JP5135349B2 - 自己強化された三次元ポリマー製品を製造する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明
本発明は、自己強化された三次元ポリマー製品を製造する方法であって、ａ）単層押出または同時押出された形のポリマーテープを短い長さに細断する工程、ｂ）細断されたポリマーテープを多孔質の型の中へ、または型の上へ噴霧する工程、およびｃ）適切な結合剤および／または結合用マトリックスによって、細断されたテープを熱硬化および／または熱結合してプリフォームを得る工程、を有する自己強化された三次元ポリマー製品を製造する方法に関する。

「ガラスファイバープリフォーム」を製造するための経路は、通常、ポリエステル樹脂またはエポキシ樹脂により含浸される、繊維強化された熱硬化性樹脂のレジントランスファーモールディング（ＲＴＭ、レジンインジェクション成形）、真空ＲＴＭ、プレス成形等のための繊維強化として公知である（いわゆるＰ４システム）。

本発明では、（熱硬化性樹脂の）射出工程ではなく、強化されたテープ、接着剤分散液および／または結合用マトリックスがすでに開始時から適性な量で存在しているという事実が新規である。従ってこれは、全ての熱可塑性複合材部材を製造する方法である。

自己強化された三次元のポリマー製品は通常、ランダムで不連続的なテープ／繊維のせいで、複雑な形状で製造すべき場合にも、別のプレス法または製造法で製造することは困難であり、複雑である。

以下では本発明をさらに詳細に説明するが、その中で利点および対象は当業者に明らかになるであろう。

まず「延伸された」自己強化ポリマーテープ、たとえば目下Ｄｏｎ ＆ Ｌｏｗ（Ｌａｎｋｈｏｒｓｔ）から入手可能な、同時押出されたＡ−Ｂ−Ａ構造のもの、または帝人モノフィラメントからの単層押出成形テープまたはＣｕｒｖ／Ｐｒｏｐｅｘのような、ポリオレフィンタイプ（ポリプロピレンまたはポリエチレン）の自己強化ポリマーテープから出発することができる。

このテープを、連続的なスプールから短い長さに細断し、かつ細断されたテープを空気圧により、有利には適切な分散結合剤を用いて、多孔性の型の中／上に噴霧することによって、プリフォームが得られる。この多孔質の、または穿孔を有する型は最終的に所望される形状にほぼ近似しており、かつこの多孔質の型の裏面から型を通過して空気が吸引されることが極めて有利である。これは細断された繊維／テープをこの型の中に配置するために役立つ。

重ね合わせと一定の（層）厚さの形成によって、この空気吸引が小さくなる箇所では、極めて軽量な細断テープの末端が、空気流によって自動的に型の中の、吸引が最も大きい部分、つまり層が最も薄い部分へと移動する。分散され、添加／噴霧される接着剤は、テープ／繊維を均一に被覆する。熱可塑性接着剤粉末もまた、仮止め用結合剤として使用することができる。

本発明を実施するために適切な装置はＵＳ特許５，０３４，１８１に開示されており、ここには繊維プリフォームを製造するための方法および、比較的小さいモーターを有する装置が記載されているが、このモーターは部分真空状態にある大きな送風機に動力を供給することができる。ダクトが送風機のハウジングを真空室と接続し、該真空室は空気流用の比較的幅の狭い開口部を有する。シャトル部材は、支持床の上の真空室の上方で水平に移動することができ、かつシャトル部材はじゃま板によって複数の空気流用チャネルに分割されている。一度に空気流用の開口部上を通過することができるのは少数の空気流のみであり、このような構成によって真空室中の低い圧力が維持される。さらに、送風機ハウジングと真空室との間のダクト中には渦式ゲートが設けられており、これはダクト内の圧力が一定レベル以下に低下した場合に、空気流を制限するために役立つ。

有利な複合材部材は、接着樹脂３０〜６０体積％と、強化繊維、たとえば上記の「延伸された」ポリマーテープ／繊維４０〜７０体積％から製造されているべきである。

同時押出された、スリットを有するフィルムからなるか、または個別に同時押出されたテープからなるＡ−Ｂ−Ａテープが比較的厚い被覆層（外側のＡ側はそれぞれ全厚さの１５％〜３０％であり、強化用の芯材（Ｂ成分）はテープの残りの４０〜７０体積％）で製造される場合には、結合樹脂／接着樹脂の添加は不要である。外側層または内側層のいずれかの被覆層は、延伸強化繊維よりも著しく低い融点を有しているべきである。

Ｂ層が両外側の延伸繊維であり、Ａ層がコア中の接着剤／結合剤であるＢ−Ａ−Ｂテープの場合、同様の利点が予想される。

多数の交互Ａ−Ｂ−Ａ−Ｂ−Ａ等の構造を有する多層テープであってもよい。

細断、噴霧およびシート形成の手順は比較可能であるが、しかし細断されたテープを所望の形状に接着して、プリフォームをプリフォーム型から取り出すことができるためには、熱風またはその他の方法（最小量の結合材を用いて）が必要である。

本発明により製造される（プリフォーム型から取り出される）プリフォームは、適切な圧力（１ｋｇ／ｃｍ²〜１００ｋｇ／ｃｍ²）下に接着剤の、および／または低融点層（たとえばＡ層）の融点よりも高いが、強化テープの、または多層強化テープの場合には、高融点層（たとえばＢ層）を損なったり、収縮させるような温度よりも低い温度でその後の処理を行うことができる。

マトリックス／接着剤ポリマーは、所定の温度で成形圧力下に良好に流れ、かつ延伸テープ／繊維を結合／接着し、かつ積層体の空所／空隙を満たす必要がある。

サイクル時間は全積層体の厚さに依存する。厚さが厚いほど、適正な温度が中心に到達して低融点結合剤が流れる／空所を充填するために、および型中の部分が取り出すことができるような固体となるために十分に冷却されるためには、時間がかかる。しかし射出成形樹脂は不要であり、マトリックス／接着剤はすでにポリマーテープ／繊維中に組み込まれている。

特に角／角度を有し、織テープもしくは生地または不織布がその中へ伸びていかない複雑な三次元の部材は、本発明による方法による恩恵を受けられる。

Claims (7)

1. 自己強化された三次元ポリマー製品を製造する方法であって、ａ）単層押出または同時押出された形のポリマーテープを細断する工程、ｂ）細断されたポリマーテープと所定量の適切な結合剤および／または結合用マトリックスとを多孔質の型の中へ、または型の上へ導入する工程、ならびにｃ）前記の結合剤および／または結合用マトリックスによって、細断されたテープを熱硬化および／または熱結合してプリフォームを得る工程を有する、方法。
2. 多孔質の型の裏側から空気を吸引してポリマーテープを型の中に配置することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 結合剤が接着剤分散液であり、細断されたポリマーテープと一緒に多孔質の型の中へ、もしくは上へ噴霧されることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
4. 結合剤をポリマーテープの一部として多孔質の型の中へ、もしくは上へ導入することを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
5. 前記のポリマーテープの一部が、同時押出されたポリマーテープの低融点層であることを特徴とする請求項４記載の方法。
6. 多孔質の型を通過して吸引される空気は、低融点層が溶融することができる温度であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
7. 得られたプリフォームを熱および／または圧力の適用によってさらに処理することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。