JP5921013B2 - 一方向補強材、及び一方向補強材の製造方法 - Google Patents
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Description
−一方向補強材は、その基本的な粉末結合の形態において、一般的に樹脂に対して、特に横方向において、非常に限定的な透過性を有し、したがって、長い物体の製造が非常に難しい。
−先行技術の教示による、樹脂の長手方向の流路によりこの透過性が改善する場合、補強材はその横方向の安定性を失う。
−縫うこと、及び横方向のコーティングされた糸の使用により、ロービング中における捻れが生じ、微細な亀裂の危険性を生じ、強度特性を低減させる。
−縫った補強材は、成形型内に配置するときに、ラミネートの厚い部分の内側に、折り目又は小さな曲率の曲げを形成する危険性が高い。折り目は、重大なラミネートの損傷を有する、局所的な高発熱区域を生じ得る。
−樹脂の流路をもたらすことを目的とし、一方向補強材の間にこれと横方向で配置される横方向の厚く、捻られたマルチフィラメントは、ロービング同士を過剰に遠ざけ、微細な亀裂の生じる危険性を高め、真空圧がマルチフィラメントを圧縮して、遥かに小さい有効直径(すなわち、Z方向厚さ)を生じ、平坦化した横方向の糸は、これらの流路内における樹脂の流れを妨げる。
−補強材の積層体内において、一方向ロービングのフィラメントの間に気泡又は乾燥区域が残りやすく、真空注入中においても排除することができず、よってこれらは、最終製品の強度を更に大きく低減し得る。
−熱可塑性コーティング、及びホットメルト接着剤は、注入に使用される樹脂と、少なくとも局所的に不適合である。
定義
a)
一方向ウェブを形成するために、1つの層内に、連続的なロービングを一方向で横並びに堆積する工程と、
b)
前記ウェブに熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤を適用する工程と、
c)
一方向補強材を形成するように、前記ロービングを一緒に結合するために前記結合剤を活性化する工程と、
d)
工程c)の前又は後に、前記連続的な一方向ロービング上において、圧縮時に2以下のアスペクト比を有する、細い別個の流路形成手段を堆積することにより、前記一方向ロービングと横方向に樹脂の経路を形成する工程とを含む。
−ステッチ、及び横方向の結合糸が、結合システムと置換され、ステッチにより生じる有害な捻れが回避され、
−繊維が真っ直ぐのままとなり、補強材の強度特性が改善され、
−生産速度が、縫製メカニズムによって制限されず、
−樹脂に対する一方向補強材の透過性が、良好な樹脂の流れを促進するレベルまで改善され、
−同時に、製品の湿潤と共に、製品から残った気泡が逃れ、よって実際に、浸透後に製品内において一方向フィラメントの間に気泡又は乾燥区域が残らず、
−行われた実験において、樹脂が横方向に前進した距離は、縫われた一方向補強材と比較して、少なくとも2.5倍まで、大きく増加し、縫っていない一方向補強材と比較して遥かに大きかった。
−行われた実験において、浸透に必要な時間は、先行技術の補強材が必要とした時間の約1/6まで、大幅に減少した。
−縫われた構成の欠点は最小化される。
−最終製品は、優れた強度及び疲労特性を有した。
−マトリックスによる、化学的干渉に関する欠点も最小化される。
−十分な横方向安定性を達成するために、特に横方向の補強繊維又は結合糸を使用する必要がない。
−粉末結合された一方向補強材は、補強材の積層体が、その可撓性が減少した状態で凹状の成形型に配置されたときでも、成形型にぴったりと収まることができた。この特性は、ラミネート内において、折り目が形成されるか、又は補強ロービングの局所領域において曲率の小さな曲げが形成される危険性を大幅に低減させる。
−粉末結合により、局所的な折り目及び捻れが防がれたため、この補強材は、カーボン繊維ベースのラミネートに特に好適である。局所的な折り目及び捻れは、カーボン繊維ラミネートの圧縮強度特性を大幅に損なうことが理由である。
本発明に包含されうる実施態様は、以下のとおり要約される。
[態様1]
樹脂トランスファ成形プロセス及び真空注入成形プロセスの一方による、繊維補強複合物の製造のための一方向補強材であって、前記一方向補強材(2,4,34)は、前記補強材の長手方向に構成され、熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤によって互いに結合された連続的な一方向ロービングを含み、前記補強材(34)は上面及び下面を有し、補強材(2,4,34)の積層体が湿潤する際に、前記一方向ロービングの方向と横方向で樹脂が前記補強材(2,4,34)に浸透するのを促進するための手段を備え、前記浸透促進手段は、前記一方向ロービングの横方向に構成された樹脂の流路を形成するための、細い別個の手段(6)であり、前記細い別個の流路形成手段(6)は、その側方に前記一方向補強材(2,4,34)の長手方向縁部から、その反対側の長手方向縁部へと延びる、横方向流路(10)を形成することを特徴とする、一方向補強材。
[態様2]
前記細い別個の流路形成手段(6)は、前記一方向ロービングの方向と直角に構成されるか、その方向がそこから最大45°ずれていることを特徴とする、上記態様1に記載の一方向補強材。
[態様3]
前記補強材(2,4,34)は、ロービングの2つ以上の層から形成され、前記細い別個の流路形成手段(6)がロービングの少なくとも2つの層の間、又は、前記一方向補強材(2,4,34)の前記上面及び/又は前記下面にのみ配置されることを特徴とする、上記態様1又は2に記載の一方向補強材。
[態様4]
前記細い別個の流路形成手段(6)は、前記一方向補強材(2,4,34)の前記上面及び前記下面の少なくとも一方に配置されることを特徴とする、上記態様1又は2に記載の一方向補強材。
[態様5]
前記細い別個の流路形成手段(6)が、前記ロービングを互いに結合させる結合剤と同じ結合剤により、前記ロービングに結合されること、又は前記細い別個の流路形成手段(6)は二成分であり、又は他の流路形成手段は前記前記細い別個の流路形成手段を前記ロービングに結合するのに使用される結合剤を含む外側層を有するか、又は前記細い別個の流路形成手段を前記ロービングに結合するために、前記ロービング及び/又は前記細い別個の流路形成手段に追加的な結合剤が適用されることを特徴とする、上記態様1〜4のずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様6]
前記細い別個の流路形成手段(6)が平行であり、前記一方向補強材(2,4,34)上に、2〜50mmの間隔で配置されることを特徴とする、上記態様1〜5のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様7]
前記細い別個の流路形成手段(6)が単一のモノフィラメント、又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントのいずれかである、上記態様1〜6のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様8]
前記モノフィラメント(6)が、前記最終製品における周囲のマトリックスよりも高い破断点伸びを有することを特徴とする、上記態様1〜7のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様9]
前記細い別個の流路形成手段(6)は、100〜200μmの直径又はZ方向厚さを有する、上記態様1〜8のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様10]
前記ロービングは、人工又は天然繊維、すなわち、ガラス、アラミド、バサルト、ケナフ、サイザル、亜麻、***、黄麻、及びリネン又はこれらの組み合わせなどの繊維であることを特徴とする、上記態様1〜9のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様11]
前記熱可塑性、及び/又は熱硬化性結合剤は、乾燥粉末、分散液、若しくは溶液の形態であるか、又はこれを低粘度にするために加熱されることを特徴とする、上記態様1〜10のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様12]
前記細い別個の流路形成手段(6)は、圧縮時に2未満、好ましくは1.5未満のアスペクト比を有することを特徴とする、上記態様1〜11のいずれか一項に記載の一方向補強材。
[態様13]
樹脂トランスファ成形プロセス、又は真空注入成形プロセスにより繊維補強複合物の製造のための一方向補強材を製造する方法であって、前記方法は、
a)一方向ウェブ(20)を形成するために、1つの層内に、連続的なロービングを一方向で横並びに堆積する工程と、
b)前記ウェブ(20)に熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤を適用する(24)工程と、
c)一方向補強材(34)を形成するように、前記ロービングを一緒に結合するために前記結合剤を活性化する工程と、
d)工程c)の前又は後に、前記連続的な一方向ロービング上において、前記一方向ロービングと横方向に、細い別個の流路形成手段(6)を堆積する(26)工程とを含む、方法。
[態様14]
前記細い別個の流路形成手段(6)が、結合剤を含む外側層を備えるか、又は前記細い別個の流路形成手段(6)は二成分の形成手段であり、前記形成手段は、工程c)において、又はd)の後の別個の工程において、前記結合剤を活性化することにより前記連続的なロービングに結合されることを特徴とする、上記態様13に記載の方法。
[態様15]
工程c)の後に、前記細い別個の流路形成手段(6)を堆積すること、及び前記結合剤を活性化することにより前記細い別個の流路形成手段(6)を、前記ロービングに結合することにより特徴付けられる、上記態様13に記載の方法。
[態様16]
工程c)の後に、前記細い別個の流路形成手段(6)を堆積すること、及び前記結合剤を使用及び活性化することにより前記細い別個の流路形成手段(6)を、前記ロービングに結合することにより特徴付けられる、上記態様13に記載の方法。
[態様17]
前記ロービングを結合して一方向補強材を形成した後に、前記一方向補強材を巻き取る工程と、前記一方向補強材を巻出し、その後、前記細い別個の流路形成手段を補強材上に堆積し、ここに結合する工程によって特徴付けられる、上記態様15又は16に記載の方法。
[態様18]
前記結合剤の活性化は、前記結合剤を溶解させること、溶媒を噴霧すること、及び/又は前記結合剤から溶媒を蒸発させることを含むことを特徴とする、上記態様13に記載の方法。
[態様19]
上記態様1〜12のいずれか一項の、少なくとも2つの補強材を含む、プリフォーム。
[態様20]
上記態様1〜12のいずれか一項の少なくとも2つの補強材のプリフォームを製造する方法であって、第1補強材の前記細い別個の流路形成手段(6)が、前記第1補強材の下又は上に位置する前記第2補強材と面するように、これらの補強材を互いに積み重ねることにより特徴付けられる、方法。
[態様21]
第1補強材の前記ロービングが、第2補強材の前記ロービングに対して角度を成して配置されるように、前記補強材を前記プリフォーム内に位置付けることにより特徴付けられる、上記態様20に記載の製造方法。
[態様22]
上記態様19に記載のプリフォームから製造されたラミネート。
[態様23]
上記態様1〜12のいずれか一項の補強材のラミネートを製造する方法であって、
a)第1補強材の前記細い別個の流路形成手段(6)が、前記第1補強材の上に位置する前記第2補強材と面するよう、プリフォームを形成するために前記成形型内に少なくとも2つの補強材を互い積み重ねるか、又は前記成形型内に一方向補強材を堆積させる工程と、
b)前記1つ以上の補強材の上にカバーを位置付ける工程と、
c)前記成形型を閉じる工程と、
d)前記成形型を排気し、前記補強材に樹脂を浸透させるために差圧を適用する工程とを含む、方法。
Claims (23)
- 樹脂トランスファ成形プロセス及び真空注入成形プロセスの一方による、繊維補強複合物の製造のための一方向補強材であって、前記一方向補強材(2,4,34)は、前記補強材の長手方向に構成され、熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤によって互いに結合された連続的な一方向ロービングを含み、前記補強材(34)は上面及び下面を有し、補強材(2,4,34)の積層体が湿潤する際に、前記一方向ロービングの方向と横方向で樹脂が前記補強材(2,4,34)に浸透するのを促進するための手段を備え、前記浸透促進手段(6)は、単一のモノフィラメント、又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束のいずれかであり、この単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束は、前記一方向ロービングの上で、その一方向ロービングに対して横方向に配されており、かつ、この単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は圧縮時に2以下のアスペクト比を有し、かつ、この単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束は、その側方に前記一方向補強材(2,4,34)の長手方向縁部から、その反対側の長手方向縁部へと延びる、樹脂の横方向流路(10)を形成することを特徴とする、一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は、前記一方向ロービングの方向と直角に構成されるか、その方向がそこから最大45°ずれていることを特徴とする、請求項1に記載の一方向補強材。
- 前記補強材(2,4,34)は、ロービングの2つ以上の層から形成され、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)がロービングの少なくとも2つの層の間、又は、前記一方向補強材(2,4,34)の前記上面及び/又は前記下面にのみ配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は、前記一方向補強材(2,4,34)の前記上面及び前記下面の少なくとも一方に配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が、前記ロービングを互いに結合させる結合剤と同じ結合剤により、前記ロービングに結合されること、又は、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は、二成分材料であるか、もしくはこの単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束を前記ロービングに結合するのに使用される結合剤を含む外側層を有する他の材料であるか、又は前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束を前記ロービングに結合するために、前記ロービング及び/又は前記単一のモノフィラメントもしくは互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束に追加的な結合剤が適用されることを特徴とする、請求項1〜4のずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が平行であり、前記一方向補強材(2,4,34)上に、2〜50mmの間隔で配置されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が、前記最終製品における周囲のマトリックスよりも高い破断点伸びを有することを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は、100〜200μmの直径又はZ方向厚さを有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記ロービングは、人工又は天然繊維のいずれかであることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記ロービングは、ガラス、アラミド、バサルト、ケナフ、サイザル、亜麻、***、黄麻、及びリネン又はこれらの組み合わせから選択されることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記熱可塑性、及び/又は熱硬化性結合剤は、乾燥粉末、分散液、若しくは溶液の形態であるか、又はこれを低粘度にするために加熱されることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は、圧縮時に1.5未満のアスペクト比を有することを特徴とする、請求項1〜11のいずれか一項に記載の一方向補強材。
- 樹脂トランスファ成形プロセス、又は真空注入成形プロセスにより繊維補強複合物の製造のための一方向補強材を製造する方法であって、前記方法は、
a)一方向ウェブ(20)を形成するために、1つの層内に、連続的なロービングを一方向で横並びに堆積する工程と、
b)前記ウェブ(20)に熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤を適用する(24)工程と、
c)一方向補強材(34)を形成するように、前記ロービングを一緒に結合するために前記結合剤を活性化する工程と、
d)工程c)の前又は後に、前記連続的な一方向ロービング上において、圧縮時に2以下のアスペクト比を有する、単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を堆積する(26)ことにより、前記一方向ロービングと横方向に樹脂の経路を形成する工程とを含む、方法。 - 前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が、結合剤を含む外側層を備えるか、又は前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)は二成分材料であり、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束は、工程c)において、又はd)の後の別個の工程において、前記結合剤を活性化することにより前記連続的なロービングに結合されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 工程c)の後に、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を堆積すること、及び前記結合剤を活性化することにより前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を、前記ロービングに結合することにより特徴付けられる、請求項13に記載の方法。
- 工程c)の後に、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を堆積すること、及び前記結合剤を使用及び活性化することにより前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を、前記ロービングに結合することにより特徴付けられる、請求項13に記載の方法。
- 前記ロービングを結合して一方向補強材を形成した後に、前記一方向補強材を巻き取る工程と、前記一方向補強材を巻出し、その後、前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束を補強材上に堆積し、ここに結合する工程によって特徴付けられる、請求項15又は16に記載の方法。
- 前記結合剤の活性化は、前記結合剤を溶解させること、溶媒を噴霧すること、及び/又は前記結合剤から溶媒を蒸発させることを含むことを特徴とする、請求項13に記載の方法。
- 請求項1〜12のいずれか一項の、少なくとも2つの補強材を含む、プリフォーム。
- 補強材を製造するために、
a)一方向ウェブ(20)を形成するために、1つの層内に、連続的なロービングを一方向で横並びに堆積する工程と、
b)前記ウェブ(20)に熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤を適用する(24)工程と、
c)一方向補強材(34)を形成するように、前記ロービングを一緒に結合するために前記結合剤を活性化する工程と、
d)工程c)の前又は後に、前記連続的な一方向ロービング上において、圧縮時に2以下のアスペクト比を有する、単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を堆積する(26)ことにより、前記一方向ロービングと横方向に樹脂の経路を形成する工程とを含む、プリフォームを製造する方法であって、
前記プリフォームを製造するために、第1補強材の前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が、前記第1補強材の下又は上に位置する前記第2補強材と面するように、少なくとも2つの補強材を互いに積み重ねることにより特徴付けられる、方法。 - 第1補強材の前記ロービングが、第2補強材の前記ロービングに対して角度を成して配置されるように、前記補強材を前記プリフォーム内に位置付けることにより特徴付けられる、請求項20に記載の製造方法。
- 請求項19に記載のプリフォームを含むラミネート。
- 補強材を製造するために、
a)一方向ウェブ(20)を形成するために、1つの層内に、連続的なロービングを一方向で横並びに堆積する工程と、
b)前記ウェブ(20)に熱可塑性及び/又は熱硬化性結合剤を適用する(24)工程と、
c)一方向補強材(34)を形成するように、前記ロービングを一緒に結合するために前記結合剤を活性化する工程と、
d)工程c)の前又は後に、前記連続的な一方向ロービング上において、圧縮時に2以下のアスペクト比を有する、単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)を堆積する(26)ことにより、前記一方向ロービングと横方向に樹脂の経路を形成する工程とを含む、ラミネートを製造する方法であって、
前記ラミネートを製造するために、
e)第1補強材の前記単一のモノフィラメント又は互いに結合されたいくつかのモノフィラメントの束(6)が、前記第1補強材の上に位置する前記第2補強材と面するよう、プリフォームを形成するために前記成形型内に少なくとも2つの補強材を互い積み重ねるか、又は前記成形型内に一方向補強材を堆積させる工程と、
f)前記1つ以上の補強材の上にカバーを位置付ける工程と、
g)前記成形型を閉じる工程と、
h)前記成形型を排気し、前記補強材に樹脂を浸透させるために差圧を適用する工程とを含む、方法。
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