JPH0244270B2 - - Google Patents
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- JPH0244270B2 JPH0244270B2 JP60502006A JP50200685A JPH0244270B2 JP H0244270 B2 JPH0244270 B2 JP H0244270B2 JP 60502006 A JP60502006 A JP 60502006A JP 50200685 A JP50200685 A JP 50200685A JP H0244270 B2 JPH0244270 B2 JP H0244270B2
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Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、成形法に係り、特に繊維強化複合材
料物品の製造法に係る。
料物品の製造法に係る。
従来の技術
高温用構造体の構成要素の形成に使用される多
くの従来の金属は、その価格が高くまたそれらの
供給量が充分でない。従つてこれらの金属材料に
代る繊維強化複合材料物品の必要性が益々高くな
つてきている。
くの従来の金属は、その価格が高くまたそれらの
供給量が充分でない。従つてこれらの金属材料に
代る繊維強化複合材料物品の必要性が益々高くな
つてきている。
繊維強化ガラス又はガラス−セラミツク複合材
料を製造するための製造方法に関する種々の技術
が既に開示されており、それらのうち本願出願人
と同一の譲受人に譲渡された米国特許として、米
国特許第4314852号、同第4412854号、同第
4428763号、同第4324843号がある。
料を製造するための製造方法に関する種々の技術
が既に開示されており、それらのうち本願出願人
と同一の譲受人に譲渡された米国特許として、米
国特許第4314852号、同第4412854号、同第
4428763号、同第4324843号がある。
一般にこれらの従来の技術はマトリツクス材に
有機バインダを加えてスラリーを形成し、強化材
繊維をそのスラリー中に通し、繊維をスラリーに
て被覆し、被覆された繊維を巻取りリールに巻取
り、被覆された繊維を乾燥させてマトリツクスに
て含浸されたテープを形成することを含んでい
る。次いでマトリツクスにて含浸されたテープは
所望の長さ及び形状に切断され、適正な繊維配向
にて積層され、しかる後それらの積層体が炉内に
配置されてバインダが燃焼により除去される。次
いで積層体は注意深く鋳型内に配置され、加熱及
び加圧された状態にて稠密化されることにより複
合材料が形成される。
有機バインダを加えてスラリーを形成し、強化材
繊維をそのスラリー中に通し、繊維をスラリーに
て被覆し、被覆された繊維を巻取りリールに巻取
り、被覆された繊維を乾燥させてマトリツクスに
て含浸されたテープを形成することを含んでい
る。次いでマトリツクスにて含浸されたテープは
所望の長さ及び形状に切断され、適正な繊維配向
にて積層され、しかる後それらの積層体が炉内に
配置されてバインダが燃焼により除去される。次
いで積層体は注意深く鋳型内に配置され、加熱及
び加圧された状態にて稠密化されることにより複
合材料が形成される。
発明が解決しようとする課題
かかる複合材料物品の製造方法には多数の欠点
がある。第一の欠点は、テープ形成工程中にマト
リツクスが繊維に良好に接着するようスラリー状
のマトリツクスに有機バインダが付加されるため
これを除去するという追加の工程が必要であり、
該追加の工程により複合材料物品製造プロセスの
労働コスト及びエネルギコストが増大されている
ということである。更に上述の如き消失性バイン
ダは最終的に得られる複合材料中に於ける好まし
からざる不純物源となることがある。第二の欠点
は、スラリーを形成し、該スラリーを繊維に付着
させ、テープを形成することは時間を要する工程
であり、最終的に得られる物品のコストを増大さ
せるということである。第三の欠点は、マトリツ
クスが必ずしも均一に繊維に適用される訳ではな
く、そのため不均一な複合材料物品が形成される
ということである。第四の欠点は、上述の如きプ
ロセスによる場合には、複雑な形状または三次元
的形態の複合材料構造体を製造することが困難で
あるという点である。
がある。第一の欠点は、テープ形成工程中にマト
リツクスが繊維に良好に接着するようスラリー状
のマトリツクスに有機バインダが付加されるため
これを除去するという追加の工程が必要であり、
該追加の工程により複合材料物品製造プロセスの
労働コスト及びエネルギコストが増大されている
ということである。更に上述の如き消失性バイン
ダは最終的に得られる複合材料中に於ける好まし
からざる不純物源となることがある。第二の欠点
は、スラリーを形成し、該スラリーを繊維に付着
させ、テープを形成することは時間を要する工程
であり、最終的に得られる物品のコストを増大さ
せるということである。第三の欠点は、マトリツ
クスが必ずしも均一に繊維に適用される訳ではな
く、そのため不均一な複合材料物品が形成される
ということである。第四の欠点は、上述の如きプ
ロセスによる場合には、複雑な形状または三次元
的形態の複合材料構造体を製造することが困難で
あるという点である。
従つて当技術分野に於て必要とされているもの
は、比較的簡単であり、労働コスト及びエネルギ
コストが低く、複雑な形の複合材料物品を容易に
製造することのできる繊維強化複合材料物品の製
造方法である。
は、比較的簡単であり、労働コスト及びエネルギ
コストが低く、複雑な形の複合材料物品を容易に
製造することのできる繊維強化複合材料物品の製
造方法である。
発明を解決するための手段
本発明による繊維強化複合材料物品の製造方法
は、マトリツクス材であるガラス、ガラス−セラ
ミツク、又はセラミツクを繊維に形成する過程
と、それらの繊維をヤーンに形成する過適と、ヤ
ーンを織るか組むか編むかしてマトリツクス材か
らなる均質な布を形成する過程と、強化材の繊維
を形成する過程と、強化材繊維のヤーンを形成す
る過程と、それらのヤーンを編むか織るかして強
化材繊維の均質な布を形成する過程と、各布より
所定形状の複数個のプリフオームを切断する過程
と、強化材繊維布プリフオームをマトリツクス材
繊維布プリフオームの一つ以上の層と重ね合せて
積層体を形成する過程と、該積層体を型内に配置
する過程と、該積層体を加熱及び加圧された状態
にて稠密化して複合材料物品を形成する過程とを
含む。本発明の他の一つの実施例によると、ガラ
ス、ガラス−セラミツク、又はセラミツクからな
るマトリツクス材繊維のヤーン及び強化材繊維の
ヤーンを織るか編むかして一つの布とすることに
よりハイブリツド布材料が形成され、ハイブリツ
ド布材料より所定形状の複数個のプリフオームを
切断し、それらのプリフオームを積層して積層体
を形成し、積層体を型内に配置し、該積層体を加
熱及び加圧された状態にて稠密化することにより
複合材料物品が形成される。
は、マトリツクス材であるガラス、ガラス−セラ
ミツク、又はセラミツクを繊維に形成する過程
と、それらの繊維をヤーンに形成する過適と、ヤ
ーンを織るか組むか編むかしてマトリツクス材か
らなる均質な布を形成する過程と、強化材の繊維
を形成する過程と、強化材繊維のヤーンを形成す
る過程と、それらのヤーンを編むか織るかして強
化材繊維の均質な布を形成する過程と、各布より
所定形状の複数個のプリフオームを切断する過程
と、強化材繊維布プリフオームをマトリツクス材
繊維布プリフオームの一つ以上の層と重ね合せて
積層体を形成する過程と、該積層体を型内に配置
する過程と、該積層体を加熱及び加圧された状態
にて稠密化して複合材料物品を形成する過程とを
含む。本発明の他の一つの実施例によると、ガラ
ス、ガラス−セラミツク、又はセラミツクからな
るマトリツクス材繊維のヤーン及び強化材繊維の
ヤーンを織るか編むかして一つの布とすることに
よりハイブリツド布材料が形成され、ハイブリツ
ド布材料より所定形状の複数個のプリフオームを
切断し、それらのプリフオームを積層して積層体
を形成し、積層体を型内に配置し、該積層体を加
熱及び加圧された状態にて稠密化することにより
複合材料物品が形成される。
本発明の更に他の一つの実施例によると、マト
リツクス材の繊維と強化材の繊維とを含むハイブ
リツドヤーンを形成し、該ハイブリツドヤーンを
編むか織るかして上述の如き布に代わるハイブリ
ツド布を形成し、該ハイブリツド布より所定形状
の複数個のプリフオームを切断し、それらのプリ
フオームを積層して積層体を形成し、積層体を型
内に配置し、該積層体を稠密化することにより複
合材料物品が形成される。
リツクス材の繊維と強化材の繊維とを含むハイブ
リツドヤーンを形成し、該ハイブリツドヤーンを
編むか織るかして上述の如き布に代わるハイブリ
ツド布を形成し、該ハイブリツド布より所定形状
の複数個のプリフオームを切断し、それらのプリ
フオームを積層して積層体を形成し、積層体を型
内に配置し、該積層体を稠密化することにより複
合材料物品が形成される。
本発明の更に他の一つの実施例によると、連続
的なマトリツクスヤーン及び連続的な強化材繊維
又は強化材ヤーンを編むか組むかしてほぼ最終的
形態の構造体を形成し、次いでその構造体を稠密
化して複合材料物品が形成される。
的なマトリツクスヤーン及び連続的な強化材繊維
又は強化材ヤーンを編むか組むかしてほぼ最終的
形態の構造体を形成し、次いでその構造体を稠密
化して複合材料物品が形成される。
実施例
繊維の形態に形成し得る任意のガラス、ガラス
−セラミツク、又はセラミツクがマトリツクス材
として使用されてよい。何れの材料を使用するか
の選定は、最終的に得られる複合材料物品に必要
とされる特定の性質次第である。マトリツクスの
幾つかは優れた熱的安定性、優れた破壊靭性を有
しており、また特定の強化材繊維との両立性に優
れている。これらの特徴及び他の特徴により何れ
のマトリツクスを選定すべきかが決定される。例
えばガラス−セラミツクマトリツクス及び炭化ケ
イ素繊維よりなる複合材料を形成する場合には、
マトリツクス材料は満足し得る複合材料を製造す
るためには実質的にチタニウムを含有しないもの
でなければならない。本発明の方法の実施に有用
であることが解つているガラスマトリツクス材と
しては、Ｅ−Glass、Corning 1723アルミノシリ
ケート、Corning 7740ボロシリケート・ガラス、
Corning 7930高シリカ含有ガラス（96wt％シリ
カ）がある。更にガラス−セラミツクマトリツク
ス材としてはリチウム・アルミノシリケート、ア
ルミノシリケート、マグネシウム・アルミノシリ
ケートがある。セラミツクマトリツクス材の例と
してはムライトがある。
−セラミツク、又はセラミツクがマトリツクス材
として使用されてよい。何れの材料を使用するか
の選定は、最終的に得られる複合材料物品に必要
とされる特定の性質次第である。マトリツクスの
幾つかは優れた熱的安定性、優れた破壊靭性を有
しており、また特定の強化材繊維との両立性に優
れている。これらの特徴及び他の特徴により何れ
のマトリツクスを選定すべきかが決定される。例
えばガラス−セラミツクマトリツクス及び炭化ケ
イ素繊維よりなる複合材料を形成する場合には、
マトリツクス材料は満足し得る複合材料を製造す
るためには実質的にチタニウムを含有しないもの
でなければならない。本発明の方法の実施に有用
であることが解つているガラスマトリツクス材と
しては、Ｅ−Glass、Corning 1723アルミノシリ
ケート、Corning 7740ボロシリケート・ガラス、
Corning 7930高シリカ含有ガラス（96wt％シリ
カ）がある。更にガラス−セラミツクマトリツク
ス材としてはリチウム・アルミノシリケート、ア
ルミノシリケート、マグネシウム・アルミノシリ
ケートがある。セラミツクマトリツクス材の例と
してはムライトがある。
ガラス、ガラス−セラミツク又はセラミツクか
らなるマトリツクスは、スピニングの如き任意の
通常の方法により連続繊維の形態に形成される。
製造される繊維の直径及び長さは重要ではなく、
形状も任意の形状（即ち平坦、楕円形、丸など）
であつてもよい。しかし繊維は実質的に円形断面
であり、約１〜25μ（５〜15μが特に好ましい）の
直径を有することが好ましい。マトリツクス材は
繊維に形成されかかる繊維からヤーンが形成さ
れ、通常の方法を使用してかかるヤーンを織るか
組むか編むかして布に形成され得ることが重要で
ある。ヤーンは単繊維であつてよく、また数百若
しくはそれ以上の繊維を含んでいてよい。一般に
ヤーンは約250本又はそれ以上の繊維を含んでい
る。
らなるマトリツクスは、スピニングの如き任意の
通常の方法により連続繊維の形態に形成される。
製造される繊維の直径及び長さは重要ではなく、
形状も任意の形状（即ち平坦、楕円形、丸など）
であつてもよい。しかし繊維は実質的に円形断面
であり、約１〜25μ（５〜15μが特に好ましい）の
直径を有することが好ましい。マトリツクス材は
繊維に形成されかかる繊維からヤーンが形成さ
れ、通常の方法を使用してかかるヤーンを織るか
組むか編むかして布に形成され得ることが重要で
ある。ヤーンは単繊維であつてよく、また数百若
しくはそれ以上の繊維を含んでいてよい。一般に
ヤーンは約250本又はそれ以上の繊維を含んでい
る。
強化材は任意の通常の複合材料強化材、即ち炭
素、黒鉛、炭化ケイ素、アルミナなどであつてよ
く、引抜き、スピニングの如き通常の繊維形成法
の何れかを使用して形成されてよい。強化材を選
定する際の制限因子は、マトリツクスを稠密化す
るに必要な温度との熱的両立性及び強化材とマト
リツクスとの間の物理的両立性、即ちマトリツク
ス材及び強化材の膨張係数が互いに近似している
こと、反応性などである。何れの強化材が選定さ
れるかは最終的に得られる複合材料物品に必要な
特性次第である。更に強化材繊維の直径、長さ、
及び形状も重要ではない。しかし強化材繊維は実
質的に円形断面であり、約５〜200μ（５〜150μが
特に好ましい）の直径を有することが好ましい。
素、黒鉛、炭化ケイ素、アルミナなどであつてよ
く、引抜き、スピニングの如き通常の繊維形成法
の何れかを使用して形成されてよい。強化材を選
定する際の制限因子は、マトリツクスを稠密化す
るに必要な温度との熱的両立性及び強化材とマト
リツクスとの間の物理的両立性、即ちマトリツク
ス材及び強化材の膨張係数が互いに近似している
こと、反応性などである。何れの強化材が選定さ
れるかは最終的に得られる複合材料物品に必要な
特性次第である。更に強化材繊維の直径、長さ、
及び形状も重要ではない。しかし強化材繊維は実
質的に円形断面であり、約５〜200μ（５〜150μが
特に好ましい）の直径を有することが好ましい。
次いで強化材連続繊維は典型的には250本又は
それ以上の繊維を含むヤーンに形成される。かか
るヤーンはそれが通常の方法を使用して織るか編
むか組むかして布に形成されるよう形成されなけ
ればならない。
それ以上の繊維を含むヤーンに形成される。かか
るヤーンはそれが通常の方法を使用して織るか編
むか組むかして布に形成されるよう形成されなけ
ればならない。
以上に於ては強化材及びマトリツクス材を繊維
及びヤーンに形成する実施例について本発明を説
明したが、強化材及びマトリツクス材の繊維又は
ヤーンが購入されてもよく、このときかかる工程
は省略される。
及びヤーンに形成する実施例について本発明を説
明したが、強化材及びマトリツクス材の繊維又は
ヤーンが購入されてもよく、このときかかる工程
は省略される。
単繊維を組むか織るか編むかして布を直接形成
し、これによりヤーンを形成するという余分な工
程が排除されてもよい。この場合にはヤーンを製
造するのに使用される繊維よりも直径の大きい繊
維が使用される。更にかかる繊維はそれらの繊維
を組むか織るか編むかする工程に付されるに十分
な可撓性及び強度を有していなければならない。
し、これによりヤーンを形成するという余分な工
程が排除されてもよい。この場合にはヤーンを製
造するのに使用される繊維よりも直径の大きい繊
維が使用される。更にかかる繊維はそれらの繊維
を組むか織るか編むかする工程に付されるに十分
な可撓性及び強度を有していなければならない。
次いでマトリツクス材繊維及び強化材繊維のヤ
ーンは織るか編まれることによつて布に形成され
る。この布は第１図及び第２図に示されている如
く均質である。これらの布は全てマトリツクス材
のヤーン１０又は全て強化材のヤーン１２から構
成されている。ヤーンを織る工程は、平織り、あ
や織り、サテンの如き従来の織りパターンや、ガ
ーゼ、パイル、ひだの如きより巧妙な織りパター
ンを生じる通常の方法を使用して行われてよい。
またヤーンを編む工程も通常の方法にて行われて
よく、典型的には布は縦糸又は横糸のデザインに
て編まれる。これらの布は繊維が互いに他に対し
実質的に90゜にて配向されるよう形成される。し
かし本発明はかかる織り方に限定されるものでは
なく、繊維が０／±30゜、０／±60゜、０／±45゜、
０／±45゜／90゜の如き種々の角度の何れかにて配
向されるよう布を形成することが望ましいことも
ある。
ーンは織るか編まれることによつて布に形成され
る。この布は第１図及び第２図に示されている如
く均質である。これらの布は全てマトリツクス材
のヤーン１０又は全て強化材のヤーン１２から構
成されている。ヤーンを織る工程は、平織り、あ
や織り、サテンの如き従来の織りパターンや、ガ
ーゼ、パイル、ひだの如きより巧妙な織りパター
ンを生じる通常の方法を使用して行われてよい。
またヤーンを編む工程も通常の方法にて行われて
よく、典型的には布は縦糸又は横糸のデザインに
て編まれる。これらの布は繊維が互いに他に対し
実質的に90゜にて配向されるよう形成される。し
かし本発明はかかる織り方に限定されるものでは
なく、繊維が０／±30゜、０／±60゜、０／±45゜、
０／±45゜／90゜の如き種々の角度の何れかにて配
向されるよう布を形成することが望ましいことも
ある。
マトリツクス材ヤーン又は強化材ヤーンの均質
な布を形成することに加えて、布はマトリツクス
材ヤーン１０及び強化材ヤーン１２の混合ヤーン
を有するハイブリツド布（第３図及び第４図参
照）として形成されてもよい。かかるハイブリツ
ド布を形成る場合には、何れのヤーンが縦糸とし
て使用され、何れのヤーンが横糸として使用され
るかは重要ではない。
な布を形成することに加えて、布はマトリツクス
材ヤーン１０及び強化材ヤーン１２の混合ヤーン
を有するハイブリツド布（第３図及び第４図参
照）として形成されてもよい。かかるハイブリツ
ド布を形成る場合には、何れのヤーンが縦糸とし
て使用され、何れのヤーンが横糸として使用され
るかは重要ではない。
またヤーン１４（第６図参照）それ自身がマト
リツクス材繊維１６及び強化材繊維１８より形成
されたハイブリツドヤーンであるハイブリツド布
（第５図参照）を形成することが行われてもよい。
この場合ハイブリツドヤーンは通常の方法を使用
して布に形成される。
リツクス材繊維１６及び強化材繊維１８より形成
されたハイブリツドヤーンであるハイブリツド布
（第５図参照）を形成することが行われてもよい。
この場合ハイブリツドヤーンは通常の方法を使用
して布に形成される。
また二種類の連続的な強化材繊維が一種類のマ
トリツクスとの組合せで使用される三成分系を形
成することが行われてもよい。特に直径の大きい
強化材単繊維と強化材ヤーンとを同時に使用する
ことにより、調整された性能を得ることができ
る。
トリツクスとの組合せで使用される三成分系を形
成することが行われてもよい。特に直径の大きい
強化材単繊維と強化材ヤーンとを同時に使用する
ことにより、調整された性能を得ることができ
る。
マトリツクス材及び強化材のハイブリツド布を
形成する場合には、布中に存在するマトリツクス
材は一般に固体の体積で見て約30〜70％の範囲で
あり、特に約40〜60％の範囲が好ましい。従つて
これらの布によつて、典型的には約30〜70vol％
（特に40〜60vol％が好ましい）である所望のマト
リツクス材含有量を有する複合材料物品が形成さ
れる。
形成する場合には、布中に存在するマトリツクス
材は一般に固体の体積で見て約30〜70％の範囲で
あり、特に約40〜60％の範囲が好ましい。従つて
これらの布によつて、典型的には約30〜70vol％
（特に40〜60vol％が好ましい）である所望のマト
リツクス材含有量を有する複合材料物品が形成さ
れる。
マトリツクス材及び強化材の均質な布が形成さ
れた後には、各布よりプリフオームが切断され、
それらが積層されて積層体が形成される。複合材
料物品は典型的には約30〜70vol％（特に約40〜
60vol％が好ましい）のマトリツクス材料を含ん
でいるので、積層体内に配置されるプリフオーム
の数は上述の組成を有する複合材料を形成し得る
よう選定されなければならない。均質な布を使用
して積層体を形成する場合には、稠密化後に得ら
れる最終の複合材料物品全体に亙つてマトリツク
ス材がより一層均一に分配されるよう、マトリツ
クス材布のプリフオームと強化材繊維布のプリフ
オームとを均質に重ね合せることが必要である。
次いで積層体は通常の稠密化用型内に配置され、
強化材繊維の周りにマトリツクス材が実質的に均
一に流動し得るに十分な圧力及び温度下にて稠密
化される。
れた後には、各布よりプリフオームが切断され、
それらが積層されて積層体が形成される。複合材
料物品は典型的には約30〜70vol％（特に約40〜
60vol％が好ましい）のマトリツクス材料を含ん
でいるので、積層体内に配置されるプリフオーム
の数は上述の組成を有する複合材料を形成し得る
よう選定されなければならない。均質な布を使用
して積層体を形成する場合には、稠密化後に得ら
れる最終の複合材料物品全体に亙つてマトリツク
ス材がより一層均一に分配されるよう、マトリツ
クス材布のプリフオームと強化材繊維布のプリフ
オームとを均質に重ね合せることが必要である。
次いで積層体は通常の稠密化用型内に配置され、
強化材繊維の周りにマトリツクス材が実質的に均
一に流動し得るに十分な圧力及び温度下にて稠密
化される。
積層体形成過程に於けるプリフオームの重ね合
せ工程は、マトリツクス材及び強化材のハイブリ
ツド布が使用される場合には不要である。何故な
らば、その場合にはマトリツクスが既に積層体全
体に亙り密に分配されているからである。
せ工程は、マトリツクス材及び強化材のハイブリ
ツド布が使用される場合には不要である。何故な
らば、その場合にはマトリツクスが既に積層体全
体に亙り密に分配されているからである。
ハイブリツド布の積層体を稠密化する工程及び
均質な布の積層体を稠密化する工程は互いに同一
である。積層体が曝される温度、圧力、及び滞留
時間はマトリツクス材を軟化させてそれを強化材
繊維の周りに流動させるに十分なほど高い値でな
ければならないが、強化材繊維を損傷させるほど
高い値であつてはならない。一般にガラス、ガラ
ス−セラミツク、セラミツクのマトリツクスにつ
いては、圧力は約1.7〜13.8MPa（250〜2000psi）
であり、温度は約1050〜1700℃であり、滞留時間
は約15分である。好ましい圧力の範囲は約3.4〜
6.9MPaであり、好ましい温度範囲は約1100〜
1500℃である。これらの条件は形成される物品に
より異なる。
均質な布の積層体を稠密化する工程は互いに同一
である。積層体が曝される温度、圧力、及び滞留
時間はマトリツクス材を軟化させてそれを強化材
繊維の周りに流動させるに十分なほど高い値でな
ければならないが、強化材繊維を損傷させるほど
高い値であつてはならない。一般にガラス、ガラ
ス−セラミツク、セラミツクのマトリツクスにつ
いては、圧力は約1.7〜13.8MPa（250〜2000psi）
であり、温度は約1050〜1700℃であり、滞留時間
は約15分である。好ましい圧力の範囲は約3.4〜
6.9MPaであり、好ましい温度範囲は約1100〜
1500℃である。これらの条件は形成される物品に
より異なる。
織むか編むか組むかして強化材及びマトリツク
ス材の連続繊維又はヤーンよりなるほぼ最終的形
態の構造体を形成する工程も本発明の範囲内に含
まれる。使用されるヤーン又は繊維は上述の組合
せの何れであつてもよい。かくして織るか編むか
組むかすることにより複合材料構造体全体に亙り
連続繊維が存在する物品が得られる。
ス材の連続繊維又はヤーンよりなるほぼ最終的形
態の構造体を形成する工程も本発明の範囲内に含
まれる。使用されるヤーン又は繊維は上述の組合
せの何れであつてもよい。かくして織るか編むか
組むかすることにより複合材料構造体全体に亙り
連続繊維が存在する物品が得られる。
かかる三次元的物品は始めのうちは通常は編み
方（米国特許第4312261号に開示されたマグナ織
りが好ましい）を使用して形成されてよい。
方（米国特許第4312261号に開示されたマグナ織
りが好ましい）を使用して形成されてよい。
かかる方法によれば、直交方向の開口装置及び
その後のコーミング又は成形装置を使用してヤー
ン又は繊維を完全に三次元的に一体化することが
できる。またこの方法によればほぼ最終的形態の
構造体を形成するに際しヤーン又は繊維の分配又
は配向の制御の自由度を高くすることができる。
構造体は適当な型内に配置され、強化繊維の周り
にマトリツクスを流動化させるに十分な温度及び
圧力下にて稠密化され、これにより複合材料物品
が形成される。
その後のコーミング又は成形装置を使用してヤー
ン又は繊維を完全に三次元的に一体化することが
できる。またこの方法によればほぼ最終的形態の
構造体を形成するに際しヤーン又は繊維の分配又
は配向の制御の自由度を高くすることができる。
構造体は適当な型内に配置され、強化繊維の周り
にマトリツクスを流動化させるに十分な温度及び
圧力下にて稠密化され、これにより複合材料物品
が形成される。
実験例
本発明の方法を使用して３×３×0.045inch（76
×76×1.1mm）の複合材料物品が以下の如く形成
される。
×76×1.1mm）の複合材料物品が以下の如く形成
される。
ユニオン・カーバイド（Union Carbide）社製
のThornel 300の平織り（PW）の炭素繊維布よ
り３×3inch（76×76mm）の８枚の正方形シートが
形成された。この布は1inch（25.4mm）当たり12×
12のヤーンの織り目を有し、0.118ｇ／in2（0.0183
ｇ／cm2）の面積密度を有していた。また布の総重
量は8.59ｇであつた。
のThornel 300の平織り（PW）の炭素繊維布よ
り３×3inch（76×76mm）の８枚の正方形シートが
形成された。この布は1inch（25.4mm）当たり12×
12のヤーンの織り目を有し、0.118ｇ／in2（0.0183
ｇ／cm2）の面積密度を有していた。また布の総重
量は8.59ｇであつた。
平織りＥ−ガラスの３×3inch（76×76mm）の14
枚の正方形シートが、1inch（25.4mm）当たり57×
54のヤーンを有し0.195ｇ／in2（0.0302ｇ／cm2）の
面積密度を有する布より形成された。ガラス布の
総重量は24.56ｇであつた。これらの正方形シー
トが一つのThornelの正方形シート、二つのガラ
スの正方形シート、次いで一つのThornelの正方
形シートの順序にて約0.5cmの高さまで積層され
た。
枚の正方形シートが、1inch（25.4mm）当たり57×
54のヤーンを有し0.195ｇ／in2（0.0302ｇ／cm2）の
面積密度を有する布より形成された。ガラス布の
総重量は24.56ｇであつた。これらの正方形シー
トが一つのThornelの正方形シート、二つのガラ
スの正方形シート、次いで一つのThornelの正方
形シートの順序にて約0.5cmの高さまで積層され
た。
積層体が形成された後、該積層体が離型剤とし
て作用する窒化ホウ素にて軽く被覆された通常の
黒鉛製ホツトプレス型組立体内に配置された。型
より複合材料が離型することを容易にすべく、型
のプランジヤと積層体との間に一枚のモリブデン
フオイルが配置された。
て作用する窒化ホウ素にて軽く被覆された通常の
黒鉛製ホツトプレス型組立体内に配置された。型
より複合材料が離型することを容易にすべく、型
のプランジヤと積層体との間に一枚のモリブデン
フオイルが配置された。
次いでこの型組立体がホツトプレス装置内に配
置され、約1350℃の温度に加熱された。プランジ
ヤの温度が1100℃に到達した時点に於て、圧力が
1000psi（70.3Kg／cm2）に上昇された。組成物は15
分間に亙り高温度にて加圧された状態に維持さ
れ、次いで加圧された状態のままヒータの作動が
停止され、型が約400℃に冷却された。次いで圧
力が解除され、複合材料が室温（約25℃）に冷却
された後、その複合材料が型より取出された。
置され、約1350℃の温度に加熱された。プランジ
ヤの温度が1100℃に到達した時点に於て、圧力が
1000psi（70.3Kg／cm2）に上昇された。組成物は15
分間に亙り高温度にて加圧された状態に維持さ
れ、次いで加圧された状態のままヒータの作動が
停止され、型が約400℃に冷却された。次いで圧
力が解除され、複合材料が室温（約25℃）に冷却
された後、その複合材料が型より取出された。
かくして得られた複合材料の断面は複合材料全
体に亙りガラスマトリツクスが良好に浸透し分布
した状態を呈した。かかる方法を使用して形成さ
れた複合材料の物理的性質（即ち曲げ強さ9000〜
15000psi（633〜1055Kg／cm2）は従来の方法及び上
述の材料を使用して形成される複合材料の物理的
性質と同等であつた。
体に亙りガラスマトリツクスが良好に浸透し分布
した状態を呈した。かかる方法を使用して形成さ
れた複合材料の物理的性質（即ち曲げ強さ9000〜
15000psi（633〜1055Kg／cm2）は従来の方法及び上
述の材料を使用して形成される複合材料の物理的
性質と同等であつた。
発明の効果
本発明の方法によれば、ガラス、ガラス−セラ
ミツク又はセラミツクのマトリツクスを有する繊
維強化複合材料物品を製造するための従来の方法
に代わる方法が得られる。この方法によれば、か
かる複合材料物品の形成に於ける多量の労力及び
経費を要する多数の工程が不要になる。このこと
はマトリツクスのスラリーを形成し、次いで繊維
をスラリーにて被覆し、その後物品の形状に形成
されて稠密化されるテープを形成する工程を排除
することによつて行われる。更に上述の如きテー
プの形成に際しては一般に有機バインダが使用さ
れており、有機バインダは稠密化工程に先立つて
除去されなければならない。更に本発明の方法に
よれば、積層工程中及び最終工程で得られる複合
材料物品に於てマトリツクス材に関しより高い均
一性を得る制御を行うことができる。更に本発明
の方法によれば、複雑で二次元的形態の複合材料
物品を容易に製造することができる。消失性のバ
インダを使用する必要性がないため、複合材料が
高純度であることも非常に重要である。
ミツク又はセラミツクのマトリツクスを有する繊
維強化複合材料物品を製造するための従来の方法
に代わる方法が得られる。この方法によれば、か
かる複合材料物品の形成に於ける多量の労力及び
経費を要する多数の工程が不要になる。このこと
はマトリツクスのスラリーを形成し、次いで繊維
をスラリーにて被覆し、その後物品の形状に形成
されて稠密化されるテープを形成する工程を排除
することによつて行われる。更に上述の如きテー
プの形成に際しては一般に有機バインダが使用さ
れており、有機バインダは稠密化工程に先立つて
除去されなければならない。更に本発明の方法に
よれば、積層工程中及び最終工程で得られる複合
材料物品に於てマトリツクス材に関しより高い均
一性を得る制御を行うことができる。更に本発明
の方法によれば、複雑で二次元的形態の複合材料
物品を容易に製造することができる。消失性のバ
インダを使用する必要性がないため、複合材料が
高純度であることも非常に重要である。
また組むか編むかして形成されたほぼ最終的形
態の構造体を使用する方法よれば、複合材料物品
内にて連続繊維やヤーンが積み重ねられることに
より得られる優れた性質を有する複雑な形状の複
合材料物品を製造することができる。かかる方法
はＩ形ビーム、型材、チユーブの如き構造体をコ
ンピユータにて補助された設計に適用され得るも
のである。
態の構造体を使用する方法よれば、複合材料物品
内にて連続繊維やヤーンが積み重ねられることに
より得られる優れた性質を有する複雑な形状の複
合材料物品を製造することができる。かかる方法
はＩ形ビーム、型材、チユーブの如き構造体をコ
ンピユータにて補助された設計に適用され得るも
のである。
完全に一体化された三次元的（３−Ｄ）に織ら
れ編まれ組まれた繊維構造体のコンピユータにて
補助された設計、解析、形成に於ける最近の進歩
により、複合材料技術に於ける主要な進歩がもた
らされる。強化材が上述の如く一体化されること
により複合材料に厚さ方向の強度が与えられるた
め、従来のプライ積層型の複合材料構造体に於い
ては横断方向の強度及びラミネート間の剪断特性
が比較的乏しいため不可能であると考えられてい
た複合材料の新たな用途が切り開かれる。
れ編まれ組まれた繊維構造体のコンピユータにて
補助された設計、解析、形成に於ける最近の進歩
により、複合材料技術に於ける主要な進歩がもた
らされる。強化材が上述の如く一体化されること
により複合材料に厚さ方向の強度が与えられるた
め、従来のプライ積層型の複合材料構造体に於い
ては横断方向の強度及びラミネート間の剪断特性
が比較的乏しいため不可能であると考えられてい
た複合材料の新たな用途が切り開かれる。
以上に於ては、本発明を特定の実施例について
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の
種々の実施例が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。
詳細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の
種々の実施例が可能であることは当業者にとつて
明らかであろう。
第１図はマトリツクス材ヤーンよりなる一つの
典型的な布を示している。 第２図は強化材繊維ヤーンよりなる一つの典型
的な布を示している。 第３図及び第４図はそれぞれマトリツクスのヤ
ーン及び強化材繊維のヤーンを含む一つの典型的
な布を示している。 第５図はマトリツクス繊維及び強化材繊維の混
合物にて形成されたヤーンよりなる一つの典型的
なハイブリツド布を示している。 第６図はマトリツクス繊維及び強化材繊維を含
むハイブリツドヤーンの断面を示している。
典型的な布を示している。 第２図は強化材繊維ヤーンよりなる一つの典型
的な布を示している。 第３図及び第４図はそれぞれマトリツクスのヤ
ーン及び強化材繊維のヤーンを含む一つの典型的
な布を示している。 第５図はマトリツクス繊維及び強化材繊維の混
合物にて形成されたヤーンよりなる一つの典型的
なハイブリツド布を示している。 第６図はマトリツクス繊維及び強化材繊維を含
むハイブリツドヤーンの断面を示している。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ガラス、ガラス−セラミツク又はセラミツク
をマトリツクス材とする繊維強化複合材料物品の
製造方法にして、 マトリツクス材を繊維に形成する過程と、 マトリツクス材繊維をヤーンに形成する過程
と、 マトリツクス材繊維ヤーンを布に形成する過程
と、 強化材を繊維に形成する過程と、 強化材繊維をヤーンに形成する過程と、 強化材繊維ヤーンを布に形成する過程と、 前記マトリツクス材布より所定形状の複数個の
プリフオームを切断する過程と、 前記強化材布より所定形状の複数個のプリフオ
ームを切断する過程と、 マトリツクス材が積層体の実質的に30〜70vol
％となるよう、前記マトリツクス材布プリフオー
ム及び前記強化材布プリフオームを重ね合せて所
定高さの積層体を形成する過程と、 前記積層体を型内に配置する過程と、 前記強化材繊維の周りに前記マトリツクス材を
流動させるに十分な熱及び圧力を与えて複合材料
物品を形成する過程と、 を含む製造方法。 ２ ガラス、ガラス−セラミツク又はセラミツク
をマトリツクス材とする繊維強化複合材料物品の
製造方法にして、 マトリツクス材を繊維に形成する過程と、 マトリツクス材繊維をヤーンに形成する過程
と、 強化材を繊維に形成する過程と、 強化材繊維をヤーンに形成する過程と、 マトリツクス材ヤーンが布の実質的に30〜
70vol％となるようマトリツクス材ヤーン及び強
化材ヤーンのハイブリツド布を形成する過程と、 前記ハイブリツド布より所定形状の複数個のプ
リフオームを切断する過程と、 前記プリフオームよりなる所定高さの積層体を
形成する過程と、 前記積層体を型内に配置する過程と、 前記強化材繊維の周りに前記マトリツクス材を
流動させるに十分な熱及び圧力を与えて複合材料
物品を形成する過程と、 を含む製造方法。 ３ ガラス、ガラス−セラミツク又はセラミツク
をマトリツクス材とする繊維強化複合材料物品の
製造方法にして、 マトリツクス材を繊維に形成する過程と、 強化材を繊維に形成する過程と、 実質的に30〜70vol％のマトリツクス材繊維を
含むようにマトリツクス材繊維と強化材繊維とよ
りなるハイブリツドヤーンを形成する過程と、 前記ヤーンにてハイブリツド布を形成する過程
と、 前記ハイブリツド布より所定形状の複数個のプ
リフオームを切断する過程と、 前記プリフオームよりなる所定高さの積層体を
形成する過程と、 前記積層体を型内に配置する過程と、 前記強化材繊維の周りに前記マトリツクス材を
流動させるに十分な熱及び圧力を与えて複合材料
物品を形成する過程と、 を含む方法。 ４ ガラス、ガラス−セラミツク又はセラミツク
をマトリツクス材とする繊維強化複合材料物品の
製造方法にして、 マトリツクス材を連続繊維に形成する過程と、 前記マトリツクス繊維をヤーンに形成する過程
と、 強化材を連続繊維に形成する過程と、 前記強化材繊維をヤーンに形成する過程と、 前記マトリツクス材ヤーン及び前記強化材ヤー
ンを編組して前記マトリツクス材ヤーンが実質的
に30〜70vol％をなす実質的に最終形状の構造体
を形成する過程と、 前記構造体を型内に配置する過程と、 前記強化材繊維の周りに前記マトリツクス材を
流動させるに十分な熱及び圧力を与えて複合材料
物品を形成する過程と、 を含む製造方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/602,284 US4613473A (en) | 1984-04-20 | 1984-04-20 | Method for forming composite articles of complex shapes |
| US602284 | 1984-04-20 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61501910A JPS61501910A (ja) | 1986-09-04 |
| JPH0244270B2 true JPH0244270B2 (ja) | 1990-10-03 |
Family
ID=24410738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP60502006A Granted JPS61501910A (ja) | 1984-04-20 | 1985-04-19 | 繊維強化複合材料物品の製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4613473A (ja) |
| EP (1) | EP0179137B1 (ja) |
| JP (1) | JPS61501910A (ja) |
| DE (1) | DE3575392D1 (ja) |
| WO (1) | WO1985004835A1 (ja) |
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1985
- 1985-04-19 EP EP85902322A patent/EP0179137B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1985-04-19 WO PCT/US1985/000714 patent/WO1985004835A1/en active IP Right Grant
- 1985-04-19 JP JP60502006A patent/JPS61501910A/ja active Granted
- 1985-04-19 DE DE8585902322T patent/DE3575392D1/de not_active Expired - Fee Related
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