JPH0627401Y2 - 炭素繊維強化炭素複合材料製管体 - Google Patents
炭素繊維強化炭素複合材料製管体Info
- Publication number
- JPH0627401Y2 JPH0627401Y2 JP7017989U JP7017989U JPH0627401Y2 JP H0627401 Y2 JPH0627401 Y2 JP H0627401Y2 JP 7017989 U JP7017989 U JP 7017989U JP 7017989 U JP7017989 U JP 7017989U JP H0627401 Y2 JPH0627401 Y2 JP H0627401Y2
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- oriented
- longitudinal direction
- carbon
- yarn
- composite material
- Prior art date
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- Laminated Bodies (AREA)
- Rigid Pipes And Flexible Pipes (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この考案は、ヒーターエレメントとして好適な、炭素繊
維強化炭素複合材料（ＣＦＲＣ）からなる管体に関す
る。
維強化炭素複合材料（ＣＦＲＣ）からなる管体に関す
る。
（従来の技術） ヒーターエレメントには、よく知られているように、板
状のもの、中実棒状のもの、管状のもの等がある。そう
して、管状のヒーターエレメントとしては、従来、炭素
粉末を焼結してなるものがある。しかしながら、焼結炭
素材料からなるものは、強度が低いために肉厚を厚くす
る必要がある。しかるに、肉厚を厚くすると、相対的
に、被加熱物が入れられる内容積が小さくなってしま
う。また、厚み方向における熱勾配が大きくなって熱歪
による割れを生ずることもあり、材料の強度向上による
薄肉化が望まれている。そのため、より強度に優れ、薄
肉化が可能なＣＦＲＣの採用が検討されるようになって
きた。
状のもの、中実棒状のもの、管状のもの等がある。そう
して、管状のヒーターエレメントとしては、従来、炭素
粉末を焼結してなるものがある。しかしながら、焼結炭
素材料からなるものは、強度が低いために肉厚を厚くす
る必要がある。しかるに、肉厚を厚くすると、相対的
に、被加熱物が入れられる内容積が小さくなってしま
う。また、厚み方向における熱勾配が大きくなって熱歪
による割れを生ずることもあり、材料の強度向上による
薄肉化が望まれている。そのため、より強度に優れ、薄
肉化が可能なＣＦＲＣの採用が検討されるようになって
きた。
ＣＦＲＣを構成材料とする管状ヒーターエレメントは、
通常、炭素繊維からなる経糸と緯糸とが互いに直交する
２方向に延びている、織物としては極く普通の２軸織物
のプリプレグを用い、それをマンドレルに巻回し、加
圧、加熱してプリプレグの樹脂を硬化させ、常温まで冷
却した後、マンドレルを引き抜き、さらに焼成して樹脂
を炭素化することによって作っている。このとき、プリ
プレグは、マンドレルに、織物の経糸または緯糸がマン
ドレルの長手方向になるように、換言すれば、緯糸また
は経糸が、マンドレルの周方向になるように、すなわ
ち、マンドレルの長手方向に対して正しく９０°の方向
になるように巻回する。ところが、このような方法によ
る、長手方向に対して正しく９０°の方向に、織糸、す
なわち炭素繊維が延在しているＣＦＲＣ製ヒーターエレ
メントは、内部に割れをもちやすいという問題がある。
これは、以下のように説明できる。
通常、炭素繊維からなる経糸と緯糸とが互いに直交する
２方向に延びている、織物としては極く普通の２軸織物
のプリプレグを用い、それをマンドレルに巻回し、加
圧、加熱してプリプレグの樹脂を硬化させ、常温まで冷
却した後、マンドレルを引き抜き、さらに焼成して樹脂
を炭素化することによって作っている。このとき、プリ
プレグは、マンドレルに、織物の経糸または緯糸がマン
ドレルの長手方向になるように、換言すれば、緯糸また
は経糸が、マンドレルの周方向になるように、すなわ
ち、マンドレルの長手方向に対して正しく９０°の方向
になるように巻回する。ところが、このような方法によ
る、長手方向に対して正しく９０°の方向に、織糸、す
なわち炭素繊維が延在しているＣＦＲＣ製ヒーターエレ
メントは、内部に割れをもちやすいという問題がある。
これは、以下のように説明できる。
すなわち、長手方向に対して正しく９０°の方向に炭素
繊維が存在していると、炭素繊維は熱線膨脹係数がほと
んど零で、加圧、加熱成形時においても寸法変化を生じ
ないので、成形に伴う肉厚の減少を屈曲によって吸収す
ることになり、これが内部に部分的な割れを生じさせて
しまう。また、第４図に示すように、成形時、プリプレ
グの樹脂の硬化温度から常温まで冷却する時に、内外周
ともに、厚み中心であるＣ点に向かって樹脂の収縮によ
る応力が作用し、周方向の応力分布は二点鎖線Ｓ２で示
すようになって、内周のＡ点はＡ′点に、また、外周の
Ｂ点はＢ′点にそれぞれ移動しようとする。ところが、
その移動方向には、上記９０°方向の炭素繊維が延在し
ていて、これがつっかい棒のように作用することと関連
して、実際の応力分布は二点鎖線Ｓ１で示すようになっ
て、厚み中心に割れを生ずるようになる。これらの割れ
は、その後の焼成によっても決して消滅することはな
く、そのまま残る。
繊維が存在していると、炭素繊維は熱線膨脹係数がほと
んど零で、加圧、加熱成形時においても寸法変化を生じ
ないので、成形に伴う肉厚の減少を屈曲によって吸収す
ることになり、これが内部に部分的な割れを生じさせて
しまう。また、第４図に示すように、成形時、プリプレ
グの樹脂の硬化温度から常温まで冷却する時に、内外周
ともに、厚み中心であるＣ点に向かって樹脂の収縮によ
る応力が作用し、周方向の応力分布は二点鎖線Ｓ２で示
すようになって、内周のＡ点はＡ′点に、また、外周の
Ｂ点はＢ′点にそれぞれ移動しようとする。ところが、
その移動方向には、上記９０°方向の炭素繊維が延在し
ていて、これがつっかい棒のように作用することと関連
して、実際の応力分布は二点鎖線Ｓ１で示すようになっ
て、厚み中心に割れを生ずるようになる。これらの割れ
は、その後の焼成によっても決して消滅することはな
く、そのまま残る。
（考案が解決しようとする課題） この考案は、厚み方向における熱的性質と周方向におけ
るそれとの差を小さくすれば上述した割れを回避できる
ことに着目してなされたもので、その目的とするところ
は、上述した割れの問題を解消するとともに、強度等の
力学的特性に関して等方性に優れたＣ／Ｃコンポジット
製管体を提供するにある。
るそれとの差を小さくすれば上述した割れを回避できる
ことに着目してなされたもので、その目的とするところ
は、上述した割れの問題を解消するとともに、強度等の
力学的特性に関して等方性に優れたＣ／Ｃコンポジット
製管体を提供するにある。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、この考案は、炭素繊維の３
軸織物と炭素との複合材料からなる管体であって、上記
３軸織物は、任意の１軸を構成する織糸が上記管体の長
手方向に向けられ、もう一つの１軸を構成する織糸が上
記長手方向に対して＋２０°〜＋７０°の方向に向けら
れ、さらにもう一つの１軸を構成する織糸が上記長手方
向に対して−２０°〜−７０°の方向に向けられている
ことを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料製管体を提
供する。
軸織物と炭素との複合材料からなる管体であって、上記
３軸織物は、任意の１軸を構成する織糸が上記管体の長
手方向に向けられ、もう一つの１軸を構成する織糸が上
記長手方向に対して＋２０°〜＋７０°の方向に向けら
れ、さらにもう一つの１軸を構成する織糸が上記長手方
向に対して−２０°〜−７０°の方向に向けられている
ことを特徴とする炭素繊維強化炭素複合材料製管体を提
供する。
この考案においては、炭素の、いわゆる補強材として、
炭素繊維の３軸織物を使用する。３軸織物は、たとえ
ば、第２図に示すような、炭素繊維からなる３本の織糸
１、２、３が互いに６０°の角度をなして平組織されて
いるようなものである。そうして、たとえば、織糸１が
１軸を構成し、織糸２がもう一つの１軸を構成し、織糸
３がさらにもう一つの１軸を構成する。
炭素繊維の３軸織物を使用する。３軸織物は、たとえ
ば、第２図に示すような、炭素繊維からなる３本の織糸
１、２、３が互いに６０°の角度をなして平組織されて
いるようなものである。そうして、たとえば、織糸１が
１軸を構成し、織糸２がもう一つの１軸を構成し、織糸
３がさらにもう一つの１軸を構成する。
各軸を構成している織糸同士が互いになす角度は、上述
したように６０°で等しいのが最も普通であるが、異な
るいろいろな角度のものを容易に入手することができ
る。
したように６０°で等しいのが最も普通であるが、異な
るいろいろな角度のものを容易に入手することができ
る。
３軸織物は、また、第３図に示すようなものであっても
よい。すなわち、織糸１ａ、１ｂ、織糸２ａ、２ｂ、織
糸３ａ、３ｂをそれぞれ１組の織糸として平組織されて
いるようなものであってもよい。
よい。すなわち、織糸１ａ、１ｂ、織糸２ａ、２ｂ、織
糸３ａ、３ｂをそれぞれ１組の織糸として平組織されて
いるようなものであってもよい。
上述した３軸織物は、管体において、任意の１軸を構成
する織糸、たとえば、第２図における織糸１が長手方向
に向けられている。この例の３軸織物においては、織糸
１、２、３が互いになす角度が６０°であるから、織糸
１が管体の長手方向に向けられると、必然的に、織糸２
は＋３０°の方向に、また、織糸３は−３０°の方向に
向けられることになる。
する織糸、たとえば、第２図における織糸１が長手方向
に向けられている。この例の３軸織物においては、織糸
１、２、３が互いになす角度が６０°であるから、織糸
１が管体の長手方向に向けられると、必然的に、織糸２
は＋３０°の方向に、また、織糸３は−３０°の方向に
向けられることになる。
３軸織物の、任意の１軸を構成する織糸を管体の長手方
向に向けるのは、管体の長手方向における強度や剛性の
発現のためである。これに対して、もう一つの１軸を構
成する織糸は＋２０°から＋７０°の方向に、さらにも
う一つの１軸を構成する織糸は−２０°から−７０°の
方向に向けられ、これらは、主として管体の周方向補強
を受け持つことになる。そうして、この角度を従来の管
体のように長手方向に対して正しく９０°にしないの
は、そのようにすると、上述したように内部に割れをも
つことになるからである。それゆえ、この考案において
は、上記９０°配置を積極的に回避しているのである
が、一方で、９０°方向からあまりに離れすぎると、繊
維による補強効果は繊維軸方向において最も大きく、そ
れから離れるにしたがって急激に低下するから、周方向
における補強作用が期待できなくなる。だから、割れの
問題と、周方向補強の問題とを合わせて考慮し、上述し
たように、＋２０°から＋７０°の方向、および、−２
０°から−７０°の方向を選択している。好ましいの
は、＋３０°から＋６０°の方向、および、−３０°か
ら−６０°の方向である。
向に向けるのは、管体の長手方向における強度や剛性の
発現のためである。これに対して、もう一つの１軸を構
成する織糸は＋２０°から＋７０°の方向に、さらにも
う一つの１軸を構成する織糸は−２０°から−７０°の
方向に向けられ、これらは、主として管体の周方向補強
を受け持つことになる。そうして、この角度を従来の管
体のように長手方向に対して正しく９０°にしないの
は、そのようにすると、上述したように内部に割れをも
つことになるからである。それゆえ、この考案において
は、上記９０°配置を積極的に回避しているのである
が、一方で、９０°方向からあまりに離れすぎると、繊
維による補強効果は繊維軸方向において最も大きく、そ
れから離れるにしたがって急激に低下するから、周方向
における補強作用が期待できなくなる。だから、割れの
問題と、周方向補強の問題とを合わせて考慮し、上述し
たように、＋２０°から＋７０°の方向、および、−２
０°から−７０°の方向を選択している。好ましいの
は、＋３０°から＋６０°の方向、および、−３０°か
ら−６０°の方向である。
この考案の管体は、いろいろな方法によって製造するこ
とができる。たとえば、第２図や第３図に示した３軸織
物に、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の、焼成する
と炭素化する樹脂を含浸してなるプリプレグを用い、そ
れを、マンドレルに、任意の１軸がマンドレルの長手方
向を向くように巻回し、加圧、加熱してプリプレグの樹
脂を硬化させ、常温まで冷却した後、マンドレルを引き
抜き、さらに焼成して樹脂を炭素化することによって製
造することができる。プリプレグを用いないで、樹脂を
含浸していない、いわゆる生の３軸織物を用い、マンド
レルに巻回した後に樹脂を含浸することもできる。
とができる。たとえば、第２図や第３図に示した３軸織
物に、フェノール樹脂、ポリイミド樹脂等の、焼成する
と炭素化する樹脂を含浸してなるプリプレグを用い、そ
れを、マンドレルに、任意の１軸がマンドレルの長手方
向を向くように巻回し、加圧、加熱してプリプレグの樹
脂を硬化させ、常温まで冷却した後、マンドレルを引き
抜き、さらに焼成して樹脂を炭素化することによって製
造することができる。プリプレグを用いないで、樹脂を
含浸していない、いわゆる生の３軸織物を用い、マンド
レルに巻回した後に樹脂を含浸することもできる。
（実施態様） 第１図において、横断面が円形の管体は、第２図に示し
た炭素繊維の３軸織物で炭素を強化したＣＦＲＣからな
っている。そうして、１軸を構成する織糸１は管体の長
手方向に向けられており、もう一つの１軸を構成する織
糸２は長手方向に対して＋３０°の方向に向けられ、さ
らにもう一つの１軸を構成する織糸３は長手方向に対し
て−３０°の方向に向けられていて、長手方向に対して
正しく９０°方向を向いている織糸は存在していない。
た炭素繊維の３軸織物で炭素を強化したＣＦＲＣからな
っている。そうして、１軸を構成する織糸１は管体の長
手方向に向けられており、もう一つの１軸を構成する織
糸２は長手方向に対して＋３０°の方向に向けられ、さ
らにもう一つの１軸を構成する織糸３は長手方向に対し
て−３０°の方向に向けられていて、長手方向に対して
正しく９０°方向を向いている織糸は存在していない。
（考案の効果） この考案の管体は、３軸織物の、任意の１軸を構成する
織糸が管体の長手方向に向けられ、もう一つの１軸を構
成する織糸が長手方向に対して＋２０°〜＋７０°の方
向に向けられ、さらにもう一つの１軸を構成する織糸が
長手方向に対して−２０°〜−７０°の方向に向けられ
ていて、成形時に内外周に発生する収縮応力に対してつ
っかい棒のように作用する、管体の長手方向に対して正
しく９０°の方向の織糸が存在していないので、内部に
割れを生ずるのを防止することができるばかりか、正し
く９０°の方向の織糸が存在していないことから、成形
時における直径の変化を吸収しやすく、管体は真円度に
優れている。さらに、３軸織物は、通常の２軸織物にく
らべて面内異方性が大変小さいので、管体は力学的特性
に関して等方性が高い。さらにまた、ＣＦＲＣは焼結炭
素材料にくらべて強度が格段に優れているために肉厚を
薄くでき、ヒーターエレメントとして使用したとき、厚
み方向における熱勾配が小さくなって、熱歪による割れ
を防止することができるようになる。
織糸が管体の長手方向に向けられ、もう一つの１軸を構
成する織糸が長手方向に対して＋２０°〜＋７０°の方
向に向けられ、さらにもう一つの１軸を構成する織糸が
長手方向に対して−２０°〜−７０°の方向に向けられ
ていて、成形時に内外周に発生する収縮応力に対してつ
っかい棒のように作用する、管体の長手方向に対して正
しく９０°の方向の織糸が存在していないので、内部に
割れを生ずるのを防止することができるばかりか、正し
く９０°の方向の織糸が存在していないことから、成形
時における直径の変化を吸収しやすく、管体は真円度に
優れている。さらに、３軸織物は、通常の２軸織物にく
らべて面内異方性が大変小さいので、管体は力学的特性
に関して等方性が高い。さらにまた、ＣＦＲＣは焼結炭
素材料にくらべて強度が格段に優れているために肉厚を
薄くでき、ヒーターエレメントとして使用したとき、厚
み方向における熱勾配が小さくなって、熱歪による割れ
を防止することができるようになる。
第１図は、この考案の一実施態様に係る管体を示す概略
正面図、第２図および第３図は、この考案で使用する、
それぞれ異なる態様の３軸織物を示す概略平面図、第４
図は、管体の厚み中心における割れの発生メカニズムを
説明する図である。 １：３軸織物の織糸 １ａ：３軸織物の織糸 １ｂ：３軸織物の織糸 ２：３軸織物の織糸 ２ａ：３軸織物の織糸 ２ｂ：３軸織物の織糸 ３：３軸織物の織糸 ３ａ：３軸織物の織糸 ３ｂ：３軸織物の織糸
正面図、第２図および第３図は、この考案で使用する、
それぞれ異なる態様の３軸織物を示す概略平面図、第４
図は、管体の厚み中心における割れの発生メカニズムを
説明する図である。 １：３軸織物の織糸 １ａ：３軸織物の織糸 １ｂ：３軸織物の織糸 ２：３軸織物の織糸 ２ａ：３軸織物の織糸 ２ｂ：３軸織物の織糸 ３：３軸織物の織糸 ３ａ：３軸織物の織糸 ３ｂ：３軸織物の織糸
Claims (2)
- 【請求項１】炭素繊維の３軸織物と炭素との複合材料か
らなる管体であって、上記３軸織物は、任意の１軸を構
成する織糸が上記管体の長手方向に向けられ、もう一つ
の１軸を構成する織糸が上記長手方向に対して＋２０°
〜＋７０°の方向に向けられ、さらにもう一つの１軸を
構成する織糸が上記長手方向に対して−２０°〜−７０
°の方向に向けられていることを特徴とする炭素繊維強
化炭素複合材料製管体。 - 【請求項２】請求項（１）の炭素繊維強化炭素複合材料
製管体を有するヒーターエレメント。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017989U JPH0627401Y2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料製管体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7017989U JPH0627401Y2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料製管体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH039829U JPH039829U (ja) | 1991-01-30 |
| JPH0627401Y2 true JPH0627401Y2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=31606122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7017989U Expired - Lifetime JPH0627401Y2 (ja) | 1989-06-15 | 1989-06-15 | 炭素繊維強化炭素複合材料製管体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0627401Y2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4897182B2 (ja) * | 2000-06-12 | 2012-03-14 | ビーエイチピー・ビリトン・ペトローリアム・ピーティーワイ・リミテッド | ホース |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101215039B1 (ko) | 2005-03-18 | 2012-12-24 | 가부시키가이샤 제이텍트 | 금속원료용의 브리켓의 압축 성형기, 금속원료용의브리켓의 제조장치, 및, 그 압축 성형방법 |
-
1989
- 1989-06-15 JP JP7017989U patent/JPH0627401Y2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4897182B2 (ja) * | 2000-06-12 | 2012-03-14 | ビーエイチピー・ビリトン・ペトローリアム・ピーティーワイ・リミテッド | ホース |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH039829U (ja) | 1991-01-30 |
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