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JP3376455B2 - Composite structural members with high bending strength - Google Patents
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JP3376455B2 - Composite structural members with high bending strength - Google Patents

Composite structural members with high bending strength

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JP3376455B2
JP3376455B2 JP51011090A JP51011090A JP3376455B2 JP 3376455 B2 JP3376455 B2 JP 3376455B2 JP 51011090 A JP51011090 A JP 51011090A JP 51011090 A JP51011090 A JP 51011090A JP 3376455 B2 JP3376455 B2 JP 3376455B2
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fibers
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composite
composite member
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ピーター エイ. クイグレイ
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Description

【発明の詳細な説明】 関連出願 本出願は、1989年6月14日に出願申請された、米国特
許出願番号366,464「大きな曲げ強さを持つ複合構造部
材及びその製造方法」の一部継続出願である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Related Application This application is a partial continuation application of US Patent Application No. 366,464 “Composite structural member having large bending strength and manufacturing method thereof” filed on June 14, 1989. Is.

発明の背景 本発明は、大きな曲げ強さを持つ複合構造部材に関
し、更に詳しくは、大きな曲げ強さを与える独特の層状
配列及び構造を有する複合構造部材に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to composite structural members having high flexural strength, and more particularly to composite structural members having unique layered arrangements and structures that impart high flexural strength.

現在、当業者に公知の多種多様な複合材料が、軽量か
つ大きな強度を必要とする部分に用いられている。この
ような材料は、一層あるいは多層構造で、少なくともそ
の一部は、ファイバー成分を埋め込んだポリマー・マト
リックスから構成されている。各層のファイバー成分の
配列が、最終構造体の強さ等の性質を決定する要因とな
る。
Currently, a wide variety of composite materials known to those skilled in the art are used in parts that require light weight and high strength. Such materials have a monolayer or multilayer structure, at least a portion of which is composed of a polymer matrix with embedded fiber components. The arrangement of fiber components in each layer is a factor that determines properties such as strength of the final structure.

複合材料の多くは、過剰な曲げ、圧縮、あるいは、ね
じり力に弱く、容易に構造破損を引き起こす。そこで、
大きな力に耐え得る軽量の構造体の開発が望まれてい
る。
Many composite materials are vulnerable to excessive bending, compression, or torsional forces and easily cause structural failure. Therefore,
It is desired to develop a lightweight structure capable of withstanding a large force.

従って、本発明は、大きな強度、特に大きな曲げ強
さ、を与える層状配列を有する複合構造体を提供するこ
とを、目的とする。また、本発明の別の目的は、大きな
強度を持ち、且つ、軽量の、細長い複合構造部材を提供
することにある。更に、本発明は、このような複合構造
部材を製造するための、簡便で効率のよい方法を提供す
ることを目的とする。本発明の他の目的は、以下の発明
の開示から、自明に読み取ることができよう。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a composite structure having a layered arrangement that provides high strength, especially high bending strength. Another object of the present invention is to provide an elongated composite structural member having high strength and light weight. A further object of the present invention is to provide a simple and efficient method for producing such a composite structural member. Other objects of the present invention will be obvious from the following disclosure of the invention.

発明の概要 本発明の、大きな強度を持つ複合構造部材は、通常細
長く、円形、長方形、正方形等、様々な断面形状を有す
る管状、即ち、中空の複合構造体で、複数の層から形成
され、各層が、ポリマー・マトリックス内に配置された
一つのファイバー成分により定義される、複数の層を有
する細長い管状の複合部材であって、前記管状の複合部
材の長手軸に対して±30度乃至±90度の角度に配された
ファイバーを有する少なくとも一つの内層と、前記管状
の複合部材の長手軸に対して±30度乃至±90度の角度に
配されたファイバーを有する少なくとも一つの外層と、
全体的に軸方向に伸張する第一のファイバー、時計回り
に伸張する第一の編み込みファイバー成分、及び、前記
第一の編み込みファイバー成分に混交された、反時計回
りに伸張する第二の編み込みファイバー成分、を有する
少なくとも一つの中間層と、を含み、前記第一の編み込
みファイバー成分及び第二の編み込みファイバー成分の
ファイバーが、前記管状の複合部材の長手軸に対して±
5度乃至±60度の角度に配された、ことを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The high strength composite structural member of the present invention is a tubular or hollow composite structure having various cross-sectional shapes such as an elongated shape, a circular shape, a rectangular shape, a square shape, or the like. An elongate tubular composite member having a plurality of layers, each layer being defined by a single fiber component disposed within a polymer matrix, wherein the elongate tubular composite member is ± 30 degrees to ± ± relative to a longitudinal axis of the tubular composite member. At least one inner layer having fibers arranged at an angle of 90 degrees, and at least one outer layer having fibers arranged at an angle of ± 30 degrees to ± 90 degrees with respect to the longitudinal axis of the tubular composite member;
A generally axially extending first fiber, a clockwise extending first braided fiber component, and a counterclockwise extending second braided fiber intermingled with the first braided fiber component. At least one intermediate layer having a component, wherein the fibers of the first braided fiber component and the second braided fiber component are ± with respect to the longitudinal axis of the tubular composite member.
It is characterized by being arranged at an angle of 5 degrees to ± 60 degrees.

周方向のファイバーは、破砕強さを与え、軸方向に伸
張するファイバーを補強し、座屈破損を防ぐ。破砕強さ
に対する抵抗は、ファイバー方向と部材の長手方向の軸
との間の角度の(cosin)あるいは(sin)の関数と
して示される。
The circumferential fibers provide crush strength and reinforce the axially extending fibers to prevent buckling failure. The resistance to crush strength is shown as a function of (cosin) 2 or (sin) 2 of the angle between the fiber direction and the longitudinal axis of the member.

複合構造体は、更に、各組間に周方向の間隙を形成す
るように、周方向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わさ
れた、軸方向に伸張する第二のファイバーを更に備え、
軸方向に伸張する第一のファイバーが周方向の間隙に配
置されている。軸方向に伸張する第一のファイバー及び
第二のファイバーの組合せにより、複合体全体に渡っ
て、壁の厚さがほとんど均一になるように構成される。
The composite structure further comprises an axially extending second fiber, which is assembled in a plurality of circumferentially-spaced fibers so as to form a circumferential gap between each pair,
A first axially extending fiber is disposed in the circumferential gap. The combination of the axially extending first and second fibers is configured to provide a nearly uniform wall thickness throughout the composite.

図面の簡単な説明 図1は、着脱可能なマンドレルを用いて製造される、
本発明に従う複合部材の、部分破断側面図である。
Brief Description of the Drawings Figure 1 is manufactured using a removable mandrel,
FIG. 3 is a partially cutaway side view of a composite member according to the present invention.

図2は、本発明の複合部材の形成過程で、前記複合体
の最内層を示す、断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing the innermost layer of the composite in the process of forming the composite member of the present invention.

図3は、本発明の複合部材の形成過程で、最内層並び
に中間層の一部を構成する軸方向の第一ファイバーを示
す、断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an axial first fiber which constitutes part of the innermost layer and the intermediate layer in the process of forming the composite member of the present invention.

図4は、本発明の複合部材の形成過程で、最内層並び
に中間層を示す、断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the innermost layer and the intermediate layer in the process of forming the composite member of the present invention.

図5は、内層、中間層及び外層から成る、本発明の複
合部材の断面図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view of a composite member of the present invention including an inner layer, an intermediate layer and an outer layer.

図6は、図4の中間層の部分詳細断面図である。  FIG. 6 is a partial detailed cross-sectional view of the intermediate layer of FIG.

図7は、本発明の複合部材から製造される、帆船マス
トの概略図である。
FIG. 7 is a schematic view of a sailboat mast manufactured from the composite member of the present invention.

図8は、本発明に従う複合構造部材の製造方法を示す
概略図である。
FIG. 8 is a schematic view showing a method for manufacturing a composite structural member according to the present invention.

図9は、様々な複合構造に関して、複合部材の長さと
最大曲げひずみとの関係を示すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the length of a composite member and the maximum bending strain for various composite structures.

図10は、軸方向のブレードフィラメントのうち一本を
示す、図6の複合部材断面を90゜回転させた断面図であ
る。
10 is a cross-sectional view of one of the axial blade filaments, with the cross section of the composite member of FIG. 6 rotated 90 degrees.

発明の詳細な説明 本発明の複合構造部材は、ポリマー・マトリックス内
に配置されたファイバー成分を含む、複数の層から形成
されている。複合体のこの独特な層配列が、部材に大き
な強度を与える要因である。前記複合部材は、多くの場
合、細長く、円形、楕円形、長方形、正方形、多角形
等、様々な断面形状を有する管状構造体である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The composite structural member of the present invention is formed from multiple layers that include fiber components disposed within a polymer matrix. This unique layer arrangement of the composite is what gives the member great strength. The composite member is often a tubular structure having various cross-sectional shapes such as elongated, circular, elliptical, rectangular, square and polygonal shapes.

本発明に従う複合部材は、軽量で大きな強度を持つこ
とが要求される部分、例えば、帆船マストあるいはブー
ム、アンテナ等に、用いられる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The composite member according to the present invention is used for a part that is required to be lightweight and have high strength, for example, a mast or a boom of a sailboat, an antenna or the like.

図1は、本発明の複合部材10を形成する複数の層状構
造の、ファイバー成分配列を示す。図1に示されるよう
に、着脱可能なマンドレル上で製造される複合部材10
は、ポリマー・マトリックス内に埋め込まれたファイバ
ー成分を含む複数の層から形成される。図2から図5に
も示される内層16は、複合部材の長手方向の軸20に対し
て、±30゜ないし±90゜の角度に配置される、周方向の
ファイバー成分18を備える。この周方向の成分が、複合
部材に、周方向強さを与えるが、この周方向強さは、90
゜の方向で最大となり、角度が減少するにつれ、次第に
小さくなる。故に、長手方向の軸20に対するファイバー
成分18の配列方向角度は、望ましくは、±60゜から±90
゜の間、更に望ましくは、±80゜から±90゜の間であ
る。また、ファイバー成分は、好ましくは、4ないし10
本の連続単一方向性ストランドを含むように構成され
る。例えば、小型帆船マストを製造する場合、ファイバ
ー成分18は、約8本のファイバーストランドから形成さ
れる。更に、周方向の剛性と座屈強さを改善する目的
で、編み込みあるいは織り込みファイバー成分18(図示
しない)を用いてもよい。
FIG. 1 shows a fiber component array of a plurality of layered structures forming the composite member 10 of the present invention. As shown in FIG. 1, a composite member 10 manufactured on a removable mandrel.
Are formed from multiple layers that include fiber components embedded within a polymer matrix. Inner layer 16, also shown in FIGS. 2-5, comprises circumferential fiber components 18 arranged at an angle of ± 30 ° to ± 90 ° with respect to the longitudinal axis 20 of the composite member. This circumferential component gives the composite member circumferential strength, which is 90
It becomes maximum in the direction of ° and becomes smaller as the angle decreases. Therefore, the orientation angle of the fiber components 18 with respect to the longitudinal axis 20 is preferably ± 60 ° to ± 90 °.
, And more preferably between ± 80 ° and ± 90 °. The fiber component is preferably 4 to 10
It is configured to include a continuous unidirectional strand of books. For example, when manufacturing a small sailboat mast, the fiber component 18 is formed from about eight fiber strands. Further, a braided or woven fiber component 18 (not shown) may be used to improve circumferential stiffness and buckling strength.

複合構造体の製造に通常用いられている様々なファイ
バーの何れかにより、ファイバー成分を構成すればよい
が、1,000万psi以上の係数を持つようなファイバーを用
いることが好ましい。望ましいファイバー素材として、
アラミド、カーボン(炭素)、グラファイト(黒鉛)、
及び、ガラスが挙げられるが、多くの用例で特に好まし
い素材は、オーウェンズ−コーリング社からE−ガラス
の商標で販売されているガラス繊維(ガラス繊維)であ
る。ファイバー成分18の好ましい繊維直径は、約0.007
ないし0.040インチの範囲である。直径が小さな方が構
造強度を増大させることができるが、大きな直径の方が
加工性に優れている。
The fiber component may be composed of any of the various fibers commonly used in the manufacture of composite structures, but it is preferred to use fibers having a coefficient of 10 million psi or more. As a desirable fiber material,
Aramid, carbon, graphite,
And, although glass may be mentioned, a particularly preferred material for many applications is glass fiber sold under the trademark E-Glass by the Owens-Calling Company. The preferred fiber diameter of fiber component 18 is about 0.007.
To 0.040 inches. The smaller the diameter, the greater the structural strength, but the larger the diameter, the better the workability.

通常、最内層16は、周方向に伸張するファイバー成分
18を含むただ一つの内層として構成されているが、より
大きな強度並びに剛性を持つ構造部材を形成する必要が
ある場合には、内層を周方向のファイバーを有する2層
以上の層状構造から構成してもよい。内層が多重層から
形成される場合には、各層の周方向のファイバーが、長
手方向の軸20に対して、上記範囲内の同一の角度で、且
つ、正反対の方向に、配置されることが望ましい。
Usually, the innermost layer 16 is a fiber component that extends in the circumferential direction.
Although it is constructed as a single inner layer containing 18 layers, if it is necessary to form a structural member having greater strength and rigidity, the inner layer should be composed of two or more layered structure having circumferential fibers. May be. When the inner layer is formed of multiple layers, the circumferential fibers of each layer may be arranged at the same angle within the above range with respect to the longitudinal axis 20 and in opposite directions. desirable.

周方向の内層16のすぐ外側には、一層ないし多層の中
間層が形成される。図1及び図3ないし図6に、一層の
中間層22を含む実施例を示す。中間層22は、軸方向に伸
張する、2つの独立したファイバー成分24及び30を備え
る。軸方向に伸張する第一のファイバー成分24は、複数
の非編み込み連続ファイバー24Aから成り、前記ファイ
バー24Aは、図3に示すように、空隙28により隔てられ
た、各組26ごとに、複合体10の周回りに配置される。個
々のファイバー24Aは、複合部材10の全長に渡って伸張
し、複合体の長手方向の軸20に対して約0゜の角度をも
って配置される。各組26は、周方向に互いに隣接して置
かれた2本の軸方向のファイバー24Aから構成されてい
る。また、各組26は、周方向の空隙28により互いに隔て
られ、複合体の周上、等間隔に配置される。複合部材10
の間隙28は、均一の幅を持つように規定され、この寸法
は、適用部位に応じて選択される。本発明に従う複合構
造部材の径が、全体的あるいは部分的にテーパしている
ことが多いが、このような場合には、空隙28の寸法は、
テーパ部分の全長に渡って均一に変化する。
Immediately outside the inner layer 16 in the circumferential direction, one or more intermediate layers are formed. 1 and 3-6 show an embodiment including a single intermediate layer 22. The middle layer 22 comprises two independent fiber components 24 and 30 extending axially. The axially extending first fiber component 24 comprises a plurality of non-braided continuous fibers 24A, said fibers 24A being in each set 26 separated by a void 28, as shown in FIG. It is arranged around 10 laps. The individual fibers 24A extend the entire length of the composite member 10 and are positioned at an angle of about 0 ° with respect to the composite longitudinal axis 20. Each set 26 consists of two axial fibers 24A placed circumferentially adjacent to each other. Further, the groups 26 are separated from each other by a gap 28 in the circumferential direction, and are arranged at equal intervals on the circumference of the composite. Composite member 10
The gap 28 is defined to have a uniform width, the dimensions of which are selected according to the application site. The diameter of the composite structural member according to the present invention is often tapered wholly or partially. In such a case, the dimension of the void 28 is
It changes uniformly over the entire length of the tapered portion.

軸方向の第二のファイバー成分30は、複合体10の周
上、空隙28を隔てて配置される、軸方向の第二のファイ
バー32から構成される。軸方向の第一のファイバー24A
と同様、軸方向の第二のファイバー32も、各組34ごとに
配列され、各組には、通常、二本の独立ファイバー32が
含まれる。所定の複合体において、組34の数が組26の数
と同一になるように構成してもよい。即ち、この場合に
は、軸方向の第一及び第二のファイバー24A、32から成
る組26及び34が、複合体10の周上に交互に、且つ、各組
のファイバーがそれぞれ複合部材10の長手方向の軸20に
対して約0゜の角度をもつように、配置される。
The second axial fiber component 30 is composed of a second axial fiber 32 that is arranged on the circumference of the composite body 10 with a gap 28 therebetween. Axial primary fiber 24A
Similarly, a second axial fiber 32 is also arranged in each set 34, each set typically including two independent fibers 32. In a given composite, the number of sets 34 may be the same as the number of sets 26. That is, in this case, the groups 26 and 34 of the first and second fibers 24A and 32 in the axial direction are alternately arranged on the circumference of the composite body 10, and each fiber group of the composite body 10 is formed. It is arranged at an angle of about 0 ° with respect to the longitudinal axis 20.

所定の複合部材を構成する軸方向の第一のファイバー
24Aの数は、複合体の直径及びその最終利用法によって
決められる。所定の複合体における軸方向のファイバー
24Aの数は、軸方向の編み込みファイバー32の数の5%
ないし100%であればよいが、更に好ましくは、軸方向
のファイバー32の数の40%ないし100%である。テーパ
している複合部材10においては、各成分24及び30のファ
イバー数は、層の厚さを均一に保つように、あるいは、
所望の層厚さとなるように、テーパの全長に渡って変化
する。
The first axial fiber that makes up a given composite member
The number of 24A is determined by the diameter of the composite and its end use. Axial fiber in a given composite
24A is 5% of the number of axial braided fibers 32
However, it is more preferably 40% to 100% of the number of the fibers 32 in the axial direction. In the tapered composite member 10, the number of fibers in each component 24 and 30 is such that the layer thickness remains uniform, or
It varies over the entire length of the taper to give the desired layer thickness.

軸方向の非編み込みファイバー24Aの各組26は、軸方
向のファイバー32との兼合で複合体の全長に渡ってほぼ
均一な厚さの壁を形成するように、互いに、所定の距離
隔てて、周上に配置される。例えば、48本の軸方向のフ
ァイバー32(例:BASF G−500 12Kファイバー)を含
む、2インチ直径の複合管体を作成する場合、2本ずつ
組になって、複合体の周上に等間隔で配置される、24本
の軸方向のファイバー24A(例:BASF G30−50012Kファ
イバー)の各組間の望ましい間隔は、約0.50インチであ
る。
Each set 26 of axial non-braided fibers 24A is separated from each other by a predetermined distance so that it combines with the axial fibers 32 to form a wall of substantially uniform thickness over the entire length of the composite. , Arranged on the circumference. For example, when making a 2 inch diameter composite tube containing 48 axial fibers 32 (eg, BASF G-500 12K fiber), make 2 pairs each, such as on the circumference of the composite. The preferred spacing between each set of 24 axial fibers 24A (eg, BASF G30-50012K fiber), which are spaced, is about 0.50 inches.

更に、図1及び図4ないし図6に示されるように、軸
方向の第二のファイバー成分30は、2本の螺旋方向のヤ
ーン36A及び36Bから成る編み込みファイバー成分36と係
合する。軸方向第二のファイバー32の各々が編み込みヤ
ーン36A、36Bの間に挟まれるように、ヤーン36A、36Bを
軸方向第二のファイバー32と混交させる。編み込みヤー
ン36A、36Bは、軸方向の第一のファイバー24Aとは混交
せず、図6及び図10に示すように、ファイバー24Aの表
面上を通る。
Further, as shown in FIGS. 1 and 4-6, the axial second fiber component 30 engages a braided fiber component 36 comprised of two helical yarns 36A and 36B. The yarns 36A, 36B are intermixed with the axial second fibers 32 such that each of the axial second fibers 32 is sandwiched between the braided yarns 36A, 36B. The braided yarns 36A, 36B do not mix with the axial first fiber 24A and pass over the surface of the fiber 24A, as shown in FIGS. 6 and 10.

軸方向の第二のファイバー32としては、ほぼまっすぐ
で、ヤーン36A、36Bと混交しても、うねり、たわみ等の
ヒダを生じない、最大強さを与えるものが望ましい。こ
れに応じて、各編み込みヤーン36A、36Bが、軸方向のフ
ァイバー32回りに、層の厚み全体に渡って縒り合わせら
れるように、各ヤーンの径方向の振幅を大きく取る必要
がある。
As the second fiber 32 in the axial direction, it is desirable that the second fiber 32 be substantially straight and give maximum strength without causing folds such as waviness and bending even when mixed with the yarns 36A and 36B. Accordingly, the radial amplitude of each yarn must be large so that each braided yarn 36A, 36B can be twisted around the axial fiber 32 over the entire layer thickness.

各ヤーン36A、36Bは、連続で、複合部材10の全長に渡
って伸張するものが望ましい。但し、非連続編み込みヤ
ーンを縒り継いだり、重ね合わて、用いてもよい。更
に、好ましくは、ヤーン36A、36Bが、長手方向の軸20に
対して、±5゜ないし±60゜の角度で配置される。図10
に示されるように、波形に走る軸方向のファイバー32の
波長λは、2本の同じ種類の編み込みファイバー間、例
えば、2本の編み込みファイバー36A間の距離に等し
い。前記波形の波長は、軸方向の第二のファイバー32の
直径並びに弾性係数、更に、マトリックス14の素材の係
数と強さに基づいて決定される。最適波長が長くなれば
なるほど、ファイバー32とマトリックス14は、より大き
なひずみ力に耐えることができるようになる。望ましい
波長λは、約0.10ないし1.00インチである。
It is desirable that each yarn 36A, 36B be continuous and extend over the entire length of the composite member 10. However, the non-continuous knitted yarns may be twisted and spliced or overlapped and used. Further, preferably, the yarns 36A, 36B are arranged at an angle of ± 5 ° to ± 60 ° with respect to the longitudinal axis 20. Figure 10
, The wavelength λ of the corrugated axial fiber 32 is equal to the distance between two braid fibers of the same type, eg, between two braid fibers 36A. The wavelength of the waveform is determined based on the axial diameter and the elastic coefficient of the second fiber 32, as well as the coefficient and strength of the material of the matrix 14. The longer the optimal wavelength, the more the fiber 32 and matrix 14 can withstand greater strain forces. The preferred wavelength λ is about 0.10 to 1.00 inches.

本発明に従う所定の複合構造体において、軸方向の第
一及び第二のファイバー24A、32は、同一の直径をも
ち、同じ材料から形成される。これら軸方向のファイバ
ーの直径は、部分的に複合構造体の直径に基づいて決ま
り、その望ましい範囲は、0.07から0.040インチであ
る。軸方向の第一及び第二のファイバー24A、32は、ポ
リエチレン、カーボン、グラファイト、セラミック、ボ
ロン、アラミド、ガラス等、多くのファイバー素材の何
れかで構成されたものであればよい。特に大きな強度が
必要とされる場合には、3,400万psi以上の係数、最大応
力500ksi、最小ひずみ1.4%である、カーボン等のファ
イバー素材が好適に用いられる。また、1ヤーン当りの
フィラメント数約12,000、約615yd/lb(0.807g/m)の歩
留り、3,000万psi以上の係数をもつカーボンファイバー
が、多くの適用例で好適に用いられる。このようなファ
イバーの一例としては、BASFからセリオン・カーボンフ
ァイバーG30−50012Kの商標で販売されているファイバ
ーが挙げられる。
In a given composite structure according to the present invention, the axial first and second fibers 24A, 32 have the same diameter and are made of the same material. The diameter of these axial fibers is based in part on the diameter of the composite structure, with a preferred range of 0.07 to 0.040 inches. The axial first and second fibers 24A, 32 may be made of any of many fiber materials such as polyethylene, carbon, graphite, ceramics, boron, aramid, and glass. When particularly high strength is required, a fiber material such as carbon having a coefficient of 34 million psi or more, a maximum stress of 500 ksi and a minimum strain of 1.4% is preferably used. Carbon fibers having a filament count of about 12,000, a yield of about 615 yd / lb (0.807 g / m), and a coefficient of 30 million psi or more are preferably used in many application examples. One example of such a fiber is the fiber sold by BASF under the trademark Cerion Carbon Fiber G30-50012K.

編み込みヤーン36A、36Bの直径は、軸方向のファイバ
ー24A、32の直径より小さく、特に望ましくは、25%以
上小さい。即ち、編み込みヤーン36A、36Bの直径は、約
0.005ないし0.015インチの範囲である。編み込みヤーン
36A、36Bは、アラミド、ガラス、カーボン、グラファイ
ト等、多くのファイバー素材の何れかから構成されたも
のであればよい。編み込みヤーン36A、36Bの材料として
望ましいものとしては、例えば、オーウェン・コーニン
グからS−2ガラスの商標で販売されているガラス繊維
が挙げられる。更にいえば、1,000万psi以上の係数及び
600ksiの最大応力をもつファイバーが望ましい。
The diameter of the braided yarns 36A, 36B is smaller than the diameter of the axial fibers 24A, 32, particularly preferably 25% or more smaller. That is, the diameter of the braided yarns 36A and 36B is about
The range is 0.005 to 0.015 inches. Braided yarn
36A and 36B may be made of any of many fiber materials such as aramid, glass, carbon and graphite. Preferred materials for the braided yarns 36A, 36B include, for example, glass fibers sold under the trademark S-2 Glass by Owen Corning. Furthermore, a coefficient of 10 million psi or more and
A fiber with a maximum stress of 600 ksi is desirable.

本発明に従う複合構造部材は、多くの適用例におい
て、単一の中間層22を備えていればよいが、2層以上の
中間層22にすることが更に望ましい。例えば、小型帆船
マストには、通常、3層の中間層22が組み入れられる。
3層の中間層22を備える柔軟性の高い部材10を製造する
場合には、外側の2層を同一にして、最内層だけ軸方向
のファイバーの数24A、32を減らすようにするとよい。
このような構成により、軸方向の剛性、曲げ強さ、並び
に、周方向の破壊強さを大きくすることができる。
The composite structural member according to the present invention may have a single intermediate layer 22 in many applications, but more preferably two or more intermediate layers 22. For example, small sailboat masts typically incorporate three intermediate layers 22.
When manufacturing a highly flexible member 10 with three intermediate layers 22, it is advisable to make the outer two layers identical and reduce the number of axial fibers 24A, 32 by only the innermost layer.
With such a configuration, the rigidity in the axial direction, the bending strength, and the breaking strength in the circumferential direction can be increased.

図1及び図5に示すように、ファイバーを含む外層38
が、中間層22のすぐ外側に隣接して固着される。外層38
も、同様に、ポリマー樹脂等からなるマトリックス内に
埋め込まれた、周方向のファイバー成分40を含む(図1
参照)。外層のファイバー成分40は、内層のファイバー
成分18と同じ角度をもつように配置されるが、その巻き
付け方向は、ファイバー成分18の巻き付け方向と正反対
になる。このように構成することにより、部材10に、径
方向荷重及び破砕荷重に耐え得る充分な強さを与えるこ
とができる。内層のファイバー成分18と同一の径を持つ
ように、且つ、同じファイバー素材から、外層のファイ
バー成分40を形成することが好ましい。通常、単一の外
層が用いられるが、適用に応じて、2層以上の外層とす
ることもできる。
As shown in FIGS. 1 and 5, the fiber-containing outer layer 38
Are affixed adjacent to and just outside the intermediate layer 22. Outer layer 38
Also includes a circumferential fiber component 40 embedded within a matrix of polymeric resin or the like (FIG. 1).
reference). The outer layer fiber component 40 is arranged at the same angle as the inner layer fiber component 18, but its winding direction is opposite to the winding direction of the fiber component 18. With this configuration, the member 10 can be given sufficient strength to withstand the radial load and the crushing load. It is preferable to form the fiber component 40 of the outer layer so as to have the same diameter as the fiber component 18 of the inner layer and from the same fiber material. Usually a single outer layer is used, but more than one outer layer can be used depending on the application.

内層16及び最外層38の引っ張り弾性係数が、複合体の
軸方向の総弾性係数(0度の方向で測定)の各々25%未
満となるように構成する。1層あるいは多層の中間層22
との組合せにより、そのバランスを調整する。
The inner layer 16 and the outermost layer 38 are each configured to have a tensile modulus of elasticity of less than 25% of the total axial modulus of elasticity of the composite (measured in the 0 degree direction). One or multiple intermediate layers 22
The balance is adjusted by combining with.

過激な外的条件に曝される場合、例えば、破損片ある
いはその他高速の物体から衝撃を受ける可能性のある場
合には、ファイバー成分18を、約4,350万psiの係数と1.
66%の最大ひずみを有する、BASF G40−700等のカーボ
ン・ヤーンで、また、ファイバー成分38を、50万(500,
000)psi以上の最大応力と1,200万psi以上の引っ張り係
数を有する、デュポン社のケブラーHTあるいはケブラー
29等のアラミド・ファイバーで構成することが望まし
い。また、外層のファイバーを混交、編み込み、あるい
は、織り込むことにより、更に大きな衝撃強さを与える
ことができる。
When exposed to extreme external conditions, e.g., where it may be impacted by debris or other high velocity objects, the fiber component 18 should have a modulus of about 43.5 million psi and 1.
Carbon yarn, such as BASF G40-700, which has a maximum strain of 66%, and a fiber component 38 of 500,000 (500,
DuPont Kevlar HT or Kevlar with a maximum stress of 000) psi or more and a tensile modulus of 12 million psi or more
It is desirable to use 29 aramid fiber. Further, by mixing, knitting, or weaving the fibers of the outer layer, it is possible to give a larger impact strength.

上述のように、複合部材10の各層は、ポリマー等のマ
トリックス14及びその中に配列されるファイバー成分か
ら構成されている。マトリックスは、通常、全ての層で
同一で、その素材は、強度並びに信頼性の高い複合部材
を与えるべく、複数のファイバー成分18、24、30、及
び、40に充分浸透し、これと結合できるものであればよ
い。大きな強度を持つ、周知の熱硬化性あるいは熱可塑
性ポリマーを、ポリマー・マトリックス素材として好適
に用いることができる。熱硬化性ポリマーの例として
は、無水物、ポリアミド、脂肪族アミン等周知の硬化剤
で硬化することのできる、エポキシ、ビニルエステル、
ポリエステル等が挙げられる。また、熱可塑性ポリマー
の例としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリエー
テルスルフォン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロ
ン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、アセタール、
ポリエーテルエーテルケトン等が挙げられる。特に好ま
しいポリマー・マトリックス材料は、無水化合物で硬化
される、低粘度のエポキシ樹脂である。例えば、ダウ・
ケミカル社により製造され、D.E.R330エポキシ樹脂の商
標で販売されている、エポキシ樹脂を用いることができ
る。また、このようなエポキシ樹脂の無水硬化剤、即
ち、触媒として、テトラヒドロフタル酸メチル無水物を
用いることができる。
As mentioned above, each layer of composite member 10 is comprised of a matrix 14 of polymer or the like and the fiber components arranged therein. The matrix is usually the same for all layers, and the material is capable of penetrating and bonding with multiple fiber components 18, 24, 30, and 40 to provide a strong and reliable composite member. Anything will do. Well-known thermosetting or thermoplastic polymers having high strength can be preferably used as the polymer matrix material. Examples of thermosetting polymers include epoxies, vinyl esters, which can be cured with known curing agents such as anhydrides, polyamides, aliphatic amines,
Examples thereof include polyester. Examples of thermoplastic polymers include polyphenylene sulfide, polyether sulfone, polyethylene terephthalate, nylon, polypropylene, polycarbonate, acetal,
Examples thereof include polyether ether ketone. A particularly preferred polymer matrix material is a low viscosity epoxy resin that is cured with an anhydrous compound. For example, Dow
Epoxy resins manufactured by Chemical Company and sold under the trademark DER330 epoxy resin can be used. Further, methyl tetrahydrophthalate anhydride can be used as such an anhydrous curing agent for epoxy resin, that is, as a catalyst.

本発明の複合構造部材の層状構造の利点の一つは、中
間層22の層配列により、複合体10全体に渡って壁厚さを
均一にすることができる、ということである。軸方向の
第一のファイバー成分24が、軸方向の第二のファイバー
32の各組34間に形成された空隙を、効果的に埋めてい
る。このような空隙が存在すれば、表面及びその厚さが
不均一になり、複合体の曲げ強さ、捻り強さ、及び径方
向の強さを減少させる結果につながる。図9のグラフ
に、本発明に従い製造された複合体とそれ以外の構造体
における、複合体長さと最大ひずみとの関係を示す。曲
線Aは、本発明に従い製造された複合体の曲げ強さを示
しているが、この曲線からも、本発明の構造により、曲
げ強さが改善されることが、明白に示される。曲線B
は、軸方向の第一のファイバー成分24を含まないことを
除いては、同様に構成された、複合体の曲げ強さを示
す。曲線Cは、周方向のファイバー成分18、38及び軸方
向のファイバー成分24を含まないことを除いては、曲線
Aの複合体と同様に構成された複合体の曲げ強さを示
す。
One of the advantages of the layered structure of the composite structural member of the present invention is that the layer arrangement of the intermediate layer 22 allows for uniform wall thickness throughout the composite 10. The first axial fiber component 24 is replaced by the second axial fiber
The voids formed between each set 34 of 32 are effectively filled. The presence of such voids results in a non-uniform surface and its thickness, resulting in a decrease in flexural strength, torsional strength, and radial strength of the composite. The graph of FIG. 9 shows the relationship between the composite length and the maximum strain in the composite manufactured according to the present invention and the other structures. Curve A shows the bending strength of the composites produced according to the invention, which again clearly shows that the structure according to the invention improves the bending strength. Curve B
Indicates the flexural strength of a similarly constructed composite, except that it does not include the axial first fiber component 24. Curve C shows the flexural strength of a composite constructed similarly to the composite of curve A, except that it does not include circumferential fiber components 18, 38 and axial fiber component 24.

本発明に従い製造された複合体は、壁厚さの均一性が
高く、その結果、大きな曲げ強さを有している。更に、
Z方向、即ち、径方向、厚さ方向の成分である編み込み
ファイバー成分36が、層間の結合をより強固なものと
し、複合体の強さの増大に大きく貢献している。また、
大きな係数を持つ軸方向のファイバーのヒダを少なくす
ることにより、他の混交あるいは編み込み複合構造体に
比べ、マトリックスに掛かる応力が小さくなっている。
このように、本発明の構成は、重量を増加させることな
く、複合部材の曲げ強さを大きくすることができ、本発
明に従い製造された、軽量、且つ、高強度の複合体は、
様々な部位に適用可能である。
The composites produced according to the invention have a high wall thickness uniformity and, as a result, a high bending strength. Furthermore,
The braided fiber component 36, which is a component in the Z direction, that is, the radial direction and the thickness direction, strengthens the bond between the layers and contributes greatly to the increase in the strength of the composite. Also,
By reducing the pleats of the axial fibers having a large modulus, the stresses on the matrix are reduced compared to other mixed or braided composite structures.
Thus, the structure of the present invention can increase the bending strength of the composite member without increasing the weight, and the lightweight and high-strength composite manufactured according to the present invention is
It can be applied to various parts.

本発明の複合体は、特に、0.25%以上の曲げひずみ
(元の長さに対する全長の比の変化により規定され、通
常、ひずみ計で測定される)に耐える必要のある部位に
適している。例えば、本発明の複合構造部材は、スキー
のストック、ヨット・スパー、ゴルフクラブのシャフ
ト、棒高跳びの棒、釣竿、釣り船用張り出し材、オール
のシャフト、パドルのシャフト、ホッケースティックの
シャフト、野球用バット、グライダー構造部材等、軽量
で高強度、特に大きな曲げ強さが要求される部位に、好
適に用いられる。また、このような複合材料を、構造配
管に用いることもできるし、航空機及び航空宇宙船の構
造部材、自動車の構造部材、管状収容体、ねじりバネ、
板バネ、ロボット等の製造に利用することもできる。更
に、通信アンテナ、海洋建造物、並びに、車椅子、杖、
担架、人工装具等の医療付属品に用いることもできる。
本発明の複合体の特に好ましい適用例として、帆船及び
小型帆船のマスト構造体が挙げられる。
The composites of the invention are particularly suitable for sites that have to withstand a bending strain of 0.25% or more (defined by the change in the ratio of the total length to the original length, usually measured with a strain gauge). For example, the composite structural members of the present invention include ski poles, yacht spars, golf club shafts, pole vault rods, fishing rods, fishing boat overhangs, oar shafts, paddle shafts, hockey stick shafts, and baseball bats. , Glider structure members, etc., and is suitably used for parts that are lightweight and have high strength, and particularly high bending strength. Further, such a composite material can also be used for structural piping, structural members of aircraft and aerospace vehicles, structural members of automobiles, tubular containers, torsion springs,
It can also be used for manufacturing leaf springs, robots and the like. In addition, communication antennas, marine structures, wheelchairs, canes,
It can also be used for medical accessories such as stretchers and prostheses.
Particularly preferred applications of the composite of the invention include mast structures for sailboats and small sailboats.

図7は、本発明の技術に従い製造され、帆船マスト等
の帆柱の製作に用いられる、スパー42を示す。スパー42
は、(図示されない)帆を支持する、直立の管状ポスト
44を備える。スパー42は、単一の内層、3層からなる中
間層、及び単一の外層を含む、上述のような複合体によ
り構成されている。ポスト44の直径は、スパー全長の約
半分に渡り同一で、残りの半分の長さに渡って、均一な
割合で先細りにテーパしている。スパーのテーパ部分の
径は、約2.0から0.85インチの範囲で変化する。ポスト4
4を構成する層及びマトリックスに加え、スパー42を、
更に、ポリウレタン等からなる環境保護塗料で覆うよう
に構成してもよい。この場合、直射日光によるマトリッ
クス素材の劣化を防ぐために、紫外線吸収剤を塗料に加
えてもよい。
FIG. 7 illustrates a spar 42 manufactured in accordance with the techniques of the present invention and used in the fabrication of sail columns such as sailboat masts. Spar 42
Is an upright tubular post supporting a sail (not shown)
With 44. The spar 42 is constructed of a composite as described above, including a single inner layer, a three-layered middle layer, and a single outer layer. The diameter of the post 44 is the same for about half the total length of the spar, and tapers at a uniform rate over the other half. The diameter of the tapered portion of the spur varies from about 2.0 to 0.85 inches. Post 4
In addition to the layers and matrix that make up 4, spar 42,
Further, it may be configured to be covered with an environmental protection paint such as polyurethane. In this case, in order to prevent deterioration of the matrix material due to direct sunlight, an ultraviolet absorber may be added to the paint.

(図示しない)ブームを取り付ける等、局部的に掛か
る過剰の曲げ力に耐え得るように、スパー42は、補強さ
れた中間ブーム部46が設けられている。様々なブームの
位置並びに帆のデザインに対応できるように、ポスト44
は、約40インチの長さに渡って、補強されている(図7
参照)。補強されたブーム部46は、樹脂が含浸し、スパ
ーに成形テープで接着される、約8.75オンス/ヤード
のガラス織物(例:E−ガラス)で外側を覆われている。
ブーム部46の直径は、補強しない場合、約0.065インチ
であり、補強すると、壁の厚みが約0.015インチ増大す
る。ブーム部を補強することにより、スパーの周方向の
剛性が大きくなり、ブームのスパーへの取り付けに起因
する局所負荷に耐えることができるようになる。また、
ブーム部46に用いられる補強織物は、同じ種類で同じ層
厚さを有する不織混ファイバー層と比べ、負荷を分散さ
せるため、より大きな局所負荷に耐え得るという、利点
がある。但し、図7に示される補強ブーム部46は、適用
例によっては有用であるが、本発明に従う複合体から製
造される帆船マストすべてに必ずしも必要というわけで
はない。
The spar 42 is provided with a reinforced intermediate boom portion 46 to withstand excessive bending forces applied locally, such as attaching a boom (not shown). Post 44 to accommodate different boom positions and sail designs
Is reinforced over a length of approximately 40 inches (Fig. 7
reference). The reinforced boom section 46 is impregnated with resin and is bonded to the spar with molding tape, approximately 8.75 oz / yard 2
The outside is covered with a glass fabric (eg, E-glass).
The diameter of the boom portion 46 is approximately 0.065 inches without reinforcement, which increases wall thickness by approximately 0.015 inches. By reinforcing the boom portion, the rigidity of the spar in the circumferential direction is increased, and it becomes possible to withstand the local load caused by the attachment of the boom to the spar. Also,
The reinforcing fabric used for the boom portion 46 has the advantage of being able to withstand a larger local load because it disperses the load compared to non-woven mixed fiber layers of the same type and having the same layer thickness. However, the reinforced boom portion 46 shown in FIG. 7, although useful in some applications, is not necessary for all sailboat masts made from the composite according to the present invention.

図8は、本発明に従う複合構造部材を製造するため
の、複合体組立装置49を示す。本発明の複合構造部材を
形成する様々な層を、マンドレルあるいは型50の回りに
巻き付けて、部材を製造するが、マンドレルの形は複合
体により決まる。本発明の製造過程で用いられるマンド
レル50は、テーパしているものでも、していないもので
もよく、また、アルミニウム、スチール、プラスチッ
ク、ゴム等の素材から作られる。中空でも、中実でもよ
いが、中空のマンドレルの方が好ましい。
FIG. 8 shows a composite assembly apparatus 49 for manufacturing composite structural members according to the present invention. The various layers forming the composite structural member of the present invention are wrapped around a mandrel or mold 50 to make the member, the shape of the mandrel being determined by the composite. The mandrel 50 used in the manufacturing process of the present invention may or may not be tapered, and is made of a material such as aluminum, steel, plastic or rubber. It may be hollow or solid, but a hollow mandrel is preferred.

図8に示すように、マンドレル50の回りに様々なファ
イバー及びポリマー・マトリックス層を張り付け、巻き
付けるための一連のステーションを横切るような形で、
マンドレル50を複合体製造ライン内に配置する。まず、
ステーション52により、内層16のファイバー18がマンド
レル50上に巻き付けられる。ステーション52は、マンド
レル50の横断方向56と平行な軸を中心として回転する、
複数のファイバー・パッケージ54(例えば、4ないし8
パッケージ)を保持する装置を備える。マンドレル50の
横断速度と、ステーション52のファイバー・パッケージ
54の回転速度(rpm)との比により、内層16のファイバ
ー量とその方向が決まる。例えば、帆船マストを製造す
る場合には、マンドレル50が組み立て装置49内を横切る
速度を約4フィート/分として、ステーション52の8個
のヤーン・パッケージの回転速度を、所定の設計要件及
び、複合体の所定の部分の直径に従い、40から175rpmま
で変化させる。ステーション52のすぐ次に、エポキシ等
の液状ポリマー樹脂を装置58Aから流し込み、内層のフ
ァイバー成分18全体に浸透・含浸させる。この場合、樹
脂とファイバーとの容積比が、50%以下であることが望
ましい。
As shown in FIG. 8, various fiber and polymer matrix layers are applied around the mandrel 50 and across a series of stations for wrapping,
The mandrel 50 is placed in the composite manufacturing line. First,
Stations 52 wrap the fibers 18 of inner layer 16 onto mandrel 50. Station 52 rotates about an axis parallel to transverse direction 56 of mandrel 50,
Multiple fiber packages 54 (eg 4 to 8)
A device for holding the package). Traverse speed of mandrel 50 and fiber package of station 52
The ratio to the rotational speed (rpm) of 54 determines the amount of fiber in the inner layer 16 and its direction. For example, when manufacturing a sailboat mast, the mandrel 50 traverses within the assembler 49 at about 4 feet per minute and the rotational speed of the eight yarn packages at station 52 is determined by the specified design requirements and combined Vary from 40 to 175 rpm depending on the diameter of a given part of the body. Immediately after the station 52, a liquid polymer resin such as epoxy is poured from the device 58A to penetrate and impregnate the entire fiber component 18 of the inner layer. In this case, the volume ratio of the resin to the fiber is preferably 50% or less.

マンドレル50が製造装置49内を更に横に進むと、次
に、フィラメント巻き付けステーション60により、第一
の中間層のファイバー成分が巻き付けられる。ヤーン・
パッケージ62Aにより軸方向の第一のファイバー24が、
そして、ヤーン・パッケージ62Bにより軸方向の第二の
ファイバー32が巻き付けられる。更に、ステーション60
において、(図示しない)混交装置により、編み込みヤ
ーン成分36A、36Bが巻き付けられる。ここで、ヤーン・
パッケージ62A、62Bの数が、各層に存在する軸方向のフ
ァイバー24、43の数と一致していることが望ましい。こ
の時、ステーション60の一部を形成する樹脂塗布装置58
Bから樹脂が流し込まれ、第一の中間層のマトリックス
が形成される。
As the mandrel 50 moves further across the manufacturing apparatus 49, the filament winding station 60 then winds the fiber component of the first intermediate layer. Yarn
The package 62A allows the axial first fiber 24 to
The yarn package 62B then wraps the axial second fiber 32. In addition, station 60
In, the knitting yarn components 36A, 36B are wrapped by a mixing device (not shown). Where yarn
It is desirable that the number of packages 62A, 62B be the same as the number of axial fibers 24, 43 present in each layer. At this time, the resin coating device 58 forming part of the station 60
The resin is poured from B to form the matrix of the first intermediate layer.

上述と同様の方法で、フィラメント巻き付けステーシ
ョン61、64において、それぞれ、第二並びに第三の中間
層が形成される。また、ステーション61及び64の一部を
形成する樹脂塗布装置58C、58Dにより、マトリックスを
形成するポリマー樹脂が流し込まれる。
In a manner similar to that described above, second and third intermediate layers are formed at filament winding stations 61 and 64, respectively. Further, the polymer resin forming the matrix is poured by the resin coating devices 58C and 58D forming part of the stations 61 and 64.

次に、マンドレル50は、ステーション52と同一のフィ
ラメント巻き付けステーション66を通過する。ステーシ
ョン66は、ステーション52と同様の方法で、外層38のフ
ァイバー成分を巻き付ける。但し、この場合、ステーシ
ョン66は、ステーション52と反対の方向に回転する。周
方向のファイバー層を巻き付けた後、装置58Eにより、
樹脂材料が流し込まれる。必要があれば、ここで(図示
しない)ステーションを追加し、周方向のファイバー層
を更に巻き付け、樹脂でコーティングしてもよい。
The mandrel 50 then passes through the same filament winding station 66 as station 52. Station 66 winds the fiber components of outer layer 38 in a manner similar to station 52. However, in this case, the station 66 rotates in the direction opposite to the station 52. After winding the circumferential fiber layer, the device 58E
Resin material is poured. If desired, additional stations (not shown) may be added here and the circumferential fiber layer may be further wrapped and coated with resin.

各フィラメント巻き付けステーションにおいて、巻き
付けた後、ファイバーが緩んだり移動したりせず、ぴん
と張られるように、ファイバーの引っ張りを調整する。
また、編み込みファイバー36の引っ張りは、約1lb/ファ
イバー以下の引っ張り力を保つ混交装置を用いて、調整
する。
At each filament winding station, the fiber tension is adjusted so that the fiber does not loosen or move after being wound and is taut.
Also, the tension of the braided fiber 36 is adjusted using a mixing device that maintains a pulling force of about 1 lb / fiber or less.

最後に、マンドレル50は、約1/2ないし3/4インチの幅
の熱可塑性テープ41をマンドレル50、即ち、層の回りに
巻き付ける、テープ巻き付け装置68を通過する。テープ
の引っ張り力を、3ないし15ポンドの間の値に保つこと
が、望ましい。テープの引っ張り力により、マンドレル
の回りに巻き付けられたフィラメント及び樹脂を成形
し、余分の樹脂を取り除くと同時に、フィラメントと樹
脂との間にトラップされた空気を追い出す。帆船マスト
の製造に特に有用なテープの例として、1/2インチ幅で2
mmの厚さの、シリコンコートされたポリエステルフィル
ムが挙げられる。
Finally, the mandrel 50 passes through a tape wrapping device 68 that wraps the thermoplastic tape 41 about 1/2 to 3/4 inch wide around the mandrel 50, or layer. It is desirable to keep the pulling force on the tape at a value between 3 and 15 pounds. The pulling force of the tape molds the filament and resin wrapped around the mandrel, removing excess resin and expelling the air trapped between the filament and resin. An example of a tape that is particularly useful in the manufacture of sailboat masts is 2 1/2 inch wide.
Mention may be made of mm-thick, silicon-coated polyester films.

マンドレル50を製造装置49に沿って移動させるため
に、駆動機構70が用いられる。このような機構として
は、マンドレル50の横断速度を変えることができるもの
が望ましい。
A drive mechanism 70 is used to move the mandrel 50 along the manufacturing apparatus 49. As such a mechanism, one that can change the traversing speed of the mandrel 50 is desirable.

熱可塑性テープを張り付けた後、構造体を約300゜Fの
温度の鉛直対流オーブンに約2時間入れ、樹脂を硬化さ
せる。オーブンから取り出して、構造体を冷却した後、
マンドレル50を硬化した複合体から取り外す。マンドレ
ルを取り外す際には、樹脂が液状から固体に変化したこ
とに伴い複合体が縮むため、1,000lbs以上の力で引っ張
る必要がある。次に、熱可塑性成形テープ41を巻き戻
し、層状構造体から取り外す。
After applying the thermoplastic tape, the structure is placed in a vertical convection oven at a temperature of about 300 ° F for about 2 hours to cure the resin. After taking it out of the oven and cooling the structure,
Remove the mandrel 50 from the cured composite. When removing the mandrel, the composite shrinks as the resin changes from liquid to solid, so it is necessary to pull with a force of 1,000 lbs or more. Next, the thermoplastic molding tape 41 is rewound and removed from the layered structure.

テープを取り外した後、ポリウレタン塗料を塗布でき
るように、硬化した樹脂からガラスを取り除き、複合体
の外径を均一にする、砂研磨装置で処理してもよい。特
に、帆船マストを製造する場合には、層状構造体の研磨
を行うことが望ましい。
After removing the tape, the glass may be removed from the cured resin so that the polyurethane paint can be applied and treated with a sand polishing machine to make the outer diameter of the composite uniform. In particular, when manufacturing a sailboat mast, it is desirable to polish the layered structure.

本発明の構造及び製造過程は、以下の実施例に更に詳
しく述べられているが、本発明は、何ら以下の実施例に
限定されるものではない。
The structure and manufacturing process of the present invention are described in more detail in the following examples, but the present invention is not limited to the following examples.

実施例1 本実施例では、上述の構造を持つ帆船マストに関して
詳述する。帆船マストの構造は、以下の通りである。
Example 1 In this example, a sailboat mast having the above structure will be described in detail. The structure of the sailboat mast is as follows.

全長:460センチメートル 外径:5.3センチメートルから3.0センチメートルまで
テーパ 壁厚さ:0.18センチメートルから0.24センチメートル
の範囲 層:5層 本実施例のマストの製造には、以下の材料が用いられ
た。
Overall length: 460 cm Outer diameter: Tapered from 5.3 cm to 3.0 cm Wall thickness: Range from 0.18 cm to 0.24 cm Layers: 5 layers The following materials were used to manufacture the mast of this example. It was

成分(図面参照番号):内層の周方向ファイバー(18) 材料:E−ガラス 型:675型30ロビング 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=10.5×106psi 密度=2.5g/cm3 成分(参照番号):軸方向のファイバー(24A) 材料:カーボンファイバー 型:12k G30500 供給元:BASF 性質:係数=34MSI 密度=1.77g/cm3 成分(参照番号):軸方向のファイバー(32) 材料:カーボンファイバー 型:12k G30500 供給元:BASF 性質:係数=34MSI 密度=1.77g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36A) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36B) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):周方向のファイバー(40) 材料:E−ガラス 型:675型30ロビング 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=10.5×106psi 密度=2.50g/cm3 成分(参照番号):マトリックス材料(14) 材料:エポキシ樹脂、テトラヒドロフタル酸メチル無水
物、N,N−ジメチルベンジルアミン(100:80:2重量部) 型:DER330,AC−75 供給元:ダウ・ケミカル社 本実施例のマストを製造する際には、図8に示す装置
内で、マンドレルを4フィート/分の速度で動かす。マ
ンドレルは、陽極処理されたアルミニウムから作られ、
下記の表1に示されるように、6つのテーパを有してい
る。
Component (drawing reference number): Inner circumferential fiber (18) Material: E-Glass Type: 675 Type 30 Robbing Source: Owens-Corning Properties: Coefficient = 10.5 × 10 6 psi Density = 2.5g / cm 3 Component ( Reference number): Axial fiber (24A) Material: Carbon fiber Type: 12k G30500 Supplier: BASF Properties: Coefficient = 34MSI Density = 1.77g / cm 3 Component (reference number): Axial fiber (32) Material: Carbon fiber type: 12k G30500 Supplier: BASF Property: Coefficient = 34MSI Density = 1.77g / cm 3 composition (reference number): Braided yarn (36A) Material: S2-Glass type: S2CG1501 / 3 Supplier: Owens-Corning properties : Coefficient = 12.0MSI Density = 2.48g / cm 3 Component (reference number): Braided yarn (36B) Material: S2-Glass type: S2CG1501 / 3 Supplier: Owens-Corning Properties: Coefficient = 12.0MSI Density = 2.48g / cm 3 component (reference number): circumferential fiber (40) Material: E-Glass Type: 675 Type 30 Robbing Source: Owens-Corning Properties: Coefficient = 10.5 × 10 6 psi Density = 2.50 g / cm 3 Component (reference number): Matrix material (14) Material: Epoxy resin, tetrahydro Methyl phthalate anhydride, N, N-dimethylbenzylamine (100: 80: 2 parts by weight) Type: DER330, AC-75 Supplier: Dow Chemical Co., Ltd. When manufacturing the mast of this example, FIG. The mandrel is moved at a speed of 4 feet / minute in the apparatus shown in. The mandrel is made from anodized aluminum,
It has six tapers, as shown in Table 1 below.

ステーション58Aにおいて、上述の液状エポキシ樹脂
と触媒の混合物が、マンドレル上の、内層の周方向のフ
ァイバー成分18が巻き付けられた場所に、流し込まれ
る。ファイバー18のマンドレルへの巻き付け速度を変え
ることにより、周方向の剛性と破砕強さを調節すること
ができる。また、ファイバー18の量を変えることによ
り、様々な構造体の直径及び設計負荷要件に従い、周方
向の剛性を調整することができる。次に、ファイバー巻
き付け装置52に8基の分配パッケージを取り付け、マン
ドレルの回りに回転させる。下記の表2に、この工程に
おいて、マンドレルの回りに巻き付けられるファイバー
18の量の変化を示す。
At station 58A, the liquid epoxy resin and catalyst mixture described above is cast onto the mandrel at the location where the inner layer circumferential fiber component 18 is wrapped. By changing the winding speed of the fiber 18 around the mandrel, the circumferential rigidity and the crush strength can be adjusted. Also, by varying the amount of fibers 18, the circumferential stiffness can be adjusted according to various structure diameters and design load requirements. The fiber wrap 52 is then fitted with eight distribution packages and rotated around the mandrel. Table 2 below shows the fibers that are wrapped around the mandrel in this process.
18 shows the change in quantity.

マンドレルが組み器60を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)組み器の回りに等しい
間隔で配置される12本のファイバー32(2)組み器上で
時計回りに回転する、24本のファイバー36A(3)組み
器上で反時計回りに回転する、24本のファイバー36B。
ファイバー36A、36Bは、3.85rpmで回転する。
As the mandrel traverses the braid 60, the following fiber components are wrapped. (1) 12 fibers 32 equally spaced around the braid (2) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (3) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B.
Fibers 36A, 36B rotate at 3.85 rpm.

同時に、ステーション58Bにおいて、液状エポキシ樹
脂が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバー
に流し込まれる。
At the same time, at station 58B, liquid epoxy resin is poured into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが組み器61を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bは、組
み器上で、3.85rpmの定速で回転する。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid 32 (3) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. The fibers 36A, 36B rotate at a constant speed of 3.85 rpm on the assembly.

同時に、ステーション58Cにおいて、液状エポキシ樹
脂が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバー
に流し込まれる。
At the same time, at station 58C, liquid epoxy resin is cast into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが組み器64を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bを保持
する装置の回転速度は、3.85rpmである。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid 32 (3) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. The rotation speed of the device holding the fibers 36A, 36B is 3.85 rpm.

同時に、ステーション58Dにおいて、液状エポキシ樹
脂が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバー
に流し込まれる。
At the same time, at station 58D, liquid epoxy resin is poured into the fibers as they are assembled around the mandrel.

その後、適当な周方向の剛性と破砕強さとを与えるよ
うに設定された速度で、ファイバー成分40をマンドレル
の回りに巻き付ける。ファイバー40の量を変えることに
より、直径及び構造体の設計負荷に従い、周方向の剛性
を調節することができる。ファイバー巻き付け装置66に
は、8基の分配パッケージを取り付け、マンドレルが装
置を横切る際に、マンドレルの回りに回転させる。表3
に、このプロセスでマンドレルの回りに巻き付けられ
る、ファイバー40の量の変化を示す。
The fiber component 40 is then wrapped around the mandrel at a speed set to provide adequate circumferential stiffness and crush strength. By varying the amount of fibers 40, the circumferential stiffness can be adjusted according to the diameter and design load of the structure. The fiber wrapping device 66 is fitted with eight dispensing packages and is rotated about the mandrel as it traverses the device. Table 3
Shows the variation in the amount of fiber 40 wrapped around the mandrel in this process.

ステーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 40 is wrapped.

マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸した
ファイバー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリ
フォルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン
株式会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻の
セロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの回
りに巻き付けられる。
The fiber layer impregnated with the mandrel and uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, Calif.) Are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm.

マンドレル及び未硬化層を横送り装置70から取り外し
た後、熱風対流オーブン内に鉛直に懸架し、140℃で8
時間硬化させる。
After removing the mandrel and the uncured layer from the transverse feed device 70, suspend them vertically in a hot air convection oven and place them at 140 ° C for 8 hours.
Allow to harden for hours.

硬化完了後、当業者に周知のマンドレル取り外し法に
従い、構造体からマンドレルを取り外し、セロファンテ
ープを上述のように巻取る。
After curing is complete, the mandrel is removed from the structure and the cellophane tape is wound as described above according to the mandrel removal method well known to those skilled in the art.

次に仕上げ工程に入り、マストを4.6メートルの長さ
に切断する(但し、この場合、構造体の底部から1イン
チ分切り落とし、残りの余分な長さについては、先端か
ら切り落とす)。構造体を、心なしウェット研磨機を用
いて、80グリットの仕上げ用紙やすりで、研磨する。研
磨後、長さ40インチ、幅14インチのガラス繊維平織物
(8.75オンス/ヤードのE−ガラス)にエポキシ樹脂
並びに触媒を含浸させたものを、複合構造体回りに巻き
付ける。この布で、マストの基部から30インチ離れた部
分から、基部から70インチの部分までを覆う。強化グラ
スファイバーの回りに螺旋形にテープを巻き付けた後、
複合構造体を140℃で硬化させる。
The finishing step is then entered and the mast is cut to a length of 4.6 meters (but one inch from the bottom of the structure, with the remaining extra length trimmed from the tip). The structure is abraded with a 80 grit finish file using a centerless wet polisher. After polishing, a 40 inch long, 14 inch wide glass fiber plain weave (8.75 ounces / yard 2 E-glass) impregnated with epoxy resin and catalyst is wrapped around the composite structure. Cover the mast 30 inches from the base to 70 inches from the base. After wrapping the tape in a spiral around the reinforced glass fiber,
The composite structure is cured at 140 ° C.

硬化後、テープを外し、構造体を再研磨する。  After curing, remove the tape and repolish the structure.

最終工程において、2重量%の鉄酸化物顔料を混ぜた
ポリウレタン塗料で、構造体を被覆する。
In the final step, the structure is coated with a polyurethane paint mixed with 2% by weight of iron oxide pigment.

得られた構造体の性質は以下の通りであった。  The properties of the resulting structure were as follows.

実施例2 本実施例では、上述の構造を持つ帆船マストに関して
詳述する。帆船マストの構造は、以下の通りである。
Example 2 In this example, a sailboat mast having the above structure will be described in detail. The structure of the sailboat mast is as follows.

全長:480センチメートル 外径:5.3センチメートルから3.0センチメートルまで
テーパ 壁厚さ:0.18センチメートルから0.24センチメートル
の範囲 層:6層 本実施例の構造体の製造には、以下の材料が用いられ
た。
Overall length: 480 cm Outer diameter: 5.3 cm to 3.0 cm Taper wall thickness: 0.18 cm to 0.24 cm Range: 6 layers The following materials were used to manufacture the structure of this example. Was given.

成分(図面参照番号):内層の周方向ファイバー(18) 材料:E−ガラス 型:675型30ロビング 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=10.5×106psi 密度=2.50g/cm3 成分(参照番号):軸方向のファイバー(24A) (本実施例では、ファイバー24Aは、2種類の別個のフ
ァイバーの組合せである) 材料:カーボンファイバー E−ガラス 型:12k G30500 450型 30ロビング 供給元:BASF オーウェンズ−コーニング 性質:係数=34MSI 10.5 密度=1.77g/cm3 2.5g/cm3 成分(参照番号):軸方向のファイバー(32) (本実施例では、ファイバー32は、2種類の別個のファ
イバーの組合せである) 材料:カーボンファイバー E−ガラス 型:12k G30500 450型 30ロビング 供給元:BASF オーウェンズ−コーニング 性質:係数=34MSI 10.5Msi 密度=1.77g/cm3 2.5g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36A) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36B) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):周方向のファイバー(40) 材料:E−ガラス 型:675型30ロビング 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=10.5×106psi 密度=2.50g/cm3 成分(参照番号):マトリックス材料(14) 材料:エポキシ樹脂、テトラヒドロフタル酸メチル無水
物、N,N−ジメチルベンジルアミン(100:80:2重量部) 型:DER330,AC−75 供給元:ダウ・ケミカル社 本実施例の帆船マストにおいては、ファイバー24A及
び32が2種類のファイバー材料の組み合わせから構成さ
れており、これにより、実施例1に詳述されている材料
と比較して、衝撃抵抗性並びに全体の曲げ強さが改善さ
れている。
Ingredient (Refer to Drawing): Inner Circumferential Fiber (18) Material: E-Glass Type: 675 Type 30 Robbing Source: Owens-Corning Properties: Coefficient = 10.5 × 10 6 psi Density = 2.50g / cm 3 Component ( Reference Number): Axial Fiber (24A) (In this example, Fiber 24A is a combination of two separate fibers) Material: Carbon Fiber E-Glass Mold: 12k G30500 450 Model 30 Robbing Source: BASF Owens-Corning Properties: Coefficient = 34 MSI 10.5 Density = 1.77 g / cm 3 2.5 g / cm 3 Component (reference number): Axial fiber (32) (In this example, the fiber 32 is two separate fibers. Material: Carbon Fiber E-Glass Type: 12k G30500 450 Type 30 Robbing Supplier: BASF Owens-Corning Properties: Coefficient = 34MSI 10.5Msi Density = 1.77g / cm 3 2.5g / cm 3 composition (reference) Number): Braid Over emissions (36A) Materials: S2- glass mold: S2CG1501 / 3 supplier: Owens - Corning Properties: Factor = 12.0MSI Density = 2.48 g / cm 3 components (reference number): knitting yarns (36B) Materials: S2- glass Mold: S2CG1501 / 3 Supplier: Owens-Corning Properties: Coefficient = 12.0MSI Density = 2.48g / cm 3 Component (reference number): Circumferential Fiber (40) Material: E-Glass Mold: 675 Model 30 Robbing Supplier : Owens-Corning Properties: Coefficient = 10.5 x 10 6 psi Density = 2.50 g / cm 3 Component (reference number): Matrix material (14) Material: Epoxy resin, tetrahydrophthalic acid methyl anhydride, N, N-dimethylbenzylamine (100: 80: 2 parts by weight) Type: DER330, AC-75 Supplier: Dow Chemical Company In the sailboat mast of this example, fibers 24A and 32 are composed of a combination of two types of fiber materials, As a result, detailed description will be given to the first embodiment. Compared to it are materials that, impact resistance and overall bending strength is improved.

実施例1は5層の構造体であったが、本実施例は6層
からなる構造体である。
The structure of Example 1 was a five-layer structure, but this embodiment is a structure of six layers.

マンドレルは、テフロン陽極処理されたアルミニウム
から作られ、所望の剛性分布並びに外形を持つように、
6つのテーパを有している(表5参照)。
The mandrel is made from Teflon anodized aluminum and has the desired stiffness distribution and profile,
It has 6 tapers (see Table 5).

マンドレルが図8に示す装置内を通過することによ
り、帆船マストが製造される。
A sailboat mast is manufactured by passing the mandrel through the apparatus shown in FIG.

マンドレル50は、4フィート/分の速度で組み上げ装
置内を移動する。
The mandrel 50 moves in the assembly device at a speed of 4 feet / minute.

ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分18が巻き
付けられる場所に、流し込まれる。
At station 58A, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wrapped.

適当な周方向の剛性と破砕強さとを与えるように調節
された速度で、ファイバー成分18をマンドレルの回りに
巻き付ける。直径あるいは構造体の設計負荷の変動に従
い、ファイバー18の量を変えることにより、周方向の剛
性を適当な値に保持することができる。ファイバー巻き
付け装置52に8基の分配パッケージを取り付け、装置内
を横に移動するマンドレルの回りに回転させる。下記の
表6に、マンドレルの回りに巻き付けられるファイバー
18の量の変化を示す。
The fiber component 18 is wrapped around the mandrel at a speed adjusted to provide adequate circumferential stiffness and crush strength. By changing the amount of the fibers 18 according to the variation of the diameter or the design load of the structure, the rigidity in the circumferential direction can be maintained at an appropriate value. The fiber wrapping device 52 is fitted with eight distribution packages and rotated around a mandrel that moves laterally within the device. Fibers wrapped around the mandrel are shown in Table 6 below.
18 shows the change in quantity.

マンドレルは、次に、同一のヤーン成分とファイバー
配列を有する4基の組み上げステーションを通過する。
以下に図8の組み器61に関して詳述するが、組み器60、
62、及び63も同様に構成されている。
The mandrel then passes through four assembly stations that have the same yarn composition and fiber arrangement.
The details of the assembling device 61 shown in FIG. 8 will be described below.
62 and 63 are similarly configured.

ステーション58Cにおいて、マンドレル回りにファイ
バーが組み上げられ、液状マトリックス成分が前記ファ
イバーに流し込まれる。
At station 58C, the fibers are assembled around the mandrel and the liquid matrix component is cast into the fibers.

マンドレルが組み器61を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される総計24本のファイバー
24A:450型30ロビングのE−ガラス18本及び12k G30500
のカーボンファイバー6本(2)組み器の回りに等しい
間隔で配置される総計48本のファイバー32:450型30ロビ
ングのE−ガラス36本及び12k G30500のカーボンファ
イバー12本(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bの回転
速度は、3.85rpmの定速に設定されている。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wrapped. (1) A total of 24 fibers arranged in pairs around the mandrel in equal intervals.
24A: 450 type 30 lobing E-glass 18 pieces and 12k G30500
6 carbon fibers (2), 48 fibers in total, equally spaced around the braid 32: 450 type 30 lobing E-glass 36 and 12k G30500 12 carbon fibers (3) on the braid Twenty-four fibers 36A (4) that rotate in a clockwise direction at (24) Twenty-four fibers 36B that rotate in a counterclockwise direction on the assembly machine. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 3.85 rpm.

次に、ステーション58Dにおいて、マンドレル回りに
ファイバーが組み上げられ、液状マトリックス成分が前
記ファイバーに流し込まれる。
Next, at station 58D, the fibers are assembled around the mandrel and the liquid matrix component is cast into the fibers.

その後、適当な周方向の剛性と破砕強さとを与えるよ
うに設定された速度で、ファイバー成分40をマンドレル
の回りに巻き付ける。ファイバー40の量を変えることに
より、直径及び構造体の設計負荷に従い、周方向の剛性
を調節することができる。ファイバー巻き付け装置66に
は、8基の分配パッケージを取り付け、マンドレルが装
置を横切る際に、マンドレルの回りに回転させる。表7
に、マンドレルの回りに巻き付けられる、ファイバー40
の量の変化を示す。
The fiber component 40 is then wrapped around the mandrel at a speed set to provide adequate circumferential stiffness and crush strength. By varying the amount of fibers 40, the circumferential stiffness can be adjusted according to the diameter and design load of the structure. The fiber wrapping device 66 is fitted with eight dispensing packages and is rotated about the mandrel as it traverses the device. Table 7
Fiber 40 wrapped around the mandrel
Shows the change in the amount of.

ステーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 40 is wrapped.

マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸した
ファイバー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリ
フォルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン
株式会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻の
セロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの回
りに巻き付けられる。
The fiber layer impregnated with the mandrel and uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, Calif.) Are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm.

マンドレル及び未硬化層を横送り装置70から取り外し
た後、熱風対流オーブン内に鉛直に懸架し、140℃で8
時間硬化させる。
After removing the mandrel and the uncured layer from the transverse feed device 70, suspend them vertically in a hot air convection oven and place them at 140 ° C for 8 hours.
Allow to harden for hours.

マンドレル取り外し装置を用い、構造体からマンドレ
ルを取り外し、セロファンテープを上述のように巻取
る。
Using the mandrel removal device, remove the mandrel from the structure and wind the cellophane tape as described above.

出来上がったマストを480センチメートルの長さに切
断する(但し、この場合、構造体の底部から1インチ分
切り落とし、残りの余分な長さについては、先端から切
り落とす)。
Cut the finished mast to a length of 480 centimeters (but one inch from the bottom of the structure, and the remaining extra length from the tip).

心なしウェット研磨機を用いて、マストを、80グリッ
トの仕上げ用紙やすりで、研磨する。研磨後、2重量%
の黒鉄酸化物顔料を混ぜたポリウレタン塗料で、マスト
を被覆する。
The mast is sanded with 80 grit finishing sandpaper using a centerless wet sander. 2% by weight after polishing
The mast is coated with a polyurethane paint mixed with the black iron oxide pigment of.

得られた構造体の性質は以下の通りであった。  The properties of the resulting structure were as follows.

最終マスト重量=5.4lbs 重心 =45%(構造体基部から) 破砕強さ =5501bs(基部から2インチ断面) カラム座屈試験における負荷及び最大たわみ =3301bs:48インチ マスト基部 材料係数(0度)=6.1Msi 係数(90.0度) =2.3Msi 係数(45度) =4.1Msi 密度 =2.05g/cm3 実施例3 湾曲した構造部材:帆船ブーム 本実施例では、湾曲断面を有する円形管の製造法並び
に設計に関して説明する。
Final mast weight = 5.4lbs Center of gravity = 45% (from structure base) Crush strength = 5501bs (2 inch cross section from base) Load and maximum deflection in column buckling test = 3301bs: 48 inch Mast base material coefficient (0 degree) = 6.1Msi coefficient (90.0 degree) = 2.3Msi coefficient (45 degree) = 4.1Msi density = 2.05g / cm 3 Example 3 Curved structural member: sailboat boom In this example, a method for manufacturing a circular pipe having a curved cross section Also, the design will be described.

本実施例で製造される管体の寸法は以下の通りであ
る。
The dimensions of the tubular body manufactured in this example are as follows.

管の全長:180cm 管の内径:2.67cm 管体は、以下の3つの一体成形部品から構成される。  Tube total length: 180 cm   Inner diameter of tube: 2.67 cm   The tubular body is composed of the following three integrally molded parts.

(1)直線部=長さ42cm (2)湾曲部=半径16インチ:角度41゜ (3)直線部=長さ12インチ 本実施例の構造体は、実施例1の構造体と同じ材料で
構成されている。
(1) Straight line portion = length 42 cm (2) Curved portion = radius 16 inches: angle 41 ° (3) Straight line portion = length 12 inches The structure of this example is made of the same material as the structure of example 1. It is configured.

本実施例で用いられるマンドレルは、80デュロメータ
のシリコーンゴムコードから作られ、1.05インチの一定
の外径を持つ。
The mandrel used in this example is made from 80 durometer silicone rubber cord and has a constant outer diameter of 1.05 inches.

帆船ブーム等の湾曲管を製造する場合には、2つの組
み器61、64しか組み込まれていないことを除き図8と同
様な装置内を、マンドレルが移動する。
When manufacturing a curved pipe for a sailboat boom or the like, the mandrel moves in an apparatus similar to that of FIG. 8 except that only two assembling tools 61 and 64 are incorporated.

マンドレル50は、4フィート/分の速度で組み上げ装
置内を移動する。
The mandrel 50 moves in the assembly device at a speed of 4 feet / minute.

ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分18が巻き
付けられる場所に、流し込まれる。
At station 58A, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wrapped.

ファイバー成分18は、50rpmの速度で、時計回りにマ
ンドレルに巻き付けられる。ファイバー巻き付け装置52
に8基の分配パッケージを取り付け、装置内を横に移動
するマンドレルの回りに回転させる。
The fiber component 18 is wrapped around the mandrel clockwise at a speed of 50 rpm. Fiber winding device 52
Attach 8 dispensing packages to the and rotate it around a mandrel that moves laterally within the device.

マンドレルが組み器61を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組器上で時計回りに回転する、24本の
ファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。この場合、ファイバー36A、
36Bの回転速度は、3.85rpmの定速に設定されている。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid (3) rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. In this case, fiber 36A,
The rotation speed of 36B is set to a constant speed of 3.85 rpm.

同時に、ステーション58Cにおいて、液状マトリック
ス成分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイ
バーに流し込まれる。
At the same time, at station 58C, the liquid matrix components are cast into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが組み器64を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bの回転
速度は、3.85rpmの定速に設定されている。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid 32 (3) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 3.85 rpm.

同時に、ステーション58Dにおいて、液状マトリック
ス材料が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイ
バーに流し込まれる。
At the same time, at station 58D, a liquid matrix material is cast into the ascending fibers around the mandrel.

その後、ファイバー成分40を、50rpmの速度で、反時
計回りに、マンドレルに巻き付ける。
Then, the fiber component 40 is wound around the mandrel counterclockwise at a speed of 50 rpm.

ステーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 40 is wrapped.

マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸した
ファイバー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリ
フォルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン
株式会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻の
セロファンテープが、60rpmの速度で、マンドレルの回
りに巻き付けられる。
The fiber layer impregnated with the mandrel and uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, Calif.) Are wrapped around a mandrel at a speed of 60 rpm.

マンドレル及び未硬化層を横送り装置70から取り外し
た後、湾曲部の外形を決めるジグあるいは型に固定す
る。ジグを熱風対流オーブンに入れて、140℃で8時間
硬化させる。
After removing the mandrel and the uncured layer from the transverse feeding device 70, the mandrel and the uncured layer are fixed to a jig or a mold that determines the outer shape of the curved portion. The jig is placed in a hot air convection oven and cured at 140 ° C for 8 hours.

当業者に周知のマンドレル取り外し装置を用い、構造
体からシリコーンマンドレルを取り外し、セロファンテ
ープを上述のように巻取る。
Using a mandrel removal device well known to those skilled in the art, remove the silicone mandrel from the structure and wind the cellophane tape as described above.

得られた構造体の性質は以下の通りであった。  The properties of the resulting structure were as follows.

最終管体重量 =1.2lbs 材料係数(0度)=12.2Msi 係数(90.0度) =2.4Msi 係数(45度) =5.9Msi 密度 =1.5g/cm3 実施例4 以下に、曲げ負荷及びねじり負荷の組合せに耐えるよ
うに設計された複合構造部材の一例を説明する。
Final tube weight = 1.2lbs Material coefficient (0 degree) = 12.2Msi coefficient (90.0 degree) = 2.4Msi coefficient (45 degree) = 5.9Msi Density = 1.5g / cm 3 Example 4 Below, bending load and torsion load An example of a composite structural member designed to withstand the above combination will be described.

最終的な複合構造体の寸法は以下の通りである。  The dimensions of the final composite structure are as follows.

全長:365cm 外径:3.1cm 壁厚さ:0.3cm 層の数:6層 本実施例の構造体は、実施例1の構造体と同じ材料で
構成されている。
Overall length: 365 cm Outer diameter: 3.1 cm Wall thickness: 0.3 cm Number of layers: 6 layers The structure of this example is made of the same material as the structure of example 1.

本実施例においても、図8に示される製造装置と同様
のものが用いられているが、以下のように変更されてい
る。
Also in this embodiment, the same apparatus as the manufacturing apparatus shown in FIG. 8 is used, but it is modified as follows.

(1)3基の組み器の代わりに4基の組み器が用いられ
ている。
(1) Four braces are used instead of three braces.

(2)組み器60及びパッケージ62B、62Aを除く、2基の
組み器及びヤーン・パッケージは、56度の角度まで、軸
100を中心に回転可能である。
(2) Except for the braiding unit 60 and the packages 62B and 62A, the two braiding units and the yarn package have an axis of up to 56 degrees.
It can rotate around 100.

本実施例の構造体の製造法を、図8を参照に詳述す
る。
The method of manufacturing the structure of this example will be described in detail with reference to FIG.

本実施例で用いられるマンドレルは、テフロン陽極処
理されたアルミニウムから作られ、その直径は、一定
で、1.00インチである。
The mandrel used in this example is made from Teflon anodized aluminum and has a constant diameter of 1.00 inches.

マンドレル50は、2フィート/分の速度で組み上げ装
置内を移動する。
The mandrel 50 moves within the assembly device at a speed of 2 feet / minute.

ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分18が巻き
付けられる場所に、流し込まれる。
At station 58A, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wrapped.

ファイバー成分18は、7.5rpmの速度で、反時計回りに
マンドレルに巻き付けられる。ファイバー巻き付け装置
52に16基の分配パッケージを取り付け、装置内を横に移
動するマンドレルの回りに回転させる。
The fiber component 18 is wrapped around the mandrel counterclockwise at a speed of 7.5 rpm. Fiber winding device
Attach 16 distribution packages to 52 and rotate around a mandrel that moves laterally within the device.

マンドレルが組み器60を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bの回転
速度は、1.9rpmの定速に設定されている。
As the mandrel traverses the braid 60, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid (3) rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) rotate clockwise on the braces, 24 fibers 36B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm.

同時に、ステーション58Bにおいて、液状マトリック
ス成分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイ
バーに流し込まれる。
At the same time, at station 58B, the liquid matrix components are poured into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが組み器61を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bの回転
速度は、1.9rpmの定速に設定されている。更に、組み器
全体が、時計回りに、7.5rpmの速度で回転する。
As the mandrel traverses the braid 61, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid 32 (3) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. The rotation speed of the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm. In addition, the entire assembly rotates clockwise at a speed of 7.5 rpm.

同時に、ステーション58Cにおいて、液状マトリック
ス成分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイ
バーに流し込まれる。
At the same time, at station 58C, the liquid matrix components are cast into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが第二組み器61を横切る時に、以下のファ
イバー成分が再び巻き付けられる。(1)マンドレルの
回りに対になって等しい間隔で配置される24本のファイ
バー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される4
8本のファイバー32(3)組み器上で時計回りに回転す
る、24本のファイバー36A(4)組み器上で反時計回り
に回転する、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36
Bの回転速度は、1.9rpmの定速に設定されている。
As the mandrel traverses the second braid 61, the following fiber components are rewound. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and equally spaced (2) Evenly spaced around the braid 4
8 fibers 32 (3) 24 fibers 36A rotating clockwise on the assembly, 4 fibers 36A (4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the assembly. Fiber 36A, 36
The rotation speed of B is set to a constant speed of 1.9 rpm.

同時に、第二ステーション58Cにおいて、液状マトリ
ックス成分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくフ
ァイバーに流し込まれる。
At the same time, at the second station 58C, the liquid matrix components are poured into the fibers as they are assembled around the mandrel.

マンドレルが組み器64を横切る時に、以下のファイバ
ー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの回りに対
になって等しい間隔で配置される24本のファイバー24A
(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48本のフ
ァイバー32(3)組み器上で時計回りに回転する、24本
のファイバー36A(4)組み器上で反時計回りに回転す
る、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36Bを保持
する装置の回転速度は、1.9rpmの定速に設定されてい
る。更に、組み器全体が、反時計回りに、7.5rpmの速度
で回転する。
As the mandrel traverses the braid 64, the following fiber components are wrapped. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and arranged at equal intervals.
(2) 48 fibers 32 equally spaced around the braid 32 (3) Rotate clockwise on the braid, 24 fibers 36A (4) Rotate counterclockwise on the braid , 24 fibers 36B. The rotation speed of the device holding the fibers 36A and 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm. Furthermore, the entire assembly rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm.

本実施例の装置で追加されている第二組み器61は、図
8に示されていないが、組み器60と同一のものである。
Although not shown in FIG. 8, the second assembling unit 61 added in the apparatus of this embodiment is the same as the assembling unit 60.

更に、ステーション58Dにおいて、液状マトリックス
成分が、マンドレル回りに組み上げられてゆくファイバ
ーに流し込まれる。
Further, at station 58D, the liquid matrix components are poured into the fibers as they are built around the mandrel.

その後、ファイバー成分40を、1.9rpmの速度で、時計
回りに、マンドレルに巻き付ける。
Then, the fiber component 40 is wound around the mandrel clockwise at a speed of 1.9 rpm.

ステーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 40 is wrapped.

マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸した
ファイバー層は、次に、テープ成形機68を通る。(カリ
フォルニア州サン・ディエゴのセンチュリー・デザイン
株式会社により販売されている)1/2インチ幅の2巻の
セロファンテープが、30rpmの速度で、マンドレルの回
りに巻き付けられる。
The fiber layer impregnated with the mandrel and uncured liquid epoxy resin then passes through a tape former 68. Two 1/2 inch wide cellophane tapes (sold by Century Design Inc. of San Diego, Calif.) Are wrapped around a mandrel at a speed of 30 rpm.

マンドレル及び未硬化層を横送り装置70から取り外し
た後、熱風対流オーブン内に鉛直に懸架し、140℃で8
時間硬化させる。
After removing the mandrel and the uncured layer from the transverse feed device 70, suspend them vertically in a hot air convection oven and place them at 140 ° C for 8 hours.
Allow to harden for hours.

マンドレル取り外し装置を用い、構造体からマンドレ
ルを取り外す。
Remove the mandrel from the structure using the mandrel removal device.

次に、テープを上述の方法で、巻取る。  Next, the tape is wound by the method described above.

得られた構造体の性質は以下の通りであった。  The properties of the resulting structure were as follows.

最終管体重量 =4.5lbs 材料係数(0度)=12.5Msi 係数(90.0度) =4.6Msi 係数(45度) =12.9Msi 密度 =1.57g/cm3 実施例5 本実施例は、曲げ負荷とねじり負荷の組合せに耐える
ように設計された、複合構造部材の一例である。構造体
は、連続的に製造される。
Final tube weight = 4.5 lbs Material coefficient (0 degree) = 12.5 Msi coefficient (90.0 degree) = 4.6 Msi coefficient (45 degree) = 12.9 Msi density = 1.57 g / cm 3 Example 5 1 is an example of a composite structural member designed to withstand a combination of torsional loads. The structure is manufactured continuously.

本実施例の構造体の製造には、以下の材料が用いられ
た。
The following materials were used for manufacturing the structure of this example.

成分(図面参照番号):内層の周方向ファイバー(18) 材料:カーボンファイバー12K 型:東レT700S 供給元:東レ 性質:係数=33.5Msi 密度=1.8g/cm3 最大ひずみ=2.1% 成分(参照番号):軸方向のファイバー(24A) 材料:カーボンファイバー 型:12k G30500 供給元:BASF 性質:係数=34MSI 密度=1.77g/cm3 成分(参照番号):軸方向のファイバー(32) 材料:カーボンファイバー 型:12k G30500 供給元:BASF 性質:係数=34MSI 密度=1.77g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36A) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):編み込みヤーン(36B) 材料:S2−ガラス 型:S2CG1501/3 供給元:オーウェンズ−コーニング 性質:係数=12.0MSI 密度=2.48g/cm3 成分(参照番号):周方向のファイバー(40) 材料:カーボンファイバー12K 型:東レT700S 供給元:東レ 性質:係数=33.5Msi 密度=1.8g/cm3 最大ひずみ=2.1% 本実施例では、複合体がダイ組立装置内を移動する間
に、マトリックスを充分硬化させることができるよう
に、硬化促進剤を触媒として加える。本実施例で用いら
れた樹脂は、以下の通りである。
Component (drawing reference number): Inner layer circumferential fiber (18) Material: Carbon fiber 12K Type: Toray T700S Supplier: Toray Property: Coefficient = 33.5Msi Density = 1.8g / cm 3 Maximum strain = 2.1% Component (reference number) ): Axial fiber (24A) Material: Carbon fiber Type: 12k G30500 Supplier: BASF Property: Coefficient = 34MSI Density = 1.77g / cm 3 component (reference number): Axial fiber (32) Material: Carbon fiber Type: 12k G30500 Supplier: BASF Property: Coefficient = 34MSI Density = 1.77g / cm 3 Component (reference number): Braided yarn (36A) Material: S2-Glass Mold: S2CG1501 / 3 Supplier: Owens-Corning Property: Coefficient = 12.0MSI Density = 2.48g / cm 3 Component (reference number): Braided yarn (36B) Material: S2-Glass type: S2CG1501 / 3 Supplier: Owens-Corning Properties: Coefficient = 12.0MSI Density = 2.48g / cm 3 Component (reference number): Circumferential fiber (40 Materials: Carbon Fiber 12K Type: Toray T700S Supplier: Toray properties: The coefficient = 33.5Msi density = 1.8 g / cm 3 maximum strain = 2.1% present embodiment, while the composite body is moved over the die assembly device, the matrix A curing accelerator is added as a catalyst so that the can be sufficiently cured. The resins used in this example are as follows.

エポキシ樹脂:Der 330(ダウ・ケミカル社製) 触媒:AC−DP−1(アンヒドライズ&ケミカルズ社
製) 本実施例で用いられるダイは、工具鋼から作られ、そ
の内径は、3.1cmである。ダイの内表面は、クロムメッ
キされ、25RMSに仕上げられている。ダイの長さは、75c
mであり、製造過程を通して、150℃の温度に加熱保持さ
れている。
Epoxy resin: Der 330 (manufactured by Dow Chemical Co.) Catalyst: AC-DP-1 (manufactured by Anhydrides & Chemicals Co.) The die used in this example is made of tool steel and its inner diameter is 3.1 cm. The inner surface of the die is chrome plated and finished to 25 RMS. The die length is 75c
m, which is maintained at a temperature of 150 ° C. throughout the manufacturing process.

本実施例で製造される複合構造体の寸法は以下の通り
である。
The dimensions of the composite structure manufactured in this example are as follows.

内径:2.5cm 外径:3.2cm 壁厚さ:0.35cm 層の数:7層 本実施例においても、図8に示される製造装置と同様
のものが用いられているが、以下のように変更されてい
る。
Inner diameter: 2.5 cm Outer diameter: 3.2 cm Wall thickness: 0.35 cm Number of layers: 7 layers Also in this embodiment, the same manufacturing apparatus as shown in FIG. 8 is used, but changed as follows. Has been done.

(1)組み器1基が、巻き付けステーション52の前に配
設されている。
(1) One assembly device is arranged in front of the winding station 52.

(2)ステーション52の後に設置される組み器1基は、
7.5rpmの速度で、時計回りに回転する。その後に、第3
及び第4組み器が設置されている。
(2) One assembly unit installed after station 52
Rotate clockwise at a speed of 7.5 rpm. After that, the third
And the fourth braid is installed.

(3)組み器#5は、7.5rpmの速度で反時計回りに回転
する。
(3) Assembly device # 5 rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm.

(4)図8に示されるステーション66と同様のフィラメ
ント巻き付けステーションが組み込まれている。
(4) A filament winding station similar to the station 66 shown in FIG. 8 is incorporated.

(5)テープ成形機68の代わりに、75cmの長さの加熱ダ
イを用いる。
(5) Instead of the tape forming machine 68, a heating die having a length of 75 cm is used.

(6)複合体部分を所望の長さに切断するチョップ・ソ
ーが組み込まれている。
(6) A chop saw for cutting the composite portion into a desired length is incorporated.

本発明の複合構造体は、以下のように製造される。  The composite structure of the present invention is manufactured as follows.

本実施例で用いられるマンドレルは、テフロン陽極処
理されたアルミニムウから作られ、その直径は、一定
で、1.00インチである。また、マンドレルは、第一の組
み器前のカンチレバーにより支持されている。
The mandrel used in this example is made from Teflon anodized aluminum and has a constant diameter of 1.00 inches. Further, the mandrel is supported by a cantilever in front of the first assembling device.

複合体材料は、2フィート/分の速度で加熱ダイ内を
移動する。
The composite material moves through the heating die at a rate of 2 feet / minute.

液状エポキシ樹脂と触媒の混合物が、マンドレル上
の、ファイバー成分24A、32、36A、36Bが巻き付けられ
る場所に、流し込まれる。
A mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber components 24A, 32, 36A, 36B are wrapped.

マンドレルが第一の組み器#1を横切る時に、以下の
ファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの
回りに対になって等しい間隔で配置される24本のファイ
バー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される4
8本のファイバー32(3)組み器上で時計回りに回転す
る、24本のファイバー36A(4)組み器上で反時計回り
に回転する、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36
Bの回転速度は、1.9rpmの定速に設定されている。更
に、組み器#1全体が、7.5rpmの速度で、時計回りに回
転する。
The following fiber components are wrapped as the mandrel traverses the first braid # 1. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and equally spaced (2) Evenly spaced around the braid 4
8 fibers 32 (3) 24 fibers 36A rotating clockwise on the assembly, 4 fibers 36A (4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the assembly. Fiber 36A, 36
The rotation speed of B is set to a constant speed of 1.9 rpm. In addition, the entire assembly # 1 rotates clockwise at a speed of 7.5 rpm.

ステーション58Aにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分18が巻き
付けられる場所に、流し込まれる。
At station 58A, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 18 is to be wrapped.

ファイバー成分18は、7.5rpmの速度で、反時計回りに
マンドレルに巻き付けられる。ファイバー巻き付け装置
52に16基の分配パッケージを取り付け、装置内を横に移
動するマンドレルの回りに回転させる。
The fiber component 18 is wrapped around the mandrel counterclockwise at a speed of 7.5 rpm. Fiber winding device
Attach 16 distribution packages to 52 and rotate around a mandrel that moves laterally within the device.

マンドレルが第二の組み器#2を横切る時に、以下の
ファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレルの
回りに対になって等しい間隔で配置される24本のファイ
バー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される4
8本のファイバー32(3)組み器上で時計回りに回転す
る、24本のファイバー36A(4)組み器上で反時計回り
に回転する、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36
Bの回転速度は、1.9rpmの定速に設定されている。
The following fiber components are wrapped as the mandrel traverses the second braid # 2. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and equally spaced (2) Evenly spaced around the braid 4
8 fibers 32 (3) 24 fibers 36A rotating clockwise on the assembly, 4 fibers 36A (4) 24 fibers 36B rotating counterclockwise on the assembly. Fiber 36A, 36
The rotation speed of B is set to a constant speed of 1.9 rpm.

同時に、液状エポキシ樹脂が、組み器によりマンドレ
ル回りに組み上げられてゆくファイバーに流し込まれ
る。
At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fibers which are assembled around the mandrel by the assembly machine.

マンドレルが組み器#3及び#4を横切る時に、以下
のファイバー成分が巻き付けられる。(1)マンドレル
の回りに対になって等しい間隔で配置される24本のファ
イバー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配置され
る48本のファイバー32(3)組み器上で時計回りに回転
する、24本のファイバー36A(4)組み器上で反時計回
りに回転する、24本のファイバー36B。ファイバー36A、
36Bの回転速度は、1.9rpmの定速に設定されている。
The following fiber components are wrapped as the mandrel traverses braiders # 3 and # 4. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and equally spaced (2) 48 fibers 32 evenly spaced around the braid (3) clockwise on the braid Twenty-four fibers 36A (4) Twenty-four fibers 36B that rotate counterclockwise on the assembly. Fiber 36A,
The rotation speed of 36B is set to a constant speed of 1.9 rpm.

同時に、液状エポキシ樹脂が、組み器#3、#4によ
りマンドレル回りに組み上げられてゆくファイバーに流
し込まれる。
At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fibers which are assembled around the mandrel by the assembling machines # 3 and # 4.

マンドレルが組み器#5を横切る時に、以下のファイ
バー成分が再び巻き付けられる。(1)マンドレルの回
りに対になって等しい間隔で配置される24本のファイバ
ー24A(2)組み器の回りに等しい間隔で配置される48
本のファイバー32(3)組み器上で時計回りに回転す
る、24本のファイバー36A(4)組み器上で反時計回り
に回転する、24本のファイバー36B。ファイバー36A、36
Bの回転速度は、1.9rpmの定速に設定されている。更
に、組み器#5全体が、7.5rpmの速度で、反時計回りに
回転する。
The following fiber components are rewound as the mandrel traverses braid # 5. (1) 24 fibers 24A arranged in pairs around the mandrel and equally spaced (2) equally spaced around the braid 48
24 fibers 36A, which rotates clockwise on the fiber 32 (3) braid, and 24 fibers 36B, which rotates counterclockwise on the braid 32 (3). Fiber 36A, 36
The rotation speed of B is set to a constant speed of 1.9 rpm. In addition, the entire assembly # 5 rotates counterclockwise at a speed of 7.5 rpm.

同時に、液状エポキシ樹脂が、第5の組み器#5によ
りマンドレル回りに組み上げられてゆくファイバーに流
し込まれる。
At the same time, the liquid epoxy resin is poured into the fibers which are assembled around the mandrel by the fifth assembling device # 5.

その後、ファイバー成分40を、7.5rpmの速度で、時計
回りに、マンドレルに巻き付ける。
Then, the fiber component 40 is wound clockwise around the mandrel at a speed of 7.5 rpm.

ステーション58Eにおいて、液状エポキシ樹脂と触媒
の混合物が、マンドレル上の、ファイバー成分40が巻き
付けられた場所に、流し込まれる。
At station 58E, a mixture of liquid epoxy resin and catalyst is cast onto the mandrel where the fiber component 40 is wrapped.

マンドレル及び未硬化の液状エポキシ樹脂が含浸した
ファイバー層は、次に、当業者に周知のスチール製ダイ
内を通る。ダイには、3.2cm直径の孔が開けられてお
り、150℃に加熱される。層状複合体がダイ内を移動す
る間に充分硬化させる。構造体が充分に一体化したこと
を確認した後、当業者に周知のカットオフ・ソーで所望
の長さに切断する。
The fiber layer impregnated with the mandrel and uncured liquid epoxy resin is then passed through a steel die well known to those skilled in the art. The die has holes with a diameter of 3.2 cm and is heated to 150 ° C. Allow the layered composite to fully cure as it moves through the die. After ensuring that the structure is fully integrated, it is cut to the desired length with a cutoff saw well known to those skilled in the art.

更に、マトリックス材料に充分な触媒効果を与えるよ
うに、加熱オーブン内に入れて、150℃で2時間加熱す
る。
Further, it is placed in a heating oven and heated at 150 ° C. for 2 hours so as to give a sufficient catalytic effect to the matrix material.

得られた構造体の性質は以下の通りであった。  The properties of the resulting structure were as follows.

最終管体重量 =0.42lbs/ft 材料係数(0度)=14.5Msi 係数(90.0度) =4.4Msi 係数(45度) =13.4Msi 密度 =1.5g/cm3 以上の説明から明らかなように、本発明の構成によ
り、(明確に記載されているものも、発明の詳細な説明
から読み取れるものも含めて)上述の目的が、達成され
る。また、本発明の要旨から逸脱することなく、上記の
製造工程及び複合構造体の構成を様々に変更できること
はもちろんであり、上記の実施例及び付属の図面は、何
ら本発明を限定するものではなく、本発明の具体例に説
明するものに過ぎない。
Final tube weight = 0.42lbs / ft Material coefficient (0 degree) = 14.5Msi coefficient (90.0 degree) = 4.4Msi coefficient (45 degree) = 13.4Msi Density = 1.5g / cm 3 As is clear from the above explanation, With the construction of the present invention, the above objects (including those described clearly and those which can be read from the detailed description of the invention) are achieved. Further, it goes without saying that the manufacturing process and the configuration of the composite structure can be variously changed without departing from the gist of the present invention, and the above-mentioned embodiments and the accompanying drawings do not limit the present invention in any way. However, they are merely described as specific examples of the present invention.

以下の特許請求の範囲は、本発明の一般的な並びに所
定の特徴を記載するものであり、本発明の要旨をそこか
ら読み取ることができよう。
The following claims set forth the general and certain features of the invention from which the gist of the invention may be read.

以下に、本発明の特許請求の範囲を記載する。  The claims of the present invention will be described below.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B32B 1/00 - 35/00 B29C 70/16 B63B 15/02 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) B32B 1/00-35/00 B29C 70/16 B63B 15/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】各層が、ポリマー・マトリックス内に配置
された一つのファイバー成分により定義される、複数の
層を有する細長い管状の複合部材であって、 前記管状の複合部材の長手軸に対して±30度乃至±90度
の角度に配されたファイバーを有する少なくとも一つの
内層と、 前記管状の複合部材の長手軸に対して±30度乃至±90度
の角度に配されたファイバーを有する少なくとも一つの
外層と、 全体的に軸方向に伸張する第一のファイバー、時計回り
に伸張する第一の編み込みファイバー成分、及び、前記
第一の編み込みファイバー成分に混交された、反時計回
りに伸張する第二の編み込みファイバー成分、を有する
少なくとも一つの中間層と、を含み、 前記第一の編み込みファイバー成分及び第二の編み込み
ファイバー成分のファイバーが、前記管状の複合部材の
長手軸に対して±5度乃至±60度の角度に配された、こ
とを特徴とする複合部材。
1. An elongate tubular composite member having a plurality of layers, each layer being defined by a single fiber component disposed within a polymer matrix, wherein the elongate tubular composite member has a longitudinal axis relative to the longitudinal axis of the tubular composite member. At least one inner layer having fibers arranged at an angle of ± 30 degrees to ± 90 degrees, and at least having fibers arranged at an angle of ± 30 degrees to ± 90 degrees with respect to the longitudinal axis of the tubular composite member. One outer layer, a first fiber that extends generally axially, a first braided fiber component that extends clockwise, and a counterclockwise stretch that is intermixed with the first braided fiber component. A second braided fiber component, at least one intermediate layer having, wherein the fibers of the first braided fiber component and the second braided fiber component are Wherein arranged at an angle of 5 degrees to ± 60 degrees ± respect to the longitudinal axis of the tubular composite member, the composite member, characterized in that.
【請求項2】各組間に周方向の間隙を形成するように、
周方向に間隔を置いて複数本ずつ組み合わさせた、軸方
向に伸張する第二のファイバーを更に備え、前記軸方向
に伸張する第一のファイバーが前記周方向の間隙に配置
されている、請求項1記載の管状の複合部材。
2. A circumferential gap is formed between each pair,
A second fiber extending in the axial direction, which is a combination of a plurality of fibers spaced apart in the circumferential direction, is further provided, and the first fiber extending in the axial direction is arranged in the circumferential gap. Item 2. The tubular composite member according to Item 1.
【請求項3】前記内層よりも内側に配置された、少なく
とも一層の、軸方向に配された最内層を備える、請求項
4記載の管状の複合部材。
3. The tubular composite member according to claim 4, comprising at least one axially arranged innermost layer disposed inside the inner layer.
【請求項4】前記第一及び第二の編み込みファイバー成
分を貫通すると共に前記軸方向に伸張する第一のファイ
バーに結合されるポリマー・マトリックスを更に備え
る、請求項1記載の管状の複合部材。
4. The tubular composite member of claim 1, further comprising a polymer matrix that extends through the first and second braided fiber components and is bonded to the axially extending first fiber.
【請求項5】前記軸方向に伸張する第一のファイバー
が、複合部材の長手方向に対して57度未満の角度に配さ
れている、請求項1記載の管状の複合部材。
5. The tubular composite member of claim 1, wherein the axially extending first fibers are arranged at an angle of less than 57 degrees with respect to the longitudinal direction of the composite member.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101672850B1 (en) * 2015-07-06 2016-11-04 한국해양과학기술원 A wind power tower and method for production of the wind power tower using fiber reinforced polymer
KR20250088914A (en) * 2023-12-11 2025-06-18 재단법인 한국탄소산업진흥원 Fiber-reinforced composite batten and marine sail having the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09300497A (en) * 1996-05-16 1997-11-25 Toray Ind Inc Large columnar body made of fiber reinforced plastic
JP6985953B2 (en) * 2018-02-13 2021-12-22 三菱重工業株式会社 Method for manufacturing composite materials
CN111452602A (en) * 2020-05-15 2020-07-28 吉林省华阳新材料研发有限公司 A composite material anti-collision tube for automobile and its manufacturing system and manufacturing method

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01182033A (en) * 1988-01-14 1989-07-19 Olympic Co Ltd Laminated tube
FR2627840B1 (en) * 1988-02-29 1990-10-26 Inst Francais Du Petrole TUBE MADE OF COMPOSITE MATERIALS SENSITIVE TO THE VARIATION OF ELONGATION UNDER THE EFFECT OF INTERNAL PRESSURE

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101672850B1 (en) * 2015-07-06 2016-11-04 한국해양과학기술원 A wind power tower and method for production of the wind power tower using fiber reinforced polymer
KR20250088914A (en) * 2023-12-11 2025-06-18 재단법인 한국탄소산업진흥원 Fiber-reinforced composite batten and marine sail having the same
KR102853772B1 (en) 2023-12-11 2025-09-01 재단법인 한국탄소산업진흥원 Fiber-reinforced composite batten and marine sail having the same

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