JP2017052280A - Ｅｍｉ遮蔽を備えた補強複合材料を提供するための方法および装置 - Google Patents

Ｅｍｉ遮蔽を備えた補強複合材料を提供するための方法および装置 Download PDF

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Abstract

【課題】ＥＭＩ遮蔽を有する複合材ならびに複合材を提供する装置の提供
【解決手段】電磁障害遮蔽を備えた物品４０を形成する方法であって、第１の溶融充填物を提供する第１の混合押出成形機２４に第１の重合体を挿入するステップと、第２の混合押出成形機２６に第１の溶融充填物を挿入するステップであって、第２の混合押出成形機２６が第１の溶融充填物に複数の導電性繊維３４を導入し、第２の混合押出成形機２６が、第１の溶融充填物および複数の導電性繊維を備えた第２の溶融充填物を提供する、ステップと、圧縮型の少なくとも１つのダイの上に第２の溶融充填物を堆積させるステップと、物品を形成するために第２の溶融充填物に対して圧縮型を閉じるステップとを含む。
【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
[0001]本出願は、２０１０年１０月６日に出願した、参照によりその内容が本明細書に組み込まれている米国仮特許出願第６１／３９０４１０号の利益を主張するものである。
[0002]本発明の例示的実施形態は、一般に、複合材料、および特定の特性を備えた複合材料の製造方法に関する。さらに、本発明の例示的実施形態は、一般に、繊維補強熱可塑性重合体構造コンポーネントの製造にも関し、より詳細には、熱可塑性重合体構造コンポーネントのインライン混合、堆積および圧縮成形のための装置および方法に関する。
[0003]典型的な電磁障害（ＥＭＩ）遮蔽エンクロージャは、金属または高度に充填された重合体複合材のいずれかからなる。エンクロージャの内容物ならびにエンクロージャを取り囲んでいるコンポーネントの両方を漂遊電磁界から遮蔽するためには導電性媒体が必要である。一般的な金属エンクロージャには、鋼およびアルミニウムがある。重合体複合材は、通常、ステンレス鋼を含んだ射出成形熱可塑性繊維、炭素繊維および／またはニッケル被覆炭素繊維である。
[0004]金属エンクロージャは、シートメタルを曲げ、かつ、溶接することによって形成することができ、あるいはアルミニウムを鋳造し、かつ、結合剤を含浸させてあらゆる多孔性を封止することによって形成することができる。形成されるシートメタルエンクロージャは、通常、輪郭および形状の点で限られている。
[0005]したがって、ＥＭＩ遮蔽を有する複合材ならびにこのような複合材を提供するための装置が提供されることが望ましい。さらに、ＥＭＩ遮蔽を有する複合材から形成されたコンポーネントが提供されることが望ましい。さらに、このコンポーネントが押出圧縮成形プロセスから形成されることが望ましい。
[0006]一例示的実施形態によれば、重合体複合材から電気エンクロージャを製造する方法は、交互成形技術ならびに導電性ナノサイズ充填材技術を使用する。
[0007]本発明の一例示的実施形態によれば、電磁障害遮蔽を備えた物品を形成する方法であって、この方法は、第１の溶融充填物を提供する第１の混合押出成形機に第１の重合体を挿入するステップと、第２の混合押出成形機に第１の溶融充填物を挿入するステップであって、第２の混合押出成形機が第１の溶融充填物に複数の導電性繊維を導入し、第２の混合押出成形機が、第１の溶融充填物および複数の導電性繊維を備えた第２の溶融充填物を提供する、ステップと、圧縮型の少なくとも１つのダイの上、または引き続いて圧縮型のダイの上に移すためのコンベヤの上に第２の溶融充填物を堆積させるステップと、物品を形成するために第２の溶融充填物に対して圧縮型を閉じるステップとを含む。
[0008]他の例示的実施形態では、押出圧縮成形アセンブリが提供され、このアセンブリは、第１の重合体混合押出成形機と、第１の重合体混合押出成形機から溶融充填物を受け取るように構成された第２の重合体混合押出成形機と、第２の重合体混合押出成形機に複数の繊維を提供するためのアセンブリとを有しており、アセンブリおよび第２の重合体混合押出成形機は、導電性の品質を有する繊維補強溶融充填物を提供する。
[0009]本発明の上で説明した特徴および利点、ならびに他の特徴および利点は、以下の詳細な説明、図面および添付の特許請求の範囲から、当業者には認識および理解されよう。
[0010]以下、本発明の実施形態について、単なる例にすぎないが、添付の図面を参照して説明する。
[0011]本発明の一例示的実施形態による押出圧縮成形（ＥＣＭ）セルの略図である。 [0012]本発明の一例示的実施形態による、ＥＭＩ遮蔽を備えた物品を形成する非制限の一方法を示す図である。
[0013]ＥＭＩ遮蔽を備えた繊維補強成形構造コンポーネントを製造するためのインライン混合および押出圧縮成形装置が提供される。この装置によれば、第１の重合体溶融物を形成することができ、繊維補強重合体コンパウンドを形成するために、重合体溶融物と少なくとも１つの補強繊維を混合する第２の押出成形機にこの第１の重合体溶融物を供給することができ、この繊維補強重合体コンパウンドを圧縮型の上に堆積させることができ、かつ、補強構造コンポーネントをその中に成形することができる。
[0014]以下の米国特許第６６４８４０２号、第６５５８１４６号、第６５０８９６７号および第６４９７７７５号が参照されており、これらの各々の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
[0015]図１は、本発明の一例示的実施形態による押出圧縮成形（ＥＣＭ）セル１０の一例示的実施形態を示したものである。ＥＣＭは開放成形プロセスであり、この特徴により、特定の処理技法を使用して異なる重合体材料を結合することができ、および／または同じツールまたは型空胴内に挿入することができる。ＥＣＭセル１０は、最終的には、ロボットまたは他の等価デバイス１６によって、垂直圧縮プレス１５内に配置されている圧縮型１４に提供される溶融充填物１２を製造する。圧縮型は、雌形の半分１８および雄形の半分２０を有することができ、それぞれ接触表面２２を含む。雌形の半分および雄形の半分は、互いに整合するために相補形状をなしている。また、圧縮型は、重合体を所望の形状に成形し、かつ、形成するために一般的に使用される従来の型であってもよい。
[0016]一実施形態では、混合押出成形機２４、２６は、溶融充填物を接触表面に直接堆積させることができるよう、３軸テーブル（図示せず）の上に移動可能に配置されているか、あるいは別法としては、ロボットを移動させて溶融充填物を溶融物捕捉コンベヤ（図示せず）から固定型に対して移すことも可能である。
[0017]ＥＣＭアセンブリ１０は、溶融充填物を第２の繊維／重合体混合押出成形機２６に供給する第１の重合体混合押出成形機２４をさらに含む。個々の押出成形機は、ボディ、入口端およびダイを備えた出口端を有する二重スクリュー押出成形機である。スクリューが回転して重合体溶融物を混合し、かつ、押出成形機の出口端に向かって移動させる。
[0018]第１の混合押出成形機２４の重合体溶融物は、重合体材料が供給されるホッパー３０の使用を始めとする任意の数の技法によって第１の押出成形機に導入される重合体材料２８から形成される。重合体材料は、しばしば、プラスチックペレットの形をしている。さらに、代替として、添加剤３２をホッパー３０に加えることも可能である。一実施形
態では、添加剤は、機械的な特性を改善するために、結合剤、熱安定剤、着色料、再研削材および他の充填材を含む。別法としては、ペレット２８の重合体材料の中に添加剤を含めることも可能であり、あるいは別法として添加剤を全く含まずに重合体材料を加えることも可能であり、また、これらの添加剤は、第２の押出堆積混合デバイスを使用して含有される。さらに、一実施形態では、重合体材料から形成される物品がＥＭＩ遮蔽能力と共に一体形成されるよう、添加剤または添加剤の少なくとも一部は、電気的に導電性であるか、あるいは導電特性を有している。このような導電性添加剤の非制限の例は、ガラス、炭素、ステンレス鋼、導電性ナノサイズ充填材技術、ナノワイヤ、それらの等価物およびそれらの組合せからなるグループから選択される。さらに、上で言及した添加剤は、繊維構成で供給することができる。
[0019]また、第２の混合押出成形機２６も、入口端および出口端を有している。出口端は、繊維補強溶融充填物を形成／整形するための堆積ダイヘッド３０をさらに含む。
[0020]また、第２の混合押出成形機は繊維供給装置３３を含む。この繊維供給装置は、連続繊維を第２の混合押出成形機に導入する手段を提供し、また、１つの繊維供給リールまたは複数の繊維供給リール３４を含み、個々のリールには、所定の張力で巻かれた少なくとも１本の繊維が含まれている。この少なくとも１本の繊維は、ガラス、炭素、ステンレス鋼、等々であってもよい。さらに、一実施形態では、重合体材料から形成される物品がＥＭＩ遮蔽能力と共に一体形成されるよう、複数の繊維またはこれらの複数の繊維の少なくとも一部は、電気的に導電性であるか、あるいは導電特性を有している。このような導電性繊維の非制限の例は、上で言及した、ガラス、炭素、ステンレス鋼、導電性ナノサイズ充填材技術、ナノワイヤ、それらの等価物およびそれらの組合せからなるグループから選択することができる。
[0021]繊維を第２の混合押出成形機に供給する代替手段には、それらに限定されないが、不連続（切断された）繊維を押出成形機フィードスロートに供給するためのロス・イン・ウェイト・フィーダ、ならび押出成形機バレル内では容易に切断することができない連続繊維を切断し、かつ、供給するためのインライン繊維切断装置がある。別法としては、繊維は、押出成形機バレルのスクリュー内で切断される構成の繊維である。
[0022]これらの繊維は、所望の補強アプリケーションならびに形成される物品のＥＭＩ遮蔽能力を提供するために第２の混合押出成形機に導入される。
[0023]第２の混合押出成形機は、切断部材およびアクチュエータを有する切断アセンブリをさらに含み、アクチュエータが起動されると、切断部材が動作して、溶融物がコンベヤベルト（図示せず）上の充填物１２に切断され、それによりロボットまたは他の等価デバイス１６は、その溶融充填物をピックアップし、かつ、圧縮型の一方の半分の上に堆積させることができる。次に、圧縮型によって、ＥＭＩ遮蔽特性を有する複合材料から構築された物品４０が形成される。物品４０は、成形プロセスによって形成されるため、ほとんど任意の構成を有することができ、その一方で依然としてＥＭＩ遮蔽特性を有している。物品４０の一非制限の構成は、車両の計器パネルまたは内部部分である。
[0024]個々の押出成形機は、せん断および圧力と共に、最終的には圧縮型１４のダイの上に配置される溶融充填物を構成する重合体複合溶融物を可塑化する発熱体を含むことができる。この発熱体（図示せず）は、押出成形機のスクリューの回転によって導入されるせん断熱と相俟って重合体溶融物を形成する。さらに、結果として得られるコンパウンドの補強繊維および／または導電性繊維の割合は、繊維供給装置によって提供される繊維の数を制御することによって変更することができる。したがって補強繊維および／または導電性繊維の割合は、重合体溶融物と共に混合される補強繊維の量を加減することによって変更することができる。補強繊維／充填材は、重合体複合材の提供と同時に、様々な割合でいずれか一方または両方の混合押出成形機に加えることができ、それにより最適化された機械的特性を備えた重合体複合材が最低コストで提供される。
[0025]押出圧縮成形をインライン材料混合（ＥＣＭ ｗ／ＩＬＣまたはＬＦＴ-Ｄ-ＩＬＣ圧縮）プロセス技術と共に使用することにより、必要なＥＭＩ遮蔽、機械的性能および難燃性のための特注処方複合材を製造することができ、その一方で高性能／コスト比率を提供することができる。
[0026]したがってＥＭＩ遮蔽能力を備えて形成された物品を提供するための方法および装置が提供され、電気的に導電性の添加剤が第１の押出成形機または第２の押出成形機のいずれかに提供され、あるいは別法として第１および第２の押出成形機の両方またはそれらの任意の組合せに提供され、その結果として得られる溶融充填物が、電気的に導電性の材料を含み、またこれらの導電性材料から形成される物品がＥＭＩ遮蔽特性を備えるようになる。
[0027]図２は、本発明の一例示的実施形態による、電磁障害遮蔽を備えた物品を形成する少なくとも１つの非制限の方法を示したものである。第１のステップ５０で第１の重合体が第１の混合押出成形機に挿入され、第１の混合押出成形機によって第１の溶融充填物が提供される。第２のステップ５２で第１の溶融充填物が第２の混合押出成形機に押し出され、ステップ５４で第２の混合押出成形機によって電気的に導電性の複数の繊維が第１の溶融充填物に導入され、ステップ５６で第２の混合押出成形機によって、第１の溶融充填物および複数の導電性繊維を備えた第２の溶融充填物が提供される。次にステップ５８で第２の溶融充填物が圧縮型の少なくとも１つのダイの上に堆積される。電気的に導電性の物品が溶融充填物に導入されるため、ＥＭＩ遮蔽能力を備えた物品を形成するために、ステップ６０で圧縮型が第２の溶融充填物に対して閉ざされる。代替実施形態では、上で言及したように、重合体材料から形成される物品がＥＭＩ遮蔽能力を備えて一体で形成されるよう、ステップ５０で電気的に導電性の添加剤が加えられ、あるいはステップ５０で加えられる添加剤の少なくとも一部は、電気的に導電性であるか、あるいは導電特性を有している。これらの電気的に導電性の添加剤は、ステップ５４で加えられる電気的に導電性の複数の繊維の代わりであっても、あるいはこれらの複数の繊維の追加であってもよい。
[0028]以上、本発明について、一例示的実施形態を参照して説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく様々な変更を加えることができ、また、等価物をそれらのエレメントの代用として使用することができることは当業者には理解されよう。さらに、特定の状況あるいは材料を本発明の教示に適合させるために、本発明の本質的な範囲を逸脱することなく多くの修正を加えることも可能である。したがって、本発明は、本発明を実施するために企図された最良のモードとして開示されている特定の実施形態に限定されないが、本発明は、特許請求の範囲の範疇に属するあらゆる実施形態を包含することが意図されている。

Claims (19)

  1. 電磁障害遮蔽を備えた物品を形成する方法であって、
    第１の溶融充填物を提供する第１の混合押出成形機に第１の重合体を挿入するステップと、
    第２の混合押出成形機に前記第１の溶融充填物を押し出すステップであって、前記第２の混合押出成形機が前記第１の溶融充填物に複数の導電性繊維を導入し、前記第２の混合押出成形機が、前記第１の溶融充填物および前記複数の導電性繊維を含む第２の溶融充填物を提供する、ステップと、
    圧縮型の少なくとも１つのダイの上に前記第２の溶融充填物を堆積させるステップと、
    前記物品を形成するために前記第２の溶融充填物に対して前記圧縮型を閉じるステップと
    を含む方法。
  2. 複数の添加剤も前記第１の混合押出成形機に挿入される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記複数の添加剤および前記第１の重合体が前記第１の混合押出成形機のホッパーに挿入される、請求項２に記載の方法。
  4. 前記複数の添加剤のうちの少なくとも一部が、電磁障害遮蔽と一体になった前記物品を提供する導電特性を有する、請求項２に記載の方法。
  5. 導電特性を有する前記複数の添加剤が、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項４に記載の方法。
  6. 前記内部コンポーネントが車両の計器パネルである、請求項５に記載の方法。
  7. 前記内部コンポーネントが車両の計器パネルである、請求項１に記載の方法。
  8. 前記複数の導電性繊維が、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項１に記載の方法。
  9. 複数の添加剤も前記第１の混合押出成形機に挿入され、前記複数の添加剤のうちの少なくとも一部が、電磁障害遮蔽と一体になった前記物品を提供する導電特性を有し、導電特性を有する前記複数の添加剤が、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項８に記載の方法。
  10. 前記物品が車両の計器パネルである、請求項９に記載の方法。
  11. 前記複数の導電性繊維が、電磁障害遮蔽と一体になった前記物品を提供し、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択され、前記複数の導電性繊維が前記物品に構造補強を同じく提供する、請求項１に記載の方法。
  12. 第１の重合体混合押出成形機と、
    前記第１の重合体混合押出成形機から溶融充填物を受け取るように構成された第２の重合体混合押出成形機と、
    前記第２の重合体混合押出成形機に複数の繊維を提供するための繊維供給装置であって、前記第１の重合体混合押出成形機および前記第２の重合体混合押出成形機が、導電性の品質を有する繊維補強溶融充填物を提供する繊維供給装置と
    を備えた、押出圧縮成形セル。
  13. 前記繊維補強溶融充填物を受け取るように構成された圧縮型をさらに備えた、請求項１２に記載の押出圧縮成形セル。
  14. 複数の添加剤も前記第１の混合押出成形機に挿入される、請求項１２に記載の押出圧縮成形セル。
  15. 前記複数の添加剤のうちの少なくとも一部が、電磁障害遮蔽と一体になった物品を提供する導電特性を有する、請求項１４に記載の押出圧縮成形セル。
  16. 導電特性を有する前記複数の添加剤が、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択される、請求項１５に記載の押出圧縮成形セル。
  17. 前記複数の繊維のうちの少なくとも一部が、ガラス、炭素、ステンレス鋼およびそれらの組合せからなるグループから選択される導電性繊維であり、前記導電性繊維が、電磁障害遮蔽と一体になった物品を提供する、請求項１２に記載の押出圧縮成形セル。
  18. 前記繊維補強溶融充填物を受け取るように構成された圧縮型をさらに備え、前記型が車両の内部コンポーネントとして使用するための物品を画定するように構成された、請求項１７に記載の押出圧縮成形セル。
  19. 前記内部コンポーネントが車両の計器パネルである、請求項１８に記載の押出圧縮成形セル。
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