JP2015521661A - ノンクリンプファブリックおよびｐｅｉを含有する複合材料の要素の製造方法およびそれを用いて得られる複合材料の要素 - Google Patents
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Abstract
本発明は、好適な順序で行われる以下の工程：（ａ）ノンクリンプファブリックを提供する工程；（ｂ）ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を溶媒に溶解する工程；（ｃ）溶解したＰＥＩを含む溶媒をノンクリンプファブリック上に配置する工程；（ｄ）溶解したＰＥＩを含む溶媒を加圧してノンクリンプファブリック中に入れる工程；（ｅ）ＰＥＩがノンクリンプファブリック中に残るように、溶媒を蒸発させるためにノンクリンプファブリックを加熱する工程；および（ｆ）ノンクリンプファブリックを冷却し、ＰＥＩを硬化させて要素を得る工程を含む、ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素を製造する方法に関する。本発明はまた、ノンクリンプファブリックが強化材として組み込まれている、例えばプレート状体またはシート状体を含む、本発明による方法を適用することによって得られるノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素。に関する。
Description
本発明は、ノンクリンプファブリックおよびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を含有する複合材料の要素を製造する方法に関する。
ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料は、その特性のため、多様な高品質用途に適している。このような複合要素は、例えば、自動車、トラック、ボート、飛行機、ヘリコプターおよび宇宙船などの車両の部品を製造するのに適している。ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素の製造は、それ自体既知の様々な方法を用いて行うことができる。ＰＥＩは、ノンクリンプファブリックが強化材として組み込まれたＰＥＩの要素を得るために、様々な方法でノンクリンプファブリック中に配置することができる。しかしながら、現在知られている方法はそれぞれ、例えばこのようなＰＥＩを微粉砕することにより、またはＰＥＩの粘度が高いためにＰＥＩをノンクリンプファブリック中に配置することが困難であることによりコストが高くなるという、特有の欠点を有している。
本発明の目的は、少なくとも部分的に上記の欠点を解消することを目的とする。本発明の特定の目的は、ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素が、単純および／または比較的低コストおよび／または迅速な方法で、および／またはノンクリンプファブリックへの良好なＰＥＩの含浸が可能となるように製造することができる別の方法を提供することである。
前述のタイプの方法は、このような目的のために、好適な順序で行われる以下の工程：
（ａ）ノンクリンプファブリックを提供する工程；
（ｂ）ＰＥＩを溶媒に溶解する工程；
（ｃ）溶解したＰＥＩを含む溶媒をノンクリンプファブリック上に配置する工程；
（ｄ）溶解したＰＥＩを含む溶媒を加圧してノンクリンプファブリック中に入れる工程；
（ｅ）ＰＥＩがノンクリンプファブリック中に残るように、溶媒を蒸発させるためにノンクリンプファブリックを加熱する工程；および
（ｆ）ノンクリンプファブリックを冷却し、ＰＥＩを硬化させて要素を得る工程
を含む。
（ａ）ノンクリンプファブリックを提供する工程；
（ｂ）ＰＥＩを溶媒に溶解する工程；
（ｃ）溶解したＰＥＩを含む溶媒をノンクリンプファブリック上に配置する工程；
（ｄ）溶解したＰＥＩを含む溶媒を加圧してノンクリンプファブリック中に入れる工程；
（ｅ）ＰＥＩがノンクリンプファブリック中に残るように、溶媒を蒸発させるためにノンクリンプファブリックを加熱する工程；および
（ｆ）ノンクリンプファブリックを冷却し、ＰＥＩを硬化させて要素を得る工程
を含む。
本発明によれば、ＰＥＩは溶媒に溶解されているため、ＰＥＩを微粉砕する必要がなく、それによりコストを節約することができる。
ＰＥＩおよび溶媒の混合物は非溶解溶融ＰＥＩよりも低い粘度を有し、それによって、混合物がノンクリンプファブリックの独立したフィラメント間を容易に流動することができ、ＰＥＩのノンクリンプファブリック中への配置を簡単な方法で行うことができ、ノンクリンプファブリックへの良好なＰＥＩの含浸が可能となる。
工程（ｃ）は、例えば、溶解したＰＥＩを含む溶媒で満たされた槽を通過させて、ノンクリンプファブリックを引っ張ることによって行うことができる。上記槽を通過させて引っ張ったこのノンクリンプファブリックは、次に工程（ｄ）において、互いに近接して配置された２つの加圧ロール間を通して引いてもよい。上記２つの加圧ロールはここで、溶媒および溶解したＰＥＩを含むノンクリンプファブリックが所定の厚さを有するように、互いから所定の距離で配置される。
本発明による方法において、ノンクリンプファブリックの１つの層が工程（ｄ）において加圧されることが明らかとなることが注目される。層ごとに加圧することによって良好な含浸が行われ、それによって溶解したＰＥＩを含む溶媒を加圧して上記織物中に入れ、それによって製品の品質を高めることができる。
溶媒の溶解したＰＥＩとの混合物を別の層に別々に配置し、次いで上記層を共に加圧して積層体を形成する方法においては、ＰＥＩを含む溶媒が加圧されてすべての層に入らず、製品の品質が比較的低いものとなることがあるかもしれない。
工程（ｅ）は、例えば、溶媒および溶解したＰＥＩを含むノンクリンプファブリックをオーブン中で加熱することによって行うことができる。ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックの冷却および硬化の後または間に、ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックは、複合要素の容易な貯蔵および輸送を可能にするためにロール上に巻いてもよい。
本発明による方法を用いて製造されたノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料は、ＮＣＦ／ＰＥＩ複合材料とも呼ばれる。ＰＥＩは熱可塑性プラスチックであるので、ＮＣＦ／ＰＥＩ複合材料は熱可塑性複合材料とも呼ばれる。
本発明による方法の１つの態様は、工程（ｅ）の後に、
（ｇ）ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックまたは要素を上昇させた温度でプレスして、ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックまたは要素平坦化する工程
を更に含む。
（ｇ）ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックまたは要素を上昇させた温度でプレスして、ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックまたは要素平坦化する工程
を更に含む。
平坦な表面を有するＮＣＦ／ＰＥＩ複合要素は、これによって簡単な方法で得られる。
上記ノンクリンプファブリックまたは要素の厚さも、工程（ｇ）を行うことによって設定することができる。
上記上昇させた温度は、好ましくはＰＥＩのほぼ軟化点または軟化点より高い温度である。しかしながら、軟化点より低い温度で、工程（ｇ）を行うこともできる。工程（ｇ）を行う最高温度は、まだ許容可能であるＰＥＩの分解が起こる温度である。従って、上昇させた温度は、本明細書中では、工程（ｇ）を行うのに好適な温度、特に選択されたＰＥＩの（許容可能な）分解温度の最高値以下の、ＰＥＩの軟化点より７０℃低い最高値である温度を意味すると理解される。実際の方法において、上昇させた温度は約１４０〜３６０℃の範囲内である。
ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックは、例えば、まだ暖かい場合には、工程（ｅ）の直後にプレスすることができ、ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックを二回加熱する必要がないように、工程（ｆ）は工程（ｇ）の後に行われる。
また、工程（ｇ）を工程（ｆ）の前に行うことができ、要素を再び加熱する。例えば、硬質複合板を得るために、工程（ｆ）で得られたいくつかの要素を同時にプレスする場合、このような方法は有利である。
繊維は、好ましくは、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびポリエステル繊維から成る群から選択される。このような繊維は、ＰＥＩを強く強化する。
特にガラス繊維および炭素繊維により、耐熱性、低燃焼性、良好な耐衝撃性および低い吸湿性を有するＮＣＦ／ＰＥＩ複合材料が製造される。
一方向に強度が高くおよび／または硬質であり、他方向に例えば弾力性を有する複合要素を得るために、ノンクリンプファブリック中の繊維は、一方向に延びていてもよい。このようなファブリックはまた一方向繊維とも呼ばれる。
ノンクリンプファブリックはまた、それぞれの層において、繊維が一方向に延びており、異なる層の繊維が異なる方向に延びているいくつかの層を含むことができる。これによって、比較的低い重量を有する硬質の複合要素が得られる。実質的に全ての方向に同様に硬質でありおよび／または強度が高い複合要素を得るために４つの層を互いの上に配置し、異なる層の繊維が、例えば、互いに４５°の角度で配置することができる。繊維の方向は、複合要素上に所望の荷重を受けることを前提として選択することができる。
いくつかの層の内の１つの層を同時に本発明による方法を用いて形成し、これらの層が、複合要素を得るように上昇させた温度で同時にプレスされてもよいことは注目される。
更に、工程（ａ）のノンクリンプファブリックはいくつかの層を有してもよい。上記繊維のいくつかの層は、この場合、例えば糸によって、工程（ａ）の前に既に互いに結合されており、本発明の意義において、本発明による方法に従って、１つの層として含浸され（工程（ｃ））、プレスされ（工程（ｄ））、加熱される（工程（ｅ））繊維の１つの層として、および特に別々に含浸され、次いで共にプレスされるいくつかの層の積層体としてではなく見なされる。工程（ａ）におけるいくつかの層を有するノンクリンプファブリックの利点は、複合要素の製造時に、例えばノンクリンプファブリックが破損または分裂する可能性が比較的小さいことである。従って、比較的厚いいくつかの層を有するノンクリンプファブリックは、容易におよび／または適切に、ＰＥＩを含浸させることができることは、本発明による方法の利点である。
溶媒は、好ましくは、ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）から成る群から選択される。
そのような溶媒は、他の既知の溶媒と比較して、比較的安価な、および／または環境や人に害が少ない。
本発明による方法の１つの態様では、溶媒の溶解されたＰＥＩとの混合物中の溶媒の量は、５０体積％以上、５５体積％以上、６０体積％以上、６５体積％以上、７０体積％以上、７５体積％以上、または８０体積％以上である。
溶媒のそのような最小体積において、混合物が比較的良好にノンクリンプファブリックに流れ込むことができるように、溶媒および溶解したＰＥＩの混合物の粘度が十分に低いので、そのような最小体積の溶媒により、ノンクリンプファブリックの良好な含浸性を提供することができる。
１〜２．５の範囲のＰＥＩおよび溶媒の比は、特に良好であることがわかり、溶媒の約７１体積％に等しい。
出願人は、含浸の向上の観点から、混合物中の溶媒の量はさらに、工程（ｃ）および（ｄ）を行った後、ノンクリンプファブリックが所望の量よりも少ないＰＥＩを含むことができるように選択することができることを見出した。この方法が、工程（ｃ）〜（ｅ）の後で工程（ｆ）の前、または工程（ｃ）〜（ｆ）の後に、工程（ｃ）〜（ｅ）を繰り返すことを含むことは、この目的のために有利であることができる。ノンクリンプファブリックの加熱または冷却に続いて、溶解させたＰＥＩを含む溶媒を、ここで再びノンクリンプファブリック上に配置し、ノンクリンプファブリックを次いで再びプレスし、次いでノンクリンプファブリックを再びに加熱し、次いで必要に応じて再び冷却する。ノンクリンプファブリックにおけるＰＥＩの比較的良好な含浸は、これによって、二回行われ、ノンクリンプファブリックにおけるＰＥＩの最終量が所望量となる。これによって、要素の品質を向上させることができる。
また、工程（ｃ）および（ｄ）の後で工程（ｅ）および（ｆ）の前に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことができる。溶解したＰＥＩを含む溶媒を再びノンクリンプファブリック上に配置してプレスし、ノンクリンプファブリックを続いて再びプレスし、ノンクリンプファブリックを次いで加熱して続いて冷却する。
本発明は更に、要素が、ノンクリンプファブリックが強化材として組み込まれている、例えばプレート状体またはシート状体を含む、請求項のいずれかによる方法を適用することによって得られる複合材料製の要素に関する。
その特性のために、このような要素は、それらに限定されないが、自動車、トラック、ボート、飛行機、ヘリコプターや宇宙船などの車両の部品を製造するための多様な目的に好適である。
本発明によれば、別の方法によって製造された複合材料の要素に比べて、本発明に係る方法を用いて、ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含む複合材料の要素を前述のように比較的安価に製造することができる。本発明による方法を用いて製造された高品質ＮＣＦ／ＰＥＩ複合要素はこれによって、コストが重要な要素である用途に好適である。
本発明による要素は、任意の所望の形に成形することができ、成形は好ましくは加熱時に行われる。
本発明を、図面を参照して、更に説明する。
本発明による方法を模式的に示す図である。
〜
本発明による方法に特に好適なノンクリンプファブリックを示す図である。
図１は、本発明による複合材料の要素を製造する方法の工程を模式的に示す。
ロール１上に巻いたノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）２を第一の工程で提供する。ノンクリンプファブリック２は、ガラス、アラミド、炭素またはポリエステル製の互いに結合された繊維を含むファブリックである。
ノンクリンプファブリック２は、その後、ロール１から引き出され、ファブリックバッファ３に回収される。供給されるノンクリンプファブリック２を回収することによって、更なる工程が停止されることなく、空ロールを新しいロールによって容易に交換することが可能となる。本発明による方法は、このように連続して行うことができる。
以下の工程では、溶媒およびＰＥＩの混合物５がノンクリンプファブリック２に接着するように、例えば引っ張りロールによって、溶媒の溶解したＰＥＩとの混合物５で満たされた槽４を通過させて、ノンクリンプファブリック２を引っ張る。溶媒中へのＰＥＩの溶解は、例えば加熱時または撹拌時に行うことができ、ＰＥＩを溶媒中に溶解した後に槽４を混合物５で満たす。ＰＥＩは、例えば、溶媒に容易に溶解することができる合成樹脂粒状体を含む。溶媒は、例えばｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）である。
次の工程において、溶媒の溶解したＰＥＩとの混合物５を含むノンクリンプファブリック２を、互いに隣接して配置された２つの駆動加圧ロール６間を通し、上記混合物５はノンクリンプファブリック２に圧入される。上記２つの加圧ロール６はここでは、混合物５を含むノンクリンプファブリック２が所定の厚さを有するように、互いから所定の距離に配置されている。
圧入された混合物５を含むノンクリンプファブリック２を、続いてオーブン中で加熱して、溶媒をノンクリンプファブリック２から蒸発させて取り除く。溶媒の蒸発は、符号８を用いて図１に示す。
ＰＥＩとノンクリンプファブリック２の組み合わせは次いで、第２のファブリックバッファ９に回収され、ノンクリンプファブリック２はその後、ロール１０上に配置される。第２のファブリックバッファ９はまた、いっぱいになったロール１０を除去して新しい空ロールを配置する際に、この工程を停止することなく、本発明による方法を連続的に行うことができるという利点を提供する。複合要素を得るために、ＰＥＩを含むノンクリンプファブリック２を第２のファブリックバッファ９において冷却する。
このようにして得られた複合要素は、必要に応じて、要素を平坦化する目的のために上昇させた温度でプレスして、またはこのようにして得られたいくつかの複合要素を共にプレスして、硬質の複合要素（図示せず）を得る。
図２Ａ〜２Ｃには、それぞれ、ノンクリンプファブリックウェブ２Ａ〜２Ｃを示す。図２Ａのノンクリンプファブリック２Ａは、互いの上に配置された４つの層２０〜２４を有し、層２０〜２４の繊維は異なる方向に延びている。上部層２０の繊維は、ノンクリンプファブリック２Ａの長さに延びており、この方向を０°として定義する。層２０のすぐ下に延びている層２１の繊維は、層２０の繊維に直角に、または９０°の角度で延びている。層２１のすぐ下に延びている層２２の繊維は、層２０の繊維に対して４５°の角度で延びている。層２２のすぐ下に延びている層２３の繊維は、層２１の繊維と同じ方向、即ち、層２０の繊維に対して９０°の角度で延びている。下部層２４の繊維は、層２０の繊維に対して−４５°の角度で延びている。ノンクリンプファブリック２Ａの繊維は、縫製糸によって共に保持されている。４つの異なる方向（−４５°、０°、４５°、９０°）への繊維層２０〜２４の配置は、四軸（ｑｕａｄｒａｘｉａｌ）とも呼ばれる。
これは、所望のように層２０〜２４の繊維の方向が、複合要素上に所望の荷重を受けることを前提として所望のように選択することができることは注目される。全ての層２０〜２４の繊維は、いわゆる一方向性ノンクリンプファブリックが得られるように、例えば、ノンクリンプファブリック２Ａの長手方向に配置されてもよい。
ノンクリンプファブリック２Ａは、任意の数の繊維層を含むことができることは注目される。ノンクリンプファブリック２は例えば、二軸とも呼ばれる、０°および±４５°、または０°および９０°のそれぞれの角度で配置された二つの層を含むことができる。また、ノンクリンプファブリック２Ａは、三軸とも呼ばれる、０°、±４５°および９０°のそれぞれの角度で配置された３層を含むことができる。
図２Ｂは、すべての層が一方向、即ち、ノンクリンプファブリック２Ｂの長手方向の一方の方向に配置されているノンクリンプファブリック２Ｂを示す。ノンクリンプファブリック２Ｂの異なる繊維フィラメントは、相互に縫製糸により結合されている。
図２Ｃは、外側層が４５°の角度で配置されているノンクリンプファブリック２Ｃを示す。
なお、本発明は、示された態様に限定されるものだけではなく、添付の特許請求の範囲内での変形したものにまで及ぶものである。
Claims (10)
- 好適な順序で行われる以下の工程：
（ａ）ノンクリンプファブリックを提供する工程；
（ｂ）ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）を溶媒に溶解する工程；
（ｃ）溶解したＰＥＩを含む溶媒をノンクリンプファブリック上に配置する工程；
（ｄ）溶解したＰＥＩを含む溶媒を加圧してノンクリンプファブリック中に入れる工程；
（ｅ）ＰＥＩがノンクリンプファブリック中に残るように、溶媒を蒸発させるためにノンクリンプファブリックを加熱する工程；および
（ｆ）ノンクリンプファブリックを冷却し、ＰＥＩを硬化させて要素を得る工程
を含む、ノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素を製造する方法。 - 工程（ｅ）の後に、
（ｇ）ＰＥＩを含むノンクリンプファブリックまたは要素を上昇させた温度でプレスして、平坦化する工程
を更に含む、請求項１記載の方法。 - 前記ノンクリンプファブリックの繊維が、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびポリエステル繊維から成る群から選択される、請求項１または２記載の方法。
- 前記ノンクリンプファブリック中の前記繊維が、一方向に延びている、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- ノンクリンプファブリックが、繊維が一方向に延びており、異なる層の繊維が異なる方向に延びている複数の層を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
- 前記溶媒が、ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）から成る群から選択される、１〜５のいずれか１項記載の方法。
- 溶媒の溶解したＰＥＩとの混合物中の溶媒の量が、５０体積％以上、５５体積％以上、６０体積％以上、６５体積％以上、７０体積％以上、７５体積％以上、または８０体積％以上である、１〜６のいずれか１項記載の方法。
- 工程（ｃ）〜（ｅ）の後で工程（ｆ）の前、または工程（ｃ）〜（ｆ）の後に、工程（ｃ）〜（ｅ）を繰り返すことを含む、１〜７のいずれか１項記載の方法。
- 工程（ｃ）および（ｄ）の後で工程（ｅ）および（ｆ）の前に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことを含む、１〜８のいずれか１項記載の方法。
- ノンクリンプファブリックが強化材として組み込まれている、例えばプレート状体またはシート状体を含む、１〜９のいずれか１項記載の方法を適用することによって得られるノンクリンプファブリックおよびＰＥＩを含有する複合材料の要素。
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