JP2000153567A - Composite structural member having high bending strength and its production - Google Patents

Composite structural member having high bending strength and its production

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JP2000153567A
JP2000153567A JP2000004914A JP2000004914A JP2000153567A JP 2000153567 A JP2000153567 A JP 2000153567A JP 2000004914 A JP2000004914 A JP 2000004914A JP 2000004914 A JP2000004914 A JP 2000004914A JP 2000153567 A JP2000153567 A JP 2000153567A
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    • B63B15/00Superstructures, deckhouses, wheelhouses or the like; Arrangements or adaptations of masts or spars, e.g. bowsprits
    • B63B15/0083Masts for sailing ships or boats

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a composite structure having layered arrangement imparting high strength and especially high bending strength. SOLUTION: A composite member 10 has a peculiar layered structure imparting high bending strength and is formed from a plurality of layers and a fiber component 18 arranged in a polymer matrix is contained in the respective layers. An inner layer 16 contains a fiber component comprising fibers stretched in a peripheral direction and an intermediate layer 22 is equipped with the first fibers 24 arranged around the periphery of the composite member and stretched in an axtially direction and the second axial fibers 30 crossing fibers in a spiral direction and embedded in the polymer matrix. An outer layer 38 contains fibers embedded in the polymer matrix and stretched in a pheripheral direction in the same way as the inner layer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、大きな曲げ強さを
持つ複合構造部材に関し、更に詳しくは、大きな曲げ強
さを与える独特の層状配列及び構造を有する複合構造部
材に関する。
FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to composite structural members having high flexural strength, and more particularly, to composite structural members having a unique laminar arrangement and structure that provides high flexural strength.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、当業者に公知の多種多様な複合材
料が、軽量かつ大きな強度を必要とする部分に用いられ
ている。このような材料は、一層あるいは多層構造で、
少なくともその一部は、ファイバー成分を埋め込んだポ
リマー・マトリックスから構成されている。各層のファ
イバー成分の配列が、最終構造体の強さ等の性質を決定
する要因となる。
2. Description of the Related Art At present, a wide variety of composite materials known to those skilled in the art are used for parts requiring light weight and high strength. Such materials can be single or multi-layered,
At least a portion thereof is comprised of a polymer matrix with embedded fiber components. The arrangement of the fiber components in each layer is a factor that determines properties such as the strength of the final structure.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】複合材料の多くは、過
剰な曲げ、圧縮、あるいは、ねじり力に弱く、容易に構
造破損を引き起こす。そこで、大きな力に耐え得る軽量
の構造体の開発が望まれている。
Many composite materials are vulnerable to excessive bending, compression, or torsional forces and easily cause structural damage. Therefore, development of a lightweight structure capable of withstanding a large force is desired.

【0004】従って、本発明は、大きな強度、特に大き
な曲げ強さ、を与える層状配列を有する複合構造体を提
供することを、目的とする。また、本発明の別の目的
は、大きな強度を持ち、且つ、軽量の、細長い複合構造
部材を提供することにある。更に、本発明は、そのよう
な複合構造部材を製造するための、簡便で効率のよい方
法を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、
以下の発明の開示から、自明に読み取ることができよ
う。
[0004] Accordingly, it is an object of the present invention to provide a composite structure having a layered arrangement that provides high strength, especially high bending strength. Another object of the present invention is to provide an elongated composite structural member having high strength and light weight. A further object of the present invention is to provide a simple and efficient method for producing such a composite structural member. Another object of the present invention is to
From the following disclosure of the invention, it can be clearly read.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明の、大きな強度を
持つ複合構造部材は、通常細長く、円形、長方形、正方
形等、様々な断面形状を有する管状、即ち、中空の複合
構造体で、複数の層から形成され、各層には、ポリマー
・マトリックス内に配置されたファイバー成分が含まれ
ている、ことを特徴とする。少なくとも三層から成る複
合構造体において、内層及び外層は、複合構造部材の長
手方向の軸に対して、±30゜ないし±90゜の角度に
配列される、連続した周方向のファイバーを含む。複合
部材は、このような周方向の内層及び外層を、少なくと
も一層ずつ含んでいる。周方向のファイバーは、破砕強
さを与え、軸方向に伸張するファイバーを補強し、座屈
破損を防ぐ。破砕強さに対する抵抗は、ファイバー方向
と部材の長手方向の軸との間の角度の(cosin)2
あるいは(sin)2 の関数として示される。複合構造
体は、更に、各組間に周方向の空隙を形成するように、
周方向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わせられた、軸
方向に伸張する第一ファイバーを含む、少なくとも一層
の中間層を備える。また、軸方向に伸張する第一ファイ
バーの各組の間には、軸方向に伸張する一組の第二ファ
イバーが配置される。前記軸方向の第二ファイバーは、
複合部材の長手方向の軸に対して±5゜ないし±60゜
の角度で配置される螺旋方向のブレードファイバーと混
交されている。軸方向の第一ファイバー及び第二ファイ
バーは、何れも、部材の長手方向の軸とほとんど平行
に、即ち、約0゜の角度をもって、配置される。また、
軸方向の第一ファイバー及び第二ファイバーの各組が2
本の隣接するファイバーを含むように構成される、こと
が望ましい。軸方向に伸張する第一ファイバー及び第二
ファイバーの組合せにより、複合体全体に亘って、壁の
厚さがほとんど均一になるように構成される。
The composite structural member of the present invention having a large strength is generally a tubular composite member having various cross-sectional shapes such as an elongated, circular, rectangular, or square shape, that is, a hollow composite structural member. , Wherein each layer includes a fiber component disposed within a polymer matrix. In a composite structure of at least three layers, the inner and outer layers include continuous circumferential fibers arranged at an angle of ± 30 ° to ± 90 ° with respect to the longitudinal axis of the composite structural member. The composite member includes at least one such inner layer and outer layer in the circumferential direction. Circumferential fibers provide crushing strength, reinforce axially extending fibers and prevent buckling failure. The resistance to crush strength is the cosin 2 between the fiber direction and the longitudinal axis of the member.
Alternatively, it is shown as a function of (sin) 2 . The composite structure further forms a circumferential gap between each pair,
At least one intermediate layer comprising a plurality of circumferentially-spaced, first fibers that are axially elongated and are combined. Also, between each pair of first fibers extending in the axial direction, a set of second fibers extending in the axial direction is arranged. The axial second fiber is:
It is intermingled with helical blade fibers positioned at an angle of ± 5 ° to ± 60 ° with respect to the longitudinal axis of the composite member. Both the first axial fiber and the second fiber are disposed substantially parallel to the longitudinal axis of the member, ie, at an angle of about 0 °. Also,
Each set of the first and second fibers in the axial direction is 2
Desirably, it is configured to include adjacent fibers of a book. The combination of the first fiber and the second fiber extending in the axial direction is configured so that the wall thickness is almost uniform throughout the composite.

【0006】周方向のファイバー及びブレードファイバ
ーは、1,000万psi以上の係数を持つファイバー
材料、例えば、アラミド、カーボン(炭素)、グラファ
イト(黒鉛)、ガラス等から形成されたものであればよ
い。また、軸方向のファイバーは、曲げ応力に耐え得る
1,200万psi以上の係数を持つファイバー材料、
例えば、カーボン、グラファイト、セラミック、ボロン
(ほう素)、ガラス等から形成されたものであればよ
い。複合体のマトリックス成分、即ち、ファイバー以外
の構造体部分は、ファイバー成分に浸透し、これと結合
し、同時に、各層間を強固に結合させるように、通常、
ポリマー樹脂及び/あるいはセラミックを主要成分とし
て構成されている。特に、無水物、ポリアミド、あるい
は、脂肪族アミンを触媒として用いた、エポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂等の熱硬化性素材が、複合体の製造に
好適に用いられるマトリックス材料である。また、熱可
塑性材料、例えば、ポリフェニレンサルファイド、ポリ
エーテルスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ナ
イロン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アセター
ル、ポリエーテルエーテルケトン等を用いてもよいし、
マトリックス成分にセラミック材料を含む構成にしても
よい。
[0006] The circumferential fiber and the blade fiber may be formed of a fiber material having a coefficient of 10 million psi or more, for example, aramid, carbon (carbon), graphite (graphite), glass or the like. . In addition, the fiber in the axial direction is a fiber material having a coefficient of 12 million psi or more that can withstand bending stress,
For example, it may be formed of carbon, graphite, ceramic, boron (boron), glass, or the like. The matrix component of the composite, i.e., the structural portion other than the fiber, usually penetrates and binds to the fiber component, and at the same time, firmly bonds between the layers.
It is composed mainly of polymer resin and / or ceramic. In particular, anhydride, polyamide, or using an aliphatic amine as a catalyst, epoxy resin,
A thermosetting material such as a polyester resin is a matrix material that is suitably used for producing a composite. Further, a thermoplastic material, for example, polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyethylene terephthalate, nylon, polypropylene, polycarbonate, acetal, polyether ether ketone, or the like may be used.
The matrix component may include a ceramic material.

【0007】すなわち、本発明のうち、請求項1に記載
の発明は、複数の層から成る複合構造部材で、各層がポ
リマー・マトリックス内に配置されたファイバー成分を
含み、前記複合部材が、 A.周方向に伸張するファイバーを含む、少なくとも一
層の内層と、 B.周方向に伸張するファイバーを含む、少なくとも一
層の外層と、 C.i)各組間に周方向の空隙を形成するように、周方
向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方向
に伸張する第一のファイバーと、 ii)前記周方向の空隙に配設され、周方向に間隔を置
いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方向に伸張する第
二のファイバーで、螺旋方向のファイバーと混交される
第二のファイバーと、 を含む少なくとも一層の中間層と、を備え、前記内層、
外層及び中間層が、部材の全長さに亘って所定の壁厚さ
を持つように、固く細長い複合構造部材を形成する、こ
とを特徴とする。請求項2に記載の発明は、請求項1に
記載の発明において、前記内層及び外層各々の複合体総
弾性係数に対する寄与率が25%未満である、ことを特
徴とする。請求項3に記載の発明は、請求項2に記載の
発明において、前記中間層を三層含むことを特徴とす
る。請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の発明に
おいて、前記周方向に伸張するファイバーの直径が、
0.007インチから0.040インチである、ことを
特徴とする。請求項5に記載の発明は、請求項4に記載
の発明において、前記軸方向に伸張するファイバーの直
径が、0.007インチから0.040インチである、
ことを特徴とする。請求項6に記載の発明は、請求項1
に記載の発明において、前記螺旋方向のファイバーの直
径が、前記軸方向に伸張するファイバーの直径の25%
未満である、ことを特徴とする。請求項7に記載の発明
は、請求項1に記載の発明において、前記周方向に伸張
するファイバーが、1,000万psi以上の係数を持
つ、アラミドファイバー、カーボンファイバー、グラフ
ァイトファイバー、及び、グラスファイバーから選択さ
れる、ことを特徴とする。請求項8に記載の発明は、請
求項1に記載の発明において、前記軸方向に伸張するフ
ァイバーが、1,200万psi以上の係数を持つ、カ
ーボンファイバー、グラファイトファイバー、グラスフ
ァイバー、セラミックファイバー、ボロンファイバー、
及び、アラミドファイバーから選択される、ことを特徴
とする。請求項9に記載の発明は、請求項1に記載の発
明において、前記螺旋方向のファイバーが、1,000
万psi以上の係数を持つ、アラミドファイバー、カー
ボンファイバー、グラスファイバー、及び、グラファイ
トファイバーから選択される、ことを特徴とする。請求
項10に記載の発明は、請求項1に記載の発明におい
て、前記周方向に伸張するファイバーが、部材の長手方
向の軸に対して、±30゜ないし±90゜の角度に配置
される、ことを特徴とする。請求項11に記載の発明
は、請求項10に記載の発明において、前記軸方向に伸
張するファイバーが、部材の長手方向の軸に対して、約
0゜の角度に配置される、ことを特徴とする。請求項1
2に記載の発明は、請求項11に記載の発明において、
前記螺旋方向のファイバーが、複合部材の長手方向の軸
に対して±15゜ないし±60゜の角度で配置される、
ことを特徴とする。請求項13に記載の発明は、請求項
1に記載の発明において、前記ポリマー・マトリックス
が、エポキシ、ポリエステル、及び、ビニルエステルか
ら選択された材料から成る、ことを特徴とする。請求項
14に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、
前記ポリマー・マトリックスが、ポリフェニレンサルフ
ァイト、ポリスルフォン、ポリエチレンテレフタレー
ト、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アセタール、
ナイロン、及び、ポリエーテルエーテルケトンから選択
された材料から成る、ことを特徴とする。請求項15に
記載の発明は、請求項14に記載の発明において、ポリ
マー・マトリックス樹脂とファイバーとの容積比が50
%以下である、ことを特徴とする。請求項16に記載の
発明は、請求項1に記載の発明において、最大積層ひず
み0.25%以上の曲げ強さを持つ、ことを特徴とす
る。請求項17に記載の発明の構成は、請求項1記載の
複合構造部材から形成される、航海帆船マストにある。
請求項18に記載の発明の構成は、請求項1記載の複合
構造部材から形成される、ホイップアンテナケースにあ
る。請求項19に記載の発明は、複合構造部材の製造方
法で、 A.細長いマンドレルの周上を、周方向に伸張するファ
イバーと液状のポリマー樹脂とで覆い、第一層を形成
し、 B.前記第一層の上に、軸方向に伸張する複数の第一フ
ァイバーと液状のポリマー樹脂とを載せ、中間層の第一
部分を形成し、 C.前記第一部分の上に、螺旋方向のファイバーと混交
し、軸方向に伸張する複数の第二ファイバーと液状ポリ
マー樹脂とを載せ、中間層の第二部分を形成し、 D.前記中間層の上に、周方向に伸張するファイバーと
液状のポリマー樹脂とを載せ、外層を形成し、 E.前記外層を成形ラップで覆い、 F.高温で部材を硬化させる、 ことを特徴とする。請求項20に記載の発明は、請求項
19に記載の発明において、更に、 A.前記硬化終了後、部材から成形ラップを取り除き、 B.前記硬化終了後、部材からマンドレルを取り外す、 ことを特徴とする。請求項21に記載の発明は、請求項
19に記載の発明において、前記中間層を三層順に形成
する、ことを特徴とする。
That is, among the present invention, the invention according to claim 1 is a composite structural member comprising a plurality of layers, wherein each layer includes a fiber component disposed in a polymer matrix, and the composite member comprises: A . B. at least one inner layer comprising circumferentially extending fibers; B. at least one outer layer comprising circumferentially extending fibers; i) a first fiber extending in the axial direction, which is combined with a plurality of fibers at intervals in the circumferential direction so as to form a circumferential gap between each pair; and ii) disposed in the circumferential gap. At least one intermediate layer comprising: a second fiber that is provided, and is combined with each other at a plurality of circumferentially spaced intervals, and is axially elongated, and is intermingled with a helical fiber. The inner layer,
Forming a rigid, elongated composite structural member such that the outer layer and the intermediate layer have a predetermined wall thickness over the entire length of the member. A second aspect of the present invention is characterized in that, in the first aspect of the present invention, each of the inner layer and the outer layer contributes less than 25% to the total elastic modulus of the composite. According to a third aspect of the present invention, in the second aspect, the intermediate layer includes three layers. According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect, the diameter of the fiber extending in the circumferential direction is:
0.007 inch to 0.040 inch. The invention according to claim 5 is the invention according to claim 4, wherein the diameter of the fiber extending in the axial direction is 0.007 inches to 0.040 inches.
It is characterized by the following. The invention according to claim 6 is the invention according to claim 1.
The diameter of the fiber in the spiral direction is 25% of the diameter of the fiber extending in the axial direction.
Less than. The invention according to claim 7 is the invention according to claim 1, wherein the fiber extending in the circumferential direction has a coefficient of 10 million psi or more, aramid fiber, carbon fiber, graphite fiber, and glass. Selected from fibers. The invention according to claim 8 is the invention according to claim 1, wherein the fiber extending in the axial direction has a coefficient of 12 million psi or more, carbon fiber, graphite fiber, glass fiber, ceramic fiber, Boron fiber,
And aramid fiber. According to a ninth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the fiber in the helical direction has 1,000 fibers.
It is selected from aramid fiber, carbon fiber, glass fiber, and graphite fiber having a coefficient of 10,000 psi or more. According to a tenth aspect of the present invention, in the first aspect, the circumferentially extending fibers are arranged at an angle of ± 30 ° to ± 90 ° with respect to a longitudinal axis of the member. , Characterized in that. The invention according to claim 11 is characterized in that, in the invention according to claim 10, the axially extending fibers are arranged at an angle of about 0 ° with respect to the longitudinal axis of the member. And Claim 1
The invention according to claim 2 is the invention according to claim 11,
The helical fibers are arranged at an angle of ± 15 ° to ± 60 ° with respect to the longitudinal axis of the composite member;
It is characterized by the following. According to a thirteenth aspect of the present invention, in the first aspect, the polymer matrix is made of a material selected from epoxy, polyester, and vinyl ester. The invention according to claim 14 is the invention according to claim 1,
The polymer matrix is polyphenylene sulfite, polysulfone, polyethylene terephthalate, polypropylene, polycarbonate, acetal,
It is made of a material selected from nylon and polyetheretherketone. The invention according to claim 15 is the invention according to claim 14, wherein the volume ratio between the polymer matrix resin and the fiber is 50%.
% Or less. According to a sixteenth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the semiconductor device has a bending strength of 0.25% or more in maximum stacking strain. According to a seventeenth aspect of the present invention, there is provided a marine sailing mast formed from the composite structural member according to the first aspect.
An eighteenth aspect of the present invention resides in a whip antenna case formed from the composite structural member according to the first aspect. The invention according to claim 19 is a method for manufacturing a composite structural member, comprising: B. Cover the circumference of the elongated mandrel with circumferentially extending fiber and liquid polymer resin to form a first layer; B. placing a plurality of first fibers extending in the axial direction and a liquid polymer resin on the first layer to form a first portion of the intermediate layer; A. placing on said first portion a plurality of second fibers intermingled with helical fibers and extending axially and a liquid polymer resin to form a second portion of the intermediate layer; B. An outer layer is formed by placing fibers extending in the circumferential direction and a liquid polymer resin on the intermediate layer; Covering said outer layer with molding wrap; F. Curing the member at a high temperature. The invention according to claim 20 is the invention according to claim 19, further comprising: After the curing is completed, the molding wrap is removed from the member; After completion of the curing, the mandrel is removed from the member. According to a twenty-first aspect, in the nineteenth aspect, the intermediate layer is formed in three layers.

【0008】また、本発明は、風力推進船舶用マスト部
材で、複合材料から製造され A.マストを船舶に固定するための手段と、帆を係合す
る手段と、を備える中空の細長い直立構造部材で、ポリ
マー・マトリックス内に配置されたファイバー成分を含
む複数の層から形成される直立構造部材と、 B.前記直立部材のブーム部に取り付けられたブーム
と、 C.前記直立部材のブーム部の厚さを増強するために、
前記ブーム部のポリマー・マトリックス内に配設された
繊維材料から成る強化層と、を備える、ことを特徴とす
る。さらに、そのマスト部材において、 A.ポリマー・マトリックス内に配置された周方向に伸
張するファイバーを含む、少なくとも一層の内層と、`
B.i)各組間に周方向の空隙を形成するように、周
方向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方
向に伸張する第一のファイバーと、 ii)前記周方向の空隙に配設され、周方向に間隔を置
いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方向に伸張する第
二のファイバーで、螺旋方向のファイバーと混交される
第二のファイバーと、を含む少なくとも一層の中間層
と、 C.周方向に伸張するファイバーを含む、少なくとも一
層の外層と、を備えることを特徴とする。加えて、上記
マスト部材において、前記補強層が、前記直立部材のブ
ーム部の直径を、約0.015インチ増加させる、こと
を特徴とする。
The present invention also provides a mast member for a wind-powered marine vessel, which is manufactured from a composite material. A hollow elongated upright structural member comprising means for securing a mast to a ship and means for engaging a sail, wherein the upright structure is formed from a plurality of layers containing fiber components disposed within a polymer matrix. A member; B. a boom mounted on the boom portion of the upright member; In order to increase the thickness of the boom part of the upright member,
A reinforcing layer of fibrous material disposed within the polymer matrix of the boom section. Further, in the mast member: At least one inner layer comprising circumferentially extending fibers disposed within a polymer matrix;
B. i) a first fiber extending in the axial direction, which is combined with a plurality of fibers at intervals in the circumferential direction so as to form a circumferential gap between each pair; and ii) disposed in the circumferential gap. At least one intermediate layer including a second fiber that is provided, and is combined with each other at a plurality of circumferentially spaced intervals, and is axially extended with a second fiber that is mixed with the helical fiber. C. And at least one outer layer including circumferentially extending fibers. Additionally, the mast member is characterized in that the reinforcing layer increases the diameter of the boom portion of the upright member by about 0.015 inches.

【0009】[0009]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0010】本発明の複合構造部材は、ポリマー・マト
リックス内に配置されたファイバー成分を含む、複数の
層から形成されている。複合体のこの独特な層配列が、
部材に大きな強度を与える要因である。前記複合部材
は、多くの場合、細長く、円形、楕円形、長方形、正方
形、多角形等、様々な断面形状を有する管状構造体であ
る。本発明に従う複合部材は、軽量で大きな強度を持つ
ことが要求される部分、例えば、帆船マストあるいはブ
ーム、アンテナ等に、用いられる。
[0010] The composite structural member of the present invention is formed from a plurality of layers including fiber components disposed within a polymer matrix. This unique layer arrangement of the composite
It is a factor that gives a large strength to the member. The composite member is often a tubular structure having various cross-sectional shapes, such as elongated, circular, elliptical, rectangular, square, polygonal, and the like. The composite member according to the present invention is used for a portion required to be lightweight and have high strength, for example, a sailboat mast or boom, an antenna, and the like.

【0011】図1は、本発明の複合部材10を形成する
複数の層状構造の、ファイバー成分配列を示す。図1に
示されるように、着脱可能なマンドレル上で製造される
複合部材10は、ポリマー・マトリックス内に埋め込ま
れたファイバー成分を含む複数の層から形成される。図
2から図5にも示される内層16は、複合部材の長手方
向の軸20に対して、±30゜ないし±90゜の角度に
配置される、周方向のファイバー成分18を備える。こ
の周方向の成分が、複合部材に、周方向強さを与える
が、この周方向強さは、90゜の方向で最大となり、角
度が減少するにつれ、次第に小さくなる。故に、長手方
向の軸20に対するファイバー成分18の配列方向角度
は、望ましくは、±60゜から±90゜の間、更に望ま
しくは、±80゜から±90゜の間である。また、ファ
イバー成分は、好ましくは、4ないし10本の連続単一
方向性ストランドを含むように構成される。例えば、小
型帆船マストを製造する場合、ファイバー成分18は、
約8本のファイバーストランドから形成される。更に、
周方向の剛性と座屈強さを改善する目的で、編み込みあ
るいは織り込みファイバー成分18(図示しない)を用
いてもよい。
FIG. 1 shows the fiber component arrangement of a plurality of layered structures forming a composite member 10 of the present invention. As shown in FIG. 1, a composite member 10 manufactured on a removable mandrel is formed from a plurality of layers containing fiber components embedded within a polymer matrix. The inner layer 16, also shown in FIGS. 2 to 5, comprises a circumferential fiber component 18 arranged at an angle of ± 30 ° to ± 90 ° with respect to the longitudinal axis 20 of the composite member. This circumferential component provides the composite member with circumferential strength, which is greatest in the 90 ° direction and becomes progressively smaller as the angle decreases. Thus, the orientation angle of the fiber component 18 relative to the longitudinal axis 20 is preferably between ± 60 ° and ± 90 °, and more preferably between ± 80 ° and ± 90 °. Also, the fiber component is preferably configured to include 4 to 10 continuous unidirectional strands. For example, when manufacturing a small sailboat mast, the fiber component 18
It is formed from about eight fiber strands. Furthermore,
A braided or woven fiber component 18 (not shown) may be used to improve circumferential stiffness and buckling strength.

【0012】複合構造体の製造に通常用いられている様
々なファイバーの何れかにより、ファイバー成分を構成
すればよいが、1,000万psi以上の係数を持つよ
うなファイバーを用いることが好ましい。望ましいファ
イバー素材として、アラミド、カーボン(炭素)、グラ
ファイト(黒鉛)、及び、ガラスが挙げられるが、多く
の用例で特に好ましい素材は、オーウェンズ−コーリン
グ社からE−ガラスの商標で販売されているガラス繊維
(ガラス繊維)である。ファイバー成分18の好ましい
繊維直径は、約0.007ないし0.040インチの範
囲である。直径が小さな方が構造強度を増大させること
ができるが、大きな直径の方が加工性に優れている。
The fiber component may be composed of any of various fibers commonly used in the manufacture of a composite structure, but it is preferable to use a fiber having a coefficient of 10 million psi or more. Desirable fiber materials include aramid, carbon, graphite, and glass, although a particularly preferred material in many applications is glass sold by Owens-Calling under the trademark E-glass. Fiber (glass fiber). Preferred fiber diameters for fiber component 18 range from about 0.007 to 0.040 inches. A smaller diameter can increase the structural strength, but a larger diameter has better workability.

【0013】通常、最内層16は、周方向に伸張するフ
ァイバー成分18を含むだだ一つの内層として構成され
ているが、より大きな強度並びに剛性を持つ構造部材を
形成する必要がある場合には、内層を周方向のファイバ
ーを有する2層以上の層状構造から構成してもよい。内
層が多重層から形成される場合には、各層の周方向のフ
ァイバーが、長手方向の軸20に対して、上記範囲内の
同一の角度で、且つ、正反対の方向に、配置されること
が望ましい。
Normally, the innermost layer 16 is constructed as a single inner layer containing a circumferentially extending fiber component 18, but if it is necessary to form a structural member having greater strength and stiffness. The inner layer may be composed of two or more layers having circumferential fibers. If the inner layer is formed from multiple layers, the circumferential fibers of each layer may be arranged at the same angle within the above range with respect to the longitudinal axis 20 and in opposite directions. desirable.

【0014】周方向の内層16のすぐ外側には、一層な
いし多層の中間層が形成される。図1及び図3ないし図
6に、一層の中間層22を含む実施例を示す。中間層2
2は、軸方向に伸張する、2つの独立したファイバー成
分24及び30を備える。軸方向に伸張する第一のファ
イバー成分24は、複数の非編み込み連続ファイバー2
4Aから成り、前記ファイバー24Aは、図3に示すよ
うに、空隙28により隔てられた、各組26ごとに、複
合体10の周回りに配置される。個々のファイバー24
Aは、複合部材10の全長に亘って伸張し、複合体の長
手方向の軸20に対して約0゜の角度をもって配置され
る。各組26は、周方向に互いに隣接して置かれた2本
の軸方向のファイバー24Aから構成されている。ま
た、各組26は、周方向の空隙28により互いに隔てら
れ、複合体の周上、等間隔に配置される。複合部材10
の空隙28は、均一の幅を持つように規定され、この寸
法は、適用部位に応じて選択される。本発明に従う複合
構造部材の径が、全体的あるいは部分的にテーパしてい
ることが多いが、このような場合には、空隙28の寸法
は、テーパ部分の全長に亘って均一に変化する。
Immediately outside the inner layer 16 in the circumferential direction, one or more intermediate layers are formed. 1 and 3 to 6 show an embodiment including one intermediate layer 22. FIG. Middle layer 2
2 comprises two independent fiber components 24 and 30 that extend axially. The first fiber component 24 extending in the axial direction comprises a plurality of non-braided continuous fibers 2.
4A, the fibers 24A are arranged around the perimeter of the composite 10 for each set 26, separated by a gap 28, as shown in FIG. Individual fibers 24
A extends the entire length of the composite member 10 and is disposed at an angle of about 0 ° with respect to the longitudinal axis 20 of the composite. Each set 26 is comprised of two axial fibers 24A placed circumferentially adjacent to one another. Further, the sets 26 are separated from each other by a circumferential gap 28 and are arranged at equal intervals on the circumference of the composite. Composite member 10
Is defined to have a uniform width, the dimensions of which are selected according to the application site. Often the diameter of the composite structural member according to the invention is wholly or partially tapered, in which case the dimensions of the void 28 vary uniformly over the entire length of the tapered portion.

【0015】軸方向の第二のファイバー成分30は、複
合体10の周上、空隙28を隔てて配置される、軸方向
の第二のファイバー32から構成される。軸方向の第一
のファイバー24Aと同様、軸方向の第二のファイバー
32も、各組34ごとに配列され、各組には、通常、二
本の独立ファイバー32が含まれる。所定の複合体にお
いて、組34の数が組26の数と同一になるように構成
してもよい。即ち、この場合には、軸方向の第一及び第
二のファイバー24A,32から成る組26及び34
が、複合体10の周上に交互に、且つ、各組のファイバ
ーがそれぞれ複合部材10の長手方向の軸20に対して
約0゜の角度をもつように、配置される。
The second axial fiber component 30 comprises a second axial fiber 32 disposed on the periphery of the composite 10 with a gap 28 therebetween. Like the first axial fiber 24A, the second axial fiber 32 is also arranged in each set 34, each set typically including two independent fibers 32. In a given complex, the number of sets 34 may be the same as the number of sets 26. That is, in this case, the sets 26 and 34 of the first and second axial fibers 24A and 32 are provided.
Are alternately arranged on the circumference of the composite 10 such that each set of fibers is at an angle of approximately 0 ° to the longitudinal axis 20 of the composite member 10.

【0016】所定の複合部材を構成する軸方向の第一の
ファイバー24Aの数は、複合体の直径及びその最終利
用法によって決められる。所定の複合体における軸方向
のファイバー24Aの数は、軸方向の編み込みファイバ
ー32の数の5%ないし100%であればよいが、更に
好ましくは、軸方向のファイバー32の数の40%ない
し100%である。テーパしている複合部材10におい
ては、各成分24及び30のファイバー数は、層の厚さ
を均一に保つように、あるいは、所望の層厚さとなるよ
うに、テーパの全長に亘って変化する。
The number of first axial fibers 24A that make up a given composite member is determined by the diameter of the composite and its ultimate use. The number of axial fibers 24A in a given composite may be 5% to 100% of the number of axial braided fibers 32, and more preferably 40% to 100% of the number of axial fibers 32. %. In the tapered composite member 10, the number of fibers in each component 24 and 30 varies over the entire length of the taper to maintain a uniform layer thickness or to achieve the desired layer thickness. .

【0017】軸方向の非編み込みファイバー24Aの各
組26は、軸方向のファイバー32との兼合で複合体の
全長に亘ってほぼ均一な厚さの壁を形成するように、互
いに、所定の距離隔てて、周上に配置される。例えば、
48本の軸方向のファイバー32(例:BASF G3
0−500 12Kファィバー)を含む、2インチ直径
の複合管体を作成する場合、2本ずつ組になって、複合
体の周上に等間隔で配置される、24本の軸方向のファ
イバー24A(例:BASF G30−50012Kフ
ァイバー)の各組間の望ましい間隔は、約0.50イン
チである。更に、図1及び図4ないし図6に示されるよ
うに、軸方向の第二のファイバー成分30は、2本の螺
旋方向のヤーン36A及び36Bから成る編み込みファ
イバー成分36と係合する。軸方向第二のファイバー3
2の各々が編み込みヤーン36A、36Bの間に挟まれ
るように、ヤーン36A、36Bを軸方向第二のファイ
バー32と混交させる。編み込みヤーン36A,36B
は、軸方向の第一のファイバー24Aとは混交せず、図
6及び図10に示すように、ファイバー24Aの表面上
を通る。
Each set 26 of axially non-braided fibers 24A is fixed to one another such that, in combination with the axial fibers 32, a wall of substantially uniform thickness is formed over the entire length of the composite. It is arranged on the circumference at a distance. For example,
48 axial fibers 32 (eg BASF G3
When making a 2 inch diameter composite tube, including 0-500 12K fiber), 24 axial fibers 24A are grouped in pairs and spaced equally around the circumference of the composite. The desired spacing between each set of (eg, BASF G30-5012K fiber) is about 0.50 inches. Further, as shown in FIGS. 1 and 4-6, the axial second fiber component 30 engages a braided fiber component 36 consisting of two helical yarns 36A and 36B. Axial second fiber 3
Yarns 36A, 36B are intermixed with second axial fibers 32 such that each of the two is sandwiched between braided yarns 36A, 36B. Knitted yarn 36A, 36B
Does not mix with the first fiber 24A in the axial direction, but passes over the surface of the fiber 24A, as shown in FIGS.

【0018】軸方向の第二のファイバー32としては、
ほぼまっすぐで、ヤーン36A,36Bと混交しても、
うねり、たわみ等のヒダを生じない、最大強さを与える
ものが望ましい。これに応じて、各編み込みヤーン36
A,36Bが、軸方向のファイバー32回りに、層の厚
み全体に亘って縒り合わせられるように、各ヤーンの径
方向の振幅を大きく取る必要がある。
As the second axial fiber 32,
Almost straight, mixed with yarns 36A and 36B,
It is desirable to use one that gives maximum strength without causing folds such as swelling and bending. In response, each braided yarn 36
The radial amplitude of each yarn needs to be large so that A, 36B is twisted around the axial fiber 32 throughout the thickness of the layer.

【0019】各ヤーン36A,36Bは、連続で、複合
部材10の全長に亘って伸張するものが望ましい。但
し、非連続編み込みヤーンを縒り継いだり、重ね合わせ
て、用いてもよい。更に、好ましくは、ヤーン36A,
36Bが、長手方向の軸20に対して、±5゜ないし±
60゜の角度で配置される。図10に示されるように、
波形に走る軸方向のファイバー32の波長λは、2本の
同じ種類の編み込みファイバー間、例えば、2本の編み
込みファイバー36A間の距離に等しい。前記波形の波
長は、軸方向の第二のファイバー32の直径並びに弾性
係数、更に、マトリックス14の素材の係数と強さに基
づいて決定される。最適波長が長くなればなるほど、フ
ァイバー32とマトリックス14は、より大きなひずみ
力に耐えることができるようになる。望ましい波長λ
は、約0.10ないし1.00インチである。
It is desirable that each of the yarns 36A and 36B be continuous and extend over the entire length of the composite member 10. However, non-continuous knitting yarns may be used by twisting or overlapping. Further, preferably, the yarn 36A,
36B is ± 5 ° to ± 5 ° with respect to the longitudinal axis 20.
It is arranged at an angle of 60 °. As shown in FIG.
The wavelength λ of the wavy axial fiber 32 is equal to the distance between two braided fibers of the same type, for example, two braided fibers 36A. The wavelength of the waveform is determined based on the diameter and elastic modulus of the axial second fiber 32, as well as the modulus and strength of the material of the matrix 14. The longer the optimal wavelength, the more the fiber 32 and matrix 14 can withstand higher strain forces. Desired wavelength λ
Is about 0.10 to 1.00 inches.

【0020】本発明に従う所定の複合構造体において、
軸方向の第一及び第二のファイバー24A,32は、同
一の直径をもち、同じ材料から形成される。これら軸方
向のファイバーの直径は、部分的に複合構造体の直径に
基づいて決まり、その望ましい範囲は、0.070から
0.040インチである。軸方向の第一及び第二のファ
イバー24A,32は、ポリエチレン、カーボン、グラ
ファイト、セラミック、ボロン、アラミド、ガラス等、
多くのファイバー素材の何れかで構成されたものであれ
ばよい。特に大きな強度が必要とされる場合には、3,
400万psi以上の係数、最大応力500ksi、最
小ひずみ1.4%である、カーボン等のファイバー素材
が好適に用いられる。また、1ヤーン当りのフィラメン
ト数約12,000、約615yd/lb(0.807
g/m)の歩留り、3,000万psi以上の係数をも
つカーボンファイバーが、多くの適用例で好適に用いら
れる。このようなファイバーの一例としては、BASF
からセリオン・カーボンファイバーG30−50012
Kの商標で販売されているファイバーが挙げられる。
In a given composite structure according to the invention,
The first and second axial fibers 24A, 32 have the same diameter and are formed from the same material. The diameter of these axial fibers depends in part on the diameter of the composite structure, with a preferred range of 0.070 to 0.040 inches. The first and second axial fibers 24A, 32 are made of polyethylene, carbon, graphite, ceramic, boron, aramid, glass, or the like.
What is necessary is just to be comprised from any of many fiber materials. If a particularly large strength is required,
A fiber material such as carbon having a coefficient of 4,000,000 psi or more, a maximum stress of 500 ksi, and a minimum strain of 1.4% is preferably used. The number of filaments per yarn is about 12,000, about 615 yd / lb (0.807
g / m) and carbon fibers having a modulus of 30 million psi or more are suitably used in many applications. One example of such a fiber is BASF
From Celion Carbon Fiber G30-5012
Fibers sold under the trademark K.

【0021】編み込みヤーン36A,36Bの直径は、
軸方向のファイバー24A,32の直径より小さく、特
に望ましくは、25%以上小さい。即ち、編み込みヤー
ン36A,36Bの直径は、約0.005ないし0.0
15インチの範囲である。編み込みヤーン36A,36
Bは、アラミド、ガラス、カーボン、グラファイト等、
多くのファイバー素材の何れかから構成されたものであ
ればよい。編み込みヤーン36A,36Bの材料として
望ましいものとしては、例えば、オーウェン・コーニン
グからS−2ガラスの商標で販売されているガラス繊維
が挙げられる。更にいえば、1,000万psi以上の
係数及び600ksiの最大応力をもつファイバーが望
ましい。
The diameter of the braided yarns 36A, 36B is
It is smaller than the diameter of the axial fibers 24A, 32, particularly preferably 25% or more. That is, the diameter of the braided yarns 36A and 36B is about 0.005 to 0.0.
The range is 15 inches. Braided yarn 36A, 36
B is aramid, glass, carbon, graphite, etc.
What is necessary is just to be comprised from any one of many fiber materials. Desirable materials for the braided yarns 36A, 36B include, for example, glass fibers sold by Owen Corning under the trademark S-2 glass. Furthermore, a fiber with a modulus of 10 million psi or more and a maximum stress of 600 ksi is desirable.

【0022】本発明に従う複合構造部材は、多くの適用
例において、単一の中間層22を備えていればよいが、
2層以上の中間層22にすることが更に望ましい。例え
ば、小型帆船マストには、通常、3層の中間層22が組
み入れられる。3層の中間層22を備える柔軟性の高い
部材10を製造する場合には、外側の2層を同一にし
て、最内層だけ軸方向のファイバーの数24A,32を
減らすようにするとよい。このような構成により、軸方
向の剛性、曲げ強さ、並びに、周方向の破壊強さを大き
くすることができる。
The composite structural member according to the present invention may include a single intermediate layer 22 in many applications,
It is more desirable to have two or more intermediate layers 22. For example, a sailboat mast typically incorporates three intermediate layers 22. When manufacturing a highly flexible member 10 having three intermediate layers 22, it is preferable to make the outer two layers the same and to reduce the number of fibers 24A, 32 in the axial direction by the innermost layer. With such a configuration, the rigidity in the axial direction, the bending strength, and the breaking strength in the circumferential direction can be increased.

【0023】図1及び図5に示すように、ファイバーを
含む外層38が、中間層22のすぐ外側に隣接して固着
される。外層38も、同様に、ポリマー樹脂等からなる
マトリックス内に埋め込まれた、周方向のファイバー成
分40を含む(図1参照)。外層のファイバー成分40
は、内層のファイバー成分18と同じ角度をもつように
配置されるが、その巻き付け方向は、ファイバー成分1
8の巻き付け方向と正反対になる。このように構成する
ことにより、部材10に、径方向荷重及び破砕荷重に耐
え得る十分な強さを与えることができる。内層のファイ
バー成分18と同一の径を持つように、且つ、同じファ
イバー素材から、外層のファイバー成分40を形成する
ことが好ましい。通常、単一の外層が用いられるが、適
用に応じて、2層以上の外層とすることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 5, an outer layer 38 containing fibers is secured immediately adjacent to the intermediate layer 22. The outer layer 38 also includes a circumferential fiber component 40 embedded in a matrix of polymer resin or the like (see FIG. 1). Outer layer fiber component 40
Are arranged at the same angle as the fiber component 18 of the inner layer, but the winding direction is
8 is exactly opposite to the winding direction. With this configuration, the member 10 can be given sufficient strength to withstand the radial load and the crushing load. It is preferable to form the outer-layer fiber component 40 so as to have the same diameter as the inner-layer fiber component 18 and from the same fiber material. Usually, a single outer layer is used, but there can be more than one outer layer depending on the application.

【0024】内層16及び最外層38の引っ張り弾性係
数が、複合体の軸方向の総弾性係数(0度の方向で測
定)の各々25%未満となるように構成する。1層ある
いは多層の中間層22との組合せにより、そのバランス
を調整する。
The tensile modulus of the inner layer 16 and the outermost layer 38 are each less than 25% of the total elastic modulus in the axial direction of the composite (measured in the 0 degree direction). The balance is adjusted by the combination with one or more intermediate layers 22.

【0025】過激な外的条件に曝される場合、例えば、
破損片あるいはその他高速の物体から衝撃を受ける可能
性のある場合には、ファイバー成分18を、約4,35
0万psiの係数と1.66%の最大ひずみを有する、
BASF G40−700等のカーボン・ヤーンで、ま
た、ファイバー成分38を、50万(500,000)
psi以上の最大応力と1,200万psi以上の引っ
張り係数を有する、デュボン社のケブラーHTあるいは
ケブラー29等のアラミド・ファイバーで構成すること
が望ましい。また、外層のファイバーを混交、編み込
み、あるいは、織り込むことにより、更に大きな衝撃強
さを与えることができる。
When exposed to extreme external conditions, for example,
If there is a possibility of impact from broken pieces or other high-speed objects, the fiber component 18 should be replaced by approximately 4,35.
With a coefficient of 100,000 psi and a maximum strain of 1.66%,
A carbon yarn such as BASF G40-700 and a fiber component 38 of 500,000 (500,000)
It is desirable to use an aramid fiber, such as Kevlar HT or Kevlar 29 from Dubon, which has a maximum stress of at least psi and a tensile modulus of at least 12 million psi. Further, by mixing, knitting, or weaving the fibers of the outer layer, a greater impact strength can be given.

【0026】上述のように、複合部材10の各層は、ポ
リマー等のマトリックス14及びその中に配列されるフ
ァイバー成分から構成されている。マトリックスは、通
常、全ての層で同一で、その素材は、強度並びに信頼性
の高い複合部材を与えるべく、複数のファイバー成分1
8,24,30、及び、40に十分浸透し、これと結合
できるものであればよい。大きな強度を持つ、周知の熱
硬化性あるいは熱可塑性ポリマーを、ポリマー・マトリ
ックス素材として好適に用いることができる。熱硬化性
ポリマーの例としては、無水物、ポリアミド、脂肪族ア
ミン等周知の硬化剤で硬化することのできる、エポキ
シ、ビニルエステル、ポリエステル等が挙げられる。ま
た、熱可塑性ポリマーの例としては、ポリフェニレンサ
ルファイド、ポリエーテルスルフォン、ポリエチレンテ
レフタレート、ナイロン、ボリプロピレン、ポリカーボ
ネート、アセタール、ポリエーテルエーテルケトン等が
挙げられる。特に好ましいポリマー・マトリックス材料
は、無水化合物で硬化される、低粘度のエポキシ樹脂で
ある。例えば、ダウ・ケミカル社により製造され、D.
E.R330エポキシ樹脂の商標で販売されている、エ
ポキシ樹脂を用いることができる。また、このようなエ
ポキシ樹脂の無水硬化剤、即ち、触媒として、テトラヒ
ドロフタル酸メチル無水物を用いることができる。
As described above, each layer of the composite member 10 is composed of a matrix 14 such as a polymer and a fiber component arranged therein. The matrix is usually the same in all layers and the material is made up of multiple fiber components 1 to provide a strong and reliable composite.
What is necessary is just to be able to penetrate into 8, 24, 30, and 40 sufficiently and to be able to combine with them. Known thermosetting or thermoplastic polymers having high strength can be suitably used as the polymer matrix material. Examples of the thermosetting polymer include epoxy, vinyl ester, polyester, and the like, which can be cured with a well-known curing agent such as anhydride, polyamide, and aliphatic amine. Examples of the thermoplastic polymer include polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyethylene terephthalate, nylon, polypropylene, polycarbonate, acetal, and polyether ether ketone. A particularly preferred polymer matrix material is a low viscosity epoxy resin that is cured with an anhydrous compound. For example, manufactured by Dow Chemical Company and D.C.
E. FIG. An epoxy resin sold under the trademark R330 epoxy resin can be used. Further, methyl tetrahydrophthalate anhydride can be used as an anhydrous curing agent for such an epoxy resin, that is, as a catalyst.

【0027】本発明の複合構造部材の層状構造の利点の
一つは、中間層22の層配列により、複合体10全体に
亘って壁厚さを均一にすることができる、ということで
ある。軸方向の第一のファイバー成分24が、軸方向の
第二のファイバー32の各組34間に形成された空隙
を、効果的に埋めている。このような空隙が存在すれ
ば、表面及びその厚さが不均一になり、複合体の曲げ強
さ、捻り強さ、及び径方向の強さを減少させる結果につ
ながる。図9のグラフに、本発明に従い製造された複合
体とそれ以外の構造体における、複合体長さと最大ひず
みとの関係を示す。曲線Aは、本発明に従い製造された
複合体の曲げ強さを示しているが、この曲線からも、本
発明の構成により、曲げ強さが改善されることが、明白
に示される。曲線Bは、軸方向の第一のファイバー成分
24を含まないことを除いては、同様に構成された、複
合体の曲げ強さを示す。曲線Cは、周方向のファイバー
成分18,38及び軸方向のファイバー成分24を含ま
ないことを除いては、曲線Aの複合体と同様に構成され
た複合体の曲げ強さを示す。
One of the advantages of the layered structure of the composite structural member of the present invention is that the layer arrangement of the intermediate layer 22 allows for a uniform wall thickness throughout the composite 10. The first axial fiber component 24 effectively fills the voids formed between each set 34 of the second axial fibers 32. The presence of such voids results in a non-uniform surface and thickness, which results in reduced flexural, torsional, and radial strength of the composite. The graph of FIG. 9 shows the relationship between the composite length and the maximum strain in the composite manufactured according to the present invention and other structures. Curve A shows the flexural strength of a composite made according to the present invention, which also clearly shows that the configuration of the present invention improves the flexural strength. Curve B shows the flexural strength of a similarly constructed composite, but without the first axial fiber component 24. Curve C illustrates the flexural strength of a composite constructed similarly to the composite of Curve A, except that it does not include the circumferential fiber components 18, 38 and the axial fiber component 24.

【0028】本発明に従い製造された複合体は、壁厚さ
の均一性が高く、その結果、大きな曲げ強さを有してい
る。更に、Z方向、即ち、径方向、厚さ方向の成分であ
る編み込みファイバー成分36が、層間の結合をより強
固なものとし、複合体の強さの増大に大きく貢献してい
る。また、大きな係数を持つ軸方向のファイバーのヒダ
を少なくすることにより、他の混交あるいは編み込み複
合構造体に比べ、マトリックスに掛かる応力が小さくな
っている。このように、本発明の構成は、重量を増加さ
せることなく、複合部材の曲げ強さを大きくすることが
でき、本発明に従い製造された、軽量、且つ、高強度の
複合体は、様々な部位に適用可能である。
The composites produced according to the invention have a high wall thickness uniformity and consequently a high flexural strength. Furthermore, the braided fiber component 36, which is a component in the Z direction, that is, the radial direction and the thickness direction, makes the bonding between the layers stronger and greatly contributes to the increase in the strength of the composite. Also, by reducing the plication of axial fibers with large coefficients, the stress on the matrix is reduced as compared to other hybrid or braided composite structures. As described above, the configuration of the present invention can increase the bending strength of the composite member without increasing the weight, and the lightweight and high-strength composites manufactured according to the present invention can be variously modified. Applicable to the site.

【0029】本発明の複合体は、特に、0.25%以上
の曲げひずみ(元の長さに対する全長の比の変化により
規定され、通常、ひずみ計で測定される)に耐える必要
のある部位に適している。例えば、本発明の複合構造部
材は、スキーのストック、ヨット・スパー、ゴルフクラ
ブのシャフト、棒高跳びの棒、釣竿、釣り船用張り出し
材、オールのシャフト、パドルのシャフト、ホッケース
ティックのシャフト、野球用バット、グライダー構造部
材等、軽量で高強度、特に大きな曲げ強さが要求される
部位に、好適に用いられる。また、このような複合材料
を、構造配管に用いることもできるし、航空機及び航空
宇宙船の構造部材、自動車の構造部材、管状収容体、ね
じりバネ、板バネ、ロボット等の製造に利用することも
できる。更に、通信アンテナ、海洋建造物、並びに、車
椅子、杖、担架、人工装具等の医療付属品に用いること
もできる。本発明の複合体の特に好ましい適用例とし
て、帆船及び小型帆船のマスト構造体が挙げられる。
The composite of the present invention is particularly suitable for sites where it is necessary to withstand a bending strain of 0.25% or more (defined by a change in the ratio of the total length to the original length and usually measured by a strain gauge). Suitable for. For example, the composite structural members of the present invention include ski poles, yacht spars, golf club shafts, pole vault rods, fishing rods, fishing boat overhangs, oar shafts, paddle shafts, hockey stick shafts, baseball bats. It is suitably used for parts requiring light weight and high strength, particularly high bending strength, such as glider structural members. Further, such a composite material can be used for structural piping, and can be used for manufacturing structural members of aircraft and aerospace vehicles, structural members of automobiles, tubular containers, torsion springs, leaf springs, robots, and the like. Can also. Further, it can be used for communication antennas, marine structures, and medical accessories such as wheelchairs, canes, stretchers, and prostheses. Particularly preferred applications of the composite of the present invention include mast structures for sailboats and small sailboats.

【0030】図7は、本発明の技術に従い製造され、帆
船マスト等の帆柱の製作に用いられる、スパー42を示
す。スパー42は、(図示されない)帆を支持する、直
立の管状ポスト44を備える。スパー42は、単一の内
層、3層からなる中間層、及び単一の外層を含む、上述
のような複合体により構成されている。ポスト44の直
径は、スパー全長の約半分に亘り同一で、残りの半分の
長さに亘って、均一な割合で先細りにテーパしている。
スパーのテーパ部分の径は、約2.0から0.85イン
チの範囲で変化する。ポスト44を構成する層及びマト
リックスに加え、スパー42を、更に、ポリウレタン等
からなる環境保護塗料で覆うように構成してもよい。こ
の場合、直射日光によるマトリックス素材の劣化を防ぐ
ために、紫外線吸収剤を塗料に加えてもよい。
FIG. 7 shows a spar 42 manufactured in accordance with the teachings of the present invention and used in the construction of sail columns such as sailboat masts. The spar 42 includes an upright tubular post 44 that supports a sail (not shown). The spar 42 is formed of the above-described composite including a single inner layer, a three-layer intermediate layer, and a single outer layer. The diameter of the post 44 is the same for about half of the overall spar length and tapers at a uniform rate over the other half.
The diameter of the taper of the spar varies from about 2.0 to 0.85 inches. In addition to the layers and the matrix constituting the posts 44, the spar 42 may be further covered with an environmental protection paint made of polyurethane or the like. In this case, an ultraviolet absorber may be added to the paint in order to prevent deterioration of the matrix material due to direct sunlight.

【0031】(図示しない)ブームを取り付ける等、局
部的に掛かる過剰の曲げ力に耐え得るように、スパー4
2には、補強された中間ブーム部46が設けられてい
る。様々なブームの位置並びに帆のデザインに対応でき
るように、ポスト44は、約40インチの長さに亘っ
て、補強されている(図7参照)。補強されたブーム部
46は、樹脂が含浸し、スパーに成形テープで接着され
る、約8.75オンス/ヤード2 のガラス織物(例:E
−ガラス)で外側を覆われている。ブーム部46の直径
は、補強しない場合、約0.065インチであり、補強
すると、壁の厚みが約0.015インチ増大する。ブー
ム部を補強することにより、スパーの周方向の剛性が大
きくなり、ブームのスパーへの取り付けに起因する局所
負荷に耐えることができるようになる。また、ブーム部
46に用いられる補強織物は、同じ種類で同じ層厚さを
有する不織混ファイバー層と比べ、負荷を分散させるた
め、より大きな局所負荷に耐え得るという、利点があ
る。但し、図7に示される補強ブーム部46は、適用例
によっては有用であるが、本発明に従う複合体から製造
される帆船マストすべてに必ずしも必要というわけでは
ない。
The spar 4 is provided so as to withstand an excessive bending force applied locally such as mounting a boom (not shown).
2 is provided with a reinforced intermediate boom section 46. The post 44 is reinforced over a length of about 40 inches to accommodate various boom positions and sail designs (see FIG. 7). Reinforced boom section 46, the resin is impregnated, it is adhered in the molding tape spar, of about 8.75 oz / yd 2 glass fabric (Example: E
-Glass) on the outside. The diameter of the boom portion 46 is about 0.065 inches when not reinforced, and reinforced increases the wall thickness by about 0.015 inches. By reinforcing the boom portion, the rigidity of the spar in the circumferential direction is increased, and it is possible to withstand the local load caused by the attachment of the boom to the spar. Further, the reinforcing woven fabric used for the boom portion 46 has an advantage that it can withstand a larger local load because the load is distributed as compared with a nonwoven mixed fiber layer having the same layer thickness and the same type. However, while the reinforcing boom portion 46 shown in FIG. 7 may be useful in some applications, it is not necessary for all sailboat masts manufactured from the composite according to the present invention.

【0032】図8は、本発明に従う複合構造部材を製造
するための、複合体組立装置49を示す。本発明の複合
構造部材を形成する様々な層を、マンドレルあるいは型
50の回りに巻き付けて、部材を製造するが、マンドレ
ルの形は複合体により決まる。本発明の製造過程で用い
られるマンドレル50は、テーパしているものでも、し
ていないものでもよく、また、アルミニウム、スチー
ル、プラスチック、ゴム等の素材から作られる。中空で
も、中実でもよいが、中空のマンドレルの方が好まし
い。
FIG. 8 shows a composite assembly apparatus 49 for producing a composite structural member according to the present invention. The various layers forming the composite structural member of the present invention are wound around a mandrel or mold 50 to produce the member, the shape of the mandrel being determined by the composite. The mandrel 50 used in the manufacturing process of the present invention may or may not be tapered, and is made of a material such as aluminum, steel, plastic, rubber, and the like. It may be hollow or solid, but a hollow mandrel is preferred.

【0033】図8に示すように、マンドレル50の回り
に様々なファイバー及ぴポリマー・マトリックス層を張
り付け、巻き付けるための一連のステーションを横切る
ような形で、マンドレル50を複合体製造ライン内に配
置する。まず、ステーション52により、内層16のフ
ァイバー18がマンドレル50上に巻き付けられる。ス
テーション52は、マンドレル50の横断方向56と平
行な軸を中心として回転する、複数のファイバー・パッ
ケージ54(例えば、4ないし8パッケージ)を保持す
る装置を備える。マンドレル50の横断速度と、ステー
ション52のファイバー・パッケージ54の回転速度
(rpm)との比により、内層16のファイバー量とそ
の方向が決まる。例えば、帆船マストを製造する場合に
は、マンドレル50が組み立て装置49内を横切る速度
を約4フィート/分として、ステーション52の8個の
ヤーン・パッケージの回転速度を、所定の設計要件及
び、複合体の所定の部分の直径に従い、40から175
rpmまで変化させる。ステーション52のすぐ次に、
エポキシ等の液状ポリマー樹脂を装置58Aから流し込
み、内層のファイバー成分18全体に浸透・含浸させ
る。この場合、樹脂とファイバーとの容積比が、50%
以下であることが望ましい。
As shown in FIG. 8, the mandrel 50 is positioned within the composite manufacturing line so as to traverse a series of stations for applying and winding various fiber and polymer matrix layers around the mandrel 50. I do. First, the fiber 52 of the inner layer 16 is wound around the mandrel 50 by the station 52. Station 52 includes a device that holds a plurality of fiber packages 54 (eg, four to eight packages) that rotate about an axis parallel to transverse direction 56 of mandrel 50. The ratio of the traversal speed of the mandrel 50 to the rotational speed (rpm) of the fiber package 54 at the station 52 determines the amount and direction of fiber in the inner layer 16. For example, when manufacturing a sailboat mast, the mandrel 50 traverses the assembly device 49 at approximately 4 feet per minute, and the rotational speed of the eight yarn packages at station 52 is determined by certain design requirements and complex requirements. 40 to 175, depending on the diameter of a given part of the body
rpm. Immediately after station 52,
A liquid polymer resin such as epoxy is poured from the device 58A, and is permeated and impregnated into the entire inner layer fiber component 18. In this case, the volume ratio between the resin and the fiber is 50%.
It is desirable that:

【0034】マンドレル50が製造装置49内を更に横
に進むと、次に、フィラメント巻き付けステーション6
0により、第一の中間層のファイバー成分が巻き付けら
れる。ヤーン・パッケージ62Aにより軸方向の第一の
ファイバー24が、そして、ヤーン・パッケージ62B
により軸方向の第二のファイバー32が巻き付けられ
る。更に、ステーション60において、(図示しない)
混交装置により、編み込みヤーン成分36A,36Bが
巻き付けられる。ここで、ヤーン・パッケージ62A,
62Bの数が、各層に存在する軸方向のファイバー2
4,43の数と一致していることが望ましい。この時、
ステーション60の一部を形成する樹脂塗布装置58B
から樹脂が流し込まれ、第一の中間層のマトリックスが
形成される。
When the mandrel 50 moves further laterally in the manufacturing apparatus 49, the filament winding station 6
With 0, the fiber component of the first intermediate layer is wound. The first fiber 24 in the axial direction is provided by the yarn package 62A and the yarn package 62B.
Thereby, the second fiber 32 in the axial direction is wound. Further, at the station 60 (not shown)
The mixing device winds the braided yarn components 36A, 36B. Here, the yarn package 62A,
62B is the number of axial fibers 2 present in each layer.
It is desirable to match the number of 4,43. At this time,
Resin coating device 58B forming a part of station 60
The resin is poured from above to form a matrix of the first intermediate layer.

【0035】上述と同様の方法で、フィラメント巻き付
けステーション61,64において、それぞれ、第二並
びに第三の中問層が形成される。また、ステーション6
1及び64の一部を形成する樹脂塗布装置58C,58
Dにより、マトリックスを形成するポリマー樹脂が流し
込まれる。
In the same manner as described above, the second and third intermediate layers are formed at the filament winding stations 61 and 64, respectively. Station 6
Resin coating devices 58C, 58 forming a part of 1 and 64
By D, the polymer resin forming the matrix is poured.

【0036】次に、マンドレル50は、ステーション5
2と同一のフィラメント巻き付けステーション66を通
過する。ステーション66は、ステーション52と同様
の方法で、外層38のファイバー成分を巻き付ける。但
し、この場合、ステーション66は、ステーション52
と反対の方向に回転する。周方向のファイバー層を巻き
付けた後、装置58Eにより、樹脂材料が流し込まれ
る。必要があれば、ここで(図示しない)ステーション
を追加し、周方向のファイバー層を更に巻き付け、樹脂
でコーティングしてもよい。
Next, the mandrel 50 is connected to the station 5
2 through the same filament winding station 66. Station 66 winds the fiber component of outer layer 38 in a manner similar to station 52. However, in this case, the station 66 is the station 52
And rotate in the opposite direction. After winding the circumferential fiber layer, the resin material is poured by the device 58E. If necessary, a station (not shown) may be added here, and the circumferential fiber layer may be further wound and coated with resin.

【0037】各フィラメント巻き付けステーションにお
いて、巻き付けた後、ファイバーが緩んだり移動したり
せず、ぴんと張られるように、ファイバーの引っ張りを
調整する。また、編み込みファイバー36の引っ張り
は、約11b/ファイバー以下の引っ張り力を保つ混交
装置を用いて、調整する。
At each filament winding station, the tension of the fiber is adjusted so that the fiber does not loosen or move after being wound and is taut. The tension of the braided fiber 36 is adjusted by using a mixing device that maintains a pulling force of about 11 b / fiber or less.

【0038】最後に、マンドレル50は、約1/2ない
し3/4インチの幅の熱可塑性テープ41をマンドレル
50、即ち、層の回りに巻き付ける、テープ巻き付け装
置68を通過する。テープの引っ張りカを、3ないし1
5ボンドの間の値に保つことが、望ましい。テープの引
っ張り力により、マンドレルの回りに巻き付けられたフ
ィラメント及び樹脂を成形し、余分の樹脂を取り除くと
同時に、フィラメントと樹脂との間にトラップされた空
気を追い出す。帆船マストの製造に特に有用なテープの
例として、1/2インチ幅で2mmの厚さの、シリコン
コートされたポリエステルフィルムが挙げられる。
Finally, the mandrel 50 passes through a tape wrapping device 68 which wraps the thermoplastic tape 41 about 1/2 to 3/4 inch wide around the mandrel 50, ie, the layer. 3 to 1
It is desirable to keep the value between 5 bonds. The pulling force of the tape forms the filament and resin wrapped around the mandrel, removing excess resin and expelling air trapped between the filament and resin. An example of a tape that is particularly useful for making sailboat masts is a silicone-coated polyester film that is 1/2 inch wide and 2 mm thick.

【0039】マンドレル50を製造装置49に沿って移
動させるために、駆動機構70が用いられる。このよう
な機構としては、マンドレル50の横断速度を変えるこ
とができるものが望ましい。
A drive mechanism 70 is used to move the mandrel 50 along the manufacturing apparatus 49. As such a mechanism, a mechanism capable of changing the traversing speed of the mandrel 50 is desirable.

【0040】熱可塑性テープを張り付けた後、構造体を
約300゜Fの温度の鉛直対流オーブンに約2時間入
れ、樹脂を硬化させる。オーブンから取り出して、構造
体を冷却した後、マンドレル50を硬化した複合体から
取り外す。マンドレルを取り外す際には、樹脂が液状か
ら固体に変化したことに伴い複合体が縮むため、1,0
00lbs以上の力で引っ張る必要がある。次に、熱可
塑性成形テープ41を巻き戻し、層状構造体から取り外
す。
After the thermoplastic tape has been applied, the structure is placed in a vertical convection oven at a temperature of about 300 ° F. for about 2 hours to cure the resin. After removal from the oven and cooling of the structure, the mandrel 50 is removed from the cured composite. When removing the mandrel, the complex shrinks as the resin changes from a liquid to a solid.
It is necessary to pull with a force of 00 lbs or more. Next, the thermoplastic molding tape 41 is rewound and removed from the layered structure.

【0041】テープを取り外した後、ポリウレタン塗料
を塗布できるように、硬化した樹脂からガラスを取り除
き、複合体の外径を均一にする、砂研磨装置で処理して
もよい。特に、帆船マストを製造する場合には、層状構
造体の研磨を行うことが望ましい。
After removing the tape, the cured resin may be treated with a sand polisher to remove the glass from the cured resin and make the outer diameter of the composite uniform so that the polyurethane coating can be applied. In particular, when a sailboat mast is manufactured, it is desirable to polish the layered structure.

【0042】本発明の構造及び製造過程は、以下の実施
例に更に詳しく述べられているが、本発明は、何ら以下
の実施例に限定されるものではない。
The structure and manufacturing process of the present invention are described in more detail in the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

【0043】本実施例では、上述の構造を持つ帆船マス
トに関して詳述する。帆船マストの構造は、以下の通り
である。
In this embodiment, a sailboat mast having the above-described structure will be described in detail. The structure of the sailboat mast is as follows.

【0044】[0044]

【表1】 [Table 1]

【0045】本実施例のマストの製造には、以下の材料
が用いられた。
The following materials were used for the production of the mast of this example.

【0046】[0046]

【表2】 [Table 2]

【0047】[0047]

【表3】 [Table 3]

【0048】[0048]

【表4】 [Table 4]

【0049】[0049]

【表5】 [Table 5]

【0050】[0050]

【表6】 [Table 6]

【0051】[0051]

【表7】 [Table 7]

【0052】[0052]

【表8】 [Table 8]

【0053】本実施例のマストを製造する際には、図8
に示す装置内で、マンドレルを4フィート/分の速度で
動かす。マンドレルは、陽極処理されたアルミニウムか
ら作られ、下記の表9に示されるように、6つのテーパ
を有している。
When manufacturing the mast of this embodiment, FIG.
The mandrel is moved at a speed of 4 ft / min in the apparatus shown in Fig. 1. The mandrel is made from anodized aluminum and has six tapers as shown in Table 9 below.

【0054】[0054]

【表9】 [Table 9]

【0055】ステーション58Aにおいて、上述の液状
エポキシ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、内層
の周方向のファイバー成分18が巻き付けられた場所
に、流し込まれる。ファイバー18のマンドレルヘの巻
き付け速度を変えることにより、周方向の剛性と破砕強
さを調節することができる。また、ファイバー18の量
を変えることにより、様々な構造体の直径及び設計負荷
要件に従い、周方向の剛性を調整することができる。次
に、ファイバー巻き付け装置52に8基の分配パッケー
ジを取り付け、マンドレルの回りに回転させる。下記の
表10に、この工程において、マンドレルの回りに巻き
付けられるファイバー18の量の変化を示す。
At station 58A, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst described above is poured onto the mandrel where the inner circumferential fiber component 18 is wound. By changing the winding speed of the fiber 18 around the mandrel, the circumferential rigidity and crushing strength can be adjusted. Also, by varying the amount of fiber 18, the circumferential stiffness can be adjusted according to various structure diameters and design load requirements. Next, eight distribution packages are attached to the fiber winding device 52 and rotated about the mandrel. Table 10 below shows the change in the amount of fiber 18 wrapped around the mandrel in this step.

【0056】[0056]

【表10】 [Table 10]

【0057】マンドレルが組み器60を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)組み器の
回りに等しい間隔で配置される12本のファイバー32
(2)組み器上で時計回りに回転する、24本のファイ
バー36A(3)組み器上で反時計回りに回転する、2
4本のファイバー36B。ファイバー36A,36B
は、3.85rpmで回転する。同時に、ステーション
58Bにおいて、液状エポキシ樹脂が、マンドレル回り
に組み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 60, the following fiber components are wound: (1) Twelve fibers 32 equally spaced around the braid
(2) 24 fibers 36A rotating clockwise on the braid; (3) rotating counterclockwise on the braid; 2
Four fibers 36B. Fiber 36A, 36B
Rotates at 3.85 rpm. At the same time, at station 58B, the liquid epoxy resin is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.

【0058】マンドレルが組み器61を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bは、組み器上で、3.8
5rpmの定速で回転する。同時に、ステーション58
Cにおいて、液状エポキシ樹脂が、マンドレル回りに組
み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The fibers 36A and 36B are 3.8
It rotates at a constant speed of 5 rpm. At the same time, station 58
At C, the liquid epoxy resin is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.

【0059】マンドレルが組み器64を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bを保持する装置の回転速
度は、3.85rpmである。同時に、ステーション5
8Dにおいて、液状エポキシ樹脂が、マンドレル回りに
組み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The rotation speed of the device holding the fibers 36A and 36B is 3.85 rpm. At the same time, station 5
In 8D, a liquid epoxy resin is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.

【0060】その後、適当な周方向の剛性と破砕強さと
を与えるように設定された速度で、ファイバー成分40
をマンドレルの回りに巻き付ける。ファイバー40の量
を変えることにより、直径及び構造体の設計負荷に従
い、周方向の剛性を調節することができる。ファイバー
巻き付け装置66には、8基の分配パッケージを取り付
け、マンドレルが装置を横切る際に、マンドレルの回り
に回転させる。表11に、このプロセスでマンドレルの
回りに巻き付けられる、ファイバー40の量の変化を示
す。
Thereafter, the fiber component 40 is set at a speed set so as to give appropriate circumferential rigidity and crushing strength.
Wrap around the mandrel. By varying the amount of fiber 40, the circumferential stiffness can be adjusted according to the diameter and the design load of the structure. The fiber wrapping device 66 is fitted with eight dispensing packages and rotated around the mandrel as the mandrel traverses the device. Table 11 shows the change in the amount of fiber 40 that is wrapped around the mandrel in this process.

【0061】[0061]

【表11】 [Table 11]

【0062】ステーション58Eにおいて、液状エポキ
シ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、ファイバー
成分40が巻き付けられた場所に、流し込まれる。マン
ドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸したファイ
バー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリフォ
ルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン株式
会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻のセ
ロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの
回りに巻き付けられる。マンドレル及び未硬化層を横送
り装置70から取り外した後、熱風対流オーブン内に鉛
直に懸架し、140℃で8時間硬化させる。硬化完了
後、当業者に周知のマンドレル取り外し法に従い、構造
体からマンドレルを取り外し、セロファンテープを上述
のように巻取る。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 40 is wound. The fiber layer impregnated with the mandrel and the uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, CA) are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm. After removing the mandrel and uncured layer from the traversing device 70, it is suspended vertically in a hot air convection oven and cured at 140 ° C. for 8 hours. After curing is complete, the mandrel is removed from the structure and cellophane tape is wound as described above, according to mandrel removal techniques well known to those skilled in the art.

【0063】次に仕上げ工程に入り、マストを4.6メ
ートルの長さに切断する(但し、この場合、構造体の底
部から1インチ分切り落とし、残りの余分な長さについ
ては、先端から切り落とす)。構造体を、芯なしウェッ
ト研磨機を用いて、80グリットの仕上げ用紙やすり
で、研磨する。研磨後、長さ40インチ、幅14インチ
のガラス繊維平織物(8.75オンス/ヤード2 のE−
ガラス)にエポキシ樹脂並びに触媒を含浸させたもの
を、複合構造体回りに巻き付ける。この布で、マストの
基部から30インチ離れた部分から、基部から70イン
チの部分までを覆う。強化グラスファイバーの回りに螺
旋形にテープを巻き付けた後、複合構造体を140℃で
硬化させる。硬化後、テープを外し、構造体を再研磨す
る。最終工程において、2重量%の鉄酸化物顔料を混ぜ
たポリウレタン塗料で、構造体を被覆する。得られた構
造体の性質は以下の通りであった。
Next, the finishing process is started, and the mast is cut to a length of 4.6 meters (however, in this case, cut off by 1 inch from the bottom of the structure, and cut off from the tip for the remaining extra length). ). The structure is polished with an 80 grit finishing paper file using a coreless wet polisher. After polishing, a 40 inch long, 14 inch wide glass fiber plain fabric (8.75 oz / yard 2 E-
Glass) impregnated with an epoxy resin and a catalyst is wound around the composite structure. The cloth covers the mast from 30 inches away from the base to 70 inches from the base. After spirally wrapping the tape around the reinforced glass fiber, the composite structure is cured at 140 ° C. After curing, the tape is removed and the structure is polished again. In the final step, the structure is coated with a polyurethane paint mixed with 2% by weight of iron oxide pigment. The properties of the obtained structure were as follows.

【0064】[0064]

【表12】 [Table 12]

【0065】実施例2 本実施例では、上述の構造を持つ帆船マストに関して詳
述する。帆船マストの構造は、以下の通りである。
Embodiment 2 In this embodiment, a sailboat mast having the above-described structure will be described in detail. The structure of the sailboat mast is as follows.

【0066】[0066]

【表13】 [Table 13]

【0067】本実施例の構造体の製造には、以下の材料
が用いられた。
The following materials were used for manufacturing the structure of this embodiment.

【0068】[0068]

【表14】 [Table 14]

【0069】[0069]

【表15】 [Table 15]

【0070】[0070]

【表16】 [Table 16]

【0071】[0071]

【表17】 [Table 17]

【0072】[0072]

【表18】 [Table 18]

【0073】[0073]

【表19】 [Table 19]

【0074】[0074]

【表20】 [Table 20]

【0075】本実施例の帆船マストにおいては、ファイ
バー24A及び32が2種類のファイバー材料の組み合
わせから構成されており、これにより、実施例1に詳述
されている材料と比較して、衝撃低抗性並びに全体の曲
げ強さが改善されている。実施例1は5層の構造体であ
ったが、本実施例は6層からなる構造体である。マンド
レルは、テフロン陽極処理されたアルミニウムから作ら
れ、所望の剛性分布並びに外形を持つように、6つのテ
ーパを有している(表21参照)。
In the sailboat mast of this embodiment, the fibers 24A and 32 are composed of a combination of two types of fiber materials. Improved resistance as well as overall flexural strength. Although the first embodiment has a five-layer structure, the present embodiment has a six-layer structure. The mandrel is made of Teflon anodized aluminum and has six tapers to have the desired stiffness distribution as well as profile (see Table 21).

【0076】[0076]

【表21】 [Table 21]

【0077】マンドレルが図8に示す装置内を通過する
ことにより、帆船マストが製造される。マンドレル50
は、4フィート/分の速度で組み上げ装置内を移動す
る。ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と
触媒の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分18
が巻き付けられる場所に、流し込まれる。適当な周方向
の剛性と破砕強さとを与えるように調節された速度で、
ファイバー成分18をマンドレルの回りに巻き付ける。
直径あるいは構造体の設計負荷の変動に従い、ファイバ
ー18の量を変えることにより、周方向の剛性を適当な
値に保持することができる。ファイバー巻き付け装置5
2に8基の分配パッケージを取り付け、装置内を横に移
動するマンドレルの回りに回転させる。下記の表22
に、マンドレルの回りに巻き付けられるファイバー18
の量の変化を示す。
By passing the mandrel through the apparatus shown in FIG. 8, a sailboat mast is manufactured. Mandrel 50
Moves through the assembly at a speed of 4 feet / minute. At station 58A, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is applied to the fiber component 18 on a mandrel.
Is poured where it is wound. At a speed adjusted to give adequate circumferential stiffness and crushing strength,
The fiber component 18 is wrapped around a mandrel.
By changing the amount of the fiber 18 according to the variation of the diameter or the design load of the structure, the rigidity in the circumferential direction can be maintained at an appropriate value. Fiber winding device 5
Attach 8 dispensing packages to 2 and rotate them around a mandrel that moves laterally through the device. Table 22 below
Fiber 18 wrapped around the mandrel
Shows the change in the amount of

【0078】[0078]

【表22】 [Table 22]

【0079】マンドレルは、次に、同一のヤーン成分と
ファイバー配列を有する4基の組み上げステーションを
通過する。以下に図8の組み器61に関して詳述する
が、組み器60,62、及び63も同様に構成されてい
る。ステーション58Cにおいて、マンドレル回りにフ
ァイバーが組み上げられ、液状マトリックス成分が前記
ファイバーに流し込まれる。マンドレルが組み器61を
横切る時に、以下のファイバー成分が巻き付けられる。
(1)マンドレルの回りに対になって等しい間隔で配置
される総計24本のファイバー24A:450型30ロ
ビングのE−ガラス18本及び12k G30500の
カーボンファイバー6本(2)組み器の回りに等しい間
隔で配置される総計48本のファイバー32:450型
30ロビングのE−ガラス36本及び12k G305
00のカーボンファイバー12本(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、3.85
rpmの定速に設定されている。
The mandrel then passes through four building stations having the same yarn components and fiber arrangement. Hereinafter, the braiding unit 61 of FIG. 8 will be described in detail, but the braiding units 60, 62, and 63 have the same configuration. At station 58C, the fibers are assembled around the mandrel and the liquid matrix component is poured into the fibers. As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wound:
(1) A total of 24 fibers 24A paired and equally spaced around the mandrel: 18 E-glass 450 type 30 lobing and 6 carbon fibers of 12k G30500 (2) Around braid A total of 48 fibers 32: 450 type 30 lobing E-glass and 12k G305 equally spaced.
12 carbon fibers of 00 (3) 24 fibers 36A rotating clockwise on the braid, 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braid
B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is 3.85.
It is set to a constant speed of rpm.

【0080】次に、ステーション58Dにおいて、マン
ドレル回りにファイバーが組み上げられ、液状マトリッ
クス成分が前記ファイバーに流し込まれる。その後、適
当な周方向の剛性と破砕強さとを与えるように設定され
た速度で、ファイバー成分40をマンドレルの回りに巻
き付ける。ファイバー40の量を変えることにより、直
径及び構造体の設計負荷に従い、周方向の剛性を調節す
ることができる。ファイバー巻き付け装置66には、8
基の分配パッケージを取り付け、マンドレルが装置を横
切る際に、マンドレルの回りに回転させる。表23に、
マンドレルの回りに巻き付けられる、ファイバー40の
量の変化を示す。
Next, at station 58D, the fibers are assembled around the mandrel, and the liquid matrix component is poured into the fibers. Thereafter, the fiber component 40 is wound around the mandrel at a speed set to provide appropriate circumferential stiffness and crushing strength. By varying the amount of fiber 40, the circumferential stiffness can be adjusted according to the diameter and the design load of the structure. The fiber winding device 66 has 8
Install the base dispensing package and rotate it around the mandrel as it traverses the device. In Table 23,
5 illustrates a change in the amount of fiber 40 wrapped around a mandrel.

【0081】[0081]

【表23】 [Table 23]

【0082】ステーション58Eにおいて、液状エポキ
シ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、ファイバー
成分40が巻き付けられた場所に、流し込まれる。マン
ドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸したファイ
バー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリフォ
ルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン株式
会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻のセ
ロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの
回りに巻き付けられる。マンドレル及び未硬化層を横送
り装置70から取り外した後、熱風対流オーブン内に鉛
直に懸架し、140℃で8時間硬化させる。マンドレル
取り外し装置を用い、構造体からマンドレルを取り外
し、セロファンテープを上述のように巻取る。出来上が
ったマストを480センチメートルの長さに切断する
(但し、この場合、構造体の底部から1インチ分切り落
とし、残りの余分な長さについては、先端から切り落と
す)。芯なしウェット研磨機を用いて、マストを、80
グリットの仕上げ用紙やすりで、研磨する。研磨後、2
重量%の黒鉄酸化物顔料を混ぜたポリウレタン塗料で、
マストを被覆する。得られた構造体の性質は以下の通り
であった。
At station 58E, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 40 is wound. The fiber layer impregnated with the mandrel and the uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, CA) are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm. After removing the mandrel and uncured layer from the traversing device 70, it is suspended vertically in a hot air convection oven and cured at 140 ° C. for 8 hours. Using a mandrel removal device, remove the mandrel from the structure and wind the cellophane tape as described above. The resulting mast is cut to a length of 480 centimeters (however, in this case cut off one inch from the bottom of the structure and the remaining excess length from the tip). Using a coreless wet polishing machine, the mast is
Polish with a grit finishing paper file. After polishing, 2
Polyurethane paint mixed with black iron oxide pigment by weight
Cover the mast. The properties of the obtained structure were as follows.

【0083】[0083]

【表24】 [Table 24]

【0084】実施例3 湾曲した構造部材:帆船ブーム 本実施例では、湾曲断面を有する円形管の製造法並びに
設計に関して説明する。本実施例で製造される管体の寸
法は以下の通りである。 管の全長: 180cm 管の内径: 2.67cm 管体は、以下の3つの一体成形部品から構成される。 (1)直線蔀 = 長さ42cm (2)湾曲蔀 = 半径16インチ:角度41゜ (3)直線部 = 長さ12インチ 本実施例の構造体は、実施例1の構造体と同じ材料で構
成されている。本実施例で用いられるマンドレルは、8
0デュロメータのシリコーンゴムコードから作られ、
1.05インチの一定の外径を持つ。
Embodiment 3 Curved Structural Member: Sailing Boom This embodiment describes a method of manufacturing and designing a circular pipe having a curved cross section. The dimensions of the tube manufactured in this embodiment are as follows. Tube length: 180 cm Tube inner diameter: 2.67 cm The tube is composed of the following three integrally molded parts. (1) Straight shim = length 42 cm (2) Curve shim = radius 16 inches: angle 41 角度 (3) Straight part = length 12 inches The structure of this embodiment is made of the same material as the structure of the first embodiment. It is configured. The mandrel used in this embodiment is 8
Made from 0 durometer silicone rubber cord,
It has a constant outer diameter of 1.05 inches.

【0085】帆船ブーム等の湾曲管を製造する場合に
は、2つの組み器61,64しか組み込まれていないこ
とを除き図8と同様な装置内を、マンドレルが移動す
る。マンドレル50は、4フィート/分の速度で組み上
げ装置内を移動する。ステーション58Aにおいて、液
状エポキシ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、フ
ァイバー成分18が巻き付けられる場所に、流し込まれ
る。ファイバー成分18は、50rpmの速度で、時計
回りにマンドレルに巻き付けられる。ファイバー巻き付
け装置52に8基の分配パッケージを取り付け、装置内
を横に移動するマンドレルの回りに回転させる。
When manufacturing a curved tube such as a sailboat boom, the mandrel moves in a device similar to that of FIG. 8 except that only two braiding devices 61 and 64 are incorporated. The mandrel 50 moves through the assembly at a speed of 4 feet / minute. At station 58A, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wound. The fiber component 18 is wound clockwise around the mandrel at a speed of 50 rpm. Attach eight dispensing packages to the fiber winding device 52 and rotate them around a mandrel that moves laterally through the device.

【0086】マンドレルが組み器61を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。この場合、ファイバー36A,36Bの回転速度
は、3.85rpmの定速に設定されている。同時に、
ステーション58Cにおいて、液状マトリックス成分
が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバーに
流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. In this case, the rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 3.85 rpm. at the same time,
At station 58C, the liquid matrix component is poured into the assembling fibers around the mandrel.

【0087】マンドレルが組み器64を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、3.85
rpmの定速に設定されている。同時に、ステーション
58Dにおいて、液状マトリックス材料が、マンドレル
回りに組み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
その後、ファイバー成分40を、50rpmの速度で、
反時計回りに、マンドレルに巻き付ける。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is 3.85.
It is set to a constant speed of rpm. At the same time, at station 58D, the liquid matrix material is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.
Thereafter, the fiber component 40 is fed at a speed of 50 rpm.
Wind counterclockwise around the mandrel.

【0088】ステーション58Eにおいて、液状エポキ
シ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、ファイバー
成分40が巻き付けられた場所に、流し込まれる。マン
ドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸したファイ
バー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリフォ
ルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン株式
会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻のセ
ロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの
回りに巻き付けられる。マンドレル及び未硬化層を横送
り装置70から取り外した後、湾曲部の外形を決めるジ
グあるいは型に固定する。ジグを熱風対流オーブンに入
れて、140℃で8時間硬化させる。当業者に周知のマ
ンドレル取り外し装置を用い、構造体からシリコーンマ
ンドレルを取り外し、セロファンテープを上述のように
巻取る。得られた構造体の性質は以下の通りであった。
At station 58E, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 40 is wound. The fiber layer impregnated with the mandrel and the uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, CA) are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm. After removing the mandrel and the uncured layer from the traversing device 70, the mandrel and the uncured layer are fixed to a jig or a mold that determines the contour of the curved portion. The jig is placed in a hot air convection oven and cured at 140 ° C. for 8 hours. Using a mandrel removal device well known to those skilled in the art, remove the silicone mandrel from the structure and wind the cellophane tape as described above. The properties of the obtained structure were as follows.

【0089】[0089]

【表25】 [Table 25]

【0090】実施例4 以下に、曲げ負荷及びねじり負荷の組合せに耐えるよう
に設計された複合構造部材の一例を説明する。最終的な
複合構造体の寸法は以下の通りである。
Embodiment 4 Hereinafter, an example of a composite structural member designed to withstand a combination of bending load and torsional load will be described. The dimensions of the final composite structure are as follows.

【0091】[0091]

【表26】 [Table 26]

【0092】本実施例の構造体は、実施例1の構造体と
同じ材料で構成されている。本実施例においても、図8
に示される製造装置と同様のものが用いられているが、
以下のように変更されている。 (1)3基の組み器の代わりに4基の組み器が用いられ
ている。 (2)組み器60及ぴパッケージ62B,62Aを除
く、2基の組み器及びヤーン・パッケージは、56度の
角度まで、軸100を中心に回転可能である。 本実施例の構造体の製造法を、図8を参照に詳述する。
本実施例で用いられるマンドレルは、テフロン陽極処理
されたアルミニウムから作られ、その直径は、一定で、
1.00インチである。マンドレル50は、2フィート
/分の速度で組み上げ装置内を移動する。ステーション
58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒の混合物が、
マンドレル上の、ファイバー成分18が巻き付けられる
場所に、流し込まれる。ファイバー成分18は、7.5
rpmの速度で、反時計回りにマンドレルに巻き付けら
れる。ファイバー巻き付け装置52に16基の分配パッ
ケージを取り付け、装置内を横に移動するマンドレルの
回りに回転させる。
The structure of this embodiment is made of the same material as the structure of the first embodiment. Also in this embodiment, FIG.
The same manufacturing equipment as shown in is used,
It has been changed as follows. (1) Four braids are used instead of three braids. (2) Except for the braid 60 and the packages 62B and 62A, the two braids and yarn packages are rotatable about the axis 100 up to a 56 degree angle. The manufacturing method of the structure of this embodiment will be described in detail with reference to FIG.
The mandrel used in this example is made of Teflon anodized aluminum, whose diameter is constant,
1.00 inches. The mandrel 50 moves through the assembly at a rate of 2 feet / minute. At station 58A, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is
It is poured onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wound. Fiber component 18 is 7.5
At a speed of rpm, the mandrel is wound counterclockwise. Attach 16 dispensing packages to the fiber winding device 52 and rotate them around a mandrel that moves laterally through the device.

【0093】マンドレルが組み器60を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、1.9r
pmの定速に設定されている。同時に、ステーション5
8Bにおいて、液状マトリックス成分が、マンドレル回
りに組み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 60, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is 1.9r
pm. At the same time, station 5
At 8B, the liquid matrix component is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.

【0094】マンドレルが組み器61を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、1.9r
pmの定遠に設定されている。更に、組み器全体・が、
時計回りに、7.5rpmの速度で回転する。同時に、
ステーション58Cにおいて、液状マトリックス成分
が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバーに
流し込まれる。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is 1.9r
pm is set. Furthermore, the whole braid
Rotate clockwise at a speed of 7.5 rpm. at the same time,
At station 58C, the liquid matrix component is poured into the assembling fibers around the mandrel.

【0095】マンドレルが第二組み器61を横切る時
に、以下のファイバー成分が再び巻き付けられる。
(1)マンドレルの回りに対になって等しい間隔で配置
される24本のファイバー24A(2)組み器の回りに
等しい間隔で配置される48本のファイバー32(3)
組み器上で時計回りに回転する、24本のファイバー3
6A(4)組み器上で反時計回りに回転する、24本の
ファイバー36B。ファイバー36A,36Bの回転速
度は、1.9rpmの定遠に設定されている。同時に、
第二ステーション58Cにおいて、液状マトリックス成
分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバー
に流し込まれる。
As the mandrel crosses the second braid 61, the following fiber components are re-wound:
(1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel (2) 48 fibers 32 (3) equally spaced around the braid
24 fibers 3 rotating clockwise on the braid
6A (4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the braid. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set at a constant distance of 1.9 rpm. at the same time,
At a second station 58C, the liquid matrix component is poured into the fibers that are assembled around the mandrel.

【0096】マンドレルが組み器64を横切る時に、以
下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレ
ルの回りに対になって等しい間隔で配置される24本の
ファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配
置される48本のファイバー32(3)組み器上で時計
回りに回転する、24本のファイバー36A(4)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36
B。ファイバー36A,36Bを保持する装置の回転速
度は、1.9rpmの定速に設定されている。更に、組
み器全体が、反時計回りに、7.5rpmの速度で回転
する。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wound: (1) 24 fibers 24A equally spaced in pairs around the mandrel; (2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid; and (3) clockwise on the braid. 24 fibers 36A rotating counterclockwise on the braider (4)
B. The rotation speed of the device holding the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm. Further, the entire braid rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm.

【0097】本実施例の装置で追加されている第二組み
器61は、図8に示されていないが、組み器60と同一
のものである。更に、ステーション58Dにおいて、液
状マトリックス成分が、マンドレル回りに組み上げられ
てゆくファイバーに流し込まれる。その後、ファイバー
成分40を、1.9rpmの速度で、時計回りに、マン
ドレルに巻き付ける。ステーション58Eにおいて、液
状エポキシ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、フ
ァイバー成分40が巻き付けられた場所に、流し込まれ
る。マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸し
たファイバー層は、次に、テープ成形機68を通る。
(カリフォルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デ
ザイン株式会社により販売されている)1/2インチ幅
の2巻のセロファンテープが、30rpmの速度で、マ
ンドレルの回りに巻き付けられる。マンドレル及び未硬
化層を横送り装置70から取り外した後、熱風対流オー
ブン内に鉛直に懸架し、140℃で8時間硬化させる。
マンドレル取り外し装置を用い、構造体からマンドレル
を取り外す。次に、テープを上述の方法で、巻取る。得
られた構造体の性質は以下の通りであった。
The second assembling device 61 added to the apparatus of this embodiment is not shown in FIG. 8, but is the same as the assembling device 60. Further, at station 58D, the liquid matrix component is poured into the fibers that are assembled around the mandrel. Thereafter, the fiber component 40 is wound clockwise around the mandrel at a speed of 1.9 rpm. At station 58E, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 40 is wound. The fiber layer impregnated with the mandrel and the uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68.
Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, CA) are wrapped around a mandrel at a speed of 30 rpm. After removing the mandrel and uncured layer from the traversing device 70, it is suspended vertically in a hot air convection oven and cured at 140 ° C. for 8 hours.
Remove the mandrel from the structure using the mandrel removal device. Next, the tape is wound by the method described above. The properties of the obtained structure were as follows.

【0098】[0098]

【表27】 [Table 27]

【0099】実施例5 本実施例は、曲げ負荷とねじり負荷の組合せに耐えるよ
うに設計された、複合構造部材の一例である。構造体
は、連続的に製造される。本実施例の構造体の製造に
は、以下の材料が用いられた。
Embodiment 5 This embodiment is an example of a composite structural member designed to withstand a combination of bending load and torsional load. The structure is manufactured continuously. The following materials were used for manufacturing the structure of this example.

【0100】[0100]

【表28】 [Table 28]

【0101】[0101]

【表29】 [Table 29]

【0102】[0102]

【表30】 [Table 30]

【0103】[0103]

【表31】 [Table 31]

【0104】[0104]

【表32】 [Table 32]

【0105】[0105]

【表33】 [Table 33]

【0106】本実施例では、複合体がダイ組立装置内を
移動する間に、マトリックスを十分硬化させることがで
きるように、硬化促進剤を触媒として加える。本実施例
で用いられた樹脂は、以下の通りである。 エポキシ樹脂:Der 330 (ダウ・ケミカル社
製) 触媒:AC−DP−1(アンヒドライズ&ケミカルズ社
製) 本実施例で用いられるダイは、工具鋼から作られ、その
内径は、3.1cmである。ダイの内表面は、クロムメ
ッキされ、25RMSに仕上げられている。ダイの長さ
は、75cmであり、製造過程を通して、150℃の温
度に加熱保持されている。本実施例で製造される複合構
造体の寸法は以下の通りである。
In the present embodiment, a curing accelerator is added as a catalyst so that the matrix can be sufficiently cured while the composite moves in the die assembling apparatus. The resins used in this example are as follows. Epoxy resin: Der 330 (manufactured by Dow Chemical Company) Catalyst: AC-DP-1 (manufactured by Anhydrides & Chemicals Company) The die used in this example is made of tool steel and has an inner diameter of 3.1 cm. . The inner surface of the die is chrome plated and finished to 25 RMS. The length of the die is 75 cm and is heated and maintained at a temperature of 150 ° C. throughout the manufacturing process. The dimensions of the composite structure manufactured in this example are as follows.

【0107】[0107]

【表34】 [Table 34]

【0108】本実施例においても、図8に示される製造
装置と同様のものが用いられているが、以下のように変
更されている。 (1)組み器1基が、巻き付けステーション52の前に
配設されている。 (2)ステーション52の後に設置される組み器1基
は、7.5rpmの速度で、時計回りに回転する。その
後に、第3及び第4組み器が設置されている。 (3)組み器#5は、7.5rpmの速度で反時計回り
に回転する。 (4)図8に示されるステーション66と同様のフィラ
メント巻き付けステーションが組み込まれている。 (5)テープ成形機68の代わりに、75cmの長さの
加熱ダイを用いる。 (6)複合体部分を所望の長さに切断するチョップ・ソ
ーが組み込まれている。本発明の複合構造体は、以下の
ように製造される。 本実施例で用いられるマンドレルは、テフロン陽極処理
されたアルミニウムから作られ、その直径は、一定で、
1.00インチである。また、マンドレルは、第一の組
み器前のカンチレバーにより支持されている。複合体材
料は、2フィート/分の速度で加熱ダイ内を移動する。
液状エポキシ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上の、
ファイバー成分24A,32,36A,36Bが巻き付
けられる場所に、流し込まれる。
In the present embodiment, the same apparatus as that shown in FIG. 8 is used, but modified as follows. (1) One braiding device is disposed in front of the winding station 52. (2) One braid installed after the station 52 rotates clockwise at a speed of 7.5 rpm. Thereafter, the third and fourth braiding devices are installed. (3) Braider # 5 rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm. (4) A filament winding station similar to the station 66 shown in FIG. 8 is incorporated. (5) Instead of the tape forming machine 68, a heating die having a length of 75 cm is used. (6) A chop saw for cutting the composite portion into a desired length is incorporated. The composite structure of the present invention is manufactured as follows. The mandrel used in this example is made of Teflon anodized aluminum, whose diameter is constant,
1.00 inches. The mandrel is supported by a cantilever in front of the first braiding device. The composite material moves through the heating die at a rate of 2 feet / minute.
The mixture of the liquid epoxy resin and the catalyst, on the mandrel,
It is poured where the fiber components 24A, 32, 36A, 36B are wound.

【0109】マンドレルが第一の組み器#1を横切る時
に、以下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マ
ンドレルの回りに対になって等しい間隔で配置される2
4本のファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間
隔で配置される48本のファイバー32(3)組み器上
で時計回りに回転する、24本のファイバー36A
(4)組み器上で反時計回りに回転する、24本のファ
イバー36B。ファイバー36A,36Bの回転速度
は、1.9rpmの定速に設定されている。更に、組み
器#1全体が、7.5rpmの速度で、時計回りに回転
する。ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂
と触媒の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分1
8が巻き付けられる場所に、流し込まれる。ファイバー
成分18は、7.5rpmの速度で、反時計回りにマン
ドレルに巻き付けられる。ファイバー巻き付け装置52
に16基の分配パッケージを取り付け、装置内を横に移
動するマンドレルの回りに回転させる。
As the mandrel traverses the first braid # 1, the following fiber components are wound: (1) 2 equally spaced pairs around the mandrel
24 fibers 36A rotating clockwise on the 48 fibers 32 (3) braids equally spaced around the four fibers 24A (2) braid.
(4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the braid. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm. Further, the whole braider # 1 rotates clockwise at a speed of 7.5 rpm. At station 58A, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is mixed with fiber component 1 on a mandrel.
8 is poured where it is wound. The fiber component 18 is wound around the mandrel at a speed of 7.5 rpm in a counterclockwise direction. Fiber winding device 52
Attach 16 dispensing packages and rotate them around a mandrel that moves laterally through the device.

【0110】マンドレルが第二の組み器#2を横切る時
に、以下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マ
ンドレルの回りに対になって等しい間隔で配置される2
4本のファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間
隔で配置される48本のファバー32(3)組み器上で
時計回りに回転する、24本のファイバー36A(4)
組み器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー
36B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、1.
9rpmの定速に設定されている。同時に、液状エボキ
シ樹脂が、組み器によりマンドレル回りに組み上げられ
てゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses the second braid # 2, the following fiber components are wrapped: (1) 2 equally spaced pairs around the mandrel
Twenty-four fibers 36A (4) rotating clockwise on 48 fibers 32 (3) braids equally spaced around the four fibers 24A (2) braid.
Twenty-four fibers 36B rotating counterclockwise on the braid. The rotation speed of the fibers 36A, 36B is 1.
It is set to a constant speed of 9 rpm. At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fibers that are assembled around the mandrel by the braiding device.

【0111】マンドレルが組み器#3及び#4を横切る
時に、以下のファイバー成分が巻き付けられる。(1)
マンドレルの回りに対になって等しい間隔で配置される
24本のファイバー24A(2)組み器の回りに等しい
間隔で配置される48本のファイバー32(3)組み器
上で時計回りに回転する、24本のファイバー36A
(4)組み器上で反時計回りに回転する、24本のファ
イバー36B。ファイバー36A,36Bの回転速度
は、1.9rpmの定速に設定されている。同時に、液
状エポキシ樹脂が、組み器#3、#4によりマンドレル
回りに組み上げられてゆくファイバーに流し込まれる。
As the mandrel traverses braids # 3 and # 4, the following fiber components are wound: (1)
Twenty-four fibers 24A (2) equally spaced around the mandrel in pairs and 48 fibers 32 (3) equally spaced around the braid, rotating clockwise on the braid. , 24 fibers 36A
(4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the braid. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm. At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fibers assembled around the mandrel by the assemblers # 3 and # 4.

【0112】マンドレルが組み器#5を横切る時に、以
下のファイバー成分が再び巻き付けられる。(1)マン
ドレルの回りに対になって等しい間隔で配置される24
本のファイバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔
で配置される48本のファイバー32(3)組み器上で
時計回りに回転する、24本のファイバー36A(4)
組み器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー
36B。ファイバー36A,36Bの回転速度は、1.
9rpmの定遠に設定されている。更に、組み器#5全
体が、7.5rpmの速度で、反時計回りに回転する。
同時に、液状エポキシ樹脂が、第5の組み器#5により
マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバーに流し
込まれる。その後、ファイバー成分40を、7.5rp
mの速度で、時計回りに、マンドレルに巻き付ける。ス
テーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒の
混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
As the mandrel crosses braider # 5, the following fiber components are re-wound: (1) 24 pairs equally spaced around the mandrel
24 fibers 36A (4) rotating clockwise on 48 fibers 32 (3) braids equally spaced around fibre 24A (2) braid
Twenty-four fibers 36B rotating counterclockwise on the braid. The rotation speed of the fibers 36A, 36B is 1.
It is set to a fixed distance of 9 rpm. Further, the whole braider # 5 rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm.
At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fiber assembled around the mandrel by the fifth assembler # 5. Then, the fiber component 40 was changed to 7.5 rp.
Wind clockwise around the mandrel at a speed of m. At station 58E, the mixture of liquid epoxy resin and catalyst is poured onto the mandrel where the fiber component 40 is wound.

【0113】マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂
が含浸したファイバー層は、次に、当業者に周知のスチ
ール製ダイ内を通る。ダイには、3.2cm直径の孔が
開けられており、150℃に加熱される。層状複合体が
ダイ内を移動する間に十分硬化させる。構造体が十分に
一体化したことを確認した後、当業者に周知のカットオ
フ・ソーで所望の長さに切断する。更に、マトリックス
材料に十分な触媒効果を与えるように、加熱オーブン内
に入れて、150℃で2時間加熱する。得られた構造体
の性質は以下の通りであった。
The fiber layer impregnated with the mandrel and the uncured liquid epoxy resin then passes through a steel die well known to those skilled in the art. The die has a 3.2 cm diameter hole and is heated to 150 ° C. The layered composite is sufficiently cured while moving through the die. After confirming that the structure has been sufficiently integrated, it is cut to a desired length with a cut-off saw well known to those skilled in the art. Further, it is placed in a heating oven and heated at 150 ° C. for 2 hours so as to give a sufficient catalytic effect to the matrix material. The properties of the obtained structure were as follows.

【0114】[0114]

【表35】 [Table 35]

【0115】以上の説明から明らかなように、本発明の
構成により、(明確に記載されているものも、発明の詳
細な説明から読み取れるものも含めて)上述の目的が、
達成される。また、本発明の要旨から逸脱することな
く、上記の製造工程及び複合構造体の構成を様々に変更
できることはもちろんであり、上記の実施例及び付属の
図面は、何ら本発明を限定するものではなく、本発明を
具体的に説明するものに過ぎない。以下の特許請求の範
囲は、本発明の一般的な並びに所定の特徴を記載するも
のであり、本発明の要旨をそこから読み取ることができ
よう。
As is clear from the above description, the above-mentioned object (including those that are clearly described and those that can be read from the detailed description of the invention) is achieved by the structure of the present invention.
Achieved. Further, it is a matter of course that the above-described manufacturing process and the configuration of the composite structure can be variously changed without departing from the gist of the present invention, and the above-described embodiments and the accompanying drawings do not limit the present invention in any way. Rather, they are merely illustrative of the present invention. The following claims describe the general as well as certain features of the present invention, from which the gist of the present invention may be read.

【0116】[0116]

【発明の効果】本発明によれば、大きな強度、特に大き
な曲げ強さ、を与える層状配列を有する複合構造体を提
供することができる。また、本発明によれば、大きな強
度を持ち、且つ、軽量の、細長い複合構造部材を提供す
ることができる。更に、本発明によれば、そのような複
合構造部材を製造するための、簡便で効率のよい方法を
提供することができる。
According to the present invention, it is possible to provide a composite structure having a layered arrangement giving a large strength, particularly a large bending strength. Further, according to the present invention, it is possible to provide an elongated composite structure member having high strength and light weight. Further, according to the present invention, a simple and efficient method for manufacturing such a composite structural member can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】着脱可能なマンドレルを用いて製造される、本
発明に従う複合部材の、部分破断側面図である。
FIG. 1 is a partially broken side view of a composite member according to the present invention manufactured using a removable mandrel.

【図2】本発明の複合部材の形成過程で、前記複合体の
最内層を示す、断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an innermost layer of the composite in the process of forming the composite member of the present invention.

【図3】本発明の複合部材の形成過程で、最内層並びに
中間層の一部を構成する軸方向の第一ファイバーを示
す、断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an axial first fiber constituting a part of the innermost layer and the intermediate layer in the process of forming the composite member of the present invention.

【図4】本発明の複合部材の形成過程で、最内層並びに
中問層を示す、断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an innermost layer and a middle layer in the process of forming the composite member of the present invention.

【図5】内層、中間層及び外層から成る、本発明の複合
部材の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the composite member of the present invention comprising an inner layer, an intermediate layer, and an outer layer.

【図6】図4の中間層の部分詳細断面図である。FIG. 6 is a partial detailed sectional view of the intermediate layer of FIG. 4;

【図7】本発明の複合部材から製造される、帆船マスト
の概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of a sailboat mast manufactured from the composite member of the present invention.

【図8】本発明に従う複合構造部材の製造方法を示す概
略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing a method for manufacturing a composite structural member according to the present invention.

【図9】様々な複合構造に関して、複合部材の長さと最
大曲げひずみとの関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between composite member length and maximum bending strain for various composite structures.

【図10】軸方向のブレードフィラメントのうち一本を
示す、図6の複合部材断面を90゜回転させた断面図で
ある。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing one of the axial braided filaments obtained by rotating the cross-section of the composite member of FIG. 6 by 90 °.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10・・複合部材、14・・マトリックス、16・・内
層、18・・ファイバー成分、20・・軸、22・・中
間層、24・・ファイバー成分、26・・組、28・・
空隙、30・・ファイバー成分、32・・ファイバー、
34・・組、36・・ファイバー成分、38・・外層、
40・・ファイバー成分、41・・熱可塑性テープ、4
2・・スパー、43・・ファイバー、44・・管状ポス
ト、46・・ブーム部、49・・複合体組立装置、50
・・マンドレル(型)、52・・ステーション、54・
・ファイバー・パッケージ、56・・横断方向、58A
〜E・・樹脂塗布装置(ステーション)、60〜64,
66・・ステーション、68・・テープ巻き付け装置、
70・・横送り装置、100・・軸。
10. composite member, 14 matrix, 16 inner layer, 18 fiber component, 20 shaft, 22 intermediate layer, 24 fiber component, 26 set, 28
Air gap, 30 fiber component, 32 fiber
34 pairs, 36 fibers components, 38 outer layers,
40 fiber component, 41 thermoplastic tape, 4
2. Spar, 43. Fiber, 44. Tubular post, 46. Boom part, 49 .. Composite assembly device, 50
..Mandrels (models), 52. Stations, 54.
· Fiber package, 56 · · transverse direction, 58A
~ E ... Resin coating device (station), 60 ~ 64,
66 station, 68 tape winding device,
70 .. transverse feeder, 100 .. axis.

Claims (21)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の層から成る複合構造部材で、各層
がポリマー・マトリックス内に配置されたファイバー成
分を含み、前記複合部材が、 A.周方向に伸張するファイバーを含む、少なくとも一
層の内層と、 B.周方向に伸張するファイバーを含む、少なくとも一
層の外層と、 C.i)各組間に周方向の空隙を形成するように、周方
向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方向
に伸張する第一のファイバーと、 ii)前記周方向の空隙に配設され、周方向に間隔を置
いて複数本ずつ組み合わせられた、軸方向に伸張する第
二のファイバーで、螺旋方向のファイバーと混交される
第二のファイバーと、 を含む少なくとも一層の中間層と、を備え、前記内層、
外層及び中間層が、部材の全長さに亘って所定の壁厚さ
を持つように、固く細長い複合構造部材を形成する、こ
とを特徴とする複合構造部材。
1. A composite structural member comprising a plurality of layers, each layer including a fiber component disposed within a polymer matrix, said composite member comprising: B. at least one inner layer comprising circumferentially extending fibers; B. at least one outer layer comprising circumferentially extending fibers; i) a first fiber extending in the axial direction, which is combined with a plurality of fibers at intervals in the circumferential direction so as to form a circumferential gap between each pair; and ii) disposed in the circumferential gap. At least one intermediate layer comprising: a second fiber that is provided, and is combined with each other at a plurality of circumferentially spaced intervals, and is axially elongated, and is intermingled with a helical fiber. The inner layer,
A composite structural member, wherein the outer layer and the intermediate layer form a rigid and elongated composite structural member such that the outer layer and the intermediate layer have a predetermined wall thickness over the entire length of the member.
【請求項2】 前記内層及び外層各々の複合体総弾性係
数に対する寄与率が25%未満である、ことを特徴とす
る請求項1記載の複合構造部材。
2. The composite structural member according to claim 1, wherein a contribution rate of each of the inner layer and the outer layer to the total elastic modulus of the composite is less than 25%.
【請求項3】 前記中間層を三層含むことを特徴とす
る、請求項2記載の複合構造部材。
3. The composite structural member according to claim 2, wherein the intermediate layer includes three layers.
【請求項4】 前記周方向に伸張するファイバーの直径
が、0.007インチから0.040インチである、こ
とを特徴とする請求項1記載の複合構造部材。
4. The composite structural member of claim 1, wherein the diameter of the circumferentially extending fiber is between 0.007 inches and 0.040 inches.
【請求項5】 前記軸方向に伸張するファイバーの直径
が、0.007インチから0.040インチである、こ
とを特徴とする請求項4記載の複合構造部材。
5. The composite structural member of claim 4, wherein the diameter of the axially extending fiber is between 0.007 inches and 0.040 inches.
【請求項6】 前記螺旋方向のファイバーの直径が、前
記軸方向に伸張するファイバーの直径の25%未満であ
る、ことを特徴とする請求項1記載の複合構造部材。
6. The composite structural member of claim 1, wherein the diameter of the helical fiber is less than 25% of the diameter of the axially extending fiber.
【請求項7】 前記周方向に伸張するファイバーが、
1,000万psi以上の係数を持つ、アラミドファイ
バー、カーボンファイバー、グラファイトファイバー、
及び、グラスファイバーから選択される、ことを特徴と
する請求項1記載の複合構造部材。
7. The fiber extending in the circumferential direction,
Aramid fiber, carbon fiber, graphite fiber with a coefficient of more than 10 million psi,
The composite structural member according to claim 1, wherein the composite structural member is selected from the group consisting of glass fiber.
【請求項8】 前記軸方向に伸張するファイバーが、
1,200万psi以上の係数を持つ、カーボンファイ
バー、グラファイトファイバー、グラスファイバー、セ
ラミックファイバー、ボロンファイバー、及び、アラミ
ドファイバーから選択される、ことを特徴とする請求項
1記載の複合構造部材。
8. The fiber extending in the axial direction,
The composite structural member according to claim 1, wherein the composite structural member is selected from carbon fiber, graphite fiber, glass fiber, ceramic fiber, boron fiber, and aramid fiber having a coefficient of 12 million psi or more.
【請求項9】 前記螺旋方向のファイバーが、1,00
0万psi以上の係数を持つ、アラミドファイバー、カ
ーボンファイバー、グラスファイバー、及び、グラファ
イトファイバーから選択される、ことを特徴とする請求
項1記載の複合構造部材。
9. The helical fiber according to claim 1, wherein
The composite structural member according to claim 1, wherein the composite structural member is selected from an aramid fiber, a carbon fiber, a glass fiber, and a graphite fiber having a coefficient of 100,000 psi or more.
【請求項10】 前記周方向に伸張するファイバーが、
部材の長手方向の軸に対して、±30゜ないし±90゜
の角度に配置される、ことを特徴とする請求項1記載の
複合構造部材。
10. The fiber extending in the circumferential direction,
The composite structural member according to claim 1, wherein the composite structural member is disposed at an angle of ± 30 ° to ± 90 ° with respect to the longitudinal axis of the member.
【請求項11】 前記軸方向に伸張するファイバーが、
部材の長手方向の軸に対して、約0゜の角度に配置され
る、ことを特徴とする請求項10記載の複合構造部材。
11. The fiber extending in the axial direction,
The composite structural member according to claim 10, wherein the composite structural member is disposed at an angle of about 0 ° with respect to the longitudinal axis of the member.
【請求項12】 前記螺旋方向のファイバーが、複合部
材の長手方向の軸に対して±15゜ないし±60゜の角
度で配置される、ことを特徴とする請求項11記載の複
合構造部材。
12. The composite structural member according to claim 11, wherein the helical fibers are arranged at an angle of ± 15 ° to ± 60 ° with respect to a longitudinal axis of the composite member.
【請求項13】 前記ポリマー・マトリックスが、エポ
キシ、ポリエステル、及び、ビニルエステルから選択さ
れた材料から成る、ことを特徴とする請求項1記載の複
合構造部材。
13. The composite structural member according to claim 1, wherein said polymer matrix comprises a material selected from epoxy, polyester, and vinyl ester.
【請求項14】 前記ポリマー・マトリックスが、ポリ
フェニレンサルファイト、ポリスルフォン、ポリエチレ
ンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリカーボネー
ト、アセタール、ナイロン、及び、ポリエーテルエーテ
ルケトンから選択された材料から成る、ことを特徴とす
る請求項1記載の複合構造部材。
14. The polymer matrix according to claim 1, wherein the polymer matrix comprises a material selected from the group consisting of polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethylene terephthalate, polypropylene, polycarbonate, acetal, nylon, and polyetheretherketone. 2. The composite structural member according to 1.
【請求項15】 ポリマー・マトリックス樹脂とファイ
バーとの容積比が50%以下である、ことを特徴とする
請求項14記載の複合構造部材。
15. The composite structural member according to claim 14, wherein a volume ratio between the polymer matrix resin and the fiber is 50% or less.
【請求項16】 最大積層ひずみ0.25%以上の曲げ
強さを持つ、ことを特徴とする請求項1記載の複合構造
部材。
16. The composite structural member according to claim 1, wherein the composite structural member has a bending strength of not less than 0.25% of maximum lamination strain.
【請求項17】 請求項1記載の複合構造部材から形成
される、航海帆船マスト。
17. A sailing mast formed from the composite structural member of claim 1.
【請求項18】 請求項1記載の複合構造部材から形成
される、ホイップアンテナケース。
18. A whip antenna case formed from the composite structural member according to claim 1.
【請求項19】 複合構造部材の製造方法で、 A.細長いマンドレルの周上を、周方向に伸張するファ
イバーと液状のポリマー樹脂とで覆い、第一層を形成
し、 B.前記第一層の上に、軸方向に伸張する複数の第一フ
ァイバーと液状のポリマー樹脂とを載せ、中間層の第一
部分を形成し、 C.前記第一部分の上に、螺旋方向のファイバーと混交
し、軸方向に伸張する複数の第二ファイバーと液状ポリ
マー樹脂とを載せ、中間層の第二部分を形成し、 D.前記中間層の上に、周方向に伸張するファイバーと
液状のポリマー樹脂とを載せ、外層を形成し、 E.前記外層を成形ラップで覆い、 F.高温で部材を硬化させる、 ことを特徴とする製造方法。
19. A method for manufacturing a composite structural member, comprising: B. Cover the circumference of the elongated mandrel with circumferentially extending fiber and liquid polymer resin to form a first layer; B. placing a plurality of first fibers extending in the axial direction and a liquid polymer resin on the first layer to form a first portion of the intermediate layer; A. placing on said first portion a plurality of second fibers intermingled with helical fibers and extending axially and a liquid polymer resin to form a second portion of the intermediate layer; B. An outer layer is formed by placing fibers extending in the circumferential direction and a liquid polymer resin on the intermediate layer; Covering said outer layer with molding wrap; F. A method of curing a member at a high temperature.
【請求項20】 更に、 A.前記硬化終了後、部材から成形ラップを取り除き、 B.前記硬化終了後、部材からマンドレルを取り外す、 ことを特徴とする請求項19の製造方法。20. Further, A. After the curing is completed, the molding wrap is removed from the member; 20. The method according to claim 19, wherein the mandrel is removed from the member after the completion of the curing. 【請求項21】 前記中間層を三層順に形成する、こと
を特徴とする請求項19の製造方法。
21. The method according to claim 19, wherein the intermediate layer is formed in three layers.
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JP2009264381A (en) * 2008-04-25 2009-11-12 General Electric Co <Ge> Composite wind turbine tower and method for fabricating same
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