JP2010524734A - 好ましくは拡張可能バルーン・ケーシング用の可撓性多層材料、および拡張可能ケーシングの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、特に拡張可能バルーン・ケーシング、小型飛行船、エアバッグ、帆、可撓性太陽電池、または可撓性アンテナに使用することができる可撓性多層材料に関する。特に、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、または超高分子ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）で作られている、少なくとも１つの層（１１、１３）が設けられている。これは、ポリエチレンまたはポリプロピレンで作られ、そこに結合された層またはフィルム（１０、１２；１２、１４）によって２つの側部のそれぞれが囲まれており、互いの上部に置かれた層またはフィルム（１０〜１４）は、加熱により互いに結合させることができる。このような材料層は軽量であり、高い安定性または引き裂き耐性、および高い弾性係数を有する。

Description

本発明は、特に拡張可能バルーン・ケーシング、小型飛行船、エアバッグ、帆、可撓性太陽電池、または可撓性アンテナ用の可撓性多層材料、および拡張可能ケーシングの製造方法に関する。

例えば、マイラー（ポリエチレン・テレフタレート、ＰＥＴ）の層またはフィルム、およびこのために、別のポリエチレン層または別のポリエチレン・フィルムが塗布されるいくつかの層で作られた材料から成層圏内に様々な通信および／または観察プラットフォームを位置決めするために使用されるガス充填バルーン（高高度バルーン）用ケーシングを製造することが知られている。ここで、個別の層は適当な接着剤により互いに結合される。バルーン・ケーシングは普通、やはり互いに接着結合された多層材料で作られた複数のストリップから製造されている。これは、いくつかの欠点に関連している。接着点では、後者が非気密になる危険性が常にあり、したがってバルーンを充填するガス、例えばヘリウムまたは水素が逃げる可能性がある。また、バルーン・ケーシングの可撓性および所要の高い安定性または引き裂き抵抗に悪影響があり、特にケーシングの重量も大きくする。特に極度の温度差、また特に例えば−８０℃の温度に曝された２０から３０ｋｍの高さに位置決めされたバルーン（高高度バルーン）では、接着点は危険因子を構成する。

本発明の基礎をなす目的は、軽量であり、高いＥモジュールおよび高い安定性または引き裂き抵抗を有する、特に拡張可能バルーン・ケーシングだけでなく、例えば小型飛行船、パラシュート、エアバッグ、帆、可撓性太陽電池など用の多層材料を提供することである。さらに、欠点に関連する個別の層およびストリップの接着で大きく分配し、異なる状態で高い圧力にも耐える軽量の可撓性ケーシング、例えばバルーン、小型飛行船またはエアバッグ・ケーシングを製造することができる、本発明による多層材料で作られた拡張可能ケーシングの製造方法が提案されている。

この目的は、特許請求の範囲第１項の特徴を備えた多層材料によって、および特許請求の範囲第１０項に記載の方法によって、本発明により達成される。

本発明による多層材料、および本発明による方法の別の好ましい実施形態は、特許請求の範囲従属項の主題を形成する。

本発明による可撓性多層材料は、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）、または超高分子ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）の少なくとも１層により、高い引き裂き抵抗を特徴としている。このＵＨＭＷＰＥ層は、ポリエチレンで作られた層またはフィルムによって２側面のそれぞれが囲まれている（または、ＵＨＭＷＰＰ層が、ポリプロピレンで作られたそれぞれの層またはフィルムにより）という事実により、互いの上部に配置された層またはフィルムは、接着剤を使用しなければならないことなく、単に加熱により互いに結合させることができる。

本発明による方法では、拡張可能ケーシング、例えばバルーン・ケーシングを、「高圧貯蔵タンク」のように実用的に拡張された金型ケーシングの周りに形成することができ、個別の層またはフィルムが順に広げられ、その後、加熱ローラにより加熱され、このようにして互いに結合される。層またはフィルムは、拡張された金型ケーシングの上にコイル形状に巻かれて丸められ、重なり合っていることが好ましい。有利には、層またはフィルムは、金型ケーシングに沿って移動されるローラによりその長手軸周りで回転している金型ケーシングの上で丸められ、加熱ローラはまた、回転している金型ケーシングに沿って移動される。ケーシングの完成後、金型ケーシングは空にされ、この目的で設けられた密封可能な開口を通してケーシングから引き出される。

以下に、本発明を図面によりより詳細に説明する。図面は単に略図的に示すものである。

本発明による多層材料の構造および層構成の例示的な一実施形態を示す図である。 本発明による多層材料の拡大部分断面図である。 本発明による多層材料で作られた拡張可能バルーン・ケーシングを製造するための配置を示す図である。 本発明による多層材料で作られた帆の正面図である。

図１では、本発明によりどの層が、例えば拡張可能バルーンまたは小型飛行船ケーシングのために提供された可撓性多層材料を作り出すことができるかが略図的に示されている。

例示的な一実施形態が、５つの層１０から１４で示されている。バルーンの内部を形成するものである第１の層１０は、約５から２０μｍ厚さである、エチレン系フィルム、例えばエチレン・ビニル・アルコール（ＥＶＯＨ）によって形成されている。この第１の層またはフィルム１０には、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の層１１が塗布され、これはおそらく、例えばＤｙｎｅｅｍａまたはＳｐｅｃｔｒａなどの、繊維、糸などで作られた市販の材料である。この層１１とこれもＤｙｎｅｅｍａ繊維または糸で作られていることが好ましい別のＵＨＭＷＰＥ層１３の間には、約８μｍ厚さである低密度ポリエチレン（ＬＬＰＰＥ）の中間層１２が設けられている。第２のＵＨＭＰＷＥ層１３は最後に、アルミニウム保護層を外側に備えることができる別のＬＤＰＥポリエチレン・フィルム１４で被覆される。

さらに、バルーンの内側では、内側層１０は、プラズマなどを加えることによってナノ範囲の追加の粉末コーティングを備えることができる。

２つのＵＨＭＷＰＥ層１１、１３の存在により、特に一方のＵＨＭＷＰＥ層１１の繊維または糸が図１に示すように、もう一方のＵＨＭＷＰＥ層１３の繊維または糸まで横方向に延びている場合、材料の極めて高い安定性または引き裂き抵抗が達成される。しかし、理論的には、１つのＵＨＭＷＰＥ層だけを補強として設けることもできる。これらの繊維または糸を表面処理する必要はないが、原則として、例えばプラズマ法により行うこともできる。これらの層１３は、規則的な距離だけ離れて隣り合って置かれ、それぞれ複数の個別の繊維で構成されている、いくつかの繊維ストランドまたは糸で作られている。これらの糸は、５０から２３００ｇ／１００００ｍの比重を有する。本出願では、１１０ｇ／１００００ｍの重量が使用されることが好ましい。これらのＤｙｎｅｅｍａ繊維では、最大２，０００Ｎ／ｍｍ²の平均安定性値（引張荷重）が達成される。

この少なくとも１つのＵＨＭＷＰＥ層がポリエチレンで作られた層またはフィルムによって２つの側面それぞれが囲まれているという事実により、互いの上部に置かれた層またはフィルムは、接着剤または樹脂混合物を使用しなければならないことなく単に加熱により互いに結合させることができる。ここで、層は圧縮状態で融点のすぐ下の温度、好ましくは６０〜９０℃まで加熱される。ポリエチレン・フィルムとして特に適切であるのは、繊維または糸で作られた層１３に結合する際に既に自己接着がそれによって生じさせられた伸縮性フィルムである。

ＵＨＭＷＰＥの代わりに、超高分子ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）はまた、普通のポリエチレン層またはフィルムの代わりに、対応する１つまたは複数の層１１、１３を形成することができ、その後ポリプロピレン（プロピレン）で作られた層またはフィルムをこれに応じて使用しなければならない。ポリプロピレンは、最大約−２０℃で使用することしかできないので、ポリプロピレンは大気温度での応用例に特に適している。

図２は、繊維または糸１３’を備えた層１３を特に通る断面を拡大図で示している。それぞれマイクロメートル範囲の直径を有するこれらの糸１３’は、互いの上に位置するのではなく、各個別の糸１３’がそれぞれのフィルム１２、１４に両側部で結合されているように、互いに平行にほぼ一列になるように配置されている。したがって、任意選択の全表面結合が、フィルムと繊維または糸の間に作り出される。この目的で、普通は房になって提供される糸は、互いに分離され、その後にフィルムと共に結合され貼り付けられる前にほぼ単一列の層１３を形成するように位置合わせされる。

次に、図３により、例えばケーシング、例えばバルーン・ケーシングがどのように上記多層材料から製造されるかを説明する。

図３は、ポリエチレンと融合することができない材料、好ましくは織物で作られていることが好ましい、製造される、好ましくは空気力学の形に膨張されるバルーン・ケーシングの外部の形に対応する金型ケーシング２１を備えた配置２０を示している。金型ケーシング２１は、その長手軸ａ周りに回転するように配置２０内に取り付けられている。本発明によると、気密性エチレン・ビニル・アルコール・フィルム（ＥＶＯＨ）によって形成されていることが好ましい第１の層１０は、最初に、コイル形状で膨張された金型ケーシング２１の上で丸められ、重なり合っており、この目的で、金型ケーシング２１に沿って移動されるローラ２２が設けられる。その後、磁気的に引っ張られたカウンタ・ローラ２５が金型ケーシング２１内で割り当てられる、やはり金型ケーシング２１に沿って移動された加熱ローラ２４により、第１の層１０は加熱され、重なり合ったフィルム部分は互いに対して押し付けられ、したがって互いに気密に結合される。有利には、繊維の分子構造を変えないように、これらの互いに結合されたフィルムはこの後にすぐに冷却される。

次に、別の層またはフィルムは、金型ケーシングの上で順に個別に丸められる。ここで、２つのＵＨＭＷＰＥまたはＤｙｎｅｅｍａ層１１、１３は、互いに対して横方向に延びる２層の繊維または糸が金型ケーシング２１の長手または回転軸ａに位置合わせされるように巻かれている。この目的で、金型ケーシング２１の回転軸ａは、いずれにしても可動ローラ２２の移動方向に対してある角度に位置決めさせることができる。

最後のポリエチレン・フィルム１４がケーシングの上で丸められた後に、加熱ローラ２４により、層またはフィルム１０から１４の全ては、加熱によって互いに結合され、それによって「一体型高圧貯蔵タンク」のタイプが膨張された金型ケーシング２１の周りに形成される。このバルーン・ケーシングの完成後、空気は金型ケーシング２１から出され、後者はこの目的で設けられた密封可能な開口２６を通してバルーン・ケーシングから引き出される。

金型ケーシング２１を空にして、引き出す前に、テフロン層（ＦＥＰ）は加えて、好ましくはアクリル接着剤９６６により、ＵＶ保護としてバルーン・ケーシングの上に貼り付けさせることができる。

本発明により製造されたバルーン・ケーシングは薄く軽量であるが、それにも関わらず、変化する状態でさえも、極めて高い圧力負荷に耐えることができる。ケーシングを異なる点で異なる強度で形成することができるように、個別のフィルムを異なる点で異なる重なり合いで包装することができることが有利である。ケーシングの上記性状により、バルーンを、従来のバルーン・ケーシングで可能であるものよりも大きな高さにすることができる。

バルーン・ケーシングと同様に、小型飛行船またはエアバッグ・ケーシングを製造することもできる。エアバッグ・ケーシングでは、別の層またはフィルムが塗布される第１の層は有利には、エアバッグ・ケーシングの内部に対応する側がアルミニウムでコーティングされたポリエチレン・フィルムにより形成されている。本発明による多層材料により、より高い圧力を使用することができるが、エアバッグは衝撃に曝された場合に材料の高いＥモジュールにより十分可撓性がある。

ケーシングの代わりに、帆、可撓性太陽電池、可撓性アンテナおよび同様のものなどの製品を、本発明による材料から製造することもできる。製造される製品の形によって、第１の層またはフィルムはその後、直接金型表面または対応するメス形を有するものに塗布され、例えば少なくともその１つが再びＵＨＭＷＰＥまたはＵＨＭＷＰＰで作られて、加熱によって互いに結合された別の層の前で、吸い込まれる。

帆として使用される場合、有利にはＵＨＭＷＰＥ層を囲む層の１つは、安定性を大きくするためにポリエチレン（ＰＥ）でコーティングされたナイロン６６で作られている。それにも関わらず、帆は、ナイロンで作られた従来の帆より実質的に軽量であり、したがって取り扱い易い。代替形態として、帆では、外側アルミニウム保護層を備えたカバー・フィルムを使用することもできる。

さらに、本発明による材料では、図４の帆３０で示すように、別の問題を解消することができる。今までは、裂け目が生じた結束点に取付手段用の開口を常に備えていた。本発明によると、帆表面３０’を形成する、互いの上部に置かれた、または／および互いに結合された材料層からの１つまたは複数のＵＨＭＷＰＥまたはＵＨＭＷＰＰ層の繊維または糸３１は、突出し、帆３０を取り付ける手段として使用される。

繊維または糸３１はその後、例えば、糸３３、３３’、３３”で示すように、これらの繊維または糸３１が帆から外に通過し、帆内に再び案内される、ループ３２内に形成させることもできる。したがって、帆３０から後者を保持するこれらのコードまでの任意選択の力移行が作り出される。帆から突出する部分では、これらの糸は例えば、帆を形成するために編みこませることができる。さらに、繊維または糸を横方向に設けることもできる。

衣類の防弾アイテム、可撓性太陽電池および電池、ヘリコプター用の防弾カバー、可撓性管、動脈硬化性血管開口用の高圧カテーテルでの手術分野のバルーンなどはまた、本発明によるこのような多層材料の別の使用として考えることができる。

原則として、繊維または糸のそれぞれの層を、異なる合成材料、例えばＵＨＭＷＰＥおよびＵＨＭＷＰＰで構成することができ、それによって繊維または糸で作られた層の一方側では、異なる材料の層またはフィルムは加熱によってもう一方側の層と反対側に結合させることができる。

１０ 第１の層； １１，１３ 超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）の層；
１２ 低密度ポリエチレン（ＬＬＰＰＥ）の中間層；
１４ ＬＤＰＥポリエチレン・フィルム。

Claims (21)

1. 拡張可能バルーン・ケーシング、小型飛行船、エアバッグ、帆、可撓性太陽電池、可撓性アンテナ用、または他の応用例用の可撓性多層材料であって、
   高い引き裂き抵抗を備えた合成物質で作られた繊維または糸の少なくとも１つの層（１１、１３）と、
   合成物質で作られた繊維または糸から製造された前記層（１１、１３）に結合可能であり、基本的に加熱によって結合させることができる材料で作られている、少なくとも１つの層またはフィルム（１０、１２；１２、１４）
   を特徴とする多層材料。
2. 前記層（１１、１３）の前記繊維または糸は、超高分子ポリエチレン（ＵＨＭＷＰＥ）から製造され、２つの側部のそれぞれは、ポリエチレンまたはエチレン系層またはフィルム（１０、１２；１２、１４）によって囲まれており、加熱によって当該層またはフィルムに結合させることができることを特徴とする、請求項１に記載の多層材料。
3. 前記層（１１、１３）の前記繊維または糸は、超高分子ポリプロピレン（ＵＨＭＷＰＰ）から製造され、２つの側部のそれぞれがポリプロピレンまたはプロピレン系層またはフィルム（１０、１２；１２、１４）によって囲まれており、加熱によって当該層またはフィルム結合させることができることを特徴とする、請求項１に記載の多層材料。
4. ポリエチレン・フィルム（１２）によって形成された共通の中間層を備えた２つのＵＨＭＷＰＥ層（１１、１３）、またはポリプロピレンで作られた共通の中間層を備えた２つのＵＨＭＷＰＰ層が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の多層材料。
5. ＤｙｎｅｅｍａをＵＨＭＷＰＥ層（１１、１３）として使用することができ、前記一方のＵＨＭＷＰＥ層（１１）の繊維または糸は、前記もう一方のＵＨＭＷＰＥ層（１３）の繊維または糸まで横方向に延びていることを特徴とする、請求項２に記載の多層材料。
6. 前記層（１１、１３）はそれぞれ、複数の個別の繊維または糸（１３’）でそれぞれ構成された、隣り合って置かれたいくつかの繊維ストランドまたは糸（１３’）から形成されていることを特徴とする、前述の請求項１から５のいずれかに記載の多層材料。
7. それぞれマイクロメートル範囲の直径を有する前記層（１１、１３）の前記糸（１３’）は、互いの上に位置するのではなく、加熱後に、ほぼ全ての個別の糸（１３’）が前記それぞれのフィルム（１２、１４）に両側部で結合されるように、互いに対してほぼ一列になるように配置されていることを特徴とする、前述の請求項１から６のいずれかに記載の多層材料。
8. 前記バルーン・ケーシングの内部を形成する前記第１の層（１０）は、Ｄｙｎｅｅｍａ繊維または糸で作られた前記一方のＵＨＭＷＰＥ層（１１）が塗布されたエチレン・ビニル・アルコール・フィルム（ＥＶＯＨ）の形をしており、このＵＨＭＷＰＥ層（１１）に対して、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）で作られた前記中間層またはフィルム（１２）が、後者に対して、Ｄｙｎｅｅｍａ繊維または糸で作られた前記もう一方のＵＨＭＷＰＥ層（１３）が塗布されており、後者は外側がアルミニウムでコーティングされたポリエチレン・フィルム（１４）によって被覆されていることを特徴とする、特にバルーンまたは小型飛行船ケーシング用の、請求項２に記載の多層材料。
9. 追加のテフロン（登録商標）層（ＦＥＰ）は、加熱によって、好ましくはアクリル接着剤９６６を使用して、前記層またはフィルム（１０〜１４）の全ての結合後に、外側がアルミニウムでコーティングされた前記ポリエチレン箔（１４）に貼り付けられていることを特徴とする、請求項８に記載の多層材料。
10. 別の層またはフィルムが塗布された前記第１の層は、ナノ範囲の粉末コーティングを備えている、前記エアバッグ・ケーシングの内側に対応する側がアルミニウムでコーティングされたポリエチレン・フィルムによって形成されていることを特徴とする、特にエアバッグ・ケーシング用の、請求項１から３のいずれかに記載の多層材料。
11. 前記１つまたは複数のＵＨＭＷＰＥおよび／またはＵＨＭＷＰＰ層の繊維または糸（３１）は、互いの上部に配置され、互いに結合され、帆表面（３０）を形成し、帆を取り付ける手段として使用することができる前記材料層から突出することを特徴とする、帆に設けられた、請求項１から３のいずれかに記載の多層材料。
12. 前記ＵＨＭＷＰＥ層を囲んでいる前記層の１つは、ポリエチレン（ＰＥ）でコーティングされたナイロン６６から作られていることを特徴とする、請求項１１に記載の多層材料。
13. 互いの上部に置かれた前記層または箔（１０〜１４）は、接触圧力を加えて約６０〜９０℃の温度に加熱することによって互いに結合させることができることを特徴とする、請求項１から１２のいずれかに記載の多層材料。
14. 繊維または糸の前記層は、異なる合成材料、例えばＵＨＭＷＰＥおよびＵＨＭＷＰＰで構成されており、それによって繊維または糸で作られた前記層の前記一方の側部では、異なる材料の層またはフィルムは、加熱によってもう一方の側部の前記層と反対側に結合させることができることを特徴とする、請求項１に記載の多層構造。
15. 繊維または糸で作られた前記層１３に結合する際に既に接着がそれによって生じさせられたポリエチレン・フィルムとして伸縮性フィルムを使用することができることを特徴とする、請求項１から１４のいずれかに記載の多層材料。
16. 請求項１から９のいずれかに記載の可撓性多層材料で作られた、拡張可能ケーシング、特にバルーン、小型飛行船またはエアバッグ・ケーシングを製造する方法であって、
    ポリエチレンまたはポリプロピレンで作られた第１の層またはフィルムは、ポリエチレンまたはポリプロピレンと融合することができない材料、好ましくは織物で作られている所望のバルーン、小型飛行船またはエアバッグの形に膨張された金型ケーシング（２１）の上で丸められ、その後、別の層またはフィルムが前記ケーシング（２１）の上で順に個別に巻かれ、その後、前記層またはフィルムは加熱ローラ（２４）により加熱され、このようにして、前記金型ケーシング（２１）を囲んでいる前記バルーン、小型飛行船またはエアバッグ・ケーシングを形成するように互いに結合され、その後、前記金型ケーシング（２１）は空にされ、完成されたケーシングから引き出されることを特徴とする方法。
17. 前記層またはフィルムは、コイル形状で前記膨張された金型ケーシング（１２）の上で巻かれて丸められ、重なり合っていることを特徴とする、請求項１６に記載の方法。
18. 前記層またはフィルムは、前記金型ケーシング（２１）に沿って移動されるローラ（２２）によりその軸（ａ）周りで回転する前記金型ケーシング（２１）の上で丸められ、前記加熱ローラ（２４）はまた、前記層またはフィルムを加熱する場合に、前記回転している金型ケーシング（２１）に沿って移動されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 既に前記第１のフィルムを巻いた後に、前記重なり合っているフィルム部分は、加熱によって気密に互いに結合されていることを特徴とする、請求項１６から１８のいずれかに記載の方法。
20. ２つのＵＨＭＷＰＥまたはＤｙｎｅｅｍａ層を備えた材料では、互いに対して横方向に延びる両方の層の前記繊維または糸は、前記金型ケーシング（２１）の前記回転軸（ａ）に対してある角度で巻かれているまたは丸められており、前記可動ローラ（２２）の移動方向に対してある角度で前記金型ケーシングの前記回転軸（ａ）を配置することが可能であることを特徴とする、請求項１８または１９に記載の方法。
21. 前記層またはフィルムは、加熱後すぐに冷却されることを特徴とする、請求項１６から２０のいずれかに記載の方法。

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