JPS63182138A - チューブ状複合物品の団結方法 - Google Patents

チューブ状複合物品の団結方法

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JPS63182138A
JPS63182138A JP62294985A JP29498587A JPS63182138A JP S63182138 A JPS63182138 A JP S63182138A JP 62294985 A JP62294985 A JP 62294985A JP 29498587 A JP29498587 A JP 29498587A JP S63182138 A JPS63182138 A JP S63182138A
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ドナルド・ジョージ・ピーコック
スタンレイ・ウェスレイ・カークハム
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Raychem Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分’ｌＩ’Ｆ　］ 本発明は、ポリマーマトリックス材料および繊維状強化
材料から成るチューブ状複合材料を団結する方法に関す
る。
［従来の技術］ ヨーロッパ特許公告第０１８５４６０号には、１つずつ
成形するか、またはインライン引抜成形法による繊維／
ポリマー複合材料の団結が記載されている。引抜成形法
は、連続ロービングおよび／または連続ガラスマットを
樹脂浴または含浸機「ｈで、次いで、複合材料を部分的
に成形して過剰の樹脂および／または空気を除去する予
備成形装置中で引っ張り、その後、複合材料を連続的に
硬化する加熱ダイに引き込むことから成る（レイモンド
・ダブリ５’メイヤー（Ｒａｙｍｏｎｄ　Ｗ　Ｍｅｙｅ
ｒ）著「ハンドブック・オブ・パルトルージョン・テク
ノロジー（１−１ａｎｄｂｏｏｋ　　ｏｆ　　Ｐ　ｕｌ
ｔｒｕｓｉｏｎＴ　ｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）玉チャツプマ
ンｅアンドΦホール（Ｃｈａｐｍａｎ　　ａｎｄ　　１
−ｆａｌｌ）刊）参照）。引抜成形法は、特にマトリッ
クスポリマーが比較的高粘度であり、比較的大きい引っ
張り力が作用する場合、複合材料中の繊維状補強材の構
造が歪み易い。
［発明の構成コ 本発明は、歪が少なく、団結複合材料の強度および他の
特性を促進できる複合材料のインライン団結に関する。
本発明は、ポリマーマトリックス材料および繊維状強化
材料から成るチューブ状複合物品の団結方法を提供し、
該方法は、チューブ複合物品をチューブ状保護部材内に
包囲すること、および保護部材を進めてそのように包囲
した物品を団結領域に通ずことを含んで成り、団結領域
では、物品は、団結温度および圧力に徐々に付される。
このように保護チューブ状部材を進めて複合物品を送る
ことにより、本発明では、例えば長さ方向の張力により
生じ得る長さ方向の歪が実質的に存在しないように複合
物品を保持するように、例えば保護部材を引っ張ること
により、物品を団結領域に通ずことが可能となる。更に
、保護部材は、例えば団結領域を規定している加熱壁と
滑り接触することにより生じる外部摩擦力に耐え、従っ
て、複合物品の表面における強化繊維の移動の可能性が
減少する。従って、保護部材に低摩原材料を適当に選択
することにより、団結領域で物品を引っ張るために必要
な力が実質的に減少する。ポリテトラフルオロエチレン
（Ｐ　Ｔ　Ｆ　Ｅ）により被覆したガラスクロスは、こ
の点に関して特に有用であるが、適当な引っ張り強さお
よび許容できる摩擦特性を有する他の材料も使用できる
。
適当な材料の予備成形チューブまたは一対のハーフチュ
ーブを保護部材として使用できるが、可撓性シートまた
はテープを使用して有利な連続プロセスをうまく行うこ
とができ、この場合、例えば保護部材は、複合物品が団
結領域に供給される時に、チューブ状複合物品の回りに
連続的に巻き付けられる少なくとも１つのシートから成
る。そのようなプロセスにおいて、保護部材シートは、
団結領域から出た後に、複合物品から連続的にほどかれ
るのが好ましく、保護シートまたはテープは、そのよう
に使用した後で廃棄できるが、保護部材シートは、連続
ループの形態であり、複合物品からほどかれると、連続
的に戻して団結領域に供給される別の物品の回りに巻き
付けるのが好ましい。このように、有効な連続処理は、
団結の均一性およびピンホールまたは局所的な弱点の不
存在が重要である少なくとも高性能複合材料について工
業的に許容できる供給速度において行うことができる。
団結圧力は、任意の好都合な方法により加えてよいが、
チューブ状複合材料内の気体保持部材を加圧して、複合
材料の壁を、好ましくは加熱した、団結領域内のまたは
団結領域を規定する周囲のチューブ状部材に押し付ける
ことにより加えるのが好ましい。加圧可能気体保持部材
は、団結領域から複合材料と共に出る複合材料の一時的
または永久的ライナーであっても、あるいは団結領域内
で複合材料が（例えば適当な潤滑化により）連続的に上
を滑動するかまたは団結領域を複合材料と共に移動し、
その後除去する「膨張式マンドレル」であってもよい。
そのような膨張式マンドレルは、例えば耐熱性シリコー
ンゴム閉止ヂエーブおよびそれを膨張させる手段、例え
ば団結領域の入口部分を通過してチューブ内に伸びてい
る金属ガス管から成ってよい。マンドレルとの滑動接触
による複合材料の内側表面の歪は、複合材料と共に移動
する保護部材の壁により外側表面仕上げが維持される場
合、適当なマンドレル設計および操作（例えば潤滑化）
により、無視し得るかまたは少なくとも許容できるよう
になるのが好ましい。
本発明の方法は、熱硬化性複合材料を団結および硬化す
るのに使用できるが、構造用高性能用途に有用な「二次
成形可能」強化複合材料を製造する場合に有利である。
この目的を達成するために、架橋熱可塑性ポリマーによ
り溶融含浸した繊維強化材料を有する二次成形可能複合
材料が製造される。二次成形可能複合材料は、繊維強化
材料を架橋可能熱可塑性ポリマー材料により溶融含浸し
て中間複合材料を形成し、熱および圧力下で複合材料を
成形し、熱可塑性材料を硬化させ、その後、更に加熱、
イオン照射または化学反応によりポリマーを架橋し、そ
れによりポリマーがメルトに戻るのを防止することによ
り製造する。複合材料は、その後、温度および圧力のみ
により二次形成可能となる。本発明の範囲内において、
最初に繊維トウを溶融含浸し、次に、例えば編組、織り
、編み等によりトウを絡み合わせてつニブの形態の団結
可能複合材料するのが特に好ましい。別法では、例えば
適当な既知の希釈剤または可塑剤を使用して含浸ポリマ
ーによるウェブ繊維の適当な浸透および湿潤化が可能で
あるなら、繊維トウを絡み合わせてウェブにし、その後
、溶融含浸してウェブを団結する。
更に、本発明の一例を添付模式図により説明する。
第１図は、上述のヨーロッパ特許出願第０１８５４６０
号に記載されている二次成形可能複合材料の２つの層２
．３から作った「半製品」ダクトＩを示している。ダク
ト１は、必ずしも不可欠ではないが、ダクトを低圧〜中
圧の流体系用の流体圧導管として使用する場合には供給
されているライナー４をダクトｌの内側に含む。また、
ダクトｉには、環境的保護のために適宜外側カバー５が
供給されている。
第１図に示した二次成形可能複合材料の製造に使用する
方法を説明する面に、複合材料は、熱可塑性またはポリ
マーマトリックス材料により含浸した強化繊維の基材と
して具現化されることを理解することは有用であろう。
この場合、基材の全ての部分は一体に結合され、空隙は
殆ど存在しない。複合材料の二次成形性は、ポリマーマ
トリックス材料の架橋変性により創造される。これは、
ｍｗ、ｍ化材料をポリマーにより含浸し、溶融含浸繊維
を織って（または編組して）中間複合材料とし、次に、
圧力および熱の双方を使用して溶融加工により団結して
一体構造物（複合材料）とし、その後、一体構造物を放
冷する方法により可能となる。次に、熱により活性化す
る化学架橋剤またはイオン照射により材料を架橋して、
ポリマーマトリックス材料を架橋し、それによりポリマ
ーがメルトに戻るのを防止する。その後の第２加熱によ
り、マトリックスポリマーは、十分に軟化して二次成形
が可能となるが、マトリックスは、概ねその「成形時」
の形状を保持する傾向がある。
二次成形可能複合材料１は、典型的には縦方向から５４
．７０度で強化編組した４８−季ヤリヤ編組機による編
組の層２および３から作られる。
含浸繊維トウは、溶融押出法を使用してエチレン／テト
ラフルオロエチレン交互共重合体（テフゼル（Ｔｅｆｚ
ｅｌ）２１０、商標）のマトリックス材料により含浸し
た高性能アラミド繊維（ケブラー（Ｋ　ｅｙｌａｒ）　
４９、商標）を使用して作る。特に、繊維は、被覆の間
、繊維を開いて離す特別のヂャンネルにより修正したク
ロスヘッド押出ダイを通して引き出し、従って、ポリマ
ーによる完全な浸透が可能となる。次に、予備含浸トウ
を編組してチューブ状形状にして、縦方向から５５°以
下の編組角でトウ上で均一な張力を保持する。この例で
は、予備含浸編組の２つの層２および３は、次に、編組
の内側に挿入した膨張可能ライナー４と共に加熱チュー
ブ状雌型に通す。この例では、膨張可能ライニングは、
部分的に架橋され、最終製品の一体部分となる押出テフ
ゼルヂューブである。ライナーを省略することは、本発
明の範囲内に含まれ、これは、製造プロセスにおいて、
膨張可能かつ除去可能マンドレルを使用することにより
行うことができる。硬質内側マンドレルおよび移動保護
部材に押し付ける外側弾性部材を有することにより、硬
質型および寸法変化可能型の関係を反対にすることも、
本発明の範囲内に含まれる。
低圧〜中圧（５〜１ｏｐｓｉ）を内側ライナー４に加え
、外側雌型（図示仕ず）を加熱する。ポリマーはその融
点以上、この例では約２８０℃以上に加熱する必要があ
る。材料を過熱しないように、また広過ぎる範囲を加熱
しないように注意する必要がある。この団結方法は、チ
ューブ状複合材料を直径方向に膨張することを目的とし
ていないが、編組角が十分に変化できて５４．７°の「
中立角（ｎｅｕｔｒａｌ　　ａｎＶ、１ｅ）Ｊとなるの
が有用である。この角度では、繊維の機械的変形がなけ
れば追加の直径方向の変形は生じない。これは、最終製
品の最適直径であり、従って、雌型の最も適当な内径を
決定する。
冷却後、団結したダクトを型から除き、内側マンドレル
を所望により除き、電子線下でダクトを回転してポリマ
ーを照射する。使用する線ｍは、ダクトにわたり均一に
約２Ｍｒａｄであるが、含浸ポリマーに組み込まれた架
橋剤の種類および量に応じて変えてよい。
「半製品」ダクトであるダクト１は、所望により二次成
形してよい。二次成形は、（１）ダクトの端を閉じて約
５〜１０ｐｓ＋（低圧）に加圧する工程、（２）ベンド
が必要である部分て未架橋ポリマーの融点（例えばテフ
ゼルの場合、２８０℃）以上にダクトを局所的に加熱し
て、自由にまたは型で曲げる工程、（３）所望の形状を
保持しながら、ベンド部分を冷却する工程、および（４
）所望により、既に二次成形した部分を上記の工程を繰
り返すことにより二次成形する工程により行うことがで
きる。
低い内圧は、局所的な腰折れまたはキングを避けるのに
使用することに注目する必要がある。
繊維強化材が、団結複合材料の体積の約１０〜６５％（
好ましくは約４５％以下）であるような含浸繊維トウを
製造し、また利用することは本発明の範囲内に含まれる
。実質的により高い繊維含量では、団結および架橋後、
複合材料は二次成形操作の間に裂けて割れ易い。一方、
実質的に低い繊維含量では、団結および架橋後、複合材
料は望ましくないほどに弱く、所定の機械的負荷に耐え
るには、物品の寸法およびｆｆ１ｆｆｉを実質的に増す
必要があり、そのような増量は、例えば航空機産業に見
出されている例えば高性能用途においてはしばしば許容
できない。
強化繊維を編組角度以外に配置すること・例えばダクト
の長さ方向の軸と実質的に平行またはダクトの実質的に
周方向に配置することも本発明の範囲内に含まれる。こ
れは、ダクトを二次成形する方法に影響を与えることが
でき、強化繊維が供給されている形態、例えば繊維、編
組または織物に影響を与える。また、種々の強化ｔａ維
および種々の繊維製品構造（編組、織物、編物など）を
所望のように組み合わせて所望の強化複合材料を製造す
ることも本発明の範囲内に含まれる。
強化繊維は、アラミド以外、例えばガラス、グラファイ
ト、ホウ素、金属、セラミックおよび他の有機繊維であ
ってもよい。同様に、エチレン／ＴＦＥコポリマー以外
のマトリックス材料、例えばポリエチレン、ポリエーテ
ルイミド、ポリビニリデンフルオライドまたは他の架橋
可能ポリマーを使用できる。エラストマーは、可撓性複
合材料を製造するのに使用できる。ポリマー、コポリマ
ー、ポリマーブレンドおよびこれらの混合物は、本発明
の範囲内に含まれ、本発明により架橋できる熱可塑性ポ
リマーと一般に呼ぶ。先に説明したように、繊維は、編
組以外の方法で配向でき、例えば織り、編み、フィラメ
ント巻き付けまたは手積みにより配向してよい。同様に
、ダクト■０の場合、配向した繊維の複数の層を使用し
て、所望の構造の強化材を製造できる。
イオン照射、熱または化学反応のようなマトリックス材
料を架橋する種々の方法は、本発明の範囲内に含まれる
。
本発明の好ましい態様では、繊維被覆は、溶融含浸によ
り行う必要が有り、十分なポリマー被覆を確保し、物品
を架橋するのに有用であり、難燃性、熱安定性などの望
ましい特性を提供する典型的な熱可塑性添加剤を組み込
むことができる。
最後に、最終製品の形状は、チューブ状断面に限定され
ないのが理解されよう。形状には、シート、正方形また
は矩形断面、Ｔ字状、チャンネル、ロッド、Ｌ字状およ
び１字状なども包含される。
第２図は、未団結繊維／ポリマー複合材料１０がハウジ
ング２０内の団結領域に入っていく様子を模式的に示し
ている。ガス供給パイプ３０は、チューブ状複合材料１
０内に伸びて、マンドレルを膨張させる団結ガス圧力を
供給する。マンドレルについては、第３図を参照して後
で説明する。
複合材料の端４０は、圧力を保持するために、（この場
合、複合材料と共に移動する）ガろパイプの回りで閉じ
られているが、適当な圧力を保持するために適当な手段
、例えば前進する複合材料をパイプに締結するローラー
の形態のらあが供給されている場合、例えば、移動また
は動かないガスパイプの回りで編組することにより、チ
ューブ状複合材料を連続的に形成することができること
が考えられる。複合材料の前端１１は、永久的に閉じら
れているように図示しているが、圧力を保持するために
、可撓性複合材料は、代わりに例えばニップロールによ
り一時的に締結して閉じるのが適当である。
複合材料が団結領域に進んで行くにつれて、複合材料は
、フィードロール５１から引き出されてガイド開口ｗＩ
２１を通ってくるｒ”Ｉ？　Ｔ？　Ｅにより被覆したガ
ラスクロスの保護テープまたはシート５０により連続的
に巻かれる。保護テープは、製造する複合材料の寸法に
対して適当な数、幅および厚さで使用し、例えば、直径
２　、５　ａｘの複合材料の場合、幅３ｃｘ、厚さ０．
２３１３１の３つのテープ（判り易いように２つのみを
図示）使用する。テープは、複合材料１０を完全に包囲
して、先に説明したように、編組複合材料を中立編組角
にする場合に僅かに膨張できるように重ねる。保護テー
プは、この図面では「ワンパス」装置で示しているが、
先に説明したように、所望により連続ループフィードバ
ックシステムに置換できる。
団結領域内では、複合材料およびそれを包囲する保護テ
ープは、第２図に断面を示すように適当な直径であり、
また複合材料を団結するのに適当な温度に加熱されたチ
ューブ状型６０を通過する。
保護テープは、複合材料への熱伝達速度を遅べする傾向
があるが、型温度と速度の許容できるバランスは、簡単
な試行錯誤により得ることができる。
保護テープ５０の前端５２は、団結領域を通過して巻き
付けた複合材料を引き出す適当な駆動手段により引っ張
られ、テープをつかむ適当な手段が供給され、例えば、
クランプ６０のある種の形態を図示している。団結領域
から出てくる団結複合材料は、例えばノズル７０から冷
たい空気を送風して冷却され、その後、テープ５０は、
複合材料からほどかれ、廃棄されるかまたは先に説明し
たように再使用される。本発明の方法の図示した態様で
は、例えば約３Ｒの独立した長さの団結複合材料が好都
合に製造できる。
第３図は、判り易くするために保護テープ５０は省略し
て、複合材料１０内にある膨張式マンドレルの１つの態
様を示している。複合材料の前端２は前の場合と同様に
閉じているが、これは、第１図に示す複合構造物のライ
ナーを使用して団結圧力を加える場合、圧力を保持する
ために必要である。しかしながら、第３図に示したマン
ドレルは、ガスパイプ３０を介してガスが供給される穴
付き金属パイプ３２を有して成り、ガスパイプは、ガス
源に取り付けるための適当なコネクション３４および適
当な材料、例えば耐熱性シリコーンゴムの弾性ガス保持
カバー３６を有する。カバー３６の端は、この例ではワ
イヤー３７巻き付けによりチューブ３２に固定されてお
り、３７は、ガラスクロス断熱テープ３８（簡単のため
に断面を図示）に覆われている。アッセンブリは、中央
を切断して短く図示しているか、実際の典型的なアッセ
ンブリは、３ｉ以上の長さである。
使用に際して、ツノバー３６は、パイプ３０を介して加
えられるガス圧力により膨張させ、複合材料ＩＯの内側
表面を押し付け、複合材料および移動テープ５０を第２
図に示した加熱型６０に圧縮して団結を行う。従って、
第３図に示した自身のガス保持層を有する膨張式マンド
レルは、複合材料ＩＯの端で気密性クロージヤーを必要
としない。
許容できない摩擦を避けるためにカバー３６の端を固定
する手段３７．３８の構造に着目すると、図示したマン
ドレルは、その」二で滑動する、適当に潤滑化した複合
材料により、静的な操作に適当であるようにできる。し
かしながら、図示した態様は、複合材料と共に移動する
場合によりうまく適しており、こめようにして、長さ３
ｍの複合材料を製造できる。
上述の内部加圧方法の別法として、保護部材の外側に作
用する（好ましくは加熱した）流体により団結圧力を加
えて、複合材料を適当な硬質内部マンドレルに押し付け
るか、または流体圧力を内部および外部の双方から加え
て複合材料を団結することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、複合流体ダクトの斜視図、第２図は、団結装
置の１＠様を示す図、第３図は、団結プロセスに使用す
る膨張式マンドレルの１＠様を示す図である。 ！・・・ダクト、２．３・・・複合材料層、４・・・ラ
イナー、５・・・カバー、ＩＯ・・・複合材料、！！・
・・前端、２０・・・ハウジング、２１・・・ガイド開
口部、３０・・・パイプ、３２・・・金属パイプ、３４
・・・コネクシジン、３６・・・カバー、３７・・・ワ
イヤー、３８・・・テープ、４０・・・複合材料端、５
０・・・保護部材、５１・・・フィードロール、５２・
・・前端、６０・・・チューブ状型またはクランプ、７
０・・・空気ノズル。 特許出願人　レイケム・リミテッド 化　理　人　弁理士　青白　葆　ばか１名１、事件の表
示 昭和に２年特許願第　　２９４９８５　　号２　発明の
名称 チューブ状複合物品の団結方法 ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　イギリス国イングランド、ロンドン・イージー４
・ｌエヌエル、フエツター・レーン、ロールス・ビルデ
ィンゲス　７番、ロールス・ハウス６拾；　レイケム・
リミテッド ４、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、ポリマーマトリックス材料および繊維状強化材料か
    ら成るチューブ状複合物品を団結する方法であって、チ
    ューブ状複合物品をチューブ状保護部材内に包囲するこ
    と、および保護部材を進めてそのように包囲した物品に
    団結領域中を通過させることを含んで成り、物品が団結
    温度および圧力に連続的にさらされる方法。 ２、長さ方向の張力が実質的に存在しないように複合物
    品を保持するように、保護部材に団結領域中を引いて通
    過させることを含んで成る特許請求の範囲第１項記載の
    方法。 ３、チューブ状複合物品が団結領域に供給される時に、
    チューブ状複合物品の回りで連続的に巻き付けられる少
    なくとも１つのシートから保護部材が成る特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の方法。 ４、複合物品が団結領域から出た後に、保護部材シート
    が複合物品から連続的にほどかれる特許請求の範囲第３
    項記載の方法。 ５、保護部材シートが連続ループの形態であり、ループ
    は、複合物品からほどかれると、連続的に戻されて、団
    結領域に供給されるもう１つの物品の回りに巻き付けら
    れる特許請求の範囲第４項記載の方法。
JP62294985A 1986-12-22 1987-11-18 チューブ状複合物品の団結方法 Pending JPS63182138A (ja)

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GB8630552 1986-12-22
GB868630552A GB8630552D0 (en) 1986-12-22 1986-12-22 Consolidating tubular composites

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