JP7254764B2 - 規定された繊維体積含有量を有する繊維を含浸させる装置 - Google Patents

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Description

本発明は、繊維にマトリックス材料を浸漬させるためのユニットを含む、繊維にマトリックス材料を含浸させるための装置から出発している。
繊維複合材料は繊維を含浸させて製造される。浴槽内で含浸させた繊維は、構成要素、例えばパイプ、マスト、またはタンクに使用され得、湿式巻き取り法によって製造される。そのような装置は、繊維の連続含浸を可能にし、該繊維は含浸後にさらに直接に処理され得る。湿式巻き取り法によって浸漬された繊維は、通常、マトリックス材料が硬化または固化する前に、最終生成物を形成するために巻き付けられる。最終生成物を形成するためのマトリックス材料の硬化または固化は、巻き取り後に次いで実行される。
繊維を浸漬するために、様々な方法が知られており、そこでは繊維が案内されて通過する浴槽が典型的に使用されている。
例えば、エンドレス繊維を、繊維が上方から浴槽内に浸漬され、浴槽内のローラの周りに案内される浴槽に通らせることは、ＵＳ２，４３３，９６５から知られている。浴槽から出るとき、このように浸漬された繊維は、余分なマトリックス材料が搾り出されるローラ対を通して案内される。このため、ローラ対は浴槽表面の上方に配置され、分離されたマトリックス材料は浴槽中に還流することができる。
巻き取られた製品を製造するための装置は、ＵＳ４，２６７，００７から知られている。ここで、巻き取りのプロセスより前の繊維は、同様に、マトリックス材料を有する浴槽内に浸漬される。このため、繊維は浴槽内のローラの周りに案内される。浸漬された後の繊維は、続いてプレート上を通過し、余分なマトリックス材料を搾り出すために、該プレート上にブロックで押し付けられる。
しかしながら、繊維質構造体が浴槽を通過するすべての方法は、マトリックス材料の粘度が、通常は開放浴槽のために、蒸発のために、または使用されるマトリックス材料に応じて空気中の湿気との接触による化学反応により、経時的に変化するという欠点を有する。さらに、例えば洗浄作業後など、各スタートアップ後に、再度面倒なことに繊維を撚る必要がある。浴槽の充填は、繊維が既にその中に配置された後にのみ行うことができる。
特に、マトリックス材料の粘度が変化することを回避するために、含浸が行われる隙間を通して繊維を案内する方法及び装置が知られている。そのような装置は、例えば、ＵＳ４，９３７，０２８，ＵＳ５，７６６，３５７，またはＷＯ－Ａ２００７／０６２５１６，ならびに、Ａ．Ｍｉａｒｉｓ等による「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｔｈｅ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ａ Ｓｉｐｈｏｎ Ｉｍｐｒｅｇｎａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ ｄｕｒｉｎｇ Ｆｉｌａｍｅｎｔ Ｗｉｎｄｉｎｇ」Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ＡＳＭＥ ２０１１ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｖｅｓｓｅｌｓ ａｎｄ Ｐｉｐｉｎｇ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＰＶＰ２０１１，Ｊｕｌｙ ２０１１、から知られている。しかしながら、これらの方法は、特に、含浸装置のサイズが小さいため、均一な含浸を得るためにマトリックス材料を連続的にかつ非常に正確に補充しなければならないという欠点を有する。
浸漬用のマトリックス材料がマニホールドを介して圧送されるダクトを通して繊維が案内される引抜成形法は、ＵＳ５，７４７，０７５から知られている。
ＵＳ５，０８４，３０５は、繊維がウェブとノズルを横切って案内され、それによって、マトリックス材料が各ウェブで形成された繊維に塗布される、浸漬方法を記述している。繊維がウェブの頂部に沿って一度案内され、そしてウェブの底部に沿って一回案内されることで、このシステムでは均一な含浸が達成される。
均一に含浸された繊維を得るために、マトリックス材料の連続的で、特に均一な送り込みがこの方法の場合も必要とされる。
繊維を含浸させる更なる可能性は、ＵＳ７，４１３，６２３から知られている。ここで、繊維は複数のローラに案内され、マトリックス材料の添加は、ローラの上方に配置された貯蔵容器から行われ、そこからマトリックス材料は、ローラ隙間に供給され、そこを通って繊維が上方から下方へ移動する。この場合、余分なマトリックス材料がローラを通って流れ落ち、リサイクルできないことが特に不利である。さらに、マトリックス材料がローラ上に堆積し、ローラ表面上で硬化するリスクがあり、これは必要とする追加の複雑なクリーニング工程につながる。
全ての既知の方法の場合のさらなる欠点は、繊維を浸漬している間も一定に保たれる特定の繊維体積含有量を設定できないことである。
したがって、本発明の目的は、所定の繊維体積含有量を設定することができ、含浸時の繊維体積含有量が製造時の操作パラメータの変化によっても変動しない繊維含浸装置および繊維含浸方法を提供することにある。
この目的は、繊維をマトリックス材料に浸漬するためのユニットを備えた、繊維にマトリックス材料を含浸させる装置により達成され、該装置には、浸漬された繊維が案内される少なくとも１つの開口部を備える繊維体積含有量を設定するためのユニットが含まれ、該ユニットでは、各開口の最小開口断面は、所望の繊維体積含有量が達成されるように適量のマトリックス材料が除去されるように寸法決めされている。
装置によって含浸させることができる繊維は、例えば、ロービング、糸またはヤーンの形態で、好ましくはロービングの形態で利用可能である。あるいは、繊維は、例えばマット、織布、編布、縦糸／横糸編布、または不織布のような平面状繊維構造体の形態でも利用可能である。
繊維を浸漬するためのユニットは、例えば、マトリックス材料を受け入れるための浴槽を含む。しかしながら、代替的には、当業者に知られている繊維を浸漬するための任意の他のユニット、例えば、ローラ含浸ユニット、またはマトリックス材料が繊維上に注がれるユニットを使用することもできる。さらに、混合ヘッド、好ましくは低圧混合ヘッドを、繊維を浸漬するためのユニットとして設けることも可能である。本明細書の繊維は、混合ヘッドの下のチャンバ内で含浸される。
含浸するときは、繊維は、繊維の体積含有量を設定するためにユニット内の開口部を通って案内される。大量のマトリックス材料が繊維に吸収された場合、繊維が繊維体積含有量を設定するユニットの開口部に案内される前に、マトリックス材料を繊維から拭き取ることも可能である。このために、例えば、繊維がそれを介して案内されるワイピングエッジを有するワイパーを用いることができる。特に、混合ヘッドによって浸漬する場合、浸漬直後に繊維体積含有量を設定するためのユニットを通じて繊維が案内されるのが好ましい。
さらに、本目的は、このような装置により繊維を含浸させる際に、繊維の体積含有量を設定する方法によって達成され、該方法は以下のステップを含む：
（ａ）繊維をマトリックス材料に浸漬するステップ；
（ｂ）繊維の体積含有量を設定するための設置体の少なくとも１つの開口部を通って浸漬された繊維を案内し、少なくとも２本の繊維が繊維体積含有量を設定するためのユニットの各開口部を通って案内され、各開口部は、以下の相関関係を満たす最小断面積を有する、ステップ。
Figure 0007254764000001
ここで
－ ｎは、操作中に開口部を通って案内される、繊維の数；
－ Ｔｅｘは、繊維数テックス（グラム／１０００メートル）；
－ φは、繊維の体積含有量；
－ ρは、繊維の密度。
次式は、繊維体積ＶＦｉｂｅｒおよびマトリックス体積ＶＭａｔｒｉｘを使用して、体積繊維含有量φに適用される。
Figure 0007254764000002
個々の繊維ではなく、ロービングまたは平面状の繊維構造がマトリックス材料に浸漬される場合、開口部を通って案内されるロービングまたは平面繊維構造の数とテックス数がそれぞれ、繊維の数とテックス数の代わりに挿入されるのが好ましい。
適量のマトリックス材料が除去されて所望の繊維体積含有量が達成されるように最小開口断面積が寸法決めされた少なくとも１つの開口部に繊維を通して案内することにより、適量のマトリックス材料が浸漬された繊維から除去されて該開口部の下流で繊維体積含有量が常に一定になる。マトリックス材料がワイピングエッジで除去されるワイパーの場合を除いて、プロセスパラメータが変動した場合であっても、一定の繊維体積含有量が常に達成され、例えば、いくつかの場所でマトリックス材料の含有量が場合、開口部を通過するときに、浸漬された繊維は四方を囲まれているため、場所により体積含有量を減少させ得る液滴が繊維によって捕捉されることがない。
本発明による装置および本発明による方法のさらなる利点は、用途に応じて異なる繊維含有量を設定できることであり、そこでは、繊維体積含有量の設定ユニットにおける開口部の開口断面は変化される。この目的のために、繊維体積含有量を設定するためのユニットの開口部を調節可能にすること、あるいは、繊維体積含有量を設定するための異なる開口断面を有する複数の交換可能なユニットが用意され、所望の開口断面積を設定するために、一致する開口断面を有するユニットが選択され挿入される。しかしながら、繊維の体積含有量を設定するユニットの開口部が調整可能であることが好ましい。
開口部の形状は、浸漬する繊維によって異なる。例えば、繊維が個々の糸、ヤーン、又はロービングの形態である場合には、断面積が円形の開口部を設けるのが好ましく、一方、マット、織物、編物、縦糸／横糸織物、又は不織布の場合には、スロット状の開口部を設けるのが好ましく、前記スロット状の開口部の高さは、少なくとも平面状繊維構造の厚さに対応し、高さの観点では、繊維構造の厚さの２倍であることが好ましい。
一実施形態では、繊維体積含有量を設定するためのユニットの少なくとも１つの開口部の断面積は、作動中の繊維の走行方向にサイズが減少する。断面積は走行方向に一定に減少することが好ましく、繊維の走行方向の断面積の減少は円錐状であることが特に好ましい。繊維の走行方向の断面積が減少することにより、浸漬された繊維のより均一な圧縮が達成されることができ、一方そのことにより、繊維体積含有量を設定するユニットの上流で繊維体積含有量が一定でない場合でも、繊維体積含有量を設定するユニットの開口部を通して繊維を均一に案内することが可能となる。作動中の繊維の走行方向に減少する断面積を有する繊維体積含有量設定ユニットの開口部の設計の更なる利点は、繊維から拭い取られおよび／または圧搾されたマトリックス材料が開口部からより容易に流出することができ、このため、繊維体積含有量を設定する手順を妨げることはない。拭い取られおよび／または圧搾されたマトリックス材料が、収集され、繊維を浸漬するためのユニットに戻されることが好ましい。
ロービングとして繊維が利用可能である場合、規定の繊維体積含有量が設定されるために含浸されるロービングの繊維は単数化される必要がなく、ロービングが束の形態のままであることは有利である。このため、繊維体積含有量を設定するユニットの各開口部は、それぞれ少なくともロービングの直径に対応する最大幅と最大高さを有することが好ましい。複数のロービングが１つの開口部を通って案内され、開口部の最大高さが１つのロービングの直径に対応する場合、開口部の幅は、この場合、全てのロービングが互いに隣り合うように開口部を介して案内されるため、少なくともロービングの数にロービングの直径を乗じた数に対応しなければならない。このように細長い孔として設計された開口部が９０°回転するように配置された場合、最大幅は１つのロービングの直径に対応し、高さはロービングの数に１つのロービングの直径を乗じた数に対応する。しかしながら、開口部は、ロービングが束の形態で開口部を通って案内され得るように設計されることが好ましい。ここでは、開口部は円形になるように設計されることが特に好ましい。しかし、開口部の他の形状、例えば、楕円または少なくとも３つの角を有する多角形の形状も可能である。しかしながら、開口部は、角部のない形状、すなわち、円形または楕円形であることが好ましい。ただし、高さ又は幅が１つのロービングの直径に対応するような開口部の設計は、個々のロービングが連続的に浸漬される用途にのみ可能である。エンドレス繊維を使用することが必要になった場合、例えば、巻かれた中空要素の製造のために、ロービング内で生成される前記エンドレス繊維は、結び目によって相互接続され、例えば、１つのロービングの直径の２倍の最小の高さまたは幅が必要とされる。
浸漬される繊維がロービングとして利用可能である場合、開口部の断面積は、好ましくは、少なくとも２つのロービング、好ましくは少なくとも４つのロービング、特に７つのロービングが前記開口部を通って案内され得るように大きく選択されることが好ましい。また、ロービングの最大数は、ロービングが予め浸漬される繊維を浸漬するためのユニットから導出される。ロービングは、個々に浸漬された後、繊維体積含有量を設定するユニットの開口部を通って案内されるようにアセンブルされるので、ロービングを浸漬するための浴槽を備えた装置の場合、非常に多数のロービングは、非常に広い浴槽を有することになる。さらに、ロービングのアセンブルにも一定の距離が必要であるため、一般に最大ロービング数は５０以下である。また、ロービングの組立距離を短くするために、ロービングの数が非常に多い場合には、繊維体積含有量を設定するユニットに複数の開口部を設け、各開口部に浸漬されたロービングの一部を案内するようにすることも可能である。開口部の断面積は、後者が少なくともｎ＋１のロービングの断面積に対応するように大きくすることが好ましく、ここで、ｎは開口部を通って案内されるロービングの数である。繊維体積含有量設定ユニットの開口部に複数のロービングが案内されることにより、ロービングは断面積に応じて自動的に搾られ、所望の繊維体積含有量が得られる。
装置が異なる数の繊維に使用できるようにするために、または繊維体積含有量を変化させるために、複数の繊維体積含有量設定ユニットを設けることが可能であり、そこでは繊維体積含有量設定ユニットはそれぞれ別の断面積を有している。ただし、繊維体積含有量設定ユニットの各開口部が、調整可能であることが好ましい。これにより、同じ繊維体積含有量設定ユニットを、異なる繊維体積含有量に、あるいは異なる繊維の数に用いることができる。
繊維体積含有量設定ユニットが調整可能であるか否かにかかわらず、繊維体積含有量設定ユニットは、上部品と下部品を含み、開口部は、何れの場合も、上部品の部分、下部品の部分によって構成される。これは、繊維を繊維含有量設定ユニットに簡単に配置できるという利点を有する。繊維は下部品の開口部部分に配置され、そして、上部品がその後配置され得る。繊維の挿入を容易にするために、下部品の開口部部分が上部品の開口部部分よりも大きい場合は、特に有利である。特に好ましくは、下部品の開口部部分は、繊維が該下部品の開口部部分に完全に挿入できるサイズであり、これにより上部品を下部品に被せた状態で繊維が開口部から滑り出て下部品と上部品との間で詰まることを回避する。ここで、下部品の開口部部分は開口断面全体の７５から１００％であると特に有利である。下部品の開口部部分が上部品によって平面的に閉じられている場合には、開口断面全体の１００％の割合が特に可能である。
しかし、繊維体積含有量設定ユニットは、それぞれが１つのクリアランス（切欠き）を有する上部品と下部品を備えることが好ましく、繊維体積含有量設定ユニットが嵌着される場合、下部品のクリアランスと上部品のクリアランスが交差し、その結果、開口部を形成し、開口部の断面は、上部品と下部品の相互の相対位置によって調整可能である。これは、たとえば、上部品と下部品がさまざまな度合いで互いに交差するように実装でき、ここで上部品と下部品は、互いに対して水平方向と垂直方向の両方に変位することが可能である。ここで、上部品または下部品は固定的に取り付けられ、上部品を固定的に取り付ける場合は下部品を、下部品を固定的に取り付ける場合は上部品を、それぞれ変位可能に取り付けることが好ましい。
特に好ましい一実施形態では、繊維体積含有量設定ユニットは、繊維体積含有量設定ユニットの繊維が通って供給される側が浴槽中に沈められ、繊維体積含有量設定ユニットから繊維が出る側が浴槽の外側に位置するように、設計および配置される。この繊維含有量を設定するユニットの配置は、拭い去られて戻されるマトリックス材料により浴槽内のマトリックス材料に空気やガスが導入されないという利点を有し、それによってマトリックス材料の老化がさらに遅くなり、さらにマトリックス材料に組み込まれた気泡によって繊維の完全な浸漬が損なわれることも防止される。繊維体積含有量設定ユニットが、この場合、完全に繊維とマトリックス材料によって満たされ、空気またはガスをそれぞれ含まないので、空気またはガスの導入は防止される。繊維体積含有量設定ユニットの浸漬された繊維が供給される側がマトリックス材料の浴槽の外側に位置する場合、還流するマトリックス材料は最初に浴槽の上方の空気またはガスを通って滴り落ち、そして、このようにして浴槽に導入される空気またはガスを取り込むことがあり得る。浴槽中のマトリックス材料の移動のため、該移動は拭い取られたマトリックス材料の前記浴槽への還流または滴下および繊維の移動により生じるが、同伴するガスは細かい気泡に分割され、マトリックス材料中に分散される。
繊維体積含有量設定ユニットの一方の側がマトリックス材料の浴槽内に突出し、他方の側が浴槽の外側に位置することにより、最小断面を有しマトリックス材料内に突出するノズルと、例えばスリーブ状でノズルに隣接しそれを通って浸漬された繊維がガイドされマトリックス材料の外側で終わるダクトとを有するように、繊維体積含有量設定ユニットが設計されることは特に有利である。ここでダクトの断面は、浸漬された繊維がダクトの壁に接触しないように十分に大きくなるように選択される。余分なマトリックス材料を最小断面面で拭き取るために、最小断面面の位置でダクトに環状ワイピングエッジを設けることがさらに好ましい。ここで、ダクトの断面は任意の形状とすることができ、角部のない断面形状、例えば円形断面や楕円形断面が好ましい。一実施形態におけるノズルは、繊維体積含有量を設定することができるように、前記ノズルが可変断面を有するように具現化される。代替的に、繊維体積含有量を設定するために、交換可能なノズルを設けることも可能である。
ノズルとダクトとを有する繊維体積含有量設定ユニットは２部構成とすることが好ましく、前記繊維体積含有量設定ユニットは、繊維を簡単な方法で下部品に配置でき、該繊維体積含有量設定ユニットを続いてカバーで閉じられるように、下部品と蓋を有する。
あるいは、繊維体積含有量設定ユニットを浴槽の壁に具現化することも可能である。この場合、繊維体積含有量設定ユニットは、壁の開口部として具現化され、外側の開口部は最小の断面を有する。断面面は、内部側、すなわち、浴槽に面する側の方が大きく、繊維が開口部をより容易に貫通できるようになっている。また、繊維体積含有量設定ユニットを浴槽の壁に具現化する場合は、繊維を先に配置し、続いてマトリックス材料を充填することがさらに好ましい。シールは、繊維体積含有量設定ユニットを形成する開口部を通って案内される繊維によって同時に行われ、シールによってマトリックス材料が浴槽から流出することを防止する。
繊維の送り込みも、浴槽の壁に構成することができる。これは、繊維体積含有量を設定するユニットのタイプに関係なく可能である。浴槽への繊維の送り込みが壁の開口部として構成される場合、最もタイトな断面における断面面は、供給される繊維によって想定される断面面に対応することが好ましい。ここで、繊維の通しを容易にするために、繊維が浴槽に入る側の開口部の断面面をより大きくすることも有利である。開口部を通って案内される繊維の断面面に対応する最小の断面面のために、操作時にマトリックス材料が開口部を通って浴槽外に流れることが防止される。ここで、開口部を通って案内される繊維はシールとして機能する。
繊維が浴槽の壁の開口部から供給され、繊維体積含有量設定ユニットも同様に浴槽の壁に具体化された、繊維を含浸させる装置が蓋によって封止されることが特に好ましい。特に、蓋によって閉じられる装置がマトリックス材料で完全に充満されている場合は、繊維を含浸するための装置を任意の角度に配置することが可能である。このようにして、繊維を含浸するための装置からの含浸された繊維は、繊維が繊維体積含有量設定ユニットを離れるときに、再度方向を変える必要なしに、異なる位置から巻取芯に供給され得る。特に、このような装置によって、巻取芯への繊維の星形の送り込みが可能であり、そこでは繊維を含浸させる装置も同様に星形に配置される。
さらに、繊維を含浸するための装置であって、繊維が浴槽の壁の開口部から供給され、繊維体積含有量設定ユニットによって引き抜かれ、後者が浴槽の壁に構成されている場合に、マトリックス材料を再供給することができるコネクタが提供されることが好ましい。この場合、マトリックス材料の充填は、繊維が配置された後にコネクタを介して最初に行うことができ、続いて、進行中の操作でマトリックス材料を再供給することができ、その結果、消費されたマトリックス材料を補充するために巻き取りプロセスを中断する必要がない。
繊維束またはロービングを供給する際、繊維を供給するための開口部の断面面は、繊維体積含有量設定ユニットを形成する開口部と同様に、角部を有さないことが好ましい。好適な断面形状は、例えば、円形または楕円形である。浸漬される繊維が、例えば細いテープ状の扁平繊維として存在する場合には、繊維を送り込むための開口部の断面形状は、当該開口部が存在する程度に、繊維体積含有量設定ユニットを構成する開口部の断面形状は矩形であることが好ましく、この場合も、開口部を構成する矩形の角部を丸めることができる。
また、繊維束または複数のロービングからの束を送り込む場合、送り込みの後に繊維束または複数のロービングに分割することがさらに好ましい。ここで、繊維束が供給されると、繊維束から個々の繊維、またはより少ない数の繊維を有する単位への分割が行われ得る。複数のロービングからの束が供給される場合には、個々のロービングへの分割が行われることが好ましい。このため、例えば、偏向ユニットがマトリックス材料の浴槽内に設けられ、個々の繊維、より少ない数の繊維を有する単位、または個々のロービングが前記偏向ユニットの周りに案内される。より小さい断面により、マトリックス材料が繊維の完全な浸漬を達成するために繊維に深く浸透する必要がないため、マトリックス材料による繊維の浸漬は、前記分割によって改善される。
繊維を浸漬させるユニットがマトリックス材料を有する浴槽を含む場合、装置は、浴槽が受容される下部品と、閉じるための蓋とを含むことが好ましく、前記蓋が取り付けられる場合には、いずれの場合においても、蓋と下部品の間の、繊維が装置内に案内されて装置から排出される側に１つの間隙が構成される。下部品と蓋とを有するこのような設計の場合、繊維体積含有量設定ユニットの上部を蓋に、繊維体積含有量設定ユニットの下部を下部品に配置することがさらに好ましい。
繊維から滴下するマトリックス材料を廃棄せずにリサイクルできるようにするために、下部品は浴槽方向に傾斜した面を有し、繊維から滴下するマトリックス材料は前記傾斜面を介して浴槽に戻ることができる。
浸漬のために繊維が案内されるマトリックス材料を有する浴槽のために、正確な量のマトリックス材料が供給される計量ユニットを提供する必要はない。繊維は、浴槽を通過する際にマトリックス材料を吸収する。
特に、大量のマトリックス材料が吸収される場合には、繊維を繊維体積含有量設定ユニットに案内する前に、余分なマトリックス材料を拭き取ることが有利である。この目的のために、操作中に繊維が案内されて通るワイピングエッジを有する少なくとも１つのワイパーを使用することができる。拭い取られたマトリックス材料は、浴槽方向に傾斜する面に滴下し、該余分な拭い取られたマトリックス材料が該傾斜面を通って浴槽に戻り、したがってリサイクルされることができる。
装置が閉じられる蓋のため、恒常的な空気交換が浴槽の上方で行われることが防止される。そのため、一方ではマトリックス材料の蒸発を制限することができ；他方では新鮮な空気の恒久的な送り込みも防止され、その結果、マトリックス材料と空気中に含まれる水の反応が減速される。したがって、浴槽中に含まれるマトリックス材料は、より長期間使用することができ、老化とそれに伴う粘度の増加のための交換は頻繁には必要とされない。装置に入るときまたは装置を出るときに繊維が損傷するのを防止し、さらに装置を出るときにマトリックス材料が繊維から再び搾り出されるのを防止するために、繊維が装置内に案内される１つの間隙と、浸漬された繊維が再び装置を離れるための第２の隙間が蓋と下部品との間に設けられている。
蓋が取り付けられている場合に繊維を浴槽に押し込むことができる偏向ユニットは、蓋に取り付けられていることが好ましい。そのため、繊維の配置とは独立して浴槽を充填することが可能である。繊維を浴槽表面上に簡単な方法で配置することができ、その後、蓋を取り付けるときに、繊維は偏向部によって浴槽中に押し込まれる。したがって、空の浴槽の場合の面倒な配置も不要である。
蓋に偏向ユニットを備えた構造のために、下部品は、洗浄のために簡単な方法で取り除かれ、新しい下部品と交換することができる。そのため、洗浄する場合に長時間の運転停止が必要とされない。もし、洗浄の労力が大きすぎるか、または環境的に有害な手段によってのみ可能であり、その結果、廃棄がより費用対効果が高く、より環境に優しい方法で実施され得るような場合、本発明による装置はまた、下部品を使い捨て部品として具現化し、下部品を要求に応じて新しいものと交換することを可能にする。
浴槽中を通過する際に繊維を均一に拭き取るためには、操作中に含浸された繊維が案内されて通過する少なくとも１つのワイパーに加えて、少なくとも１つワイパーが蓋に取り付けられるのが好ましく、該ワイパーは蓋が取り付けられる場合にワイピングエッジによって浸漬された繊維を上方から押し付ける。余分なマトリックス材料は、蓋に取り付けられた少なくとも１つワイパーによっても繊維の上側から拭い取られる。前記余分なマトリックス材料はまた、浴槽の方向に傾斜した面上に滴下し、マトリックス材料は浴槽中に還流する。蓋に取り付けられたワイパーによって、ここで下部品に取り付けられた部品を介して繊維を簡単な方法で装置内に配置することも可能である。蓋を取り付けられた後、対応するように上から作用する部品が繊維を押し下げる。個々のワイパーと偏向部品の間の複雑な糸通しをする必要はない。
繊維に作用する圧力を設定することができるように、蓋に取り付けられた少なくとも１つのワイパーは高さ調整が可能であることがさらに好ましい。蓋に取り付けられた全てのワイパーが高さ調整可能であることが特に好ましい。蓋に取り付けられるワイパーが複数設けられている場合、各ワイパーを個別に設定することが可能である。これにより、所望の量のマトリックス材料が繊維内に残るように、下部品および蓋に取り付けられたワイパーによる案内が可能になる。蓋に取り付けられたワイパーのワイピングエッジと蓋との間の間隔が大きいほど、浸漬された繊維に作用する圧力が大きくなり、多くのマトリックス材料が拭い取られる。したがって、多量のマトリックス材料を含有する繊維を得る場合には、小さい圧力のみが繊維に作用するようにワイパーは設定され；代わりにわずかな割合のマトリックス材料のみが繊維に含まれる場合には、より高い圧力が繊維に作用するようにワイパーは設定される。
繊維から余分なマトリックス材料を拭い取るためには、蓋のワイパーのワイピングエッジが装置の下部品のワイピングエッジよりも低くなるような寸法にすることが、下部品及び蓋のワイパーにとって特に有利である。マトリックス材料を繊維から均一に拭き取るために、蓋および下部品のワイパーが繊維の送り方向に、互いにずれて配置されていることがさらに好ましい。ここでは、ワイパーが繊維の送り方向に蓋と下部品にそれぞれ交互に配置されることが特に好ましい。このような配置により、繊維はワイパーに沿って上から下に均一に案内され、マトリックス材料は拭い取られる。下部品と蓋にワイパーを交互に配置すると、いずれの場合もさらに、下部品に取り付けられたワイパーと、蓋に取り付けられたワイパーが咬合することとなる。これは、蓋におけるワイパーの高さ設定において、蓋に取り付けられたワイパーのワイピングエッジを通過する繊維に、下部品に取り付けられたワイパーの隣接するワイピングエッジの場合と同じ圧力が作用するという、さらにプラスの効果を有する。そのため、繊維の均一な含浸が得られる。
余分なマトリックス材料が繊維から拭い取られるようにするために、蓋のワイパーのワイピングエッジが装置の下部品のワイパーのワイピングエッジよりも低くなるように、下部品および蓋のワイパーをそれぞれ寸法決めされることが特に有利である。このように、蓋に取り付けられたワイパーと下部品に取り付けられたワイパーとの間に常に咬合が存在する。ワイパーの相互の咬合の強度は、下部品に取り付けられたワイパーおよび／または蓋に取り付けられたワイパーの高さ調整によって設定され得る。
繊維中のマトリックス材料の比率のその後の正確な設定は、後者が繊維体積含有量設定ユニット内のワイパーを通過すると行われる。
ワイパーおよび繊維体積含有量設定ユニットの材料としては、耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、耐摩耗性セラミックスまたはガラスが特に適している。耐摩耗性材料を使用することにより、ワイパーや繊維体積含有量設定ユニットから摩耗した粒子が、異物として浸漬された繊維に混入しないことを確実にする。さらに、ワイピングエッジや、繊維体積含有量設定ユニットの少なくとも１つの開口部が、操作中に摩耗によって変形することが防止される。そのため、ワイパーと、繊維体積含有量設定ユニットの均一効果が、操作の全期間にわたって達成される。スチール、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、セラミックス、ガラスは、ワイパーおよび繊維体積含有量設定ユニットに特に好ましい材料である。
本発明の文脈における耐摩耗性は、１０００ｋｍの繊維、特にロービングの処理において、通過する繊維によって０．１ｍｍ未満のワイパーの材料が除去されることを意味すると理解される。
繊維を装置内に案内するときに、繊維が損傷を受けず、特にエッジをこすらないようにするために、浴槽に入る前に繊維を案内する第１の偏向ユニットが下部品に設けられることが好ましい。したがって、浴槽を離れる際に浸漬された繊維が案内される第２の偏向ユニットが下部品に設けられるのが好ましい。第１の偏向ユニットおよび第２の偏向ユニットがそれぞれ下部品に設けられているので、配置するときに繊維を偏向ユニット上に簡単に配置することができる。蓋に固定された偏向ユニットにより、繊維は続いて浴槽の中に押し込まれ、繊維は、下部品上の第１の偏向ユニットを案内されて通過し、蓋上の偏向ユニットに沿い、そして下部品上の第２の偏向ユニットを案内されて通過し、ドリップユニットへ向かう。ここで、下部品上の第１の偏向ユニットと第２の偏向ユニットは、取り付けるときに、蓋上の偏向ユニットが下部品の第１の偏向ユニットと下部品の第２の偏向ユニットとの間に位置するように配置される。
浴槽を出てドリップユニットに向かう前に、既に繊維から余分なマトリックス材料が除去されているようにするために、取り付けられた蓋が繊維を第２の偏向ユニットに押し付ける場合、搾りローラが蓋に取り付けられていることがさらに好ましい。操作中、繊維は、第２の偏向ユニットと搾りローラとの間を通って案内される。搾りローラが偏向ユニットを押し下げるので、余分なマトリックス材料は既にこの位置で繊維から搾り出される。第２の偏向ユニットおよび搾りローラの位置決めは、余分な材料が浴槽中に直接還流することにさらにつながる。
第１および第２の偏向ユニットは、何れの場合も、それぞれ独立して、バーまたは回転可能なローラであり得る。同様に、繊維を浴槽中に押し込む偏向ユニットは、少なくとも１つのバーまたは少なくとも１つの回転ローラを含むことができる。偏向ユニットがバーである場合、バーは好ましくは丸みのあるエッジのみを有し、特に好ましくは丸いバーである。バーは回転可能なローラ同様に、偏向要素に供することができる。しかし、下部品に配置される少なくとも第１および第２の偏向ユニットは、両方ともバーとして構成されるか、または両方とも回転可能なローラとして構成されることが好ましい。特に好ましくは、全ての偏向要素はバーとして構成されるか、又は全ての偏向要素は回転可能なローラとして構成される。
偏向要素のための適切な材料は、ワイパーと、繊維体積含有量設定ユニットのための材料と同じである。このことは、偏向要素が、好ましくは耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、耐摩耗性セラミックまたはガラスから作られ、そして特に好ましくはスチール、ＨＤＰＥ、ＰＴＦＥ、セラミックまたはガラスから作られることを意味する。
繊維を浴槽中に押し込むために、蓋に偏向要素を１つだけ設けることができ、または蓋に複数の偏向要素を設けることができる。ここで蓋に取り付けられるすべての偏向要素は、蓋が閉じられたとき、および偏向要素が下部品に存在するとき、蓋の偏向要素が下部品の第１の偏向要素と第２の偏向要素の間に位置するように配置される。
操作中に繊維が案内される隙間を通して空気の恒久的な交換が行われ、従って水分が空気中の湿度とともに恒久的に供給されるか、またはマトリックス材料が蒸発して装置から抽出されるのを防止するために、繊維構造が装置に案内される隙間、および／または繊維構造が装置から出る隙間に、リップシールを設けることが好ましい。本明細書のリップシールは、任意の適切な材料、特にシールに従来から使用されているようなエラストマー材料で作製することができる。エラストマー材料の使用は、未含浸の繊維が装置に入る際に、同様に、含浸された繊維が装置を離れる際に、リップシールによって損傷されないことを確実にする。さらに、浸漬された繊維が出ていくリップシールの構成では、繊維体積含有量が変化しないように、浸漬された繊維からマトリックス材料がそれ以上搾り出されないようにする必要がある。
マトリックス材料が周囲空気からの成分、特に空気中に含まれる水と反応し、それによって硬化し得ることを防止するために、フラッシングガスの流入部および流出部が提供されることがさらに好ましい。マトリックス材料の上方の雰囲気は、フラッシングガスによって除去され、フラッシングガスによって置き換えられることができる。適切なフラッシングガスは使用されるマトリックス材料に依存する。例えば、水と反応するマトリックス材料の場合、水を含まないフラッシングガスが使用される。この目的のために、例えば、乾燥空気または窒素、二酸化炭素もしくは希ガスのような乾燥不活性ガスが好適である。不活性ガスは、マトリックス材料が空気の他の成分、例えばその中に含まれる酸素と反応し得る場合にも適している。対照的に、マトリックス材料が蒸発するのを防ぐ場合、例えば、蒸発する可能性のあるマトリックス材料の成分で飽和されたフラッシングガスを使用することができる。
繊維を浸漬するための浴槽が蓋を有し、繊維体積含有量設定ユニットが設けられている場合、該繊維体積含有量設定ユニットは、一方の側がマトリックス材料の浴槽に沈められ、前記ユニットの他方の側がマトリックス材料の浴槽の外部に位置することにより、繊維が繊維体積含有量設定ユニットを出る側が蓋の外側に配置され、繊維が繊維体積含有量設定ユニットを介して蓋を通って案内されるように、蓋に固定されることが好ましい。浴槽の内部をシールするための追加のリップシールは、そのために省くことができる。
繊維体積含有量設定ユニットの数は、また一方の側が浴槽の中に突出し他方の側が浴槽の外側にある繊維体積含有量設定ユニットの場合も、繊維体積含有量設定ユニットの数は、浸漬される繊維又は繊維束の数に依存する。繊維体積含有量設定ユニットの数は、繊維体積含有量設定ユニット全体がマトリックス材料の浴槽の外側に配置される変形例においても、好ましくは上述したような数に対応する。繊維体積含有量を設定するための最小断面の直径も、上述したものに対応する。
繊維の浸漬を改善し、繊維に任意に含まれる空気を排出するために、特にロービングまたは繊維束を含浸させる場合に、繊維を案内するワイパーを浴槽中に設けるとさらに有利である。ここで、ワイパーのワイピングエッジは、特に操作中は、マトリックス材料の液面の下に位置する。ワイパーによって繊維に加えられる圧力のために、マトリックス材料が繊維内に押し込まれ、繊維に任意に含まれる空気、または繊維に任意に含まれるガスが繊維から搾り出される。ここでワイパーは、例えば、浴槽の外のワイパーの文脈で上述したように設計される。ここでは、少なくとも２つのワイパーを設けることが特に有利であり、少なくとも１つのワイパーは上方から繊維に作用し、少なくとも１つのワイパーは下方から作用する。ここで、上方から繊維に作用するワイパーのワイピングエッジが、下方から繊維に作用するワイパーのワイピングエッジの下に位置するように、上方および下方から繊維に作用するワイパーが互いに咬合することがさらに有利である。またここで、下方から繊維に作用するワイパーを下部品に固定し、上方から繊維に作用するワイパーを蓋に固定することにより、繊維を簡単な方法でその中に配置し、蓋に固定されたワイパーを介して浴槽内に押し込むことができるようにすることも好ましい。浴槽内にワイパーが設けられている場合は、上述した偏向ユニットの代わりにワイパーを用いることができ、浴槽中でワイパーが使用されるときに偏向ユニットを省くことができる。蓋が設けられていない場合には、上方から繊維に作用するワイパーを、他の任意の取り付け装置の助けを借りて、浴槽を含む下部品に固定することも可能である。この目的のために、上方から繊維に作用するワイパーは、例えば下部品の壁の溝に案内されるか、または下部品に配置された支持体に固定されることができる。ワイパーを下部品に直接固定することも可能である。しかし、この場合、繊維を複雑な方法で通す必要があるため、好ましい変形例ではなく、一方、蓋や支持体への固定の場合、あるいは溝に案内されるワイパーの場合、繊維を先に配置し、その後にワイパーを取り付けることができる。
浸漬されるべき繊維が、ロービングまたは繊維束の形態、あるいは個々の繊維の形態ではなく、繊維テープの形態、例えば編んだか織られたかの繊維を有する形態で存在する場合、ワイパーは、前記ワイパーが該繊維テープの幅広い側に作用するように整列される。ここで、繊維テープのスタックを供給することも可能であり、浴槽内の前記スタックは、続いて個々の繊維テープに分割される。この場合、浴槽内に平行に配置されたワイパーが個々の繊維テープごとに設けられ、個々の繊維テープは、対向する広い表面にそれぞれ作用する少なくとも２つのワイパーを通って案内される。ここでのワイパーは、繊維束又は複数のロービングからの束に対して上述した偏向ユニットのように作動する。繊維テープに潜在的可能に含まれるガス、特に空気を排出するために、この場合もワイパーは、ワイピングエッジが互いに咬み合うように、整列されることが好ましく、その結果、いずれの場合においても、繊維テープは、一方の側に作用するワイパーによって該繊維テープの他方の側に作用するワイパーに押し付けられる。
特に、繊維が供給される側が浴槽内に突出し、繊維を引き抜く側が浴槽外に出ている繊維体積含有量設定ユニットが使用される場合、ワイパーは浴槽内で使用されることが好ましい。
繊維を含浸させるためには、繊維が巻き付けられたロールなどの備蓄部から繊維を除去することが好ましい。含浸装置を有意義に運転できるようにするためには、含浸させる繊維はエンドレス繊維の束であり、任意の長さの繊維を備蓄部に含めることができないという必要性のみから有限の長さが導き出される。繊維は、好ましくは、繊維の末端に到達したときに、後続の新しい繊維が先行の繊維に簡単な方法で、例えば、結び目によって、接続できるように設計される。
含浸後、湿式巻き取り法により、繊維は構成要素を形成するようにラッピングされることが特に好ましい。このようにして製造される構成要素は、例えば、任意の種類およびサイズのパイプ、マスト、またはタンクである。
構成要素の十分な強度を得るために、繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、合成繊維、例えばポリマー繊維、または天然繊維であることがさらに好ましい。ここで、異なる繊維を使用することもできる。ここでの繊維の選択は、特に、構成要素に設定された機械的要件に由来する。しかしながら、異なる繊維を使用するのではなく、１つの材料からの繊維のみを使用するのが一般的である。繊維は、特に好ましくは、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維である。
繊維が含浸されるマトリックス材料は、任意の熱可塑性ポリマーであるか、または熱硬化性もしくは熱可塑性ポリマーの製造のための反応物を含むことができ、該反応物は液体または溶質の形態で利用可能でなければならない。マトリックス材料が熱可塑性ポリマーである場合、熱可塑性ポリマーは、例えば、溶融物として利用可能である。しかしながら、代替として、マトリックス材料が、モノマー溶液、オリゴマー溶液、モノマー溶融物またはオリゴマー溶融物の形態でポリマーを製造するための反応物を含有することも可能であり、前記反応物は所望のポリマーを形成するように引き続いて反応する。繊維に熱硬化性ポリマーを含浸させる場合、マトリックス材料は所望の熱硬化性ポリマーを生成するための反応物を常に含む。さらに、マトリックス材料は従来の触媒を含んでよい。ポリマーを製造するための反応物は、一般に、ポリマーが構成されるモノマーまたはオリゴマーである。熱硬化性ポリマーが製造される場合、反応物は、さらに反応して熱硬化性プラスチックを形成するポリマーとしても既に利用可能である。
設定される構成要素の特性のために、マトリックス材料はさらに添加剤を含むことができる。これらは、例えば、軟化剤、衝撃改質剤、紫外線安定剤、難燃剤、およびポリマーの改質のために通常使用される当業者に知られている他の任意の添加剤である。
マトリックス材料は、特に好ましくは、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル（ＶＥ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、およびポリウレタン（ＰＵＲ）、ならびにそれらの反応物から選択される。
本発明の例示的な実施形態は図面に表されており、以下の説明においてより詳細に説明される。
図１ａ及び１ｂは、第１の実施形態における繊維体積含有量設定ユニットの閉じた状態およびを開いた状態を示す； 図２ａ及び２ｂは、図１ａおよび１ｂの繊維体積含有量設定ユニットの閉じた状態およびを開いた状態の側面図を示す； 図３ａから３ｃは、第２の実施形態における繊維体積含有量設定ユニットを示す； 図４ａおよび４ｂは、第３の実施形態における繊維体積含有量設定ユニットを示す； 第４の実施形態における繊維体積含有量設定ユニットを示す； 湿式巻き取り法の原理図を示す； 蓋を開いた状態の、本発明による繊維を含浸させるための装置の断面図を示す； 蓋を閉じた状態の、図７による装置の断面図を示す； 本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す； 本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す； 本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す； 本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す； 第２の実施形態における、繊維を含浸させる装置の平面図を示す； 図１３に示す装置の断面図を示す； 第３の実施形態による、装置を閉じるための蓋を有する繊維を含浸させる装置の開いた状態を示す； 図１５に示された、繊維を含浸させる装置の閉じた状態を示す； 繊維テープを含浸させる装置の平面図を示す； 図１７の装置の側面図を示す； 浴槽に沈み込んだ繊維体積含有量設定ユニットを有する繊維を含浸させる装置の断面図を示す； 繊維が浴槽に取り込まれる前の、図１９に示された繊維を含浸させる装置を示す； 浴槽を閉じるための蓋があり、蓋が開いている状態の、浴槽に沈み込む繊維体積含有量設定ユニットを有する繊維を含浸させる装置を示す； 閉じられた蓋を有する図２１に示す装置を示す図である。 巻製品を製造するための装置に隣接する、浴槽に沈み込む繊維体積含有量設定ユニットを有する繊維を含浸させる装置の平面図を示す； 図１９から図２３に示すような繊維を含浸させる装置に使用できる、繊維体積含有量設定ユニットを示す。 図１９から図２３に示すような繊維を含浸させる装置に使用できる、繊維体積含有量設定ユニットを示す。
第１の実施形態の繊維の体積含有量を設定するユニットは、図１ａおよび１ｂに示されている。
繊維体積含有量設定ユニット１００は、上部品１０１と下部品１０３とを含む。いずれの場合も、一つのクリアランス１０５が上部品１０１と下部品１０３に配置される。上部品１０１と下部品１０３を組み立てると、クリアランス１０５は、１つの開口部１０７を形成する。運転中にマトリックス材料に浸漬された繊維は、開口部１０７を通って案内され、余分なマトリックス材料は、開口部の周辺部１０９で拭い取られる。
上部品１０１と下部品１０３を有する繊維体積含有量設定ユニット１００の構造のため、繊維体積含有量設定ユニット１００を、図１ｂに示すように開くことが可能である。これにより、繊維をより簡単な方法で繊維体積含有量設定ユニット１００に配置することができる。
図１ａおよび１ｂの実施形態における繊維体積含有量設定ユニット１００は、図２ａおよび２ｂに側面図で示されている。繊維の処理方向における開口部１０７の輪郭は、破線によってそこに示されている。開口断面、すなわち図１ａおよび１ｂに示されるような円形開口部１０７の場合の直径は、最小開口断面１１１に到達するまで、繊維の処理方向で減少する。浸漬中の本明細書における最小開口断面は、次の条件を満たす：
Figure 0007254764000003
 ここで
－ ｎは開口部を通って案内される、操作中の繊維の数；
－ Ｔｅｘは、繊維数テックス［グラム／１０００メートル］；
－ φは、繊維体積含有量；
－ ρは、繊維の密度。
Figure 0007254764000004
 が繊維体積含有量φに適用され、繊維体積ＶＦｉｂｅｒおよびマトリックス体積ＶＭａｔｒｉｘを使用する。
ロービングまたは平面繊維構造が含浸される場合、繊維の数と繊維のテックス数の代わりに、それぞれ開口部を通して案内されるロービングまたは平面繊維構造の数とテックス数を挿入することが可能である。
図２ａおよび２ｂに示されているように、開口部の断面は、定常的に、特に直線的に減少するのが好ましい。したがって、円形断面の場合、円錐プロファイルが結果として生じる。開口部の断面が定常的に減少するため、最小開口断面の領域で拭い取られるマトリックス材料は、簡単に繊維体積含有量設定ユニット１００を流れ出ることができる。
第２の実施形態の繊維体積含有量を設定するユニットは、図３ａから３ｃに示されている。
図３ａから３ｃに示されている繊維体積含有量設定ユニット１００は、図１ａ、１ｂ、２ａ、および２ｂに示されている繊維体積含有量設定ユニット１００と同様に、上部品１０１と下部品１０３とを含む。いずれの場合も、１つのクリアランス１０５が上部品１０１および下部品１０３に構成されている。第１の実施形態とは対照的に、上部品１０１および下部品１０３のクリアランス１０５は平行な側面１１３および半円状の基部１１５を有するＵ字形である。図１ａから図２ｂに示される実施形態とは対照的に、繊維体積含有量設定ユニット１００の開口部１０７の開口断面は調整可能である。この目的のために、上部品１０１と下部品１０３は互いに互いの真上に位置するようには配置されておらず、繊維体積含有量設定ユニット１００を閉じた状態で上部品１０１は下部品の前方または後方にある。開口部１０７の大きさは、上部品１０１と下部品１０３が交差する領域が変化するように設定することができる。これは、一方では、図３ｂに示すように、上部品１０１及び下部品１０３のクリアランス１０５の側面１１３が互いに整列して互いに重なり合うように垂直方向の変位によって、あるいは、図３ｃに示すように、上部品１０１と下部品１０３のクリアランス１０５の側面１１３が互いにオフセットされるように水平方向の変位によって可能である。それにより、無限に可変の設定が可能となる。さらに、開口部１０７の高さとは別に、可能なあらゆる構造の繊維が開口部１０７を通して案内されるように、幅も変えることができる。
上部品１０１と下部品１０３を有する実施形態とは別に、図４ａに示すように、繊維体積含有量設定ユニット１００は、２つの相互に回転可能なプレート１１７、１１９を有するように設計されることも可能であり、そこでは１つのクリアランス１０５が各プレート１１７、１１９に構成される。開口部が構成されるために、プレートは互いに重なり合って配置され、２つのプレート１１７、１１９のクリアランス１０５が異なる方向を指すように相互に回転する。これは、図４ｂに例示的な方法で示される。開口部の断面は、プレート１１７、１１９の回転により変化させることができる。開口部１０７は、両方のプレート１１７、１１９のクリアランス１０５が同一方向を向いているときに開口し、繊維を容易に配置することができる。
第４の実施形態の調整可能な繊維体積含有量設定ユニットが図５に示されている。
図５に示す実施形態の場合の開口部１０７は、ラメラ開口部１２１によって囲まれている。これにより、開口断面が、ラメラ開口部が開閉する簡単なやり方で、より大きく開閉されるように設定することができる。
２つの部品で構成される繊維体積含有量設定ユニットは、下部品と蓋を有する、繊維を含浸させるための装置の場合に特に適している。この場合、繊維体積含有量設定ユニット１００の下部品１０３を装置の下部に固定することができ、繊維体積含有量設定ユニット１００の上部品１０１は、蓋に固定することができる。これは、図７から１２を用いて以下に例示的な方法で説明される。
図６は、繊維を含浸させる本発明による装置に採用することができる湿式巻き取り法を原理的な図で示している。
湿式巻き取り法で構成要素を製造するために、繊維１は備蓄部３、ここではパッケージクリールから浴槽５に供給される。浴槽５に入る前に、繊維１は、浴槽５内の繊維１がマトリックス材料と全体的に接触し、その結果、均一に含浸されるように、繊維１が互いに分離される櫛７を通して案内される。浴槽５には搾りローラ対９が隣接しており、これを通して浴槽５に含浸された繊維１が案内される。余分なマトリックス材料は、搾りローラ対９において含浸された繊維１から除去される。含浸された繊維１は、最終的に案内リング１１を通って案内され、スピンドル１３に巻き付けられる。それにより、回転対称の構成要素１５が生成される。案内リング１１は、スピンドル１３上の含浸された繊維１の均一な巻き付けを維持するために移動可能であり、同図の矢印で示されるように、スピンドル１１の軸と平行に移動することができる。
繊維を含浸させる本発明による装置は、図７の断面図に示されている。
繊維１にマトリックス材料を含浸させることができる装置は、下部品２１と蓋２３を含む。繊維１が浸漬されるマトリックス材料を有する浴槽５は、下部品２１に配置されている。繊維１の移動方向において、浴槽５は、浴槽の方向に傾斜した面２５に隣接している。それぞれ１つのワイピングエッジ２９を有するワイパー２７は、下部品２１の傾斜面２５の上方に配置されている。操作進行中において繊維１はワイピングエッジ２９を横切って案内され、余分なマトリックス材料が繊維１から除去される。拭い取られたマトリックス材料は、ワイパー２７が傾斜面の上に配置されているため、浴槽５に還流する。
好ましくは高さ調節可能なワイパー３１が蓋２３に取り付けられている。ここで蓋２３上のワイパー３１は、好ましくは、該ワイパー３１が下部品２１上のワイパー２７と咬合するように配置される。さらに、密閉蓋２３の場合に繊維１を浴槽５に押し込む偏向ユニット３３が、蓋２３に取り付けられている。これは図８に示されている。ここからも、下部品２１に固定されたワイパー２７が、蓋２３に取り付けられたワイパー３１と咬合することも導き出され得る。したがって、わずかなジグザグ形状が繊維１にエンボス加工されている。
図示の実施形態では、浴槽５に入る前および浴槽５を離れた後の繊維１が下部品のエッジで損傷しないようにするために、下部品２１に第１の偏向ユニット３５および第２の偏向ユニット３７が設けられている。運転中、繊維１は、繊維を含浸させる装置に入り、下部品２１と蓋２３との間の隙間３９を通って、下部品２１上の第１の偏向ユニット３５を横切って案内される。続いて、繊維１は、蓋２３に取り付けられた偏向ユニット３３に沿って走行し、これを介して繊維１は浴槽５内に浸漬される。偏向ユニット３３は、余分なマトリックス材料が除去されるワイパー２７、３１に繊維１が供給される前に繊維１が案内される第２の偏向ユニット３７に隣接している。次いで、浸漬された繊維は、第２の隙間４１を通って装置を出て、さらなる処理、例えば、湿式巻き取り法のスピンドル１３に供給され得る。しかしながら、湿式巻き取り法で製造される構成要素の代わりに、任意の他の、例えば平面状の構成要素も含浸された繊維から製造することができる。この目的のために、例えば、浸漬された繊維を所望の長さに切断し、適切な型で成形して、所望の構成要素を形成することが可能である。しかしながら、湿式巻き取り法のスピンドル１３への送り込みが好ましい。
繊維１が浴槽５で浸漬されるため、繊維構造１が浴槽５から離れるときは、典型的には大量のマトリックス材料が繊維構造１に付着している。最初の余分なマトリックス材料を除去するために、ここに示されるように、密閉蓋２３の場合に第２の偏向ユニット３７を担持する搾りローラ４３が含まれることが好ましい。浸漬された繊維が引き続いて第２の偏向ユニット３７と搾りローラ４３との間を通って案内される。
ワイパー２７，３１が浸漬された繊維１に作用する圧力は、蓋２３に取り付けられるワイパー３１の高さを設定することにより設定することができる。そのため、どれ位の量のマトリックス材料を浸漬した繊維１に含有させるかをターゲットにする方法で設定することができる。蓋２３に取り付けられたワイパー３１が下部品２１のワイパー２７とより強く咬合することで達成されるような比較的高い圧力の場合、より多くのマトリックス材料が浸漬された繊維１から搾り出され、下部品２１のワイパー２７とあまり強く咬合しないようにワイパー３１を設定し、その結果、繊維に作用する圧力がより低い場合よりも、繊維１は全体的にマトリックス材料をより少なく含む。
蓋２３に取り付けられた偏向ユニット３３、ならびに下部品２１上の第１の偏向ユニット３５および第２の偏向ユニット３７は、それぞれの場合において、バーの形態または回転可能なローラとして、相互に独立した方法で構成することができる。偏向ユニット３３，３５，３７がバーとして構成される場合、バーは、少なくとも繊維１と接触する領域において丸みを帯びたエッジのみを有することが好ましく、特に好ましいのは丸いバーである。
使用されるワイパー２７，３１は、ワイパーについて当業者に知られている任意の所望の形状を有することができる。ワイパーは、繊維構造１に対して９０°ずれた方向に配置されていてもよい。ワイパーの形状と位置合わせに関し、浸漬された繊維１が結果として損傷されないようにのみ注意しなければならない。本明細書のワイパーは、繊維を浸漬するための浴槽の場合にすでに一般的であるように設計および配置させることができる。
繊維体積含有量を正確に設定するために、ワイパー２７は繊維体積含有量を設定するユニット１００に隣接している。繊維１は、繊維体積含有量設定ユニット１００の開口部１０７を通して案内される。余分なマトリックス材料は、開口部１０７の周囲で拭い取られ、傾斜面２５上に滴下され、その後浴槽５内に戻ることができる。繊維１が予備的に案内されるワイパー２７とは対照的に、開口部１０７の規定された断面のために、所望の繊維体積含有量を設定するのに必要なだけのマトリックス材料が除去される。上方および下方から交互に繊維１を押すワイパー２７の場合よりも、実質的により正確な設定が可能である。
繊維体積含有量を設定するユニットは、上部品１０１が下部品１０３に直接担持されているか、あるいは一体的に具現化されることも可能であり、図７から図１１にそれぞれ示されている。図１ａから図２ｂに示した実施形態は、例えば２部品に設計する場合に用いることができる。これらの場合、例えば開口断面を設定するために、プレート１１７，１１９、またはラメラ開口部１２１を用いることができる。
あるいは、図３ａから図３ｃに示す実施形態を用いることももちろん可能である。これを図１２に示す。
蓋２３に取り付けられる偏向ユニット３３の設計の代替実施形態が図９から図１１に示されている。繊維構造を含浸するための装置の残りの構成は、図７および図８に示された実施形態のものに対応する。
図９に示す実施形態の場合の偏向ユニット３３は、蓋２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５と、蓋２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７とを備えている。ここでも、蓋２３に装着される第１の偏向ユニット４５と、蓋２３に取り付けられた第２の偏向ユニットは、バーまたは回転可能ローラとして構成することが可能である。蓋２３に装着される第１偏向ユニット４５と、蓋２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７の位置は、蓋２３が閉じられた場合、両偏向ユニット４５，４７が第１の偏向ユニット３５と第２の偏向ユニット３７との間に位置するようになっている。
蓋２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５と、蓋２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７により、浴槽５内の繊維が移動する距離を延長することができ、図７および８に示すようにたった１つの偏向ユニットと比較して、同じ速度での繊維の浴槽５内の滞留時間を長くすることができる。
また、蓋２３に設けられた回転可能ローラまたはバーとして具現化された偏向ユニットをさらに設けることもできるが、これは、追加の偏向ユニットが繊維１と接触し、繊維１が浴槽５内を移動する距離がさらに延長される場合にのみ意味がある。
蓋２３上の追加の偏向ユニットの代わりに、浴槽５内の距離を延長し、また任意で含浸を改善するために、浴槽５内に追加の偏向ユニット４９を設けることも可能である。図１０に示すように、前記追加の偏向ユニット４９は、蓋２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５と、蓋２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７の間に配置されている。浴槽内に配置された追加の偏向ユニット４９によって、繊維は、蓋に取り付けられた偏向ユニット４５，４７に押し付けられ、同時に追加の偏向ユニット４９で圧力を与えられる。そのため、マトリックス材料が繊維の間に押し込まれ、繊維の繊維間に任意に含まれるガスクッションが押し出されて、均一ですべてに増して完全な含浸が達成される。
図７から図１０に示されるような個々のバーまたは回転可能なローラとは別に、偏向ユニット３３は、構造化された表面を有するラムの形態で構成することもできる。これは、起伏のある表面を有する偏向ユニットについて、図１１に例示的な態様で示される。ただし、表面の構造は他の形状とすることもできる。ラムとして構成された偏向ユニット３３の表面の構造によって繊維が損傷を受けないように注意することだけが必要である。
ドリップユニットの代替設計を有し、繊維体積含有量を設定する調節可能なユニットを有する実施形態が、図１２に示されている。
図７から図１１に示す実施形態とは対照的に、ここでのドリップユニットは、相互に咬合するワイパー２７，３１を有するようには設計されていない。
図１２に示す実施形態では、偏向ユニット５１は、例えばバーまたは回転可能なローラとして、下部品２１のドリップユニットに設けられ、高さ調整可能なワイパー５３は蓋２３に設けられている。繊維１は、偏向ユニット５１とワイパー５３との間を案内され、偏向ユニット５１によってワイパー５３に押し付けられる。ワイパー５３は、調整可能な圧力で偏向ユニット５１に押し付けられるようにその高さに関して調整することができる。そのため、含浸された繊維中のマトリックス材料は、設定することができる。更なる偏向ユニット５５がワイパー５３の間で蓋に取り付けられている。偏向ユニット５５によって、偏向ユニット５１とワイパー５３との間に隙間があっても、繊維１が偏向ユニット５１に押し付けられることが保証される。
先の実施形態とは対照的に、ここでは、図３ａから３ｃに示されるような調節可能な開口断面を有する繊維体積含有量設定ユニット１００がどのように使用され得るかを示す。ここに示されている実施形態の上部品１０１は、繊維１の走行方向において、繊維体積含有量設定ユニット１００の下部品１０３の前方に位置している。あるいは、当然ながら、繊維の走行方向において上部品１０１を下部品１０３よりも後方に位置するように配置することも可能である。さらに、上部品１０１または下部品１０３のいずれかが繊維１の走行方向に対して横方向に延びるスロットを有するように設計され、下部品１０３または上部品１０１がこのスロット内に対応する方式で案内されるように設計されることも可能である。
開口断面を設定するために、上部品１０１及び／又は下部品１０３を垂直方向に移動可能に取り付けられている。追加または代替的に、上部品１０１および／または下部品１０３を、水平方向に移動可能になるように取り付けることも可能である。この目的のために、上部品１０１及び／又は下部品１０３は、例えば、繊維１の走行方向に対して横方向に延びるレールに取り付けられ、開口断面を設定するためにレール上で変位することができる。
すべての実施形態において、それぞれ、装置内に進入する周囲空気に対して装置をシールするために、繊維が装置内に案内される、または浸漬された繊維が装置から案内される隙間３９，４１の領域にシール要素を設けることが可能である。これは特に、空気の成分、例えば空気中に含まれる水と化学的に反応するポリマーまたはポリマー前駆体化合物がそれぞれマトリックス材料として使用される場合に有利である。さらに、浴槽上のガス空間をフラッシングガスでフラッシュするために、フラッシングガスの流入部および流出部を提供することができる。
ここに示した全ての実施形態において、繊維体積含有量設定ユニット１００を２つの部分に有する実施形態の場合の繊維を含浸させる装置であって、下部品１０３が装置の基部に取り付けられ、上部品１０１が装置の蓋２３に取り付けられている装置は、簡単な始動を可能にする。マトリックス材料が既に浴槽５内に含まれているか否かにかかわらず、開いた蓋２３の場合、繊維１を簡単な方法で配置することが可能である。蓋２３上の偏向ユニットおよびワイパーのために、繊維は、下部品２１上のそれぞれの偏向ユニットおよびワイパーに押しつけられて、浴槽５内に入れられ、これにより、予想される経路をとる。従って、本明細書に記載される装置を使用する場合、ローラの周りに繊維を配置するために、繊維の複雑な糸通し又は浴槽からのマトリックス材料の排出を必要としない。したがって、蓋が閉じられているときに蓋２３に固定される上部品１０１のそれぞれの位置決めによって開口部１０７が閉じられて、蓋が閉じられているときに全周が閉じられた開口部１０７内に繊維１が位置するように、繊維を下部品１０３のクリアランス１０５内に配置することもできる。装置の電源を切っていても、蓋２３を開くと、対応する簡単な方法で繊維は再び除去することができる。
さらに、下部品２１を取り外して交換することにより、別のマトリックス材料を必要に応じて供給したり、下部品２１を洗浄や廃棄のために必要に応じて取り外したり、新しい下部品２１に交換したりすることが非常に簡単にできる。そのため、特に、浴槽の洗浄が必要な場合であっても、前の下部品の洗浄中に新しい下部品を容易に使用することができるので、装置を動作させ続けることができる。
繊維が束として供給され、含浸のために単一化され、その後再び集められる繊維含浸装置が、図１３および１４に示されており、図１３はその装置を平面図で示し、図１４は断面図で示している。
図１３および図１４に示す実施形態では、繊維１は、繊維がマトリックス材料と共に浴槽１に供給されるように、開口部５９を通って供給される。ここで、本実施形態における繊維１を供給する開口部５９は、繊維１の糸通しを容易にするために、円錐形状に設計されている。その最もタイトな断面における開口部５９の断面面は、供給された繊維１の断面面に対応することが好ましい。
浴槽５に入ると、繊維束または複数のロービングからの束として供給された供給繊維１が分割される。本明細書における分割は、浴槽５に含まれるマトリックス材料で繊維１をよりよく浸漬することを保証するために、個々の繊維またはより少ない数の繊維を有する束へ分割されるか、または、ロービングからの束である場合は個々のロービングに分割される。繊維１を分割できるようにするために、導入された個々の繊維、数がより少ない繊維の群、または個々のロービングが案内される偏向要素５７が浴槽５内に配置される。本明細書の偏向要素５７の数は、浴槽５を通って案内される個々の繊維、数がより少ない繊維の群、または個々のロービングの数に依存する。個々の繊維、数がより少ない繊維の群、または個々のロービングは、偏向要素５７の後ろで再び集められ、繊維体積含有量設定ユニット１００に供給される。図１３および図１４に示す実施形態における繊維体積含有量設定ユニット１００は、同様に、浴槽５の壁の開口部１０７として構成される。繊維は、開口部１０７を通って案内され、該開口部１０７は、繊維の糸通しを改善するために、同様に減少する断面面を有するように構成されている。
最もタイトな断面が繊維の出口側にある、ここに図示された変形例の他に、繊維を供給するための開口部５９と、繊維体積含有量設定ユニット１００の開口部１０７は、最小断面面に達するまで、断面面が作動中の繊維の走行方向に最初に減少し、その後再び増加するように設計されることも可能である。
繊維を供給する開口部５９の最小断面面は、開口部５９を介して供給される繊維の断面面に対応することが好ましい。そのことにより、繊維が浸漬され、浴槽５に含まれるマトリックス材料に対するシールを、かなりな程度まで達成することができる。
繊維体積含有量設定ユニット１００の開口部１０７の設計により、ここでも、繊維を浸漬するために必要なだけのマトリックス材料が浴槽から出る。また、浸漬された繊維はここでシールとして機能し、それにより、浴槽５からのマトリックス材料の流出が防止される。
繊維１を可能な限り完全に浸漬させ、繊維にまだ含まれているガス、特に空気を排出するために、浴槽５にはワイパー５３がさらに設けられている。本明細書のワイパーは、ここで示すように、繊維１の上下に配置されることが好ましく、ワイピングエッジは、上方から繊維１に作用するワイパー５３．１が、下方から繊維１に作用するワイパー５３．２に繊維を押し付けるように整列され、対応するように、下から繊維１に作用するワイパー５３．２が、上から繊維１に作用するワイパー５３．１に対して繊維１を押し付けるように整列される。繊維１に作用する圧力、したがってガスを排出するワイパー５３の効果は、ワイパー５３が互いに係合する高さによって設定することができる。
図１３および図１４に示す実施形態では、繊維１を供給するための開口部５９および繊維体積含有量を設定するユニット１００がマトリックス材料の液レベルより下にあるので、運転のために繊維が最初に配置され、繊維１が配置された後にのみマトリックス材料が浴槽５に充填される。繊維１の容易な配置は、例えば、繊維が配置された後に繊維１に作用するワイパー５３．１を上方から挿入するだけでよいことで達成することができる。この目的のために、例えば、ワイパー５３．１を浴槽５の壁の溝に案内したり、浴槽５を閉じる支持体や蓋を介して繊維１に上方から作用するワイパー５３．１を配置したりすることができる。下から繊維に作用するワイパー５３．２は、例えば、浴槽５の基部に固定することができる。
ワイパー５３によって良好な結果が達成されるように、少なくとも３つのワイパーが設けられ、ワイパーは、何れの場合も、上下から交互に繊維に作用することができる。３つのワイパーの場合、例えばここに示すように、２つのワイパー５３．２が下方から繊維に作用し、１つのワイパー５３．１が上方から作用することができる。しかしながら、２つのワイパーが上方から繊維に作用し、１つのワイパーが下方から繊維に作用するような逆配置も可能である。本明細書の繊維１を供給するための開口部５９の位置は、繊維を供給する開口部５９の後方の最初のワイパーが上方から繊維に作用するワイパーである場合には、最初のワイパーのワイピングエッジの上方に位置し、繊維を供給する開口部５９の後方の最初のワイパーが下方から繊維に作用するワイパーである場合には、最初のワイパーのワイピングエッジの下方に位置するようにすることが好ましい。したがって、繊維体積含有量設定ユニットの開口部は、繊維１に上方から作用するワイパー５３．１が繊維の走行方向で繊維体積含有量設定ユニットの開口部の前で最後のワイパーとして位置する場合、ワイピングエッジの上方に位置し、繊維１に下方から作用するワイパー５３．２の場合は、ワイピングエッジの下方に位置する。繊維は、繊維を供給するための開口部５９および繊維体積含有量設定ユニット１００の開口部の対応する位置のために、最初および最後のワイパー５３のワイピングエッジにも押し付けられる。
繊維を含浸する装置の実施形態は、構造に関しては図１３および１４に示されているものにほぼ対応しているが、後者とは対照的に、蓋によって閉じることができ、図１５および１６に示されている。
図１５および図１６に示される実施形態の場合にも、繊維１は、繊維を供給するための開口部５９を通って浴槽５内に案内される。上方および下方から繊維に作用するワイパー５３は浴槽５内に配置される。下方から繊維に作用するワイパー５３．２は下部品２１に固定され、上方から繊維に作用するワイパー５３．１は蓋２３に固定される。
繊維の配置を容易にするために、繊維が供給されるための開口部５９と、繊維体積含有量を設定するユニット１００を形成する開口部とは、いずれの場合も、開口部の一部、好ましくは開口部の半分以上が下部品２１に構成され、且つ、開口部の残りの部分が蓋２３に構成されるように下部品２１及び蓋２３は設計されている。これにより、繊維を供給するための開口部５９と、繊維体積含有量を設定するユニット１００を形成する開口部１０７に、繊維を上方から簡単に配置することができる。繊維１が配置され、それらの繊維が個々の繊維、数のより少ない繊維の群に分割されるか、またはロービングの束が個々のロービングに分割される場合、それらは偏向ユニット５７の周りに案内され、蓋２３は図１６に示すように上部に配置される。繊維が供給される開口部５９、および繊維体積含有量を設定するユニット１００の開口部１０７は、蓋によって閉じられる。蓋２３に固定されたワイパー５３．１は、繊維１に同時に押し付けられ、その結果、繊維１が基部に固定されたワイパー５３．２に押し付けられる。そのため、基部に固定されたワイパー５３．２は下から繊維に作用し、蓋に固定されたワイパー５３．１は上から作用する。
蓋５３が閉じられた後、マトリックス材料は、好ましくは閉じることができる適切な供給開口部を介して浴槽５に充填される。本明細書の下部品２１と蓋２３の間に形成される空間は、マトリックス材料で完全に充填されることが好ましい。本明細書のマトリックス材料の供給開口部は、好ましくは、マトリックス材料が下部品２１と蓋２３で囲まれた内部空間内に上方から充填できるように、蓋に配置される。浴槽を密閉するための密閉要素が、下部品２１と蓋２３の間に組み込まれている。当業者に公知の任意のシールがこの目的に適している。したがって、例えば、溝を下部品２１または蓋２３に構成し、シール、例えばＯリングを溝に配置することができる。
繊維１を供給するための開口部５９の位置、および繊維体積含有量を設定するユニット１００の開口部１０７の位置は、繊維を含浸させるための装置全体を任意の方法で配置することを可能にし、これは、装置を例えば縦軸または横軸に対して任意の角度で回転させても、内部空間全体がマトリックス材料で充填されているため、繊維が十分に含浸されるからである。これは、連続または不連続の巻き取りプロセスの繊維が異なる方向から巻取芯に供給されるときに、繊維を含浸させる装置を適切な方法で整列できるという利点を有する。本明細書の繊維を含浸させる個々の装置は、好ましくは繊維体積含有量を設定するユニットを出た後の繊維が、繊維を含浸させる装置と巻芯との間でそれ以上偏向する必要がないように整列される。このようにして、例えばローラなどの偏向装置によってマトリックス材料が繊維から搾り出されないことが保証され、しかし、繊維は繊維体積含有量を有する巻取芯上に巻き付けられ、それにより前記繊維が含浸用装置から排出される。
繊維テープに含浸するための装置の平面図と側面図を、図１７および１８に示す。ここでの装置の機能モードは、図１３から１６に示されている装置の機能モードにほぼ対応する。
図１７および図１８に示されている装置も、図１５および図１６に示されている装置のように、下部品２１と蓋２３を有することが好ましく、繊維テープ６１が案内される開口部は、下部品２１に形成されており、また上側が開いており、繊維テープ６１が中に配置されると、蓋２３によって閉じられる。繊維テープは平らであるため、この場合の下部品の開口部は、長方形断面であることが好ましく、ここで、繊維テープを供給するための開口部５９の高さは、繊維テープ６１の幅に対応し、繊維テープを供給するための開口部５９の幅は、複数の繊維テープ６１からの供給スタックの厚さに対応する。繊維体積含有量を設定するユニットの開口部１０７も同様に長方形であることが好ましく、ここで、断面面は、前述のように、所望の繊維体積含有量に依存するように計算される。
個々の繊維または個々のロービング、またはより少ない数の繊維を有する群とは対照的に、繊維テープ６１の場合、その幾何学的形状により、偏向要素とワイパーの両方が繊維テープ６１の広い面に作用することが必要である。したがって、図１３から図１６に示す実施形態とは対照的に、偏向ユニット５７に対して９０°回転する偏向要素およびワイパーは、繊維テープの含浸に使用されないが、少なくとも２つ、好ましくは少なくとも３つの偏向ユニット５７は各繊維テープ６１に使用され、偏向ユニット５７は、偏向ユニット５７を介して案内される繊維テープ６１がそれぞれ１つの偏向要素５７によって隣接する偏向要素５７に押し付けられるように配置される。そのため、浴槽５内の繊維テープ６１のジグザグ案内が生じ、偏向要素５７は同時にワイパーとしても作用する。もちろん、このような案内は、個々の繊維、少数の繊維からの群、または個々のロービングに対しても代替的に可能であり、必要な空間および組み立てに対して低い複雑度、および繊維を配置する低い複雑度によって、偏向要素５７と、前記偏向要素５７に対して９０°回転させたワイパーが提供されることが好ましい。
繊維を含浸させる装置のさらなる実施形態が図１９および２０に示される。図１９は含浸中の進行している操作中の装置を示し、図２０は繊維が浴槽に組み込まれる前の装置を示す。
図１３から１８に示される装置とは対照的に、図１９および２０に示される装置の場合、繊維１を供給するための開口部５９は、操作中、マトリックス材料の液レベルより下に位置しており、繊維１は、該開口部５９を介して浴槽５に案内されないで、偏向ローラ６３によって上方から浴槽５内に案内される。偏向ローラ６３の後の繊維１を浴槽内に案内するために、繊維１の走行方向５５にワイパー５３．１が最初に設けられ、ワイパー５３．１は上方から繊維に作用する。繊維１は、偏向ローラ６３を通過した後、上方から繊維に作用するワイパー５３．１によって浴槽内に押し込まれる。上方から繊維１に作用する第１のワイパー５３．１には、下方から繊維１に作用する少なくとも１つのワイパー５３．２、および上方から繊維に作用するさらなるワイパー５３．１が隣接している。さらに別のワイパーを設けることさえも可能であり、この場合、繊維１の走行方向の最後のワイパー５３は、上方から繊維に作用するワイパー５３．１である。最後のワイパー５３．１の後の繊維は、繊維体積含有量を設定するユニット１００を通って案内され、前記ユニットは、一方の側がマトリックス材料に沈められ、他方の端部はマトリックス材料の外側に位置し、繊維がそこを通って繊維体積含有量を設定するユニット１００から出る。繊維体積含有量を設定するユニット１００に続いて、浸漬された繊維は、さらなる偏向ローラ６５によって案内される。
図１９および２０に示された偏向ローラ６３，６５の代わりに、図７から１１において偏向ユニット３５，３７として上述したような他の任意の適切な偏向ローラを使用することも可能である。
含浸された繊維の繊維体積含有量を設定するために、ここに示された実施形態における繊維体積含有量を設定するユニット１００は、ノズル１２３およびダクト１２５を有する。ノズルは、所望の体積繊維含有量が達成されるように寸法決めされた最小の断面面を有する。ノズル１２３にはダクト１２５が隣接しており、ダクト１２５は、ダクト１２５を通って案内される浸漬繊維がダクトの壁に接触しないほどの大きい断面を有する。含浸時に空気泡または気泡が繊維に混入するのを防ぐために、繊維体積含有量を設定するユニット１００は、ノズル１２３が浴槽５内のマトリックス材料に沈み込んでいる。浸漬された繊維は、ノズルを通過した後、ノズルに隣接するダクト１２５を通って浴槽５のマトリックス材料の外に案内され、前記繊維がマトリックス材料と再び接触することなく、ノズルを通過後の繊維体積含有量がもはや変化しないようにしている。この目的のために、ダクト１２５は、マトリックス材料が浴槽５内からダクト１２５に進入することができないように、液密にノズルに接続している。操作中に繊維が出るダクト１２５の端部は、マトリックス材料の外側に位置する。
繊維を繊維含浸装置に簡単な方法で配置できるようにするために、上から繊維に作用するワイパー５３．１、および繊維体積含有量を設定するユニット１００は、好ましくは、浴槽５から回収可能に取り付けられている。これは図２０に概略的に示されており、繊維１がその中に配置される前の装置が示されている。含浸される繊維１は、最初に、マトリックス材料の外側で、浴槽５の上に配置される。繊維１は、最初に繊維体積含有量を設定するユニット１００内に配置される。上から繊維１に作用するワイパー５３．１は、同様に依然として浴槽５の外側に配置されている。繊維１が繊維体積含有量を設定するユニット１００に配置されると、上から繊維１に作用するワイパー５３．１によって前記繊維１が下方に押される。この目的のために、ワイパー５３．１は、例えば、浴槽５を含む容器の溝に案内されてもよく、あるいは、支持部を介して浴槽５を収容する容器の上端に取り付けられてもよい。繊維体積含有量設定ユニットの一方の側、好ましくはノズル１２３を有する側が浴槽に含まれるマトリックス材料内に浸り、繊維体積含有量設定ユニット１００の他方の端部、含浸された繊維が再び出る端部がマトリックス材料の外側にあるように、繊維体積含有量設定ユニット１００を配置するため、繊維体積含有量設定ユニットは、浴槽５を有する容器に該繊維体積含有量設定ユニット１００を取り付けることが可能な適切なマウントに可動的に取り付けられることが好ましい。
図１９および図２０に示される装置は、図７から図１２に示される装置と同様に、マトリックス材料を浴槽５から除去する必要なく、簡単な方法で繊維を配置できるという利点を有する。
上から繊維に作用するワイパー５３．１、および体積含有量を設定するユニット１００の取り付け方法の変形例を図２１および２２に示す。ここで、ワイパー５３．１および繊維体積含有量を設定するユニット１００は、浴槽５を含む下部品２１上に置かれる蓋２３に固定されている。図２１のこの実施形態は、部分的に開いた蓋を備えて示され、図２２では、閉じた蓋を備えて示されている。
ここでの繊維体積含有量を設定するユニットは、第１のアーム１２７が蓋２１に取り付けられ、第２のアーム１２９が下部品２１に取り付けられている。第１のアーム１２７および第２のアーム１２９は、それぞれ、繊維１に対して垂直に延びる軸の周りで回転可能となるように、繊維体積含有量を設定するユニット１００のダクト１２５に固定されている。そのため、蓋２３を閉じると、繊維体積含有量を設定するユニット１００が所望の位置に移動する。繊維は、蓋２３に固定され、繊維１に上方から作用するワイパー５３．１によって、浴槽５内のマトリックス材料に押し込まれ、該繊維は、蓋が閉じられている場合、上から繊維１に作用するワイパー５３．１を介して下から繊維に作用するワイパー５３．２に押し付けられる。ここで、下から繊維１に作用するワイパーは、下部品２１に固定されている。
図１９から２２に示される実施形態の場合、繊維は繊維束として、または複数の個々のロービングからの束として供給され、浴槽５内では、繊維を完全に浸漬できるように、個々の繊維、より少ない数の繊維からの単位または個々のロービングに分割され得、浸漬後の繊維又はロービングは、繊維体積含有量を設定するユニットに通るように案内される前に、再び集められる。本明細書の分割は、図１３から図１６に関連して既に説明した実施形態におけるように、個々の繊維、より少数の繊維からの単位、またはロービングが案内される偏向ユニット５７を使用することにより実行できる。
図１９から図２２に示された実施形態の場合、代替的に、供給される繊維が、個々の繊維、少数の繊維からの単位、または個々のロービングに既に分割されるようにされ、繊維体積含有量を設定するユニット１００に入る前に収集され、こうして繊維を含浸させる装置から束として取り出されることも可能である。そのような実施形態は、図２３の平面図において例示的に示されている。
特に、含浸された繊維が、例えばパイプなどの巻取り構成要素の製造に使用される場合、含浸後の繊維を個々の繊維、少数の繊維の群、または個々のロービングに再度分割し、次に、それらは、含浸された繊維がその周りで巻取り構成要素の製造に使用される巻取りマンドレルに供給される。含浸後の繊維のこの分割は、図２３に例示的な方法で同様に示されているが、ここに示されている他のすべての実施形態についても同様に実行することができる。
繊維体積含有量を設定するユニット１００を出た後、繊維１は最初にガイド７３を通って案内され、その後櫛６７に送られる。櫛６７の個々の繊維、少数の繊維の単位、または個々のロービングは、巻取りマンドレル７１または繊維が巻き取られる巻取芯に互いに平行に並んで供給され、続いて互いに平行に並んで巻き取られるように、それぞれ櫛６７の１つの突起６９の周りに案内される。部品を製造するために、巻取りマンドレル７１または巻取芯のいずれかがその軸７５に沿って往復運動するか、または櫛６７が巻取りマンドレル７１の軸７５または櫛の軸７５と平行に往復運動するように移動させて、互いに角度をつけて回転するように互いの重なり合う複数の繊維層を有する構成要素を製造する。本明細書において個々の層の繊維が互いに対して回転する角度は、巻取りマンドレル７１または巻取芯の回転速度によって、および巻取りマンドレル７１または巻取芯の往復運動によって、または櫛６７の往復運動によってそれぞれ設定される。
図１９から図２３の複数の実施形態に示されているような装置の場合、繊維を簡単な方法で配置できるようにするために、繊維体積含有量設定ユニット１００が２つの部分で具体化されることは特に有利である。これは、図２４および２５に例示的に示されている。この目的のために、繊維体積含有量設定ユニットは、下部品１３３と蓋１３１を有する。ノズル１２３は、下部品１３３に構成され、蓋１３１が開いている場合にノズル１２３が上方に向かって開くように配置される。したがって、開かれた蓋１３１の場合の繊維は、簡単な方法で下部品１３３に配置することができ、繊維１が配置されると蓋は閉じられる。
再び分割された含浸後の繊維が結び目を形成し、このため装置の意図しない停止が発生することを防止するために、すべての実施形態の場合、繊維１が浴槽５内のマトリックス材料に押し込まれる前に、繊維が上方から簡単な方法で最初に配置されることは有利である。本明細書では繊維の絡み合いは、最初に繊維が櫛６７の突起６９間の中間空間を通って、繊維を含浸させる装置の前の櫛７によって案内されることによって防止される。繊維が、図２３に示すように、個々の繊維として、少数の繊維の群として、または個々のロービングとして、または繊維を供給するための開口部５９を介して束として、または、偏向ユニット３５，６７を介して束として、供給されるか否かとは無関係に、繊維は次に浴槽５内の偏向ユニット５７の周りに配置される。繊維は続いて、浴槽５内の偏向ユニット５７と櫛６７との間に集められ、そして繊維体積含有量設定ユニット１００に配置され、後者はこのために、好ましくは上部品１０１と下部品１０３、または下部品１３３および蓋１３１とを有する２つの部分で具体化され、この結果、繊維は下部品１０３，１３３に配置され、続いて上部品１０１または蓋１３１がその上に配置される。特に繊維がダクト１２５の壁に接触し、マトリックス材料がこのために拭い取られるのを防ぐために提供されたノズル１２３およびダクト１２５を有する、繊維体積含有量設定ユニットの実施形態にガイド７３が使用される場合、前記ガイド７３は、繊維が櫛６７内に配置され、繊維１が偏向ユニット５７の周りに配置された後にのみ挿入されることが好ましく、そのためにガイド７３は好ましくは同様に２つの部分で具体化され、前記ガイド７３は、開いた状態で繊維１の周りに配置され、その後閉じられ得る。また、２つの部分で構成される実施形態の場合には、別体の上部品と下部品、または別体の下部品と蓋の他に、下部品と上部品、または下部品と蓋をヒンジで連結して、閉じるため蓋をヒンジの軸を中心に回転させることも常に可能である。
繊維が、繊維を供給するための開口部５９を通って導かれるとき、繊維体積含有量設定ユニットに入れられた後の繊維は、浴槽５の偏向ユニット５７と櫛７の間で集められ、繊維１を供給するための開口部５９に投入され、前記開口部５９は、繊維がその中に完全に配置された後、例えば蓋２３を閉じることにより閉じられる。もちろん、ここで、最初に繊維を供給するために開口部５９に繊維を配置し、その後に繊維体積含有量設定ユニット１００に配置することも可能である。
含浸される繊維の数および繊維体積含有量を設定するユニット１００を通って案内される繊維の数に応じて、ここに示される繊維体積含有量を設定するユニットを１つだけ有する実施形態に加えて、繊維体積含有量を設定するユニットをさらに任意の数だけ使用することもできる。本明細書では、繊維体積含有量を設定するユニット１００を浴槽５上で使用してもよいし、あるいは、それぞれ繊維体積含有量を設定するユニットを１つずつ備えた繊維を含浸させるため並行して使用される複数の装置に対して繊維体積含有量を設定するユニット１００を使用してもよい。
１ 繊維
３ 備蓄部
５ 浴槽
７ 櫛
９ 搾りローラ対
１１ 案内リング
１３ スピンドル
１５ 構成要素
２１ 下部品
２３ 蓋
２５ 傾斜面
２７ ワイパー
２９ ワイピングエッジ
３１ ワイパー
３３ 偏向ユニット
３５ 下部品２１の第１の偏向ユニット
３７ 下部品２１の第２の偏向ユニット
３９ 隙間
４１ 第２の隙間
４３ 搾りローラ
４５ カバー２３の第１の偏向ユニット
４７ カバー２３の第２の偏向ユニット
４９ 浴槽５内の追加の偏向ユニット
５１ 偏向ユニット
５３ ワイパー
５３．１ 上から繊維に作用するワイパー
５３．２ 下から繊維に作用するワイパー
５５ 走行方向
５７ 偏向ユニット
５９ 繊維１を供給するための開口部
６１ 繊維テープ
６３ 偏向ローラ
６５ 偏向ローラ
６７ 櫛
６９ 突起
７１ 巻取りマンドレル
７３ ガイド
７５ 巻取りマンドレルの軸
１００ 繊維体積含有量を設定するユニット
１０１ 上部品
１０３ 下部品
１０５ クリアランス（切欠）
１０７ 開口部
１０９ 開口部の周辺
１１１ 最小開口断面
１１３ 側面
１１５ 半円形基部
１１７ プレート
１１９ プレート
１２１ ラメラ開口部
１２３ ノズル
１２５ ダクト
１２７ 第１のアーム
１２９ 第２のアーム
１３１ 蓋
１３３ 下部品

Claims (24)

  1. 繊維（１）にマトリックス材料を含浸させるための装置であって、
    前記繊維を前記マトリックス材料に浸漬するためのユニットを備え、
    浸漬された繊維（１）が案内される少なくとも１つの開口部（１０７）を備える、繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）を含み、
    各前記開口部（１０７）はその最小開口断面（１１１）において、所望の繊維体積含有量が達成されるように所定量のマトリックス材料が除去されるように寸法決めされ、前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）は上部品（１０１；１３１）と下部品（１０３；１３３）とを備え、前記開口部（１０７）は、何れの場合も、下部品（１０３；１３３）の部分および上部品（１０１；１３１）の部分によって構成され、
    各々の前記開口部の前記最小開口断面は、次の相関関係
    Figure 0007254764000005
    ここで、ｎは運転中に前記開口部に案内されて通される繊維の数
    Ｔｅｘは繊維数テックス［グラム／１０００メートル］
    φは繊維体積含有量
    ρは繊維の密度
    を満たす、装置。
  2. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の前記少なくとも１つの開口部（１０７）の断面積は、操作中の繊維の走行方向にサイズが減少する、請求項１に記載の装置。
  3. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の各開口部（１０７）は、最大幅および最大高さを有し、それぞれ少なくともロービングの直径に対応する、請求項１および２のいずれかに記載の装置。
  4. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の各開口部（１０７）は調整可能である、請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
  5. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）は、それぞれが１つのクリアランス（１０５）を有する上部品（１０１）および下部品（１０３）を備え、前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）が取り付けられているときに、前記下部品（１０３）のクリアランス（１０５）と前記上部品（１０１）のクリアランスは互いに交差し、その結果、前記開口部（１０７）を形成し、前記開口部の断面は、前記上部品（１０１）と前記下部品（１０３）の相互の相対位置によって調整可能である、請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
  6. 前記繊維を浸漬するためのユニットは、前記マトリックス材料を受容するための浴槽を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
  7. 前記装置は、前記浴槽（５）が収容される下部品（２１）と、閉じるための蓋（２３）とを備え、
    前記蓋（２３）が取り付けられているとき、前記繊維（１）が前記装置内に案内される側、及び前記装置（１）から出る側のいずれの場合も、前記蓋（２３）と前記下部品（２１）との間に隙間（３９，４１）が構成される、請求項６に記載の装置。
  8. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の前記上部品（１０１）は、前記蓋（２３）に配置され、前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の前記下部品（１０３）は、含浸のための前記装置の前記下部品（２１）に配置される、請求項５から７のいずれか１項に記載の装置。
  9. 含浸のための前記装置の前記下部品（２１）は、前記浴槽（５）の方向に傾斜した面（２５）を有し、前記繊維（１）から滴下したマトリックス材料は、前記傾斜した面（２５）を介して前記浴槽（５）に還流することができる、請求項７および８のいずれかに記載の装置。
  10. 前記蓋（２３）が取り付けられたときに前記繊維（１）が前記浴槽（５）に押し込まれる偏向ユニット（３３；４５，４７）が、前記蓋（２３）に取り付けられている、請求項７から９のいずれか１項に記載の装置。
  11. 浸漬された前記繊維が操作中に案内されるワイピングエッジ（２９）を有する少なくとも１つワイパー（２７）が備えられたドリップユニットが含まれる、請求項５から１０のいずれか１項に記載の装置。
  12. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の前記繊維が供給される側が前記浴槽（５）内に沈み込み、前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）から前記繊維が出る側が前記浴槽（５）の外側に位置するように、前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）が設計および配置されている、請求項６または７に記載の装置。
  13. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）は、最小断面を有するノズル（１２３）であって、マトリックス材料内に突出するノズル（１２３）と、前記ノズル（１２３）に隣接するダクト（１２５）であって、浸漬された前記繊維が案内されて貫通し且つ前記マトリックス材料の外側で終端するダクト（１２５）とを有する、請求項１２に記載の装置。
  14. 前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）は、前記浴槽（５）の壁に構成される、請求項１２に記載の装置。
  15. 前記繊維（１）を供給するための開口部が、前記浴槽（５）の壁に構成されている、請求項１２から１４のいずれか１項に記載の装置。
  16. 少なくとも２つのワイパー（５３）が前記浴槽（５）内に受け入れられ、前記ワイパー（５３）は交互に上と下から前記繊維（１）に作用し、前記ワイパー（５３）は特に、前記ワイパー（５３）のワイピングエッジが運転中に前記マトリックス材料の液レベルの下に位置するように配置される、請求項１２から１５のいずれか１項に記載の装置。
  17. 前記繊維（１）が案内される偏向要素（５７）が、前記浴槽内に受け入れられている、請求項１から１６のいずれか１項に記載の装置。
  18. フラッシングガスの流入部と流出部とが含まれている、請求項１から１７のいずれか１項に記載の装置。
  19. マトリックス材料を供給するための接続部が含まれる、請求項１から１８のいずれか１項に記載の装置。
  20. 請求項１から１９のいずれか１項に記載の装置で繊維を含浸させるときの、繊維体積含有量を設定する方法であって、以下のステップ：
    （ａ） 前記繊維（１）をマトリックス材料に浸漬するステップと；
    （ｂ） 前記浸漬された繊維（１）を前記繊維体積含有量を設定するための装置（１００）の少なくとも１つの前記開口部（１０７）に案内して通すステップであって、少なくとも２本の前記繊維（１）が前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）の各開口部（１０７）に通され、各開口部（１０７）が次の相関関係
    Figure 0007254764000006
     ここで、ｎは運転中に前記開口部に案内されて通される繊維の数
    Ｔｅｘは繊維数テックス［グラム／１０００メートル］
    φは繊維体積含有量
    ρは繊維の密度
    を満たす最小断面積（１１２）を有するステップと、
    を有する方法。
  21. 前記繊維（１）が、炭素繊維、ガラス繊維、またはアラミド繊維である、請求項２０に記載の方法。
  22. 前記マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル、エポキシ樹脂およびポリウレタン、ならびにそれらの反応物から選択される、請求項２０および２１のいずれかに記載の方法。
  23. 前記繊維が、前記マトリックス材料に供給される前、または前記マトリックス材料を収容する浴槽（５）の壁の開口部（５９）を通って前記マトリックス材料に供給された後に、個々の繊維、より少ない繊維の群、または個々のロービングに分けられ、且つ偏向要素（５７）に案内され、且つ前記偏向要素の後に再び束ねられ、且つ前記繊維体積含有量を設定するためのユニット（１００）に供給される、請求項２０から２２のいずれか１項に記載の方法。
  24. 前記繊維（１）が案内されるワイパー（５３）が浴槽中に設けられ、それにより、前記ワイパー（５３）のワイピングエッジが、前記マトリックス材料の液レベルより下に位置する、請求項２０から２３のいずれか１項に記載の方法。
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