JP2015523254A - Ｐｍｉ発泡材料のための新規の成形法、またはこの方法により製造された複合構造部材 - Google Patents

Abstract

本発明は、例えば、硬質フォームからなるコアーを有する複合材料の製造に適している、新規種類の方法に関する。その際に、本発明の利点は、発泡材料ならびに被覆層のプラスチックが自由に選択可能であることである。殊に、本方法を用いると、加工温度がコアー加工物の加工温度と明らかに相違する被覆層も加工可能である。さらに、本発明は、第２の実施態様において、一体フォーム構造体を部分的に圧縮することができる方法に関する。第３の実施態様を用いると、発泡材料の少なくとも２つの加工物から、溶接によって、特別な価値の高い接合箇所を有する中空体を製造することが可能である。その際に、このことは、被覆層の有無により行なうことができる。さらに、本方法を用いると、真空成形法を用いて発泡材料を加工することが特に良好に可能である。

Description

発明の分野
本発明は、例えば、硬質フォームからなるコアーを有する複合材料の製造に適している、新規種類の方法に関する。その際に、発泡材料ならびに被覆層が自由に選択可能であることは、大きな利点である。殊に、本方法を用いると、加工温度がコアー加工物の加工温度と明らかに相違する被覆層も加工可能である。

さらに、本発明は、第２の実施態様において、一体フォーム構造体を部分的に圧縮することができる方法に関する。第３の実施態様を用いると、発泡材料の少なくとも２つの加工物から、溶接によって、特に価値の高い接合箇所を有する中空体を製造することが可能である。その際に、このことは、被覆層の有無により行なうことができる。

さらに、本方法を用いると、真空成形法を用いて発泡材料を加工することが特に良好に可能である。

技術水準
技術水準において、硬質フォームを有する繊維強化されたプラスチックを製造する多種多様な方法または硬質フォームを成形する多種多様な方法が一般的に記載されている。硬質フォームとは、この発明に関連して、例えば市販のＰＵフォームまたはポリスチレンフォームと同様に、僅かな力では機械的に変形できずにその後に元通りに戻されるフォームであると解釈される。硬質フォームの例は、とりわけ、ＰＰフォーム、ＰＭＭＡフォームまたは高度に架橋されたＰＵフォームである。特に強く負荷可能な硬質フォームは、ポリ（メタ）アクリルイミド（ＰＭＩ）であり、これは、例えばＥｖｏｎｉｋ社によってＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）の名称で販売されているものと同じである。

記載された複合材料を製造する、一般に公知の方法は、被覆層を成形し、その後にフォーム原料を充填し、このフォーム原料を最終的に発泡させることである。当該方法は、例えば米国特許第４９３３１３１号明細書中に記載されている。この方法の欠点は、前記発泡がたいてい極めて不均一に行なわれることである。このことは、殊に、せいぜい顆粒として添加されうる材料、例えばＰＭＩについて言えることである。当該方法のさらなる欠点は、純粋な発泡材料の成形のために、被覆層を元通りに除去しなければならないことである。他方で、複合構造部材の場合には、被覆層とフォームコアーとの間の付着力が、機械的に負荷された構造部材にとって、しばしば不十分であることである。

Ｐａｓｓａｒｏ ｅｔ ａｌ．，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，２５（３），２００４，第３０７頁以降には、ＰＰフォームコアーを繊維強化されたプラスチックと圧縮成形用金型内で接合し、およびその際に前記フォームコアーを、前記金型を用いて意図的に表面上でのみ加熱し、被覆材に対する良好な接合を可能にする方法が記載されている。Ｇｒｅｆｅｎｓｔｅｉｎ ｅｔ ａｌ．，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＳＡＭＰＥ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ａｎｄ Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，３５（１，Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ：Ｃｈａｌｌｅｎｇｅ Ｎｅｘｔ Ｄｅｃａｄｅ），１９９０，第２３４〜２４４頁には、ハネカムコアー材料またはＰＭＩフォームコアーを有するサンドイッチ材料を製造するための類似の方法が記載されている。しかし、成形は、これら２つの方法では不可能であり、サンドイッチ材料を板の形で製造することだけが可能である。

ＷＯ ０２／０９８６３７には、熱可塑性被覆材を溶融液としてフォームコアー材料の表面上にもたらし、次にフォームコアーとともに、ツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）を用いて成形して複合成形品とし、その後に熱可塑性樹脂を、前記被覆材が金型内で凝固する程度に冷却する方法が記載されている。しかし、この方法を用いると、限られた数の材料だけが組み合わされうる。すなわち、例えば、繊維強化された被覆材は、製造されえない。また、フォーム加工物を純粋に成形する方法は、被覆材なしでは使用不可能である。さらに、また、発泡材料の選択は、低温で弾性変形しうる材料に制限されている。硬質フォームは、当該方法の場合にフォームの均一な加熱なしでは構造的に損なわれすぎるであろう。

欧州特許第０２７２３５９号明細書中に記載された方法も極めて類似している。ここでは、フォームコアープレフォームを最初に切断して造形品とし、かつ金型内に置く。引続き、熱可塑性材料の溶融液を表面上に射出する。その上に、温度を高めることにより、前記フォームコアープレフォームが発泡され、それによって、被覆材の表面上に圧縮を生じさせる。実際に、この方法で、被覆材に対するより良好な付着力が達成されうる。そのために、第１の成形のさらなる作業工程を有する前記方法は、より費用が掛かり、総じて、実現可能な造形品に関連して、明らかにより著しく制限されている。

Ｗ．Ｐｉｐ，Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅ，７８（３），１９８８，第２０１〜２０５頁には、繊維強化された被覆層およびＰＭＩフォームコアーを有する成形された複合体を、圧縮成形用金型内で製造する方法が記載されている。この方法の場合、個々の層は、加熱された圧縮成形用金型内で一緒にされ、その際に、最上層を局所的に加熱された発泡材料中に押しつぶすことにより、軽度の成形が行なわれる。同時に、前記金型内での後発泡により、造形品が形成されうる方法が記載されている。当該方法の欠点は、既に先に討論された。第３の変法として、前記材料の弾性圧縮が予熱されたフォームの圧縮成形中に行なわれる方法が開示されている。予熱は、炉内で行なわれる。しかし、前記方法の欠点は、数多くの発泡材料に、熱弾性変形のための極めて高い温度が必要とされることである。すなわち、例えばＰＭＩフォームには、少なくとも１８５℃の温度が必要とされる。さらに、コアー加工物は、材料破壊を避けるために、相応して全材料範囲にわたって加熱されなければならない。当該温度の場合、とりわけ、前記材料破壊は、均一な分布において、数分間のより長い加熱の状態でのみ考えられうるが、しかし、数多くの被覆材、例えばＰＰは、方法が実施不可能である程度に損なわれるであろう。

Ｕ．Ｂｒｅｕｅｒ，Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ，１９９８，１９（３），第２７５〜２７９には、ＰＭＩフォームコアーのためのＰｉｐからの先に討論された第３の変法の僅かに変更された方法が開示されている。ここで、ＰＭＩフォームコアーおよび繊維強化された被覆材の加熱は、ＩＲ加熱ランプを用いて行なわれる。とりわけ、３〜５０μｍの範囲内の波長を有する光（ＩＲ−Ｃ線またはＭＩＲ線）を放射する当該ＩＲ熱照射器は、基体の急速加熱に特に良好に適している。しかし、その際に、望ましくは、エネルギー入力が極めて高い場合には、このことは、同時に、数多くの被覆材、例えばＰＰの損傷をまねく。すなわち、前記Ｂｒｅｕｅｒ ｅｔ．ａｌ．には、ポリアミド１２（ＰＡ１２）だけが被覆層のために考えられうるマトリックス材料として開示されている。ＰＡ１２は、プラスチックの損傷をまねくことなく、簡単に２００℃を超えて加熱されうる。フォームコアーの同時の成形は、前記の方法形式においては不可能である。それというのも、ＩＲ線領域の熱線は、フォームマトリックス中に浸透せず、それゆえに熱可塑的に成形可能な状態が達成されないからである。

課題
したがって、本発明の課題は、討論された技術水準の背景から、硬質フォームを用いて急速かつ簡単に構造上の損傷なしに変形することができ、および／または被覆層、殊に熱可塑性プラスチックを用いて加工して複合体としうる新規方法を提供することであった。

殊に、本発明の課題は、加工中に損傷をこうむることなく、前記複合材料を成形して製造し、かつ、同時に表面材料の選択を比較的自由に選択しうる方法を提供することであった。

さらに、前記方法は、発泡材料を被覆材の有無で部分的に圧縮しうることに適しているべきである。また、前記方法は、２つ以上の発泡材料から被覆材の有無で中空体を製造することに適しているべきである。さらに、前記方法は、真空成形法と組み合わせうる程度に変更可能であるべきである。

さらに、課題として課された、個々の実施態様とは無関係に、新規種類の方法を用いて、明らかに１０分未満の急速なサイクル時間が実現可能であるべきである。

前記箇所で明確に討論されなかった、さらなる課題は、以下に、技術水準、明細書、特許請求の範囲または実施例から判明しうる。

解決法
前記課題は、発泡材料を成形する、新規種類の方法によって解決される。この新規種類の方法は、とりわけ、硬質発泡材料、例えば高度に架橋されたポリウレタン（ＰＵ）の成形に適しているか、ポリプロピレン（ＰＰ）の成形に適しているか、またはポリ（メタ）アクリルイミド、殊にポリメタクリルイミド（ＰＭＩ）の成形に適している。その際に、前記方法は、次の方法工程：
ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
ｂ）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
ｃ）成形用金型での成形、
ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
を有する。

このために、２つの異なる実施態様が考えられうる。第１の実施態様において、ＮＩＲ線で加熱する金型と成形用金型とは、互いに分かれている。その際に、前記方法は、次の方法工程：
ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
ｂ１）加熱場の機械側の作用範囲内への嵌め込み、
ｂ２）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
ｃ１）成形用金型内への発泡材料の移送、
ｃ２）前記金型での成形および
ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
を有する。

第２の実施態様において、ＮＩＲ線で照射する加熱装置は、前記成形用金型の一体構成成分である。その際に、前記方法は、次の方法工程：
ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
ｂ１）取り外し可能な加熱場を装備している成形用金型内への嵌め込み、
ｂ２）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
ｃ１）成形用金型の動作部からのヒーターの取り外し、
ｃ２）前記金型での成形および
ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
を有する。

その際に、前記方法工程ｂ１）およびｂ２）は、上記態様の方法工程ｂ）の部分工程として解釈することができる。同様のことは、方法工程ｃ）に関連して、方法工程ｃ１）およびｃ２）について言えることである。

意外なことに、処理工程ｂ）（またはｂ２））において前記材料を注意深く加熱することにより、同時に前記材料の損傷を生じることなく、可塑的変形可能性は、均一な熱入力によって引き起こされうることが見い出された。殊に、例えば、炉内での加熱の際に硬質フォーム表面の観察すべき損傷は、本方法を適切に実施する場合には生じない。使用されるＮＩＲスペクトル領域の熱線は、フォーム気泡の気相を吸収なしに透過し、かつ気泡壁マトリックスの直接の加熱を生じさせる。

殊に、本発明による方法は、方法工程ｄ）における成形がツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）を用いて、真空下に行なわれるかまたは低圧下に行なわれることによって傑出している。その際に、ツインシート成形装置（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｏｒｒｉｃｈｔｕｎｇ）は、当該ツインシート成形装置が圧縮成形機として使用されうる程度に構成されている。

前記ツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）は、原則的に、２つ以上の加工物を１つの方法工程において、真空中で変形するかまたは低圧下に変形し、および、その際に、添加剤、例えば接着剤、溶接助剤または溶剤なしに互いに溶接することによって傑出している。前記方法工程は、高いサイクル時間で、経済的および環境保護的に実施することができる。本発明の範囲内で、意外なことに、前記方法は、０．７８〜１．４０μｍの波長を有するＮＩＲ線での照射による加工物の予熱のさらなる方法工程によって、方法工程ｂ）においても、技術水準により不適当であると思われた、上記硬質フォームの加工に利用されうることが見い出された。記載された近赤外線での相対的に急速に実施可能な加熱により、応力の残留していない、均一な熱分布は、全ての加工物において達成される。その際に、前記近赤外線の強さは、使用される発泡材料に応じて、記載された範囲内で変動されうる。被覆材のさらなる使用の場合には、加熱場の温度および当該加熱場の強さは、さまざまな加工温度および二次成形温度の場合でも、フォームコアーおよび被覆材を共に二次成形しかつ接合するくらいに変更される。当該適合は、当業者にとってほんの少しの試験で簡単に実施可能である。

本発明による方法の大きな利点は、当該方法が環境に注意して極めて高いサイクル時間で、同時に複数の作業工程を１つの方法にまとめて実施されうることである。その際に、前記の原則的に新規種類の方法から、そのつど、全く新規種類の製品の製造に利用されうる一連の変法がもたらされる。

第１の変法において、方法工程ｄ）の場合、すなわち成形の場合、発泡材料の局所的な圧縮が達成される。当該の局所的な圧縮は、新規種類の製品を可能にする。すなわち、局所的な圧縮部を有する硬質発泡材料からなる成形品は、多方面にわたり使用可能であり、かつ全体として安定性である。さらに、新規の造形品を実現させることができる。また、当該製品の利点は、殊に圧縮された範囲内で、調和すべき、力の導入が構造周辺部、補強材、インサートまたはネジ締め部からもたらされうることである。当該のインサートまたはネジ締め部を用いて、前記の発泡材料は、引き続き簡単に自動車または航空機の組立において後加工されうる。また、当該範囲は、しばしばより良好に接着されうるかまたは溶接されうる。本発明による方法の当該変法は、例えば、ＰＭＩフォームのために、５分未満のサイクル時間で実施されうる。前記変法に対して、殊に、当該構造部材を技術水準により一工程法で製造し得なかったことは、意外なことである。

本発明による方法の第２の変更において、方法工程ｄ）は、ツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）である。

本発明による方法の前記変法は、前記発泡材料が方法工程ａ）において、片側または両側で被覆材で被覆され、ひいてはツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）を用いて、片側または両側の被覆層および硬質フォームコアーを有する複合材料が製造される場合に、特に好ましい。この第２の変法は、６分未満のサイクル時間で実施されうる。

意外なことに、前記被覆材の選択は、比較的に自由である。前記被覆材は、例えば純粋な熱可塑性樹脂、織布もしくはニットまたはこれらの複合体、例えばいわゆる有機シートまたはプラスチック被覆された織布キャリヤーシート、例えば人工皮革であることができる。好ましくは、前記被覆材は、繊維強化されたプラスチックである。他方で、前記繊維は、例えばアラミド繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ポリマー繊維または紡織繊維であることができる。他方で、前記プラスチックは、有利にＰＰ、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステルまたはポリアミドであることができる。

前記方法の第３の変法において、方法工程ａ）で、前記発泡材料の少なくとも２つの別々の断片は、予め装入され、およびこれらの断片から引き続き方法工程ｄ）での成形で中空体が形成される。前記変法は、１つを上回る空隙を有する造形片が製造される程度に構成されていてもよい。前記変法の利点は、当該中空体が粘着またはその後の熱溶接なしに製造されうることである。このことは、他方で、前記の生じる中空体が技術水準の中空体と比べて、安定性と質量とのより良好な組合せを有することを生じる。さらに、前記中空体は、より良好な目視的外観をもつ。このことは、２つの本来のフォーム加工物の間の接合箇所を最終製品上で確認することができないかまたはほとんど確認することができない限り、うまくいくことができる。殊に、前記方法で形成された溶接継目は、取り囲む材料と区別されえないかまたは取り囲む材料とほとんど区別されえず、また、細孔構造は、前記接合箇所で維持されたままである。この方法もツインシート成形法（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｖｅｒｆａｈｒｅｎ）の形で行なうことができる。その際に、極めて複雑な幾何学的形状は、良好な再現可能性をもって５分未満のサイクル時間で実現されてもよい。

第３の変法と比較すれば、本発明の簡単に変更された実施態様において、硬質フォームの個々の加工物も真空により促進される成形法を用いて低圧で成形されて極めて複雑な加工物とされうる。この方法は、特に、１０ｍｍまでのフォーム厚さに適している。その際に、好ましくは、方法工程ｃ）における成形用金型内への発泡材料の移送直前に、圧縮空気を用いる予備成形が実施されるか、または、それとは別に、方法工程ｃ）における成形用金型内への発泡材料の移送直後に、圧縮空気を用いる予備成形が実施される。

原則的に、前記方法は、さらなる変更で２個のシェル型内で実施されうる。このことは、なおより高度な幾何学的精度をもたらす。本発明のさらなる大きな利点は、３つの上記で討論された変法が同時に実施される本発明による方法において互いに自由に相互に組み合わされてもよいことである。すなわち、例えば縁部で、少なくとも１つの空隙を有する、圧縮された本体を製造することができる。部分的に圧縮されたフォームコアーおよび／または１つ以上の空隙を有する複合体も製造されうる。

たいてい、前記材料は、本発明の記載された実施態様とは無関係に、ずれを避けるために、クランプフレーム（Ｎｉｅｄｅｒｈａｌｔｅｒｒａｈｍｅｎ）を用いて前記装置内に固定される。そのために、加工すべき材料は、例えば前記金型縁部から二三センチメートル突き出して存在し、この範囲内で前述のクランプフレームにより押し下げられている。

本発明による方法により加工しうる硬質発泡材料は、当業者に自由に選択されうる。その際に、好ましい硬質発泡材料は、ＰＭＩである。当該ＰＭＩフォームは、通常、二工程法で製造される：ａ）注型ポリマーの製造およびｂ）この注型ポリマーの発泡。

前記注型ポリマーの製造のために、最初に、（メタ）アクリル酸対（メタ）アクリルニトリルを、特に２：３〜３：２のモル比で主要成分として含有するモノマー混合物が製造される。さらに、さらなるコモノマー、例えばアクリル酸もしくはメタクリル酸のエステル、スチレン、マレイン酸またはイタコン酸、またはこれらの無水物もしくはビニルピロリドンが使用されてよい。しかし、前記コモノマーの割合は、３０質量％以下であるべきであった。微少量の架橋性モノマー、例えばアリルアクリレートが使用されてもよい。しかし、この量は、特に高くて、０．０５質量％〜２．０質量％であるべきであった。

さらに、共重合のための混合物は、約１５０〜２５０℃の温度で分解するかまたは蒸発しかつその際に気相を形成する発泡剤を含有する。重合は、前記温度未満で行なわれ、その結果、前記注型ポリマーは、潜伏性発泡剤を含有する。前記重合は、有利にブロック重合の形で２枚のガラス板の間で行なわれる。

さらに、第２の工程において、相応する温度で前記注型ポリマーは、発泡される。当該ＰＭＩフォームの製造は、当業者に原則的に公知であり、かつ例えば欧州特許第１４４４２９３号明細書、欧州特許第１６７８２４４号明細書またはＷＯ ２０１１／１３８０６０中に確認されうる。ＰＭＩフォームとして、殊に、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ社のＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）タイプが挙げられる。製造および加工に関連して、ＰＭＩフォームに対し、アクリルイミドフォームは、類似体と見なすことができる。しかし、毒物学的理由から、前記アクリルイミドフォームは、別の発泡材料と比べて明らかにあまり好ましくない。

第２の加工しうる硬質フォームは、ＰＶＣフォームである。この硬質フォームは、車両の組立のための繊維複合体技術およびサンドイッチ材料の製造、風力プラントの製造のための繊維複合体技術およびサンドイッチ材料の製造、ならびに船舶建造から多方面にわたり公知である。完成したフォーム板は、ＰＭＩフォーム板と同様に加工されうる。

相応することは、ＰＰ硬質フォームについても言えることである。ＰＰフォームは、とりわけ、絶縁材料として公知であり、輸送タンクにおいて公知であり、かつサンドイッチ材料として公知である。ＰＰフォームは、充填剤を含有することができ、かつたいてい、２０〜２００ｋｇ／ｍ³の密度範囲内で商業的に使用可能である。

他方で、ＰＵ硬質フォームは、ＰＵ軟質フォームと比べて閉鎖された細孔構造およびより高い架橋度によって傑出している。ＰＵ硬質フォームは、さらに、より大量の無機充填材料を含有することができる。

必要とされるフォーム部材は、ガラス板を適当に選択することによって製造されうるか、またはインモールドフォーミング（Ｉｎ−ｍｏｌｄ−Ｆｏａｍｉｎｇ）を用いる製造によって製造されうる。それとは別に、発泡されたフォーム板からの製造は、切断、鋸引きまたはフライス加工によって行なわれる。その際に、有利には、複数のフォーム部材が１枚の板から切断されうる。

前記硬質発泡材料の密度は、比較的自由に選択しうる。ＰＭＩフォームは、例えば２５〜２２０ｋｇ／ｍ³の密度範囲内で使用されうる。その際に、前述された、切断されたかまたはフライス加工されたフォームコアー断片は、インモールドフォーミングにより製造されたフォームコアー断片と比べて、前記フォームコアー断片が表面上で開放細孔を有するという利点を有する。樹脂含浸された繊維と接触させた場合には、いまだに硬化されていない樹脂の一部分は、フォームコアー表面上の前記開放細孔内に侵入する。このことは、硬化後に、フォームコアーと外被材料との境界面で特に強力な付着力が得られるという利点を有する。

原則的に、硬質フォームからなる本発明による加工物は、極めて広範囲に及び使用可能である。

局所的な圧縮部の第１の変法により製造された加工物は、一体構造を有する発泡材料と呼称されてもよい。この一体構造を有する発泡材料は、複合材料としてのさらなる変法においても、殊に、力が導入される切断箇所と（複合）構造部材を取り囲む材料の構造周辺部との接合を引き起こす用途に適している。このことは、例えば金属または別のプラスチックからなる構造部材が発泡材料または複合体と接合される、それぞれの考えられうる構造についても言えることである。前記の前提条件は、殊に、自動車の組立、航空技術および宇宙航空技術、船舶建造、鉄道車両の組立、機械製作、医療技術、家具工業、風力プラントの建設の場合またはエレベーター製作の使用分野から判明する。

第２の変法の複合材料は、一体構造なしの当該複合材料も含めて、殊に、例えば車体の組立のための量産において、または自動車産業における内装のための量産において、鉄道車両もしくは船舶建造における内装品のための量産において、航空機産業および宇宙航空機産業において、機械製作において、家具製作の場合または風力プラントの建設の場合に使用されうる。

他方で、硬質フォームからなる中空体は、例えば、蓄電池収納箱における用途に使用されうるか、空調システムにおけるエアダクトへの用途に使用されうるか、または風車回転翼の風力部品として（例えば、いわゆる、トレーリングエッジとして）使用されうる。或いは、そうでなければ、さらに、上記工業分野における用途も考えられうる。

フォームコアーを有する、繊維強化されたプラスチックの製造を示す略図。 フォームの部分的な圧縮部を有する一体構造体の製造を示す略図。 中空体の成形を示す略図。 フォームの真空成形を示す略図。

例
以下、本発明の幾つかの特別な実施態様について、一般的な説明が提示される。その際に、この説明は、実施例も含む。相応する試験は、成果を収めて実施され得た。

実施例１：フォームコアーを有する繊維強化されたプラスチックの製造（複合構造部材）
本方法をＧｅｉｓｓ ＡＧ社の例えば型式Ｔ８と同様のツインシート二次成形機（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｕｍｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）上で実施する。その際に、前記機械は、次の構成で装備されていた：
フラッシュ放熱器（ＮＩＲ；０．７８〜１．４０μｍ）を有する加熱場、
調節可能な作業空間用窓、
高さ調節可能な上部ヒーター、
成形力３０メートルトン（分）、電動機の運転、
加熱／冷却可能な二次成形用金型。

前記実施態様を例証するために、図１が指摘される。

一般に、選択すべき方法パラメーターは、個々の具体的な事例に使用される装置の設計に従う。前記方法パラメーターは、予備試験によって算出されなければならない。すなわち、基準温度Ｔ_Fは、ＰＭＩフォームマトリックスのＴ_g（Ｓ）、被覆層の二次成形温度、上部ヒーターの高さ調節Ｔ_g（Ｓ）≦Ｔ_F（上部ヒーターの温度）に従う。その際に、上部ヒーターとフォームマトリックスとの距離がより大きければ、上部ヒーターの温度をより高く調節すべきであると言える。部分的な構造部材範囲の二次成形度（Ｕ_g）に応じて、放熱器の電界強度（Ｉ）も変動されうる。前記クランプに近い縁部で、前記材料の連続的な流れを保証しかつ同時に前記材料の締付状態を維持するために、ほぼ１００％の放熱器の電界強度Ｉが選択される。

被覆層の被覆（レイアップ成形法）：フォームコアーには、片側または両側に異なる被覆材を備え付けることができる。例えば、立体裁断可能な織布／レイドスクリム（ｌａｉｄ ｓｃｒｉｍ）、多種多様な繊維種または繊維混合物から製造された材料複合体を使用することができ（いわゆる、有機シート）、これらの立体裁断可能な織布／レイドスクリム（ｌａｉｄ ｓｃｒｉｍ）、多種多様な繊維種または繊維混合物から製造された材料複合体は、熱可塑性相を備えているか、またはフォーム表面と接合されうる、熱可塑性被覆層、例えばＰＣ、ＰＭＭＡ、ＰＶＣまたは別の熱可塑的に成形可能なプラスチックを備えている。このことは、任意に、付着助剤としての溶融型接着剤フィルムまたは溶融型接着剤フリースを使用して行なうことができる。具体的な例において、上部および下部で、Ｂｏｎｄ Ｌａｍｉｎａｔｅｓ社の有機シート（Ｔｅｐｅｘ（登録商標）Ｄｙｎａｌｉｔｅ １０２−ＲＧ６００）からなる８００μｍの厚さの層が使用された。さらなる例において、ポリカーボネートシートＬｅｘａｎが１５００μｍの厚さで両側に使用された。

実施：フォームコアーとして、５１ｋｇ／ｍ³の密度および１５ｍｍの材料厚さを有する、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ社のタイプＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）ＳのＰＭＩフォームが使用された。前記クランプは、有利にＡｌ接着テープまたは高光沢の特殊鋼薄板を有する内面が鏡面仕上げされているべきであった。前記被覆層の形式寸法は、調節される窓寸法に従っており、かつ被覆層が幅および長さの点で約５ｃｍ窓と重なることによりクランプフレームによって掴持しうる程度に定められている。被覆層を有する、二次成形すべきフォームコアーは、作業窓上に位置決めされ、かつ降下されてクランプフレームに固定される。

２１０℃のＰＭＩフォームの二次成形温度への加熱中に、被覆層が波打ち始めることを観察しうる。可塑化の進行の開始とともに、下部ヒーター上への垂れ下がりを避けるために、個々の圧縮空気パルスが機械空間内に発射される。前記被覆層の必要条件に依存して、約３〜４分後に、熱放射体の基準温度および強度は、被覆材が立体裁断可能に塑性変形する程度に変化されうる。次に、一時的に基準温度は、さらに約５℃上昇され、前記材料により大きな残留熱を与える。

加熱段階の終結後に、下部の加熱場ならびに上部の加熱場は、金型半型の操作範囲から取り外され、１２０℃〜１５０℃の温度で温度制御された金型の最終的な可動は、可能なかぎり急速に実施される。前記金型の幾何学的形状に沿っての被覆層の成形および立体裁断は、こうして１つの作業工程で行なわれる。前記金型を８０℃未満へ冷却した後に、前記構造部材は、最終的に取り出されうる。前記金型の再加熱後に、すぐ次の複合構造部材の製造が開始されうる。

実施例２：局所的な圧縮部を有する発泡材料の製造（一体構造体）
本方法を実施例１の記載と同様にＧｅｉｓｓ ＡＧ社のツインシート二次成形機（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｕｍｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）型式Ｔ８の上で実施する。ここでも、一般に、選択すべき方法パラメーターは、個々の具体的な事例に使用される装置の設計に従う。相応することは、実施例１の記載と同様に基準温度Ｔ_Fについても言えることである。前記実施態様を例証するために、図２が指摘される。

実施：本例においては、１１０ｋｇ／ｍ³の密度を有する、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ社のタイプＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）ＩＧのＰＭＩフォームが使用された。出発材料の厚さは、６０ｍｍであった。部分的な圧縮は、金型内で型押しを実施して、約２５ｍｍの直径の材料を部分的に３４ｍｍの厚さに圧縮する円錐体によって達成された。また、別の構造部材範囲においては、狭い半径およびかなりの圧縮勾配を有する、金型側の幾何学的形状が約６分間のサイクル時間で形成された。

そのために、前記クランプは、有利にＡｌ接着テープまたは高光沢の特殊鋼薄板を有する内面が鏡面仕上げされているべきであった。前記フォームの形式寸法は、調節される窓寸法に従っており、かつフォーム形式が幅および長さの点で約５ｃｍ窓と重なることによりクランプフレームによって掴持しうる程度に定められている。成形すべき前記形式のフォームは、作業窓上に位置決めされ、かつ降下されてクランプフレームに固定される。

部分的な圧縮の程度に応じて、例えば成形部材、例えばインサートが導入されるべき範囲において、加熱の強さは、適合されうる。この具体例において、最初に、フラッシュ放熱器（ＮＩＲ；０．７８〜１．４０μｍ）を用いて１９０℃への加熱が行なわれた。可塑化の進行の開始とともに、下部ヒーター上への垂れ下がりを避けるために、１５ｍｍ以下のフォーム厚さの際に、個々の圧縮空気パルスが機械空間内に発射される。加熱段階の終結後に、一時的に基準温度は、さらに約５〜１０℃上昇され、前記材料により大きな残留熱を与える。

成形のために、加熱段階の終結後に、下部の加熱場ならびに上部の加熱場は、金型半型の操作範囲から取り外され、１２０℃〜１５０℃の温度で温度制御された金型の最終的な可動は、可能なかぎり急速に実施される。個々の構造部材範囲の成形および同時の圧縮は、こうして１つの作業工程で行なわれる。その際に、同じ作業工程において、同時にインサートが導入されうる。

前記金型を８０℃未満の温度へ冷却した後に、前記構造部材は、取り出されうる。前記金型の再加熱後に、すぐ次のＦＫＶ構造部材の製造が開始されうる。

実施例３：中空体の成形
本方法を例えば実施例１の記載と同様にＧｅｉｓｓ ＡＧ社のツインシート二次成形機（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｕｍｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）型式Ｔ８の上で実施する。ここでも、一般に、選択すべき方法パラメーターは、個々の具体的な事例に使用される装置の設計に従う。相応することは、実施例１の記載と同様に基準温度Ｔ_Fについても言えることである。前記実施態様を例証するために、図３が指摘される。

実施：本例においては、１１０ｋｇ／ｍ³の密度を有する、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ社のタイプＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）ＩＧのＰＭＩフォームが使用された。２つの形式のフォームの出発材料の厚さは、それぞれ１５ｍｍであった。

そのために、前記クランプは、有利にＡｌ接着テープまたは高光沢の特殊鋼薄板を有する内面が鏡面仕上げされているべきであった。前記フォームの形式寸法は、調節される窓寸法に従っており、かつ前記形式のフォームが幅および長さの点で約５ｃｍ窓と重なることによりクランプフレームによって掴持しうる程度に定められている。２つの形式のフォームが前記機械のツインシートフレーム（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｒａｈｍｅｎ）内に嵌め込まれる。中空体に接合すべき前記形式のフォームは、作業窓上に位置決めされ、かつ降下されてクランプフレームに固定される。

成形の程度に応じて、加熱の強さは、適合されうる。この具体例において、最初に、フラッシュ放熱器（ＮＩＲ；０．７８〜１．４０μｍ）を用いて１９５℃への加熱が行なわれた。可塑化の進行の開始とともに、下部ヒーター上への垂れ下がりを避けるために、１５ｍｍ以下のフォーム厚さの際に、個々の圧縮空気パルスが機械空間内に発射される。加熱段階後に、一時的に基準温度は、さらに約５〜１０℃上昇され、前記材料により大きな残留熱を与える。

成形のために、加熱段階の終結後に、下部の加熱場ならびに上部の加熱場は、金型半型の操作範囲から取り外され、１２０℃〜１５０℃の温度で温度制御された金型の最終的な可動は、可能なかぎり急速に実施される。成形は、可塑性フォームパネルを上部金型および下部金型の金型内壁上に吸引することによって行なわれる。同時に、金型の幾何学的形状に対する構成手段によって、前記形式の複数のフォームは周辺部で共に溶接されることが保証されている。その際に、中空体は、輪郭が一致するように金型の幾何学的形状を再現し、かつ接合継目が生じるのではなく、均一なフォーム構造体が形成される程度に周辺縁部で共に溶接された。

前記金型を８０℃未満の温度へ冷却した後、構造部材を取り出すことができる。前記金型の再加熱後に、すぐ次のＦＫＶ構造部材の製造が開始されうる。

実施例４：中空体の真空成形
本方法を例えば実施例１の記載と同様にＧｅｉｓｓ ＡＧ社のツインシート二次成形機（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｕｍｆｏｒｍｍａｓｃｈｉｎｅ）型式Ｔ８の上で実施する。ここでも、一般に、選択すべき方法パラメーターは、個々の具体的な事例に使用される装置の設計に従う。相応することは、実施例１の記載と同様に基準温度Ｔ_Fについても言えることである。前記実施態様を例証するために、図４が指摘される。

実施：本例においては、７１ｋｇ／ｍ³の密度を有する、Ｅｖｏｎｉｋ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ ＡＧ社のタイプＲＯＨＡＣＥＬＬ（登録商標）ＨＦのＰＭＩフォームが使用された。前記形式のフォームの出発材料の厚さは、５．６ｍｍであった。とりわけ、本発明のこの実施態様の場合、１０ｍｍまでの厚さの前記形式のフォームが使用される。

そのために、前記クランプは、有利にＡｌ接着テープまたは高光沢の特殊鋼薄板を有する内面が鏡面仕上げされているべきであった。前記フォームの形式寸法は、調節される窓寸法に従っており、かつ前記形式のフォームが幅および長さの点で約５ｃｍ窓と重なることによりクランプフレームによって掴持しうる程度に定められている。２つの前記形式のフォームは、前記機械のツインシートフレーム（Ｔｗｉｎ−Ｓｈｅｅｔ−Ｒａｈｍｅｎ）内に嵌め込まれる。中空体に接合すべき前記形式のフォームは、作業窓上に位置決めされ、かつ降下されてクランプフレームに固定される。

成形の程度に応じて、加熱の強さは、適合されうる。この具体例において、最初に、フラッシュ放熱器（ＮＩＲ；０．７８〜１．４０μｍ）を用いて２１０℃への加熱が行なわれた。可塑化の進行の開始とともに、個々の圧縮空気パルスが機械空間内に発射され、それによってフォーム気泡が発生される。

成形のために、加熱段階の終結後に、下部の加熱場だけが、金型半型の操作範囲から取り外され、この成形用金型は、下方からフォーム気泡の下に可動される。次に、この金型は、前記気泡の下に位置決めされる。さらに、前記機械空間は、可能なかぎり急速に排気される。すなわち、前記フォームは、その上に負荷されている円柱空気によって、金型輪郭を横切って引き出される。二次成形の全経過中、前記フォームの冷却を避けるために、上部ヒーターは、当該上部ヒーターの作業位置に留まる。前記金型が８０℃以下に冷却された後、構造部材が取り出され、前記金型が再び加熱された後に、すぐ次の構造部材の製造が開始されうる。

こうして製造された、約２６０ｍｍの内側高さを有する幾何学的形状物は、例えばヘリコプター用レドームの機首セグメントである。

図１： Ａ 加熱段階、 Ｂ 成形、 （１） 成形用金型の上部、 （２） 成形用金型の下部、 （３） 上部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （４） 下部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （３ａ）、（４ａ） 脇に移されたヒーター、 （５） フォームコアー、 （６） クランプフレーム、 （７） 被覆層、
図２： Ａ 加熱段階、 Ｂ 成形、 （１） 成形用金型の上部、 （２） 成形用金型の下部、 （３） 上部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （４） 下部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （３ａ）、（４ａ） 脇に移されたヒーター、 （５） フォーム、 （６） クランプフレーム、
図３： Ａ 加熱段階、 Ｂ 成形、 （１） 成形用金型の上部、 （２） 成形用金型の下部、 （３） 上部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （４） 下部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （３ａ）、（４ａ） 脇に移されたヒーター、 （５） フォーム（ここでは：上部用の第１の加工物）、 （６） クランプフレーム、 （８） フォーム（下部用の第２の加工物）、
図４： Ａ 加熱段階、 Ｂ 成形、 （２） 成形用金型の下部、 （３） 上部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （４） 下部ヒーター（ＮＩＲ放熱器）、 （４ａ） 脇に移された下部ヒーター、 （５） フォーム、 （６） クランプフレーム、 （７） 被覆層、 （９ａ） 正圧下での機械空間、 （９ｂ） 負圧（真空）下での機械空間

Claims (10)

1. 発泡材料を成形する方法において、前記発泡材料は、高度に架橋されたＰＵであるか、ＰＰであるか、またはＰＭＩであり、および前記方法は、次の方法工程：
   ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
   ｂ）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
   ｃ）成形用金型での成形、
   ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
   を有することを特徴とする、前記方法。
2. 前記加熱と前記成形とは、２個の分かれた金型内で行なわれ、その際に、前記方法は、次の方法工程：
   ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
   ｂ１）加熱場の機械側の作用範囲内への嵌め込み、
   ｂ２）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
   ｃ１）成形用金型内への発泡材料の移送、
   ｃ２）前記金型での成形および
   ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
   を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
3. 前記加熱と前記成形とは、１個の金型内で行なわれ、その際に、前記方法は、次の方法工程：
   ａ）複数の被覆材およびその間に介在するフォームコアーを有する、任意の複合層の構成、
   ｂ１）取り外し可能な加熱場を装備している成形用金型内への嵌め込み、
   ｂ２）０．７８〜１．４０μｍの波長を有する近赤外線（ＮＩＲ線）での照射による発泡材料の加熱、
   ｃ１）成形用金型の動作部からのヒーターの取り外し、
   ｃ２）前記金型での成形および
   ｄ）冷却および最終加工物の取り出し
   を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
4. 前記処理工程ｄ）は、真空下での成形法であることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 前記発泡材料は、ＰＭＩフォームであることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項に記載の方法。
6. 前記方法工程ｄ）で発泡材料の局所的な圧縮が達成されることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項に記載の方法。
7. 前記発泡材料の少なくとも２つの別々の断片を予め装入し、前記断片から方法工程ｄ）において中空体を成形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項に記載の方法。
8. 前記方法工程ｃ）の直前または直後に、圧縮空気を用いて予備成形を行なうことを特徴とする、請求項４または５記載の方法。
9. 前記方法工程ａ）を実施し、および被覆材として、繊維強化されたプラスチックを使用することを特徴とする、請求項４または８記載の方法。
10. 前記プラスチックは、ＰＰ、ＰＥ、ＰＣ、ＰＶＣ、エポキシ樹脂、イソシアネート樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステルまたはポリアミドであり、および繊維材料は、炭素繊維、ガラス繊維、ポリマー繊維またはアラミド繊維であることを特徴とする、請求項９記載の方法。

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