JPH06219642A - 繊維強化熱可塑性樹脂トウとその製品を巻き取る装置及び方法 - Google Patents
繊維強化熱可塑性樹脂トウとその製品を巻き取る装置及び方法Info
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Abstract
クス製品に関し、特に繊維強化熱可塑性樹脂のトウを統
合された製品の本来の大きな直径に巻くことに関する。 【構成】 空隙量が5%以下でありかつ軸方向及び円周
方向のプライのうねりが0.127mm(0.005インチ)
以下の統合された構成物が、トウ(複数)を、張力下で、
隣接平テープとして供給源から移動キャリッジに同時に
供給することにより、回転マンドレル上に巻かれた多数
の繊維強化熱可塑性樹脂より形成される。次いで、テー
プは、予熱部分、加熱された円形案内と接触点加熱源、
及びマンドレルに力を加える手段を順に通過して動く。
最後の手段は、総てがキャリッジ上にある加圧加熱用の
シューと冷却されたローラー、あるいは冷却されたロー
ラーのみとすることができる。
Description
e Advanced research Project Agency)よりの受託契約
MDA972−89−C−0043による政府の支援を
得て行なわれた。政府は、本発明に一定の権利を有する
ものである。
トリックス製品に関し、特にこれは繊維強化熱可塑性樹
脂のトウを統合された製品の本来の大きな直径に巻くこ
とに関する。
ドレル上に巻く装置が知られている。しかし、この方法
における大直径部分の作成は、巻き取り中にその部分の
直径が増加して正常な力を与える張力の効果が低下する
ため、完全な統合を与えるには不充分である。
複合構成物(即ち、巻き取り中に、構成物を巻き取り後
の統合処理が不必要な構成物に統合する能力)は、マン
ドレル上に同時に巻かれた多数の熱可塑性樹脂含浸糸か
ら作られ、この場合、多数のかかる糸の端部は、糸の最
大引張り強さの5%から50%の範囲の管理された張力
で、平らな均一のテープとして供給源からフィラメント
巻取機の移動キャリッジに供給される。次いで、このテ
ープは、複合プライを形成するように回転マンドレル上
の予定された螺旋状経路又は測地線経路内に置かれる前
に、予熱用区画、加熱された案内部及び接触点加熱用熱
源を備えたフィラメント巻取機の「頭部」を通って動く。
レルの断面の変化を補償して内外に動きうるキャリッジ
送りアームの端部に取り付けられる。多端の含浸糸を予
熱するように赤外線ストリップヒーターが頭部に取り付
けられ、熱可塑性樹脂をその熔融温度の±10℃以内又
は処理温度にする。次いで、予熱された含浸糸は、熱可
塑性樹脂の熔融温度以上ではあるが劣化温度以下の温度
に維持されかつ巻かれている部分の面にできるだけ接近
して置かれ加熱された案内部を横切って通過する。
けられ、これはマンドレルの誘導加熱と巻かれた面の直
接加熱とにより巻き取り部分の表面温度を充分に高温に
維持し、含浸糸の入ってくる部分が降りてマンドレルに
到着する点の表面温度を熔融温度に保つ。熱風、はだか
火、及び赤外線の接触点加熱源を使用することができ
る。使用するその加熱源の選択は、糸、熱可塑性樹脂、
マンドレルの設計、及び運転速度に依存する。
的に加えられた力の使用によりトウが統合される位置に
おいて、力を加える2種の手段が満足できることが見出
だされた。一つの手段は、加熱されたシュー及びシュー
より下流に置かれた冷却されたローラーの組み合わせで
ある。別の手段は冷却された面である。
れ、巻き取り部分が冷却できる。室温に達した後に、こ
の部分はマンドレルから容易に引き出され、統合後の工
程を必要とせずかつ空隙が5%以下の本来の構成された
部分が得られる。この部分の円周方向及び軸方向のうね
りは、プライ厚の2分の1以下である。
に使用される糸置き用頭部が一般に番号10で示され、
かつ回転マンドレル16に近付いたり離れたり動きうる
送りアーム14の取り付けられた移動キャリッジ12を
備えて示される。移動キャリッジ、送りアーム、及びマ
ンドレルは、ウイスコンシン州ミルウオーキーのマック
リーン・アンダーソンのコンポジトラック(Compositra
k、商品名)計算機を有するモデルW60−16、3軸フ
ィラメント巻取機である。赤外線ヒーター18、加熱さ
れた案内20、はだか火ヒーター22、及び用具21が
送りアーム14に取り付けられ、用具の表面は空気シリ
ンダー23によりマンドレル上に巻かれたトウに対して
押される(図1)。
向に横移動されるとき、回転テークオフクリール25に
取り付けられた多数の供給パッケージ26から、多数の
強化熱可塑性樹脂のトウ24が逆張力に抗して引かれ
る。(トウの最大引張り強さの5%から50%の範囲の)
この逆張力は、クリールと組み合わせられた機構(図示
せず)により与えられる。この機構は、当業者に知られ
た形式の張力補償装置のような、パッケージ26がほど
けないようにする張力を調整する機構である。
られている構成物に関して動くとき、熱可塑性樹脂含浸
糸24は放射ヒーター18に暴露される。このヒーター
において、熱可塑性樹脂はその熔融温度の10deg以内
の温度に加熱される。次いで、トウは加熱された案内2
0を通過する。この案内は、好ましい実施例において
は、電気式のバンドヒーターで包まれた円形の目玉であ
り、このヒーターは、熱可塑物の温度をその熔融点以上
ではあるが強化用繊維の熔融点以下であると理解すべき
その劣化温度以下の温度に上昇させる。送りアーム14
の前端にプロパントーチのはだか火のヒーター22が取
り付けられ、その上方をトウ24がマンドレル16上の
糸の到着位置28に通過する。このヒーターは、糸が到
着位置28において確実に熔融状態であるように、糸2
4が案内20から位置28に移動するときに、マンドレ
ルの誘導加熱及び糸24の直接加熱によりマンドレル上
に巻かれる部分の表面を加熱する。
実施例においては、用具21は、加熱されたシュー30
(即ち、第1の面)及びアーム31、33に旋回可能に取
り付けられたローラー32(即ち、第2の面)を備え、ま
た、これらアームは送りアーム14に連結された空気シ
リンダー23に取り付けられる(図1)。旋回アーム3
1、33は、ローラー面を冷却するためにローラー32
に水を循環させうるように回転ユニオン継手も備える。
シューはその表面下に埋められたカートリッジヒーター
34により加熱される。
具21'は、空気シリンダー23に連結された旋回アー
ム31、33に取り付けられる。
しなければならず、更に空隙なし試料の密度を計算しな
ければならない。これら2個の数値から試料の空隙量を
決定できる。
D 792−66規格の試験方法を使用し、以下の手
順によりて測定された。
ける水の比重) 空隙なし試料に対する理論密度:
5に示されたように巻取り部分から断面を切断した。こ
の断面はエポキシ樹脂内に詰められ、観察面が磨かれ
た。図6及び7に示された観察面の顕微鏡写真が得ら
れ、軸方向プライ50の場合(図7)においては顕微鏡写
真上に物差しを置きプライが直線から、あるいは円周方
向のプライ52の場合(図6)においては一様な円弧か
ら、どの位ずれているかを測定することによりプライの
うねりが測定された。
ている頭部に供給され次いで頭部に供給される図1の工
程に従って作られた。トウは赤外線ヒーターの手段によ
り熔融温度に加熱される。次いで、これは加熱された案
内用の目玉を使用してマンドレル上に案内される。マン
ドレル上のトウ到着位置においてトウを統合するように
力が加えられる。実施例Iにおいては、図3に示された
ような2重水冷ローラーシステムが力を加えるために使
用された。トウは、カーボンファイバーで強化されたポ
リエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂である。実施
例IIにおいては、図3に示されたような2重水冷ロー
ラーシステムが使用された。トウは、カーボンファイバ
ーで強化されたポリエーテルケトンケトン(PEKK)樹
脂であり、更に実施例IIIにおいては単一の水冷ロー
ラーシステムが使用され、トウはガラスファイバーで強
化されたポリエーテルケトンケトン(PEKK)である。
各試料についての条件は下に表示される。
め、前記張力はトウがマンドレルに置かれるときにトウ
に力を作り; 前記トウをその前記マンドレルへの到着よ
り前に予熱し; 更に前記マンドレルを軸方向に横切る案
内手段により前記トウを螺旋状経路に案内する諸段階を
含み繊維強化熱可塑性樹脂から複合構成物を作り統合す
る方法において、トウのマンドレルへの到着位置におい
てトウに押し付けられる面手段により前記位置において
トウに付加的な力を加えることを含んだ改良。
から約50%の張力で進められ、前記付加的な力は約
8.79kg/cm2(約125ポンド/平方インチ)から約1
1.95kg/cm2(約170ポンド/平方インチ)の範囲で
ある上記1に定められた方法。
の方法。
え、前記第1の面は加熱され、前記第2の面は冷却され
る上記1の方法。
り巻き取られた本来の統合された繊維強化熱可塑性樹脂
製品にして、前記製品は38.1cm(15インチ)より大
きな直径、5%より小さな空隙量、及びプライ厚の2分
の1より小さな平均の円周方向のうねりと平均軸方向の
うねりとを有する製品。
がポリエーテルエーテルケトンである上記5に定められ
た製品。
がポリエーテルケトンケトンである上記5に定められた
製品。
ポリエーテルケトンケトンである上記5に定められた製
品。
8に定められた製品。
記トウに張力をかける手段、及び製品に巻き取るように
マンドレル上でトウを前後に横切らせるためのキャリッ
ジ上の案内を持ったキャリッジを有する回転マンドレル
上で繊維強化熱可塑性樹脂トウを巻き取る装置におい
て、トウがマンドレル上に到着する位置に置かれた面;
及び前記面を前記マンドレルの方に押す手段を備えた改
良。
えた上記10の改良。
記第2の面を冷却する手段を備えた上記11の改良。
る。
た図式的な等角図である。
図式的な等角図である。
角図式的である。
等角図式的である。
す拡大された顕微鏡写真である。
拡大された顕微鏡写真である。
す拡大された繊維の形状の顕微鏡図である。
拡大された繊維の形状の顕微鏡図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 トウを張力下で回転マンドレルに進め、
前記張力はトウがマンドレルに置かれるときにトウに力
を作り; 前記トウをその前記マンドレルへの到着より前
に予熱し; 更に前記マンドレルを軸方向に横切る案内手
段により前記トウを螺旋状経路に案内する諸段階を含み
繊維強化熱可塑性樹脂から複合構成物を作り統合する方
法において、トウのマンドレルへの到着位置においてト
ウに押し付けられる面手段により前記位置においてトウ
に付加的な力を加えることを含んだ改良。 - 【請求項2】 多数の繊維強化熱可塑性樹脂のトウより
巻き取られた本来の統合された繊維強化熱可塑性樹脂製
品にして、前記製品は38.1cm(15インチ)より大き
な直径、5%より小さな空隙量、及びプライ厚の2分の
1より小さな平均の円周方向のうねりと平均軸方向のう
ねりとを有する製品。 - 【請求項3】 繊維強化熱可塑性樹脂のトウ源、前記ト
ウに張力をかける手段、及び製品に巻き取るようにマン
ドレル上でトウを前後に横切らせるためのキャリッジ上
の案内を持ったキャリッジを有する回転マンドレル上で
繊維強化熱可塑性樹脂トウを巻き取る装置において、ト
ウがマンドレル上に到着する位置に置かれた面; 及び前
記面を前記マンドレルの方に押す手段を備えた改良。
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