JP2013519762A - 繊維複合材料からのペレットの製造法 - Google Patents
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Abstract
Description
− 細分された一次繊維及び/若しくは細分されたロービングストランド、
− 細分された及び/若しくは繊維状にほぐされた層状物、織物、若しくは編物の残地、
− 細分された及び/若しくは繊維状にほぐされた繊維廃材若しくは残留スプール材料、
− 細分された及び/若しくは繊維状にほぐされた及び/若しくは熱的に若しくは溶媒を用いて前処理されたプリプレグ廃材又は、
− 樹脂含有廃材、CFK硬質部材及び/若しくは古い建築部材から取得された、場合により付加的に細分された及び/若しくは繊維状にほぐされた不連続炭素繊維及び/若しくは不連続炭素繊維束である。
繊維/繊維混合物を加工して射出成形用のペレットを形成する例
射出成形用の炭素繊維含有ペレットの製造のために、炭素織物廃材100%から取得された平均繊維長40mmを有する炭素リサイクル繊維と、3.3dtex、60mmのPA6−紡織ステープルファイバーを出発材料として用いた。両方の材料を、PA6 70%とリサイクル炭素繊維(RCF)30%の質量比で、繊維工業において通常用いられる混合床を用いて、そして引き続くミックストオープニング技術(Mischoeffnertechnik)とにより、いわゆるフロック混合物として互いに密接に混合した。この繊維混合物を、引き続きカード装置に供し、製造された面状の、70/30のPA6/RCFの繊維混合物を有する、単位面積質量が35g/m2の目付均一のカードウェブを、クロスラッパーでダブリングし、単位面積質量が260g/m2のマルチウェブ層を形成し、そして引き続き1cm2当たり25個の針を有するニードルパンチ機で、不織布が後続工程において一方では取り扱いがし易く、他方では不織布中で可能な限り長い炭素繊維を得るために針強度が高くなりすぎない程度に固化した。約250〜260g/m2の単位面積質量の10枚の係るニードル不織布を、30cm×30cm片の形状で重ね合わせ、そして多段プレスで240℃にて100秒間50barで圧縮し、引き続き冷却した。結果生じるシートから、依然として固化されていない軟らかいエッジを裁断機で分離した。引き続きシートを、6.3mmの切断面を有するPierret社の重力式ナイフ切断機でまず縦に細分してストリップを形成し、そして該ストリップを新たに置き直して横方向に切断して細分することで、切断精度の目的に応じて4〜10mmの範囲のエッジ長を有するチップ状のペレットを形成した。ペレットは不規則に形成されている;理想的には方形で、しかしながら、たいていの場合は、不規則に四辺形又は内接円を囲む四角形として形成され、不規則な三角形に至るまである。これらの形状は、適用されたシート品の細分技術から生じ、射出成形における使用にとっては重要な意味を持たない。むしろ大切なことは、後続装置にて供給ホッパーを詰まらせることにつながる過大なペレット成分が存在しないことである。そのようして製造されたこれらのペレットは、引き続き射出成形機でFVWに直接加工することができた。
面状のシステムミクスチャーを加工して配合用のペレットを形成する例
カード装置から、クロスラッパーと引き続くニードルパンチ機とを利用して、3.3dtex、60mmの市販のPA6−紡織繊維100%からの180g/m2の単位面積質量を有する2つの不織布ウェブを製造した。両方の不織布ウェブを、1cm2当たり12個の針で、上から一度ただ軽く突き刺した。続く作業工程において、40mmの平均繊維長を有する織物廃材から取得されたリサイクル炭素繊維100%を、炭素繊維の加工用に特別に技術的に改良されたカード技術によって30g/m2の均一な単位面積質量を有する面状のカードウェブへと加工し、かつ、この連続的にカード機から引き抜かれたウェブを、クロスラッパーにより、それに対して90°の角度で連続的に進む送出シートに交差して重なり合う形で、780g/m2の単位面積質量となるように敷いた。送出シートと積重されるべき炭素繊維ウェブ層との間には、前もって作製していたニードル不織布ベルトを置いており、そうして炭素繊維層はPA6−ニードル不織布上に配置された。後続のニードルパンチ機への運転前に、180g/m2の第二のPA6−ニードル不織布を被覆層として巻き取り、それによりPA6ニードル不織布180g/m2−RCFウェブ層780g/m2−PA6ニードル不織布180g/m2のサンドイッチを作り上げた。このサンドイッチを、そのつど1cm2当たり25個の針で上と下から突き刺して固化した。ニードルプロセスによって、PA6不織布被覆層の部分を、RCF層を通して突き刺したことで、PA6とRCF層との言わばある一定の混合が生じ、これは、後の段階で達成可能な熱固化度の安定性に良い効果を及ぼした。外側層にPA6をコア領域にRCFを有する、そのようにして製造されたニードル不織布を、30cm×30cm片として互いに重ね合わせ、そして多段プレスで240℃にて100秒間50barで圧縮し、引き続き冷却した。生じるシートから、依然として固化されていない軟らかいエッジを裁断機で分離した。引き続き、シートを、9.8mmの切断面を有するPerret社の重力式ナイフ切断機でまず縦に細分してストリップを形成し、そして該ストリップを新たに置き直して横方向に切断して細分することで、切断精度の目的に応じて7〜14mmの範囲のエッジ長を有するチップ状のペレットを形成した。ペレットは不規則に形成されている;理想的には方形で、しかしながら、たいていの場合は、不規則に四辺形又は内接円を囲む四角形として形成され、不規則な三角形に至るまである。これらの形状は、適用されたシート品の細分技術から生じ、配合に際しての使用にとっては重要な意味を持たない。むしろ大切なことは、後続装置におけるフィードホッパーを詰まらせることにつながる過大なペレット成分が存在しないことである。そのようして製造されたこれらのペレットは、引き続き押出機で10%の繊維割合を有する炭素繊維含有の射出成形粒質物へと加工することができた。
Claims (14)
- プラスチックの仕上げ法における更なる加工に適した繊維複合材料からのペレットの製造法であって、その際、ペレットが炭素繊維と少なくとも1つの熱可塑性マトリックス材料とを含有する、該ペレットの製造法において、炭素繊維含有の廃材又は使用済み品から分離された炭素繊維、炭素繊維束又はそれらより成る混合物を使用し、これらを熱可塑性マトリックス材料と一緒に面状に敷き、熱の影響下でシート材料へと圧縮し、その後、冷却し、かつペレット、小片シート又はチップへと細分することを特徴とする方法。
- まず不連続炭素繊維からの少なくとも1つの層を、空気式ランダム不織布法、カード法、湿式不織布法、製紙法において又はルーズフィルとして不連続炭素繊維を面状に敷くことによって作製することを特徴とする、請求項1記載の繊維複合材料からのペレットの製造法。
- 使用した炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物が、3mm〜150mmの平均長を有することを特徴とする、請求項1又は2記載の方法。
- カード装置に進入する繊維層を、薄くて目付均一の繊維ウェブへと直接加工することを特徴とする、請求項2又は3記載の方法。
- 前記カード装置の入口で、不連続の炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物と熱可塑性繊維とを、それぞれ別個の層として供給し、かつ、これらをカード機内で混合することを特徴とする、請求項4記載の方法。
- 少なくとも1つの熱可塑性フォイル、繊維ウェブ層又は不織布層を包含する少なくとも1つの熱可塑性層を、場合により溶融物の形態で、不連続の炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物より成る少なくとも1つの層と接触させることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 約5mm未満の直径を有する粉末の形態若しくは粒子としての熱可塑性成分を、不連続の炭素繊維、炭素繊維束若しくはそれらの混合物より成る少なくとも1つの層に適用するか若しくは係る層内に導入し、かつ、この集成物を加熱するか、又は該熱可塑性成分を溶融物の形態で、不連続炭素繊維からの少なくとも1つの層と接触させることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
- 不連続繊維の形態の熱可塑性成分を、炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物と、層形成の前又は層形成の間に、完全かつ均質に互いに混合することを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 個々の成分、すなわち、炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物、熱可塑性マトリックス繊維と、場合により、他の組成を有するさらに別の繊維とを、それぞれ分類して種々の層の形で繊維ウェブ又は不織布ウェブとして重ねて面状に敷き、かつ熱可塑性マトリックス成分による全ての層の十分な浸透と、熱固化後の層の相互の緻密な結合を得るための措置を行うことを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の方法。
- 廃材又は使用済み品から形成された炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物を分離するために、不要なマトリックス物質から、熱分解法又は超臨界溶媒を用いた処理によって取り除くことを特徴とする、請求項1から9までのいずれか1項記載の方法。
- 請求項1から10までのいずれか1項記載の方法に従って製造された炭素繊維含有のペレットにおいて、該ペレットが、5%〜95%の範囲の、好ましくは10%〜80%の範囲の炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物の割合を有し、かつペレットの最大エッジ間隔が3〜25mm、好ましくは5〜10mmであることを特徴とする、請求項1から10までのいずれか1項記載の方法に従って製造された炭素繊維含有のペレット。
- 前記ペレット中に含まれた炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物が一様な繊維長を有しておらず、かつ、これらの一部分がペレット体全体を間断なく貫かないことを特徴とする、請求項11記載の炭素繊維含有ペレット。
- 炭素繊維含有の廃材又は使用済み品から形成された炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物の他に、不連続一次産品(新しい物)の形態の炭素繊維分も含有していることを特徴とする、請求項11又は12記載の炭素繊維含有ペレット。
- 炭素繊維、炭素繊維束又はそれらの混合物の他に、補強作用を有する不連続形の更なる繊維成分、殊にパラアラミド、ガラス繊維、天然繊維、不融性の化学繊維及び/又はマトリックス繊維より高い融点を有する繊維を含有していることを特徴とする、請求項11から13までのいずれか1項記載の炭素繊維含有ペレット。
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