JP2017007342A - 一方向強化材、一方向強化材の製造方法、及びそれらの使用 - Google Patents
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
- D04H3/02—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments
- D04H3/04—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length characterised by the method of forming fleeces or layers, e.g. reorientation of yarns or filaments in rectilinear paths, e.g. crossing at right angles
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- D—TEXTILES; PAPER
- D04—BRAIDING; LACE-MAKING; KNITTING; TRIMMINGS; NON-WOVEN FABRICS
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- D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
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- D—TEXTILES; PAPER
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- D04H3/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of yarns or like filamentary material of substantial length
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- D—TEXTILES; PAPER
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- F03D—WIND MOTORS
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
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- B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
- B29L2031/085—Wind turbine blades
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- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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- D10B2101/06—Glass
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- D—TEXTILES; PAPER
- D10—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
- D10B—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBLASSES OF SECTION D, RELATING TO TEXTILES
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- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2230/00—Manufacture
- F05B2230/20—Manufacture essentially without removing material
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
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Abstract
Description
a)一方向強化材は、基本的に、粉末接着形状で、一般的に、特に横方向に、非常に限られた樹脂の浸透性を有しており、ゆえに、長さのある対象物の生産は非常に挑戦的である。
b)従来技術の示す樹脂のための長手方向の流路により浸透性が改善された場合、強化材は横方向安定度を失う。
c)樹脂のための流路を確保することを狙って、一方向強化材の間及び一方向強化材に対し横方向に配置された、横方向の太い撚った多繊維は、ロービングを互いに離しすぎてしまい微小亀裂の恐れが大きくなり、減圧で多繊維が圧縮されてより効果のない直径、すなわちZ方向厚さとなる。
d)平坦になった横方向の糸は、樹脂がこれらの流路内を流れるのを妨げる。
e)一方向ロービングの長繊維間の気泡又は乾燥領域が、強化材積層体内に残りやすく、真空注入でも除去することができず、最終製品の強度をより更に著しく低下させることがある。
f)熱可塑性コーティング及びホットメルト接着剤は、注入に用いられる樹脂と少なくとも局所的に対立する。
a)連続したロービングを、少なくとも2枚のシート内に一方向に並べて配置する工程。
b)シート間に垂直の間隙を残すことにより、シートを垂直方向に離して保つ工程。
c)各シートの一方向ロービングを、間に隙間を有し、各群は少なくとも1つのロービングを有する、ロービングの群に編成する工程。
d)Z方向の樹脂流動を促進するための分離した手段をシート間の垂直の間隙内に導入する工程。
e)分離したZ方向樹脂流動促進手段を、シートの長手方向縁部間に対し横方向に往復して延ばす工程。
f)シート及び間の分離したZ方向樹脂流動促進手段を、シートを上面及び下面を有する単一のウェブに形成するための中間手段に導き、分離したZ方向樹脂流動促進手段をロービング群の間及び単一のウェブの上面と下面との間に進むように成す工程。
g)工程a)の後に、シート(122’、122’’)に熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーを塗布(124で)する工程。
h)一方向強化材を形成するために、ロービングを一体に接着するためのバインダーの反応を促進する工程。
・編み目及び横方向の結合糸は、バインダーシステムにより置き換えられて、編み目により生じる有害なよじれは避けられる。
・強化繊維が真っ直ぐなままに留まるため、強化材の強度特性は向上する。
・生産速度は、縫製機械により制限されない。
・一方向強化材の樹脂に対する浸透性は、良好な樹脂の流動を促進するようなレベルに向上する。
・製品の浸潤と同時に、実際に、一方向長繊維間の気泡又は乾燥領域が含浸後に製品内に残らないように、残っている空気が製品から排出される。
・横方向に樹脂が進む距離は、実施した実験では、編んだ一方向強化材と比較して少なくとも2.5倍、及び編んでいない一方向強化材と比較するとそれ以上に、相当に増加する。
・含浸のために必要な時間は、実施した実験では、従来技術の強化材で必要な時間の少なくとも6分の1にと、相当に短縮される。
・編んだ構造体の欠点は最小化される。
・最終製品は、優れた強度及び疲労特性を有する。
・マトリックスとの化学的擾乱に関係する欠点は最小化される。
・充分な横方向安定度を達成するために特定の横方向強化繊維又は結合糸を用いる必要がない。
・粉末接着された一方向強化材は、強化材積層体が凹形の成形型内に配置された時でさえも柔軟性が低減しているので、成形型内に平らに配置することができる。この特性は、折り目の形成、又は強化材ロービングの局所的領域が積層体内部に小さな湾曲曲がりを形成する恐れを大幅に低減する。
・粉末接着による形成により、局所的折り目及びよじれが防止されるので、この強化材は炭素繊維ベースの積層体に特に適している。理由は、局所的折り目及びよじれは炭素繊維積層体の圧縮強度特性を劇的に低減させるだろうということである。
・細い分離した流路形成手段が、細い分離した流路形成手段の横方向に延びる糸により強化材の面上に固定され、強化材及び強化材でできた最終製品の両方の高品質が確保される。
Claims (34)
- 閉型成形法、例えばレジン・トランスファー・モールディング(RTM)プロセス又は真空注入成形プロセスによる繊維強化複合体の製造のための一方向強化材であって、前記一方向強化材(2、4、34、120)は、前記一方向強化材(120)の長手方向に配置され、熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーにより互いに接着された連続した一方向ロービング(102)を含み、前記一方向強化材(2、4、34、120)は、2つの長手方向縁部、上面、及び下面を有する、一方向強化材であって、
前記強化材の前記長手方向縁部間に対し横方向に往復して延びて、前記強化材(2、4、34、120)の前記上面と前記下面との間を進み、両側面に樹脂のための流路(100)を形成する、横方向及びZ方向の両方の樹脂流動を促進するための分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を特徴とする、一方向強化材。 - 前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)は、単一の長繊維又はいくつかの長繊維の接着された束であることを特徴とする、請求項1に記載の一方向強化材。
- 前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)は、真空注入又はRTM圧縮下での直径100μm〜300μmを有することを特徴とする、請求項2に記載の一方向強化材。
- 前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)は、ポリアミド(PA)、ポリアミド共重合体、若しくはポリエステル共重合体(PET共重合体)でできている、又は2成分繊維、アクリル繊維、若しくはポリオレフィン繊維であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)は、融解する外側の芯を有する2成分単繊維であることを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 前記一方向強化材(2、4、34、120)の積層体を浸潤する時、前記一方向強化材(2、4、34、120)への前記一方向ロービング(102)の方向に対し横方向の樹脂の含浸を促進するための、前記一方向ロービング(102)に対し横方向に配置された樹脂のための細い分離した流路形成手段(6、40)であり、前記細い分離した流路形成手段(6、40)は前記一方向強化材(2、4、34、120)の1つの長手方向縁部から反対側の前記長手方向縁部に延びる樹脂のための横方向流路(10)を両側面に形成する、追加の手段を特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)を前記一方向ロービング上に固定するための追加の糸(42、46)であって、前記細い分離した流路形成手段(6、40)上を横方向に延び、各々は前記強化材の前記上面又は前記下面のうちのいずれかの上を延びて少なくとも前記一方向ロービングに接着結合された、追加の糸(42、46)を特徴とする、請求項6に記載の一方向強化材。
- 前記追加の糸(42、46)は、前記一方向ロービングに熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーにより接着されていることを特徴とする、請求項7に記載の一方向強化材。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)は、真空注入又はRTM圧縮下での直径又は厚さ100μm〜300μmを有することを特徴とする、請求項6に記載の一方向強化材。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)は、ポリアミド(PA)、ポリエステル(PET)、フェノキシ、ポリアミド共重合体、若しくはポリエステル共重合体(PET共重合体)でできている、又は2成分繊維、アクリル繊維、若しくはポリオレフィン繊維であることを特徴とする、請求項6に記載の一方向強化材。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)は融解する外側の芯を有する2成分単繊維であることを特徴とする、請求項6に記載の一方向強化材。
- 前記追加の糸(42、46)は、前記追加の糸(42、46)を前記一方向ロービング上に固定するための熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーを備えていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の一方向強化材。
- 前記追加の糸(42、46)は、互いの横方向の距離を5mm〜50mmに配置されていることを特徴とする、請求項7、8、又は12に記載の一方向強化材。
- 前記追加の糸(42、46)は、ポリエステル、ポリアミド、ポリエーテル、アラミド、金属、若しくは炭素繊維、若しくは天然若しくは改善された天然繊維、又はこれらの繊維の任意の組合せでできていることを特徴とする、請求項7、8、12、又は13に記載の一方向強化材。
- 前記追加の糸(42、46)は、前記一方向ロービングと同じ材料であることを特徴とする、請求項7、8、12、又は13に記載の一方向強化材。
- 前記細い分離した流路形成手段(6)は、配置された前記表面(前記上面又は前記下面)上で平行で、前記一方向強化材(2、4、34)上に2mm〜50mmの間隔で配置されていることを特徴とする、請求項6から15のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 前記一方向ロービングは、人工繊維若しくは天然繊維、すなわちガラス、炭素、アラミド、玄武岩、ケナフ、サイザル、亜麻、麻、黄麻、及び亜麻布のような繊維、又はこれらの任意の組合せのいずれかでできていることを特徴とする、請求項1から16のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 前記熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーは、織布、布地、乾燥粉末、分散液、若しくは溶液、及び/又は低粘性にするために加熱された形態であることを特徴とする、請求項1から17のいずれか一項に記載の一方向強化材。
- 例えばレジン・トランスファー・モールディングプロセス又は真空注入成形プロセスのような閉型成形法により、繊維強化複合体の製造のための一方向強化材を生産する方法であって、
a)連続したロービングを、少なくとも2枚のシート(122’、122”)内に一方向に並べて配置する工程と、
b)前記シート(122’、122”)間に垂直の間隙を残すことにより、前記シート(122’、122”)を垂直方向に離して保つ工程と、
c)各シート(122’、122”)の前記一方向ロービングを、間に隙間を有し、各群は少なくとも1つのロービングを有する、ロービング群に編成する工程と、
d)Z方向の樹脂流動を促進するための分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を前記シート(122’、122”)間の前記垂直の間隙内に導入する工程と、
e)前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を、前記シート(122’、122”)の長手方向縁部間に対し横方向に往復して延ばす工程と、
f)前記シート(122’、122”)及び間の前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を、前記シートを上面及び下面を有する単一のウェブ(120)に形成するための中間手段に導き、前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を前記ロービング群の間及び前記単一のウェブ(120)の前記上面と前記下面との間に進むように成す工程と、
g)工程a)の後に、前記シート(122’、122”)に熱可塑性及び/又は熱硬化性バインダーを塗布(124で)する工程と、
h)一方向強化材(34)を形成するために、前記連続一方向ロービングを一体に接着するための前記バインダーの反応を促進する工程とを特徴とする、方法。 - 前記間隙を連続して開いて保つことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 工程g)で、前記シート(122’、122”)及び間の前記分離したZ方向樹脂流動促進手段(128、138)を、2つのロール(132、134)の間に運ぶことを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 工程d)で、2枚のシート、上側のシート(122”)及び下側のシート(122’)を有し、前記シート(122’、122”)の前記ロービング群をおさ(126)内で編成して、前記上側のシート(122”)の各ロービング群が前記下側のシート(122’)の各隙間の上方にあるように及びその逆もまた同様にすることを特徴とする、請求項19に記載の方法。
- 前記工程g)で、
1.細い分離した流路形成手段(6、40)を、前記連続した一方向ロービング上に前記一方向ロービングの方向に対し横方向に配置する(26で)ことと、
2.工程h)で前記細い分離した流路形成手段(6、40)を前記連続した一方向ロービング上に接着する(28で)ことと、を特徴とする、請求項19に記載の方法。 - 前記細い分離した流路形成手段(6、40)はバインダーを含む外側の層を備える、又は前記細い分離した流路形成手段(6、40)は2成分の形成手段であることを特徴とする、請求項23に記載の方法。
- 工程1)で、
・追加の糸(42、46)を、前記ロービング上並びに前記強化材の前記上面及び下面のうちの少なくとも1つの上の前記細い分離した流路形成手段(6、40)の上及び横方向に配置することと、
・前記追加の糸(42、46)を、工程1)で前記ロービング上に、又は工程1)の後の別個の工程で前記ロービング上及び前記細い分離した流路形成手段(6、40)上に、前記細い分離した流路形成手段(6、40)と一体に接着することとを特徴とする、請求項23に記載の方法。 - 前記追加の糸(42、46)は、前記連続したロービング上に前記バインダーの反応を促進することにより接着されていることを特徴とする、請求項25に記載の方法。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)を配置すること、並びに前記細い分離した流路形成手段(6、40)及び前記追加の糸(42、46)を前記ロービングに前記バインダーの反応を再度促進することにより接着することを特徴とする、請求項25に記載の方法。
- 前記細い分離した流路形成手段(6、40)を配置すること、並びに前記細い分離した流路形成手段(6、40)及び前記追加の糸(42、46)を前記ロービングに追加のバインダーを用いること及び反応を促進することにより接着することを特徴とする、請求項25に記載の方法。
- 前記追加の糸(42、46)を前記細い分離した流路形成手段(6、40)及び前記一方向ロービング上に配置する前に、追加のバインダーを前記追加の糸(42、46)上に塗布することを特徴とする、請求項25から28のいずれか一項に記載の方法。
- 一方向強化材を形成するために前記ロービングを一体に接着した後に前記一方向強化材を巻く工程と、前記一方向強化材を巻き解く工程と、その後に前記細い分離した流路形成手段(6、40)及び前記追加の糸(42、46)を前記一方向強化材上に配置及び接着する工程とを特徴とする、請求項25から29のいずれか一項に記載の方法。
- 一方向強化材を形成するために前記ロービングを一体に接着及び前記細い分離した流路形成手段(6、40)を前記一方向ロービング上に接着した後に前記一方向強化材を巻く工程と、前記一方向強化材を巻き解く工程と、並びにその後に前記追加の糸(42、46)を前記強化材上に配置する及び接着する工程とを特徴とする、請求項25から29のいずれか一項に記載の方法。
- 前記バインダーの反応促進は、前記バインダーを融解すること、溶媒を噴霧すること、及び前記バインダーから溶媒を蒸発させることのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とする、請求項25に記載の方法。
- 風力タービンブレードのスパーキャップの製造に、請求項1から18のいずれか一項に記載の一方向強化材を用いること。
- 一軸若しくは多軸のプリフォーム又は強化材製品の製造に、請求項1から18のいずれか一項に記載の一方向強化材を用いること。
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