JPH0242056B2

JPH0242056B2 -

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Publication number: JPH0242056B2
Application number: JP58001027A
Authority: JP
Priority date: 1982-01-07
Filing date: 1983-01-07
Publication date: 1990-09-20
Also published as: US4470860A; EP0087851A3; JPS58166017A; EP0087851B1; EP0087851A2; DE3379839D1

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、大きい高度に強化された中空管状部
材へ適用されるようなフイラメントの巻付け、お
よび実質的ボイドを含まず、熱硬化性樹脂中に均
一に分散したフイラメント状材料で密に充填され
た、薄い壁を有するように、このような物体を製
造する分野に関する。さらに詳しくは、本発明
は、これらの構造物を寸法的に精確な規格に効率
よく製造する、改良されたフイラメントの巻付け
手順に関する。

フイラメントの巻付けは、強化材として連続な
フイラメント状材料を有する造形品を製造するた
めによく知られている。しかしながら、この技術
を用いて通常取られる手段は、本発明において考
えられる型の中空の、高度に強化された、大きい
管状構造物を効率よく製作するためには不適切で
あるように思われる。

本発明の構造物は、実質的にボイドを含まな
い、均質に分散した熱可塑性樹脂中のフイラメン
ト状材料で密に充填された、厚い、寸法的に精確
な壁を有する。通常のフイラメントの巻付け技術
は、多くの理由で、これらの構造物が、壁の寸法
の精度を保存する目的で、一連の反復した巻付け
および硬化により製造されることを示唆するであ
ろう。

大きい、高度に強化された管状構造物の壁は、
巻付けおよび硬化の間くずれたりあるいは他の変
形を起こしやすい。この傾向は、主として軸方向
に強化されて製作される、これらの高度に強化さ
れた、大きい、管状構造物において、より顕著で
ある。

この軸方向の強化を得るために、比較的高度に
軸方向に配置される（すなわち、構造物の中央の
縦軸に関して約±5゜〜±15゜の角度で配置される）
フイラメント状材料は、先行する繊維の層ならび
に比較的より円周方向に配置される繊維の層をつ
かむことができない。このような厚い壁をもつ、
大きい高度に強化された管状構造物は、また製作
に時間を要する。くずれや他のこのような変形は
一般に時間依存性であり、そしてより長い製作時
間は、それゆえ、その問題をさらに深刻化する。

前述の特性の管状構造物を製作する仕事に関連
する、なお他の考慮は、フイラメント状材料を密
に充填するために、比較的均一に分散した、実質
的にボイドを含まない熱硬化性樹脂マトリツクス
を準備するということを包含する。ある種の樹脂
は、たとえば、硬化の前および間に厚い壁の中に
移動し、構造物中に樹脂に富んだ区域と樹脂が少
ない区域とを生じうる。その上、大きい構造物を
製造するとき、非常に大量のフイラメント状材料
を比較的短かい時間内に巻付けることが必要であ
る。なおさらに、寸法的に精密な大きい管状構造
物は、寸法安定性のために十分な軸方向の強さを
もつマンドレルを必要とする。

本発明の目的は、実質的にボイドを含まず、均
一に分散した熱硬化性樹脂中のフイラメント状材
料が密に充填された厚い壁を有する、高度に強化
された、大きい管状構造物を製作する、フイラメ
ントの巻付けの改良を提供することである。

本発明の目的は、先行技術において従来可能で
あつたよりも効率よく、これらの構造物を製作す
るこのような改良を提供することである。

本発明の目的は、これらの管状構造物の厚い壁
がきわめて寸法的に高い精度である、このような
改良を提供することである。

これらの目的および他の目的は、本発明に従う
フイラメントの巻付けを実施することにより、後
述するようにして、達成される。

本発明は、大きい、高度に強化された、中空管
状構造物を製造することに関する。管状構造物
は、熱硬化された樹脂中にフイラメント状材料が
密に充填された、厚い、寸法的に精密な壁を有す
る。熱硬化された樹脂は、実質的にボイドを含ま
ず、均一に分散している。

製造は、中央の縦軸を有する、中空の薄壁のア
ルミニウムのマンドレルのまわりに、フイラメン
ト状材料を巻付けることからなる。このマンドレ
ルは、それを高温に暴露すると、半径方向に膨張
することができる。巻付けは、複数の交互層を形
成するように実施する。交互層は、マンドレルの
中央の縦軸に関して、(a)フイラメント状材料の実
質的に円周方向の巻付けであり、そして(b)フイラ
メント状材料の実質的軸方向の巻付けである、巻
付けからなる。実質的に円周方向の巻付けは、マ
ンドレルの縦軸に関して大きい角度、たとえば、
約±80゜〜90゜である。実質的に軸方向の巻付け
は、マンドレルの縦軸に関して小さい角度、たと
えば、約±5゜〜±20゜である。交互層の各々は、
熱硬化性樹脂のマトリツクス中に存在する。

フイラメント状材料を巻付けた後、フイラメン
ト巻付けマンドレルを熱硬化性樹脂を硬化するた
めに十分な温度にかつ十分な時間加熱する。加熱
はマンドレルの内部をフイラメント巻付けマンド
レルの外部より高い温度に上げる。これらの内部
位置と外部位置との間の温度差は、好ましくは加
熱工程の実質的に全体を通じて維持する。

次いで得られたフイラメント巻付け構造物を、
冷却の間の収縮から生ずる構造物の応力が最小と
なるような速度で冷却し、その後、冷却された構
造物をマンドレルから分離する。

本発明の好ましい実施における面は、(a)構造物
の強化における例外的強度のフイラメント状グラ
フアイト材料の使用、(b)交互層中の半径方向に外
側の部分における、ゲル化性エポキシ樹脂組成物
の使用、および(c)実質的半径方向の巻付けの円周
方向の一時的結合、を包含する。また、現在の実
施において、交互層の半径方向に内部の部分は、
ゲル化しないエポキシ樹脂組成物を含有する。よ
り好ましい実施において、(d)軸方向の巻付けはプ
ライの対に分類されており、ここで第１プライ中
の巻付けの小さい角度は第２プライのそれの負で
あり、そして(e)プライの対の各々は、フイラメン
ト状材料の引き続く実質的に円周方向の巻付けが
進行し、次の層を形成するとき、これから解放さ
れない高度に張力を加えられたベルトまたはテー
プで円周方向に一時的に結合されており、そして
(f)加熱段階は、マンドレル内に軸のまわりに半径
方向に配置されたヒーターのバンクを有する軸を
使用する。

本発明に従つて作られる管状構造物は、長さ約
７〜15m、直径１〜3mおよび壁厚さ２〜６cmの
ものを包含し、そしてこれより大きいく作ること
ができる。管状構造物は、ボイド含量が約6.5重
量％以下である熱硬化性樹脂のマトリツクス中
の、炭素またはグラフアイトの繊維のようなフイ
ラメント状材料の強化材を有する。これらのフイ
ラメントは、各構造物において、比較的軸方向
に、かつ中央の縦軸に関して比較的円周方向に主
として位置する。

第１図は、アルミニウムから作ることができ、
本発明のいくつかの構造物の製作に使用された、
軽量の中空マンドレル１０を示す。第１図は、そ
の左および右の端１２，１２′の間で破壊し、円
筒形部分１５が部分的に切られた、マンドレル１
０の側面図である。左および右の端１２，１２′
は対称である。それらは以後右端の要素と一緒に
左の要素をプライム符号（′）をもつものとして
説明する。

マンドレル１０は、普通のフイラメントの巻付
け装置中に支持されている。フイラメント巻付け
装置のアーバー１４，１４′は、第１図に、それ
ぞれマンドレル１０の左および右の端１２，１
２′から軸方向に延びていることが示されている。

アーバー１４，１４′は、マンドレル１０のそ
れぞれアダプター１６，１６′へボルト止めされ
ているかあるいは他の方法で固定されている。ア
ダプター１６，１６′はそれらの周辺でそれぞれ
の左および右の有孔デイスクの端板１８，１８′
へボルト止めされている。端板１８，１８′は有
効であり前述のフイラメント巻取装置からのチヤ
ツクを受け入れる。有孔デイスクの端板１８，１
８′は、順次に、中空である左および右のハブ２
０，２０′へボルト止めされている。

ハブ２０，２０′はスポーク２２Ａ〜２２Ｌ、
２２A′〜２２L′を支持する。スポーク２２Ａ〜
２２Ｇは第１図に示されており、これらならびに
２２Ｈ〜２２Ｌは第３図に示されている。スポー
ク２２A′〜２２G′は第１図に示されており、そ
して２２G′，２２H′および２２I′は第４図におい
て見られ、２２J′〜２２L′は図示されていない。
スポーク２２Ａ〜２２Ｌ，２２A′〜２２L′は、
それぞれ、左および右のハブ２０，２０′の円周
の間を左および右の有孔板２４，２４′の周辺へ
剛性に延びている。

第２図に示すように、環状リング２６，２６′
は、それぞれ、左および右のハブ２０，２０′の
まわりにかつ左および右の有孔板２４，２４′へ
しつかり固定されている。それぞれの左および右
のハブ２０，２０′内に、リングのフランジ２８，
２８′が溶接されている。リングのフランジ２８，
２８′は左および右のハブ２０，２０′内にスポー
ク２２Ａ〜２２Ｌ，２２A′〜２２L′より下に位
置する。リングのフランジ２８，２８′は、後述
するように、硬化作業の間、マンドレル１０の内
部を通して軸方向に延び、かつ温度制御のため輻
射ヒーターバンクを支持する中空の金属の管また
は軸の取付けを促進する。

左および右の有孔板２４，２４′は、左および
右のロール棒３０，３０′と円形ピンのリング３
２，３２′を支持する。ロール棒３０，３０′は、
左および右のブラケツト３４，３４′を介して有
孔板２４，２４′へ取付けられている。ピンのリ
ング３２，３２′は、板２４，２４′の外側周辺の
まわりにボルト止めされている。

ピンのリング３２，３２′は、それら周辺に左
および右のピン分布３６，３６′をしつかり支持
する。各ピンリング３２，３２′のまわりに円形
に分布した約900本のピンが存在する。ピン分布
３６，３６′は、マンドレル１０のまわりに相対
的に軸方向に配置されるフイラメント状材料を巻
付けることに関して、それらの隣ロール棒３０，
３０′とまた互いに協同する。巻付け操作の間、
フイラメント状材料の軸方向の巻付けは円筒部分
１５に沿つて、マンドレル１０の端１２，１２′
のまわりのフイラメントの反復するループ形トウ
により、配置される。ループの端はピンリングの
分により保持される。軸方向巻付けのトウは、マ
ンドレル１０の中央の縦軸に関して、約±5゜〜±
25゜の間の角度で配置され、互いに隣接して層を
形成する。

また、左および右の端板２４，２４′は孔３８，
３８′はマンドレル１０を軽量にすると同時に硬
化作業の間換気を提供する。

円筒部分１５は、外側の巻付け表面４２をもつ
薄壁４０（厚さ約４〜５cm）を有する。巻付け表
面４２は、テフロンなどの剥離材料が破覆されて
いる。

円筒部分１５は、一緒に端で固定された複数の
開口端の円筒部分から構成されており、それらの
うちの部分４４，４６，４７および４８が少なく
と部分的に第１図に示されている。これらの円筒
部分は好適な軸方向の寸法をもち、マンドレル１
０の部分の大部分は約3.2mの長さである。

円筒部分４４はフランジ５０，５２を有する。
フランジ５０，５２は、壁４０から内方向にそれ
ぞれ円筒部分４４の左および右の端のまわりに円
周方向に突出している。第４図によりよく示され
ているように、フランジ５０は円筒部分４６の内
方向に突出するフランジ５４へボルト止めされて
いる。ボルト５６だけが第１および４図に描かれ
ているが、円筒部分４４および４６は実際には約
40回以上フランジ５０および５４付近において互
いにボルト止めされている。同様に、部分４４の
フランジ５２は有孔端板２４′の周辺にボルト止
めされており、それらのうちの１つのボルトは５
８として示されている。これらのボルトはまたピ
ンリング３２′および端板２４′へ固定されてい
る。

フランジ５０，５４はマンドレル１０を壁４０
内で内部的に強化するための円周リブを形成す
る。部分４６の外側フランジは隣接部分の他のフ
ランジと一緒に（両者のフランジは図示されてい
ない）同様にボルト止めされており、そして他の
円周リブを形成する。なお他の円筒部分は同様に
一緒にボルト止めされており、そして壁４０内の
円筒部分１５に沿つて互いから軸方向に隔置され
た同様な円周リブを提供する。

円筒部分４４に軸方向に沿つてフランジ５０，
５２の間に間隔を置いて円周リブ６０，６２（第
２図も参照）が存在し、これらのリブはフランジ
５０，５２の間の薄壁４０の部分をさらに強化す
る。

円筒部分４６，４８などにおける他の同様に配
置された円周リブは、円筒部分１５の壁４０を同
様に強化する。

円筒部分４４の間隔を置いた縦方向のリブ６４
は、円周方向のリブ５０，５２と交差するリブ６
０および６２の間を軸方向に延びる。縦方向のリ
ブ６４（第２図において全部で２４のリブが描か
れている）は、壁４０の内側へ溶接されており、
円筒部分４４を軸方向に強化する。第１および４
図に部分的に示されている、部分４６の他の縦方
向リブ６６は、縦方向リブ６４と整合する。リブ
６６およびマンドレル１０の円筒部分１５内の他
のリブは、リブ６４と整合して、マンドレル１０
に軸方向に沿つて壁４０の内側付近を円周方向に
間隔を置いて連続的に軸方向に強化する。

第５図は、本発明に従つて作られたフイラメン
トが巻付けられたマンドレルの壁６７の部分断面
線図である。断面はマンドレル１０の中央縦軸に
沿つて取つた。

断面のレベル層６８Ａ〜６８Ｋは、マンドレル
１０のまわりに（マンドレル１０の中央の縦軸に
関して約85〜90゜で）相対的に円周方向に巻付け
られた、連続のフイラメント状グラフアイト材料
のプライを示す。各プライは約14トウ／インチで
ある。各トウは撚られてない束の形の約12000本
のグラフアイトフイラメントと約６〜９×10^-4イ
ンチの区域をもつ。各レベル層６８Ａ〜６８Ｃ
は、それらがそれぞれマンドレル１０へ巻付けら
れた後、約0.027インチの壁部分の最大の厚さの
変化を提供する。各レベル層６８Ｄ〜６８Ｋは、
それらがそれぞれマンドレル１０へ巻付けられた
後、約0.024インチの厚さの変化を提供する。

らせん層７０Ａ〜７０Ｊの各々は、マンドレル
１０のまわりに（マンドレル１０の中央の縦軸に
対して約±10゜で）相対的に高度に軸方向に巻付
けられた、フイラメント状グラフアイト材料の１
対のプライを示す。各プライは約40トウ／インチ
を有し、トウは上に定義したとおりであり、そし
てそのパートナーの負である角度にある。マンド
レル１０のまわりにらせん層７０Ａ〜７０Ｃの
各々を巻付けることによつて生ずる壁部分６７の
厚さの変化は、最大約0.158インチであり、そし
て層７８Ｄ〜７８Ｊの各々について約0.130イン
チである。

壁部分６７の厚さは、合計約3.2cmである。マ
ンドレルのまわりのフイラメントの壁の外径は、
巻付けの完結後約101.4インチである。壁６８Ａ
〜６８Ｋの巻付けに使用されるフイラメント状材
料の張力は、約４〜８ポンドの力である。層７０
Ａ〜７０Ｊを巻付けるとき使用されるフイラメン
ト状材料への張力は、約２〜３ポンドの力であ
る。

第５図における層７２は、グラフアイト繊維な
どから作られた布層であり、厚さが約0.035イン
チである。好ましい布は、高い強度のモジユラス
のエポキシ樹脂含浸布である。樹脂含量は約39〜
45重量％であり、繊維の体積は約59〜65％であ
る。繊維の重さは、約350〜400ｇ／m²である。布
は５または８ハーネス重さ（harness weight）
および11×11または21×21および3000または6000
本織であることができる。

二重部分（すなわち、厚いまたは薄い断面の壁
部分）は、必要に応じて本発明の構造物の端にお
いて製作することができ、そして、たとえば、層
68Kより上で互いに交互するS2ガラス繊維および
グラフアイト繊維の両者の数層のプライを有する
ことができる。端における二重部分の間に、グラ
フアイト繊維のプレプレツグテープ６８を２イン
チのテープにつき75ポンドの力で適用することが
できる。

本発明に従う第１の実施において、レベル層６
８Ａ〜６８Ｃは、硬化まで比較的低い粘度を維持
する、比較的ゲル化しないエポキシの巻付け用樹
脂を含有する。ゲル化しないエポキシ巻付け用樹
脂は、(a)100重量部のエポキシ樹脂ポリマー、(b)
約35〜40重量部のジアミノジフエニルスルホンお
よび(c)約２〜10重量部のピペリジンおよび三フツ
化ホウ素錯体からなる。

エポキシ樹脂ポリマーは、好ましくは１つが反
応性希釈剤として作用するエポキシポリマーの組
み合わせである。この組み合わせは、(i)約70〜90
重量部のビスフエノールＡエポキシポリマーのジ
グリシジルエーテル、および(ii)約10〜30重量部の
(i)のための反応性希釈剤である１，４―ブタンジ
オールエポキシポリマーからなる。

ビスフエノールＡエポキシポリマー(i)は、約
180〜190ｇのエポキシ当量と25℃において約70〜
100cpの粘度を有する。反応性希釈剤は、約125
〜150ｇのエポキシ当量、25℃において約10〜
25cpの粘度、および25／25℃において約1.09〜
1.11の比重を有する。エポキシ樹脂ポリマーの組
み合わせ（すなわち、(i)および(ii)）は25℃におい
て約700〜900cpの粘度、約167〜176ｇのエポキ
シ当量および25／25℃において約1.13〜1.15の比
重を有する。エポキシ樹脂ポリマー（すなわち、
結合した(i)および(ii)）はデキスター・コーポレー
シヨン（Dexter Corp.，Pittsburgh，CA.）から
EPON826／EPI RE25022として入手できる。ジ
アミドジフエニルスルホンは、好ましくは、融点
が約170〜180℃である４，4′―ジアミドジフエニ
ルスルホン（DAPS）、たとえば、チバ―ガイギ
ー社（Ciba―Geigy，Ardsley，N.Y.）から
Eporalとして入手できるものである。三フツ化
ホウ素のピペリジン錯体は、融点が約70〜75℃で
ある黄かつ色の固体、たとえば、ハーシヨウ・ケ
ミカル（Harshaw Chemical，Cleveland OH）
からBF₃―PIPとして入手できるものである。

ゲル化しないエポキシ巻取り用樹脂は、25℃に
おいて約500cp〜7500cpの粘度、150℃において
約15〜30分のゲル化時間、38℃において少なくと
も約12時間の可使時間および約９〜11ポンド／ガ
ロンの密度をもつ。ゲル化しなエポキシ樹脂巻付
け用樹脂は、ハーキユルス・インコーポレーテツ
ド（Hercules Incorporated，Magna，Utah）
からMX―16Epoxy Resin Systemの表示で入手
できる。

初めに述べた第１実施におけるレベル層６８Ｄ
〜６８Ｋおよびらせん層７０Ｄ〜７０Ｊは、約40
℃以下でゲル化するゲル化性エポキシ巻付け用樹
脂を含有する。ゲル化性エポキシ樹脂は、前記の
ゲル化しないエポキシ巻付け用樹脂の(a)において
前述したようなエポキシポリマーの125重量部と、
約25〜35重量部のアミンブレンド硬化剤を有す
る。アミンブレンド硬化剤は、約35〜45重量部の
ｍ―フエニレンジアミン（MPDA）、約30〜40重
量部のｐ，p′―メチレンジアニリン（４，
4MDA）、および約５〜10重量部のｏ，ｐ―メチ
レンジアニリン（２，4′MDA）を有し、滴定可
能な窒素含量が約18〜19重量％であり、そして水
分が0.4％より小である。このアミンブレンド硬
化剤は、ユニロイヤル・インコーポレーテツド
（Uniroyal Incorporated，Naugatuck，CT）か
らTonox6040として入手できる。このゲル化性
巻付け用樹脂の可使時間は、約４時間である。こ
の硬化剤を樹脂に加え、前者は約100〜120〓であ
り、そして後者は約60〜100〓である。

本発明の他の実施において、層６８Ａ〜６８Ｋ
および７０Ａ〜７０Ｊはすべてゲル化性エポキシ
巻付け用樹脂を用いて巻取られる。

レベルおよびらせんの層６８Ａ〜６８Ｋおよび
７０Ａ〜７０Ｊは、好ましくは、約12000フイラ
メント／トウを有するフイラメント／トウを有す
るフイラメント状グラフアイト材料、すなわち、
撚られていない連続フイラメントの束である。こ
れらのフイラメント状材料は、ハーキユルス・イ
ンコーポレーテツド（Hercules Incorporated，
Magna，Utah）からAS―４グラフアイト繊維ま
たはAS―4Wグラフアイト繊維〔エポキシサイズ
剤（Hercules Type Ｗ）で被覆されたAS―４
グラフアイト繊維である〕として入手できる。こ
れらのグラフアイト繊維は、ポリアクリロニトリ
ル（PAN）を高度に高い温度に暴露することに
よつて製造され、そして約0.0625〜0.0660ポン
ド／平方インチの密度、約0.6〜1.2重量％のサイ
ズ剤含量、およびそれぞれ少なくとも約385psiお
よび77〓において約32〜35×10⁶psiの究極引張り
強さおよび弾性率（100％の繊維体積において表
わす）を有する。繊維の長さ当りの重量は、約43
〜52×10^-6ポンド／インチである。

ゲル化しないエポキシ巻付け用樹脂およびゲル
化性エポキシ巻付け用樹脂は、それぞれ、グラフ
アイトまたは他のこのようなフイラメント状材料
と、約36および44重量％の樹脂対約56および64重
量％のフイラメント固体において結合する。層６
８Ａ〜６８Ｋおよび７０Ａ〜７０Ｊのための含浸
フイラメント状グラフアイト材料は、前者の場合
において約0.437〜0.475ｇ／直線フイート／トウ
であり、そして後者の場合において約0.444〜
0.467ｇ／直線フイート／トウである。

らせん層７０Ａ〜７０Ｊのプライの各対を巻き
付けた後、それを半径方向に内方向に圧縮した
後、レベル層６８Ａ〜６８Ｋの連続層を適用す
る。半径方向の圧縮は、高度に張力を加えた犠牲
テープを用いて実施することができ、あるいは連
続の高度に張力を加えたベルトを用いて実施でき
る。

犠牲テープを用いる場合、このテープは多孔質
の薄い２インチのリボンの形であることができ
る。このリボンを円周方向に（アンドレル１０の
中央の縦軸に関して）張力下にマンドレル１０の
まわりに、らせん層７０Ａ〜７０Ｊのプライの各
対の上に巻く。このようなテープの一例は、フル
オルグラス・デイビジヨン（Fluorglas
Division，Oak Materials Group，Hoosick
Falls，N.Y.）から384―８／60、スタイル125と
して布販されている、テフロン被覆織製ガラステ
ープである。

犠牲テープは、マンドレル１０のまわりにプラ
イの各対の上にテープの幅１インチ当り最底約90
ポンドの力の張力で巻付ける。一時的に拘束され
たプライの対のまわりに巻付ける６８Ａ〜６８Ｋ
のレベル層を巻付けた後、犠牲テープの一部分
（通常約２リボン幅すなわち約３〜４インチ）、こ
の部分は巻かれたレベル層の部分に軸方向に隣接
する、は巻かれていない。他の態様において、テ
ープは、継続するレベル層がらせん層のプライの
対のまわりに巻付けられるとき、巻かれかつ巻か
れない。この態様において、らせん層のプライの
対はそのまわりにいかなる時にも巻かれたテープ
の２または３リボン幅（約３〜５インチの幅）の
巻付けを有する。

連続のベルト装置などを、犠牲テープの代わり
に使用できる。このベルト装置は、マンドレル１
０が回転するとき軸方向に連続的に変化する、プ
ライの対、たとえばらせん層７０Ａのプライの
対、の一部のまわりにループにされた張力を加え
られたベルトを用いる。ベルトと接触する部分は
このベルトによりまずマンドレル１０の壁４０へ
向かつてプレスされ、次いでプライの対の他の軸
方向に隣接する部分がベルトと接触するとき、連
続するレベル層のフイラメント状材料によりプレ
スされる。ベルトは、マンドレル１０の回転およ
びマンドレルに関するベルトの軸方向の転移が存
在するような角度で、プライの対と接触する。

前述のゲル化性またはゲル化しないエポキシ巻
付け用樹脂を用いるとき、らせん層７０Ａ〜７０
Ｊの各々を巻取る時間は、これらの樹脂の最適な
使用のためには、開始から前述のベルトまたはテ
ープによる圧縮の完結まで約24時間までの範囲が
好ましい。先行する層は遅延のためもはや粘着性
でない場合、このような先行する層は適当な樹脂
の適用により更新することができる。

レベル層６８Ａ〜６８Ｋおよびらせん層７０Ａ
〜７０Ｊをマンドレル１０に完全に巻取つた後、
マンドレルに巻かれたフイラメントを炉に入れ
る。一般に、硬化に用いる温度および時間は、前
述のエポキシ巻付け用樹脂を用いるとき、約200
〜400〓および10〜15時間である。典型的な硬化
のスケジユール（前述のグラフアイト繊維とエポ
キシ巻付け用樹脂を用いる）は、(1)マンドレルに
巻取られたフイラメントの温度を約235〜265〓に
２時間で上げ、(2)ほぼこの温度に約３時間保持
し、次いで(3)温度を約335〜365〓に約2.5時間で
上げ、(4)この後者の温度に約３時間保持し、そし
て(5)次いで約135〜165〓に約50〓／時を超えない
速度で冷却することである。マンドレルの内側の
温度が少なくとも工程(1)および(2)の間、より好ま
しくはまた工程(3)および(4)の間、実質的に全体に
わたつて、マンドレルの外側の炉の温度よりも、
少なくとも約５〓高い。しかしながら、フイラメ
ントが巻付けられた部分自体の温度は、位置ごと
に実質的に均一に、好ましくは約10〜25〓以下、
より好ましくはこれより低い、温度変化に維持す
る。各フイラメント巻付けマンドレルについて同
じ硬化のスケジユールを使用すると、再現性ある
寸法の構造物が得られる。

構造物の平均温度が冷却の間約135〜165〓に低
下したとき、構造物を炉から取り出し、自然対流
によりさらに冷却する。炉内にある間、マンドレ
ル１０は約3rpmまでの速度で振動する。

本発明の硬化において、前述のように、マンド
レル１０内の温度は、各段階において、フイラメ
ント巻付けマンドレルの外側の炉温度より少なく
とも約５℃高い。この目的で、リングフランジ２
８，２８′を通して端１２，１２′の間を延びる一
定の直径の中空の円筒形金属管または軸上に、マ
ンドレル１０内において、幅射ヒーターのバンク
を設置する。

この金属管または軸は、フイラメント状材料を
マンドレル１０のまわりに巻付けた後、そう入す
る。各キヤツプ１８をはずして、マンドレル１０
内にその中央の縦軸に沿つて、金属管または軸を
取付けることができるようにする。この軸は、マ
ンドレル１０の端１２，１２′の間の円筒部分１
５内に２またはそれ以上のヒーターのバンクを支
持する。各ヒーターのバンクは、軸の外部へ間隔
を置いて取付けられた６個の幅射ヒーターからな
る。各幅射ヒーターは、各バンクにおいて、軸に
縦方向に沿つて、そのバンクの他のものと同一広
がりで延びる。ヒーターの電線は、軸の外側を伸
びる。軸の端は、フランジ２８，２８を通つてハ
ブ２０，２０′の内側に取付けられている。適当
な場所に位置する熱電対（たとえば、マンドレル
１０内および巻付けの交互する端）は温度を感知
し、そして輻射ヒーターの加熱要素はそれに応答
して制御される。

構造物が前述のようなスケジユールに従い硬化
され、室温になつた後、それをマンドレルから軸
方向にすべらせてはずす。ピンリング３２，３
２′の１つをゆるめ、マンドレル１０からはずし、
同様にそれを隣接するロール棒１２または１２′
をはずす。ピンリングおよびロール棒がはずされ
たマンドレル１０の端を固定し、他方の端は硬化
された構造物の下に支持される。液圧ラムを構造
物のまわりに間隔を置いてマンドレル１０の固定
端における壁に対して配置され、マンドレル１０
を押すと同時にそれを他端において空気パレツト
により支持する。

本発明の実施に従つて作られた管状構造物の現
在および予想される特定の用途は、戦略ミサイル
のキヤニスターおよび宇宙空間飛行体の隔室であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、円筒形部分を部分的に破壊してその
内部を示す、本発明のマンドレルの側面図であ
る。第２図は、第１図の２―２において取つたマ
ンドレルの断面図である。第３図は、第１図の３
―３において取つたマンドルルの断面図である。
第４図は、第１図におけるような内部を部分的に
断面で図解する、マンドレルの部分側面図であ
る。第５図は、本発明に従つて作つた管状構造の
壁の断面を線図で示す。１０…マンドレル、１２，１２′…端、１５…
円筒形部分、２０，２０′…ハブ、２８，２８′…
フランジ、４，４，４６，４８…円筒形部分、５
０，５２，５４…フランジ、６０，６２，６４，
６６…リブ、６８Ａ〜６８Ｋ…レベル層、７０Ａ
〜７０Ｊ…らせん層。

Claims

【特許請求の範囲】１フイラメント状材料をマンドレルのまわり
に、引き続いて加熱硬化される熱硬化性樹脂を含
有する複数の層の形で巻付ることからなる、熱硬
化樹脂中にフイラメント材料が存在する繊維強化
中空管状構造物の製造法において、 (a) 前記構造物は普通の巻付けおよび硬化の間変
形を受けるに十分なほど大きく、そして実質的
にボイドを含まないマトリツクス中に連続フイ
ラメント状材料を密に充填し、厚い、寸法的に
精確な壁を有し、 (b) フイラメント状材料を中空の薄い壁のアルミ
ニウムのマンドレルのまわりに巻付け、前記マ
ンドレルは中央の縦軸を有し、高温において半
径方向に膨張可能であり、巻付けはフイラメン
ト状材料の実質的に軸方向の巻付けである巻付
けの層からなる複数の交互層を形成するように
実施し、前記軸方向の巻付けは前記軸に関して
小さい角度であり、前記交互層の各々は熱硬化
性樹脂のマトリツクス中に存在し、 (c) 前記フイラメント巻付けマンドレルを熱硬化
性樹脂の硬化のために十分な温度にかつ十分な
時間加熱し、前記加熱は、前記マンドレルの内
部が輻射加熱によりフイラメント巻付けマンド
レルの外部が前記加熱の間暴露される温度より
も高い温度になるように、炉内で実施し、前記
温度差は加熱工程の実質的に全体の間維持し、 (d) 得られるフイラメント巻付け構造体を、前記
構造物の冷却の間の収縮から生ずる前記構造物
の応力が最小となるような速度で、冷却し、そ
して (e) 前記得られたフイラメント巻付け構造物をマ
ンドレルから分離する、ことを特徴とする方法。２前記フイラメント状材料はフイラメント状グ
ラフアイト材料からなり、そして前記構造物は長
さが少なくとも7mであり、直径が少なくとも3m
である、特許請求の範囲第１項記載の方法。３前記マトリツクスは約40℃以下においてゲル
化するゲル化性熱硬化性エポキシ樹脂からなる、
特許請求の範囲１または２項記載の方法。４前記軸方向の巻付けの層は各々一対のプライ
であり、ここで第１プライの小さい角度は第２プ
ライのそれの負であり、そして各前記対はその円
周のまわりに一時的に拘束されている、特許請求
の範囲第３項記載の方法。５前記マンドレルは内部にリプが形成されてい
る、特許請求の範囲第４項記載の方法。６特許請求の範囲第１〜５項のいずれかに記載
の方法によつて製造された管状構造物。７大きい管状構造物を硬化する間半径方向に膨
張して、円筒形巻付け表面のまわりに巻かれ、か
つ前記構造物の強化材を形成する連続フイラメン
ト状固体を圧縮する円筒形表面を有し、大きい管
状構造物をフイラメントの巻付けにより製造する
マンドレルにおいて、前記マンドレルのそれぞれの端に軸方向に間隔
を置いて位置し、前記マンドレルをその中央の縦
軸のまわりに回転させるための、第１および第２
の中空のハブアセンブリーと、前記第１および第２のハブアセンブリーの間の
実質的に中央に設置され、そして前記マンドレル
の前記円筒形巻付け表面を他の同様な形状の円筒
形部分とともに形成する、外側の円筒形表面を有
する中空の開口端の円筒形中央部分と、からな
り、前記中央部分は、(a)前記中央部分を２つの前
記他の同様な形状の円筒形部分に固定するため
に、前記外側円筒形表面から半径方向内方に、前
記中央部分の各端部のまわりで円周状に突出する
第１および第２のフランジであつて、前記２つの
他の同様な形状の円筒形部分は、それぞれ前記中
央部分と前記第１ハブアセンブリーとの間および
前記中央部分と前記第２ハブアセンブリーとの間
に位置し、これによつて前記外側円筒形部分の巻
付け表面の３つの隣接部分を形成する部分である
第１及び第２のフランジ；(b)前記外側円筒形表面
に対して反対側の前記中央部分の内表面のまわり
に円周方向に間隔を置いて位置し、かつ他のリブ
と整合して前記第１および第２フランジの間を延
びる複数の縦方向のリブであり、前記他のリブは
前記他の同様な形状の中空の開口端の円筒形部分
内に同様に支持されており、前記内表面のまわり
を前記マンドレル内に円周方向に延びる、複数の
縦方向に間隔を置いて位置する半径方向のリブと
交差する、複数の円周方向に間隔を置いて位置す
る縦方向のリブ；を有する、ことを特徴とするマ
ンドレル。