JP4808862B2 - 展開可能な構造部品とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合材料から製造された展開可能な構造部品とその製造方法及び使用方法に関するものである。
【０００２】
本発明において、「展開可能な構造部品」とは、そのボディを幾何学的変換によって一平面内に展開することができ、従って展開図として図解することができる３次元の構造部品を意味する。このような構造部品としては、例えば、円形、楕円形、又は例えば矩形又は正方形のような角形の断面を有しかつ中空である管体又は円筒がある。
【０００３】
【従来の技術】
繊維複合材料から管状構造部品を製造する技術は基本的に周知である。このような構造部品は、例えば樹脂、好ましくは合成樹脂を含浸させた複数のプリプレグと呼ばれる織物層を互いに重ねて積層することにより製造される。構造欠陥のない展開可能な繊維複合材料の製造は困難が伴い、複雑な多段方法に基づいて行われる。隙間やしわがない製品を得るには、一般に約２〜４つの織物層が積層され、又は互いに重ねて巻繊される。その後、このようにして得たボディを、含有樹脂を硬化させるべく処理しなければならない。更に製造工程を続ける前に、硬化したボディの表面は、その上の凹凸を除去して更にプリプレグ層を重ね、又は巻くことができるように全体的平滑にならさねばならない。このような中間硬化は成形、圧縮及び当業者には周知の真空バッグ法によって行われること非常に多く、これには特別な装置が必要である。この場合、真空バッグ法に使用されるオートクレーブは、所望の硬化条件に合わせて更に調節されることになる。時間もかかるこのような中間硬化の後、以後の織物層が更にボディ表面に被着される。製造しようとする部品の所望の肉厚が得られる迄このプロセスシーケンスが続けられる。高品質の繊維複合材部品を製造する場合は、このような巻繊工程を最大３回、更にはそれ以上中間硬化共々行わねばならない。従って、この方法は非常に多くの時間を要しかつコスト集約的である。その結果、コスト上の理由から、このような方法で製造される構造部品は、他の材料で製造された構造部品が性能、効果の点で非常に不利であるか、機能しない場合にしか使用されない。
【０００４】
管状体の軸方向に一致する織物の縦糸方向に延びる強化繊維と、織物の横糸方向に延びると共に該強化繊維と織り込まれる熱可塑性樹脂繊維とで構成された織物から製造される管状構造部品は米国特許第５６３８８７０号明細書で公知である。この明細書より公知な構造部品の構造の一例は、同方向に揃った繊維よりなる中間層を間に設けた第１と第２の織物層からなる。この同方向に揃った繊維層は、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維を有する繊維束から製造される。かくして製造された複合材料は心型（マンドレル）に貼着され、続いて圧力と熱とを加えて成形され、その際複合材料の周りに外部成形用の金型が外側からあてがわれる。
【０００５】
この方法の欠点は、一方では方法が複雑であり、もう一方では外部成形用具を使用しなければならないことである。
【０００６】
管状構造部品を製造するための巻繊技術も周知である。米国特許第５０４７１０４号明細書は、液状樹脂を含浸させた後、有機材料製の無含浸繊維又はモノフィラメントで被覆した繊維状材料で製造した中実又は中空の異形材を開示する。それら有機材料は、使用する反応性樹脂がゲル相に達する前は収縮力が活性を保つようなものが選択される。前者の繊維材料の巻繊による被覆は、巻繊に使う繊維の量が約１２％で足りる。貼着された有機繊維は、後の硬化工程で収縮し、樹脂中に入り込む。この手順にて構造部品に正確に円形の断面を作り出せ、外部成形用具は不要である。この種構造部品は、コンクリートを強化するためのケーブルやワイヤとして特に適する。また、この構造部品は高度の耐候性を示す。
【０００７】
欧州特許出願公開第０４４３４７０号明細書は、管状部及び少なくとも１つの平面フランジを持つ繊維複合材料製の構造部品を開示する。その技術では、マンドレルに心型の軸に対しある角度で交わる繊維ストランドの巻繊を施す。続いて管状部の端部を拡大要素により円錐形に広げる。巻繊を各場合にかかる拡大要素によって管状部の両側に施し、巻繊の管状部に外部から成形用具をあてがう。
【０００８】
ドイツ特許出願公開第４０２１５４７号明細書は、繊維を殆ど気孔が生じないように支持要素に巻くようにした繊維複合材部品の製造方法を開示する。このため、単繊維を中空間隙が生じないようマトリックス材で取り囲んだ繊維リボンが使用される。被覆された隙間のない単繊維にマトリックス材を巻き付けることもできる。次の熱間アイソスタティックプレス成形中に液相を形成することで、マトリックス材、繊維及び支持要素を互いに結合する。ほぼ矩形の断面を持つ繊維リボンを使用することで、マトリックス材料中への繊維リボン層の埋込みが達成され、その結果構造部品を使用する際の繊維ずれが回避される。更に、繊維リボンの矩形断面のため、中間間隙のない被覆が可能となる。
【０００９】
英国特許出願公開第２１２７７７１号明細書には、例えばマンドレルに巻かれた炭素繊維からなり縦方向にそろった織物セグメントで形成された第１層と、横方向に巻かれた連続繊維の第２層とで構成された異形巻繊要素の製造技術が開示されている。この巻繊要素は、次に熱可塑性材料又は熱硬化性材料で含浸され、樹脂の硬化が行われる。その後、必要なら炭化処理が行われる。同特許の第２の態様によれば、織物層は、特に巻繊要素又は心型の後における形に一致するよう巻繊の所望の強度が達成される迄心型に巻きつけられる。従って、心型は、その周りに巻かれた多数の縦糸と、これと直交する多数の横糸を含む織物でほぼ全体的に覆われる。続いて、第１の態様の場合と同様、樹脂含浸が行われる。その後、樹脂硬化及び必要なら他の処理工程が行われる。
【００１０】
上記英国特許における２つの態様の特徴は、巻繊層を乾燥状態で貼着し、後の処理工程で樹脂含浸することである。このため、この明細書は、スリップを防ぐために織物又は織物セグメントを固定する乾燥構造を開示している。
【００１１】
米国特許第４５５５１１３号明細書は、マンドレルに樹脂層を塗工し、その上に織物を貼着する例えばゴルフクラブ用のシャフトの製造技術を開示する。この成形ボディ上に異なる種類の炭素繊維リボンが互いに反対の巻繊方向で螺旋状に巻かれ、この巻繊技術の結果として繊維同士の交点が多数得られる。続いて、巻繊要素の表面をセロハンのリボンで被覆し、樹脂を硬化させる。その後、該リボン及び内部成形マンドレルを取除すると所望のシャフトが得られる。
【００１２】
上記の幾つかの方法は、処理シーケンスが多くの工程よりなり、これら工程が時間を要するのみならずコストがかかるという欠点がある。従来の製造方法の多くにあっては、特に巻繊要素の壁の構造形成を、欠陥や疵が生じないよう複数の工程で行わねばならない。換言すれば、比較的少数の巻繊層を貼着した後、巻繊要素を巻繊機から取り外して樹脂含浸し、次いで樹脂を硬化させ、又は巻繊要素が既に樹脂含浸済みの場合は樹脂だけを硬化させねばならない。
【００１３】
巻繊要素の表面上の凹凸を除去し、次の巻繊層の良好な接着を確保するには、この場合、巻繊要素の表面を滑らかにすれば足りる。しかし、その後、このように処理した巻繊要素を再び巻繊機に固定せねばならず、その後更に巻繊を続けることになる。多くの場合、仕上がり形の巻繊要素を得るにはこの方法を何回も繰り返さねばならない。もう一つの問題は巻繊要素の後圧縮である。これは樹脂を含有する巻繊要素が更に何回も圧縮されることを意味する。この場合、周知の真空バッグ技術が用いられ、その一態様では、真空バッグにある構造部品の真空引き後に約１バールの外気圧が圧縮方向に作用する。真空バッグをオートクレーブ中に入れるもう一つの従来技術では、真空引きの後更に圧力媒体を付加し、それで圧縮圧力をある範囲内で任意に増加させている。しかし圧縮の結果、複合材料要素の層にしばしばしわと離層が生じる。その結果、不可避的に欠陥が生じ、それら欠陥が特に複合材料要素の機械的・電気的特性を阻害する。再現可能な特性を備えた高品質複合材料要素の製造は、このように、必要以上に多額の費用をかけねば不可能である。例えば従来法で製造した電気式発熱体では、相互に電気抵抗が不揃いであったり、同一発熱体内で不均等であったりで、しばしば実用価値が減殺される。従って、従来方法で製造した耐力構造部材は、より大きな安全補正値をもって製造せざるを得ず、このこともコストの増加につながる。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、繊維複合材料製の展開可能な構造部品を製造するための技術的に簡単で安価な方法であって、展開可能な構造部品が、巻繊材料の各部のしわ又はずれに伴なう欠陥が更に少なく、より均質で改善された機械的・電気的特性を示し、かつ機械的処理中に改善された挙動を呈する方法を提供することを課題とする。更に、本発明は、顕著な機械的、化学的、電気的性質を備えた安定で展開可能な構造部品を提供すると共に、それらの展開可能な構造部品の好適な用途を開示せんとするものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
これら技術的課題の解決のため、本発明は、成形用仮マンドレルに樹脂含浸織物又はプリプレグの層を少なくとも１層貼着し、その後、各々樹脂含浸又は無樹脂の巻繊スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで形成される層を少なくとも１層貼着し、該巻繊スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで形成される各層の巻繊時に少なくとも一定の糸張力を与える繊維複合材料製の展開可能な構造部品を製造するための方法で、該スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで形成される構造部品の外プライ及び巻繊方法後に得られる構造部品を硬化させるか又は硬化及び炭化させるか、又は硬化、炭化及び黒鉛化させる方法を開示する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明で使用する用語の定義は下記のとおりである。
【００１７】
ヤーンは、連続繊維又はステープルファイバを撚るか紡ぐことで製造される。本発明の方法において使用する場合、ヤーンは、少なくとも１０Ｎの糸張力で巻繊することが可能な引張強度を有するものでなければならない。
【００１８】
ロービングは、互いに撚り合わされることなく平行に配置された連続フィラメント又は単繊維により形成された織物ストランドである。
【００１９】
リボンは、互いに近接しかつ平行に配置されたロービング、ヤーン又はスレッドからなり、それらロービング、ヤーン又はスレッドはリボンの縦方向に対し横方向に延びる補助糸によって互いに結合されてはおらず、またそれぞれの位置が固定されてもいない。
【００２０】
本発明は、少なくとも２つの特定の材料を使用するそれ自体は周知の積層方法と巻繊方法との組合せで、ある条件に従い実行する方法を開示する。この場合本発明では、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの全ての層の巻繊を、その下層又は上層の樹脂含浸織物或いはプリプレグで形成された層を押圧し、圧縮しかつそれぞれの位置に固定するのに十分大きいように選択した少なくとも一定の糸張力を使用して行うことが必須である。スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで形成される層は、好ましくはそれらの各層が、その前に巻繊されたスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層の巻繊時の糸張力より大きな糸張力で巻かれるように巻繊する。本発明のもう一つの特徴は、最外側の巻繊プライが常にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層からなることである。この手順の結果、構造部品の長さ及び断面の全体にわたり一様な最適圧縮を達成できる。従って、本発明の方法によれば、均質で疵のない構造を持ち、軸方向にも半径方向にも機械・電気特性の一様な分布をより高レベルで達成可能な構造部品が製造できる。結果的に巻繊方法をかなりの時間中断することになる巻繊層の貼着間の個別の後圧縮及び硬化工程はもはや不要となる。本発明の方法ではまた、比較的多くの時間を要し、費用がかかる真空バッグ法の後処理も不要になる。従って本発明の方法は、従来技術に比べて著しく費用対効果が高く、より経済的であり、また品質が著しく改善された構造部品が得られる。特に、周知の方法（織物プリプレグだけからなる管体又はロービング巻繊だけからなる管体の製造）の欠点をなくすと共に、それらの利点を利用することができる。
【００２１】
本発明の展開可能な構造部品は、多くの領域で利用できる。本発明の構造部品は、好ましくは炭化又は黒鉛化された状態で、例えば半導体材料を製造する際に用いる保護管、加熱管、高温ガス管、断熱材又はノズルとして使用され、またステーチューブ、支持異形材又はホットプレスダイとしても使用される。本発明の構造部品は、例えば鋸引き、旋削、フライス削り又は穴あけ等により容易にかつ正確に機械加工できるので、ダクト、点検孔、フランジ結合ポイント又は他の仕組みが設けられ、又はこれらから例えば蛇行状の発熱体も製造できる。このような本発明の構造部品は、破損することなく釘打ちが可能である。本発明の構造部品は高度の耐薬品性を示す故、構造部品としての適合性、特に化学工業における任意の用途での管体としての適合性も強調しておく。更に、本発明の構造部品は高い耐衝撃性及び高い耐圧性を示す。黒鉛化した管状構造部品の場合、耐圧が約４００Ｎ／ｍｍ²以上の領域にあり、周知の巻繊方法で製造された管体よりも３〜４倍高い。このような耐圧性及び密度の高さは、特にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンを使用すると共に後圧縮を行うことで可能となる。硬化させただけで炭化又は黒鉛化されていない構造部品は、形状が円筒形であれば、紙、フィルム、織物又は印刷物のような原料ウェブの製造又は処理用の運搬ローラ、支持ローラ、案内ローラ、接触圧又は塗工ローラとして使用可能である。
【００２２】
従って、展開可能な構造部品を製造する本発明の方法には非常に多くの可能性が存在し、またそのような構造部品は要求に合わせて特有の態様で製造することができる。この場合基本的な影響要因は、第一には巻繊方法における各層の順序、構造及び質であり、第二には使用する織物、プリプレグ、繊維及びフィラメント材料の選択、第三には使用する樹脂又は炭素基材の選択、第四にはスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層の巻繊時における糸張力の選択、第五には巻繊・硬化した構造部品を得た後の後処理、即ち構造部品を更に炭化すべきか、炭化及び黒鉛化すべきかどうか、そして最後に構造部品を炭化又は黒鉛化後に更に後圧縮すべきかどうか、即ち１回以上の含浸工程によって構造部品の気孔系に含浸剤を充填するか否か、そしてその後構造部品を再度炭化又は黒鉛化するべきか否かということである。上記の影響要因を変えることで、全て本発明の範囲内に包括される形の製造態様を多数達成できる。
【００２３】
巻繊層に関しては、織物層又はプリプレグ層の上にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層を形成できる。その後、更に織物又はプリプレグの層とスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層を続けて（ただし交互に）形成でき、巻繊層の形成方法としてはこの方法が好ましい。もう一つの態様では、まず例えば仮マンドレル又は心型に織物又はプリプレグの層を２層以上巻き、その後これら織物又はプリプレグで形成された少なくとも２つの層の上にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層が巻かれる。この場合、２層以上の織物又はプリプレグ層とのスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの１層よりなるこの構造を半径方向に１回もしくは数回繰り返してもよい。別の態様では、これらの層の順序は前の例のように一定ではなく、自由に選択できる。従って、例えばまずプリプレグ層を２層形成し、次にスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層を形成した後織物又はプリプレグの層を３層形成し、次いでスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層をもう１層形成し、最後に織物又はプリプレグの層を形成し、次に最後のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの外層を形成してもよい。以下に更に詳しく説明する如く、巻繊層間に適切な不織布又は箔の層又はこれらの両方の層を巻繊して挿入してもよい。巻繊に使用する織物は樹脂を含まなくてもよい。しかしながら、織物に未硬化樹脂を含浸させ、従ってプリプレグの特性を与えるのが好ましい。本発明との関連で、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの巻繊層と言う場合、それは、好ましくは、ある特定の角度で互いに交わるように貼着形成されるスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの２巻繊層を意味する。しかしこのような巻繊層は、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの１層のみからなっていてもよい。使用するスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンは未硬化の樹脂で含浸又は被覆でき、又はそれらは樹脂塗工なしで使用してもよい。一実施態様によれば、展開可能な構造部品は交互に配置された織物のプリプレグ層とロービング又はリボンの層から製造され、その場合個々のロービング層又はリボン層は内層から外層に向かって引張応力又は糸張力を漸次強くしながら巻繊される。その結果、ケーブルウィンチに似た形で、下側にある層の圧縮効果が強められる。
【００２４】
例えば平織、綾織又はサテンのような様々な織りの織物が使用できる。綾織と平織が好ましい。織物は、構造部品が硬化状態でのみ使用される限り、従来型の任意の繊維で構成できる。しかし本発明で使用する織物は、例えばモリブデン等の金属繊維又はフィラメントで形成してもよい。構造部品を炭化するか又は炭化・黒鉛化する場合、織物はセルロース、ポリアクリロニトリル、モリブデン或いは好ましくは炭素又は黒鉛繊維よりなる。重い荷重を支えられる構造部品が得られる特に好ましい実施態様によれば、織物は、黒鉛化炭素繊維、特に高弾性黒鉛繊維製のロービングよりなる。
【００２５】
本発明において、炭素繊維は１，８００℃以下の温度、好ましくは１，０００〜１，４００℃の温度に加熱された炭素からなる繊維である。黒鉛繊維は、少なくとも１，８００℃、好ましくは２，２００〜２，７００℃の温度に加熱された炭素からなる繊維である。炭化を行うには、構造部品を非酸化性雰囲気中で８００〜１，６００℃、好ましくは９００〜１，４００℃の温度に加熱する。黒鉛化のためには、構造部品を非酸化性条件下で１，８００〜３，０００℃、好ましくは２，０００〜２，７０００℃の温度に加熱する。
【００２６】
本発明の方法で使用するヤーンは、互いに紡ぎ合わされた羊毛、セルロース、ポリアクリロニトリル又は炭素で作られるステープルファイバからなる。非常に高品質の構造部品の製造には、黒鉛化された炭素ヤーンが使用される。
【００２７】
この方法に使用するヤーンは、ヤーン又はロービングを撚ることで製造できる。本発明で使用するロービングは、セルロース、ポリアクリロニトリル又は炭素繊維又は黒鉛繊維で作られる互いに平行状のモノフィラメントからなる。特殊な場合には、金属繊維、例えばモリブデン含有金属フィラメントも使用できる。多くの炭素又は黒鉛フィラメント、即ち３，０００〜６０，０００本の多数の炭素又は黒鉛フィラメントで作ったロービングを使用するとよい。ポリアクリロニトリルをベースに製造する黒鉛繊維で作った６，０００〜２４，０００のモノフィラメント数を持つロービングの使用が望ましい。炭素又は黒鉛フィラメントで作ったロービングは、好ましくは２，０００〜３，６００ＭＰａ引張強度、と好ましくは１．７５〜１．９０ｇ／ｃｍ³の密度を持つものが使用される。
【００２８】
リボンは、互いに近接して配置された複数のスレッド、ヤーン又はロービングから作り、横に走る織物結合要素により各位置に固定することができる。
【００２９】
スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの巻繊の結果、その下の構造部品の層が圧縮され、織物又はプリプレグ層中の繊維及び樹脂の分布が均一化される。
【００３０】
構造部品を１，８００℃以上の温度の用途のために製造する場合は、これに必要な全ての繊維構造部分を黒鉛化品質として使用することが望ましい。その結果、製造方法における構造部品の歪みが回避される。
【００３１】
この目的のため、織物に含浸させ、必要ならスレッド、ヤーン、ロービング及びリボンに含浸させ、そしてプリプレグを製造するための樹脂として、最新技術から周知の任意の天然樹脂及び合成樹脂のみならず、ピッチ又はピッチと樹脂の混合物が使用できる。しかし、好ましくはエポキシ樹脂、フラン及びフェノール樹脂を使用し、構造部品を樹脂硬化後に炭化させるか、又は炭化・黒鉛化させる場合は、特にフェノール樹脂を用いるのが好ましい。巻繊し、硬化処理した構造部品を巻繊心から取り外し、炭化させるなら、多くの場合、その後物理的性質（特にその耐圧性）を改善するために後圧縮加工が行う。このことは、液体に接触可能な気孔系に樹脂、特に合成樹脂又はピッチを充填し、続いてこの充填樹脂又はピッチを炭化するか、又は炭化・黒鉛化することを意味する。この処理工程には、炭化時の大量の残留炭素を伴うフェノール樹脂又はピッチ、又は合成樹脂とピッチの混合物が好ましくは使用され、この処理工程は数回行うことができ、また黒鉛化された構造部品についても行うことができる。
【００３２】
スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの巻繊時に加える引張応力（以下糸張力と呼ぶ）は広範囲に変えられる。実際に使用する糸張力は、巻繊によって被覆しようとする層の所望の圧縮度によって決まり、この圧縮度は製造される構造部品の耐圧性及び安定性を基本的に左右する。加える糸張力は１０〜３００Ｎの範囲にある。従って、例えばスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの強度又はこの巻繊層の下層の材料の圧力感度によって、僅か１０〜２０Ｎのスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン張力しか加えないことも可能であり、他方これより大きい糸張力を加えることも可能である。展開可能な構造部品が、過大な半径方向圧力が加わると収縮し、その結果構造部品内部の非等質性を生じ得る不織布又は黒鉛箔の層を含む場合、好ましくは１０〜２００Ｎ、より好ましくは１０〜１００Ｎの比較的低い糸張力を使用する。この例としては、断熱用の円筒又はジャケットが考えられる。高荷重が作用する管体又は構造部品の製造には、約１００乃至２５０Ｎの範囲の糸張力をかけると好都合である。
【００３３】
本発明の展開可能な構造部品は、例えば炭化又は黒鉛化されていない繊維材料で強化されたプラスチック材料の形の紙、箔、織物又は印刷物のような材料ウェブの製造又は処理用の運搬ローラ、支持ローラ、案内ローラ、接触圧ローラ又は塗工ローラとして使用するために製造できる。このために、これら構造部品は各層の巻繊後に巻繊機から取り外され、周知の方法の１つによって樹脂を硬化させるための処理を施される。複合材料で形成された高品質の構造部品が得られるように、繊維中間部品が構造部品に組み込まれ、硬化樹脂のブリッジによって互いに結合されるような方法で、固体樹脂マトリックスが製造される。その後、巻繊心又はマンドレルの取り外し、端面及び表面の処理及び任意態様としての後処理よりなるそれ自体は周知の処理工程が行われる。
【００３４】
一部のより大きい荷重又は高温下での用途については、本発明の展開可能な構造部品は、炭素又は黒鉛で構成され、好ましくは炭素繊維又は黒鉛繊維で強化された炭素、又は黒鉛繊維で強化された黒鉛で構成される。この種構造部品を製造するには、適切な繊維強化材及び適切な樹脂の使用により製造された構造部品を硬化後未炭化の状態で、酸化性物質がない雰囲気中にて炭化させる。場合により、これら構造部品は処理終了後のこの状態でも使用できる。これら構造部品を炭化しただけの状態で、データレベルが要求される条件を満たさない場合、含浸とその後の炭化によりこれら要素を１回又は数回後圧縮することができ、これによってデータレベル、特に強度及び剛さの点でデータレベルを大きく改善することができる。展開可能な構造部品のための要求特性によりこのような改善が要求される場合、黒鉛繊維で強化された黒鉛要素が製造される。このためには、炭化された状態の構造部品に更に黒鉛化処理を施す。勿論、この場合の開始点は単に硬化させだけの構造部品であってもよく、これを用いて炭化と黒鉛化の工程を単一の操作工程の形で連続して行うことができる。その後、このように黒鉛化された要素は必要に応じて上に説明したようにして更に後圧縮することができる、これは炭素基材で含浸された黒鉛化要素を単に炭化するだけか、又は炭化・黒鉛化することが可能である。強化された炭素と黒鉛の構造部品を製造する際は、黒鉛繊維、特に所謂高弾性黒鉛繊維の大きな弾性係数と際立った耐性を構造部品で利用するために、また製造方法における構造部品の歪みを防ぐために、好ましくは黒鉛化された織物及びロービングが予め巻繊要素の巻繊時に使用される。
【００３５】
上記説明から、本発明の方法は数多くの態様で実施でき、その結果、多くの異なる形態の展開可能な構造部品を製造でき、それら構造部品は時として非常に異なる特性を持つことが明らかである。当業者は、構造部品に関する自己の知識及び技術的要求に基づき、このような数多くの方法態様のどれを使用するか決定しなければならない。この決定を行う際には、当業者は、随意に、本願で説明する方法を用いて簡単な試験を行うことになろう。
【００３６】
本発明の展開可能な構造部品の肉厚は、数ｍｍ〜１２０ｍｍとすることができる。もっぱら織物、プリプレグ、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン及び樹脂のみで製造された構造部品の場合、肉厚は好ましくは３〜３０ｍｍであり、高温装置用要素におけるように不織布又は箔の層を更に含む構造部品にあっては好ましくは３０〜８０ｍｍの肉厚が使用される。
【００３７】
製造された構造部品の所期の用途に応じ、巻繊層又は織物又は織物プリプレグの層及びスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層の他、構造部品中に不織布層を１層以上挿入できる。これらの不織布の材料としては、一方では、セルロース繊維不織布又はポリアクリロニトリル繊維不織布から炭化又は炭化・黒鉛化によって製造される炭素繊維不織布又は黒鉛繊維不織布が適切である。この場合使用できる別の形態の炭素繊維又は黒鉛繊維の不織布は、炭化又は黒鉛化されたピッチ繊維から針縫によって不織布を形成するか、又は炭化されたピッチ繊維から製造される不織布を黒鉛化することで製造される。しかし、酸化アルミニウム繊維、玄武岩繊維又はロックウールで作られた不織布のようなセラミック不織布又はセルロース又はポリアクリロニトリル繊維ベースの不織布も使用できる。特に不織布層を含む展開可能な構造部品で断熱特性が良いことが望ましい場合は、好ましくはセルロース不織布から製造された黒鉛不織布が使用される。様々な特性を有する多くの異なる不織布が使用でき、各特定の不織布の使用は構造部品の利用目的、好ましくはその要求温度条件により決まることに留意すべきである。また、ある不織布層又は複数の不織布層の厚さの選択は、所期の利用目的により決まる技術的要求条件に加え、製造される構造部品の最終寸法要件に依存する。一般に、巻繊後の不織布層の厚さは２〜２０ｍｍ、好ましくは５〜１０ｍｍである。より大きな肉厚を有する構造部品を製造しようとする場合、好ましくは２０ｍｍ以内の厚さが用いられる。
【００３８】
本発明の展開可能な構造部品は、不織布に代えて、又は不織布の層に加えて、箔層を１層以上持つことができ、それら箔層も巻くことで形成される。この場合には、高温に耐え、化学薬品に強く、気密・液密であり、かつ黒鉛化処理又はその特性変化に耐える黒鉛箔が特に適している。しかしながら、用途目的に応じ必要な場合は、例えばモリブデン又は銅ベースの金属箔も使用可能である。各場合に使用される箔材料は、製造方法及び所期の用途で構造部品が曝される熱的・化学的条件に適合することが重要である。箔を使用する場合、管体又は円筒のような展開可能な構造部品は、例えば気密・液密性で、非酸化性ないしやや酸化性の媒体に対して顕著な対薬品性を呈し、２，０００℃以上の温度域においてさえ良好な断熱特性を持つように製造できる。そのような構造部品は、航空宇宙技術、高温技術及び半導体技術で使用される。箔の厚さも、展開可能な構造部品の製造及び用途上の要求条件に従って選択される。通常は、０．２〜１ｍｍの厚さを持つ箔、好ましくは約０．５ｍｍ厚の箔が使用される。特殊な場合や大きな直径の構造部品の場合は、勿論１ｍｍ以上の厚さの箔を使用することもできる。
【００３９】
織物プリプレグ層の厚さは０．２０〜２．００ｍｍとすることができ、好ましくは約０．５〜１．０ｍｍの厚さが選択される。非常に繊細な織物を使用する場合、複数の織物プリプレグ層を互いに積層することが効果的であり、好ましくは３層又は４層を重ね合わせる。このような複数の織物層は、全体の厚さを例えば約２ｍｍにできる。複数の織物プリプレグ層を互いに積層する場合、それらの層は必ずしも同じ厚さである必要はない。同じことは、スレッド、ヤーン、ロービング、リボンの巻繊層、及び不織布又は箔の層についても言える。
【００４０】
織物層又は織物プリプレグ層と、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの層との比は、好ましくは１：１〜４：１である。積層数は、製造しようとする展開可能な構造部品の直径又は肉厚によって多くすることができる。
【００４１】
巻繊時のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの角度は、巻繊軸、即ち展開可能な構造部品の縦軸に対し±２０〜±９０°の範囲が好ましい。スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンの各層毎に異なる巻繊角度が設定できる。展開可能な構造部品の機械的・電気的性質は、特に巻繊角度の選択が適切かどうかによって影響される。従って、巻繊角度の選択は、製造しようとする構造部品の特性によって決まる。構造部品が特に曲げ応力に耐えねばならない場合、±２０°以上の範囲の巻繊角度が設定される。±８０°〜±９０°の巻繊角度は、製造された構造部品が高い圧力を吸収できるという効果をもたらす。これは、構造部品がホットプレスダイとして使用される場合に特に重要である。７０〜９０°の角度での巻繊は、ピンカラーなしで行うことができる。しかしながら、７０°より小さい巻繊角度では、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンが滑ったり移動したりするのを防ぐため、ピンカラーを使用しなければならない。
【００４２】
巻繊中の層の速度は、約２０〜２００ｍ／分が好ましい。使用する速度の選択は、第一に製造すべき構造部品の直径によって決まる。基本的にこの速度は、構造部品の直径が大きいほど速度が遅くなるように調節するのが望ましい。
【００４３】
次に、本発明をいくつかの選択された例によって更に詳しく説明する。
【００４４】
例１：
６，０００本のモノフィラメントからなる黒鉛繊維ロービングから綾織で作られたプリプレグのフェノール樹脂含有織物プリプレグを用い、展開可能な構造部品を製造した。織物の単位面積当たり重量は４２０ｇ／ｍ²であった。このプリプレグ層を被覆するため２４，０００本の高弾性黒鉛モノフィラメントからなるロービングを用いた。モノフィラメントは、密度が１．８ｇ／ｃｍ³（ＤＩＮ ６５５６９に従って測定）、引張強度が約２，４００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従って測定）であった。この繊維の破断点伸びは、０．６〜１．０％の範囲（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従って測定）であった。この織物プリプレグ及びロービングを、順次下記の層順とロービング糸張力により巻繊機上の予め表面に離型剤を塗布した２００ｍｍ直径のマンドレルに巻き付けた。
第１層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ
第２層： ロービング（引張応力７０Ｎ） プライ厚さ１．２ｍｍ
第３層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ
第４層： ロービング（引張応力８０Ｎ） プライ厚さ１．３ｍｍ
第５層： プリプレグ プライ厚さ０．６ｍｍ
第６層： ロービング（引張応力９０Ｎ） プライ厚さ１．２ｍｍ
【００４５】
各層のロービングの巻繊角度は、構造部品の縦軸に対し±８０°とした。即ち１つのロービング層を＋８０°の角度で巻き、その上にもう１つの層を−８０°の角度で巻いた。その後、巻繊マンドレルに巻いた巻繊要素を巻繊機から取り外し、硬化炉に入れ、昇温時間４時間、滞留時間２時間とし１９０°Ｃで硬化させた。硬化した構造部品の冷却後、巻繊マンドレルを引き抜き、即ちマンドレルを取り外し、前処理して構造部品を所定長さした。次に、この部品を非酸化性雰囲気中で１週間かけて炭化した。この場合の最終温度は９５０°Ｃ、該温度での滞留時間は２４時間とした。その後、炭化した構造部品を減圧方法により６バールの含浸圧力を用いてピッチで１回含浸し、次いで上記方法で再度炭化した。その後、後圧縮され炭化した構造部品を、非酸化性条件下２，０００℃の温度で黒鉛化した。黒鉛化炉を冷却し、分解した後、構造部品をフライス削り及び旋削加工し、高温保護雰囲気炉用のジグザグ状くぼみを持つ円筒発熱体を得た。
【００４６】
例２：
高温保護雰囲気炉内の断熱保護円筒として使用する下記構造部品を作った。
【００４７】
織り方（綾織）及び繊維素地（黒鉛繊維）が例１と同じフェノール樹脂含有織物プリプレグを用い、内径６００ｍｍ、肉厚４０ｍｍ及び長さ８００ｍｍとなるはずの展開可能な管状構造部品を作った。但しこの例では、織物は１２，０００本のフィラメントで作ったロービングで構成し、織物の厚さは０．５ｍｍ、単位面積当たり重量は４４０ｇ／ｍ²とした。被覆用ロービングは、１２，０００本の高弾性黒鉛モノフィラメントからなり、モノフィラメントは密度が約１．８３ｇ／ｃｍ³（ＤＩＮ ６５５６９に従って測定）、引張強度が約３，０００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従って測定）であった。この場合、更に黒鉛箔と黒鉛不織布の層を巻いた。黒鉛箔は、厚さ０．５ｍｍ、ＤＩＮ ＩＳＯ ５３６に規定する見掛け密度が１．０ｇ／ｃｍ³、単位面積当たり重量が１，０００ｇ／ｍ²であった。箔層上に巻くプリプレグ層への接着性を改善するため、プリプレグ層を巻く前に黒鉛箔の接触面に接着樹脂を塗工した。セルロース繊維の不織布から炭化と黒鉛化により黒鉛不織布を製造した。この不織布は、ＤＩＮ５３８５４に従い測定して厚さが１０ｍｍ、単位面積当たり重量が約１，０００ｇ／ｍ²であった。これら織物プリプレグ、ロービング、黒鉛箔及び黒鉛不織布を順次下記の層順とロービング糸張力で巻繊機上の予め表面に離型剤を塗布した直径６００ｍｍのマンドレルに巻き付けた。
第１の一連の層： プリプレグ×４プライ、全プライ厚さ２ｍｍ
第２層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、糸張力１００Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２プライ−８０°
第３層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第４層： 黒鉛不織布×１プライ、プライ厚さ１０ｍｍ
第５層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第６層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第７層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、糸張力１００Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２プライ−８０°
第８層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ１０ｍｍ
第９層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第１０層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第１１層： ロービング×２プライ、厚さ０．５ｍｍ、糸張力１２０Ｎ、巻繊角度：第１プライ＋８０°、第２プライ−８０°
第１２層： 黒鉛不織布シート×１プライ、プライ厚さ１０ｍｍ
第１３層： 黒鉛箔×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第１４層： プリプレグ×１プライ、プライ厚さ０．５ｍｍ
第１５層： ロービング×、４ダブルプライ、全プライ厚さ２．０ｍｍ、糸張力１３０Ｎ、巻繊角度±８０°
【００４８】
上記の層からなる構造部品は、巻繊後の全厚さが４０ｍｍであった。巻繊マンドレル上に形成した巻繊要素を巻繊機から取り外し、例１で説明した方法で硬化させ、炭化し、黒鉛化した。ただし、例１の場合に変えて、構造部品を炭化した後の圧縮は省略した。その後、黒鉛化した構造部品を所定長さとし、測定及び操作装置用の穴を明けた。不織布の層を組み込んだことに伴って、構造部品に顕著な断熱特性が生じた。テストランでは、円筒の内部温度は１，６００℃であったが、外側の温度は僅か４００℃であった。更に、円筒は、黒鉛箔層の組み込みに伴い、蒸気及びガスに対する障壁としての作用を呈した。
【００４９】
例３：
６，０００本のモノフィラメントからなる黒鉛繊維ロービングから綾織で得た織物のフェノール樹脂含有織物プリプレグを用い、展開可能な構造部品を形成した。織物の単位面積当たり重量は４２０ｇ／ｍ²であった。使用したロービングは、１２，０００本の高弾性黒鉛モノフィラメントからなり、このフィラメントは密度が約１．８３ｇ／ｃｍ³（ＤＩＮ ６５５６９に従って測定）、引張強度がモノフィラメント・ベースで約３，０００ＭＰａであった（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従って測定）。これら繊維の破断点伸びは、０．６〜１．０％の範囲（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従って測定）であった。これらの織物プリプレグとロービングを順次下記の層順とロービング糸張力により巻繊機の予め離型剤を塗布した直径１，１４５ｍｍのマンドレルに巻き付けた。
第１層： 織物プリプレグ×３プライ、全プライ厚さ１．５ｍｍ
第２層： ロービング×２プライ、巻繊角度＋８０°及び−８０°、ロービング当たりの糸張力９０Ｎ、プライ厚さ１．３ｍｍ
第３層： 織物プリプレグ×３プライ、全プライ厚さ３．５ｍｍ
第４層： ロービング×１プライ、巻繊角度＋８０°、糸張力１８０Ｎ、プライ厚さ０．７ｍｍ
【００５０】
巻繊マンドレル上に形成した巻繊要素を巻繊機から取り外し、例１で説明したようにして、硬化、炭化、黒鉛化した。ただし、例１による処理の方法とは異なり、構造部品の炭化状態における後圧縮は行わなかった。これによって製造された展開可能な構造部品は、外径１，１５０ｍｍ、内径１，１４０ｍｍ、長さ８５０ｍｍであった。この構造部品は、半導体製造用の炉内で遮熱材として使用するために設計されたものであった。
【００５１】
例４：
この実施例では、展開可能な構造部品用のブランクを、各々の場合に巻繊しようとするロービングを保持し、位置決めするためのピンカラーをマンドレルの両側に有する通常の巻繊装置上で製造した。このブランクは、特に巻繊角度２０°のロービング層を含む。レゾールタイプのフェノール樹脂で含浸した単位面積当たり重量２２５ｇ／ｍ²の黒鉛繊維ロービング（１ロービング当たり３，０００フィラメント）から形成した綾織２／２の織物で作った層厚０．３ｍｍのプリプレグ（プリプレグの単位面積当たり重量４３３ｇ／ｍ²）を第１層として直径２１０ｍｍマンドレルを貼着した。その後、第１層を１回目は＋２０°、２回目は−２０°の巻繊角度で７０Ｎの糸張力にてロービングにより被覆した。ロービング層２層からなるこの第２層の厚さは１．２ｍｍであった。使用したロービングは、２４，０００本の黒鉛フィラメントからなっていた。ロービングのフィラメントは、嵩密度１．８ｇ／ｃｍ³（ＤＩＮ ６５５６９に従い測定）、引張強度２，４００ＭＰａ（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従い測定）、破断点での伸び０．６〜１．０％（ＤＩＮ ＥＮＶ １００７−４に従い測定）であった。この第２層上に、第１の巻繊層に用いたのと同じプリプレグの厚さ０．３ｍｍの第３層を巻いた。この第３層に続き、第２層に用いたのと同じロービングで作った厚さ１．２ｍｍの第４層を巻いた。この第４層も、第２層と同様に、１回目は＋２０°、２回目は−２０°の巻繊角度で巻いた２つのロービング層で形成した。第２層と対照的に、この場合の巻繊時の糸張力は８０Ｎであった。これに続き、材料及び構造が第１及び第３層のプリプレグ層と同じ厚さ０．３ｍｍのプリプレグ層を第５層として形成した。その外縁部に巻繊角度±８０°、糸張力９０Ｎにて二重層として巻繊したロービングから第６層を形成した。また、これには上記の第２層及び第４層に使用したのと同じロービングを用いた。この巻繊方法後、巻繊要素を硬化させ、巻繊マンドレルから取り外し、次いで９００℃で炭化した後、２，０００℃で黒鉛化した。このようにして製造した展開可能な構造部品は、高温保護雰囲気炉内の高硬質の軸受ローラとして有用である。
【００５２】
以下、本発明を添付図面によって更に詳細に説明する。
【００５３】
図１は、黒鉛繊維で強化した炭素で形成された内部圧力の作用下における使用のために設計された一実施例の構造部品の断面を示す。図示の構造部品１を製造するには、基礎織物が綾織地であって高弾性黒鉛フィラメントで作ったロービングからなるフェノール樹脂含有プリプレグを巻繊して最も内側のプライ２を作った。この場合、巻繊は、織物の縦糸が構造部品の縦軸に直角な方向にそろうように行った。第２プライは２つの層３ｌ、３ｒからなる。巻繊時、第２プライは高弾性黒鉛フィラメントで作ったフェノール樹脂含有ロービングからなり、構造部品の縦軸に対し−８５°の巻繊角度で１回巻（３ｌ）、＋８５°の巻繊角度で１回巻いた（３ｒ）。続いて、フェノール樹脂を含浸したプリプレグで作った第３プライ４を巻いた。このプリプレグの基礎織物は高弾性黒鉛フィラメントで作ったロービングから製造し、リンネル織りしたものであった。層４の後、第４プライとして、第２プライ３ｌ、３ｒと同様に、但しより大きな糸張力で巻いた二重層３’１、３’ｒを設けた。これに続き、構造及び巻繊方向が第１プライのプリプレグ２と同じプリプレグで作った層を第５プライ２’として巻いた。高弾性黒鉛フィラメントの５つのロービングで作ったフェノール樹脂含有リボンを構造部品の縦軸に対し９０°の巻繊角度で第４プライのロービング３ｌ、３ｒを巻いた糸張力より大きい糸張力を用いて最外側の第６プライ５として巻いた。巻繊要素は硬化処理にかけ、巻繊マンドレルを引き抜いた後、炭化処理した。
【００５４】
図２は、高温保護雰囲気炉内で蒸気又はガス障壁を有する断熱円筒として使用するよう構成した展開可能な構造部品１’の断面を示す。個々の層が樹脂構造部品の硬化前の製造工程で何からどのようにして形成されるかについて以下に説明する。硬化後、構造部品は炭化され、次いで黒鉛化された。
【００５５】
第１プライは、炭素繊維からなりエポキシ樹脂で含浸した３つの平織の層４、４’、４”で形成した。第２プライ３ｌ、３ｒとして、その上に炭素ステープルファイバからなりエポキシ樹脂を含有する黒鉛化されたヤーンの２つの層３ｌ、３ｒを巻繊角度−８０°（３ｌ）及び＋８０°（３ｒ）で４０Ｎの糸張力で巻いた。第３プライ６は、樹脂含浸なしの厚さ８ｍｍの黒鉛化したセルロース不織布で形成した。この第３プライ６に続き、モリブデン７の厚さ０．２ｍｍのシートからなる第４プライ７をその端部がシートウェブの衝撃位置に僅かに重なるよう形成した。その上に、黒鉛フィラメントのフェノール樹脂含有ロービングの２つの層３’ｒ、３’ｌからなる第５プライ３’ｒ、３’ｌを１２０Ｎの糸張力で構造部品の縦軸に対し最初は＋８０°（３’ｒ）、２回目は−８０°（３’ｌ）の巻繊角度で巻いた。これに続き、黒鉛ヤーンから綾織で作った基礎織物のフェノール樹脂含有プリプレグ製の二重層２、２’を第６プライ２、２’として形成した。外側の第７プライ３”ｒ、３”ｌは、黒鉛フィラメントで作ったフェノール樹脂含浸ロービングを用い、１５０Ｎの糸張力で最初は＋８０°（３”ｒ）、２回目は−８０°（３”ｌ）の巻繊角度で巻繊した２つの層で形成した。
【００５６】
図３は、巻繊後未硬化の状態で曲げの作用下に使用するために設計した展開可能な構造部品１”の断面を示す。この部品は、例えば硬化及び最終処理後に、炭素繊維で強化したプラスチック材料製のロール又はローラの形でフィルム、紙又は織物のような連続ウェブの室温での輸送又はさらなる処理のために使用することもできる。
【００５７】
もう一つの使用態様によれば、構造部品は基礎要素に含有される樹脂の硬化後に予め炭化させ、黒鉛化させてもよい。内側プライ２ｉ、２ｉ’は、高弾性黒鉛フィラメントのロービングで作った綾織をベースとしたフェノール樹脂含有織物プリプレグ製の２つの層２ｉ、２ｉ’からなる。巻繊は、織物の横糸が巻繊要素の縦軸と平行に揃うように行った。第２プライ３ｌ、３ｒは、フェノール樹脂を含浸した高弾性黒鉛フィラメントで作ったロービングの２つの層３ｌ、３ｒを、２つのピンカラーを用い３０Ｎの糸張力で最初は構造部品の縦軸に対し−２０°（３ｌ）、２回目は＋２０°（３ｒ）の巻繊角度で巻くことにより形成した。次の第３プライ２ｍは、構造及び巻繊方向が第１層２ｉ、２ｉ’で使用したプリプレグと同じプリプレグのフェノール樹脂含有プリプレグの層として形成した。第４プライ３’１、３’ｒは、構造及び前処理が第２プライ（３ｌ、３ｒ）で使用したロービングと同じロービンよりなるグ２つの層３’ｌ、３’ｒで形成した。ただし、この場合のロービングは、巻繊角度−７５°（３’ｌ）及び＋７５°（３’ｒ）、糸張力１４０Ｎで巻いた。その上の第５プライ２ａ、２ａ’は、構造及び巻繊方向が第１層２ｉ、２ｉ’及び第３層２ｍで使用した織物プリプレグと同じ織物プリプレグから作った２つの層２ａ、２ａ’で形成した。やはり２つの層３”ｌ、３”ｒからなる外側の第６プライ３”ｌ、３”ｒも、高弾性黒鉛フィラメントで作ったフェノール樹脂含有のロービングで、但し、この場合は構造部品の縦軸に対し最初は−８５°（３”ｌ）、２回目は＋８５°（３”ｒ）の巻繊角度で巻繊して形成した。
【００５８】
図４で参照する工程段階は、最新技術で周知の装置を用いて実施できる。従って、ここではこれら工程の詳細な説明は省略する。このブロック図には、２つの貯蔵容器Ｉ、ＩＩを示してある。容器Ｉには、織物、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン及び不織布のような無樹脂の出発原料又は箔が入っている。容器ＩＩには、織物、スレッド、ヤーン、ロービング、リボン及び不織布のような樹脂含有出発原料又は箔が入っている。展開可能な構造部品を製造するには、容器Ｉからの何れかの無樹脂の織物を巻繊装置ＩＩＩ上で仮マンドレルに巻繊した後、その上に容器ＩＩからの樹脂含浸したスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンを被覆する。また、容器ＩＩからのプリプレグをマンドレルに巻繊した後、その上に容器Ｉからの無樹脂のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンを被覆してもよい。このような巻繊要素は、巻繊（図示省略）の後に樹脂を含浸させることもある。しかしながら、好ましくは、容器ＩＩからの樹脂含浸したプリプレグ及びスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンを巻繊装置ＩＩＩ上で処理して予備製品要素を形成する。上記に加えて、巻繊要素に箔又は不織布を組み込む際、それらの材料は、一般に（但しこれに限定されることなく）、無樹脂で容器Ｉから供給する。幾つかの用途では、箔は巻繊方法ＩＩＩでその少なくとも１つの表面に樹脂接着層が設けられる。容器Ｉ、ＩＩからの種々の原料は、ここで述べる本発明の説明で示した巻繊方法で様々に組み合わせて構成できる。その後、巻繊方法ＩＩＩで得た巻繊要素を装置ＩＶに入れ、ここで含有樹脂分を硬化させる。一つの態様によれば、このようにして得られる繊維材料で強化されたプラスチック材料要素は、更に機械的処理及び仕上げのための装置Ｖで処理して、完成品を得ることができる。もう一つの態様によれば、巻繊心から取り外され、硬化樹脂を含有する展開可能な構造部品を装置ＶＩに供給し、ここで炭化可能な全ての構造部品を炭素に変換する。一つの可能性としては、かくして得た炭素要素を、更に機械的処理及び仕上げのための装置ＶＩＩで処理することで、完成品を得ることができる。もう一つの可能性としては、炭化の熱分解方法後に流体に触れることが可能な気孔を有する綾織を含浸装置ＶＩＩＩに入れ、炭素を含有する適切な液剤で含浸させ、その含浸要素を浸透した炭素基材を炭化させるために炭化装置で再び炭化処理することもできる。構造部品の特徴的性質の改善をもたらすこの後圧縮と呼ばれる方法は、２回以上行ってもよい。このように後圧縮され、炭化処理だけされた構造部品ＶＩＩＩ＋ＩＸは、更に装置ＶＩＩで処理して完成品にできるが、これは図示しない。しかし、そのような構造部品には、好ましくは装置Ｘで黒鉛化処理を施す。完成品ＶＩＩを形成するため、ＶＩＩＩ＋ＩＸで直接処理も後圧縮もしていない、装置ＶＩからの炭化された構造部品もこのユニットＸで処理が終了する。このようにして得た黒鉛化した構造部品は、ＶＩＩＩ＋ＩＸで再度後圧縮した後、必要があり、費用的に正当と考えられる場合に限り、更に可能な方法工程の１つにかけることができる（ＶＩＩ（この流れは図示されていない）又はＸ）。しかし、これらの構造部品は、完成品を得るために装置ＸＩでの黒鉛化後更に処理するのがよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構造部品を縦軸に垂直な断面で切断して示す断面図である。
【図２】本発明の構造部品を縦軸に垂直な断面で切断して示す断面図である。
【図３】本発明の構造部品の断面図である。
【図４】本発明による方法シーケンスを図解するフローチャートである。
【符号の説明】
１、１’、１” 展開可能な構造部品
２、２” 綾織織物から形成されたプリプレグ
２ｉ、２ｉ’、２ｍ、２ａ、２ａ’ 綾織織物から形成されたプリプレグ（図３）
３ｌ、３’ｌ、３”ｌ スレッド、ヤーン、ロービング、リボン（左傾の巻繊角度）
３ｒ、３’ｒ、３”ｒ スレッド、ヤーン、ロービング、リボン（右傾の巻繊角度）
４、４’、４” 平織織物で形成されたプリプレグ
５ ロービングで形成されたリボン
６ 不織布
７ 箔、黒鉛箔、金属箔
Ｉ 無樹脂材料の貯蔵容器
ＩＩ 樹脂含有材料の貯蔵容器
ＩＩＩ 巻繊装置、巻繊方法
ＩＶ 樹脂を硬化させるための装置、樹脂を硬化させる方法
Ｖ ＶＩの後完成品を得る処理用の装置及び方法
ＶＩ 炭化用の装置、ＩＶの後の炭化方法
ＶＩＩ ＶＩ又はＩＸの後完成品を得る処理用の装置及び方法
ＶＩＩＩ 液体炭素基材の含浸用装置、ＶＩ又はＸ後の含浸方法
ＩＸ 炭化用装置、ＶＩＩＩ後の炭化方法
Ｘ 黒鉛化用装置、ＶＩ又はＩＸ後の黒鉛化方法
ＸＩ Ｘの後の更に処理して完成品を得るための装置

Claims (25)

1. ２層以上の織物プリプレグ層（２、４）と、２層以上のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンからなる層（３）とを、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボンで作られた各層の巻繊（ＩＩＩ）時に、該スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）の各層の前に巻いたスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）の層と比較してより大きい糸張力を用いて成形用仮マンドレルに貼着することにより繊維複合材料で形成された展開可能な構造部品（１）を製造する方法において、構造部品の外プライ（３）が巻繊されたスレッド、ヤーン、ロービング又はリボンからなり、前記部品（ｌ）が巻繊方法（ＩＩＩ）後に硬化（ＩＶ）され、又は硬化（ＩＶ）及び炭化（ＶＩ）され、又は硬化（ＩＶ）、炭化（ＶＩ）及び黒鉛化（Ｘ）され、かつ２層以上の織物プリプレグ層（２、４）と２層以上のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）からなる層（３）を交互に配置させることを特徴とする方法。
2. 上記巻繊方法（ＩＩＩ）のどの時点においても、構造部品（１）を中間処理のために巻繊機から取り外す必要がないことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 構造部品（１）を、各層を貼着する中間で硬化させないことを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
4. 巻繊（ＩＩＩ）時に１層以上の不織布（６）の層を貼着することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の方法。
5. 炭素繊維、黒鉛繊維、セルロース繊維、ポリアクリロニトリル繊維、セラミック繊維より得られる不織布の群から選択された少なくとも１つの不織布（６）の層を貼着することを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 巻繊（ＩＩＩ）時に１層以上の箔層（７）を更に貼着することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の方法。
7. 黒鉛箔及び金属箔よりなる群から選択した少なくとも１層の箔（７）を貼着することを特徴とする請求項６記載の方法。
8. モリブデンを含有する箔（７）を少なくとも１層貼着することを特徴とする請求項７記載の方法。
9. 基礎織物が炭素、黒鉛又はモリブデンで形成された繊維からなるプリプレグ（２、４）を用いて巻繊し（ＩＩＩ）、かつ炭素、黒鉛又はモリブデンで形成されたモノフィラメント又は繊維からなるスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）を用いて巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至８の１つに記載の方法。
10. フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ピッチ又はこれらの混合物を含浸させて織物プリプレグ（２、４）とした織物を用いて巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の方法。
11. 各々初期の状態で０．２０〜２．００ｍｍの範囲の厚さを持つ複数のプリプレグ層（２、４）を用いて巻繊することを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
12. 各々初期の状態で０．５０〜１．００ｍｍの厚さを持つ複数のプリプレグ層（２、４）を用いて巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至１０の１つに記載の方法。
13. １０，０００〜６０，０００本のモノフィラメントからなるロービング（３）を用いて巻繊する（ＩＩＩ）ことを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の方法。
14. １．７５〜１．９０ｇ／ｃｍ³の密度を持つ炭素又は黒鉛モノフィラメントからなるロービング（３）を使用することを特徴とする請求項１３記載の方法。
15. ２，２００〜５，０００ＭＰａの引張強度を持つロービング（３）を使用することを特徴とする請求項１４記載の方法。
16. 織物プリプレグ層（２、４）と、スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン巻繊層（３）の数の比が１：１〜４：１となるよう巻繊（ＩＩＩ）を行うことを特徴とする請求項１乃至１５の１つに記載の方法。
17. スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）を、±２０〜±９０°の角度で巻繊することを特徴とする請求項１乃至１６の１つに記載の方法。
18. スレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）の巻繊を、２０〜２００ｍ／分の速度で、１本のスレッド、ヤーン、ロービング又はリボン（３）毎に１０〜２５０Ｎの糸張力で行うことを特徴とする請求項１乃至１７の１つに記載の方法。
19. 請求項１乃至１８の１つに記載の方法によって製造された繊維複合材料製の展開可能な構造部品（１）。
20. 不織布（６）で形成された少なくとも１つの層及び／又は箔（７）で形成された少なくとも１つの層を更に含むことを特徴とする請求項１９記載の構造部品（１）。
21. 内側から外側に向けて、下記の層順に形成された層構造を特徴とする請求項１９又は２０記載の構造部品（１）。
    第１層： 織物プリプレグ
    第２層： ロービング
    第３層： 織物プリプレグ
    第４層： ロービング
    第５層： 織物プリプレグ
    第６層： ロービング
22. 内側から外側に向けて下記の層順に形成された層構造を持つことを特徴とする請求項１９又は２０記載の構造部品（１）。
    第１層： 織物プリプレグ×４プライ
    第２層： ロービング×１プライ
    第３層： 黒鉛箔×１プライ
    第４層： 不織布×１プライ
    第５層： 黒鉛箔×１プライ
    第６層： 織物プリプレグ×１プライ
    第７層： ロービング×１プライ
    第８層： 不織布×１プライ
    第９層： 黒鉛箔×１プライ
    第１０層： 織物プリプレグ×１プライ
    第１１層： ロービング×１プライ
    第１２層： 不織布×１プライ
    第１３層： 黒鉛箔×１プライ
    第１４層： 織物プリプレグ×１プライ
    第１５層： ロービング×１プライ
23. 内側から外側に向けて下記の層順に形成された層構造を持つことを特徴とする請求項１９又は２０記載の構造部品（１）。
    第１層： 織物プリプレグ×３プライ
    第２層： ロービング×１プライ
    第３層： 織物プリプレグ×３プライ
    第４層： ロービング×１プライ
24. 請求項１９乃至２３の１つに記載の展開可能な構造部品（１）、又は請求項１乃至１８の１つに記載の方法によって製造された展開可能な構造部品（１）の断熱円筒としての使用方法。
25. 請求項１９乃至２３の１つに記載の展開可能な構造部品（１）、又は請求項１乃至１８の１つに記載の方法によって製造された展開可能な構造部品（１）の、保護管、発熱体、ステーパイプ、ホットプレスダイ又は断熱要素としての使用方法。

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