JP2017505244A - プリプレグで作られている半製品、３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分 - Google Patents

Abstract

本発明は、プリプレグで作られている半製品、３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分を提供する。より具体的には、本発明は、少なくとも第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグで作られている半製品を提供し、金属層が、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に置かれることを特徴とする。金属層がプリプレグ層間に追加されるので、半製品で作られている３次元プリフォームは、オーバーモールドの前の再加熱工程の際に金属層によって支えられることができ、それによってその３次元形状を崩さずに良好に維持する。加えて、追加された金属層は、最終オーバーモールド製品内に保持されるので、製品の機械的強度を高めること、および補足補強材として機能することもできる。【選択図】図４

Description

本発明は、プリプレグ製品の分野に関し、より具体的には、プリプレグで作られている半製品と、半製品で作られている３次元プリフォームおよびオーバーモールド部分と、に関する。

プリプレグ、すなわち複合材料を作るのによく用いられる中間材料は、樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材（繊維または布など）と、で通常作られている。プリプレグは、補強材を含むためにより高い機械的強度を有し、自動車部品などの、部分的にまたは全体的に補強される必要がある部分を作るのに使用されることが多い。市販のプリプレグは、シートまたはロール状であることが多い。

補強する必要がある自動車部品は、通常３次元であり、複雑な形状であることもある。そのような３次元部品を作る公知の方法は、次のステップを含む：
ステップ１：購入したプリプレグを適切な形状および寸法（所望の３次元プリフォームを２次元的に展開することによって得られる）に切り、半製品を形成するのに求められる適切な形状および寸法のプリプレグの複数の層を積み重ねる；
ステップ２：半製品を加熱してそれからホットスタンプし、３次元プリフォームを形成する；
ステップ３：３次元プリフォームをホットスタンプ型から取り出し、それから３次元プリフォームを冷却後に機械加工（外形仕上げまたはドリルなど）し、それを所望の最終寸法および幾何学的形状にする；
ステップ４：プリプレグ樹脂マトリックスおよびオーバーモールド樹脂にその後のオーバーモールドで良好な接着もたらすように、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで３次元プリフォームを再加熱する；
ステップ５：熱い３次元プリフォームをオーバーモールド型に移し、射出成形によって３次元プリフォームに熱可塑性樹脂部をオーバーモールドし、それによって補強材（３次元プリフォームから成る）およびオーバーモールド樹脂部を含む３次元部品を最終的に得る。

図１は、上記方法を用いたステップ３の後に得られる３次元プリフォームを示す。図２は、ステップ４の後に得られる３次元プリフォームを示し、３次元プリフォームは、２つのプリプレグ層１０および１２を含む。３次元プリフォームの元の３次元形状（図１に示されている）をステップ４の後に維持することができず、図２に示されるように崩れることが、明瞭に見られる。このステップでは、３次元プリフォームが、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで再加熱されるときに、樹脂マトリックスが溶融状態に変化し、３次元プリフォームが、軟らかくなって、それから材料自体の自重を受けて崩れるようになっている。それは、所望の３次元部品の製造に明らかに不利である。

本発明の目的は、上記の技術的問題を解決することである。

この目的のために、本発明は、少なくとも第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグの半製品を提供し、金属層が、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に置かれることを特徴とする。

用語「プリプレグ」は、複合材料を作るのによく用いられる中間材料であり、複合材料の分野における一般的な意味（すなわち、厳密に制御された条件下で補強材に樹脂マトリックスを含浸させることによって得られる樹脂マトリックスと補強材との組み合わせ）を有する。

用語「半製品」は、最終製品を作るためにさらに処理される必要がある中間製品である。

本発明によると、金属層がプリプレグ層の間に追加されるので、半製品で作られている３次元プリフォームは、オーバーモールドの前の再加熱工程の際に金属層によって支えられることができ、それによってその３次元形状を崩さずに良好に維持する。加えて、追加された金属層は、最終オーバーモールド製品内に保持されるので、製品の機械的強度を高めること、および補足補強材として機能することもできる。

本発明による半製品は、以下の特徴の１つ以上を含むこともできる：第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、金属層は、依然として固体状態にある。当業者は、半製品が加熱されて熱可塑性樹脂が軟らかくなるときに、金属層がまだ融解しないように、プリプレグ層が熱成形の際により良く支えられることができるような方法で、使用される熱可塑性樹脂の特性に従って適切な金属を選ぶことができる。

好ましくは、金属層は、金属製ネットである。金属製ネットのメッシュは、最終製品の重量を軽くすること、および製品コストの節減に役立つ。さらに、半製品のその後の処理（ホットスタンプなど）では、プリプレグ樹脂マトリックスの隣り合う層は、溶けて金属製ネットのメッシュを通じてつながることができ、それによって金属製ネットを２つのプリプレグ層間によりしっかりと固定する。

好ましくは、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とは、金属製ネットと同じ形状および寸法を有する。この場合、金属製ネットは、プリプレグ層全体を覆うことができ、「支持盲点」を残さずに至る所でそれに支持を提供する。従って、半製品で作られている３次元プリフォームは、オーバーモールドの前の再加熱の際にその３次元形状をより良く維持できる。

好ましくは、金属は、鉄を含み、鉄は、最終製品の機械的特性を高めることができる。

金属は、鉄、軟鋼、銅合金およびアルミニウム合金、から成るグループから選ぶことができる。

ポリプロピレンフィルムが、第１プリプレグ層および／または第２プリプレグ層と金属製ネットとの間に置かれてもよい。ポリプロピレンフィルムが金属製メッシュを埋めてその中の封入空気を放出できるので、製品の一様性を大いに改善できる。さらに、これは、金属製ネットとプリプレグ層との間の接着を高めるのにも有利である。

好ましくは、ポリプロピレンフィルムは、金属製ネットと同じ形状および寸法を有する。

好ましくは、プリプレグの補強材は、カーボンまたはガラスである。

本発明は、３次元プリフォームにも関し、それが、ホットスタンプによって半製品で作られていることを特徴とする。

加えて、本発明は、オーバーモールド部分にも関し、それが、少なくとも１つの上記の３次元プリフォームと、３次元プリフォームにオーバーモールドされた熱可塑性樹脂部と、を備えることを特徴とする。

好ましくは、オーバーモールド部分は、自動車部品であり、特に自動車のリアクローズ部品である。

本発明は、以下図を参照してより詳細に記載される。当業者には、ここに記載された図は、説明のためだけであり、いかなる形でも本発明の範囲を限定することを意図していないことが、容易に理解されるはずである。同一または同様の構造は、同一または同様の符号で示される。説明のために、これらの図は、必ずしも比例して描かれていない。

従来技術における加熱の前のプリプレグ３次元プリフォームの斜視図である。 従来技術における加熱の後のプリプレグ３次元プリフォームの斜視図である。 本発明に従ったプリプレグで作られている半製品の斜視図である。 図３の半製品の分解斜視図である。 図３の半製品を３次元プリフォームに機械加工する工程を示す。 図５の工程によって得られる３次元プリフォームの斜視図である。 図６の３次元プリフォームの内部構造を示す。 市販のプリプレグから最終３次元部品への全製造工程を示す。 本発明に従った最終３次元部品の実施形態の斜視図である。

図１および２は、背景技術で記載されており、ここで繰り返さない。

図３は、本発明の実施形態に従ったプリプレグで作られている半製品１の斜視図を示す。図４は、分解図で半製品１の構造をより良く示す。実施形態では、半製品１は、第１プリプレグ層１０、第２プリプレグ層１２、およびその間に挟まれた金属層と、を備える。当然のことながら、半製品１は、特定の設計目標に従って当業者が決定できる、プリプレグ層および／または金属層を備えることができる。例えば、実施形態では、半製品１は、積み重ねられた第１、第２および第３プリプレグ層を備え、金属層が、２つの隣り合うプリプレグ層ごとの間に挟まれている。別の実施形態では、半製品１は、積み重ねられた第１、第２および第３プリプレグ層を備えるが、金属層は、第１プリプレグ層と第２プリプレグ層との間に挟まれるだけである。

用語「プリプレグ」は、複合材料を作るのによく用いられる中間材料であり、樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材（繊維または布など）と、から成ることが多い。本実施形態では、第１プリプレグ層１０も第２プリプレグ層１２も、熱可塑性樹脂マトリックスと、マトリックスに含浸された補強材と、から成り、補強材は、カーボンおよび／またはガラス繊維または布であり得る。金属層は、任意の適切な金属または合金（鉄、軟鋼、銅合金およびアルミニウム合金）で作ることができる。好ましくは、金属層は、最終製品の機械的特性を高めるために、鉄鋼材で作られる。金属層は、中実であっても穿孔があってもよい。本実施形態では、金属層は、メッシュ付きの金属製ネット１４であり、それは、最終製品の重量を軽くし、生産コストを節減する。さらに、半製品のその後の処理（ホットスタンプなど）では、プリプレグ樹脂マトリックスの隣り合う層は、溶けて金属製ネットのメッシュを通じてつながることができ、それによって金属製ネットを２つのプリプレグ層間によりしっかりと固定する。好ましくは、ポリプロピレンフィルムが、金属層とその隣り合うプリプレグ層１０および／または１２との間にさらに置かれ得る。ポリプロピレンフィルムが金属製メッシュを埋めてその中の封入空気を放出できるので、製品の一様性を大いに改善できる。さらに、これは、金属製ネットとプリプレグ層との間の接着を高めるのにも有利である。

図３および４に示されている実施形態では、第１プリプレグ層１０と第２プリプレグ層１２とは、金属製ネット１４と同じ形状および寸法を有する。従って、その後の処理ステップでは、半製品１で作られている３次元プリフォーム（図６および７参照）は、再加熱工程の際に金属製ネット１４によって十分に支えられることができ、その３次元形状を良好に維持する。

図５は、図３の半製品１を３次元プリフォーム２に機械加工する工程を示し、図６および７は、工程によって得られる３次元プリフォーム２を示す。３次元プリフォーム２の内部構造を明確に示すために、第２プリプレグ層１２の一部が、図７から取り除かれている。成形型に入れられる前の半製品１は、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで加熱される。それから、熱い半製品１は、３次元成形のために、成形型（図５のホットスタンプ型２０，２２など）に入れられる。成形ステップでは、半製品１の金属層は、同様に成形されることに、注意すべきである。その後、半製品は、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも低い温度で型から取り出され、図６および７に示されている所望の３次元形状の３次元プリフォーム２を得る。当然のことながら、図６および７に示されている３次元形状は、説明のためだけであり、３次元プリフォーム２は、異なる用途のためにより複雑な３次元形状を有することができる。

部分的にまたは全体的に補強される必要がある３次元部品４を作る全工程が、以下図８を参照して記載される。簡単な叙述のために、工程は、１０のステップに分けられる：
ステップＡ：購入したプリプレグおよび金属製ネットを適切な形状および寸法（所望の３次元プリフォームを２次元的に展開することによって通常得られる）に切る。
ステップＢ：本発明に従った半製品を形成するのに求められる適切な形状および寸法のプリプレグの複数の層および金属製ネットを重ねる；
ステップＣ： プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで半製品を加熱する；
ステップＤ：型（ホットスタンプ型など）で半製品を３次元的に形成する；
ステップＥ：プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも低い温度で型から取り出し、所望の３次元形状の３次元プリフォーム２を得る；
ステップＦ：３次元プリフォームを冷却後に機械加工（外形仕上げまたはドリル）し、それを所望の最終寸法および幾何学的形状の３次元プリフォーム３にする；
ステップＧ：プリプレグ樹脂マトリックスおよびオーバーモールド樹脂にその後のオーバーモールドで良好な接着もたらすように、プリプレグ樹脂マトリックスの融点よりも高い温度まで３次元プリフォーム３を再加熱する；
ステップＨ：熱い３次元プリフォームをオーバーモールド型に移す；
ステップＩ：オーバーモールド型でオーバーモールドステップを行う、すなわち、３次元プリフォーム３に熱可塑性樹脂部１６をオーバーモールドする（例えば射出成形によって）；
ステップＪ：補強材（３次元プリフォーム３から成る）およびオーバーモールド樹脂部１６を含む３次元部品４を最終的に得るように、型から取り出す。

結果として得られる３次元部品４は、例えば、リアクローズ部品などの、自動車の部品であってよい。図９は、３次元部品の例を示し、それは、金属層およびオーバーモールド樹脂部１６’を有するプリプレグ３次元プリフォーム３’から成る自動車トランククローズ部品４’である。

金属層がプリプレグ層の間に追加されるので、３次元プリフォームは、ステップＧおよびＨで、金属層によって支えられることができ、従ってその３次元形状を良好に維持する。従って、金属層を作るための金属は、ステップＧで、金属層が、溶融状態に変化しないで、溶融樹脂マトリックスを支えるように、プリプレグ熱可塑性樹脂マトリックスよりも高い融点を有する必要がある。加えて、追加された金属層が最終オーバーモールド製品内に保持されるので、それは、製品の機械的強度を高めること、および補足補強材として機能することもできる。

図および上記の説明は、本発明の非限定的な特定の実施形態を記載している。いくつかの慣習的な面は、発明原理を教示する際に簡略化または省略されている。当業者は、これらの実施形態からの変形が本発明の範囲に入ることが、分かるはずである。当業者には当然のことながら、上記の特徴は、本発明の複数の変形を形成するように、様々な方法で組み合わせることができる。従って、本発明は、上記の特定の実施形態に限定されず、次の「特許請求の範囲」およびその同等によって定められる。

Claims (10)

1. 第１プリプレグ層と第２プリプレグ層とを含む、プリプレグで作られている半製品であって、金属層が、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層との間に置かれ、前記金属層は、金属製ネットであることを特徴とする、半製品。
2. 請求項１に記載の半製品であって、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層とに含まれる熱可塑性樹脂が軟化するとき、前記金属層は、依然として固体状態にあることを特徴とする、半製品。
3. 請求項１または２に記載の半製品であって、前記第１プリプレグ層と前記第２プリプレグ層とは、前記金属製ネットと同じ形状および寸法を有することを特徴とする、半製品。
4. 請求項２に記載の半製品であって、金属は、鉄、軟鋼、銅合金およびアルミニウム合金、から成るグループから選ばれることを特徴とする、半製品。
5. 請求項１または２に記載の半製品であって、ポリプロピレンフィルムが、前記第１プリプレグ層および／または前記第２プリプレグ層と前記金属製ネットとの間に置かれていることを特徴とする、半製品。
6. 請求項５に記載の半製品であって、前記ポリプロピレンフィルムは、前記金属製ネットと同じ形状および寸法を有することを特徴とする、半製品。
7. ３次元プリフォームであって、それがホットスタンプによって請求項１〜６のいずれか１項に記載の半製品で作られていることを特徴とする、３次元プリフォーム。
8. オーバーモールド部分であって、それが、請求項７に記載の少なくとも１つの３次元プリフォームと、３次元プリフォームにオーバーモールドされた熱可塑性樹脂部と、を備えることを特徴とする、オーバーモールド部分。
9. 請求項８に記載のオーバーモールド部分であって、それが自動車部品であることを特徴とする、オーバーモールド部分。
10. 請求項８に記載のオーバーモールド部分であって、それが自動車のリアクローズ部品であることを特徴とする、オーバーモールド部分。
    

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