JP2008500209A - ゲルコート強化複合材 - Google Patents

Abstract

【課題】
ゲルコート物品を形成する方法。
【解決手段】
本方法では、強化熱可塑性基材シートを所望の形状に熱成形する。こうして得られた所望の形状体は少なくともその表面にある残留空隙率を有している。この所望の形状体をゲルコーティング材料と共に成形して前記ゲルコーティング材料と所望の形状体との間に接着性結合を形成する。ここで、前記ゲルコーティング材料は所望の形状体中に浸透し、硬化してその形状体と機械的結合を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ゲルコート強化複合材に関する。

基材及び審美的表面層を含む審美的複合構造体に関する市場経済学では、基材として熱硬化性樹脂系を使用することが好ましいことが多い。熱硬化性材料の選択を支持する要因として低い原材料費と工具費が挙げられることが多い。しかし、熱硬化性材料を使用すると、揮発性の有機化合物（ＶＯＣ）の放出が起こる可能性があり、また一般にサイクル時間が長くなる。

例えば、審美的部品を創成するのに広く使用されている１つのアプローチは二段階法であり、従来の熱成形法を用いて熱可塑性の表面層を形成し、この表面層の後ろに熱硬化性材料を射出又は噴霧して所定の位置で硬化させて強化された下層と熱可塑性表面層を有する二層構造体を作成する。この強化された下層を作成するために多くの熱硬化性系及び方法が使用されている。これらの中には、例えば、スプレーアップガラス繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）法、樹脂トランスファー成形法、真空注入法、及び様々な強化フォーム現場法(reinforced foam in-place technology)がある。

Ｅｍａｎｕｅｌらの米国特許第４３５６２３０号は、成形作業中及び成形品の固化中にコーティングを金型表面から基材へトランスファーする方法を記載している。Ｔｏｍａｎの米国特許第４７４２１２１号はゲルコート配合物を記載しているが、この配合物は通例噴霧によって設ける。
米国特許第４３５６２３０号明細書 米国特許第４７４２１２１号明細書

多くの構造用途にとって必要とされる剛性及び低いＣＴＥを有する複合ゲルコート複合材を製造するのが望ましい。また、ＶＯＣ放出が低い方法により短いサイクル時間で接着性ゲルコート物品を作成するのが望ましい。その他の望ましい特性は、高い表面品質、優れた機械的接着力を有し、皺と部品欠陥が最小化される審美層としてのゲルコートである。

ゲルコート物品を形成する方法の１つの実施形態は、強化熱可塑性基材シートを、を有する所望の形状体に熱成形することを含んでいる。１つの実施形態において、この形状体は表面領域から内部に伸延するある初期気孔（率）をもっている。気孔率は、少なくとも熱硬化性ゲルコート材料の硬化前に物品が獲得して、ゲルコートと物品との機械的結合を達成するのが望ましい。表面領域をゲルコーティング材料と接触させる。前記気孔率は、前記ゲルコーティング材料が少なくとも表面領域中に浸透できるように充分であるのが望ましい。所望の形状体をゲルコーティング材料と一緒に成形して、ゲルコーティング材料と所望の形状体との間の接着性結合を形成する。ゲルコーティング材料は所望の形状体中に浸透し、硬化してその形状体との間で機械的結合を形成する。１つの実施形態では、繊維強化材料が、賦形基材を真空にできるように充分な空隙率を有する軽量の繊維強化プラスチック材料であることができる。もう１つ別の実施形態によると、繊維強化材料は稠密化材料であってもよく、これは当初は表面気孔率が低いか又は全くなくてもよいが賦形又は成形工程中に表面気孔率を獲得する。通例、かかる表面気孔率又は表面粗さは基材材料中に含まれている繊維のロフトによって獲得することができる。隣接するゲルコート材料を有する賦形基材を一緒に成形して、ゲルコート材料と賦形基材との間に接着性結合を形成する。１つの実施形態によると、強化熱可塑性基材シートは、それを通して真空にすることができるように充分な空隙率を有している。１つの実施形態では、気相圧力差を利用して賦形基材を形成する。

重層物品を形成する方法のもう１つ別の実施形態は、基材シートの繊維のロフトが可能となるのに充分な温度に基材シートを加熱し、基材シートを膜支援圧力箱に当接して配置し、基材シートを金型に押し付けて賦形基材を形成し、賦形基材に隣接してゲルコート材料を配置し、ゲルコート材料を賦形基材と共に成形して接着性結合を形成することからなる。もう１つ別の実施形態では、賦形に適合工具(matched tooling)を利用する。

上記及びその他の特徴は、以下の詳細な説明、図面、及び特許請求の範囲から当業者には明らかとなろう。

ここで、代表的な実施形態である図面を参照するが、図中同様な要素は同様な番号で示す。

本明細書には、開放気泡構造の基材を有するゲルコート重層物品を作成するための方法が開示される。本明細書で使用する場合、用語「開放気泡」は、その普通の意味を有しており、一方の表面から反対側の表面まで流体練通が確立されるように隣接する気泡と流体練通している気泡を記述することに留意されたい。用語「熱成形」及びその様々な派生語は、その普通の意味を有しており、本明細書では、シートを加熱し所望の形状体を形成する方法を一般的に記述する。熱成形する方法及び工具・手段は、ＤｕＢｏｉｓ及びＰｒｉｂｂｌｅの「Ｐｌａｓｔｉｃｓ Ｍｏｌｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、第５版、１９９５年、４６８〜４９８頁に詳細に記載されている。

本明細書中で用語「層」は便宜上使われており、不規則な形状を有する材料並びにシート及びフィルムを含む。さらに、本明細書中で用語「第１（の）」、「第２（の）」などは、順序、量、又は重要さを表すのではなく、むしろ１つの要素をもう１つ別の要素から区別するために使用されており、また本明細書中で単数形態の用語は量の制限を表すのではなく、むしろ言及した項目が少なくとも１つ存在することを意味していることに留意されたい。さらにまた、本明細書中に開示した範囲は全て包括的で組合せ可能である（例えば、「約２５重量パーセント（ｗｔ％）以下で、約５〜約２０ｗｔ％が望ましく、約１０〜約１５ｗｔ％がより望ましい」という範囲は、この範囲の端点及びあらゆる中間の値、例えば、「約５〜約２５ｗｔ％、約５〜約１５ｗｔ％」など）を含む。

本明細書に開示した方法は、開放気泡の繊維強化された熱成形可能な基材上に配置されたゲルコート材料を含む物品を製造するのに特に有用である。このゲルコートは基材の表面層として機能し、その基材と適合性であるように選択されるのが望ましい。

基材材料は熱可塑性材料からなる。代表的な熱可塑性材料としては、ポリプロピレン、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエステル、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリーレンエーテル、など、並びに以上の熱可塑性材料を１種以上含む組合せ、例えばＰＣ／ＰＥＴブレンドがある。線状又は枝分かれ芳香族ポリカーボネートを使用することができる。１つの実施形態において、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパン（「ビスフェノールＡ」）、ビス（２−ヒドロキシフェニル）メタン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）−３，３，５−トリメチルシクロヘキサン、フルオレノンビスフェノール、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）エタン、２，６−ジヒドロキシナフタレン、ビス（３，５−ジエチル−４−ヒドロキシフェニル）スルホン、２，２−ビス（３，５−ジブロモ−４−ヒドロキシフェニル）プロパン、４，４’−ジヒドロキシジフェニルエーテル、スピロビインダンビスフェノール、などの１種以上から誘導された単位を含むポリカーボネートを使用することができる。適切な熱可塑性ポリエステルとしては、例えば、
ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）、ポリ（１，４−ブチレンテレフタレート）（ＰＢＴ）、ポリ（トリメチレンテレフタレート）（ＰＴＴ）、ポリ（エチレンナフタレート）（ＰＥＮ）、ポリ（ブチレンナフタレート）（ＰＢＮ）、ポリ（シクロヘキサンジメタノールテレフタレート）、ポリ（シクロヘキサンジメタノール−コ−エチレンテレフタレート）（ＰＥＴＡ）、及びポリ（１，４−シクロヘキサンジメチル−１，４−シクロヘキサンジカルボキシレート）（ＰＣＣＤ）のようなポリ（アルキレンジカルボキシレート）、ポリ（アルキレンアレーンジオエート）、並びに以上のポリエステルを１種以上含む組合せがある。

代表的な実施形態において、ゲルコート１０は着色され予め促進された(prepromoted)樹脂からなり、これは通例噴霧可能である。不飽和ポリエステルをスチレンのような不飽和芳香族モノマーと混和して、過酸化物によって開始される架橋ポリマーの生産に使用することができる。不飽和ポリエステルは、不飽和酸又は酸無水物とポリオールの縮合で製造することができる。使用する最も一般的な不飽和酸は無水マレイン酸又はフマル酸のいずれかである。加水分解耐性を改良するには、芳香族ポリエポキシドと不飽和モノカルボン酸との反応で形成されるビニルエステルを使用することができる。Ｔｏｍａｎの米国特許第４７４２１２１号に記載されているその他の系として、様々な側鎖(pendant)不飽和を有するウレタンポリエステル、イソシアネート−官能性アクリル系、アクリル骨格とアルキド樹脂鎖を有するグラフトコポリマー系、及び芳香族ポリエポキシド樹脂に基づくビニルエステルがある。この特許は、ポリマー鎖に結合した複数の炭素−炭素不飽和結合を有するアクリレート樹脂を記載している。米国特許第４７４２１２１号第１〜１０欄に記載されているゲルコート樹脂の説明は、援用により本明細書の内容の一部をなす。他のゲルコート系としてエポキシポリマーに基づくものがある。

基材のプラスチック材料は、その熱成形を可能にするのに充分な構造一体性をその基材に付与するのに充分な結合能をもっている。例えば、基材は、この基材を熱成形系に配置し熱成形することができるように繊維と熱可塑性材料（１種以上）を含むことができる。もう１つ別の代表的な実施形態において、基材は、繊維、熱硬化性材料（１種以上）、及び、この基材を熱成形系に配置し熱成形することができるように基材の構造を所望の形態（例えば、シート）に保持する作用物質からなることができる。

基材中に使用する繊維は、繊維強化プラスチック、場合により開放気泡の繊維強化プラスチック材料が形成されるように選択される。繊維の種類、大きさ、量、などは基材を作成するのに使用するプラスチック材料と共に変化し得る。１つの代表的な実施形態において、繊維は所望の空隙容積を基材に付与するように選択される。所望の金型複製と所望の空隙容積を達成するために、繊維はロフト(loft)することができる（例えば、加熱されたときにｚ−方向に広がる）。代表的な繊維の種類としては、限定されることはないが、ガラス繊維（例えば、Ｅ−ガラス（「絶縁ガラス」、例えば、ホウケイ酸塩ガラス）、Ｓ−ガラス（「構造ガラス」、例えば、マグネシア／アルミナ／ケイ酸塩ガラス）、など）、鉱物繊維、ポリマー繊維、天然繊維、など、並びに以上の繊維を１種以上含む組合せがある。場合により、繊維径（幅）は約６〜約２５マイクロメートルであり得る。場合により、繊維長は約２〜約７５ミリメートル（ｍｍ）であり得る。

基材の繊維強化プラスチック材料は、所望の構造一体性と空隙容積をその基材に付与するのに充分な量のプラスチック材料と繊維を含む。例えば、繊維強化プラスチック基材は約２５〜約７５重量パーセント（ｗｔ％）のプラスチック材料を含むことができ、特定的には約３５〜約６５ｗｔ％、さらに特定的には約４０〜約６０ｗｔ％のプラスチック材料を使用することができる。プラスチック材料と共に約２５〜７５ｗｔ％の繊維、特定的には約３５〜約６５ｗｔ％、さらに特定的には約４０〜約６０ｗｔ％の繊維を使用し得る。この重量パーセントは繊維強化プラスチック基材の総重量を基準とする。

適切な市販基材材料の例としては、限定されることはないが、ＡＺＤＥＬ（登録商標）ＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）及びＡＺＤＥＬ（登録商標）Ｇｌａｓｓ Ｍａｔ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｓ（ＧＭＴ）があり、これらはＡＺＤＥＬ、Ｉｎｃ．、Ｓｈｅｌｂｙ、ＮＣからＡＺＤＥＬ、Ｉｎｃ．、Ｓｈｅｌｂｙ、ＮＣから入手可能であり、限定されることはないが、ポリプロピレン、ポリカーボネート（例えば、ＬＥＸＡＮ（登録商標）、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ポリエステル（例えば、ＶＡＬＯＸ（登録商標）、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ポリエーテルイミド（例えば、ＵＬＴＥＭ（登録商標）、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ポリアリーレンエーテル（例えば、ポリフェニレンエーテル、ＰＰＯ（登録商標）樹脂、Ｇｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙ）、ポリスチレン、ポリアミド及び／又は以上のものを１種以上含む組合せを始めとする様々なマトリックスを有している。

例えば、基材は、Ｗｉｇｇｉｎｓ Ｔｅａｐｅ法（例えば、米国特許第３９３８７８２号、同第３９４７３１５号、同第４１６６０９０号、同第４２５７７５４号及び同第５２１５６２７号参照）に従って製造できる。例えば、Ｗｉｇｇｉｎｓ Ｔｅａｐｅ又は類似の方法に従ってマットを製造するには、繊維、熱可塑性材料（１種以上）、及び任意の添加剤を計量し、インペラーを備えた混合タンク中に分散させて混合物を形成する。この混合物を、分配マニフォルドを介してヘッドボックスにポンプで送り込む。このヘッドボックスは製紙に利用される類の機械のワイヤーセクションの上方に位置している。この分散した混合物は、真空により移動ワイヤースクリーンを通過し、均一な繊維質湿潤ウェブを生成する。この湿潤ウェブを乾燥機に通して含水率を低下させ、そして熱可塑性材料を使用している場合にはその熱可塑性材料を溶融させる。また、不織スクリム層をウェブの一面又は両面に設けて基材の取扱いを容易にすることもできる（例えば、熱硬化性材料を用いて基材に対する構造一体性を提供する）。次に、この基材をテンションロールに通し、切断し（ギロチンにかけ）て所望の大きさにすることができる。

本方法に従い、基材を、所望の最終物品の形状に実質的に対応する形状に熱成形する。一般に、熱成形は金型上での材料の逐次又は同時の加熱及び賦形(forming)からなり、ここで材料は元々はシートの形態であり、所望の形状に賦形される。所望の形状が得られたら、その賦形された物品をその固化又はガラス転移温度未満に冷却する。一般に、それを通して真空に引くことが可能となるのに充分な空隙率、例えば約５ｖｏｌ．％以上の空隙率を有する賦形基材を生成することができるあらゆる熱成形方法を使用することができる。例えば、適切な熱成形方法として、限定されることはないが、機械的賦形（例えば、適合工具賦形(matched tool forming)）、膜支援圧力／真空賦形(membrane assisted pressure/vacuum forming)、プラグアシストを有する膜支援圧力／真空賦形、などがある。

基材を賦形するための適合工具賦形法では、基材が軟化温度（賦形温度とも称する）に達することができるのに充分な温度及び充分な時間基材を加熱して、基材を物理的に工作（すなわち、工作−賦形）して所望の形状にし得るようにする。基材は輻射熱成形オーブン（頂部及び／又は底部ヒーターを含んでいてもよい）のような様々な様式で加熱することができることに留意されたい。次に、基材を雄型賦形工具と雌型賦形工具との間に配置する。この雄型及び雌型賦形工具を、基材を所望の形状に賦形するのに充分な圧力で、一方空隙率を既に述べた範囲に維持したままで、ストップ部（各工具の周辺縁部に配置されている）を介して互いに物理的に接触させる。適切な圧力は特定の基材組成に依存し、当業者が過度の実験をすることなく容易に決定することができる。しかし、必要以上の圧力を使用することは避けるべきであることに留意されたい。すなわち、その気泡の一部又は全部を閉塞して所望の空隙率未満にして、その結果基材を不充分な多孔質にする可能性があるからである。

ここで、図２を参照すると、適合工具賦形の断面図が示されている。通例クランプを用いて、加熱された基材シート５０を雄型賦形工具５２と雌型賦形工具５４に対して所定の位置に保持する。雄型賦形工具と雌型賦形工具は互いに「適合する」、すなわち、相補するように作られていることに留意されたい。この雄型賦形工具と雌型賦形工具は場合によりそれぞれ複数の孔をもっていてもよい。雄型賦形工具と雌型賦形工具の周辺にはストップ部（スペーサー）が配置されており、賦形基材の厚さを決定するのに用いられる。ストップ部は賦形領域の外側に位置している。雄型工具と雌型工具は、基材材料と適合性の材料で構成されている。例えば、この工具は、限定されることはないが、アルミニウム、鋼、エポキシ、シリコーンゴム、充填材含有工具用樹脂、などの材料で構成することができる。

賦形中、基材を、熱成形が可能となるのに充分な温度、望ましくは基材中の繊維が盛り上がる（ロフト）ことができるように充分な温度に加熱する。例えば、約４５０°Ｆ（約２３２℃）〜約７００°Ｆ（約３７１℃）、さらに特定的には、約５５０°Ｆ（約２８８℃）〜約６５０°Ｆ（約３４３℃）の温度が、ガラス繊維強化ポリカーボネート基材シートを熱成形するのに適切である。次いで、ストップ部が接触するように雄型工具と雌型工具との相対運動を起こすことによって、加熱された基材を賦形する。雄型工具と雌型工具との間に基材シートを挟むことにより、その基材シートを雄型及び雌型工具の形状に一致させる。次に、この基材を冷却して賦形基材を形成することができる。約５気圧（約１０１ｋＰａ）〜約１０気圧（約１０１３ｋＰａ）、より特定的には約１気圧（約１０１ｋＰａ）〜約５気圧（５０７ｋＰａ）の圧力を用いて、ＡＺＤＥＬ（登録商標）ＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）基材を形成する。

膜支援真空／圧力賦形法では、加熱された基材を圧力箱５８に当接して配置する。真空と圧力を同時に基材にかける。より特定的には、賦形工具を通して真空に引くと共に、正の圧力を膜５６の賦形工具に最も近い面と反対側の面にかける。真空と圧力の方向を図３に矢印で概略的に示す。金型を介してかけた真空により、シートは金型内／上（以下、金型上という）に引き寄せられる。適切な圧力（正及び負）は個々の基材に依存し、当業者が過度の実験をすることなく容易に決定することができる。さらに、上で述べたように、必要以上の圧力は避けるべきである。というのは、そうすると気泡の幾らか又は全部を閉塞する可能性があり、その結果その基材の多孔性が不充分になるからである。

図３に、膜支援真空／圧力熱成形法を概略的に示す。加熱された基材２４を圧力箱２２と賦形工具２０の間に配置する。賦形工具は雄型賦形工具でも雌型賦形工具でもよいが、図の賦形工具は雄型賦形工具として描かれている。賦形工具は、その賦形工具を通して真空にすることができるように孔を有している。クランプを用いて、基材シートを圧力箱と賦形工具に対して所定の位置に保持してもよい。膜、さらに特定的には非透過性の膜２６が、圧力箱の開口部を横切って伸びている。既に論じたように、基材の第１の表面は賦形工具を介して引かれる真空によって賦形工具と物理的に接触し、一方第２の表面は膜と物理的に接触する。膜側から膜に圧力をかける。基材は既に論じたように約５ｖｏｌ．％以上の空隙率を有する開放気泡の繊維強化熱可塑性材料であるから、直接基材を介して真空に引く。こうして、膜を用いて基材を賦形工具上に押し付ける（すなわち、基材を介して真空に引くと共に、圧力箱からの正の圧力が膜を工具の方に押しやるにつれて膜、従って基材を工具の方に引き寄せる）。別の言い方をすると、真空は膜を介して引くことはできない。むしろ、真空は、膜にかけられる圧力がその膜を賦形工具の方に押しやるにつれて膜を賦形工具の方に引き寄せる。基材が賦形工具上に来たら、冷却して賦形基材を形成する。

例えば、ＡＺＤＥＬ（登録商標）ＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）が基材である場合、約０．５〜約８気圧の圧力を膜にかけて基材を賦形工具２０の方に押し付ける一方で、賦形工具３０を介して真空に引くことができる。より特定的には、約１（約１０１ｋＰａ）気圧〜約３気圧（約３０４ｋＰａ）の圧力を膜にかけることができる。

上記の熱成形方法は単に例示の目的で挙げたものである。基材は、得られる成形基材がその基材を通して真空にすることができるようにある空隙率を有するようないかなる熱成形法によって形成してもよいものと了解されたい。

基材を熱成形して賦形基材を製造した後、その賦形基材は場合により所望の物品の実質的に最終の形状にトリミングしてもよい。このトリミングは、ゲルコートを賦形基材上に配置する前又はその後に行うことができる。トリミング方法としては、例えば、レーザートリミング、ウォータージェットトリミング、トリムプレストリミング、など、並びに以上の方法を１種以上含む組合せを挙げることができる。

熱成形された強化樹脂材料を成形して強化樹脂材料とゲルコートとの間に構造結合を形成する。好ましくは、ゲルコートが強化樹脂材料の開放気泡構造中に浸透して強化樹脂とゲルコートとの間に接着性結合を形成して一体の積層体を形成する。この熱成形された積層体を、最終物品の少なくとも粗い形状にトリミングする。次に、このトリミングした形状体を登録する(register with)か又は成形工具のキャビティー内に入れる。未硬化又は多少硬化した形態のゲルコート材料を、金型キャビティーの他の部分中又はその上に導入する。ゲルコート材料が強化樹脂材料中に流入する点で金型を閉じ、ゲルコート材料を硬化させて強化樹脂材料と結合させる。クラスＡ表面を保持してガラスの突き抜けその他の表面欠陥を最小にするのが望ましい。この界面はゲルコート材料と強化樹脂材料とを含んでいる。金型を開け、構造部品を取り出す。金型は通例、アルミニウムのような高い熱伝導率を有する金属から作成される。ゲルコーティング用の金型は、硬化プロセスには高温が必要とされないのでポリエステルを主体とすることができる。

本明細書に開示した材料と方法を用いて形成される構造物品としては、重層プラスチック物品が有利であり得るあらゆる用途がある。例えば、物品として、限定されることはないが、航空機、自動車（例えば、乗用車、トラック、オートバイ、など）の外装及び内装部品がある。例えば、様々な部品として、限定されることはないが、パネル、クォーターパネル、ロッカーパネル、垂直パネル、水平パネル、フェンダー、ヘッドライナー、ドア、などがある。

有利なことに、本明細書に開示した方法では、熱硬化性材料を使用する方法と比較して、化粧品、構造部品及びパネルの生産が簡略化される。様々な実施形態において、これらの部品の生産は現在可能なものより良好な効率で単一の賦形ステーションで行うことができる。熱成形を使用する方法では、従来、基材又は下層を賦形層（例えば、賦形ゲルコート）上に配置するのに、例えば噴霧、射出、などといった別個の非熱成形段階が必要であった。しかし、賦形基材を通して真空に引いてその基材上にもう１つ別の層を引き寄せることが可能なように充分な空隙容積を有する基材を使用することによって、ゲルコートも熱成形を用いて設けることができる。雄型又は雌型の金型上で賦形基材を形成することができるので、その後の層（例えば、ゲルコート）をその賦形基材の外面に審美層として設けることができる。

この方法では、これらの重層製品を製造するのに使用する装置の種類が低減し、賦形時間を短縮すると共に重層物品の製造工程を簡略化することができる。加えて、この熱成形方法が熱硬化性材料を使用しない場合には、熱硬化性材料を使用する他の方法と比較して、ＶＯＣ放出を排除することはなくとも大幅に低減する。また、本明細書に開示した方法で使用する比較的低い圧力は比較的低い工具費を可能にする。最後に、下にある基材構造体の多孔性は、表面層を設ける際に生じる熱弾性応力を低減するのに役立つ。

この方法に限られるわけではないが、一例を挙げると、最終構造審美的部品を作成する方法では、圧力適合工具真空又は真空バッグプロセスによってＡｚｄｅｌ Ｉｎｃ．製のＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）シートを賦形する。圧力を調節することによって、ある程度の気孔率を基材中に残す。次に、この複合材プリフォームを適合工具中に入れるが、この工具の片割れの一方又は両方には熱硬化性ゲルコートが設けてある。次いで、この工具を閉じ、ゲルコートが硬化する間１〜５００ｐｓｉの圧力をかける。基材の多孔性のため、基材を通したゲルコートのかなりの浸透が起こり、層間の有効な機械的結合が可能になる。

ＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）シートは様々な熱可塑性マトリックスを用いて製造することができ、ポリプロピレン、Ｎｙｌｏｎ、ＬＥＸＡＮ（登録商標）ポリカーボネート、ＶＡＬＯＸ（登録商標）ポリエステル、ＵＬＴＥＭ（登録商標）ポリエーテルイミド、ＮＯＲＹＬ（登録商標）ポリフェニレンエーテル樹脂、又はブレンドを用いて複合材シートを形成することができる。通例、充分に分散した湿潤重層(laid)チョップトマットを使用して、熱可塑性複合材用の多孔質開放気泡の強化材を作成する。複合材の所望の気孔率を達成するには繊維の種類と形状の的確な選択が望ましい。これらのパラメーターは利用する個々の系に依存する。加えて、加工条件と工具は、賦形中、基材の詳細及び機械的完全性と部品の気孔率を釣り合わせるように変えなければならない。典型的な繊維の種類としては、限定されることはないが、Ｅ−ガラス、Ｓ−ガラス、及びバソールトがある。繊維径は６〜２５ｕｍの範囲である。一般に使用されている湿潤重層強化材構造の場合繊維長は２〜５０ｍｍで変化する。樹脂含有量は使用する樹脂と強化材の組合せに応じて３０〜７０重量％の範囲である。これらの材料に対する成形又は賦形圧力は１〜１０気圧で変化し、低めの圧力が半結晶系では最も有用である。非晶質構造体では高めの圧力が必要であろう。成形品の細部を改良し賦形中の空気の取り込みを防ぐために真空支援を使用することが多い。

より詳細にいうと、物品は強化多孔質熱可塑性基材１４、１６上のゲルコート１０からなる。熱可塑性基材の多孔性と物品の創成方法のため、ゲルコートと基材の重大な混合により強固な機械的結合が作成される。この系は構造体の背部にフィルム又はゲルコート１２があるように「釣り合わせる」ことができるし、又はしなくてもよい。

図１に、多層材料系の断面を示す。頂部１０及び必要な場合の底部１２のゲルコートの典型的な厚さは０．０２５〜２．５ｍｍ、さらに特定的には０．２５〜１ｍｍである。多孔質強化熱可塑性基材１４、１６の典型的な厚さは１〜１０ｍｍ、さらに特定的には２〜５ｍｍである。設けられるゲルコートの量、工具の寸法及び加工条件に応じて、ゲルコートは多孔質熱可塑性複合材１４の厚さの１〜１００％まで浸入することができる。

ガラス繊維とＵＬＴＥＭ（登録商標）樹脂及びＬＥＸＡＮ（登録商標）ポリカーボネート樹脂ブレンドを含むＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）シートを熱成形オーブン中で４５０〜７００°Ｆに加熱し、成形ステーションに移して、その材料を適合工具又は圧力賦形法により賦形する。１〜５００ｐｓｉの正の圧力をかけると共に、０〜１４．７ｐｓｉの真空に引く。図２に、適合工具法及び圧力賦形法を示す。

次に、ＳｕｐｅｒＬｉｔｅ（登録商標）樹脂プリフォームを工具から取り出し、冷却した後ゲルコーティング段階に移す。材料と加工条件により、プリフォームはある程度の気孔率を維持する。プリフォームの大きさに合わせた適合工具の一方又は両方にゲルコートを噴霧する。プリフォームを工具に移し、工具を閉じ、１〜２５０ｐｓｉの圧力をかける。最終部品を取り出せるようになるまで圧力下でゲルコートを硬化させる。図３に、ゲルコーティングプロセスを示す。

代表的な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者には理解されるように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更が可能であり、またその要素に代えて等価なものを用いることができる。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、個々の状況又は材料に本発明の教示を適合させるべく多くの修正が可能である。従って、本発明は、本発明を実施する上で考えられる最良の態様として開示した特定の実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲に入る全ての実施形態を包含するものと了解されたい。

図１は、代表的なゲルコートプラスチック強化物品の断面図である。 図２は、熱成形される代表的な基材と共に示す適合工具・手段の断面側面図であり、右側部分の図２Ａは、熱成形される代表的な基材と共に示す膜支援真空／圧力装置の断面側面図である。 図３は、賦形基材に成形されるゲルコート材料と共に示す成形系である。

Claims (13)

1. 繊維強化熱可塑性基材シートを所望の形状体に賦形し、
   所望の形状体の表面領域を熱硬化性ゲルコーティング材料と接触させ、
   前記所望の形状体及びゲルコーティング材料を一緒に成形して、前記ゲルコーティング材料と前記所望の形状体との間に接着性結合を形成する
   ことを含んでなり、前記ゲルコーティング材料は前記所望の形状体の表面領域に隣接する多孔質領域中に浸透して、それとの機械的結合を形成し、前記多孔質領域は残留気孔率又は繊維のロフトの結果得られる気孔率を有する、ゲルコート物品を形成する方法。
2. 金型部分を閉じることにより前記成形を行い、前記金型部分の１つが前記ゲルコーティング材料を含んでいる、請求項１記載の方法。
3. 繊維が、約６〜約２５マイクロメートルの繊維径と、約２〜約７５ミリメートルの繊維長とを有する、請求項１記載の方法。
4. ゲルコート材料が熱硬化性樹脂材料であり、成形中に前記ゲルコーティング材料を硬化させる、請求項１記載の方法。
5. 賦形基材が開放気泡の繊維強化プラスチック材料である、請求項１記載の方法。
6. 基材シートが、約２５〜約７５ｗｔ％のプラスチック材料、約２５〜約７５ｗｔ％の繊維を含んでなり、重量パーセントは基材シートの総重量を基準とする、請求項１記載の方法。
7. 基材シートが、約３５〜約６５ｗｔ％のプラスチック材料、及び約３５〜約６５ｗｔ％の繊維を含んでなる、請求項６記載の方法。
8. プラスチック材料が、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンエーテル、ポリスチレン、ポリアミド、及び以上のものを１種以上含む組合せからなる群から選択される、請求項６記載の方法。
9. 基材シートを、プラグアシストを用いた膜支援真空成形法で熱成形する、請求項１記載の方法。
10. 基材シートを、プラグアシストを用いた膜支援真空成形法で熱成形する、請求項１記載の方法。
11. 基材シートの熱成形がさらに、繊維のロフトが可能になるのに充分な温度に基材を加熱することを含む、請求項１記載の方法。
12. 温度が約４５０°Ｆ（約２３２℃）〜約７００°Ｆ（約３７１℃）である、請求項１１記載の方法。
13. 基材シートがさらに、基材シートの表面上に配置された不織スクリムを含む、請求項１記載の方法。

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