JP2006517879A - 複合成形品、および複合成形品の作製方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、平滑で魅力的な熱可塑性表面を有する複合成形品に関する。また、本発明は、効率が向上され有害性大気汚染物質の放出が削減された、熱可塑性外側層を有する複合繊維強化熱硬化性樹脂材料を含む複合成形品の作製方法にも関する。

Description

本発明は、平滑で魅力的な表面を有する複合成形品に関する。さらに詳しくは、本発明は材料を金型の中で組み合わせて仕上げ面を有する複合物品を得ることに関する。また、本発明は、効率が向上され有害性大気汚染物質の放出が削減された、熱可塑性外側層を有する熱硬化性強化材料を含む複合成形品の作製方法にも関する。

本出願は、２００４年１月２３日にＰＣＴ国際特許出願として、米国を除くすべての指定国についての出願人である米国国内企業のＶＥＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｉｎｃ．、ならびに米国のみを指定国とする出願人である米国国民のＲｏｂｅｒｔ Ｐ．ＭｃＣｏｌｌｕｍ、カナダ国民のＳｈｉｒａｚ Ｓｉｄｉ、米国国民のＪｅｆｆｒｅｙ Ｊ．Ｏ’Ｈａｒａ、およびＲｉｃｈａｒｄ Ｅｕｇｅｎｅ Ｃｌａｒｋ名義で出願されたものである。

本発明は、複合成形品に関する。本発明はさらに、造形され積層された強化複合物品に関する。この物品は、物品の構造完全性および化粧外観に影響を及ぼす物理的諸特性が改善された積層材料の形である。本発明はまた、密閉金型処理を使用した複合成形品の製造にも関する。さらに詳細には、本発明は、繊維強化構造物と魅力的な熱可塑性外側層を有し、耐候性、強度、ならびに亀裂、擦傷および非水溶媒に対する抵抗性を含めて属性が改善された熱硬化性物品の改善された作製方法に関する。

硬化された熱硬化性樹脂を含浸させた繊維強化材料を含む複合構造物は、消費者向けおよび工業目的で有用な非金属物品を製造することで知られている。これらには、例えばスパ用浴槽、浴槽、レクリエーション用自動車、車体パネル、およびボートデッキやハルなどの船舶用部品などの物品が含まれる。繊維強化複合物品は、その強度および耐久性で知られている。望ましい構造特性を有することに加えて、この物品は装飾的なまたは視覚的に魅力的な表面を有することができる。装飾的表面は、エクステリア、インテリア、またはそれらの一部分、あるいは有用な物品の表面全体に形成されて、平滑で魅力的な外観を提供する、視覚的に露出した層とすることができる。この視覚的に露出した層は、研磨しても、光沢またはつや消しでも、透明でも、白色または有色でもよい。複合物の外側装飾的表面向けに選択される材料には、屋外耐候性、耐衝撃性、魅力的な化粧品質、および処理の容易さを含めて望ましい特性の組合せが必要である。

繊維強化複合構造物の通常の作製方法は、強化用繊維を金型表面に当てて手動で造形し、次いでこの繊維に適切な硬化可能な熱硬化性樹脂を含浸させるものである。通常は、透明または着色熱硬化性樹脂のゲルコートを金型表面に塗布した後、最終積層構造物を形成する。ゲルコートによって、完成品では化粧表面として魅力的な化粧外側表面が得られ、この繊維複合物が太陽の紫外線照射による攻撃から保護される。しかし、ゲルコート材料で作製された層は、悪環境下で、経時的にクレージング、亀裂、および退色を生じる恐れがある。亀裂は、表面上または化粧表面上のヘアライン亀裂から、構造上の潜在的欠点をもたらすゲルコートの表面から積層物中に延びる亀裂まであり得る。ヘアライン亀裂でさえ、構造上の損傷がより大きくならないように修理する必要がある。修理品は高価となる恐れがあり、ゲルコートの元の色に合わせることは実質的に不可能である。

ゲルコートは、通常は液体の形で金型表面に塗布する。増粘させた液体ゲルコート材料を厚さ約０．３ｍｍ〜約０．８ｍｍの層として金型表面上に載せる。ゲルコート材料は、スチレンモノマーなど周囲環境に放出される揮発性有機成分（ＶＯＣ）を含有している。これら揮発性成分の多くは、人間の健康および環境に有害な有害性大気汚染物質として分類される。より厳しい政府規制によって、排出基準は下がり続けている。さらに、ＶＯＣはしばしば可燃性であり、火災を引き起こすものとなる。これら揮発性物質の放出およびそれへの暴露を最小限にするため、周到な予防措置および高価な装置が必要である。

熱硬化性樹脂ゲルコートの代替物は、複合物の外側表面上の熱可塑性層である。熱可塑性層は熱硬化性プラスチックより、耐候性が良好であり柔軟性が高く亀裂形成の傾向が低くなる傾向がある。そのシートを熱成形方法によって造形し、次いでガラス繊維複合裏材料（ｂａｃｋｉｎｇ）で強化することができる。Ｃｈａｐｍａｎらは、米国特許第５，８７５，７３２号で、ＫＥＶＬＡＲ（登録商標）およびガラス繊維樹脂強化材を有する超高分子量（ＵＭＨＷ）ポリエチレンを含むボートハル構築物を開示している。その熱可塑性ＵＭＨＷポリエチレンのハルを熱成形ステップで造形し、減圧バッグ成形技法を使用してその強化材をハルの内側表面に塗布する。減圧バッグ成形方法は、通常は、樹脂および充填材料を開放金型にレイアップし、続いてこのレイアップ材料をプラスチック層で覆うものである。この層を使用すると、真空に引いて、このプラスチックを強化材に押し付けることが可能になる。

Ｒｕｓｓｅｌｌは、米国特許第４，１７８，４０６号で、予備成形した熱可塑性フィルムを保持具に入れ、繊維強化材料および硬化可能な熱硬化性樹脂層をフィルムに塗布し、最後に第２の予備成形した熱可塑性フィルムを強化用層に塗布する、ガラス繊維強化物品の作製方法を開示している。次いで、この複合物を熱成形方法によって、真空に引いて、造形品を形成する。このフィルムは、平均厚さ約１ｍｍ（４０ミル）のシートの形である。そのような薄い材料は取扱いが困難となる恐れがあり、しわになりやすく、それによって外観が醜くなり、フィルムと強化用層の結合が一様でなくなる。

熱成形性支持体に積層されたアクリルフィルムを含む剛性熱成形性パネルは、改善された取扱い特性を提供する。代表的なパネルが、Ｒｕｔｌｅｄｇｅの米国特許第４，２２１，８３６号、Ｇｏｌｄｗｏｒｔｈｙの米国特許第４，４９８，９４１号、およびＨｉｃｋｓらの米国特許第５，０６９，８５１号に開示されている。この剛性パネルは、当技術分野でよく知られている熱成形方法によって造形し、複合熱硬化性樹脂、およびガラス繊維裏材料で強化することができる。通常、ガラス繊維強化ポリエステル樹脂と個々の熱成形生成物を時間のかかる労働集約的方法によって熱成形用金型の外で手動で組み合わせる。このような方法は、塗布中に望ましくない有害性大気汚染物質の排出を招く。

ゲルコート仕上げを有するボートハル、自動車両またはレクリエーション用自動車の部品、浴槽、浴槽包囲物（ｔｕｂ ｓｕｒｒｏｕｎｄ）およびスパ用浴槽は、通常の使用および／または太陽への露出によって磨耗するので、その光沢のある外観を失い、チョーク状の表面を生じる傾向があり、最終的に複合構築物の構造破損を招く恐れのある「オレンジピール」微小亀裂を生じる可能性がある。

上記その他の理由で、造形され積層された強化複合成形構築物の有用な寿命、美的特性、および構造完全性を改善する必要が引き続き存在している。造形された積層複合物品の生産速度を向上させ、人件費を削減し、有害性大気汚染物質の排出を制御する必要もある。

本発明は、厚さが最高約２．５ｍｍ、または約１ｍｍを超え約２．５ｍｍまでの熱可塑性アクリルポリマー層、厚さ０．５〜１５ｍｍの熱可塑性ポリマー層、および第３の繊維強化複合層を含む、造形され積層された複合物品を提供する。第１および第２の熱可塑性層の場合、厚さの範囲は重複してもしなくてもよい。例えば、第１層の厚さは、約２．５ｍｍまでとすることができ、第２層の厚さは、約３．０ｍｍ〜約１５ｍｍとすることができる。「複合」という用語は一般に、巨視的に形または組成が異なる１種または複数の材料の組合せを指す。構成成分は、協奏的に働くが完全には互いに溶解または融合しないという意味で、その独自性を保持している。通常、成分は物理的に識別されることができ、互いの間の界面を露呈する。

複合物品は、剛性ポリウレタンフォームを含む部材を含むこともできる。ポリウレタンフォーム部材は、船舶用物品の場合は構築物または浮上物に剛性を付与するように機能する。複合物品は、剛性ポリウレタンフォーム強化材を包囲する第２の繊維強化複合層を有することができる。

アクリルポリマー層は、化粧表面として魅力的な外観を構造物に与え、亀裂および偶発的擦傷を阻止する。アクリルポリマー層は、普通なら見ることができ通常は露出外側表面である複合物品の表面となる。この表面は、平坦、湾曲、凹面または凸面の形状を有することができる。顔料などの有色材料をアクリルポリマー層に組み込めば、物品の外観を変えることができる。グラフィックアート方法を使用して、装飾的デザインを構築物中にまたはその表面に組み込むことができる。複合物品は、自動車用途、ボートハルやハッチなどの船舶用物品、ＡＴＶやスノーモービルなどの屋外レクリエーション用自動車、一般的には、屋外の環境条件、直射日光、および極端な温度範囲に暴露される任意の構造物に有用である。

熱可塑性アクリルポリマー層および熱可塑性層は、熱可塑性シートを組み合わせた形の積層物とすることもできる。熱可塑性シートを通常の熱成形方法で所望の形状に予備成形することもできる。非排他的な考え得る形状には、ドア、ボンネット、トランク、グリル、トノパネルなどの車体部品、浴槽、浴槽周囲物、スパ用浴槽、ボートハルおよび敷板、ハッチ、座席などの船舶用部品、ならびにＡＴＶ、パワーウォータークラフト、船外モーターエンジンカバー、水上スキー、サーフボードなどのリクレーション用物体の部品が含まれる。アクリルポリマー層が複合物品の外側層または通常目に見える層となるように、熱可塑性シートを造形する。アクリルポリマー層は、魅力的な外観を有する耐久性のある表面を成形品の外側に提供し、熱可塑性層は、強度および剛性を成形品に提供する。熱可塑性物は、例えばＡＢＳ、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイとすることができる。熱可塑性アロイは、単に熱可塑性物の混合物であり、ポリマーはそれら自体を互いに結合させる何らかの相互作用を有しているので溶融した安定な単一相材料が得られる。アクリルポリマーは、ポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリル酸エステル、またはこれらポリマーの熱可塑性化学的誘導体を含むことができる。同様に、ＡＢＳ−アクリルアロイも、１種または複数のポリアクリル酸エステル、ポリメチルメタクリル酸エステル、およびその化学的誘導体を含むことができる。

熱可塑性シートは、２層以上を有することができる。例えば、熱可塑性アクリルポリマー、アクリル−スチレン−アクリロニトリル（ＡＳＡ）、またはＡＢＳ−アクリルアロイの１層または複数層を熱可塑性シート表面に積層すると、成形品の内側表面になる。この内側層は、繊維強化複合物が通常は塗布される構築物の表面を構成する。この熱可塑性シートは、熱可塑性アクリルポリマーの外側層、ＡＳＡ、ＡＢＳまたはＡＢＳ−アクリルアロイから選択された熱可塑性ポリマーの層、およびアクリルポリマー、ＡＳＡまたはＡＢＳ−アクリルアロイの内側層を有するはずである。アクリルポリマー、ＡＳＡまたはＡＢＳ−アクリルアロイの内側層は、改善された結合表面を熱硬化性樹脂に提供して、硬化させた熱硬化性樹脂と熱可塑性シートの間でより強い結合を形成する。

繊維強化材および熱硬化性樹脂を含む繊維強化複合物を、成形された熱可塑性シートの内側表面に塗布し、硬化させる。この繊維強化複合物は、強度および剛性を構築物に提供する。繊維強化材は、織ったまたは不織の合成または天然材料とすることができる。適切な熱硬化性樹脂は、当業者によく知られており、それには一般に、非可逆的化学架橋反応を受けることができる樹脂が含まれる。熱硬化性樹脂は、熱可塑性シートの接着表面に付着する、またはそれと強力な接着結合を形成するはずである。熱可塑性シートの内側（結合）表面がアクリルまたはアクリルアロイである場合、結合強度を向上させることができる。

本発明はまた、効率が向上され有害性大気汚染物質の放出が削減された、強化した熱可塑性シートを含む複合成形品の作製方法も提供する。この方法は、互いに離れて向かい合う金型半体の間に、熱硬化性材料、繊維強化材、および熱可塑性シートを置いて、積層物を形成するものである。この金型半体は、相補的な金型表面を有している。金型半体２個を、それぞれの成形用表面を互いに対向させて組み立てたとき、所望の物品をその内部で作製するための金型プレナムを規定する。熱可塑性シートを、金型表面、特に金型外側表面の形状に実質的に一致する所望の形状に予備成形する。熱可塑性シートと金型表面は、相補的形状を有し、したがって熱可塑性シートを金型半体の間に配置することができ、金型半体を接合させて、金型表面がほとんどまたは全く修正または変形せずに金型プレナムを規定することができる。繊維強化材料を熱可塑性シート上に載せる。互いに離れて向かい合う金型半体を接合させて、金型プレナムを形成する。成形用流体を金型プレナムに注入して、繊維強化材料に含浸させる。金型プレナムは、実質的に閉じた系であり、揮発性有機物質が成形用流体から大気中に流出するのを防止する。成形用流体を硬化させて、剛性複合成形品を形成する。熱硬化性材料はすべて反応し、固体の強化複合構造物を形成し、揮発性材料をほとんど残さない。熱可塑性シートを複合構造物の外層として形成する。

別の実施形態では、相補的な成形用表面を有する第１および第２の金型半体を、それぞれの成形用表面を互いに対向させて組み立てる。この金型半体を接合させたとき、所望の物品をその内部で作製するための金型プレナムを形成する。繊維強化材料を、第１または第２の金型半体の一方の金型表面上に載せる。金型プレナムの形状に実質的に一致する形状を有する熱可塑性シートを、強化材料上に載せる。金型半体を接合させて、金型プレナムを形成し、成形用流体を金型プレナムに注入して、強化材料に含浸させる。成形用流体を硬化させて、物品構造物の外側に熱可塑性シートを有する剛性複合成形品を形成する。

別の実施形態では、熱可塑性シートを、互いに離れて向かい合う金型半体の間に配置する。金型半体は、金型半体を接合させたとき金型表面が金型プレナムを形成するような相補的な成形用表面を有する。熱可塑性シートを金型半体の間に配置する前に、そのシートを軟化してもよい。あるいは、金型表面を、熱可塑性シートを軟化させるのに十分な温度に加熱してもよい。金型半体を閉合し、熱可塑性シートを金型表面の形状に一致するように造形する。金型半体を引き離し、繊維強化材料を、造形された熱可塑性シートの一表面上に載せる。金型半体を再び接合して、金型プレナムを形成し、成形用流体を金型プレナムに注入して、繊維質材料に含浸させる。成形用流体を硬化させて、物品の外側に熱可塑性シートを有する剛性積層複合成形品を形成する。

別の実施形態では、熱可塑性シートを、互いに離れて向かい合う金型半体の間に配置する。金型半体は、金型半体を接合させたとき金型表面が金型プレナムを形成するような相補的な成形用表面を有する。熱可塑性シートを金型半体の間に配置する前に、そのシートを軟化してもよい。軟化熱可塑性シートを金型表面に当てて造形するために、熱可塑性シートと接触している成形用表面は、真空を引くための真空ポートを備えている。この実施形態は、金型半体を閉じて熱可塑性シートを造形する必要がない。熱可塑性シートを造形した後、繊維強化材料を、造形された熱可塑性シート表面上に載せる。金型半体を接合させて、金型プレナムを形成し、成形用流体を金型プレナムに注入して、繊維質材料に含浸させる。成形用流体を硬化させて、物品の外側に熱可塑性シートを有する剛性積層複合成形品を形成する。

さらに別の実施形態では、相補的な成形用表面を有する第１および第２の金型半体を、それぞれの金型表面を互いに対向させて組み立てる。金型半体を閉合したとき、所望の物品をその内部で作製するための金型プレナムが形成される。第１の熱可塑性シートを金型表面の形状に実質的に一致する所望の形状に予備成形する。熱可塑性シートと金型表面は、相補的形状を有し、したがって熱可塑性シートを金型半体の間に配置することができ、金型半体を接合させて、金型プレナムを規定することができる。第１の熱可塑性シートを互いに離れて向かい合う金型表面の間に配置し、繊維強化材料を熱可塑性シート上に載せる。第１の熱可塑性シートと相補的な形状を有する第２の熱可塑性シートを、強化材料に接触させて配置する。第１の熱可塑性シート、強化材料、および第２の熱可塑性シートを含む層状構造を形成する。金型半体を接合させて、金型プレナムを形成する。成形用流体を金型プレナムに注入して、強化材料に含浸させる。成形用流体を硬化させて、熱可塑性シートを内側表面および外側表面として有する剛性複合物品を形成する。

複合物品は、目に見える表面の場合、しばしば化粧表面としての要件が非常に厳しい。密閉金型メンブランの成形用表面は、化粧外観に悪影響を及ぼすはずの小さな傷を有する可能性がある。成形品の化粧表面は金型メンブランの表面と直接接触しないことが望ましい。このような物品の化粧表面を、金型メンブラン表面と熱可塑性シートの化粧表面の間に軟質ライナを挿入することによって、密閉金型に収納することができる。ライナ材料は、単層でも、複数層でもよい。適切な軟質ライナ材料の例としては、フェルト、またはプラスチックフィルムを海綿裏材料に積層させた複合体、熱可塑性フォーム、または成形条件下で安定な弾性裏材料がある。通常、ライナ材料を、金型メンブランを覆うようにパターンカットし、接着剤でメンブランの表面に付着させる。軟質ライナはまた、熱成形プロセス中に起こる可能性のある、造形された熱可塑性シートの寸法のわずかなばらつきを調節する。例えば、熱可塑性物の軟化および硬化は、何らかの寸法収縮を招く恐れがある。熱成形シートの冷却速度が変動した場合、簡単には制御することができない、シートの微収縮が生じる恐れがある。収縮は金型メンブランの形状にぴったりと一致するシートの能力に悪影響を及ぼす。軟質ライナは、熱成形シートと金型メンブランの寸法のわずかな差異を補償する。

物品はさらに、構築物に追加の剛性を提供するために、様々な幾何形状の硬化ポリウレタンフォーム強化材を有することもできる。物品がボートハルの場合、剛性ポリウレタンフォームを使用して、ハルだけでなく、例えばトランソム、デッキ、または座席も強化することができる。ポリウレタンフォームは、船舶用物品に浮力も提供する。ある種の剛性ポリウレタンフォーム強化部材は、ボートハルを強化するために使用される場合、当技術分野で「ストリンガー」または「ログ」とも呼ばれる。ポリウレタンフォーム強化材は、繊維強化層上に配置された、予備造形された剛性フォーム物品の形とすることができる。ログの形状は一般に、熱成形熱可塑性シートの形状に一致する。この適合する形状によって、熱硬化性樹脂を注入中、熱可塑性シートの形状に対するログの位置が割り出され、それによって、金型を閉じた後、ログの位置が移動する可能性が低減する。繊維強化材料に熱硬化性樹脂を注入する前または後に、剛性フォーム物品を繊維強化層上に配置することができる。通常は、熱硬化性樹脂を注入する前に、剛性ポリウレタンフォーム強化材を配置することがより好都合である。剛性ポリウレタンフォーム強化材を、追加の繊維強化複合層で包むことができる。追加の複合層は、剛性ポリウレタンフォーム強化材を定位置に保持し、さらに構築物を強化するのに役に立つ。複合構築物の形状およびサイズによって、剛性ポリウレタンフォーム強化物品の数および配置が決まる。

熱成形手段によって、適切なサイズの熱可塑性シートを造形して、最終複合構造物を形成するための金型の形状に一致する形状を得る。熱成形ステップでの構造または形状の形成を容易にするために、熱可塑性シート材料を加温することができる。熱可塑性シートに効率的に形状を付けるために、熱成形用金型も適切な温度に加温あるいは加熱することができる。金型の温度は、熱可塑性シートに適した温度に一致するように慎重に選択する。場合によっては、使用する温度は熱可塑性シートの軟化点よりも高い。一般に、熱可塑性シートの場合、熱成形ステップを、６６℃（１５０°Ｆ）超、通常は約１２１℃（２５０°Ｆ）〜約１７７℃（３５０°Ｆ）の温度で実施する。

ミシガン州フェントンのＲＴＭ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓから入手可能な多重インサート成形（ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｉｎｓｅｒｔ ｔｏｏｌｉｎｇ）技術などの密閉成形装置、またはＭｃＣｏｌｌｕｍらの米国特許第６，１４３，２１５号に記載の装置を適合させて、複合構築物を形成することができる。’２１５号特許の装置は、相補的な成形用表面を有する、互いに離れて向かい合う、閉じた雌雄の金型半体を備えている。この２つの金型半体をそれぞれの成形用表面を互いに対向させて組み立てたとき、所望の物品をその内部で作製するための金型プレナムを規定する。熱可塑性シートを、金型表面、特に熱可塑性シートのアクリル側を受容する金型表面の形状に実質的に一致する所望の形状に予備成形することができる。アクリルポリマー層が複合構造物の外側、すなわち「展示」層になるように、熱可塑性シートを形成する。熱可塑性シートと金型表面は、相補的形状を有し、したがって熱可塑性シートを金型半体の間に配置することができ、金型半体を接合させて、金型表面または熱可塑性形状がほとんどまたは全く修正または変形せずに金型プレナムを規定することができる。金型表面によるアクリル表面の偶発的擦傷を阻止するために、アクリル表面と金型表面の間に軟質ライナを配置することもできる。

繊維強化材料を内側表面上に載せる。ポリウレタンフォームログが構築物の部品の場合、それを繊維強化材料上に載せ、第２層の繊維強化材料は、ログを覆い、第１層の繊維強化材料と重なるように配置する。互いに離れて向かい合う金型半体を接合させて、金型プレナムを形成する。成形用流体を金型プレナムに注入して、繊維強化材料に含浸させる。金型プレナムは、実質的に閉じた系であり、揮発性有機物質が成形用流体から大気中に流出するのを防止する。成形用流体を硬化させて、剛性複合成形品を形成する。熱硬化性材料は実質的にすべて、架橋反応を経て、固体の強化複合構造物を形成し、揮発性材料をほとんど残さない。

本発明の複合構築物は、開放または密閉成形方法で作製することができる。上記に記載した方法は、密閉成形の一方法を示しているが、減圧バッグや多重インサート成形方法など当業者に知られている他の密閉成形方法を同様に適用することができる。
本発明の他の詳細および利点は、下記の詳細な説明、および付属の図によって明らかになるであろう。

本発明の方法は、熱可塑性シート、繊維強化材料、および成形用流体を金型に入れて、複合構造単位を形成するものである。

複合材料は、繊維強化材またはフィラメント強化材料を含む。このような材料は一般に、繊維部分またはフィラメント材料で構成される、織ったまたは不織のシートを含む。織ったまたは不織の材料は、繊維から形成することもでき、あるいは織ったまたは不織のシート中で他のコーティングまたは樹脂を含浸させる、またはそれと組み合わせることもできる。様々な天然または合成繊維を、強化層中で使用することができる。天然繊維には、綿、亜麻、黄麻、クナフ（ｋｎａｆｆ）、および当業者によって理解される天然資源由来の他の繊維が含まれ得る。同様に、合成繊維には、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、および他のかかる熱可塑性または熱硬化性繊維材料が含まれ得る。さらに、他のタイプの強化繊維には、ガラス繊維、炭素繊維、またはホウ素繊維など他の特殊繊維が含まれ得る。

本発明の生成物および方法は、熱可塑性シートを内側または外側の表面層として使用し、装飾的外観または化粧外観を構造物に付与する。熱可塑性層は、積層熱硬化構造物に容易に組み込まれ、ゲルコート形成に伴う問題を回避するという利点を有する。本発明に有用な熱可塑性シートとしては、厚さ約０．５ｍｍ〜１５ｍｍ、軟化点約９３℃（２００°Ｆ）〜２０４℃（４００°Ｆ）のシートがあり、本発明の成形方法に使用することができる大型長方形シートの形、またはロールの形で製造される。熱可塑性シートは、取扱いが容易であり、本発明の予備成形操作および型成形操作において有用でなければならない。熱可塑性シートは、熱硬化性構造物に容易に組み込まれ、ゲルコートに伴う問題を回避するという利点を有する。本発明に有用な熱可塑性シートとしては、厚さが最高約２．５ｍｍのアクリルフィルム層と、厚さ約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍのＡＢＳまたはＡＢＳ−アクリルアロイ層とを有するシートがある。熱可塑性シートは、厚さが最高約２．５ｍｍの熱可塑性アクリルまたはＡＢＳ−アクリルアロイを含む追加の層を有することができる。別の有用な熱可塑性シートは、熱可塑性アクリル層、ＡＳＡ層、およびＡＢＳ層を有する。３層以上の熱可塑性シートを使用することができるが、通常は経済的でない。熱可塑性シートは、軟化点約９３℃（２００°Ｆ）〜２０４℃（４００°Ｆ）である。

適切な熱可塑性シートは、当業者によく知られている押出方法によって形成することができる。２層以上のシートは、押出技術を使用して容易に作製され、本発明を実施するのに適している。このシートは、本発明の構築物を形成するのに適した成形方法に適用することができる大型長方形シートの形、またはロールの形で製造することができる。熱可塑性シートは、取扱いが容易であり、複合構造物を形成するための熱成形操作、および型成形操作において有用でなければならない。この熱可塑性シートの重要な一面は、仕上げ用金型の大まかな全体的形状を実現することができる熱成形用金型に入れることができることである。この熱成形された形状は、外側アクリルポリマー層に平滑な表面の気泡、ひだ、たるみ、または他のゆがみをほとんどまたは全く含まないことが好ましい。見た目には均質な色濃度を有する平滑で均質な表面を提供するために、このような表面の傷は、最終物品を形成するとき回避されるべきである。

熱可塑性シートは、カットシート素材、ロールフィード型（ｒｏｌｌ−ｆｅｄ）素材の形とする、あるいは熱成形用金型に直接押し出すことができる。熱可塑性シートの厚さは、約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍとすることができる。ロール供給素材、または直接押出熱成形物は、一般にシート厚さが約３ｍｍ未満に限定される。当業者なら、仕上り部品要件に応じてシート厚さを選択するであろう。適切な熱可塑性材料としては、ＡＢＳ、ＰＶＣ、アクリロニトリルスチレンアクリラートコポリマー（ＡＳＡ）、アクリラートエチレンスチレンコポリマー（ＡＥＳ）、ポリスチレン、ポリカーボナート、ナイロン、ポリアクリラート、ポリメタクリラートコポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレン、およびアロイや積層物など熱可塑性材料の組合せでよい熱可塑性シートがある。２層熱可塑性材料の例としては、ＡＢＳ層、およびポリアクリラート、ポリメタクリラート、またはアクリラート／メタクリラートコポリマーを含む層を有するシートがあり、また熱可塑性エラストマーおよびエラストマーブレンドもあり得る。さらに、ＡＢＳ層をポリアクリラート、ポリメタクリラート、またはアクリラート／メタクリラートコポリマーとアロイ化することもできる。材料の例としては、米国ケンタッキー州フローレンスのＡｒｉｓｔｅｃｈ Ａｃｒｙｌｉｃｓ ＬＬＣから市販の商標名ＡＣＲＹＬＳＴＥＥＬ Ｍで販売されているアクリルシート、商標名ＡＬＴＡＩＲ ＰＬＵＳおよびＱＵＡＲＩＴＥ ＰＬＵＳで販売されているアクリル／ＡＢＳ積層シート、米国ペンシルベニア州ピッツバーグのＢａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓから市販のＬＵＳＴＲＡＮ ＡＢＳ ７５２、および米国ミズーリ州クレイトンのＳｐａｒｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ．から市販のＷＥＡＴＨＥＲ ＰＲＯがある。積層物のアクリル部分は、化粧表面として魅力的な外側表面を提供する。他の適切なシート材料としては、米国ペンシルベニア州ピッツバーグのＢａｙｅｒ Ｐｏｌｙｍｅｒｓから市販の商標名ＣＥＮＴＲＥＸで販売されているＡＳＡおよびＡＥＳシート、商標名ＭＡＫＲＯＬＯＮで販売されているポリカーボナートシートがある。製品名称ＨＤＰＥ ＳＰ、ＬＤＰＥ ＳＰ、ＨＩＰＳ ＳＰの熱可塑性ポリオレフィンシートは、米国ミズーリ州クレイトンのＳＰＡＲＴＥＣＨ Ｃｏｒｐ．から市販されている。これらシート材料は様々な等級のものが供給されており、作製された物品の所望の特性を実現するのに適した等級をどのように選択するかを当業者は理解している。

一般には、本発明の方法は、目に見える化粧表面として魅力的な層を有する熱可塑性シートで形成された内側または外側の表面層を有する繊維強化熱可塑性物品を形成するものである。最終熱硬化性構造物の金型の形状に一致する形状を得るために、適切なサイズの熱可塑性シートを、予備成形の熱成形用金型に導入する。予備成形ステップでの構造または形状の形成を容易にするために、熱可塑性シート材料を加温することができる。熱可塑性シートに効率的に形状を付けるために、熱成形用金型も適切な温度に加温あるいは加熱することができる。予備成形用の温度は、熱可塑性シートに適した温度に一致するように慎重に選択する。場合によっては、使用する温度は熱可塑性シートの軟化点よりも高い。一般に、熱可塑性シートの場合、予備成形ステップを、約１２１℃（２５０°Ｆ）〜約１７７℃（３５０°Ｆ）の温度で実施する。熱可塑性シートを予備成形せずに複合物品を形成するための金型に直接導入することもできる。シートを予備成形しない場合、金型に導入する前に、シートをその加熱撓み温度を超える温度に加温することができる。加熱撓み温度は、ＡＳＴＭ Ｄ−６４８法に従って決定することができ、通常はシート材料の供給業者によって指定されている。

適切な成形用流体としては、当業者によく知られている熱硬化性樹脂があり、それには、非可逆的化学架橋反応を受けることができるポリエステル、ビニルエステル、アクリルポリマー、ポリエポキシド、アミノプラスト、アルキド樹脂、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ビニルポリマー、フェノール樹脂、およびその混合物が含まれる。有用なポリエステル材料の非限定的な例としては、米国オハイオ州コロンバスのＢｏｒｄｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販のＲＤ−８４７Ａポリエステル樹脂、米国ウィスコンシン州ポートワシントンのＣｏｏｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓから市販のＳＴＹＰＯＬポリエステル樹脂、米国ノースカロライナ州ダラムのＲｅｉｃｈｏｌｄ Ｉｎｃ．から市販のスチレン含有ＰＯＬＹＬＩＴＥポリエステル樹脂、およびイタリアコモのＤＳＭ Ｂ．Ｖ．から市販のＮＥＯＸＩＬポリエステルがある。硬化触媒、粘度調整剤、離型剤、充填剤、顔料、乳白剤などを含めて、様々な添加剤を樹脂に組み込むことができる。粘度調整剤には、第ＩＩ族金属酸化物または水酸化物、および結晶性の水素飽和ポリエステルが含まれ得る。

有用な樹脂には、下記の配合物が含まれる。

本発明を実施するための複合成形装置は、交換可能で再使用可能な金型メンブランまたはスキンを使用することを特徴とする。交換可能な金型メンブランは、様々な形状の複合物品を作製するため、あるいは単に使い古した表面を交換するための安価で容易に交換された金型表面を提供する。本発明を実施するための成形装置は、ＭｃＣｏｌｌｕｍらの米国特許第５，９７１，７４２号、第６，１４３，２１５号、および第６，２５７，８６７号に記載されている。下記の説明では、同じ参考文献番号を、本発明の概要を示す図および実施形態を通して示された同じ部分に使用する。
一部では、成形装置は、互いに離れて向かい合う関係にある１対の金型半体を備えている。図１は、対向する金型半体対１、３を成す第１の金型半体１および第２の金型半体３を示す断面図である。この金型半体を、それぞれの金型表面５、７を互いに対向させて組み立て、所望の複合物品をその内部で作製するための金型プレナムを規定する。金型半体はそれぞれ、流体密封室１７、１９を形成するため、剛性ハウジング９、１１、およびこの剛性ハウジングに着脱自在に搭載されたメンブラン１３、１５を含む。メンブランは、ガラス繊維複合物、強化ナイロン、シートメタル、または当業者に知られている方式で好都合にしかも安価に作製、造形および再造形することができる他の適切な材料から作製することができる。各金型半体のメンブランは、同じ材料のものでも、異なる材料のものでもよい。さらに、メンブランは柔軟でもよく、成形ステップ中、完成品の適切な寸法を保証するために支持流体２１によって支持される。

流体密封室１７、１９はそれぞれ、非圧縮性で熱伝導性の支持流体２１で完全に満たされている。この流体２１は、メンブラン１３、１５を支持し、注入圧負荷を表面全体に均等に分散させる。支持流体２１は非圧縮性であるので、メンブラン１３、１５に加えられたどんな力も、この流体を介して剛性ハウジング９、１１の壁に伝達されることになる。支持流体としては、水などの無機液体、およびポリグリコールやポリシリコーンなどの有機液体がある。支持流体の選択は、温度や圧力などの成形変数に応じて異なる。例えば、金型の操作温度を上げたとき、より高い気化温度および熱安定性の支持流体が好ましいことを当業者は理解している。

金型半体１は、所望の成形用流体を金型プレナム中に加圧下で注入するための経路を提供する、金型半体１を通して延びる１種または複数の注入スプルー２３を含むことができる。対向する金型半体も、１種または複数のスプルーを含んでもよい。スプルーの数および配置は、成形される物品の形状および所望の特性、ならびに当業者によって理解される方式で使用される成形用流体の流れ特性に応じて異なる。

本発明によれば、マスター金型を使用した熱成形によって熱可塑性シート２５を造形する。熱可塑性シートを造形するための熱成形方法は、当業者がよく知っており理解している。加熱速度、成形温度、冷却速度などの熱成形条件は、造形される具体的なシート材料の特性によって変わることがある。例えば、シートは真空成形ステップで造形することができる。この場合、シートを加熱によって軟化させ、マスター金型上に載せ、次いで軟化させたシートを真空にかけて、このシートをマスター金型の形状に一致させることによって造形する。マスター金型は、雄または雌の成形用表面を提供することができる。成形された熱可塑性シートの形状が、射出成形装置の金型メンブランの形状と相補的になるようにマスター金型用の形状を選択する。造形されたシートは、金型半体によって規定される金型プレナムの形状に適合し、かつそれに実質的に一致する。金型メンブラン１３、１５も同様に雌雄の成形用表面を有する。造形された熱可塑性シートの雌型の特徴は、金型メンブランの雄型の特徴と相補的である。

熱可塑性シート２５は、化粧表面として魅力的な表面３１を有することができ、化粧表面として魅力的な表面３１は、仕上げ複合物体の外側表面になることを目的とする。熱可塑性シートの構成は全体的に同じでもよく、あるいはフィルム２７を剛性支持体２９上に有する積層体でもよい。例えば、フィルム２７はアクリルでもよく、剛性支持体２９はＡＢＳでもよい。図２および３に示すように、シート２５を金型に入れた場合、化粧表面３１は、金型メンブラン１５の表面に近く、強化材料３３は、化粧表面として魅力的な表面３１の反対側に配置される。下記に記載する実施形態では、シート２５と金型メンブランに接している強化材料３３の配置を逆にすることができる。強化材料を金型メンブランの表面近くにし、シートを強化材料上に配置することもできる。射出成形装置内の熱可塑性シートと強化材料の具体的な配置は、シートの化粧表面として魅力的な表面が仕上がり複合物品の外側または目に見える表面となるように決定される。

熱可塑性シート２５は、単一の熱可塑性ポリマー、２種以上の熱可塑性ポリマーのブレンドまたはアロイ、２種以上の熱可塑性ポリマーの積層体、あるいは熱可塑性シート材料をフォームコアの片側または両側に付着させたポリウレタンフォームなどのフォームコアを有する積層体とすることができる。熱可塑性積層体は、化粧表面として魅力的なフィルム２７を強化用の高耐衝撃熱可塑性支持体２９と組み合わせて含む表面を有することができる。図１〜２を参照すると、造形された熱可塑性シート２５を受容するための金型半体１、３は、開いた、離れて向かい合う関係で配置されている。造形された熱可塑性シート２５が金型半体１、３の間に配置され、その結果、熱可塑性シート２５の形状が金型メンブラン１３、１５の形状に一致して、金型半体１、３が閉じた位置に接合できるようになっている。図２は、金型メンブラン１５上に配置された、造形された熱可塑性シート２５を示す。繊維強化材料３３を、造形された熱可塑性シート７の化粧表面として魅力的な表面３１の反対側の表面３７上に載せる。繊維強化材料３３は、織られた、不織、または編まれた人工または天然のフィラメント状繊維とすることができ、チョップドストランドマットまたは連続ストランドマットに予備成形することもできる。適切な繊維としては、ガラス繊維、ナイロン、ポリエステル、大麻、クナフなどがある。図３を参照すると、金型半体１、３を接合して、金型プレナム３５を形成する。本発明の概念から逸脱することなく、熱可塑性シート２５を金型メンブラン１５に接触させて配置する前に、繊維強化材料３３を熱可塑性シート２５に接触させて配置することもできる。

支持流体２１の温度は、使用される具体的な成形用流体の硬化速度が最適になるように変えることができる。一般には、支持流体２１の温度は、２７℃（８０°Ｆ）〜９３℃（２００°Ｆ）である。さらに、それぞれ金型半体１、３の支持流体２１の温度は、同じでも、異なってもよく、シート材料および成形用流体の特性に応じて、経験的に選択することができる。金型半体１、３を接合させて、金型プレナム３５を形成した後、所望の成形用流体を、注入スプルー２３を経由して金型プレナム３５に注入する。成形用流体の温度を変えることによって、注入速度を変えることができる。成形用流体の温度は、通常は２１℃（７０°Ｆ）〜６６℃（１５０°Ｆ）の範囲であり、注入速度は、通常は成形用流体１１〜２３Ｋｇ（２５〜５０ポンド）／分である。最適注入速度は、当業者によく知られている要因に基づいて容易に決定される。金型プレナムが完全に成形用流体で満たされると、注入は終わる。プレナムが完全に満たされたかどうかは、上記で言及した米国特許に記載されている手段によって決定することができる。これらには、抽気孔（図示せず）からの過剰な成形用流体の吐出し、または成形用流体の注入中圧力変化を感知するための金型半体内の圧力センサ（図示せず）の目視観測が含まれる。注入圧力の比較的急激な上昇は、金型プレナム３５が満たされていることを示唆する。完成品の所望の特性を得るための最適硬化速度が得られる、あるいはその他の方法で成形プロセスが最適になるように、それぞれ成形用表面５、７の温度を調節することができる。成形用流体の硬化は、通常は発熱プロセスであり、発熱ピークが観察されるまで硬化は継続される。樹脂を硬化させた後、積層された複合成形品を金型から取り出す。本発明の趣旨から逸脱することなく、樹脂が完全硬化する前に物品を取り出すこともできる。

別の実施形態では、上記で第１の実施形態について記載したように、１対の金型半体１、３を離れて向かい合う関係で配置する。図４を参照すると、強化材料３３は金型表面７に接触して配置されている。造形された熱可塑性シート２５を強化材料３３に接触させて金型半体１、３の間に配置する。金型半体１、３が閉じた位置に接合されて、金型プレナムが形成できるように、熱可塑性シート２５は、金型メンブラン５，７の形状に一致する形状を有する。熱可塑性シート２５は、化粧表面として魅力的な表面３１を提供する、化粧表面として魅力的なフィルム２７を高耐衝撃熱可塑性支持体２９と併せて有する積層体とすることができる。化粧表面として魅力的なフィルム２７は、複合物品の外側表面を提供する。金型半体１、３を接合させて、金型プレナムを形成する。成形用流体をプレナムに注入して、強化材料に含浸させる。成形用流体を硬化させ、複合成形品を金型から取り出す。

図５〜７を参照すると、別の実施形態では、熱可塑性シート５７が金型半体１、３の間に配置され、金型半体１、３を接合させて、金型メンブラン１３、１５の形状に一致するようにシート５７が造形される。造形ステップを容易にするために、熱可塑性シート５７を、金型半体１、３の間に配置する前に加熱することによって軟化させることができる。あるいは、支持流体２１の温度を、金型半体を接合させるとき熱可塑性シート５７を軟化させるのに十分な温度に調整することができる。熱可塑性シート５７の軟化方法は、当業者には容易に確認できるシートの厚さ、柔軟性、および軟化点などの変数の影響を受ける。一般には、金型半体１、３を接合させたとき、厚さ約５ｍｍ未満のより薄い柔軟なシートを、支持流体２１の熱によって軟化させることができる。金型半体の間に挿入する前に、約５ｍｍより薄いシートを、熱風、赤外線加熱器、熱板、または任意の常法によって軟化してもよい。金型半体１、３を引き離し、強化材料３３を造形された熱可塑性シート５７の表面３９上に載せる。金型半体１、３を再び接合させて、金型プレナム３５を形成し、成形用流体をプレナム３５に注入する。成形用流体を硬化させ、複合成形品を金型から取り出す。

別の実施形態では、強化材料が第１および第２の熱可塑性シートの間に挟まれた複合成形品を形成する。図８〜９を参照すると、金型半体１、３が間隔を置いて対向する関係で配置されている。第１の熱可塑性シート４１を金型半体３に入れる。熱可塑性シートを、金型メンブラン１５の形状に実質的に一致するように造形する。強化材料３３を熱可塑性シート４１上に載せる。強化材料３３を所望の物品の形状に予備成形してもよい。第１の熱可塑性シート４１の形状に一致する第２の熱可塑性シート４３を、強化材料３３上に載せる。第１および第２の熱可塑性シート４１、４３は、同じ熱可塑性物でも、異なる熱可塑性物でもよい。例えば、完成品の両側が見られる可能性がある場合、外側表面はすべて化粧外観を有することが望ましい。しかし、完成品の片側だけが見られる可能性がある場合、見られる表面が必要であるシートしか化粧外観を有しない。熱可塑性シート４１、４３および強化材料３３を金型プレナム３５中で挟むように、金型半体１、３を互いに閉じる。成形用流体をプレナム３５中に注入し、成形用流体を硬化させ、複合成形品を金型から取り出す。

熱可塑性シートを密閉金型装置に入れた後、真空にすると有利である。真空にすると、熱可塑性シートを金型メンブラン上で定位置に保持することができ、あるいは熱可塑性シートを金型メンブランの形状に熱成形する助けとなり得る。図１０に示すように、真空ポート４５を金型メンブラン１５に形成する。ポート４５を、真空ポンプ（図示せず）または他の真空供給源に接続している真空ライン４７に接続する。真空ポート４５の数および配置は、特に重要ではなく、その目的とする用途に基づいて変えることができる。例えば、単に造形されたシートを定位置に保持するにはより少ないポートが必要になる可能性があり、シートを熱成形するにはより多いポートが必要になる可能性がある。また、真空ポートは、金型メンブラン１３、１５のどちらかまたは両方に設けることができる。

図１１を参照すると、圧縮性非摩耗性の軟質ライナ４９を金型メンブラン１５上に配置してもよい。軟質ライナは、複合物品を成形中に金型メンブラン１５上の凹凸、バリ、または偶発的な破片によって熱可塑性シートの化粧表面が擦傷されるのを防ぐ。軟質ライナ４９は、約３ｍｍ〜約２５ｍｍの厚さとすることができ、金型の形状に予備成形することができる。しかし、軟質ライナ４９は、金型メンブラン１５の形状に容易に一致する場合、予備成形調製する必要がない。軟質ライナ４９を、金型メンブラン１５に適合するようにパターンカットし、接着剤で金型メンブラン１５に結合させる。ライナ材料は、米国メイン州サンフォードのＵＳＦＥＬＴから様々な等級のものが市販されている羊毛フェルトなどの単一材料を含むことができる。また、フォームゴム層を含めて多重層を有するライナ材料を使用することもできる。ゴム層は、天然ゴム、ネオプレン、ＳＢＲ、ＥＤＰＭ、ポリエチレン、ポリウレタン、ＮＰＶＣ、およびＥＶＡゴム材料を含む、連続気泡ゴムまたは独立気泡ゴムとすることができる。適切な多層材料は、プラスチックフィルムを片側に付着させた連続気泡フォームゴムであり、米国コネチカット州ムースアップのＧｒｉｓｗｏｌｄ Ｒｕｂｂｅｒ Ｃｏ．から市販されている。多層軟質ライナの場合は、フォームゴム層が金型メンブランに近く、プラスチックフィルムが熱可塑性シートの化粧表面に近くなるように、ライナを配置することが好ましい。化粧表面として魅力的な表面３１を少なくとも片側に有する造形された熱可塑性シート５１を、化粧表面として魅力的な表面３１が軟質ライナ４９に接触するように軟質ライナ４９上に載せる。強化材料（図示せず）を熱可塑性シート５１の表面５５上で化粧表面として魅力的な表面３１の反対側に載せることができ、金型半体を閉合して金型プレナムを形成し、成形用流体をプレナムに注入し、硬化させて複合物品を形成する。本発明の範囲を逸脱することなく、軟質ライナを、熱可塑性シートの化粧表面と金型メンブラン１３、１５のどちらかまたは両方の成形用表面との間で使用することもできる。

繊維強化複合物品の場合、多様な応用例としては、例えばトラック荷台およびカバー、トノカバーおよびフード、グリルカバー、ならびに車体パネルを含めて、自動車、トラック、バン、バス、キャンピングカー、トレーラーなどの陸上車両の構造部品および装飾的部品；浴槽、温水浴槽、シャワー、シャワーパン、および壁包囲物（ｗａｌｌ ｓｕｒｒｏｕｎｄ）を含めて、建築および構築物品、ならびに交換部品；ボートハル、デッキ、ハッチカバー、マスト、座席、およびコンソールを含めて、リクレーション用ウォータークラフト；ゴルフカートシャーシおよび車体、カヌー、カヤックなどのリクレーション用装置；ウォータースライド、サーフボード、雪上および水上スキー、砂箱などの遊園地装置；ならびに航空機および航空宇宙機部品がある。一般には、複合繊維強化構造体は、強度および耐久性が必要であり、魅力的または装飾的な外観が望ましい多種多様な用途で金属の代替品として適したものである。

本発明の一複合構築物は、ボートハルである。ボートハルの設計はサイズおよび形状が様々である。特定の設計は、強度、剛性、および浮力用の剛性ポリウレタンフォーム強化材（ストリンガーまたはログ）を必要とすることができる。特定のハル設計用のログのサイズ、形状、および数は、以下に記載のものとは異なる可能性がある。しかし、船舶建造の技術者は、特定の設計用の構造基準を理解している。本発明は、成形複合材料での建造に適したボートハルに適用することができる。ボートハルを使用して、本発明による構築物を例示するが、本発明の完全な範囲は特定の物体または形状に限定されるものではなく、上記に記載する広範囲の用途を包含するものであることを当業者は理解している。

本発明によるボートハルは、厚さが最高約２．５ｍｍ、しばしば１ｍｍを超えて約２．５ｍｍまでのアクリルポリマーフィルム層、および厚さ約０．５〜約１５ｍｍのＡＢＳまたはＡＢＳ−アクリルアロイ熱可塑性物を含む層を含む。熱可塑性アクリルポリマー、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイを含む、厚さが最高約２．５ｍｍの追加の層を含むこともできる。繊維強化複合を含む層を、仕上げ構築物の内側層である熱可塑性層に塗布する。剛性ポリウレタンフォーム強化材を繊維強化複合層に隣接する構築物中に含むことができる。

シート材料は、様々な等級のものが供給されており、仕上げ構築物の所望の特性を実現するのに適した等級をどのように選択するかを当業者は理解している。シート材料をプラスチック押出方法によって注文作製して、特定の外観、構造、強度、または成形方法向けの任意の層数および熱可塑性材料の組合せを得ることができる。

構築物は、繊維強化材またはフィラメント強化複合層も含む。繊維強化材は、通常は、繊維部分またはフィラメント材料で作製される、織ったまたは不織のシートを含む。織ったまたは不織の材料は、繊維から形成することもでき、あるいは織ったまたは不織のシート中の他のコーティングまたは樹脂を含浸させる、またはそれと組み合わせることもできる。様々な天然または合成繊維を強化層で使用することができる。天然繊維には、綿、亜麻、黄麻、クナフ、および当業者によって知られている天然資源由来の他の繊維が含まれ得る。同様に、合成繊維には、ポリオレフィン繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、および他のこのような熱可塑性または熱硬化性繊維材料が含まれ得る。無機繊維には、ガラス繊維強化材料、炭素繊維強化材料、またはホウ素繊維など他の特殊繊維が含まれ得る。

繊維強化材に成形用流体を注入し、続いて硬化して、熱可塑性形状を強化する。適切な成形用流体としては、当業者によく知られている不飽和熱硬化性樹脂があり、非可逆的化学架橋反応を受けることができるポリエステル、ビニルエステル、アクリルポリマー、ポリエポキシド、アミノプラスト、アルキド樹脂、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、ビニルポリマー、フェノール樹脂、およびその混合物が含まれる。有用なポリエステル材料の非限定的例としては、米国オハイオ州コロンバスのＢｏｒｄｅｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌｓから市販のＲＤ−８４７Ａポリエステル樹脂、米国ウィスコンシン州ポートワシントンのＣｏｏｋ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ａｎｄ Ｐｏｌｙｍｅｒｓから市販のＳＴＹＰＯＬポリエステル樹脂、米国ノースカロライナ州ダラムのＲｅｉｃｈｏｌｄ Ｉｎｃ．から市販のスチレン含有ＰＯＬＹＬＩＴＥポリエステル樹脂、およびイタリアコモのＤＳＭ Ｂ．Ｖ．から市販のＮＥＯＸＩＬポリエステルがある。熱可塑性表面と硬化された不飽和熱硬化性樹脂の間の接着結合強度は、熱可塑性と樹脂の様々な組合せによって変わることがある。強化複合構造物作製の技術者は、特定の構造用の結合強度が最適になるように材料をどのように選択するかを理解している。硬化触媒、粘度調整剤、離型剤、充填剤、顔料、乳白剤などを含めて、様々な添加剤を樹脂に組み込むことができる。粘度調整剤には、第ＩＩ族金属酸化物または水酸化物、および結晶性の水素飽和ポリエステルが含まれ得る。

構築物はさらに、しばしば「ログ」または「ストリンガー」と呼ばれる剛性ポリウレタンフォーム強化材を含むことができる。ストリンガーを使用して、複合ボートハルに構造強化および浮力を提供する。ストリンガーは、ボートハルの設計に適した任意の形状および寸法とすることができ、通常のポリウレタンフォーム造形方法によって形成され、硬化される。通常は、この構造フォームは、硬化する前に膨張して金型を満たす２液型自己膨張性自己硬化性フォームである。ポリウレタンの主要成分は、ジイソシアナート、およびポリオールやポリアミンなどの活性水素化合物である。イソシアナートと活性水素官能基は結合して、ウレタン結合を形成する。ポリウレタンフォーム形成用のイソシアナート化合物は、ＢＡＳＦ Ｃｏｒｐ．、Ｂａｙｅｒ Ｇｒｏｕｐ、およびＰＰＧ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓから様々な等級のものが市販されている。フォーム形成用の発泡剤としては、「水素化クロロフルオロカーボン」（ＨＣＦＣ）、水、および／またはＣＯ_２がある。適切なポリオール化合物は、化学構造が非常に異なり、広範囲の物理的諸特性をもたらす。典型的なポリオール化合物としては、ポリエーテルポリオール、多価アルコール、ビスフェノール化合物、アルカノールアミン、ポリエステルポリオールなどがある。ポリウレタンフォーム形成用の成分の選択基準を記述している、Ｔｅｃｈｎｏｍｉｃ， Ｐｕｂ．Ｃｏ．からのＲｉｇｉｄ Ｕｒｅｔｈａｎｅ Ｆｏａｍ ＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇやＮｏｙｅｓ Ｄａｔａ Ｃｏｒｐ．からのＵｒｅｔｈａｎｅ Ｆｏａｍｓ：Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎなどの専門書がある。ポリウレタンフォーム作製の技術者は、所望の特性を得るためにどのようにポリウレタンを配合するかを理解している。

図１２〜１４を参照して、本発明による複合構築物について説明する。図１２は、サイド２、フランジ４、ストレーキ６、チャイン８、およびトランソム１２を有するボートハル１０の代表図である。フランジ４は、舷縁、またはデッキ、ハルライナもしくは他の構築物部品用の取付表面として機能することができる。サイドウォール２は、実質的に平面であり、チャイン８と約８５°〜１０５°の角度を成すことができる。トランソム１２は、ビルジポンプや内外機式駆動装置（ｓｔｅｒｎ ｄｒｉｖｅ）などの機械部品を設置するための開口部（図示せず）を有することもできる。図１３は、ハル１０がキール１４に対して実質的に対称であることを示すハル１０の断面図である。ハル１０は、外側熱可塑性アクリルポリマー表面層１８、内側表面１９ａを有する熱可塑性層２０、内側表面１９ａと隣接する繊維強化複合層２２、およびオプションの剛性ポリウレタンフォームストリンガー１６を含むボトム表面２１と角度を成すサイドウォール２を含む。ストリンガー１６を成形プロセス中、所望の位置に保持するために、ストリンガー１６を第２の繊維強化複合層２４で取り囲む。ストリンガー１６は、熱可塑性層の形状に一致する形状を有することもできる。図１３に示すストリンガー１６は、ハル１０の内側上にストレーキ６によって形成された陥没部２８に一致する突出部２６を有する。突出部２６は、陥没部２８に係合して、成形プロセス中、ストリンガー１６を定位置に保持する助けとなる。ボトム表面２１は、平坦でも、湾曲でもよい。図１４は、複合構築物をより詳細に示す図１３の部分拡大図である。

図１５は、繊維強化層７６と隣接する、アクリルポリマー、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイを含む熱可塑性材料の追加の内側層７０を有するハル構築物の別の実施形態の断面図である。図１５の構築物は、外側アクリルポリマー層７４、隣接する熱可塑性層７２、熱可塑性層７２に隣接する熱可塑性内側層７０、および内側層７０に隣接する繊維強化層７６を含む。内側層７０は、繊維強化層７６に結合表面７８を提供する。構築物は、剛性ポリウレタンフォームストリンガー１６を含むこともできる。ストリンガー１６を所望の位置に保持するように、ストリンガー１６を繊維強化複合層２４内に取り囲む。

図１６〜１８を参照して、別の実施形態を記述する。図１６は、外側側面４２、内側側面４３ａ、内側側面４３ａに隣接する底部４８、凹形の内側４４、および片端での給排水連結用開口部４６を有する浴槽４０の代表図である。図１７は、浴槽４０の断面図である。浴槽４０は、外側熱可塑性アクリルポリマー層５２、アクリルポリマー層５２に積層された熱可塑性層５４、および熱可塑性層５４に隣接する繊維強化複合層５６を含む。アクリルポリマー層５２は、浴槽４０の設置に応じて完全にまたは部分的に見ることができる、化粧表面として魅力的な表面５８を有する。浴槽４０は、凹と凸の両形の見ることができる表面を有する構築物を示している。図１８は、オプションの剛性ポリウレタンフォーム支持体６０を有する浴槽４０の断面図である。剛性ポリウレタン支持体の形状および配置は、必要に応じて所望の強度および剛性を浴槽に提供するように、浴槽設計によって変わることがある。成形プロセス中、支持体６０を定位置に保持するように、剛性ポリウレタン支持体６０を繊維強化複合層６２で取り囲む。

次に、本発明による複合物を作製する代表例を示す。寸法が３．８ｍｍ×１６５０ｍｍ×２０３０ｍｍで、米国ミズーリ州クレイトンのＳｐａｒｔｅｃｈ Ｃｏｒｐ．から市販の商標名ＤＲ／ＧＸ ３８００で販売されているアクリル／ＡＢＳシートを、回転式熱成形装置に載せる。アクリル表面は、化粧表面であり、アクリル表面が完成品の外側表面となるように、シートを熱成形する。シートを、予備加熱ステーションに入れ、約１６０℃〜約１８８℃（約３２０°Ｆ〜約３７０°Ｆ）の温度で加熱する。シートがたるみ始めることによって示唆される適切な成形温度が実現されるまで、シートを加熱する。予備成形シートを、ギャップ、しわ、または他の表面傷を引き起こすことなく金型に入れることができるような最初の予備造形物を得るために、シートを軟化しなければならない。約７７℃（約１７０°Ｆ）に加熱された形状マスター金型を、軟化させたシートと接触させ、真空にする。シートを、マスター金型の形状に形成する。造形されたシートを放置して室温まで冷却し、固める。

米国ペンシルベニア州グリーンビルのＶＥＣ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ．から入手可能な密閉金型装置を使用して、複合物品を作製する。この装置は、密閉金型半体を備え、各半体は、メンブランが取り付けられた剛性ハウジングを有する。金型半体を接合させたとき金型プレナムが形成されるように、メンブランを雌雄の型部材として造形する。各金型半体の剛性ハウジングおよびメンブランは、流体密封室を形成する。この流体室はそれぞれ支持流体である水で満たされている。支持流体は、適切な寸法を保証するためにメンブランを支持し、また温度調節が成形用流体の硬化速度を調節することができる。

熱可塑性シートの形状は、金型半体が接合されて金型プレナムが形成されるように、金型メンブランの形状に一致する。各金型半体中の支持流体の温度を、６６℃（１５０°Ｆ）に調整する。造形された熱可塑性シートを金型半体に入れる。約８．０Ｋｇ（約１７．６ポンド）のガラス繊維マットを、熱可塑性シートの露出された表面、すなわち、メンブランに接触しているシート表面に対向するシート表面に適用する。金型半体を接合して、金型プレナムを形成する。

成形用流体形成用の樹脂ブレンドを、以下の組成に従って調製する。

樹脂ブレンド、触媒、および約０．４５４ｇ（約０．００１ポンド）の難燃剤を含む成形用流体を、貯蔵器中で２８℃（８２°Ｆ）に加熱する。成形用流体を金型プレナムに注入して、ガラス繊維強化材料に含浸させる。注入速度は、満杯になるまで約４８３ｃｍ（約１９０インチ）／秒である。成形用流体を約６０分間硬化させる。発熱ピーク温度の約６６℃（約１５１°Ｆ）が（別段の注記がない限り）約４０分で出現する。金型半体を引き離して、複合物を、金型から取り出す前に空冷させる。金型から複合物を取り出した後、過剰の材料を縁部から削り取り、必要に応じて穴をあけて、完成品の作成を終了する。

本発明のいくつかの実施形態を本明細書に開示かつ記載したが、本発明は、本発明の趣旨、または下記の特許請求の範囲から逸脱することなく、修正が可能であることを理解されたい。

雌雄の金型半体の間の造形された熱可塑性シートを示す成形装置の部分断面図である。 繊維強化材料とともに雌の金型半体に配置された造形された熱可塑性シートを示す成形装置の部分断面図である。 雌雄の金型半体が造形された熱可塑性シートの周りに閉じられて、金型プレナムが形成されることを示す成形装置の部分断面図である。 繊維強化材料とともに雌の金型半体に配置された強化材料を示す成形装置の部分断面図である。 雌雄の金型半体の間に配置された熱可塑性シートを示す成形装置の部分断面図である。 繊維強化材料とともに雌の金型半体に配置された造形された熱可塑性シートを示す成形装置の部分断面図である。 繊維強化材料とともにプレナム中に配置された造形された熱可塑性シートを示す、金型プレナムを有する密閉成形装置の部分断面図である。 強化材料とともにその間に配置された造形された熱可塑性シート２枚を示す成形装置の部分断面図である。 繊維強化材料とともにプレナム中に配置された造形された熱可塑性シート２枚を示す、金型プレナムを有する密閉成形装置の部分断面図である。 真空ポート付きの金型半体の部分断面図である。 金型メンブランの表面と熱可塑性シートの化粧表面の間の軟質ライナを示す、本発明の別の実施形態の部分断面図である。 本発明の積層特徴を有するボートハルを示す図である。 ボートハル構築物の断面図である。 ボートハル構築物の部分プロファイルである。 本発明の別の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態の断面図である。 本発明の別の実施形態の断面図である。

Claims (24)

1. （ａ）第１の造形された金型メンブランを含む第１の金型半体と、第２の造形された金型メンブランを含む第２の金型半体とを間隔を置いた関係に配置するステップであって、第１および第２の造形された金型メンブランが、接合させたときに、物品を成形するための金型プレナムを規定するステップと、
   （ｂ）形状が金型メンブランの形状に実質的に一致する熱可塑性シートを、金型プレナムに入れるステップと、
   （ｃ）強化材料を金型プレナムに入れるステップと、
   （ｄ）熱可塑性シートと強化材料が金型プレナム中で接触するように第１および第２の金型半体を閉じるステップと、
   （ｅ）成形用流体を加圧下で金型プレナム中に導入するステップと、
   （ｆ）成形用流体を硬化させるステップとを含む成形物品の作製方法。
2. ライナを熱可塑性シートと金型メンブランの間に配置するステップをさらに含む請求項１に記載の方法。
3. （ａ）第１の金型メンブランを含む第１の金型半体と、第２の金型メンブランを含む第２の金型半体とを間隔を置いて対向する関係に配置するステップであって、第１および第２の金型メンブランが、接合させたときに、物品を成形するための金型プレナムを規定するステップと、
   （ｂ）強化材料を第１または第２の金型メンブランの一方に接触させて配置するステップと、
   （ｃ）形状が金型プレナムの形状に実質的に一致する熱可塑性シートを、強化材料に接触させて配置するステップと、
   （ｄ）熱可塑性シートと強化材料が金型プレナム中で接触するように第１および第２の金型半体を互いに閉じるステップと、
   （ｅ）成形用流体を加圧下で金型プレナム中に注入するステップと、
   （ｆ）成形用流体を硬化させるステップとを含む成形物品の作製方法。
4. （ａ）第１の造形された金型メンブランを含む第１の金型半体中に、熱可塑性シートを入れるステップと、
   （ｂ）第１の金型半体と、シートと、第２の造形された金型メンブランを含む第２の金型半体とを間隔を置いて対向する関係に配置するステップであって、第１および第２の造形された金型メンブランが、接合させたときに、物品を成形するための金型プレナムを規定するステップと、
   （ｃ）熱可塑性シートが金型プレナム中で造形されるように第１および第２の金型半体を閉じるステップと、
   （ｄ）第１および第２の金型半体を開くステップと、
   （ｅ）強化材料を、造形された熱可塑性シートの表面に接触させて配置するステップと、
   （ｆ）熱可塑性シートと強化材料が金型プレナム中で接触するように第１および第２の金型半体を互いに閉じるステップと、
   （ｇ）成形用流体を加圧下で金型プレナム中に注入するステップと、
   （ｈ）成形用流体を硬化させるステップとを含む成形物品の作製方法。
5. （ａ）金型メンブランの形状に実質的に一致する形状を有する第１の熱可塑性シートを、第１の造形された金型メンブランを含む第１の金型半体に入れるステップと、
   （ｂ）強化材料を、造形された熱可塑性シートの表面に接触させて配置するステップと、
   （ｃ）第１の熱可塑性シートの形状に一致する第２の熱可塑性シートを、強化材料に接触させて配置するステップであって、第１の熱可塑性シート、強化材料、および第２の熱可塑性シートが積層体を成すステップと、
   （ｄ）第１の金型半体と積層体を、第２の造形された金型メンブランを含む第２の金型半体とともに、間隔を置いて対向する関係に配置するステップであって、第１および第２の造形された金型メンブランが、接合させたときに、物品を成形するための金型プレナムを規定するステップと、
   （ｅ）熱可塑性シートと強化材料が金型プレナム中で挟まれるように第１および第２の金型半体を互いに閉じるステップと、
   （ｆ）成形用流体を加圧下で金型プレナム中に注入するステップと、
   （ｇ）成形用流体を硬化させるステップとを含む成形物品の作製方法。
6. 造形され積層された構築物を含む物品であって、構造が
   （ａ）厚さが最高約２．５ｍｍのアクリルポリマー層と、
   （ｂ）厚さ約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの熱可塑性層と、
   （ｃ）繊維強化複合体を含む第３層とを含む物品。
7. アクリルポリマー層が構築物の露出された装飾的な外側層である請求項６に記載の物品。
8. 第３層が熱可塑性層に隣接する請求項７に記載の物品。
9. アクリルポリマー層が約０．４ｍｍ〜約１ｍｍであり、熱可塑性層が約１．５ｍｍ〜約１５ｍｍである請求項６に記載の物品。
10. 熱可塑性層がＡＢＳ、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイからなる群から選択される請求項６に記載の構造物。
11. 構造が、浴槽、自動車両またはリクレーション用装置または航空機や航空宇宙機の部品の形状である請求項６に記載の物品。
12. 繊維強化複合層で囲まれている剛性ポリウレタンフォーム強化材をさらに含む請求項６に記載の物品。
13. 複合物が天然または合成繊維質材料で強化されている請求項６に記載の物品。
14. 造形され積層された構築物を含む物品であって、構造が
    （ａ）厚さが最高約２．５ｍｍの第１のアクリルポリマー層と、
    （ｂ）厚さ約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの熱可塑性層と、
    （ｃ）アクリルポリマー、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイを含む第３層と、
    （ｄ）第３層に隣接する繊維強化複合層とを含む物品。
15. アクリルポリマー層が構築物の露出された装飾的な外側層である請求項１４に記載の物品。
16. 第１のアクリルポリマー層が約０．４ｍｍ〜約１ｍｍであり、熱可塑性層が約１．５ｍｍ〜約１５ｍｍである請求項１４に記載の物品。
17. 熱可塑性層が、ＡＢＳ、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイからなる群から選択される請求項１４に記載の物品。
18. 構造が、浴槽、自動車両またはリクレーション用装置または航空機や航空宇宙機の部品の形状である請求項１４に記載の物品。
19. 複合物が天然または合成繊維質材料で強化されている請求項１４に記載の構築物。
20. 繊維強化複合層で囲まれている剛性ポリウレタンフォーム強化材をさらに含む請求項１４に記載の物品。
21. 造形され積層された構築物を含む物品であって、構造が
    （ａ）厚さが最高約２．５ｍｍの第１のアクリルポリマー層と、
    （ｂ）厚さ約０．５ｍｍ〜約１５ｍｍの熱可塑性ＡＢＳまたはＡＢＳ−アクリルアロイ層と、
    （ｃ）アクリルポリマー、ＡＳＡ、またはＡＢＳ−アクリルアロイを含む第３層と、
    （ｄ）第３層に隣接する繊維強化複合物を含む第４層と、
    （ｅ）構造ポリマーフォーム強化材とを含む物品。
22. アクリルポリマー層が構築物の露出された装飾的な外側層である請求項２１に記載の物品。
23. 第１のアクリルポリマー層が約０．４ｍｍ〜約１ｍｍであり、熱可塑性層が約１．５ｍｍ〜約１５ｍｍである請求項２１に記載の物品。
24. 構造が、浴槽、自動車両またはリクレーション用装置または航空機や航空宇宙機の部品の形状である請求項２１に記載の物品。