JP4939768B2 - 多層ダクト及び関係する製造プロセス - Google Patents

Description

本発明は、特に航空車両に向けたものであるがそれに限定することのない空調システムの、空気分配用多層ダクトに関する。本発明はさらに、そのようなダクトを製造するためのプロセスに関する。

ダクトの壁を作製する材料層の重なりを使用したダクト製造技術では、所望の厚さのロール及び／又はシートで提供される、いわゆるプリプレグの形をした先進複合材料の利用が確立されてきた。

「プリプレグ」（予備含浸複合材）とは、以下、ロール及び／又は積層シートの形で提供される、例えば熱硬化性エポキシ樹脂やフェノール樹脂、ポリエステルなどの様々な性質の樹脂からなるポリマー母材を含浸させた織布、一方向テープ、マット、ストランド、不織布などを意味する。前記予備含浸基材、すなわち織布などを形成する繊維は、構造上の作業を実行し、例えば電気を通したりするために大幅に変えることができる。

この材料は、形成の初期ステップで、断面が円形又は楕円形である円筒形状の配管といった最も単純なものから、例えばマニホールドや継手、接続部などのより複雑なものまで、ダクトに必要な任意の形状をとることができる。

例えば織布や不織布などの形で提供される、ガラス繊維やアラミド繊維、レーヨン繊維、又は炭素繊維などの構造繊維が存在することによって、ダクトには必要な機械的性質が与えられる。しかしそのような材料は、ダクトの流体耐密性（気密性）に関して十分注意を払う必要がある。

実際、予備含浸繊維の層は、熱硬化性樹脂及び含浸系の種類の他に、使用する層の数及び／又は関連する厚さに実質的に依存する多孔率を示す。したがって、必要とされる流体耐密性を得るには、厚さを増大させる必要があり、その結果明らかに、単位表面積当たりの重量（ダクト外面の１平方メートル当たりのグラム数、すなわちｇ／ｍ^２で表される）が増加する。しかし、特に航空関係の適用例では、各構成要素の重量を可能な限り低く保つ必要があることが理解される。

そのため、製造プロセスは、非強化熱硬化性樹脂の層、すなわち予備含浸基材をベースにしていない層、通常は液状フェノール樹脂の付着を提供する可能性がある。この付着では、必要な樹脂の厚さを単一のステップで付着させることができないので、そのプロセスが著しく複雑になる。実際、そのような樹脂は、付着を完了させるアニーリングという後続のステップ中、その安定性及び完全性を保つなどするために、最小限の厚さでしか付着させることができない。したがって、複数の樹脂付着サイクル、すなわちそれぞれのサイクルを耐密性試験と交互にしたものが必要である。

耐密性試験は、ダクトが、定格動作ゲージ圧又はより高い圧力で、必要とされる耐密性を示すかどうかチェックする役割をする。芳しくない応答を得た場合には、関連するアニーリング・ステップでさらなる樹脂層を付着させる。

上記技術の例示的な適用例は、ガラス繊維及び炭素繊維の使用に限定されたＥＰ １，３６４，７７２Ａ１に記載されている。

本発明の根幹をなす技術的問題は、流体耐密性に関し、単純化されたプロセスを通して十分な性能を示す、可能な限り軽量なダクトを得ることの必要性に代表される。

これらの要件の他、ダクトの内壁に対する流体（空気）の摩擦によって発生する静電荷の蓄積を防ぐために、多層ダクトの構造上の一貫性や、流体の流れに関連した低ノイズ、ダクトに沿った任意選択の導電率などの、別の動作条件も満足すべきである。

この問題は、
ダクトの内壁を画定する、実質的に流体耐密な１種のポリマー・フィルムと、
前記ポリマー・フィルムを包封する、熱硬化性樹脂を予備含浸させた構造繊維シートによって形成された少なくとも１層の硬化構造層と、
構造的及び／又は機能的繊維を有するプリプレグの１層又は複数層の任意選択の追加の機能層と
を含む、層の重なりで作製された上記指定した多層ダクトによって解決される。

硬化構造層とは、必要とされる構造上の性質をダクトに提供することのできる層を意味する。

ポリマー母材又は熱硬化性樹脂を予備含浸させた構造繊維とは、前記構造上の性質を与えることのできる繊維を意味する。例示的な構造繊維は、ガラス繊維、レーヨン・ビスコース繊維、炭素繊維、アラミド繊維などである。

ポリマー母材又は熱硬化性樹脂を予備含浸させた機能繊維とは、例えば導電性や電気絶縁性、断熱性、光の透過性などのその他の性質を樹脂層に与えることのできる繊維を意味する。

例示的な導電性繊維としては、周知の構造的機能も非常に良く果たす炭素繊維と、ホウ素、タングステン、アルミナ、銅、その他の導電性金属などの繊維を挙げることができる。同じ繊維は、構造上及び機能上の作業を付随して実現することができることが提示される。したがって機能上の作業は、前記硬化層に固有のものと考えられる。

最後に、例示的な電気絶縁性繊維として、ガラス繊維及びアラミド繊維を挙げることができる。

含浸樹脂は、フェノール、ポリエステル、エポキシ、ポリイミド樹脂などである。

本発明によるダクトの好ましい実施例は、
ダクトの内壁を画定する、実質的に流体耐密な１種のポリマー・フィルムと、
前記ポリマー・フィルムを包封する、熱硬化性樹脂を予備含浸させた構造繊維シートによって形成された少なくとも１層の硬化構造層と、
熱硬化性樹脂を予備含浸させた導電性繊維を含むシートによって形成された、少なくとも１層の第１の導電性機能層と、
熱硬化性樹脂を予備含浸させた適切な絶縁性機能繊維を含むシートによって形成された、少なくとも１層の第２の電気絶縁性機能層と
を含む、層の重なりを有する。

上記定義した多層ダクトの主な利点は、厚さが減じられたこと、したがって単位表面積当たりの重量（面積重量）が制限され、気密性の要件を満足することにある。これに付随して、追加の流体耐密な樹脂層を付着させることが不要になる。

同じ発明の概念によれば、本発明は、
ダクトの内壁を画定する実質的に流体耐密な１種のポリマー・フィルムと、前記ポリマー・フィルムを包封する、熱硬化性樹脂を予備含浸させた構造繊維のシートによって形成された、少なくとも１層の硬化構造層と、熱硬化性樹脂を予備含浸させた、追加の構造的及び／又は機能的繊維を有する１層又は複数層の任意選択の機能層とを、適切な形状及び断面のマンドレルの表面に、順次配置するステップと、
真空を適用することによって、前記層の中の空気及びその他の気体又は揮発性物質を抽出するステップと、
前記層を、事前に設定した温度でかつ事前に設定した時間にわたり加熱し、前記真空適用状態を保持して、加熱により発生した気体又はあらゆる揮発性物質を抽出するステップと、
前記層を冷却するステップと、
前記マンドレルを抜き取り又はその他の手法で取り外すステップと
を含む、上記指定したダクトを製造するプロセスを提供する。

前記プロセスの好ましい実施例によれば、マンドレルの表面に前記ポリマー・フィルムを堆積するより先に、そのマンドレルには噴霧によってポリビニルアルコール（ＰＶＡ）樹脂やポリエステルなどの剥離剤を塗布するが、それによってマンドレルを取り外すことがより容易になり、特にマンドレルが使い捨て可能な非金属タイプのものである場合には、さらにダクト内部の粗さを低減させるのに寄与する。

以下、本発明を、その好ましい実施例、すなわち非限定的な実施例として与えられた実施例について、添付図面を参照しながら述べる。

図を参照すると、特に航空関係の適用例に向けた多層ダクトがＤによって示されているが、これはダクトを作製する複数の層を表示するために示されている。

これらの層は同軸上に配置されており、気流の通路が想定されるダクトの内側から、ダクトの外側に至るまで示されている。描かれているダクトの断面形状は実質的に円形であるが、ダクト及びその断面の形状はどれでもよいことが提案される。

ダクトＤは、このダクトの内壁を画定する実質的に流体耐密なポリマー・フィルム１を含む。限定するものではないが、第１のダクト製造ステップでマンドレルの周りに巻き付けることができる柔軟なポリマー材料で作製することが有利である。

ポリマー材料は、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオリド（ＰＴＦ、ＰＴＦＥ）、フェノール系又はポリフェノール系、ポリスルホン系、及びポリイミド系の材料でよい。そのような材料は、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）及びポリテトラフルオリド（ＰＴＦ、ＰＴＦＥ）を含む群から選択することが好ましい。

好ましい実施例によれば、そのようなポリマー・フィルムは、厚さが１５〜７５μｍの範囲のＴｅｄｌａｒ（商標）から生成され、以下に述べるプリプレグの連続層に面する接着面を持った、押出し成形されたシートの形で提供されるが、この接着面は、ポリエステルをベースにし又はエポキシをベースにしたものなどの接着層である。

本発明の実施例によれば、ダクトＤはさらに、前記ポリマー・フィルム１を包封し且つ樹脂を予備含浸させた構造繊維層によって形成された、構造的に硬化した構造層２を含む。

硬化構造層２は、単位表面積当たりの重量が５０〜１５０ｇ／ｍ^２の範囲で示され、例えばレーヨン・ビスコース繊維の不織布をフェノール樹脂に含ませたもので作製されると考えられる。

ダクトＤはさらに、予備含浸された導電性繊維を含むシート状の織布によって形成された、第１の導電性機能層３を含む。

前記第１の機能層３は、構造上の作業も同様に実行できることが有利である。本発明の実施例では、前記第１の層３が、フェノール樹脂を予備含浸させた炭素繊維を含有する織布層で作製される。単位表面積当たりの重量は、２５０〜４００ｇ／ｍ^２の範囲に及んでよい。アラミド繊維と炭素繊維のハイブリッド織布、又はさらにガラス繊維と炭素繊維のハイブリッド織布であって、単位表面積当たりの重量が実質的に上述の範囲内に含まれるものを使用できることが有利である。

ダクトＤはさらに、プリプレグの形でシート状の適切な絶縁性機能繊維によって形成された、第２の電気絶縁性機能層４を含む。

本発明の実施例によれば、前記第２の機能層４は、フェノール樹脂を予備含浸させた、厚さが最小限のガラス繊維又はアラミド繊維の層で作製される。この層の単位表面積当たりの重量は６０ｇ／ｍ^２未満でよく、例えば４０ｇ／ｍ^２である。

これらの重なり合った層の厚さによって、ダクトの全厚が大幅に減少して０．５０〜０．７５０ｍｍの範囲になり、単位表面積当たりの全重量は約４８０ｇ／ｍ^２になり、すなわち従来の技法によって得られた値の約半分になる。

最後にダクトＤは、製造プロセスの終わりに又は設置時に付加されるポリイミド・マットの形で提供される、断熱材料の外層５を有する。

図２及び３を参照すると、ダクトＤに接着しており且つ１対の湾曲したフラップ１０を含んでいるいずれかの形を有してよいダクトＤの支持体６が記載されている。

前記フラップ１０の位置で、ダクトＤは、ダクトＤの周辺を取り囲むストリップの形をした強化層７を含む。ダクトに沿って適切に間隔を空けて配置された前記局所的な強化材は、ダクトが減圧下で動作するのに、すなわち負のゲージ圧で動作するのに特に必要とされる。

類似する材料同士の適合性を極力活用するために、最も外側にある機能層、この場合は第２の電気絶縁性機能層４と、強化層７、及び支持体６は、フェノール樹脂を予備含浸させた同じ構造織布で作製することが有利である。

これまで述べた全ての構成要素は、航空関係及び非航空関係の適用例での不燃性に関するＦＴＳ要件を満たすことが理解される。

上述のダクトではいくつかの利点が得られ、それらを以下に要約する：
現在採用されている他の解決策に対し、単位表面積当たりの重量の劇的な減少；
引張り弾性率の増加、平均曲げ強度、圧縮強度、及び引張り強さの増加；
衝撃強さの向上；
空気（流体）の流れの通過によって発生した静電荷の散逸；及び
ダクトを通した負荷損の実質的な低下を示唆する、流体の通過に伴う低レベルのノイズ。

後者の利点は、前記ポリマー・フィルムを使用することによって、すなわち挿入される位置では必要とされる気密性をダクトに与えるだけではなくその内面粗さも最大１０μｍまで低下させる、前記ポリマー・フィルムを使用することによって得られる。

この特性は、とりわけ非金属の使い捨て可能なマンドレルを使用する場合、上記定義し且つ述べたプロセスで前記剥離剤を使用することによってさらに改善される。

さらにこのプロセスでは、適切に細心の注意を払ってスプレイ塗布すべき液体状態のフェノール樹脂を使用する必要がない。さらに、重なり合った層の多孔率のいかなる局所的なばらつきによってももはや何の影響も受けない製品の再現性が、確実に改善される。

上述の多層ダクト及び製造プロセスには、当業者なら、その他の且つ生じ得る要求を満たすためにいくつかのその他の修正及び変更を加えることができるが、それらは全て、特許請求の範囲によって定義された本発明の保護範囲内に包含されるものである。

本発明による多層ダクトを示す、部分断面図斜視図である。 本発明による多層ダクトに付着された支持部材を示す斜視図である。 図１のダクトの詳細を示す概略図である。

符号の説明

１ ポリマー・フィルム
２、３、４ 構造層
５ 外層
６ 支持体
７ 強化層
１０ フラップ

Claims (21)

1. 空調システムにおける空気分配用の多層ダクト（Ｄ）であり、特に、限定するものではないが航空車両用の多層ダクトであって、
   前記ダクトの内壁を画定し、内部の空気と接する、実質的に流体耐密な１種のポリマー・フィルム（１）と、
   前記ポリマー・フィルムを包封する、熱硬化性樹脂を予備含浸させた構造繊維シートによって形成された少なくとも１層の硬化構造層（２）と、
   熱硬化性樹脂を予備含浸させた導電性繊維を含むシートによって形成された、少なくとも１層の第１の導電性機能層（３）と、
   前記少なくとも１層の第１の導電性機能層（３）を包封する熱硬化性樹脂を予備含浸させた適切な絶縁性機能繊維を含むシートによって形成された、少なくとも１層の第２の電気絶縁性機能層（４）と
   を含む、層の重なりで作製された多層ダクト。
2. 熱硬化性樹脂を予備含浸させた前記構造繊維シートが、ガラス繊維、レーヨン・ビスコース繊維、炭素繊維、及び／又はアラミド繊維である、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
3. 前記導電性繊維が、炭素、ホウ素、タングステン、アルミナ、銅、及び／又は導電性金属の繊維である、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
4. 前記絶縁性機能繊維が、ガラス繊維及び／又はアラミド繊維である、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
5. 前記熱硬化性樹脂が、フェノール、ポリエステル、エポキシ、及び／又はポリイミド樹脂である、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
6. 前記熱硬化性樹脂がフェノール樹脂である、請求項５に記載のダクト。
7. 前記層（１、２、３、４、５）の重なりが実質的に同軸上に配置されている、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
8. 前記ポリマー・フィルムが柔軟なポリマー材料で作製される、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
9. 前記ポリマー・フィルムが、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）、ポリテトラフルオリド（ＰＴＦ、ＰＴＦＥ）、フェノール系又はポリフェノール系、ポリスルホン系、及びポリイミド系の材料を含む群から選択されたポリマー材料で作製される、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
10. 前記ポリマー材料が、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）及びポリテトラフルオリド（ＰＴＦ、ＰＴＦＥ）を含む群から選択される、請求項９に記載のダクト（Ｄ）。
11. 前記ポリマー材料が、１５μｍから７５μｍに及ぶ厚さのＴｅｄｌａｒ（商標）である、請求項１０に記載のダクト（Ｄ）。
12. 前記ポリマー材料が、連続する層に面した接着面を有する状態で押出し成形されたシートの形で提供される、請求項１１に記載のダクト（Ｄ）。
13. 前記接着面が、ポリエステルをベースにし、又はエポキシをベースにし、又はこれらと同様のものである、請求項１２に記載のダクト（Ｄ）。
14. 前記硬化構造層（２）が、５０ｇ／ｍ ^２ から１５０ｇ／ｍ ^２ に及ぶ単位表面積当たりの重量を有する、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
15. 前記硬化構造層（２）が、フェノール樹脂中のレーヨン・ビスコース繊維の不織布で作製された、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。
16. 前記第１の導電性機能層（３）が、フェノール樹脂を予備含浸させた炭素繊維を含有する織布層で作製された、請求項１に記載のダクト（Ｄ）。
17. 前記第１の導電性機能層（３）の単位表面積当たりの重量が、２５０ｇ／ｍ ^２ から４００ｇ／ｍ ^２ に及ぶ、請求項１６に記載のダクト（Ｄ）。
18. 前記第１の導電性機能層（３）が、アラミド繊維及び／又はガラス繊維を含む、請求項１７に記載のダクト（Ｄ）。
19. 前記第２の電気絶縁性機能層（４）が、フェノール樹脂を予備含浸させた、厚さが最小限のガラス繊維及び／又はアラミド繊維組織層で作製された、請求項１に記載のダクト（Ｄ）。
20. 前記第２の電気絶縁性機能層（４）の単位表面積当たりの重量が６０ｇ／ｍ ^２ 未満である、請求項１９に記載のダクト（Ｄ）。
21. 多層ダクトの外面に接着している１対の湾曲したフラップ（１０）を含む、いずれかの形を有する支持体（６）と、
    前記１対の湾曲したフラップのそれぞれの位置で多層ダクトの周辺を取り囲むストリップの形をした強化層（７）とを有し、
    最も外側にある第２の電気絶縁性機能層（４）、前記強化層、及び前記支持体が、同じ含浸樹脂系から成るので互いに適合性がある、請求項１に記載の多層ダクト（Ｄ）。

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