JP2015522682A - 単一ナイロン６複合材料の加工方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】単一ナイロン６複合材料製造のための反応加工方法の提供。【解決手段】本発明は、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法に関し、前記工程方法は、カプロラクタムのアニオン開環重合反応を利用してナイロン６補強材上にナイロン６マトリックスを形成する。【選択図】図１
Description
本発明は、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法に関する。前記加工方法は、カプロラクタムのアニオン開環重合反応を利用してナイロン６補強材上にナイロン６マトリックスを形成する。
本発明の一実施態様によって加工された単一ナイロン６複合材料は、特異的な界面物理構造を有し、界面親和性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に優れ、ナイロン６の機械的物性を概して保有することができながらも、機械的強度や靭性が増強される特徴を有する。
単一高分子複合材料（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ、ＳＰＣｓ）は、同一の高分子よりなるマトリックスと補強材（主に繊維材）の複合体である。単一高分子を使用するので、ＳＰＣｓは、優れた機械的物性（繊維／マトリックス界面での良好な化学的／物理的親和性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）に起因して）、軽い重量、及び増進されたリサイクル性を示すことができる。本来のＳＰＣｓの概念は、３０年以上前にＣａｐｉａｔｉ ａｎｄ Ｐｏｒｔｅｒ（非特許文献１を参照）によって提案されたが、ＳＰＣｓ加工工程に対する発展は非常に遅かった。今までＳＰＣｓ加工分野は、大部分、高分子繊維を前記高分子の融点に非常に近いが低い温度で圧縮し、部分的に繊維を溶融させて、単一固体物質に融合させる繊維高温圧縮工程に焦点が当てられていた。この工程の主な問題は、実行可能な温度と繊維の溶融温度との差異が小さいこと（通常、５℃未満）である。このように狭い温度範囲で、繊維の顕著な焼き鈍し効果なしに一般的な工程でＳＰＣを加工することは難しい。溶融温度に近い温度でアニーリングされた高分子繊維は無配向繊維に向かってモジュラスが大きく減少するという点が知られている。
ナイロン６またはポリカプロラクタムは、開環重合によって形成される熱可塑性高分子である。高分子／プラスチック産業において、これらは、通常、射出成形及び押出を含む溶融工程によって固体プラスチック物品に加工される。高温圧縮法を利用した単一ナイロン６複合材料の製造に関する研究が報告されている（例えば非特許文献２を参照）。この方法では、僅かに溶融点が異なる高張力ナイロン６糸とナイロン６フィルムとを積層し、２００℃で５分間圧縮成形した後に冷却する。前記方法によって製造されたナイロン６ ＳＰＣは、非補強のナイロン６に比べて機械的物性が少し増強される。この方法の限界は、特に複雑な形態の成形が難しくて、繊維とマトリックスの混合がよく行われず、圧縮中に所望しない変形が発生し、ラミネーション製造に長時間がかかり、ナイロン６繊維が高温でかなりアーニリングされる点にある。前記高温圧縮法は、また、リサイクルされたナイロン６織物を単一高分子複合材料に加工するのに使用されてきた。
ナイロン６は、また、カプロラクタムから出発して反応的に加工され得る。この方法は、ナイロン６マトリックス複合材料を製造するのに使用されて来た。特許文献１は、長繊維−補強ナイロン６複合材料のための引抜加工を開示している。主に溶融されたカプロラクタムよりなる低粘度反応混合物をあらかじめ加熱乾燥された補強繊維に含浸するための密閉含浸タンク内に注入し、これをすぐに複合材料成形工程のための高温金型内に投入し、最終産物である長繊維補強ナイロン６複合材料を形成する。反応性カプロラクタムレジンを補強短繊維と混合し、金型空隙部に満たして硬化する短繊維補強ナイロン６複合材料の反応加工方法が教示されている（例えば、特許文献２を参照）。さらに最近に、オランダの研究者が反応性カプロラクタム混合物を注入樹脂として、ガラス繊維または炭素繊維を補強材として利用する真空注入法を開発した（例えば、非特許文献３を参照）。しかしながら、これら全ての研究で、補強材とマトリックス材は、互いに異なる物質よりなり、結果物である複合材料は単一高分子複合材料ではない。
他の注目すべき研究としては、溶融されたカプロラクタム反応性混合物をナイロン６．６織物を配した金型空隙部に射出し、完全−ポリアミド複合材を形成する、樹脂トランスファー成形工程（ｒｅｓｉｎｔｒａｎｓｆｅｒ ｍｏｌｄｉｎｇ）が用いられている。しかし、この場合にも、最終的に生成されるナイロン６．６が、ナイロン６とは溶融点、結晶化動力学を含む、化学的構造及び物理的物性が異なっていて、真の単一−高分子複合材ではない。
Ｎ．Ｊ．Ｃａｐｉａｔｉ ａｎｄ Ｒ．Ｓ．Ｐｏｒｔｅｒ、"Ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｏｎｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｍｏｄｅｌｅｄ ｗｉｔｈ ｈｉｇｈ−ｄｅｎｓｉｔｙ ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ"、Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．、１０：１６７１−１６７７（１９７５）
Ｃ．Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙｙａ、Ｐ Ｍａｉｔｒｏｔ、ａｎｄ Ｓ．Ｆａｋｉｒｏｖ、"Ｐｏｌｙａｍｉｄｅ ６ ｓｉｎｇｌｅ ｐｏｌｙｍｅｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ"、ｅＸＰＲＥＳＳ Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｌｅｔｔｅｒｓ、３：５２５−５３２（２００９）
Ｋ．ｖａｎ Ｒｉｊｓｗｉｊｋ、Ｊ．Ｊ．Ｅ．Ｔｅｕｗｅｎ、Ｈ．Ｅ．Ｎ．Ｂｅｒｓｅｅ、ａｎｄ Ａ．Ｂｅｕｋｅｒｓ、"Ｔｅｘｔｉｌｅ ｆｉｂｅｒ−ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ ａｎｉｏｎｉｃ ｐｏｌｙａｍｉｄｅ−６ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ．Ｐａｒｔ Ｉ：Ｔｈｅｖａｃｕｕｍ ｉｎｆｕｓｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ"、Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ：ＰａｒｔＡ、４０：１−１０（２００９）
本発明の主目的は、単一ナイロン６複合材料製造のための反応加工方法を提供することにある。
また、本発明の第二の目的は、単一高分子複合材料工程でナイロン６繊維への容易な濡れ性及び含浸性のための低粘性加工方法を開発することにある。
また、本発明の目的は、広い工程温度範囲を有する単一ナイロン６複合材料の加工方法を開発することにある。
また、本発明の目的は、単一高分子加工工程中でのナイロン６繊維の機械特性劣化を防護する加工手順（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を開発することにある。
また、本発明の目的は、界面親和性が増強された特異的繊維−マトリックス界面を有する単一ナイロン６複合材料を生産することにある。
また、本発明の目的は、短ガラス繊維補強ナイロン６複合材料と比べて同等な機械的強度と高い靱性とを有するナイロン６複合材料を製造する経済的方法を提供することにある。
また、本発明の第二の目的は、単一高分子複合材料工程でナイロン６繊維への容易な濡れ性及び含浸性のための低粘性加工方法を開発することにある。
また、本発明の目的は、広い工程温度範囲を有する単一ナイロン６複合材料の加工方法を開発することにある。
また、本発明の目的は、単一高分子加工工程中でのナイロン６繊維の機械特性劣化を防護する加工手順（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐｒｏｔｏｃｏｌ）を開発することにある。
また、本発明の目的は、界面親和性が増強された特異的繊維−マトリックス界面を有する単一ナイロン６複合材料を生産することにある。
また、本発明の目的は、短ガラス繊維補強ナイロン６複合材料と比べて同等な機械的強度と高い靱性とを有するナイロン６複合材料を製造する経済的方法を提供することにある。
前記目的を達成するために、本発明は、カプロラクタム（ε−カプロラクタム）のアニオン開環重合反応を通じてナイロン６補強材上にナイロン６マトリックスを形成することによる、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法及びこれによって加工された単一ナイロン６複合材料を提供する。
より具体的には、前記単一ナイロン６複合材料の反応加工方法は、溶融されたカプロラクタムと開始剤とを含む第１混合レジンを第１容器１０に、そして、溶融されたカプロラクタムと活性剤とを含む第２混合レジンを第２容器１２に、それぞれ充填する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２を真空状態または無酸素状態で加熱する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２内の第１混合レジン及び第２混合レジンを、それぞれ混合容器１４に移送する段階と；
前記第３容器１４に移送された前記レジンを撹拌し、第３混合レジンを得る段階と；
前記第３容器１４の前記第３混合レジンを内部にナイロン６補強材１８が配置された金型１６の空隙部内に移送する段階と；
前記金型１６内で前記ナイロン６補強材１８を含む前記第３混合レジンを１３０℃〜１９０℃でアニオン重合反応させる段階と；
を含むことを特徴とする単一ナイロン６複合材料の反応加工方法を提供する。
より具体的には、前記単一ナイロン６複合材料の反応加工方法は、溶融されたカプロラクタムと開始剤とを含む第１混合レジンを第１容器１０に、そして、溶融されたカプロラクタムと活性剤とを含む第２混合レジンを第２容器１２に、それぞれ充填する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２を真空状態または無酸素状態で加熱する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２内の第１混合レジン及び第２混合レジンを、それぞれ混合容器１４に移送する段階と；
前記第３容器１４に移送された前記レジンを撹拌し、第３混合レジンを得る段階と；
前記第３容器１４の前記第３混合レジンを内部にナイロン６補強材１８が配置された金型１６の空隙部内に移送する段階と；
前記金型１６内で前記ナイロン６補強材１８を含む前記第３混合レジンを１３０℃〜１９０℃でアニオン重合反応させる段階と；
を含むことを特徴とする単一ナイロン６複合材料の反応加工方法を提供する。
本発明の一実施態様による反応加工方法は、反応時間が短縮され、大規模生産適用が容易である。また、ナイロン６の溶融点に比べて低い温度でアニオン重合反応を行うので、重合と同時に結晶化が起きる。したがって、ナイロン６繊維は、繊維−マトリックスの界面での特異的界面物理構造形成のための結晶核またはテンプレート（ｔｅｍｐｌａｔｅ）としての役目をすることができる。また、マトリックスと繊維とが同一の化学構造を有するので、繊維−マトリックスの優れた界面親和性を見込むことができる。また、耐熱性のようなナイロン６の機械的物性を概して維持でき得るので、機械的強度や靱性の改良効果が達成され得る。
図１は、本発明の一実施態様による真空注入法による単一ナイロン６複合材料の反応加工を単純化して示す概略図である。
図２は、本発明の一実施態様による単一ナイロン６複合材料の実験室調製用工程デザインを示す図である。
図３は、金型空隙部の内部に配置されたナイロン６繊維に溶融カプロラクタムを真空注入するための金型の一例を示す図である。
図２は、本発明の一実施態様による単一ナイロン６複合材料の実験室調製用工程デザインを示す図である。
図３は、金型空隙部の内部に配置されたナイロン６繊維に溶融カプロラクタムを真空注入するための金型の一例を示す図である。
以下、本発明を具体的に説明する。
本発明の一実施態様において、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法は、溶融されたカプロラクタムと開始剤を含む第１混合レジンを第１容器１０に、また、溶融されたカプロラクタムと活性剤を含む第２混合レジンを第２容器１２に、それぞれ充填する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２を真空状態で加熱する段階と；
前記第１容器１０内の第１混合レジン及び第２容器１２内の第２混合レジンをそれぞれ第３容器１４に移送する段階と；
前記第３容器１４に移送された前記レジンを撹拌し、第３混合レジンを得る段階と；
前記第３容器１４の前記第３混合レジンを内部にナイロン６補強材１８が配置された金型１６の空隙部内に移送する段階と；
前記金型１６の温度を１３０℃〜１９０℃に調整して、前記金型１６内で前記ナイロン６補強材１８を含む前記第３混合レジンをアニオン重合反応させる段階と；を含むことができる。
カプロラクタム（Ｃ６Ｈ１１ＯＮ）は、ε−カプロラクタムとも言い、溶融点６８℃程度の白色の吸湿性単量体ある。
本発明の一実施態様において、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法は、溶融されたカプロラクタムと開始剤を含む第１混合レジンを第１容器１０に、また、溶融されたカプロラクタムと活性剤を含む第２混合レジンを第２容器１２に、それぞれ充填する段階と；
前記第１容器１０及び第２容器１２を真空状態で加熱する段階と；
前記第１容器１０内の第１混合レジン及び第２容器１２内の第２混合レジンをそれぞれ第３容器１４に移送する段階と；
前記第３容器１４に移送された前記レジンを撹拌し、第３混合レジンを得る段階と；
前記第３容器１４の前記第３混合レジンを内部にナイロン６補強材１８が配置された金型１６の空隙部内に移送する段階と；
前記金型１６の温度を１３０℃〜１９０℃に調整して、前記金型１６内で前記ナイロン６補強材１８を含む前記第３混合レジンをアニオン重合反応させる段階と；を含むことができる。
カプロラクタム（Ｃ６Ｈ１１ＯＮ）は、ε−カプロラクタムとも言い、溶融点６８℃程度の白色の吸湿性単量体ある。
前記反応加工方法は、真空注入法（ｖａｃｕｕｍ ｉｎｆｕｓｉｏｎ）、押出法、引抜法（ｐｅｒｔｒｕｓｉｏｎ）、スプレイアップ（ｓｐｒａｙ ｕｐ）及び湿式積層法（ｗｅｔ ｌａｙｅｒ−ｕｐ）などの液化工程技術によることができる。
図１は、真空注入法による単一ナイロン６複合材料の反応加工を概略図式化して示すものである。以下、図１に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明の工程は、真空注入法に限定されるものではない。
第１容器１０は、溶融されたカプロラクタムと開始剤とを貯蔵し、第２容器１２は、溶融されたカプロラクタムと活性剤とを貯蔵する。
図１は、真空注入法による単一ナイロン６複合材料の反応加工を概略図式化して示すものである。以下、図１に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明の工程は、真空注入法に限定されるものではない。
第１容器１０は、溶融されたカプロラクタムと開始剤とを貯蔵し、第２容器１２は、溶融されたカプロラクタムと活性剤とを貯蔵する。
前記開始剤、活性剤は、ナイロン６のアニオン開環重合分野の通常的なものを使用することができる。例えば、前記開始剤としてナトリウムカプロラクタメート、カプロラクタムマグネシウムブロミドまたはこれらの混合物を使用することができるが、これに限定されるものではない。また、前記活性剤として、Ｎ−アシルカプロラクタム、Ｎ−カルバモイルラクタム（例えば、ヘキサメチレン−１、６−ジカルバモイルカプロラクタム）、またはこれらの混合物を使用することができるが、これに限定されるものではない。
また、本発明の一実施態様で、前記容器内で直接開始剤及び活性剤を作るために前記第１容器１０または第２容器１２内に反応剤を含ませることができる。例えば、第１容器１０に前記開始剤の代わりに水素化ナトリウム、水酸化ナトリウム、ナトリウムメトキシドまたはこれらの混合物を添加し、容器内に少しのナトリウムカプロラクタムを生成し、これを開始剤として使用することができる。同様に、第２容器１２に直接、イソシアネートまたは他の適切なシアネートを添加し、容器内に少しのカルバモイルカプロラクタムを生成し、これを活性剤として使用することができる。前記第１容器１０、第２容器１２は加熱タンクとして使用することができるが、本発明はこれに限定されない。
第１混合レジン及び第２混合レジンはそれぞれ、前記第１容器１０及び第２容器１２から第３容器１４に移送され、前記第３容器１４内で撹拌または他の混合手段によって第３混合レジンを成し、前記第３混合レジンは、前記金型１６内に移送される。前記第３容器１４は、図１で示されたように、ミキシングヘッドを使用することができ、混合タンクを使用してもよいが、これに限定されない。
前記金型１６の内部には、前記第３混合レジンの移送前にあらかじめナイロン６補強材１８を配置させることができる。前記ナイロン６補強材１８は、連続繊維（長繊維）、不連続繊維（短繊維）、織物、テープ、プリフォーム（ｐｒｅｆｏｒｍ）などの異なる物理的形態を有することができる。前記金型１６は、酸素及び湿度遮断条件の金型であることが好ましいが、これに限定されるものではない。前記金型１６内でアニオン開環重合反応を通じて単一ナイロン６複合材料物質が生産される。タンク２０は、樹脂トラップを示し、金型１６から流れ出る樹脂残余物を貯蔵する。図３は、ナイロン６織物を配した金型空隙部への溶融カプロラクタムの真空注入用金型の例を示す。金型が閉まれば、ＡはＡ’と整合し、ＢはＢ’と整合する。溶融カプロラクタムレジンは、ポートＡ’を通じて金型空隙部に注入される。真空はＢ’のポートを通じて成される。
単一ナイロン６複合材料生産の成功には、工程因子、特に、温度と時間の調整が重要である。通常、水分と酸素がない環境を必要とする。このために、第１容器１０及び第２容器１２は、いずれも空いた空間を乾燥窒素ガスで満たすことができ、前記金型１６を窒素チャンバ内に配置することができる。一般的に、金型１６の温度は、前記２つの容器の温度より高い。温度が高いほど速い反応速度を促進させ、この条件は、単一ナイロン６複合材料の大量生産のために好ましい。
但し、前記金型１６の温度は、本質的にナイロン６の溶融点より低い温度であることを必要とし、ナイロン６の溶融点より低い温度でのアニオン開環重合反応を通じてナイロン６マトリックスが形成される。より具体的には、ナイロン６の溶融点は、約２２０℃であり、従って、前記金型１６の温度は、１３０℃〜１９０℃であることが好ましく、より好ましくは、１４０℃〜１８０℃である。
但し、前記金型１６の温度は、本質的にナイロン６の溶融点より低い温度であることを必要とし、ナイロン６の溶融点より低い温度でのアニオン開環重合反応を通じてナイロン６マトリックスが形成される。より具体的には、ナイロン６の溶融点は、約２２０℃であり、従って、前記金型１６の温度は、１３０℃〜１９０℃であることが好ましく、より好ましくは、１４０℃〜１８０℃である。
また、前記第１容器１０及び第２容器１２の温度は、９０〜１５０℃、好ましくは１００〜１１０℃であり、より好ましくは１１０℃である。前記温度範囲を超過しての高温の場合、早過ぎる反応がもたらす問題が生じ得、前記範囲未満の低温の場合、反応速度が遅くなって、混合品質を悪化させる問題が生じ得る。第３容器１４の温度は、前記第３混合レジンが金型に注入される前に重合反応が始まることを防止し、前記第３混合レジンが金型１６内に余裕時間をもって充分にモールディングされた後、重合反応が起きることができるようにする観点から、９０〜１５０℃、より好ましくは１００℃以下とすることができる。
前記第３混合レジンの前記金型１６内への移送は、真空ポンプにより行われ得るが、これに限定されるものではなく、圧力注入、重力鋳造、遠心鋳造及び他の成形及びキャスティング方法によることができる。前記第３混合レジンの金型１６への移送が鋳造（ｃａｓｔｉｎｇ）または射出などによる場合、前記第３容器１４の温度は、１００〜１５０℃であることができ、迅速な重合反応のために、場合によって最高温度（１５０℃程度）に維持されることが好ましい。
本発明の他の一実施態様において、短い工程時間が主問題ではない場合、反応流体を調製する過程を調整することができる。例えば、第２容器１２を除去し、活性剤を直接第３容器１４に導入することができる。
本発明の他の一実施態様において、短い工程時間が主問題ではない場合、反応流体を調製する過程を調整することができる。例えば、第２容器１２を除去し、活性剤を直接第３容器１４に導入することができる。
本発明の一実施態様において、前記ナイロン６補強材は、８０℃から約１６０℃以上の広い温度範囲で反応性カプロラクタム混合物（第３混合レジンに相当）中での化学的攻撃と熱に耐える。したがって、アーニリングによるナイロン６補強材の顕著な物性の低下がなく、ナイロン６補強材と溶融カプロラクタムは結合され、高い機械的物性を維持する単一高分子複合材料が形成され得る。
また、前記ナイロン６補強材は、繊維軸に沿って張力を加えて延伸する場合、前記の温度範囲の上限がさらに増加し、本来のナイロン６の溶融点にさらに近接することができ、アーニリングによる副作用を減少させ、高い工程温度での高い機械的物性維持に有益である。
また、前記第３混合レジンの混合後、前記ナイロン６補強材を別に前記金型１６に導入してもよく、特に異なる長さ（短繊維あるいは長繊維）でカットされたナイロン６繊維を溶融カプロラクタムとの混合に使用してもよい。この場合、前記ナイロン６補強材と第３混合レジンの混合は、前記第３容器１４内にあらかじめ前記ナイロン６補強材を配置して行うことができる。
また、前記ナイロン６補強材は、繊維軸に沿って張力を加えて延伸する場合、前記の温度範囲の上限がさらに増加し、本来のナイロン６の溶融点にさらに近接することができ、アーニリングによる副作用を減少させ、高い工程温度での高い機械的物性維持に有益である。
また、前記第３混合レジンの混合後、前記ナイロン６補強材を別に前記金型１６に導入してもよく、特に異なる長さ（短繊維あるいは長繊維）でカットされたナイロン６繊維を溶融カプロラクタムとの混合に使用してもよい。この場合、前記ナイロン６補強材と第３混合レジンの混合は、前記第３容器１４内にあらかじめ前記ナイロン６補強材を配置して行うことができる。
本発明は、単一ナイロン６複合材料の反応加工方法及びこれによって加工された単一ナイロン６複合材料に関する。但し、複合材料加工分野の技術者は、ナイロン６補強材のみならず、ガラス繊維及び炭素繊維のような他の補強材をさらに含む混合補強材開発を選択することができる。単純な例として、ナイロン織物及び硝子織物を一緒に積層するか、または一緒に織造するかして、単一補強材を構成することができる。
以下、本発明を下記の試験例及び実施例を通じて説明する。前記試験例及び実施例は、本発明をさらに詳しく説明するためのものであって、本発明の範囲が下記の範囲に制限されるものではない。
また、この技術分野の通常の知識を有する者なら、誰でもこの発明の技術思想の範疇を逸脱することなく、添付の特許請求範囲内で多様な変形及び修飾が可能であることは理解されよう。
また、この技術分野の通常の知識を有する者なら、誰でもこの発明の技術思想の範疇を逸脱することなく、添付の特許請求範囲内で多様な変形及び修飾が可能であることは理解されよう。
［試験例１］単一ナイロン６複合材料加工に対する実験
ナイロン６は、カプロラクタム（Ｃ６Ｈ１１ＯＮ）から合成される。カプロラクタムの重合過程調節に使用することができる多くの開始剤と活性剤がある。特に、Ｎ−アシルラクタムを活性剤とし、メタルカプロラクタムを開始剤として使用する場合、反応温度によって３〜６０分後にカプロラクタムからナイロン６への変換が完了することができる。
ナイロン６は、カプロラクタム（Ｃ６Ｈ１１ＯＮ）から合成される。カプロラクタムの重合過程調節に使用することができる多くの開始剤と活性剤がある。特に、Ｎ−アシルラクタムを活性剤とし、メタルカプロラクタムを開始剤として使用する場合、反応温度によって３〜６０分後にカプロラクタムからナイロン６への変換が完了することができる。
本試験で、カプロラクタムのナイロン６への重合加工のために、ε−カプロラクタム、開始剤としてＢｒｕｇｇｏｌｅｎＴＭＣ１０、及び活性剤としてＢｒｕｅｇｇｅｍａｎｎ Ｃｈｅｍｉｃａｌ社のＢｒｕｇｇｏｌｅｎＴＭＣ２０Ｐを使用した。
図２に示されたように、樹脂注入法によるナイロン６複合材料製造のために下記５段階を使用した。本加工段階群に含まれた主要構成要素は、カプロラクタム及び開始剤を貯蔵する加熱タンクＡ １００、 カプロラクタム及び活性剤を貯蔵する加熱タンクＢ １２０、Ａ １００及びＢ １２０からのカプロラクタム混合物のための加熱タンクＣ １４０、乾燥窒素ガスタンクＤ ３００及び加熱カーバプレス（Ｃａｒｖｅｒ ｐｒｅｓｓ）の２個の加圧板の間にクランピングされた加熱金型Ｅ １６０である。
−段階１：タンクＡ １００のタンク空隙部に溶融されたカプロラクタムと開始剤とを前記タンクＡ １００の半分が満たされるように入れ、タンクＡ １００の加熱温度を１１０℃にセットし、弁Ｖ１ ３１０及びＶ５ １１０を閉弁し、Ｖ３ ３３０は開弁し、真空引きする。並行してタンクＢ １２０に溶融されたカプロラクタムと活性剤とを前記タンクＢ １２０の半分が満たされるように入れ、前記と同様の作業を行う。また、パイプ１１１、１３１の端部は、いずれも、レジンの高さよりも上方に位置するように注意する。
−段階２：弁Ｖ７ １５０を開弁し、真空引きする。
−段階３：２４〜４８時間タンクＡ １００を真空乾燥した後、弁Ｖ３ ３３０を閉弁し、パイプ１１１をタンクＡ １００の底にほぼ当接するまで下る。Ｖ７ １５０を閉弁する。Ｖ６ １３０とＶ７ １５０を閉弁し、Ｖ５ １１０を開弁しておく。窒素タンクの排出圧力を調整し、Ｖ１ ３１０を開弁し、レジンがタンクＡ １００からＣ １４０に供給されるようにする。タンクＢ １２０でも、２４〜４８時間真空乾燥後、弁Ｖ４ ３４０を停止させ、パイプ１３１をタンクＢ １２０の底に当接するまで下げ、Ｖ７ １５０を閉弁する。Ｖ５ １１０とＶ７ １５０を閉弁し、Ｖ６ １３０を開弁し、窒素タンクの排出圧力を調整し、弁Ｖ２ ３２０を開弁し、レジンがタンクＢ １２０からタンクＣ １４０に供給されるようにする。タンクＣ １４０の加熱プレートの上の撹拌装置を作動させ、タンクＣ １４０内部の樹脂混合を良好にする。タンクＣ １４０の温度は、前記混合物が長時間様々なパートの成形に使用されるように１００℃以下にセットされなければならない。
−段階３：２４〜４８時間タンクＡ １００を真空乾燥した後、弁Ｖ３ ３３０を閉弁し、パイプ１１１をタンクＡ １００の底にほぼ当接するまで下る。Ｖ７ １５０を閉弁する。Ｖ６ １３０とＶ７ １５０を閉弁し、Ｖ５ １１０を開弁しておく。窒素タンクの排出圧力を調整し、Ｖ１ ３１０を開弁し、レジンがタンクＡ １００からＣ １４０に供給されるようにする。タンクＢ １２０でも、２４〜４８時間真空乾燥後、弁Ｖ４ ３４０を停止させ、パイプ１３１をタンクＢ １２０の底に当接するまで下げ、Ｖ７ １５０を閉弁する。Ｖ５ １１０とＶ７ １５０を閉弁し、Ｖ６ １３０を開弁し、窒素タンクの排出圧力を調整し、弁Ｖ２ ３２０を開弁し、レジンがタンクＢ １２０からタンクＣ １４０に供給されるようにする。タンクＣ １４０の加熱プレートの上の撹拌装置を作動させ、タンクＣ １４０内部の樹脂混合を良好にする。タンクＣ １４０の温度は、前記混合物が長時間様々なパートの成形に使用されるように１００℃以下にセットされなければならない。
−段階４：真空注入金型の金型空隙部内にナイロン６繊維を入れ、加熱されたカーバプレス１６０上の２つの熱板の間に前記金型をクランピングする。前記金型温度は、１３０℃〜１９０℃にセットされなければならない。弁Ｖ７ １５０を閉弁したまま、前記金型空隙部内の水分がすべて除去され得るように真空引きを十分な時間可動させる。その後、樹脂注入のために弁Ｖ７ １５０を開弁する。前記空隙部がすべて満たされれば、Ｖ７ １５０を閉弁し、反応が充分に行われるまで真空を維持する。図３に金型空隙部内に配置されたナイロン６織物内に溶融されたカプロラクタムを樹脂注入するために使用された金型の写真が示されている。
−段階５：金型をオープンし、製品を脱型する。
前述した５段階の完了によって単一ナイロン６複合材料が成功裏に製造された。前記実験結果から、ナイロン６補強材が８０℃から１６０℃以上の広い温度範囲において反応性カプロラクタム混合物（第３混合レジンに相当）中での化学的攻撃と熱とに耐え得ることが示された。
前述した５段階の完了によって単一ナイロン６複合材料が成功裏に製造された。前記実験結果から、ナイロン６補強材が８０℃から１６０℃以上の広い温度範囲において反応性カプロラクタム混合物（第３混合レジンに相当）中での化学的攻撃と熱とに耐え得ることが示された。
複合材料加工または高分子加工経験者なら、前記試験例１の実験工程を大規模生産に拡張することができる。例えば、異なる長さ（短繊維あるいは長繊維として）でカットされたナイロン６繊維を溶融されたカプロラクタムとあらかじめ混合しておいて、金型空隙部を満たすために注入工程に使用することができる。このようにカプロラクタムの乾燥、反応液の混合及び樹脂を注入あるいは射出する技術を大規模生産のために修正することは当業者に自明であると言える。
Claims (7)
- （ａ）溶融されたカプロラクタムと、開始剤と、を含む第１混合レジンを第１容器に、そして、溶融されたカプロラクタムと、活性剤と、を含む第２混合レジンを第２容器に、それぞれ充填する段階と；
（ｂ）前記第１容器及び第２容器を真空状態で加熱する段階と；
（ｃ）前記第１容器及び第２容器内の第１混合レジン及び第２混合レジンを第３容器にそれぞれ移送する段階と；
（ｄ）前記第３容器に移送された前記レジンを撹拌し、第３混合レジンを得る段階と；
（ｅ）前記第３容器の前記第３混合レジンを、内部にナイロン６補強材が配置された金型空隙部内に移送する段階と；
（ｆ）前記金型の温度を１３０℃〜１９０℃に調節して前記金型内で前記ナイロン６補強材を含む前記第３混合レジンをアニオン重合反応する段階と；
を含むことを特徴とする単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。 - 前記（ｂ）の前記第１容器及び第２容器の加熱温度を９０℃〜１５０℃に調節することを特徴とする請求項１に記載の単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。
- 前記（ｃ）の前記混合容器の加熱温度を９０℃〜１５０℃に調節することを特徴とする請求項１に記載の単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。
- 前記反応加工の段階は、窒素雰囲気下で行われることを特徴とする請求項１に記載の単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。
- 前記ナイロン６補強材は、連続繊維、不連続繊維、織物、テープ及びプリフォームからなる群より選択されることを特徴とする請求項１に記載の単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。
- 前記ナイロン６補強材は、繊維軸に沿って延伸加工されたものであることを特徴とする請求項１に記載の単一ナイロン６複合材料の反応加工の方法。
- 請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の方法によって製造された単一ナイロン６複合材料。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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