JP2016535119A - 先進複合材料製の高度仕上げ表面物品を作成する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
・点および孔などの表面欠陥の存在、これらがある部品は、自動車の表面部分用として不合格である;
・剥離の可能性;
・結合線の存在;
・視認できる表面波打ちの存在。
・ガラス繊維;
・炭素繊維(グラファイト炭素および非晶質炭素からなる);
・セラミック繊維(例えば、炭化ケイ素またはアルミナ)およびアラミド繊維(ケブラーなど);
・玄武岩繊維。
・一方向補強材:全て同一方向に配列された繊維ビーム;
・多軸補強材:重なり合う一方向補強材からなる;
・布帛:繊維同士を織り合わせたもの。
・繊維質材料層は、6〜12mmの繊維長を有する繊維が無作為に配置された不織繊維群を含む;
・繊維は、PVA(ポリビニルアルコール)結合剤材料で結着されている;
・繊維質材料層は、先進複合材料で使用されるエポキシ樹脂系と適合する;
・繊維質材料層は、樹脂を非常に優れた様式で吸収した平坦かつ多孔質の層である;
・繊維質材料層は、典型的には10〜50g/m2の範囲の層重量を有する。
・層状ケイ酸塩、すなわちケイ素、アルミニウム、および酸化カリウム混合物;
・最大直径が30マイクロメートルの中空ガラス微粒子。
各プリプレグ樹脂系について、異なる架橋温度および時間を用いることができる。
・マトリクス粘度;
・マトリクス反応時間;
・作成される部品の厚さ;
・型の惰性および熱伝導度。
・湿度耐性:
・12時間のサイクルを20回;各サイクルにおいて、温度を40℃および相対湿度を98%に維持する;
・温度変化に対する耐性:
・12時間のサイクルを20回。
1)40分間、温度を23℃に、および相対湿度を30%に維持する;
2)90分で、温度を35℃に切り替える;
3)60分間、温度を35℃に維持する;
4)80分で、さらに、温度を45℃に、および相対湿度を80%に切り替える;
5)120分間、温度を45℃に、および相対湿度を80%に維持する;
6)30分で、温度を90℃に、および相対湿度を30%に切り替える;
7)240分間、温度を90℃に、および相対湿度を30%に維持する;
8)60分で、さらに、温度を23℃に、および相対湿度を30%に切り替える。
織物と不織炭素の結合材料および変性エポキシ樹脂による含浸。
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.2
Tg(DSC)* (℃) 135
TgE’(DMA)** (℃) 125
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 146
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
100 87
110 56
120 21
130 8.75
この実施例の結合材料A+Bの含浸プロセスは、連続した2つの異なるプロセス段階で行われ、ホットメルト含浸機械を2〜4メートル/分の速度で用いる:
1)炭素布帛A(支持機能を持つ)を含浸させる工程:支持体に沈着させる樹脂の量は、含浸させた布帛の最終重量の40%〜50%に相当する;シリンダー圧は2〜6barsに設定;
2)炭素不織材料Bとこの支持体Aを結合させ、この不織材料を、先行する段階または工程で用いられたものと同じ組成を有する含浸用樹脂で、含浸させた不織材料重量の70%〜90%となる量で、含浸させる;シリンダー圧は1〜4barsに設定。
1)上記に開示されるとおりに作成される、織物/不織材料を結合させる解決策A+B;
2)先に開示されたものに匹敵する組成を有する含浸用樹脂を含浸させた炭素布帛または織物材料B。
1.[0℃]1炭素不織材料+炭素織物材料(A+B)
2.[90℃]5炭素織物材料(B)
効率的な解決策を提供する架橋サイクルとして可能なものを本明細書中以下に開示する。
一方向補強材(UD)と炭素不織材の結合材料;変性エポキシ樹脂による含浸:
一方向炭素補強材料:重量120〜400g/m2(C);
炭素不織材料:重量15〜70g/m2(D);
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.23
Tg(DSC)* (℃) 181
TgE’(DMA)** (℃) 167
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 184
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
80 400
100 85
120 17
135 5.5
150 4
この実施例の結合材料C+Bを含浸させる含浸プロセスは、以下の2つの異なるプロセス段階で行われ、ホットメルト含浸機械を2〜4m/分の速度で用いる:
1)一方向炭素補強材料C(支持機能を持つ)を含浸させる工程:支持体に沈着させる樹脂の量は、含浸させた補強材料の最終重量の30%〜40%に相当する;
2)炭素不織材料Dと先の支持体Cを結合させ、それを、先行する段階または工程で用いられたものと同一の組成を有する含浸用樹脂で、含浸させた不織材料重量の70%〜90%となる量で、含浸させる。
この実施例の解決策での使用が提唱される本明細書中の積層順序として可能なものは、以下がある:
1)上記で開示されるとおり作成される、UD/不織材料を結合する解決策C+D;
2)実施例1に開示されるタイプBと同様な、炭素織物または布帛材料を、先行するものと適合する組成を有する樹脂で含浸させたもの。
1.[0℃]1炭素不織材料+UD補強材(C+D)
2.[90℃]4炭素織物材料(B)
または、代替として:
1.[0℃]1炭素不織材料+UD補強材(C+D)
2.[90℃]2炭素織物材料(B)
3.[90℃]1UD補強材料(C)
効率的な解決策を提供する架橋サイクルとして可能なものを本明細書中以下に開示する。
Claims (17)
- 成形により、先進複合材料製でありかつ高度表面仕上げを伴う二層結合部品、特に自動車車体の部品を作成する方法であって、該方法は、ホットメルト含浸機械により、以下の特性:
・繊維質材料層は、6〜12mmの繊維長を有する繊維が無作為に配置された不織繊維群により構成される;
・該繊維は、PVA(ポリビニルアルコール)結合剤材料で結着されている;
・繊維質材料層は、先進複合材料用のエポキシ樹脂系と適合する;
・繊維質材料層は、該樹脂を非常に優れた様式で吸収した平坦かつ多孔質の層である;
・繊維質材料層は、10〜50g/m2の重量を有する
を有する繊維質材料層を結合させる工程を含むことを特徴とする、方法。 - 前記選択された材料は、以下:
・層状ケイ酸塩、すなわちケイ素、アルミニウム、および酸化カリウム混合物;
・最大直径が30マイクロメートルの中空ガラス微粒子、
からなる不活性材料を重量にしてある量で加えることにより修飾したエポキシ樹脂系で含浸されていることを特徴とする、請求項1に記載の、成形により二層結合部品を作成する方法。 - 請求項1に記載の、成形により、先進複合材料製の二層結合部品、特に自動車車体の部品を作成する方法であって、結合および前含浸を行った複合材料またはプリプレグの前記第二層は、前記結合部品の最外部、すなわち前記成形プロセス中に前記型と接触する部分であり、かつ完成した状態では、高度仕上げ表面を含む部分を形成し;前記第一層は、前記第二層に含浸させた樹脂系と適合する樹脂系で含浸され、かつ前記第二層と同時に架橋されることを特徴とする、方法。
- 前記方法は、ホットメルト含浸機械を、2〜4メートル/分の操作速度で用いる工程を含み;前記樹脂は、エポキシ系のホットメルト樹脂であり、前記結合部品の重量の40〜65%を占めることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記第一の支持層は、一方向、多軸繊維、または織物材料、フェルト材料、または同様な特性を持つ任意の他の材料を含み、前記第一の支持層および前記第二の結合層は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、または先進複合材料を作成するのに適した他の繊維を含むことを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記支持層は、前記樹脂系と適合する無秩序に配置された不織繊維により構成された繊維質材料層であり、該繊維質材料層は、平坦かつ多孔質であり、かつ重量が10〜50g/m2であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記エポキシ樹脂は、熱硬化性樹脂であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。
- 前記エポキシ樹脂は、以下の特性:
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.2
Tg(DSC)* (℃) 135
TgE’(DMA)** (℃) 125
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 146
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
温度(℃) ゲル化時間(分)
100 87
110 56
120 21
130 8.75
を有し、
樹脂含量:前記結合部品全体の最終重量の45%〜65%であることを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記エポキシ樹脂は、以下の特性:
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.23
Tg(DSC)* (℃) 181
TgE’(DMA)** (℃) 167
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 184
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
温度(℃) ゲル化時間(分)
80 400
100 85
120 17
135 5.5
150 4
を有し、
樹脂含量は、前記結合させた材料全体の最終重量の49%〜60%で変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 織物と不織炭素の結合材料を作成する工程、および該材料を、2×2の綾織りでかつ重量が180〜400g/m2の炭素布帛(A)により修飾されたエポキシ樹脂で含浸させる工程を含み、該炭素不織材料(B)は、重量が20〜50g/m2であり;
該エポキシ樹脂は、以下の特性:
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.2
Tg(DSC)* (℃) 135
TgE’(DMA)** (℃) 125
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 146
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
温度(℃) ゲル化時間(分)
100 87
110 56
120 21
130 8.75
を有し、
樹脂含量は、前記含浸させた結合させる材料全体の最終重量の45%〜65%で変化することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記結合材料A+Bを含浸させる前記工程は、ホットメルト含浸機械を2〜4m/分の速度で用いて、連続した2つの異なるプロセス段階:
1)前記炭素布帛A(支持機能を持つ)を含浸させる工程:該支持体に沈着させる樹脂の量は、前記含浸させた布帛の最終重量の40%〜50%に相当し;シリンダー圧は2〜6barsに設定;
2)前記炭素不織材料Bと該支持体Aを結合させ、該不織材料を、先行する段階または工程で用いられたものと同じ組成を有する樹脂で、該含浸させた不織材料重量の70%〜90%となる量で、含浸させる工程;シリンダー圧は1〜4barsに設定、
により行われ、
積層順序として可能なものは、以下:
1)上記に開示されるとおりに作成された、該織物/不織材料を結合する解決策A+B;
2)既に開示されたものと適合性のある組成を有する樹脂で含浸させた、炭素布帛または織物材料B
を使用することを特徴とする、請求項10に記載の方法。 - 前記方法は、前記仕上げられた部品の外側から、したがって、前記型表面から開始して、以下:
1.炭素不織材料+炭素織物材料(A+B)
2.炭素織物材料(B)
を使用し、
前記方法では、オートクレーブ架橋操作サイクルが行われ、前記方法の段階は、図1の表に示されており、図1の表には、温度、圧、加熱ランプ、および冷却ランプが示されており;図2の図形は、該図1の表に開示される該工程を図示することを特徴とする、請求項11に記載の自動車車体部品の作成法。 - 前記方法は、一方向性(UD)補強材結合材料、炭素不織材料、および修飾された含浸用エポキシ樹脂を使用し:
一方向炭素補強材料:重量120〜400g/m2(C);
炭素不織材料:重量15〜70g/m2(D);
エポキシ樹脂の特性:
プリプレグ中の揮発性物質 (%wt) <1
樹脂密度 (g/cm3) 1.23
Tg(DSC)* (℃) 181
TgE’(DMA)** (℃) 167
TanδのピークTg(DMA)**(℃) 184
*動的走査測定
**完全に架橋した積層体
温度(℃) ゲル化時間(分)
80 400
100 85
120 17
135 5.5
150 4
樹脂含量は、結合または積層させ含浸させた該材料全体の最終重量の40%〜60%で変化する
ことを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - 前記方法は、含浸および結合を行うプロセスを使用し、前記結合材料C+Dの含浸は、ホットメルト含浸機械を2〜4m/分の速度で用いて、連続した2つの異なるプロセス段階:
1)前記一方向炭素補強材C(支持機能を持つ)を含浸させる工程:該支持体に沈着させる樹脂の量は、該含浸させた補強材の最終重量の30%〜40%に相当する;
2)前記炭素不織材料Dと該支持体Cを結合させ、該先行する工程で用いられたものと同一の組成を有する樹脂で、該含浸させた不織材料重量の70%〜90%となる量で含浸させる工程;
により行われることを特徴とする、請求項13に記載の方法。 - 前記方法は、さらに、本件において開示される解決策を用いて、以下:
1)上記で開示されるとおりに作成される、前記UD/不織材料C+Dを結合させる解決策;
2)炭素織物材料、該材料は、前記先行樹脂と適合性のある組成を有する樹脂で含浸されている、
の一連の積層を行う工程を含むことを特徴とする、請求項14に記載の方法。 - 前記方法は、さらに、自動車車体部品を、該仕上げられた部品の外側、したがって、前記型表面から開始して、作成する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項15に記載の方法:
1.[0℃]1炭素不織材料+UD補強材(C+D)
2.[90℃]4炭素織物材料(B)
または、代替として:
1.[0℃]1炭素不織材料+UD補強材(C+D)
2.[90℃]2炭素織物材料(B)
3.[90℃]1UD補強材(C)。 - 前記方法は、架橋操作サイクルを含み、該サイクルの各段階は図3の表に示され、該表には、温度、圧、加熱ランプ、および冷却ランプが示され;前記型と接触する表面の外観が改善されるようにするために、該方法は、該架橋サイクルがオートクレーブで行われる場合に減圧を解除する工程を含み;図4の図形は、図3の該表に開示される該工程を図示する、ことを特徴とする、請求項16に記載の方法。
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