(57)【要約】  複合物品を製造するための方法およびシステムを本明細書に記載する。本明細書の方法およびシステムでは、複合物品はフィラメント材料およびライナを使用して製造され、前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料を用意する段階、未硬化フィラメント材料を前記ライナの外面に与える段階、および前記ライナの内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱する段階が含まれ、前記材料の前記一部の加熱によって前記複合物品を硬化させる。本明細書の方法およびシステムでは、ライナ上に巻かれたフィラメント材料を使用して複合物品が製造され、前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料、および前記ライナの内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱するように動作可能な加熱手段が含まれ、前記材料の前記一部を加熱することによって前記複合容器を硬化させる。
2014527483.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィラメント材料およびライナを使用して複合物品を製造する方法であって、
a.前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料を用意する段階と、
b.未硬化フィラメント材料を前記ライナの外面に与える段階と、
c.前記ライナの前記内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱し、前記材料の前記一部の加熱によって前記複合物品を硬化させる段階と、
を含む方法。
【請求項２】
前記材料が金属材料を含む、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記金属材料が、銅、ニッケル、鋼、アルミニウム、ビスマス、またはアンチモンを含む、請求項2に記載の方法。
【請求項４】
前記未硬化フィラメント材料を与える段階が、前記ライナを前記ライナの軸の周りで回転させ、前記フィラメント材料を前記容器の前記外面の周囲に与える段階を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記未硬化フィラメント材料を与える段階が、前記ライナを固定位置に維持し、計量分配手段を前記ライナの前記外面の周りで回転させて前記フィラメント材料を与える段階を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項６】
前記未硬化フィラメント材料を与える段階が、前記ライナを前記ライナの軸の周りで回転させ、前記フィラメント材料を前記容器の前記外面の周囲に与え、計量分配手段を前記ライナの前記外面の周りで回転させて、前記フィラメント材料を与える段階を含む、請求項3に記載の方法。
【請求項７】
前記軸が長手方向軸である、請求項4に記載の方法。
【請求項８】
前記材料の前記一部の前記加熱が前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えた後に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記材料の前記一部の前記加熱が前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えるのと同時に行われる、請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記ライナ内の前記材料の温度を監視かつ制御する段階をさらに含む、請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記監視かつ制御する段階が、接触センサ、または非接触センサ、ならびに誘導電源および熱源と動作可能に関連して設定温度を維持する制御ループを使用して行われる、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記熱源が前記ライナの内部または前記ライナの外部にある、請求項11に記載の方法。
【請求項１３】
前記熱源が誘導コイルである、請求項12に記載の方法。
【請求項１４】
前記未硬化物品の前記外面を加熱する段階をさらに含む、請求項8または9に記載の方法。
【請求項１５】
フィラメント材料およびライナを使用して複合物品を製造する方法であって、
a.未硬化フィラメント材料を前記ライナの外面に与える段階と、
b.前記ライナの内面と熱伝導関係にある加熱充填流体蒸気を提供し、前記未硬化フィラメント材料を硬化させる段階と、を含み、
前記加熱充填流体蒸気が前記ライナの内部で等温状態である、方法。
【請求項１６】
前記加熱充填流体蒸気を前記提供する段階が、充填流体を加熱システムと熱伝導関係にあるチャンバに提供し、前記加熱システムが前記充填流体を加熱して加熱充填流体蒸気を生成するように構成される段階を含む、請求項15に記載の方法。
【請求項１７】
前記加熱システムが、前記チャンバと熱伝導関係にある誘導加熱コイルを含み、前記誘導加熱コイルが接触温度センサまたは非接触温度センサおよび誘導電源と動作可能に関連する制御ループと動作可能に関連し、前記加熱システムが設定温度を維持するように動作可能である、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
ライナ上に巻かれたフィラメント材料を使用して複合物品を製造するためのシステムであって、
a.前記ライナの内部と流体連通状態である加熱蒸気源であって、加熱蒸気を前記ライナの前記内部に提供するように構成された加熱蒸気源と、
b.開位置と閉位置の間で可動の出口手段と、
を備え、
前記開位置では前記ライナの前記内部が前記ライナの外部と流体連通状態であり、前記閉位置では前記ライナの前記内部が前記ライナの前記外部と流体連通せず、
前記加熱蒸気源が前記加熱蒸気を等温状態で前記ライナの前記内部に提供するように動作可能であるシステム。
【請求項１９】
前記加熱蒸気源が、
a.充填流体を充填流体源から受けるためのチャンバと、
b.前記チャンバ内の前記充填流体を加熱するように構成された加熱システムと、
を備える、請求項18に記載のシステム。
【請求項２０】
前記加熱システムが前記チャンバと熱伝導関係にある誘導加熱コイルを備え、前記誘導加熱コイルが接触温度センサまたは非接触温度センサおよび誘導電源と動作可能に関連する制御ループと動作可能に関連し、前記加熱システムが設定温度を維持するように動作可能である、請求項19に記載のシステム。
【請求項２１】
ライナ上に巻かれたフィラメント材料を使用して複合物品を製造するためのシステムであって、
a.前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料と、
b.前記ライナの前記内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱するように動作可能な加熱手段と、
を備え、前記材料の前記一部を加熱することによって前記複合容器を硬化させるシステム。
【請求項２２】
前記材料が金属材料を含む、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
前記金属材料が銅、ニッケル、鋼、アルミニウム、ビスマス、またはアンチモンを含む、請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記材料の前記一部の前記加熱が前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えた後に行われる、請求項21に記載のシステム。
【請求項２５】
前記材料の前記一部の前記加熱が前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えるのと同時に行われる、請求項21に記載のシステム。
【請求項２６】
前記ライナ内の前記材料の温度を監視かつ制御するように動作可能な監視および制御手段をさらに備える、請求項21に記載のシステム。
【請求項２７】
前記監視および制御が、接触センサ、または非接触センサ、ならびに誘導電源および熱源と動作可能に関連して設定温度を維持する制御ループを使用して行われる、請求項26に記載のシステム。
【請求項２８】
前記熱源が前記ライナの内部または前記ライナの外部にある、請求項27に記載のシステム。
【請求項２９】
前記熱源が誘導コイルである、請求項28に記載のシステム。
【請求項３０】
前記ライナがプラスチックである、請求項21に記載のシステム。
【請求項３１】
前記プラスチックライナが膨張可能である、請求項30に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の分野は、一般に、複合物品に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィラメントが巻かれた複合容器、パイプセグメント、および複合物品は、その強度および軽量さを含む有益な特性により、様々な分野で一般に使用されている。製造の際は、マンドレルが、その周囲にフィラメントを巻く形態として使用される。
【０００３】
フィラメントが巻かれた複合圧力容器は、その強度および軽量さを含む有益な特性により、様々な分野で使用されている。
【０００４】
製造の際は、複合圧力容器など複合物品を、フィラメントワインディング、またはライナの周囲に繊維を配置することによって形成して、圧力容器に適した厚さおよびサイズを得ることができる。得られた未硬化加工物は、通常、炉で加熱されて硬化される。加熱中、樹脂は、相が液体から固体に変わる。この工程で、樹脂でフィラメントをカプセル化し、それによってフィラメントをフィラメントが巻かれた方向に含み、樹脂が硬化するときに、フィラメントを同じ方向に保持する。加熱により、フィラメント内の硬化剤を活性化することもできる。加工物は、所定の時間にわたって加熱され、次いで炉から取り出される。
【０００５】
こうした工程では、熱が未硬化の複合容器の外面に加えられて、容器が外面から内面に加熱されるようになる。加熱過程中、水蒸気、二酸化炭素、スチレン、および他の蒸気状化合物などの蒸気が生成され、繊維/ポリマーフィラメントマトリックスを通り、未硬化層を大気まで通過する。しかし、硬化したマトリックスは、蒸気が容器の内側層から逃げるのを阻止し、それによってマトリックスの構造内に気泡または空隙が形成されることがある。こうした空隙または気泡により、圧力容器の内面に微小の亀裂または孔が生じる恐れがある。
【０００６】
圧力容器を含む複合物品の製造の改善が依然として求められている。
【０００７】
この背景情報は、本出願人が本発明に関連する可能性があると考える情報を明らかにするために提供される。前述の情報は全て、本発明に不利に従来技術を構成すると認められることは必ずしも意図されておらず、そう解釈すべきでもない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、フィラメント材料およびライナを使用して複合物品を製造する方法であって、前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料を用意する段階と、未硬化フィラメント材料を前記ライナの外面に与える段階と、前記ライナの前記内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱し、前記材料の前記一部の加熱によって前記複合物品を硬化させる段階とを含む方法が提供される。
【０００９】
特定の一態様では、前記材料は金属材料を含む。
【００１０】
特定の一態様では、前記金属材料は、銅、ニッケル、鋼、アルミニウム、ビスマス、またはアンチモンを含む。
【００１１】
特定の一態様では、前記未硬化フィラメント材料を与える段階は、前記ライナを前記ライナの軸の周りで回転させ、前記フィラメント材料を前記容器の外面の周囲に与える段階を含む。
【００１２】
特定の一態様では、前記未硬化フィラメント材料を与える段階は、前記ライナを固定位置に維持し、計量分配手段を前記ライナの外面の周りで回転させて前記フィラメント材料を与える段階を含む。
【００１３】
特定の一態様では、前記未硬化フィラメント材料を与える段階は、前記ライナを前記ライナの軸の周りで回転させ、前記フィラメント材料を前記容器の外面の周囲に与え、計量分配手段を前記ライナの前記外面の周りで回転させて、前記フィラメント材料を与える段階を含む。
【００１４】
特定の一態様では、前記軸は長手方向軸である。
【００１５】
特定の一態様では、前記材料の前記一部の前記加熱が、前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えた後に行われる。
【００１６】
特定の一態様では、前記材料の前記一部の前記加熱が、前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えるのと同時に行われる。
【００１７】
特定の一態様では、前記方法は、前記ライナ内の前記材料の温度を監視かつ制御する段階をさらに含む。
【００１８】
特定の一態様では、前記監視かつ制御する段階が、接触センサ、または非接触センサ、ならびに誘導電源および熱源と動作可能に関連して設定温度を維持する制御ループを使用して行われる。
【００１９】
特定の一態様では、前記熱源は前記ライナの内部または前記ライナの外部にある。
【００２０】
特定の一態様では、前記熱源は誘導コイルである。
【００２１】
特定の一態様では、前記方法は、前記未硬化物品の前記外面を加熱する段階をさらに含む。
【００２２】
本発明の他の態様では、フィラメント材料およびライナを使用して複合物品を製造する方法であって、未硬化フィラメント材料を前記ライナの外面に与える段階と、前記ライナの内面と熱伝導関係にある加熱充填流体蒸気を提供し、前記未硬化フィラメント材料を硬化させる段階とを含み、前記加熱充填流体蒸気が前記ライナの内部で等温状態にある方法が提供される。
【００２３】
特定の一態様では、前記加熱充填流体蒸気を前記提供する段階が、充填流体を加熱システムと熱伝導関係にあるチャンバに提供し、前記加熱システムが前記充填流体を加熱して加熱充填流体蒸気を生成するように構成される段階を含む。
【００２４】
特定の一態様では、前記加熱システムは、前記チャンバと熱伝導関係にある誘導加熱コイルを含み、前記誘導加熱コイルは、接触温度センサ、または非接触温度センサ、および誘導電源と動作可能に関連する制御ループと動作可能に関連し、前記加熱システムは設定温度を維持するように動作可能である。
【００２５】
本発明の他の態様によれば、ライナ上に巻かれたフィラメント材料を使用して複合物品を製造するためのシステムであって、前記ライナの内部と流体連通状態である加熱蒸気原であって、加熱蒸気を前記ライナの内部に提供するように構成された加熱蒸気源と、開位置と閉位置の間で可動の出口手段とを備え、前記開位置では前記ライナの前記内部が前記ライナの外部と流体連通状態であり、前記閉位置では前記ライナの前記内部が前記ライナの前記外部と流体連通せず、前記加熱蒸気源が前記加熱蒸気を等温状態で前記ライナの前記内部に提供するように動作可能であるシステムが提供される。
【００２６】
特定の一態様では、前記加熱蒸気源は、充填流体を充填流体源から受けるためのチャンバと、前記チャンバ内の前記充填流体を加熱するように構成された加熱システムとを備える。
【００２７】
特定の一態様では、前記加熱システムは前記チャンバと熱伝導関係にある誘導加熱コイルを備え、前記誘導加熱コイルは、接触温度センサ、または非接触温度センサ、および誘導電源と動作可能に関連する制御ループと動作可能に関連し、前記加熱システムは設定温度を維持するように動作可能である。
【００２８】
本発明の他の態様によれば、ライナ上に巻かれたフィラメント材料を使用して複合物品を製造するためのシステムであって、前記ライナの内面と熱伝導関係にある材料と、前記ライナの前記内面と熱伝導関係にある前記材料の一部を加熱するように動作可能な加熱手段とを備え、前記材料の前記一部を加熱することによって前記複合容器を硬化させるシステムが提供される。
【００２９】
特定の一態様では、前記材料は金属材料を含む。
【００３０】
特定の一態様では、前記金属材料は、銅、ニッケル、鋼、アルミニウム、ビスマス、またはアンチモンを含む。
【００３１】
特定の一態様では、前記材料の前記一部の前記加熱が、前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えた後に行われる。
【００３２】
特定の一態様では、前記材料の前記一部の前記加熱が、前記未硬化複合材料を前記ライナの前記外面に与えるのと同時に行われる。
【００３３】
特定の一態様では、前記システムは、前記ライナ内の前記材料の温度を監視かつ制御するように動作可能な監視および制御手段をさらに備える。
【００３４】
特定の一態様では、前記監視および制御が、接触センサ、または非接触センサ、ならびに誘導電源および熱源と動作可能に関連して設定温度を維持する制御ループを使用して行われる。
【００３５】
特定の一態様では、前記熱源は前記ライナの内部または前記ライナの外部にある。
【００３６】
特定の一態様では、前記熱源は誘導コイルである。
【００３７】
次に本発明の実施形態を、添付の図を参照し、実施例によってのみ記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施形態を示す横断面図である。
【図２】本発明の一実施形態を示す横断面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示す横断面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示す横断面図である。
【図５】本発明の一実施形態を示す横断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下の詳細な説明では、太字活字体の数字は、本発明の様々な実施形態を示す図面に関連して記載され、参照される構成要素部分を示す働きをする。本発明の様々な実施形態を記載する際に、同じ参照数字は同様の要素の同じものを示すために使用されることに留意されたい。さらに、簡単にするために、図面の一部の図から部品が省略されている。
【００４０】
フィラメントが巻かれた複合容器、パイプセグメント、および複合物品は、その強度および軽量さを含む有益な特性により、様々な分野で一般に使用されている。製造の際は、マンドレルがその周囲にフィラメントを巻く形態として使用される。
【００４１】
明らかなように、平行の側部を有する、またはドラフトを有する、パイプ、管、または、卵形、正方形、長方形など、様々な幾何学的形状の他の中空セクションを複合物品として作製することができる。1つの開放端部を有する容器を使用することもできる。2つ以上の開放端部を有する容器を使用することもできる。
【００４２】
複合圧力容器は、当業者には周知のように、その構造が複合材料からなる圧力容器である。本発明の一実施例では、複合圧力容器はフィラメントワインディング構造である。
【００４３】
複合圧力容器など、本発明の複合物品は、圧縮または液化ガス、液体、推進剤など、様々な液体またはガス状媒体の長期間にわたる、しばしば高圧での貯蔵を含む、様々な用途に使用されるのに適している。たとえば、複合圧力容器は、窒素ガス、水素ガス、プロパンガス、天然ガス、酸素、空気、水などの貯蔵に使用される。
【００４４】
本発明の複合圧力容器を、限定的ではないが、エアサスペンションリザーバ、空気ブレーキリザーバ、空気推進リザーバ、窒素ガス貯蔵容器、プロパンガス貯蔵容器、天然ガス貯蔵容器、空気貯蔵容器、水貯蔵容器、燃料電池の構成要素、燃料タンク、宇宙船の構成要素などを含む広範な用途に使用することができる。
【００４５】
理解されるように、本発明の複合容器は、媒体および/または加圧媒体を収容するように製造される。したがって、複合圧力容器は、限定的ではないが、こうしたフィラメント/材料を埋めんでマトリックスを形成し、それらを共に複合材料に結合することができる、黒鉛、アラミド、ガラス繊維、ケブラー、合成プラスチック材料繊維などを含む様々な材料、およびエポキシ熱硬化性樹脂、またはポリプロピレン、ナイロンなど様々な熱可塑性樹脂などの様々な材料から作製される。
【００４６】
複合容器を含む本発明の複合物品は、様々な形状およびサイズでもよく、使用目的、製造交差、使用者の好みなどによって部分的に決定される。2つ以上の開口部および/または2つ以上の開放端部を有する複合容器を使用することができる。平行の側部を有する、またはドラフトを有する、パイプ、管、または、卵形、正方形、長方形など、様々な幾何学的形状の他の中空セクションを使用することができる。1つの開放端部を有する容器を使用することもできる。2つ以上の開放端部を有する容器を使用することもできる。
【００４７】
したがって、理解されるように、中空内部を必要とする複雑な幾何学的形状のワインディングを有する容器ならびに物品を以下に記載する方法およびシステムを使用して作製することができる。
【００４８】
通常、複合容器は、任意選択で、プライマ、およびオーバーラップまたはジャケットで被覆された(金属または非金属ライナなど)内側ライナを備える。オーバーラップまたは外側ジャケットは、樹脂を含浸したフィラメント材料の積層され重ねられた層であって、ライナの周囲に巻き付けられ、固化し硬化すると、こうした繊維またはフィラメント材料をしっかり埋め込むマトリックスを形成する硬化可能なエポキシ樹脂、または溶融するとこうしたマトリックスを形成する熱可塑性樹脂など、含浸材料が充填された繊維またはフィラメントの間に間隙を有する層によって構築される。
【００４９】
硬化後、フィラメントおよび含浸材料は共に、使用目的の力に耐えることができる複合の繊維で補強された固体本体を形成する。
【００５０】
本発明の実施形態では、複合圧力容器は、所望の圧力容器の内部形状に合った形状およびサイズの容器(すなわちライナ)を使用して形成される。ライナは、さらに、容器の使用目的に適合するように仕上げ加工された開口部を含む。一実施例では、容器は2つ以上の開口部を含む。
【００５１】
図1から図4の実施形態では、熱伝導材料が、ライナの内面の一部と熱伝導関係のライナの内部容積内に配置される。熱伝導材料の量は、熱伝導材料に加えられたエネルギを吸収し、エネルギをライナの回転時に熱伝導材料からライナの内側壁に伝達する熱伝導材料の体積が与えられるように選択される。
【００５２】
一実施例では、熱伝導材料は金属材料である。金属材料の量は、金属材料に加えられたエネルギを吸収し、エネルギを容器の回転時に金属材料から容器の内側壁に伝達する金属材料の体積(または量)が与えられるように選択される。
【００５３】
金属材料の量は、また、容器が回転されるときに、前記金属材料のタンブリング動作を促進するように選択される。
【００５４】
理解されるように、使用される金属材料の体積および量は、各ライナの形状およびサイズ、ならびに使用される粒剤の幾何学的形状、ならびに/または使用される加熱方法の評価によって決定される。
【００５５】
ライナは、たとえば、ライナ容器を支持部の第1の端部にねじ込むことによって、支持部の第1の端部に解放可能に取り付けられる。
【００５６】
必要とされる引張強度能力を有する繊維がライナ上の様々な層に巻かれて、容器が使用目的の圧力に耐えることができるようにするマトリックスが設けられる。繊維は、未硬化状態の樹脂で飽和される。フィラメントワインディング工程では、一実施例では、(フィラメント材料とも呼ばれる)連続した樹脂含浸ロービングまたはモノフィラメントのバンドがライナの周囲に巻き付けられる。本発明の一実施例では、繊維が容器に手で与えられる。他の実施例では、任意選択で樹脂が事前に含浸された、平行の繊維の連続したシートがライナの周囲に配置される。他の実施例では、フィラメントワインディング機械がフィラメント材料の塗布に使用される。他の実施例では、手動または自動の繊維配置機械が繊維シートまたはフィラメント材料の塗布に使用される。
【００５７】
上述したように、以前の方法では、硬化炉内での伝統的な加熱過程中、ライナの表面は硬化温度に到達する最後の表面である。加工物の外面から内面への複合圧力容器のこうした加熱は、容器-樹脂繊維の界面で不完全な硬化を招く恐れがある。伝統的な硬化過程中に発生した蒸気の捕捉によって、複合容器の壁を作成するワインディング内に気泡または空隙が形成されることになる。この硬化の不足は使用の際に容器の破損を招く恐れがある。
【００５８】
本発明では、熱が容器の内面に加えられて、複合容器の内面から外面に硬化が生じる。本発明の方法は、複合容器の外面から内面への複合容器の硬化に関する問題を低減し、最小限に抑え、または回避するものである。本発明では、加工物の内面から外面への硬化により、硬化中に生成される蒸気が硬化する加工物から大気に出ることができるようになる。この方法は、複合容器内の孔を低減し、最低限に抑え、または回避し、より予想可能な構造の強度を与えるものである。一部の例では、本発明の方法では、炉での硬化と比較して硬化時間が短縮される。
【００５９】
図1は、エポキシ含浸フィラメント材料を金属または非金属のライナの周囲に巻くことによって複合容器が作成される、本発明の一実施形態を示している。この方法は、フィラメントが巻かれた加工物の内面から外面へのフィラメント/樹脂マトリックスの硬化をもたらす。
【００６０】
図1では、ライナ100は、金属または非金属のライナである。一実施例では、ライナ100は、限定的ではないが、熱可塑性、熱硬化性プラスチックなど、プラスチックを含む。他の実施例では、ライナ100は、金属、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鋳物砂など鉄または非鉄鋳造方法で使用されるコア材料を含む。他の実施例では、ライナ100は、ガラス、セラミック、煉土、陶器、非プラスチック複合材料などを含む。
【００６１】
金属材料2は、ライナ100の内部容積にアパーチャ4を通して加えられる。当業者には理解されるように、限定的ではないが、銅、ニッケル、鋼、アルミニウム、その混合物などを含む、様々な金属材料を使用することができる。金属材料は、粒子サイズ、ナノ粒子、および/またはマイクロ粒子を含む、様々なサイズでよい。金属材料2のサイズおよび形状は、容器、操作者による取り扱い易さなどに基づいて選択される。金属材料2は、使用されるサイズ、形状、かつ/または1つまたは材料に関して、均一でも不均一でもよい。一実施例では、金属材料2は、概ね「bb」または番号6から番号7の鋼ショットのサイズにされる。一実施例では、直径約l/8インチから直径約1/2インチの玉軸受を使用することができる。望ましくは、金属材料を清浄な状態で導入して、後で使用する容器内の残留物の量が低減されるようにする。一実施例では、金属材料は、使用前に脱イオン水を使用して洗浄される。
【００６２】
使用の際は、金属材料2は、ライナ100の内面と熱伝導関係にある。
【００６３】
一実施例では、金属材料2は、容器100の容積の約30%から約50%を占める。
【００６４】
図1では、容器100のアパーチャ4は、支持部材6に取り外し可能で取り付け可能である。一実施例では、アパーチャ4は支持部材6の第1の端部に取り外し可能に取り付けられるように構成されたねじ付き開口部である。代替取り付け手段を使用して、ライナ100を支持部材6の第1の端部に取り付けることもできる。支持部材6は、さらに、フィラメントワインディング機械(図示せず)の回転チャック8上で保持され得る第2の端部を備える。
【００６５】
一代替実施例では、硬化は、未硬化容器がチャックを組み込んだ回転固定具に移動されるフィラメントワインディングシーケンスの後で行われる。そうする際に、ワインダは、次のワインディングシーケンスに使用可能である。ワインディングシーケンスが硬化シーケンスよりも短い場合、複数の硬化固定具を使用することができる。
【００６６】
支持部材6は、未硬化エポキシ含浸フィラメント材料が加えられ、ライナ100の外面の周囲に巻かれるときに、ライナ100がライナ100の軸の周りで長手方向に回転することができるようにする。
【００６７】
幾つかの実施例では、誘導加熱を使用して、容器の内面から外面に硬化させる。誘導加熱を使用して、ライナ内部の金属材料を加熱し、それによってライナの内面を加熱する。以下でさらに論じるように、容器は加熱中に回転され、それによって加熱された金属材料により、ライナ容器の内面が均一に加熱されることになる。
【００６８】
当業者には理解されるように、使用される特定の構成の加熱誘導コイルおよびパラメータ(たとえば、動作周波数、結合距離、電力など)は、使用目的の用途、ニーズ、および好みによって変わる。さらに、使用される特定の構成要素の選択は、たとえば、限定的ではないが、コスト、有用性、下流の用途、および安全性を含む様々な追加の範疇に基づくことができる。
【００６９】
特定の実施例では、硬化させるには、ライナが、誘導コイルによる加熱中にライナの軸の周りで長手方向に回転される。当業者には理解されるように、ライナの回転速度は、フィラメント/樹脂マトリックス内の樹脂の性質、化学的性質、および/もしくは組成、かつ/または反応期間の可変の粘度によって部分的に決定される。
【００７０】
一実施例では、誘導コイルはライナの外部に配置される。
【００７１】
一実施例では、誘導コイルは、ライナの内部容積内に配置される。
【００７２】
図1では、加熱誘導コイル10はライナ100に隣接するように配置される。この実施形態では、加熱誘導コイル10はライナ100の外部にある。加熱誘導コイル10は、通常、各用途の目的に応じて巻かれる。一実施例では、加熱誘導コイル10は銅管からなり、それを通って冷却水が流れる。加熱誘導コイルは、一部の例では、固体銅からなるものでもよいが、この例では、極めて低電力のものでもよく、または高温環境で動作することができるように設計される。
【００７３】
加熱誘導コイル10を未硬化フィラメント材料の塗布中、または塗布後に駆動して、エネルギを金属材料2に与えることができる。
【００７４】
加熱誘導コイル10が駆動されると、加熱誘導コイル10からのエネルギが金属材料2に与えられ、加熱される。
【００７５】
金属材料2に与えられたエネルギは、電力供給量を調整して、加熱中に個別の温度制御を行うプロセス制御装置などの制御手段と動作可能に関連する、接触式または非接触式の温度監視の使用によって制御される。
【００７６】
一実施例では、温度センサには、限定的ではないが、熱電対、抵抗温度検知器(RTD)、光高温計、赤外線センサ、または感知した温度の変化に比例して信号を生成し、それに応じて誘導電源の出力を変える温度プロセス制御装置に測定値を送信して、最適な選択可能なレベルの定常状態の温度を得て、最適な硬化を可能にする代替デバイスが含まれる。
【００７７】
一実施例では、温度は、未硬化加工物の外面の温度を監視する赤外線センサを使用して、間接的に監視される。追加の実施例では、プロセス制御装置の設定点のランプおよびホールド関数(ramp and hold function)により、加熱過程の初期段階中に過剰な熱エネルギが与えられるのが阻止される。
【００７８】
温度センサを容器の内側または外側の壁に直接取り付けることができ、または容器内に吊るし、バルクヘッド取り付け具を通して出して、容器の完全性を保つことができる。
【００７９】
図1では、金属材料2の温度は、ライナ100の内部容積14内に位置付けられた赤外線(IR)センサ12によって測定される。センサのリードはアパーチャ4および支持部材6を通ってライナ100を出て、電気的スリップリングアセンブリ16を使用して接続される。
【００８０】
他の実施例では、ライナ100が大気に開放される場合、IRセンサはライナ100の外部に位置付けられ、スリップリングアセンブリは不要である。
【００８１】
金属ライナの場合、誘導加熱は、誘導加熱器、ならびに金属材料により、ライナの一部も加熱することになる。
【００８２】
一実施例では、加工物の作製に使用されるフィラメントは、実質的に誘導加熱に対して耐熱性であり、容器に加えられるフィラメントは誘導加熱によって加熱されない。
【００８３】
この実施形態の他の実施例では、誘導加熱を使用して、必要とされる金属材料2の量を最小限に抑え、または低減して、あるいは金属材料2を必要とせずに、容器100の内面を加熱する。この実施例では、加熱誘導コイルによって生成された熱は容器100の内面を加熱する。
【００８４】
一実施例では、誘導コイルは市販のものである。
【００８５】
他の実施例では、誘導コイルを、エポキシ、または他の樹脂で注封して、コイルを工程での損傷および/または汚染から保護する。
【００８６】
他の特定の実施例では、誘導コイルは、概して「C」形状であり、誘導コイルの出力を誘導コイルの「C」内に集中させる。この実施例では、「C」形状のコイルからの出力は、マンドレルの下半分に放射される。
【００８７】
図2は、本発明の代替実施形態を示している。図2では、加熱誘導コイル10がライナ100の内部容積内に配置されている。
【００８８】
図1の実施形態と同様に、誘導加熱を使用して、容器の内面から外面に硬化させる。誘導加熱を使用して、容器内の金属材料を加熱し、それによってライナ容器の内面を加熱する。上記のように、加熱中に容器が回転され、その結果、加熱された金属材料によりライナ容器の内面が加熱されることになる。
【００８９】
加熱誘導コイル10を、未硬化フィラメント材料の容器100への塗布中、または塗布後に駆動して、エネルギをライナの内部容積内の金属材料に与える。
【００９０】
使用の際は、ライナが回転され、金属材料2はライナ100の内面と熱伝導関係にある。加熱されると、金属材料は熱をライナ100の内面に直接伝達する。
【００９１】
この実施形態の一実施例では、加熱中に使用される誘導電磁界の侵入の深さは金属材料2まで延長されるが、ライナ100の外面上のフィラメント材料までは延長されないように選択される。使用の際は、金属材料2だけが加熱され、この実施例は、炭素繊維など導電性繊維を含むフィラメント材料と共に使用するのに適している。一実施例では、回転ユニオンおよびバルクヘッドにより、圧力容器が回転するときに、誘導コイルを静止したままにすることができる。
【００９２】
この実施形態の他の実施例では、加熱中に使用される誘導電磁界の侵入の深さは、金属材料2まで延長され、ライナ100の外面上のフィラメント材料までにも延長されるように選択される。使用の際は、金属材料2が加熱され、この実施例は、導電性繊維を含まないフィラメント材料と共に使用するのに適している。
【００９３】
理解されるように、誘導電力は、適切な量のエネルギを炭素繊維に誘導して、炭素繊維を加熱するが、炭素繊維を損傷せず、それによって樹脂飽和繊維を加熱し硬化するように構成され得る。
【００９４】
図3は、本発明の一代替実施形態を示す。図3では、フィラメントワインディング加工物の内面から外面へのフィラメント/樹脂マトリックスの硬化に放射加熱が使用される。
【００９５】
この実施形態の一実施例では、放射加熱器コイル200が、支持部材6およびアパーチャ4を通して挿入されることによって、ライナ100内に配置される。放射加熱器200はこうした構成要素の開放空間を通して挿入されるサイズにされる。放射加熱器コイル200は、ライナ100が回転するときに、ライナ100内で静止したままである。放射加熱器コイル200は、加熱セクション202および非加熱セクション204を備える。加熱セクション202は、容器の内側の長さになるように構成される。放射加熱器コイル200は、電気的に給電され、前に記載したように、通常のプロセス制御の実行によって制御される。与えられた放射エネルギは、樹脂をライナ側から外側に容器の外面まで硬化させる。
【００９６】
この実施形態の一実施例では、放射加熱を使用して、容器100内の金属材料2を加熱し、それによって、容器100の内面を加熱する。上記のように、加熱中に容器が回転され、その結果、加熱された金属材料によってライナ容器の内面が加熱されることになる。
【００９７】
圧力容器を硬化させる所望の温度の選択は、使用されるポリマーの化学的性質およびそのポリマーの硬化段階の熱的需要に依存する。一実施例では、約350Fの通常の硬化温度がエポキシ系樹脂に使用される。適した温度および時間は、当業者には理解されるように、製品設計者によって選択された樹脂の樹脂化学的性質によって規定される。
【００９８】
この実施形態の他の実施例では、放射加熱を使用して、必要とされる金属材料2の量を最小限に抑え、または低減して、あるいは金属材料2を必要とせずに、容器100の内面を加熱する。この実施例では、放射加熱器コイル200によって生成された熱は容器100の内面を加熱する。
【００９９】
理解されるように、容器の回転速度(たとえば、RPM値)は変わる。一実施例では、RPM値は、約5から約10RPMの範囲である。この範囲は、架橋および硬化のすぐ前のガラス転移温度に到達するときの樹脂の粘度に基づいて決定された。樹脂は、この状態の場合は、非常に低い粘度である。選択されたRPM範囲は、回転中にマトリックス内に樹脂を維持しながら、マトリックスと共に樹脂の均一な広がりを促進する。
【０１００】
硬化後、複合容器を冷却することができるようになる。
【０１０１】
本出願の他の実施形態では、金属材料2は、ビスマス/アンチモン、または他の予想可能な融点を有する合金など、低融点の合金である。一実施例では、金属材料2の融点は、複合容器の製造に使用されるフィラメント材料および樹脂を硬化させるのに必要な温度と概ね同じである。
【０１０２】
一実施例では、金属材料2は、球体かつ/または不規則形状の低融点の金属材料2からなる。
【０１０３】
使用の際は、この実施形態では、金属材料2は、上記のように、ライナ100の内部容積14内に配置され、支持部材6に取り付けられる。
【０１０４】
ライナ100は、エネルギが金属材料2の加熱に使用されるときに回転されて、金属材料2が相を固体から実質的に液体に変えるようにする。一実施例では、誘導コイルが使用され、ライナの外部に配置される。一実施例では、誘導コイルが使用され、ライナの内部容積内に配置される。他の実施例では、放射加熱コイルが使用される。加熱された実質的に液体の金属材料2は、ライナ100の内面を被覆する。加熱された液体金属材料2は、ライナ100の内面と熱伝導関係にあり、加熱かつ回転中に熱をライナ100の内面に伝達する。この熱伝達により、エネルギがフィラメント材料および樹脂に与えられて、複合容器を硬化させる。
【０１０５】
一実施例では、硬化の完了後、ライナ100が支持部材6から除去され、加熱された液体金属材料2が内部容積14から除去される。
【０１０６】
他の実施例では、硬化の完了後、複合容器が冷却可能になり、それによって液体金属材料2が硬化する。次いでライナ100が加熱されて、金属材料2を液化させる。加熱された液体金属材料2を次いで内部容積14から除去することができる。
【０１０７】
他の実施例では、容器の内側壁を被覆する固体金属が容器内に残る。
【０１０８】
除去された金属材料2は、任意選択で、後の用途に再使用することができる。
【０１０９】
図4は、本発明の代替実施形態を示している。図4の実施例では、犠牲マンドレル400がライナ100の内部容積を占める。犠牲マンドレル400は、容易に粉砕され、水などの液体に可溶性の材料から形成される。適した材料の例には、限定的ではないが、プラスタ、鋳物砂などが含まれる。
【０１１０】
他の実施例では、犠牲マンドレル400がプレキャストされ、ライナ100は使用されない。この実施例では、フィラメントを犠牲マンドレルの外面上に直接巻くことができる。
【０１１１】
金属材料2は、犠牲マンドレル400中に分散される。一実施例では、ナノサイズまたはマイクロサイズの粒子が犠牲マンドレル400中に分散される。他の実施例では、ナノサイズまたはマイクロサイズの粒子が犠牲マンドレル400中に均一に分散される。使用される金属材料2の量は、外部の誘導電磁界が犠牲マンドレル400に与えられると犠牲マンドレル400が熱を吸収し、熱をライナ100の内面(またはライナが使用されない場合はフィラメントおよび樹脂)に伝達するのに十分な量である。犠牲マンドレル400は、上記のように、外部の誘導コイルを使用して加熱される。加熱された犠牲マンドレル400は、ライナ100と熱伝導関係にあり、その上に巻かれたフィラメントおよび樹脂を硬化させる。
【０１１２】
温度制御を、上記のように、内部に取り付けたセンサ、または外部に取り付けたセンサによって行うことができる。
【０１１３】
硬化後、犠牲マンドレル400がライナ100の内部容積から除去される。一実施例では、水などの液体、または他の可溶剤を使用して、犠牲マンドレル400を砕き、アパーチャ4を通して除去することができる。他の実施例では、犠牲マンドレル400が振動を受け、それによって犠牲マンドレル400を小さい粒子に砕き、アパーチャ4の外に流す。
【０１１４】
図5は、加熱された充填流体蒸気を使用して、ライナの内面を加熱し、未硬化複合容器を硬化させる、代替実施形態を示す。
【０１１５】
ライナは金属ライナまたは非金属ライナである。一実施例では、ライナは、限定的ではないが、熱可塑性、熱硬化性プラスチックなどを含むプラスチックを含む。他の実施例では、ライナは、金属、アルミニウム、銅、ニッケル、ステンレス鋼、鋳物砂など鉄または非鉄鋳造方法で使用されるコア材料を含む。他の実施例では、ライナは、ガラス、セラミック、煉土、陶器、非プラスチック複合材料などを含む。
【０１１６】
他の実施例では、ライナは、ワインディングおよび硬化過程中に加圧され、次いで収縮されて物品の内部から除去される膨張可能な材料からなる。この実施例では、中空の物品の内部は規則的、または複合幾何学的形状でもよい。使用の際は、収縮した場合、ライナを物品の内部から除去することができ、それによって膨張可能なものが物品内に残る場合よりも物品の内部容積が大きくなる。
【０１１７】
未硬化複合容器を作成するには、必要とされる引張強度能力を有する繊維がライナ上の様々な層に巻かれて、容器が容器の使用目的の圧力に耐えることができるようにするマトリックスが設けられる。こうした方法は当業者には周知である。一部の実施例では、ライナが支持部に取り付けられ、ライナの長手方向軸の周りで回転されて、繊維の塗布中に繊維をライナの周囲に巻き、複合容器を形成する。
【０１１８】
繊維は、未硬化状態の樹脂で飽和される。フィラメントワインディング工程で、一実施例では、(フィラメント材料とも呼ばれる)連続した樹脂含浸ロービングまたはモノフィラメントのバンドがライナの周囲に巻き付けられる。本発明の一実施例では、繊維が容器に手で与えられる。他の実施例では、フィラメントワインディング機械がフィラメント材料の塗布に使用される。
【０１１９】
上述したように、以前の方法では、硬化炉内の伝統的な加熱過程中、ライナの表面は硬化温度に到達する最後の表面である。加工物の外面から内面への複合圧力容器のこうした加熱は、容器-樹脂繊維の界面で不完全な硬化を招く恐れがある。この硬化の不足は使用の際に容器の不具合を招く恐れがある。伝統的な硬化過程中に発生した蒸気の捕捉によって、複合容器の壁を作成するワインディング内に気泡または空隙が形成されることになる。この結果として生じた孔は、微小亀裂の概ね不適格な空隙部分による複合物の機械的な不具合を招く恐れがある。
【０１２０】
図5の実施形態では、未硬化の繊維がライナに塗布された後、ライナが加熱システム400に移動され、加熱充填流体蒸気が容器の内面に与えられて、複合容器の内面から外面への相変化により硬化する。この方法は、複合容器の外面から内面への複合容器の硬化に関する問題を低減し、最小限に抑え、または回避するものである。加工物の内面から外面への硬化により、硬化中に未硬化複合マトリックス内に生成された蒸気が硬化する加工物から大気に出ることができるようになる。この方法は、複合容器内の孔を低減し、最低限に抑え、または回避し、より予想可能な構造の強度を与えるものである。
【０１２１】
図5を参照すると、硬化システム401は、加熱蒸気をライナ300の内部容積に提供するように構成される。
【０１２２】
図5の実施例では、硬化システム401は、加熱充填流体蒸気をライナ300の内部容積に提供するように動作可能な加熱充填流体蒸気源200、および開位置と閉位置の間を移動するように動作可能な出口手段500を備える。開位置では、ライナ300の内部容積はライナ300の外部と流体連通状態である。閉位置では、ライナ300の内部容積はライナ300の外部と流体連通しない。
【０１２３】
使用の際は、加熱充填流体蒸気源200は、加熱蒸気をライナ300の内部容積に導入し、それによって、出口手段500が開位置にある場合は、ライナ300内の全ての気体材料を出口手段500を通して取り除く。ライナ300の内部容積が所望の量の加熱蒸気を含むと、出口手段500が閉位置に移動される。この工程で、ライナ300の内部容積は加熱充填流体蒸気で充満され、それによってライナの表面が加熱蒸気の温度まで加熱される。
【０１２４】
加熱蒸気源200は、チャンバ204、および加熱システム206を備える。チャンバ204は、さらに、ライナ300の入口302に取り外し可能に取り付けられるように構成された導管202を備える。導管202は、ライナ300の内部容積と流体連通状態のチャンバ204の内部容積を維持する。チャンバ204は、充填流体源(図示せず)と流体連通状態である。加熱システム206はチャンバ204と熱伝導関係にある。
【０１２５】
図5の実施例では、充填流体が充填流体源から流体導管218を通して導入される。弁216は流体導管218上に充填流体源とチャンバ204の間に配置される。弁216は、開位置から閉位置まで可動である。閉位置では、流体導管218は充填流体源をチャンバ204の内部と流体連通状態に維持する。閉位置では、充填流体源はチャンバ204の内部と流体連通しない。
【０１２６】
図5の実施例では、加熱システム206は、誘導電源210と動作可能に関連する誘導コイル208を備え、誘導電源210はプロセス温度制御装置212と動作可能に関連し、プロセス温度制御装置212は、熱電対、または赤外線、あるいは他の温度センサなど温度センサ手段214と動作可能に関連する。
【０１２７】
上述したように、硬化システム401は、開位置と閉位置の間を移動するように動作可能な出口手段500を備える。開位置では、ライナ300の内部容積はライナ300の外部と流体連通状態である。閉位置では、ライナ300の内部容積は、ライナ300の外部と流体連通しない。
【０１２８】
図5の実施例では、出口手段500は、チャンバ204の内部に入り、チャンバ204に固定して取り付けられた通気管220を備える。この実施例では、通気管220は、通気管220がチャンバ204を出る位置に溶接される。通気管220は、チャンバ204を通り、導管202を通り、ライナ300の内部容積内に延びる。この実施例では、(取り付けられた未硬化圧力容器を有する)ライナ300が、圧力容器の内部のねじ付きポート内にねじ込まれたチャンバ上の取り付け具によってチャンバ204に固定される。
【０１２９】
通気管220は、通気管220が導管202を通って延び、チャンバ204を通気管220の外面から導管202の内面までの環の距離224を画定するライナ300の内部容積に連結するサイズにされる。通気管220はライナ300の内部容積内にライナ300の反対側まで延びる。一実施例では、通気管220は、ライナ300の内面から約1/8インチの位置まで延びる。通気管220は、チャンバ204を超えて延び、弁230で終端する。弁230は手動で、または電気的に、あるいは自動的に動作させることができる。
【０１３０】
この実施例では、硬化境界がライナと接触する未硬化複合容器の表面から生じ、硬化境界が最終的に補強材の外面まで移動したときに、硬化過程と関連する全ての蒸気が大気に逃がされる。対照的に、硬化が従来の炉で起こる場合、硬化境界は、最初に補強材の外面で起こり、硬化境界に関連する蒸気が補強材の内部に向かって移動して捕捉される。それによって、蒸気が未硬化樹脂を変位させるときに、補強材の孔および層間剥離が生じる。
【０１３１】
したがって、本明細書に記載した方法では、高温の充填流体の相変化によって生じた熱を使用して、容器の内側または容器の内部から容器を硬化させる。特定の実施例では、温度約350Fが、ガラス転移(Tg)が起こる目標温度として選択される。特定の実施例では、充填流体は水であり、充填流体蒸気は水蒸気である。
【０１３２】
理解されるように、様々な充填流体を使用することができる。選択された充填流体は、液体から蒸気に変わることができ、適切な潜熱値を有し、それを使用して、材料の蒸気圧力を与えることができ、加熱/硬化システムの構造的完全性に許容可能となる。
【０１３３】
適した充填流体の特定の例には、限定的ではないが、水、イソブテン、ブタン、プロパン、メタノール、エタノールなどが含まれる。
【０１３４】
使用の際は、一実施例では、ライナ300上の未硬化フィラメントが巻かれた圧力容器は、入口302で導管202に取り外し可能に取り付けられる。全ての装置は、周囲温度であり、または周囲温度に近く、全ての電気的加熱が行われない。充填流体は、チャンバ204が充填されるまで開放弁216によってチャンバ204内に配置される。チャンバ204の充填後、弁230が開放され、弁216が閉鎖される。プロセス制御装置212が、一実施例では、350Fの制御設定点で作動される。制御装置212は、次いで、電源210にエネルギを誘導コイル208に与えさせる。チャンバ204内の充填流体が、金属チャンバが誘導コイル208によって加熱されるときに間接的に加熱される。充填流体は、液体から蒸気に相を変え、この蒸気は導管202を通って容器300内に移動する。この蒸気は、容器300の内部の大気を取り除き、大気は開放された弁230により管220を通って出る。弁230によって導管220を出る大気の温度が温度のために監視される。排出大気の温度が選択された制御温度に到達すると、不凝結ガスおよび非充填流体蒸気がチャンバから出て、その時点で弁230が閉鎖される。
【０１３５】
理解されるように、それによって、チャンバ204が蒸発器であり、不凝結ガスまたは蒸気を実質的に含まない容器300の内部が今や凝縮器である閉鎖容器システムが有効に作製される。この状態で、チャンバ204から容器300の内面までの容器300の内部の温度は、液体から蒸気に相を変え、蒸気よりも低い温度の表面で凝縮するときに液体に戻るシステム内の充填流体により、等温である。液体は蒸発器に戻り、再使用され相変化する。理解されるように、機能的にこのシステムは熱サイホンである。
【０１３６】
充填流体としての水の実施例では、システムの温度が約350Fの制御された設定点まで上昇したときに、等温の蒸気温度が複合物の補強材内の未硬化樹脂を加熱し、350FのTgに到達することによって完全に硬化される。温度設定点が選択肢に到達した後、ソーク(soak)期間を使用して、物品を硬化させることができ、加熱システムが除勢され、弁230が開放されて、圧力が内部容積から逃がされる。さらなる冷却が、アセンブリを周囲空気中に置いたままにし、または強制的な空気冷却を使用して行われる。硬化した複合物品、この実施例では複合圧力容器の温度が低下して、容器の内部が周囲大気圧力に戻った場合、チャンバアセンブリから容器のねじが解かれ、他の未硬化容器が装置に取り付けられ、この時点で工程が再び開始される。
【０１３７】
他の実施例では、プラスチック容器ライナが使用され、水を使用して加圧される。このプラスチックライナは剛性でもよく、容器または物品内に残り、あるいは膨張可能でもよく、硬化後に容器または物品から除去される。この実施例では、中空物品の内部は、規則的または複合の幾何学的形状のものでもよい。使用の際は、収縮されると、ライナを物品の内部から除去することができ、それによって、膨張可能物が物品内に残る場合よりも物品の内部容積が大きくなる。
【０１３８】
この実施例では、弁、および任意選択のボール弁が、ライナ300の入口302に配置され、水がプラスチックライナ300の内部に入り、プラスチックライナ内の全ての大気を取り除くことができるように動作可能である。膨張可能なライナの場合、ボール弁は圧縮空気または他のガスで膨張し易くする。加圧水または圧縮空気/ガスは、フィラメントをプラスチックライナの周囲に巻く間に、ライナを寸法安定のままにすることができる。
【０１３９】
複合容器を硬化させるには、水または圧縮空気/ガスを含むプラスチックライナが、図5で示したように、導管202に取り付けられる。チャンバ204が、ライナ300の内部と実質的に同じ圧力に水で加圧される。ボール弁が開位置に移動され、したがって、水が通気管220および弁230を通って自由に流れる。チャンバ204が加熱され、その結果、生成された蒸気が水または圧縮空気/ガスをプラスチックライナ300の内部から取り除かれるが、弁230の下流に取り付けられた圧力逃がし弁(図示せず)により所望の内部圧力が維持される。実質的に全ての液体水または圧縮空気/ガスがライナ300の内部から除去され、蒸気が取って代わると、弁230が閉位置に移動され、硬化シーケンスが上記のように完了する。
【０１４０】
一実施例では、硬化工程を向上させるため、図5で記載した硬化システムを断熱クラムシェル反射体で取り囲んで、周囲の対流空気への熱損失を防ぎ、または最小限に抑えることができる。これは、たとえば、ワインディングがかなり大きい横断面の場合、容器の外面の硬化を遅らせる可能性がある損失を防ぐために行われる。
【０１４１】
理解されるように、誘導加熱が好ましく、抵抗加熱要素を使用してチャンバ204を加熱することもできるが、チャンバ内の水を加熱するのにより長い時間を要する。誘導加熱を使用する場合、金属粒子材料をチャンバに追加することにより、水との加熱接触面積の増加によって水の相変化の速度が上がる。
【０１４２】
また、図5の特定の実施例の上記の説明から理解されるように、未硬化圧力容器は垂直に上に向けられて、凝縮液が戻るように流れることができるようにする。硬化シーケンス中の低粘度樹脂の流れの制御を、必要な場合は、ワインディング後に引張した未硬化複合物の表面の周囲に巻かれる「ベール」または「ピールプライ(peal ply)」織物の使用によって行うことができる。織物は未硬化複合物を包み、樹脂を含んで、樹脂が液体の未硬化状態の間に重力によって流れるのを防止する。この織物は、通常、冷却サイクル後に硬化した複合物から「剥離」される。一部の樹脂配合物は、硬化過程中に高粘度を維持し、したがって、こうした織物が不要である。
【０１４３】
他の実施例では、膨張すると、または作動すると、樹脂繊維マトリックスを定位置に保持する容器の未硬化の外面の外側に圧縮圧力を加える膨張可能なブラダーまたは真空バッグ内に未硬化容器を入れることができる。
【０１４４】
他の実施例では、図5で記載されたシステムを水平に方向付けることができる。この実施例では、チャンバ204内の充填流体は、凝縮物が容器300内に滞留することができるようにするのに十分な体積であり、凝縮器として働き、同時に、設定点での硬化時間にわたり十分なチャンバ204内の充填流体のリザーバを有する。硬化時間の終了後、システムが減圧され、硬化した圧力容器が硬化システムから除去される。このとき、圧力容器内に駐留する凝縮物が除去され、システムは、次の硬化のために再充填される。
【０１４５】
さらに、理解されるように、チャンバ204の内部を、様々なテクスチャ、バッフル、および他の手段を使用して変更し、表面積を増加させ、それによってチャンバ内の相変化の速度を上げることができる。
【０１４６】
図5のシステムの他の実施例では、弁216を閉鎖した後、弁230が開放され、真空ポンプなど、真空手段に取り付けられる。容器300およびチャンバ204内の大気が除去されて、高真空が生成される。それによって、こうしたチャンバ内の空気が全て除去され、そのときに弁230が閉鎖され、閉鎖容器熱サイホンシステムが作製される。
【０１４７】
本発明の他の実施形態では、複合容器は、「B」段階の硬化を使用して用意され、その後に「A」段階の硬化が続く。
【０１４８】
「B」段階の硬化では、複合容器は、上記のように、図で示したように、最初に硬化される。「B」段階の硬化中、未硬化樹脂が、複合容器の内面の加熱中に液体から固体に変化する。上記の実施例のように、「B」段階の硬化中、熱が容器の内面に加えられて、複合容器の内面から外面に硬化が起こる。加工物の内面から外面への硬化により、硬化中に生成された蒸気が硬化する加工物から大気に出る。この方法は、複合容器内の孔を低減し、最小限に抑え、または回避し、より予想可能な構造の強度を与えるものである。
【０１４９】
複合容器は、次いで、「A」段階の硬化を受ける。(ソークとも呼ばれる)「A」段階の硬化では、「B」段階からの複合容器が、たとえば炉を使用して高温で加熱される。「A」段階の硬化中、樹脂はさらに固体化され、または硬化されて、さらに高い機械的特性が得られる。
【０１５０】
当業者には理解されるように、「B」段階および「A」段階の硬化の使用は、温度を上げるためにランプを使用して非常にゆっくりと樹脂が硬化される幾つかの樹脂の配合物には有用であり、捕捉される蒸気の生成が低減され、または最小限に抑えられる。理論に縛られることは望まないが、このさらに時間をかけた硬化により樹脂中の分子鎖が長くなり、樹脂をより強固にすると考えられる。
【０１５１】
本明細書で述べた全ての出版物、特許、および特許出願は、本発明が関係する当業者のレベルを示すものであり、それぞれ個々の出版物、特許、または特許出願が具体的かつ個々に参照により組み込まれることが示されるのと同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
【０１５２】
したがって、本発明を記載したが、明らかなように、本発明を多くの方法で変えることができる。こうした変形形態は、本発明の精神および範囲から逸脱すると見なされるべきではなく、全てのこうした修正形態は、当業者には明らかなように、以下の特許請求の範囲内に包含されるものとする。
【符号の説明】
【０１５３】
2  金属材料
4  アパーチャ
6  支持部材
8  回転チャック
10  加熱誘導コイル
12  IRセンサ
14  内部容積
16  スリップリングアセンブリ
100、300  ライナ、容器
200  加熱充填流体蒸気源、放射加熱器コイル
202  導管、加熱セクション
204  チャンバ、非加熱セクション
206  加熱システム
208  誘導コイル
210  誘導電源
212  温度制御装置
214  温度センサ手段
216、230  弁
218  流体導管
220  通気管
224  環の距離
302  入口
400  犠牲マンドレル
401  硬化システム
500  出口手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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