JP2010526691A - 補強用繊維アーマチャ及び当該補強用繊維アーマチャの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、複合材料又は部品の製造に利用可能な繊維アーマチャに関する。当該繊維アーマチャは、第1種類の合成材料からなる細かく裁断された繊維部分に基づく中心層であって、前記細かく裁断された繊維部分は、層を形成する前に、前記細かく裁断された繊維部分上に永続的な圧着を与える処理を受けた、中心層；及び前記中心層の対向する面上に設けられた外部層を有する。前記外部層は細かく裁断された化学繊維部分及び細かく裁断された補強用繊維部分を有し、前記細かく裁断された化学繊維部分は永続的な圧着を与える処理を以前に受け、前記細かく裁断された化学繊維部分の少なくとも一部は該部分の全長の一部にわたって前記中心層へ入り込み、前記細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも第1細かく裁断された化学繊維部分を有し、該第1細かく裁断された化学繊維部分は、前記の中心層の細かく裁断された繊維部分の融点以下の融点を有する熱可塑性材料の表面層を少なくとも1層有し、前記の外部層の第1細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも部分的には互いに接合し、かつ当該繊維アーマチャの他の細かく裁断された繊維部分とも接合する。

Description

本発明は複合材料を補強する製品として用いられる繊維アーマチャ、つまり補強用繊維アーマチャによって補強される樹脂（ポリエステル又は他の樹脂）に基づく製品に関する。

永続的な圧着を有する繊維に基づくマットからなる中心層の対向する面上に設けられた2層の繊維補強層の利用について記載している特許文献1から、補強用繊維アーマチャは既知である。補強用繊維層及び中心層は縫う/編むことによって1つにされる。

特許文献2の一部は、複合製品の製造に用いられ、かつ少なくとも2層の補強用繊維層で構成される繊維アーマチャについて記載している。前記繊維アーマチャにおいては、前記少なくとも2層の補強用繊維層は中心層の対向する面に設けられることで前記材料の厚さを供し、前記層は縫う/編むことによって1つにされ、前記アーマチャは該アーマチャの外部面のうちの少なくとも1面に対して合成ファイバのベールを有し、該ベールは、前記複合製品の外側に接着されることによって、又は様々な層を縫って1つにすることによって、取り付けられる。

縫う/編む手法は相対的に遅く、製造速度を3〜5m/分のオーダーといったように遅くしてしまう。この縫う/編む手法を速くすることは不可能である。

特許文献1及び2の繊維アーマチャはまた、その表面全体にわたって不均一な変形をさせてしまう。様々な繊維層を互いに固定するのに編む/縫う手段が用いられるからである。

また縫った/編んだ列が存在することで、繊維アーマチャを樹脂で満たした後に得られる完成部分中に表面欠陥が誘起される。

特許文献3は中心層の対向する面上に設けられた2層の補強用繊維層の使用について開示している。特許文献3において、前記中心層は永続的な圧着を有する繊維に基づくマットで構成され、該マットには繊維ベールが備えられていて、前記繊維ベールは化学繊維に基づき、前記化学繊維は前記補強用繊維層のうちの少なくとも1層上に備えられた永続的に圧着されていて前記中心層よりも線密度が低い。（複数の）繊維ベール、補強用繊維層、及び中心層は針でパンチ穴を開けられることで1つにされる。

針でパンチ穴を開ける手法も依然として遅く、その結果縫う/編む手法と同程度の製造速度となってしまう。またアーマチャ層間での接続は大抵の場合不十分である。

さらに被処理製品についての十分な接合を保証するため、強力な針によるパンチ穴開けが用いられなければならない。しかし強力な針によるパンチ穴開けはガラス繊維を破壊してしまう。

欧州特許第0395548号明細書 欧州特許第0694643号明細書 欧州特許第0659922号明細書

本発明によって解決される第1問題は、製造が迅速となることによって低コストとなり、かつ、複合材料又は部品の製造に用いられるときに良好な多次元変形能を有する繊維アーマチャを供することである。

同時に本発明は、押圧成形法、注入成形法、又は真空成形法を用いるときに、樹脂を容易かつ均一に注入できる繊維アーマチャを供することを目的とする。

本発明の他の態様は、擦り切れることなく容易に切断可能な上述の繊維アーマチャを供することを目的とする。

上記及び他の目的を実現するため、本発明は、複合材料又は部品の製造に利用可能な繊維アーマチャを提案する。当該繊維アーマチャは：
第1種類の合成材料からなる細かく裁断された繊維部分に基づく中心層であって、前記細かく裁断された繊維部分は、層を形成する前に、前記細かく裁断された繊維部分上に永続的な圧着を与える処理を受けた、中心層；
前記中心層の対向する面上に設けられた外部層；
を有する。

前記外部層は細かく裁断された化学繊維部分及び細かく裁断された補強用繊維部分を有し、前記細かく裁断された化学繊維部分は永続的な圧着を与える処理を以前に受ける。

前記細かく裁断された化学繊維部分の少なくとも一部は該部分の全長の一部にわたって前記中心層へ入り込む。

前記細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも第1細かく裁断された化学繊維部分を有し、該第1細かく裁断された化学繊維部分は、前記の中心層の細かく裁断された繊維部分の融点以下の融点を有する熱可塑性材料の表面層を少なくとも1層有する。

前記の外部層の第1細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも部分的には互いに接合し、かつ当該繊維アーマチャの他の細かく裁断された繊維部分とも接合する。

当該繊維アーマチャは多数の方向において良好な変形能を有する。より詳細には当該アーマチャは、特定の変形方向を有しているわけではなく、かつ変形が防止されるような方向も有していない。本発明による繊維アーマチャは、全方向において様々な繊維層間での均一な接合を有する。

化学繊維が繊維アーマチャの中心層へ入り込んで接合するので、相対的に少数の中心層へ入り込む化学繊維による前記アーマチャ層の効率的な相互接続を保証することが可能である。相対的に少数の化学繊維の入り込みは、密ではない針による穴開けで構成される予備的な針による穴開け、すなわち軽度の針穴開けを用いて実現可能である。予備的な針による穴開けは編む/縫うよりもはるかに速く、かつ補強用繊維-特にガラス繊維の場合-の破壊を回避する。

細かく裁断された繊維部分を永続的に圧着することで、成型法で用いられるときに繊維アーマチャが容易に変位することが可能となる。しかも中心層の細かく裁断された繊維部分の永続的な圧着は前記細かく裁断された繊維部分間の自由空間を保持する。よって当該繊維アーマチャには通気特性が与えられる。前記通気特性により、押圧成形法、注入成型法、又は真空成型法を用いるときに、樹脂の流れが促進される。

外部層内の細かく裁断された化学繊維部分を相互に接合させることで、切断時に当該繊維アーマチャが擦り切れる危険性が効率的に制限される。特に当該繊維アーマチャを補強する細かく裁断されたガラス繊維部分の擦り切れが回避される。

化学繊維はたとえば、細かく裁断された繊維部分と細かく裁断された化学繊維部分の均一な混合物から均一な外部層を作製することを可能にする永続的圧着を有する。化学繊維の圧着により、密度の違い又は成分の違いに起因する繊維混合物の「沈殿」(settling)が回避される。よって第1実施例では、均一な混合物が得られることで、均一な外部層の作製が可能となる。前記外部層では、化学繊維及び補強用繊維は概して均一に混合される。

補強用繊維はガラス繊維又は植物（麻、サイザル、亜麻等）繊維であって良い。

中心層の細かく裁断された繊維部分はポリプロピレン、ポリエステル、又はポリアミドであることが好ましい。この理由は、これらの繊維が繊維業界において非常に広く用いられ、相対的に低コストで、ねじるのが容易で、かつ弾性の永続的圧着を有する細かく裁断された繊維部分を作製するような形状にするのが容易であるためである。

中心層をより規則的にするため、中心層の細かく裁断された繊維部分は少なくとも2種類の異なる単位線密度を有して良い。

外部層内の細かく裁断された化学繊維部分は有利となるように、細かく裁断された補強用繊維部分よりも直径の短い断面を有する。この直径差のため、外部層の細かく裁断された化学繊維部分の少なくとも一部は、予備的な針による穴開けにより、前記化学繊維部分の少なくとも一部の長さの少なくとも一部に沿って中心層へ入り込むように同伴する。予備的な針による穴開けの間、細かく裁断された化学繊維部分を同伴するように選ばれた針は、細かく裁断された補強用繊維部分をあまり同伴しない-仮に同伴してしまうとしてもわずかにしか同伴しない-ように、小さな断面積を有する。これにより、疲労した細かく裁断された補強用繊維部分の破壊が-特に補強用ガラス繊維の場合に-防止される。

外部層の第1の細かく裁断された化学繊維部分は有利となるように、中心層の細かく裁断された繊維部分よりも融点の低い熱可塑性材料であって良い。

本発明の一の有利な実施例では、外部層の第1の細かく裁断された化学繊維部分はポリエチレンであって良い。

ポリエチレンは、繊維産業において非常に広く用いられ、相対的に低コストで、かつ低融点の材料である。ポリエチレンは低いエネルギーコストでの熱結合を供する。

本発明の他の有利な実施例では、以下のような特徴が与えられ得る。
- 外部層の第1の細かく裁断された化学繊維部分は2成分の細かく裁断された繊維部分で、該2成分の細かく裁断された繊維部分は第1成分からなる中心コア及び第2成分からなる外部シースを有する。
- 中心コアの第1成分の融点は外部シースの第2成分の融点よりも高い。

係る2成分繊維が用いられることで、外部層への明白な損傷又は不慮の損傷の危険性なしで、前記ファイバが中心層へ熱的に結合される。2成分繊維の外部シースだけが軟らかくなって、熱的な結合に関与する。2成分繊維のコアは損傷を受けないままで、かつその機械的特性を維持する。

場合によっては、特に補強用ガラス繊維の場合、補強用繊維と外部層内の化学繊維との十分均一な混合を保証することが難しくなる恐れがある。この場合、外部層は有利となるように積層構造で作製されて良い。前記外部層は、基本的に細かく裁断された化学繊維部分からなる外側層、基本的に細かく裁断された化学繊維部分からなる内側層、及び基本的に補強用繊維からなる中間層を有する。予備的な針による穴開けを行い、その後第1の細かく裁断された化学繊維部分の表面軟化を行うことによって、層間接続は供される。外側層の一部の化学繊維は外部層の中間及び内側層を通過して、繊維アーマチャの中心層へ入り込む。

本実施例の他の利点は、繊維アーマチャの外部表面が基本的に化学繊維で構成されることである。これらの化学繊維の熱可塑性材料の表面層は互いに接合するので、樹脂がまだ埋め込まれていないときの繊維アーマチャの後続処理の際、補強用繊維の摩耗又は損傷に対抗する。

化学繊維からなる内側層を省略することもできることに留意して欲しい。

両実施例の第1変化型によると、外部層の細かく裁断された化学繊維部分は第1の細かく裁断された化学繊維部分しか有していなくて良い。

あるいはその代わりに両実施例の第2変化型によると、外部層の細かく裁断された化学繊維部分は、第1の細かく裁断された化学繊維部分と第2の細かく裁断された化学繊維部分の混合物を有して良い。第2の細かく裁断された化学繊維部分は、第1の細かく裁断された化学繊維部分の熱可塑性材料の融点よりも融点が高く、かつ第1の細かく裁断された化学繊維部分が作製される化学繊維よりもはるかに安価である。たとえば細かく裁断された化学繊維部分はポリアミド又はポリエステルである。

本発明の他の態様は、複合材料又は部品の製造に利用可能な繊維アーマチャの製造方法を提案する。当該方法は：
a) 第1種の合成材料の細かく裁断された繊維部分に基づいて中心層を供する工程であって、前記細かく裁断された繊維部分は、層を形成する前に、前記前記細かく裁断された繊維部分と接続する永続的圧着処理を受けた、工程；
b) 前記中心層の対向する面上に外部層を設ける工程であって、前記外部層は細かく裁断された補強用繊維部分及び永続的に圧着された細かく裁断された化学繊維部分を有し、該細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも第1の細かく裁断された化学繊維部分を有し、前記第1の細かく裁断された化学繊維部分は第2種の熱可塑性合成材料の表面層を少なくとも1層有し、前記第2種の熱可塑性合成材料の融点は前記第1種の合成材料の融点以下である、工程；
c) 前記細かく裁断された化学繊維部分が前記中心層の長さ全体にわたって入り込むように予備的な針による穴開けを実行する工程；並びに、
d) 前記繊維アーマチャを加熱して、少なくとも表面上を軟化させ、かつ前記細かく裁断された化学繊維部分を接合させる、工程；
を有する。

当該製造方法は、繊維産業において既知でありかつ非常に広く用いられている技術的手段（機械、装置等）での実装が容易である。従って当該方法は相対的に低コストである。熱的結合を用いることで、縫う/編む手法又は針による穴開けによる結合よりも速い製造速度も実現可能となる。

工程d)の間、加熱は繊維アーマチャを介して熱風を循環させることによって行われるのが好ましい。この加熱法は、前記繊維アーマチャの中心部と同程度だけ離れた状態で前記繊維同士を熱的に結合させ、かつ細かく裁断された化学繊維部分を含む前記外部層が上に設けられた前記繊維アーマチャの上面及び下面の集中的な加熱を回避する。従ってこれにより、前記の外部層の細かく裁断された化学繊維部分の過剰な加熱が回避され、かつ冷却後に熱可塑性材料の連続層が形成される。前記連続層は、樹脂を押圧成型法、注入成型法、又は真空成型法で用いる際に、前記繊維アーマチャへの前記樹脂の良好な注入を妥協によって実現する。

あるいはその代わりに工程d)の間、前記加熱は、高周波マイクロ波放射線又は適切な波長の赤外放射線によって実行されることで、前記第1の細かく裁断された化学繊維部分を軟化させても良い。

本発明の他の目的、特徴、及び利点は、添付の図面を参照することで与えられる特定の実施例に関する以下の説明から明らかとなる。

製造中の本発明の第1実施例に係る繊維アーマチャの長手方向での断面の概略図である。 予備的な針による穴開けの中の図1の繊維アーマチャの長手方向での断面の概略図である。 加熱操作中の図2の繊維アーマチャの長手方向での断面の概略図である。 2成分構造の細かく裁断された化学繊維部分の斜視図を示している。 本発明の第2実施例の繊維アーマチャの長手方向での断面の概略図である。

図1に図示された第1実施例では、本発明の繊維アーマチャ1は3層の連続する繊維層21、3、及び22を有する。中心層3は第1種の合成材料の細かく裁断された繊維部分3aに基づく。細かく裁断された繊維部分3aは、層内で形成される前に、永続的圧着が与えられるように処理された。

圧着された細かく裁断された繊維部分3aの弾性の耐久性を改善させるため、その圧着された細かく裁断された繊維部分3aは有利となるように単一ストランドの繊維から作製されて良い。

複数の細かく裁断された繊維部分3aは同一の単位線密度を有して良い。それでも細かく裁断された繊維部分3aが、中心層3の規則性を向上させるために少なくとも2種類の異なる単位線密度を有することも可能である。よって中心層3は、たとえば110dTexの細かく裁断された繊維部分3a及び70dTexの細かく裁断された繊維部分3aを有して良い。

中心層3の対向する面上には外部繊維層21及び22が設けられる。この実施例では、外部繊維層21及び22は、細かく裁断された補強用繊維部分4と細かく裁断された化学繊維部分7の混合物に基づく。

細かく裁断された化学繊維部分7は先に永続的圧着が与えられるように処理された。

外部繊維層21及び22は、裁断された化学繊維部分7と細かく裁断された補強用繊維部分4-たとえばガラス繊維又は植物繊維-の均一な混合物から得られる。前記均一な混合物は、適切なカッターによって得ることが可能で、かつ中心層3の2面上へ重力によって堆積される。

混合物の均一性は、細かく裁断された繊維部分7の永続的圧着の結果でもある。つまり前記永続的圧着により、混合物に「接着力」が与えられ、かつ細かく裁断された補強用繊維部分4と細かく裁断された化学繊維部分7の相対的な密度又は成分の違いに起因する「沈殿」として知られる現象が防止される。

質量比90%の細かく裁断されたガラス繊維部分4と質量比10%の細かく裁断された化学繊維部分7の均一な混合物から外部層21,22が作製されるときに良好な結果が得られた。

外部繊維層21及び22は、中心層3の細かく裁断された繊維部分3aの融点以下の融点を有する熱可塑性材料中に少なくとも第1の細かく裁断された化学繊維部分70を有する。図1で表された状態では、繊維アーマチャ1は、輸送可能となるようなしっかりとした接合すなわち接続を有していない。

一旦3層の繊維層21、3、及び22が供されると、繊維アーマチャ1は、図2に図示された予備的な針による穴開け処理を受ける。この予備的な針による穴開け操作の間、針8は、各外部繊維層21と22の細かく裁断された化学繊維部分7（第1の細かく裁断された化学繊維部分70を含む）の少なくとも一部のその全長にわたって中心層3へ入り込ませる。繊維アーマチャ1の移動方向は矢印12によって表されている。針の移動方向は矢印の方向12と繊維アーマチャ1の表面に対して垂直である。

用いられる針8は、細かく裁断された化学繊維部分7-及び特に第1の細かく裁断された化学繊維部分70-が特定の方向に同伴されるのに適切なサイズの（針の）かかり8aを有し、かつ外部繊維層21と22の細かく裁断された補強用繊維部分4を同伴しない。実際、細かく裁断された化学繊維部分7-特に第1の細かく裁断された化学繊維部分70-は、細かく裁断された補強用繊維部分4の直径よりも小さな直径を有する。たとえば約2〜6デニールの細かく裁断された化学繊維部分7と最小でも約40Texの細かく裁断された補強用繊維部分4が用いられる。

図1〜3における細かく裁断された繊維部分3a、4、7、及び70を表す線の厚さ及び寸法は、細かく裁断された繊維部分3a、4、7、及び70の実際の厚さ及び寸法を表しているわけではないことに留意して欲しい。図1〜3で用いられている厚さ及び寸法は、読者が、様々な繊維3a、4、7、及び70と、繊維層21、3、及び22との差異を容易に評価できるようにすることを意図しているに過ぎない。

予備的な針による穴開けは標準的な針による穴開けと比較して、繊維アーマチャ1がより高速で複数の針8の間を通り抜けること、及び針8の密度がより低くなる、点で異なっている。例示すると、標準的な針による穴開けは最大でも約4m/分の製造速度しか実現しない一方で、予備的な針による穴開けは約8m/分〜約20m/分の速度を実現する。さらに例示すると、針による穴開け機械は従前、移動するメートル毎に約1600〜32000の針密度を有する一方で、予備的な針による穴開け機械は、移動するメートル毎に約900〜1400の針密度を有する。

移動するメートル毎の針密度が低いことで、針8が細かく裁断された化学繊維部分7の一部を中心層3内の外部層21と22へ入り込ませるときに、繊維層21と22の細かく裁断された補強用繊維部分4-特に補強用ガラス繊維4の場合-が破壊する危険性が制限される。

予備的な針による穴開けは、未完成状態の繊維アーマチャを次の作業領域へ搬送する間での結合を保証するのには十分だが、その繊維アーマチャの最終的な結合を供するのには不十分である。これはまだ依然として、予備的な針による穴開けの後の補強用製品として用いられるものとして搬送することはできない。

図2に図示された予備的な針による穴開けの操作の後、繊維アーマチャ1は加熱される（図3）。この加熱工程の間、外部繊維層21と22の第1の細かく裁断された化学繊維部分70の熱可塑性表面層は軟化し、かつ第1の細かく裁断された化学繊維部分70が接合した状態になる。予備的な針による穴開けによって同伴された第1の細かく裁断された化学繊維部分70は、外部繊維層21と22の隣接する細かく裁断された補強用繊維部分4と接合して、かつ中心層3の隣接する細かく裁断された繊維部分3aと接合する。よって冷却後、繊維アーマチャ1の様々な繊維層21、3、及び22は、少なくとも一部が熱可塑性の第1の細かく裁断された化学繊維部分70の針で穴あけされて結合する繊維によって相互接続する。外部繊維層21と22の細かく裁断された補強用繊維部分4及び中心層3の細かく裁断された繊維部分3aへ前記少なくとも一部が熱可塑性の第1の細かく裁断された化学繊維部分70が接合することで、予備的な針による穴開けの不安定性が補償され、繊維アーマチャ1が搬送可能な程度に十分接合されることが保証される。

本発明の一の有利な実施例では、中心層3の細かく裁断された繊維部分3aはポリプロピレンであって良い。ポリプロピレンはねじるのが容易で、かつ永続的な弾性圧着を備えた細かく裁断された繊維部分を生成するように形状を作るのが容易である。ポリエステル又はポリアミド中の細かく裁断された繊維部分3aもまた同様に用いられて良い。

本発明の一の実施例では、細かく裁断された化学繊維部分7は第1の細かく裁断された熱可塑性ポリエチレン繊維部分70を有する。中心層3の細かく裁断された繊維部分3aの融点よりも低い融点を有する他の材料に係る第1の熱可塑性の化学繊維部分70もまた同様に用いられて良い。

ポリエチレンを用いるのは有利である。なぜならポリエチレンの融点は低いからである。中心層3ポリエステル又はポリアミド繊維部分3aは、加熱操作によってはそれほど損傷を受けず、かつこの場合、全ての物理的及び技術的特徴を保持する。他方、予備的な針による穴開けによって外部繊維層21と22へ引き込まれたポリエチレンからなる第1の細かく裁断された化学繊維層70は加熱によって軟化して、かつ繊維層21と22の隣接する繊維に接合し、及び相互にも接合する。

加熱は、熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70を軟化して、かつその化学繊維部分70を融解せずに接合した状態にするように調節される。これにより、樹脂を浸透させない繊維アーマチャ1の上面及び下面上に均一な外部層が形成されるのが回避される。そのような均一で浸透を許さない層は、押圧成形法、注入成型法、又は真空成型法によって形状を形成する後続の工程の間に、樹脂による繊維アーマチャ1の良好な注入を実現する。

本発明の他の有利な実施例では、樹脂に対する浸透度の低い外部層が形成される全ての危険性を回避するため、2成分の熱可塑性繊維が、第1の細かく裁断された化学繊維部分70として用いられて良い。第1の細かく裁断された化学繊維部分70は、図4に図示されているように中心コア7a及び外部シース7bを有する。中心コア7aの融点は外部シース7bの融点よりも高い。

2成分である第1の細かく裁断された化学繊維部分70は、ポリアミド、ポリエステル、又はポリプロピレンの中心コア7a、及び、コポリエステル、ポリエチレン、又は中心層3の細かく裁断された繊維部分3aの融点よりも低い融点を有する他の材料からなる外部シース7bを有して良い。特に、ポリエステルの中心層及びコポリエステルの外部シースを用いることによって、又はポリプロピレンの中心層及びポリエチレンの外部シースを用いることによって良好な結果が得られた。他の材料の対も同軸2成分繊維の形態で用いられて良い。たとえばポリプロピレンとコポリプロピレン、及びポリプロピレンとエチルビニルアセテートである。

中心コア7aは外部シース7bよりも低い融点を有するので、繊維アーマチャ1の製造中に外部繊維層21と22の熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70が予測せずに完全に融解してしまう危険性が回避される。

これはまた、加熱工程中に、過熱又は制御の不十分な加熱によって熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70が完全に融解してしまうことで、繊維アーマチャ1の上面及び下面全体にわたって構成材料が広がることにより、樹脂を浸透させない均一な層が形成される危険性を制限する有効な方法である。2成分の繊維のコアはそれほど損傷を受けない。よって外部繊維層21と22も損傷を受けない。

さらに外部シース7bと中心コア7aを備えた2成分の熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70を用いることで、繊維アーマチャ1のポリオレフィン含有量が減少する。このことは有利となる。その理由は、樹脂は特にポリオレフィンとの相性が良くないためである。実際樹脂はポリオレフィン繊維に対して好ましくない状態で接合する。

2成分の熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70が用いられる場合、その2成分の熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70は有利となるように、コポリエステル又はポリエチレンの外部シース7bを有して良い。よって中心層3の細かく裁断されたポリプロピレン、ポリエステル、又はポリアミド繊維部分3aは加熱による影響を受けない。実際、コポリエステル及びポリエチレンは、ポリプロピレン、ポリエステル、又はポリアミドの融点よりも低い融点を有する。よって、中心層3のポリプロピレン、ポリエステル、若しくはポリアミドの細かく裁断された繊維部分3aを軟化又は他の影響を及ぼすことなく、2成分の熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70のコポリエステル又はポリエチレンを軟化するのに十分な温度にまで繊維アーマチャ1を加熱することが可能である。

図5に図示された第2実施例では、繰り返しになるが本発明の繊維アーマチャ1は3層の繊維層21、3、及び22を連続した状態で有する。中心層3は、上述した図1の実施例に係る中心層3と同一の構造を有する。

この図5に図示された第2実施例では、外部層21と22の構造に差異が存在する。この場合では、外部層21と22は積層された層であり、各層は、外側層21c又は22c、内側層21a又は22a、及び中間層21b又は22bを有する。

外側層21cと22c及び内側層21aと22aは基本的に、細かく裁断された化学繊維部分-たとえば図1の実施例の化学繊維7（第1の細かく裁断された化学繊維部分70を含む）-で構成される。

中間層21bと22bは基本的には、補強用繊維-たとえば図1の実施例の補強用繊維4-で構成される。

予備的な針による穴あけの間、細かく裁断された化学繊維部分7-細かく裁断された化学繊維部分70を含む-は、針によって層を介して引き込まれる。その引き込みは、細かく裁断された化学繊維部分7が中心層3へ入り込むまで行われる。後続の加熱は、第1の細かく裁断された化学繊維部分70を他の繊維へ結合して、層と接続する。

この第2実施例の変化型では、内側層21a、22aは省略されて良い。

本発明の繊維アーマチャ1は、連続する以下の工程を有する方法によって低コストで容易に製造することができる。

当該方法は：
a) 第1種の合成材料の細かく裁断された繊維部分3aに基づいて中心層3を供する工程であって、前記細かく裁断された繊維部分3aは、層を形成する前に、前記前記細かく裁断された繊維部分3aと接続する永続的圧着処理を受けた、工程；
b) 前記中心層の対向する面上に外部層21と22を設ける工程であって、前記外部層21と22は細かく裁断された補強用繊維部分4及び永続的に圧着された細かく裁断された化学繊維部分7を有し、該細かく裁断された化学繊維部分7は少なくとも第1の細かく裁断された化学繊維部分70を有し、前記第1の細かく裁断された化学繊維部分70は第2種の熱可塑性合成材料の表面層7bを少なくとも1層有し、前記第2種の熱可塑性合成材料の融点は前記第1種の合成材料の融点以下である、工程；
c) 前記細かく裁断された化学繊維部分7-特に前記第1の細かく裁断された化学繊維部分70-が前記中心層3の長さ全体にわたって入り込むように予備的な針による穴開けを実行する工程；並びに、
d) 前記繊維アーマチャ1を加熱（図3）して、少なくとも表面上を軟化させ、かつ前記第1の細かく裁断された化学繊維部分70を接合させる、工程；
を有する。

繊維アーマチャ1の加熱工程d)の後、続けて前記繊維アーマチャ1を冷間圧延して一定で均一の厚さにする工程e)が有利となるように行われて良い。圧延はまた、前記繊維の小型化及び前記繊維同士の結合をも促進する。

外部層21と22の細かく裁断された化学繊維部分7-特に前記第1の細かく裁断された化学繊維部分70-は有利となるように、細かく裁断された補強用繊維部分4の直径よりも短い直径を有して良い。続いて工程c)の予備的な針による穴開けが針8によって実行される。その針8はかかり8aを有し、そのかかり8aは、細かく裁断された化学繊維部分7-前記第1の細かく裁断された化学繊維部分70を含む-を選択的に同伴して、前記細かく裁断された化学繊維部分7よりも直径の長い細かく裁断された補強用繊維部分4をほとんど同伴しないように備えられている。

加熱工程d)の間、繊維アーマチャ1は熱風トンネルオーブン9へ入り込む。その熱風トンネルオーブン9はコンベヤベルト11を有する。そのコンベヤベルト11は、矢印13で定義された方向に、前記オーブン9を通り抜けるように前記繊維アーマチャ1を移動させる。コンベヤベルト11には穴が開いている。少なくとも一部が熱可塑性である第1の細かく裁断された化学繊維部分70を、中心層3の細かく裁断された繊維部分3a及び外部層21と22の細かく裁断された補強用繊維部分4に接合させるため、熱風ジェット14は前記繊維アーマチャ1を介するように案内されて、前記繊維アーマチャ1をその厚さ全体にわたって加熱する。

図1-3の実施例による繊維アーマチャ1を製造するため、細かく裁断された化学繊維部分7と細かく裁断された補強用繊維部分4の均一な混合物が、工程d)の間にカッターによって得られ、かつ中心層3の2面上へ重力によって堆積される。

図5の実施例による繊維アーマチャ1を製造するため、化学繊維層21a、22a、21c、及び22cはそれぞれ、カーディングによって生成される。内側層21aと22aは、中心層3のいずれかの面上に堆積される。その後カッターによって切断された補強用繊維の中間層21bと22bが重力によって堆積され、その後外側層21cと22cがこのようにして形成される集合体のいずれかの面上に堆積される。

図1-5に図示された上述の全実施例の第1変化型では、外部層21と22の細かく裁断された化学繊維部分7は第1の細かく裁断された化学繊維部分70でのみ構成されていて良い。

これらの実施例の各々の第2変化型では、外部層21と22の細かく裁断された化学繊維部分7は、第1の細かく裁断された化学繊維部分70と第2の細かく裁断された化学繊維部分71の混合物で構成されて良い。

第2の細かく裁断された化学繊維部分71は、第1の細かく裁断された化学繊維部分70の融点よりも高い融点を有するように選ばれ、かつ第1の細かく裁断された化学繊維部分70の材料よりも低コストの材料で構成される。たとえばポリエステル又はポリアミドからなる第2の細かく裁断された化学繊維部分71が用いられても良い。

最初に、第1の細かく裁断された化学繊維部分70と第2の細かく裁断された化学繊維部分71の混合物を用いることで、本発明の繊維アーマチャ製造コストは顕著に減少する。たとえば質量比で約50%〜70%の第2の細かく裁断された化学繊維部分71を含む混合物が用いられて良い。

さらに混合物を用いることで外部層21と22内の熱可塑性材料の量が減少することによって、加熱工程後、繊維アーマチャ1の表面上に、樹脂の入り込みを防止する熱可塑性材料の非浸透性膜が形成されるのが回避される。それと同時に、混合物に対して、第2の細かく裁断された化学繊維部分71による、従来のカーディング装置によってカーディングされるのに十分な密度が与えられる。

本発明の繊維アーマチャ1-特に第1の細かく裁断された化学繊維部分70と第2の細かく裁断された化学繊維部分71の混合物を有する変化型-は、所謂「プリフォーム法」において顕著な利点となることが分かった。

この場合では、繊維アーマチャ1は、該繊維アーマチャ1を必要な形状に適合させる製造プロセスの工程d)の間に加熱される。繊維アーマチャ1は、得られる形状がその形状に対応する鋳型を備えた樹脂注入鋳型成形機へ輸送可能となるのに十分な程度加熱され、樹脂の注入前又は最中に、繊維アーマチャを、わずかにより強く再加熱できるようにする。

第1の細かく裁断された化学繊維部分70と第2の細かく裁断された化学繊維部分71の混合物内で外部層21と22を備えた繊維アーマチャ1をプレフォームする場合、質量比で約50%以上の第1の細かく裁断された化学繊維部分70を用いることが有利であると分かった。
[例]
I)従来のカーディング装置では、中心層3は、単位線密度が110dTexのポリプロピレンの細かく裁断されたモノフィラメント繊維部分3aで作られる。細かく裁断された繊維部分3aは、約90mmの切断長、1cmあたりに約2つの凹凸がある圧着、及び約170℃〜180℃の融点を有する。

中心層3は、約4〜5mmの平均厚さ及び約250g/m²の質量を有する。

中心層3をこれまでよりも規則的にするため、単位線密度が70dTexの細かく裁断された圧着モノフィラメントポリプロピレン繊維は、質量比にして10%〜50%の割合で、単位線密度が110dTexの細かく裁断された繊維部分3aと混合されて良い。

II)細かく裁断された化学繊維部分7からなる内側層21aと22aが中心層3の各面上に堆積される。

細かく裁断された化学繊維部分7は、70%（質量比）のポリエステルの第2の細かく裁断された化学繊維部分71及び30%（質量比）の2成分である第1の細かく裁断された化学繊維部分70で構成される。2成分である第1の細かく裁断された化学繊維部分70は、ポリエステルからなる中心コア7a及びコポリエステルからなる熱可塑性外部シース7bを有する。熱可塑性であるコポリエステルの外部シース7bは約110℃の融点を有する。

ポリエステルからなる第2の細かく裁断された化学繊維部分71は、約3デニール〜約6デニールの単位線密度を有し、約3.5デニールとなるように選ばれることが好ましい。

2成分である第1の細かく裁断された化学繊維部分70は、約2デニール〜約4デニールの単位線密度を有する。

III)細かく裁断された補強用繊維部分4で構成される中間層21bと22bが各内側層21aと22a上に堆積される。

細かく裁断された補強用繊維部分4は、約50Texの単位線密度及び約50mmのカット長を有する細かく裁断されたガラス繊維部分4である。

細かく裁断されたガラス繊維部分4の基本繊維の直径は約14μmである。

中間層21bと22bは450g/m²に近い密度を有する。

IV)内側層21a及び22aと同一組成の外側層21c及び22cが、各中間層21b及び22b上に堆積される。

V)繊維アーマチャ1がコンベヤベルト11によってローラー型の予備的な針による穴開け装置へ導入される。針の密度は4.6/cm²で、ローラーの間隔は20mmで、かつ針の侵入深さは12mmである。ベルトは10m/分の速度で動く。

VI)予備的な針による穴開け動作の後、繊維アーマチャ1は、長さが20mの加熱部分を有する熱風トンネルオーブン9を、10m/分の速度で通り抜ける。熱風トンネルオーブン9の温度は約120℃である。

VII)熱風トンネルオーブン9の出口では、冷間圧延により、繊維アーマチャ1が最終的な厚さとなる。この最終厚さは約4〜5mm付近である。

本発明は明示的に記載された実施例に限定されず、「特許請求の範囲」に記載された請求項の技術的範囲内でその実施例を変化させたものや一般化したものをも含む。

Claims (15)

1. 複合材料又は部品の製造に利用可能な繊維アーマチャであって、
   当該繊維アーマチャは：
   第1種類の合成材料からなる細かく裁断された繊維部分に基づく中心層であって、前記細かく裁断された繊維部分は、層を形成する前に、前記細かく裁断された繊維部分上に永続的な圧着を与える処理を受けた、中心層；及び
   前記中心層の対向する面上に設けられた外部層；
   を有し、
   前記外部層は細かく裁断された化学繊維部分及び細かく裁断された補強用繊維部分を有し、前記細かく裁断された化学繊維部分は永続的な圧着を与える処理を以前に受け、
   前記細かく裁断された化学繊維部分の少なくとも一部は該部分の全長の一部にわたって前記中心層へ入り込み、
   前記細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも第1細かく裁断された化学繊維部分を有し、該第1細かく裁断された化学繊維部分は、前記の中心層の細かく裁断された繊維部分の融点以下の融点を有する熱可塑性材料の表面層を少なくとも1層有し、
   前記の外部層の第1細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも部分的には互いに接合し、かつ当該繊維アーマチャの他の細かく裁断された繊維部分とも接合する、
   ことを特徴とする繊維アーマチャ。
2. 前記の中心層の細かく裁断された繊維部分はポリプロピレン、ポリエステル、又はポリアミドであることを特徴とする、請求項1に記載の繊維アーマチャ。
3. 前記の中心層の細かく裁断された繊維部分は少なくとも2種類の異なる単位線密度を有することを特徴とする、請求項1又は2に記載の繊維アーマチャ。
4. 前記の外部層の細かく裁断された化学繊維部分は、前記細かく裁断された補強用繊維部分よりも直径の短い断面を有することを特徴とする、請求項1-3のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
5. 前記の外部層の第1の細かく裁断された化学繊維部分は、前記の中心層の細かく裁断された繊維部分よりも融点の低い熱可塑性材料である、ことを特徴とする、請求項1-4のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
6. 前記の外部層の第1の細かく裁断された化学繊維部分は2成分の細かく裁断された繊維部分で、該2成分の細かく裁断された繊維部分は第1成分からなる中心コア及び第2成分からなる外部シースを有し、
   前記の中心コアの第1成分の融点は前記の外部シースの第2成分の融点よりも高い、
   ことを特徴とする、請求項1-4のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
7. 前記中心コアがポリアミド、ポリエステル、又はポリプロピレンで、
   前記外部シースが、前記の中心層の細かく裁断された繊維部分の融点よりも低い融点を有する熱可塑性材料である、
   ことを特徴とする、請求項6に記載の繊維アーマチャ。
8. 前記の外部層内の細かく裁断された化学繊維部分は第1の細かく裁断された化学繊維部分のみ有することを特徴とする、請求項1-7のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
9. 前記の外部層内の細かく裁断された化学繊維部分は、第1の細かく裁断された化学繊維部分と第2の細かく裁断された化学繊維部分の混合物を有することを特徴とする、請求項1-7のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
10. 前記の外部層内の細かく裁断された化学繊維部分及び細かく裁断された補強用繊維部分が概して均一に混合されることを特徴とする、請求項1-9のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
11. 前記外部層が層構造を形成し、
    前記外部層は、基本的に細かく裁断された化学繊維部分からなる外側層、基本的に細かく裁断された化学繊維部分からなる任意で省略可能な内側層、及び基本的に補強用繊維からなる中間層を有する、
    ことを特徴とする、請求項1-9のいずれかに記載の繊維アーマチャ。
12. 複合材料又は部品の製造に利用可能な繊維アーマチャの製造方法であって：
    a) 第1種の合成材料の細かく裁断された繊維部分に基づいて中心層を供する工程であって、前記細かく裁断された繊維部分は、層を形成する前に、前記前記細かく裁断された繊維部分と接続する永続的圧着処理を受けた、工程；
    b) 前記中心層の対向する面上に外部層を設ける工程であって、前記外部層は細かく裁断された補強用繊維部分及び永続的に圧着された細かく裁断された化学繊維部分を有し、該細かく裁断された化学繊維部分は少なくとも第1の細かく裁断された化学繊維部分を有し、前記第1の細かく裁断された化学繊維部分は第2種の熱可塑性合成材料の表面層を少なくとも1層有し、前記第2種の熱可塑性合成材料の融点は前記第1種の合成材料の融点以下である、工程；
    c) 前記細かく裁断された化学繊維部分が前記中心層の長さ全体にわたって入り込むように予備的な針による穴開けを実行する工程；並びに、
    d) 前記繊維アーマチャを加熱して、少なくとも表面上を軟化させ、かつ前記細かく裁断された化学繊維部分を接合させる、工程；
    を有する、方法。
13. 前記工程d)の後に前記繊維アーマチャを冷間圧延する工程をさらに有することを特徴とする、請求項12に記載の方法。
14. 前記の外部層の細かく裁断された化学繊維部分が、前記細かく裁断された補強用繊維部分4の直径よりも短い直径を有し、
    前記工程c)の予備的な針による穴開けが針によって実行され、
    該針はかかりを有し、
    該かかりは、前記細かく裁断された化学繊維部分-特に前記第1の細かく裁断された化学繊維部分7-を選択的に同伴して、前記細かく裁断された化学繊維部分よりも直径の長い細かく裁断された補強用繊維部分をほとんど同伴しないように備えられている、
    ことを特徴とする、請求項12又は13のいずれかに記載の方法。
15. 前記工程d)の間、前記加熱は前記繊維アーマチャを介して熱風を循環させることによって行われることを特徴とする、請求項12-14のいずれかに記載の方法。
    
    
    
    

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