JP2005527659A

JP2005527659A - 繊維強化プラスチック製不織ウエブ若しくは紡績繊維強化材から成る樹脂マット並びに該樹脂マット製の構成部品を製造する方法

Info

Publication number: JP2005527659A
Application number: JP2003578125A
Authority: JP
Inventors: ヘルスティングカールハインツ; キューフスルードルフ; シュテーガーゲルハルト
Original assignee: Menzolit Fibron GmbH
Current assignee: Menzolit Fibron GmbH
Priority date: 2002-03-21
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2005-09-15
Also published as: AU2003222769A1; WO2003080319A1; PL372213A1; NO20044320L; IL164075A0; US20050186868A1; EP1490208A1; CA2479815A1

Abstract

本発明は、
繊維強化プラスチック、シートモールディングコンパウンド(SMCs)から成る樹脂マットを製造する方法に関し、この場合に構成部品の１つの層の構造にとって１つの半製品ロール若しくは複数の半製品ロールから個別ストリップを種々の長さで切り取るようになっている。ストリップは、構成部品の形状及び大きさに応じて並べられて装着される。次いで、異なる長さのストリップ片を重ねることによって、異なる方向の層を備えて積層されたプレフォームを形成し、次いでプレス内に装着して、圧縮によって構成部品を成形する。SMCから成る構成部品の製造を簡単にし、かつ不飽和のポリエステル樹脂の加工の際のスチロールの多量の蒸発を避けるために、本発明の手段では、樹脂マットの不織ウエブ強化材を、織物構造に類似の互いに交差する繊維から成る少なくとも１つの層によって形成し、この場合に前記繊維の方向を構成部品に作用する力による負荷に適合させるようにしてある。

Description

本発明は、繊維強化プラスチック、シートモールディングコンパウンド(SMCs[Sheet Moulding Compounds])から成る樹脂マットを製造する方法、並びに該樹脂マット製の構成部品を製造する方法に関する。

ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９９４９３１８Ａ１号明細書により、繊維強化プラスチック、SMCsから成る上下に重ねられた樹脂マット製の構成部品若しくは構成部材を製造する方法は公知である。一方向繊維から成る樹脂マットは、まず半製品としてロールに巻き取られる。構成部品の製造に際して、構成部品の１つの層の構造にとってそれぞれ１つの半製品ロール若しくは複数の半製品ロールから個別のストリップを種々の長さ並びに繊維延び方向に対して異なる切断方向で切断するようになっている。構成部品の形状及び大きさに応じて、ストリップは所定の繊維方向に並べられる。種々の方向の層を有する積層されたプレフォームは、見込まれる負荷に関連して種々の長さのストリップ片の積み重ねによって形成され、次いでツール内に装着されて、圧縮によって１つの構成部品に成形される。最適な構成部品構造にとって、適切な方向の繊維から成る重ねられた複数の層を必要とするので、積層構造は極めて複雑である。構成部品の大きさ及び応力に応じて、最適な構成部品構造にとって５つよりも多くの個別層を必要とすることもある。乗用車の、例えばドアエンジン室部材やトランクリッドなどの大きなボディー部分は、百五十を越える数の個別ストリップから成っており、このことはストリップの装着に長い時間を必要とすることを意味する。

個別のストリップの切り取り及び装着は、手作業に基づき時間を必要とする。自動化は構成部品の複雑な構造に基づき困難である。さらに、不飽和のポリエステル樹脂の加工の際のスチロール蒸発の問題があり、このことは構成部品の品質に極めて不都合に作用する。

本発明の課題は、繊維強化されたプラスチックから成っていて多方向の負荷に適した樹脂マットの簡単な製造法、並びに樹脂マットから成る面積の大きな構成部品の簡単な製造法を提供することである。

前記課題を解決するために本発明に基づく手段では、繊維強化プラスチックから、不織ウエブ強化材若しくは積層ウエブ強化材を備えた樹脂マット若しくはシートモールディングコンパウンドとして形成し、前記樹脂マットの不織ウエブ強化材若しくは積層ウエブ強化材が、織物構造に類似のパターンで互いに交差する繊維から成る少なくとも１つの層を含んでおり、この場合に前記繊維の方向、即ち配向は構成部品に作用する力による負荷に適合して規定されている。別の方向の繊維から成る層も用いられ得る。構成部品は、コンピュータ制御式の切断装置上での樹脂マットの裁断及びコンピュータ制御式の操作装置によるプレス内へのブランクの装着によって自動的に形成され得る。コンピュータプログラムを用いて、ロールから装着を経て構成部品の完成までのブランクの経過を実施することができ、このことは、製造を連続的に監視して、構成部品の製造時のエラー若しくは構成部品の欠陥の原因を突き止めることを可能にする。

公知の樹脂マットにおいては、強化材は一方向に、即ちマット長手方向に向けられた繊維、並びに場合によっては無秩序な短い繊維から成っている。従って構成部品の製造に際して、各負荷方向に対するブランクは繊維を、構成部品に作用する負荷の方向に向けて装着されねばならない。これとは逆に本発明では、補強材の主要なエレメントである繊維はすでに、該繊維が構成部品に作用する力の方向へ延びているように配置されている。本発明に基づくマットの製造は、従来のマットと同じ原理で行われる。繊維は、まずいわば無端の繊維として、即ち織物構造で用いられるような糸として次のように配置され、即ち繊維が織物構造で若しくは織り目構造或いはメッシュ構造で予め規定された角度を成して互いに交差している。繊維方向は、見込まれる負荷、即ち構成部品に作用することになる負荷の方向に適合されている。推力応力の場合には、例えば繊維の４５°の交差角度が有利である。別の方向、有利にはウエブの長手方向の繊維は一般的に用いられて、不織ウエブ補強材を形成している。重ねられた繊維、一方向に向けられた繊維、マットの長手方向の繊維、並びに互いに交差する繊維は、繊維の材料に適した手段を用いて交点で例えば接着剤、溶接若しくは縫い付けによって互いに結合されてよい。繊維の材料としては、繊維強化プラスチックにとって慣用の材料、例えばガラス、炭素、アラミド若しくはHD・ポリエチレン（HD= High Density 高密度）を用いてある。２つの支持フィルム間にある繊維強化プラスチック物質は、従来の繊維マットと同じく、まず補強材の含浸のための縮絨区域を通過する。次いで、部材はストリップに切断され、かつロールとして巻き取られて、半製品として育成倉庫若しくは貯蔵倉庫に搬送される。半製品の必要な濃縮の達成の後に、いわば無端の繊維、即ち糸は有限の長さの繊維に切断されて、マットを圧縮成形、例えばプレプレグ成形或いはドレープ成形若しくは流動成形に適合させるようになっている。

本発明に基づく樹脂マットによって、ブランクの必要な数を著しく減少させることができ、それというのはフランクはすでに構成部品の寸法形状で、繰り出されたウエブから切り取られ得るからである。見込まれる負荷の関連して構成部品の構造にとって必要な重ねられるブランクの数は著しく減少される。切り取り若しくは裁断は、薄板の裁断若しくは板取と同じように、コンピュータ制御式の切断装置によって自動的に行われてよく、切り取られたブランクは自動的な操作装置、例えば産業ロボットによって処理される。ブランクの数を著しく減少したことによって、不飽和のポリエステル樹脂の加工の際のスチロール蒸発はもはや問題にならない。

実施例に即して本発明に詳細に説明する。図面において、
図１は本発明に基づく樹脂マットの製造を示す斜視図、
図２は本発明に基づく樹脂マットの縦断面図、及び
図３は樹脂マットのブランクからの構成部品の製造を示す斜視図である。

図１は、プラスチックマットの本発明に基づく方法による製造を概略的に示している。ロール１から、成形すべきマットの不織ウエブ補強材２は矢印３の方向に繰り出される。図示の実施例では、不織ウエブ補強材２は３つの層から、即ちマットの図２に示す構造によって明らかなように、繊維から成る不織ウエブ若しくは積層物によって形成されている。織物構造に類似の繊維４から成っていて菱形のパターンを形成する層は、繊維が所定の負荷若しくは荷重に適合されていて、マットの芯を成すものである。繊維４の上側及び下側に、引っ張り方向３に延びる平行な一方向の繊維５，６（図２）を配置してあり、該繊維は特に、繊維の方向に作用する引っ張り力を受け止めるために適している。転向ローラ７を介して補強材２はテーブル８上へ引っ張られる。ロール９から裏張りフィルム１０を繰り出し、該裏張りフィルム（支持フィルム）は下方から転向ローラ１１を介して補強材２に近づけられる。パイプ１４を介して供給された慣用の樹脂・充填材混合物１５、例えば不飽和のポリエステル樹脂をベースにした熱硬化性組織は、含浸領域１２でドクタブレード１３を用いて補強材２内に押し込まれて、裏張りフィルム１０上に支持される。

図示の実施例では、無秩序な繊維１６からなる層を付加的に施してあり、このために、供給装置１７によって供給された糸１８を切断装置１９で短い繊維片に切り刻み、樹脂・充填材混合物１５上に無秩序に、即ちランダムな方向で散布して層１６を形成するようになっている。該製造工程は個別の使用例に依存し、即ち必要とするか否かに係わっている。

次いでロール２０から被覆フィルム２１を繰り出し、該被覆フィルムはここでは熱硬化性プラスチック２２を塗布され、熱硬化性プラスチックはパイプ２３を介してドクタブレード２４へ供給される。このようにして準備された被覆フィルム２１はローラー２５を用いて樹脂マット２６上へ圧着される。

本発明に基づく樹脂マット２６は、補強材２の含浸のための、ローラーによって概略的に示す縮絨区域２７を通過した後に、矢印２９で暗示してあるように、半製品としてロール２８に巻き取られる。別の実施態様として樹脂マットは予め幅の狭いストリップに縦裁ちされ、個別のストリップをそれぞれ１つのロールに巻き取ることもできる。完全に巻き取られたロールは育成倉庫へ搬送される。育成の後に、本発明に基づく樹脂マットのいわばエンドレスな繊維、即ち糸は、従来の樹脂マットと同じく押し出し加工過程に適した樹脂マットを形成するために小片に切断される。

図２には、本発明に基づく樹脂マット２６の縦断面、即ち巻き取り方向に延びる断面を拡大して示してある。該実施例では、無秩序繊維１６の層は省略してある。裏張りフィルム１０上に、長手方向に向けて配置された互いに平行な繊維６が載せられている。その上に、繊維４の層を配置してあり、該繊維は該実施例では８０度の交差角で互いに交差する繊維４o，４uから成っており、該繊維は、マットの平面図で２つの繊維４o，４uの交点を基準として示してあるように、巻き取り方向２９に対する垂直線３３に対して余角３１，３２を成している。互いに交差する繊維４o，４uの上に別の層としての繊維５を載せてあり、該繊維は平行にかつ長手方向、即ち巻き取り方向２９に配置されている。繊維５，６並びに、互いに交差する繊維４o，４uは、図示の実施例ではカーボン繊維から成っていて、一緒に不織ウエブ補強材２を形成している。不織ウエブ補強材２の繊維は樹脂・充填材混合物１５内に埋め込まれている。このようにして形成された樹脂マット２６は被覆フィルム２１によってカバーされるようになっており、該被覆フィルムは下面に熱硬化性プラスチック２２を塗布されている。図２の特に繊維５，６の分離箇所３４から明らかなように、繊維は、押し出し加工のための樹脂マット２６を形成するために同じ長さの区分に切断されている。

図３には、本発明に基づく樹脂マットから成る構成材料を製造するための方法が概略的に示してある。３つのロール３５，３６，３７から、ウエブ３８，３９，４０としての樹脂マットはそれぞれ矢印方向４１，４２，４３に繰り出される。樹脂マットはまとめられて上下に重なってテーブル４４上に供給される。前もってマットからフィルムは引き剥がされる。樹脂マットをテーブルに付着させないために、樹脂マットは所定の材料を被覆され、若しくはフィルムを張られていてよい。ウエブ３８から裏張りフィルム４５を引き剥がして、矢印４７で示唆するようにロール４６に巻き取っている。ウエブ３９から被覆フィルム４８並びに裏張りフィルム４５を引き剥がす。被覆フィルム４８は被覆フィルム４５と一緒にロール４６に巻き取られるのに対して、裏張りフィルム４９はウエブ４０の被覆フィルム５０と一緒に矢印５２で示唆するようにロール５１に巻き取られる。ウエブ４０の裏張りフィルム５３は、矢印５５で示唆するように固有のロール５４に巻き取られる。

テーブル４４上に、３つの樹脂マット・ウエブ３８，３９，４０を互いに重ねて載せてある。各マットは織物構造の補強材を有しており、この場合に構造のパターンは図示してないものの種々に異なっていて、かつ受ける負荷に対して適切に選択されてよい。テーブル４４上で、コンピュータ５６によって制御可能な切断装置５７を用いて、ブランク５８は製造すべき構成部材の大まかな輪郭に合わせて切り取られる。輪郭の複雑な切り取りのために付加的にドレープカットを行ってよい。切断装置５７をCAD-機構に接続していてよく、CAD-機構から切断装置は構成部材の形態データを受け取り、該データは切断装置によって相応のカッティングパターンに変換される。コンピュータ制御は、カッティングパターンの変換における高いフレキシブル性を可能にするものであり、それというのは寸法入力を直接にカッティング命令に変換できるからである。カッティングナイフの案内は、記憶された輪郭をトレースすることによっておこなわれてよい。その結果、型紙の使用を避けることができる。複数のウエブ、即ち複数の樹脂マットを１つの切断テーブル上に重ねて載せ、１つのブランクを切り取る代わりに、各ウエブにそれぞれ１つの切断装置を設けることもできる。

ブランク５８は１つの構成部材（構成部品）の製造のためにプレス内に装着される。このことは、前述の実施例ではコンピュータ５６を介して制御可能な操作装置５９によって行われる。ブランク５８の、１つの構成部材にとって必要な数を達成すると、操作装置５９は自動的に作動されるようになっていてよい。グリッパ６０、例えばサクショングリッパ若しくはニードル形グリッパによって、ここでは樹脂マットの３つの層から成っているブランク５８はつかまれる。例えばサクショングリッパ６０は、上側にあるウエブ３８のまだ存在する被覆フィルムに吸着して、ブランク５８を持ち上げ、次いで所定の回転方向６１でプレス６２へ向かって旋回し、そこでプレス型のメールダイ(male die)６３上に下ろされる。プレス型内への装着の後に最上位のウエブの被覆フィルムは引き剥がされるものの、このことは図３には示されていない。ブランクを例えば機械的に操作する場合には、最上位のウエブの被覆フィルムはロールからの繰り出しに際して取り除いてよい。しかしながら、フィルムでブランクを長く覆っていればいるほど、ブランクの乾燥のリスクは小さくなりかつ、不飽和のポリエステル樹脂を使用した場合のスチロールの蒸発は少なくなる。

前述の工程経過は、必要な数のブランク５８をメールダイ６３上に載せ終わるまで繰り返される。次いでコンピュータ５６の制御によって、プレス６２は閉じられ、このために、母型６４を矢印６５の方向でメールダイ６３上に下ろし、次いで、ワークに形を付与するためにそれ自体周知の押し込み圧縮過程を行う。ワークの成形完了の後に、ワークは操作装置５９によってプレス６２から取り出されるものの、このことは図示を省略してある。

実施例から明らかであるように、繊維強化されたプラスチックから成る本発明に基づく樹脂マット製の構成部品の製造は、従来の方法に比べて極めて少ない製造ステップしか必要としない。樹脂マットのコンピュータ制御による切り取りに基づき、輪郭の高い寸法安定性及び再現性が保証されている。個々のロールからの樹脂マットの特性値データ並びにその都度の切断装置、操作装置及びプレスの特性値データをコンピュータに入力すると、付加的な日時のデータと共に各ワークの製造記録を実施することができ、製造記録に基づきワークの組成を証明することができる。該記録はコード化され、例えばワーク即ち構成部品に配属され、必要に応じてワークに取り付けられるバーコードに符号化されてよい。製造欠陥若しくは損傷の発生に際しては、前記データに基づき原因は容易に突き止められる。

本発明に基づく樹脂マットの製造を示す斜視図本発明に基づく樹脂マットの縦断面図樹脂マットのブランクからの構成部品の製造を示す斜視図

符号の説明

１ロール、２不織ウエブ補強材、３引っ張り方向、４繊維、５，６繊維、７転向ローラ、８テーブル、９ロール、１０裏張りフィルム、１１転向ローラ、１２含浸領域、１３ドクタブレード、１４パイプ、１５樹脂・充填材混合物、１６無秩序繊維、１７供給装置、１８糸、１９切断装置、２０ロール、２１被覆フィルム、２２熱硬化性プラスチック、２３パイプ、２４ドクタブレード、２５ローラー、２６樹脂マット、２７縮絨区域、２８ロール、２９矢印（巻き取り方向）、３５，３６，３７ロール、３８，３９，４０ウエブ（樹脂マット）、４４テーブル、４５裏張りフィルム、４６ロール、４８被覆フィルム、４９裏張りフィルム、５０被覆フィルム、５７切断装置、５８ブランク、５９操作装置、６０グリッパ、６２プレス、６３メールダイ、６４母型

Claims

繊維強化プラスチック、シートモールディングコンパウンド(SMCs)から成る樹脂マットを製造する方法であって、圧縮成形によって構成部品を成形する際の半製品として用いる形式のものにおいて、樹脂マットの不織ウエブ強化材を、織物構造に類似の互いに交差する繊維から成る少なくとも１つの層によって形成し、この場合に前記繊維の方向を構成部品に作用する力による負荷に適合させることを特徴とする、繊維強化プラスチックから成る樹脂マットを製造する方法。
不織ウエブ強化材を、付加的に別の方向の繊維から成る層によって形成する請求項１記載の方法。
統一方向の繊維から成る少なくとも１つの層を樹脂マットの不織ウエブ強化材内に設ける請求項１又は２記載の方法。
不織ウエブ強化材内の織物構造の繊維の方向及び必要に応じて不織ウエブ強化材内の別の繊維の方向を、個々の力の作用方向に関連して規定する請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
不織ウエブ強化材内の織物構造の繊維及び必要に応じて不織ウエブ強化材内の別の繊維を、該繊維の交点で互いに結合する請求項１から４のいずれか１項記載の方法。
不織ウエブ強化材内の織物構造の繊維を互いに、従来の織物構造の交差角度に相当する交差角度で配置する請求項１から５のいずれか１項記載の方法。
構成部品に推力負荷の掛かる場合に、織物構造の繊維を互いに４５度の交差角度で配置する請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
樹脂マットを不織ウエブ補強材の織物構造の複数の層によって形成する請求項１から７のいずれか１項記載の方法。
各層において織物構造の繊維の交差角度を互いに異なって選択する請求項８記載の方法。
無秩序な繊維から成る少なくとも１つの層を付加的に樹脂マット内に設ける請求項１から９のいずれか１項記載の方法。
繊維をガラス、若しくはカーボン、若しくはアラミド、若しくはHD・ポリエチレンから形成する請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
樹脂マット内の繊維を圧縮成形若しくは流動成形のために準備する請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法によって形成された樹脂マットにおいて、樹脂マット（２６）の不織ウエブ強化材（２）が、互いに交差する繊維（４o，４u）から成る少なくとも１つの層（４）を含んでおり、該層が織物構造に類似しており、この場合に前記繊維の方向が構成部品に作用する力による負荷に合わせて規定されている特徴とする樹脂マット。
不織ウエブ強化材（２）が付加的に、別の方向の繊維（５，６）から成る層によって形成されている請求項１３記載の樹脂マット。
統一方向の繊維（５，６）から成る少なくとも１つの層が樹脂マットの不織ウエブ強化材内に設けられている請求項１３又は１４記載の樹脂マット。
不織ウエブ強化材（２）内の織物構造（４）の繊維（４o，４u）及び必要に応じて別の繊維が、個々の力の作用方向に関連して繊維の方向を規定されている請求項１３から１５のいずれか１項記載の樹脂マット。
不織ウエブ強化材（２）内の織物構造の繊維（４o，４u）及び必要に応じて別の繊維が、該繊維の交点で互いに結合されている請求項１３から１６のいずれか１項記載の樹脂マット。
不織ウエブ強化材（２）内の織物構造の繊維（４o，４u）が互いに、従来の織物構造の交差角度に相当する交差角度（３０）で配置されている請求項１３から１７のいずれか１項記載の樹脂マット。
構成部品に推力負荷の掛かる場合に、織物構造の繊維が互いに４５度の交差角度で配置されている請求項１３から１８のいずれか１項記載の樹脂マット。
樹脂マットが、不織ウエブ補強材の織物構造の複数の層によって形成されている請求項１３から１９のいずれか１項記載の樹脂マット。
各層において織物構造の繊維の交差角度が互いに異なっている請求項２０記載の樹脂マット。
樹脂マット（２６）が付加的に、無秩序な繊維（１６）から成る少なくとも１つの層を含んでいる請求項１３から２１のいずれか１項記載の樹脂マット。
繊維（４o，４u，５，６，１６）がガラス、若しくはカーボン、若しくはアラミド、若しくはHD・ポリエチレンから成っている請求項１から１０のいずれか１項記載の方法。
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法によって形成された樹脂マットから成る構成部品を製造する方法において、育成されて圧縮成形若しくは流動成形のために準備された樹脂マットをウエブとして該ウエブのロールから繰り出し、ウエブから裏張りフィルム及び被覆フィルムを引き剥がし、ウエブからブランクを、形成すべき構成部品の大まかな輪郭で切り取り、該ブランクをプレス内に装着し、このようにして複数のブランクを、形成すべき構成部品の所定の厚さに達するまで前記プレス内に装着して、次いで成形過程を実施することを特徴とする、樹脂マットから成る構成部品を製造する方法。
請求項１乃至１２のいずれか１項記載の方法によって形成された樹脂マットから成る構成部品を製造する方法において、育成されて圧縮成形若しくは流動成形のために準備された樹脂マットをウエブとして該ウエブのロールから繰り出し、ウエブから裏張りフィルム及び被覆フィルムを引き剥がし、ウエブを複数、少なくとも２つの層に重ねて、該ウエブから１つのブランクを、形成すべき構成部品の大まかな輪郭で切り取り、該ブランクをプレス内に装着し、このようにして複数のブランクを、形成すべき構成部品の所定の厚さに達するまで前記プレス内に装着して、次いで成形過程を実施することを特徴とする、樹脂マットから成る構成部品を製造する方法。
ウエブからのブランクの切り取りを、コンピュータ制御式の切断装置によって切り取り寸法若しくは切り取り輪郭の入力値に基づき自動的に行う請求項２４又は２５記載の方法。
ブランクを、コンピュータ制御式の操作装置によって受け取ってプレス内に装着する請求項２４から２６のいずれか１項記載の方法。
樹脂マットの組成に関するデータ、樹脂マットの製造日時、切断装置の特性値データ、構成部品番号、構成部品のブランクの層、及びプレスの特性値データ、並びに必要に応じて操作装置の特性値データ、及び構成部品の製造日時を格納し、必要に応じて構成部品に対応するコードに符号化し、かつ必要に応じて、製造欠陥若しくは損傷の発生に際して前記データに基づき原因を突き止める請求項２４から２７のいずれか１項記載の方法。