JPH04224177A - 熱構造的複合材料部品、特に織物状部品又はパネルの製造用の予成形物の成形工程 - Google Patents

熱構造的複合材料部品、特に織物状部品又はパネルの製造用の予成形物の成形工程

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JPH04224177A
JPH04224177A JP3076446A JP7644691A JPH04224177A JP H04224177 A JPH04224177 A JP H04224177A JP 3076446 A JP3076446 A JP 3076446A JP 7644691 A JP7644691 A JP 7644691A JP H04224177 A JPH04224177 A JP H04224177A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、熱構造的複合材料部品
の製造に関し、特に繊維状の予成形物（ｐｒｅｆｏｒｍ
ｓ）を予成形物の気孔内でマトリックスを使って化学的
蒸気蒸着により高密度化した織物状部品又はパネルの製
造に関する。
【０００２】熱構造的複合材料とは、構造部材を形成す
るために必要な機械的性質を有し、その性質を高温で保
持する材料を指すものと理解される。このような材料と
しては、炭素マトリックスで高密度化した繊維状の予成
形物で作った炭素−炭素（Ｃ−Ｃ）複合材や、セラミッ
ク・マトリックスで高密度化した耐火繊維状の予成形物
で作ったセラミック・マトリックス（ＣＭＣ）複合材（
炭素又はセラミック繊維）などが代表的である。ＣＭＣ
では、マトリックス並びに強化繊維にもっともよく使わ
れるセラミック材料は炭化ケイ素である。炭素及び炭化
ケイ素の化学的蒸気蒸着工程は技術的に周知で、ＵＳ−
Ａ−３８９５　　０８４及びＦＲ−Ａ−２４０１　　８
８８等に開示されている。
【０００３】複合材料の強化材を構成する繊維状予成形
物は、フエルトや布、平行に並べた繊維の層等、様々な
繊維状織物で作ることができる。このような織物を何層
かに配列し、周知の技術によって針で縫ったり糸を縫い
込んだりすることで結合させる。高密度化の準備として
、通常はグラファイト製の成形工具に繊維状予成形物を
設置し、この成形工具が製造する部品の形に応じて繊維
状予成形物を所望の形に保持するが、この工具はまた必
要な繊維体積率（予成形物の見掛け体積に対して繊維が
有効に占める部分）を得るため予成形物を圧縮するのに
使用することもできる。
【０００４】第１段階では、マトリックス形成材の化学
的蒸気蒸着を行い、予成形物を十分に強固化する。すな
わち、予成形物を取り扱う際、成形工具を使わないで予
成形物の形状を保持できるよう繊維を十分に結合させる
。こうして強固化した予成形物は工具から取り外す事が
できるので、必要な高密度化が得られるまで化学的蒸気
蒸着工程を行うことができる。
【０００５】
【従来の技術】比較的大型の織物状部品又はパネルの製
造では、強固化の段階で問題がある。すなわち、部品が
大きいことや厚みが比較的少ないこと、並びに多数のス
チフナを組み込まなければならないことから、グラファ
イト製の成形工具には非常に複雑なものを使用する必要
がある。このような工具は、予成形物の表面を覆ってこ
れを一定の形に保ち必要な圧縮を行う一方で、スチフナ
を織物上に保持するため、多くの部品から構成される。 スチフナは高密度化段階で組み込まれることになる。ス
チフナ自身は前もって高密度化あるいは強固化されてお
り、部品の残りの部分との結合は共高密度化によって行
う。共高密度化において、マトリックス材は部品との接
合面でマトリックスの連続性によってスチフナをパネル
又は織物に有効に「接着」する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このような工具は製造
に時間と費用がかかり、組み立ても複雑である。また、
このような工具は、高密度化の際、部品の製造に使用す
るマトリックス材が付着するため、工具を再使用する度
に前もって修復する必要がある。工具の寸法が変ったり
、再使用することができない程度まで劣化することがあ
るため、このような修復を頻繁に繰り返すことはできな
い。その結果、このような工具は数回使用しただけで廃
棄されているため、製造する部品のコストが非常に高い
ものとなっている。最後に、高密度化の際、工具に送り
穴があるにも拘わらず支持具の一部が予成形物を覆って
しまうことがあり、このため予成形物の気孔への浸透ガ
スの浸透が妨げられ、高密度化が均一でなくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような点に
鑑みてなされたものであり、簡易化した工具によって予
成形物を成形する工程、特にスチフナを組み込んだもの
を含む織物状の部品やパネルの製造工程の提供を目的と
する。本発明では上記課題を解決するために、予成形物
を横切って成形装置の穴を通る糸によって固定成形装置
に予成形物を結合して予成形物成形をする工程が提供さ
れる。従って、この固定工具は予成形物の片面を当てる
成形装置に限られ、予成形物を成形装置に結合（又は縫
いつけ）することによって予成形物の形を保ち圧縮する
。上記結合に使用する糸は、化学的蒸気蒸着段階でも完
全性を保つ炭素又はセラミックの糸が好ましい。予成形
物の高密度化、又は少なくとも強固化後、結合糸を破壊
することによって成形装置から予成形物を取り出す。 結合糸は部品に縫い込まれたまま残り、積層間セン断（
すなわち部品両面に平行なセン断）に対しては特に有効
な強化材となる。
【０００８】有利には、結合前に、予成形物の成形装置
に面した方とは反対の面にカバー層を設置する。このカ
バー層は、耐火繊維から作ったキャンバス又はサテン織
りの布のような２次元繊維材で、その目的は、結合糸に
よって予成形物の表面全体に生じる圧縮力を分散させる
ことである。カバー層の織物は十分に空気を通して、気
体が予成形物に容易かつ均一に浸透するようにする。
【０００９】カバー層は、予成形物とは異なる膨張率を
持つ材料で作ることができる。化学的蒸気蒸着による高
密度化は比較的高温で行うため、浸透後に冷却する際、
カバー層と予成形物の膨張率の違いによって、マトリッ
クス材によって共に浸透させた予成形物とカバー層間の
接合面に破断が生じる。そうすると、予成形物の強固化
が終わった時カバー層を容易に予成形物から分離できる
。主にカバー層上に形成される表面コーティングはカバ
ー層を予成形物から引き出すことで除去することができ
る。その結果、予成形物のデスケーリングをしなくても
、予成形物の中心部の気孔が容易に侵入可能となって高
密度化を継続することができる上、表面状態が均質かつ
均一になる。有利には、各要素を予成形物に結合させる
結合糸によって、要素を予成形物に一体化できる。これ
によって、例えば、一体式のスチフナを装着した織物や
パネルの製造において、スチフナと織物又はパネルを結
合させた共高密度化がこの結合糸によって有利に強化さ
れる。
【００１０】
【実施例】一体式スチフナを装着した比較的大型のパネ
ルの熱構造的複合材料構造材の製造における本発明の工
程の実施例を以下に説明する。このパネルは、例えば作
業中高温にさらされる宇宙船の構造材を形成するもので
ある。パネルの予成形物１０（図１）は、耐火繊維（炭
素又はセラミック）製織物の層を重ね合わせて製造する
。この層は、例えば布やフエルトの層、平行に向けた糸
の層、あるいは布の層や網状にした繊維の層を前もって
縫ったものの合成体などで構成される。これらの層は縫
込むことで結合させることができる。予成形物１０の片
面１０ａは、製造するパネルの形に合せた工具要素を形
成する固定成形装置１２に当てられている。成形装置１
２はグラファイト製で、片面１０ａに気体が浸透するよ
う多数の穴１４があけられている。予成形物１０の片面
１０ａの反対側の片面１０ｂには、比較的通気のよいキ
ャンバスやサテンを外装した布等で作ったカバー層１６
が取り付けられている。このカバー層１６は、好ましく
は予成形物と異なる膨張率を有する材料から作る。その
ため、セラミック繊維をベースとした予成形物を使用す
る場合、この層は炭素繊維をベースとした布で作ること
ができる一方、予成形物１０を炭素ベースの布とした場
合、層１６は炭化ケイ素繊維で作った繊維、あるいは炭
化ケイ素等のセラミック材料を繊維に付着させた炭化ケ
イ素製の布とする。
【００１１】複数のスチフナ２０（図１には１つのみ示
す）を予成形物１０に一体化する。図のスチフナでは側
面がＩ字形になって、基部の一方が予成形物１０にかか
っている。スチフナ２０は予成形物１０と同じ性質の繊
維強化織物製で、望ましくは製造するパネルと同様、前
もってマトリックスで高密度化（強固化）しておくこと
ができる。このように強固化したスチフナ２０は、高密
度化が完了すれば予成形物１０の高密度化中でも取り扱
うことができる。
【００１２】図１に示すように、スチフナ２０は基部２
０の翼部２２ａ、２２ｂを予成形物１０を構成する層に
挿入することによって一体化している。そのため、２つ
の翼部分２２ａ、２２ｂが予成形物の２つの層の間に収
るよう、予成形物にはスチフナを設置する厚さ部分に切
開部が設けられている。そのため、各翼部２２ａ、２２
ｂは、スチフナの中心２４まで延びる予成形物１０の一
部に覆われる。同じく、カバー層１６はスチフナ２０の
ところで中断され、スチフナの翼部の上を中心２４まで
延びる。予成形物１０は、カバー層１６及び予成形物１
０を横切り、成形装置の穴１４又は少なくともその一部
を通過する糸３０による結合によって成形装置１２に保
持されている。図１に示す例では、糸は、成形装置１２
、予成形物１０及びカバー層１６からなる組立品の片面
と他面の間を交互に通過する縫い線を形成している。
【００１３】糸３０はまた、スチフナ２０の翼部２２ａ
、２２ｂも通過してスチフナと予成形物との結合を確保
している。これは、スチフナの予成形物を前もって高密
度化あるいは強固化しなかった場合、あるいは結合糸の
縫い込みを妨げないよう高密度化が大きく制限された場
合である。予成形物のスチフナを高密度化しないのであ
れば、この予成形物をパネルの予成形物１０上に保持す
る道具が必要となることは言うまでもない。このような
保持道具（図示せず）は、他の場合にスチフナの予成形
物とパネルの予成形物１０双方の形状を保つために必要
となる道具に比較すれば、非常に簡易なものである。 これはスチフナの予成形物の強固化が終わるとすぐに取
り出される。
【００１４】糸３０は、高密度化段階でも完全性を保つ
ことができるよう、炭素やセラミック材等の耐火材製で
ある。糸３０による縫いとじで、予成形物１０が成形装
置１２に対して成形され、予成形物１０上に所望の形状
を刷り込むことになる。さらに、糸３０に張力を加えて
予成形物１０を圧縮することも可能である。カバー層１
６は、均一な圧縮が得られるよう結合糸による応力を分
散させるのに役立つ。組立品はその後、浸透炉に入れら
れ化学的蒸気蒸着によって高密度化される。マトリック
スが炭化ケイ素等のセラミック材製の場合は、ＵＳ−Ａ
−４７５２５０３に記載されているように、化学的蒸気
蒸着工程を使って中間熱分解炭素又は窒化ホウ素蒸着に
よって繊維を被覆すると有利である。予成形物１０が強
固化されたら、浸透工程を中断して成形装置１２から予
成形物を分離し、カバー層１６を除去してもよい。その
ためには、まず結合糸３０を成形装置後部で破壊する。 必要であれば、スチフナの予成形物を保持するために使
用した道具も共に取り出す。
【００１５】既に説明したように、予成形物１０とカバ
ー層１６を形成する材料の膨張率の違いにより、後者の
取り出しが容易となる。カバー層１６を取り出す際は、
その上の表面コーティングも同時に除去することで、予
成形物の他面１０ｂをさらにデスケーリングする必要を
なくす。カバー層１６は、同時に結合糸も破壊する道具
を使って引き剥がす。カバー層１６と性質が同一である
中間層１８を、成形装置１２と予成形物１０の間に設置
し、これを結合糸３０で横切らせることもできる。層１
８と予成形物１０の間及び層１８と成形装置１２の間の
境界面の破断により予成形物１０の型はずしや層１８自
身の除去が容易となる。これによって層１８上に形成さ
れた表面コーティングを除去し、予成形物の他面１０ｂ
をデスケーリングする必要をなくす。高密度化した予成
形物と保持道具と分離を容易にするという中間層の利用
は、１９９０年１１月２９日付けアメリカ合衆国特許出
願番号第６２０　　１５７号に記載されている。そして
、必要な密度が得られるまで、予成形物１０及びスチフ
ナ２０からなる組立品の共高密度化を継続することがで
きる。結合糸の残った部分は、パネルの績層間セン断抵
抗の増加に寄与する。
【００１６】図２に、一体式スチフナを装着したパネル
の製造に関する本発明の工程の他の実施例を示す。図２
でも、前もって中間層１８で覆い成形装置１２上に配置
した予成形物１０及び予成形物１０上のカバー層１６が
示されている。この例では、スチフナ４０（図２では１
つのみ示す）はＣ部側面からなる。スチフナは任意に高
密度化（強固化）することのできる繊維強化織物製であ
る。図２に示すように、各スチフナ４０は、その翼部４
２を予成形物１０の２つの層の間に嵌合させることで予
成形物１０と一体化しており、翼部４２が嵌合できるよ
う予成形物の厚み上部には切開部が形成されている。同
じく、カバー層１６はスチフナの位置で中断されている
。予成形物１０を糸５０によって成形装置１２上に設置
し、任意に圧縮する。糸５０は、図１の実施例に示した
ようにスチフナ４０と予成形物１０の間の結合を提供す
ることもできる。
【００１７】本実施例では、各糸５０は成形装置１２の
裏面を通り、穴１４又は少なくともこの穴のいくつかを
介して各回毎に輪５２を形成しながら、層１８、予成形
物１０及び層１６に縫い込まれる。糸５０がスチフナ４
０の位置で翼部５２を通るようにすることもできる。棒
５４は各輪５２の上端に係り、カバー層１６を押圧する
ことによって輪を閉塞する。棒５４は、予成形物の高密
度化中の気体及び高温による打撃に耐えるセラミック又
は金属製材料でできている。これらの棒５４には、輪５
２を閉塞するばかりでなく、糸５０による張力を分散さ
せる働きもある。糸５０による張力は、棒５４を多数回
転させることによって各輪５２の位置で調整し、図３に
示すように輪５２にねじりを生じさせることができる。
【００１８】図４に中空の針５６を示すが、これには糸
５０が導入され、成形装置１２の穴１４、及び層１８、
予成形物１０、層１６からなる組立品、あるいはスチフ
ナの翼部４２を通じて係り、輪５２を形成する。中空針
５６は開先加工端を有し、往復運動（矢印Ｆ）で変位さ
れながら穴を通過することによって予成形物に挿入され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一体式スチフナを有する複合材構造パ
ネルの製造用繊維状予成形物の成形工程の一実施例を示
す部分略図である。
【図２】本発明の工程の他の実施例を示す図である。
【図３】第２図の場合の予成形物の結合糸の張力調整を
示す図である。
【図４】本発明の実施例における結合糸の設置方法を示
す図である。
【符号の説明】
１０…予成形物 １２…成形装置 ２０…スチフナ ３０…糸

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　繊維状の予成形物（１０）を製造し、
    前記予成形物（１０）を所望の圧縮度で所望の形状に保
    つため前記予成形物（１０）を配置し、マトリックスを
    構成する材料の化学的蒸気蒸着によって前記予成形物（
    １０）を高密度化する段階から成る、マトリックスで高
    密度化した繊維状予成形物（１０）から成る熱構造的複
    合材料部品の製造工程において、前記予成形物（１０）
    を横切り成形装置（１２）の穴（１４）を通過する糸（
    ３０；５０）により、固定した成形装置（１２）に前記
    予成形物（１０）を結合して前記予成形物（１０）を前
    記配置することを特徴とする工程。
  2. 【請求項２】　　前記結合を、炭素及びセラミックの中
    から選んだ材料製の糸（３０；５０）によって行うこと
    を特徴とする請求項１記載の工程。
  3. 【請求項３】　　前記予成形物（１０）の前記結合の前
    に、予成形物（１０）の前記成形装置（１２）に向けた
    面とは反対の表面上にカバー層（１６）を配置すること
    を特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の工程。
  4. 【請求項４】　　前記カバー層（１６）が布製であるこ
    とを特徴とする請求項３記載の工程。
  5. 【請求項５】　　前記カバー層（１６）は、前記予成形
    物（１０）を構成する前記材料とは異なる膨張率を有す
    る材料製であることを特徴とする請求項３又は４のいず
    れかに記載の工程。
  6. 【請求項６】　　前記予成形物（１０）と前記成形装置
    （１２）との間に中間層（１８）を配置することを特徴
    とする請求項１から５のいずれかに記載の工程。
  7. 【請求項７】　　多数の要素を、前記結合糸（３０；５
    ０）で結合することによって前記予成形物（１０）に一
    体化させることを特徴とする請求項１から６のいずれか
    に記載の工程。
  8. 【請求項８】　　部分的に高密度化した繊維状織物でで
    きた側面要素からなる一体式スチフナが装着され何層に
    も重ねた織物状部品の製造に適用される工程において、
    前記予成形物の厚みの一部に形成した切開部を介して前
    記予成形物の２層間に前記スチフナの少なくとも１翼部
    を挿入することによって各スチフナを前記予成形物と一
    体化することを特徴とする請求項７記載の工程。
  9. 【請求項９】　　各スチフナの翼部を通過する結合糸（
    ３０；５０）によって各スチフナが前記予成形物（１０
    ）に結合することを特徴とする請求項８記載の工程。
  10. 【請求項１０】　　各結合糸は、縫いとじによって前記
    成形装置（１２）の穴と前記予成形物（１０）に挿入さ
    れることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載
    の工程。
  11. 【請求項１１】　　各結合糸は、前記成形装置（１２）
    の前記穴（１４）と前記予成形物（１０）に導入されて
    各縫い目で輪を形成し、輪に挿入されて前記予成形物（
    １０）を押圧する棒によって前記輪が閉塞されることを
    特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の工程。
  12. 【請求項１２】　　前記結合糸（３０；５０）の張力は
    、前記棒を使って前記輪（５２）をねじることによって
    調整することを特徴とする請求項１１記載の工程。
  13. 【請求項１３】　　前記結合糸（３０；５０）は、中空
    針によって前記成形装置（１２）の穴（１４）及び前記
    予成形物（１０）に導入されることを特徴とする請求項
    １０又は１１のいずれかに記載の工程。
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