JPS5851816B2 - 三次元織物構造で補強された材料の製造方法 - Google Patents

三次元織物構造で補強された材料の製造方法

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JPS5851816B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三次元織物構造で補強されている材料の製造方
法に関する。
三次元織物構造は糸、繊維、スライバーなどによって構
成されており、構造内で通常相互に直角に３つの異なる
方向に配向されており、かくして、特にこの構造を構成
する繊維が炭素繊維、黒鉛繊維などのような高性能の繊
維である時、織物構造に高い機械的強度、卓越した熱絶
縁性能および衝撃および摩耗に対する良い抵抗性を付与
することを想起させる。
その結果、三次元織物構造により補強された材料は、特
に剥離、衝撃および熱に対し高い抵抗性を有する部品の
製造で多くの適用用途が見い出されており、たとえば、
この種の部品はブレーキ裏張りのような用途に適する。
三次元織物構造で補強されている材料を製造する現在知
られている方法は通常三次元織物構造を作り、次いで熱
硬化性樹脂のような材料を前記構造に含浸させ、最後に
樹脂を重合させることからなっている。
これらの既知の方法では、三次元織物構造は通常織る方
法による個々の繊維から、または、二方向織物により構
成された積み重ねた層から、または、第一の方向では１
つの層から次の層に交互に伸びる平行繊維により、そし
て第二方向では、縫う方法により層の積層体に第三方向
を差し込むことにより構成される積み重ねた層から形成
される。
これらの既知の方法は多くの欠点を伴う。
事実、三次元織物構造を形成させることは複雑で、特殊
で、そして高価な装置、特にこの種の構造を形成させる
のに特に適合させる織機または縫製機を必要とする。
更に、三次元織物構造を製造するこれらの方法は限定さ
れた厚さの製品のみが得られ、相当な数のすきまが存在
し、その後の含浸および重合操作の時に望ましくない結
果となる。
樹脂が繊維に沿って通過することにより織物構造に入る
事実の理由のため、これらのすきまの存在は材料の中心
まで含浸させることを困難にする。
前記のすきまはまた不均一な製品を製造することになり
、その結果その製品は低い物性、特に摩耗抵抗性を有す
る。
本発明の正確な狙いは先にあげた欠点を克服する三次元
織物構造で補強された材料の製造方法を提供することで
ある。
本方法は本質的に ａ）密度を高めた（ｄｅｎｓｉｆｉｅｄ ）繊維の層を
製造し、 ｂ）孔を有する繊維の前記の層で積層体を形成させる際
、前記積層体内で、前記の層の繊維が層の平面を限定す
る第一方向および第二方向として表わされる少なくとも
二方向に伸び、そして前記積層体内で前記の穴が第三方
向に伸びる通路を形成するように排列されている積層体
を形成させ、 Ｃ）第三方向に伸びる繊維を前記通路に差し込み、ｄ）
たとえば、樹脂またはカーボンマトリックスを前記構造
に導入することにより得られた集合体の密度を増し、ま
たは言いかえれば、構造のすきまを充てんする。
ことからなる。
先に定義した方法の主な利益は、三次元構造を形成させ
るためにいかなる特別な、複雑なそして高価な装置を必
要としないから、容易に実施することができることであ
る。
その上、本発明により期待されている方法による三次元
構造を形成させるこてにより、すなわち、密度を高くし
た繊維層の積層体内にあらかじめ形成させた通路で第三
方向に伸びる繊維を差し込むことにより、それにより遠
戚される結果は最高の程度まで構造内のすきまの形成を
限定する。
その後の密度向上工程中、これは適当な材料による織物
構造の十分な含浸を可能にし、織物のすべての地域が実
際上繊維材料の密度が均一で、かつ、定である補強織物
にする。
最後に本発明の方法は三次元織物構造を構成する繊維の
配向および分布を変更するいかなる付随する危険なしに
上記であげた密度を高める工程を実施できる。
本発明の方法による最初の実施態様では、前記層の１つ
の層を他の層の上に置き、次いで第三方向に伸びる通路
を前記積層体に形成させるため、積み重ねた層に穴をあ
けることにより、密度を高めた繊維の層によって積層体
を形成させる。
本発明の方法の第二の実施態様では、あらかじめ前記層
に穴をあけである繊維の密度を高めた層から前記積層体
を形成させ、かくして穴をあけである層を連続する層の
穴が前記積層体に第三方向に伸びる通路を形成するよう
な方法で１つの層を他の層の上に置く。
繊維の密度を高めた層は密度を高めた二方向織物による
か、または密度を高めた平行繊維により構成させること
ができる。
積層体は密度を高めた二方向織物により構成された繊維
の密度を高めた層および密度を高めた平行繊維により構
成された繊維の密度を高めた層を、１つの層を他の層の
上に置くことにより造ることもできる。
本発明による方法のこれらの異なる実施態様では、密度
を高めた繊維の前記の層はエポキシ樹脂、ポリエステル
樹脂またはフェノール樹脂のような重合可能な樹脂によ
るか、または、ポリ酢酸ビニルのような熱分解可能な樹
脂により、そして、前記樹脂を重合させるか、またはそ
の後部分的な程度まで熱分解させることにより二方向織
物により形成された層の平行繊維層を含浸させることに
より有利に得られる。
好ましくは、そして、本発明により期待される方法では
、第三方向に伸びる繊維はあらかじめ重合させた樹脂に
よりいっしょに保持させた密度を高めた平行繊維の集合
体により構成されるロッド（ｒｏｄｓ ）の形で通路に
差し込むが、そのロッドは第三方向に伸びる通路の寸法
に合わせである。
本発明で使用する繊維は、もし、必要ならば撚りをかけ
てあってもよい連続または非連続フィラメントの形の天
然または合成繊維からなることができる。
適当に使用することができる繊維の中で、たとえば、炭
素繊維、黒鉛繊維、硝子繊維、ケイ素繊維およびケブラ
ー（Ｋｅｖｌａｒ ）繊維のような芳香族繊維をあげる
ことができる。
繊維層の積層体および第三方向に差し込まれている繊維
による構成された三次元構造を形成させるため異なる種
類の繊維を使用することにより本発明の方法を実施する
ことができることもまた指摘する。
かくして、相互に異なる繊維を混合することにより複合
材料を得ることができる。
更に本発明の独特な特長および利益は、次の説明から明
らかになるが、説明のために明らかに示すものであり、
いかなる限定をしようとする意味ではない。
添付図面について次に説明する。第１図は本発明の材料
を製造する際、包含される種々の工程を説明する図であ
る。
第２図は従来の技術の方法により得られる三次元織物構
造の基本的な構造を説明する図である。
第３図は本発明の方法により得られる材料の基本的な構
造を示す図である。
本発明の方法で包含される種々の工程を図で説明する第
１図では、一方では、層の繊維が積層体内で二方向ＯＸ
およびＯＹに伸びるよう排列された層３および５のよう
な密度を高めた繊維層の積層体１、そして、他方に、第
三方向ＯＺに伸びる繊維１から三次元補強織物構造が得
られることが明らかである。
層３および５は平行関係に排列された繊維によりそれぞ
れ構成され、層３の繊維は方向ＯＸに配向され、層５の
繊維は方向ＯＹに配向されている。
前記の繊維はあらかじめ重合性樹脂を層に含浸させ、そ
の後、部分的な程度まで樹脂を重合させることにより密
度を高くしである。
容易に理解されるように、層３および５のような繊維層
は繊維が方向ＯＸおよびＯＹに伸びる二方向縦および横
織物により構成させることができる。
３および５のような層は、たとえば、パンチングのよう
な通常の技術により前記層に形成されている穴９を備え
、そして、連続層の穴９は層１の積層体内で方向ＯＺに
伸びる通路を限定するため正しく合うよう置かれる。
方向ｏｘ、ｏｙおよびＯＺはこの図では直角であるが、
これらの方向は異なることができ、特に、連続層の穴９
は積層体内で斜めに伸びる通路を限定できることは容易
に明らかである。
本発明の方法では、層１の積層体は層３および５のよう
な密度を高めた繊維の層を交互の順序で１つの層の上に
他の層を置き、穴９が正しく合うよう正確に置き、方向
ＯＺに伸びる連続通路を限定するよう集合枠１１により
いっしょに層を保持することにより形成させる。
好ましくは、通路９の中の利用できる空間を完全に充て
んするために孔の直径にあらかじめ合わせであるロッド
の形にあらかじめ集合させている繊維７を通路９に導入
する。
前記のロッドは、たとえば、あらかじめ重合させた樹脂
によりいっしょに保持されている平行で密度を高めた繊
維の集合体により構成させることができる。
繊維７を積層体に導入した後、かくして得られた集合体
をプレスで圧縮する。
圧縮した集合体の密度を高めることは重合性樹脂たとえ
ば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂またはポリエステル
樹脂をあげることができる樹脂で含浸させるような通常
の技術により行うことができ、この含浸処理に引き続き
、樹脂の重合、メタンまたはプロパンのようなガス状炭
化水素の流れにより熱分解性カーボンの付着、または変
法として、熱分解性樹脂の含浸に引続いて樹脂の熱分解
を含む熱処理を行う。
従来の技術の製織法により得られた三次元構造の基本的
な網状構造および本発明の方法により得られた材料の基
本的な網状構造を説明する第２図および第３図において
、第２図の場合には、方向ＯＸ、ＯＹ およびＯＺにそ
れぞれ配向された繊維１１．１３および１５の３シリー
ズの横断面はこの基本的な網状構造で繊維により占有さ
れる合計の理論的容積の少なくとも２５％を占める２つ
の対立的に未占有空間１６を形成することは明らかであ
る。
これは対照的に、第３図は方向ＯＸ、ＯＹおよびＯＺに
それぞれ配向された繊維３，５および７の３シリーズの
横断面は基本的網状構造で未占有空間またはすきまの形
成がないことを示す。
本発明の方法は最高の繊維光てん係数に達する材料を得
ることができるが、これに反して、従来の技術の方法で
得られる三次元構造である１６のような未占有空間の存
在は単に繊維により占有されていない地域の低い物性を
有する非均質製品にする。
炭素繊維の三次元構造で補強されている材料で構成され
る１例を以下に示す。
炭素織物は直径０．７μのフォラメンｌ−３０００本を
含有し、１９６０デシテツクスの線状質量を有する炭素
系から織られている。
炭素織物は縦および横に７．５本／ｃｍの糸から作り、
サテン織りを採用し、炭素の密度は１．７４である。
樹脂の容積係が３０％になるよう、かくして、形成され
た織物にフェノール樹脂を含浸させる。
あらかじめ含浸させた織物を長さ４４×４４ｃｍの板の
形に切り、前記の板を熱プレスに入れ、樹脂を重合させ
、そして、この樹脂の容積多を２０％まで減らし、過剰
の樹脂は板の周囲にはみ出す流出により自然に、そして
、簡単に除去される。
厚さが３／１０ｍｍである密度を高めた板がかくして得
られる。
この重合処理後、得られた板を２２Ｘ２２ｃｍの板に切
り、その間切断操作中縦糸および横糸の排列を注意深く
保持する。
各２２×２２Ｃｍの板をそれぞれが直径１ｍｍである１
、 ００個の穴を有し、その穴が１間の同じ間隔で直線
的に置かれているパンチング機に入れる。
穴の列をそれぞれの板に形成させ、２２×２２Ｃｍの寸
法で、１００００個の均一な間隔を有する穴を有する板
を得るため並進運動でパンチング機を置き換えた後、同
じ板に１００回この操作を繰り返す。
かくして得られた板は次の物性を有する。
パンチングの前の繊維重量／ｒｒ？ ：２９５’ｊ／
パンチングの後の繊維重量／ｒｒ？ ：２３７ｆ／２
２Ｘ２２ｃｍの寸法である６５０枚の板をかくしてパン
チした時、第１図で説明した集合枠内にそれらを積み重
ね、２２Ｘ ２２Ｘ２６ｃｍ（高さ）の寸法を有するブ
ロックを得る。
板の穴を完全に並べることにより形成された通路に密度
を高くしたグランドロッド（ｇｒｏｕｎｄｒｏｄｓ ）
を挿入する。
ロッドは部分重合樹脂であらかじめ含浸したカーボンス
ライバーから形成される。
前記ロッドは直径０．９５ｍｍであり、糸の番手は１２
０００デシテツクスである。
前記グランドロッドを挿入後、集合体をクランピングプ
レート（ｃｌａｍｐｉｎｇ ｐｌａｔｅ ）で圧縮し、
厚さ２００ｍのブロックに減らす。
フェノール樹脂をブロックに含浸し、次いで炭化処理を
行い密度を高める。
かくして得られたブロックは密度を高める処理の前に次
の物性を有している。
材料の密度（繊維のみ） ： １．０９炭素
の密度 ： １．７４繊維の優
：６３係方向ＯＸでの繊維の分
布 ：３８．５優方向ＯＹでの繊維の分布
：３８．５％方向０２での繊維の分布 ：２３
俤ピツチ ０．３Ｘ２Ｘ２最終
的に得られた材料の高度に魅力的な、そして、独特な特
長は方向ＯＸおよびＯＹの糸の間にある極端に細かいピ
ッチにあることが観察される。
ピッチのこの微細度は微細に分布された多孔度を有する
材料を得ることが可能であるから高度に有利になる。
この実施例では二方向織物により構成された繊維の層を
使用したが、前記の層は、たとえば、厚さ１００μであ
る平行繊維の層により、または、厚い織物の形の織物層
により、三軸織物またはフェルトの形の織物により置き
換えることができる。
ことは容易に明らかである。
その上、二方向織物により構成される繊維の層および平
行繊維の層を１つの層の上に他の層を置くことにより積
層体を形成させることもできる。
その上、平行繊維の層を使用する時、たとえば、５枚の
連続層の配向を変更し、そして、繊維を方向ＯＸに前記
層にそれぞれ配向させ、次いで、軸ＯＸに対し、３０１
４５°、６０°の角度で、そして、最後に軸にＯＹに沿
って配向させるような方法により、積層体内で前記層を
置くことができ、かくして、得られたピッチの微細度で
一層大きな改良を可能にする。
本発明の方法は非常に高度の融通性があり、多数の種々
の材料の構成に適合させることができ、特に積層体を構
成する層および第三方向に差し込むロンドで使用する繊
維の性質を変え、かくして、適当な方法で種々の繊維を
結合させることもまた可能であることも明らかである。
最後に本発明の方法は、たとえば第三方向に伸びる繊維
を差し込む前に適当な形の心馳の上に繊維のパンチした
層を巻くことからなる直接法か、または前記方法の実際
の適用により得られる一部を機械にかけることにより、
その後の変換からなる間接法で所望の形を有する部品を
製造することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の材料の製造で包含される種々の工程を
説明する図であり、第２図は従来の技術の方法により得
られる三次元織物構造の基本的な構造を説明する図であ
り、そして、第３図は本発明の方法により得られる材料
の基本的な構造を示す図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 三次元織物構造で補強された材料の製造方法におい
    て、 ａ）繊維の密度を高めた層を造り、 ｂ）穴を有する前記繊維層の積層体を形成させる際、前
    記積層体内で前記の層の繊維が層の平面を限定する第一
    および第二方向として示される少なくとも二方向に伸び
    、そして、前記積層体内で前記穴が第三方向に伸びる通
    路を形成するように排列されている積層体を形成させ、
    Ｃ）第三方向に伸びる繊維を前記通路に差し込み１ｄ）
    かくして得られた集合体の密度を増加させる１ことから
    なる材料の製造方法。 ２ 前記積層体を前記層の１つの層を他の層の上に重ね
    ることにより密度を高めた繊維の層により形成させ、次
    いで、かくて積層された層に穴をあけることにより、前
    記積層体に第三方向に伸びる通路を形成させる特許請求
    の範囲第１項記載の材料の製造方法。 ３ 前記積層体を、あらかじめ前記層に穴をあけである
    繊維の密度を高めた層で形成させ、連続層の穴が前記積
    層体内で第三方向に伸びる通路を形成するような方法で
    、穴をあけた層を１つの層の上に他の層を置く特許請求
    の範囲第１項記載の材料の製造方法。 ４ 繊維の前記密度を高めた層が二方向繊維により構成
    されている特許請求の範囲第１項記載の材料の製造方法
    。 ５ 繊維の密度を高めた層が密度を高めた平行繊維によ
    り構成されている特許請求の範囲第１項記載の材料製造
    方法。 ６ 密度を高めた二方向織物により構成されている繊維
    の密度を高めた層および密度を高めた平行繊維により構
    成されている繊維の密度を高めた層を１つの層の上に他
    の層を置くことにより積層体を形成させる特許請求の範
    囲第１項記載の材料の製造方法。 ７ 繊維の前記密度を高めた層が重合性または熱分解性
    樹脂を繊維の層に含浸させ、そしてその後または前記樹
    脂を重合させ、または部分的な程度まで熱分解させるこ
    とにより繊維の前記密度を高めた層を得る特許請求の範
    囲第１項記載の材料の製造方法。 ８ あらかじめ重合させた樹脂によりいっしょに保持さ
    れた密度を高めた平行繊維の集合により構成されており
    、かつ、第三方向に伸びる通路の寸法に合っているロン
    ドの形で第三方向に伸びる繊維を通路に差し込む特許請
    求の範囲第１項記載の材料の製造方法。 ９ 重合性または熱分解性樹脂で含浸させ、そして前記
    樹脂を重合させ、または熱分解させることにより、得ら
    れた集合体の密度を高める特許請求の範囲第１項記載の
    材料の製造方法。 １０ ガス状炭化水素の気流から熱分解性炭素を付着さ
    せることにより、得られた集合体の密度を高める特許請
    求の範囲第１項記載の製造方法。 １１ 前記繊維が炭素繊維、黒鉛繊維、硝子繊維、ケイ
    素繊維および芳香族繊維からなる群から選ばれる特許請
    求の範囲第１項記載の材料の製造方法。 １２前記樹脂がフェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリエ
    ステル樹脂およびポリ酢酸ビニルからなる群から選ばれ
    る特許請求の範囲第７項記載の材料の製造方法。
JP54101156A 1978-08-08 1979-08-08 三次元織物構造で補強された材料の製造方法 Expired JPS5851816B2 (ja)

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