JP2007526375A - 熱可塑性ｐｂｔプラスチック材料を形成するための環状オリゴマーの加工 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも一つの平面的な繊維組織体を有し、かつ、熱可塑性プラスチックマトリックスに含浸された、繊維ウェブに基づいて、繊維強化されたプレート材料を生産するための方法に関する。本発明は、ポリエステルの環状又は大環状オリゴマーを含む反応性出発物質を用いて、一つ又はそれ以上の繊維組織体が含浸又は被覆され、重合ポリエステルを含む表面層によって、一つ又はそれ以上の結合され、含浸され又は被覆された繊維組織体を含む繊維ウェブの片面又は両面を被覆することを特徴とする。前記表面層によって被覆された繊維ウェブは、加圧装置で加圧されてプレート材料を形成し、これにより、反応性出発物質は重合して繊維組織体を囲繞するプラスチックマトリックスになり、表面層に恒久的に結合される。

Description

本発明は、独立請求項の前文に記載のとおり、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドを含む繊維強化されたプラスチック材料を生産するための方法に関するものである。本発明は、又、独立請求項の前文に記載のとおり、ＰＢＴ又はＰＢＴアロイを含む繊維強化プラスチック材料で構成された物品に関するものである。

従来、ＲＴＭ法やプレプレッグ加工等の熱硬化性プラスチックシステムを生産するために設計された製造工程で、繊維強化されたプラスチック材料からなる製品を生産するために、熱硬化性プラスチック材料システムを加工するのは困難であった。熱可塑性プラスチック材料システムを加工することの困難性は、特に、化学的な安定性を有するのみでなく、更なる加工のために低粘度状態に変換可能な、適当な反応性出発物質を提供することにある。

このため、相当の長期間にわたり、熱硬化性プラスチックシステムと同様に加工することができる熱可塑性プラスチック材料システムを開発するための努力がなされてきた。この形式の既知のシステムは、例えば、出発物質としてラクタムを有するＰＡ−１２のようなポリアミド（ＰＡ）を基礎とする。更に、極めて有望なシステムとして、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）のようなポリエステルに基づくものがある。例えば、ＰＢＴのようなポリエステルを製造するための反応性出発物質は、対応する重合触媒と混合された、所謂、環状又は大環状オリゴマーの形態で存在する。このシステムの特徴は、出発物質が低粘度融解生成物に変化し得ることで、例えば、ＬＣＭ法のような注入法によって生産するのに適することにある。

ＬＣＭとは、本明細書においては、液状複合材料成形(liquid composite
moulding)を意味する。ＬＣＭ法又はＬＣＭ技術とは、複数部分からなる成形型のキャビティに、特に、二つの部分からなる成形型のキャビティに、単一又は複数の部分からなる繊維ブランクや繊維組織を装着し、熱硬化性又は熱可塑性プラスチック材料マトリックス(Matrix)を、閉型された成形型のキャビティに供給又は注入して流動させ、繊維複合材料部品を形成する繊維ブランクに含浸させ、そして、成形型のキャビティを充填し、成形型の充填が完了すると、繊維複合材料部品を硬化又は重合させ、次いで、離型させる方法又は技術である。このＬＣＭ法には、又、発泡材料の心材のような溶融コア又はパーマネントコアを、繊維構造体と共に、開放した成形型の内部に挿入するという変形態様も含まれる。

熱硬化性プラスチック材料マトリックスシステムがＬＣＭ法によって加工される場合、これはレジン・トランスファー・モールディング（ＲＴＭ）法である。したがって、ＬＣＭ法とは、熱硬化性プラスチック材料マトリックスシステムに加えて、熱可塑性プラスチック材料マトリックスシステムを含む、前記注入法のための、ＲＴＭ法の上位概念を示す名称であると理解される。ＲＴＭ法は、例えば、下記のコッテの「レジン・トランスファー・モールディング・プロセス」１９９１年に詳細に記述されている。

しかしながら、ＲＴＭ法は、又、ＬＣＭ技術を使用した熱可塑性マトリックスシステムの加工においても、しばしば言及されている。

前述の環状オリゴマーの低粘度特性は、しかし、他の方法で加工するためにも利点がある。その理由は、低粘度の反応性出発物質は繊維の最適な飽和又は含浸を引き起こし、これは、特に、高密度繊維組織の形態における繊維含有量が高いプラスチック材料の製品の場合に、極めて重要であるためである。

アメリカ合衆国特許第６，３６９，１５７号は、例えば、ＰＢＴプラスチック材料又はＰＢＴプラスチック材料のアロイを形成するために加工することができる適当な出発物質を開示する。可能な成形法の例として、プレプレッグ加工、ＲＴＭ法、プルトルージョン法、押出し成形法及び圧縮成形法がある。
アメリカ合衆国特許第６，３６９，１５７号 コッテ「レジン・トランスファー・モールディング・プロセス」１９９１年

本発明の目的は、ＰＢＴプラスチック材料システムを加工するための、又は、このＰＢＴプラスチック材料システムに相応しい環状オリゴマーに基礎をおいた反応性ＰＢＴ出発物質を加工するための、特定の方法を提案することにある。本発明は、又、これらの方法から得られ、かつ、ＰＢＴプラスチック材料を含む、製品に関するものである。

本発明の上記目的は、本願の独立請求項の特徴部分に記載された本発明によって達成される。本発明の更に発展した実施例は本願の従属請求項に記載され、これにより、これらの実施形態は本願明細書の記載の一部である。

定義
反応性出発物質
以下の定義による反応性出発物質は、特に、ポリエステルの、特に、ＰＢＴ（ＣＰＢＴと呼ばれる。）の環状又は大環状オリゴマー、重合触媒とブレンドされた環状又は大環状オリゴマーを有する。反応性出発物質は、又、上記材料を含むブレンド（アロイ）を有し、例えば、重合が完了するとＰＢＴブレンド（ＰＢＴプラスチック材料アロイ）を製造する。ポリエステル又はＰＢＴプラスチック材料を製造するための上述の出発物質は、アメリカ合衆国特許第６，３６９，１５７号に詳細に記載されているので、その内容は本明細書の開示内容の一部を構成する。特に、環状オリゴマーの形態の適当な反応性ＰＢＴ出発物質は、登録商標ＣＢＴ（環状ブチレンテレフタレート）の名称でサイクリックス社（Cyclics Corporation）から市販されている。重合触媒は、例えば、亜鉛触媒や他の適当な触媒である。

ポリエステル
以下の定義によるポリエステルは、特に、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のようなプラスチック材料及びブレンド、及び、特に、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）又はＰＢＴブレンド（ＰＢＴプラスチック材料アロイ）を含む。

繊維構造材料
以下の定義による繊維構造材料は、平坦な構造であり、テキスタイル−エリア・メジャード・マテリアル(textile-area measured material)、例えば、繊維ウェブ、不織布、織編物のような非網目状形成システム、一方向又は二方向に接合された布、編まれた布又はマット等、又は、ニット地のような網目状形成システム及び刺しゅう構造体を含む。

繊維
以下の定義による前述の繊維構造体の繊維は、例えば、長さが３乃至１５０ｍｍの長繊維又は連続繊維であり、例えば、粗紡の形態で加工され、繊維構造体を形成する。

繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、プラスチック材料繊維、天然繊維又はそれらの混合物であることができる。プラスチック材料繊維は、特に、例えば、ＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのようなポリエステル繊維であることができる。無機繊維に関しては、ガラス繊維が望ましい。ガラス繊維は、アラミド繊維や炭素繊維と対照的に、繊維強化プラスチック材料で構成された物品をリサイクルするとき、プラスチック材料マトリックスから、比較的、殆ど経費をかけずに分離可能であり、又、ガラス繊維も比較的安価であるからである。

ＰＢＴ繊維は、その製造方法により、繊維方向に結晶構造の配向を有するという点で優れている。一方、そのマトリックスは繊維間でほぼ結晶配向を有さない、即ち、非結晶質である。

シート
以下の定義によるシートは、ある程度の曲げ剛性を有し、その長さと幅の大きさに比較して厚さの小さい平面体である。そのシートは、例えば、厚さ０．５ｍｍ以上であり、望ましくは１ｍｍ以上であり、特に望ましくは２ｍｍ以上であり、かつ、１０ｍｍ以下であり、望ましくは６ｍｍ以下であり、更に、特に望ましくは４ｍｍ以下の厚さである。

アウターレイヤー法
予備的に含浸された繊維構造体（プレプレッグ）を製造するため、一般的に、繊維マットを製造するために、従来、繊維構造体を反応性プラスチック材料マトリックスで飽和（含浸）させるか、反応性粉末、特に加熱した粉末それ自体が粘着性を有するために繊維構造体に付着する反応性粉末で被覆するかを行っている。

反応性出発物質、即ち、環状オリゴマーを、フィルムの形態で繊維構造体に適用し、溶融状態において反応性出発物質の粘性が低下することを利用して、このフィルムを溶融させることにより、繊維構造体の含浸が生じることも、又、既知である。

予備的に含浸された繊維構造体は、一般に粘着性を有するため、一般的な既知の技術によって片面又は両面に剥離層が、換言すれば、剥離フィルムが設けられる。この種の剥離層は、連続生産される予備的に含浸された繊維構造体を展開させることを可能にし、更には、繊維強化シート材料に加工される前に加工過程で相互に付着することなく、一時的な保管のため、所謂、コイル状に巻取られることを可能にする。一方、剥離層は、硬化又は重合シート材の製造中に、加圧機や圧延機のような装置を、予備的に含浸された繊維構造体の付着から保護するから、後の工程においても重要である。予備的に含浸された繊維構造体が硬化又は重合して、シート材、有機シートとも呼ばれるシート材を形成した後、剥離層は取り除かれる。従って、剥離層は、ここでは、最終製品の一部ではなく、単に、生産を補助するための要素である。

本発明思想は、所謂、プレプレッグという半成品の製造方法及び更なる加工法を改良することにあり、より広義には、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのようなポリエステルから成る反応性出発物質を用いたシート材料の改良にある。

この目的のため、先ず、第一に、繊維構造体に反応性出発物質を含浸させ、被覆する。この目的のために、繊維構造体を、例えば、溶液浴槽に沈めるという手段により、繊維構造体を液体の反応性出発物質で飽和させることができる。含浸後に、溶媒は取り除かれる。更に、液体の出発物質は、吹付け、塗布、鋳込み、圧延又は混入（ドクタリング）によっても、繊維構造体に適用することができる。

繊維構造体を被覆する反応性出発物質は、粉末状のものであっても、フィルム状の形態のものであっても良い。いずれの場合も、反応性出発物質は繊維構造体の含浸と共に製造過程で融解する。粉末の形態で繊維構造体に適用される場合には、反応性出発物質は粘着性を高めるために加熱可能である。粉末は軟化又は融解する。又は、この反応性出発物質の加熱と組み合わせて、予め繊維構造体を加熱し、粉末の形態の出発物質を塗布することもできる。粉末の皮膜は繊維ウェブに対して水平方向又は垂直方向に生じるから、粉末の出発物質は繊維ウェブに対して水平方向又は垂直方向に供給される。ここでは、この粉末は、重力及び気体又は空気の流れのうちのいずれか一方又は双方によって、供給される。気体又は空気の流れは加熱されるのが望ましい。この加熱により、繊維ウェブに適用されるとき、粉末の形態の出発物質の粘着性が増加するからである。更に、この粉末は、静電気的な方法によって供給することも可能である。

前述の方法では、繊維構造体の二つ以上の層を、前述のように含浸又は被覆し、結合して、多重又は複数層の繊維ウェブを形成することもできる。

第二の工程では、反応性出発物質が含浸又は被覆された単一層又は複数層の繊維ウェブの片面又は両面がプラスチックフィルムの形態を有する外側層で被覆される。したがって、プラスチック材料フィルムは、製造される繊維強化シート材料の必須構成要素である。

このプラスチック材料フィルムは、熱可塑性又は熱硬化性プラスチック材料で構成され得る。外側層はＰＥＴのようなポリエステルから成る、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドから成る、重合された熱可塑性フィルムであることが望ましい。

このプラスチック材料フィルムは、例えば、その厚さが５０μｍよりも厚く、特に、１００μｍよりも厚く、かつ、２０００μｍよりも薄く、特に、１０００μｍよりも薄い。反応性出発物質の粘着性により、このプラスチック材料フィルムは、含浸又は被覆された繊維構造体に粘着する。このプラスチック材料フィルムは、コイルから展開された固体フィルムとして、又は、押し出し成形によって形成され、融解又は部分的に融解した固体フィルムとして適用可能である。

繊維ウェブに適用される外側層は、その外側が繊維の無い（重合した）プラスチック材料層であるような、繊維強化ウェブの形状のプラスチック材料であることができる。

繊維ウェブの繊維は、ガラスやＰＥＴのようなポリエステル、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのようなポリエステルから成ることが望ましい。ＰＢＴ繊維のようなポリエステル繊維の使用により、単一シート材を得ることができる。

外側層が適用されたプレプレッグは、更なる工程で加圧され加熱されて重合し、ＰＥＴのような、そして、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのようなポリエステルを形成する。この外側層は、繊維構造体の重合プラスチック材料マトリックスに密接に結合し、シート状繊維複合材料の必須要素となる。

外側層の融点又は分解点は、ここでは、反応性出発物質の重合温度よりも高い。従って、外側層はプラスチック材料マトリックスの重合過程で損なわれることはない。

ＰＢＴの融点（約２００°Ｃ）は、使用される反応性出発物質の重合温度（約１８０乃至１９０°Ｃ）よりも高いので、ＰＢＴフィルムから成る外側層はプラスチック材料マトリックスが重合される間、加熱による損傷を不利益になる程には受けない。ポリエステルから成る、特に、ＰＢＴから成る外側層は、更に、複合材料においてリサイクル基準に適合した単一プラスチック材料を形成する。

外側層を必須の要件として用いることは、外側層が繊維を含まないので、高品質のシート材料表面を達成することができるという利点も生じる。

外側の素材と繊維ウェブのプラスチック材料マトリックスとは、重合状態で、同一のプラスチック材料或いは密接な関係のプラスチック材料又はプラスチック材料アロイから成ることが望ましい。

本発明の発展的形態では、外側層は染色されることが可能であり、したがって、シート材料に予め着色された外観を付与することができる。この染色は外側層の下部に配置された繊維強化層を目視できない程度にすることができる。この後の着色仕上げ工程を省略することも可能である。

本発明によるシート材料の製造は、連続的にかつインラインで行われることが望ましく、繊維構造体と出発物質の供給から最終シート材料を加圧装置から開放するまでの一生産ラインの中で行われることが望ましい。

この目的のため、加工装置の一つ又はそれ以上の繊維構造体がコイル状態からウェブ形状に展開され、インラインで、反応性出発物質で含浸又は被覆されるように供給され、又は、選択的には共に供給される。含浸や被覆は、例えば、フィードスルーシステムにおける浸漬浴や、噴霧装置、粉末散布装置、粉末を繊維構造体に静電気的に付着させる装置によって、連続的に行い、或いは、反応性出発物質からなる液体の、部分的には固体の、若しくは固体の、フィルムを供給するための装置によって、例えば、押し出し成形装置やコイル展開装置によって、連続的に行われる。

次に、（重合した）プラスチック材料フィルムは、反応性出発物質で含浸又は被覆された繊維ウェブの片側又は両側にインラインで適用され、このプラスチック材料フィルムは、コイルか展開されるか、直接インラインで押し出し成形され、液体、部分的に固体又は固体の状態で、含浸又は被覆された繊維ウェブに適用される。

後続のフィードスループレスの工程で、この複合材料は加圧及び加熱のうちのいずれか一方又は双方を受けることにより重合し、繊維強化されたシート材料を形成する。加圧工程は、下流側の加圧ローラ及び加圧プレートのうちのいずれか一方又は双方によって行われる。加圧装置は、例えば、上部の堅牢な加圧構造に対して作用する液圧作動の下部フローティングプレートによって構成される。この形式のフィードスループレスは、例えば、ＰＴＦＥバンド又はスチールバンドのようなバンドによって操作され、加熱区間の長さに応じて、中位又は高位のフィードスルーを可能にする。

ウェブ形状をなす重合したシート材料は、フィードスルー方向に対して長手方向又は横断方向に切断され、個々のシート又はストリップになり、束状に積み重ねられる。プレプレッグをシート材料に加工する更なる工程の間に、外側層の存在によって装置は保護される。

本発明の特定の実施例においては、プレプレッグを外側層で被覆した後に、プレス機を等して送るのではなく、コイル状に巻回するか、適当な長さに切断して束ねる。この場合、個々のシートは外側層の剥離作用によって、互いに付着しない。この方法で、一時的に貯蔵されたプレプレッグは、後に、適時、上述のように加工され、シート材料を形成し、或いは、他の加工、例えば、成形プレスを施すことができる。

本発明の繊維強化されたシート材料は、平坦なシート又はストリップ状の製品として使用される。シート材料は、又、更に加工されて、例えば、深絞り加工により熱成形品を形成することができる。平坦なシート状のシート材料は、更に加工されて、複数層の複合材料、特に、サンドイッチ複合材料を形成することもできる。この複数層の複合材料内の層は、例えば、発泡材料、金属泊、金属シートを含むことができる。

上記複数層の複合材料の製造は、連続してインラインで行うことができる。発泡材料層のような更なる層は連続的に供給される。望ましい実施例では、複数層の複合材料の製造がインラインで、しかも、繊維強化されたシート材料の製造の直後になされる。もしも、ある環境下で、シート材料が複数層の複合材料に加工される場合には、プレプレッグ材料を剥離層として、永久プラスチック材料フィルムを備えた一つの外側層で被覆すれば十分である。一方、プレプレッグ材料の第二の面は、複数層の複合材料を製造するために、再度、取り除かれる一時的な剥離層で被覆する。この場合、永久プラスチック材料フィルムを有する外側層は、複数層の複合材料の外側層を形成するが、一方、第二面は更なる複合層に接する面となる。

上記シート材料又は上記シート材料から作られる複合材料シート或いはその熱成形品は、道路上の運搬手段（自動車、バス、貨物自動車、軽車両等）、鉄道運搬手段（鉄道車両、路面電車、市営鉄道、リニアモーターカー等）、航空運搬手段（航空機、宇宙旅行機等）、海上運搬手段としての船舶及びボートの構造物及び索道運搬手段としてのケーブルカーキャビンのような運盤手段に利用される。更に、上記シート材料は、建築構造物や埋設工、内装仕上げ、そして、特に、建築サービス工学、及び、スポーツ施設や器具の製造に利用される。

単一型プラスチック材料物品
本発明は、又、単一型の繊維強化プラスチック材料物品に関する。以下、単一型プラスチック材料物品と呼ぶが、これはＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから成る繊維と、又、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから成るプラスチック材料マトリックスとを有する。この単一型プラスチック材料物品は、例えば、反応性出発物質を含浸又は被覆されらプレプレッグから製造され、加圧及び加熱のうちのいずれか一方又は双方の作用により重合し、繊維強化プラスチック材料プレートとなった繊維強化プラスチック材料シートであることができる。繊維構造体は、例えば、反応性粉末状出発物質で被覆することができ、又は、液体の状態で、選択的には、溶液で存在する反応性出発物質で飽和することができる。繊維構造体の片面又は両面に反応性出発物質のフィルムを適用し、そのフィルムが繊維による含浸のために低粘性状態に融解されることも想定される。

プラスチック材料マトリックスは、加圧装置において加圧及び加熱されて重合し、繊維強化プラスチック材料シートを形成する。

反応性出発物質を付与された繊維構造体は、加圧及び加熱を伴う成形型で成形され、婦素チック材料マトリックスの重合が成形された単一型プラスチック材料物品を形成する。

上記シート材料は、上述のアウターフィルム法により製造され、更に、片面又は両面がＰＥＴのようなポリエステルで作られた、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドで作られた、外側フィルムで被覆される。

更に、上記単一型の、繊維強化された、単一成分プラスチック材料物品は、上述のＬＣＭ法によって製造される成形体であることができる。その反応性出発物質は、便宜上、その繊維構造体のために指定された成形型に、この目的のために、供給又は注入される。この繊維構造体の繊維は、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから成る。

単一成分プラスチック材料物品
更なる製造方法は、繊維強化プラスチック材料が、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルのみから成るということにおいて顕著である。このプラスチック材料物品を製造するために、反応性出発物質が線状繊維（リニアファイバー）を形成するように加工され、次に、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルを形成するように加工される。或いは、この繊維は、この目的のためにＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから直接作られることもできる。この繊維は、繊維方向に配向された結晶体を有し、このため、優れた剛性や引張り強度のような物理的特性を有することで顕著である。この繊維は、次の工程で、上記に定義された繊維構造体を形成するように加工される。

次の製造工程では、個々の繊維又は粗紡糸の少なくとも表面が融解し、融解したプラスチック材料が繊維を束ね又は結合し、再結晶によって硬化して繊維同士の間に位置する、望ましくは等方性のプラスチック材料マトリックスを形成する。この工程は、加圧及び加熱を行うことで顕著である。この種の方法は、例えば、加熱プレス法又は加熱成形法と言うことができる。

この結果は、プラスチック材料マトリックスに緻密に凝集された単一型プラスチック材料繊維を有する目の詰んだ自己強化プラスチック材料である。このときのプラスチック材料物品は無機繊維構造体で強化されたプラスチック材料物品と同様な物理的特性を有する。ここで、同一型又は単一型とは、二つの構成要素がポリエステルで出来ていることを意味する。

上述の重合プラスチック材料物品は、その優れた熱成形性により顕著であり、更に成形し、最後に加熱及び加圧のうちのいずれか一方又は双方を伴うダウンストリームフォーミング法により成形可能である。

上記のプラスチック材料物品は、以後、単一成分プラスチック材料物品と呼ぶが、シート又は成形体の形に成形可能である。シートの場合には、相当するプレス装置又は圧延装置で連続的に製造されるのが望ましく、一方、成形体の場合には、対応するように設計されたモールディングプレスのような成形型で一部品ごとに製造されるのが望ましい。

複数層複合材料
本発明の主題は、又、開放セル及び閉鎖セルのうちのいずれか一方又は双方の発泡材料からなる、少なくとも一つの層を有する、複数層複合材料である。この発泡材料は、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから成る。望ましい実施例では、この複数層複合材料の少なくとも一つの更なる層がＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルで作られたプラスチック材料マトリックスを有する。この更なる層は、繊維強化プラスチック材料シートであることが望ましい。

発泡材料層を有する上記複数層の複合材料は、主に、例えば、その片面又は両面に上述のようなシート状の単一型のプラスチック材料物品又は単一成分プラスチック材料物品で作られた層、特に、外側層を有する。更に、この層は、前述のアウターフィルム法によって製造されるシート材料で構成されることができる。

この複数層の複合材料は、サンドイッチ要素であることができ、このサンドイッチ要素は、例えば、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルで作られた発泡材料コアと、この両面に存在する、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルで作られたプラスチック材料マトリックスを有する、繊維強化プラスチック材料シートで作られた外側層と有することができる。

特定の実施例によれば、上記の複数層の複合材料を製造するために、反応性出発物質で含浸又は被覆された繊維構造材料、所謂、プレプレッグを連続的方法又は不連続的方法（例えば、一重ね加工）で、（重合した）発泡剤層に適用し、このプレプレッグが加熱及び加圧のうちのいずれか一方又は双方により重合し、強化層を形成し、コア材である発泡材料層に恒久的に結合される。反応性出発物質の粘着性によって、強化層は発泡材料層に見事に適用されることができる。マトリックス材料の重合がこの強化層と発泡材料層との間の結合を恒久的で強固なものにする。

この複数層複合材料は、特に、三層のサンドイッチ複合材料は、例えば、総体の厚さが３ｍｍよりも厚く、望ましくは５ｍｍより厚く、特に望ましくは８ｍｍよりも厚く、かつ、３０ｃｍよりも薄く、望ましくは２０ｃｍよりも薄く、特に望ましくは１０ｃｍよりも薄い。

発泡材料押し出し成形
本発明の更なる主題は、複数層の複合材料、特に、サンドイッチ複合材料の連続的製造である。望ましい連続的方法においては、繊維強化プラスチック材料シートがＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、（重合した）ポリエステルからプラスチック材料マトリックスと共に製造される。発泡剤を付与されたＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、（重合）ポリエステルで作られた発泡可能な出発物質が、押出成形機又は一つ又は複数のノズルによって押し出し成形される。この出発物質は、押出成形機の孔から排出されると圧力から開放されて膨張し、平坦な発泡プラスチック材料を形成する。

押し出し工程の望ましい実施例においては、出発物質がスパゲティ形状の紐の形状で、穿孔プレートから押し出し成形され、この紐は押出成形機の孔から排出されると直ぐに膨張し、互いに付着し又は融解して、平坦なプラスチック材料を形成する。この出発物質は、又、単一の細長い孔から押し出されても良い。

発泡可能な出発物質は、又、連続的に供給される繊維強化材料シートに対して直接押し出されても良い。こうして直接押し出された出発物質は、シート材料に結合し密着する。

本発明の更なる実施例では、発泡可能（重合）出発物質が、未だ重合されていない又は一部だけが重合しているシート材料に対して押し出され、この反応性出発物質がその粘着性により押し出された出発物質と密接に結合する。続く工程で、このシート材料は加圧及び加熱のうちのいずれか一方又は双方により完全に重合される。

このシート材料は、例えば、上記のアウターフィルム法により製造可能である。このシート材料は、便宜上、一方の面のみが、即ち、自由な、更に、被覆されない面のみが、上記の型の被覆層によって被覆される。この外側層は、特に、ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルで作られたプラスチック材料フィルムである。

このシート材料は、上述のような単一型プラスチック材料物品の形でも良いし、単一成分プラスチック材料物品の形で存在しても良い。最後の実施例によれば、単一型サンドイッチ複合材料が存在する。

ハイブリッド繊維構造材料
ＰＢＴプラスチック材料又はその反応性ＰＢＴ出発物質の更なる適用において、例えば、ガス繊維、炭素繊維、又は、アラミド繊維という無機繊維のような強化繊維及びプラスチック材料繊維の形のマトリックス繊維を有する、ハイブリッド繊維構造体は、（ａ）ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルからでも、（ｂ）登録商標ＣＢＴのような反応性出発物質からでも、製造される。上記強化及びマトリックス繊維は、相互に、可能な限り均一に分散配置された状態で加工されるのが望ましい。

加熱及び加圧のうちのいずれか一方又は双方により、マトリックス繊維は次の工程で融解し、強化繊維を取り巻く又は強化繊維で作られた繊維構造材料に浸透するプラスチック材料マトリックスを形成するように作り替えられる。この間、強化繊維は損傷しない。マトリックスと強化繊維は互いに織り合わされ又は編み合わされ、繊維構造材料を形成することができる。

ハイブリッド繊維構造材料から作られるプラスチック材料物品は、繊維強化プラスチック材料シートであることができ、加圧機により、特に、フィードスループレスにより、製造される。更に、このプラスチック材料物品は、成形体であることができ、成形型により、特に、加圧装置により、加熱及び加圧のうちのいずれか一方又は双方を作用させて成形される。

本発明の変形態様（ａ）によれば、上記ポリエステルが単に融解してプラスチック材料マトリックスを形成し、次に再度硬化する。変形態様（ｂ）によれば、反応性出発物質が融解して重合し、硬化して、プラスチック材料マトリックスを形成する。

変形態様（ｂ）による反応性出発物質の融解状態での低粘着性により、強化繊維の優れた含浸が達成される。

ハイブリッド繊維構造材料の特定の展開においては、強化繊維がＰＢＴ又はＰＢＴブレンドから作られることができ、マトリックス繊維が上記の反応性ＰＢＴ出発物質で作られていても良い。（重合）ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドは、対応する反応性ＰＢＴ出発物質よりも融点が高いので、強化繊維はマトリックス繊維が重合によりプラスチック材料マトリックスへと転換する間、融解することはない。

成形型による繊維強化成形部品の製造
ＰＢＴマトリックスシステムの更なる製造方法は、以下、圧縮成型法と呼ぶ、成形型による繊維強化成形体の製造に関する。この成形型は少なくとも二つの部材を有する。これらの二つの部材は、互いに合わさって成形体の輪郭を反映するキャビティを形成する、閉じた成形型を形成することができる。

上記方法の第１の実施例では、開いた成形型のキャビティに繊維構造材料と、プラスチック材料マトリックスを形成する粉末状の反応性出発物質とが用意される。挿入される粉末量は、製造される成形部品の大きさに合わせ、可能な限り、又は、絶対に、次の形成工程でマトリックス材料が過剰に作られることがないような量にする。成形型が閉じられ、粉末状の反応性種発物質が加熱及び加圧のうちのいずれか一方又は双方により融解し、繊維構造材料に浸透し、飽和させる。同時に、プラスチック材料マトリックスの重合が開始され、強化工程が始まる。成形部品は殆ど完全に重合し硬化する。繊維強化成形部品はＰＢＴからなり、その寸法の安定性に達すると直ぐに型から外されるが、選択的に未だ調節可能である。ＰＢＴの代わりに、ＰＥＴ又はＰＢＴブレンドのような、更なるポリエステル又はその出発物質も加工可能である。

上記方法の特定の実施例では、成形型は複数工程において、特に、形成加工を導入するための２工程において、閉じている。その後、閉鎖圧力が段階的に減少され、繊維構造材料は、成形型が閉鎖している間、最大圧力下で定められた位置から置換したり変形したりするがないので、融解した粉末材料が連続的に繊維構造材料の中に浸透することができる。更に、複数工程での成形型の閉鎖は、起こりうる過度のマトリックス材料のキャビティからの除去を可能にする。

上記方法の更なる実施例では、反応性ＰＢＴ出発物質が液体の形態で開放された成形型のキャビティに供給されても良い。

本発明の方法では、個別の装置による個別の製造装置により、液体状のマトリックス材料を送ったり、注入したりする必要がないので、技術的により単純な装置で、より経済的に製造することができるという利点がある。

恒久的な発泡材料コアを有するプラスチック材料物品の製造
本発明の更なる側面は、成形型によるＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルから成る、発泡材料コアを有する、繊維強化プラスチック材料物品の製造である。この目的のため、一つ又は複数の、個別の、発泡材料コアが、強化繊維に囲繞され、成形型に置かれる。

第１の実施例では、反応性出発物質、特に、ＰＢＴ出発物質が上記の圧縮成型法を使用する開放された成形型の中に送られ、この別種の可能な実施例の変形態様においては、反応性出発物質は液体又は粉末状である。

第２の実施例では、反応性出発物質、特に、ＰＢＴ出発物質は液体の形態を有し、既知のＬＣＭ加工法の成形型に注入される。

重合ＰＢＴプラスチック材料マトリックスは、ここでは、強化繊維と便宜上同型の発泡材料コアとの両方に密接に接合される。

成形型の予備的な被覆
本発明の更なる側面は、ＬＣＭ又は圧縮成型法における成形型のキャビティの前処理に関する。キャビティは、反応性出発物質で被覆され、後者は、実際の形成工程で重合され、プラスチック材料物品表面の構成がポリエステル、ＰＥＴ、及び、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドとなる。

被覆は、粉末状の反応性出発物質を、望ましくは、予め加熱された成形型のキャビティに施すことが可能であり、この粉末被膜は焼結工程で融解し、薄いフィルムを形成する。被覆は、液体の形態で、例えば、噴霧又はブラシで施すことができる。更に、固体フィルムによっても被覆することができる。フィルムのキャビティの輪郭に取り付け、軟化又は融解（例えば、加熱により）させることができる。更に、フィルムのキャビティへの取り付けは、圧縮又は真空法によっても可能であり、又、一般的には機械的手段によっても可能である。

また、反応性出発物質の代わりに、（重合した）ＰＥＴのような、特に、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステルを、上述の方法のいずれかで成形型キャビティ壁に適用することも考え得ることである。

重合済みの形態の被膜は、最終成形部品のプラスチック材料マトリックスと同様の又は同一のプラスチック材料組成物からなることが望ましい。この被膜は、例えば、１０μｍよりも、望ましくは１００μｍよりも、特に望ましくは５００μｍよりも厚く、かつ、５ｍｍよりも、望ましくは３ｍｍよりも、特に望ましくは２ｍｍよりも薄いのが良い。

上記被膜を適用するよりも前に、成形型を更に適当な剥離フィルムで覆うこともできる。これにより、硬化したプラスチック材料物品を型から外すことが容易になる。

上記のプラスチック材料による被膜の目的は、高品質の表面を有する繊維強化プラスチック材料を製造することにある。高い表面品質は、特に、被膜が強化繊維を含まないという事実に由来する。

本発明は、以下、実施例により、図面を参照して詳述される。

第１図は、ポリエステルから繊維強化シートを製造するための装置を示す。連続的に供給されるウェブ状の繊維構造１が粉体塗装装置３によって粉末状の反応性出発物質２を塗布される。その繊維構造体に塗布される粉末は、粘着性を増加させるために加熱可能である。この他に採り得る方法としては、この繊維構造体を予め加熱し、粉末を塗布することも可能である。続いて、ポリエステルフィルム４ａ、４ｂという形態の外面層が継続的に両面に供給され、この繊維構造体の自由表面に貼り付けられる。フィードスルー加圧装置５において、反応性出発物質が重合され、プラスチック材料マトリックスを形成し、外面層に密接に結合する。この強化されたシート材は、フィードスルー加圧装置５を通過し、ロールコンベア８上に排出された後、切断又は鋸盤装置６へと供給され、個々のシート７の長さに切断される。

第２図は、押し出し成形装置１の穿孔プレート１８の孔１９から押し出し成形された発泡剤を付加されたストランド状のポリエステル２１ａ、２１ｂのサンドイッチ状複合材料の製造方法を示す。押し出し成形されたストランド２１ａ、２１ｂは、穿孔プレート１８から排出された後、膨張し、相互に結合してシート状の発泡材料２２を形成する。未だ硬化していない発泡材料２２は、調整装置２３に送られ、所望の厚さと幅に調整される。続いて、反応性出発物質で含浸又は被覆されたウェブ状の繊維構造体２４ａ、２４ｂが供給され、発泡性材料２２の表面に貼り付けられる。次に、その層状複合材料は、加圧又は圧延装置２５において加圧され、反応性出発物質の重合により、プラスチック材料マトリックスを形成し、発泡性材料２２の表面に密接に結合し、サンドイッチ状複合材料を形成する。このサンドイッチ状複合材料は、次に、切断又は鋸盤装置（図示せず。）によって各サンドイッチ状シート１０の長さに切断される。このサンドイッチ状シート１０（第４図）は、ポリエステルの発泡性材料コア１２とその両側に配された繊維強化ＰＢＴプラスチック材からなる二つの外側層１１、１３とからなる。

外部フィルム法を実施するための装置を示す。 複数層の複合材を生産するための装置を示す。 発泡材料押出し成形装置の穿孔プレートを示す。 サンドイッチエレメントの断面図を示す。

Claims (20)

1. 熱可塑性プラスチック材料マトリックスで含浸された繊維ウェブで構成され、少なくとも一つの平坦な繊維構造体を含む、繊維強化されたシート材料を生産するための方法において、前記繊維構造体は、ポリエステルの環状又は大環状オリゴマーを含む反応性出発物質で含浸され又は被覆され、一つ又はそれ以上の含浸され又は被覆されて接合した繊維構造体を含む繊維ウェブは、前記繊維ウェブの片面又は両面を重合ポリエステルを含む外側層で被覆され、前記外側層で被覆された前記繊維ウェブは、加圧装置で加圧されてシート状材料を形成し、前記反応性出発物質は重合されて、前記繊維構造体を囲繞するプラスチック材料マトリックスになり、前記外側層に恒久的に連結されることを特徴とする、繊維強化されたシート材料を生産するための方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記反応性出発物質は重合触媒とブレンドされたＰＢＴ（ＣＰＢＴ）の環状オリゴマーを含む、前記方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法において、前記外側層はＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴプラスチックアロイを含み、又は、前記外側層はＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴプラスチックアロイで構成されている、前記方法。
4. 請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記外側層は同質のプラスチック材料フィルムの形態で前記繊維ウェブに適用される、前記方法。
5. 請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記外側層は個体、部分的に個体又は液体の形態で前記繊維ウェブ上に押し出し成形される、前記方法。
6. 請求項１乃至３のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記外側層は繊維強化された、ウェブ状のプラスチック材料として、前記繊維ウェブに適用され、前記ウェブ状のプラスチック材料は、ポリエステルで構成され、好ましくはＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドで構成された、外側の、露出した、繊維を含まないプラスチック材料層を有する、前記方法。
7. 請求項１乃至１６のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記シート材料は、ウェブ状の繊維構造体の供給に合わせて、連続生産される、前記方法。
8. 請求項１乃至７のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記繊維ウェブの前記繊維構造体は、前記反応性出発物質に合わせて、含浸又は被覆され、又は、前記繊維構造体は、予め予備的に含浸又は予備的に被覆されて、前記装置に供給される、前記方法。
9. 請求項１乃至８のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記反応性出発物質で含浸又は被覆された前記繊維構造体は、ウェブ形状で連続供給され、接合されて、繊維ウェブを形成し、前記繊維ウェブは、外側層によって、好ましくはフィルム又は押し出し成形されたフィルムの形態で、前記繊維ウェブの片面又は両面をインラインで被覆される、前記方法。
10. 請求項１乃至９のうちのいずれか一項に記載の方法において、外側層によって片面又は両面に被覆された前記繊維ウェブは、フィードスルー・プレス装置において、インラインで加圧され、シート材料を形成する、前記方法。
11. ポリエステルのプラスチック材料マトリックスに埋め込まれた繊維構造体を含む、繊維強化されたプラスチック材料の物品を生産するための方法であって、成形型のキャビティに、少なくとも、繊維構造体と、重合触媒とブレンドされたポリエステルの環状又は大環状オリゴマーを含む反応性出発物質とが配置され、次いで、前記成形型が閉鎖され、前記反応性出発物質が、熱及び圧力のうちのいずれか一方又は双方の適用によって重合し、熱可塑性プラスチック材料マトリックスを形成する、前記方法において、前記成形キャビティの壁面は反応性出発物質のフィルムで被覆され、前記反応性出発物質は、ＰＥＴ、ＰＢＴ又はＰＢＴブレンドのような、ポリエステル又は重合ポリエステルの環状又は大環状オリゴマーを含むことを特徴とする、繊維強化されたプラスチック材料の物品を生産するための方法。
12. 発泡材料から成る少なくとも一つの層と、繊維強化されたシート材料から成り、かつ、前記層に結合された、外側層とを有する、複数層の複合材料を生産するための方法において、前記発泡材料と前記シート材料との双方がポリエステルから成るプラスチック材料マトリックスを含み、前記複数層の複合材料を生産するために、重合触媒とブレンドされたポリエステルの環状又は大環状オリゴマーを含む反応性出発物質で含浸又は被覆された、単一層又は複数層の繊維ウェブが、重合ポリエステルから成る発泡材料層に結合されてラミネートを形成し、前記反応性出発物質が重合されて、前記シート材料の前記プラスチック材料マトリックスを形成するとともに前記発泡材料に緊密に結合し、ポリエステルを形成することを特徴とする、複数層の複合材料を生産するための方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、発泡剤を付加された出発物質が、押し出し成形機によって、含浸又は被覆された繊維ウェブ上に押し出し成形され、圧力の解除によって発泡材料層を形成し、前記含浸又は被覆された繊維ウェブに接合されて前記繊維ウェブに結合される、前記方法。
14. 請求項１３に記載の方法において、前記出発物質は穿孔プレートを通過して個々のストランドの形態に押し出し成形され、前記個々のストランドは、排出されると、膨張して発泡材料を形成し、かつ、互いに接着して発泡材料層を形成する、前記方法。
15. 請求項１１乃至１３のうちのいずれか一項に記載の方法において、前記発泡材料層はいずれかの面をシート材料によって被覆される、前記方法。
16. 発泡材料から成る少なくとも一つの層と、繊維強化されたシート材料から成り、かつ、前記層に結合された、外側層とを有する、複数層の複合材料を生産するための方法において、前記発泡材料と前記シート材料の双方がポリエステルから成るプラスチック材料マトリックスを含み、前記複数層の複合材料を形成するために、発泡剤を付加された出発物質が前記シート材料の上に押し出し成形され、圧力の解除により膨張して発泡材料層を形成し、前記シート材料に接合されて複数層の複合材料を形成することを特徴とする、複数層の複合材料を生産するための方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、前記出発物質が穿孔プレートを通過して個々のストランドの形態に押し出し成形され、排出されると、膨張して発泡材料を形成し、かつ、互いに接着して発泡材料層を形成する、前記方法。
18. 請求項１６又は１７に記載の方法において、前記発泡材料層はいずれかの面をシート材料によって被覆される、前記方法。
19. 繊維強化されたプラスチック材料の物品を生産するための方法において、前記繊維構造体の強化繊維と前記プラスチック材料マトリックスとの双方がポリエステルから成り、前記ポリエステル繊維は定方向性結晶化加工により繊維構造体を形成し、前記繊維構造体は処理されて、プラスチック材料マトリックスを形成する繊維強化されたプラスチック材料の物品を形成し、前記繊維の表面は融解され、かつ、硬化されて、前記繊維の非融解部分を囲繞する等方向性のプラスチック材料マトリックスを形成することを特徴とする、繊維強化されたプラスチック材料の物品を生産するための方法。
20. 請求項１９に記載の方法において、前記プラスチック材料の物品は加熱プレス法により生産される、前記方法。

Images