JPH07206264A - 巻線のためのマンドレルおよび長尺な形材を製造するためにマンドレルを使用する方法 - Google Patents
巻線のためのマンドレルおよび長尺な形材を製造するためにマンドレルを使用する方法Info
- Publication number
- JPH07206264A JPH07206264A JP6334876A JP33487694A JPH07206264A JP H07206264 A JPH07206264 A JP H07206264A JP 6334876 A JP6334876 A JP 6334876A JP 33487694 A JP33487694 A JP 33487694A JP H07206264 A JPH07206264 A JP H07206264A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mandrel
- fiber
- thermal expansion
- coefficient
- layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C37/00—Component parts, details, accessories or auxiliary operations, not covered by group B29C33/00 or B29C35/00
- B29C37/005—Compensating volume or shape change during moulding, in general
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C53/00—Shaping by bending, folding, twisting, straightening or flattening; Apparatus therefor
- B29C53/80—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
- B29C53/82—Cores or mandrels
- B29C53/821—Mandrels especially adapted for winding and joining
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
- B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
- B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
- B29C70/28—Shaping operations therefor
- B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
- B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
- B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns
- B29K2105/10—Cords, strands or rovings, e.g. oriented cords, strands or rovings
- B29K2105/101—Oriented
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
- Y10T428/1352—Polymer or resin containing [i.e., natural or synthetic]
- Y10T428/1362—Textile, fabric, cloth, or pile containing [e.g., web, net, woven, knitted, mesh, nonwoven, matted, etc.]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
- Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
- Y10T428/13—Hollow or container type article [e.g., tube, vase, etc.]
- Y10T428/1352—Polymer or resin containing [i.e., natural or synthetic]
- Y10T428/1369—Fiber or fibers wound around each other or into a self-sustaining shape [e.g., yarn, braid, fibers shaped around a core, etc.]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Filamentary Materials, Packages, And Safety Devices Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は繊維の巻線技術を用いて複合材料によ
り部品を製造するためのマンドレルに関する。本発明は
同様にして長尺な形材を製造するためにマンドレルを使
用する方法にも係わるものである。 【構成】このマンドレルは金属製の被覆の回りの糸が巻
き付けられた複合材料の層を有している。本発明による
マンドレルは、このマンドレル上で製造される部品の強
化繊維の膨張に近似した総体的な熱膨張をする。
り部品を製造するためのマンドレルに関する。本発明は
同様にして長尺な形材を製造するためにマンドレルを使
用する方法にも係わるものである。 【構成】このマンドレルは金属製の被覆の回りの糸が巻
き付けられた複合材料の層を有している。本発明による
マンドレルは、このマンドレル上で製造される部品の強
化繊維の膨張に近似した総体的な熱膨張をする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は優れた機械的特性を有す
る複合材料によって部品を製造するための改良されたマ
ンドレルに係るものである。
る複合材料によって部品を製造するための改良されたマ
ンドレルに係るものである。
【０００２】
【従来の技術】フランス特許第２５９６６９５号および
第２３１２３５６号には、マンドレル或いはドラムに螺
旋状に巻き付けられた鋳型を満たすことにより樹脂と強
化繊維で部品を製造するための手段並びに方法が開示さ
れている。樹脂に包まれた繊維と共に機械に鋳型を取り
付けるに際しては、これらをマンドレル或いはドラムに
コイル状に巻き付けながら行っていく。そのため、前記
マンドレル或いはドラムは回転軸に装着して回転駆動さ
れる。そして繊維と鋳型の巻き付けが一度完了すると、
マンドレルとこのマンドレル上にコイル状に巻き付けら
れた鋳型と複合材料の部品全体は、前記繊維を被覆した
樹脂を安定させるに充分な温度の環境下に保たれる。
第２３１２３５６号には、マンドレル或いはドラムに螺
旋状に巻き付けられた鋳型を満たすことにより樹脂と強
化繊維で部品を製造するための手段並びに方法が開示さ
れている。樹脂に包まれた繊維と共に機械に鋳型を取り
付けるに際しては、これらをマンドレル或いはドラムに
コイル状に巻き付けながら行っていく。そのため、前記
マンドレル或いはドラムは回転軸に装着して回転駆動さ
れる。そして繊維と鋳型の巻き付けが一度完了すると、
マンドレルとこのマンドレル上にコイル状に巻き付けら
れた鋳型と複合材料の部品全体は、前記繊維を被覆した
樹脂を安定させるに充分な温度の環境下に保たれる。
【０００３】マンドレルは熱膨張するため心棒であるこ
のマンドレル径は増大し、巻き付けられた樹脂は常に安
定状態に保たれ、換言すれば前記樹脂の粘性は依然とし
て充分に低いものではないために繊維の横ずれが阻まれ
ることになる。
のマンドレル径は増大し、巻き付けられた樹脂は常に安
定状態に保たれ、換言すれば前記樹脂の粘性は依然とし
て充分に低いものではないために繊維の横ずれが阻まれ
ることになる。
【０００４】強化繊維の熱膨張係数がマンドレルの熱膨
張係数よりも小さい場合には、鋳型の径は繊維の径より
も大きくなるために前記繊維は鋳型内で移動してしま
う。その結果、樹脂に包まれた繊維を配分の均一性に支
障をきたすようになる。
張係数よりも小さい場合には、鋳型の径は繊維の径より
も大きくなるために前記繊維は鋳型内で移動してしま
う。その結果、樹脂に包まれた繊維を配分の均一性に支
障をきたすようになる。
【０００５】このような不都合はマンドレル型の支持体
上に樹脂を被覆した繊維をコイル状に巻き付けながら複
合材料のパイプを製造する場合にも同様にして露呈す
る。
上に樹脂を被覆した繊維をコイル状に巻き付けながら複
合材料のパイプを製造する場合にも同様にして露呈す
る。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】長尺で螺旋形状の形鋼
やパイプのように複合材料で製造される部品を構成する
材料の不均一性の問題は、単に引張り強さの問題ではな
く、主として老化（エージング）と疲労に対する耐性の
問題である。
やパイプのように複合材料で製造される部品を構成する
材料の不均一性の問題は、単に引張り強さの問題ではな
く、主として老化（エージング）と疲労に対する耐性の
問題である。
【０００７】例えばガラス繊維と樹脂の複合材料につい
ては水が存在する場合には、老化に対する耐性は樹脂の
含有量が少なければ少ないほど弱くなる訳である。実際
に、２層の繊維の間に極めて薄い樹脂を介在させること
によって、機械的応力または熱応力の作用で界面の剥離
が改善されることが確認されている。剥き出しのガラス
は水によって極めて容易に侵攻されてしまうのである。
更に、お互いに接触状態にある露出した繊維は侵食によ
り簡単に壊れてしまうので、強化繊維を豊富に充填した
複合材料の疲労に対する耐性がその部分から失われてい
くことになる。前述したこのような現象を考察すると、
前記繊維を分離するために充分なクッションが必要であ
ることが推論される。
ては水が存在する場合には、老化に対する耐性は樹脂の
含有量が少なければ少ないほど弱くなる訳である。実際
に、２層の繊維の間に極めて薄い樹脂を介在させること
によって、機械的応力または熱応力の作用で界面の剥離
が改善されることが確認されている。剥き出しのガラス
は水によって極めて容易に侵攻されてしまうのである。
更に、お互いに接触状態にある露出した繊維は侵食によ
り簡単に壊れてしまうので、強化繊維を豊富に充填した
複合材料の疲労に対する耐性がその部分から失われてい
くことになる。前述したこのような現象を考察すると、
前記繊維を分離するために充分なクッションが必要であ
ることが推論される。
【０００８】しかして本発明は強化繊維により強化され
た樹脂でなる部品を線状に巻き付けることによって製造
されるマンドレルに関するものである。このマンドレル
は、当該マンドレルの回転軸に対して略円周上に配置さ
れた繊維糸でなる複合材料の層を有している。
た樹脂でなる部品を線状に巻き付けることによって製造
されるマンドレルに関するものである。このマンドレル
は、当該マンドレルの回転軸に対して略円周上に配置さ
れた繊維糸でなる複合材料の層を有している。
【０００９】前述した層の厚みと層を形成する繊維糸の
性質は、当該マンドレルの相対的な熱膨張係数が前記部
品に含まれる強化繊維の熱膨張係数に近接するように適
宜なものを選択することが可能である。このマンドレル
の相対的な熱膨張係数は、温度に応じた挙動が前記の相
対的な熱膨張係数で表されるマンドレルを構成する材料
の全体を考慮に入れる見かけだけの熱膨張係数として理
解しなければならない。
性質は、当該マンドレルの相対的な熱膨張係数が前記部
品に含まれる強化繊維の熱膨張係数に近接するように適
宜なものを選択することが可能である。このマンドレル
の相対的な熱膨張係数は、温度に応じた挙動が前記の相
対的な熱膨張係数で表されるマンドレルを構成する材料
の全体を考慮に入れる見かけだけの熱膨張係数として理
解しなければならない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によるマンドレル
は少なくとも１メートル以上の径を有する円筒形状を呈
することが可能である。また、マンドレルの繊維糸とし
ては炭素またはポリアラミド製のものを採用することが
できる。
は少なくとも１メートル以上の径を有する円筒形状を呈
することが可能である。また、マンドレルの繊維糸とし
ては炭素またはポリアラミド製のものを採用することが
できる。
【００１１】同様にして本発明は線状体の巻き付け技術
に従って、ガラス繊維により強化された安定化された樹
脂でなる湾曲した形鋼を製造するために、前述した本発
明のマンドレルを使用する方法にも係わるものである。
このマンドレルを使用するに当たっては、形鋼が巻き付
けられた後にマンドレルを加熱することにより前記形鋼
を安定化することができる。
に従って、ガラス繊維により強化された安定化された樹
脂でなる湾曲した形鋼を製造するために、前述した本発
明のマンドレルを使用する方法にも係わるものである。
このマンドレルを使用するに当たっては、形鋼が巻き付
けられた後にマンドレルを加熱することにより前記形鋼
を安定化することができる。
【００１２】更に本発明は、強化繊維により強化された
樹脂をマンドレル上で線状に巻き付けながら部品を製造
する方法にも関するものである。この方法では前記マン
ドレルは、これを使用する温度範囲の少なくとも一部に
おいて、前記部品を構成する強化繊維の熱膨張に近接す
る熱膨張を示すようなものが用意される。
樹脂をマンドレル上で線状に巻き付けながら部品を製造
する方法にも関するものである。この方法では前記マン
ドレルは、これを使用する温度範囲の少なくとも一部に
おいて、前記部品を構成する強化繊維の熱膨張に近接す
る熱膨張を示すようなものが用意される。
【００１３】前記温度範囲に一部とは前記部品を構成す
る樹脂を安定化させる温度範囲と一致させることが可能
である。また前記マンドレルの構造としては、このマン
ドレルの総体的な熱膨張係数が、製造された部品に含ま
れる強化繊維の熱膨張係数に近接するようなものを採用
することができる。
る樹脂を安定化させる温度範囲と一致させることが可能
である。また前記マンドレルの構造としては、このマン
ドレルの総体的な熱膨張係数が、製造された部品に含ま
れる強化繊維の熱膨張係数に近接するようなものを採用
することができる。
【００１４】
【実施例】以下、実施例が示された添付の図面に沿って
詳説することにより本発明の目的、特徴並びに利点が一
層明確となろうが、この実施例にのみ本発明が限定され
る訳ではないことを予め付言しておく。
詳説することにより本発明の目的、特徴並びに利点が一
層明確となろうが、この実施例にのみ本発明が限定され
る訳ではないことを予め付言しておく。
【００１５】先づ図１には、例えばエポキシド或いはポ
リエステルのような重合体が網状になった物質を含浸さ
せた強化繊維２（例えばガラス繊維、カーボン繊維な
ど）が示されているが、これらの強化繊維は縦軸の回り
で回転駆動されるシリンダ状のマンドレル３に巻き付け
られる。前記強化繊維２はマンドレル３の周面に形成さ
れた細かいピッチの螺旋状溝に適合して巻き付けられて
いく。
リエステルのような重合体が網状になった物質を含浸さ
せた強化繊維２（例えばガラス繊維、カーボン繊維な
ど）が示されているが、これらの強化繊維は縦軸の回り
で回転駆動されるシリンダ状のマンドレル３に巻き付け
られる。前記強化繊維２はマンドレル３の周面に形成さ
れた細かいピッチの螺旋状溝に適合して巻き付けられて
いく。
【００１６】マンドレル３の周面に形成され前記強化繊
維２を受け入れるための前記螺旋状溝は、所望する最終
製品としての形鋼の断面に対応する内壁断面を有した鋳
型を構成する中空な形材５により作製することが好まし
い。この中空な形材５はそれ自体が、滑らかなマンドレ
ル３の周面上に召し合わせ状態で連続的に螺旋巻され
る。材料について言えば、前記中空な形材は柔軟な熱可
塑性物質（例えばポリアミド或いは塩化ポリビニール）
によって作製される。しかして、本発明による製造方法
によればマンドレル３を交換することなく断面の異なる
最終製品を得ることが可能となる訳である。ここで鋳型
を構成する中空な前記形材５は、図１に示されるように
ボビン４にストックされている。
維２を受け入れるための前記螺旋状溝は、所望する最終
製品としての形鋼の断面に対応する内壁断面を有した鋳
型を構成する中空な形材５により作製することが好まし
い。この中空な形材５はそれ自体が、滑らかなマンドレ
ル３の周面上に召し合わせ状態で連続的に螺旋巻され
る。材料について言えば、前記中空な形材は柔軟な熱可
塑性物質（例えばポリアミド或いは塩化ポリビニール）
によって作製される。しかして、本発明による製造方法
によればマンドレル３を交換することなく断面の異なる
最終製品を得ることが可能となる訳である。ここで鋳型
を構成する中空な前記形材５は、図１に示されるように
ボビン４にストックされている。
【００１７】図２Ａは図１に示した態様の装置を用い
て、従来技術により巻き取られた被覆強化繊維２と、鋳
型となる中空な形材５と、マンドレル６の一部を断面で
示すものである。図２Ａにはマンドレル６と鋳型中空形
材５が、この巻き取り装置が据え付けられる工場の室
温、例えば２０℃の環境下にある場合を示してある。
て、従来技術により巻き取られた被覆強化繊維２と、鋳
型となる中空な形材５と、マンドレル６の一部を断面で
示すものである。図２Ａにはマンドレル６と鋳型中空形
材５が、この巻き取り装置が据え付けられる工場の室
温、例えば２０℃の環境下にある場合を示してある。
【００１８】図２Ｂには強化繊維２を被覆する樹脂を安
定化させるためにマンドレル６が高い温度に晒されてい
る状態が図２Ａと同様に示されているが、この図では説
明の便宜上、個々の層が誇張して図示してある。この実
施例では好ましくは鋼鉄によって作製されたマンドレル
は１１ １０-6℃-1の膨張係数を有する一方、ガラス繊
維は５ １０-6の膨張係数を有している。
定化させるためにマンドレル６が高い温度に晒されてい
る状態が図２Ａと同様に示されているが、この図では説
明の便宜上、個々の層が誇張して図示してある。この実
施例では好ましくは鋼鉄によって作製されたマンドレル
は１１ １０-6℃-1の膨張係数を有する一方、ガラス繊
維は５ １０-6の膨張係数を有している。
【００１９】恒温器を用いて、或いは他の手法によって
形材を９０℃の温度でゲル化させる際に、マンドレルは
径方向に１１ １０-6・（９０−２０）＝７７０ １０
-6の値を以て膨張することになる。この値は７０ｃｍの
半径のマンドレルであれば０.５４ｍｍだけ膨張する計
算である。他方、ガラス繊維は５ １０-6・（９０−２
０）＝３５０ １０-6の値で膨張することになり、同じ
半径について言えば０.２４ｍｍの膨張となる。
形材を９０℃の温度でゲル化させる際に、マンドレルは
径方向に１１ １０-6・（９０−２０）＝７７０ １０
-6の値を以て膨張することになる。この値は７０ｃｍの
半径のマンドレルであれば０.５４ｍｍだけ膨張する計
算である。他方、ガラス繊維は５ １０-6・（９０−２
０）＝３５０ １０-6の値で膨張することになり、同じ
半径について言えば０.２４ｍｍの膨張となる。
【００２０】約１時間に亙ってマンドレルとガラス繊維
をこのようにして加熱する間に、樹脂の粘性は少しずつ
高まっていくが、繊維自体が径方向に移動するのを阻止
するには不十分のままでいる。従来技術におけるマンド
レルと繊維の径方向への膨張係数の差は例えば０．３ｍ
ｍであるが、これが純粋な樹脂の層７として現出する。
鋳型を構成する中空な形材５の底部には堆積した繊維の
層８を認めることができるが、この部分の繊維は僅かな
がら過度の緊張状態にあると共に弁別的な伸びに対応す
る。また、当初は上層に存在していたが鋳型の底部に接
近してきた層も認められる（実際にマンドレル６が膨張
するに伴って取り付けられるのは鋳型の底部である
が）。ここで樹脂は実質的には未だゲル化されてはおら
ず、元の位置に留まったままで緊張されてはいない。一
方、中間の層９はほぼ均質のままでいる。
をこのようにして加熱する間に、樹脂の粘性は少しずつ
高まっていくが、繊維自体が径方向に移動するのを阻止
するには不十分のままでいる。従来技術におけるマンド
レルと繊維の径方向への膨張係数の差は例えば０．３ｍ
ｍであるが、これが純粋な樹脂の層７として現出する。
鋳型を構成する中空な形材５の底部には堆積した繊維の
層８を認めることができるが、この部分の繊維は僅かな
がら過度の緊張状態にあると共に弁別的な伸びに対応す
る。また、当初は上層に存在していたが鋳型の底部に接
近してきた層も認められる（実際にマンドレル６が膨張
するに伴って取り付けられるのは鋳型の底部である
が）。ここで樹脂は実質的には未だゲル化されてはおら
ず、元の位置に留まったままで緊張されてはいない。一
方、中間の層９はほぼ均質のままでいる。
【００２１】前述した純粋な樹脂の厚みはマンドレル６
の直径に比例して形成されるものであるが、本発明によ
る製造方法を小さな径のマンドレル上で行う限りにおい
ては無視することができるものである。しかし乍ら、例
えば直径１.４ｍほどの大きな径のマンドレルを使用し
て行う場合には前記純粋な樹脂層の効果は無視すること
ができない。実際に、かかる純粋な樹脂層を含んでなる
形材の撓み係数は、繊維を均一に分布させて作製した形
材と比較して顕著に減少するからである。
の直径に比例して形成されるものであるが、本発明によ
る製造方法を小さな径のマンドレル上で行う限りにおい
ては無視することができるものである。しかし乍ら、例
えば直径１.４ｍほどの大きな径のマンドレルを使用し
て行う場合には前記純粋な樹脂層の効果は無視すること
ができない。実際に、かかる純粋な樹脂層を含んでなる
形材の撓み係数は、繊維を均一に分布させて作製した形
材と比較して顕著に減少するからである。
【００２２】前述した純粋な樹脂の層７に対して繊維を
多く含んだ内部の層８と相関的に組合わされた０．３ｍ
ｍ程度の形材面を予め備える手法は、マンドレルの見か
け膨張係数を強化繊維２の膨張係数とほぼ同一な値に立
ち戻すことである。このようにすることによってマンド
レル全体の膨張は、製品を構成する強化繊維の縦方向の
膨張と実質的に一致するようになる。
多く含んだ内部の層８と相関的に組合わされた０．３ｍ
ｍ程度の形材面を予め備える手法は、マンドレルの見か
け膨張係数を強化繊維２の膨張係数とほぼ同一な値に立
ち戻すことである。このようにすることによってマンド
レル全体の膨張は、製品を構成する強化繊維の縦方向の
膨張と実質的に一致するようになる。
【００２３】本発明による好ましいい実施例は図３に示
されるようなものであるが、この実施例においてはマン
ドレルの構成要素である金属製の円筒部材１１の外周面
に、縦軸方向の線膨張係数が僅かに負の値を示す例えば
デュポン社製のＫｅｖｌａｒ４９のようなポリアラミド
の糸、或いは炭素で形成された複合材料の層１０が被覆
される（炭素の場合は−０.７ １０-6、Ｋｅｖｌａｒ
の場合は −３.５１０-6）。
されるようなものであるが、この実施例においてはマン
ドレルの構成要素である金属製の円筒部材１１の外周面
に、縦軸方向の線膨張係数が僅かに負の値を示す例えば
デュポン社製のＫｅｖｌａｒ４９のようなポリアラミド
の糸、或いは炭素で形成された複合材料の層１０が被覆
される（炭素の場合は−０.７ １０-6、Ｋｅｖｌａｒ
の場合は −３.５１０-6）。
【００２４】前述のように金属製の円筒部材１１と複合
材料の層１０で構成されるマンドレル１２の総体的な熱
膨張を強化繊維２の熱膨張とほぼ等しくするためには、
被覆されたマンドレル全体１２がこの熱膨張条件に応答
するように前記複合材料層１０および円筒部材１１の厚
みに熱応力レベルを決定する。前記複合材料層１０の厚
みは、金属製の円筒部材１１の厚みと、この複合材料層
と円筒部材層との界面が描く半径Ｒ（図３）と、前記２
つの層１０および１１とからなる複合体のモジュール
と、層１１の熱膨張係数と、層１０を形成する糸の熱膨
張係数と、鋳型中空形材５で作製される製品に含まれる
強化繊維２の熱膨張係数を全て計算に入れて決められる
ものである。
材料の層１０で構成されるマンドレル１２の総体的な熱
膨張を強化繊維２の熱膨張とほぼ等しくするためには、
被覆されたマンドレル全体１２がこの熱膨張条件に応答
するように前記複合材料層１０および円筒部材１１の厚
みに熱応力レベルを決定する。前記複合材料層１０の厚
みは、金属製の円筒部材１１の厚みと、この複合材料層
と円筒部材層との界面が描く半径Ｒ（図３）と、前記２
つの層１０および１１とからなる複合体のモジュール
と、層１１の熱膨張係数と、層１０を形成する糸の熱膨
張係数と、鋳型中空形材５で作製される製品に含まれる
強化繊維２の熱膨張係数を全て計算に入れて決められる
ものである。
【００２５】以下、更に実施例に沿って説明するが、こ
の実施例では部品を製造するための強化繊維２はガラス
であり、マンドレルの円筒部材１１は鋼鉄である。鋼鉄
製の円筒部材１１を被覆する前述した層１０は、被覆樹
脂に対して約６５％の繊維を含んでなる複合材料である
が、前記樹脂は以下に掲げる繊維と共に普通に使用され
る全ての樹脂で構わない。 −係数が凡そ９０ＧＰａの複合材料を形成するデュポン
社製のＫｅｖｌａｒ４９ −係数が凡そ１５０ＧＰａの複合材料を形成する東レ社
製のＴ３００のような炭素ＨＲ −係数が凡そ２５０ＧＰａの複合材料を形成する東レ社
製のＭ４６Ｊのような炭素ＨＭ
の実施例では部品を製造するための強化繊維２はガラス
であり、マンドレルの円筒部材１１は鋼鉄である。鋼鉄
製の円筒部材１１を被覆する前述した層１０は、被覆樹
脂に対して約６５％の繊維を含んでなる複合材料である
が、前記樹脂は以下に掲げる繊維と共に普通に使用され
る全ての樹脂で構わない。 −係数が凡そ９０ＧＰａの複合材料を形成するデュポン
社製のＫｅｖｌａｒ４９ −係数が凡そ１５０ＧＰａの複合材料を形成する東レ社
製のＴ３００のような炭素ＨＲ −係数が凡そ２５０ＧＰａの複合材料を形成する東レ社
製のＭ４６Ｊのような炭素ＨＭ
【００２６】そこで下記の通り定義することにする。 αv ガラスの膨張係数（５．１０-6℃-1） αc 複合材料の膨張係数（Ｋｅｖｌａｒの場合は−
３．５ １０-6℃-1、炭素の場合は−０．７ １０-6℃
-1） αa 鋼鉄の膨張係数（６．１０-6℃-1） σc 複合材料中の応力 σa 鋼鉄中の応力 Еc 複合材料のモジュール Еa 鋼鉄のモジュール（２００，０００ＭＰａ） ｄv ガラスの自然膨張 ｄc 複合材料の自然膨張 ｄa 鋼鉄の自然膨張 εc 複合材料の物理的な伸び εa 鋼鉄の物理的な伸び еc 複合材料の厚み еa 鋼鉄の厚み Δt 室温と形材の態様をした部品のゲル化温度との間
の変化 叙上の定義に従えば、ガラスの自然膨張は： ｄv ＝α
v ・Δt 複合材料の自然膨張は： ｄc ＝αc ・Δt 鋼鉄の自然膨張は： ｄa ＝αa ・Δt となる。
３．５ １０-6℃-1、炭素の場合は−０．７ １０-6℃
-1） αa 鋼鉄の膨張係数（６．１０-6℃-1） σc 複合材料中の応力 σa 鋼鉄中の応力 Еc 複合材料のモジュール Еa 鋼鉄のモジュール（２００，０００ＭＰａ） ｄv ガラスの自然膨張 ｄc 複合材料の自然膨張 ｄa 鋼鉄の自然膨張 εc 複合材料の物理的な伸び εa 鋼鉄の物理的な伸び еc 複合材料の厚み еa 鋼鉄の厚み Δt 室温と形材の態様をした部品のゲル化温度との間
の変化 叙上の定義に従えば、ガラスの自然膨張は： ｄv ＝α
v ・Δt 複合材料の自然膨張は： ｄc ＝αc ・Δt 鋼鉄の自然膨張は： ｄa ＝αa ・Δt となる。
【００２７】補強のつばを嵌められたマンドレルの総体
的な膨張がガラスの膨張と等しくなるようにするため、
即ち鋼鉄製の層がそれ自体の自然膨張とガラスの縦方向
の膨張との差を以て圧縮されるように、複合材料の層
は、前記鋼鉄製の層の自然膨張とガラスの縦方向の膨張
との前述した差に等しい機械的な伸びεa （圧縮に係わ
ることであるから負の値である）を、前記鋼鉄製の層に
対して強いることになる。補強のつばとなる複合材料の
層はガラスの膨張と、それ自体の自然膨張（絶対値にお
いては収縮を加味する）との差によって緊張される訳で
ある。 εa ＝−（ｄa −ｄv ）＝（αv −αa ）・Δt εc ＝ｄv −ｄc ＝（αv −αc ）・Δt
的な膨張がガラスの膨張と等しくなるようにするため、
即ち鋼鉄製の層がそれ自体の自然膨張とガラスの縦方向
の膨張との差を以て圧縮されるように、複合材料の層
は、前記鋼鉄製の層の自然膨張とガラスの縦方向の膨張
との前述した差に等しい機械的な伸びεa （圧縮に係わ
ることであるから負の値である）を、前記鋼鉄製の層に
対して強いることになる。補強のつばとなる複合材料の
層はガラスの膨張と、それ自体の自然膨張（絶対値にお
いては収縮を加味する）との差によって緊張される訳で
ある。 εa ＝−（ｄa −ｄv ）＝（αv −αa ）・Δt εc ＝ｄv −ｄc ＝（αv −αc ）・Δt
【００２８】補強のつばとなる複合材料の層によって鋼
鉄製のドラムに加えられる極限の圧力がＰｅが、鋼鉄製
のドラムによって複合材料の層と、これら２つの層に接
触面（半径Ｒ）に課される内部圧力Ｐｉとは逆になる
（絶対値において同値、しかし正負の記号が反対であ
る）ことで、応力の均衡は説明される。薄いドラムに関
しては、 Ｐｉ＝σa ・еa ／Ｒ Ｐｅ＝σc ・еc ／Ｒ となり、且つ Ｐｉ＝−Ｐｅ であるから、 σc ・еc ＝σa ・еa となる。この式において、 еc ＝−еa ・σa ／σc 或いは、 σc ＝Ｅc ・εc および σa ＝Ｅa ・εa が定義され、結果的に еc ＝−еa ・（Ｅa ／Ｅc ）・（（αv −αa ）／
（αv −αc ）） の関係が成り立つ。
鉄製のドラムに加えられる極限の圧力がＰｅが、鋼鉄製
のドラムによって複合材料の層と、これら２つの層に接
触面（半径Ｒ）に課される内部圧力Ｐｉとは逆になる
（絶対値において同値、しかし正負の記号が反対であ
る）ことで、応力の均衡は説明される。薄いドラムに関
しては、 Ｐｉ＝σa ・еa ／Ｒ Ｐｅ＝σc ・еc ／Ｒ となり、且つ Ｐｉ＝−Ｐｅ であるから、 σc ・еc ＝σa ・еa となる。この式において、 еc ＝−еa ・σa ／σc 或いは、 σc ＝Ｅc ・εc および σa ＝Ｅa ・εa が定義され、結果的に еc ＝−еa ・（Ｅa ／Ｅc ）・（（αv −αa ）／
（αv −αc ）） の関係が成り立つ。
【００２９】数値的に複合材料の膨張係数を繊維の膨張
係数と同等であることを第１の概算に入れれば、下掲の
表を得ることができる： Ｋｅｖｌａｒ 炭素ＨＲ 炭素ＨＭ Ｅc ＭＰａ ９０，０００ １５０，０００ ２５０，０００ Ｅa ／Ｅc ２，２２２ １，３３３ ０，８ αv −αa −６．１０-6 −６．１０-6 −６，１０-6 αc −３，５．１０-6 −０，７．１０-6 −０，７．１０-6 αv −αc ８，５．１０-6 ５，７．１０-6 ５，７．１０-6 ｅｃ／ｅａ １，５７ １，４０ ０，８４ １０ｍのマンド レルであって５ ７，８４ｍｍ ７，０２ｍｍ ４，２１ｍｍ ｍｍの鋼鉄に適 合される複合材 料の厚み
係数と同等であることを第１の概算に入れれば、下掲の
表を得ることができる： Ｋｅｖｌａｒ 炭素ＨＲ 炭素ＨＭ Ｅc ＭＰａ ９０，０００ １５０，０００ ２５０，０００ Ｅa ／Ｅc ２，２２２ １，３３３ ０，８ αv −αa −６．１０-6 −６．１０-6 −６，１０-6 αc −３，５．１０-6 −０，７．１０-6 −０，７．１０-6 αv −αc ８，５．１０-6 ５，７．１０-6 ５，７．１０-6 ｅｃ／ｅａ １，５７ １，４０ ０，８４ １０ｍのマンド レルであって５ ７，８４ｍｍ ７，０２ｍｍ ４，２１ｍｍ ｍｍの鋼鉄に適 合される複合材 料の厚み
【００３０】以上、添付の図面に示された実施例につき
説明したが、本発明は前述したようなマンドレル上に補
強繊維を巻き付けながら複合材料によって主として径の
大きなパイプの製造する技術にも応用できるものであ
る。しかして、本発明よる方法に従ってマンドレルを用
いて製造されたパイプは、補強繊維と樹脂が均一に分布
した複合材料でなるために、疲労と老化（エージング）
に対する優れた耐久特性を示すことになる。
説明したが、本発明は前述したようなマンドレル上に補
強繊維を巻き付けながら複合材料によって主として径の
大きなパイプの製造する技術にも応用できるものであ
る。しかして、本発明よる方法に従ってマンドレルを用
いて製造されたパイプは、補強繊維と樹脂が均一に分布
した複合材料でなるために、疲労と老化（エージング）
に対する優れた耐久特性を示すことになる。
【００３１】付言するに本発明は図面に示した実施例に
のみ限定されるものではなく、本発明による方法は、実
際に他の近似した手段または均等物によって所望する機
能を発揮するマンドレルを用いても叙上の全ての利点を
享受しながら実施することが可能である。
のみ限定されるものではなく、本発明による方法は、実
際に他の近似した手段または均等物によって所望する機
能を発揮するマンドレルを用いても叙上の全ての利点を
享受しながら実施することが可能である。
【図１】本発明によるマンドレルを組み込んでなる装置
を概略的に示す説明図。
を概略的に示す説明図。
【図２Ａ】従来技術により製造した形材を示す横方向部
分断面図。
分断面図。
【図２Ｂ】同じく従来技術により製造した形材を示す横
方向部分断面図。
方向部分断面図。
【図３】本発明によるマンドレルの一部を示す横方向部
分断面図。
分断面図。
２、 強化繊維 ３、６、１２ マンドレル ４ ボビン ５ 中空な形材 ７ 純粋な樹脂の層 ８ 内部の層 ９ 中間の層 １０ 複合材料の層 １１ 金属製の円筒部材
Claims (9)
- 【請求項１】強化繊維により強化された樹脂でなる部品
を線状に巻き付けることによって製造されるマンドレル
において、このマンドレルは、当該マンドレルの回転軸
に対して略円周上に配置された繊維糸でなる複合材料の
層を有していると共に、前記層はマンドレルの総体的な
熱膨張を制御するために選択された特性を有することを
特徴とするマンドレル。 - 【請求項２】前記層の厚みと、この層を構成する糸の性
質は、前記マンドレルの総体的な熱膨張係数が前記部品
の強化繊維の熱膨張係数に近似するように決定されるこ
とを特徴とする請求項１に記載のマンドレル。 - 【請求項３】前記マンドレルは少なくとも１ｍ以上の直
径を有する円筒形状を呈することを特徴とする請求項１
または２に記載のマンドレル。 - 【請求項４】前記マンドレルの糸は炭素またはポリアラ
ミドでなることを特徴とする請求項１から３のいずれか
１項に記載のマンドレル。 - 【請求項５】前記請求項のいずれか１項に記載のマンド
レルを、ガラス繊維によって強化され安定化した樹脂で
長尺な形材を繊維の巻線技術に従って製造するために使
用することを特徴とする方法。 - 【請求項６】前記形材は巻き取った後にマンドレルを加
熱することによって安定化されることを特徴とする請求
項５に記載の方法。 - 【請求項７】強化繊維により強化された樹脂で部品をマ
ンドレル上で線状に巻き付けることによって製造する方
法において、前記マンドレルは、少なくとも当該マンド
レルを使用する温度領域の一部で、このマンドレルの総
体的な熱膨張係数が製造された部品に含まれる強化繊維
の熱膨張係数に近接するように設計されることを特徴と
する方法。 - 【請求項８】前記温度領域の一部は前記部品を構成する
樹脂の安定化温度領域に対応することを特徴とする請求
項７に記載の方法。 - 【請求項９】前記マンドレルの構造は、このマンドレル
の総体的な熱膨張係数が製造される部品に含まれる強化
繊維の熱膨張係数に近似することを特徴とする請求項８
に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR9315409A FR2713978B1 (fr) | 1993-12-20 | 1993-12-20 | Mandrin pour enroulement filamentaire - Application à la fabrication de profilés cintrés. |
| FR93/15409 | 1993-12-20 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07206264A true JPH07206264A (ja) | 1995-08-08 |
Family
ID=9454194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6334876A Pending JPH07206264A (ja) | 1993-12-20 | 1994-12-20 | 巻線のためのマンドレルおよび長尺な形材を製造するためにマンドレルを使用する方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5780075A (ja) |
| JP (1) | JPH07206264A (ja) |
| BR (1) | BR9405143A (ja) |
| DE (1) | DE4444294A1 (ja) |
| FR (1) | FR2713978B1 (ja) |
| GB (1) | GB2284782B (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0881057B1 (de) * | 1997-05-26 | 2002-07-31 | Sulzer Markets and Technology AG | Verfahren zur Herstellung einer Hülse aus thermoplastischem Verbundwerkstoff |
| US6879341B1 (en) | 1997-07-15 | 2005-04-12 | Silverbrook Research Pty Ltd | Digital camera system containing a VLIW vector processor |
| US6586110B1 (en) | 2000-07-07 | 2003-07-01 | Delphi Technologies, Inc. | Contoured metal structural members and methods for making the same |
| US6893733B2 (en) | 2000-07-07 | 2005-05-17 | Delphi Technologies, Inc. | Modified contoured crushable structural members and methods for making the same |
| US10113673B2 (en) | 2012-03-13 | 2018-10-30 | National Oilwell Varco Denmark I/S | Reinforcement element for an unbonded flexible pipe |
| US9597843B2 (en) * | 2014-05-15 | 2017-03-21 | The Boeing Company | Method and apparatus for layup tooling |
| DE102015214908A1 (de) * | 2015-08-05 | 2017-02-09 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zur Längeneinstellung und Stabilisierung von Blasformkernen für die Herstellung faserverstärkter Hohlbauteile |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3141052A (en) * | 1960-09-19 | 1964-07-14 | Jr Peter Labash | Method of forming seamless hollow plastic shapes |
| US3353419A (en) * | 1965-06-29 | 1967-11-21 | Dayco Corp | Transmission belt |
| US4242160A (en) * | 1979-02-02 | 1980-12-30 | United Technologies Corporation | Method of winding a wind turbine blade using a filament reinforced mandrel |
| US4470860A (en) * | 1982-01-07 | 1984-09-11 | Hercules Incorporated | Fabricating large, thick wall, tubular structures |
| US4581263A (en) * | 1984-08-27 | 1986-04-08 | Fiber Materials, Inc. | Graphite fiber mold |
| JPS6287332A (ja) * | 1985-10-14 | 1987-04-21 | Hitachi Chem Co Ltd | 繊維強化プラスチツク製伝動軸の製造法 |
| FR2596695B1 (fr) * | 1986-04-08 | 1989-02-17 | Inst Francais Du Petrole | Procede et dispositif pour la fabrication de barres cintrees profilees en matiere plastique armee |
| US5022845A (en) * | 1989-04-25 | 1991-06-11 | Hercules Incorporated | Segmented mandrel for forming composite articles |
-
1993
- 1993-12-20 FR FR9315409A patent/FR2713978B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1994
- 1994-11-24 GB GB9423951A patent/GB2284782B/en not_active Expired - Fee Related
- 1994-12-13 DE DE4444294A patent/DE4444294A1/de not_active Withdrawn
- 1994-12-19 BR BR9405143A patent/BR9405143A/pt not_active Application Discontinuation
- 1994-12-20 JP JP6334876A patent/JPH07206264A/ja active Pending
-
1996
- 1996-07-05 US US08/675,873 patent/US5780075A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2284782B (en) | 1997-07-30 |
| GB2284782A (en) | 1995-06-21 |
| FR2713978B1 (fr) | 1996-03-15 |
| GB9423951D0 (en) | 1995-01-11 |
| DE4444294A1 (de) | 1995-06-22 |
| BR9405143A (pt) | 1995-08-22 |
| US5780075A (en) | 1998-07-14 |
| FR2713978A1 (fr) | 1995-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6048428A (en) | Pipe construction | |
| US3857415A (en) | Reinforced convoluted tubing of polytetrafluoroethylene | |
| US4241763A (en) | Rubber hose with spiral fiber reinforcing core | |
| US10654226B2 (en) | Gas tank and method of manufacturing gas tank | |
| US4746386A (en) | Method of producing continuous fiber reinforced bent resin pipe | |
| JPS63256551A (ja) | 強化光フアイバーの製法 | |
| JPH07206264A (ja) | 巻線のためのマンドレルおよび長尺な形材を製造するためにマンドレルを使用する方法 | |
| US3457963A (en) | Article and method of bonding reinforced rings to tubular articles | |
| JPH0243947B2 (ja) | ||
| EP0040492A2 (en) | Moulding material for fibre reinforced plastic tubes | |
| US3458374A (en) | Method of making a braided tubular bearing having a polytetrafluoroethylene liner | |
| JPS6321608B2 (ja) | ||
| EP0225569B1 (en) | Method of making a bearing assembly | |
| JPH05168375A (ja) | 釣り竿用素材及びその製造方法 | |
| US20220242062A1 (en) | Fibre-Reinforced Composite Tubular Shafts and Manufacture Thereof | |
| US5474630A (en) | Process for manufacturing a transmission shaft made of a composite material and shaft manufactured according to the process | |
| US3436289A (en) | Method of making a corrugated tube of fiber-reinforced plastic material | |
| JPH0333045A (ja) | らせん状凹部付繊維強化樹脂線条体の製法 | |
| JP2008249021A (ja) | 圧力容器及びその製造方法 | |
| EP0538531B1 (fr) | Procédé de fabrication d'un arbre de transmission en matériau composite et arbre fabriqué selon le procédé | |
| JPH09203496A (ja) | 高圧タンクの製造方法 | |
| JPH0751639B2 (ja) | 紐状又は棒状プリプレグ中空体 | |
| USRE29133E (en) | Constant length composite glass fiber cable under varying temperature conditions | |
| JPS629946A (ja) | 炭素繊維強化プラスチツクス製パイプの製造方法 | |
| WO1994025789A1 (en) | Improvements relating to the manufacture of tubular structures |