JP2002037902A - 展開可能な構造部品とその製造方法 - Google Patents

展開可能な構造部品とその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 繊維複合材料から製造された展開可能な構造
部品とその製造方法と使用方法を提供する。 【解決手段】 樹脂含浸織物２、４で形成した少なくと
も１層と、巻繊したスレッド、ヤーン、ロービング又は
リボンで形成した少なくとも１層とを含み、該スレッド
等の巻繊時に一定の糸張力を作用させ、かつ外層は必ず
巻繊されたスレッド等で形成される展開可能な構造部品
１とその製造方法に関する。織物プリプレグ層の貼着と
スレッド等で形成した巻繊層との組合せによって展開可
能な構造部品を得る。この部品は、樹脂マトリックスの
硬化処理後又は硬化及び炭化処理後又は硬化、炭化及び
黒鉛化処理後、特に高い強度及び際立って優れた機械的
性質や耐薬品性を示す。この部品は、ステーパイプ又は
支持ローラ、保護管、加熱管、断熱シリンダ又はホット
プレスダイとして使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、繊維複合材料から
製造された展開可能な構造部品とその製造方法及び使用
方法に関するものである。
【０００２】本発明において、「展開可能な構造部品」
とは、そのボディを幾何学的変換によって一平面内に展
開することができ、従って展開図として図解することが
できる３次元の構造部品を意味する。このような構造部
品としては、例えば、円形、楕円形、又は例えば矩形又
は正方形のような角形の断面を有しかつ中空である管体
又は円筒がある。
【０００３】
【従来の技術】繊維複合材料から管状構造部品を製造す
る技術は基本的に周知である。このような構造部品は、
例えば樹脂、好ましくは合成樹脂を含浸させた複数のプ
リプレグと呼ばれる織物層を互いに重ねて積層すること
により製造される。構造欠陥のない展開可能な繊維複合
材料の製造は困難が伴い、複雑な多段方法に基づいて行
われる。隙間やしわがない製品を得るには、一般に約２
〜４つの織物層が積層され、又は互いに重ねて巻繊され
る。その後、このようにして得たボディを、含有樹脂を
硬化させるべく処理しなければならない。更に製造工程
を続ける前に、硬化したボディの表面は、その上の凹凸
を除去して更にプリプレグ層を重ね、又は巻くことがで
きるように全体的平滑にならさねばならない。このよう
な中間硬化は成形、圧縮及び当業者には周知の真空バッ
グ法によって行われること非常に多く、これには特別な
装置が必要である。この場合、真空バッグ法に使用され
るオートクレーブは、所望の硬化条件に合わせて更に調
節されることになる。時間もかかるこのような中間硬化
の後、以後の織物層が更にボディ表面に被着される。製
造しようとする部品の所望の肉厚が得られる迄このプロ
セスシーケンスが続けられる。高品質の繊維複合材部品
を製造する場合は、このような巻繊工程を最大３回、更
にはそれ以上中間硬化共々行わねばならない。従って、
この方法は非常に多くの時間を要しかつコスト集約的で
ある。その結果、コスト上の理由から、このような方法
で製造される構造部品は、他の材料で製造された構造部
品が性能、効果の点で非常に不利であるか、機能しない
場合にしか使用されない。
【０００４】管状体の軸方向に一致する織物の縦糸方向
に延びる強化繊維と、織物の横糸方向に延びると共に該
強化繊維と織り込まれる熱可塑性樹脂繊維とで構成され
た織物から製造される管状構造部品は米国特許第５６３
８８７０号明細書で公知である。この明細書より公知な
構造部品の構造の一例は、同方向に揃った繊維よりなる
中間層を間に設けた第１と第２の織物層からなる。この
同方向に揃った繊維層は、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維
を有する繊維束から製造される。かくして製造された複
合材料は心型（マンドレル）に貼着され、続いて圧力と
熱とを加えて成形され、その際複合材料の周りに外部成
形用の金型が外側からあてがわれる。
【０００５】この方法の欠点は、一方では方法が複雑で
あり、もう一方では外部成形用具を使用しなければなら
ないことである。
【０００６】管状構造部品を製造するための巻繊技術も
周知である。米国特許第５０４７１０４号明細書は、液
状樹脂を含浸させた後、有機材料製の無含浸繊維又はモ
ノフィラメントで被覆した繊維状材料で製造した中実又
は中空の異形材を開示する。それら有機材料は、使用す
る反応性樹脂がゲル相に達する前は収縮力が活性を保つ
ようなものが選択される。前者の繊維材料の巻繊による
被覆は、巻繊に使う繊維の量が約１２％で足りる。貼着
された有機繊維は、後の硬化工程で収縮し、樹脂中に入
り込む。この手順にて構造部品に正確に円形の断面を作
り出せ、外部成形用具は不要である。この種構造部品
は、コンクリートを強化するためのケーブルやワイヤと
して特に適する。また、この構造部品は高度の耐候性を
示す。
【０００７】欧州特許出願公開第０４４３４７０号明細
書は、管状部及び少なくとも１つの平面フランジを持つ
繊維複合材料製の構造部品を開示する。その技術では、
マンドレルに心型の軸に対しある角度で交わる繊維スト
ランドの巻繊を施す。続いて管状部の端部を拡大要素に
より円錐形に広げる。巻繊を各場合にかかる拡大要素に
よって管状部の両側に施し、巻繊の管状部に外部から成
形用具をあてがう。
【０００８】ドイツ特許出願公開第４０２１５４７号明
細書は、繊維を殆ど気孔が生じないように支持要素に巻
くようにした繊維複合材部品の製造方法を開示する。こ
のため、単繊維を中空間隙が生じないようマトリックス
材で取り囲んだ繊維リボンが使用される。被覆された隙
間のない単繊維にマトリックス材を巻き付けることもで
きる。次の熱間アイソスタティックプレス成形中に液相
を形成することで、マトリックス材、繊維及び支持要素
を互いに結合する。ほぼ矩形の断面を持つ繊維リボンを
使用することで、マトリックス材料中への繊維リボン層
の埋込みが達成され、その結果構造部品を使用する際の
繊維ずれが回避される。更に、繊維リボンの矩形断面の
ため、中間間隙のない被覆が可能となる。
【０００９】英国特許出願公開第２１２７７７１号明細
書には、例えばマンドレルに巻かれた炭素繊維からなり
縦方向にそろった織物セグメントで形成された第１層
と、横方向に巻かれた連続繊維の第２層とで構成された
異形巻繊要素の製造技術が開示されている。この巻繊要
素は、次に熱可塑性材料又は熱硬化性材料で含浸され、
樹脂の硬化が行われる。その後、必要なら炭化処理が行
われる。同特許の第２の態様によれば、織物層は、特に
巻繊要素又は心型の後における形に一致するよう巻繊の
所望の強度が達成される迄心型に巻きつけられる。従っ
て、心型は、その周りに巻かれた多数の縦糸と、これと
直交する多数の横糸を含む織物でほぼ全体的に覆われ
る。続いて、第１の態様の場合と同様、樹脂含浸が行わ
れる。その後、樹脂硬化及び必要なら他の処理工程が行
われる。
【００１０】上記英国特許における２つの態様の特徴
は、巻繊層を乾燥状態で貼着し、後の処理工程で樹脂含
浸することである。このため、この明細書は、スリップ
を防ぐために織物又は織物セグメントを固定する乾燥構
造を開示している。
【００１１】米国特許第４５５５１１３号明細書は、マ
ンドレルに樹脂層を塗工し、その上に織物を貼着する例
えばゴルフクラブ用のシャフトの製造技術を開示する。
この成形ボディ上に異なる種類の炭素繊維リボンが互い
に反対の巻繊方向で螺旋状に巻かれ、この巻繊技術の結
果として繊維同士の交点が多数得られる。続いて、巻繊
要素の表面をセロハンのリボンで被覆し、樹脂を硬化さ
せる。その後、該リボン及び内部成形マンドレルを取除
すると所望のシャフトが得られる。
【００１２】上記の幾つかの方法は、処理シーケンスが
多くの工程よりなり、これら工程が時間を要するのみな
らずコストがかかるという欠点がある。従来の製造方法
の多くにあっては、特に巻繊要素の壁の構造形成を、欠
陥や疵が生じないよう複数の工程で行わねばならない。
換言すれば、比較的少数の巻繊層を貼着した後、巻繊要
素を巻繊機から取り外して樹脂含浸し、次いで樹脂を硬
化させ、又は巻繊要素が既に樹脂含浸済みの場合は樹脂
だけを硬化させねばならない。
【００１３】巻繊要素の表面上の凹凸を除去し、次の巻
繊層の良好な接着を確保するには、この場合、巻繊要素
の表面を滑らかにすれば足りる。しかし、その後、この
ように処理した巻繊要素を再び巻繊機に固定せねばなら
ず、その後更に巻繊を続けることになる。多くの場合、
仕上がり形の巻繊要素を得るにはこの方法を何回も繰り
返さねばならない。もう一つの問題は巻繊要素の後圧縮
である。これは樹脂を含有する巻繊要素が更に何回も圧
縮されることを意味する。この場合、周知の真空バッグ
技術が用いられ、その一態様では、真空バッグにある構
造部品の真空引き後に約１バールの外気圧が圧縮方向に
作用する。真空バッグをオートクレーブ中に入れるもう
一つの従来技術では、真空引きの後更に圧力媒体を付加
し、それで圧縮圧力をある範囲内で任意に増加させてい
る。しかし圧縮の結果、複合材料要素の層にしばしばし
わと離層が生じる。その結果、不可避的に欠陥が生じ、
それら欠陥が特に複合材料要素の機械的・電気的特性を
阻害する。再現可能な特性を備えた高品質複合材料要素
の製造は、このように、必要以上に多額の費用をかけね
ば不可能である。例えば従来法で製造した電気式発熱体
では、相互に電気抵抗が不揃いであったり、同一発熱体
内で不均等であったりで、しばしば実用価値が減殺され
る。従って、従来方法で製造した耐力構造部材は、より
大きな安全補正値をもって製造せざるを得ず、このこと
もコストの増加につながる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、繊
維複合材料製の展開可能な構造部品を製造するための技
術的に簡単で安価な方法であって、展開可能な構造部品
が、巻繊材料の各部のしわ又はずれに伴なう欠陥が更に
少なく、より均質で改善された機械的・電気的特性を示
し、かつ機械的処理中に改善された挙動を呈する方法を
提供することを課題とする。更に、本発明は、顕著な機
械的、化学的、電気的性質を備えた安定で展開可能な構
造部品を提供すると共に、それらの展開可能な構造部品
の好適な用途を開示せんとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】これら技術的課題の解決
のため、本発明は、成形用仮マンドレルに樹脂含浸織物
又はプリプレグの層を少なくとも１層貼着し、その後、
各々樹脂含浸又は無樹脂の巻繊スレッド、ヤーン、ロー
ビング又はリボンで形成される層を少なくとも１層貼着
し、該巻繊スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで
形成される各層の巻繊時に少なくとも一定の糸張力を与
える繊維複合材料製の展開可能な構造部品を製造するた
めの方法で、該スレッド、ヤーン、ロービング又はリボ
ンで形成される構造部品の外プライ及び巻繊方法後に得
られる構造部品を硬化させるか又は硬化及び炭化させる
か、又は硬化、炭化及び黒鉛化させる方法を開示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】本発明で使用する用語の定義は下
記のとおりである。
【００１７】ヤーンは、連続繊維又はステープルファイ
バを撚るか紡ぐことで製造される。本発明の方法におい
て使用する場合、ヤーンは、少なくとも１０Ｎの糸張力
で巻繊することが可能な引張強度を有するものでなけれ
ばならない。
【００１８】ロービングは、互いに撚り合わされること
なく平行に配置された連続フィラメント又は単繊維によ
り形成された織物ストランドである。
【００１９】リボンは、互いに近接しかつ平行に配置さ
れたロービング、ヤーン又はスレッドからなり、それら
ロービング、ヤーン又はスレッドはリボンの縦方向に対
し横方向に延びる補助糸によって互いに結合されてはお
らず、またそれぞれの位置が固定されてもいない。
【００２０】本発明は、少なくとも２つの特定の材料を
使用するそれ自体は周知の積層方法と巻繊方法との組合
せで、ある条件に従い実行する方法を開示する。この場
合本発明では、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボ
ンの全ての層の巻繊を、その下層又は上層の樹脂含浸織
物或いはプリプレグで形成された層を押圧し、圧縮しか
つそれぞれの位置に固定するのに十分大きいように選択
した少なくとも一定の糸張力を使用して行うことが必須
である。スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで形
成される層は、好ましくはそれらの各層が、その前に巻
繊されたスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層
の巻繊時の糸張力より大きな糸張力で巻かれるように巻
繊する。本発明のもう一つの特徴は、最外側の巻繊プラ
イが常にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層
からなることである。この手順の結果、構造部品の長さ
及び断面の全体にわたり一様な最適圧縮を達成できる。
従って、本発明の方法によれば、均質で疵のない構造を
持ち、軸方向にも半径方向にも機械・電気特性の一様な
分布をより高レベルで達成可能な構造部品が製造でき
る。結果的に巻繊方法をかなりの時間中断することにな
る巻繊層の貼着間の個別の後圧縮及び硬化工程はもはや
不要となる。本発明の方法ではまた、比較的多くの時間
を要し、費用がかかる真空バッグ法の後処理も不要にな
る。従って本発明の方法は、従来技術に比べて著しく費
用対効果が高く、より経済的であり、また品質が著しく
改善された構造部品が得られる。特に、周知の方法（織
物プリプレグだけからなる管体又はロービング巻繊だけ
からなる管体の製造）の欠点をなくすと共に、それらの
利点を利用することができる。
【００２１】本発明の展開可能な構造部品は、多くの領
域で利用できる。本発明の構造部品は、好ましくは炭化
又は黒鉛化された状態で、例えば半導体材料を製造する
際に用いる保護管、加熱管、高温ガス管、断熱材又はノ
ズルとして使用され、またステーチューブ、支持異形材
又はホットプレスダイとしても使用される。本発明の構
造部品は、例えば鋸引き、旋削、フライス削り又は穴あ
け等により容易にかつ正確に機械加工できるので、ダク
ト、点検孔、フランジ結合ポイント又は他の仕組みが設
けられ、又はこれらから例えば蛇行状の発熱体も製造で
きる。このような本発明の構造部品は、破損することな
く釘打ちが可能である。本発明の構造部品は高度の耐薬
品性を示す故、構造部品としての適合性、特に化学工業
における任意の用途での管体としての適合性も強調して
おく。更に、本発明の構造部品は高い耐衝撃性及び高い
耐圧性を示す。黒鉛化した管状構造部品の場合、耐圧が
約４００Ｎ／ｍｍ2以上の領域にあり、周知の巻繊方法
で製造された管体よりも３〜４倍高い。このような耐圧
性及び密度の高さは、特にスレッド、ヤーン、ロービン
グ又はリボンを使用すると共に後圧縮を行うことで可能
となる。硬化させただけで炭化又は黒鉛化されていない
構造部品は、形状が円筒形であれば、紙、フィルム、織
物又は印刷物のような原料ウェブの製造又は処理用の運
搬ローラ、支持ローラ、案内ローラ、接触圧又は塗工ロ
ーラとして使用可能である。
【００２２】従って、展開可能な構造部品を製造する本
発明の方法には非常に多くの可能性が存在し、またその
ような構造部品は要求に合わせて特有の態様で製造する
ことができる。この場合基本的な影響要因は、第一には
巻繊方法における各層の順序、構造及び質であり、第二
には使用する織物、プリプレグ、繊維及びフィラメント
材料の選択、第三には使用する樹脂又は炭素基材の選
択、第四にはスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン
の層の巻繊時における糸張力の選択、第五には巻繊・硬
化した構造部品を得た後の後処理、即ち構造部品を更に
炭化すべきか、炭化及び黒鉛化すべきかどうか、そして
最後に構造部品を炭化又は黒鉛化後に更に後圧縮すべき
かどうか、即ち１回以上の含浸工程によって構造部品の
気孔系に含浸剤を充填するか否か、そしてその後構造部
品を再度炭化又は黒鉛化するべきか否かということであ
る。上記の影響要因を変えることで、全て本発明の範囲
内に包括される形の製造態様を多数達成できる。
【００２３】巻繊層に関しては、織物層又はプリプレグ
層の上にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層
を形成できる。その後、更に織物又はプリプレグの層と
スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層を続けて
（ただし交互に）形成でき、巻繊層の形成方法としては
この方法が好ましい。もう一つの態様では、まず例えば
仮マンドレル又は心型に織物又はプリプレグの層を２層
以上巻き、その後これら織物又はプリプレグで形成され
た少なくとも２つの層の上にスレッド、ヤーン、ロービ
ング又はリボンの層が巻かれる。この場合、２層以上の
織物又はプリプレグ層とのスレッド、ヤーン、ロービン
グ又はリボンの１層よりなるこの構造を半径方向に１回
もしくは数回繰り返してもよい。別の態様では、これら
の層の順序は前の例のように一定ではなく、自由に選択
できる。従って、例えばまずプリプレグ層を２層形成
し、次にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層
を形成した後織物又はプリプレグの層を３層形成し、次
いでスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層をも
う１層形成し、最後に織物又はプリプレグの層を形成
し、次に最後のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボ
ンの外層を形成してもよい。以下に更に詳しく説明する
如く、巻繊層間に適切な不織布又は箔の層又はこれらの
両方の層を巻繊して挿入してもよい。巻繊に使用する織
物は樹脂を含まなくてもよい。しかしながら、織物に未
硬化樹脂を含浸させ、従ってプリプレグの特性を与える
のが好ましい。本発明との関連で、スレッド、ヤーン、
ロービング又はリボンの巻繊層と言う場合、それは、好
ましくは、ある特定の角度で互いに交わるように貼着形
成されるスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの２
巻繊層を意味する。しかしこのような巻繊層は、スレッ
ド、ヤーン、ロービング又はリボンの１層のみからなっ
ていてもよい。使用するスレッド、ヤーン、ロービング
又はリボンは未硬化の樹脂で含浸又は被覆でき、又はそ
れらは樹脂塗工なしで使用してもよい。一実施態様によ
れば、展開可能な構造部品は交互に配置された織物のプ
リプレグ層とロービング又はリボンの層から製造され、
その場合個々のロービング層又はリボン層は内層から外
層に向かって引張応力又は糸張力を漸次強くしながら巻
繊される。その結果、ケーブルウィンチに似た形で、下
側にある層の圧縮効果が強められる。
【００２４】例えば平織、綾織又はサテンのような様々
な織りの織物が使用できる。綾織と平織が好ましい。織
物は、構造部品が硬化状態でのみ使用される限り、従来
型の任意の繊維で構成できる。しかし本発明で使用する
織物は、例えばモリブデン等の金属繊維又はフィラメン
トで形成してもよい。構造部品を炭化するか又は炭化・
黒鉛化する場合、織物はセルロース、ポリアクリロニト
リル、モリブデン或いは好ましくは炭素又は黒鉛繊維よ
りなる。重い荷重を支えられる構造部品が得られる特に
好ましい実施態様によれば、織物は、黒鉛化炭素繊維、
特に高弾性黒鉛繊維製のロービングよりなる。
【００２５】本発明において、炭素繊維は１，８００℃
以下の温度、好ましくは１，０００〜１，４００℃の温
度に加熱された炭素からなる繊維である。黒鉛繊維は、
少なくとも１，８００℃、好ましくは２，２００〜２，
７００℃の温度に加熱された炭素からなる繊維である。
炭化を行うには、構造部品を非酸化性雰囲気中で８００
〜１，６００℃、好ましくは９００〜１，４００℃の温
度に加熱する。黒鉛化のためには、構造部品を非酸化性
条件下で１，８００〜３，０００℃、好ましくは２，０
００〜２，７０００℃の温度に加熱する。
【００２６】本発明の方法で使用するヤーンは、互いに
紡ぎ合わされた羊毛、セルロース、ポリアクリロニトリ
ル又は炭素で作られるステープルファイバからなる。非
常に高品質の構造部品の製造には、黒鉛化された炭素ヤ
ーンが使用される。
【００２７】この方法に使用するヤーンは、ヤーン又は
ロービングを撚ることで製造できる。本発明で使用する
ロービングは、セルロース、ポリアクリロニトリル又は
炭素繊維又は黒鉛繊維で作られる互いに平行状のモノフ
ィラメントからなる。特殊な場合には、金属繊維、例え
ばモリブデン含有金属フィラメントも使用できる。多く
の炭素又は黒鉛フィラメント、即ち３，０００〜６０，
０００本の多数の炭素又は黒鉛フィラメントで作ったロ
ービングを使用するとよい。ポリアクリロニトリルをベ
ースに製造する黒鉛繊維で作った６，０００〜２４，０
００のモノフィラメント数を持つロービングの使用が望
ましい。炭素又は黒鉛フィラメントで作ったロービング
は、好ましくは２，０００〜３，６００ＭＰａ引張強
度、と好ましくは１．７５〜１．９０ｇ／ｃｍ3の密度
を持つものが使用される。
【００２８】リボンは、互いに近接して配置された複数
のスレッド、ヤーン又はロービングから作り、横に走る
織物結合要素により各位置に固定することができる。
【００２９】スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン
の巻繊の結果、その下の構造部品の層が圧縮され、織物
又はプリプレグ層中の繊維及び樹脂の分布が均一化され
る。
【００３０】構造部品を１，８００℃以上の温度の用途
のために製造する場合は、これに必要な全ての繊維構造
部分を黒鉛化品質として使用することが望ましい。その
結果、製造方法における構造部品の歪みが回避される。
【００３１】この目的のため、織物に含浸させ、必要な
らスレッド、ヤーン、ロービング及びリボンに含浸さ
せ、そしてプリプレグを製造するための樹脂として、最
新技術から周知の任意の天然樹脂及び合成樹脂のみなら
ず、ピッチ又はピッチと樹脂の混合物が使用できる。し
かし、好ましくはエポキシ樹脂、フラン及びフェノール
樹脂を使用し、構造部品を樹脂硬化後に炭化させるか、
又は炭化・黒鉛化させる場合は、特にフェノール樹脂を
用いるのが好ましい。巻繊し、硬化処理した構造部品を
巻繊心から取り外し、炭化させるなら、多くの場合、そ
の後物理的性質（特にその耐圧性）を改善するために後
圧縮加工が行う。このことは、液体に接触可能な気孔系
に樹脂、特に合成樹脂又はピッチを充填し、続いてこの
充填樹脂又はピッチを炭化するか、又は炭化・黒鉛化す
ることを意味する。この処理工程には、炭化時の大量の
残留炭素を伴うフェノール樹脂又はピッチ、又は合成樹
脂とピッチの混合物が好ましくは使用され、この処理工
程は数回行うことができ、また黒鉛化された構造部品に
ついても行うことができる。
【００３２】スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン
の巻繊時に加える引張応力（以下糸張力と呼ぶ）は広範
囲に変えられる。実際に使用する糸張力は、巻繊によっ
て被覆しようとする層の所望の圧縮度によって決まり、
この圧縮度は製造される構造部品の耐圧性及び安定性を
基本的に左右する。加える糸張力は１０〜３００Ｎの範
囲にある。従って、例えばスレッド、ヤーン、ロービン
グ又はリボンの強度又はこの巻繊層の下層の材料の圧力
感度によって、僅か１０〜２０Ｎのスレッド、ヤーン、
ロービング又はリボン張力しか加えないことも可能であ
り、他方これより大きい糸張力を加えることも可能であ
る。展開可能な構造部品が、過大な半径方向圧力が加わ
ると収縮し、その結果構造部品内部の非等質性を生じ得
る不織布又は黒鉛箔の層を含む場合、好ましくは１０〜
２００Ｎ、より好ましくは１０〜１００Ｎの比較的低い
糸張力を使用する。この例としては、断熱用の円筒又は
ジャケットが考えられる。高荷重が作用する管体又は構
造部品の製造には、約１００乃至２５０Ｎの範囲の糸張
力をかけると好都合である。
【００３３】本発明の展開可能な構造部品は、例えば炭
化又は黒鉛化されていない繊維材料で強化されたプラス
チック材料の形の紙、箔、織物又は印刷物のような材料
ウェブの製造又は処理用の運搬ローラ、支持ローラ、案
内ローラ、接触圧ローラ又は塗工ローラとして使用する
ために製造できる。このために、これら構造部品は各層
の巻繊後に巻繊機から取り外され、周知の方法の１つに
よって樹脂を硬化させるための処理を施される。複合材
料で形成された高品質の構造部品が得られるように、繊
維中間部品が構造部品に組み込まれ、硬化樹脂のブリッ
ジによって互いに結合されるような方法で、固体樹脂マ
トリックスが製造される。その後、巻繊心又はマンドレ
ルの取り外し、端面及び表面の処理及び任意態様として
の後処理よりなるそれ自体は周知の処理工程が行われ
る。
【００３４】一部のより大きい荷重又は高温下での用途
については、本発明の展開可能な構造部品は、炭素又は
黒鉛で構成され、好ましくは炭素繊維又は黒鉛繊維で強
化された炭素、又は黒鉛繊維で強化された黒鉛で構成さ
れる。この種構造部品を製造するには、適切な繊維強化
材及び適切な樹脂の使用により製造された構造部品を硬
化後未炭化の状態で、酸化性物質がない雰囲気中にて炭
化させる。場合により、これら構造部品は処理終了後の
この状態でも使用できる。これら構造部品を炭化しただ
けの状態で、データレベルが要求される条件を満たさな
い場合、含浸とその後の炭化によりこれら要素を１回又
は数回後圧縮することができ、これによってデータレベ
ル、特に強度及び剛さの点でデータレベルを大きく改善
することができる。展開可能な構造部品のための要求特
性によりこのような改善が要求される場合、黒鉛繊維で
強化された黒鉛要素が製造される。このためには、炭化
された状態の構造部品に更に黒鉛化処理を施す。勿論、
この場合の開始点は単に硬化させだけの構造部品であっ
てもよく、これを用いて炭化と黒鉛化の工程を単一の操
作工程の形で連続して行うことができる。その後、この
ように黒鉛化された要素は必要に応じて上に説明したよ
うにして更に後圧縮することができる、これは炭素基材
で含浸された黒鉛化要素を単に炭化するだけか、又は炭
化・黒鉛化することが可能である。強化された炭素と黒
鉛の構造部品を製造する際は、黒鉛繊維、特に所謂高弾
性黒鉛繊維の大きな弾性係数と際立った耐性を構造部品
で利用するために、また製造方法における構造部品の歪
みを防ぐために、好ましくは黒鉛化された織物及びロー
ビングが予め巻繊要素の巻繊時に使用される。
【００３５】上記説明から、本発明の方法は数多くの態
様で実施でき、その結果、多くの異なる形態の展開可能
な構造部品を製造でき、それら構造部品は時として非常
に異なる特性を持つことが明らかである。当業者は、構
造部品に関する自己の知識及び技術的要求に基づき、こ
のような数多くの方法態様のどれを使用するか決定しな
ければならない。この決定を行う際には、当業者は、随
意に、本願で説明する方法を用いて簡単な試験を行うこ
とになろう。
【００３６】本発明の展開可能な構造部品の肉厚は、数
ｍｍ〜１２０ｍｍとすることができる。もっぱら織物、
プリプレグ、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン及
び樹脂のみで製造された構造部品の場合、肉厚は好まし
くは３〜３０ｍｍであり、高温装置用要素におけるよう
に不織布又は箔の層を更に含む構造部品にあっては好ま
しくは３０〜８０ｍｍの肉厚が使用される。
【００３７】製造された構造部品の所期の用途に応じ、
巻繊層又は織物又は織物プリプレグの層及びスレッド、
ヤーン、ロービング又はリボンの層の他、構造部品中に
不織布層を１層以上挿入できる。これらの不織布の材料
としては、一方では、セルロース繊維不織布又はポリア
クリロニトリル繊維不織布から炭化又は炭化・黒鉛化に
よって製造される炭素繊維不織布又は黒鉛繊維不織布が
適切である。この場合使用できる別の形態の炭素繊維又
は黒鉛繊維の不織布は、炭化又は黒鉛化されたピッチ繊
維から針縫によって不織布を形成するか、又は炭化され
たピッチ繊維から製造される不織布を黒鉛化することで
製造される。しかし、酸化アルミニウム繊維、玄武岩繊
維又はロックウールで作られた不織布のようなセラミッ
ク不織布又はセルロース又はポリアクリロニトリル繊維
ベースの不織布も使用できる。特に不織布層を含む展開
可能な構造部品で断熱特性が良いことが望ましい場合
は、好ましくはセルロース不織布から製造された黒鉛不
織布が使用される。様々な特性を有する多くの異なる不
織布が使用でき、各特定の不織布の使用は構造部品の利
用目的、好ましくはその要求温度条件により決まること
に留意すべきである。また、ある不織布層又は複数の不
織布層の厚さの選択は、所期の利用目的により決まる技
術的要求条件に加え、製造される構造部品の最終寸法要
件に依存する。一般に、巻繊後の不織布層の厚さは２〜
２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍである。より大きな
肉厚を有する構造部品を製造しようとする場合、好まし
くは２０ｍｍ以内の厚さが用いられる。
【００３８】本発明の展開可能な構造部品は、不織布に
代えて、又は不織布の層に加えて、箔層を１層以上持つ
ことができ、それら箔層も巻くことで形成される。この
場合には、高温に耐え、化学薬品に強く、気密・液密で
あり、かつ黒鉛化処理又はその特性変化に耐える黒鉛箔
が特に適している。しかしながら、用途目的に応じ必要
な場合は、例えばモリブデン又は銅ベースの金属箔も使
用可能である。各場合に使用される箔材料は、製造方法
及び所期の用途で構造部品が曝される熱的・化学的条件
に適合することが重要である。箔を使用する場合、管体
又は円筒のような展開可能な構造部品は、例えば気密・
液密性で、非酸化性ないしやや酸化性の媒体に対して顕
著な対薬品性を呈し、２，０００℃以上の温度域におい
てさえ良好な断熱特性を持つように製造できる。そのよ
うな構造部品は、航空宇宙技術、高温技術及び半導体技
術で使用される。箔の厚さも、展開可能な構造部品の製
造及び用途上の要求条件に従って選択される。通常は、
０．２〜１ｍｍの厚さを持つ箔、好ましくは約０．５ｍ
ｍ厚の箔が使用される。特殊な場合や大きな直径の構造
部品の場合は、勿論１ｍｍ以上の厚さの箔を使用するこ
ともできる。
【００３９】織物プリプレグ層の厚さは０．２０〜２．
００ｍｍとすることができ、好ましくは約０．５〜１．
０ｍｍの厚さが選択される。非常に繊細な織物を使用す
る場合、複数の織物プリプレグ層を互いに積層すること
が効果的であり、好ましくは３層又は４層を重ね合わせ
る。このような複数の織物層は、全体の厚さを例えば約
２ｍｍにできる。複数の織物プリプレグ層を互いに積層
する場合、それらの層は必ずしも同じ厚さである必要は
ない。同じことは、スレッド、ヤーン、ロービング、リ
ボンの巻繊層、及び不織布又は箔の層についても言え
る。
【００４０】織物層又は織物プリプレグ層と、スレッ
ド、ヤーン、ロービング又はリボンの層との比は、好ま
しくは１：１〜４：１である。積層数は、製造しようと
する展開可能な構造部品の直径又は肉厚によって多くす
ることができる。
【００４１】巻繊時のスレッド、ヤーン、ロービング又
はリボンの角度は、巻繊軸、即ち展開可能な構造部品の
縦軸に対し±２０〜±９０°の範囲が好ましい。スレッ
ド、ヤーン、ロービング又はリボンの各層毎に異なる巻
繊角度が設定できる。展開可能な構造部品の機械的・電
気的性質は、特に巻繊角度の選択が適切かどうかによっ
て影響される。従って、巻繊角度の選択は、製造しよう
とする構造部品の特性によって決まる。構造部品が特に
曲げ応力に耐えねばならない場合、±２０°以上の範囲
の巻繊角度が設定される。±８０°〜±９０°の巻繊角
度は、製造された構造部品が高い圧力を吸収できるとい
う効果をもたらす。これは、構造部品がホットプレスダ
イとして使用される場合に特に重要である。７０〜９０
°の角度での巻繊は、ピンカラーなしで行うことができ
る。しかしながら、７０°より小さい巻繊角度では、ス
レッド、ヤーン、ロービング又はリボンが滑ったり移動
したりするのを防ぐため、ピンカラーを使用しなければ
ならない。
【００４２】巻繊中の層の速度は、約２０〜２００ｍ／
分が好ましい。使用する速度の選択は、第一に製造すべ
き構造部品の直径によって決まる。基本的にこの速度
は、構造部品の直径が大きいほど速度が遅くなるように
調節するのが望ましい。
【００４３】次に、本発明をいくつかの選択された例に
よって更に詳しく説明する。
【００４４】例１：６，０００本のモノフィラメントか
らなる黒鉛繊維ロービングから綾織で作られたプリプレ
グのフェノール樹脂含有織物プリプレグを用い、展開可
能な構造部品を製造した。織物の単位面積当たり重量は
４２０ｇ／ｍ2であった。このプリプレグ層を被覆する
ため２４，０００本の高弾性黒鉛モノフィラメントから
なるロービングを用いた。モノフィラメントは、密度が
１．８ｇ／ｃｍ3（ＤＩＮ６５５６９に従って測定）、
引張強度が約２，４００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮＶ１００
７−４に従って測定）であった。この繊維の破断点伸び
は、０．６〜１．０％の範囲（ＤＩＮ ＥＮＶ １００
７−４に従って測定）であった。この織物プリプレグ及
びロービングを、順次下記の層順とロービング糸張力に
より巻繊機上の予め表面に離型剤を塗布した２００ｍｍ
直径のマンドレルに巻き付けた。 第１層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ 第２層： ロービング（引張応力７０Ｎ） プライ厚さ
１．２ｍｍ 第３層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ 第４層： ロービング（引張応力８０Ｎ） プライ厚さ
１．３ｍｍ 第５層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ 第６層： ロービング（引張応力９０Ｎ） プライ厚さ
１．２ｍｍ
【００４５】各層のロービングの巻繊角度は、構造部品
の縦軸に対し±８０°とした。即ち１つのロービング層
を＋８０°の角度で巻き、その上にもう１つの層を−８
０°の角度で巻いた。その後、巻繊マンドレルに巻いた
巻繊要素を巻繊機から取り外し、硬化炉に入れ、昇温時
間４時間、滞留時間２時間とし１９０°Ｃで硬化させ
た。硬化した構造部品の冷却後、巻繊マンドレルを引き
抜き、即ちマンドレルを取り外し、前処理して構造部品
を所定長さした。次に、この部品を非酸化性雰囲気中で
１週間かけて炭化した。この場合の最終温度は９５０°
Ｃ、該温度での滞留時間は２４時間とした。その後、炭
化した構造部品を減圧方法により６バールの含浸圧力を
用いてピッチで１回含浸し、次いで上記方法で再度炭化
した。その後、後圧縮され炭化した構造部品を、非酸化
性条件下２，０００℃の温度で黒鉛化した。黒鉛化炉を
冷却し、分解した後、構造部品をフライス削り及び旋削
加工し、高温保護雰囲気炉用のジグザグ状くぼみを持つ
円筒発熱体を得た。
【００４６】例２：高温保護雰囲気炉内の断熱保護円筒
として使用する下記構造部品を作った。
【００４７】織り方（綾織）及び繊維素地（黒鉛繊維）
が例１と同じフェノール樹脂含有織物プリプレグを用
い、内径６００ｍｍ、肉厚４０ｍｍ及び長さ８００ｍｍ
となるはずの展開可能な管状構造部品を作った。但しこ
の例では、織物は１２，０００本のフィラメントで作っ
たロービングで構成し、織物の厚さは０．５ｍｍ、単位
面積当たり重量は４４０ｇ／ｍ2とした。被覆用ロービ
ングは、１２，０００本の高弾性黒鉛モノフィラメント
からなり、モノフィラメントは密度が約１．８３ｇ／ｃ
ｍ3（ＤＩＮ ６５５６９に従って測定）、引張強度が
約３，０００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に
従って測定）であった。この場合、更に黒鉛箔と黒鉛不
織布の層を巻いた。黒鉛箔は、厚さ０．５ｍｍ、ＤＩＮ
ＩＳＯ５３６に規定する見掛け密度が１．０ｇ／ｃｍ
3、単位面積当たり重量が１，０００ｇ／ｍ2であった。
箔層上に巻くプリプレグ層への接着性を改善するため、
プリプレグ層を巻く前に黒鉛箔の接触面に接着樹脂を塗
工した。セルロース繊維の不織布から炭化と黒鉛化によ
り黒鉛不織布を製造した。この不織布は、ＤＩＮ５３８
５４に従い測定して厚さが１０ｍｍ、単位面積当たり重
量が約１，０００ｇ／ｍ2であった。これら織物プリプ
レグ、ロービング、黒鉛箔及び黒鉛不織布を順次下記の
層順とロービング糸張力で巻繊機上の予め表面に離型剤
を塗布した直径６００ｍｍのマンドレルに巻き付けた。 第１の一連の層： プリプレグ×４プライ、全プライ厚
さ２ｍｍ 第２層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、糸
張力１００Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２プ
ライ−８０° 第３層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ 第４層： 黒鉛不織布×１プライ、プライ厚さ１０ｍｍ 第５層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ 第６層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５ｍ
ｍ 第７層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、糸
張力１００Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２プ
ライ−８０° 第８層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ１０ｍｍ 第９層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ 第１０層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５
ｍｍ 第１１層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、
糸張力１２０Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２
プライ−８０° 第１２層： 黒鉛不織布シート×１プライ、プライ厚さ
１０ｍｍ 第１３層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ 第１４層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５
ｍｍ 第１５層： ロービング×、４ダブルプライ、全プライ
厚さ２．０ｍｍ、糸張力１３０Ｎ、巻繊角度±８０°
【００４８】上記の層からなる構造部品は、巻繊後の全
厚さが４０ｍｍであった。巻繊マンドレル上に形成した
巻繊要素を巻繊機から取り外し、例１で説明した方法で
硬化させ、炭化し、黒鉛化した。ただし、例１の場合に
変えて、構造部品を炭化した後の圧縮は省略した。その
後、黒鉛化した構造部品を所定長さとし、測定及び操作
装置用の穴を明けた。不織布の層を組み込んだことに伴
って、構造部品に顕著な断熱特性が生じた。テストラン
では、円筒の内部温度は１，６００℃であったが、外側
の温度は僅か４００℃であった。更に、円筒は、黒鉛箔
層の組み込みに伴い、蒸気及びガスに対する障壁として
の作用を呈した。
【００４９】例３：６，０００本のモノフィラメントか
らなる黒鉛繊維ロービングから綾織で得た織物のフェノ
ール樹脂含有織物プリプレグを用い、展開可能な構造部
品を形成した。織物の単位面積当たり重量は４２０ｇ／
ｍ2であった。使用したロービングは、１２，０００本
の高弾性黒鉛モノフィラメントからなり、このフィラメ
ントは密度が約１．８３ｇ／ｃｍ3（ＤＩＮ ６５５６
９に従って測定）、引張強度がモノフィラメント・ベー
スで約３，０００ＭＰａであった（ＤＩＮ ＥＮＶ１０
０７−４に従って測定）。これら繊維の破断点伸びは、
０．６〜１．０％の範囲（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−
４に従って測定）であった。これらの織物プリプレグと
ロービングを順次下記の層順とロービング糸張力により
巻繊機の予め離型剤を塗布した直径１，１４５ｍｍのマ
ンドレルに巻き付けた。 第１層： 織物プリプレグ×３プライ、全プライ厚さ
１．５ｍｍ 第２層： ロービング×２プライ、巻繊角度＋８０°及
び−８０°、ロービング当たりの糸張力９０Ｎ、プライ
厚さ１．３ｍｍ 第３層： 織物プリプレグ×３プライ、全プライ厚さ
３．５ｍｍ 第４層： ロービング×１プライ、巻繊角度＋８０°、
糸張力１８０Ｎ、プライ厚さ０．７ｍｍ
【００５０】巻繊マンドレル上に形成した巻繊要素を巻
繊機から取り外し、例１で説明したようにして、硬化、
炭化、黒鉛化した。ただし、例１による処理の方法とは
異なり、構造部品の炭化状態における後圧縮は行わなか
った。これによって製造された展開可能な構造部品は、
外径１，１５０ｍｍ、内径１，１４０ｍｍ、長さ８５０
ｍｍであった。この構造部品は、半導体製造用の炉内で
遮熱材として使用するために設計されたものであった。
【００５１】例４：この実施例では、展開可能な構造部
品用のブランクを、各々の場合に巻繊しようとするロー
ビングを保持し、位置決めするためのピンカラーをマン
ドレルの両側に有する通常の巻繊装置上で製造した。こ
のブランクは、特に巻繊角度２０°のロービング層を含
む。レゾールタイプのフェノール樹脂で含浸した単位面
積当たり重量２２５ｇ／ｍ2の黒鉛繊維ロービング（１
ロービング当たり３，０００フィラメント）から形成し
た綾織２／２の織物で作った層厚０．３ｍｍのプリプレ
グ（プリプレグの単位面積当たり重量４３３ｇ／ｍ2）
を第１層として直径２１０ｍｍマンドレルを貼着した。
その後、第１層を１回目は＋２０°、２回目は−２０°
の巻繊角度で７０Ｎの糸張力にてロービングにより被覆
した。ロービング層２層からなるこの第２層の厚さは
１．２ｍｍであった。使用したロービングは、２４，０
００本の黒鉛フィラメントからなっていた。ロービング
のフィラメントは、嵩密度１．８ｇ／ｃｍ3（ＤＩＮ
６５５６９に従い測定）、引張強度２，４００ＭＰａ
（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従い測定）、破断点
での伸び０．６〜１．０％（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７
−４に従い測定）であった。この第２層上に、第１の巻
繊層に用いたのと同じプリプレグの厚さ０．３ｍｍの第
３層を巻いた。この第３層に続き、第２層に用いたのと
同じロービングで作った厚さ１．２ｍｍの第４層を巻い
た。この第４層も、第２層と同様に、１回目は＋２０
°、２回目は−２０°の巻繊角度で巻いた２つのロービ
ング層で形成した。第２層と対照的に、この場合の巻繊
時の糸張力は８０Ｎであった。これに続き、材料及び構
造が第１及び第３層のプリプレグ層と同じ厚さ０．３ｍ
ｍのプリプレグ層を第５層として形成した。その外縁部
に巻繊角度±８０°、糸張力９０Ｎにて二重層として巻
繊したロービングから第６層を形成した。また、これに
は上記の第２層及び第４層に使用したのと同じロービン
グを用いた。この巻繊方法後、巻繊要素を硬化させ、巻
繊マンドレルから取り外し、次いで９００℃で炭化した
後、２，０００℃で黒鉛化した。このようにして製造し
た展開可能な構造部品は、高温保護雰囲気炉内の高硬質
の軸受ローラとして有用である。
【００５２】以下、本発明を添付図面によって更に詳細
に説明する。
【００５３】図１は、黒鉛繊維で強化した炭素で形成さ
れた内部圧力の作用下における使用のために設計された
一実施例の構造部品の断面を示す。図示の構造部品１を
製造するには、基礎織物が綾織地であって高弾性黒鉛フ
ィラメントで作ったロービングからなるフェノール樹脂
含有プリプレグを巻繊して最も内側のプライ２を作っ
た。この場合、巻繊は、織物の縦糸が構造部品の縦軸に
直角な方向にそろうように行った。第２プライは２つの
層３ｌ、３ｒからなる。巻繊時、第２プライは高弾性黒
鉛フィラメントで作ったフェノール樹脂含有ロービング
からなり、構造部品の縦軸に対し−８５°の巻繊角度で
１回巻（３ｌ）、＋８５°の巻繊角度で１回巻いた（３
ｒ）。続いて、フェノール樹脂を含浸したプリプレグで
作った第３プライ４を巻いた。このプリプレグの基礎織
物は高弾性黒鉛フィラメントで作ったロービングから製
造し、リンネル織りしたものであった。層４の後、第４
プライとして、第２プライ３ｌ、３ｒと同様に、但しよ
り大きな糸張力で巻いた二重層３’１、３’ｒを設け
た。これに続き、構造及び巻繊方向が第１プライのプリ
プレグ２と同じプリプレグで作った層を第５プライ２’
として巻いた。高弾性黒鉛フィラメントの５つのロービ
ングで作ったフェノール樹脂含有リボンを構造部品の縦
軸に対し９０°の巻繊角度で第４プライのロービング３
ｌ、３ｒを巻いた糸張力より大きい糸張力を用いて最外
側の第６プライ５として巻いた。巻繊要素は硬化処理に
かけ、巻繊マンドレルを引き抜いた後、炭化処理した。
【００５４】図２は、高温保護雰囲気炉内で蒸気又はガ
ス障壁を有する断熱円筒として使用するよう構成した展
開可能な構造部品１’の断面を示す。個々の層が樹脂構
造部品の硬化前の製造工程で何からどのようにして形成
されるかについて以下に説明する。硬化後、構造部品は
炭化され、次いで黒鉛化された。
【００５５】第１プライは、炭素繊維からなりエポキシ
樹脂で含浸した３つの平織の層４、４’、４”で形成し
た。第２プライ３ｌ、３ｒとして、その上に炭素ステー
プルファイバからなりエポキシ樹脂を含有する黒鉛化さ
れたヤーンの２つの層３ｌ、３ｒを巻繊角度−８０°
（３ｌ）及び＋８０°（３ｒ）で４０Ｎの糸張力で巻い
た。第３プライ６は、樹脂含浸なしの厚さ８ｍｍの黒鉛
化したセルロース不織布で形成した。この第３プライ６
に続き、モリブデン７の厚さ０．２ｍｍのシートからな
る第４プライ７をその端部がシートウェブの衝撃位置に
僅かに重なるよう形成した。その上に、黒鉛フィラメン
トのフェノール樹脂含有ロービングの２つの層３’ｒ、
３’ｌからなる第５プライ３’ｒ、３’ｌを１２０Ｎの
糸張力で構造部品の縦軸に対し最初は＋８０°（３’
ｒ）、２回目は−８０°（３’ｌ）の巻繊角度で巻い
た。これに続き、黒鉛ヤーンから綾織で作った基礎織物
のフェノール樹脂含有プリプレグ製の二重層２、２’を
第６プライ２、２’として形成した。外側の第７プライ
３”ｒ、３”ｌは、黒鉛フィラメントで作ったフェノー
ル樹脂含浸ロービングを用い、１５０Ｎの糸張力で最初
は＋８０°（３”ｒ）、２回目は−８０°（３”ｌ）の
巻繊角度で巻繊した２つの層で形成した。
【００５６】図３は、巻繊後未硬化の状態で曲げの作用
下に使用するために設計した展開可能な構造部品１”の
断面を示す。この部品は、例えば硬化及び最終処理後
に、炭素繊維で強化したプラスチック材料製のロール又
はローラの形でフィルム、紙又は織物のような連続ウェ
ブの室温での輸送又はさらなる処理のために使用するこ
ともできる。
【００５７】もう一つの使用態様によれば、構造部品は
基礎要素に含有される樹脂の硬化後に予め炭化させ、黒
鉛化させてもよい。内側プライ２ｉ、２ｉ’は、高弾性
黒鉛フィラメントのロービングで作った綾織をベースと
したフェノール樹脂含有織物プリプレグ製の２つの層２
ｉ、２ｉ’からなる。巻繊は、織物の横糸が巻繊要素の
縦軸と平行に揃うように行った。第２プライ３ｌ、３ｒ
は、フェノール樹脂を含浸した高弾性黒鉛フィラメント
で作ったロービングの２つの層３ｌ、３ｒを、２つのピ
ンカラーを用い３０Ｎの糸張力で最初は構造部品の縦軸
に対し−２０°（３ｌ）、２回目は＋２０°（３ｒ）の
巻繊角度で巻くことにより形成した。次の第３プライ２
ｍは、構造及び巻繊方向が第１層２ｉ、２ｉ’で使用し
たプリプレグと同じプリプレグのフェノール樹脂含有プ
リプレグの層として形成した。第４プライ３’１、３’
ｒは、構造及び前処理が第２プライ（３ｌ、３ｒ）で使
用したロービングと同じロービンよりなるグ２つの層
３’ｌ、３’ｒで形成した。ただし、この場合のロービ
ングは、巻繊角度−７５°（３’ｌ）及び＋７５°
（３’ｒ）、糸張力１４０Ｎで巻いた。その上の第５プ
ライ２ａ、２ａ’は、構造及び巻繊方向が第１層２ｉ、
２ｉ’及び第３層２ｍで使用した織物プリプレグと同じ
織物プリプレグから作った２つの層２ａ、２ａ’で形成
した。やはり２つの層３”ｌ、３”ｒからなる外側の第
６プライ３”ｌ、３”ｒも、高弾性黒鉛フィラメントで
作ったフェノール樹脂含有のロービングで、但し、この
場合は構造部品の縦軸に対し最初は−８５°（３”
ｌ）、２回目は＋８５°（３”ｒ）の巻繊角度で巻繊し
て形成した。
【００５８】図４で参照する工程段階は、最新技術で周
知の装置を用いて実施できる。従って、ここではこれら
工程の詳細な説明は省略する。このブロック図には、２
つの貯蔵容器Ｉ、ＩＩを示してある。容器Ｉには、織
物、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン及び不織布
のような無樹脂の出発原料又は箔が入っている。容器Ｉ
Ｉには、織物、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン
及び不織布のような樹脂含有出発原料又は箔が入ってい
る。展開可能な構造部品を製造するには、容器Ｉからの
何れかの無樹脂の織物を巻繊装置ＩＩＩ上で仮マンドレ
ルに巻繊した後、その上に容器ＩＩからの樹脂含浸した
スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンを被覆する。
また、容器ＩＩからのプリプレグをマンドレルに巻繊し
た後、その上に容器Ｉからの無樹脂のスレッド、ヤー
ン、ロービング又はリボンを被覆してもよい。このよう
な巻繊要素は、巻繊（図示省略）の後に樹脂を含浸させ
ることもある。しかしながら、好ましくは、容器ＩＩか
らの樹脂含浸したプリプレグ及びスレッド、ヤーン、ロ
ービング又はリボンを巻繊装置ＩＩＩ上で処理して予備
製品要素を形成する。上記に加えて、巻繊要素に箔又は
不織布を組み込む際、それらの材料は、一般に（但しこ
れに限定されることなく）、無樹脂で容器Ｉから供給す
る。幾つかの用途では、箔は巻繊方法ＩＩＩでその少な
くとも１つの表面に樹脂接着層が設けられる。容器Ｉ、
ＩＩからの種々の原料は、ここで述べる本発明の説明で
示した巻繊方法で様々に組み合わせて構成できる。その
後、巻繊方法ＩＩＩで得た巻繊要素を装置ＩＶに入れ、
ここで含有樹脂分を硬化させる。一つの態様によれば、
このようにして得られる繊維材料で強化されたプラスチ
ック材料要素は、更に機械的処理及び仕上げのための装
置Ｖで処理して、完成品を得ることができる。もう一つ
の態様によれば、巻繊心から取り外され、硬化樹脂を含
有する展開可能な構造部品を装置ＶＩに供給し、ここで
炭化可能な全ての構造部品を炭素に変換する。一つの可
能性としては、かくして得た炭素要素を、更に機械的処
理及び仕上げのための装置ＶＩＩで処理することで、完
成品を得ることができる。もう一つの可能性としては、
炭化の熱分解方法後に流体に触れることが可能な気孔を
有する綾織を含浸装置ＶＩＩＩに入れ、炭素を含有する
適切な液剤で含浸させ、その含浸要素を浸透した炭素基
材を炭化させるために炭化装置で再び炭化処理すること
もできる。構造部品の特徴的性質の改善をもたらすこの
後圧縮と呼ばれる方法は、２回以上行ってもよい。この
ように後圧縮され、炭化処理だけされた構造部品ＶＩＩ
Ｉ＋ＩＸは、更に装置ＶＩＩで処理して完成品にできる
が、これは図示しない。しかし、そのような構造部品に
は、好ましくは装置Ｘで黒鉛化処理を施す。完成品ＶＩ
Ｉを形成するため、ＶＩＩＩ＋ＩＸで直接処理も後圧縮
もしていない、装置ＶＩからの炭化された構造部品もこ
のユニットＸで処理が終了する。このようにして得た黒
鉛化した構造部品は、ＶＩＩＩ＋ＩＸで再度後圧縮した
後、必要があり、費用的に正当と考えられる場合に限
り、更に可能な方法工程の１つにかけることができる
（ＶＩＩ（この流れは図示されていない）又はＸ）。し
かし、これらの構造部品は、完成品を得るために装置Ｘ
Ｉでの黒鉛化後更に処理するのがよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造部品を縦軸に垂直な断面で切断し
て示す断面図である。
【図２】本発明の構造部品を縦軸に垂直な断面で切断し
て示す断面図である。
【図３】本発明の構造部品の断面図である。
【図４】本発明による方法シーケンスを図解するフロー
チャートである。
【符号の説明】
１、１’、１” 展開可能な構造部品 ２、２” 綾織織物から形成されたプリプレグ ２ｉ、２ｉ’、２ｍ、２ａ、２ａ’ 綾織織物から形成
されたプリプレグ（図３） ３ｌ、３’ｌ、３”ｌ スレッド、ヤーン、ロービン
グ、リボン（左傾の巻繊角度） ３ｒ、３’ｒ、３”ｒ スレッド、ヤーン、ロービン
グ、リボン（右傾の巻繊角度） ４、４’、４” 平織織物で形成されたプリプレグ ５ ロービングで形成されたリボン ６ 不織布 ７ 箔、黒鉛箔、金属箔 Ｉ 無樹脂材料の貯蔵容器 ＩＩ 樹脂含有材料の貯蔵容器 ＩＩＩ 巻繊装置、巻繊方法 ＩＶ 樹脂を硬化させるための装置、樹脂を硬化させる
方法 Ｖ ＶＩの後完成品を得る処理用の装置及び方法 ＶＩ 炭化用の装置、ＩＶの後の炭化方法 ＶＩＩ ＶＩ又はＩＸの後完成品を得る処理用の装置及
び方法 ＶＩＩＩ 液体炭素基材の含浸用装置、ＶＩ又はＸ後の
含浸方法 ＩＸ 炭化用装置、ＶＩＩＩ後の炭化方法 Ｘ 黒鉛化用装置、ＶＩ又はＩＸ後の黒鉛化方法 ＸＩ Ｘの後の更に処理して完成品を得るための装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ０８Ｌ 101:00 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ａ (72)発明者 ジークフリート ラウフ アメリカ合衆国 91355 カリフォルニア ヴァレンシア メドラー ドライブ 28312 Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA07 AB10 AB24 AB28 AB30 AD01 AD13 AD23 AG03 AH21 4F100 AB01D AB20B AB20C AB20D AB33D AD00C AD11C AD11D AJ04C AK27C AK33B AK53B AM00B BA05 BA10A BA10B DG07B DG12A DG15C DH01B EJ082 EJ482 EJ82A EJ82B GB07 JM02D 4F205 AA37 AA39 AA49 AD02 AD03 AD08 AE02 AE03 AG08 HA02 HA23 HA33 HA45 HB01 HC02 HC05 HC06 HC12 HC15 HC17 HG01 HK05 HT02 HT08 HT09 HT13 HW02 HW05 HW50

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】少なくとも１層の樹脂含浸織物又はプリプ
    レグ（２、４）と、樹脂含浸又は無樹脂の巻繊されたス
    レッド、ヤーン、ロービング又はリボンからなる少なく
    とも１つの層（３）とを、スレッド、ヤーン、ロービン
    グ又はリボンで作られた各層の巻繊（ＩＩＩ）時に少な
    くとも一定の糸張力を用いて成形用仮マンドレルに貼着
    することにより繊維複合材料で形成された展開可能な構
    造部品（１）を製造する方法において、構造部品の外プ
    ライ（３）が巻繊されたスレッド、ヤーン、ロービング
    又はリボンからなり、前記部品（ｌ）が巻繊方法（ＩＩ
    Ｉ）後に硬化（ＩＶ）され、又は硬化（ＩＶ）及び炭化
    （ＶＩ）され、又は硬化（ＩＶ）、炭化（ＶＩ）及び黒
    鉛化（Ｘ）されることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】構造部品（１）を２層以上の織物層プリプ
    レグ層（２、４）と２層以上のスレッド、ヤーン、ロー
    ビング又はリボン（３）から製造し、該スレッド、ヤー
    ン、ロービング又はリボン（３）の各層を前に巻いたス
    レッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）の層と比
    較してより大きい糸張力で巻くことを特徴とする請求項
    １記載の方法。
  3. 【請求項３】上記巻繊方法（ＩＩＩ）のどの時点におい
    ても、構造部品（１）を中間処理のために巻繊機から取
    り外す必要がないことを特徴とする請求項１又は２記載
    の方法。
  4. 【請求項４】巻繊要素（１）を、各層を貼着する中間で
    硬化させないことを特徴とする請求項１乃至３の１つに
    記載の方法。
  5. 【請求項５】巻繊（ＩＩＩ）時に１層以上の不織布
    （６）の層を貼着することを特徴とする請求項１乃至４
    の１つに記載の方法。
  6. 【請求項６】炭素繊維、黒鉛繊維、セルロース繊維、ポ
    リアクリロニトリル繊維、セラミック繊維より得られる
    不織布の群から選択された少なくとも１つの不織布
    （６）の層を貼着することを特徴とする請求項５記載の
    方法。
  7. 【請求項７】巻繊（ＩＩＩ）時に１層以上の箔層（７）
    を更に貼着することを特徴とする請求項１乃至６の１つ
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】黒鉛箔及び金属箔よりなる群から選択した
    少なくとも１層の箔（７）を貼着することを特徴とする
    請求項７記載の方法。
  9. 【請求項９】モリブデンを含有する箔（７）を少なくと
    も１層貼着することを特徴とする請求項８記載の方法。
  10. 【請求項１０】基礎織物が炭素、黒鉛又はモリブデンで
    形成された繊維からなるプリプレグ（２、４）を用いて
    巻繊し（ＩＩＩ）、かつ炭素、黒鉛又はモリブデンで形
    成されたモノフィラメント又は繊維からなるスレッド、
    ヤーン、ロービング又はリボン（３）を用いて巻繊する
    （ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記
    載の方法。
  11. 【請求項１１】フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ピッチ
    又はこれらの混合物を含浸させて織物プリプレグ（２、
    ４）とした織物を用いて巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴
    とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
  12. 【請求項１２】各々初期の状態で０．２０〜２．００ｍ
    ｍの範囲の厚さを持つ複数のプリプレグ層（２、４）を
    用いて巻繊することを特徴とする請求項１乃至１１の１
    つに記載の方法。
  13. 【請求項１３】各々初期の状態で０．５０〜１．００ｍ
    ｍの厚さを持つ複数のプリプレグ層（２、４）を用いて
    巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至１１
    の１つに記載の方法。
  14. 【請求項１４】１０，０００〜６０，０００本のモノフ
    ィラメントからなるロービング（３）を用いて巻繊する
    （ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至１３の１つに
    記載の方法。
  15. 【請求項１５】１．７５〜１．９０ｇ／ｃｍ3の密度を
    持つ炭素又は黒鉛モノフィラメントからなるロービング
    （３）を使用することを特徴とする請求項１４記載の方
    法。
  16. 【請求項１６】２，２００〜５，０００ＭＰａの引張強
    度を持つロービング（３）を使用することを特徴とする
    請求項１５記載の方法。
  17. 【請求項１７】織物プリプレグ層（２、４）と、スレッ
    ド、ヤーン、ロービング又はリボン巻繊層（３）の数の
    比が１：１〜４：１となるよう巻繊（ＩＩＩ）を行うこ
    とを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の方法。
  18. 【請求項１８】スレッド、ヤーン、ロービング又はリボ
    ン（３）を、±２０〜±９０°の角度で巻繊することを
    特徴とする請求項１乃至１７の１つに記載の方法。
  19. 【請求項１９】スレッド、ヤーン、ロービング又はリボ
    ンの巻繊を、２０〜２００ｍ／分の速度で、１本のスレ
    ッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）毎に１０〜
    ２５０Ｎの糸張力で行うことを特徴とする請求項１乃至
    １８の１つに記載の方法。
  20. 【請求項２０】請求項１乃至１９の１つに記載の方法に
    よって製造された繊維複合材料製の展開可能な構造部品
    （１）。
  21. 【請求項２１】不織布（６）で形成された少なくとも１
    つの層及び／又は箔（７）で形成された少なくとも１つ
    の層を更に含むことを特徴とする請求項２０記載の構造
    部品（１）。
  22. 【請求項２２】内側から外側に向けて、下記の層順に形
    成された層構造を特徴とする請求項２０又は２１記載の
    構造部品（１）。 第１層： 織物プリプレグ 第２層： ロービング 第３層： 織物プリプレグ 第４層： ロービング 第５層： 織物プリプレグ 第６層： ロービング
  23. 【請求項２３】内側から外側に向けて下記の層順に形成
    された層構造を持つことを特徴とする請求項２０又は２
    １記載の構造部品（１）。 第１層： 織物プリプレグ×４プライ 第２層： ロービング×１プライ 第３層： 黒鉛箔×１プライ 第４層： 不織布×１プライ 第５層： 黒鉛箔×１プライ 第６層： 織物プリプレグ×１プライ 第７層： ロービング×１プライ 第８層： 不織布×１プライ 第９層： 黒鉛箔×１プライ 第１０層： 織物プリプレグ×１プライ 第１１層： ロービング×１プライ 第１２層： 不織布×１プライ 第１３層： 黒鉛箔×１プライ 第１４層： 織物プリプレグ×１プライ 第１５層： ロービング×１プライ
  24. 【請求項２４】内側から外側に向けて下記の層順に形成
    された層構造を持つことを特徴とする請求項２０又は２
    １記載の構造部品（１）。 第１層： 織物プリプレグ×３プライ 第２層： ロービング×１プライ 第３層： 織物プリプレグ×３プライ 第４層： ロービング×１プライ
  25. 【請求項２５】請求項２０乃至２４の１つに記載の展開
    可能な構造部品（１）、又は請求項１乃至１９の１つに
    記載の方法によって製造された展開可能な構造部品
    （１）の断熱円筒としての使用方法。
  26. 【請求項２６】請求項２０乃至２４の１つに記載の展開
    可能な構造部品（１）、又は請求項１乃至１９の１つに
    記載の方法によって製造された展開可能な構造部品
    （１）の、保護管、発熱体、ステーパイプ、ホットプレ
    スダイ又は断熱要素としての使用方法。
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