JP2013500181A - 複合材パネル用に架橋繊維を組み入れた芯材の作製方法、得たパネルおよび装置 - Google Patents

Abstract

本発明の目的は、複合パネルの製造用に組み入れた架橋繊維（１２）を有する芯材（１０）の作製方法であって、本方法が、剛性発泡タイプの軽材料製の材片を配置して芯材（１０）を形成するステップと、余分な架橋繊維（１２）を芯材（１０）の少なくとも１面（１８、２０）に載置するステップと、この架橋繊維（１２）の一部を芯材に入れ込むステップと、使用しない架橋繊維（１２）の過剰分を撤去するステップとを実行することからなることを特徴とする方法である。本発明は、このようにして得たパネルおよびその作製方法も含む。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、複合パネルの製造用に架橋繊維を組み入れた芯材の作製方法に関する。

本発明は、このようにして得たパネルおよびその作製装置にも係る。

このようなパネルは、周知の方法で発泡タイプの軽材料製の芯材で構成し、芯材の両側には２枚の表皮を取り付ける。

この表皮は、芯材の両面と一体化している。この２枚の表皮の間のスペースによって慣性モーメントが増大することから、パネルに機械的特性を与えるのは表皮である。

表皮はそれぞれ芯材と一体化している。

産業界は、芯材の中心が剥離および破損することによって生じる、このような特性を制限する作用を除去して機械的性能を向上させた複合材パネルを求めている。

よってこの結合を達成し、芯材の機械的特性の弱点を埋めるのに適した材料を使用する必要がある。

実際、各表皮は、樹脂に含浸した繊維マットから作製する。

マトリクスとして使用する樹脂と前記発泡材との競合性を念頭に置く必要がある。

しかしながら、このようにして得たパネルの機械的特性には限度があるが、この特性はきわめて有意に向上させることができる。

実際、特に湾曲力などの特定の応力をかけると、表皮が芯材から剥がれることによって表皮の剥離が起こることを確認した。

事実、剥離耐性を強化し、パネルの完全な耐性を十分に引き出すために改良が重ねられてきた。

そのため、２枚の表皮の間に橋を作製することが知られている。

このような橋は、芯材に孔を設け、表皮を作製する際に樹脂がこの孔を流れるようにして作製されてきた。

しかし、これが改良であるとすれば、機械的性能の改善は依然として不十分である。

そのため、１枚の表皮を対象とする場合は貫通するように、２枚の表皮を対象とする場合は部分的に貫通、または全体的に貫通するように、少なくとも１枚の表皮繊維を芯材に入れ込んで表皮を芯材に結合させることが考案されてきた。

したがって、樹脂は、繊維の全長を部分的または全体的に移動し、２枚の表皮の間に橋を形成することができ、表皮自体は複合材製の橋となる。

欧州特許第１６８６２１０号には、繊維製の２枚の表皮を有する芯材を含む複合パネルが記載されており、この繊維製の表皮は、凝固させた弾性材料によって芯材と結合させたものであり、この表皮の少なくとも一方から出ている結合繊維を表皮間の容積に特に垂直に埋め込み、芯材に埋め込んでいる。

この文献には、芯材の両側の表皮を連続的かつ同時に作製し、ニードルパンチングで貫通するか貫通しないようにこの表皮繊維の一部を芯材に入れ込むことができる装置も記載されている。

仏国特許第２９２１０７６号には、上記の特許を改良したものが記載されている。

この出願では、２枚の表皮の少なくとも一方から埋め込んだ結合繊維の少なくとも一部が、２枚の表皮の少なくとも一方に対して少なくとも一方向に斜めを向くようになっている。

したがって、２枚の表皮は、この２枚の表皮繊維で構成した橋によって互いに結合している。

このようなパネルの問題は、繊維の選定である。実際、表皮を構成する繊維は、樹脂の移動および表皮の「架橋」など、他の用途に必ずしも適合しているわけではない。

実際、表皮を構成する繊維のこの性質、直径、長さ、種類では、十分な機械的特性や十分に迅速な移動力が生じず、ここに挙げたのは重要な要素のみである。

最後に、表皮それぞれの厚みまたは密度が変わると、繊維が１種類のみであることだけでなく、ニードルパンチングも適合しなくなることは明らかである。よって組み合わせはきわめて限定される。

ところが、機械的耐性の強い製品に対する要望があり、パネルの作製速度を上げる必要性があるため、樹脂の移動力も向上させる必要がある。

欧州特許第１６８６２１０号 仏国特許第２９２１０７６号

生産速度は重要ではあるがニーズは多様であるため、あらかじめ芯材を準備する一方で表皮も準備するか、あるいはその場で両方を作製するが多数の組み合わせができるようにするのがよいと思われる。

本発明の目的の１つは特に、予備結合を含み、少なくとも１枚の表皮を受容して機械的耐性が高く剥離耐性が極めて高いパネルを形成するような芯材の作製方法を提供することである。

本発明の目的はまた、本方法により得た芯材およびこの芯材から作製したパネル、ならびにこれを作製するための装置である。

次に、非限定的な一実施形態に沿って本発明を図面を参照しながら詳細に説明する。

繊維強化材を含む芯材を製造するための、本発明に沿って実施する方法の概観図である。 繊維強化材を含む芯材を製造するための、本発明に沿って実施する方法の概観図である。 繊維強化材を含む芯材を製造するための、本発明に沿って実施する方法の概観図である。 繊維強化材を含む芯材を製造するための、本発明に沿って実施する方法の概観図である。 本方法により得た芯材から作製した２枚のパネルを示す２つの図である。 本方法により得た芯材から作製した２枚のパネルを示す２つの図である。 本発明による芯材を作製することができる装置の概略図である。

図１の概観図を参照して本発明による方法を説明する。本方法はステップＡで、例えば密度３０ｋｇ／ｍ^３程度の剛性発泡材など、芯材１１を構成する軽材料製の材片１０を使用する。この軽材料製の材片は周知のように、単純な例を挙げると高さ数センチメートルの平行６面体形状のプレートである。プレートとは、単一材料または複数材料で作製した１枚板のプレートまたは再構成したプレートのことである。

この芯材１１は次のステップＢで、少なくとも１面に、場合によっては芯材の上面に少なくとも１種類の架橋繊維１２を受容する。この繊維は、結合素子を一切用いず載置する。

以下の説明では、モノフィラメント繊維、マルチフィラメント繊維あるいは糸を区別せずに「繊維」と呼ぶ。

以下の説明では１種類の架橋繊維について述べるが、同時に多種類使用してもよい。

この繊維１２は、例えば適切な長さの繊維が生じるように一続きの糸を多数裁断してできたものである。このような繊維の一部分をその場で製造することができる裁断機が存在する。

この繊維１２は、架橋に必要な量に少なくとも等しい量を面に載置する。場合によって、この繊維は必要以上の量を載置する。

この繊維は、架橋に適合するもので、例えば６〜３０μｍの低い番号を付したフィラメント束形状の糸から選定することができ、この束は３０〜１００００テクスの高い番号を付した糸である。

前記フィラメントは、この糸を裁断してもフィラメントの端部が結束したままとなるように結束する。

架橋の糸は、フィラメント束を構成する材料が同じ性質または異なる性質である結束糸を用いて、前記束の周りにこの結束糸を例えば螺旋状に巻いて前記フィラメント束を撚り合わせることによって作製する。

この撚り糸には重要な利点があるが、とりわけ挿入する繊維の量を制御するという利点と、先に説明したように、パネルの作製に樹脂を使用する際に、樹脂の移動が向上するという利点がある。

さらに、このような撚り糸によって良質の架橋糸を作製することができる。

ステップＣでは、芯材を貫通するように、または部分的に貫通するように架橋繊維１２を入れ込む。

このような製品の製造に産業的に知られ許容されている手段がニードルパンチングである。

ニードルパンチングは、芯材１１に針を入れ込む方法である。各針の一方の端部は、針の挿入方向に架橋糸を導引し、糸を導引することなく針を引き抜くのに適合した外形になっている。

また、糸を芯材に部分的に入れ込むか、芯材に全体的に入れ込んで貫通させるようにする。

この糸は、芯材１１の面１８が構成する平面に対して直角に挿入し、この芯材の面に架橋繊維１２がくるようにすることができるが、この繊維はこの面１８に対して斜めになるように挿入してもよく、角度は正でも負でもよく、同じ芯材の中心に対して一部が正の角度で残りが負の角度でもよい。

角度はとりわけ４５°〜９０°の範囲であることが多い。

架橋糸は所定の模様に沿って挿入してもよいことがわかる。

芯材に架橋繊維の一部を組み入れたあと、図１Ｄのように余分な架橋繊維を撤去する。

このようにして、少なくとも一方の面に露出し、芯材に少なくとも部分的に組み入れた架橋繊維を有する芯材が得られる。

変形例によれば、第２の面２０に達するようにプレートを反転させて上に向け、余った架橋繊維を載置して面１８と同じようにする。

今度はこの繊維をニードルパンチングして芯材１１の厚みに部分的に組み込むか、貫通させる。

この繊維をニードルパンチングしたあと、ニードルパンチングしていない余剰分を芯材から撤去する。この場合、繊維は両側から貫通し、部分的に両側に組み入れられる。

各面に対する繊維の配置、ニードルパンチングおよび余剰分の撤去は、まったく同じ方法で両面同時に行ってもよい。このとき下向きの面の繊維はニードルパンチングする間、一時的に例えば薄布などで保持する。

以下の説明を簡略化する意味で、取り上げる例は一実施形態を扱うものであり、この実施形態では、芯材を完全に貫通し両面からそれぞれ出て芯材１０の２つの面１８および２０に露出している架橋繊維を有する芯材１０を使用する（図２Ｂを参照）。

しかしながら、一方の面のみに繊維層があるもう一つの例を図２Ａに示す。この架橋繊維１２は貫通し、芯材に部分的に組み入れている。

同じように、この例では１種類の架橋糸を選定する。

このようにして得た芯材１１は、架橋繊維を組み込んだもので、パネル２２の作製に適している。

このようなパネルが各面１８、２０に表皮繊維層２４を受容する。第１の実施形態によれば、この表皮繊維層２４は事前に製造して各面に載置し、３つの層からなるサンドイッチ構造体を成形型に入れ、この成形型の中に樹脂を複数の注入口から注入してパネルの表面全体にむらなく分散するようにする。

成形型は一般に、樹脂がより迅速に重合するように加熱しておく。

当然ながら、他の技術を使用してもよく、例えば繊維にあらかじめ樹脂を含浸する技術は、第１の時間帯に確実に分散し、第２の時間帯に重合する温度にもっていくのに適している。

技術の選定は決定的な要点ではなく、検討している用途および入手可能な材料によって異なる。

第２の実施形態によれば、表皮繊維２４は両面に載置して薄布でその位置に保持する。この薄布は型から取り出したあとの最終的な表面状態を良好に保つ働きもする。

架橋繊維の突出している端部は、第１および第２の変形例では、表皮繊維層２４の内部に収まる。

この２つの場合において樹脂は、分散して表皮繊維内部に移動するだけでなく、架橋繊維内にも移動してこの架橋繊維も湿らせ、両面の表皮繊維同士の間に繊維と樹脂との複合橋を作製する。

表皮繊維は機械的性能、仕上がりの表面状態、樹脂移動の質に応じて選定するのに対し、架橋繊維はニードルパンチングに対する適性、機械的耐性、裁断に対する適性、樹脂が正常に移動する適性に応じて選定する。

例として挙げて説明した実施形態では、芯材、該芯材の両側の表皮２枚、および２枚の表皮の間に橋を有するパネルが得られる。

このようにして得たパネルは、用途に応じて全体的に最適化するため、特に意味がある。

また、本発明による製造方法は、芯材の管理の点で有利であることがわかる。同種類の芯材をもとに、パネルの製造者はさまざまな種類の繊維を合わせて表皮を作製し、さらにはさまざまな種類の繊維からなる組み合わせが可能になる。

この表皮繊維には、樹脂の浸透と重合を待つ間に、機械的性能はないが表面のみに芯材とのニードルパンチングを施すこともできる。

この場合、このニードルパンチングは、架橋の役割は一切果たさないが、「針で綴じる」役割を果たす。

本発明による芯材に架橋繊維を垂直にニードルパンチングするため、
− 軽材料の材片１０を供給する供給機２６と、
− 各材片に架橋繊維を載置する載置機２８と、
− ニードルパンチング機３０と、
− 材片供給機をニードルパンチング機に対して直角に向ける方向転換機３２と、
− ニードルパンチングしていない繊維がある場合にそれを除去する除去機３４と、
− 架橋繊維を組み入れて得た芯材１１を送出する送出機３６と
を有する装置を備える。

したがって、必要に応じて垂直軸の両側を傾斜させてニードルパンチングすることも可能である。

したがって、傾斜した繊維１２は、とりわけこの芯材を用いて作製したパネルが湾曲する場合に応力を受けた状態で適切に働き、垂直な繊維は、剥離のリスクを解消して適切に働く。当然ながら、この応力はさまざまな応力が組み合わさったものであることが多く、架橋繊維はすべて応力を受ける。

供給機は、ニードルパンチング機の両側に配置する可動式の二重ベルトを備える。

繊維の載置機は、糸を裁断して架橋繊維を構成する裁断機を備える。

本発明による方法により、あらゆる要素の組み合わせが可能な順応性のあるパネルの製造に利用できる芯材１１を提供することが可能になる。この要素とは、軽材料製の材片の性質、架橋繊維の種類の性質、および表皮繊維の種類の性質である。

また、架橋繊維の量および表皮繊維の量をきわめて正確に決定することが可能であることもわかる。

橋の密度も決定して適用することができるため、この密度は、１ｍ^２あたり数個の橋から１ｃｍ^２あたり数個の橋に及ぶことができる。

同じように、橋を実装する形状は、例えば５の目型に分散させて制御することができる。

したがって、本発明の方法による芯材の作製方法により、パネル製造にはあらゆる組み合わせが可能であることがわかる。事実、必要なだけ適合させることにより、過剰な補強材、原料の無用な消費、仕上がったパネルの余剰重量がなくなり、この余剰重量をトラックに搭載して数百万キロメートルを輸送する必要などもなくなる。

最終的に、原材料をこのように制限することにより、コストおよび寿命が尽きたあとにリサイクルする材料の分量を抑えることもできる。

Claims (14)

1. 複合パネルの製造用に組み入れた架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法であって、該方法が、
   − 軽材料製の材片（１０）を配置するステップと、
   − 前記架橋繊維（１２）を前記材片（１０）の少なくとも１面（１８、２０）に載置するステップと、
   − 前記架橋繊維（１２）を前記芯材に入れ込むステップと、
   を実行することからなることを特徴とする作製方法。
2. 前記方法が、
   − 軽材料製の材片（１０）を配置するステップと、
   − 余分な架橋繊維（１２）を前記材片（１０）の少なくとも１面（１８、２０）に載置するステップと、
   − 前記架橋繊維（１２）を前記芯材に入れ込むステップと、
   − 使用しない架橋繊維（１２）の過剰分を撤去するステップと
   を実行することからなることを特徴とする、請求項１に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
3. 前記架橋繊維（１２）を前記材片（１０）に入れ込むのにニードルパンチングを使用することを特徴とする、請求項１に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
4. 前記架橋繊維（１２）の入れ込みは、架橋繊維（１２）それぞれが前記芯材の両側に達するように貫通することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
5. 前記架橋繊維（１２）は、さまざまに異なる種類からなることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
6. 前記架橋繊維（１２）は、フィラメント束を撚り合わせて構成した糸の一部であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
7. 前記架橋繊維（１２）を、軽材料製の前記材片（１０）の両面に対して傾斜して挿入することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の架橋繊維（１２）を有する芯材（１１）の作製方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法を実施することによって得られる芯材であって、軽材料製の材片（１０）および前記架橋繊維（１２）を有し、該架橋繊維のなくとも一部は前記材片の少なくとも１面に出ることを特徴とする芯材（１１）。
9. 面積単位あたりの前記架橋繊維（１２）の密度を制御することを特徴とする、請求項８に記載の芯材（１１）。
10. 面積単位あたりの前記架橋繊維（１２）の分散形態を制御することを特徴とする、請求項８または９に記載の芯材（１１）。
11. 請求項８から１０のいずれか一項に記載の芯材を使用して作製した芯材（１１）で構成する複合材パネルであって、樹脂マトリクスに含浸し、前記芯材（１１）の上に取り付け、前記樹脂を前記架橋繊維（１２）にも浸透させた表皮繊維（２４）を少なくとも有することを特徴とするパネル（２２）。
12. 前記架橋繊維（１２）の両端部を、前記表皮繊維（２４）とともに前記樹脂マトリクスに含浸することを特徴とする、請求項１１に記載のパネル（２２）。
13. 前記架橋繊維（１２）は、前記芯材の平面に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１１または１２に記載のパネル（２２）。
14. 請求項１１、１２または１３に記載の芯材の製造装置であって、
    − 軽材料製の材片（１０）を供給する供給機（２６）と、
    − 各芯材に架橋繊維を載置する載置機（２８）と、
    − ニードルパンチング機（３０）と、
    − 前記材片供給機（２６）を前記ニードルパンチング機に対して直角に向ける方向転換機（３２）と、
    − 架橋繊維を組み入れた芯材（１１）を送出する送出機（３６）と
    を有する装置。

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