JP2008506562A - 自動車のヘッドライナー用の再生可能な複合プラスチック - Google Patents

Abstract

表面曲率が不連続であるパネルを製造する方法であって、第１のポリマーで互いに平行な長繊維及び／又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックの第１の強化層（１０２ａ、１０４ａ）を提供する工程と、第１のポリマーと相溶性である第２のポリマーを少なくとも約７０容量％有する熱可塑性プラスチックのコア層（１０６）を提供する工程と、第１のポリマーで互いに平行する長繊維又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックの第２の強化層（１０２ｂ、１０４ｂ）を提供する工程と、コア層によって強化層を離間するように層を積層する工程と、積層体をパネルの金型に導入すると共に金型を少なくとも所定のポリマーの融点まで加熱する工程であって、それにより層を圧密化してパネルを形成する工程とを含むパネルを製造する方法。
【選択図】 図１ａ

Description

本発明は、複合プラスチック及び関連する製造方法の分野に関する。

プラスチックは、多くの製品に関して融通性のある便利な材料であり、広範な用途において金属又は木材等の材料に取って代わっている。プラスチックの展性、すなわち複雑な形状をとることができるという事実、及び従来使用されている材料に比して耐久性があることにより、利便性が生じている。さらに、融点、剛性、密度等の種々の特徴により様々なプラスチックの利用可能性があるため、広範な用途のための好適なプラスチックを見出すことができる。

また、多くの種類のプラスチックが再生可能であることは理解されるであろう（これは、熱硬化性プラスチックよりも、再溶融することができるいわゆる熱可塑性プラスチックに当てはまる）。環境問題が消費者にとって重要なものとなり、並びに考慮すべき法規の主な課題となってきているため、これは特に有益である。現在、様々な国々において、産業上再生可能な製品を使用又は製造する意向がある。

しかしながら、現存するプラスチックが他の材料の特性を常に再現できるわけではないことは理解されるであろう。自動車のボンネットの例を考えてみると、ボンネットは、（衝突事故において自動車の乗員を保護するために）強固であり、（衝突における歩行者の衝撃を防ぐために）弾力性が必要であり、また、低い熱膨張係数を有すること（ボンネットが、エンジンによって、且つ単に太陽の下で放置されることによって熱くなることは理解されるであろう。重要なことは、部品の形状及び大きさが実質的に変化しないことである）が要求されるであろう。さらに、塗装可能で且つ手頃なコストで製造される必要のある部品が優先して製造される。部品は、極めて軽重量であり（軽い自動車は、同じデザインの重い自動車よりも安価に走行するか、又はより良好に作動する）、且つ、要求される形状をとり且つ自動車会社の記章用差込領域等の要求される細部のデザインをとるという両方の観点から、成形しやすいものが好ましい。

従来、鋼、アルミニウム又は熱硬化性プラスチックが、自動車のボンネット、屋根及び他の同様の部品を製造するのに用いられてきた。しかしながら、この方法に関連する金型コストは、鋼及びアルミニウムを材料とした場合には不適切であり、小規模の生産設備では望ましくない。熱硬化性プラスチックは一般に再生可能ではない。

プラスチック材料に改善された機械特性を与えるための繊維強化シートは、既知のものである。このような材料の作製は、繊維の密度が高密度層から低密度層へと材料を介して連続的に変化する連続勾配層構造体において強化用繊維が配向している、ガラスマット熱可塑性プラスチック材料を製造する方法を記載している米国特許第５，１９４，４６２号等の文献から既知である。このプロセスは一般に、「フィルムスタック」プロセスと呼ばれている。熱可塑性プラスチックにランダム方向性繊維マトリクスを製造する他の方法として、「ＩＣＩホットチューブプロセス」、「Ｆｌｅｘｌｉｎｅ」、「ＢａｙＭｉｌｌｓ／Ｓｐｉｆｌｅｘ」、「Ｒａｄｌｉｔｅ」及び粉末の含浸等がある。

本発明は、金型内に空間が生じずに良好に成形でき、製品後の熱的影響を受け難く、剛性や機械的強度が高いパネルおよび該パネルを製造する方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、表面曲率が不連続である表面を有することを特徴とするパネルを製造する方法であって、
第１のポリマーであって長尺な又は連続的で平行な繊維強化熱可塑性プラスチック製の第１の強化層を提供する工程と、
第１のポリマーに適合可能である第２のポリマーであって熱可塑性プラスチックのコア層を提供する工程と、
該第１のポリマーであって長尺な又は連続的で平行な繊維強化熱可塑性プラスチック製の第２の強化層を提供する工程と、
コア層によって強化層を互いに離間するように該第１の強化層、該コア層、該第２の強化層を積層して積層体を形成する工程と、
該積層体をパネルの金型に導入すると共に金型を少なくとも所定のポリマーの融点まで加熱し、それにより層を圧密化してパネルを形成する工程とを備えたパネル製造方法が提供される。

当業者は、層中で平行な繊維が、例えば編成される繊維強化材料において、一方向又は二方向以上で延び得ることを理解するであろう。さらに、上述した「適合可能である」とは、プラスチック層が互いに溶融することを意味する。即ち相溶性ポリマーは、同じポリマーベースを有すると考えられる。熱硬化性プラスチックに関して、コア及び強化層の溶融が同様に起こることはないため、熱硬化性プラスチック材料は、本方法に好適ではない。

さらに、表面曲率が不連続であることとは、例えばパネルの縁での丸みであったり、窪みである。一実施の形態において、パネルは車体パネルであり、窪みとは、自動車会社の記章のためのくぼみ、又は特に、フィン、通気口、隆起部及び起伏等のデザイン特徴が含まれ得る。

２つの強化層を離間することでパネルの剛性及び強度を高め、このパネルを高価な鋼製パネルや容易に再生できない熱硬化性プラスチックパネルの代わりに使用することができるため、本発明のパネルは有益である。このパネルはまた、歩行者の安全性を向上させる弾力性を具備する。強化用繊維は、パネルの熱膨張を制限するように作用する。このため、太陽によって熱くなる自動車の屋根又はボンネット等、高い熱負荷を受ける部品に使用することができる。さらに、金型を加熱するプロセスにより、容易に塗装することができる平滑な表面を得ることができる。コアはポリマーリッチ層を提供し、且つコア層からのポリマーが強化層内に含浸し、特に金型の鋭角部分で、強化層と角（かど）との間にある間隙を充填するように強化層に含浸し得る。当業者は、得られるパネルが金型の形状に好適に倣っていることを理解するであろう。さらに、金型を加熱することにより、低圧での成形ができる。これは、回路基板を設けるような細心の注意を要する「インモールド（in-mold）」プロセスを実施することができることを意味する。

本願により提示される方法は、第１のポリマーであって長尺な又は連続的で平行な繊維強化熱可塑性プラスチック製の第１の強化層と、コア層と、第１のポリマーであって長尺な又は連続的で平行な繊維強化熱可塑性プラスチック製の第２の強化層を一体化している。
各層は、販売されている製品から構成されてもよいが、本方法によって生成されるハイブリッド構造体は、いかなる出発材料によっても達成することができない、本明細書で概要を述べたような有益な特性を有する。

コア層は、任意の好適な材料によって用意することができ、その例としては、ランダム方向性ガラス強化熱可塑性プラスチックであって、ミシガン州４８０８７サウスフィールドに所在のジーイーアズデル社製の商品名「アズデル」や、スイス、レンズブルグに所在するクアドラントコンポジット社製の同様の製品が挙げられる。

第１の強化層及び第２の強化層は、一方向性連続繊維強化材料によって提供することができる。このような材料の例は、CH-8247 スイス、フラーリンゲンに所在のグリトスプレム社の商品名「プリトロン」、又は三井（日本）からの同様の製品により提供される。様々な供給者からの同様の製品を使用することができる。別の実施の形態としては、粉末コーティングを受けた連続繊維製品を使用してもよいが、完成したハイブリッド構造体の特性は見劣りすると考えられている。

好ましくは、コア層は、第２のポリマーを少なくとも約７０容量％含有する（すなわち、コア層中には、最大約３０％の一般的に強化用材料とされる他の材料が存在していてもよい）。一般的に第２のポリマーを７０容量％有するコア層を提供した場合には、コア材料の容量が強化層中の材料の容量と略等しい構造を提供することと同等とみなされる。

表皮材料の総容量の５０％よりも多い第２のポリマーを提供した場合には、２つの強化層の総厚と厚さが略等しいコア層を提供したこととなり、有益であると考えられる。このことは、剛性及び寸法安定性を維持させる一方で、加工性を改善し且つコストを削減する。

いくつかの実施の形態において、（且つ使用されるポリマーに応じて）、本方法は、成形されたパネルを火炎処理、コロナ放電又はプラズマ銃により処理することを含む。当業者によく知られているように、このようにポリマーを処理することによって、表面張力が増大し、塗着能力を高めることができる。

当業者によって理解されるように、「長繊維」強化熱可塑性プラスチックは、繊維（一般にガラス、炭素、合成又は天然材料繊維である）によって含浸されるため、種々の環境条件下でも形状を維持する。当業者は、当該技術分野の範囲において、「長」という用語が、約１ｍｍ〜約１０ｍｍの長さを有する繊維の長さを意味し、「連続繊維」とは、約１０ｍｍより長く、その繊維が使用されている製品の長さまでの任意の繊維長を有することを理解するであろう。短繊維は、約１ｍｍ未満の長さを有すると認識されている。特に好ましい実施の形態では、繊維は連続繊維であるため、その長さは１０ｍｍから製造されるパネルの長さまでのいずれかである。

第１のポリマー及び第２のポリマーは、同一のポリマーであっても、実質的に同じポリマーであってもよい。このことは、このようなパネルが容易に溶融及び再生され得るため有益である。２つ以上のポリマーを組み込んだパネルは、予測不可能な特性を有し得るため、その再利用の制限をうけるか又は妨げられる。

成形は、真空圧密金型、スタンププレス金型又は任意の他の好適な金型内で実施され得る。これらは、当該技術分野で使用される従来の金型でよい。

好ましい実施の形態では、金型のツーリング表面（すなわち、パネルと接触する表面）を加熱する。これにより、金型全体を加熱するのと比べてエネルギーを節減し得る。

さらに、好ましい実施の形態において、パネルの塗装すべき側面となる箇所に相当する少なくとも金型のツーリング表面を加熱する。このことは、加熱プロセスがプラスチックを溶融させ、且つ平滑で容易に塗装可能な表面を形成するため有益である。

本方法は、金型を冷却する工程を更に備えてもよい。これにより、パネルが冷却され、その後、金型を自然冷却した場合よりも迅速に加工することができる。冷却流体を用いて又は他の方法によって金型を冷却してもよい。いくつかの実施の形態では、特に、金型のツーリング表面のみを加熱する場合、冷却表面のみを冷却することができる。このため、必要とする冷却流体の量を減らすことができる。

本方法は、パネルの厚さの約５０％を占めるコア層を用いてもよい。このことは、コア層が適度に強化層を離間させることができるため（原則として、強化層の離間が大きければ、パネルの剛性も大きくなる）、好適である。しかしながら、別の実施の形態では、コア層の厚さは２５％、４０％、６０％、８０％又はこれらの数値の中間的な値である。

いくつかの実施の形態においては、３つ以上の強化層を用いる。好ましい実施の形態において、コア層の両面側のそれぞれに２つの強化層が存在し、最外層は第１の方向に繊維を組み込み、内側の強化層は第１の方向と直交する第２の方向に繊維を組み込み、且つコアは内側の強化層の間に設けられる。このことは、繊維が二方向の熱膨張を制限するように作用するため有益である。

好ましい実施の形態において、コア層の片面側の強化層（単数又は複数）は、コアの反対面側の強化層（単数又は複数）を実質的に鏡像にするように配置していてもよい。これは、複数の層がコアの両側で数のバランスを保つこと、また、繊維の配向が鏡像的であることの両方を意味するように意図され、例えば、５層構造において、最外層では繊維を長手方向に配向させ、内側の強化層では繊維を横方向に配向させる。（「鏡像的」な配置の例として図１を参照のこと）。これは、ひずみやねじれを防止するため有益である。さらに、仕上げ（材）（例えば塗装層又は織布層）は、パネルのバランスを損なうことがないことに留意されたい。

他の実施の形態において、繊維が略直交する二方向に設けられている強化層（単数又は複数）を用いる。例えば、第１の強化層及び第２の強化層の層は通常、０°９０°マトリクスと呼ばれ、中心のコアから鏡像になるように設けられていてもよい。

更に他の実施の形態において、強化層（単数又は複数）は、当該技術分野において「擬似等方性配向」配列と呼ばれるような、対角線と交わる繊維を含んでいてもよい。このような実施の形態においては、繊維を層中に組み込む前に繊維同士を編成する工程を有する。これにより、２つの強化材料層のみでも種々の方向の熱膨張を制限することができる。

付加的に、又は更に別の実施の形態において、９０°以外の角度で繊維が相互に交差する強化層（単数又は複数）を用いる。１つの特に有益な実施の形態において、繊維は約３７°で相互に配向されている。このことは、ポリプロピレンマトリクスの場合に特に有益である。得られるプラスチック材料が、鋼の熱膨張特性と略等しい熱膨張特性を具備するためである。得られるプラスチック材料の熱特性は、他の方向で繊維を相互に配向させることによって他の材料と一致させることができる。

本方法において、強化用繊維を含むコア層を用いてもよい。好適な繊維は、ランダム方向に配向する繊維でよい。これによりパネルの強度を改善することができる。代替的には、コアは、天然材料又は非強化材料として提供されてもよい。このことは、パネルの展性や可塑性を改善することができるため有益である。

コアは、再生材料、例えば、粉砕されたプラスチックから構成されていてもよい。一例として、バンパーは再生可能である。当業者によって理解されるように、バンパー材料には一般的に、繊維強化材は含まれていないが、「充填剤」（通常、衝撃性能及び塗着を高める合成ゴム）が含まれる。バンパーは塗装することもできる。粉砕バンパーは、粉砕材料中の充填剤としても作用する塗装粒子により、充填グレードであるとみなされ得る。これまで、このような再生材料は、強固であることが要求されるパネルを製造するのに使用することができないと考えられていた。これは、塗装片等の不純物によって構造内に不連続が生じ、それらの位置付近に破断を受けやすいためである。しかしながら、本発明の配置では、強度が強化層によって付与されており、塗装部分を剥離する必要性なく、又は初めに他の不純物を除去することなく、再生材料を使用することができる。

コア層はまた、（例えば、繊維製造からの）産業用粉砕再生材料又は再利用目的のもの（例えば、パッケージング）から形成できる。

本方法は、パネルを自動車の製造に使用することを含み得る。パネルは、例えば、自動車のボンネット、屋根又はトランクを提供することができる。代替的には、パネルは、航空機のドア又は本体部品用のパネルを提供することができる。

本発明の第２の態様によれば、積層複合材から形成されるパネルであって、所定のポリマーを少なくとも７０容量％含む熱可塑性プラスチックのコアと、所定のポリマーの長繊維及び／又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックを含む被覆層とを備え、長繊維及び／又は連続繊維が、被覆層の表面に平行して配向され、内層が、被覆層によって各表面上で少なくとも部分的に被覆され、層が加熱される金型において圧密化されているパネルが提供される。

好ましくは、積層複合材は、被覆層に熱を加えると、コアからのポリマーが被覆層の表面（単数又は複数）方向に引き寄せられるように形成されている。

このことは、容易に塗装される平滑表面を提供するため有益であろう。

好ましくは、積層体は、少なくとも３つ、すなわち、通常のポリマーの連続繊維強化熱可塑性プラスチックを含む２つの外層、及び通常のポリマーの非強化又はランダム方向性繊維強化熱可塑性プラスチックを含む少なくとも１層の内層から成る。

層は、真空圧密金型内で又はスタンピングによって圧密化されていてもよい。このような方法は、当該技術分野において使用されているパネルを形成する好適な方法である。

本発明の第３の態様によれば、複合プラスチックであって、所定のポリマーの熱可塑性プラスチックの少なくとも１層の内層を備え、所定のポリマーの長繊維又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックの少なくとも２つの被覆層をさらに備え、長繊維又は連続繊維が被覆層の表面に実質的に平行して配向され、内層が一般的に被覆層によって各表面上で被覆される、複合プラスチックが提供される。

被覆層により、種々の環境条件下で複合体の試料の形状を維持することができ、且つ内層が展性を増大させ得るため、このような複合プラスチックは有益であり得る。

特に好ましい実施の形態において、被覆層中の繊維は連続繊維である。

本発明の第４の態様によれば、繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法であって、チキソトロピー性である下塗り塗料の第１の層を塗工して第１の層を強固なコーティングに形成する工程と、塗料の第２の層を塗工する工程を含む、繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法が提供される。

複合積層プラスチックパネルは、ガラス繊維、炭素繊維、天然繊維又は合成繊維等の繊維により強化される外層を備え得るため、この方法は有益であり得る。このようなパネルが例えば太陽の下に放置されることによって温度変化を受けると、熱膨張及び収縮により厚さが変化するであろう。膨張すると塗装層が押し上げられ、収縮後も膨張位置のままとなる可能性がある。これにより、特に繊維の「ウィットネスマーク(witness marks)」が生じる可能性があり、これは長期にわたって仕上げ（品）に残る。

いくつかの実施の形態において、プラスチックは、複合プラスチックを含んでいてもよい。このような実施の形態において、複合体は、少なくとも３つ、すなわち、通常のポリマーの長繊維及び／又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックを含む２つの外層、及び通常のポリマーの非強化又はランダム方向性繊維強化熱可塑性プラスチックを含む少なくとも１層の内層から成っていてもよい。

本方法は、少なくとも３つ、すなわち、通常のポリマーの長繊維及び／又は連続繊維強化熱可塑性プラスチックを含む２つの外層、及び通常のポリマーの熱可塑性プラスチックを含む少なくとも１層のコア層の積層から形成されるパネルの場合、特に有益であり得る。このようなパネルは、所望の強度及び熱膨張性を具備するが、長繊維は特にウィットネスを残す可能性がある。厚さの変化を裸眼では認識させないような下塗り層は、表面を封止するのに役立ち得る。

本方法は、塗料の第２の層を着色層として提供することをさらに含み得る。これは、着色パネルを製造するために好適である。

本方法は、透明光沢塗膜の層を提供することをさらに含み得る。これは、耐久性があり視覚的に快い高品質な仕上げを提供するため有益であろう。

当業者により理解されるように、上記の本発明の態様のうちの１つに関して記載される特徴は、他の態様にも同様に適用することができる。

ここで、本発明の実施形態を、例としてのみ且つ添付の図面を参照して説明する。

本実施の形態は、自動車のパネルに高品質な塗装仕上げを提供する例である。図１ａは、本発明による図１ｂの積層ブランク１００（「ブランク」とは成形されるべき対象物である）を構成する層を示す。これらの層は、連続繊維一方向性強化ポリプロピレンの２つの最外層１０２ａ及び１０２ｂから成り、連続繊維一方向性強化ポリプロピレンの例は、繊維が第１の方向に配向している「熱可塑性プラスチックプレプレグ」として当該技術分野において既知である。当業者によく知られているように、「長」繊維とは概して、射出成形される強化プラスチックに使用されるような、長さが約１ｃｍより長く、長さが約０．４ｍｍ程度の「短」繊維と区別される繊維を意味する。本例において、少なくとも４〜１０ｃｍの繊維（すなわち、連続繊維と呼ばれるであろうもの）が好適であり、繊維は、層１０２ａ及び層１０２ｂの表面と略平行に走っている。

層１０２ａ、１０４ａ、１０６、１０４ｂ及び１０２ｂは一般に、ロールにより提供され、引き出して、図３のフローチャートに記載のプロセス工程３００においてブランク１００のサイズに切断することができる。その後、工程３０２においてブランク１００を形成するように層１０２ａ、１０４ａ、１０６、１０４ｂ及び１０２ｂが積層される。

最外繊維強化層１０２ａ及び１０２ｂのそれぞれの内側には、繊維が第１の方向と略直交する第２の方向に配向している連続繊維一方向性強化ポリプロピレンの内層１０４ａ及び内層１０４ｂが存在する。

内層１０４ａと内層１０４ｂとの間には、基材、すなわち、「天然」ポリプロピレン（つまり、このプロピレンは繊維によって強化されていない）を含むコア層１０６が存在する。これは、ポリマーリッチコアを提供する。

ブランク１００のレイアップは、コアの両面側に同数の層を存在させている点、及びコアから外に向かう層の順序が両面側で同じである（例えば、第１の方向の繊維を含む層の後に、第２の方向の繊維を含む層）という意味で層が鏡像を形成するように組織化している点でバランスを保っている。

次の工程はパネルを成形することである。当業者は、パネルを成形する様々な方法があることを理解しているであろう。それらの方法のうち、従来技術のいくつかの記載に従い、真空圧密及び加圧を以下に簡潔に説明する。

ブランク１００を金型２００ａ、２００ｂ及び２００ｃ内に置き、十分な「ドレープ」により金型２００ａ、２００ｂ及び２００ｃを充填させる。従来技術の方法では、ブランク１００を加熱した後、金型２００ａ内に移すと、層同士が結合し、且つブランク１００は展性であるため金型２００ａの形状に倣う。しかしながら、金型２００ａ内へ移す際、材料はの熱は金型に写りわずかに冷える。そして材料は金型の形状と完全に一致しない場合があり、あばた状の表面を得るおそれがある。このため、塗装しにくく、美的に快い成果をもたらさない可能性のある表面となる。

さらなる問題は、繊維強化材料が、金型の凹形状の角部で離れる(hold off)たり浮き上がる傾向にあることである。この例は図２ａに示される。材料は、金型２００ａの形状に容易に倣うことができず、ドレープ状にした材料と金型２００ａとの間に間隙２０２及び間隙２０４が生じる。これは、金型２００ａの鋭角な角が、成形されるパネルにおいて再現されないことを意味している。図２ａはまた、角がより鋭角であるほど（すなわち、曲率の半径が小さいほど）、より大きな間隙２０２及び間隙２０４が確認されることを例示している。

本発明の一実施形態によるプロセスにおいて次の段階である工程３０４は、予形成が必要かどうかを考察することである。予形成は一般に、ブランク１００から必要とされる形状が複雑であるか、又は入り組んでいる場合に必要とされる。予形成は、（一般的に材料の融点より低い温度まで）ブランク１００を加熱する工程（工程３０６）と、ブランク１００を金型２００ａ、２００ｂ及び２００ｃ内にドレープする工程（工程３０８）と、ブランク１００を金型の端部に加圧する工程（工程３１０）とを含む。このような加圧は、手持金型工具を用いて行うことができる。

代替的には、実施する必要がない場合、ブランクを略周囲温度で金型内に置く（工程３１２）。

本発明の実施形態によれば、層をレイアップしてブランク１００を作製するが、層は相互に結合も「圧密」もせず、略周囲温度で、図２ｂ及び図２ｃに示すように、ブランク１００を、加熱される金型２００ｂ及び金型２００ｃ内に移す。図２ｂ及び図２ｃでは、最外層１０２ａは示されているが、説明の簡略化のために残りの層は示していない。好適な金型２００ｂ及び２００ｃは、フランス、レボウゲットユーラック７３３７７に所在するロックツール社のビーピー３４１により製造される。

真空圧密の場合について考察する。図２ｂの加熱される真空金型２００ｂは、加熱流体又は冷却流体を導入するためのチャネル２０６を備える。代替的な実施形態では、金型は、電磁誘導プロセスによって加熱されてもよい。

真空圧密を使用する場合、加熱される金型２００ｂは、一表面にのみ熱が加えられる。当業者によく知られているように、減圧バッグに負圧を作用することで金型２００ｂ内へと加圧してパネルが形成される。

真空圧密において、ブランク１００を金型１００ｂ内にドレープ状にした後、減圧バッグを封止して、負圧をかけ、工程３１４において金型２００ｂの表面を加熱する。金型２００ｂの表面に対する材料が軟化及び溶融する。材料１００の融点より高い温度に金型２００ｂを加熱する。この例では、ポリプロピレンの融点が１７０℃であるため、金型２００ｂを１８０℃まで加熱するが、他の例では、溶融プロセスを促進させるために３０℃だけ上げてもよい。

複合体が、コアまで１８０℃に達したら、層１０２ａ、１０４ａ、１０６、１０４ｂ及び１０２ａは完全に圧密化される。この例では、ツーリングを約１０分間加熱して、必要な温度にする。次に、複合体に、金型２００ｂの温度で数分（通常５分）の「加圧保持」時間を与えた（工程３１６）（ここでは、金型２００ｂを１８０℃に維持した）後、約１０分間冷却し（工程３１８）、その後、取り出した（工程３２０）。充填及び取り出しを含む完全なサイクルには約３０分の総サイクル時間がかかった。

真空圧密に対する１つ目の選択肢はプレス成形であるが、当業者により理解されているように、対応するツーリングについての投資が必要となるため、ツーリングコストが高くなる。プレス金型２００ｃの例は図２ｃに示されている。

プレス金型２００ｃは、雌金型２００ｃｉ及び雄金型２００ｃｉｉを備えており、金型を互いに加圧する。ここに記載される実施形態では、雌金型２００ｃｉ及び雄金型２００ｃｉｉには、加工される部分に接触する表面付近において、加熱流体又は冷却流体を導入するためのチャネル２０６ｉ及びチャネル２０６ｉｉが形成されている。

プレス成形において、ブランク１００を、「ツール」と呼ぶこともある金型２００ｃ内に入れると、金型２００ｃは、工程３１４において加熱されると共に閉じられる。スリップフレーム（可動枠）により、連続繊維を金型２００ｂの輪郭に滑らせるようにする態様が制御される。当業者によって理解されているように、スリップフレームは、加圧される材料の長方形の縁を保持する略角形の枠を有し、スプリングによって付与される所定の張力で押し付けられる。張力は、材料が枠によって所定の張力で金型２００ｃ内に滑るように設定される。好適な可動枠は、イギリスバーミンガムの、エルキントンブラザースにより供給され得る。ブランクを金型２００ｃ内に置き、金型２００ｃを閉じたら、真空圧密に関して上記したように、金型２００ｃの加熱によって材料を融点より高い温度にする（工程３０６）。ブランク１００は、金型２００ｃの熱が取り除かれるまでの時間だけ「加圧保持」され（工程３１６）、２００ｃを冷却した。次に、この部分を取り外し可能な温度まで冷却して（工程３１８）、安全に金型２００ｃから取り外す（工程３２０）。総サイクル時間は２分未満であり得る。

加圧及び真空圧密の両方において、表面の熱の影響によって、ポリマーを溶融して金型２００ｂ及び金型２００ｃと最外繊維層１０２ａ及び最外繊維層１０２ｂとの間のあらゆる間隙に入り込ませることができる。

両プロセスは、約１００ｋＰａ（１バール）の「低」圧で作業され、最外層１０２ａ及び最外層１０２ｂ、並びに内層１０４ａ及び内層１０４ｂ中で繊維が最低限にしか移動しないことを保証する。代替的な実施形態では、約１００ｋＰａ〜１，０００ｋＰａ（１〜１０バール）の圧力が適切であり得る。

パネルは、金型２００ｂから取り出され、必要に応じてバリ取りされる。ポリプロピレンの例では、パネルを塗装する必要がある場合、いくつかの前処理が必要である。パネルの表面は、火炎処理又はプラズマ銃を用いて準備され（工程３２２）、且つ、高品質な仕上げ（品）のための塗着に必要とされるため、表面張力を４．０×１０^−４Ｎ／ｃｍ（４０ダイン／ｃｍ）超に保証するように試験される。他のポリマーでは、この処理を必要としない場合があるか、又は別の処理を必要とする場合もある。

パネルの熱膨張が繊維強化材を組み込むことにより低減したことが理解される一方で、依然として、パネルの厚さ方向の熱膨張は環境の温度変化によって起き、この熱膨張は、繊維によって制限されないままである。また、熱膨張は起きるものの、同一ポリマーであるが強化していないものと比べると、熱膨張はかなり低い程度でしか起こらない。しかしながら、予防処置を行わないのであれば、この動きは、繊維強化のいわゆる「ウィットネス(witness)」を表面の様相に表わすのに十分なものである。パネルが膨張し、且つこの膨張に伴って塗装が動く場合、「ウィットネス」が見られるが、塗装は冷却されると元の位置に戻る。この結果、塗装仕上げ（品）に繊維の「ウィットネス」を残す可能性がある。自動車用の塗装仕上げ（品）は自動車上で使用される前に標準的な気候サイクル試験を受け、このような試験によって同様な結果を招くことは当業者により理解されるであろう。

しかしながら、本例では、下塗仕上げ剤がパネルに塗工され（工程３２４）、そのためあまり可撓性ではない表皮層は、パネルの形態に伴って動くことはない。本発明の一実施形態による下塗り剤は、硬化ラッカーを含有している。

得られる下塗りされたパネルは、乾燥させるため放置した後、着色塗料により塗装される（工程３２６）。これを乾燥したら、透明で光沢のあるオーバーコートを含むトップコートを塗工する（工程３２８）。

ここに記載された例は、太陽の下で高温負荷を受けるような、ボンネット、屋根及びトランク等の大型の水平パネルに特に用いられることが理解されるであろう。

本発明の範囲内で考えられる別の実施形態では３層のみであってもよい。即ち、編成繊維、二方向性繊維又は「擬似等方性」繊維（縦、横及び対角線上に延びる繊維）で強化された2つの外層と、上述したコア層とである。代替的には、コア層は天然ポリプロピレンを含んでいなくてもよいが、代わりに「ランダム方向性繊維」強化ポリプロピレンを含んでいてもよく、また、塗装片等の不純物を用いた再生材料（例えば、バンパー等自動車部品の粉砕物）であってもよい。実際、複合体の層は、ポリプロピレン以外の熱可塑性プラスチックを含んでいてもよいが、当業者は、ポリマーの選択がプロセス全体に影響を与え、処理温度が異なり、且つ方法工程のいくつか（特に、塗装前のパネルの処理）が必要ではないことを理解するであろう。

さらに、塗装前の成形部分の前処理は、いくつかのポリマーにとって必須のものではない。

本方法は、装飾箔、フェイシングファブリック(facing fabric)又は電気回路等でコーティングされた付加的な「インモールド」プロセスを含んでいてもよい。

表面曲率が不連続となっている形状のパネルは、本発明の任意選択的な特徴であり得る。

層が結合される前の５層の複合体を示す図である。 図１ａの５層の複合体から形成される「ブランク」を示す図である。 従来技術のプロセスに従って金型内で形成されているパネルを示す図である。 本発明の一実施形態に従って真空金型内で形成されているパネルを示す図である。 本発明の一実施形態に従ってプレス金型内で形成されているパネルを示す図である。 本発明の一実施形態に従うプロセスのフローチャートである。

Claims (29)

1. 表面の曲率が不連続な形状のパネルを製造する方法であって、
   互いに平行な長繊維及び又は連続繊維で強化された第１のポリマーである熱可塑性プラスチック製の第１の強化層を提供する工程と、
   該第１のポリマーと相溶性である第２のポリマーである熱可塑性プラスチック製のコア層を提供する工程と、
   互いに平行な長繊維又は連続繊維で強化された該第１のポリマーである熱可塑性プラスチック製の第２の強化層を提供する工程と、
   該コア層によって該強化層を離間するように該層を積層する工程と、
   該積層をパネルの金型に導入すると共に該金型を少なくとも所定のポリマーの融点まで加熱し、該層を圧密化して該パネルを形成する工程とを備えたことを特徴とするパネル製造方法。
2. 該コア材料は（ｉ）該第２のポリマーを約７０容量％含むか、又は（ｉｉ）２つの該強化層と略等容量であることを特徴とする請求項１に記載のパネル製造方法。
3. 成形された該パネルを火炎処理、コロナ放電又はプラズマ銃により処理する工程を更に備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のパネル製造方法。
4. 該第１のポリマー及び該第２のポリマーが互いに同一のポリマーであるか、又は実質的に同じポリマーであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
5. 該成形工程が真空圧密金型又はスタンププレス金型を用いて行われることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
6. 該金型の少なくとも一部が加熱されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
7. 塗装されるべき該パネルの側面の成形に対応する少なくとも１つの金型ツーリング面が加熱されることを特徴とする請求項６に記載のパネル製造方法。
8. 該金型の少なくとも一部を冷却する工程を更に備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
9. 該ツーリング表面のみを冷却することを特徴とする請求項８に記載のパネル製造方法。
10. 該パネルの厚さの約５０％を占めるように該コア層を提供することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
11. ３つ以上の強化層を提供することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
12. 該コア層の両面側のそれぞれに２つの強化層を提供する工程を備え、最外層が第１の方向に繊維を組み込み、内側の強化層が該第１の方向に直交する第２の方向に繊維を組み込み、且つ該コアが該内側の強化層の間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のパネル製造方法。
13. 該コア層の片面側に配置された１個又は複数の該強化層と、該コア層の反対面側に配置された１個又は複数の該強化層とは実質的に鏡像関係にあることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
14. 直交方向に延びる二方向の繊維を含む１個又は複数の該強化層を提供する工程、及び又は擬似等方性配向で対角線と交差する繊維を含む１個又は複数の層を備えたことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
15. 該繊維を層中に組み込む前に該繊維を相互に編成する工程を備えたことを特徴とする請求項１４に記載のパネル製造方法。
16. 強化用繊維を含む該コア層を提供する工程を備えたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
17. 該コアが、再生材料、産業用粉砕再生材料、又は再利用目的の材料から構成されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
18. 該パネルを自動車の製造に使用することを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載のパネル製造方法。
19. 積層複合材から形成されるパネルであって、
    所定のポリマーを容量比で含む熱可塑性プラスチックのコアと、
    該所定のポリマーである熱可塑性プラスチックを長繊維で強化した被覆層とを備え、該長繊維は該被覆層の表面に平行して配向し、該内層が被覆層によって各表面上で少なくとも部分的に被覆され、積層体が加熱される金型において一体化されていることを特徴とするパネル。
20. 該積層体が少なくとも３層から成り、２つの外層は長繊維又は連続繊維で強化された通常のポリマーである熱可塑性プラスチックであり、少なくとも１層の内層が、繊維で強化されていない該所定のポリマーである熱可塑性プラスチックであることを特徴とする請求項１９に記載のパネル。
21. 該コア層が、該所定のポリマーを少なくとも７０容量％含み、該パネルの５０容量％を占めることを特徴とする請求項１９又は２０に記載のパネル。
22. 繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法であって、
    ラッカーを包含する下塗り塗料の第１層を塗工する工程と、
    該第１の層を強固なコーティングに形成する工程と、
    塗料の第２の層を塗工する工程を備えたことを特徴とする繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法。
23. 該プラスチックが、複数の複合プラスチック材料のハイブリッド構造から成る請求項２２に記載の繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法。
24. 塗装の該第２の層を着色層として付与することを特徴とする請求項２２又は２３に記載の繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法。
25. 透明光沢塗膜の層を提供する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項２１〜２４のいずれか１項に記載の繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法。
26. 実質的に本明細書に記載され、且つ添付の図１〜図３に示されるパネルを製造する方法。
27. 実質的に本明細書に記載され、且つ添付の図１〜図３に示されるパネル。
28. 実質的に本明細書に記載され、且つ添付の図１〜図３に示される複合プラスチック。
29. 実質的に本明細書に記載され、且つ添付の図１〜図３に示される繊維強化プラスチックパネルを塗装する方法。

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