JP7169774B2 - 炭素繊維を製造するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本開示は概して、炭素繊維に関する。具体的には、本開示は、ポリアクリロニトリル材料及び平坦化プロセスを用いて炭素繊維を製造するための方法及び装置に関する。

炭素繊維は、剛性と引張強度が高く、軽量で、耐薬品性と温度許容度に優れ、熱膨張性が低い。これらの特性により、炭素繊維は、航空宇宙、土木工学、軍事、及び他の種類の用途を含む特定の用途において特に有用とされている。炭素繊維の最も一般的な使用のうちの一つは、複合材の形成における使用である。例えば、炭素繊維を樹脂と併用して複合材が形成されうる。

通常、炭素繊維は、何百から何千もの個々の炭素フィラメントを一束にした連続的なトウの形態で供給される。これらの炭素フィラメントは、円筒形状であり、ほとんど全体が炭素で構成されている。炭素繊維は、限定するものではないが、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）、レーヨン、及び石油ピッチを含む種々の種類の材料から得られうる。

ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）フィラメントを用いて炭素繊維を製造する一方法は、ＰＡＮ材料から円筒形状の複数のＰＡＮフィラメントを形成することを含む。ＰＡＮフィラメントを単一層状の配列に広げて、トウバンドが形成されうる。トウバンドを引っ張り、加熱して、トウバンド内のＰＡＮフィラメントを炭化する。次いで、トウバンドを更に引っ張り、加熱して、トウバンド内の炭素フィラメントを黒鉛化しうる。

コーティングの一種であるサイジング剤が炭素繊維に塗布されうる。サイジング剤により、取り扱い中及び加工中に炭素繊維が保護され、炭素繊維のフィラメント同士が一緒に保持されうる。更に、炭素繊維を複合材の作製に使用する場合、サイジング剤は、当該複合材の形成に使用する樹脂の種類に基づいて選択されうる。特定の状況においては、これら炭素繊維を用いて形成される複合材の品質を改善するために複数のサイジング剤を炭素繊維に塗布することが望ましい場合がある。

加えて、上記のプロセスによって製造される炭素繊維を用いた設計及び製造コストは、所望のコストよりも高額となる場合がある。このプロセスによって製造される炭素繊維の一部は、所望の剛性レベルを有していない場合がある。更に、炭化及び黒鉛質に要する時間が所望の時間よりも長くなる場合もある。したがって、上述の問題点の少なくとも一部、及び生じうる他の問題点を考慮に入れた方法及び装置を有することが望ましいであろう。

例示的一実施形態では、炭素繊維を製造するための方法が提供される。フィラメントの断面形状を変化させフィラメントに複数の別個の表面を生成するために、フィラメントに圧力が加えられる。フィラメントを、複数の別個の表面を有する黒鉛質炭素繊維に変換する。黒鉛質炭素繊維の複数の別個の表面に、少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤が塗布される。

更に別の例示的実施形態では、炭素繊維を製造するための方法が提供される。出力システムの複数の開口を通ってポリアクリロニトリルポリマーが押出成形され、複数のフィラメントが形成される。複数のフィラメントの各フィラメントがローラシステムを用いて平坦化されて、各フィラメントの断面形状が引き伸ばされ、各フィラメントに複数の別個の表面が生成される。複数のフィラメントは、各々が複数の別個の表面を有する複数の黒鉛質炭素繊維に変換される。複数の黒鉛質炭素繊維の各黒鉛質炭素繊維に、少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤が塗布される。

別の例示的実施形態では、装置は、ローラシステム、加熱システム、及び複数の表面サイジング剤アプリケータを備える。ローラシステムは、フィラメントの断面形状を変化させ、複数の別個の表面を生成するようにフィラメントに圧力を加えるために使用されうる。加熱システムは、フィラメントを黒鉛質炭素繊維に変換するために使用されうる。複数の表面サイジング剤アプリケータは、黒鉛質炭素繊維の複数の別個の表面に、少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤を塗布するために使用されうる。

構成及び機能は、本開示の様々な実施形態において単独で実現することができるか、又は更なる他の実施形態において組み合わせてもよく、その詳細は、以下の説明及び図面を参照して理解することができる。

特徴を有すると考えられる例示的実施形態の新規の構成は、添付の特許請求の範囲に明記される。しかし、例示的実施形態及び好適な使用モード、更なる目的及びそれらの構成は、添付図面を参照しながら、本開示の例示的実施形態についての以下の詳細な説明を読むことにより、最もよく理解されるであろう。

例示的実施形態に係る製造環境をブロック図で示す図である。 例示的実施形態に係る繊維加工システムの図である。 例示的実施形態に係る平坦化フィラメントの一群の断面形状を示す図である。 例示的実施形態に係る炭素繊維を製造するためのプロセスのフローチャートである。 例示的実施形態に係る炭素繊維を製造するためのプロセスのフローチャートである。 例示的実施形態に係る複数のフィラメントを複数の黒鉛質炭素繊維に変質させるためのプロセスのフローチャートである。 例示的実施形態に係る黒鉛質炭素繊維にサイジング剤を塗布するためのプロセスのフローチャートである。 例示的実施形態に係る航空機の製造及び保守方法のフローチャートである。 例示的実施形態に係る航空機のブロック図である。

例示的実施形態は、種々の検討事項を認識し、考慮に入れている。例えば、例示的実施形態は、単一の炭素繊維に異なるサイジング剤を塗布することを可能にする炭素繊維の製造方法及び装置を有していることが望ましい場合があることを認識し、考慮に入れている。具体的には、炭素繊維の製造方法及び装置が、これら炭素繊維を用いた部品の設計及び製造に関わる全体的なコストを削減するものであることが望ましい場合がある。

したがって、例示的実施形態は、炭素繊維を製造するための方法を提供する。一例示的実施形態では、ポリアクリロニトリルポリマーなどのポリマーが出力システムの複数の開口を通って押出成形され、複数のフィラメントが形成されうる。各フィラメントの断面形状を変化させ各フィラメントに複数の別個の表面を生成するために、複数のフィラメントの各フィラメントに圧力が加えられうる。例えば、各フィラメントが平坦化され引き伸ばされて、複数の別個の表面が生成されうる。複数のフィラメントは、各々が複数の別個の表面を有する複数の黒鉛質炭素繊維に変換されうる。複数の黒鉛質炭素繊維の各黒鉛質炭素繊維に、複数のサイジング剤が塗布されうる。例えば、黒鉛質炭素繊維の一つの表面に第１のサイジング剤が塗布され、黒鉛質炭素繊維の別の表面に第２のサイジング剤が塗布されうる。これら２つのサイジング剤は、同時に又は異なる時間に黒鉛質炭素繊維に塗布されてよい。

複数のフィラメントを平坦化するように構成されたローラシステムを用いて、複数のフィラメントに圧力が加えられうる。複数のフィラメントを平坦化することにより、複数のフィラメントの各々の断面形状は引き伸ばされうる（又は平坦化されうる）。この平坦化により、製造中に当該複数のフィラメントのフィラメント同士をより密に束にすることができる。したがって、より密に充填された炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）が形成されうる。更に、より密に充填された炭素繊維を用いることで部品の剛性がより高くなり、これら炭素繊維を用いて作製される複合材部品の重量の低減につながりうる。

更に、複数のフィラメントを平坦化することにより露出した表面積が増えることで、２つのサイジング剤を複数のフィラメントに容易に塗布することが可能となりうる。例えば、第１のサイジング剤は、平坦化により露出した複数のフィラメントの各々の上面に塗布されうる。第２のサイジング剤は、平坦化により露出した複数のフィラメントの各々の底面に塗布されうる。

一例示的実施例では、サイジング剤は、２種の異なるエポキシ樹脂でありうる。これら異なるサイジング剤を使用することは、プリプレグ又は樹脂注入中に、炭素繊維の層を構成する複数のフィラメント間の空間に４官能エポキシ分子が浸透する際にこれら分子が化学的に配列されるのに役立ちうる。この化学的配列により、炭素繊維の均一性が高まりうる。炭素繊維強化プラスチック積層板などの複合材積層板内の炭素繊維の均一性が高まることにより、複合材積層板の許容可能な機械的特性が向上しうる。複合材積層板の許容可能な機械的特性が向上することにより、部品の製造に必要な複合材料の量が削減されうる。このように、炭化及び黒鉛化の前に複数のフィラメントを平坦化することは、材料及び製造コストを削減し、相乗的に重量を低減し、全体的な製造効率を改善するのに役立ちうる。

加えて、炭化及び黒鉛化の前にフィラメントを平坦化することにより、炭化及び黒鉛化に要する時間が短縮されうる。これら両ステップに要する、温度に応じた時間は、炭素繊維の厚さを通る熱の伝導により決定されうる。ローリングにより平坦化された炭素繊維は、熱が伝導する距離が最小限であるため、炭化及び黒鉛化に必要な時間が短縮される。更に、温度に応じた時間を短縮することにより、炭素繊維の製造コストが低減されうる。

ここで図面、具体的には、例示的実施形態に係る製造環境をブロック図で示す図１を参照する。製造環境１００は、炭素繊維１０２が製造される環境であってよい。

これらの例示的実施例では、炭素繊維１０２は、繊維加工システム１０４を用いて製造されうる。繊維加工システム１０４は、出力システム１０６、ローラシステム１０８、張力システム１１０、加熱システム１１２、及び複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３を含みうる。一例示的実施例では、張力システム１１０及び加熱システム１１２は、独立型のシステムである。他の例示的実施例では、張力システム１１０及び加熱システム１１２を組み合わせて、単一のシステムを形成してもよい。

出力システム１０６は、複数の開口１１６を有する。出力システム１０６は、例えば、複数の開口１１６を有するダイ１１４の形態でありうる。ポリマー１１８は、出力システム１０６を通って押出成形され、複数のフィラメント１２０の形態で複数の開口１１６から出されうる。一例示的実施例では、ポリマー１１８は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）ポリマー１２２の形態でありうる。したがって、複数のフィラメント１２０も、複数のＰＡＮフィラメントと称されうる。

本例示的実施例では、複数の開口１１６の各開口は円形又は円形に近い形状でありうる。したがって、出力システム１０６から押出成形された複数のフィラメント１２０の各フィラメントは、円筒形状又は円筒形に近い形状でありうる。例えば、複数のフィラメント１２０はフィラメント１２１を含みうる。フィラメント１２１は、ほぼ円筒形状であり、ほぼ円形の断面形状１２６を有しうる。

ローラシステム１０８は、複数のフィラメント１２０の各々の断面形状を変化させ各フィラメントに別個の表面を生成するように、複数のフィラメント１２０に圧力１２４を加えるために使用される。圧力１２４は、フィラメント１２１などのフィラメントの表面に力が分布する単位面積あたりの力をかけることにより、フィラメントに加えられる。

例えば、限定するものではないが、ローラシステム１０８は、フィラメント１２１の断面形状１２６を変化させ複数の別個の表面１３０を生成するように、圧力１２４を加えるために使用されうる。断面形状１２６は、ほぼ円形から、ほぼ長円形、楕円形、丸みを帯びた角を有する矩形、類似の平坦化形状、又は、尖った若しくは丸みを帯びた、又はその両方の形の縁を有する、より平坦化された形状に変化しうる。このように、フィラメント１２１を平坦化することにより、フィラメント１２１の露出した表面積が増える。

更に、フィラメント１２１の平坦化によって複数の別個の表面１３０が生成されることで、種々のサイジング剤が塗布される表面がより多くもたらされる。例えば、平坦化の前、フィラメント１２１は、一つの連続的な外表面を有するほぼ円筒形状でありうる。フィラメント１２１の平坦化により、尖っているか又は丸みを帯びていてよい縁により形成される複数の別個の表面１３０が生成されうる。一例示的実施例として、フィラメント１２１の平坦化により、少なくとも第１の表面１３１及び第２の表面１３２が生成されうる。いくつかの場合においては、第１の表面１３１は上面、第２の表面１３２は底面でありうる。

ローラシステム１０８は、任意の数の種々の態様で実装されうる。一例示的実施例では、限定するものではないが、ローラシステム１０８は第１のローラ１２７及び第２のローラ１２８を含んでいてよく、第１のローラ１２７及び第２のローラ１２８は、これら２つのローラ間の隙間が最小限であるか全く生じないように、互いに対して配置される。一例示的実施例では、第１のローラ１２７、第２のローラ１２８、又はその両方が、複数のフィラメント１２０を保護し、複数のフィラメント１２０がこれらローラに固着するのを防ぐための粉末コーティングを有しうる。

複数のフィラメント１２０は、複数のフィラメント１２０を平坦化する圧力１２４を生成する第１のローラ１２７と第２のローラ１２８との間を通過しうる。一例示的実施例として、第１のローラ１２７は複数のフィラメント１２０の上方に配置され、第２のローラ１２８は複数のフィラメント１２０の下方に配置されうる。複数のフィラメント１２０をこれら２つのローラ間に通すことにより、複数のフィラメント１２０が平坦化される。例えば、第１のローラ１２７と第２のローラ１２８との間にフィラメント１２１を通すことにより、フィラメント１２１の断面形状１２６が平坦化される。

ローラシステム１０８による複数のフィラメント１２０の平坦化することで、複数のフィラメント１２０によって、複合材製造において充填密度のより高い炭素繊維１０２を形成することができる。具体的には、平坦化によって、炭素繊維強化プラスチックを形成する際の炭素繊維の充填密度を高めることができる。充填密度が高くなることで部品の剛性及び強度を改善することができ、これら炭素繊維を用いて作製される複合材の重量の低減につながりうる。具体的には、充填密度が高くなることで、追加の炭素繊維を加えることなく複合材内の繊維の体積を増加させることができる。

複数のフィラメント１２０は、ひとたび上記のように平坦化されると、第１のレベルの熱１３４を加えられながら引っ張られて、炭化されうる。複数のフィラメント１２０は、炭化されて複数の非晶質炭素繊維１３５を形成しうる。例えば、フィラメント１２１は、第１のレベルの熱１３４を加えられながら引っ張られて、非晶質炭素繊維１３６を形成しうる。

加熱システム１１２は、例えば、限定するものではないが、一又は複数の加熱チャンバを含みうる。第１のレベルの熱１３４は、複数のフィラメント１２０の炭化を生じさせるために選択される低いレベルの熱でありうる。例えば、限定するものではないが、第１のレベルの熱１３４は、摂氏約６００度から摂氏約８００度でありうる。いくつかの例示的実施例では、第１のレベルの熱１３４は、摂氏約２００度から摂氏約１０００度でありうる。他の例示的実施例では、第１のレベルの熱１３４は、摂氏約１０００度から摂氏約１６００度でありうる。

張力システム１１０は、複数のフィラメント１２０の引張を実施するために使用される。一例示的実施例では、複数のフィラメント１２０を引っ張ることは、各フィラメントを引き伸ばし、各フィラメントの直径を小さくしながらも、各フィラメントの断面形状を過度に変化させないように複数のフィラメント１２０を延伸することを含む。例えば、限定するものではないが、複数のフィラメント１２０は、フィラメント１２０の各々をより長く、より薄くなるようにし、複数のフィラメント１２０が一緒に束にされるように、一連のローラ１３９上で延伸されうる。

本例示的実施例では、加熱システム１１２は、複数のフィラメント１２０の引張前、及び複数のフィラメント１２０の引張の時間の少なくとも一部の間に、第１のレベルの熱１３４を複数のフィラメント１２０に加える。他の例示的実施例では、加熱システム１１２は、複数のフィラメント１２０の引張後に第１のレベルの熱１３４を複数のフィラメント１２０に加える。

複数の非晶質炭素繊維１３５は、加熱システム１１２を用いて第２のレベルの熱１４０を加えられながら張力システム１１０を用いて更に引っ張られ、複数の黒鉛質炭素繊維１３８を形成しうる。例えば、非晶質炭素繊維１３６は、第２のレベルの熱１４０を加えながら更に引っ張られ、黒鉛質炭素繊維 １４２が形成されうる。いくつかの例示的実施例では、黒鉛質炭素繊維１４２の内側中央部は非晶質のままでありうる。

この二次的引張加熱プロセスは、上記の第１の引張加熱プロセスと類似の態様で実施されうる。しかしながら、非晶質炭素繊維１３６は、フィラメント１２１に加えられるよりも大きい引張力で延伸されてもよい。

更に、第２のレベルの熱１４０は、第１のレベルの熱１３４よりも高いレベルの熱であってよい。具体的には、第２のレベルの熱１４０は、非晶質炭素繊維１３６の黒鉛化を生じさせるように選択されうる。例えば、第２のレベルの熱１４０は、摂氏１０００度を上回りうる。いくつかの例では、第２のレベルの熱１４０は、摂氏１２００度を上回りうる。更に他の例示的実施例では、第２のレベルの熱１４０は、摂氏約１６００度から摂氏３０００度でありうる。

ローラシステム１０８を用いて複数のフィラメント１２０を平坦化することで、複数のフィラメント１２０の各々の厚さが低減される。したがって、加熱システム１１２により生成された熱が当該厚さに行き渡るのに必要な時間が短縮される。したがって、複数のフィラメント１２０の平坦化により、複数のフィラメント１２０の炭化及び黒鉛化に必要な全体的な時間が短縮される。

いくつかの例示的実施例では、加熱システム１１２は、第１のレベルの熱１３４を複数のフィラメント１２０に、第２のレベルの熱１４０を複数の非晶質炭素繊維１３５にそれぞれ加える一組の加熱チャンバ１４１を含みうる。一組の加熱チャンバ１４１は、第１のレベルの熱１３４と第２のレベルの熱１４０との間で切り替え可能な一つの加熱チャンバ、又はこれら２つの異なるレベルの熱をもたらす２つの加熱チャンバを含みうる。同様に、張力システム１１０は、第１の量の張力を複数のフィラメント１２０に、第２の量の張力を複数の非晶質炭素繊維１３５に加える一組の張力デバイス１４３を含みうる。一組の張力デバイス１４３は、これら異なる量の張力をもたらす１つの張力デバイス、又は複数の張力デバイスを含みうる。

ローラシステム１０８により、複数のフィラメント１２０の各フィラメント上、ゆえに複数の黒鉛質炭素繊維１３８の各黒鉛質炭素繊維上に露出した複数の別個の表面１３０が生成されるため、複数のサイジング剤１４５が各黒鉛質炭素繊維に塗布されうる。例えば、限定するものではないが、複数のサイジング剤１４５は、黒鉛質炭素繊維１４２の複数の別個の表面１３０に塗布されうる。一例示的実施例では、黒鉛質炭素繊維１４２の各別個の表面に異なるサイジング剤が塗布されうる。他の例示的実施例では、黒鉛質炭素繊維１４２の別個の２つの表面ごとに異なるサイジング剤でコーティングしてもよい。

一例示的実施例として、黒鉛質炭素繊維１４２の第１の表面に第１のサイジング剤１４４が塗布されうる。更に、黒鉛質炭素繊維１４２の第２の表面に第２のサイジング剤１４８が塗布されうる。

第１のサイジング剤１４４及び第２のサイジング剤１４８は、黒鉛質炭素繊維１４２の物理的性質を保護する化学的な処理剤である。更に、これらのサイジング剤によって、取り扱いやすさのための潤滑性がもたらされうる。更に、これらのサイジング剤によって、樹脂が黒鉛質炭素繊維１４２へとより接合しやすくなりうる。第１のサイジング剤１４４及び第２のサイジング剤１４８は、これら２種のサイジング剤が互いに付着し合うことで黒鉛質炭素繊維１４２の望ましくないねじれを防止するように、選択されうる。一例示的実施例では、第１のサイジング剤１４４及び第２のサイジング剤１４８の両方にエポキシ樹脂水性サイジング剤が使用される。

２種の異なるサイジング剤を黒鉛質炭素繊維１４２に塗布することにより、黒鉛質炭素繊維１４２はカスタマイズされ、黒鉛質炭素繊維１４２を用いて作られる任意の複合積層板における均一性が改善されうる。具体的には、２種の異なるエポキシサイジング剤を使用することで、４官能エポキシ分子は、黒鉛質炭素繊維のフィラメント間の空間に浸透する際に化学的に配列され、これにより均一性が改善されうる。均一な炭素繊維によって均一な複合材積層板を作製することが可能となりうるので、必要とされる複合材料の量が削減され、これにより材料及び製造コストが削減され、重量が低減されうる。

複数のサイジング剤１４５の各々は、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３のうちの１つを用いて黒鉛質炭素繊維１４２に塗布されうる。具体的には、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３の各々は、１つの別個の表面に１種のサイジング剤を塗布するように構成されうる。すなわち、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３の各々は、黒鉛質炭素繊維１４２の単一の表面又は大きさに対してサイジング剤を塗布するデバイスでありうる。実行例に応じて、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３を用いて、黒鉛質炭素繊維１４２の複数の別個の表面１３０のうちの様々な表面に複数のサイジング剤１４５が同時に、順次、又は異なる時間に塗布されうる。

複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３は、任意の数の種々の態様で実装されうる。例えば、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３のうちの表面サイジング剤アプリケータは、サイジング剤塗布ローラ１５０、サイジング剤塗布スプレー１５２、サイジング剤塗布ブラシ１５４、又は化学浴１５５のうち少なくとも１つを含みうる。

本明細書において、アイテムの列挙と共に使用される「のうち少なくとも１つ」という表現は、列挙されたアイテムのうちの一又は複数の異なる組み合わせを使用する場合があること、及び列挙中のアイテムのうち１つのみを必要とする場合があることを意味する。アイテムとは、特定の物体、物、ステップ、工程、プロセス、又はカテゴリのことでありうる。すなわち、「のうち少なくとも１つ」は、アイテムの任意の組み合わせ、又は任意の数のアイテムを列挙の中から使用する場合があるが、列挙された全てのアイテムを必要とするわけではない場合もあることを意味する。

例えば、限定するものではないが、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうち少なくとも１つ」又は「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうち少なくとも１つ」は、例えば、「アイテムＡ」、「アイテムＡとアイテムＢ」、「アイテムＢ」、「アイテムＡとアイテムＢとアイテムＣ」、「アイテムＢとアイテムＣ」又は「アイテムＡとアイテムＣ」を意味しうる。いくつかの場合には、「アイテムＡ、アイテムＢ、又はアイテムＣのうち少なくとも１つ」又は「アイテムＡ、アイテムＢ、及びアイテムＣのうち少なくとも１つ」は、限定するものではないが、「アイテムＡのうち２個とアイテムＢのうち１個とアイテムＣのうち１０個」、「アイテムＢのうち４個とアイテムＣのうち７個」、又は他の何らかの適切な組み合わせを意味しうる。

サイジング剤塗布ローラ１５０により、サイジング剤を表面に伸ばすことが可能となる。サイジング剤塗布スプレー１５２により、サイジング剤を表面に噴霧することが可能となる。サイジング剤塗布ブラシ１５４により、サイジング剤を表面にブラシで塗布することが可能となる。更に、化学浴１５５により、これら他のアプリケータのうち１つを用いて単一の表面に異なる種類のサイジング剤を塗布した後に、残りの表面にサイジング剤を塗布することが可能となる。例えば、サイジング剤塗布ローラ１５０、サイジング剤塗布スプレー１５２、及びサイジング剤塗布ブラシ１５４のうち１つを用いて、サイジング剤が１つの表面に塗布されうる。次いで、化学浴１５５を用いて、異なるサイジング剤が一又は複数の他の表面に塗布されうる。

いくつかの場合においては、サイジング剤塗布ローラ１５０及びサイジング剤塗布スプレー１５２の両方を用いて、複数の別個の表面１３０のうち２つの異なる表面に２種の異なるサイジング剤が塗布されうる。２種の異なるサイジング剤の塗布は、同時に又は異なる時間に実施されうる。他の場合においては、少なくとも２種の異なるサイジング剤が同一の別個の表面の異なる部分に塗布されてもよい。このように、実行例に応じて、複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３のうち２つ以上の同一又は異なる種類の表面サイジング剤アプリケータを用いて、複数の別個の表面１３０のうち少なくとも２つの別個の表面に別々のサイジング剤が同時に又は異なる時間に塗布されうる。

このように、ローラシステム１０８を用いてフィラメント１２１の断面形状１２６を平坦化することにより、製造される黒鉛質炭素繊維１４２の品質が改善されうる。更に、上記のプロセス及びシステムを用いて炭素繊維１０２を製造することにより、製造効率が向上し、複合材製造に関わる製造コストが削減されうる。

図１は、例示的実施形態が実装されうる態様への物理的又は構造的な限定を暗示することを意図するものではない。図に示す構成要素に加えて又はその代替として、他の構成要素を使用してもよい。いくつかの構成要素は、任意選択的であってよい。また、ブロックは、いくつかの機能的な構成要素を示すために提示されている。例示的実施形態においてこれらのブロックを実行する場合、これらのブロックのうちの一又は複数を組み合わるか、分割するか、又は異なるブロックへと組み合わせたり分割したりしてもよい。

例えば、いくつかの場合においては、繊維加工システム１０４は酸化システム１５６を含みうる。酸化システム１５６は、複数のフィラメント１２０を熱酸化するために使用されうる。一例示的実施例では、酸化システム１５６は、複数のフィラメント１２０を空気中で摂氏約３００度を下回る温度で熱酸化しうる。複数のフィラメント１２０を熱酸化することで、複数のフィラメント１２０は安定化される。複数のフィラメント１２０の酸化は、複数のフィラメント１２０を炭化する前に実施されうる。実行例に応じて、酸化は、複数のフィラメント１２０を平坦化する前又は後に実施されうる。

ここで図２を参照すると、例示的実施形態に係る繊維加工システムが示されている。繊維加工システム２００は、図１に示す繊維加工システム１０４の一実行例の例でありうる。

図に示すように、繊維加工システム２００は、出力システム２０２、ローラシステム２０４、酸化システム２０５、炭化システム２０６、黒鉛化システム２０７、第１のサイジング剤塗布ローラ２０８、及び第２のサイジング剤塗布ローラ２１０を含む。本例示的実施例では、出力システム２０２及びローラシステム２０４はそれぞれ、図１に示す出力システム１０６、ローラシステム１０８の実行例の例でありうる。第１のサイジング剤塗布ローラ２０８及び第２のサイジング剤塗布ローラ２１０は、図１に示す複数の表面サイジング剤アプリケータ１１３の一実行例の例でありうる。

図に示すように、ポリマー２１１は、出力システム２０２を通って押出成形され、出力システム２０２から複数のフィラメント２１２として出される。複数のフィラメント２１２は、図１に示す複数のフィラメント１２０の一実行例の例でありうる。本例示的実施例では、複数のフィラメント２１２のことをまとめてＰＡＮ繊維２１４と称する場合がある。更に、複数のフィラメント２１２の各々は、ほぼ円筒形状であり、断面形状がほぼ円形でありうる。

ローラシステム２０４は複数のフィラメント２１２を受容し、複数のフィラメント２１２の各々の断面形状を変化させ各フィラメントに複数の別個の表面を生成するために複数のフィラメントに圧力を加える。図に示すように、ローラシステム２０４は第１のローラ２１６及び第２のローラ２１８を含みうる。複数のフィラメント２１２を第１のローラ２１６と第２のローラ２１８との間に通すことにより、複数のフィラメント２１２の断面形状が平坦化される。例えば、複数のフィラメント２１２の各々のほぼ円形の断面形状が、ほぼ長円形、楕円形、又は丸みを帯びた角を有する矩形に変化しうる。

本例示的実施例では、複数のフィラメント２１２を第１のローラ２１６と第２のローラ２１８との間で平坦化することにより、複数のフィラメント２１２の各々に複数の別個の表面が生成される。例えば、各フィラメントを平坦することにより、上面及び底面を含みうる複数の別個の表面を画定する複数の縁が生成されうる。複数の別個の表面を画定する縁は、実施される平坦化の程度及び種類に応じて、丸みを帯びているか尖っていてよい。更に、複数のフィラメント２１２を平坦化することにより、複数のフィラメント２１２の各々が円筒形状である場合と比較して露出した表面積が多く生成されうる。

いくつかの例示的実施例では、複数のフィラメント２１２は、酸化システム２０５により受容される前に延伸されうる。例えば、限定するものではないが、繊維加工システム２００は、複数のフィラメント２１２を延伸する張力システム２１３も含みうる。一例示的実施例では、張力システム２１３は、各フィラメントの断面形状を過度に変化させることなく各フィラメントをより長く、より薄くするように複数のフィラメント２１２を延伸するために使用されうる一連のローラ（図示しない）を含む。

酸化システム２０５は、複数のフィラメント２１２が延伸された後にＰＡＮ繊維２１４を受容しうる。酸化システム２０５は、ＰＡＮ繊維２１４を熱酸化しうる。

その後、炭化システム２０６がＰＡＮ繊維２１４を炭化し、非晶質炭素繊維２２０を形成する。非晶質炭素繊維２２０は、図１に示す複数の非晶質炭素繊維１３５の一実行例の例でありうる。一例示的実施例では、炭化システム２０６は、ＰＡＮ繊維２１４を炭化するように選択される温度を有する第１のレベルの熱を加える加熱チャンバを含みうる。

黒鉛化システム２０７は、非晶質炭素繊維２２０に第２のレベルの熱を加えることにより非晶質炭素繊維２２０を黒鉛化する。第２のレベルの熱は、炭化システム２０６により加えられる第１のレベルの熱より高くてよく、非晶質炭素繊維２２０を黒鉛化するように選択されうる。黒鉛質炭素繊維２２２は、図１に示す複数の黒鉛質炭素繊維１３８の一実行例の例でありうる。

その後、黒鉛質炭素繊維２２２の上面にわたり第１のサイジング剤塗布ローラ２０８を作動させることによって、第１のサイジング剤が黒鉛質炭素繊維２２２に塗布される。具体的には、第１のサイジング剤塗布ローラ２０８は、化学浴２２３からサイジング剤をピックアップし、黒鉛質炭素繊維２２２の上面にわたり作動しながらこれら上面に当該サイジング剤を塗布しうる。第１のサイジング剤は、黒鉛質炭素繊維２２２の物理的特性を保護し、他の材料と組み合わせるための黒鉛質炭素繊維２２２を作り出すように調製されうる。

加えて、黒鉛質炭素繊維２２２の底面にわたり第２のサイジング剤塗布ローラ２１０を作動させることによって、第２のサイジング剤が黒鉛質炭素繊維２２２に塗布される。具体的には、第２のサイジング剤塗布ローラ２１０は、化学浴２２５からサイジング剤をピックアップし、黒鉛質炭素繊維２２２の底面にわたり作動しながらこれら底面に当該サイジング剤を塗布しうる。第２のサイジング剤は、黒鉛質炭素繊維２２２の物理的特性を保護し、他の材料と組み合わせるための黒鉛質炭素繊維２２２を作り出すように調製されうる。

第１のサイジング剤及び第２のサイジング剤が黒鉛質炭素繊維２２２に塗布されると、これら黒鉛質炭素繊維２２２は、スプール２２４の周りに巻かれ、炭素トウ２２６を形成しうる。炭素トウ２２６は、複合積層板を作製するために使用されうる。

図２に示す繊維加工システム２００の図は、例示的実施形態が実装されうる態様への物理的又は構造的な限定を暗示することを意図するものではない。図に示す構成要素に加えて又はその代替として、他の構成要素を使用してもよい。いくつかの構成要素は、任意選択であってよい。

図２に示す種々の構成要素は、図１のブロック図で示す構成要素を物理的構造体としてどのように実装できるかを示す例示的実施例でありうる。加えて、図２の構成要素の一部については、図１の構成要素と組み合わされること、図１の構成要素と共に使用されること、又は、それら２つの場合を組み合わせることが可能である。

図３を参照すると、例示的実施例に係る平坦化フィラメントの一群の断面形状が示されている。一群の断面形状３００は、図１に示すフィラメント１２１などのフィラメントが、図１に示すローラシステム１０８などのローラシステムにより平坦化された後に有しうる断面形状を含みうる。

図に示すように、一群の断面形状３００は第１の形状３０２、第２の形状３０４、第３の形状３０６、及び第４の形状３０８を含みうる。有しうる４つの断面形状のみを図に示しているが、一群の断面形状３００は、実行例に応じて有しうる他の形状を含んでいてよい。

第１の形状３０２は、第１の表面３１０及び第２の表面３１２を画定する楕円形でありうる。第２の形状３０４は、第１の表面３１４及び第２の表面３１６を画定する縁を有する矩形でありうる。第３の形状３０６は、第１の表面３１８及び第２の表面３２０を画定する、更に丸みを帯びた縁を有する別の矩形でありうる。第４の形状３０８は、第１の表面３２２、第２の表面３２４、及び第３の表面３２６を画定する三角形でありうる。

このように、図１に示すフィラメント１２１などのフィラメントは、様々な形状を形成するように平坦化されうる。これらの種類の形状を有するフィラメントは、ほぼ円形の断面形状を有するフィラメントと比較して、複合材製造においてより密に充填することができる炭素繊維に変換されうる。更に、一群の断面形状３００に含まれる、有しうる形状の種類により、炭素繊維の別個の表面に種々のサイジング剤が容易に塗布されうる。

ここで、例示的実施形態に係る炭素繊維を製造するためのプロセスをフローチャートで示す図４を参照する。図４に示すプロセスは、図１に示す繊維加工システム１０４又は図２で説明した繊維加工システム２００を用いて実行されうる。

プロセスは、フィラメントを形成するために出力システムの開口を通ってポリマーを押出成形することにより開始しうる（工程４００）。本例示的実施例では、ポリマーはポリアクリロニトリルでありうる。工程４００で形成されたフィラメントは、ほぼ円形の断面形状を有する円筒形状でありうる。このように、フィラメントは、単一の連続した外面を有しうる。

次に、フィラメントの断面形状を変化させフィラメントに複数の別個の表面を生成するために、フィラメントに圧力が加えられうる（工程４０２）。具体的には、工程４０２では、フィラメントが平坦化されうる。すなわち、フィラメントの断面形状はほぼ円形からほぼ長円形、楕円形、丸みを帯びた角を有する矩形、又は複数の別個の表面を画定する何らかの他の種類の断面形状に変化しうる。複数の別個の表面は、工程４０２で実施される平坦化の程度及び種類に応じて、丸みを帯びた又は尖った縁によって画定されていてよい。

その後、フィラメントは、複数の別個の表面を有する黒鉛質炭素繊維に変換されうる（工程４０４）。次に、黒鉛質炭素繊維の複数の別個の表面に複数のサイジング剤が塗布され（工程４０６）、その後プロセスは終了する。工程４０６では、黒鉛質炭素繊維の別個の表面のうち少なくとも２つの表面が２種の異なるサイジング剤でコーティングされうる。一例示的実施例では、黒鉛質炭素繊維の各別個の表面に、異なるサイジング剤が塗布される。例えば、限定するものではないが、第１のサイジング剤が黒鉛質炭素繊維の上面に塗布され、一方、第２のサイジング剤が黒鉛質炭素繊維の底面に塗布されうる。

ここで、例示的実施形態に係る炭素繊維を製造するためのプロセスをフローチャートで示す図５を参照する。図５に示すプロセスは、図１に示す繊維加工システム１０４又は図２で説明した繊維加工システム２００を用いて実行されうる。

プロセスは、白色の複数のフィラメントを形成するためにダイの複数の開口を通ってポリアクリロニトリル材料を押出成形することにより開始しうる（工程５００）。工程５００においても、複数のフィラメントのことを複数のＰＡＮフィラメントと称する場合がある。

次に、各フィラメントの断面形状を引き伸ばし、各フィラメントに複数の別個の表面を生成するために、複数のフィラメントの各フィラメントがローラシステムを用いて平坦化されうる（工程５０２）。工程５０２では、各フィラメントの断面形状は、ほぼ円形からほぼ長円形、楕円形、又は丸みを帯びた角を有する矩形に変化しうる。いくつかの例示的実施例では、工程５０２において、第１の組のローラと第２の組のローラとの間に複数のフィラメントが通されうる。工程５０２で複数のフィラメントを平坦化することにより、複数のフィラメントの露出した表面積が増加する。更に、複数のフィラメントを平坦化することにより、複数の別個の表面を画定する縁が生成される。これらの縁は、丸みを帯びているか又は尖っていてよい。

次いで、複数のフィラメントは熱酸化されうる（工程５０４）。工程５０４では、複数のフィラメントを炭化するのに必要な熱のレベルよりも低いレベルの熱で複数のフィラメントが熱酸化されうる。例えば、複数のフィラメントは、摂氏約４００度未満で酸化されうる。

その後、複数のフィラメントは、各々が複数の別個の表面を有する灰色の複数の非晶質炭素繊維に変換されうる（工程５０６）。工程５０６は、複数のフィラメントを延伸する張力システム及び複数のフィラメントを加熱する加熱システムを用いて実施されうる。工程５０６では、複数のフィラメントは当該延伸によって、より長く、より薄くなりうる。複数のフィラメントを延伸することで、多くの個々のフィラメント同士が一緒に束にされうる。複数のフィラメントを延伸する前に平坦化することによって、より密に充填されたフィラメントのバンドを形成することができる。工程５０６では、複数のフィラメントを炭化するように選択される第１のレベルの熱で複数のフィラメントが加熱されて、複数の非晶質炭素繊維が形成されうる。

次に、複数の非晶質炭素繊維は、各々が複数の別個の表面を有する黒色の複数の黒鉛質炭素繊維に変換されうる（工程５０８）。工程５０８は工程５０６と同様に実施されうるが、複数の非晶質炭素繊維は、黒鉛化を生じさせるために第１のレベルの熱よりも高い第２のレベルの熱で加熱されてもよい。

その後、複数の黒鉛質炭素繊維の各黒鉛質炭素繊維に複数のサイジング剤が塗布されうる（次の工程）。その後、プロセスは終了しうる。本工程では、各黒鉛質炭素繊維の各異なる別個の表面に異なるサイジング剤が塗布されうる。例えば、限定するものではないが、第１のサイジング剤が複数の黒鉛質炭素繊維の上面に塗布され、一方、第２のサイジング剤が複数の黒鉛質炭素繊維の底面に塗布されうる。

ここで、例示的実施形態に係る複数のフィラメントを黒鉛化炭素繊維に変質させるためのプロセスをフローチャートで示す図６を参照する。図６に示すプロセスは、図１に示す繊維加工システム１０４又は図２で説明した繊維加工システムを用いて実行されうる。

プロセスは、フィラメントを第１の加熱チャンバ内で受容することにより開始しうる（工程６００）。フィラメントを非晶質炭素繊維に変質させるために、フィラメントに第１のレベルの熱が加えられる（工程６０２）。

その後、非晶質炭素繊維が第２の加熱チャンバ内に受容される（工程６０４）。非晶質炭素繊維を黒鉛質炭素繊維に変質させるために、非晶質炭素繊維に第１のレベルの熱よりも高い第２のレベルの熱が加えられる（工程６０６）。その後、プロセスは終了する。

ここで、例示的実施形態に係る黒鉛化炭素繊維にサイジング剤を塗布するためのプロセスをフローチャートで示す図７を参照する。図７に示すプロセスは、図１に示す繊維加工システム１０４又は図２で説明した繊維加工システム２００を用いて実行されうる。

プロセスは、第１の表面サイジング剤アプリケータを用いて、黒鉛質炭素繊維の第１の表面に第１のサイジング剤を塗布することにより開始しうる（工程７００）。工程７００では、第１の表面サイジング剤アプリケータは例えば、限定するものではないが、サイジング剤塗布ローラ、サイジング剤塗布スプレー、サイジング剤塗布ブラシ、又は黒鉛質炭素繊維の単一の表面に第１のサイジング剤を塗布することを可能にする何らかの他の種類の塗布デバイスの形態でありうる。

次に、第２の表面サイジング剤アプリケータを用いて、黒鉛質炭素繊維の第２の表面に第２のサイジング剤が塗布されうる（工程７０２）。その後、プロセスは終了する。工程７０２では、第２の表面サイジング剤アプリケータは例えば、限定するものではないが、サイジング剤塗布ローラ、サイジング剤塗布スプレー、サイジング剤塗布ブラシ、化学浴、又は黒鉛質炭素繊維に既に塗布された第１のサイジング剤に影響を与えることなく黒鉛質炭素繊維の異なる表面に第２のサイジング剤を塗布することを可能にする何らかの他の種類の塗布デバイスの形態でありうる。

図に示した種々の実施形態におけるフローチャート及びブロック図は、例示的実施形態における装置及び方法の幾つかの可能な実行例の設計、アーキテクチャ、及び機能を示している。これに関し、フローチャート又はブロック図の各ブロックは、モジュール、セグメント、機能、及び／又は工程もしくはステップの一部を表しうる。

例示的実施形態の幾つかの代替的な実行例では、ブロックに記した一又は複数の機能が、図中に記した順序を逸脱して実施されることがある。例えば、場合によっては、連続して示されている２つのブロックがほぼ同時に実行される場合があるか、又は時には含まれる機能に応じて、ブロックが逆の順で実施される場合もある。また、フローチャート又はブロック図に示されたブロックに加えて、他のブロックが追加される場合もある。

本開示の例示的実施形態は、図８に示す航空機の製造及び保守方法８００、及び図９に示す航空機９００の観点から記載することができる。まず図８を参照すると、航空機の製造及び保守方法のフローチャートが、例示的実施形態にしたがって示されている。製造前の段階では、航空機の製造及び保守方法８００は、図９の航空機９００の仕様及び設計８０２、並びに材料の調達８０４を含みうる。

製造段階では、図９の航空機９００の構成要素及びサブアセンブリの製造８０６、並びにシステム統合８０８が行われる。その後、図９の航空機９００は、認可及び納品８１０を経て運航８１２に供されうる。顧客により運航８１２される期間中、図９の航空機９００には、改変、修理、改修、及びその他の整備又は保守を含みうる定期的な整備及び保守８１４が予定される。

航空機の製造及び保守方法８００のプロセスの各々は、システムインテグレータ、第三者、及び／又はオペレータによって実行又は実施されうる。これらの例では、オペレータは顧客であってもよい。本明細書では、システムインテグレータは、限定するものではないが、任意の数の航空機製造者及び主要システムの下請業者を含み、第三者は、限定するものではないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含み、かつ、オペレータは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。

ここで図９を参照すると、例示的実施形態が実行されうる航空機のブロック図が示されている。この例では、航空機９００は、図８の航空機の製造及び保守方法８００によって製造され、複数のシステム９０４及び内装９０６を有する機体９０２を含みうる。システム９０４の例には、推進システム９０８、電気システム９１０、液圧システム９１２、及び環境システム９１４のうちの一又は複数が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれていてもよい。航空宇宙産業の例が示されているが、種々の例示的実施形態は、自動車産業などの他の産業に適用してもよい。

本明細書で具現化される装置及び方法は、図８の航空機の製造及び保守方法８００のうちの少なくとも１つの段階で使用されうる。具体的には、図１で説明した繊維加工システム１０４及び図２で説明した繊維加工システム２００は、航空機の製造及び保守方法８００の段階のうち任意の１つの段階中に炭素繊維１０２を製造するために使用されうる。例えば、限定するものではないが、これらのシステムは、仕様及び設計８０２、材料の調達８０４、構成要素及びサブアセンブリの製造８０６、システム統合８０８、定期的な保守及び整備８１４、又は航空機の製造及び保守方法８００の何らかの他の段階のうち少なくとも１つの最中に、複合材の作製に使用する炭素繊維１０２を製造するために使用されうる。複合材は、機体９０２及び内装９０６を含む航空機９００のサブ部品の任意の部品の組み立てに使用されうる。

一例示的実施例では、図８の構成要素及びサブアセンブリの製造８０６で製造される構成要素又はサブアセンブリは、航空機９００の図８に示す運航中に製造される構成要素又はサブアセンブリと同様の方法で、作製又は製造される。更に別の実施例では、一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、図８の構成要素及びサブアセンブリの製造８０６並びにシステム統合８０８などの製造段階で利用してもよい。一又は複数の装置の実施形態、方法の実施形態、又はこれらの組み合わせを、航空機９００の図８に示す運航８１２中及び／又は保守及び整備８１４中に利用してもよい。任意の数の種々の例示的実施形態を用いることにより、航空機９００の組立てを大幅に効率化すること及び／又はコストを削減することができる。

本発明は、特許請求の範囲と混同すべきではない下記の条項においても言及されている。

Ａ１．
フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を変化させフィラメント（１２１）に複数の別個の表面（１３０）を生成するために、フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えること（４０２）と、
フィラメント（１２１）を、複数の別個の表面（１３０）を有する黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換すること（４０４）と、
少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を黒鉛質炭素繊維（１４２）の複数の別個の表面（１３０）に塗布すること（４０６）と
を含む、炭素繊維を製造する方法。

Ａ２．
フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えること（４０２）は、
フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）をほぼ円形から平坦化形状に変化させるためにフィラメント（１２１）に圧力成形力を加え、これによりフィラメント（１２１）の上面（１３１）及び底面（１３２）を生成することを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ３．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布すること（４０６）は、
黒鉛質炭素繊維（１４２）の第１の表面に第１のサイジング剤（１４４）を塗布することと、
黒鉛質炭素繊維（１４２）の第２の表面に、第１のサイジング剤（１４４）とは異なる第２のサイジング剤（１４８）を塗布することとを含む、段落Ａ２に記載の方法も提供される。

Ａ４．
フィラメント（１２１）を形成するために、出力システム（１０６）の開口を通ってポリマー（１１８）を押出成形することを更に含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ５．
ポリマー（１１８）を押出成形することは、
白色のフィラメント（１２１）を形成するためにポリアクリロニトリルポリマー（１２２）を出力システム（１０６）の開口から押出成形することを含む、段落Ａ４に記載の方法も提供される。

Ａ６．
フィラメント（１２１）を黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換することは、
非晶質炭素繊維（１３６）を形成するために、フィラメント（１２１）に第１のレベルの熱（１３４）を加えながらフィラメント（１２１）を引っ張ることと、
黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために、非晶質炭素繊維（１３６）に第２のレベルの熱（１４０）を加えながら非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることとを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ７．
フィラメント（１２１）を引っ張ることは、
灰色の非晶質炭素繊維（１３６）を形成するために、加熱チャンバを用いてフィラメント（１２１）に第１のレベルの熱（１３４）を加えながらフィラメント（１２１）を引っ張ることを含む、段落Ａ６に記載の方法も提供される。

Ａ８．
非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることは、
黒色の黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために、加熱チャンバを用いて非晶質炭素繊維（１３６）に第２のレベルの熱（１４０）を加えながら非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることを含む、段落Ａ７に記載の方法も提供される。

Ａ９．
非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることは、黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために加熱チャンバを用いて非晶質炭素繊維（１３６）に第２のレベルの熱（１４０）を加えながら非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることを含み、黒鉛質炭素繊維（１４２）の内側中央部が非晶質の状態で維持される、段落Ａ６に記載の方法も提供される。

Ａ１０．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
第１のサイジング剤（１４４）塗布ローラを用いて黒鉛質炭素繊維（１４２）の第１の表面に第１のサイジング剤（１４４）を塗布することと、
第２のサイジング剤（１４８）塗布ローラを用いて黒鉛質炭素繊維（１４２）の第２の表面に第２のサイジング剤（１４８）を塗布することとを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１１．
フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えることは、フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）をほぼ円形からほぼ長円形、楕円形、及び丸みを帯びた角を有する矩形に変化させるためにフィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えることを含み、これによりフィラメント（１２１）の露出した表面積を増大させる、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１２．
フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えることにより、フィラメント（１２１）を黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換させるのに必要な時間が短縮される、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１３．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
サイジング剤塗布ローラ（１５０）を用いて黒鉛質炭素繊維（１４２）の第１の表面に第１のサイジング剤（１４４）を塗布することと、
化学浴（１５５）を用いて黒鉛質炭素繊維（１４２）の第２の表面に第２のサイジング剤（１４８）を塗布することとを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１４．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
サイジング剤塗布ローラ（１５０）、サイジング剤塗布スプレー（１５２）、サイジング剤塗布ブラシ（１５４）、又は化学浴（１５５）のうち少なくとも１つを用いて、複数のサイジング剤（１４５）の各サイジング剤を黒鉛質炭素繊維（１４２）の複数の別個の表面（１３０）のうち対応する別個の表面に塗布することを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１５．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
少なくとも２種の異なるサイジング剤を少なくとも２つの別個の表面（１３０）に同時に塗布することを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１６．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
少なくとも２種の異なるサイジング剤を複数の別個の表面（１３０）のうちの１つの別個の表面の異なる部分に塗布することを含む、段落に記載の方法Ａ１も提供される。

Ａ１７．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
サイジング剤を第１の表面及び第２の表面の両方に同時に塗布することを含む、段落Ａ１に記載の方法も提供される。

Ａ１８．
段落Ａ１からＡ１７のいずれか１つに記載の方法にしたがって組み立てられた、航空機の部分。

Ｂ１．
複数のフィラメント（１２０）を形成するために、出力システム（１０６）の複数の開口（１１６）を通ってポリアクリロニトリルポリマー（１２２）を押出成形することと、
各フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を引き伸ばし、各フィラメント（１２１）に複数の別個の表面（１３０）を生成するために、ローラシステム（１０８）を用いて複数のフィラメント（１２０）の各フィラメントを平坦化することと、
複数のフィラメント（１２０）を各々が複数の別個の表面（１３０）を有する複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換することと、
少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）の各黒鉛質炭素繊維（１４２）に塗布することとを含む、炭素繊維を製造するための方法。

Ｂ２．
複数のフィラメント（１２０）を複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換することは、
複数の非晶質炭素繊維（１３５）を形成するために、第１のレベルの熱（１３４）で複数のフィラメント（１２０）を加熱することと、
複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために、第１のレベルの熱（１３４）よりも高い第２のレベルの熱（１４０）で複数の非晶質炭素繊維（１３５）を加熱することとを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供される。

Ｂ３．
複数のフィラメント（１２０）を第１のレベルの熱（１３４）で加熱する前に、第１のレベルの熱（１３４）よりも低いレベルの熱で複数のフィラメント（１２０）を熱酸化することを更に含む、段落Ｂ２に記載の方法も提供される。

Ｂ４．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）の各々の上面（１３１）に第１のサイジング剤（１４４）を塗布することと、
複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）の各々の底面（１３２）に第２のサイジング剤（１４８）を塗布することとを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供される。

Ｂ５．
複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
サイジング剤塗布ローラ（１５０）、サイジング剤塗布スプレー（１５２）、サイジング剤塗布ブラシ（１５４）、又は化学浴（１５５）のうち少なくとも１つを用いて、複数のサイジング剤（１４５）の各サイジング剤を複数の黒鉛質炭素繊維（１４２）の各黒鉛質炭素繊維（１４２）の複数の別個の表面（１３０）のうち対応する別個の表面に塗布することを含む、段落Ｂ１に記載の方法も提供される。

Ｂ６．
段落Ｂ１からＢ５のいずれか１つに記載の方法にしたがって組み立てられた、航空機の部分。

Ｃ１．
フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を変化させ複数の別個の表面（１３０）を生成するために、フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えるローラシステム（１０８）と、
フィラメント（１２１）を黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換する加熱システム（１１２）と、
少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を黒鉛質炭素繊維（１４２）の複数の別個の表面（１３０）に塗布する複数の表面サイジング剤アプリケータ（１１３）と
を含む装置。

Ｃ２．
複数の表面サイジング剤アプリケータ（１１３）のうちの表面サイジング剤アプリケータは、サイジング剤塗布ローラ（１５０）、サイジング剤塗布スプレー（１５２）、サイジング剤塗布ブラシ（１５４）、化学浴（１５５）のうち少なくとも１つを含む、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ３．
フィラメント（１２１）の加熱前、フィラメント（１２１）の加熱中、又はフィラメント（１２１）の加熱後のうち少なくとも１つにおいてフィラメント（１２１）を引っ張る張力システム（１１０）を更に含む、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ４．
黒鉛質炭素繊維（１４２）の複数の別個の表面（１３０）が上面（１３１）と底面（１３２）とを含む、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ５．
複数のサイジング剤（１４５）は、
上面（１３１）に塗布される第１のサイジング剤（１４４）と、
底面（１３２）に塗布される第２のサイジング剤（１４８）とを含む、段落Ｃ４に記載の装置も提供される。

Ｃ６．
加熱システム（１１２）は第１のレベルの熱（１３４）を用いてフィラメント（１２１）を非晶質炭素繊維（１３６）に変換させ、第２のレベルの熱（１４０）を用いてフィラメント（１２１）を黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換する、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ７．
非晶質炭素繊維（１３６）は灰色であり、黒鉛質炭素繊維（１４２）は黒色である、段落Ｃ６に記載の装置も提供される。

Ｃ８．
黒鉛質炭素繊維（１４２）の内側中央部が非晶質のまま維持される、段落Ｃ６に記載の装置も提供される。

Ｃ９．
フィラメント（１２１）はポリアクリロニトリルポリマー（１２２）から構成される、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ１０．
ローラシステム（１０８）は、フィラメント（１２１）を保護し、フィラメント（１２１）がローラシステム（１０８）に固着するのを防ぐための粉末コーティングを有する少なくとも１つのローラを備える、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ１１．
加熱システム（１１２）が、
非晶質炭素繊維（１３６）を形成するためにフィラメント（１２１）を第１のレベルの熱（１３４）で加熱する第１の加熱チャンバと、
黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するためにフィラメント（１２１）を第２のレベルの熱（１４０）で加熱する第２の加熱チャンバとを備える、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ１２．
開口を有する出力システム（１０６）を更に備え、押出成形されるポリマー（１１８）が当該開口を通ってフィラメント（１２１）を形成する、段落Ｃ１に記載の装置も提供される。

Ｃ１３．
段落Ｃ１からＣ１２のいずれか１つに記載の装置を用いた航空機の部分の作製。

種々の例示的実施形態の説明を、例示及び説明を目的として提示してきた。これは、限定列挙を意図するものではなく、また開示した形式での実施形態に限定することを意図していない。当業者には、多くの変更例及び変形例が明らかであろう。さらに、種々の例示的実施形態により、他の望ましい実施形態と比較して異なる特徴が提供されうる。選択された一又は複数の実施形態は、実施形態の原理、実際の用途を最もよく説明するため、且つ、他の当業者が、様々な実施形態の開示内容を企図される特定の用途に適した様々な変更例と共に理解することができるように、選択され記載されている。

Claims (19)

1. フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を変化させ前記フィラメント（１２１）に複数の別個の表面（１３０）を生成するために、前記フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えること（４０２）と、
   前記フィラメント（１２１）を、前記複数の別個の表面（１３０）を有する黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換すること（４０４）と、
   少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を前記黒鉛質炭素繊維（１４２）の前記複数の別個の表面（１３０）に塗布すること（４０６）と、
   を含む、炭素繊維を製造する方法。
2. 前記フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えること（４０２）は、
   前記フィラメント（１２１）の前記断面形状（１２６）をほぼ円形から平坦化形状に変化させるために前記フィラメント（１２１）に圧力成形力を加え、これにより前記フィラメント（１２１）に上面（１３１）及び底面（１３２）を生成することを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記フィラメント（１２１）を前記黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換することは、
   非晶質炭素繊維（１３６）を形成するために、前記フィラメント（１２１）に第１のレベルの熱（１３４）を加えながら前記フィラメント（１２１）を引っ張ることと、
   前記黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために、前記非晶質炭素繊維（１３６）に第２のレベルの熱（１４０）を加えながら前記非晶質炭素繊維（１３６）を引っ張ることと、を含む、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
   サイジング剤塗布ローラ（１５０）、サイジング剤塗布スプレー（１５２）、サイジング剤塗布ブラシ（１５４）、又は化学浴（１５５）のうち少なくとも１つを用いて、前記複数のサイジング剤（１４５）の各サイジング剤を前記黒鉛質炭素繊維（１４２）の前記複数の別個の表面（１３０）のうち対応する別個の表面に塗布することを含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
   前記少なくとも２種の異なるサイジング剤を少なくとも２つの別個の表面（１３０）に同時に塗布することを含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
   少なくとも２種の異なるサイジング剤を前記複数の別個の表面（１３０）のうちの１つの別個の表面の異なる部分に塗布することを含む、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記複数のサイジング剤（１４５）を塗布することは、
   サイジング剤を第１の表面及び第２の表面の両方に同時に塗布することを含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を変化させ前記フィラメント（１２１）に複数の別個の表面（１３０）を生成するために、前記フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えること（４０２）と、
   前記フィラメント（１２１）を、前記複数の別個の表面（１３０）を有する黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換すること（４０４）と、
   少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を前記黒鉛質炭素繊維（１４２）の前記複数の別個の表面（１３０）に塗布すること（４０６）と、
   前記黒鉛質炭素繊維（１４２）を樹脂と併用して、複合材を形成することと、
   前記複合材を用いて、航空機の部品を組み立てることと、
   を含む、航空機の部品を製造する方法。
9. フィラメント（１２１）の断面形状（１２６）を変化させ複数の別個の表面（１３０）を生成するために、前記フィラメント（１２１）に圧力（１２４）を加えるローラシステム（１０８）と、
   前記フィラメント（１２１）を黒鉛質炭素繊維（１４２）に変換する加熱システム（１１２）と、
   少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤（１４５）を前記黒鉛質炭素繊維（１４２）の前記複数の別個の表面（１３０）に塗布する複数の表面サイジング剤アプリケータ（１１３）と、を備える装置。
10. 前記複数の表面サイジング剤アプリケータ（１１３）のうちの表面サイジング剤アプリケータは、サイジング剤塗布ローラ（１５０）、サイジング剤塗布スプレー（１５２）、サイジング剤塗布ブラシ（１５４）、化学浴（１５５）のうち少なくとも１つを含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記フィラメント（１２１）の加熱前、前記フィラメント（１２１）の加熱中、又は前記フィラメント（１２１）の加熱後のうち少なくとも１つにおいて、前記フィラメント（１２１）を引っ張る張力システム（１１０）を更に備える、請求項９又は１０に記載の装置。
12. 前記黒鉛質炭素繊維（１４２）の前記複数の別個の表面（１３０）は、上面（１３１）と底面（１３２）とを含む、請求項９から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記加熱システム（１１２）が、
    非晶質炭素繊維（１３６）を形成するために前記フィラメント（１２１）を第１のレベルの熱（１３４）で加熱する第１の加熱チャンバと、
    前記黒鉛質炭素繊維（１４２）を形成するために前記フィラメント（１２１）を第２のレベルの熱（１４０）で加熱する第２の加熱チャンバとを備える、請求項９から１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 開口を有する出力システム（１０６）を更に備え、ポリマー（１１８）が前記開口を通って押出成形されて前記フィラメント（１２１）を形成する、請求項９から１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 炭素繊維を製造するための方法であって、当該方法は、
    複数のフィラメントを形成するために、出力システムの複数の開口を通ってポリアクリロニトリルポリマーを押出成形することと、
    各フィラメントの断面形状を引き伸ばし、各フィラメントに複数の別個の表面を生成するために、ローラシステムを用いて前記複数のフィラメントの各フィラメントを平坦化することと、
    前記複数のフィラメントを各々が前記複数の別個の表面を有する複数の黒鉛質炭素繊維に変換することと、
    少なくとも２種の異なるサイジング剤を含む複数のサイジング剤を前記複数の黒鉛質炭素繊維の各黒鉛質炭素繊維に塗布することと、を含む、方法。
16. 前記複数のフィラメントを前記複数の黒鉛質炭素繊維に変換することは、
    複数の非晶質炭素繊維を形成するために、第１のレベルの熱で前記複数のフィラメントを加熱することと、
    前記複数の黒鉛質炭素繊維を形成するために、前記第１のレベルの熱よりも高い第２のレベルの熱で前記複数の非晶質炭素繊維を加熱することと、を含む、請求項１５に記載の方法。
17. 前記複数のフィラメントを前記第１のレベルの熱で加熱する前に、前記第１のレベルの熱よりも低いレベルの熱で前記複数のフィラメントを熱酸化することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
18. 前記複数のサイジング剤を塗布することは、
    前記複数の黒鉛質炭素繊維の各々の上面に第１のサイジング剤を塗布することと、
    前記複数の黒鉛質炭素繊維の各々の底面に第２のサイジング剤を塗布することと、を含む、請求項１５から１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記複数のサイジング剤を塗布することは、
    サイジング剤塗布ローラ、サイジング剤塗布スプレー、サイジング剤塗布ブラシ、又は化学浴のうち少なくとも１つを用いて、前記複数のサイジング剤の各サイジング剤を前記複数の黒鉛質炭素繊維の各黒鉛質炭素繊維の前記複数の別個の表面のうち対応する別個の表面に塗布することを含む、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。

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