JP2009524536A - コンポジットリングを製造するための方法 - Google Patents

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Abstract

連続的なリング状で繊維及び架橋性樹脂に基づく閉じた形状のコンポジットブロックを、架橋性樹脂を含む組成物に基づくマトリックスに埋め込まれている強化材繊維のテープの複数層を連続的に巻き付ける及び重ね合わせることによって製造するための方法であって、上流から下流まで、以下の工程:
強化材繊維の直線的な配列を製造し、及びこの配列を供給方向に運ぶ工程;
該繊維の配列を真空作用によって脱気する工程;
脱気後、該繊維の配列を真空下において液体状態の該樹脂組成物で含浸する工程;
そのようにして得られたプレプレッグを型に通し、該プレプレッグをそれらの液体樹脂マトリックスにおける強化材繊維からなる厚みが0.5mm未満のテープの形状に製造する工程;
該テープの層の"Nc"で表される予め決められた数の重ね合わせによって、該テープを該コンポジットブロックの最終形状を指定する支柱上に沈着し、及び該テープを該支柱の周囲に一方向に巻き付け、該連続的なリングを該支柱上に直接形成する工程、ただしNcは15未満;及び
該連続的なリングがそのように形成された後、その液体樹脂を少なくとも部分的な重合に付して該リングをその支柱から取り除く前に安定化させる工程、
を含む、方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、繊維及び硬化性樹脂に基づくコンポジット材料、そのような材料から製造されるコンポジット部品、及びそのようなコンポジット材料又は部品を製造するための方法及び装置に関する。
欧州特許出願第1,074,369号明細書(又は米国特許第6,875,297号明細書)は、強化材の少なくとも1つの好ましい方向と平行した強化繊維を含む凸型形状で所定の厚みを有するコンポジット部品を製造するための方法であって、前記繊維が電離放射線によって硬化することのできる樹脂を含む組成物に基づくマトリックスに埋め込まれており、以下の工程:
前記強化繊維を一つの平面に実質的に並行に配列し、それらを液体状態の前記組成物で含浸する工程;
前記繊維を含有する組成物を、前記所定の厚み未満の厚みを有する層において電離放射線に曝し、該樹脂を部分的に重合して前記組成物が固相であるプレコンポジットを得る工程;
そのようにして得られた固体プレコンポジットから個々の断片を除去し、それらを表面が非平面状の支柱に、それらを互いに前記所定の厚みによって決定される枚数だけ積み重ね、及びそれらを該支柱の形状に密接に適合させて圧迫された個々の断片のスタックを製造することによって適用する工程;及び
そのようにして得られたスタックを高圧高温下で最終成形に付し、該樹脂の重合を続けて種々のプレコンポジット断片を共に結合させる最終工程、
を含む方法を記載している。
記載されている方法により、特に自動車のための非空気式タイヤを製造するのに用いることのできるコンポジット部品を得ることができる。
しかし、この方法の一つの欠点は、樹脂系マトリックスを凝固した後、まずは該固体プレコンポジットを個々の断片に切り分け、続いて最終的な所望の形状に圧迫された個々の断片を重ねることが必要なことである。多くの連続的な取扱操作が工業的観点から不利益であり、高い製造率の追求と矛盾する。
欧州特許出願第1,174,250号明細書(又は米国特許第6,926,853,B2号明細書)は:
含浸の前に繊維の配列を脱気し;
脱気後に続いて真空下で含浸し、液体プレプレッグを予め決められた面積及び形状の断面を有するサイジングダイに通し、前記プレプレッグに予め決められた形状、例えば円形の断面を有する糸状(例えば図1〜3参照)又は特にテープ形状(図4〜7)などを与え;
続いて、該型の下流において、UV/可視光領域で放射する一連の照射チューブ(例えばそれぞれ図1及び4における131及び231を参照)を含む安定化チャンバーとして知られているチャンバーにおける樹脂の実質的な凝固によって前記糸又はテープを安定化させ;及び
最後に、中間保存のために前記固体の(安定化された)糸又はテープを大径の受取用リール(例えば図1の141参照)上に巻き付けることを提案している。
続いて、前記糸又はテープの固体層を好適な形状のいかなる支持体の周囲でも、ほどいてから巻き直すことによってコンポジット部品を調製することができる。
しかし、予め圧縮した断片を区分け及び集合する前述の欠点がそのようにして取り除かれると、最終的に非常に高い圧力下での鋳型における硬化操作が残り、これが無くては前記個々の断片を共に付着させ、それによって高い疲労強度、特に非常に高い"ILSS"(内層剪断強度)値によって説明される高い剪断強度を有するコンポジット部品を得るのは不可能である。
しかし、高圧下の鋳型における硬化操作は、公知の様式では、特に高い成形コスト、高い最終産業コストの原因となる密閉制御及び均一な圧力分布の必要性など、それ特有の欠点を有する。例えば、約50barの非常に高い圧力で均一な硬化圧力を有するためには、寿命に制限があることが判明している柔軟な硬化性膜を用いることが必要である。
その研究に従い、本出願人は、非常に高質なコンポジット部品を連続的なリングの形態で調製することができ、主要な上記欠点を克服する新規な方法、すなわち、一方で区分けとそれに続く重ね合わせによる再構築の操作を除去し、他方で高圧下の鋳型における硬化を回避することによる方法を見出した。
従って、本発明の一つの主題は、連続的なリングの形状で繊維及び架橋性樹脂に基づく閉じた形状のコンポジットブロックを、架橋性樹脂を含む組成物に基づくマトリックスに埋め込まれている強化材繊維のテープの複数層を連続的に巻き付ける及び重ね合わせることによって製造するための方法であって、上流から下流まで、以下の工程:
強化材繊維の直線的な配列を製造し、及びこの配列を供給方向に運ぶ工程;
該繊維の配列を真空作用によって脱気する工程;
脱気後、該繊維の配列を真空下において液体状態の該樹脂組成物で含浸する工程;
そのようにして得られたプレプレッグを型に通し、該プレプレッグをそれらの液体樹脂マトリックスにおける強化材繊維からなる厚みが0.5mm未満のテープの形状に製造する工程;
該テープの層の"Nc"で表される予め決められた数の重ね合わせによって、該テープを該コンポジットブロックの最終形状を指定する支柱上に沈着し、及び該テープを該支柱の周囲に一方向に巻き付け、該連続的なリングを該支柱上に直接形成する工程、ただしNcは15未満;及び
該連続的なリングがそのように形成された後、その液体樹脂を少なくとも部分的な重合に付して前記リングをその支柱から取り除く前に安定化させる工程、
を含む方法である。
本発明の方法の主な利点は、上記の欧州特許出願第1,174,250号明細書に記載のような安定化チャンバー及びその一連のUV放射チューブの純粋且つ簡潔な除去を可能にすることであり、これは製造方法及び装置を有意に簡素化し、同時に目的のコンポジットブロックの最終産業コストを実質的に減らす。
本発明はまた、本発明の方法を実施することのできる装置に関し、そのような装置は少なくとも上流から下流まで(図1及び2参照):
該強化材繊維(11)の直線的な配列のための手段(10)及び前記配列(12)を供給方向(F)に運ぶ手段(23);
真空チャンバー(13、13a、13b);
該真空チャンバーの出口にある、該繊維(11、12)を液状樹脂組成物(17)で含浸することを目的とする含浸チャンバー(14、15、16、17、18);
該繊維(11)及び液状樹脂(17)を含むテープ(21)を形成するための少なくとも1種のサイジングダイ(20)を含むサイジング手段(19、20);
前記テープ(21)を受け取り、前記テープの層の重ね合わせによって支柱上にコンポジットリング(30)を形成することを目的とする閉じた形状の支柱又は心棒(23);及び
前記コンポジットリング(30)が形成されたら該リングの樹脂を前記支柱又は心棒(23)上に少なくとも部分的に重合することのできる、該支柱又は心棒に向かい合って配置される重合手段(25)、
を含む。
本発明はまた、本質的には本発明の方法で得られる、架橋性樹脂に基づくマトリックスに埋め込まれた一方向の強化材繊維を含むモノリシック構造の連続的なコンポジットリングに関する。
本発明及びその他の利点は、以下の詳細な記載及び典型的な実施態様、及び本発明の方法を実施するのに用いることのできる装置の図(図1)、本発明の方法で得られるコンポジットブロック(連続的な各リング)(図2)、及び数個のコンポジットブロックの集合体の例(図3)、これらによって構成され得る非空気圧ゴムタイヤのための強化材構造(図4)を表すこれらの実施例に関する図を考慮して容易に理解される。
（発明の詳細な説明）
本記載では、特に明示する場合を除いて示される全ての割合(%)は質量%である。
本発明の方法の第一の3工程(配列、脱気及び含浸)は当業者に公知の工程であり、用いられる材料(繊維及び樹脂組成物)は、例えば上記2つの欧州特許第1,074,369号及び欧州特許第1,174,250号明細書それぞれに記載されている。
任意のタイプの強化材繊維が、その架橋性樹脂マトリックスと適合性である限り用いることができる。そのような繊維は、例えば、ポリアクリル系繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリビニルアルコール繊維、芳香族ポリアミド(又は"アラミド")繊維、ポリアミド-イミド繊維、ポリイミド繊維、クロロ繊維、 ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、セルロース繊維、レーヨン繊維、ビスコース繊維、ポリフェニレンベンゾビソキサゾール(又は"PBO")繊維、ポリエチレンナフテネート("PEN")繊維、ガラス繊維、炭素繊維、石英繊維、セラミック繊維及びそのような繊維の混合物からなる群から選択される。高靭性繊維を用いるのが好ましく、特にガラス繊維、炭素繊維及びそのような繊維の混合物からなる群から選択される繊維が好ましい。
該繊維のいかなる含浸の前にも、繊維の配列を真空作用によって脱気する必須工程を行わなければならず、特に含浸効率を向上させ、且つ特に最終コンポジットリング内の泡の不存在を保証する。そのような脱気工程は上記欧州特許出願第1,174,250号明細書に詳述されている。
用いられる樹脂組成物は、例えば電離放射線、例えば好ましくは少なくとも300nm〜450nmのスペクトルにおける紫外/可視放射線照射、加速電子ビーム又はX線ビームによって架橋することのできる(すなわち、硬化することのできる)樹脂である。また、過酸化物によって硬化することのできる樹脂を含む組成物を選択することもでき、それに続く架橋は場合によって然るべき時に熱供給手段、例えばマイクロ波作用によって行われる。好ましくは、電離放射線によって硬化することのできるタイプの組成物が用いられ、最終的な重合は場合によってイオン化処理手段、例えばUV又はUV/可視光タイプの手段によって容易に活性化及び制御される。
架橋性樹脂には、ポリエステル又はビニルエステル樹脂が好ましくは用いられる。"ポリエステル"樹脂という用語は、公知の様式で不飽和ポリエステルタイプの樹脂を意味すると理解される。該ビニルエステル樹脂は、それ自体がコンポジット材料の分野で周知である。
この定義を限定するわけではないが、該ビニルエステル樹脂は、好ましくはエポキシビニルエステルタイプのものである。さらに好ましくは、ビニルエステル樹脂、特にエポキシドタイプのものが用いられ、これは少なくとも部分的にノボラック(フェノプラストとしても公知)及び/又はビスフェノールに基づき(すなわち、該タイプの構造にグラフトされている)、又は好ましくはノボラック、ビスフェノール、又はノボラック及びビスフェノールに基づくビニルエステル樹脂である。
ノボラック系(下記式Iのカッコ内の部分)エポキシビニルエステル樹脂は、例えば従来の様式では下記の式(I)に相当する:
Figure 2009524536
 (I)
ビスフェノールA系(下記式(II)のカッコ内の部分)エポキシビニルエステル樹脂は、例えば該式("A"は該生成物がアセトンを用いて製造されることを意味する)に相当する:
Figure 2009524536
 (II)
ノボラック及びビスフェノールタイプのエポキシビニルエステル樹脂は、優れた結果を示した。そのような樹脂の例として、特に上記欧州特許出願第1,074,369号明細書及び欧州特許出願第1,174,250号明細書に記載されているDSMからのビニルエステル樹脂"ATLAC 590"(約40%のスチレンで希釈されている)が挙げられ得る。そのようなエポキシビニルエステル樹脂は、Reichhold、Cray Valley又はUCBなどの他の製造者から入手可能である。
"サイジングダイ"として公知の型は、所定の寸法の断面によって、一般的に好ましくは長方形にして該強化材繊維に対する樹脂の量を調整し、該テープに望ましい形状及び厚みを有するプレプレッグを提供することができる。
続いて、該サイジングダイによって形成された繊維のテープが、連続的に好適な形状の支柱又は心棒上に到達し、その周囲に層Ncの予め決められた数の重ね合わせによって一方向に直接巻き付けられる。従って、断面が本質的に長方形の連続的な閉じたリングが形成され、これが上記のように該樹脂のいかなる安定化又はさらに部分的な重合の前に行われる。
一つの好ましい実施態様では、操作中にテープにおける強化材繊維により(すなわち、含浸された繊維により)受ける引張応力が、0.2〜5 cN/tex(tex当たりのセンチニュートン)である。従って、これはサイジングダイと最終的なコンポジットブロックの形状を決定する支柱又は心棒の注入口との間で測定される応力である。この好ましい応力範囲の他に、該テープの変形の危険性、又は非常に少なくともその形状の規則性の損失があることが観察され、これらは最終的なコンポジットブロックの質及び疲労強度に損害を与え得る。このため、前記引張応力はさらに好ましくは0.5〜2.5 cN/texである。
該テープを前記心棒上に巻き付けるための操作は、好ましくは平面に対して接線方向に固定されている平面において該心棒自体を回転することによって行われ、そこで該テープは回転する心棒に到達する。該巻き付け操作は、該テープのNc層がそれら自体の頂部に巻き付かれると停止する。
一つの可能な実施態様の変形では、N枚の各層が、例えば該テープと同じ幅を有するローラーを用いるローリングによって、該支柱又は心棒の入口で機械的に圧迫され、該集合体を軽く成形し、該連続層の間の優れた接着を保証し、及び該繊維を外側に均一な様式で分布させる。
全巻き付け操作中に該樹脂の固体化を部分的にもしないことによる本発明の方法の一つの顕著な利点は、該テープが十分な厚みを保持し、機械的及び/又は熱的作用を行う必要無く、続く層(N+1)をN枚の層の上に接着するのを可能にすることである。
この段階では、各層又は階層が断面で見えないという意味でモノリシックな連続的で平らなリングの形状のコンポジットブロックが得られ、実質的に一方向のその強化材繊維は該容積中に均一に分布され、依然として液状のマトリックス(すなわち、樹脂組成物)である。
そのように形成された特別な外形、好ましくは凸状(例えば、円形、卵形又は楕円形)のリングは、もちろん、該"液体"テープが巻き付けられた支柱又は心棒の外形によって決定される。一つの好ましい実施態様の変形では、例えば金属製の該支柱又は心棒が、該テープの形状に適合する底が平らな受取用の溝を備え、且つ該テープのNcで重ね合わされた層を幾何学的に受け入れ且つ固定化させるのに好適な深さを有する。
"液体"コンポジットリングがそのように形成されると、該液体樹脂を、例えばUV放射又は熱処理を用いて少なくとも部分的な重合に付し、前記リングをその支柱から分離する前に少なくとも部分的に安定化及び固体化する。この分離を容易にするために、前記支柱は、有利には機械的に容易に分離され得る2種の対称性又は非対称性な除去可能部品から構築される。
そのように安定化されたコンポジットブロックは、該樹脂組成物が少なくとも部分的に固相となり、続いて容易に扱われる、そのままで保存される、又はすぐに処理して該樹脂の重合(最終的な硬化又は架橋)が終了し得る。
最終的な硬化操作は、単純な大気圧下の"型の外"(又は公知の用語では"開いた型")で、当業者に公知の任意の方法で行われ得る。例えば、適切な温度、大気圧下又は低圧下における単純な熱オーブン、又はその他のUVチャンバーの使用によってなされる。一つの可能な実施態様の変形は、該コンポジットブロックをその受取用の支柱又は心棒上で完全に硬化し、及び後者を完全な硬化後に抽出することのみからなる。
最終的なコンポジットリングの厚みは、好ましくは0.5〜5.0mm(ミリメートル)であり、さらに好ましくは1〜2mmの範囲である。その幅は好ましくは25mm未満、さらに好ましくは5〜20mmの範囲である。
該リング自体の寸法に関しては、(すなわち、実質的にその製造に用いられた心棒又は支柱の寸法)、その最大寸法(例えば該リングが円形の場合はその直径)が典型的には数cm(センチメートル)から数十cmのオーダーである。
本発明の方法の2つの本質的な特徴は、一方ではサイジングダイを出るテープの最大厚みであり、これは0.5mm未満でなければならず、及び他方では円形に巻き付けられてコンポジットリングを形成する層の最大数であり、これは15未満でなければならない。これらの2つの特徴が確認されない場合、該テープの形状及び規則性は、最終的なコンポジットのものと同様に制御できず、これは最終的なコンポジットリングの曲げ/圧縮強さの損傷性の変形を生じることが明らかとなった。さらに、0.05mm(すなわち、50μm)未満の厚みは、産業上の制限と容易に適合し得ない。
上記全ての理由のため、該型を出るテープの厚みは、好ましくは0.05〜0.35mm、さらに好ましくは0.10〜0.30mmの間で選択される。層Ncの数は、それ自体で好ましくは10未満、さらに好ましくは5〜10である。
当業者は、過度の圧力がかかる(真空領域の末端)ことにより、気泡が該サイジングダイの排出口における該テープの表面で必然的に形成されること、及び続いてこれらの泡はここで採用される巻き付け技術によってテープの層間に容易に捕捉されることを期待し、この場合は層の重ね合わせによる一方向の巻き付き(巻き付きは重ならず、繊維は交差しない)を行い、さらに該繊維上に著しい張力が無かった。そのような寄生性の効果は、最終的なコンポジットの質及び外観とさらにその強靭性を当然に与え得る。
予期せぬことに、本発明の方法の全ての組合された技術的特徴を重んじる条件、特に基本テープの厚み及び重ね合わされた層の数に関する上記2つの本質的な条件では起こらなかった。
もちろん、本発明は、上記工程(該繊維の配列、脱気、含浸、サイジング、支柱上への一方向の巻き付け、少なくとも部分的な安定化)以外の1種以上の工程が本発明の方法に加えられる場合も含む。
本発明の方法は、少なくとも上流から下流まで(図1及び2を参照):
該強化材繊維(11)の直線的な配列のための手段(10)及び前記配列(12)を供給方向(F)に運ぶ手段(23);
真空チャンバー(13、13a、13b);
該真空チャンバーの出口にある、該繊維(11、12)を液状樹脂組成物(17)で含浸することを目的とする含浸チャンバー(14、15、16、17、18);
該繊維(11)及び液状樹脂(17)を含むテープ(21)を形成するための少なくとも1種のサイジングダイ(20)を含むサイジング手段(19、20);
前記テープ(21)を受け取り、前記テープの層の重ね合わせによって支柱上にコンポジットリング(30)を形成することを目的とする閉じた形状の支柱又は心棒(23);及び
前記コンポジットリング(30)が形成されたら該リングの樹脂を前記支柱又は心棒(23)上に少なくとも部分的に重合することのできる、該支柱又は心棒に向かい合って配置される重合手段(25)、
を含む本発明の主題である装置(1)自体を用いて行われ得る。
図1は、そのような装置1の例(部分的に遠近法でサイジング手段19、20を通過した後にテープ21の出現を説明するためのもの)を非常に簡潔に説明している。
リール10がそこに示されており、説明される実施例においてガラス繊維11を含有している。該リールは連続的に飛末同伴によってほどかれ、これらの繊維11の直線的な配列12を製造する。一般的に、該強化材繊維は"ロービング"として送達され、すなわち、リール上に並行に巻き付けられている繊維群である(例えば、Owens Corningより繊維名"Advantex"で販売されている繊維が用いられ、これは1200texに等しい線密度を有する(心覚えに、1tex = 繊維の1g/1000m))。例えば、並行な繊維及びテープを装置1に沿って供給することができる回転レシーバー23によってなされる張力である。
続いて、この配列12は真空チャンバー13(示されていない真空ポンプに接続されている)を通過し、これは注入チュービング13a及び排出チュービング13bの間に配置され、含浸チャンバー14に至り、これらの2つの好ましくは硬い壁面のチュービングは、例えば該繊維の全断面積よりも大きい(典型的に2倍以上)最小断面積及び前記最小断面積よりも非常に大きい(典型的には50倍以上)長さを有する。
すでに上記欧州特許出願第1,174,250号明細書に教示されているように、硬い壁面のチュービングを、該真空チャンバーへの注入オリフィス及び該真空チャンバーの排出オリフィスの両方を用いること、及び該真空チャンバーから該含浸チャンバーへの移動は、該繊維が繊維を破損すること無くオリフィスを通過する高い速度に適合し、及びさらに十分な密閉を保証することもできることが分かる。実験的に必要な場合は、最大通路断面積を求めて処理される繊維の全断面積を考慮するのに十分であり、これは依然として十分な密閉を提供することができ、該繊維の供給速度及び該チュービングの長さを考慮する。典型的には、該チャンバー13内の真空は例えば約0.1barである。
真空チャンバー13を出ると、繊維11の配列12が、供給タンク15(示されていない定量ポンプに接続されている)及びビニルエステルタイプの硬化性樹脂に基づく含浸組成物17(例えば、DSMからのATLAC 590)で完全に満たされている不浸透性含浸タンク16を含む含浸チャンバー14に入る。例えば、該組成物は、(1〜2質量%の量で)UV及び/又はUV/可視光放射に好適な光開始剤、例えばビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキシド(CibaからのIRGACURE 819)をさらに含み、それによって該組成物はその後に処理される。もちろん、該含浸組成物17は液状である。従って、例えば50〜75%(質量%)の固体繊維11を含み、残りが液体含浸マトリックス17からなるプレプレッグが、含浸チャンバー14から不浸透性排出チュービング18(依然として真空下)に現れる。
続いて、該プレプレッグが、例えば長方形又は円錐形状のチャネル(ここでは示さず)が特定の製造条件に好適な少なくとも1種のサイジング型20を含むサイジング手段19を通過する。例えば、このチャネルは、下流オリフィスが計画されたテープよりもわずかに大きい寸法(例えば5.3mm×0.25mm又は10.6mm×0.25mm)長方形の最小断面積を有する。前記型は、典型的には最小断面積の最小寸法よりも少なくとも100倍の長さを有する。これは最終生成物に対して正確な大きい寸法を保証する役割を有する。また、該樹脂に対する繊維含有量を測定する役割も有し得る。一つの可能な実施態様の変形では、該型20が含浸チャンバー14に直接統合され、例えば排出チュービング18の使用を回避し得る。
サイジング手段(19、20)により、"液体"コンポジットテープ21(その含浸樹脂が液体のままであるという意味で液体)がこの段階で得られ、その断面の形状は主に長方形(例えば、それぞれ5mm、0.2mm又は10mm、0.2mm)である。
サイジング手段(19、20)及び最終的な受取用支柱(23)の間に、繊維によってなされる張力を中程度、例えば0.5〜2.5 cN/texに保持するのが好ましい。これを制御するために、 it will be possible, 例えば、これらの張力を該型の排出口において当業者に既知の好適な張力計によって直接測定することができる。
矢印Fの方向に同伴されるテープ21は、続いてその最終受取用支柱23、例えば凸型形状の回転心棒(例えばここでは長円形)に注入口に到達し、一つの有利な実施態様では、弱い圧力Pをテープ21の上部表面に与える手段22(例えばローラーを用いた機械的なローリング)を用いて機械的に圧迫され得る。回転心棒23は、好ましくはテープ21の形状及び幅に調和し、且つそれによってその種々の重ね合わされた層Ncにおいてその周囲に該テープを巻き付けることを容易にする受取用の溝24を備える。
Nc層のテープが巻き付けられると、該巻き付けは停止される。そのようにして得られた"液体"コンポジットブロックは、心棒23の反対に配置された重合手段25により(例えば、UV放射下で数秒間)、前記心棒上に直接、後者のものを機械的に抽出する(2部分に分離)前に、部分的に重合される。
そのように固定化されたテープは、容易に扱われ得る。例えば、5分間UVオーブン(200〜600nmの波長を有するDr. HonleからのUVAプリント)において、単純なオーブンにおける最終硬化の前に、例えば高いTg(ガラス転移温度)の値が最終コンポジットに望ましい場合は大気圧及び高温(例えば230℃で5〜6分)の下で処理される。別の実施態様変形では、全硬化操作は、UV放射下で完全に、又は受取用心棒以外で行うことができた。
最後に、コンポジットブロックが、強化材繊維が該容積中に均一に分布している連続的な閉じたリングの形状で得られる。
上記欧州特許出願第1,074,369号又は欧州特許出願第1,174,250号明細書の教示に従って調製された先行技術のコンポジットブロック又はリングとは対照的に、このコンポジットリングは、真のモノリシック構造を有するという意味で新規である。これは均一な構造を意味すると理解され、すなわち、一切の階層(又はテープの基本層)が断面に見えず、特に前記断面積が光学顕微鏡下で観察されるときに、一切の階層も使用中に明らかとならない。これは優れた機械的特性、特に非常に高い曲げ及び剪断耐性を有し、少なくとも同等、場合によってはそれ以下で、それらの最終的な硬化中に非常に高い圧力を必要とする先行技術のこれらのコンポジットリングを観察した。
そのようなコンポジットブロック30の例は、図2のように概略的に再生した。これは、楕円形状の凸状心棒上に巻き付けることによって得られた。これは、長方形の断面積が10mm×1.4mmの寸法を有する連続的で平らな閉じたリング30からなる。図2から分かるように、リングの形状又は外観は、主に約15cmの縦内寸(図2におけるAによって意味される)及び約6cmの横内寸(図2におけるBによって意味される)を有する楕円形である。そのようなコンポジットリング又はブロックは、テープの7(Nc = 7)枚の連続的な層を、上記本発明の方法に従い、図1で概略的に示されているような装置を用いて巻き付けることによって調製した。
従って、本発明は、非常に多くの産業用途を有し得る非常に小さな断面でコンポジットブロックを製造する可能性を提供し、個別に用いられるか又は他のコンポジットブロックと組み合わされて、さらに複雑な構造を形成する。そのような構造は、特に、任意の自動車両の接地システム、例えば非空気式タイヤ、空気式タイヤ、タイヤ、車両、さらなるサスペンション及び耐振動用部品の内的安全支柱のための強化材として用いられ得る。
例えば、数"Na"(Naは好ましくは10未満、例えば3〜7である)及びこれらの基本的なリングの寸法を適合することによって、後者は有利には互いに収容され、続いて、例えば基本的なリングの間に存在する全ての隙間を埋めることを目的とする充填用ポリマーの使用によって機械的又は"化学的"に固定され得る。この充填用ポリマーは、もちろん、該コンポジットリングの樹脂と適合性があり、且つ後者との良好な接着を達成することができなければならず、必要に応じて、例えば特許出願WO 2004/058909(又は米国特許第2006/0047050号明細書)に記載のような好適な接着組成物を用いる。このポリマーは、例えばジエンエラストマー又はポリウレタンである。
図3で概略的に示されているのは、5個の基本的なリング30の間に存在する隙間を埋める充填用ポリマー41(例えばポリウレタン又はジエンゴム製)の使用によって共に"化学的に"結合される5個(Na=5)の基本的なリング30から形成された、そのようなコンポジット強化材40の例である。該強化材40は、以下に説明されるような車輪の硬質な部分へのその後の結合を提供するための機械的結合手段42(例えばクランプ)を含み得る。
このコンポジット強化材は、例えば特許出願WO 00/37269(又は米国特許第6,640,859号明細書)及び欧州特許第1,359,028号明細書(又は米国特許第6,994,135号明細書)に記載されているような、非空気式タイヤの胴体の放射状強化アーチを形成し得る。
図4は、そのような柔軟な非空気式タイヤ50の部分的な斜視図を示している。そのようなタイヤは、該柔軟なタイヤ及びハブの間に結合を提供するための任意の他の硬い機械部品と組み合わされるとき、大部分の最新の道路車両に公知のようなタイヤ及び車輪からなる組立品に取って代わる。
タイヤのプロフィールは、卵形断面積の円環状内空洞を区切る。タイヤ50は、接続領域51(図3に説明されているような結合手段42を含む)、2つの側面52及びトレッド53を含む。接続領域は、ホイールディスクなどの機械的な部品(ここでは示さず)を介してホイールハブに硬く結合することを意図する。この図4では、トレッド53が数種の円周リブを含むが、この外観はもちろんいかなる限定的な特徴も有さない。側面52は円形であり、タイヤ50の放射状の高さの主要部分を占める。軸受構造は、前述の図2で説明されているコンポジット強化材40からなる多数の支柱部品を含む。
該支柱部品40は円周上に近接し、それぞれは接続領域51から出発して外部へ実質的に放射状に伸びる。図4はまた、このタイプの非空気式タイヤの原理を示しており、それによって荷重を生むことのできる支柱部品の曲げとなる。この特定の実施例では、該タイヤが約100個の支柱部品40を含む。もちろん、この数は、例えば車両のタイヤ及び意図されるタイヤの使用及び該支柱部品の特性に依存して大きく異なり得る。従って、部品数は例えば30〜300個で変化し得る。好ましくは、トレッド53の下に放射状に配置される内部接続構造は、縦方向の静止摩擦/圧縮に比較的硬く、円周上に全ての支柱部品40を接続する。
これらの支柱部品の組成物及び内部接続構造に関する他の詳細については、読者は上記特許出願WO 00/37269及び欧州特許第1,359,028号明細書を有効に参照されたい。
そのような非空気式タイヤは、任意のタイプの自動車、例えば以下のタイプの自動車:乗用車両、二輪車両(特にオートバイク及びスクーター)、航空機、バン、"大型の貨物車両"、すなわち、地下鉄、バス、大型道路輸送車両(ローリー、トラクター、トレイラー)、オフロード車、例えば農耕用又は土木用車両、及び他の輸送用又は運送用車両から選択される産業用車両に備えることができる。
結果的に、本発明の方法により、今後は非常に高質なコンポジットリングを液状樹脂層の単純な一方向の巻き付けによって得ることができ、これは低コストであり、特に圧縮された断片を区分けする及び組み立てる、鋳型において高圧下で硬化する、数種の放射チューブを連続的に備える長期安定化チャンバーを使用するなどの先行技術の公知の欠点を回避する。
本発明の方法を実施するのに用いることのできる装置。 本発明の方法で得られるコンポジットブロック(連続的な各リング)。 数個のコンポジットブロックの集合体の例。 コンポジットブロックの集合体によって構成され得る非空気圧ゴムタイヤのための強化材構造。

Claims (25)

  1. 連続的なリング状で繊維及び架橋性樹脂に基づく閉じた形状のコンポジットブロックを、架橋性樹脂を含む組成物に基づくマトリックスに埋め込まれている強化材繊維のテープの複数層を連続的に巻き付ける及び重ね合わせることによって製造するための方法であって、上流から下流まで、以下の工程:
    強化材繊維の直線的な配列を製造し、及びこの配列を供給方向に運ぶ工程;
    該繊維の配列を真空作用によって脱気する工程;
    脱気後、該繊維の配列を真空下において液体状態の該樹脂組成物で含浸する工程;
    そのようにして得られたプレプレッグを型に通し、該プレプレッグをそれらの液体樹脂マトリックスにおける強化材繊維からなる厚みが0.5mm未満のテープの形状に製造する工程;
    該テープの層の"Nc"で表される予め決められた数の重ね合わせによって、該テープを該コンポジットブロックの最終形状を指定する支柱上に沈着し、及び該テープを該支柱の周囲に一方向に巻き付け、該連続的なリングを該支柱上に直接形成する工程、ただしNcは15未満;及び
    該連続的なリングがそのように形成された後、その液体樹脂を少なくとも部分的な重合に付して該リングをその支柱から取り除く前に安定化させる工程、
    を含む、方法。
  2. 前記強化剤繊維が、ガラス繊維、炭素繊維及びそのような繊維の混合物からなる群から選択される、請求項１記載の方法。
  3. 前記組成物の樹脂が、電離放射線又は過酸化物によって架橋され得る樹脂である、請求項１又は２記載の方法。
  4. 前記樹脂がポリエステル又はビニルエステル樹脂である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
  5. 前記樹脂がビニルエステル樹脂である、請求項４記載の方法。
  6. 前記ビニルエステル樹脂がエポキシビニルエステル樹脂である、請求項５記載の方法。
  7. 前記テープの厚みが0.05〜0.35mmである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
  8. 前記テープの厚みが0.10〜0.30mmである、請求項７記載の方法。
  9. 層Ncの数が10未満である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
  10. Ncが5〜10である、請求項９記載の方法。
  11. 前記リングの厚みが0.5〜5.0mmである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
  12. 前記リングの厚みが1〜2mmである、請求項１１記載の方法。
  13. 前記リングの幅が25mm未満である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
  14. 前記リングの幅が5〜20mmである、請求項１３記載の方法。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法を実施することのできる装置であって、少なくとも上流から下流まで:
    前記強化材繊維(11)の直線的な配列のための手段(10)、及び前記配列(12)を供給方向(F)に運ぶ手段(23);
    真空チャンバー(13、13a、13b);
    該真空チャンバーの出口にある、該繊維(11、12)を液状樹脂組成物(17)で含浸することを目的とする含浸チャンバー(14、15、16、17、18);
    該繊維(11)及び液状樹脂(17)を含むテープ(21)を形成するための、少なくとも1種のサイジングダイ(20)を含むサイジング手段(19、20);
    前記テープ(21)を受け取り、前記テープの層の重ね合わせによって支柱上にコンポジットリング(30)を形成することを目的とする閉じた形状の支柱又は心棒(23);及び
    該コンポジットリング(30)が形成されたら、該リングの樹脂を該支柱又は心棒(23)上に少なくとも部分的に重合することのできる、該支柱又は心棒に向かい合って配置される重合手段(25)、
    を含む、装置。
  16. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法によって得られる、架橋性樹脂に基づくマトリックスに埋め込まれた一方向の強化材繊維を含む、モノリシック構造の連続的なコンポジットリング。
  17. 厚みが0.5〜5mmである、請求項１６記載のリング。
  18. 厚みが1〜2mmである、請求項１７記載のリング。
  19. 幅が25mm未満である、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載のリング。
  20. 幅が5〜20mmである、請求項１９記載のリング。
  21. 前記強化材繊維が、ガラス繊維、炭素繊維及びそのような繊維の混合物からなる群から選択される、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載のリング。
  22. 前記組成物の樹脂が、電離放射線又は過酸化物によって架橋され得る樹脂である、請求項１６〜２１のいずれか１項に記載のリング。
  23. 前記樹脂がポリエステル又はビニルエステル樹脂である、請求項１６〜２２のいずれか１項に記載のリング。
  24. 前記樹脂がビニルエステル樹脂である、請求項２３記載のリング。
  25. 前記ビニルエステル樹脂がエポキシビニルエステル樹脂である、請求項２４記載のリング。
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