KR20070113318A - 복합재료 튜브 생산 - Google Patents

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Abstract

내부 맨드릴 공동(5)을 구비한 긴 중공 맨드릴(3)로서 그 위에서 지지된 복합재료 적층(10)을 제공하기 위해 강화 섬유 재료(9)로 포장될 수 있는 외면(7)을 구비한 맨드릴, 및 상승된 온도의 유체가 순환되는 경우 복합재료 적층의 경화 또는 형성을 위해 열이 유체로부터 맨드릴(3)을 통해 복합재료 적층(10)으로 전달되도록 서로 다른 온도의 열전달 유체를 맨드릴 공동(5)을 통해 순환시키는 유체 흐름 수단(11)을 포함한 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
맨드릴, 복합재료 적층, 강화 섬유 재료, 열전달, 유체

Description

복합재료 튜브 생산{COMPOSITE TUBE PRODUCTION}
본 발명은 일반적으로 섬유 강화 복합재료로 제작된 부품 생산에 관한 것이고, 특히 상기 재료로 제작된 튜브 및 파이프 생산에 관한 것이다. 본 발명이 원통형 튜브 및 파이프 생산에 관하여 설명될 것이나, 본 발명은 테이퍼형 또는 곡선형 튜브 및 파이프와, 비원형 단면을 가진 튜브 및 파이프 생산용으로도 또한 적용가능하다는 점이 평가되어야 한다.
본 출원에 있어서 "튜브"란 용어는 튜브 및 파이프, 또는 다른 긴 중공 부품을 가리키는 데 사용된다.
고급 섬유 강화 복합재료 부품은 현재는 경화 온도와 적용 압력이 정확히 제어될 수 있도록 가압용기 또는 오븐을 사용하여 제작된다. 섬유 강화 복합재료 튜브의 경우에 있어서, 튜브 생산을 위한 일 공정은 "사전-함침된(pre-preg)" 재료, 즉 경화되지 않은 수지로 사전-함침된 직조(woven) 섬유 유리 또는 탄소 섬유 피복으로 원통 형상 둘레를 포장하는 단계, 진공 백(bag) 내의 결과적인 복합재료 적층 포장을 조밀화하는 단계, 및 전체 조립체를 가압용기 또는 오븐의 챔버 내에 위치시킴으로써 복합재료 적층을 경화시키는 단계이다. 상기 생산 방법은, 예를 들어 미국 특허 3,962,394호(할(Hall))에 개시되었다.
복합재료 적층을 경화시키기 위해 가압용기 또는 오븐을 사용함에 있어서 몇 가지 단점이 있다. 우선, 생산될 복합재료 부품의 길이, 폭, 및 높이가 가압용기 챔버의 내부 치수에 의해 제한된다. 또한, 가압용기 또는 오븐 챔버 내의 넓은 부피의 가스가 가열되어야 하기 때문에, 온도는 가압용기 또는 오븐 챔버 내에서 상대적으로 천천히 증가한다. 그럼에도 불구하고, 두꺼운 적층물 생산에 있어서 경화된 수지 내의 제어되지 않은 발열 반응을 방지하기 위해, 온도 증가 속도의 제한이 필요하다. 이는 생산된 부품의 파괴뿐만 아니라 가압용기의 잠재적 손상 및 안전 사고를 일으킬 수 있다. 만일 위와 같은 반응이 일어난다면, 반응을 멈추기 위해 가압용기 내의 온도를 급격히 낮추는 것이 항상 가능한 것은 아니다. 따라서 상기 잠재적 문제를 방지하기 위해 온도는 천천히 증가해야 한다. 그러나, 온도가 충분히 높은 온도로 증가하지 않으면, 제품을 적어도 부분적으로 경화되지 않은 상태로 남겨두는 것도 가능하다. 생산 설정에 있어서, 경화된 적층물 두께에 따라서 가압용기 또는 오븐 내의 경화될 복합재료 튜브에 대해 8시간이 걸린다는 사실이 밝혀졌다.
열가소성 재료를 사용하여 복합재료 부품을 생산하기 위해 가압용기 또는 오븐을 사용하는 것이 또한 어렵다. 이는, 재료가 액체 상태에 도달할 수 있고, 생산될 복합재료 부품의 구조적 무결점을 위해 부품을 신속히 냉각시킬 필요가 있기 때문이다. 가압용기 및 오븐은 일반적으로 냉각에 너무 긴 시간이 걸리므로 열가소성 재료에 대한 사용이 제한된다.
가압용기 또는 오븐을 사용하지 않고 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브를 생산할 수 있는 것이 유리하다. 이는 가압용기 또는 오븐의 사용과 관련된 단점을 방지한다.
섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브를 가압용기 또는 오븐이 사용된 경우보다 더 신속하게 생산할 수 있는 것이 또한 유리하다.
또한, 경화된 수지 또는 열가소성 결합재를 사용하여 섬유 강화 재료 튜브를 형성할 수 있는 것이 유리하다.
따라서, 본 발명의 목적은 가압용기 또는 오븐의 필요없이 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브를 생산할 수 있도록 하는 것이다.
상기 목적에 대해, 본 발명의 일 태양에 따르면, 내부 맨드릴 공동을 구비한 긴 중공 맨드릴(mandrel)로서 그 위에서 지지된 복합재료 적층을 제공하기 위해 강화 섬유 재료로 포장될 수 있는 외면을 구비한 맨드릴, 및 온도가 상승된 유체가 순환되는 경우 적층의 경화 및 형성을 위해 열이 유체로부터 맨드릴을 통해 복합재료 적층(lay-up)으로 전달되도록 온도가 다른 열전달 유체를 맨드릴 공동을 통해 순환시키는 유체 흐름 수단을 포함한, 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산용 장치가 제공된다.
강화 섬유 재료는, 열경화성 수지에 사전-함침된(pre-impregnated) 섬유 유리, 탄소 섬유, 케블라 필라멘트(kevlar filament)의 직조 시트(woven sheet) 또는 다발(bundle)에 의해 제공될 수 있고 그리고/또는 포장 직전에 재료의 함침을 위해 수지 함침조(resin bath) 안으로 함침될 수 있다. 수지는 유체로부터 전달된 열에 의해 경화된다.
본 발명에 따른 장치에 사용될 수 있는 또 다른 타입의 강화 섬유 재료는, 강화 섬유용 결합재(matrix)를 제공하는 데 열가소성 물질을 사용한다. 열가소성 물질은 강화 섬유와 혼합된 필라멘트 형태이거나, 강화 섬유와 혼합된 열가소성 분말 형태일 수 있다. 세인트-고바인 베트로텍스사(company Saint-Gobain Vetrotex)는 "트윈텍스(Twintex)"(상표)라는 이름의 재료를 생산한다. 상기 재료는 미세하고 균질로 혼합된 연속적 유리 필라멘트 및 열가소성, 바람직하게는 폴리프로필렌 필라멘트로 구성된다. 상기 필라멘트는 본 발명의 맨드릴 둘레를 쉽게 포장할 수 있는 시트로 직조된다. 순환 유체로부터 전달된 열은 열가소성 필라멘트를 용해시킬 수 있고, 그 다음 유리 필라멘트를 녹인다. 그 다음, 열가소성 결합재를 응고시키기 위해 더 차가운 온도의 유체가 순환될 수 있다.
강화 섬유 재료는, 맨드릴을 포장한 경우 맨드릴 위에서 신장되고 가열될 수 있는 열가소성 시트(sheet) 또는 스트립(strip)에 의해 또한 제공될 수 있다. 열가소성 재료는 열전달 유체를 맨드릴 공동을 통해 순환시키는 것과 동일한 방식으로 가열될 수 있다. 이는 열가소성 재료 외면을 용해시키는 효과가 있고, 따라서 필요한 강화를 제공하기 위해 다양한 층들이 함께 결합될 수 있고 동시에 상기 재료 내부가 용해되지 않은 상태 또는 부분적으로만 용해된 상태로 남겨질 수 있다. 열가소성 물질의 신장은 용해되지 않은 재료 내의 중합체 사슬의 방향을 정하도록 작용하고, 따라서 이는 최종 복합재료 부품에 필요한 섬유 강화를 제공한다.
오일, 또는 PAG(폴리알킬렌글리콜(polyalkylene glycol)) 또는 PEG(폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol))이 공기보다 더 효율적인 열전달 매커니즘이고, 복합재료 적층으로 그리고 복합재료 적층으로부터 더 신속하게 열을 전달할 수 있다. 복합재료 부품의 상대적으로 빠른 가열과 후속 냉각을 가능하게 하기 위해, 온도가 다른 유체들이 맨드릴 공동을 통해 순환될 수 있다. 그 결과, 온도가 상대적으로 느린 속도로 변화하는 가압용기 또는 오븐을 사용한 것보다 생산 싸이클 타임이 더 빨라진다. 이로 인해 본 발명에 따른 장치를 사용한 생산 공정에 있어서 비용 및 시간이 크게 절약될 수 있다. 복합재료 적층의 신속한 냉각은 열경화성 수지 내에서 가능한 제어되지 않은 발열 반응에 의한 손상을 방지하거나 최소화하는 데 도움이 된다. 따라서 본 장치는 복합재료 튜브를 완전히 경화시키는 데 걸리는 시간을 줄일 수 있다. 에폭시 수지로 함침된 섬유 강화 재료를 사용한 장치의 실시예와 함께 수행된 경험적 시험에 있어서, 복합재료 튜브는 약 7분 내에 완전히 경화되었다. 따라서 본 발명은 복합재료 튜브를 경화시키는데 있어서 가압용기 또는 오븐에서보다 시간이 더 적게 걸린다.
열가소성 물질을 포함한 섬유 강화 재료가 사용된 경우 복합재료 적층이 신속히 냉각되는 것이 또한 중요하다. 만일 재료가 신속히 냉각되지 않으면, 열가소성 재료가 일단 액체 상태로 된 이상 강화 섬유 재료로부터 열가소성 재료를 잃어버릴 수 있다. 따라서, 신속한 냉각은 열가소성 섬유 강화 재료가 정확히 형성되는 것을 보장한다.
맨드릴 외면은 일정한 직경을 가진 원통형이거나, 그 일 단부 직경이 반대 측 단부 직경보다 더 큰 테이퍼형일 수 있다. 그러나, 외면은, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 달걀형, 타원형, 또는 삼각형인 다른 단면 또는 다른 비원형 단면을 또한 제공할 수 있다. 이는 다른 단면을 가진 튜브의 생산을 가능하게 할 것이다. 본 발명은 곡선형 튜브 생산에 또한 적용될 수 있다.
순환 유체로부터 복합재료 적층으로의 열전달을 촉진하기 위해, 맨드릴은 알루미늄 또는 강철로 형성된 금속 튜브로 형성될 수 있다. 또한, 맨드릴 금속부와 복합재료 적층 사이의 팽창 계수 차이는, 맨드릴이 공정의 가열 단계 중 계속 수축될 것이고 그 다음 장치의 냉각 단계 중 경화된 복합재료 튜브로부터 분리될 것을 의미한다. 이로 인해, 경화 또는 형성 공정의 마지막에 복합재료 튜브를 맨드릴로부터 제거하는 것이 매우 쉬워진다.
액체 흐름 수단은 맨드릴 공동을 위한 적어도 하나의 입구 포트 및 출구 포트를 포함할 수 있다. 입구 포트 및 출구 포트는 맨드릴 개방 단부에 제공된 플랜지에 고정된 플레이트에 위치할 수 있다. 맨드릴 공동은 적어도 실질적으로 상기 개방 단부로부터 맨드릴 길이를 통해 연장될 수 있고 그 반대 측 단부에서 끝날 수 있다. 액체가 챔버를 통해 출구 포트로 순환되기 전에 맨드릴 공동의 주변 단부로 전달되도록, 파이프가 입구 포트로부터 맨드릴 공동 안으로 연장된다. 입구 포트가 맨드릴의 일 단부에 제공되고 출구 포트가 맨드릴의 반대 측 단부에 제공될 수 있다.
포장된 전체 복합재료 적층이 균일하게 가열되고 경화 또는 형성될 수 있도록, 맨드릴 공동은 실질적으로 맨드릴의 전체 길이로 연장될 수 있다. 그러나, 유체가 순환될 수 있는 맨드릴 공동은 단지 맨드릴 길이의 일부를 따라 연장될 수 있고, 또는 단열 단부 영역이 맨드릴의 일 단부 또는 양 단부에 제공될 수 있다. 이는, 예를 들어 열경화성 수지를 사용하여 형성된 복합재료 튜브의 주변 단부가 경화되지 않거나 단지 부분적으로 경화된 채로 남겨질 필요가 있는 경우에 바람직할 수 있다. 그 다음, 다른 섬유 강화 복합재료 부품 또는 심지어 다른 복합재료 튜브도, 내용이 본 명세서에 참조로 포함된 본 출원인에 의한 국제특허출원 PCT/AU01/00224호에 설명된 공동-경화(co-curing) 방법을 사용한 튜브의 단부에 결합될 수 있다. 예를 들어, 플랜지와 튜브가 함께 경화되고 따라서 조인트 라인 불연속이 없는 균일한 재료 비율을 가진 일체형 조인트를 제공하는 본 출원인의 공동-경화 방법을 사용하여, 플랜지가 튜브의 단부에 결합될 수 있다. 튜브가 열가소성 결합재를 가진 경우, 플랜지 또는 또 다른 복합재료 튜브가 튜브 단부에 결합되도록 열가소성 물질이 튜브 단부에서 재가열되고 용해되고 재형성될 수 있다. 또한, 플랜지는 경화 또는 형성 공정 중 복합재료 튜브의 단부에 일체로 형성될 수 있다.
유체가 맨드릴을 통해 순환될 수 있도록, 입구 포트 및 출구 포트가 외부 유체 공급 시스템에 연결될 수 있다. 유체 공급 시스템은 온도가 서로 다른 유체를 수용하는 일련의 탱크와, 각 탱크로부터 그리고 각 탱크로의 유체 흐름을 제어하기 위한 흐름 제어 시스템을 포함할 수 있다. 상기 시스템은, 예를 들어 내용이 본 명세서에 참조로 포함된 본 출원인에 의한 오스트레일리아 특허 697678호에 설명되어 있다. 열가소성 결합재를 가진 튜브를 생산하는 경우, 튜브는 생산 공장 외부에서 자연적으로 냉각될 수 있기 때문에 단지 한 개 또는 두 개의 탱크만이 필요할 수 있다. 이는 튜브 생산을 위한 싸이클 타임이 더 빨라지는 장점을 가진다.
상술한 장치를 사용하여 생산 시간을 매우 단축시킬 수 있고, 또한 장치의 입구 포트와 출구 포트를 액체 공급 시스템에 계속적으로 연결하고 분리해야 할 필요가 없게 되는 장점이 있다.
따라서, 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 유체 흐름 수단은 유체가 순환될 수 있는 몸체 챔버를 구비한 내부 몸체를 포함할 수 있다. 상기 내부 몸체는 맨드릴 공동 내에 수용될 수 있고, 수용된 경우 맨드릴 공동의 벽면에 매우 근접한, 일반적으로 맨드릴 공동의 벽면에 접촉된 외벽을 구비할 수 있다. 따라서, 맨드릴은 내부 몸체에 대한 슬리브처럼 꼭 맞을 수 있고, 열은 내부 몸체의 외벽과 맨드릴 공동의 벽면 사이에서 전달될 수 있다. 입구 포트와 출구 포트는 내부 몸체의 일 단부에 위치할 수 있고 액체 공급 시스템에 연결될 수 있다. 그 다음, 각각 사전에 생산 공장으로부터 떨어진 곳에서 섬유 강화 재료로 사전-포장된 일련의 맨드릴이 사용될 수 있다. 그 다음, 각 맨드릴은 생산 공정 시작시 내부 몸체 위로 개별적으로 활주될 수 있고 마지막에는 내부 몸체로부터 미끄러져 빠져나올 수 있다. 각 맨드릴은, 예를 들어 박벽 튜브와 같은 간단한 구조일 수 있다. 본 장치는 각 생산 공정의 시작과 마지막에 입구 포트와 출구 포트를 항상 연결하고 분리할 필요성을 없앤다.
맨드릴로의 열전달을 촉진하기 위해, 내부 몸체의 외벽이 알루미늄 또는 강철과 같은 금속으로 제작될 수 있다. 만일 내부 몸체의 외벽과 맨드릴에 동일 재료가 사용되면, 맨드릴 공동 내에서 내부 몸체가 고정되는 것을 방지하기 위해 내부 몸체와 맨드릴 공동은 큰 공차로 가공되어야 한다. 그러나, 만일 맨드릴과 내부 몸체에 서로 다른 팽창 계수를 가진 서로 다른 금속이 사용되면, 경화 작업 후 복합재료 부품 냉각을 위해 냉각 유체가 내부 몸체를 통해 순환되는 경우 내부 몸체 외벽은 맨드릴 공동 벽면과 부분적으로 접촉되지 않을 수 있다. 이는 열전달 효율에 영향을 미칠 수 있다. 이를 위해, 적어도 내부 몸체 외벽은 탄성적으로 변형가능한 재료로 형성될 수 있다. 따라서, 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 내부 몸체 외벽은 탄성적으로 변형가능한 벽을 포함할 수 있다. 전체 생산 공정을 통해 내부 몸체 외벽이 맨드릴 공동 벽면과 접촉을 유지하도록 하기 위해, 내부 몸체 외벽이 밖으로 팽창하도록 몸체 챔버를 통해 순환하는 유체가 가압될 수 있다. 내부 몸체로부터의 유체의 배출은, 맨드릴 공동으로부터 내부 몸체의 분리를 용이하게 하는 외벽 안으로의 보잉(bowing)을 발생시킬 수 있다. 맨드릴은 그 길이를 따라 연장된 팽창 조인트를 포함할 수 있다. 이는, 내부 몸체가 맨드릴에 충분한 압력을 제공하는 경우 맨드릴 폭이 팽창되는 것을 가능하게 한다. 이는, 생산 공정 중 요구되는 바와 같이, 인장력이 복합재료 적층에 가해지는 것을 허용한다. 이는, 최종 복합재료 튜브의 재료 특성을 개선하는 복합재료 적층의 추가적 조밀화에 도움이 된다. 진동도 또한 적층 조밀화의 촉진에 사용될 수 있다.
또한, 맨드릴이 그 길이를 따라 두 개 또는 그 이상의 영역으로 분할될 수 있다. 이는, 맨드릴을 경화 또는 형성된 튜브로부터 더 쉽게 추출할 수 있기 때문에 직선이 아닌 구부러진 영역을 가질 수 있는 튜브 생산을 위한 맨드릴 사용을 용이하게 한다.
내부 몸체는 탄성적으로 변형가능한 외벽 지지용 내부 강성 코어를 포함할 수 있다. 외벽은 전형적으로 EPDM 또는 실리콘 고무 등 내고온성 고무와 같은 재료로 형성될 수 있다. 또한 본 출원에서 다른 탄성 재료도 사용될 수 있다. 내부 코어는 입구 포트와 출구 포트를 지지할 수 있고 강철과 같은 재료로 제작될 수 있다. 알루미늄과 같은 재료도 또한 사용될 수 있다. 내부 코어는 외부 실린더, 및 외벽으로부터 측방으로 연장되고 외벽의 단부를 지지한 내부 플랜지에 의해 둘러싸인 중심 내부 튜브를 포함할 수 있다. 따라서, 단열체로서 작용하고 내부 튜브와 외부 실린더 사이에 열전달을 최소화하기 위해, 내부 튜브와 외부 실린더 사이에 공기 틈새가 제공될 수 있다. 탄성적으로 변형가능한 외벽은, 유체 흐름을 위해 사이에 제공된 유체 흐름 틈새와 함께 외부 실린더 주위에서 내부 플랜지에 의해 지지될 수 있다. 그 다음, 유체는 내부 튜브를 통해 전달되고 틈새 안으로 배출될 수 있다. 내부 플랜지는, 입구 포트와 출구 포트에 대한 내부 코어의 반대 측 단부 및 내부 코어의 반대 측 단부에 위치할 수 있다. 유체 배출기는 플랜지 위에 지지될 수 있고 중심 내부 튜브를 빠져나가 유체 흐름 틈새를 통해 나선형 경로 안으로 진입하는 유체를 안내할 수 있다. 이는 외벽을 통한 열전달도를 최대화한다. 선택적으로 또는 부가적으로, 일련의 출구 포트가, 유체의 나선형 흐름을 유도하거나 지지하기 위해 내부 코어의 포트 단부에 제공된 마주보는 외부 플랜지를 따라 제공될 수 있다. 선택적 실시예에 있어서, 내부 튜브는 외부 실린더의 개구부를 통해 유체 흐름 틈새 안으로 진입한 고리부와 함께 끝날 수 있다. 이는, 내부 튜브의 고리부에서 배출된 유체에 있어서 유체 흐름 틈새를 통한 유체의 나선형 흐름이 발생하도록 그 방향이 정해질 수 있기 때문에, 유체 배출기의 필요성을 없앤다. 상승된 온도와 압력의 유체가 공급되는 경우, 열은 탄성적으로 변형가능한 외벽을 통해 맨드릴로 전달될 수 있다. 또한, 외벽은 최적의 열전달을 촉진하기 위해 고온 유체 압력 하에서 팽창하여 맨드릴 공동 면을 세게 가압할 수 있다.
포장된 복합재료 적층은, 전통적 방식으로 적층에 대해 진공 백을 사용함으로써 최초로 조밀하게 될 수 있다. 선택적으로, 필요한 조밀화를 제공하기 위해 포장된 적층에 수축 테이프를 감을 수 있다. 전형적으로 마일라(mylar) 테이프가 상기 목적으로 사용될 수 있다. 상기 테이프를 사용함으로써 최종 복합재료 튜브의 외면 마무리를 또한 개선할 수 있다. 두꺼운 복합재료 벽을 가진 큰 직경 튜브 생산에 있어서, 복합재료 적층을 조밀하게 하기 위해 그리고 필요하다면 경화를 위한 추가 열을 제공하기 위해 추가적 수단을 또한 제공하는 것이 유용할 수 있다. 상기 목적을 위해, 외부 슬리브가 복합재료 적층의 외면 위로 또한 위치할 수 있다. 외부 슬리브는, 단순히 적층의 조밀화를 제공하거나 보충하기 위해, 포장된 복합재료 적층 및 맨드릴 위로 신장될 수 있는 탄성적으로 변형가능한 덮개 형태일 수 있다. 선택적으로, 외부 슬리브는 경화 열의 일부를 제공할 수 있다. 상기 목적을 위해, 외부 슬리브는 상승된 온도와 압력의 유체를 순환시키기 위한 유체 흐름 통로를 포함할 수 있다. 이는 적층의 경화를 위한 추가 외부 열원을 제공할 수 있다.
바람직한 실시예에 있어서, 외부 슬리브는 유체 순환을 위해 강성 외벽과 탄성적으로 변형가능한 내벽 사이에 제공된 틈새를 포함한, 탄성적으로 변형가능한 내벽을 지지하는 강성 관형 외벽을 포함할 수 있다. 이를 위해, 유체용 입구 포트와 출구 포트가 외부 슬리브에 위치할 수 있다. 외부 슬리브는 내부 몸체가 맨드릴 공동 내에 위치한 상태에서 맨드릴과 포장된 복합재료 적층 위에 위치할 수 있다. 그러나, 복합재료 적층을 경화시키기 위해 내부 몸체 없이 단지 외부 슬리브만 사용되는 것도 또한 가능하다. 따라서, 열이 맨드릴을 통해서 전달되지 않고 단지 외부 슬리브로부터 복합재료 적층으로 전달될 수 있다.
탄성적으로 변형가능한 외벽을 구비한 내부 몸체와 탄성적으로 변형가능한 내벽을 구비한 외부 슬리브가 모두 사용된 경우, 동일 압력의 열전달 유체가 내부 몸체와 외부 슬리브를 통해 순환될 수 있다. 따라서, 내부 몸체와 외부 슬리브는 맨드릴과 복합재료 적층에 개별적으로 압력을 가하는 "압력 챔버"로서 기능할 수 있다. 이로 인해, 맨드릴/복합재료 적층의 양측에 "균형 잡힌 압력(balanced pressure)"이 가해질 수 있다. 이는 복합재료 적층을 더 조밀하게 하고, 이로 인해 재료 특성이 개선될 뿐만 아니라, 경화 또는 형성 공정 중 복합재료 튜브의 변형이 방지되도록 복합재료 적층이 단단히 고정될 수 있다. 또한, 결합재가 액체 상태로 되면, 본 출원인에 의한 국제특허출원 PCT/AU02/00078호에 설명된 바와 같은 "균형 잡힌 밀도" 효과는 액체화된 재료의 누출 방지뿐만 아니라 적층을 통한 재료의 균일한 분배에 기여한다.
복수의 긴 부분으로 분할될 수 있는 맨드릴은 접착제 또는 기계적 체결구를 사용하여 내부 몸체의 탄성적으로 변형가능한 외벽에 직접적으로 고정될 수 있다. 그 다음, 맨드릴 직경을 증가시키기 위해 내부 몸체를 통해 유체를 순환시키거나 맨드릴 직경을 감소시키기 위해 유체를 배출시킴으로써 맨드릴 직경이 제어될 수 있다. 이는, 생산 공정 중 복합재료 적층의 조밀화를 촉진할 뿐만 아니라 완성된 복합재료 튜브로부터 맨드릴의 제거를 용이하게 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따르면, 일반적으로 관 형태인 복합재료 적층을 제공하기 위해 내부 맨드릴 공동을 구비한 긴 중공 맨드릴 둘레를 강화 섬유 재료로 포장하는 단계, 및 맨드릴 외벽 온도를 상승시키고 복합재료 적층의 적어도 실질적 영역을 경화시키거나 형성하기 위해 상승된 온도의 열전달 유체를 맨드릴 공동을 통해 순환시키는 단계를 포함한 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 방법이 제공된다.
상기 방법은 복합재료 적층을 경화시키거나 형성하기 전에 조밀화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 적층은, 진공 백, 복합재료 적층의 외면을 둘러싼 수축 테이프, 또는 탄성적으로 변형가능한 외부 덮개에 의해 조밀하게 될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 조밀화(compaction)는 생산 공정 중 고온 유체에 의해 가해진 압력에 의해 달성될 수 있다. 또한, 생산 공정 중 복합재료 적층을 조밀하게 하는 데 진동이 사용될 수 있다.
상기 방법은, 맨드릴 공동 내에 수용된 유체가 순환되는 내부 몸체 위에 맨드릴을 위치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방법은, 상승된 온도의 유체 순환용 통로를 포함한 외부 슬리브를 복합재료 적층 위에 위치시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 복합재료 튜브 생산 시스템의 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면에 관해 본 발명을 추가로 설명하는 것이 편리할 것이다. 본 발명의 다른 실시예가 가능하고, 결과적으로, 첨부 도면의 특수성이 상술한 본 발명의 일반성을 대체하는 것으로 이해되지 않아야 한다.
도 1은 섬유 강화 복합 재료로 형성된 튜브 생산용 장치의 바람직한 제1 실시예의 개략적인 측 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장치의 바람직한 제2 실시예의 개략적인 측 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장치의 가능한 제3 실시예의 개략적인 측 단면도이다.
도 4는 도 3의 직선 A를 따라 절단된 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 내부 몸체의 또 다른 바람직한 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 6은 단열 단부를 포함한 맨드릴의 개략적인 측 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 맨드릴의 또 다른 실시예의 개략적인 측면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 외부 슬리브의 개략적인 측 단면도이다.
이하의 설명에 있어서, 각 기술된 장치 예에 있어서 명확성을 위해 해당 특성에 동일한 도면 참조 번호가 사용된다.
최초로 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 장치의 바람직한 제1 실시예가 도시된다. 본 장치(1)는 맨드릴 길이를 따라 연장된 내부 맨드릴 공동(5)을 구비한 긴 중공 맨드릴(3)을 포함한다. 맨드릴(3)은 강화 섬유 재료(9)로 포장될 수 있는 매끄러운 외면(7)을 구비한다. 강화 섬유 재료는, 예를 들어 수지로 사전-함침된 직조 섬유 유리 또는 탄소 섬유 재료의 시트 또는 스트립 형태일 수 있다. 선택적으로, 강화 섬유 재료가 맨드릴(3) 포장 직전에 담겨지고 수지에 함침될 수 있도록 수지 함침조(도시되지 않음)가 제공될 수 있다.
사용될 수 있는 강화 섬유 재료의 다른 형태로서, 섬유 유리와 같은 강화 섬유 필라멘트와 혼합된 열가소성 필라멘트가 있다. 이 재료는 세인트-고바인 베트로텍스에 의해 "트윈텍스"(상표)라는 이름으로 판매되고 있다. 선택적으로, 열가소성 분말, 작은 알 또는 "프릴(prill)"이, 성형된 복합재료 튜브용 결합재를 제공하기 위해 강화 섬유를 통해 분산될 수 있다. 강화 섬유 재료는, 재료 내의 중합체 사슬에 의해 "섬유"가 제공된 열가소성 재료에 의해 또한 제공될 수 있다. 가열 공정 중 각 시트 또는 재료의 외면만이 용해되고, 내부 영역은 완성된 복합재료 부품의 필요한 섬유 강화를 형성하기 위해 대부분 용해되지 않은 상태로 남는다. 열전달 유체를 고압 유체 공급 장치(2)로부터 맨드릴 공동(5)을 통해 순환시키기 위해 유체 흐름 수단(11)이 제공된다. 열전달 유체는 입구 라인(13)을 거쳐 입구 포트(12)를 통해 맨드릴 공동(5)으로 진입하고, 출구 포트(14)를 통해 챔버를 빠져나와 출구 라인(15)을 거친다.
도 1에 있어서, 입구 포트(12)는 어느 한 중공 맨드릴(3) 단부의 플랜지(19)에 고정된 지지 플레이트(16)에 위치하고, 출구 포트(14)는 상기와 반대 측 맨드릴(3) 단부의 플랜지(19a)에 고정된 제2 지지 플레이트(16a)에 위치한다. 그러나, 상기 배치로 인해, 각 생산 공정 전후에 입구 라인(13)과 출구 라인(15)을 각 맨드 릴 단부에 고정하고 각 맨드릴 단부로부터 제거해야 할 필요가 있다. 또한, 맨드릴 공동(5)으로부터의 열전달 유체 손실을 방지하기 위해 라인이 제거된 경우, 입구 포트(12)와 출구 포트(14)를 막아야 할 필요가 있다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같은 바람직한 제2 실시예에 따르면, 입구 포트(12)와 출구 포트(14)가 모두 중공 맨드릴(3)의 개방 단부에 위치한 플랜지(19)에 고정된 동일한 지지 플레이트(17)에 위치한다. 열전달 유체를 맨드릴 공동(5)의 전체 길이를 통해 흐르게 하기 위해, 입구 파이프(21)가 입구 포트(12)로부터 맨드릴 공동(5) 안으로 연장된다. 열전달 유체는 전형적으로 오일 형태, 또는 PAG(폴리알킬렌글리콜) 또는 PEG(폴리에틸렌글리콜)와 같은 다른 액체 형태일 수 있다.
맨드릴(3)이 수동으로 포장될 수 있거나, 강화 섬유 재료(9)의 더 신속하고 정확한 포장을 위해 맨드릴(3)이 스핀들에 지지될 수 있다. 맨드릴 외면(7) 둘레에 복합재료 적층(10)을 형성하기 위한 강화 섬유 재료(9) 포장에 이어서, 적층을 경화 전에 조밀하게 하기 위해 진공 백(23)이 복합재료 적층(10) 위에 위치할 수 있다. 선택적으로, 적층(10)을 조밀하게 하기 위해 수축 테이프가 복합재료 적층(10) 둘레에 포장될 수 있다.
복합재료 적층(10)은, 열전달 유체로부터의 열이 맨드릴(3) 벽을 통해 맨드릴(3) 외면(7)으로 전달되고 적층의 경화 및 형성을 위해 복합재료 적층(10) 안으로 전달되는 상태로 열전달 유체를 맨드릴 공동(5)을 통해 순환시킴으로써 경화되고 형성된다. 경화 또는 형성 공정의 마지막에, 맨드릴(3) 및 경화되거나 형성된 복합재료 적층(10)의 냉각을 위해 저온 열전달 유체가 맨드릴 공동(5)을 통해 순환 된다. 복합재료 적층(10)은 전형적으로 알루미늄과 같은 금속으로 제작된 맨드릴(3)과 다른 팽창 계수를 가지기 때문에, 경화되거나 형성된 복합재료 적층(10)은 경화되거나 형성된 복합재료 부품의 제거를 촉진하는 냉각 공정 중 맨드릴(3) 외면(7)으로부터 분리될 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 바람직한 제3 실시예를 도시한다. 바람직한 제1 실시예 및 제2 실시예는, 각 경화 또는 형성 작업 후 입구 라인(13)과 출구 라인(15)의 분리를 필요로 한다. 이는, 맨드릴(3)을 해제시키고 그 다음 강화 섬유 재료로 재포장할 수 있게 한다. 이는 전형적으로, 포장 재료를 맨드릴 위로 공급하는 동안 스핀들 장치 위의 맨드릴을 회전시킴으로써 달성된다. 본 제3 실시예는 내부 맨드릴 공동(5), 및 섬유 강화 재료(9)로 포장될 수 있는 외면(7)을 구비한 중공 맨드릴(3)을 또한 포함한다. 그러나, 제조 공정을 용이하게 하기 위해, 맨드릴 공동(5) 내에 수용될 수 있는 내부 몸체(25)에 의해 유체 흐름 수단(11)이 제공된다. 열전달 유체는, 내부 몸체가 맨드릴 공동(5) 내에 위치한 동안 내부 몸체(25)를 통해 순환될 수 있다. 마지막 생산 공정 이후, 맨드릴(3)이 내부 몸체(25)에 대해 활주하면서 빠져나올 수 있고, 그 다음 강화 섬유 재료(9)로 사전-포장된 또 다른 맨드릴(3)이 생산 공정의 재시작을 위해 내부 몸체(25) 위로 삽입될 수 있다. 입구 라인(13) 및 출력 라인(15)이 내부 몸체(25)에 연결되기 때문에, 각 경화 또는 형성 작업 후 라인의 분리가 필요하지 않다. 또한, 다수의 맨드릴(3)이 경화 전에 사전-포장될 수 있다.
내부 몸체(25)는 내부 코어(27) 및 외벽(29)을 포함한다. 내부 코어(27)는 입구 포트(12)와 적어도 하나의 출구 포트(14)를 지지한다. 입구 포트(12)는, 입구 포트(12)로부터 전달된 열을 내부 몸체(25)의 반대 측 단부(33)로 전달하는 흐름 통로(32)를 구비한 중심 내부 튜브(31)에 연결된다. 중심 내부 튜브(31)는, 중심 내부 파이프(31)를 위한 단열도를 제공하기 위해 내부 중심 튜브(31)와 외부 실린더(35) 사이에 제공된 공기 틈새(37)를 포함한 외부 실린더(35)에 둘러싸인다. 열전달 유체는, 일단 중심 내부 파이프(31)를 빠져나가면, 내부 코어(25)의 외부 실린더(35)와 외벽(29) 사이에 제공된 유체 흐름 틈새(41)로부터 내부 플랜지(43)에 의해 분리된 분배 챔버(39)로 진입한다. 유체 흐름 틈새(41) 내의 열전달 유체의 나선형 흐름을 발생시키기 위해, 열전달 유체는 분배 챔버(39)로부터 내부 플랜지(43)에서 연장된 유체 분출구(45)를 통해 전달된다. 이는 열전달 액체로부터 외벽(29)으로의 열전달도를 최대화한다. 열전달 유체는 최종적으로 출구 포트(14)를 통해 배출된다. 출구 포트(14)는 외부 플랜지(47)에 지지되고, 일련의 출구 포트가 플랜지(47) 둘레에 규칙적인 간격을 가지고 배치될 수 있다. 이는 열전달 틈새(41)를 통한 열전달 유체의 나선형 흐름을 강화하거나 지지하는데 도움이 되는 출구 포트(14)의 원형 배치를 제공한다.
도 4는 도 3의 직선 A에 따른 단면도이고 본 발명에 따른 장치(1) 부품의 다양한 배치를 더 잘 도시하고 있다. 열전달 유체가 중심 내부 파이프(31) 내의 흐름 통로(32)를 통해 진입한다. 공기 틈새(37)가 중심 내부 튜브(31)를 내부 몸체(25)의 외부 실린더(35)와 분리시킨다. 유체 흐름 틈새(41)가 내부 몸체(25)의 외부 실린더(35)와 외벽(29) 사이에 제공된다. 외벽(29)을 포함한 내부 몸체(25)의 다양한 부품은 강철 또는 알루미늄을 포함한 금속과 같은 강성 재료로 형성될 수 있다. 내부 몸체(25)의 또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 중심 내부 튜브(31), 외부 실린더(35) 및 내부 플랜지(43)를 포함한 내부 코어(27)가 금속과 같은 강성 재료로 제작될 수 있다. 그러나, 외벽(29)은 고무와 같은 탄성적으로 변형가능한 재료로 제작될 수 있다. 탄성적으로 변형가능한 재료 사용의 장점은, 맨드릴 공동(5) 내면(6)에 대해(도 1에 가장 잘 도시됨) 내부 몸체(25)의 외벽(29)에 힘을 가하기 위해 열전달 유체가 가압될 수 있다는 점이다. 이는 외벽(29)이 전체 경화 공정을 통해 맨드릴 공동 벽(6)과 접촉 상태를 유지하도록 한다. (도 4에 있어서, 도면을 더 분명히 이해하도록 만들기 위해, 외벽(29)과 맨드릴 공동(5) 내면(6) 사이에 작은 틈새가 도시되었다. 그러나 사실상 외벽(29)은 가열 및 냉각 공정 중 맨드릴 공동 면(6)과 접촉되고 틈새는 없을 것이다).
맨드릴(3) 외면(7)에는 강화 섬유 재료(9)가 포장된다. 그 다음, 생산 공정 전에 재료를 조밀하게 하기 위해 진공 백 또는 축소 테이프(23)로 재료(9)를 덮는다.
강화 섬유 재료(9)는 생산 공정과 별도로 맨드릴(3) 둘레에 사전-포장된다. 이는 생산 공정을 위해 다수의 맨드릴을 사전 준비할 수 있게 하며, 따라서 본 발명에 따른 공정의 전체적인 생산 시간을 더 단축시킨다.
도 5는 쉽게 입수할 수 있는 부품로 제작될 수 있는, 도 4의 내부 몸체(25)의 변형된 장치를 도시한다. 내부 몸체(25)는 입구 포트(12)와 출구 포트(14)를 지지하는 출구 플랜지(47)를 구비한 점에 있어서 이전 실시예와 유사하다. 탄성적으 로 변형가능한 재료로 제작된 외벽(29)이 또한 제공된다. 중심 내부 튜브(31)는, 출구 플랜지(47)로부터 연장되어 고온의 유체를 내부 몸체(25) 내에서 나선형 경로로 순환시키는 것을 돕도록 작동하는 고리형 출구 단부(31a)에서 끝난다. 중심 내부 튜브(31)는, 외부 실린더(35) 내의 일반적으로 동축 위치에서 중심 내부 튜브(31)를 유지한 내부 환상 지지부 및 씰(35a)을 포함한 외부 실린더(35) 내에서 유사하게 지지된다. 중심 튜브(31)의 고리형 단부는, 중심 실린더를 통한 개구부를 통해 외부 실린더(35)와 외벽(29) 사이에 위치한 유체 흐름 틈새(41) 안으로 연장된다. 외벽(29)의 일 단부를 지지하기 위해 외부 플랜지(47)로부터 연장된 원통형 지지 슬리브(59)를 사용함으로써 구조가 또한 단순해진다. 외벽(29)의 단부는 지지 슬리브(59) 위로 활주될 수 있고 호스 클램프(63)에 의해 그 위치가 유지된다. 외벽(29)의 반대 측 단부를 밀폐하기 위해 단부 캡(61)이 내부 몸체(25)의 반대 측 단부에 제공될 수 있다. 외부 실린더(35)의 반대 측 단부에 위치할 수 있는 단부 캡(61)은, 외벽(29)을 그 위치에 유지한 또 다른 호스 클램프(63)와 함께 외벽의 반대 단부가 활주될 수 있는 원통 영역(61a)을 포함한다. 외벽(29)의 주변 모서리부를 보유하고 보내기 위해, 플랜지 씰(65)이 단부 캡(61) 주변부에 또한 제공될 수 있다.
도 6에는, 단부에서 맨드릴을 통한 열 전달을 제한하도록 작동하는 마주보는 단열 단부(8)를 구비한 개조된 중공 맨드릴(3)이 도시되어 있다. 단열 단부(8)는 단열 재료의 칼라(collar)에 의해 제공될 수 있고 그리고/또는 냉각제가 순환될 수 있는 통로를 구비한 온도 제어 칼라에 의해 제공될 수 있다. 이는 맨드릴 단부를 경화 온도 이하의 온도로 유지시키는 효과를 가질 수 있다. 이는, 단지 부분적으로 또는 전체적으로 경화되지 않은 단부를 가진, 열경화성 수지를 구비한 강화 섬유 재료를 사용한 복합재료 튜브 생산을 가능하게 한다. 이는, 본 출원인에 의한 상술한 오스트레일리아 특허 출원 2001237133호에 설명된 바와 같은 공동-경화 공정을 사용하여 예를 들어 플랜지와 같은 다른 부품을 복합재료 튜브 단부에 연결하는 것을 용이하게 한다. 상기 장치는 결합을 위해 쉽게 용해될 수 있는 열가소성 결합재와 함께 제작된 복합재료 튜브에는 필요하지 않다. 따라서, 열가소성 복합재료 튜브의 일 단부는, 플랜지 또는 또 다른 튜브와 같은 또 다른 열가소성 부품과 결합하도록 재가열되고 용해될 수 있다. 튜브의 단부는 열원을 사용하여 가열될 수 있거나, 튜브 단부에 함께 힘을 가하는 동안 튜브들 중 하나의 튜브를 다른 튜브에 대해 그 연장 축 주위로 회전시킴에 의한 마찰을 사용하여 가열될 수 있다.
생산 공정 중 플랜지를 복합재료 튜브의 나머지와 함께 일체로 형성하는 것도 또한 가능하다. 이는, 도 7에 도시된 바와 같이 중공 맨드릴(3)의 일 단부 또는 양 단부에 플랜지(3a)를 제공하고 맨드릴이 포장되는 동안 플랜지 표면 위에 복합재료 섬유 재료(10)를 놓음으로써 달성된다. 도 7에 도시된 장치에 있어서, 완성된 복합재료 튜브를 맨드릴(3)로부터 제거하기 위해 플랜지(3a)가 맨드릴에 제거가능하게 고정된다. 그 다음, 플랜지가 복합재료 튜브의 구성 부분으로서 생산 공정 중 형성될 수 있다.
생산될 복합재료 튜브의 벽 두께가 전형적으로 10mm 또는 그 이상인 상대적으로 두꺼운 곳에는, 복합재료 튜브의 최외곽면이 제대로 경화되는 것을 보장하기 위해, 복합재료 적층(9) 둘레에 단열재(도시되지 않음)를 추가로 포장하는 것이 바람직할 수 있다. 상기 단열재는 종래의 단열재로 형성될 수 있다. 선택적으로, 상기 단열재는 포장된 복합재료 적층(10)에 대해 신장될 수 있는 고무와 같은 탄성적으로 변형가능한 재료로 형성될 수 있다. 상기와 같은 "덮개" 장치가 복합재료 적층(10)을 또한 조밀하게 하는데 도움이 되도록 당연히 추가될 것이다. 그러나, 복합재료 튜브를 경화시키기 위해 제2 열원이 제공되는 것도 또한 가능하다. 이를 위해, 도 8에 상기 목적을 위한 외부 슬리브(49)가 도시되었다. 외부 슬리브(49)는, 강성 관형 외벽(51)에 의해 지지된 마주보는 플랜지(50)를 포함한다. 마주보는 단부에서 플랜지(50)에 의해 지지된 탄성적으로 변형가능한 내벽(53)이 강성 외벽(51) 내에서 지지된다. 유체 흐름 틈새(55)가 관형 외벽과 내벽(53) 사이에 제공된다. 그 다음, 열전달 유체가 관형 외벽(15)의 일 단부에 연결된 입구 라인(57)을 통해 공급된다. 열전달 유체는 관형 외벽(51)의 반대 측 단부에 위치된 출구 라인(59)을 통해 배출될 수 있다. 상기 외부 슬리브(49)는 포장된 복합재료 적층(10)에 대해 활주될 수 있고, 경화 또는 형성 공정 중 열전달 유체가 외부 슬리브(49)를 통해 순환될 수 있다. 이러한 방법으로, 열이 복합재료 적층(10)의 내면 및 외면에 동시에 제공될 수 있고, 그에 따라 복합재료 적층(10)이 올바르게 경화되거나 형성되는 것이 보장된다. 그러나, 맨드릴 공동(5)을 통해 열전달 유체가 순환되지 않는 맨드릴(3)에 포장된 복합재료 적층(10)을 경화하거나 포장하는 데 단지 외부 슬리브(49)만 사용될 필요가 있을 수 있다. 내벽(53)을 완성된 튜브로부터 뽑아내기 위해 유체를 흐름 틈새(55)의 외부로 배출함으로써, 경화되거나 형성된 복합재 료 튜브로부터 외부 슬리브(49)가 쉽게 제거될 수 있다. 외부 슬리브(49)가 그 길이를 따라서 둘 또는 그 이상의 영역으로 분할될 수 있다. 이는 비선형이거나 구부러진 튜브의 제조를 가능하게 한다.
내부 몸체(25) 및 외부 슬리브(49)가 모두 사용된 경우, 동일 압력의 고온 유체가 내부 몸체(25)와 외부 슬리브(49)를 통해 순환될 수 있다. 이는, 내부 몸체(25)와 균형있는 압력을 적용하기 위해 압력 챔버로서 사용된 외부 슬리브(49)가 맨드릴(3)과 그 위에 위치한 복합재료 적층(9)에 적용되도록 한다.
본 기술분야에서 기술을 가진 자에게 명백한 것으로 간주되는 변경 및 변형은 첨부된 특허청구범위에서 주장된 바와 같이 본 발명의 범주에 포함된다.

Claims (15)

  1. 내부 맨드릴 공동을 구비한 긴 중공 맨드릴로서 그 위에서 지지된 복합재료 적층을 제공하기 위해 강화 섬유 재료로 포장될 수 있는 외면을 구비한 맨드릴, 및
    상승된 온도의 유체가 순환되는 경우 복합재료 적층의 경화 또는 형성을 위해 열이 유체로부터 맨드릴을 통해 복합재료 적층으로 전달되도록 서로 온도가 다른 열전달 유체를 맨드릴 공동을 통해 순환시키는 유체 흐름 수단을 포함한, 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    유체 흐름 수단은 유체가 순환될 수 있는 몸체 챔버를 구비한 내부 몸체, 및 맨드릴 공동 내에 수용된 경우 맨드릴 공동 내벽 면에 적어도 매우 근접한 외벽을 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    외벽은, 유체가 몸체 챔버를 통해 순환되는 경우 맨드릴 공동 내벽 면과 접촉을 유지하도록 탄성적으로 변형가능한 재료로 형성된 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    맨드릴은 원통형 금속 튜브 형태인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    튜브는 그의 마주보는 단부에 플랜지를 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    맨드릴은 그 길이를 따라서 연장된 팽창 조인트를 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    맨드릴은 그 길이를 따라서 적어도 두 개의 독립 영역으로 분리된 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    맨드릴 단부에서의 열전달을 제한하기 위해, 튜브는 마주보는 단열 단부 영역을 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    섬유 강화 재료는, 열경화성 수지로 함침된, 섬유 유리, 탄소 섬유 또는 케블라를 포함한 강화 섬유의 직조 시트 형태 또는 다발 형태인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    섬유 강화 재료는, 열가소성 필라멘트, 분말, 작은 알 또는 프릴과 혼합된, 섬유 유리, 탄소 섬유 또는 케블라를 포함한 강화 섬유의 시트 형태 또는 다발 형태인 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    탄성적으로 변형가능한 내벽을 지지하는 강성 외벽을 포함한 외부 슬리브로서 추가 열 및 압력을 복합재료 적층에 제공하기 위해 맨드릴과 복합재료 적층의 적어도 실질적 영역의 둘레에 위치할 수 있는 외부 슬리브, 및 상승된 온도와 압력의 유체를 외벽과 내벽 사이에 제공된 틈새를 통해 순환시키는 수단을 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 장치.
  12. 일반적으로 관 형태인 복합재료 적층을 제공하기 위해 내부 맨드릴 공동을 구비한 긴 중공 맨드릴 둘레를 강화 섬유 재료로 포장하는 단계, 및
    맨드릴 외벽 온도를 증가시키고 복합재료 적층의 적어도 실질적 영역을 경화시키거나 형성시키기 위해 상승된 온도의 열전달 유체를 맨드릴 공동을 통해 순환 시키는 단계를 포함한 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    복합재료 적층을 경화시키거나 형성시키기 전에 진공 백, 수축 테이프 또는 탄성적으로 변형가능한 외부 덮개를 이용하여 조밀하게 하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    경화 또는 형성 중 강성 외벽과 복합재료 적층 위에 위치된 탄성적으로 변형가능한 내벽을 구비한 외부 슬리브에 의해 복합재료 적층을 조밀하게 하고 복합재료 적층을 추가로 가열하는 단계로서, 열전달 유체가 상기 외벽과 내벽 사이에 제공된 틈새를 통해 순환되는 것을 특징으로 하는 단계를 추가로 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    복합재료 적층에 대한 균형 잡힌 압력을 제공하기 위해 맨드릴 공동을 통해 순환되는 열전달 유체 압력과 외부 슬리브를 통해 순환되는 열전달 유체 압력을 균등하게 하는 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 섬유 강화 복합재료로 형성된 튜브 생산 방법.
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