合物が、炭素状態または炭化され
たときの炭素状態おいて繊維混合物の少なくとも30重量
％を占めると共に低モジュラス炭素繊維を構成する炭素
繊維もしくは炭素前駆体繊維を含有する請求項26記載の
方法。 - 【請求項２８】炭素状態において低モジュラス炭素繊維
である繊維がフェノール樹脂前駆体繊維、等方性ピッチ
炭素前駆体繊維およびセルロース前駆体繊維から選択さ
れる請求項27記載の方法。 - 【請求項２９】セラミック繊維またはセラミック前駆体
繊維がセラミック状態の炭化ケイ素繊維である請求項22
から28いずれかに記載の方法。
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