JP2015532229A - 減圧射出圧縮成形によってコンポジット熱可塑性部品を製造するための方法、この実施のためのデバイス、および得られる部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(i)プリフォームの形態であってもよい前記繊維強化材を、片方が固定されており、他方が移動する2つの部品を含み、気密性密閉部を有する鋳型に、減圧デバイスを用いて鋳型を減圧下に置くことによって圧縮可能なシール部を用いることによって配置し、鋳型内の分圧が1mbarから10mbarであり、前記鋳型が通気口を備えていない工程と、
(ii)反応性熱可塑性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーに由来する前記熱可塑性(マトリックス)ポリマーの前駆体である二成分反応系(二成分反応性組成物とも呼ばれる。)の最終部品を得るのにちょうど必要なあらかじめ計量した量を、乾燥状態の前記強化材の上に溶融状態で射出することによって、減圧下で前記閉じられた鋳型を充填し、前記鋳型を、射出温度より低い温度での等温条件に維持することができ、前記射出が、溶融状態の2種類の反応性成分それぞれについて2つの別個の区画を備える射出デバイスを用いて行われ、スタティックミキサーヘッドのチャンバ内に射出する前に、前記チャンバ内の滞留時間が2分未満、好ましくは、1分未満、さらに優先的には、10秒未満であり、180℃から400℃、好ましくは、200℃から300℃の範囲であってもよい温度で、前記反応性成分を混合し、前記繊維強化材の含浸および1mbar未満の圧力で前記二成分反応系の含浸に従う同時に起こる反応、強化材全体への樹脂のクリープ変形は、射出終了時の密に詰める圧力によって達成され、通気口を有さない鋳型の完全な充填を確保する工程と、
(iii)なんら仕上げ処理を行うことなく、前記部品を鋳型からはずす工程とを含むことを特徴とする、方法に関する。
Xがアミンであるときは、Yは、マレイミド、エポキシ、保護されたイソシアネート、オキサジノン、オキサゾリノン、カプロラクタムまたはカルボン酸無水物から選択され、後者の場合には、特に前記延長部が、環状芳香族および/または脂環式の酸無水物から選択されてもよい。
または上述の繊維の混合物。
ポリマーまたはポリマー繊維は、上述の条件下では、
熱可塑性ポリマーの繊維、さらに特定的には、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)から選択されるもの、
式6、11、12、6.10、6.12、6.6、4.6のいずれかに対応するポリアミドの繊維、
アラミド繊維(例えば、Kevlar(R))および芳香族ポリアミド、例えば、式PPD.T、MPD.I、PAAおよびPPAのいずれかに対応するもの(PPDおよびMPDは、それぞれ、p−およびm−フェニレンジアミンであり、PAAは、ポリアリールアミドであり、PPAは、ポリフタルアミドである。)、
ポリアミドのブロックコポリマー、例えば、ポリアミド/ポリエーテルの繊維、またはポリアリールエーテルケトン(PAEK)繊維、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリエーテルケトンケトン(PEKK)またはポリエーテルケトンエーテルケトンケトン(PEKEKK)から選択される。
(a)180℃から400℃、好ましくは、200℃から350℃、さらに優先的には、200℃から300℃の温度範囲で、二成分反応系(二成分反応性組成物とも呼ばれる。)を射出することができる、2つの別個の供給区画を有し、それぞれ、加熱制御システムおよび温度制御システムが取り付けられており、(この温度が、上述の範囲内であり)、それぞれがスタティックミキサーヘッドのチャンバに供給する供給ポンプが取り付けられており、これにも加熱制御システムおよび温度制御システムを有し、このミキサーヘッドが、少なくとも1つの射出点で、以下に定義されるような成形デバイス(b)に供給する、少なくとも1つの溶融射出デバイスと、
(b)2つの部品で構成され、片方が固定されており、他方が移動し、圧縮可能なシール部によって互いに分割されており、このシール部は、好ましくは、フルオロエラストマーまたは弾性金属シール部に由来し、このため、気密性成形空洞(気密性空洞)を生成し、射出温度より低い温度で、加熱し、等温条件で制御するためのシステムと、密に詰められていない(即ち、圧縮されていない。)気密性空洞を減圧下に置くためのシステムとが設置されており、射出された材料のクリープ変形を可能にし、減圧下で鋳型を閉じると発生する密に詰めること(または圧縮)によって、1mbar未満の圧力で、空洞部内のこれらすべてにおいて、前記空洞部の完全な充填と、さらに、強化という観点で材料の横方向へのクリープ変形の両方を確保し、前記鋳型は、減圧下で気密性密閉部を有し、通気口を備えておらず、スタティックミキサーヘッドの出口面での供給を介し、射出デバイス(a)によって直接供給される、減圧圧縮成形デバイスとを含む。
100s−1の剪断下、所与の温度で窒素を流しつつ、直径が50mmの2つの平行板を有する、使用する測定装置であるMCR301レオメーターの指示の参照マニュアルに従って、プレポリマーまたは前駆体組成物の溶融粘度を測定する。
Claims (21)
- 繊維強化材および熱可塑性ポリマーマトリックス、好ましくは、ポリアミドに由来する熱可塑性ポリマーマトリックスを含み、複雑な形態であってもよい構造的または半構造的なコンポジット部品を製造するための方法であって、
(i)プリフォームの形態であってもよい前記繊維強化材を、片方が固定されており、他方が移動する2つの部品を含み、気密性密閉部を有する鋳型に、減圧デバイスを用いて鋳型を減圧下に置くことによって圧縮可能なシール部を用いることによって配置し、鋳型内の分圧が1mbarから10mbarであり、前記鋳型が通気口を備えていない工程と、
(ii)反応性熱可塑性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーに由来する前記熱可塑性ポリマーの前駆体である二成分反応系の最終部品を得るのにちょうど必要なあらかじめ計量した量を、乾燥状態の前記強化材の上に溶融状態で射出することによって、減圧下で前記閉じられた鋳型を充填し、前記鋳型を、射出温度より低い温度での等温条件に維持することができ、前記射出が、溶融状態の2種類の反応性成分それぞれについて2つの別個の区画を備える射出デバイスを用いて行われ、スタティックミキサーヘッドのチャンバ内に射出する前に、前記チャンバ内の滞留時間が2分未満、好ましくは、1分未満、さらに優先的には、10秒未満であり、180℃から400℃、好ましくは、200℃から300℃の範囲であってもよい温度で、前記反応性成分を混合し、前記繊維強化材の含浸および1mbar未満の圧力で前記二成分反応系の含浸に従う同時に起こる反応、強化材全体への樹脂のクリープ変形は、射出終了時の密に詰める圧力によって達成され、通気口を有さない鋳型の完全な充填を確保する工程と、
(iii)なんら仕上げ処理を行うことなく、前記部品を鋳型からはずす工程とを含むことを特徴とする、方法。 - 工程(ii)の後に、まだ工程(ii)の鋳型の中で、作成された部品に対し、L/Dアスペクト比が1000未満の強化短繊維または強化長繊維を含む溶融状態での熱可塑性ポリマーを別個の射出によってオーバーモールド成形する工程も含み、前記ポリマーは、ここでは、ポリマーが溶融する前に、顆粒形態で使用され、既に前記強化繊維を含んでおり、熱可塑性プラスチックが、前記反応性プレポリマーに由来する二成分反応系から得られるポリマーと適合性であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 請求項1に定義されるような工程(ii)の部品、または請求項2に定義されるようなオーバーモールド成形される部品が、互いに接続し、異なる性質を有し、プラスチック部品および/または金属部品から選択される他の構成部品を含む複雑な部品の一部であり、この方法が、最終的な複雑な部品を作成するように同じ鋳型または異なる鋳型の中の構成部品の「インモールド」アセンブリによって成形するための方法の工程の一部であるか、または一部を構成することを特徴とする、請求項1または2に記載の方法。
- 前記繊維強化材が、特定の鋳型による前記プリフォームの作成によってコンポジット部品を成形する前の工程で作られるプリフォームの形態であり、このプリフォームは、場合により、前記プレポリマーに由来する二成分反応系から得られるポリマーと適合性のポリマーバインダーとともに、または、同じ二成分反応系とともにあらかじめ含浸された前記強化材の圧縮成形によって、同じ鋳型の中で作られるか、または前記プリフォームが、異なる鋳型の中で熱生成によって作られることを特徴とする、請求項1から3の一項に記載の方法。
- 前記スタティックミキサーヘッドの出口で射出されるような二成分反応系の粘度は、50Pa・s未満、好ましくは、5Pa・s未満、さらに優先的には、1Pa・s未満であることを特徴とする、請求項1から4の一項に記載の方法。
- 前記二成分反応系は、2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの反応性熱可塑性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーと、好ましくは重付加によって前記反応性プレポリマーの官能基と反応性の2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの非ポリマー性鎖延長剤とを含むことを特徴とする、請求項1から5の一項に記載の方法。
- 前記二成分反応系が、2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの第1の反応性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーと、重付加または重縮合によって前記第1の反応性プレポリマーの官能基と反応性の2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの第2の反応性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーとを含むことを特徴とする、請求項1から5の一項に記載の方法。
- 前記熱可塑性マトリックスのポリマーは、半結晶性であり、ガラス転移温度Tgが90℃より高く、好ましくは、100℃より高く、さらに優先的には、120℃より高く、融点Tmが320℃未満、好ましくは、280℃未満、さらに優先的には、200℃から280℃であり、特に、半芳香族構造および/または半脂環式構造を有し(芳香族構造および/または脂環式構造を含むことを意味する。)、好ましくは、半結晶性ポリアミドであることを特徴とする、請求項1から7の一項に記載の方法。
- 前記オーバーモールド成形熱可塑性ポリマーは、半結晶性であり、融点が200℃より高く、好ましくは、半結晶性ポリアミドであることを特徴とする、請求項2から8の一項に記載の方法。
- (a)180℃から400℃、好ましくは、200℃から350℃、さらに優先的には、200℃から300℃の温度範囲で、二成分反応系を射出することができる、2つの別個の供給区画を有し、それぞれ、加熱制御システムおよび温度制御システムが取り付けられており、この温度が、上述の範囲内であり、それぞれがスタティックミキサーヘッドのチャンバに供給する供給ポンプが取り付けられており、これにも加熱制御システムおよび温度制御システムを有し、このミキサーヘッドが、少なくとも1つの射出点で、以下に定義されるような成形デバイス(b)に供給する、少なくとも1つの溶融射出デバイスと、
(b)2つの部品で構成され、片方が固定されており、他方が移動し、圧縮可能なシール部によって分割されており、このシール部は、好ましくは、フルオロエラストマーまたは弾性金属シール部に由来し、このため、気密性成形空洞を生成し、射出温度より低い温度で、加熱し、等温条件で制御するためのシステムと、減圧下に置くためのシステムとが設置されており、密に詰められていない(即ち、圧縮されていない。)気密性空洞が、射出された材料のクリープ変形を可能にし、減圧下で鋳型を閉じると発生する密に詰めること(または圧縮)によって、1mbar未満の圧力で、空洞部内のこれらすべてにおいて、前記空洞部の完全な充填と、さらに、強化という観点で材料の横方向へのクリープ変形の両方を確保し、前記鋳型は、減圧下で気密性密閉部を有し、通気口を備えておらず、スタティックミキサーヘッドの出口面での供給を介し、射出デバイス(a)によって直接供給される、減圧圧縮成形デバイスとを含むことを特徴とする、請求項1から9の一項に定義されるような方法を実施するための製造デバイス(またはユニット)。 - アスペクト比が1000未満の短繊維または長繊維が保持された溶融状態の熱可塑性プラスチックをオーバーモールド成形するために、一成分系のための少なくとも1つの第2の射出デバイスを備え、この第2の射出デバイスは、同じ成形デバイス(b)に、特に、鋳型内で、特に、成形デバイス(b)内の少なくとも1つの第2の射出点を介して直接接続しており、熱可塑性プラスチックを、前記繊維が保持された顆粒の形態で、前記射出デバイスに、場合により供給ホッパーを用いて供給することができ、前記第2の射出デバイスが、1要素の射出機または押出成形機であることを可能にすることを特徴とする、請求項10に記載のデバイス。
- 特に、残留成形スプルーを含まず、なんら仕上げ処理を行うことなく鋳型からはずした後に使用することができる、請求項1から9の一項に定義するような方法を用いることによって得られる、構造的または半構造的なコンポジット部品。
- 自動車産業、トラックのための部品のような道路輸送、鉄道産業、海事産業、航空学、風力発電、光電池、太陽(熱)産業、宇宙産業、光電池、建築産業、土木、都市の設備および装置、標識、スポーツおよびレジャーの分野での用途のための部品であることを特徴とする、請求項12に記載の部品。
- ボディインホワイト、エプロン、テールゲート、床、側壁、屋根、スプリングバー、フロント、バック、サイドクラッシュボックス、ドア構造およびフェンダーから選択される自動車部品であるか、これらのための自動車部品であることを特徴とする、請求項12および13のいずれかに記載の部品。
- 請求項8または9に定義されるような方法を用いることによって得られ、電気泳動を受けることができる自動車部品であることを特徴とする、請求項12に記載の部品。
- 同じ成形デバイス(b)または幾つかの構成部品の異なるデバイス内の「インモールド」アセンブリによって得られる複雑な部品の一体型部品であり、この中にプラスチック部品および/または金属部品が存在し、前記部品は、特に、複雑な部品の一体型部品であり、反応性熱可塑性プレポリマー、特にポリアミドに由来する二成分反応系の結果であり、好ましくは、半結晶性であることを特徴とする、請求項12から15の一項に記載の部品。
- 前記部品が、第1の反応性成分A1)として、特に、半結晶性であり、2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの反応性熱可塑性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーと、第2の反応性成分A2)として、A2)についての第1の選択肢に従って、好ましくは重付加によって前記反応性プレポリマーの官能基と反応性の2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの非ポリマー性鎖延長剤、または、A2)のための第2の選択肢として、特に、半結晶性であり、好ましくは重付加または重縮合によって、特にA2)が、第1の選択肢に従って定義される、前記第1の反応性プレポリマーA1)と反応性の2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの第2の反応性プレポリマー、好ましくは、反応性ポリアミドプレポリマーとを含む二成分反応性組成物から得られる、好ましくは、ポリアミド、熱可塑性ポリマーマトリックスを含むことを特徴とする、請求項12から16の一項に記載の部品。
- 前記熱可塑性マトリックスがポリアミドであり、前記熱可塑性マトリックスから誘導される二成分反応系が、好ましくは、半芳香族および/または半脂環式であり、特に、半結晶性であり、2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの反応性ポリアミドプレポリマーと、前記反応性ポリアミドの官能基と反応可能な2つの同じ官能基(互いに反応性ではない。)を有する少なくとも1つの非ポリマー性鎖延長剤とを含むことを特徴とする、請求項12から16の一項に記載の部品。
- 前記二成分反応系に由来する部品にオーバーモールド成形された、L/Dアスペクト比が1000未満の強化短繊維または強化長繊維を保持する熱可塑性ポリマーを含むことを特徴とする、請求項17または18に記載の部品。
- この使用のために、鋳型からはずした後にさらなる機械加工または仕上げを必要としない、「正味の形状」の構造的または半構造的なコンポジット部品の製造において、請求項1から9の一項に定義されるような方法および/または請求項10または11に定義されるようなデバイスの使用。
- 「インモールド」アセンブリによる複雑で多要素のコンポジット部品の製造に関することを特徴とする、請求項20に記載の使用。
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