JPH04232002A - マンドレルの成形方法 - Google Patents
マンドレルの成形方法Info
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- JPH04232002A JPH04232002A JP3141821A JP14182191A JPH04232002A JP H04232002 A JPH04232002 A JP H04232002A JP 3141821 A JP3141821 A JP 3141821A JP 14182191 A JP14182191 A JP 14182191A JP H04232002 A JPH04232002 A JP H04232002A
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
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- C04B35/71—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents
- C04B35/78—Ceramic products containing macroscopic reinforcing agents containing non-metallic materials
- C04B35/80—Fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like
- C04B35/83—Carbon fibres in a carbon matrix
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- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
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- B29K2707/04—Carbon
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- Ceramic Products (AREA)
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- Manufacturing Of Tubular Articles Or Embedded Moulded Articles (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複合材料中空体の製造
に関するものである。
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および課題】立体である複合材料中空体の
とくに好適である製造方法は、限定する訳ではないが以
下の方法を用いることである。外側表面が前記中空体の
内側表面に対応する支持体マンドレルにおいて、少なく
とも実質上硬質の部材が前記外側表面に対して垂直に置
かれ、続いて前記マンドレルの外側表面上に、重ねられ
且つ直交している繊維（ガラス、カーボン、ボロン等）
が適用される。この繊維の配列は、硬化可能なバインダ
ーによって硬化される。前記バインダーは、マトリック
スとなり、マンドレルに適用する前にこの繊維を前記バ
インダーで含浸するか、または好ましくは繊維を配列さ
せた後にこれを前記バインダーで含浸する（例えば気相
においてこのバインダーを蒸着させる）ことのいずれか
により、繊維の配列中に導入することができる。この後
、前記マンドレルは、得られた中空体から取り除かれる
。本発明は、とくに上記の中空体の製造方法を実施する
ためのマンドレルに関するものであり、さらに複合材料
中空体を製造するためのマンドレルに関するものである
。
とくに好適である製造方法は、限定する訳ではないが以
下の方法を用いることである。外側表面が前記中空体の
内側表面に対応する支持体マンドレルにおいて、少なく
とも実質上硬質の部材が前記外側表面に対して垂直に置
かれ、続いて前記マンドレルの外側表面上に、重ねられ
且つ直交している繊維（ガラス、カーボン、ボロン等）
が適用される。この繊維の配列は、硬化可能なバインダ
ーによって硬化される。前記バインダーは、マトリック
スとなり、マンドレルに適用する前にこの繊維を前記バ
インダーで含浸するか、または好ましくは繊維を配列さ
せた後にこれを前記バインダーで含浸する（例えば気相
においてこのバインダーを蒸着させる）ことのいずれか
により、繊維の配列中に導入することができる。この後
、前記マンドレルは、得られた中空体から取り除かれる
。本発明は、とくに上記の中空体の製造方法を実施する
ためのマンドレルに関するものであり、さらに複合材料
中空体を製造するためのマンドレルに関するものである
。
【０００３】上記の中空体の製造方法は、例えば米国特
許第Ａ−３，５７７，２９４号に記載されている。この
特許において、前記の硬質部材は、繊維で形成されてお
り、前記繊維の配列と一体化され、立体の中空体の１部
分を形成するようになっている。これらの部材を収納す
るために、使用されるマンドレルは、発泡体のような材
料によって、その表面上が形成されている。この硬質部
材は、まずその材料中に容易に貫通して完成する。さら
に、できる限り正確な形状をもつ中空体を得るために、
前記の繊維の配列がマンドレルによって支持されるとき
、硬化可能なバインダーが硬化する。このようにして硬
化している間、繊維の配列の安定性が確実なものとなる
。このように、マンドレルは、繊維の硬化の後にのみ、
取り除かれる。硬化した中空体からマンドレルを取り除
くために、米国特許第Ａ−３，５７７，２９４号は、部
分的に熱によって破壊されるマンドレルを提供している
。
許第Ａ−３，５７７，２９４号に記載されている。この
特許において、前記の硬質部材は、繊維で形成されてお
り、前記繊維の配列と一体化され、立体の中空体の１部
分を形成するようになっている。これらの部材を収納す
るために、使用されるマンドレルは、発泡体のような材
料によって、その表面上が形成されている。この硬質部
材は、まずその材料中に容易に貫通して完成する。さら
に、できる限り正確な形状をもつ中空体を得るために、
前記の繊維の配列がマンドレルによって支持されるとき
、硬化可能なバインダーが硬化する。このようにして硬
化している間、繊維の配列の安定性が確実なものとなる
。このように、マンドレルは、繊維の硬化の後にのみ、
取り除かれる。硬化した中空体からマンドレルを取り除
くために、米国特許第Ａ−３，５７７，２９４号は、部
分的に熱によって破壊されるマンドレルを提供している
。
【０００４】マンドレルを取り除く前に、繊維の配列を
硬化しなければならないことは、非常に不利である。実
際、このような硬化は高温で行うことができず、もし行
われるとしても、正確な位置におかれた硬質部材および
／または前記のマンドレルの熱によって破壊される部分
を維持する発泡体材料は、前記の繊維の配列の硬化の間
壊されるため、マンドレルは、もはや正確な位置に維持
できなくなる。現在、硬化操作は、硬化可能なバインダ
ーとして使用できるある種の樹脂を重合させるために、
高温（例えば１５０℃よりも高い温度）で行われること
が要求されている。さらに、以下に示すように、このよ
うな方法で得られた中空体に高い機械的特性を付与する
ためには、しばしばさらに高い温度での処理が必要であ
る高密度化操作の使用が要求される。
硬化しなければならないことは、非常に不利である。実
際、このような硬化は高温で行うことができず、もし行
われるとしても、正確な位置におかれた硬質部材および
／または前記のマンドレルの熱によって破壊される部分
を維持する発泡体材料は、前記の繊維の配列の硬化の間
壊されるため、マンドレルは、もはや正確な位置に維持
できなくなる。現在、硬化操作は、硬化可能なバインダ
ーとして使用できるある種の樹脂を重合させるために、
高温（例えば１５０℃よりも高い温度）で行われること
が要求されている。さらに、以下に示すように、このよ
うな方法で得られた中空体に高い機械的特性を付与する
ためには、しばしばさらに高い温度での処理が必要であ
る高密度化操作の使用が要求される。
【０００５】仏国特許第Ａ−２，５８７，３７５号にお
いて、約１６５０℃の温度に連続的に耐え、且つ２００
０℃近くまで１時的に耐えることのできるマンドレルが
記載されている。このマンドレルは、シリカ繊維で形成
されたフェルト、および例えばシリケート類の混合物で
形成されたミネラルバインダーにより、表面上を形成す
るためのものである。このマンドレルは、例えばセメン
トまたは金属で作製された内部の支持体上に前記のシリ
カフェルトを結合することにより、およびミネラルバイ
ンダーの硬化によって硬質となるように少なくとも８０
℃で４８時間、前記フェルトを硬化させることにより得
られる。前記フェルトを圧力２次成形または成形（おそ
らく硬化の前）することにより、あるいは硬化の後フェ
ルトを機械加工することによるいずれかによって、この
マンドレルの形状が得られる。
いて、約１６５０℃の温度に連続的に耐え、且つ２００
０℃近くまで１時的に耐えることのできるマンドレルが
記載されている。このマンドレルは、シリカ繊維で形成
されたフェルト、および例えばシリケート類の混合物で
形成されたミネラルバインダーにより、表面上を形成す
るためのものである。このマンドレルは、例えばセメン
トまたは金属で作製された内部の支持体上に前記のシリ
カフェルトを結合することにより、およびミネラルバイ
ンダーの硬化によって硬質となるように少なくとも８０
℃で４８時間、前記フェルトを硬化させることにより得
られる。前記フェルトを圧力２次成形または成形（おそ
らく硬化の前）することにより、あるいは硬化の後フェ
ルトを機械加工することによるいずれかによって、この
マンドレルの形状が得られる。
【０００６】このようなマンドレルの構造は不均質であ
って（覆っている表面フェルトは他の材料により作られ
た支持体と結合している）、この均質性のないマンドレ
ルは、高温にかけたとき不利な点が生ずることがまず第
１に分かるであろう。さらに、シリカは約１６００℃で
溶融するので、このようなシリカフェルトマンドレルは
、耐熱性を考慮して作業するのが望ましい。しかし、上
記の特許においては、とくに他の情報もなく、シリカ以
外の無機材料、たとえば炭素によって製造されたフェル
トからこのマンドレルが成形され得ると述べている。
って（覆っている表面フェルトは他の材料により作られ
た支持体と結合している）、この均質性のないマンドレ
ルは、高温にかけたとき不利な点が生ずることがまず第
１に分かるであろう。さらに、シリカは約１６００℃で
溶融するので、このようなシリカフェルトマンドレルは
、耐熱性を考慮して作業するのが望ましい。しかし、上
記の特許においては、とくに他の情報もなく、シリカ以
外の無機材料、たとえば炭素によって製造されたフェル
トからこのマンドレルが成形され得ると述べている。
【０００７】しかし、炭素は約４００℃で燃えてしまう
ので、炭素フェルトから製造されたこのようなマンドレ
ルの耐熱性を考慮した作業は、シリカフェルトマンドレ
ルにおける作業よりも非常に悪いものであると推論せざ
るを得ない。さらに、上記の特許は、硬質の炭素フェル
トを製造する方法をとくに記載していないため、シリカ
フェルトマンドレルに使用されるミネラル剤（ｍｉｎｅ
ｒａｌ ａｇｅｎｔ）の種類によって硬質化が得られる
と推論せざるを得ず、これはマンドレルの均質性のなさ
をさらに増加させている。しかし、炭素フェルトはシリ
カフェルトよりも安いために、高温での高密度化操作に
かけられた複合中空体を形成するために、均質な炭素フ
ェルトマンドレルを使用することは興味のあることであ
る。このように、本発明の目的の１つは、炭素フェルト
によって製造された均質なマンドレルが得られるように
することである。
ので、炭素フェルトから製造されたこのようなマンドレ
ルの耐熱性を考慮した作業は、シリカフェルトマンドレ
ルにおける作業よりも非常に悪いものであると推論せざ
るを得ない。さらに、上記の特許は、硬質の炭素フェル
トを製造する方法をとくに記載していないため、シリカ
フェルトマンドレルに使用されるミネラル剤（ｍｉｎｅ
ｒａｌ ａｇｅｎｔ）の種類によって硬質化が得られる
と推論せざるを得ず、これはマンドレルの均質性のなさ
をさらに増加させている。しかし、炭素フェルトはシリ
カフェルトよりも安いために、高温での高密度化操作に
かけられた複合中空体を形成するために、均質な炭素フ
ェルトマンドレルを使用することは興味のあることであ
る。このように、本発明の目的の１つは、炭素フェルト
によって製造された均質なマンドレルが得られるように
することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の複合材料中空体
の製造方法は、配列した繊維をマンドレル上に適用し、
続いて高温の適用が必要とされる操作によって、前記の
配列された繊維を硬化し且つ高密度化し、その後、前記
の配列された繊維で形成された硬化され且つ高密度化し
た中空体をマンドレルから取り出す方法であり、前記マ
ンドレルは、その外側表面が前記中空体の内側表面に対
応するように、硬質化され且つ機械加工されたグラファ
イトフェルトによって形成されている。
の製造方法は、配列した繊維をマンドレル上に適用し、
続いて高温の適用が必要とされる操作によって、前記の
配列された繊維を硬化し且つ高密度化し、その後、前記
の配列された繊維で形成された硬化され且つ高密度化し
た中空体をマンドレルから取り出す方法であり、前記マ
ンドレルは、その外側表面が前記中空体の内側表面に対
応するように、硬質化され且つ機械加工されたグラファ
イトフェルトによって形成されている。
【０００９】また、本発明の上記の製造方法に用いるマ
ンドレルの成形方法は、グラファイトフェルトブロック
が、炭素を生成できる重合可能生成物で含浸し、続いて
前記のグラファイトフェルトブロックを、該重合可能生
成物が熱分解されるように、中性雰囲気において高温に
かけることにより硬質化され、その後、前記の硬質化し
たブロックを所望するマンドレルの形状に機械加工する
ことを特徴としている。
ンドレルの成形方法は、グラファイトフェルトブロック
が、炭素を生成できる重合可能生成物で含浸し、続いて
前記のグラファイトフェルトブロックを、該重合可能生
成物が熱分解されるように、中性雰囲気において高温に
かけることにより硬質化され、その後、前記の硬質化し
たブロックを所望するマンドレルの形状に機械加工する
ことを特徴としている。
【００１０】このように、グラファイトフェルトブロッ
クを使用することは、このフェルトと異なる性質の内部
支持体を必要としない。さらに、前記重合可能生成物を
熱分解することにより、前記フェルトのグラファイト繊
維をコーティングする炭素マトリックスが形成される。 このように、炭素／炭素材料マンドレルが得られる。こ
れは中性雰囲気において操作するので、グラファイトフ
ェルトブロックは、高温の熱分解（例えば約８５０℃）
でも損傷することなく耐えることができる。本発明を用
いることにより、マンドレルは、炭素／炭素材料（この
構成する材料に関する限りでは均質）によって成形する
ことができる。これは： ・直交し且つ重なった層を適用するとき、硬質部材が表
面上に差し込められ、且つ正確な位置に維持される；・
酸化雰囲気において約４００℃の高温に耐えられる；・
前記の重なった層を適用するとき、これに加えられる力
（主に周辺の曲がりに対応するもの）に対して変形する
ことなく耐えられる十分な機械的強度を有する。 硬質化したフェルトの具体的な密度は、少なくとも０．
２ｇ／ｃｍ３であるのが好ましい。このようなマンドレ
ルは、固体または中空であることができる。これはフィ
ラメントの曲がりにより直交し重なった層を適用するた
めに回転体の形状をもつことができる。フェルトは通常
プレートの形状（円形の場合もある）であり、ブロック
の形状ではないことが商業的に知られている。従って、
本発明方法の１つの実施態様において、フェルトプレー
トは、ブロックを得るために共に組み立てられ用いられ
る。このプレートを組み立てるときに、十分な機械的強
度を有するように、このプレートを組み立てる前に重合
可能生成物で含浸させ、プレートを組み立てた後に、生
成物を熱分解するのが有利である。このように、これら
を組み立てるとき、プレートは重合された炭素生成生成
物により少なくとも部分的に硬質化される。
クを使用することは、このフェルトと異なる性質の内部
支持体を必要としない。さらに、前記重合可能生成物を
熱分解することにより、前記フェルトのグラファイト繊
維をコーティングする炭素マトリックスが形成される。 このように、炭素／炭素材料マンドレルが得られる。こ
れは中性雰囲気において操作するので、グラファイトフ
ェルトブロックは、高温の熱分解（例えば約８５０℃）
でも損傷することなく耐えることができる。本発明を用
いることにより、マンドレルは、炭素／炭素材料（この
構成する材料に関する限りでは均質）によって成形する
ことができる。これは： ・直交し且つ重なった層を適用するとき、硬質部材が表
面上に差し込められ、且つ正確な位置に維持される；・
酸化雰囲気において約４００℃の高温に耐えられる；・
前記の重なった層を適用するとき、これに加えられる力
（主に周辺の曲がりに対応するもの）に対して変形する
ことなく耐えられる十分な機械的強度を有する。 硬質化したフェルトの具体的な密度は、少なくとも０．
２ｇ／ｃｍ３であるのが好ましい。このようなマンドレ
ルは、固体または中空であることができる。これはフィ
ラメントの曲がりにより直交し重なった層を適用するた
めに回転体の形状をもつことができる。フェルトは通常
プレートの形状（円形の場合もある）であり、ブロック
の形状ではないことが商業的に知られている。従って、
本発明方法の１つの実施態様において、フェルトプレー
トは、ブロックを得るために共に組み立てられ用いられ
る。このプレートを組み立てるときに、十分な機械的強
度を有するように、このプレートを組み立てる前に重合
可能生成物で含浸させ、プレートを組み立てた後に、生
成物を熱分解するのが有利である。このように、これら
を組み立てるとき、プレートは重合された炭素生成生成
物により少なくとも部分的に硬質化される。
【００１１】このプレートの組立体は、さらに炭素を生
成する生成物を用いて結合させるのが好ましい。この結
合生成物は、フェルトを含浸するための生成物と同じ種
類であることができ、例えばフェノール樹脂である。こ
の結合生成物は、炭素粉末を充填するのが有利である。 このように、得られたマンドレルは、炭素のみによって
成形される。
成する生成物を用いて結合させるのが好ましい。この結
合生成物は、フェルトを含浸するための生成物と同じ種
類であることができ、例えばフェノール樹脂である。こ
の結合生成物は、炭素粉末を充填するのが有利である。 このように、得られたマンドレルは、炭素のみによって
成形される。
【００１２】この繊維の配列を適用する方法の場合にお
いては、マンドレル上にある繊維層を通して、連続的に
オープンループを形成するつながった細繊維（ｔｈｒｅ
ａｄ）を導入するために（欧州特許第Ａ−０，２８４，
４９７号に記載されているような）、バーブ（ｂａｒｂ
ｓ）のような固定された硬質部材（米国特許第Ａ−３，
５７７，２９４号の場合であるとき）だけではなく、ニ
ードルのような可動性の硬質部材も使用しており、これ
は、これが貫通するマンドレルとの相互動作により生じ
るニードルの摩擦係数を改善するのが有利である。
いては、マンドレル上にある繊維層を通して、連続的に
オープンループを形成するつながった細繊維（ｔｈｒｅ
ａｄ）を導入するために（欧州特許第Ａ−０，２８４，
４９７号に記載されているような）、バーブ（ｂａｒｂ
ｓ）のような固定された硬質部材（米国特許第Ａ−３，
５７７，２９４号の場合であるとき）だけではなく、ニ
ードルのような可動性の硬質部材も使用しており、これ
は、これが貫通するマンドレルとの相互動作により生じ
るニードルの摩擦係数を改善するのが有利である。
【００１３】従って、マンドレルの１つの実施態様にお
いて、限定するわけではないが、とくに詳細には、前記
欧州特許に記載されている方法を実施するために、前記
マンドレルは少なくともその表面層をゴム系バインダー
で含浸する。このゴム系バインダーにより含浸されたマ
ンドレルの表面層の厚さは、少なくともマンドレルの中
に前記のニードルが貫通する深さと等しいものであるの
が有利である。
いて、限定するわけではないが、とくに詳細には、前記
欧州特許に記載されている方法を実施するために、前記
マンドレルは少なくともその表面層をゴム系バインダー
で含浸する。このゴム系バインダーにより含浸されたマ
ンドレルの表面層の厚さは、少なくともマンドレルの中
に前記のニードルが貫通する深さと等しいものであるの
が有利である。
【００１４】この場合において、硬質化したフェルトブ
ロックは、ほとんど機械にかけられるのみで、マンドレ
ルの前駆体が得られ、続いてこの前駆体は、少なくとも
その表面を硬化可能なゴム系バインダーでの含浸にかけ
られ、その後、この前駆体が機械加工され、マンドレル
の最終的な形状となる。このような含浸は、ゴム系バイ
ンダー溶液を含む溜において前駆体を回転することによ
り達成され、過剰なバインダーは、例えばこのバインダ
ーが硬化する前に回転させることにより除去される。こ
のようなバインダーはネオプレンラテックスであること
ができる。ゴム系バインダーは、マンドレル上にマンド
レルを覆うような単一な表面を形成してさらに厚さを増
すのではなく、反対に、マンドレルの表面材料に深く含
浸されていることが分かる。
ロックは、ほとんど機械にかけられるのみで、マンドレ
ルの前駆体が得られ、続いてこの前駆体は、少なくとも
その表面を硬化可能なゴム系バインダーでの含浸にかけ
られ、その後、この前駆体が機械加工され、マンドレル
の最終的な形状となる。このような含浸は、ゴム系バイ
ンダー溶液を含む溜において前駆体を回転することによ
り達成され、過剰なバインダーは、例えばこのバインダ
ーが硬化する前に回転させることにより除去される。こ
のようなバインダーはネオプレンラテックスであること
ができる。ゴム系バインダーは、マンドレル上にマンド
レルを覆うような単一な表面を形成してさらに厚さを増
すのではなく、反対に、マンドレルの表面材料に深く含
浸されていることが分かる。
【００１５】また、本発明は、以下の製造方法を用いる
複合材料中空体の製造方法にも関するものであることが
分かる。この方法は、配列した繊維をマンドレル上に適
用し、続いて高温の適用が必要とされる操作によって、
前記の配列された繊維を硬化し且つ高密度化し、その後
、前記の配列された繊維で形成された硬化され且つ高密
度化した中空体をマンドレルから取り出す方法であり、
前記マンドレルは、その外側表面が前記中空体の内側表
面に対応するように、硬質化され且つ機械加工されたグ
ラファイトフェルトを含有してなり、このマンドレルは
、熱分解炭素マトリックスにおいて、繊維がはめ込まれ
る均質なグラファイトフェルトブロックで形成されてい
ることを特徴としている。本発明のマンドレルは、さら
に少なくともその表面層が、ゴム系バインダーで含浸で
きることが優れている。本発明の他の目的は、配列され
た繊維の高密度化のときに見られる、上記の従来の技術
の欠点を克服することであり、高温、例えば２６００℃
またはそれ以上での使用が高密度化操作において必要で
あったとしても、硬化または高密度化のときに、マンド
レルが配列された繊維を正確な位置におけるようにする
ことである。
複合材料中空体の製造方法にも関するものであることが
分かる。この方法は、配列した繊維をマンドレル上に適
用し、続いて高温の適用が必要とされる操作によって、
前記の配列された繊維を硬化し且つ高密度化し、その後
、前記の配列された繊維で形成された硬化され且つ高密
度化した中空体をマンドレルから取り出す方法であり、
前記マンドレルは、その外側表面が前記中空体の内側表
面に対応するように、硬質化され且つ機械加工されたグ
ラファイトフェルトを含有してなり、このマンドレルは
、熱分解炭素マトリックスにおいて、繊維がはめ込まれ
る均質なグラファイトフェルトブロックで形成されてい
ることを特徴としている。本発明のマンドレルは、さら
に少なくともその表面層が、ゴム系バインダーで含浸で
きることが優れている。本発明の他の目的は、配列され
た繊維の高密度化のときに見られる、上記の従来の技術
の欠点を克服することであり、高温、例えば２６００℃
またはそれ以上での使用が高密度化操作において必要で
あったとしても、硬化または高密度化のときに、マンド
レルが配列された繊維を正確な位置におけるようにする
ことである。
【００１６】従って、本発明の他の見地によって、最初
にグラファイトフェルトを用いてマンドレルが成形され
、これはその外側表面が中空体の内側表面に対応するよ
うに、硬質化され且つ機械加工され；続いて、配列され
た繊維が、高温を必要とする操作により、硬化され且つ
高密度化され；その後、前記の配列された繊維により形
成された硬化され且つ高密度化された中空体が、マンド
レルから取り出される、複合材料中空体を製造する方法
は：前記のマンドレルを得るためにグラファイトフェル
トブロックが、炭素生成重合可能生成物で含浸すること
により硬質化され、続いてこのグラファイトフェルトブ
ロックが、前記の重合可能生成物を熱分解するために中
性雰囲気において高温にかけられ、その後、前記の硬質
化したブロックが、所望するマンドレルの形状となるよ
うに機械加工され、；および、配列された繊維の高密度
化が、中性雰囲気において行われることを特徴としてい
る。高密度化が中性雰囲気において行われるので、マン
ドレルの寸法安定性の品質を失うことなく高温で高密度
化を行うことができる。
にグラファイトフェルトを用いてマンドレルが成形され
、これはその外側表面が中空体の内側表面に対応するよ
うに、硬質化され且つ機械加工され；続いて、配列され
た繊維が、高温を必要とする操作により、硬化され且つ
高密度化され；その後、前記の配列された繊維により形
成された硬化され且つ高密度化された中空体が、マンド
レルから取り出される、複合材料中空体を製造する方法
は：前記のマンドレルを得るためにグラファイトフェル
トブロックが、炭素生成重合可能生成物で含浸すること
により硬質化され、続いてこのグラファイトフェルトブ
ロックが、前記の重合可能生成物を熱分解するために中
性雰囲気において高温にかけられ、その後、前記の硬質
化したブロックが、所望するマンドレルの形状となるよ
うに機械加工され、；および、配列された繊維の高密度
化が、中性雰囲気において行われることを特徴としてい
る。高密度化が中性雰囲気において行われるので、マン
ドレルの寸法安定性の品質を失うことなく高温で高密度
化を行うことができる。
【００１７】本発明方法の有利な実施態様において、配
列された繊維をマンドレル上に適用するときには、高い
破断強度をもつ炭素繊維で配列された繊維を形成し、繊
維の配列が形成された後、中性雰囲気において、少なく
とも２６００℃で、少なくとも１回黒鉛化処理を、マン
ドレルにより支持された繊維に適用するのがよい。この
ように、繊維は柔軟であって且つ該繊維のみが硬質化さ
れる（黒鉛化操作により）ので、マンドレル上の繊維の
配列の形成は容易となる。このような黒鉛化の後、配列
された繊維は、気相における化学的炭素蒸着により高密
度化される。このように、この炭素蒸着は、配列された
繊維のマトリックスを形成する。最適な高密度化を得る
ために、中性雰囲気において少なくとも２４００℃に加
温する気相における化学的炭素蒸着の第１操作後、気相
における化学的炭素蒸着の第２操作を提供するのが有利
である。実際、２番目の化学的気相蒸着操作により蒸着
された炭素が、配列された繊維の密度を増加させている
間、配列された繊維の内側に深く貫通できるように、こ
の加温操作は、配列された繊維に気孔が開くようになっ
ている。もし必要ならば、所望する密度が得られるよう
に、少なくとも２４００℃に加温するいくつかの付加的
な操作を、いくつかの気相化学的炭素蒸着操作と入れ換
えてもよい。
列された繊維をマンドレル上に適用するときには、高い
破断強度をもつ炭素繊維で配列された繊維を形成し、繊
維の配列が形成された後、中性雰囲気において、少なく
とも２６００℃で、少なくとも１回黒鉛化処理を、マン
ドレルにより支持された繊維に適用するのがよい。この
ように、繊維は柔軟であって且つ該繊維のみが硬質化さ
れる（黒鉛化操作により）ので、マンドレル上の繊維の
配列の形成は容易となる。このような黒鉛化の後、配列
された繊維は、気相における化学的炭素蒸着により高密
度化される。このように、この炭素蒸着は、配列された
繊維のマトリックスを形成する。最適な高密度化を得る
ために、中性雰囲気において少なくとも２４００℃に加
温する気相における化学的炭素蒸着の第１操作後、気相
における化学的炭素蒸着の第２操作を提供するのが有利
である。実際、２番目の化学的気相蒸着操作により蒸着
された炭素が、配列された繊維の密度を増加させている
間、配列された繊維の内側に深く貫通できるように、こ
の加温操作は、配列された繊維に気孔が開くようになっ
ている。もし必要ならば、所望する密度が得られるよう
に、少なくとも２４００℃に加温するいくつかの付加的
な操作を、いくつかの気相化学的炭素蒸着操作と入れ換
えてもよい。
【００１８】
【実施例】以下の実施例１および２に、どのようにして
本発明のマンドレルが製造できるかさらによく示してあ
る。 実施例１ 回転体の形状をもつ本発明のマンドレルを成形するため
に、ドイツのシグリ・エレクトログラファイト社（ＳＩ
ＧＲＩ ＥＬＥＫＴＲＯＧＲＡＰＨＩＴ ＧｍｂＨ）で
製造され、市販されている商品名シグラテルム（ＳＩＧ
ＲＡＴＨＥＲＭ）のグラファイトフェルトディスクを使
用した。これらのディスクは、商業標準（ｃｏｍｍｅｒ
ｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ＰＲ−２０１−１６を
有し、０．１６ｇ／ｃｍ３の比重を有する。これらの厚
さは、４０ｍｍであり、且つその炭素含量は、少なくと
も９９％である。マンドレルの成形手順を以下に示す： （ａ）これらのグラファイトフェルトディスクを、例え
ば仏国のローヌ・プーラン（ＲＨＯＮＥ ＰＯＵＬＥＮ
Ｃ）で製造された商業標準ＲＡ １０１で知られる重合
可能なフェノール樹脂で含浸し、続いてこの樹脂を重合
する。このように、硬質化したグラファイトフェルトデ
ィスクが、例えば旋削によって機械加工で得られる； （ｂ）（ａ）で得られた個々のフェルトディスクの硬質
化の後、これらのディスクをシリンダーとなるように積
層し結合させる。好ましくは結合が温度によく耐えるよ
うに、炭素粉末を充填した樹脂を使用するのがよい。こ
の樹脂は、操作（ａ）に使用されたものと同じものであ
ることができる。炭素粉末の割合は、３重量％であるこ
とができる。 （ｃ）操作（ｂ）に従って得られたグラファイトフェル
トシリンダーを、中性雰囲気において８５０℃で熱分解
にかける。このような熱分解によって、フェノール樹脂
が炭素に移され、グラファイトフェルトを硬質化する。 熱分解の後、グラファイトフェルトシリンダーの比重は
、０．２２ｇ／ｃｍ３である。これは、酸化雰囲気にお
いて、４００℃の温度に耐える。その機械的特性を以下
に示す： ディスクに平行な弾性限度歪＝０．３ＭＰａ；ディスク
に垂直な弾性限度歪＝０．１ＭＰａ；ディスクに平行な
弾性率＝１６０ＭＰａ；ディスクに垂直な弾性率＝７Ｍ
Ｐａ； （ｄ）操作（ｃ）に従って得られた硬質化したグラファ
イトフェルトシリンダーを所望するマンドレルの最終的
な形状に機械加工する。
本発明のマンドレルが製造できるかさらによく示してあ
る。 実施例１ 回転体の形状をもつ本発明のマンドレルを成形するため
に、ドイツのシグリ・エレクトログラファイト社（ＳＩ
ＧＲＩ ＥＬＥＫＴＲＯＧＲＡＰＨＩＴ ＧｍｂＨ）で
製造され、市販されている商品名シグラテルム（ＳＩＧ
ＲＡＴＨＥＲＭ）のグラファイトフェルトディスクを使
用した。これらのディスクは、商業標準（ｃｏｍｍｅｒ
ｃｉａｌ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）ＰＲ−２０１−１６を
有し、０．１６ｇ／ｃｍ３の比重を有する。これらの厚
さは、４０ｍｍであり、且つその炭素含量は、少なくと
も９９％である。マンドレルの成形手順を以下に示す： （ａ）これらのグラファイトフェルトディスクを、例え
ば仏国のローヌ・プーラン（ＲＨＯＮＥ ＰＯＵＬＥＮ
Ｃ）で製造された商業標準ＲＡ １０１で知られる重合
可能なフェノール樹脂で含浸し、続いてこの樹脂を重合
する。このように、硬質化したグラファイトフェルトデ
ィスクが、例えば旋削によって機械加工で得られる； （ｂ）（ａ）で得られた個々のフェルトディスクの硬質
化の後、これらのディスクをシリンダーとなるように積
層し結合させる。好ましくは結合が温度によく耐えるよ
うに、炭素粉末を充填した樹脂を使用するのがよい。こ
の樹脂は、操作（ａ）に使用されたものと同じものであ
ることができる。炭素粉末の割合は、３重量％であるこ
とができる。 （ｃ）操作（ｂ）に従って得られたグラファイトフェル
トシリンダーを、中性雰囲気において８５０℃で熱分解
にかける。このような熱分解によって、フェノール樹脂
が炭素に移され、グラファイトフェルトを硬質化する。 熱分解の後、グラファイトフェルトシリンダーの比重は
、０．２２ｇ／ｃｍ３である。これは、酸化雰囲気にお
いて、４００℃の温度に耐える。その機械的特性を以下
に示す： ディスクに平行な弾性限度歪＝０．３ＭＰａ；ディスク
に垂直な弾性限度歪＝０．１ＭＰａ；ディスクに平行な
弾性率＝１６０ＭＰａ；ディスクに垂直な弾性率＝７Ｍ
Ｐａ； （ｄ）操作（ｃ）に従って得られた硬質化したグラファ
イトフェルトシリンダーを所望するマンドレルの最終的
な形状に機械加工する。
【００１９】実施例２
実施例１の（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を繰り返し、そ
の最終形状にマンドレルを機械加工する代わりの機械加
工操作（ｄ）として、マンドレルのだいたいの前駆体を
成形した。続いて、以下の操作を行った：（ｅ）硬質化
したグラファイトフェルトマンドレル前駆体の少なくと
もその表面をゴム系バインダーで含浸した。このゴム系
バインダーは、例えば米国イー・アイ・デュポン・ド・
ヌームール（Ｅ．Ｉ． ＤＵＰＯＮ ＤＥ ＮＥＭＯＵ
ＲＳ）社で製造されている商業標準１１５として知られ
るような、ネオプレンラテックスである。含浸は、水で
希釈されたネオプレンラテックス（７５％ネオプレン−
２５％水）を含むシールされた溜においてマンドレル前
駆体を回転させることにより達成することができる。過
剰なネオプレンラテックスは、降下回転により除去され
る；（ｆ）ネオプレンラテックスで含浸されたマンドレ
ル前駆体を乾燥する； （ｇ）操作（ｆ）の乾燥の後、ネオプレンラテックスを
加硫し；および、 （ｈ）少なくともその表面を加硫したネオプレンラテッ
クスで含浸したマンドレル前駆体を、所望するマンドレ
ルの最終形状に機械加工する。 このように、本発明によって、硬化の間、繊維に対して
正確な位置に重ねられ且つ直交した層を保持することの
できるマンドレルが得られる。本発明のマンドレルがゴ
ム系で含浸された表面を含有する場合において、このよ
うな含浸は、中空体を硬化する間に壊されるであろう。 しかし、このような破壊は、層の完全な硬化によって、
立体の中空体材料が完成する前の、マンドレルが正確な
位置に中空体を保持することに対して何ら影響はないと
分かるであろう。
の最終形状にマンドレルを機械加工する代わりの機械加
工操作（ｄ）として、マンドレルのだいたいの前駆体を
成形した。続いて、以下の操作を行った：（ｅ）硬質化
したグラファイトフェルトマンドレル前駆体の少なくと
もその表面をゴム系バインダーで含浸した。このゴム系
バインダーは、例えば米国イー・アイ・デュポン・ド・
ヌームール（Ｅ．Ｉ． ＤＵＰＯＮ ＤＥ ＮＥＭＯＵ
ＲＳ）社で製造されている商業標準１１５として知られ
るような、ネオプレンラテックスである。含浸は、水で
希釈されたネオプレンラテックス（７５％ネオプレン−
２５％水）を含むシールされた溜においてマンドレル前
駆体を回転させることにより達成することができる。過
剰なネオプレンラテックスは、降下回転により除去され
る；（ｆ）ネオプレンラテックスで含浸されたマンドレ
ル前駆体を乾燥する； （ｇ）操作（ｆ）の乾燥の後、ネオプレンラテックスを
加硫し；および、 （ｈ）少なくともその表面を加硫したネオプレンラテッ
クスで含浸したマンドレル前駆体を、所望するマンドレ
ルの最終形状に機械加工する。 このように、本発明によって、硬化の間、繊維に対して
正確な位置に重ねられ且つ直交した層を保持することの
できるマンドレルが得られる。本発明のマンドレルがゴ
ム系で含浸された表面を含有する場合において、このよ
うな含浸は、中空体を硬化する間に壊されるであろう。 しかし、このような破壊は、層の完全な硬化によって、
立体の中空体材料が完成する前の、マンドレルが正確な
位置に中空体を保持することに対して何ら影響はないと
分かるであろう。
【００２０】以下の実施例３は、本発明による中空体の
製造を示すものである。 実施例３ 実施例２に記載した方法を用いて得られたマンドレル上
に、高い破断強度をもつ配列された炭素繊維（すなわち
非常に柔軟性がある）を、上記の欧州特許第Ａ−０，２
８４，４９７号に記載されている方法を用いて積層した
。このマンドレル上の配列された炭素繊維を層となすこ
とは、この繊維の高い柔軟性により容易なものであった
。炭素繊維の配列を形成した後、これを （ｉ）高い破断強度の炭素繊維を高い弾性率、すなわち
高い剛性をもつ繊維とするために、中性雰囲気において
黒鉛化処理にかける（マンドレルによって）。この黒鉛
化処理は、例えば以下の操作を包含することができる：
（ｉ１）温度を２６００℃まで２５時間かけて上昇させ
る； （ｉ２）温度を２６００℃で１時間保持する；（ｉ３）
時間に制限を設けず、温度を２６００℃から雰囲気温度
まで低下させる。 （ｊ）続いて、グラファイト繊維の配列の密度を増加さ
せるために気相における化学的炭素蒸着にかける。例え
ば、この気相蒸着操作は、１０００℃で５０時間行われ
る； （ｋ）続いて、炭素繊維の黒鉛化が完全となり且つ高密
度化のときに配列された繊維に気孔が開くように、中性
雰囲気において２６００℃に新たに温度を上昇させる；
（ｌ）最後に、気相において、１０００℃で約５０時間
、化学的炭素蒸着を新たに行う。
製造を示すものである。 実施例３ 実施例２に記載した方法を用いて得られたマンドレル上
に、高い破断強度をもつ配列された炭素繊維（すなわち
非常に柔軟性がある）を、上記の欧州特許第Ａ−０，２
８４，４９７号に記載されている方法を用いて積層した
。このマンドレル上の配列された炭素繊維を層となすこ
とは、この繊維の高い柔軟性により容易なものであった
。炭素繊維の配列を形成した後、これを （ｉ）高い破断強度の炭素繊維を高い弾性率、すなわち
高い剛性をもつ繊維とするために、中性雰囲気において
黒鉛化処理にかける（マンドレルによって）。この黒鉛
化処理は、例えば以下の操作を包含することができる：
（ｉ１）温度を２６００℃まで２５時間かけて上昇させ
る； （ｉ２）温度を２６００℃で１時間保持する；（ｉ３）
時間に制限を設けず、温度を２６００℃から雰囲気温度
まで低下させる。 （ｊ）続いて、グラファイト繊維の配列の密度を増加さ
せるために気相における化学的炭素蒸着にかける。例え
ば、この気相蒸着操作は、１０００℃で５０時間行われ
る； （ｋ）続いて、炭素繊維の黒鉛化が完全となり且つ高密
度化のときに配列された繊維に気孔が開くように、中性
雰囲気において２６００℃に新たに温度を上昇させる；
（ｌ）最後に、気相において、１０００℃で約５０時間
、化学的炭素蒸着を新たに行う。
Claims (18)
- 【請求項１】 配列した繊維をマンドレル上に適用し
、続いて高温の適用が必要とされる操作によって、該配
列された繊維を硬化し且つ高密度化し、その後、該配列
された繊維で形成された中空体をマンドレルから取り出
し、硬化し且つ高密度化し、該マンドレルは、その外側
表面が該中空体の内側表面に対応するように、硬質化さ
れ且つ機械加工されたグラファイトフェルトによって形
成されている製造方法を用いる複合材料中空体を製造す
るために用いるマンドレルの成形方法であり、グラファ
イトフェルトブロックを、炭素を生成できる重合可能生
成物で含浸し、続いて該グラファイトフェルトブロック
が該重合可能生成物が熱分解されるように、中性雰囲気
において高温にかけることにより硬質化され、その後、
該硬質化したブロックを所望するマンドレルの形状に機
械加工することを特徴とする、マンドレルの成形方法。 - 【請求項２】 硬質化したフェルトの比重が、少なく
とも０．２ｇ／ｃｍ３に等しい、請求項１に記載の方法
。 - 【請求項３】 フェルトプレートが、ブロックを得る
ためにともに組み立てられて使用される、請求項１に記
載の方法。 - 【請求項４】 プレートが、組み立てられる前に重合
可能生成物で含浸され、該プレートが組み立てられた後
に該生成物の熱分解が行われる、請求項３に記載の方法
。 - 【請求項５】 プレートの組立体が、炭素を生成する
生成物を用いて結合されることより得られる、請求項３
に記載の方法。 - 【請求項６】 結合生成物が、フェルトを含浸するた
めの生成物と同じ種類である、請求項５に記載の方法。 - 【請求項７】 結合生成物が、炭素粉末で充填されて
いる、請求項６に記載の方法。 - 【請求項８】 少なくともマンドレルの表面層が、ゴ
ム系バインダーで含浸される、請求項１に記載の方法。 - 【請求項９】 ゴム系バインダーが、ネオプレンラテ
ックスである、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１０】 つながっている細繊維が、連続的に
オープンループを形成するために、マンドレル上にある
繊維層を通って、可動性の硬質部材によって導入され、
その際、ゴム系バインダーで含浸したマンドレルの表面
層の厚さは、少なくとも硬質部材の貫通する深さに等し
い、繊維を配列する方法を実施するために用いられるマ
ンドレルを成形するための、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１１】 ブロックをゴム系バインダーで含浸
した後に、フェルトブロックが、マンドレルの最終的な
形状に機械加工される、請求項８に記載の方法。 - 【請求項１２】 配列した繊維をマンドレル上に適用
し、続いて高温が必要とされる操作によって、該配列さ
れた繊維を硬化し且つ高密度化し、その後、該配列され
た繊維で形成された中空体を該マンドレルから取り出し
、硬化し且つ高密度化し、該マンドレルは、その外側表
面が該中空体の内側表面に対応するように、硬質化され
且つ機械加工されたグラファイトフェルトを含有してな
り、該マンドレルは、該繊維が熱分解炭素マトリックス
中に埋め込まれたグラファイトフェルトの均質なブロッ
クで形成されている製造方法を用いる、複合材料中空体
を製造するためのマンドレル。 - 【請求項１３】 少なくともその表面層が、ゴム系バ
インダーで含浸される、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１４】 最初に、マンドレルの外側表面が中
空体の内側表面に対応するように、硬質化され且つ機械
加工されたグラファイトフェルトを用いてマンドレルが
成形され、；続いて、配列された繊維をマンドレル上に
適用し、且つ高温の必要とする操作により、硬化され且
つ高密度化され；その後、該配列された繊維により形成
された中空体がマンドレルから取り出され、硬化され且
つ高密度化される複合材料中空体の製造方法において、
該マンドレルを得るためにグラファイトフェルトブロッ
クを、炭素を生成する重合可能生成物で含浸し、続いて
該重合可能生成物を熱分解するために、該グラファイト
フェルトブロックを中性雰囲気において高温にかけて硬
質化し、その後、該硬質化したブロックが、所望するマ
ンドレルの形状となるように機械加工され；および、配
列された繊維が中性雰囲気において高密度化されること
を特徴とする、複合材料中空体の製造方法。 - 【請求項１５】 配列された繊維を、マンドレル上に
適用するときに、該配列された繊維を高い破断強度をも
つ炭素繊維で形成し、且つ該配列された繊維の形成の後
、中性雰囲気において、２６００℃で少なくとも１回の
黒鉛化処理が該マンドレルにより支持された該繊維に適
用される、請求項１４に記載の方法。 - 【請求項１６】 気相における化学的炭素蒸着の操作
が、黒鉛化処理の後に行われる、請求項１５に記載の方
法。 - 【請求項１７】 気相における化学的炭素蒸着の第１
操作の後、中性雰囲気において少なくとも２４００℃に
温度を上昇させる操作を行い、続いて、気相において化
学的炭素蒸着の第２操作を行う、請求項１６に記載の方
法。 - 【請求項１８】 少なくとも２４００℃に温度を上昇
させるいくつかの付加的な操作が、いくつかの気相化学
的炭素蒸着操作と入れ換えられる、請求項１７に記載の
方法。
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