JPS608054A - 補強構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 現在市販されている多くの糸は１０デシニユートン、／
テンクス（ｄＮ／１ｅｘ）見」−の強度をもっている。

この分類に入るものとしては、ケウ゛ラー′沙（Ｋｅｖ
ｌａｒ）芳香族アミド（ａｒａｍｉｄ）繊維、ガラス繊
維、炭素ｍ維、芳香族ポリエステル繊維、及び或種の他
の材料の繊維の糸がある。このような糸。

特に芳香族アミド及び芳香族ポリエステルの糸はその圧
縮強さのために、構造複合体に用いられる補強材として
はその用途が限定されていると信じられている。本発明
の目的は引張強さの低下を最小限度に抑制し圧縮強さを
増強させたこのような糸の構造物を提供することである
。

本発明によれば、鞘によって取囲まれた芯から成る補強
構造物において、腰芯は少なくとも０．１％の半径方向
の圧縮を受け且つ長手方向に並んだ糸から成り、該鞘は
芯に対して８０〜９０６の角度をなして螺線状に巻付け
た糸から成り隣接した螺線状の部分と接触しており、鞘
の厚さ対補強構造物の’Ｐ：　Ｉｖの比は０．０１〜０
．２５であり、鞘及び芯の両方の糸の強度は１０ｄＮ／
ｌｅｘより大きく、モジュラスは２００ｄＮ／ｌｅｘよ
り大きいことを特掛とする補強構造物（以後簡単のため
単に「構造物」と称することもある）が提供される。好
ましくは芳香族アミドａｍは鞘及び芯の両方に使用され
、さらに好ましくは少なくとも芯の糸は樹脂マトリック
スの中に埋込まれている。

未発明の補強構造物は芯の成分と鞘の成分からつくられ
、その各々は一種またはそれ以−にの糸から構成され、
糸は樹脂で含浸されていることができる。芯の糸は該ａ
造幣の引張強ごを与え、従って高強度（ｌｏｄＮ／ｌｅ
ｘ以七の強度をもつ）の糸から成る群から選ばなければ
ならない。またモジュラスが高く、補強材としての用途
には２００ｄＮ／ｌｅｘより大であることも重要である
。芳香族アミド繊維のような合成有機繊維はこの目的に
対して好適であるが、ガラス繊維または炭素ｍ維のよう
な無機性のｍＩｎも使用できる。本明細書において「糸
」という言葉には多フィラメント糸及びステープル・フ
ァイバーからつくられた糸も含まれる。好ましくは芯の
糸には撚りがないが、または僅がしか撚りかかけられて
いす、さらに好ましくは芯の糸の中のもとの繊Ｍ［また
はフィラメントがもはや相対的に動き得ないような・体
となった棒の形に変換することができるものである。こ
の一体となった杯は、可塑剤を加えまたは加えずに芯の
糸を焼結し融合することによりつくることかでごろ。他
の団体化例においては芯の糸は樹脂のマトリックスの中
に埋込まれている。樹脂は芯全体の約７５容早％より小
、好ましくは４０容量２より小の量を占めている。糸の
含浸にはエポキシ樹脂、不飴和ポリエステル樹脂及び熱
可塑性樹脂のような種々の樹脂を用いることができる。

圧縮率の低い樹脂が好適である。糸を埋込む便利な方法
は引き出し成形１去である。

本発明の構造物においては、軸方向に圧縮された芯が半
径方向に拘束され、補強構造物が使用時に圧縮−弛緩サ
イクルを受けた場合のヒステリシス損失を減少させなけ
ればならない。一般に半径方向の拘束が大きい程、補強
構造物の軸方向の圧縮強さの改善が大きくなる。芯を少
なくとも０．１ｚ、好ましくは少なくとも０．５ｚ半径
方向に圧縮すると改善された構造物が得られる。芯が堅
く実５− 質的に空隙がなく、構造物に対して最も効率的な拘束と
最高の圧縮強さが得られるようにすることが最も良い。

鞘の成分は芯を半径方向に圧縮１つ拘束し、従って補強
構造物に高い圧縮荷重をかけた場合横方向の可塑的流れ
と変形とを抑制する。芯に必要な拘束を４えるためには
、螺線状に巻いた繊維の隣り合う部分が隣接または接触
していることが重要である。また芯に大きな軸方向の圧
縮力が加えられた場合、糸が降伏したり、弛緩したり、
或いは切れたりしないためには、高強度、即ち１０ｄＮ
／ｌｅｘより大きい強度、高初期モジュラス、即ち２０
０ｄＮ／ｌｅｘより大きい初期モジュラスをもち、クリ
ープの低い糸が巻付は糸として必要とされる。巻付は糸
に高強度、即ちＩＱｄＮ／ｌｅｘより大な強度の糸を使
用すると薄い鞘を用いることができ、強度を不当に低下
させることなく補強構造物に対し高い軸方向の圧縮強さ
を得ることができる。芯が圧縮されると、巻付は糸に張
力がかかる。このため巻６− 伺は糸の引張クリープが低いことが重要である。

即ち糸の応力減衰は低くなければならない。

芯に有用な種類の樹脂はまた鞘即ち巻付は糸に対しても
有用である。樹脂は強い構造物をつくる寄り°、をし、
巻付は糸を適切な位置に保ち、糸のはとげを防ぐ接着剤
として作用する。樹脂は鞘の４０容驕％以上を占めては
いけない。巻付は糸の螺線角が８０〜９０６の高い値を
場合、半径方向の圧縮を′Ｆえるために巻付は糸を最も
良く使用することができる。

鞘は補強構造物に引張強さをほとんど又は全くＩｊ、え
ず、かえって補強構造物の引張強さを減少させるから、
鞘はあまり厚過ぎないことが望ましい。鞘の厚さ対補強
構造物の半径の比は０．０１〜０．２５であることが有
用である。これらの測定は較正された視野をもった顕微
鏡で行うことができる。

第１ａ図においては、芯の部分１の糸は最低限度の撚り
（例えば０．１回／ｃｍ）で長手方向に並んでいる。Ｔ
２本の巻付は糸の層２及び３が夫々第１ａ図に示されて
いる。各巻伺は糸の層は螺線状に芯を取囲んでいる。各
捲回の間には隙間はない。巻付は角は８０〜９０°の範
囲にあるが、出来るだけ８０６に近いことが好ましい。

第１ａ図においては、層２及び３の巻付は角は反対の方
向を向いている。第１ｂ図においては２つの層２及び３
の巻付は角は同じ方向を向いている。第１ｂ図において
は、芯の糸ｌは撚りのない多フィラメント糸である。

樹脂で含浸した芯をもった補強構造物の製造法は第２及
び３図から容易に理解できるであろう。

芯の部分は引き出し成形法でつくられたものとして第２
図に示されている。ボビン（図示せず）から供給された
糸２０は張力装置４の後方を通って導かれ、これに樹脂
がつけられる。張力装置はその中を糸が趙るカムである
か、好ましくは適当なブレーキをもった多重ロールであ
り、その上に糸が通される。糸が張力装置を通った後に
樹脂がつけられ、次に糸はダイス型５を通って引き出さ
れることが好適である。このダイス型は芯の部分につけ
る樹脂の量をコントロールし、芯の部分からその中に捕
捉されたガスを絞り出す。次に糸は引っ張りロール７に
より　−個またはそれ以上の硬化用の炉６を通って引き
出され、次いでカンタ−８により任意所望の長さに切断
される。この切断された長さの部分の中の樹脂マトリッ
クスは炉８の中で硬化し、補強構造物に対する芯の部分
を構成する堅い棒１７が生じる。

引き出し成形された棒の製造において糸に適用すのに適
した樹脂は通常の樹脂であり、この目的のために触媒を
加えると直ぐ重合させ得る既に混合した形で購入するこ
とができる。前述の引き出し成形された棒において糸に
対して用いるのに適した樹脂の一例として、４．０ｇの
過酸化ベンゾイルを２００ｇの不飽和ポリエステル、即
ち米国ウィスコンシン州５３０７４、ポート・ワシント
ン（Ｐｏｒｔ　Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ）　、メイン拳ス
トリート（Ｍａｉｎ　５ｔｒｅｅｔ）　、２２２　Ｅ　
、　フリーマン拳ケミカル（Ｆｒｅｅｍａｎ　Ｃｈｅａ
＋ｉ９− ｃａｔ）社製のポリ［プロピレンマレエート／イソフク
レー１−　（５０１５０）　−（８０−４０）］に加え
ることができる。

引き出し成形された林ｌＯを第３図に示す旋盤１１に取
り付ける。旋盤が回転するにつれて糸１２及び１３は棒
の周りに巻付けられる。糸１２及び１３は別々のボビン
（図示せず）から案内１６を経て夫々樹脂塗布機１４及
び１５に供給され、糸は引き出し成形された棒の長さに
沿って前進し、旋盤の中で回るにつれて棒の周りに二つ
の螺線状の巻付けができる。巻付は装置は巻付ける糸に
少なくとも約０．０５ｄＮ／ｌｅｘ、好ましくは０．５
−＋５ｄＮ／ｌａｘの張力を及ぼし、芯を圧縮する。巻
付けて得た製品を次に炉（図示せず）に通し、鞘の樹脂
を硬化させる。

補強構造物をつくる装置は糸を巻付は樹脂で含浸するか
、そうでなければ樹脂で含浸しまたは含浸していない糸
を巻付けるように容易に変形することができる。旋盤の
チャックを鈎に変え、将来補強構造物の芯を構成するよ
うになる長さの糸を一１〇− 鈎の間に張力をかけて取り付けることができる。

巻付は糸の巻付けは前記と同様にして行うことができる
。必要に応じ芯として用いられる糸または引き出し成形
された林は単〜層の巻付は用の糸を花月けることができ
、或いは巻付は用の糸の多重層を同一方向または反対方
向に一度に・層をつくるようにして芯のにに巻付けるこ
ともできる。

試験方法 欣終几貝遣） 圧縮特性は一般にＡＳＴＭ　０３４１０−７５の方法に
より、試験すべき構造物で補強した棒について決定した
。

陵さ３０ｃｍ（１２インチ）の溝穴［例えば長手方向に
並んだ二個の１５ＣＩ１１（６インチ）の辺をもつもの
］と幅がＱ、ｆ３４ｃｍ（０，２５インチ）、深さが］
、９ｃ＋ｎ（０，７５インチ）の矩形の断面とをもつ下
部の部材、及び該下部の部材と一緒に合わせた時に市確
に溝穴にはめ込まれる上部の雄部材を有する成形型を使
用して補強した棒をつくる。上部の部材を取外し、Ｆ？
Ｂの部材の溝穴を熱硬化性のエポキシ樹脂［エボ７（Ｅ
ｐｏｎ）８２Ｂ　、！：／−ｚル争ケミカル（Ｓｈｅｌ
ｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ）社製］で濡らす。試験すべき構
造物を溝穴の中に並べて出来るだけ緊密に詰め、溝穴の
全長に亙って堅い底部層をつくる。即ち構造物の直径が
０．１１〜０．１２５ｃｍ　（０，０４３〜０．０４９
　インチ）の範囲内にある時には、底部層に５本を使用
するが、直径がこれよりも小さい時には多数の試料が、
また大きな１（１°径の時には少ない試料が底部層をつ
くるために心霊である。必要に応じ他の液状樹脂を加え
てすべての空隙を満たし、その」二に他の層の試料を並
べて積上げる。同様にさらに試料の層を並べて下の層の
卜に積上げ、深さ０．４ｃｍ（０，１５８インチ）まで
溝穴を試料層で充填し、同時に必要に応じ少なくとも０
．４ｃｍの深さまでさらに液状の樹脂を加える。下部の
部材の溝穴の両側に厚さＱ、４Ｑｃｍの詰め木を置き、
１一部の部材をド部の部材と合わせ、その間に詰め木を
挟み成形型を閉じる。閉じた型を９０℃の炉の中に３時
間、次いで１５０〜１５５°Ｃの炉に８時間入れる。型
を室温に冷却し、硬化した補強された棒を取り出す。１
４ｃｍ（５，５インチ）の長さの棒を鋸で切って正方形
にし、最終圧縮強さを測定する。棒の残りは他の試験の
ためにとっておく。

試験すべき構造物がエポキシ樹脂で十分に含浸され硬化
されている場合、その試料は前述のように直接溝穴の中
に詰め込むことができる。試験すべき構造物が□互いに
巻付けられた糸であり、芯の糸は液状エポキシ樹脂で含
浸がれているが、巻付けた方の糸は含浸されていない場
合には、構造物の試料を先ず液状エポキシ樹脂に浸漬し
てこれを樹脂で湿潤する。樹脂で濡らした試料を前述の
ように溝穴の中に入れる。

試験すべき構造物が含浸されていない巻付けられた糸で
ある場合には、その試料を先ず９０℃の真空炉の中で乾
燥する。この試料を容器に入れ、十分な液状のエポキシ
樹脂を加えて試料を完全に浸漬して口の開いた容器の中
に移］７、この容器全体１３− を真空デシケータ−の中に入れ、デシケータ−を水銀柱
約７３ｃｍ（２９インチ）の真空に引き、この状態に１
時間保つことにより試料を液状エポキシ樹脂で含浸する
。窒素でデシケータ−を大気圧に戻し、窒素雰囲気下に
おいてさらに３時間液状の樹脂中で試料のンーキングを
行う。液状の樹脂で濡らされたこの試料を長手方向にし
て成形型の下部の部材の溝穴の中に入れ、前述の方法で
補強された杯をつくる。

下記実施例において報告される最終圧縮強さのイ「１は
補強した棒をＡＳＴＭ　０３４１０−７５の方法によっ
て試験することにより決定されるが、試験する場合には
タブを棒の端に接合せず、１２．７Ｇｍｍ（０，１５イ
ンチ）以外のゲージ長も時々使用した。最終圧縮強ごＳ
は該ＡＳＴＨの方法で計算され、ＭＰａの単位（または
ボンド／平方インチの１０００倍、Ｋｐｓｉ単位）で報
告される。

凪瑣ＪＬＦ冒η町ｌ衣験彷 比較的大きな直径、例えば４ｍｍ程度またはそれ１４− ［スＪ−の直径をもつものに対しては、該構造物をダイ
アモンド鋸で直角に切り、長さが約２５ｍ＋ａ（１イン
チ）以下であり巻付けられた構造物の直径の３倍よりは
大きくない試料をつくることにより硬化させた圧縮試験
のための含浸構造物を調製した。高さが２〜６ｆｆ１ｍ
の金属の環または積重ねたワッシャーを試験すべき各試
料の両端の上にかぶせ、アルミニウム／エポキシ高モジ
ユラス接着剤でそれに接合する。この段階において、試
験片を底部面に対して正確に並べ（９０°±０．５°）
、試料を試験機のプラテンの間に取り付ける際にこの角
度が保持されるように特に注意しなければならない。環
またはワ・、７シヤーの内径は試料の直径とほぼ等しく
なるようにしなければならない。試お］を試験機に取り
伺けた後、実際の測定と結果の計算は１ｉｆｆ項の＃終
圧縮強さにおいて述べた方法と同じように行う。

ぷ匁ゴ」Ｌ狛如０爪腟 先ず、構造物から試験片を切取った時鞘及び芯のｔｌ′
ｉ径が変化せずそのまま保たれており、また芯を取囲む
鞘を取去った時芯が変化しないでそのまま保たれている
ような方法で試験すべき構造物をつくらなければならな
い。この試験に対しては、最終圧縮強さの項において記
載した方法でつくられた補強した林が満足すべき結果を
与える。含浸し硬化させた構造物は直接使用できる。前
景って含浸しなかった構造物は試験する前に含浸し、硬
化させなければならない。

試験すべき試料が補強された棒の形をしている場合には
、直径が１０ｃｍの薄切り用の刃をもった低速薄切り鋸
［米国イリノイ州８０２０４、エウ゛アンス）　ン（Ｅ
ｖａｎｓｔｏｎ）、グリーンランド・スｌリ−１・（Ｇ
ｒｅｅｎｗｏｏｄ　５ｔｒｅｅｔ）ｃｙ）ビューラー（
Ｂｕｅｈｌｅｒ）社製［イソメｙ　ｌ・（Ｉｓｏｍｅｔ
）Ｊ　１１−１１８０薄切り鋸のようなもの］を使用し
て、埋込まれた構造物の芯の軸に垂直に、隣接して２枚
の５ｍｍの林のウェーファーをｕＪ出す。新しく露出し
た表面を検査し、埋込まれた構造物が完全に樹脂で含浸
されているかどうかを決定する。そうでない場合には、
埋込まれた構造物が完全に樹脂で含浸されたウェーファ
ーがｔｌ）られるまで切出しを行う。適当なつニーファ
ーが得られなかった時には、補強した棒の切断端から余
分の樹脂混合物を注入し、樹脂を硬化させ、新しくウェ
ーファーをつくる。

切断によってつくられた二つの相隣接したウェーファー
を分割する二つの面（片方は他方の鏡像体）を面Ａ及び
Ｂと名付ける。各面からつくられる二つの対になった構
造物を選び、例えば赤及び黒のインクで印をつけて適当
に標識をつける。

また断面の直径に沿った互いに直行する方向を決め１例
えば北−南、及び東−西のように適当に標識をつける。

　而Ｂから二個の選ばれた構造物を切取り、殻（外側の
巻付は物）を取除く。残った芯を１００°Ｃの炉の中に
１時間入れてコンディショニングする。

小品の樹脂混合物を試料コンブに入れ、樹脂混合物が非
常に粘稠になるまで放置する。この樹１７− 脂混合物を寸２重品部の樹脂［マーグラス（Ｍａｒｇｌ
ａＳ３）偉ｌ］と１重量部の硬化剤（硬化剤１１５５８
）から成り、アライド−プログクツ社（Ａｌｌｉｅｄ　
ＰｒｏｄｕｃｔｓＣａｒｐ、）の一部門であるアクメΦ
ケミカル會アンドｅインシュレイジョン（Ａｃｍｅ　Ｃ
ｈｅｍｉｃａｌ　＆　Ｉｎ５ｕｌａｔｉｏｎ）社製のも
のである。他の樹脂も使用できる。面Ｂからとってコン
ディショニングした巻付は物を取去った芯を面Ａを含む
ウェーファーと並べて試料コツプの中にある粘稠な樹脂
の中に入れ、芯の軸がすべて実質的に平行で、底に垂直
になるように試料を並べる。次に多凝の樹脂混合物をコ
ンブの中に注ぎ、面Ｂからとった巻付は物を取去った芯
とコツプとを埋込み用の媒質が硬化するのに十分な時間
の間炉の中に入れる。次に埋込まれた試料をコツプから
分離し、冶金用の研磨器７／研磨式（の−１−で、最初
は４００、次に６００グリツドの炭化硅素の研磨紙を使
用し、次いで８＃Ｌｍ、次に３ＩＪ、ｍ、最後に１　ｐ
Ｌｍのダイヤモンド拳ペーストを用い、手で研磨を行う
。

１８− 顕微鏡の円筒部に像を切出す較正した接眼レンズを取り
付けた立体顕微鏡の上に研磨した試料を載せる。約３６
倍の倍率で、最も近い０　、０５ｍｍの値まで、或いは
それよりも良い精度で芯の直径を測定する。像を切出す
接眼レンズは０．１ｍｍの間隔の目盛をつけたマイクロ
メータの像で予め較正しておく。芯の直径の夫々の測定
に対して芯の像が正確に並ぶように像を切出す接眼レン
ズを調節する。

！ｉ３＋１けた糸の試料に対しては、殻が重なり合い、
芯の像（芯の断面の外周の像）が正確に並ぶように像を
切出す接眼レンズを調節する。各′測定は５回繰返す。

次に試料を８０°回転し、再び測定を５回繰返す。南北
の方向及び東西の方向の測定結果を平均し、平均値と標
準偏差を計算する。Ｄｕで表される巻付は物のない芯の
直径の測定値を芯の応力をかけない状態での直径の目安
とする。Ｄｓで表される巻付けた糸の試料の芯の直径の
測定値は応力をかけた芯の直径の目安とされる。芯の半
径方向の圧縮Ｃｒｃは式 ％式％ から計算される。

検査すべき複合糸構造物は複合糸構造物によって補強さ
れた樹脂−マｉ・リックス複合体ではなく、含浸された
個々の糸の試料であり、実質的に前記と同じ方法を用い
る。鏡像面をもつ二対またはそれ以上の対をつくり、露
出した埋込み構造物を硬化した樹脂で完全に含浸する。

シ　−ト会ビ゛−ム″゛　さ ？ｄｉ強した構造物の試料はＡＳＴＭ　［１−２３４４
−７６の方法によりショート中ビーム（Ｓｈｏｒｔ−Ｂ
ｅａｍ）剪断強さの試験を行った。

下記実施例においては芯の周りに芯に対して８０〜９０
°の角度をもつ螺線状の形で、隣りの部分と接触するよ
うに鞘の糸を巻付ける。使用したＥ−ガラスは強度が１
３．５ｄＮ／ｌｅｘ、モジュラスが２８２ｄＮ／ｌｅｘ
である。Ｓ−２ガラス糸は強度が約１７．５ｄＮ／ｌｅ
ｎ、モジュラスが３３５　ｄＮ／ｌｅｘであった。

実施例Ｉ Ａ８強度が約１９．７ｄＮ／ｌｅｘ、伸びが約２．２８
％　、初期モジュラスが約８４３　ｄＮ／ｌｅｘである
市販の５０００フイラメント、７８９ｔｅｘ（７１００
デニール）、及び２６７フイラメント、４２ｔｅｘ　（
３８０デニール）の実質的にゼロ撚りのポリ（ｐ−フェ
ニレンテレフタルアミド）の糸を使用した。５０００フ
イラメントの糸を約４８ｃｍ（１８インチ）の長さにし
、両端を結んでループをつくり、これを芯の糸として用
いた。芯の糸を９０°Ｃの炉の中で乾燥し、液状の熱硬
化性エポキシ樹脂（１００ｇのエポン８２６樹脂、１．
５ｇのベンジルジメチルアミン、及び硬化剤のナジン耐
メチル無水物９０ｇの混合物）で含浸する。

芯の糸のループを旋盤の駆動チャックに取り付けられた
鉤の七に置く。この旋盤は米国インディアナ州、サウス
舎ベンド（Ｓｏｕｔｈ　Ｂｅｎｄ）、サウス・ベンド旋
盤製作所製、「サウス・ベンド」精密旋盤モデルＡであ
るが、本実施例の実験においては両方の端が同じ速度で
回転するように変形した。

２１− 次に右側のηｆ動のチャックを、巻付ける際に芯の糸の
擬撚を最小限度にするために芯の糸がピンと張られるよ
うに調節する。次に２．２回／ｃｍの撚りをもつ２６７
フイラメントの糸を一層だけ芯の糸に巻付ける。巻イ１
け張力は２１５０ｇ（４，！］ｄＮ／ｌｅｘ　、または
５．５ｇｐｄの張力）であり、２６７フイラメント糸は
芯の糸の軸に対しほとんど８０６の角度で４４回／Ｃ＋
＋＋（１１２回／インチ）の割合で巻付ける。糸を電気
機械的プレーギ・ロールに通すことにより巻付は糸の張
力をコントロールする。両端において芯の糸の周りで巻
付は糸を結び糸のはどけを防ぐ。芯の糸がエポキシ樹脂
で含浸され一層の巻付は糸の鞘で取囲まれたこの製品を
構造物ＩＡと名付ける。芯は約４．７１＠品−％の樹脂
を含んでいた。この構造物の鞘の厚さは０．１１１ｍｍ
　、半径は０−５２９　ａｒｍで、鞘の厚さ対補強構造
物の半径の比は０．２１である。構造物ＩＡの試料２０
個を液体エポキシ樹脂に浸漬して樹脂で濡らし、補強し
た林にして「最終圧縮強さ」の項において上記に説明し
た方法で試験を行う。

２２− ２０個の試料を４層にして溝穴に入れ、各層には５個の
試料を並べる。硬化した棒を前記方法で１．５８ｃｍ（
０，６２５インチ）のゲージ長で試験し、最終圧縮強さ
としテ４３２ＭＰａ（８２，６Ｋｐｓｉ）の値を得た。

構造物１八をつくるのしこ使用した芯の糸に糸を花信け
なかった対照試料を同じ樹脂で含浸し硬化させた場合、
最終圧縮強さは僅かに２３４ＭＰａ（３３゜９Ｋｐｓｉ
）であった。

Ｂ、−１−記Ａを繰返したが、液状エポキシ樹脂で含浸
した芯の糸に予め巻付は張力１８００ｇ（７，２ｄＮ／
ｌｅｘまたは８−２ｇＰｄ）で２．２回／ｃｍの撚りを
かけた２６７フイラメントの糸２層を巻付けた。花信は
糸の第２の層は第１の層と同じ端から出発しているか、
巻付けの方向は反対である。芯の糸が液状エポキシ樹脂
で浸漬され巻付は糸の２層の鞘で取囲まれたこの製品を
構造物ＩＢと名付ける。芯は約５重品％の樹脂を含んで
いた。この構造物の鞘の厚さは０．１０８ｍｍ、鞘の厚
さ対補強構造物の半径の比は０．２０５である。構造物
ＩＢの２０個の試料で補強された樹脂−マトリックスの
林をつくった。この硬化した杯を１．５９ｃｍ（０，８
２５インチ）のゲージ長で試験した場合、最終圧縮強さ
は４３４ＭＰａ（Ｂ２．９Ｋｐｓｉ）テあ−）た。

Ｃ、−Ｊ二記Ａの方法を繰返し同じ芯の糸に同じ巻付は
糸の１層を巻付けたが１巻付ける前に芯の糸を乾燥して
液状エポキシ樹脂で含浸することは行わなかった。巻付
は張力は３２５０ｇ（７，５ｄＮ／ｌｅｘまたは８．５
ｇｐｄ）であった。上記Ａと同様に芯の周りに４４回／
ｃｍ　（１１２回／インチ）の割合で２６７フイラメン
ト糸を巻付けた。芯の糸が液体エポキシ樹脂を含まず１
層の鞘の糸で取囲まれたこの製品を構造物ＩＣと名付け
る。

構造物ＩＣの２０個の試料を、最終圧縮強さの試験法の
所に記載したような含浸しない巻付けられた糸に対する
方法を用いて液体エポキシ樹脂で含浸した。構造物ＩＣ
の２０個の樹脂で含浸した試料で補強した樹脂−マトリ
ックスの棒をつくった。この硬化した棒を（１，８３５
（０，２５インチ）のゲージ長で試験した場合、最終圧
縮強さは４３３ＭＰａ（８２，８Ｋｐｓｉ）であった。

Ｄ、芯の半径方向の圧縮値を構造物ＩＡ、ＩＢ、及びＩ
Ｃについて決定した。巻付けを行わない芯の直径Ｄｕは
構造物ＩＡに対して０．９２５ｍｍ　、構造物ＩＢにつ
いては０．９１０ｍ＋ａであった。少数点第３位以下を
四捨斤入しためたこの二つの値の平均値０．９１８ｍ＋
＋＋をすべての３個の試料のＤｕとして用いる。芯の半
径方向の圧縮値ＣｒＣをすべての３種の試料についてド
記表に示す。

Ｄｕ　Ｄｓ　Ｃｒｃ 構造物造幣　Ｏ，９１８ｍｍ　０．８８８ｍｍ　５．７
％構造造幣Ｂ　０．９１８　０．８８３　３．８ｉ−Ｉ
Ｃ０，９１８（１゜８１　５．２実施例　２ 約４０重量％の樹脂を含む引出成形したＥ−ガラス／不
飽和ポリエステル複合体の棒［マクマスタｍ−カー（Ｍ
ｃＭａｓｔ、ｅｒ−Ｇａｒｒ）社製の直径９．４７±０
．０３ｍａ＋の８５４８、Ｋ−１５の棒］に５層の３３
３ｔｅｘ（３０００２５− デニール）のＳ−２ガラス糸を巻付け、エポキシ樹脂混
合物［１０部のエポン８２６樹脂及び４部のＶ　−４０
硬化剤、共にシェル・ケミカル（Ｓｈｅｌｌ　Ｃｈｅｍ
ｉｃａｌ）社製］で含浸した。

実施例１の旋盤と唯１個の供給系用のボビンを用い、１
０Ｋｇの張力をかけ０．８ｍｍの間隔（１／３２インチ
のピッチに相当）で巻付は糸の第１の層を巻付ける。順
次、大々９．５．　Ｌｏ、　８．５．及び８．０Ｋｇの
張力をかけ同じ間隔でさらに四個の層を巻付ける。

花信けた構造物を２時間室温で、次いで２時間８０°Ｃ
において硬化させる。その全体としての直径は１１．３
ｍ＋ｏであり、鞘の厚さは１ｍｍで、鞘の厚さ対補強構
造物の′！ＩＩ；径の比は０．１８であった。補強した
構造物の最終圧縮強さは８２１．８ＭＰａ（９０，ＩＢ
Ｋｐｓｉ）であった。原料として使用した重板の引出成
形したガラス繊＃／ポリエステル複合体の棒の最終圧縮
強さは３４５ＭＰａ（５０Ｋｐｓｉ）　テあった。

芯の半径方向の圧縮値の試験において糸を巻付けた芯の
直径Ｏ３は９．３０ｍｍ、　＠イ４けない芯の直径Ｄｕ
２６− １−Ｆｏ、４８ｍｍであった。従って半径方向の圧縮値
は１．９％と計算される。

実施例３ 樹脂を３５重量％含む市販の引出成形したポリ（ｐ−フ
ェニレンテレフタルアミド）のフィラメント／エポキシ
樹脂複合体の杯に、実施例２と同様にしテ３３３ｔｅｘ
（３０００デニール）のＳ−２カラス糸を巻付け、実施
例２゛と同じエポキシ樹脂で含浸し、硬化させる。引出
成形した棒のフィラメン！・は実施例１に用いられた糸
のフィラメントと同じ物理的性質をもっている。

この補強構造物の全体としての直径は１１．８ｍｒａで
あり、芯の直径は９．ｌ１１ｍｍであった。その最終圧
縮強さは４２７．５ＭＰａ（８２，０Ｋｐｓｉ）テあり
、一方原料として使用した市販の引出成形した複合体の
棒では僅かに２４１．３ＭＰａ（３５，０Ｋｐｓｉ）で
あった。

芯の半径方向の圧縮値の試験において糸を巻付けた芯の
直径Ｄｓは９．８５ｍｍ、巻付けない芯の直径１１ｕは
９．７９ｍｍであった。従って半径方向の圧縮値は１゜
４３％　と計ａ−される。

実施例４ Ｓ−２ガラスｍ維ｃ７）３３３ｔｅｘ（３ＱＯＯデニー
ル）の糸の５個のループから長さ４５ｃｍ（１８インチ
）の３３３０ｔａｘ　（３０，０００デニール）の芯の
糸をつくった。この４５ｃｍの芯の糸なエポン８２６と
ジエチレントリアミンとの１ｏｌｌ哨ｌ比混合物で含浸
した。実施例１に従い、約２５重量％の樹脂を含む樹脂
で含浸された芯の糸に、樹脂で含浸した４２ｔｅｘ（３
８０デニール）のポリ（ｐ−フェニレンテレフタルアミ
ド）の糸を巻付ける。この巻付は糸は撚り係数（ｔｗｉ
ｓｔｍｕｌｔｉｐｌ　１ｅｒ）が１．１になるように撚
った後にゲージｉ２５．４ｃｍ（１０インチ）で測定し
た強度が２３．ＯｄＮ／１ｅｘ（２８１，ｇｐｄ）　、
伸びが３．４２２：、初期モジュラスが８２５６Ｎ／ｌ
ｅｘ（７０８ｇｐｄ）であった。４層の各々に対する花
月は張力は８０００ｇであり、芯の糸の軸に対しほとん
ど９０°の角度で４４回／ｃｍ（１１２回／イ／チ）の
割合で糸を巻付けた。巻付は操作の直前に、芯の糸の含
浸に用いたのと同じ液体樹脂を花月は糸に塗布した。室
温で２時間、次に８０℃で２時間この巻付けられた構造
物を硬化させる。得られた補強構造物の全体としての直
径は４．３ｍｍ　、芯の直径は３．７ｍｍであった。そ
の最終圧縮強さは７３５ＭＰａ（１０Ｂ、６Ｋｐｓｉ）
であった。この補強構造物の試料から糸をほどき、裸に
した芯の最終圧縮強さは僅かに３４３ＮＰａ（４９，７
Ｋｐｓｉ）であった。

芯の！ト径方向の圧縮値の試験において糸を巻付けた芯
の直径Ｄｓは３．４７５ｍ＋＋＋　、巻付けない芯の直
径Ｄｕは３．８層５ｍｍであった。従って半径方向の圧
縮値は５．４ｚと計算される。

補強構造物のショート−ビーム剪断強さは１０４ＭＰａ
（１５，１１Ｋｐ、ｓｉ）　テあり、これに対し同じよ
うにつくられた試料で試験前に糸をほどいたものについ
ての値は僅かに５６．５ＭＰａ（８，２Ｋｐｓｉ）であ
った。

実施例５ 樹脂を約３５屯量％含む市販の引出成形したポリ（ｐ−
フェニレンテレフタルアミド）フィラメント／イソフタ
ルポリエステル複合体の棒に、実施例２８− ２と同様にしてエポキシ樹脂で含浸したポリ（ｐ−フェ
ニレンテレフタルアミド）フィラメント糸ヲ８層巻付け
る。引出成形した棒の長さは１６４ｍｍ（８−４５イン
チ）、直径は７．９５ｍｍ（０，３１２５インチ）であ
り、強度約１９．７ｄＮ／ｌｅｘ、伸び２．２８％　、
初期モジュラ７、　約８４３ｄＮ／ｌｅｘのポリ（ｐ−
フェニレンテレフタルアミド）フィラメントを約６５±
５容量２含んでいる。最初２６７フイラメント、４２ｔ
ｅｘ（３８０デニール）のポリ（ｐ−フェニレンテレフ
タルアミド）フィラメントの巻付は糸を１．１の撚り係
数で撚り、最終の線密度を４５ｔｅｘ（４０５デニール
）にする。実施例４のエポキシ樹脂混合物で含浸し硬化
させると、２５．４ｃｍ（１０インチ）ゲージのストラ
ンドの強度は２０．２ｄＮ／１ｅｘ（２２，９ｇｐｄ）
　、初期モジュラス７２５ｄＮ／ｌｅｘ（８２１ｇｐｄ
）　、最終圧縮強さ２．７４％であった。

唯・個しか供給用ボビンを用いなかったこと以外第３図
に示した旋盤を使用して、８．５ｋｇの張力をかけて第
１の層を巻付けるが、この際林に巻付３０− ける直前において実施例４のエポキシ樹脂混合物を糸に
塗布した。４．４１回／ｍｍの間隔で糸を左から右に巻
付け、杯の１３６１１１１１＋の長さを被覆した後巻付
は糸を結んで切断する。同じ張力をかけ、同じ方向、同
１ユ間隔でさらに３つの層を巻付ける。第５及び第６の
層は５．５ｋｇの張力で、第７の層は４ｋｇ　、第８の
層は３ｋｇで巻付ける。花信けた構造物を室温で２時間
、８０℃で２時間硬化させる。得られた補強構造物の全
体としての直径は９　、５２ｍ１ｌ＋である。前記の「
圧縮強さの別の試験法」で測定した最終圧縮強さは８８
１ＭＰａ（１２７，８Ｋｐｓｉ）であった。

原料に使用した市販の引出成形した複合体の棒の最終圧
縮強さは僅かに２０３ＭＰａ（２９，４Ｋｐｓｉ）であ
った。

この補強構造物からその軸に垂直に薄切り用のダイアモ
ンドの刃を用い厚さ３　、９ｍｍの薄切り片をつくった
。鋭い髪剃の刃を用いて殻を芯から剥がし、内方の片を
１００℃で１時間コンディショニングする。精密キャリ
パ−で芯の直径［１ｕを測定し７．９５５±０．０５ｍ
ｍの値を得た。芯の応力をかけた直径ＤＳを同様にして
Ａｌ１定し、７．８２０±０．０１ｍｍであった。芯の
゛ｒ−径方向の圧縮値は１．７％と計算された。

実施例６ 強度的１９．７ｄＮ／ｌｅｘ、伸び２．２８％　、モジ
ュラス８４５ｄＮ／ｌｅａ　ヲモつポリ（ｐ−フェニレ
ンテレフタルアミド）ノ１５７．８ｔｅｘ（１４２０デ
ニール）の糸の４５ｃｍ（１８インチ）のループ１２個
を前実施例記載のエポキシ樹脂で含浸しく樹脂３３重量
％）、これに強度２３．０ｄＮ／ｌｅｘ、伸び３．４２
％　、モ・；シュラス８２５ｄＮ／ｌｅｘノ４２ｔｅｘ
（３８０デニール）、撚り係数１．１のポリ（ｐ−−ｙ
エニレンテレフタルアミド）の糸を３層巻付ける。実施
例４のエポキシ混合物で巻付は糸を含浸し、前記方法で
芯に花信げた。

３７８３ｔｅｘ（３４，０８０デニ−７１／）の芯にか
けた張力は約３２ｋｇ、これに対し巻付は糸には２ｋｇ
の張力をかけた。個々の巻付は層を加熱銃から出る高温
の空気で短時間加熱し、補強構造物を１００℃で７２時
間硬化させた。芯はｌχの半径方向の圧縮を受け、補強
構造物の鞘の厚さ対構造物の半径の比は０．１７、鞘の
厚さは０．２０ｍｍであった。

全体の圧縮強さは７７９ＭＰａ（１１３Ｋｐｓｉ）であ
り、引出成形した対照品では２４１ＭＰａ（３５Ｋｐｓ
ｉ）であった。

熱機械的分析法（デュポン社の９４３熱機械的分析計を
使用）を行った結果、３０〜１００℃の温度範囲におい
て軸方向の熱膨張率は非常に小さく±０．４ｐｐｍ／　
’Ｃであったが、これに対し巻付けを行わなかった対照
品では−３，５ｐｐｍ／”Ｃであった。ポリ（ｐ−７エ
ニレンテレフタルアミド）は負の熱膨張率をもつことが
知られている。従って−・軸方向の複合体に張力をかけ
て巻付けることにより圧力をかけると、３０〜１００°
Ｃの温度範囲に亙り軸方向の熱膨張係数を１ｐｐｎ＋以
下に抑制することができ、この性質は結電な宇宙空間構
造物に対し非常に望ましい性質である。

【図面の簡単な説明】

第１８及びｌｂ図は本発明の補強構造物の模式図で３３
− あり、第２図及び第３図は本発明の補強構造物をつくる
のに適した装置の模式図である。 特許出願人　イー・アイ・デュポンΦデ・ニモア３４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鞘によって取囲まれた芯から成る補強構造物におい
   て、該芯は少なくとも０．１χの半径方向の圧縮を受け
   且つ長手方向に並んだ糸から成り、該鞘は芯に対して８
   ０〜８０″の角度をなして螺線状に巻付けた糸から成り
   隣接した螺線状の部分と接触しており、鞘の厚さ対補強
   構造物の半径の比は０．０１〜０．２５であり、鞘及び
   芯の両方の糸の強度は１０ｄＮ／ｌｅｘより大きく、モ
   ジュラスは２００ｄＮ／　ｔａｘより大きいことを特徴
   とする補強構造物。 ２、芯は芯の容積の７５％より少ない部分を占める樹脂
   を含む特許請求の範囲第１項記載の補強構造物。 ３、芯は芯の容積の４０％より少ない部分を占める樹脂
   を含む特許請求の範囲第２項記載の補強構造物。 ４、芯及び鞘の糸は有機繊維から成る特許請求の範囲第
   １項記載の補強構造物。 ５、有機繊維は芳香族アミドである＃許請求の範囲第４
   項記載の補強構造物。 ６、芯及び／又は鞘の糸は無機繊維である特許請求の範
   囲第１項記載の補強構造物。 ７、芯は少なくとも０．５ｚの半径方向の圧縮を受けて
   いる特許請求の範囲第１項記載の補強構造物。 ８、芯及び鞘の糸は樹脂で含浸されている特許請求の範
   囲第１項記載の補強構造物。 ９、軸方向の熱膨張係数が３０〜１００℃の温度範囲に
   おいてｌｐｐｍより少ない特許請求の範囲第１項記載の
   補強構造物。