JP3043436B2 - テープを布設するための方法 - Google Patents

テープを布設するための方法

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JP3043436B2 JP2405354A JP40535490A JP3043436B2 JP 3043436 B2 JP3043436 B2 JP 3043436B2 JP 2405354 A JP2405354 A JP 2405354A JP 40535490 A JP40535490 A JP 40535490A JP 3043436 B2 JP3043436 B2 JP 3043436B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【背景】本発明は、ワーク表面へのテープの布設に関
し、そしてさらに詳細には、布設中のテープの制御に関
する。
【０００２】本発明を要約すれば、規則正しいステープ
ル繊維／樹脂テープが、布設の前にテープに十分な熱及
び逆張力を適用することにより、テープ布設中操縦可能
であり、規則正しいステープル繊維はテープの幅にわた
って張力をかけて維持される。
【０００３】連続フィラメント／熱硬化性樹脂テープの
自動テープ布設は、大形平たん構造を構築するための選
択の方法であった。それは、部品製造における柔軟性
と、手によるレイアップよりも費用の節約を示した。２
つの主要な問題は、布設中のテープの制御と、輪郭形状
へのテープの布設である。
【０００４】布設中のテープの制御の第１問題は、幾つ
かの事項によって生ずる。テープが製造される時、それ
は、時々、自然の偏向を有する。これは、テープが伸ば
されたならば、それは、直線で布設されず、わずかな曲
がって布設されることを意味する。これは、含浸中のト
ウの張力における変動による。このために布設中生ずる
問題は、テープ機械が真っすぐに進もうとし、そしてテ
ープが曲ろうとすることである。これは、縁に沿ったテ
ープのはね上がりを生ぜさせるか、あるいはテープは、
案内システムから外れようとする。布設中のテープ制御
のこの喪失は、一般に、薄層において空げきを生ぜさる
ために、除去されなければならない。連続フィラメント
・プリプレグ・テープは延びないために、多くの部品
は、平たんモールドにおいて作製されなければならな
い。これは、第２の問題を生ぜさ、複雑な部品は、連続
フィラメント・プリプレグ・テープを使用するテープ装
置により製造することが困難になる。今日、形状部品が
テープ布設される唯一の方法は、自然な経路を使用する
ことである。この方法において、モールドの輪郭が、数
学的にモデル化されなければならない。それからコンピ
ュータは、輪郭を横切った自然経路（モールドの表面に
垂直な経路）を決定する。これは、テープが座屈なしに
適用されることを望む経路である。不幸にも、唯一の解
法があるが、それは、最適なテープ構成ではない。これ
は、部品の繊維方向を制限することにより、設計の柔軟
性を制限する。
【０００５】これらの２つの問題は、布設中制御され、
形状モールドにおいて布設され、そして自然経路に制限
されないテープの必要性をテープ布設産業において生ん
だ。すなわち、テープは座屈なしに操縦可能にされなけ
ればならない。
【０００６】
【発明の要約】表面における偏り経路において実質的に
整列した不連続繊維（規則正しいステープル）により強
化された合成有機性ポリマー樹脂のマトリックスを含む
有限幅の伸長テープを布設するための方法が、テープを
供給源から表面の方に進行させる段階と、該テープを該
表面に圧下する段階と、該テープと該表面の間の相対移
動中、圧下段階の該経路において該テープを案内する段
階と、圧下段階の前に該テープを加熱する段階と、テー
プが該経路において案内される時、テープの幅にわたっ
て張力かけて該繊維を維持するために、供給源と圧下段
階の間にテープに十分な張力を適用することにより、該
繊維を延伸する段階とを含む。
【０００７】
【例示された実施態様の詳細な説明】図面の第１図にお
いて、テープ布設ヘッドが、一般に番号１０によって示
され、そして繊維強化樹脂テープ１４のロール１６を取
り付けたフレーム１２を含む。ロール１６は、磁気クラ
ッチ（図示されない）装備した回転式マンドレル１８に
取り付けてある。カッター２０、加熱器２２、押え２４
と、テープの裏紙のための被動巻取りロール２６がま
た、フレーム１２に取り付けてある。押え２４は、図示
の如くシューの形式であるか、あるいは回転式ローラー
である。フレーム１２は、ワーク表面１１に関する相対
移動に対して取り付けられる。ヘッド１０は、手動か、
あるいはフレーム１２に取り付けたマニピュレータによ
って移動される。
【０００８】フレーム１２が移動される時、繊維強化合
成有機性ポリマー樹脂テープ１４が、マンドレル１８に
組み込んだ磁気クラッチによって適用された所望レベル
の張力に抗して、マンドレル１８におけるロール１６か
ら引き出される。第２図の略図において、逆張力を適用
するための装置が、帯ブレーキにおける重り２８として
示されている。テープ１４は、張力下でナイフ２０通過
して加熱器２２を通って押え２４の下を進行し、押え２
４は、部分的に組み立てられた複合構造の頂部であるワ
ーク表面１１の頂部において前進するテープ１４を圧下
し、あるいは布設されたテープが構造の第１であるなら
ば、テープは、テープを作製するために使用された樹脂
を布設したワーク表面１１に対して圧下される。
【０００９】動作において、テープ１４のロール１６
は、マンドレル１８に取り付けてあり、そして引き出さ
れる時、テープは、（列の端部でテープを切断するため
に）ナイフ２０を通過して、熱空気加熱システム２２へ
の経路に従い、この場合熱が、押え２４の位置のすぐ前
で、テープと布設ワーク表面に適用される。テープは、
押えを使用してワーク表面に圧下され、そして裏紙が、
巻取りロール２６により布設の後テープからはく離され
る。
【００１０】好ましくは、繊維強化は、米国特許第４、
７５９、９８５号において開示された如く、（規則正し
いステープルを）けん切することにより実質的に同一方
向においてすべて方向付けられた、短繊維（１〜３イン
チ長）に変換された連続フィラメント繊維である。けん
切されたトウは、高度に整列したフィラメントを有し、
延伸されるという点においてそのようなトウに連続フィ
ラメント・トウに対する利点を与える。それから複数の
そのようなトウは、プリプレグ機械（Ｃａｌｉｆｏｒｎ
ｉａ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ、Ｉｎ
ｃ．製の１２インチの実験室形機械）に案内され、強化
繊維を合成有機性ポリマーと結合する。それからテープ
は、正確な幅に切られ、そしてコアに巻かれる。繊維
は、好ましくは、炭素、アラミド、又はガラスであり、
そして適切な樹脂は、ポリエステル又はポリアミドの如
く熱可塑性樹脂、フェノール・ビニール・エステルの如
く熱硬化性樹脂、及びエポキシ樹脂である。Ｅ．Ｉ．ｄ
ｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍ
ｐａｎｙ製のＡｖａｍｉｄ Ｋの如くポリイミド・ポリ
マー樹脂がまた、使用に適する。
【００１１】次は、テープを座屈させることなしに、操
縦可能なテープを適用する方法に重要である。
【００１２】・ 逆張力 − テープに張力かけて保持
し、ヘッドが回転する時、テープを延伸する。
【００１３】・ テープ加熱 − テープは、布設の直
前に加熱される。これは、樹脂粘度を縮小させ、このた
め、テープを延伸させるために必要な負荷を縮小させ
る。
【００１４】・ 圧下段階 − テープは、移動しない
ようにワーク表面に圧下される必要がある（テープは、
樹脂粘性によって保持される）。
【００１５】これらの条件はすべて、重要であり、その
結果繊維のすべては、布設中張力をかけられる（第３
図）。逆張力が十分に高くないか、あるいはテープが冷
たすぎるならば、繊維の幾らかは、布設中圧縮され（第
４図）、そしてこれは、非所望のテープの座屈を生じさ
せる。
【００１６】
【実施例Ｉ】テープは、規則正しいステープル炭素繊
維、エポキシ樹脂、規則正しいステープル・アラミド繊
維、及びエポキシ樹脂（９３４エポキシ− ファイバー
ライト）から準備された。テープは、半径試験において
試験された。半径試験において、テープは、テープの内
縁が座屈し始めるまで、連続的に半径を小さくして布設
される。いろいろなテープの半径試験の試験条件と結果
が、次の表において示される。各場合に、１８ポンドの
逆張力が適用された。
【００１７】
【表Ｉ】規則正しいステープル炭素繊維／エポキシ 半径 テープ温度 押え圧力 観察 (In.) (゜C) (Lbs.) 2400 51 170 良好 1200 51 170 良好 800 51 170 良好 393 51 170 縁しわ 393 57 170 良好 300 57 170 縁しわ 300 63 170 良好 200 63 170 縁しわ
【００１８】
【表ＩＩ】規則正しいステープル・アラミド繊維／エポ
キシ 半径 テープ温度 脚圧力 観察 (In.) (゜C) (Lbs.) 200 51 170 良好 100 51 170 縁しわ 100 57 150 縁しわ
【００１９】
【実施例ＩＩ】規則正しいステープル炭素繊維／ポリイ
ミド（Ａｖａｍｉｄ Ｋ−Ｅ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄ
ｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙ製）テー
プが、モールド布設試験において試験された。モールド
布設試験は、テープをポケット・モールドに布設し、材
料がモールドの形状にいかに従うか、そしてどれほどの
テープ移動が布設の後に発生するかを比較する。このモ
ールドは、詰め領域に対して方形ポケットを有した。規
則正しいステープル炭素繊維／ポリイミド・テープがポ
ケットの隅部に布設され、そしてそれは、モールドの表
面からはがれなかった。これは、必要な余分の突出領域
を布設するために、繊維が延伸され引っ張られるためで
ある。連続フィラメントで強化された樹脂テープは、テ
ープがモールドの表面からはがれることなしに、ポケッ
トの隅部に布設されない。連続フィラメント繊維では、
テープは隅部に従うことができない。
【００２０】本発明の主なる特徴及び態様は以下のとお
りである。
【００２１】１．表面における偏り経路において有限幅
の伸長テープを布設するための方法において、該プロセ
スが、供給源から該表面の方に規則正しいステープル繊
維で強化された合成有機性ポリマー樹脂のマトリックス
を含むテープを前進させることと、該テープを該表面に
圧下することと、該テープと該表面の間の相対移動中、
圧下段階の該経路において該テープを案内することと、
圧下段階の前に樹脂の粘度を縮小させるために該テープ
を加熱することと、テープが該経路において案内される
時、テープの幅にわたった張力を該繊維にかけて維持す
るために、供給源と圧下段階の間にテープに十分な張力
を適用することにより、該繊維を延伸することとを含む
方法。
【００２２】２．該繊維が、炭素繊維である上記１に記
載の方法。
【００２３】３．該繊維が、アラミド繊維である上記１
に記載の方法。
【００２４】４．該繊維が、ガラス繊維である上記１に
記載の方法。
【００２５】５．該樹脂が、熱硬化性樹脂である上記
２、３又は４に記載の方法。
【００２６】６．該樹脂が、ポリイミド・ポリマー樹脂
である上記２、３又は４に記載の方法。
【００２７】７．該樹脂が、熱可塑性樹脂である上記
２、３又は４に記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、発明を実施するためのテープ布設ヘッ
ドを例示する略斜視図。
【図２】図２は、第１図の略側面図。
【図３】図３は、テープ布設中テープの幅にわたった、
それぞれ、所望及び非所望の張力分布を表現する略図。
【図４】図４は、テープ布設中テープの幅にわたった、
それぞれ、所望及び非所望の張力分布を表現する略図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーク・ブライアン・グルーバー アメリカ合衆国ペンシルベニア州19350 ランデンバーグ・イーガーレイン５ (72)発明者 ウオルター・アラン・フイリツプス アメリカ合衆国カリフオルニア州92122 サンデイエゴ・カミノトランキロ8102 (56)参考文献 特開 昭59−131457（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−9027（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B32B 31/00 B29C 65/78

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面における偏り経路において有限幅の
    伸長テープを布設するための方法において、該プロセス
    が、供給源から該表面の方に規則正しいステープル繊維
    で強化された合成有機性ポリマー樹脂のマトリックスを
    含むテープを前進させることと、該テープを該表面に圧
    下することと、該テープと該表面の間の相対移動中、圧
    下段階の該経路において該テープを案内することと、圧
    下段階の前に樹脂の粘度を縮小させるために該テープを
    加熱することと、テープが該経路において案内される
    時、テープの幅にわたった張力を該繊維にかけて維持す
    るために、供給源と圧下段階の間にテープに十分な張力
    を適用することにより、該繊維を延伸することとを含む
    方法。
JP2405354A 1989-12-06 1990-12-06 テープを布設するための方法 Expired - Lifetime JP3043436B2 (ja)

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AU (1) AU627963B2 (ja)
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DE (1) DE69009019T2 (ja)
DK (1) DK0431916T3 (ja)
ES (1) ES2052190T3 (ja)
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