(57)【要約】  本発明は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はシートを有する複合材料に関する。高抵抗圧力シリンダ等の複数の製品の製造に用いられる当該複合材料は、製品の遮蔽能力向上等の長所を有する。当該複合材料は、ポリテトラフルオロエチレンからなる内側の第１層と、第１層をカバーし、高密度ポリエチレンからなる第２層と、第２層に取り付けられ、ポリマー母材及び硬化剤を含む硬化エポキシ樹脂を含浸させた、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はシートを含む第３層と、希釈液とポリマー母材及び硬化剤を含む硬化エポキシ樹脂とを含浸させたアラミド繊維を含む複合材料の外側の第４層とを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポリテトラフルオロエチレンを含む内側の第１層と、
前記第１層をカバーし、高密度ポリエチレンを含む第２層と、
前記第２層に取り付けられ、エポキシ及び硬化剤を含むポリマー母材を有する硬化エポキシ樹脂が含浸され、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）若しくはリグニンから製造されたファイバ若しくはカーボンシート又はこれらの混合物から選択された材料を有する第３層と、
希釈液が含浸されたアラミド繊維、若しくは、ポリマー母材及び硬化剤を含む硬化エポキシ樹脂が含浸されたアラミド繊維、又はこれらの混合物から選択された複合材料を含む外側の第４層と
を含む４つの層を有することを特徴とする複合材料。
【請求項２】
請求項１に記載の複合材料において、
前記第３層は、コロイド状シリカのナノ粒子を含む
ことを特徴とする複合材料。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の複合材料において、
前記第３層は、ポリエチレングリコール（ＰＥＤ）に対するコロイド状シリカのナノ粒子の比率が、３０〜６０質量パーセントである
ことを特徴とする複合材料。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合材料において、
前記第４層は、アラミド繊維に対する希釈液の比率が、約１５〜３０質量パーセントである
ことを特徴とする複合材料。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合材料において、
前記希釈液は、エタノール３重量部対希釈液１重量部の割合で、エタノールで希釈されている
ことを特徴とする複合材料。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合材料において、
前記第３層及び前記第４層は、エポキシ樹脂１００質量部に対して、硬化剤１０〜２０質量部、好ましくは１３質量部と、ナノ粒子０〜５質量部、好ましくは１質量部とを含む
ことを特徴とする複合材料。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合材料において、
前記第３層は、カーボンファイバ又はシートとグラスファイバの混合物と、ポリマー母材、硬化剤及びナノシリカを含む硬化エポキシ樹脂とを含む
ことを特徴とする複合材料。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料の使用方法であって、
前記複合材料を、高い耐性、高い貯留性能及び高い遮蔽能力を示すシリンダ、カップリング又は配管である製品の製造に用いる
ことを特徴とする複合材料の使用方法。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の複合材料を用いて製造された製品であって、
前記製品は、シリンダ、カップリング又は配管である
ことを特徴とする製品。
【請求項１０】
請求項９に記載の製品において、
前記製品は、液化天然ガス、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２から選択された加圧ガス用に用いられる
ことを特徴とする製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、他の原料と共に、カーボン若しくはポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）のファイバ若しくはシート又はリグニンを有する複合材料に関し、当該複合材料は、圧力シリンダ、より具体的には、ガス状流体の貯留に高い耐性を有する圧力シリンダ等のいくつかの製品の製造において用いられる。そのような複合材料は、既存の材料に対していくつもの長所、例えば、それを有する製品に対して優れた遮蔽性能をもたらす。  
【０００２】
また、本発明は、上記複合材料の製造方法、及び他の特性と共に、高い耐性及び遮蔽能力を要するいくつかの製品の製造に際してのこれらの使用方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
例えば、特許文献US4,741,880及びUS5,133,928に記載されているように、当初、圧力シリンダは、高降伏応力、破壊強度、好適な機械抵抗及び好適な耐食性を強化するため、鋼等の金属材料から生成されていた。しかしながら、金属材料で製造されたこの種のシリンダは、それらが圧力に対する耐性を有しているにもかかわらず、その重さとは別に、それらの溶接性及び破壊強度に関して劣性を示す。  
【０００４】
その後、重量の欠点を解消するため、圧力シリンダは、アルミニウム合金で製造されることとなった。しかしながら、アルミニウム等の金属のみから、より軽量なシリンダを開発しようとする試みにもかかわらず、特に、より軽量な材料で構成される先端部分におけるシリンダ壁に対して加えられる気体の圧力に耐え得る十分な耐性を備える合金を開発するニーズが存在した。そこで、金属、セラミック、又は熱可塑性ポリマー、硬質熱可塑性若しくはエラストマーからなる母材を含浸又はコートした連続するフィラメント（織ったもの又は細断したもの）の形態の構造繊維（structural fibers）から得られる複合材料で製造されたシリンダが出現した。複合材料からなる圧力シリンダ又は容器（flask）の例は、特許文献US6,651,307及びUS6,425,172に見出すことができる。  
【０００５】
最近の技術のように、ガスシリンダの製造には、グラスファイバ、カーボンファイバ及びアラミド繊維等の構造繊維を利用することが通常である。しかしながら、より個別の用途のためには、ホウ化タングステン、アルミナ、炭化ケイ素等の他の繊維も存在し、これらは、２０００℃まで優れた機械特性を示し得る。  
【０００６】
もともと従来技術のガス貯留用シリンダは気体空間用用途で提案されていたことを考慮すれば、最終的にシリンダを損傷させる、衝撃によって生じるダメージ、外部との衝突といった他の使用に該当する共通の状況は、検討されていなかった。  
【０００７】
気体を運んで貯留するシリンダを開発及び提案するとき、ガスシリンダにはより多くの都市用の用途が存在することを考慮することは重要である。ガス用シリンダは、都市領域を定常的に巡回する自動車やトラック等の車両に日常的に用いられるようになっており、航空宇宙機や船舶における燃料保管等の産業における、制御及び監視された環境において限定的に用いられる当初の用途とは異なっている。  
【０００８】
従って、より安全なガス用シリンダを利用するニーズが徐々に増加しており、このようなガス用シリンダは、優れた遮蔽性能を示すこととは別に、上記の要件、例えば、軽量であること、流体を収容する極めて高い機械抵抗を有すること、低浸透性の特性を示すことといった要件を満たすものを、シリンダ及びそこに含まれる流体の製造のために選択された手段の中から選ぶ必要がある。  
【０００９】
本発明に係る高抵抗圧力シリンダは、優れた遮蔽性を有してガス流体を貯留するものであり、液化天然ガス、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）、液化石油ガス（ＬＰＧ）、ＣＯ２、Ｏ２、Ｎ２等の加圧ガス用に用いることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主な目的の１つは、高い耐性及び高い遮蔽能力を要する製品の製造のために適切な物理化学的特性を示す複合材料を提供することである。
【００１１】
本発明の主な目的の１つは、高い耐性、貯留能力及び利用し易いコストを伴う軽量の製品を提供することである。
【００１２】
また、本発明の別の主な目的は、ガス流体の貯留を目的とする製品の製造に適した材料を提供することである。
【００１３】
また、本発明の別の主な目的は、液化天然ガス又はこれに類似するものを貯留し、異なる材料からなる４層の組合せを有する複合材料製容器の製造方法を提供することである。
【００１４】
また、本発明の別の目的は、高い遮蔽性能を伴ってガスを貯留すると共に、高圧に耐え得るシリンダを提供することである。
【００１５】
また、本発明の別の目的は、非常に高い機械抵抗且つ軽量化を伴って、複合材料の一体化、接合、構造的な固定部に用いるカップリングに関する。
【００１６】
また、本発明の別の目的は、２つの複合材料の構造において得られる特性の和を示す複合材料を提供することである。
【００１７】
本発明の別の目的は、軽量、非常に高い耐性及び耐衝撃特性を備えると共に、金属と共に複合材料に要求される物理的な力を閉じ込め且つ蓄積するものとして機能する固定ブロックのグループを提供することである。
【００１８】
本発明の別の目的は、複合材料からなる超静的フレームを構造的に内在し、複合材料と金属材料の２つの部分を有するカップリングを製造する技術を提供及び開発することである。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記の及びその他の目的を達成するため、本発明に係る複合材料は、  ポリテトラフルオロエチレンを含む内側の第１層と、  第１層をカバーし、高密度ポリエチレンを含む第２層と、  第２層に取り付けられ、エポキシ及び硬化剤を含むポリマー母材を含む硬化エポキシ樹脂が含浸された、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）若しくはリグニンから製造された繊維若しくはカーボンシート又はこれらの混合物のいずれかから選択された材料を有する第３層と、  希釈液を含浸させたアラミド繊維、若しくは、ポリマー母材及び硬化剤を含む硬化エポキシ樹脂を含浸させたアラミド繊維、又はこれらの混合物のいずれかから選択された外側の第４層と  を含む４層を備えることを特徴する。  
【００２０】
また、上記の及びその他の目的を達成するため、本発明に係る使用方法は、上述した複合材料を、製品の製造、すなわち、高い耐性、高い貯留性能及び高い遮蔽能力を示すシリンダ、カップリング、配管（profiles）の製造に使用することを特徴とする。
【００２１】
また、上記の及びその他の目的を達成するため、本発明に係る製品は、上述した複合材料を用いて製造したシリンダ、カップリング又は配管であることを特徴とする。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明による上記の及びその他の特性並びにその他の利点は、本発明に関する以下の説明でさらに理解されるであろう。  
【００２３】
本発明の上記目的を達成するため、関心のある製品の製造のために適切な物理化学的特性を示した複合材料を調製するための適切な材料の組合せについて研究したので、次に紹介する。異なる材料からなる層の組合せを開発した。これにより、他の特性と共に、所望の特性を実現し、加圧ガスの貯留に必要な安全性をもたらした。  
【００２４】
本発明の対象としての複合材料は、互いに取り付けられた４つの層を有し、各層が異なる特性を有することで、高い抵抗特性、ガス用を含む貯留性能及び高い遮蔽レベルを要する製品又は対象の製造に必要な要件を満たすことができる。  
【００２５】
従って、本発明に係る複合材料は、ポリテトラフルオロエチレンの第１層と、第１層を覆う、高密度ポリエチレンの第２層とを有する。  
【００２６】
好適な実施形態において、本発明に係る複合材料に含まれる第１層及び第２層は、本願と同一の出願人による特許文献BR 10 2015 017549-3に従って製造される。同特許文献の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。  
【００２７】
本発明に係る複合材料に存在する第３層は、その一面が第２層に取り付けられ、他方の面が複合材料の第４層に取り付けられる。第３層は、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はカーボンシートからなる材料と、エポキシ及び硬化剤を含むポリマー母材（例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（DGEBA）及び脂肪族アミン等の適切な硬化剤を含む母材）からなる硬化エポキシ樹脂とを有する。  
【００２８】
好ましくは、本発明の好適な実施形態において、３８６０ＭＰａの引っ張り抵抗及び約２２６ＭＰａの弾性率であるカーボンファイバを用いる。第３層は、本発明に係る複合材料に対して構造的特徴を付与する。
【００２９】
複合材料からなる第４層は、本発明に係る複合材料において外側の層であり、第３層に取り付けられる。第４層は、希釈液（dilating fluid）と、エポキシ及び硬化剤を含むポリマー母材（例えば、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（DGEBA）及び脂肪族アミン等の適切な硬化剤を含む母材）からなる硬化エポキシ樹脂とが含浸されたアラミドのフィラメントとを有する。本発明で用いるアラミド繊維は、約２８００ＭＰａの引っ張り抵抗と約１２０ＧＰａの弾性率を有することが好ましい。第４層は、上述した複合材料を介して製品に対して遮蔽性能を付与する目的を有する。
【００３０】
第４層の複合材料において、アラミド繊維用の希釈液の比率は、約１５〜３０質量パーセントである。好ましくは、希釈液は、３（エタノール）：１（希釈液）の比率でエタノールにおいて希釈される。希釈液は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）においてコロイド状シリカのナノ粒子（平均直径は約１００〜約６００ｎｍ）を分散させることで形成される（モル質量は、２００〜４００ダルトンで変化させる。）。ＰＥＧに対するナノ粒子の比率は、３０〜６０質量パーセントで変化させることが好ましい。
【００３１】
本発明に係る複合材料内に存在する硬化剤は、トリエチレンテトラアミン及び芳香族アミドのいずれか一方又は両方から選択してもよい。
【００３２】
本発明に係る複合材料は、例えば、シリンダ等の製品の製造に用いることができる。この場合、第３層及び第４層は、含浸ファイバの束のフィラメント・ワインディングにより製造される。上述したように、第３層は第２層の上に、第４層は第３層の上にそれぞれ配置される。従って、複合材料製シリンダチューブは、ＰＴＦＥの第１層と、ＨＤＰＥの第２層と、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はカーボンシート及び硬化エポキシ樹脂の第３層と、希釈液及び硬化エポキシ樹脂を含浸させたアラミド繊維の第４層とを含む。
【００３３】
所望の機械特性の観点から最適な圧力シリンダを実現する値の最適な組合せを得るため、各層を製造するための処理及び各層を積層させる処理の変数を試験した。
【００３４】
従って、本発明は、本発明に係る複合材料から製造された製品に関する。この複合材料から製造可能な製品の例としては、本発明に係る複合材料によりもたらされる特性を要するシリンダ、カップリング及び他の配管を含む。
【００３５】
従って、本発明は、非常に高い機械抵抗及び軽量化を伴って、複合材料の一体化、接合部、構造的な固定部に用いるカップリングに関する。
【００３６】
本発明は、流れや柔軟性等、本発明に係る複合材料に求められる物理的な力が変形により増加するため、本発明に係る複合材料は、適用時に特有の特性をもたらす。
【００３７】
圧縮力及び牽引力等の力を支える、金属材料製のジョイント又はカップリングは、公知の方法で反応することが知られている。ファイバ及び樹脂の付加は、材料の統合等の他の特性を強化し、機械的力の蓄積の流れを使用する。
【００３８】
金属合金は、破壊強度、流れに対する高いテンション、耐腐食性をもたらす。しかし、この純粋な機械的カップリングは、重量の点で短所がある。
【００３９】
連続するフィラメント（織ったもの又は細断したもの）の形態で、熱可塑性又は熱硬化性（thermo rigid）のポリマー母材を含浸させた構造ファイバから得られた複合材料が出現している。
【００４０】
好ましくは、本発明に係る複合材料は、本出願人と同一人による特許文献BR PI 0704454-2 A2又はBR 102015017549に記載したように、構造材料としてのガラス、ケブラー（Kevlar）、炭化ホウ素、カーボン等の多くの構造ファイバを有する。
【００４１】
さらに本発明は、複合材料からなる超静的フレームを構造的に内在し、複合材料と金属材料の２つの部分を有するカップリングを製造する技術の開発に関する。この目的を達成するために、引き抜き成形により製造された高密度の熱可塑性ポリマー構造体（配管）を製造することが必要であった。これらの配管は、それらの構造的な固さにより特徴付けられる。
【００４２】
従って、本発明に係るカップリングは、成形板、リブ、及び本発明に係る複合材料からもたらされる構造的な形状（高抵抗及び高密度のポリエチレン並びに金属製インサート、シリカ−エポキシ樹脂、ナノ粒子により強化されている）に内在する高抵抗及び低重量を実現する。
【００４３】
従って、カップリングは、樹脂、ファイバ及び金属で溶接された構造体を有する。好ましくは、カップリングは、１８ｍｍ〜３６ｍｍの厚さの鋳物と共に製造される。より好ましくは、カップリングは、アラミド又はケブラーを有する。
【００４４】
好ましくは、本発明に係るカップリングは、フィラメント・ワインディングにより製造される。
【００４５】
また、各固定部は、複合材料製配管（雄雌カップリング）を支持してもよい。
【００４６】
本発明の目的を達成するため及び従来のカップリングに見出された不足を解決するため、これらの構造体に対して、市場で利用可能な材料の特性を特定及び判定した上で、本発明に係る構造体において用いられたそれらの特性をパラメータ化するためのシミュレーションテストを行った。
【００４７】
従って、ファイバの層の数、これらの層の平均ワインディング（巻き付け）角度、ボイド率（voids content）及び繊維含量（fiber content）を判定すると共に、これらの層の厚さ及び構造的な境界線（structural line）を判定した。
【００４８】
材料の流れを伴わない且つ最大破断テンションでも破砕を伴わない高抵抗構造体を実現すると共に、特別の構造体において広範な利用可能性を実現した。この広範な利用は、足場（scaffoldings）、観覧席（grandstands）及び棚に及ぶことが予期されると共に、石油プラットフォームにおける巨大なモジュール式構造体に及ぶことが予期される。直接的な用途のための複合材料製構造体の新たな用途も考えられる。
【００４９】
これらの機械的特性、構造強化に適用する技術及び金属モールドに対するファイバの追加を検討する際、平均ワインディング角度、配管に積層させる材料の層を判定した。
【００５０】
本発明の好適な実施形態において、本発明に係るシリンダは、回転成形、圧縮成形及びフィラメント・ワインディングを含む処理により得ることができた。以下で説明するように、得られたシリンダには、水圧試験及び耐熱試験を行った。
【００５１】
［本発明に係る複合材料から製造された圧力シリンダの構造特性を評価する方法］
本発明の目的を達成するため及び従来技術から知られている不足又は障害を解決するため、従来技術のシリンダについての評価、市場で入手可能な材料の評価を行うと共に、これらの材料の特性の判定と、本発明に係るシリンダに対して実行した性能試験によるパラメータ化とを行った。
【００５２】
従って、必要なワインディング（巻き付け）層の数、各層の平均ワインディング角度、ボイド率（空洞率）及び繊維含量を判定すると共に、各層の厚さ及びコーティング又は内部裏地（inner lining）の厚さを判定した。これらの特性は、フィラメント・ワインディングにより製造される圧力容器及びチューブの生成において重要である。リブの生成、コーティングの粗さ、インサートの固定／接続等の構造的な構成の詳細も評価した。
【００５３】
［物理試験の実施］
本発明のカテゴリの１つとしてのガスシリンダを取得した後、シリンダの製造に用いられる本発明に係る複合材料を含む第３層及び第４層のみを含むサンプルを、５００℃のオーブン内に配置して、エポキシ樹脂ポリマー母材を焼成した。これにより、本発明に係る複合材料を含む第３層及び第４層のファイバ含有量を判定した。この試験方法は、通常のものであり、規格ＡＳＴＭ Ｄ３１７１によって標準化されている。本発明に係る複合材料の各層のボイド率及び繊維含量並びに平均ワインディング角度は、デジタル顕微鏡を用いて判定した。手順は、光学顕微鏡又は走査電子顕微鏡によるデジタル画像の取得を含んでいた。ボイド（空洞）は、通常、ファイバよりも大きい寸法であり、より少なくされた画像で観察された。当該画像は、モザイク状に組み立てられて、サンプル断面の全体をカバーした。このように視野範囲を拡張した画像は、サンプルの全体像をもたらすものであり、従来の顕微鏡の利用によって得られる個別の視野範囲によって一般的に得られる画像よりも非常に優れている。通常、ボイドは、暗領域として現れ、色調により区分可能である。しかし、製造工程により生じた損傷を理由とする他の暗領域も存在した。
【００５４】
そこで、ボイドと他の欠陥とを区別するため、色調とは別に、サイズ及び形状パラメータを用いた。形状評価要素は、異なる種類のボイドを区別するものとしても用いた。ポリマー母材に形成されたボイドは、通常、円状であることが前提とされる。一方、ファイバの間に形成されるボイドは、より不規則であり、伸び状態及び凹凸状態の測定（stretching and convexity measures）を用いることで前者と区別可能である。この種の分析は、デジタル画像分析によってのみ可能となるが、微細構造分析の従来方法に対してより高精度の量的情報をもたらした。
【００５５】
ファイバの分析は、当然、別のアプローチを要した。ファイバ及びポリマー母材は、半透明の材料であるため、これら２つの材料の光学的なコントラストは、あまりはっきりせず、区別を困難にした。２つの代替方法を採用可能であった。１つは、ファイバのみをより暗くするディファレンシャル酸攻撃（differential acid attack）であり、もう１つは、背面からの走査電子画像を用いる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による分析であり、両者は、ファイバとポリマー母材の間の原子番号の相違に敏感である。各種の画像は、特定のシーケンスでの処理及び分析を要した。共通の困難さの１つは、ファイバが接触する領域に関連する。ファイバ領域の比率を大きく変化させること無く、この種の接触は、区別を困難としたため、各ファイバの個別の分析も困難とした。各対象物を区別する別の方法を試験した。最終的に、直径の分布、ファイバの姿勢等のパラメータを測定した。
【００５６】
高密度ポリエチレンシリンダを得るため、回転成形法を用いた。多量の高密度ポリエチレン（粉体状、顆粒状又は粘性液体状のいずれでもよい。）を中空の型に流し込み、その後、型をその主軸を中心として比較的低速で回転させた。その際、ポリエチレンが型の表面にくっつくまで加熱し、型の表面に単一層を形成させた。第２段階において、型の冷却を開始し、ポリエチレンが所望の形状に維持されて凝固するまで低速の回転を維持した。次いで、回転及び冷却を中断し、型を開いて、成形された高密度ポリエチレンシリンダを取り出した。
【００５７】
本発明に係る複合材料から成る第３層は、フィラメント・ワインディング処理を用いて第２層上に形成した。また、第４層も、フィラメント・ワインディング処理を用いて第３層上に形成した。
【００５８】
本発明に係る複合材料の第３層及び第４層を製造するために、従来式のウェット・フィラメント・ワインディング処理を２つの段階で用いた。
【００５９】
ウェット・フィラメント・ワインディングにおいて、高密度ポリエチレンシリンダの第２層であるマンドレルは、その水平軸に対して回転すると共に、搬送装置により水平方向に進退する。これにより、液状のエポキシ樹脂及び硬化剤を有するポリマー母材を繊維状のフィラメントに含浸させた後、プログラムされたワインディング条件で繊維状のフィラメントをマンドレルの表面に受ける。マンドレルを所望の厚さまでコーティングした後、回転を中断し、マンドレルを取り除き、エポキシ樹脂を硬化及び凝固させるためにオーブン内に配置した。硬化及び凝固は、室温で行ってもよい。
【００６０】
フィラメント・ワインディング処理の２つの工程において、５５°〜９５°のワインディング角度を試験した。好適なワインディング角度は８９°である。
【００６１】
製造したシリンダは、破壊を伴う水圧試験により構造的な完全性について評価した。
【００６２】
本発明に係るシリンダは、以下の工程を含む方法により得られた。
ａ）  本発明に係る複合材料の第２層を有する高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）シリンダを回転成形により準備する。
ｂ）  第１層を形成するポリテトラフルオロエチレンを、液圧プレスにおける粉末冶金による低温圧縮成形により第２層の内面にコーティングする。
ｃ）  エポキシ樹脂及び硬化剤を含むポリマー母材並びに必要に応じたナノ粒子の混合物を含浸させたカーボンファイバの束をフィラメント・ワインディングすることにより、高密度ポリエチレンの第２層の外面をコーティングして、本発明に係る複合材料の第３層を形成する。
ｄ）  複合材料の第３層のエポキシ樹脂を加熱により硬化及び凝固させる。
ｅ）  ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はシートを含む複合材料の第３層の外面に対して、希釈液とエポキシ樹脂及び硬化剤を含むポリマー母材の混合物を含浸させたアラミド繊維の束をフィラメント・ワインディングによりコーティングすることにより、本発明に係る複合材料からなる外側の第４層を形成する。
ｆ）  複合材料の第４層のエポキシ樹脂を加熱により硬化及び凝固させる。
【００６３】
これにより、本発明に係るシリンダは、熱可塑性ポリマー(ＰＴＦＥ)の第１層（裏地）がコーティングされたＨＤＰＥシリンダに対するフィラメント・ワインディングにより向上された。
【００６４】
シリンダに対するフィラメント・ワインディングにより製造された、本発明に係る複合材料の第３層及び第４層は、エポキシ／硬化剤のポリマー母材と、ファイバ又はシートとを含むものであり、さらには、ナノシリカ等のナノ粒子又はナノ複合材料を含んでもよい。
【００６５】
本発明に係る複合材料の第３層及び第４層のポリマー母材は、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）等のエポキシ樹脂１００重量部毎に、トリエチレンテトラアミン等の硬化剤を１０〜２０重量部、ナノシリカ等のナノ粒子を０〜５重量部含む。好適な実施形態において、本発明に係る複合材料の第３層及び第４層のポリマー母材は、ビスフェノールＡジグリシジルエーテル（ＤＧＥＢＡ）等のエポキシ樹脂１００重量部毎に、トリエチレンテトラアミン等の硬化剤を１３重量部、ナノシリカを１重量部含む。エポキシ／硬化剤の系は、高い耐食性及び高い耐湿性を含むそれらの優れた物理的・機械的特性により選択した。ナノシリカは、媒体への浸透性を低下させるが、複合材料製シリンダの機械抵抗を増加させた。ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）又はリグニンから製造されたカーボンファイバ又はカーボンシートの使用は、高い抵抗をもたらし、貯留性能を増加させ、シリンダの遮蔽能力を向上する。加えて、カーボンファイバとグラスファイバのハイブリッド複合材料を、コストを低減するために用いてもよい。この場合、グラスファイバは、長手方向に用いられた。
【００６６】
まず体積分率が約０．４〜０．８の、好ましくは０．６のファイバが用いられた。フィラメント・ワインディング工程において、好ましくは、ワインディング角度は、約８９°であった。
【００６７】
［シリンダ試験］
試験は、２５℃の室温で行うと共に、圧力容器の使用時には、上記規格が要求する場合、１００℃で行った。
【００６８】
光学顕微鏡による試験を、画像取得及び主要な技術として実行すると共に、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による試験も、補充的な技術として実行した。画像は、高解像度デジタルカメラにより順次デジタル化された後、閾値や境界検出を用いる自動分割等のデジタル処理技術により数値化された。
【００６９】
本発明に係るシリンダに対して実行された試験により得られた結果は、カーボン及びエポキシ樹脂の層を覆う第４層においてケブラー層に対する希釈液の含浸は、貯留性能及びシリンダの遮蔽特性を著しく改善して、上述した本発明の目的を達成すると共に、従来のシリンダで見出された短所を克服することを示した。
【００７０】
本発明の好適な実施形態を例として示したが、本発明の範囲から逸脱することなしに細かな変形をすることが可能である。
【国際調査報告】
2021511992.tif 000002
2021511992.tif 000003
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