KR20010005794A - 환형 섬유 구조물의 제조, 특히 복합재로 부재를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

환형 섬유 구조물의 제조, 특히 복합재로 부재를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

환형 섬유 구조물을 제조하기 위하여, 스트립형 직물(50)은 두개의 겹쳐진 단일 방향 시트로 이루어진 것이 사용되고, 상기 시트의 방향은 스트립의 종방향에 대하여 반대 각을 형성하고, 상기 두개의 시트는 변형 가능한 기본 메쉬을 형성하도록 서로 접합되고, 상기 직물은 이것이 평평한 나선으로 변경되도록 변형되면서, 권취되고, 상기 기본 메쉬는 턴의 내경과 외경 사이의 단위 면적당 질량의 변화가 작게 유지되는 방식으로 변형되고, 평편한 턴은 서로에 대하여 압착된다.

Description

환형 섬유 구조물의 제조, 특히 복합재로 부재를 제조하기 위한 방법{METHOD FOR PRODUCING RING-SHAPED FIBROUS STRUCTURES, IN PARTICULAR FOR MAKING PARTS IN COMPOSITE MATERIAL}
브레이크 디스크 또는 클러치 디스크 등의 복합재 환형 부재는 매트릭스로 고밀도화된 섬유 보강 구조물 또는 "예비성형체"로 이루어진다. C/C 복합 디스크에 대하여, 예비성형체는 탄소 섬유로 제조되거나, 또는 예비성형체가 제조된 후 열 처리에 의해 탄소로 변형되는 탄소 전구체로 만들어진 섬유로 제조된다. 섬유 형태로 이용 가능한 특별한 탄소 예비성형체는 예비산화된 폴리아크릴로니트릴(PAN) 이다. 이 예비성형체는 탄소에 대한 액상 전구체, 예를 들면 수지 등을 사용하고, 이어서 열처리에 의하여 전구체를 변형하는 액상-함침법 또는 그밖에 화학 증기 침투법, 또는 실제로 온열화에 의해 고밀도화 될 수 있다. 온열화에 대하여, 예비성형체는 매트릭스-전구체 액체에 담그어 지고, 이 예비성형체는 예를 들면 유도 중심과의 접촉에 의해 또는 유도 코일과의 직접적인 연결에 의해 가열되어, 전구체가 예비성형체와 접촉하면서 증기화되고, 침투하여 예비성형체의 구멍 내에 증착되어 매트릭스를 형성하도록 할 수 있다.
복합재로 이루어진 부재용 섬유 예비성형체를 제조하기 위해 잘 알려진 방법은 이차원 섬유 직물의 층 또는 플라이를 겹치고 함께 니들링(needling)하는 것으로 이루어진다. 예로서, 섬유 직물은 직물천일 수 있다. 이 천은 겹쳐진 플라이를 통해 바늘이 옮겨지기에 적합한 섬유를 제조하기 위하여, 섬유 웨브로 덮여질 수 있고; 이것은 특히 천이 끊김 없이 니들링 하기 어려운 섬유, 특히 탄소 섬유로 제조된 경우 적용된다. 이러한 방법은 특히 각각 평편한 예비성형체의 제조 및 회전 몸체인 예비성형체의 제조에 대하여 FR-A-2 584 106 및 FR-A-2 584 109에 기재되어 있다.
디스크에 대한 환형 예비성형체는 평편하게 겹쳐져 함께 니들링된 층들로 이루어진 두꺼운 판으로부터 절단될 수 있다. 그때의 재료 손실은 거의 50%이고, 탄소 섬유 또는 탄소 전구체 섬유로 제조된 예비성형체에 대하여 매우 많은 비용이 들게한다.
이러한 손실을 줄이기 위하여, EP-A-0 232 059에는 각 복수개의 섹터 (sector)를 함께 조립한, 환형 층들을 겹치고 함께 니들링하여 예비성형체를 제조하는 것에 대하여 제안되어 있다. 이 섹터는 이차원 직물로부터 절단된다. 재료의 손실은 전체 환형을 절단하는 경우보다는 적지만, 여전히 무시할 수 없다. 또한, 이 방법은 실행하고 자동화하기 어려운데, 특히 상기 섹터가 이들 섹터 사이의 분리선의 겹침을 피하기 위하여 한층으로부터 다른 층으로 상쇄하는 것을 보장하면서, 섹터를 정확히 위치시키는 것에 대한 요구 때문이다.
상기 FR-A-2 584 107에 기재되어 있는 바와 같이, 심축 위에 천 스트립을 감으면서, 동시에 니들링하여 제조된 슬리브로부터 절단될 수 있는 환형 예비성형체가 연구되었다. 이 방법은 섬유재의 중대한 손실없이 실행하기가 상대적으로 쉽다. 그러나, 마찰 디스크에 대한 적용 및 상기 다른 구현예에 반대인 경우에서, 그때의 예비성형체의 플라이는 마찰면에 수직으로 배치되고, 몇몇 경우에서 이 배열은 최적이 아니다.
복합재로 만들어진 환형 부재용 예비성형체를 제조하기 위한 또다른 알려진 방법은 나선형 또는 소용돌이꼴 스트립의 형태로 된 직물 생산품을 사용하여 이루어지고, 이 생산품은 평편하게 겹쳐진 턴으로서 권취된다. 상기 직물 생산품은 나선형 날실 및 방사형 씨실로 만들어진 직물천일 수 있다.
상기 FR-A 2 490 687 및 FR-A-2 643 656에 기재된 바와 같이, 소용돌이꼴 나선형은 실꾸리를 꽂는 틀에 설치된 각 실패로부터 풀어지는 날실에 대하여 프러스토코니칼 롤러(frustoconical roller)를 사용하여 천에 제공된다. 이러한 방식으로 제조된 천에서, 씨실 사이의 간격은 내경과 외경 사이의 나선형 천의 폭을 가로질러 증가한다.
천의 전체 폭을 가로질러, 천에 대하여 실질적으로 일정한 특징을 보존하기 위하여, 상기 두가지 문헌에서는 천의 외경부터 시작하여, 단지 천의 폭부분 전면에 추가의 씨실을 치는 것을 도입하는 것이 제안되어 있다. 이러한 해결 방안은 천의 제조에서 상당한 가외의 비용을 증가시키고, 무시하지 못할 원료의 결손이 있다. 특허출원 FR 95 14 000에 기재된 또 다른 해결 방안은 예비성형체의 단위 용적당 밀도에 의하여 보장되도록, 나선형 천의 내경과 외경 사이에서 나선형 천의 날실의 단위 면적 당 질량을 증가시키는 것으로 이루어지고, 씨실 밀도에서의 감소는 거의 보상된다. 비록 외경으로 씨실 섬유의 밀도를 증가시키는 것보다는 비용이 많이 들지 않지만, 그럼에도 불구하고 이 해결 방안은 천의 내경과 외경 사이에서 중량을 변화시키고/또는 단위 면적 당 질량을 변화시키는 씨실의 사용을 요구하기 때문에 오히려 복잡한 채로 있다.
또다른 알려진 기술에서, 복합재로 만든 환형 부재, 특히 브래이크 디스크용 예비성형체는 평편하게 된 관형의 꼬아진 끈을 나선으로 권취하여 제조된다. 이 관형의 꼬아진 끈은 EP-A-0 528 336에 기재된 바와 같이, 직선형일 수 있다. 이어서 이 꼬아진 끈은 나선으로 권취되도록 변형된다. 예비성형체의 입체 안정성을 향상시키고, 권취되고 평편화된 꼬아진 끈의 내경 및 외경 사이의 단위 면적당 밀도에서의 변화를 보상하도록 끈의 제조 동안 종방향 실이 첨가된다. 또한, EP-A-0 683 261에서는 나선형 관형의 꼬아진 끈을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이것은 직선 관형의 꼬아진 끈이 나선으로 권취되는 경우, 상기 꼬아진 끈의 변형에 대한 제한을 극복할 수 있게 한다. 그럼에도 불구하고, 단위 면적당 밀도에서의 변화는 여전히 종방향의 실의 첨가에 의해, 또는 내경과 외경 사이에서 작은 폭의 복수개의 평편화된 꼬아진 끈을 병렬하는 것에 의해 보상되는 것이 필요하다. 단위 면적당 밀도에서의 변화 문제에 대한 완벽하게 만족스러운 해결 방안의 제공 없이는 이러한 해결 방안들은 예비성형체의 제조를 복잡하게 하고, 따라서 비용이 많이 들게 한다.
본 발명은 환형 섬유 구조물, 특히 복합재 환형 부재의 제조를 위한 예비성형체를 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특별하지만 배타적이지 않은 적용 영역은 복합재, 특히 탄소-탄소(C/C) 복합재로 이루어진 브레이크 디스크 또는 클러치 디스크 제조용 환형 예비성형체를 제조하는데 적합하다.
본 발명은 다음의 수반 도면을 참조하여, 제한없는 지시로서 제공되는 다음 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해될 수 있을 것이다.
·도 1은 섬유 직물을 본 발명의 발명의 실행에서 사용하기에 적합한 변형가능한 스트립 형태로 제조할 수 있는 설비의 개략도이고;
·도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 방법의 실행에 사용하기에 적합한 섬유 직물이 니팅에 의해 접합될 수 있는 하나의 방법을 설명하는 도면이고;
·도 4, 도 5a, 도 5b 및 도 5c는 본 발명의 방법의 실행에 사용하기에 적합한 섬유 직물이 니팅에 의해 접합될 수 있는 또다른 방법을 나타내는 도면이고;
·도 6은 어떻게 도 1의 실행에 의해 만들어진 것과 같은 섬유 직물이 나선형으로 평편하게 권취될 때 변형되는 가를 나타낸는 개략도이고;
·도 7a 및 도 7b는 본 발명의 방법을 실행하기 위한 섬유 직물을 나선형으로 권취하기 위한 장치를 나타내는 개략도이고;
·도 8a 및 도 8b는 본 발명의 방법을 실행하기 위한 섬유 직물을 나선형으로 권취하는 두개는 다른 장치를 나타내는 개략도이고;
·도 9는 본 발명에 따른 환형 섬유 구조물을 제조하기 위한 방법의 실행을 나타내는 개략도이고;
·도 10은 본 발명에 따른 환형 섬유 구조물을 제조하기 위한 방법의 또다른 실행을 나타내는 개략도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 환형 예비성형체가 재료의 중요한 손실없이, 실제로 구조물의 내경과 외경 사이에서 단위 면적당 일정한 밀도를 유지하면서 복합재 부재를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 유사한 결과가 얻어질 수 있는 종래의 방법 보다 함침 비용이 상당히 감소되는 방법을 제공하는 것이다.
이 때문에, 본 발명은 섬유 직물의 평편한 나선을 변형가능한 스트립형태로 권취하여 환형 섬유 구조물을 제조하는 방법을 제공하고, 이 방법은
·섬유 직물을 두개의 겹쳐놓은 단일방향 시트로 만든 변형가능한 스트립형태로 공급하고, 여기서 상기 각 시트는 서로 평행하는 섬유소자로 구성되고, 두개의 시트의 방향은 스트립의 종방향과 반대 부호의 각을 형성하고, 두개의 시트는 변형 가능한 기본 메쉬를 형성하도록 서로 접합되며;
·스트립을 평편한 나선으로 변형하도록 기본 메쉬의 형태를 변경해서 변형시키는 동안 스트립 형태의 직물은 권취하고, 여기서 기본 메쉬의 변형을 변경해서 기본 메쉬의 반경 크기가 턴의 내경 가까이 증가하게 해서, 그에 따라 턴의 내경과 외경 사이에서 단위 면적 당 질량의 변화를 최소화하고;
·환형 섬유 구조물을 얻도록 직물을 나선으로 감아서 변형시킨 턴을 다른 하나에 사용하는 단계로 이루어진다.
바람직하게는, 스트립의 종방향에 대하여 두개의 시트로 만들어진 방향은, 종방향 및 횡방향으로 변형하는 기본 메쉬의 능력을 유지도록, 바람직하게는 30°내지 60°로 놓이는 절대값을 갖는 각도를 이룬다. 바람직한 구현예에서, 이러한 각은 +45°및 -45°와 동일하다. 상기 시트는, 이들의 정점에서 변형하는 기본 메쉬의 능력을 보존하면서, 직물의 한면으로부터 다른 한면으로 지나는 실을 사용하여, 예를 들면 재봉질(sewing) 또는 니팅(knitting)에 의해, 또는 실제로 시침질 또는 국지적인 니들링에 의해 함께 접합된다.
이러한 직물은 그의 표면에 촘촘해지거나 주름지지 않고, 실제로 시트에서 섬유 성분을 일정하게 분배할 수 있는 평편한 나선형으로 권취할 수 있고, 그로 인하여 상기 나선형은 내경과 외경 사이의 단위 면적당 밀도가, 보정에 대한 요구 없이 허용가능한 한계 내에서 유지할 수 있도록 제공되기 때문에 특히 바람직하다.
또한 바람직하게는, 직물을 나선형으로 권취하여 형성된 평편하게 겹쳐진 턴은 서로 접합된다. 턴들 사이의 접합은 예를 들면, 니들링에 의해 실행될 수 있다. 상기 니들링은 권취 또는 환형 구조물의 임의의 압착 후, 또는 권취가 일어나면서 실행될 수 있다.
스트립형 직물을 두개의 회전 디스크 사이를 통과시켜서 변형시키고, 이 직물의 종방향 가장자리가 예를 들면 조여지는 것에 의해 디스크 사이에 유지되고, 또는 그밖에 직물은 적어도 하나의 프러스토코니칼 롤러를 통과시켜 변형될 수 있다.
따라서 섬유재의 손실이 없고, 선행 기술에서와 같은 추가의 소자를 도입할 필요가 없어서, 그로 인하여 실행을 크게 단순화는, 내경과 외경 사이의 변화가 거의 없는 섬유 밀도를 보존하는 환형 섬유 직물을 형성하는 것이 가능하다.
본 발명에 사용되는 섬유 직물은 서로 평행한 섬유소자로 만들어진 두개의 단일방향 시트를 겹치고 함께 접합하여 제조된다.
잘 알려진 방법에서, 단일방향 시트는 토우 또는 케이블을 펼쳐 놓거나, 또는 다음에 상세한 설명이 기재되어 있는 바와 같이, 여러 가지 실패로부터 나온 실을 평행하게 하는 것에 의해 얻어질 수 있다.
토우를 펼쳐 얻어진 단일 방향 시트로부터 다축 섬유 직물을 제조하기 위한 방법은 1997년 3월 28일에 제 97/03832호로 출원되고, "다축 섬유 시트를 제조하기 위한 방법 및 장치"로 제목을 붙인 프랑스 특허 출원에 기재되어 있고, 이 내용을 참조하여 본 명세서에 병합하였다.
도 1은 실로 만들어진 두개의 단일 방향 시트(10), (12)를 받아 들이고, 스트립의 종방향과 반대 부호를 갖는 각을 만드는 두개의 시트를 겹치는 것에 의해 스트립 형태의 섬유를 생산하는 설비를 매우 개략적으로 나타냈고, 이 실시예에서 상기 각들은 +45°및 -45°와 동일하다.
단일방향 시트(10) 및 (12)를 구성하는 섬유는 스트립형태의 직물에 대하여 의도되는 용도의 함수로서 선택되는 재료로 이루어진다. 상기 섬유는 예를 들면 탄소 섬유 또는 세라믹 섬유 등의 유기물 또는 무기물이거나, 또는 탄소섬유 또는 세락믹 섬유에 대한 전구체 일 수 있다. 두개의 시트를 구성하는 섬유는 다른 종류일 수 있다는 것이 관찰될 것이다. 또한 각각의 시트에서 여러 가지 종류의 섬유를 사용하는 것이 가능하다.
상기 스트립은 제조되는 스트립의 종방향에 대하여 +45°의 각도에 있는 시트(10)의 연속적인 단편을 가져오고, 상기 방향으로 이들 단편을 병렬하는 것에 의해 형성된다. 각 단편은 스트립의 하나의 종방향 가장자리로부터 그것의 다른 종방향 가장자리로 이르도록하는 길이 만큼으로 가져온다. 유사한 방식으로, 시트(12)의 연속적인 단편은 제조되는 스트립의 종방향에 대하여 -45°의 각도에서 가져오고, 이 시트의 단편(12)은 시트 단편(10) 위에 위치시킨다.
나타낸 실시예에서, 각각 시트(10), (12)를 이루는 실(11), (13)은 동시에 움직이는 두개의 못을 박은 연속 체인(20), (22) 사이에서 팽팽하게 늘여진다. 상기 시트(10), (12)의 말단은 각 실패(도시하디 않음)로부터의 실(11) 및 (13)을 받아들이고, 제조되는 스트립의 종방향 가장자리 사이의 전후로 움직이는 각각의 운반대(14) 및 (16)에 의해 유도된다. 운반대의 스트로크(stroke)의 각 끝에서, 이 시트는 못을 박은 체인에 대응하는 못 주위에서 방향을 바꾼다. 이 못을 박은 체인(20) 및 (22)는 시트(10) 및 (12)가 연속적인 시트 단편를 병렬하도록 가져와서, 적시에 연속적으로 또는 불연속적으로 나아가게 한다. 이러한 유형의 설비는 예를 들면 US-A-4 677 831로부터 알려져 있고, 따라서 보다 자세한 설명은 필요치 않다.
상기 시트(10) 및 (12)를 겹쳐서 형성된 스트립은, 접합 장치로 들어가기 위하여 못을 박은 체인의 상부 가장자리의 하향 말단에서 못을 박은 체인(20) 및 (22)으로부터 떼어낸다. 나타낸 실시예에서, 접합은 형성되는 스트립의 전체 폭 위로 나아가는 바늘대(32) 수단에 의한 니들링에 의해 실행되고, 이 스트립은 천공판(34) 위를 지나가고, 상기 천공판의 천공은 바늘대(32)이 바늘에 들어맞게 위치한다. 바늘대(32) 위의 바늘의 분포는 국지화된 니들링이 실행되도록 결정되어, 시트 사이의 접합은, 예를 들면 평행사변형 방식으로 변형가능한 개개의 스티치들을 한정한다.
결과 스트립형 섬유 직물(50)의 시트 사이의 접합은 충분히 접합되어 못을 박은 체인(20) 및 (22)과 동시에 모터(48)에 의해 움직이는 롤(28)에 쌓아둘 수 있다. 이 접합 장치(30)와 롤(38) 사이에, 스트립(50)의 가장자리가 회전 다이(36a) 및 (36b) 수단에 의해 절단된다.
도 2, 도 3a 및 도 3b는 시트 사이에서 접합의 바람직한 변형 실행을 나타낸다. 이 변형에서, 접합은 니들링이 아닌 니팅에 의해 실행된다. 못을 박은 체인(20) 및 (22)로부터 나온 겹쳐진 시트가 니팅을 실행하는 니팅 기계에 의해 받아들여지고, 즉 이것은 실이 직물(50)의 한면으로부터 다른 한면으로 통과하는 수단에 의해 이차원 구조물을 만든다(도 2). 도 3a는 사용되는 니팅 스티치(44)를 자세하게 나타내고, 도 3b 및 도 3c 는 니팅에 의해 접합된 직물(5)의 전면과 배면을 나타낸다.
도 3a에서 나타낸 바와 같이, 니팅 스티치는 직물(50)의 종방향으로 늘어나는 서로 엇갈리게 짜여진 루프(44a)를 형성하고, 인접한 열에서 루프를 서로 연결시키는 V형 또는 지그재그형 통로(44b)와 함께 복수개의 평행한 열을 형성한다. 이 직물(50)은 전면에 위치된 경로(44b)(도 3b)와 배면에 위치한 루프(도 3c) 사이에 놓여, 한면에는 지그재그 스티치의 외관을, 그리고 다른 한면에는 체인 스티치의 외관을 갖는 편물을 제공한다. 니팅 스티치는 각 시트에서 복수개 실을 덮고, 이 수는 선택된 게이지에 의존한다.
도 3b 및 도 3c에서 포인트(a),(b),(c),(d) 등의 지그재그 통로(44b) 및 루프(44a) 사이의 접합점들은 개개의 변형가능한 메쉬의 정점들을 한정한다. 즉, 이 경우에 있어서, 니팅 스티치에 의해 한정되는 메쉬는 모두, 변형시킬 수 있는 평행사변형을 형성하는 시트의 트레드 사이의 크로스오버 포인트(crossover points)에 의해 한정된 메쉬와 같이, 변형될 수 있다.
도 4는 시트 사이의 접합을 니팅에 의해 성취하는 다른 변형을 나타낸 것이다. 못을 박은 체인(20) 및 (22)에서 취한 겹쳐놓은 시트는 직물(50)의 종방향 가장자리에 평행하는 복수개의 선에서 시트를 함께 접합하는 편물기계(46)에 의해 수납된다.
도 5a에 나타낸 바와 같이, 각각의 니팅 스티치(48)는 직선 단편(48b)을 통해서 연결된 루프(48a)를 갖는 체인 스티치이고, 직물(50)은 직물의 배면에서 볼 수 있는(도 5b) 단편(48b)과 직물의 전면에서 볼 수 있는(도 5c) 루프(48a)사이에 위치한다.
도 2 및 도 4의 구현예용 니팅 스티치는 희생재료, 즉 시트를 구성하는 섬유를 손상시키지 않고 계속해서 제거될 수 있는 재료로 만들 수 있다. 예를 들면, 잔류물을 남기지 않고 열에 의해서 제거되기에 적합한 재료의 트레드, 또는 용매에 의해 제거되기에 적합한 재료의 트레드, 예를 들면 수용성 폴리비닐 알콜 트레드를 사용할 수 있다.
직물의 예정된 후속 사용에 적합한 재료로 만든 뜨개실을 사용할 수 있다. 직물을 복합재 부재의 제조에 사용하기 위한 예비성형체를 제조하려고 할 경우에, 뜨개실 또는 재봉실은 복합재의 매트릭스 재료와 적합한 재료, 즉 화학적으로 반응함이 없이 , 매트릭스와 같은 종류이거나 또는 매트릭스와 혼화할 수 있는 재료로 만들 수 있다.
뜨개질 또는 재봉에 의해 접합시키는 다른 방법들을 또한 선택할 수 있다.
생산되는 스트립형 직물은, 표면 변형(주름 또는 슬리페이지(slippage))을 일으키지 않고, 평편하게 나선형으로 감겨질 수 있게 해주는 변형능력 때문에 특히 유익하며, 이 변형능력은 직물(50)의 기본 메쉬(52)가 변형가능한 평행사변형처럼 행동하기 때문이며, 여기서 변형은 선택된 접합방법에 의해서 속박되지 아니하며, 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c에 나타낸 니팅에 의한 접합방법은 이 점에 있어서 적합한 방법이다.
권취하는 동안(도 6), 나선의 내경에 근접하게 위치한 기본 메쉬(52')는 방사상으로 신장되고, 종방향으로 수축되어서 변형되며, 한편 나선의 외경에 근접해서 위치한 기본 메쉬(52")는 방사방향으로 수축되고, 종방향으로 길게 함으로써 변형된다. 그 결과, 단위 면적당 섬유의 밀도는 실질적으로 일정하게 남거나, 또는 내경과 외경사이에서 약간만 변하며, 이 것은 복합재 부재의 제조에 사용되는 균질 예비성형체 제조에 특히 유익하다. 도 6에서, 점선(54)은 스트립(50)의 초기방향 중 한 방향의 변형을 나타낸 것이다.
접합을 니팅 또는 재봉질에 의해서 행할 경우, 직물의 트레드에 의해 형성한 기본 메쉬의 변형은 니팅 스티치 또는 소잉 스티치의 변형에 의해서 성취된다. 그리하여, 도 3a 내지 도 3c의 니팅 스티치에 있어서, 변형은 체인 스티치 루프를 형성하는 트레드의 부분을 길게하거나 또는 짧게 하고, 지그재그 통로에 의해 형성된 각을 열거나 닫음으로써 일어난다.
직물(50)을 두개의 환형 디스크 또는 플레이트(60, 62) 사이로 통과시키고, 한편으로 직물을 디스크 사이에서 직물의 종방향 가장자리를 따라서 끌어당김으로써, 직물을 변형시켜 편평한 나선으로 감게 할 수 있다. 직물은, 예를 들면 디스크(60, 62)의 내면 또는 적어도 디스크 중 하나의 내면에(도 7b) 형성된 환형 립(64, 66) 사이에서 직물의 가장자리를 죄어서 끌어당길 수 있다.
다른 구현예에서, 직물을 적어도 한개의 프러스토코니칼 롤러를 통과시켜서 직물을 감아서 변형시킨다. 사용한 롤러의 수효와 정점에서 이들의 각은 원하는 변형의 정도의 함수로서 선택된다. 도 8a에 나타낸 예에서, 두개의 동일한 프러스토코니칼 롤러(70, 72)를 사용했으며, 이 롤러는 각각의 모터(도시하지 않음)에 의하여 회전한다. 직물은 적어도 한개의 롤러의 외주의 단편에 꼭 맞게 한다.
도 8b의 예에서, 직물도 제 1회전 프러스토코니칼 롤러(74) 및 평탄한 프레서 플레이트(75) 사이를 통과하고, 또한 제 2회전 프러스토코니칼 롤러(76) 및 평탄한 프레서 플레이트(77) 사이를 통과한다. 롤러들은 각각의 모터(도시하지 않음)에 의해 회전되고, 마찰에 의해서 직물을 변형시킨다.
단일 프러스토코니칼 롤러를 사용해서 직물을 가압할 수 있다. 이와 같은 상황 하에서, 그것은 나선의 내경을 한정하는 프러스토코니칼 롤러 상에서 직물의 가장자리 중 하나에 의해 묘사되는 보다 작은 서클이다.
환형 섬유 구조는 직물(50)을 나선식으로 감아서 형성된 평편한 턴(flat turns)을 겹쳐 놓고, 권취를 행할 때에(도 9), 상기 턴을 니들링에 의해 다른 것에 접합시킴으로써 보강될 수 있다. 이것은, 섬유 직물을 평편한 나선으로 변형시키는 동안 또는 섬유 직물의 중간 보존기간 후에, 계속해서 수행할 수 있다.
변형시킨, 예를 들면 도 5에 나타낸 바와 같이 두개의 디스크 사이로 통과시켜서 변형시킨 직물(50)은 턴테이블(80)상의 겹쳐놓은 평편한 턴에 감는다. 턴테이블(80)은 지지체(84)에 고착시킨 수직 샤프트(82)에 장착한다. 지지체(84)는 또한 턴테이블(80)이 벨트(88)에 의하여 그의 수직축(90)(화살표fl)주위를 회전하도록 턴테이블(80)을 구동시키는 모터(86)를 운반한다.
지지체(84) 및 턴테이블(80)로 이루어지는 어셈블리는 동일축(90)을 갖는 고정된 중앙가이드 튜브(92)를 따라서 수직으로 이동할 수 있다. 그의 정부 단부에서, 튜브(92)는 스트립을 나선으로 변형시키는 장치를 지탱해준다. 지지체(84)는 신축자재의 수직봉(94)에 위치하며, 지지체(84)의 수직 변위는 하나 이상의 작동기(96)를 조절하여 행한다.
스트립(50)을 회전 턴테이블(80)에 평편하게 감길 때에, 스트립은 바늘(102)을 운반하고, 수직왕복운동으로 작동하는 바늘대(100)에 의해서 니들링된다. 바늘대의 운동은 크랭크 및 연결로드형 트랜스미션에 의하여 모터에 의해서 구동된다. 모터(104)는 지지체(84)에 의해서 운반된다.
스트립(50)은 실직적으로 일정한 단위면적당 밀도와 깊이에서 니들링된다. 스트립(50)의 환형 턴의 전체면적에서 바늘(102)의 스트로크에 대해서 일정한 밀도를 얻기 위하여, 바늘대(100)는 천의 환형층의 섹터에 대응하는 섹터형이고, 니들은 섹터 전체에 균일하게 분배되며, 한편 보강시킨 구조물(110)을 지탱하는 턴테이블(80)은 스스로 구동되어서 일정한 속도로 회전한다.
니들링의 깊이, 즉 바늘(102)이 각 스트로크에서 구조물(110)로 관통하는 거리는 실질적으로 일정하게 유지되며, 예를 들면 천의 겹쳐놓은 복수층에 의해 형성된 두께와 같다. 이 목적을 위하여, 스트립(50)이 턴테이블(80)에 감겨질 때에, 턴테이블은, 예비성형체의 표면과 바늘대 사이의 상대 위치가 바늘의 수직 스트로크 일단에서 변경되지 않고 있도록 보장하기 위하여, 적당한 거리를 통해서 수직 하향으로 옮겨진다. 일단 예비성형체(110)가 보강되면, 스트립(50)의 마지막 턴이 일어난 후, 복수개의 니들링 패스가 행해지고, 한편으로 턴테이블(80)을 계속해서 회전시켜서 천의 표면층에서 단위 면적당 니들링의 밀도가 예비성형체의 나머지 내에서와 실질적으로 동일하게 남게된다. 이들 최종 니들링의 적어도 일부분이 통과하는 동안, 턴테이블은 전단계가 진행되는 동안 점차로 아랫쪽으로 움직이게 할 수 있다. 예비성형체 지지체를 점차로 낮추고, 최종 니들링 패스를 적용해서 일정한 깊이고 니들링하는 이 원리는 알려졌으며, 특히 그것은 프랑스 특허출원 FR-A-2584106에 기재되어 있다. 그 외에, 턴테이블(80)은 보호층(106)으로 피복되며, 이 보호층 속으로 바늘이 손상되지 않고 관통될 수 있으며, 니들은 스트립(50)으 초기턴을 니들링한다. 보호층(106)은 베이스 펠트, 예를 들면 폴리비닐클로라이드 등의 플라스틱재료의 시트로 덮은 폴리프로필텐 펠트로 구성해서 니들이 엎스트로크 (upstroke)하는 동안 섬유가 베이스 펠트로부터 예비성형체(110)로 운반하는 것을 방지해 준다.
섬유 구조물(110)의 다른 구현예에서, 변형시킨 직물을 나선식으로 감아서 형성한 턴은 다른 것에 대해서 적용하며, 섬유 구조물은 저부 플레이트(130) 및 정부 플레이트(132)로 되는 툴링(tooling)에 의하여 압축시킨다(도10). 압축은 단위 면적당 원하는 섬유밀도를 얻도록 실시한다. 이어서, 턴은 바늘대(134)를 사용해서 니들링해서 함께 접합시킬 수 있으며, 바늘대의 바늘(136)은 정부 플레이트(132)의 구멍을 통과해서 섬유 구조물(110)의 두께 전체를 관통한다. 레지스터의 저부 플레이트(130)에 바늘로서 구멍을 천공할 수 있다.
상기한 바와 같이하여 얻은 환형 섬유 구조물은 복합재로부터 만든 환형 부재, 예를 들면 브레이크 디스크 제조에 있어서 예비성형체로서 사용하기에 적합하다.
단일방향 시트를 희생재료의 트레드에 의하여 접합할 때에, 트레드는 예비성형체를 고밀도화하기 전에 용해시키거나 또는 열처리해서 제거한다.
생성되는 섬유 구조물의 섬유를 구성하는 재료가 복합재의 섬유보강용 전구체일 경우에, 전구체는 예비성형체가 고밀도화 되기 전에, 또는 예비성형체의 온도가 고밀도화 되기 전에 상승하는 동안 변형된다.
예비성형체는 액상 방법이나 또는 화학적 증기 침투법에 의하여 종래의 방법으로 고밀도화 해서, 예비성형체의 접근할 수 있는 구멍 내에서 목적하는 재료로 구성되는 재료의 침착물을 형성한다,
위에서 기재한 것이 시트의 종방향에 대해서 +45°및 -45°의 각도를 형성하는 2개의 접합 단일방향 시트로 만든 변형시킬 수 있는 섬유직물을 사용하는 것에 관한 것일지라도, 본 발명의 방법은 변형가능한 스트립으로 수행할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이며, 여기서 두개의 단일방향 시트는 45°와 다를 수 있고, 어쩌면 서로 다를 수 있는 절대치를 갖는 반대부호의 각을 형성한다. 그럼에도 불구하고, 메쉬에 대해서 충분한 변형능력을 보존하기 위하여, 상기 각이 30° 내지 60° 범위에 있는 절대치를 갖는 것이 바람직하며, 또한 상기 각이 동일한 절대치를 가져서 변형가능한 스트립에서 대칭을 보존하는 것이 바람직하다.
그 외에, 섬유 스트립은 도 1의 부설 장치를 떠나서 나선으로 권취되는 것으로 생각되어 진다. 변형으로, 더욱 바람직하기로는, 제작되는 환형 예비성형체의 반경 크기가 너무 크지 않을 경우, 부설 장치를 떠나는 섬유 스트립은 초기에, 종방향에 평행하게 절단됨으로써, 반드시 폭이 같지 않지만 복수개의 변형가능한 스트립으로 세분된다.

Claims (16)

  1. 섬유 직물을 두개의 겹쳐놓은 단일방향 시트로 만든 변형가능한 스트립형태로 공급하고, 여기서 상기 각 시트는 서로 평행하는 섬유소자로 구성되고, 두개의 시트의 방향은 스트립의 종방향과 반대 부호의 각을 형성하고, 두개의 시트는 변형가능한 기본 메쉬를 형성하도록 서로 접합되며;
    스트립을 평편한 나선으로 변형하도록 기본 메쉬의 형태를 변경하여 변형시키는 동안 스트립형 직물을 권취하고, 여기서 기본 메쉬의 변형을 변경해서 기본 메쉬의 반경 크기가 턴의 내경 가까이 증가하게 해서 턴의 내경과 외경 사이의 단위 면적당 질량의 변화를 최소로 하고;
    환형 섬유 구조물을 얻도록 직물을 나선으로 감아서 변형시킨 평편한 턴을 다른 하나에 사용하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 섬유 직물의 평편한 나선을 변형가능한 스트립형태로 감아서 환형 섬유 구조물을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 스트립의 종방향에 대하여 두개의 시트의 방향이 동일한 절대치를 갖는 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 스트립의 종방향에 대하여 두개의 시트의 방향이 반대 부호를 갖고, 30°내지 60°범위의 절대치를 갖는 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 스트립의 종방향에 대하여 두개의 시트의 방향이 +45°내지 -45°와 같은 각을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 시트를 니팅으로 접합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 5항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 스트립의 한쪽 면에 지그재그를 형성하고, 반대쪽 면에 체인 스티치를 형성하는 니팅 스티치를 사용해서 니팅하여 시트를 접합시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 시트를 재봉에 의해 접합하는 것을 특징으로 하는 방법
  8. 제 5항 내지 제 7항 중 어느 하나의 항에 있어서 시트를 희생재료의 트레드에 의해서 접합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 변형가능한 스트립을 공급하고, 여기서 시트를 니들링에 의해서 접합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 하나의 항에 있어서, 직물을 나선형으로 감아서 형성한 겹쳐놓은 평편한 턴들을 다른 하나의 접합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서, 겹쳐놓은 턴 사이의 접합을 니들링에 의해 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 직물을 나선에 감을 때에, 니들링을 점차로 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스트립형 직물을 두개의 회전 디스크 사이로 통과시켜서 변형시키고, 회전 디스크 사이에서 직물을 그의 종방향 가장자리를 따라서 끌어 당기는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 13항에 있어서, 직물을 디스크 사이에서 직물의 종방향 가장자리를 따라서 죄는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 1항 내지 제 12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 스트립형 직물을 적어도 하나의 프러스토코니칼 롤러를 사용해서 변형시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 하나의 항에 있어서, 변형가능한 스트립형 직물을 스트립을 보다 큰 쪽으로 종방향으로 분할해서 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
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