KR20000070988A - 리본 되감기에 의한 직물 예비성형체의 제조방법 - Google Patents

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KR20000070988A
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르노 뒤발
에릭 렘
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모리스 페롤
메씨어-부가띠
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Abstract

환상 섬유 구조(30)는 캔(26)에서 섬유 슬라이버(24)를 권취하여 각각 복수개의 플래트 턴으로 이루어진 복수개이 겹쳐진 환상 섬유층을 형성한다. 예로서, 슬라이버는 카드로부터 나온다. 권취는 턴을 각각 캔의 축에 반복적으로 만드는 것에 의하여 수행된다. 턴의 겹쳐진 층은 예를 들면, 니들링에 의하여 서로 결합한다. 이 방법은 복합재 브레이크 디스크, 특히 탄소-탄소 복합 디스크 제조에 적용가능하다.

Description

슬라이버를 권취하여 환상 섬유 예비성형체를 제조하는 방법{Making an annular fiber preform by winding a sliver}
C-C 복합 브레이크 디스크는 탄소 섬유로부터 환상 예비성형체를 만들고, 이 예비 성형체를 탄소 매트릭스로 고밀도화하여 제조한다.
C-C 복합 브레이크 디스크는 일반적으로 탄소 또는 탄소 전구체 섬유계 섬유 직물 플라이(plies)를 겹치고, 가능하게는 예를 들면 니들링(needling)에 의하여 플라이를 결합하는 것에 의해 제조된다.
기초 섬유 직물은 펠트, 직물 천, 토우(tow)로 된 단일 방향 시트, 실, 또는 코드, 또는 실제로는 여러 방향을 갖고, 니들링에 의하여 결합되는 복수개의 겹쳐진 시트로 만들어진 복합체일 수 있다.
플라이를 적층하고 니들링하는 것에 의해 섬유 예비 성형체를 제조하는 방법은 예를 들면 US-A-4 790 052, FR-A-2 626 294, 및 FR-A-2 726 013에 기재되어 있다.
여러 가지 플라이는 환상 플라이로 미리 절단되거나 또는 연속된 플라이일 수 있고, 이 경우에 있어서, 환상 예비성형체는 플라이가 적층된 후 절단된다. 어떤 방법으로도, 이것은 다량의 스크랩(scrap)을 발생시킬 수 있으므로, 특히 탄소 또는 탄소 전구체로 제조되는 경우 제조 비용, 기초 섬유 직물의 가격을 상당히 증가시킨다.
본 발명은 환상 섬유 구조, 또는 특히 복합재로부터 환상 피스를 제조하기 위한 "예비성형체"의 제조방법에 관한 것이다.
특별하지만 배타적이지 않은 본 발명의 적용 분야는 복합재, 특히 탄소-탄소 (C-C) 복합재로 브레이크 디스크를 제조하기 위한 환상 섬유 예비성형체를 제조하는데 적합하다.
다음 도면을 수반하여 참고할 수 있다:
·도 1은 환상 예비성형체를 제조하기 위하여 본 발명의 방법이 제공될 수 있는 설비의 개략도이고,
·도 2A, 2B, 2C, 및 2D는, 도 1의 설비를 사용하는 본 발명의 방법을 제공하는 경우, 캔에서 플래트 턴을 권취하는 여러 단계를 나타내고;
·도 3은 도 1에 나타낸 캔-권취 장치의 구현예의 도식이고, 도 2A 내지 2D에 의해 설명되는 종류의 권취를 수행하기 위해 적합하고;
·도 4는 매우 도식적인 방법으로 도 3의 귄취 장치에 대하여 사용되는 구동 시스템을 나타내고;
·도 5A 및 도 5B는 본 발명의 방법을 제공하기 위하여 턴이 캔에서 플래트하게 귄취될 수 있는 다른 방법을 나타낸 도식이다.
본 발명은 목적은 환상 섬유 예비성형체가 섬유재를 스크래핑시키지 않고, 만들어질 수 있는 방법을 제안함으로써 상기 단점을 개선하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 환상 섬유 예비성형체가 복합재의 파손없이 브레이크 디스크의 제조에 적합하도록, 즉, 디스크가 마찰력에 견디고, 이들이 접촉되어 있는 부재로 이들을 전달하는 능력을 부여하도록 할 수 있는 예비성형체를 제공하는 것이다.
이러한 목적은 캔 내부에 섬유 슬라이버를 권취하여, 복수개의 겹쳐진 환상층을 형성하도록 만들어지고, 각 층은 복수개의 플래트 턴으로 이루어지는 방법에 의하여 달성된다.
"플래트 턴"이라는 용어는 본 명세서에서 캔의 바닥과 평행한 면에서 실제로 슬라이버에 의해 그려지는 턴 또는 고리를 의미하는 것으로 사용된다.
바람직하게, 권취는 캔의 수직축에 대하여 반복적으로 턴을 형성하는 것으로 수행된다. 여러가지 권취 기술이 사용될 수 있고, 특히 방사상으로 뻗치는 섬유의 함량에 대하여 목적하는 분배 함수로서, 그러나 바람직하게는 권취에 대한 축대칭을 보존하면서 사용될 수 있다.
슬라이버는 불연속 섬유, 예를 들면 실질적으로 서로 평행하고, 다소 꼬여진 불연속 섬유이다. 예로서, 슬라이버는 카드로부터 나온 슬라이버, 또는 토우-파쇄기로부터 나온 토우이고, 이것은 캔에 두면서, 평평하게 하기 적합한다.
카드로부터 나온 슬라이버의 사용이 특히 바람직한데, 왜냐하면 연속적인 직물 공정에서 사용되고 있는 슬라이버 전에 카드로부터 나오는 슬라이버를 공급하기 위한 종래의 방법으로, 권취가 캔에서 카드로부터의 출구에서 직접적으로 수행될 수 있기 때문이다. 유사한 장점이 파상(波狀) 토우로부터 나오는 슬라이버를 사용함으로부터 생긴다.
이러한 경우, 환상 예비성형체가 재료의 손실없이 만들어질 뿐만 아니라, 또한, 종래의 설비를 사용하면서, 예비성형체가 어떤 추가의 조작 없이 직접적으로 얻어진다.
그 외에, 서로 느슨하게 결합되어 있는 불연속 섬유로 만들어진 슬라이버의 사용은, 카드 또는 파상의 토우로부터 나온 슬라이버를 사용하는 경우, 이것이 소량으로 다시 꼬여지는 경우에서도, 섬유가 얼마간 늘어날 수 있다. 그 결과, 보다 덜 불규칙한 다공성을 얻는 것이 가능할 뿐만 아니라, 그로 인하여 예비성형체를 쉽게 고밀도화 할 수 있지만, 또한 일정한 양의 얽힘이 층들의 섬유 사이에서 일어나고, 이것은 이 층들 사이의 결합 및 내박리성을 강화한다.
이것은 니들링에 의한 층들 사이의 결합을 제공하는 것을 배제하는 것은 아니다. 가능하게는 예비성형체가 축방향으로 압착되거나, 또는 그 밖에 층들을 쌓아 올리는 경우, 슬라이버가 권취되면서, 니들링이 권취된 예비성형체에서 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 상기 방법으로 얻어지고, 가능하게는 또한 압착된 예비성형체를 고밀도화하는 것에 의해 복합재의 환상 피스를 제조하는 방법을 제공한다.
고밀도화는 화학 증기 침투 또는 액화법 또는 이들의 조합에 의해 수행될 수 있다.
본 발명은 제한되지 않은 지시로서 주어지는 다음 설명을 읽으므로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1에 나타낸 예에서, 예비성형체는 캔에서 슬라이버를 카드로부터 나오는 슬라이버 위에 직접 권취하는 것에 의해 만들어진다. 이 예에서, 사용된 카드는 평회전 평면 카드이다. 도 1에서, 설비의 여러 부분을 원 내에서 큰 비율로 나타냈다.
종래의 방법에서, 이러한 카드는, 카드에 매어진 섬유(20)를 받는 경사진 미세한 금속 스파이크(10a)로 고정된 회전식 오프닝 롤러(10)로 이루어진다. 예로서, 섬유(20)는 섬유 시트 또는 펠트이고, 이것은 예비성형체에 대하여 요구되는 재료의 섬유 또는 상기 재료의 전구체의 섬유로 이루어진다. 이것은 모든 동일한 종류 또는 여러 가지 섬유의 혼합물인 섬유로 이루어진 펠트 또는 시트를 사용하는 것을 가능하게 한다. 예를 들면, 여러 가지 전구체로부터 나오는 탄소 섬유를 혼합하는 것이 가증하고, 예를 들면 이 섬유들은 그들의 전구체로서 과산화된 상태의 폴리아크릴로니트릴(PAN), 또는 등방성 피치, 또는 이방성 피치, 또는 셀룰로스, 또는 페놀, 또는 이들 여러가지 전구체로부터의 혼합물을 갖는다.
오프닝 롤러(10)는 회전식 또는 "대형" 드럼(12)과 함께 움직이고, 이것은 오프닝 롤러보다 빨리 회전하고, 마찬가지로 금속 스파이크(12a)로 고정된다. 카드에 매어지는 섬유는 순환 체인(14)에 의해 운반되고, 경사진 스파이크(14a)가 제공되어 있는 평면 장치에 의해 대형 드럼 위로 섬유씩 퍼진다. 이 체인(14)은 실질적으로 드럼의 부채꼴 위에서, 실제로 대형 드럼(12)의 윤곽과 같은 동일한 모양을 따른다.
섬유는 바늘(16a)을 갖는 연결 드럼(16)에 의하여 대형 드럼(12)으로부터 당겨진다. 이 연결 드럼(16)은 대형 드럼보다 서서히 회전하고, 그로 인하여 섬유들이 함께 집단화된다. 섬유는, 짧은 전후 왕복 운동을 통해 빠르게 진동하도록 구동되는 분리 소면기(梳綿幾) 수단(18)에 의해 섬유의 편물(22) 형태로 연결 드럼으로부터 분리된다.
섬유의 편물(22)은 권취기 또는 막자(40) 수단에 의해 고정 또는 회전 캔(26)에서 플래트하게 권취되는 슬라이버 또는 술(24)로 압축된다.
도 2A 내지 도 2D는 수직축(25), 외부 원통형 벽(26), 및 수평 바닥(26b)을 갖는 원통형 캔(26)에서 슬라이버(24)를 권취하는 특별한 방법을 나타낸다.
실제로 환상의 제 1 턴(S)(도 2A)은 바닥(26b)에 평평하도록 만들어진다. 이 턴는 원통형 표면(30a)을 둘러싸고, 단일점 Ti에서 원통형 표면에 접하고, 원통형 표면(30b)의 내부에 Tj점에 접하고, Ti점 및 Tj점은 동일한 직경에 놓인다. 표면(30a) 및 (30b)은 캔와 같은 동일한 수직축을 갖고, 이들은 제조되는 환상 예비성형체의 내부 및 외부 표면을 한정한다. 표면(30b)가 실질적으로 캔(26)의 외벽(26a)과 일치하는 것을 관찰할 수 있을 것이다.
권취기는 각각의 새로운 턴이 바로 앞의 턴으로부터 캔의 축에 대하여 α각도에 의해서 상쇄하는 방식으로 제공된다(가능하게는 캔 자신의 축에 대하여 회전하는 캔(26)과 연결됨). 도 2B 및 2C는 15개의 턴이 만들어진 후에 권취가 어떻게 나타나는지와 30 턴이 만들어진 후에 권취가 어떻게 나타내는 지를 각각 나타낸다. 하나의 완전한 회전 후에, 이 경우에 44턴에 상응하여, 하나의 완전한 층이 캔의 바닥에 형성된다(도 2D). 권취는 목적하는 깊이에 도달할 때까지 캔의 바닥에 평행한 겹쳐진 층을 형성하는 방법으로 계속된다. 이 깊이는 수십 센티미터에 이른다. 권취기(40)의 특별한 구현예는 도 3을 참조하여 다음에 설명된다.
상기 방법으로 제조된 환상 예비성형체(30)는 복합재의 환상 피스를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이때문에, 예비성형체는 단위 용적 당 목적하는 섬유 밀도, 즉, 실제로 섬유에 의해 점유되는 예비성형체의 겉보기 부피의 목적하는 퍼센트로 얻어지도록, 바람직하게 압축될 수 있다.
압축 상태로 유지되면서, 예비성형체는 액화법 및/또는 화학 증기 침투법에 의하여 고밀도화된다. 액체 고밀도화는 예비성형체는 복합재에 대하여 목적하는 매트릭스, 즉 수지로 이루어진 재료의 액체 전구체로 함침하는 것으로 이루어진다. 이 전구체는 열처리에 의하여 매트릭스로 변형된다. 화학 증기 침투는 엔클로져로 예비성형체를 위치시키고, 엔클로져 내로 가스를 보내는 것으로 이루어지고, 이 가스는 매트릭스에 대한 전구체이고, 미리 결정된 온도 및 압력 하에서, 예비성형체의 기공으로 확산되고, 섬유와 접촉하면서, 하나 이상의 가스 분해 성분, 또는 복수개의 상기 성분 사이에서의 화학 반응에 의하여 생성되는 매트릭스 물질의 퇴적물을 형성한다.
예를 들면 탄소 또는 세라믹의 매트릭스를 형성하는 목적을 위한 액화법 또는 화학 증기 침투법을 사용하는 고밀도화법은 잘 알려져 있다. 이 고밀도화는 처음에 예비성형체를 굳게하는 목적을 위한 액화 기술을 사용하여 부분적으로 수행되고, 계속적인 고밀도화가 기타 보조 기구를 요구하지 않으면서 화학 증기 침투에 의해 계속될 수 있음을 관찰할 수 있을 것이다.
예비성형체가 복합재의 섬유 보강재를 구성하는 물질의 전구체로 이루어진 섬유의 슬라이버를 권취하여 제조되는 경우, 전구체는 예비성형체가 만들어진 후 그리고 이것이 고밀도화되기 전, 예를 들면 고밀도화 전에 예비성형체의 온도를 올리는 과정 동안 변형된다.
고밀도화 후, 여러 가지 환상 피스, 예를 들면 복합재 브레이크 디스크가 방사상 면으로 얇게 절단되고, 이어서 완성 목적을 위한 기계 처리에 의해 얻어질 수 있다.
여러 가지 예비성형체 층은 예비성형체의 접착을 향상시키도록 서로 결합되는 것이 바람직하고, 결국 박리되는 것, 즉 분리되는 예비성형체의 여러 층에 의해 손상되는 것을 견디는 복합재 피스의 능력을 향상시킨다.
예비성형체를 권취한 후, 이 층들은 예비성형체를 니들링 또는 스티칭하여, 층들을 함께 결합할 수 있다. 니들링 또는 스티칭은 예비성형체를 축방행으로 압축하면서 수행되는 것이 바람직하다.
예비성형체의 층들을 또한 캔에서 환상 예비성형체를 쌓아 올리는 과정 동안 니들링할 수 있다. 이 층들은 이들이 만들어지는 바와 같이 예비성형체의 용적을 통해 실질적으로 일정한 니들링 밀도를 갖도록 함께 니들링 될 수 있다.
이 때문에, 바늘대(32)(도 1)는 실질적으로 예비성형체의 반경 크기와 동일한 거리를 통해 방사상으로 뻗치고, 캔(26)으로 찌를 수 있다.
바늘대(32)는 예비성형체의 내부와 외부 표면 사이에서 단위 면적 당 일정한 밀도의 니들링을 얻도록, 부채꼴 모양의 영역을 통해 균일하게 분배된 바늘(34)로 제공된다.
바늘대(32)는 수직으로 앞 뒤 운동으로 움직여(화살표 F1), 하나의 니들링 된 층 두께의 수배와 동일한 깊이 이상으로 바늘이 예비성형체을 찌르게 할 수 있다. 초기 층들 대한 니들링 수행을 가능하게 하기 위하여, 캔(26) 바닥을 바늘로 손상없이 찌를 수 있는 기본 펠트로 이루어진 코팅(27)으로 감을 대었다. 예로서, 기본 펠트는 폴리프로필렌으로 제조될 수 있다. 이것은 시트, 예를 들면 엘라스토머 시트로 덮여질 수 있고, 이 시트는 바늘에 의해 옮겨진 섬유가 기본 펠트 내로 잡혀지는 것을 방지하고, 그로 인하여 계속해서 기본 펠트로부터 니들링 된 예비성형체를 분리하기 쉽게 한다.
하나의 완전한 층이 니들링 된 후, 캔(26)는 실제로 니들링된 두께외 동일한 거리까지 낮추어질 수 있어서, 니들링 깊이는 실제로 일정하게 유지된다. 이 때문에, 캔(26)은 수직으로 이동 가능한(화살표 F2) 테이블(28) 위에 위치된다.
캔(26)은 회전식 캔인 경우(도 1), 그 다음에 바늘대는 회전식이 아니다. 실질적으로 일정한 니들링 밀도를 갖는 예비성형체를 니들링 하기 위한 장치는 본 출원인으 이름으로 이미 FR-A-2 626 294에 기재되어 있다.
캔이 고정되어 있는 경우, 그 다음에 바늘대는 층의 전체 표면을 통해 스캔하도록 캔의 축 주위를 회전하여 움직인다. 바늘대이 회전은 캔 축 주위의 턴 중심 위치의 환상 전치(轉置)와 동시에 일어난다. 이어서 니들링 및 캔의 점진적인 저하가 동일한 방식으로 일어난다.
모든 경우에서, 턴을 형성하는 과정과 니들링 과정 사이의 방해를 피하기 위하여, 바늘대의 위치는 현재 형성되고 있는 턴 중심의 위치로부터 직경방향으로 대향되도록 선택된다.
층들이 권취 후 니들링 또는 스티칭에 의해 또는 권취동안 니들링에 의해 함께 결합되는 예비성형체는 고밀도화하기 전에 다시 계속해서 압착될 수 있는 것을 관찰할 수 있을 것이다.
예비성형체의 층들이 권취 후 결합되는 경우, 카드로부터의 출구에서 슬라이버-받음 캔으로 알려진 바와 같이, 캔이 단지 엘라스틱 지지대, 예를 들면, 스프링 위에 설치되어, 캔의 바닥이 예비성형체가 쌓아 올여질 때, 캔의 바닥이 예비성형체의 중량 하에서 점진적으로 아래 방향으로 움질 일 수 있는 것은 관찰할 수 있을 것이다.
권취기(40)의 구현예는 단지 도 3 및 4를 참고하여, 아래에 기재되어 있다.
상기 예에서, 캔(26)은 고정된다. 하나의 완전한 턴의 층은 도 2A 내지 2D에 나타낸 바와 같이, 턴(S)의 현재 (B)점을, 턴(S)의 축 (A) 위에 중심이 있는 하나와 캔의 축 O 위에 중심이 있는 다른 하나와 화합하는 이회전에 의해 이동되도록 하고, 축 (A)를 움직이는 것에 의해 형성된다.
슬라이버(24)는 두개이 실린더(42) 사이를 통과하는 것에 의해 잡아당겨 지고, 권취 상부(winding head)를 형성하는 분배판(46)에서 구멍(44)을 통해 유도되어 캔(26)으로 향하게 된다. 이 분배판(46)은 축 (A)에 대하여 수직 디스크 형태이고, 분배판 주위에 인접하여 통과 통로(44)를 갖는다. 디스크(46)는 축 (A)에 대하여 디스크(46)를 움직이게 하기 위하여 환대(環帶)(52) 위에서 이(theeth)의 내부 고리(50)와 맞물리는 이의 외부 고리를 형성하는 테두리(44)를 갖는다. 환대(52)는 모터 장치(60)에 의해 수직축(M)에 대하여 회전하는 톱니바퀴(58)와 맞물리는 톱니바퀴(56) 그 자체와 맞물리는 이의 외부 고리(54)를 갖는다.
실린더(42), 분배판(46) 및 바늘대(32)로 이루어진 어셈블리는 축(O)에 대하여 회전하는 회전판(66)에 의하여 운반된다. 이때문에, 회전판(66)은 모터(60)이 의하여 움직이는 톱니바퀴(62)와 맞물리는 이의 외부 고리(64)를 갖는다.
분배판(46)은 회전판(66)과 관계있는 축(A)에 대하여 자유롭게 회전할 수 있도록 회전판(66)에서 형성된 환상 슬롯(68)에 제공된다. 회전판(66), 회전 환상부(52), 및 회전 분배 상부(46)는 도시하지않은 프레임에 의하여 유지되는 것을 관찰할 수 있을 것이다.
실린더 중 하나(42)는 그것의 축(N)에 대하여 회전하고, 이것은 마찰에 의한 회전으로 다른 실린더(42)를 움직인다. 구동 실리더(42)의 손잡이는 회전판(66)의 윗 표면으로부터 돌출하는 모서리용 브래킷(70)에 의해 운반되면서, 바늘대(30)는 지지대(72) 수단에 의해 트레이(66) 아래에서 떠있다.
구동 실린더(42)는 고리(48)와 맞물리는 톱니바퀴(74)를 통해 분배판(46)으로부터 회전되고, 두개의 원뿔형 톱니바퀴(76) 및 (78)로 이루어진 모서리용 기어킷에 이하여 회전된다(도 4).
톱니바퀴(62)와 고리(64) 사이의 비율 및 톱비바퀴와 고리(58), (56), (50) 및 (48) 사이의 비율은 분배판이 분배판(66)의 각 회전에 대하여 N 회전을 수행하도록 모두 결정되고, 여기서 N은 캔(26)의 바닥 위에 하나의 완전한 층을 이루는 턴의 수이다(상기 예에서, N = 44).
슬라이버(30)를 당기기 위한 실린더(42)는 당겨지는 슬라이버의 선형 속도는 바람직하게는 실질적으로 턴(S)의 현재점(B)의 선형 속도와 동일한 속도에서 움직인다.
상기 권취기는 도 2A 내지 2D에 도시한 종류의 권취를 수행하는 고정된 캔과 함께 작동된다.
고정된 캔을 사용하는 동일한 종류의 권취 또는 고정 또는 회전식 캔을 사용하는 다른 종류의 권취는 권취기에 대한 적절한 구동 시스템을 개조하여 선택될 수 있다.
예로서, 두 종류의 권취는 도 5A 및 5B에 개략적으로 도시되었다.
도 5A에서, 각의 실질적으로 환상 턴은 내부표면(30a) 및 외부 표면(30b) 사이의 공간을 점유하고, 동일한 반경에 위치한 두개의 각 점에서 그것에 수직이다. 이러한 권취법은 고정캔 또는 이동캔으로 제공될 수 있다. 이것은 특히 예비성형체가 권취되는 동안 니들링되는 경우 바람직하다. 이러한 환경 하에서, 니들링은 권취가 일어나는 위치로부터 대략적으로 반대 위치를 점유하는 바늘대로 수행될 수 있고, 따라서 권취동안 어떤 다른 방해가 없다. 바늘대는, 캔이 고정캔인 경우 캔축 주위의 권취 상부의 회전과 동시에 상기 축에 대하여 회전을 일으키고, 또는 그밖에 캔이 그 자신의 축을 회전하는 경우에는 캔축에 관계있는 고정된 모서리 위치를 점유한다.
결국, 도 5B에서, 각 턴은 실제로 타원 모양으로 만들어지고, 두개의 대향점에서 수직인 내부 표면(30a)을 둘러싸고, 외부 표면(30b)의 두 대향점 사이로 뻗어나간다.
상기에서, 슬라이버는 회전 평면 카드로부터 나오는 것으로 여겨진다. 당연히, 몇몇 다른 유형의 카드, 예를 들면 체인-드로잉 프레임(chain-drawing frame)으로부터 나오는 슬라이버를 권취하는 것이 또한 가능할 것이다. 또한, 이미 언급한 바와 같이, 본 발명의 방법은 토우 파쇄기(tow breaking device)로부터 나오는 슬라이버로 또한 제공될 수 있다. 탄소 섬유로 이루어진 토우에 대한 장치를 포함하는, 이러한 파쇄기는 잘 알려져 있다. 예로서, FE-A-2 608 641을 참고하여 만들 수 있다. 슬라이버는 카드로부터 나오는 슬라이버로서 동일한 방법으로 캔에서 권취된다. 섬유 혼합물로서 만들어진 슬라이버는 또한 여러가지 전구체로 이루어진 토우 또는 여러가지 탄소 전구체로 이루어진 토우를 파쇄기에 공급하는 것에 의하여 얻어질 수 있다.
본 발명의 방법을 사용하는 환상 예비성형체를 제조하는 여러가지 실시예를 다음에 기재하였다.
실시예 1
밀도 1.37g/㎤를 갖는 주름잡히고 절단된 예비 산화된 PAN 섬유로 이루어진 소면(梳綿)용 직물로부터 출발하여, 도 1에 도시한 종류의 카드를 약 5000 텍스 중량의 슬라이버를 만들기 위하여 사용하였다. 슬라이버를 도 2A 내지 2D에 나타낸 바와 같이 권취하였지만, 각 층을 20턴으로 만들었다. 예비성형체의 내경 및 외경은 각각 150㎜ 및 600㎜와 동일하였다. 각 턴은 1.25m의 길이를 갖고, 비압축된 상태이고, 각 층은 약 25㎜의 두께를 갖는다.
25층이 니들링 없이 형성된 후, 얻어진 예비성형체를 캔으로부터 끌어내고 모양을 유지시키면서 탄소화하였다.
그 후, 예비성형체를 섬유의 목적하는 용적 부피를 얻기위해 압축하고, 화학 증기 침투법에 의하여 고밀도화하여 열분해성 탄소 매트릭스를 형성하였다. 고밀도화 시작에서, 적어도 이것이 경화될때까지, 예비성형체를 연장 일습(tooling)에 유지한다. 고밀도화 후, 얻어진 환상 조각을 얇게 절단하여 목적하는 두께의 디스크를 얻었다.
실시예 2
실시예 1에서와 같이, 출발물질은 주름지고 예비산화된 PAN 섬유로 이루어진 소면용 직물이었다. 복수개의 슬라이버를 소면으로 형성하여 약 5000텍스와 동일한 중량을 갖게하였다. 소면 후, 10개의 슬라이버를 결합하여, 10배까지 이들의 길이가 늘어나도록 잡아늘였고, 그로 인하여 여전히 5000텍스의 중량을 갖지만, 높은 밀도의 슬라이버를 얻었고, 따라서 실시예 1과 비교하여 1.5 율로의 권취에서 섬유 용적 당 밀도를 1.5율까지 증가시켰다.
각 층이 20턴으로 이루어졌다는 것을 제외하고는 슬라이버를 도 2A 내지 2D에 도시한 바와 같이 권취하였다. 예비성형체의 내부 및 외부 직경은 각각 120㎜ 및 400㎜와 동일하고, 어느 하나의 턴의 길이는 80㎝ 였다.
나머지 과정은 실시예 1과 동일하였다.
실시예 3
이 방법은 페놀형 탄소 전구체 섬유와 함께 예비산화된 PAN 섬유로 만들어진 5개의 카드 슬라이버로 만들어진 5개의 카드 슬라이버를 사용한 것을 제외하고는 실시예 2와 정확하게 동일하였다.
이 실시예는 예비성형체에서 요구되는 특성에 의존하여, 보다 많거나 적은 모듈러스의 탄소 섬유를 제공하는 여러가지 유형의 탄소 전구체 혼합물의 사용이 가능하다는 것을 증명하였다.
실시예 4
사용된 출발 직물은 50K 탄소 섬유 토우로 이루어졌다(즉, 50,000개의 필라멘트로 이루어짐). 이 토우를 4500텍스의 중량을 갖는 슬라이버를 제공하는 인장-파쇄 조작을 하였다.
슬라이버를 실시예 1에서와 같이 권취하고, 얻어진 예비성형체는 섬유 함량 25%을 갖는다.
섬유에 의해 점유되는 용적 스크랩을 증가하기 위하여 예비성형체를 목적하는 용적에 도달할 때까지 압축하였고, 이것은 니들링에 의해 압축되고, 그로 인하여 공구의 사용없이 고밀도화하는 것이 가능하였다.
실시예 5
이 방법은 실시예 4와 동일하지만, 슬라이버의 턴으로 형성된 층은 권취가 일어날때 함께 니들링되었다. 니들링은 결과 예비성형체에서 섬유 용적 밀도가 50%가 되도록 압축하였다.
니들링된 예비성형체를 반드시 요구되는 추가 압축의 필요없이 고밀도화 할 수 있었다.

Claims (25)

  1. 섬유 직물을 권취하여 환상 섬유 구조를 제조하는 방법에 있어서, 섬유 직물을 서로 약하게 결합된 불연속 섬유로 형성되어 있는 슬라이버 형태로 사용하고, 이 슬라이버를 캔에 권취하여 복수개의 플래트 턴으로 구성되어 있는 복수개의 겹쳐진 환상 섬유층을 형성하는 것을 특징으로 하는 섬유 직물을 권취하여 환상 섬유 구조를 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 슬라이버는 카드로부터 나온 것을 사용하여서 되는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 슬라이버는 카드를 떠나면서 직접 권취되는 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 슬라이버는 파쇄된 토우를 사용하는 방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 슬라이버는 토우 파쇄기의 출구로부터 직접 권취되는 방법.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 섬유 직물은 복수개 슬라이버를 결합하고, 연신시켜서 얻어진 슬라이버 형태로 사용하는 방법.
  7. 제 6항에 있어서, 복수개의 슬라이버는 여러가지 종류의 섬유로 만들어진 것을 사용하는 방법.
  8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 권취는 캔의 축 주위에 반복적으로 턴을 형성하여서 되는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 권취는 캔 바닥에 평행한 경로를 따라서 턴을 형성하여서 되는 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 각 턴은 예비성형체의 내부 원통 표면과 외부 원통 표면 사이에 형성되게 하는 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 각 턴은 예비성형체의 내부 원통 표면을 둘러싸고, 하나의 점에서 그것에 수직되게 하는 방법.
  12. 제 9항에 있어서, 상기 각 턴은 예비성형체의 내부 원통형 표면에 수직인 경로를 따라서 예비성형체의 외부 원통형 표면의 두 점 사이로 뻗어나가게 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 따라서, 상기 턴의 겹쳐진 층들은 서로 결합되게 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 층들은 슬라이버가 권취된 후에 서로 결합되게 하는 방법.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 결합은 니들링에 의해 실시하는 방법.
  16. 제 14항에 있어서, 상기 결합은 스팅칭에 의해 실시하는 방법.
  17. 제 13항에 있어서, 상기 층들은 슬라이버가 권취될 때 니들링에 의해 서로 결합되는 방법.
  18. 제 17항에 있어서, 상기 니들링은 실제로 일정한 니들링 깊이로 수행되는 방법.
  19. 제 17항 또는 제 18항에 있어서, 상기 니들링 상부는 캔 축에 대하여 회전하는 방법.
  20. 제 19항에 있어서, 슬라이버는 축을 갖는 분배 장치 수단에 의하여 캔으로 이르게되고, 이 분배 장치는 턴을 형성하도록 그 자신의 축 주위를 회전하고, 분배 장치는 캔 축 주위를 회전하여, 복수개의 연속적인 턴을 형성하고, 이 캔은 고정된 채로 남고, 즉 니들링이 캔 내부에서 실질적으로 방사상으로 뻗어나가고, 분배 장치와 동시에 캔 축에 대하여 회전하는 니들링 상부 수단에 의해 수행되는 방법.
  21. 제 17항 또는 제 18항에 따라서, 상기 캔은 수직축 실린더이고, 그 자신의 축을 회전하고, 니들링 상부는 캔 축에 대해 고정되게 하는 방법.
  22. 환상 섬유 예비성형체를 제조하고, 예비성형체를 매트릭스로 고밀도화하는 방법을 포함하는, 섬유 보강재로 이루어진 복합재의 환상 피스 및 보강재 섬유를 상호 결합하는 매트릭스를 제조하는 방법에 있어서, 상기 예비성형체는 제 1항 내지 제 21항 중 어느 하나의 항에 따른 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22항에 있어서, 예비성형체는 복합재의 섬유 보강재로 이루어진 물질에 대한 전구체로 이루어진 섬유의 슬라이버를 권취하여 제조되고, 이 전구체는 예비성형체가 만들어진 후, 이것이 고밀도화되기 전에 변형되는 방법.
  24. 제 22항 또는 제 23항에 있어서, 상기 섬유 예비성형체는 고밀도화되기 전에 압축되는 방법.
  25. 제 22항 내지 제 24항 중 어느 하나의 항에 있어서, 예비성형체는 복수개의 여러 종류의 섬유로 형성된 슬라이버를 권취하여서 제조되는 방법.
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