JPH0586534A - 複合材料製品製造のための耐火性繊維製プレフオームの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ニードルパンチを含む種々の繊維構造体形成
工程により、耐火性繊維プレフォーム製法を提供し、更
には実質的に死んだ部分を含まず、従い、容易に緻密化
可能な繊維プレフォームの製法を提供する。 【構成】 耐火性材料又はその前駆物質で作られた長い
不連続繊維群からなる糸で、繊維状プレフォームが形成
される。この不連続繊維群は無撚りで互いに平行に配列
され、その一体性は消滅材料で作られたカバー糸によっ
て保たれている。この繊維状プレフォームは複合材料製
品を製造するためにマトリックスによって緻密化される
ことを意図している。カバー糸はこのプレフォームがマ
トリックスによって緻密化される前に消失させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複合材料製品製造のた
めの耐火性繊維製プレフォームの製造に関する。本発明
はこのようなプレフォームの製造に適した複合糸にも関
連している。耐火性繊維には、カーボン繊維やセラミッ
ク繊維を含むものとする。特に後者の中には、炭化珪
素，窒化珪素，又は炭化硼素，アルミナ等からなる炭
化，窒化又は耐火性酸化繊維を含む。

【０００２】耐火性繊維の前駆物質とは、耐火性状態と
なる前の状態における繊維を称し、耐火性状態への移行
は、通常、熱処理によって得られる。例えば、カーボン
の前駆物質は予備酸化されたポリアクリルニトリル（Ｐ
ＡＮ），又はピッチ等であり、炭化珪素の前駆物質はポ
リカーボシラン（ＰＣＳ）等である。本発明の一つの応
用例は、マトリックスで緻密化された耐火性繊維のプレ
フォームからなる複合材料のコンポーネントの製造であ
る。緻密化はプレフォーム全体の微細孔にマトリックス
材料を浸透させることで行われる。

【０００３】

【従来の技術】耐火性繊維からなるプレフォームを得る
ための種々の方法が知られている。古典的な方法の一つ
は、布帛等の二次元繊維構造体からなるパイルを積層
し、ニードルパンチ等によってこれを結合することで行
われる。公知の耐火性繊維における問題点は、製織等の
繊維構造体形成工程に仕掛け難いことにあり、特にセラ
ミック繊維の場合にはニードルパンチが困難である。

【０００４】この問題点を解決する一つの方法は、すべ
ての繊維構造体形成工程を、前駆物質状態にある繊維か
らなる糸に対して行うことである。このような糸は繊維
構造体形成工程に仕掛け易いからである。前駆物質を耐
火性物質に変態させる工程は、この繊維構造体形成工程
の後で行われる。カーボン繊維布帛の積層パイルをニー
ドルパンチする場合に前記問題点を解決するための別の
方法は、パイルの間にフェルト層を介在させることであ
る。カーボン繊維同士の収束が撚によって維持されてい
る糸で作られた布帛を用いる場合には、ニードルパンチ
によって糸が貫通させられると、パイル同士の間に分離
繊維が入り込むよりも繊維の切断の方が多くなる。そこ
で、この介在しているフェルト層がニードルパンチ作用
によって引き出される繊維の供給源として役立つ。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】複合材料製品の製造に
伴うその他の問題点は、緻密化工程におけるプレフォー
ムの内部の孔へのアクセスが困難なことである。樹脂に
よる緻密化や化学蒸着又は浸透（ＣＶＤ）等の種々の緻
密化技術が知られている。

【０００６】樹脂による緻密化は、マトリックスを形成
する材料の前駆物質を含む液をプレフォームに含浸さ
せ、熱処理を行ってこの前駆物質を変態させて行われ
る。通常、前駆物質はキュアリングされ、熱分解されて
マトリックス物質が得られる。含浸，キュアリング，熱
分解を含むこの工程は数回行われることもある。ＣＶＤ
法は、プレフォームを密室内に入れ、ここに所定の温
度，圧力条件の下でガス流を導入して行われる。ガス流
がプレフォームの繊維に接触すると、その成分の一つ又
は複数が分解したり、成分同士が反応し合ってマトリッ
クス物質が形成される。

【０００７】しかし、どの技術を使用しても、プレフォ
ームの完全な緻密化を行うことは実際上不可能である。
その理由は、糸同士の間に形成される容積の一部が“死
んだ(dead)”部分を含んでいるからである。この死んだ
部分は、たとえＣＶＤ法によっても緻密化することは不
可能である。なぜならばそこにアクセスできる僅かなル
ートがあったとしてもこれは直ちに閉塞されてしまうか
らである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、ニード
ルパンチを含む種々のタイプの繊維構造体形成工程によ
って耐火性繊維のプレフォームを製造する方法を提供す
ることにある。本発明の他の目的は、実質的に死んだ部
分を含まず、従って容易に緻密化可能な繊維プレフォー
ムを製造する方法を提供することにある。

【０００９】本発明によれば、耐火性繊維からなる繊維
状プレフォームの製造方法は、 −撚を掛けずに不連続繊維を相互に平行に配列させ、消
滅材料で作られたカバー糸によって一体性を維持させ
た、耐火性繊維又はその前駆物質で作られた不連続繊維
からなる糸を準備し、 −平行な不連続繊維とカバー糸からなる前記糸で繊維状
プレフォームを形成し、 −前記カバー糸を消滅させて、前記プレフォームの容積
内で前記不連続繊維の拘束を解除する 各ステップを含んでいる。

【００１０】前記カバー糸は、不連続繊維の集合体のデ
ニールよりも小さいデニールを有し、該カバー糸を消滅
させた後にプレフォーム内に重大な空所が残らないよう
にすることが望ましい。カバー糸のデニールは不連続繊
維の集合体のデニールの１／１０以下であることが望ま
しい。カバー糸を構成する消滅材料には、残渣を生ぜ
ず、耐火性繊維を変質させずに消失し得るすべての物質
を含む。例えば、この消滅材料としては、ＰＶＡ（ポリ
ビニールアルコール）等の可溶性ポリマー，ポリビニー
ルアセテートやポリエチレン等の熱処理によって完全に
消失するポリマーが挙げられる。

【００１１】本発明の方法において糸を準備するステッ
プは、互いに平行で耐火性材料又はその前駆物質で作ら
れた不連続繊維，好ましくは長い不連続繊維を得る工程
を含む。このステップは、例えばフランス特許公開公報
FR-A-2 608 641に開示されているような、マルチフィラ
メントのトウを制御しながら牽切することによって行わ
れ、１００〜２００mm（４〜５インチ）の平均繊維長を
有する繊維が得られる。

【００１２】前記文献では、繊維は標準型の紡績装置上
で加撚されて糸にされる。これに対し、本発明に使用さ
れる糸を構成する繊維は、加撚されずに相互に平行状態
のままに維持され、糸の一体性はカバー糸でこれらの繊
維を被覆することによって保たれる。この被覆は、ドイ
ツのSpindelfabrik Sussen製の"Parafil"機等の公知の
カバー糸製造装置で行われる。

【００１３】この糸の被覆によって、繊維構造体形成工
程特に製織工程において必要な抵抗性が与えられる。カ
バー糸が消失した後、無撚の不連続平行繊維が出現し、
ニードルによって引き出される繊維を供給するフェルト
状繊維構造体を使用しなくても、ニードルによってこれ
らの繊維の一部を取り込むことによってニードルパンチ
作業を行うことが可能となる。

【００１４】従って、本発明の方法は、糸に対してニー
ドルパンチや製織等の繊維構造体を形成するのに必要な
すべての用途に利用することができる。本発明の方法
は、完全に緻密化されない“死んだ”容積部分を無くす
ことができる付加的な利点を有する。プレフォームが出
来上がってカバー糸が消失すると、糸が膨張して繊維は
緩み、その占める容積を増大させる。これによってプレ
フォームの空隙度が増加し、マトリックス材料が更に容
易に且つ均一に浸透可能となる。この結果、複合材料の
より完全な緻密化と不均一性の減少が得られる。

【００１５】プレフォームの製造に使用される糸が意図
している耐火性材料の前駆物質で作られている場合に
は、前駆物質の耐火性物質への変態は、プレフォームが
製造されカバー糸が消失した後に行われる。カバー糸が
熱によって消失する物質で作られている場合には、この
消失操作は熱処理による前駆物質の変態を勘案しながら
温度を上昇させて行われる。

【００１６】

【実施例】本発明による繊維状プレフォームの製造を説
明するための例を次に述べる。実施例１ カーボン繊維製のプレフォームの製造 ＰＶＡ糸で被覆された無撚りの予備酸化されたＰＡＮ繊
維群で作られた糸を製織して二次元（２Ｄ）繊維構造体
が形成された。この２Ｄ布帛の特性は次の通りであっ
た。

【００１７】−予備酸化ＰＡＮ糸の太さ：５００tex −ＰＶＡカバー糸の太さ：４５dtex −織物組織：８枚朱子 −経糸密度：１０／cm −緯糸密度：１０／cm −目付け：１０５０g/m² 製織された布帛は、８０℃の浴槽内で１０分間洗浄さ
れ、その後乾燥された。ＰＶＡカバー糸は完全に溶解し
て消失し、予備酸化されたＰＡＮ糸を形成する繊維群は
布帛内で膨張し、該布帛はフェルト層の必要なしに直接
ニードルパンチ処理を受けることが可能となった。

【００１８】数枚の層が重ねられ、ニードルパンチ処理
されて繊維状プレフォームが形成された。このプレフォ
ームは次に熱処理（炭化処理）されて前記予備処理ＰＡ
Ｎがカーボンに変態した。カーボン繊維からなる繊維状
プレフォームが得られた。前述の布帛によって、カーボ
ン繊維の体積比率（繊維によって占拠されたプレフォー
ムの見掛けの体積比率）が約３０％のニードルパンチさ
れたプレフォームが得られた。

【００１９】次いで、このカーボン繊維のプレフォーム
は、カーボン繊維で強化された所望の複合材料製品を製
造するために、カーボンやセラミック等のマトリックス
を構成する物質によって緻密化することができた。この
緻密化は樹脂による緻密化処理またはＣＶＤ法で得られ
る。カバー糸の消失後の無撚繊維群のリラックスによる
繊維構造体の中での糸の膨張のために、プレフォーム内
部での死んだ部分の形成が防止され、その結果、より完
全な且つ均等な緻密化が行われる。

【００２０】実施例２ セラミック繊維のプレフォームの製造 ＰＶＡ糸で被覆された無撚りの炭化珪素（SiC)繊維から
なる糸を二重織して繊維構造体が形成された。この布帛
の特性は次の通りである。 −ＳｉＣ糸の太さ：３３０tex −ＰＶＡカバー糸の太さ：４５dtex −織物組織：インタロック −層の数：５ −経糸密度：４０／cm −緯糸密度：３０／cm −布帛の厚さ：３mm 製織された構造体は８０℃の浴槽に１５分間浸漬され、
ついで乾燥された。ＰＶＡ糸は溶解し、ＳｉＣ繊維が繊
維構造体中で膨張したことが観察された。前述の繊維体
積比率は約３０％であった。

【００２１】実施例１で述べたのと同じく、得られた繊
維構造体は緻密化されるのに適したものであった。本発
明は上述の例に限定されるものではない。カーボン繊維
製のプレフォームは、高強力カーボン繊維を含むカーボ
ン繊維から直接に製造することもできる。

【００２２】セラミック繊維製のプレフォームは、ＰＣ
Ｓ（ポリカーボシラン）等のＳｉＣの前駆物質で製造す
ることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ドミニク クプ フランス国，33165 ル アイラン，パル ク サン クリステイーヌ，アブニユ ド ウ パリ 70

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 −撚を掛けずに不連続繊維を相互に平行
   に配列させ、消滅材料で作られたカバー糸によって一体
   性を維持させた、耐火性繊維又はその前駆物質で作られ
   た不連続繊維からなる糸を準備し、 −平行な不連続繊維とカバー糸からなる前記糸で繊維状
   プレフォームを形成し、 −前記カバー糸を消滅させて、前記プレフォームの容積
   内で前記不連続繊維の拘束を解除する各ステップを含む
   耐火性繊維からなる繊維状プレフォームの製造方法。
2. 【請求項２】 前記カバー糸が、前記不連続繊維集合体
   のデニールの１／１０以下のデニールを有する請求項１
   に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記不連続繊維が制御された牽切工程に
   よって得られる請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記カバー糸が可溶性ポリマーからでき
   ている請求項１に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記カバー糸が熱によって消失する物質
   からできている請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記糸が耐火性材料の前駆物質で作ら
   れ、該前駆物質の耐火性材料への変態が、前記カバー糸
   の消失処理の後に行われる請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記繊維状プレフォームに対して行われ
   るニードルパンチ処理が、前記カバー糸の消失処理の後
   に行われる請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 耐火性材料又はその前駆物質で作られ
   た、無撚りで互いに平行に配列された不連続繊維群から
   なる複合糸であって、該複合糸は、前記不連続繊維群の
   一体性を得るために、前記不連続繊維群のデニールの１
   ／１０以下のデニールを有する消滅材料で作られたカバ
   ー糸で被覆されている複合糸。
9. 【請求項９】 前記耐火性材料がカーボン繊維又はセラ
   ミック繊維である請求項８に記載の複合糸。
10. 【請求項１０】 前記消滅材料が可溶性ポリマーである
    請求項８に記載の複合糸。
11. 【請求項１１】 前記消滅材料が熱によって消失する材
    料である請求項８に記載の複合糸。