JP2019519641A - 繊維強化発泡体の変換 - Google Patents

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Abstract

本発明は、成形物を変換するための方法に関する。ここでは、発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含み、繊維(F)が成形物の内側に位置する繊維領域(FB2)を有する成形物が、少なくとも1回、少なくとも部分的に分割され、少なくとも1本の繊維(F)は完全に分割される。本発明は、こうして入手可能な変換成形物、および変換成形物と、少なくとも1つの層(S1)とを含むパネルにさらに関する。本発明は、パネルを生成するための方法、および本発明による変換成形物/パネルを、例えば、風力タービンのローターブレードとして使用する方法にさらに関する。

Description

本発明は、成形物を変換するための方法に関する。ここでは、発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含み、繊維(F)が成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有する成形物は、少なくとも1回、少なくとも部分的に分割され、少なくとも1本の繊維(F)は完全に分割される。本発明は、こうして入手可能な変換成形物、および変換成形物と、少なくとも1つの層(S1)とを含むパネルにさらに関する。本発明は、パネルを生成するための方法、および本発明による変換成形物/パネルを、例えば、風力タービンのローターブレードとして使用する方法にさらに関する。
WO2006/125561は、補強した気泡材料を生成するための方法であって、第1のプロセス工程において気泡材料に、気泡材料の第1の表面から第2の表面に延在する少なくとも1個の穴が生成される、方法に関する。気泡材料の第2の表面の向こう側に、少なくとも1本の繊維束が提供され、前記繊維束が穴を介して気泡材料の第1の側へと針で引き込まれる。しかし、針が繊維束を把持する前に、針は最初に、気泡材料の第1の側から入って特定の穴を介して引き寄せられる。さらに、WO2006/125561による方法の最終段階では、繊維束は、当該穴を満たすことで、気泡材料の内側に部分的に配置され、当該繊維束は、気泡材料の第1の表面および第2の表面からそれぞれの側に部分的に突出する。
WO2006/125561に記載されている方法により、前記気泡材料のコアおよび少なくとも1本の繊維束を含むサンドイッチ状部材を生成することが可能である。この心材の表面に樹脂層および繊維強化樹脂層を付与することによって、実際にサンドイッチ状の部材を生成することができる。サンドイッチ状部材のコアを形成するために使用される気泡材料は、例えば、ポリ塩化ビニルまたはポリウレタンであってよい。有用な繊維束の例として、炭素繊維、ナイロン繊維、ガラス繊維またはポリエステル繊維が挙げられる。
しかし、WO2006/125561は、繊維束を完全に分割するために、成形物を、その生成後に分割することを開示していない。WO2006/125561によるサンドイッチ状部材は航空機の構造に適している。
WO2011/012587は、複合材料から作製されるパネルのための集積された架橋繊維を用いてコアを生成するためのさらなる方法に関する。コアは、軽量材料で作製されている「ケーキ」と呼ばれる表面上に提供される架橋繊維を、針の助けを借りて、前記ケーキを部分的または完全に介して引き抜くことにより生成される。「ケーキ」は、ポリウレタン発泡体、ポリエステル発泡体、ポリエチレンテレフタレート発泡体、ポリ塩化ビニル発泡体またはフェノール系発泡体、とりわけポリウレタン発泡体から形成することができる。使用される繊維は原則として任意の種類の1本糸または複数糸および他の糸条であってよい。
こうして生成されたコアは、次に、複合材料で作製されるパネルの一部となることができ、この複合材料では、コアは、1つまたは2つの面上で、樹脂マトリックスおよび樹脂マトリックスと繊維の組合せによってサンドイッチ状構成で取り囲まれている。しかし、WO2011/012587は、繊維を完全に分割するために、コアを、その生成後に分割することを開示していない。
WO2012/138445は、低密度を有する気泡材料の多数の縦方向ストリップを使用して複合体コアパネルを生成するための方法に関する。ダブルプライ繊維マットをそれぞれのストリップ間に導入すると、これが、樹脂の使用によりそれぞれのストリップの結合をもたらすことによって、複合体コアパネルを形成する。縦方向ストリップを形成する、低密度を有する気泡材料は、WO2012/138445に従い、バルサ材、弾性発泡体および繊維強化複合体発泡体から選択される。個々のストリップ間にダブルプライ配置で導入される繊維マットは、例えば、多孔質ガラス繊維マットであってよい。接着剤として使用される樹脂は、例えば、ポリエステル、エポキシ樹脂もしくはフェノール樹脂、または加熱活性化の熱可塑性、例えばポリプロピレンまたはPETであってよい。しかし、WO2012/138445は、個々の繊維または繊維束を、強化のために気泡材料に組み込むことができることを開示していない。WO2012/138445によると、コア材を得るために、樹脂による個々のストリップの接着性結合との関連で、結合エレメントをさらに構成する繊維マットがこの目的のために独占的に使用されている。したがって、WO2012/138445はまた、繊維が成形物の内側に位置し、完全に分割されている分割を開示していない。
GB−A2455044は、多層複合材物品を生成するための方法を開示し、この方法において、第1のプロセス工程では、熱可塑性材料および発泡体で作製された多数のペレットが提供される。熱可塑性材料は、ポリスチレン(PS)とポリフェニレンオキシド(PPO)の混合物(少なくとも20質量%〜70質量%のPPOを含む)である。第2の工程で、ペレットは膨張され、第3の工程で、ペレットは型の中で溶接されて、熱可塑性材料の独立気泡発泡体を形成することによって、成形物、すなわち型の形状を引き継ぐ独立気泡発泡体が得られる。次のプロセス工程では、繊維強化材料の層は独立気泡発泡体の表面に適用され、それぞれの表面の結合はエポキシ樹脂を使用して行われる。しかし、GB−A2455044は、繊維材料が多層複合材物品のコアに導入され得ることを開示していない。加えて、独立気泡発泡体を分割することは記載されていない。
類似の方法および類似の多層複合材物品(GB−A2455044のものと)もまたWO2009/047483で開示されている。これらの多層複合材物品は、例えば、ローターブレードとしての(風力タービンにおける)使用に対して、または船舶の外殻構造として適切である。
US−B7,201,625は、発泡体製品を生成するための方法、例えば、サーフボードなどのスポーツセクターで使用することができる発泡体製品それ自体を開示している。発泡体生成物のコアは、粒子発泡体、例えば、ポリスチレン発泡体に基づく粒子発泡体により形成される。この粒子発泡体は、特別な型の中で生成され、成形発泡体の周りを外側のプラスチックスキンが取り囲んでいる。外側のプラスチックスキンは、例えば、ポリエチレンフィルムであってよい。しかし、US−B7,201,625はまた、材料の強化のための繊維が、粒子発泡体中に存在し得ることまたは粒子発泡体が分割されていることを開示していない。
US−B6,767,623は、2〜8mmの範囲の粒径および10〜100g/lの範囲のかさ密度を有する粒子に基づくポリプロピレン粒子発泡体のコア層を有するサンドイッチパネルを開示している。加えて、サンドイッチパネルは、繊維強化ポリプロピレンの2つの外層を含み、個々の外層がコアの周りに配置されることによって、サンドイッチを形成する。またさらなる層が、装飾目的のためサンドイッチパネル内に任意に存在してもよい。外層は、ガラス繊維または他のポリマー繊維を含んでもよい。
EP−A2420531は、ポリスチレンなどのポリマーに基づく押出発泡体を開示しており、この押出発泡体は、≦10μmの粒径および少なくとも1種の核剤を有する少なくとも1種のミネラル充填剤を含む。これらの押出発泡体は、改善された剛性を特徴とする。ポリスチレンに基づくこのような押出発泡体を生成するための対応する押出し方法がさらに記載されている。押出発泡体は独立気泡発泡体であってよい。しかし、EP−A2480531は、押出発泡体が繊維を含み、分割されているとは述べていない。
WO2005/056653は、膨張性の充填剤を含むポリマー粒状体で作製された粒子発泡体成形物に関する。粒子発泡体成形物は、膨張性の充填剤を含む熱可塑性ポリマー粒状体、すなわち8〜300g/lの範囲の密度を有する粒子発泡体で作製された、予備発泡した発泡体粒子を溶接することによって入手可能である。熱可塑性ポリマー粒状体は特にスチレンポリマーである。使用する充填剤は、粉状の無機物質、金属、チョーク、水酸化アルミニウム、炭酸カルシウムまたはアルミナ、またはビーズもしくは繊維の形態の無機物質、例えば、ガラスビーズ、ガラス繊維または炭素繊維などであってよい。
US2001/0031350は、低密度を有する、繊維強化した、独立気泡材料、強化繊維層および樹脂を含むサンドイッチ材料について記載している。低密度を有する独立気泡材料は発泡体である。サンドイッチ材料のコア材は、繊維層により互いに結合している発泡体セグメントを含む。加えて、繊維は、例えば、ロービングの形態で、強化のためにセグメントに導入することができ、繊維層を貫通することができる。繊維はコア材内のある領域と共に存在し、第2の繊維領域は発泡体の第1の面から突出し、第3の繊維領域は第2の面から突出している。繊維を発泡体に導入するため、US2001/0031350は針を使用している。針は、発泡体の第1の面から第2の面への穴を生成し、同時に、発泡体の第1の面から発泡体の第2の面に繊維を引き寄せることによって、繊維が部分的には発泡体内に、部分的には発泡体の外側にあるようにする。このセグメントは連結前にのこぎりで切断することができる。
類似のサンドイッチ材料はUS2005/0074593に記載されている。これらのサンドイッチ材料は同様に、強化繊維層と樹脂とを含む繊維強化独立気泡材料を含む。これらのサンドイッチ材料は、サンドイッチ材料に導入されているロービングの形態で追加の繊維を任意に含む。US2005/0074593はまた、サンドイッチ材料は連結することができ、連結前に、任意にのこぎりで切断することができると記載している。
WO2011/040970は、低密度コア材と、強い外皮とを含む複合体サンドイッチパネルについて記載している。サンドイッチ材料は通常、例えば、ガラス繊維ロービングのノンクリンプ生地または織物で作製された強い外皮で一緒にまとめられた低密度コア材の複数の細片またはブロックを含む。コア材は、のこぎりで切断して、細片を生成する。さらに、個々の細片は強化のためのロービングもまた含み得る。
US2011/0031350、US2005/0074593およびWO2011/040970に記載されている方法の欠点は、発泡体中に存在し得るロービングが多くの場合のこぎりでの切断中に引き裂かれてしまうことにより、コア材の繊維強化が少なくとも部分的に失われることである。
GB1,375,877は、強い発泡体層の間に導入されているガラス繊維の層から構築された複合材料について記載している。これらの複合材料は、ナイフまたはのこぎりで切断することができる。少なくとも1本の繊維が発泡体に導入されている成形物は、GB1,375,877に記載されていない。ガラス繊維の層を独占的に使用することの欠点は、生成された複合材料が切断され、ガラス繊維マットを介して互いに再連結される場合のみ三次元の強化が可能であるということである。
WO2006/125561 WO2011/012587 WO2012/138445 GB−A2455044 WO2009/047483 US−B7,201,625 US−B6,767,623 EP−A2420531 WO2005/056653 US2001/0031350 US2005/0074593 WO2011/040970 GB1,375,877
したがって本発明は、成形物を変換するための新規方法の提供をその目的として有する。
この目的は、成形物を変換するための方法であって、以下の工程a)およびb):
a)発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含む成形物を用意する工程であって、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有する、工程、
b)成形物を少なくとも1回、少なくとも部分的に分割する工程であって、少なくとも1本の繊維(F)が完全に分割されて、変換成形物を得る工程
を含み、
工程a)において、少なくとも1本の繊維(F)が発泡体に部分的に導入され、その結果繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有し、一方で、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から突出し、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出し、次いで、繊維領域(FB1)および/または繊維領域(FB3)が任意に除去された際に、成形物が用意され、
部分的な導入が、好ましくは工程a1)〜a6):
a1)発泡体の少なくとも1つの面に、少なくとも1つの層(S2)を任意に適用し、少なくとも1つの担体層(TS)を任意に適用する工程、
a2)発泡体中に、任意に層(S2)の中に、および任意に担体層(TS)の中に、繊維(F)1本につき1個の穴を生成し、穴が発泡体の第1の面から第2の面まで、任意に層(S2)を介して、および任意に担体層(TS)を介して延在する、工程、
a3)発泡体の第2の面上に少なくとも1本の繊維(F)を提供する工程、
a4)発泡体の第1の面から、穴を介して、発泡体の第2の面に針を通し、任意に層(S2)を介して針を通し、および任意に担体層(TS)を介して針を通す工程、
a5)発泡体の第2の面上で少なくとも1本の繊維(F)を針に固定する工程、および
a6)繊維(F)と共に針を、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有し、一方で、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から、または任意に層(S2)から、または任意に担体層(TS)から突出し、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出するように、穴を介して戻す工程
により実行される、方法により達成される。
したがって、本発明はまた、成形物を変換するための方法であって、以下の工程a)およびb):
a)発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含む成形物を用意する工程であって、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有する、工程、
b)成形物を少なくとも1回、少なくとも部分的に分割する工程であって、少なくとも1本の繊維(F)が完全に分割されて、変換成形物を得る工程
を含む方法も提供する。
本発明による方法は有利なことに、特にスロットおよび溝の成形物への導入を可能にし、その一方で本発明による方法はさらにまた、成形物の外側の輪郭を変更するための成形カット、ならびに、例えば成形物において厚さを変え、構造を延長するためのスカーフィングを実施するために使用することができる。驚くことに、本発明による方法は、成形物の少なくとも部分的な分割中に繊維(F)の引き抜きを起こさない。
スロットの導入は特に、変換成形物の良好なドレープ適性を達成する。さらに、本発明による方法は、成形物において材料除去を実質的には全く生じさせず、いくらかの繊維(F)および/または発泡体のスクラップが形成されたとしてもわずかである。これは、特にスクラップはリサイクルが困難であり、また健康および安全性の点から、特に作業者の健康の点から疑問が残ることから有利である。
本発明による方法はまた、非常に良好な、きれいなおよび正確な切断、よって切り口をもたらし、このような切り口に対して、非常に狭い幅を達成することができる。開かれたおよび閉じられた切断面に的を絞った生成もまた可能である。得られた変換成形物の機械的特性は、工程a)で用意された成形物の機械的特性と実質的に同じくらい良好であり、または引けを取らず、少なくとも部分的な分割によっても、実質的には変化しないままである。
本発明により生成した成形物はまた、有利なことに、良好な界面の結合と連動した低い吸樹脂量を特徴とする。この作用は、本発明により生成された変換成形物が本発明によるパネルへとさらに加工される際にとりわけ重要である。吸樹脂量は特に開かれたまたは閉じられた切断面に的を絞った生成により、および厚さの薄い切断により影響を受け得る。
吸樹脂量の減少と連動した結合におけるさらなる改善は、好ましい実施形態において、工程a)で用意された成形物が成形物の第1の面から突出する繊維(F)の繊維領域(FB1)を有する場合、変換成形物/それから生成されるパネルにおいて達成し得る。繊維(F)のこの繊維領域(FB1)は変換成形物において好ましくは保持される。よって、繊維/繊維束は、有利には、平坦ではなく、張り出して発泡体表面上に設置され、よって本発明によるパネルにおける、対応する外側プライとの結合/直接的連結における改善を可能にする。これは、特に本発明による外側プライとして、少なくとも1つのさらなる層(S1)が本発明による変換成形物に適用されてパネルを形成する事例である。同一でも異なっていてもよい2つの層(S1)が適用される場合が好ましい。この場合、繊維(F)の繊維領域(FB1)に加えて、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出している場合が特に有利である。よって、この繊維領域(FB3)もまた、好ましくは変換成形物において保持される。よって、2つの同一の層(S1)、特に2つの同一の繊維強化樹脂層が本発明による変換成形物の反対側(第1の面および第2の面)に適用されて、本発明によるパネルを形成する場合が特に好ましい。このようなパネルはまた「サンドイッチ材料」とも呼ばれ、本発明による成形物はまた、「コア材」と呼んでもよい。
よって、本発明のパネルは、良好な剥離強度と併せて低い吸樹脂量について注目すべきである。さらに、高い強度および剛性特性は、繊維の種類の選択ならびにその割合および配置を介して具体的に調節することができる。このようなパネル(サンドイッチ材料)の使用の共通の目標は、最も可能な限り低い質量を達成しながら、構造的特性を増加させることであるため、低い吸樹脂量の作用は重要である。例えば、繊維強化外側プライを使用する場合、実際の外側プライおよびサンドイッチコアに加えて、コア材の吸樹脂量が総質量に影響を及ぼす。しかし、本発明による変換成形物/本発明によるパネルは、吸樹脂量を減少させることができ、よって質量およびコストの節約を可能にする。
工程a)において成形物中の繊維が、発泡体の厚さ方向(d)に関して0°〜60°、特に好ましくは0°〜45°の範囲の角度αで発泡体に導入される場合、さらなる改善/利点を達成することができる。0°〜<90°の角度αでの繊維の導入は一般的に、技術的に可能である。繊維(F)の角度αは、工程b)において変換成形物を得るための成形物の少なくとも部分的な分割中でさえ保持される。
追加の改善/利点は、繊維が、互いに並行して発泡体に導入される場合だけでなく、さらなる繊維が、互いに角度β(好ましくは、>0°〜180°の範囲)で導入される場合も達成することができる。これは、得られる変換成形物の機械的特性における改善をさらに達成する。
本発明によるパネルでは、樹脂(外側の)層が液体注射法または液体点滴法により適用された場合も同様に有利であり、これらの方法では、加工中に繊維に樹脂を含浸させ、機械的特性を改善することができる。これによって、さらなるコスト節約をもたらすことができる。
図1は、工程a)で用意された発泡体(1)で作製された成形物の特に好ましい実施形態の概略図の透視図である。 図2は、本発明による変換成形物(1b)を含む、本発明によるパネル(7)の2次元の側面図を示す。 図2は、本発明による変換成形物(1b)を含む、本発明によるパネル(7)の2次元の側面図を示す。 いくつかの異なる角度の概略図を例として示す。 本発明に従い生成された変換成形物(1b)の例示的な概略的表示を側面図で示す。 本発明による変換成形物(1b)の好ましい実施形態の厚さ方向(d)に沿った図を示す。
本発明は本明細書で以下にさらに特定される。
本発明による工程a)は、発泡体および少なくとも1本の繊維(F)を含む成形物を用意することを含む。
発泡体は、当業者には公知の任意のポリマーに基づくものであってよい。
発泡体は、例えば、ポリスチレン、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、フェニレンオキシドから製造されたコポリマー、スチレンから製造されたコポリマー、ポリアリールエーテルスルホン、硫化ポリフェニレン、ポリアリールエーテルケトン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、またはこれらの混合物から選択される少なくとも1種のポリマーに基づく。
発泡体が、ポリスチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレンとポリフェニレンオキシドの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、スチレンから製造されたコポリマー、またはスチレンから製造されたコポリマーの混合物から選択される少なくとも1種のポリマーに基づく場合が好ましい。ポリマーがポリスチレン、ポリスチレンとポリ(2,6−ジメチルフェニレンオキシド)の混合物、スチレン無水マレイン酸ポリマーとスチレン−アクリロニトリルポリマーの混合物、またはスチレン無水マレイン酸ポリマー(SMA)である場合が特に好ましい。
ポリフェニレンオキシドは好ましくは、ポリ(2,6−ジメチルフェニレンエーテル)であり、またポリ(2,6−ジメチルフェニレンオキシド)とも呼ばれる。
フェニレンオキシドから製造された適切なコポリマーは当業者には公知である。フェニレンオキシドに対して適切なコモノマーは同様に当業者には公知である。
スチレンから生成されるコポリマーは、スチレンに対するコモノマーとして、α−メチルスチレン、環ハロゲン化スチレン、環アルキル化スチレン、アクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、N−ビニル化合物、無水マレイン酸、ブタジエン、ジビニルベンゼンおよびブタンジオールジアクリレートから選択されるモノマーを好ましくは含む。
発泡体は、例えば、粒子発泡体、押出発泡体、反応性発泡体および/またはバッチ発泡体から生成されたものである。発泡体は、押出発泡体から、とりわけ好ましくは、以下の工程:
I)押出し機中のポリマー溶融物を用意する工程、
II)工程I)で用意されたポリマー溶融物に少なくとも1種の発泡剤を導入して、発泡性ポリマー溶融物を得る工程、
III)工程II)で得た発泡性ポリマー溶融物を、少なくとも1個のダイ開口を介して、押出し機からより低い圧力の領域へと押し出し、発泡性ポリマー溶融物を膨張させて、膨張発泡体を得る工程、
IV)成形ツールを介して膨張発泡体を導くことにより、工程III)で得た膨張発泡体を調整して、押出発泡体を得る工程、
V)工程IV)で得た押出発泡体に任意の材料除去処理を行う工程
を含み、
i)工程I)で用意されたポリマー溶融物が、少なくとも1種の添加剤を任意に含む、ならびに/または
ii)少なくとも1種の添加剤が、工程II)中にポリマー溶融物に、および/もしくは工程II)と工程III)との間に発泡性ポリマー溶融物に、任意に加えられる、ならびに/または
iii)少なくとも1種の添加剤が、工程III)中に膨張発泡体に、および/もしくは工程IV)中に膨張発泡体に、任意に適用される、ならびに/または
iv)少なくとも1つの層(S2)が、工程IV)中および/もしくはその直後に押出発泡体に任意に適用される、ならびに/または
vi)少なくとも1つの担体層(TS)が、工程IV)中および/またはその直後に押出発泡体に任意に適用される、
方法で生成された押出発泡体から好ましくは生成されたものである。
工程I)において押出し機中のポリマー溶融物を用意するための適切な方法は、原則として、当業者には公知のすべての方法である。例えば、すでに重合されているポリマーを溶融することによって、押出し機中のポリマー溶融物を用意することができる。ポリマーは、押出し機内で直接溶融することができる。ポリマーを溶融した形態で押出し機に供給し、次いで工程I)における押出し機中のポリマー溶融物を用意することも同様に可能である。ポリマー溶融物のポリマーの製造に必要とされる対応するモノマーが、押出し機内で互いに反応し、したがって、ポリマー溶融物が用意されるということで、工程I)においてポリマー溶融物を用意することも同様に可能である。
ポリマー溶融物とは、本発明との関連で、ポリマーが、半結晶性ポリマーの場合には溶融温度(T)より高い温度である、またはアモルファスポリマーの場合にはガラス転移温度(TG)より高い温度であることを意味すると理解される。
通常、プロセス工程I)におけるポリマー溶融物の温度は、100℃〜450℃の範囲、好ましくは150℃〜350℃の範囲、とりわけ好ましくは160℃〜300℃の範囲である。
工程II)では、少なくとも1種の発泡剤が、工程I)で用意されたポリマー溶融物に導入される。この目的のための方法はそれ自体当業者に公知である。
適切な発泡剤は、例えば、二酸化炭素、アルカン、例えば、プロパン、イソブタンおよびペンタンなど、アルコール、例えば、メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、2−メチルプロパノールおよびtert−ブタノールなど、エーテル、例えば、ジメチルエーテルなど、ケトン、例えば、アセトンおよびメチルエチルケトンなど、ハロゲン化炭化水素、例えば、ヒドロフルオロプロペンなど、水、窒素およびこれらの混合物などからなる群から選択される。
工程II)では、発泡性ポリマー溶融物をこうして得る。発泡性ポリマー溶融物は通常、いずれの場合も、発泡性ポリマー溶融物の総質量に対して、1質量%〜15質量%の範囲、好ましくは2質量%〜10質量%の範囲、とりわけ好ましくは3質量%〜8質量%の範囲の少なくとも1種の発泡剤を含む。
工程II)における押出し機内の圧力は通常、20〜500バールの範囲、好ましくは50〜400バールの範囲、とりわけ好ましくは60〜300バールの範囲である。
工程III)において、工程II)で得た発泡性ポリマー溶融物は、少なくとも1個のダイ開口を介して、押出し機から、より低い圧力の領域へと押し出され、発泡性ポリマー溶融物を膨張させて、膨張発泡体を得る。
発泡性ポリマー溶融物の押出し方法は、それ自体当業者には公知である。
発泡性ポリマー溶融物の押出しに対して適切なダイ開口はすべて当業者には公知である。ダイ開口は、任意の所望の形状を有し得る。例えば、これは長方形、環状、楕円形、正方形または六角形であってよい。長方形のスロットダイおよび円形のラウンドダイが好ましい。
一実施形態では、発泡性ポリマー溶融物は、正確に1個のダイ開口を介して、好ましくはスロットダイを介して押し出される。さらなる実施形態では、発泡性ポリマー溶融物は、多数のダイ開口、好ましくは円形または六角形のダイ開口を介して押し出されることによって、多数のストランドが得られ、これら多数のストランドをダイ開口から出現した直後に合わせて膨張発泡体を形成する。多数のストランドはまた、成形ツールを通過することによって、工程IV)においてのみ合わせることができる。
好ましくは、少なくとも1個のダイ開口は加熱する。とりわけ好ましくは、ダイ開口は、ポリマーがアモルファスポリマーの場合、少なくとも工程I)で用意されたポリマー溶融物中に存在するポリマーのガラス転移温度(T)まで加熱し、ポリマーが半結晶性ポリマーの場合、少なくとも工程I)で用意されたポリマー溶融物中に存在するポリマーの溶融温度Tまで加熱する。例えば、ダイ開口の温度は、80℃〜400℃の範囲、好ましくは100℃〜350℃の範囲、とりわけ好ましくは110℃〜300℃の範囲である。
発泡性ポリマー溶融物は、工程III)においてよい低い圧力の領域へと押し出される。より低い圧力の領域の圧力は通常、0.05〜5バールの範囲、好ましくは0.5〜1.5バールの範囲である。
工程III)において発泡性ポリマー溶融物が、ダイ開口から押し出される圧力は通常、20〜600バールの範囲、好ましくは40〜300バールの範囲、とりわけ好ましくは50〜250バールの範囲である。
工程IV)では、工程III)からの膨張発泡体は、成形ツールを介して膨張発泡体を導くことによって調整して、押出発泡体を得る。
膨張発泡体の調整は、工程IV)で得た押出発泡体の外側の形状を決定する。調整の方法それ自体は当業者に公知である。
成形ツールはダイ開口に直接配置することができる。成形ツールをダイ開口から距離をおいて配置することも同様に可能である。
膨張発泡体の調整のための成形ツールはそれ自体当業者には公知である。適切な成形ツールとして、例えば、シートキャリブレーター、ローラーテイクオフ、マンドレルキャリブレーター、チェーンテイクオフおよびベルトテイクオフが挙げられる。成形ツールと押出発泡体との間の摩擦係数を減少させるために、ツールをコーティングおよび/または加熱することができる。
よって、工程IV)における調整は、少なくとも1つの寸法において、本発明の押出発泡体の断面の幾何学的形状を固定する。好ましくは、押出発泡体は実質的には直交の断面を有する。調整が特定の方向にのみ部分的に行われる場合、押出発泡体は、自由表面において理想的形状から逸脱し得る。押出発泡体の厚さは、第1にダイ開口により決定され、第2に成形ツールでも決定される。同じことが押出発泡体の幅にも適用される。
工程V)において、工程IV)で得た押出発泡体の材料除去処理に対して適切な方法は、原則として当業者に公知のすべての方法である。例えば、押出発泡体は、のこぎりでの切断、ミリング、ドリルでの穴あけまたは平削りによる材料除去処理に供することができる。押出発泡体が熱可塑性発泡体の場合、熱成形がさらに可能であり、この手段により、繊維(F)への切断損失および損傷を伴う材料除去処理を回避することが可能である。
適切な添加剤は、原則として、当業者に公知のすべての添加剤、例えば、核剤、難燃剤、染料、加工安定剤、加工助剤、光安定剤および顔料である。
一実施形態では押出発泡体に適用される層(S2)に関して、本明細書の以下に記載の説明および好みが対応して適用される。
少なくとも1つの担体層(TS)は、層(S2)と同一であっても、または層(S2)と異なってもよい。
少なくとも1つの担体層(TS)は、好ましくは開かれた細孔、とりわけ好ましくは、繊維および/または繊維束を含む繊維製品であり、より好ましくは開かれたメッシュのノンクリンプ生地または織物、最も好ましくはガラス繊維、炭素繊維および/またはポリマー繊維の開かれたメッシュのノンクリンプ生地または織物である。
本発明による発泡体は気泡を通常含む。押出し加工、特に、工程I)〜V)を含む押出し加工による発泡体の好ましい生成の結果、通常、発泡体の気泡の少なくとも50%、好ましくは少なくとも80%、より好ましくは少なくとも90%は異方性である。
異方性の気泡は、異なる空間的な方向で異なる寸法を有する。気泡の最も大きな寸法はa方向と呼ばれ、最も小さな寸法はc方向と呼ばれる。第3の寸法はb方向と呼ばれる。気泡の寸法は、例えば、光学的顕微鏡像または走査型電子顕微鏡写真の手段を用いて決定することができる。
気泡の異方性の特性はまた、好ましくは、発泡体の異方性の特性をもたらす。
例えば、発泡体の機械的特性のうちの少なくとも1つ、好ましくはすべての機械的特性は、異方性であってよく、および/または発泡体の弾性係数のうちの少なくとも1つ、好ましくはすべての弾性係数は異方性であってよい。同様に、発泡体の厚さ(z方向)における圧縮強度の、発泡体の長さ(x方向)における圧縮強度に対する比、および/または発泡体の厚さ(z方向)における圧縮強度の、発泡体の幅(y方向)における圧縮強度に対する比は異なってもよい。
工程a)で提供される成形物は、発泡体に加えて、少なくとも1本の繊維(F)を含む。
工程a)における繊維(F)は、好ましくは単一繊維または繊維束であり、好ましくは繊維束である。
工程a)における繊維(F)が不織布、ノンクリンプ生地、織物または編物でない場合が好ましく、繊維(F)がシート状繊維材料でない場合がとりわけ好ましい。
当業者には公知の、繊維を形成することが可能なすべての材料が工程a)における繊維(F)として適切である。工程a)における繊維(F)が有機、無機、金属、セラミック繊維またはこれらの組合せである場合が好ましい。ポリマー性繊維、玄武岩繊維、ガラス繊維、炭素繊維または天然繊維が好ましく、ポリアラミド繊維、ガラス繊維、玄武岩繊維または炭素繊維がとりわけ好ましい。ポリマー性繊維は、好ましくは、ポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリアミドおよび/またはポリアミドイミドで構成される繊維である。天然繊維は、好ましくはサイザル麻、大麻、アマ、竹材、ココナッツおよび/またはジュートで構成される繊維である。
工程a)において繊維束が繊維(F)として使用される場合が好ましい。繊維束は複数の個々の繊維(フィラメント)で構成される。1束当たりの単一繊維の数は、ガラス繊維の場合、好ましくは少なくとも10本であり、特に好ましくは100〜100000本であり、とりわけ好ましくは300〜10000本であり、炭素繊維の場合、1000〜50000本であり、最も好ましくは、ガラス繊維の場合、500〜5000本であり、炭素繊維の場合、2000〜20000本である。
工程a)において成形物が多数の繊維(F)、特に好ましくは多数の繊維束を含む、および/または1m当たり10本より多くの、好ましくは1m当たり1,000本より多くの、特に好ましくは1m当たり4,000〜40,000本の繊維(F)または繊維束を含む場合もまた好ましい。
繊維(F)は好ましくは、成形物の厚さ方向(d)に対して/成形物の第1の面(の表面)の直交に対して角度αで成形物に導入される。角度αは0°〜90°の任意の所望の値を想定し得る。例えば繊維(F)は、成形物の厚さ方向(d)に対して、0°〜60°、好ましくは0°〜50°、より好ましくは0°〜15°または10°〜70°、特に30°〜60°、より好ましくは30°〜50°、またより好ましくは30°〜45°、特に45°の角度αで発泡体に導入される。
さらなる実施形態では少なくとも2本の繊維(F)が、2つの異なる角度α、αおよびαで導入され、ここで、角度αは、好ましくは0°〜15°の範囲であり、第2の角度αは好ましくは、30°〜50°の範囲であり、とりわけ好ましくは、αは0°〜5°の範囲であり、αは40°〜50°の範囲である。本発明による成形物中のすべての繊維(F)が、同じ角度αまたは少なくともおよそ同じ角度(±5°以下、好ましくは±2°以下、特に好ましくは±1°以下の偏差)を有することが好ましい。
すべての繊維(F)は、成形物中で互いに並行して配置されていてもよい。本発明によると、2本またはそれより多くの繊維(F)が互いに角度βで成形物中に配置されることが同様に可能であり、好ましい。本発明との関連で、角度βは、成形物の第1の面の表面への第1の繊維(F1)の直交射影と、成形物の表面への第2の繊維(F2)の直交射影との間の角度を意味すると理解されるものとし、両方の繊維が成形物に導入される。
角度βは、好ましくはβ=360°/n(式中、nは整数である)の範囲である。nが2〜6の範囲、特に好ましくは、2〜4の範囲である場合が好ましい。例えば、角度βは、90°、120°または180°である。さらなる実施形態では、角度βは80°〜100°の範囲、110°〜130°の範囲または170°〜190°の範囲である。さらなる実施形態では、2本より多くの繊維(F)、例えば、3本または4本の繊維(F)が互いに角度βで導入される。これら3本または4本の繊維(F)は、2本の隣接する繊維に対して2つの異なる角度β、βおよびβをそれぞれ有し得る。好ましくは、すべての繊維(F)は、2つの隣接する繊維(F)に対して同じ角度β=β=βを有する。例えば、角度βは90°であり、この場合、第1の繊維(F1)と第2の繊維(F2)の間の角度βは90°であり、第2の繊維(F2)と第3の繊維(F3)との間の角度βは90°であり、第3の繊維と第4の繊維(F4)との間の角度βは90°であり、第4の繊維(F4)と第1の繊維(F1)との間の角度βは同様に90°である。第1の繊維(F1)(基準)と、第2の繊維(F2)、第3の繊維(F3)および第4の繊維(F4)との間の角度βは、よって、時計回り方向に、90°、180°および270°である。類似の考えが他の可能な角度に適用される。
よって、第1の繊維(F1)は第1の方向を有し、第1の繊維(F1)に対して角度βで配置された第2の繊維(F2)は第2の方向を有する。第1の方向および第2の方向に同様の数の繊維が存在する場合が好ましい。本発明の文脈において、「同様」とは、他の方向と比べて、それぞれの方向における繊維の数の差異が<30%、特に好ましくは<10%およびとりわけ好ましくは<2%であることを意味すると理解されるものとする。
繊維または繊維束は、不規則または規則的なパターンで導入することができる。規則的パターンでの繊維または繊維束の導入が好ましい。本発明との関連での「規則的なパターン」とは、すべての繊維が互いに並行して整列しており、少なくとも1本の繊維または繊維束が、すべての直接隣接する繊維または繊維束から同じ距離(a)を有することを意味すると理解されるものとする。すべての繊維または繊維束が、すべての直接隣接する繊維または繊維束から同じ距離を有する場合がとりわけ好ましい。
さらなる好ましい実施形態では、厚さ方向(d)がz方向に対応する直交座標系に基づき、これらが互いにx方向に同じ距離(a)およびy方向に同じ距離(a)をそれぞれ有するように、繊維または繊維束が導入される。これらがx方向およびy方向に同じ距離(a)を有する場合(式中、a=a=a)がとりわけ好ましい。
2本またはそれより多くの繊維(F)の互いの角度がβである場合、互いに並行している第1の繊維(F1)は、第1の距離(a)で規則的なパターンを好ましくは有し、互いに並行しており、第1の繊維(F1)に対して角度βにある第2の繊維(F2)は、第2の距離(a)で規則的なパターンを好ましくは有する。好ましい実施形態では、第1の繊維(F1)および第2の繊維(F2)は距離(a)で規則的なパターンをそれぞれ有する。その場合、a=a=aである。
繊維または繊維束が互いに角度βで発泡体に導入される場合、繊維または繊維束が各方向で規則的なパターンに従うことが好ましい。
直交座標系に基づき、工程a)で用意された成形物の発泡体の長さをx方向と呼び、幅をy方向と呼び、厚さをz方向と呼ぶ。x方向は、好ましい本発明による押出発泡体の押出し方向に対応する。
発泡体は任意の所望の寸法を有することができる。発泡体は通常、4〜200mmの範囲の、好ましくは5〜60mmの範囲の厚さ(z方向)、少なくとも200mm、好ましくは少なくとも400mmの長さ(x方向)、および少なくとも200mm、好ましくは少なくとも400mmの幅(y方向)を有する。
発泡体は通常、4000mm以下、好ましくは2500mm以下の長さ(x方向)、および/または4000mm以下、好ましくは2500mm以下の幅(y方向)を有する。
発泡体は好ましくは、10〜150kg/mの範囲、特に好ましくは20〜100kg/mの範囲、とりわけ好ましくは25〜60kg/mの範囲の密度を有する。本発明によると、密度はISO 845(2009年10月バージョン)に従い決定される。
好ましくは本発明によると、工程a)は、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の面から突出し、特に好ましくは、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から突出し、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出している成形物を用意することを含む。
本実施形態では、繊維領域(FB1)、繊維領域(FB2)および繊維領域(FB3)は、繊維(F)の全長の任意の所望の割合をそれぞれ占めることもできる。一実施形態では、繊維領域(FB1)および繊維領域(FB3)は、それぞれ互いに独立して0.1%〜45%、好ましくは2%〜40%、特に好ましくは5%〜30%を占め、繊維領域(FB2)は、工程a)における繊維(F)の全長の10%〜99.8%、好ましくは20%〜96%、特に好ましくは40%〜90%を占める。
本実施形態では、工程a)の成形物において、繊維(F)の繊維領域(FB1)が突出する、成形物の第1の面が、繊維(F)の繊維領域(FB3)が突出する、成形物の第2の面の反対側にある場合もまた好ましい。
図1は、工程a)で用意された発泡体(1)で作製された成形物の特に好ましい実施形態の概略図を透視図で示す。(2)は成形物の第1の面(の表面)を表し、(3)は対応する成形物の第2の面を表す。成形物の第1の面(2)は、成形物の第2の面(3)の反対側にある。繊維(F)は(4)で表される。図1は、繊維(4a)の一方の末端、よって繊維領域(FB1)が成形物の第1の面(2)から突出し、繊維領域(FB3)を構成する繊維の他方の末端(4b)が成形物の第2の面(3)から突出している好ましい実施形態を示している。中央の繊維領域(FB2)は成形物内にあり、よって、発泡体によって取り囲まれている。図1において、例えば、単一繊維または繊維束であり、好ましくは繊維束である繊維(4)は、成形物の厚さ方向(d)に対して/成形物の第1の面(2)の表面の直交(O)に対して角度αで配置されている。角度αは0°〜90°の任意の値を想定することができ、通常0°〜60°、好ましくは0°〜50°、特に好ましくは0°〜15°または10°〜70°、好ましくは30°〜60°、特に30°〜50°、極めて特に30°〜45°、特に45°である。わかりやすくするために、図1は単に単一の繊維(F)を示す。
図3は、いくつかの異なる角度の概略図を例として示している。図3に示されている、発泡体(1)から作製される成形物は、第1の繊維(41)と第2の繊維(42)とを含む。図3では、わかりやすくするために、好ましい実施形態において成形物の第1の面(2)から突出する繊維領域(FB1)のみが2本の繊維(41)および(42)に対して示されている。図3では、この繊維領域は、成形物内側に位置する繊維領域(FB2)の延長として理解されるものとする。第1の繊維(41)は、成形物の第1の面(2)の表面の直交(O)に対して第1の角度α(α1)を形成する。第2の繊維(42)は、第1の面(2)の表面の直交(O)に対して第2の角度α(α2)を形成する。特に繊維領域(FB2)の第1の繊維(41)の、成形物(41p)の第1の面(2)への直交射影は、特に繊維領域(FB2)の第2の繊維(42)の、成形物(42p)の第1の面(2)への直交射影と共に角度βを形成する。
工程a)の成形物は、当業者には公知の任意の方法により提供することができる。成形物は、少なくとも1本の繊維(F)が発泡体に部分的に導入されて、その結果、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有し、一方で、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から突出し、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出し、次いで、繊維領域(FB1)および/または繊維領域(FB3)が任意に除去された際に、工程a)において好ましくは提供される。
繊維領域(FB1)および/または繊維領域(FB3)は当業者には公知の任意の方法により除去することができる。例えば、1本のハサミまたはナイフを用いて除去することができる。
繊維(F)および/または繊維束を導入する適切な方法は原則として当業者には公知のすべての方法を含む。適切な方法は、例えば、WO2006/125561またはWO2011/012587に記載されている。
少なくとも1本の繊維(F)の発泡体への部分的な導入が針を使用した縫込みにより実行される場合が好ましく、部分的な導入が工程a1)〜a6):
a1)発泡体の少なくとも1つの面に、少なくとも1つの層(S2)を任意に適用し、少なくとも1つの担体層(TS)を任意に適用する工程、
a2)発泡体中に、任意に層(S2)の中に、および任意に担体層(TS)の中に、繊維(F)1本につき1個の穴を生成し、穴が発泡体の第1の面から第2の面まで、任意に層(S2)を介して、および任意に担体層(TS)を介して延在する、工程、
a3)発泡体の第2の面上に少なくとも1本の繊維(F)を提供する工程、
a4)発泡体の第1の面から、穴を介して、発泡体の第2の面に針を通し、任意に層(S2)を介して針を通し、および任意に担体層(TS)を介して針を通す工程、
a5)発泡体の第2の面上で少なくとも1本の繊維(F)を針に固定する工程、および
a6)繊維(F)と共に針を、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有し、一方で、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から、または任意に層(S2)から、または任意に担体層(TS)から突出し、繊維(F)の繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出するように、穴を介して戻す工程
により実行される場合がとりわけ好ましく、工程a2)とa4)の同時の実施が特に好ましい。
工程a2)およびa4)が同時に実施される場合、発泡体の第1の面から第2の面への穴は、発泡体の第1の面から発泡体の第2の面へと針を通すことにより生成される。本実施形態では、少なくとも1本の繊維(F)の導入は、例えば、以下の工程:
a1a)発泡体の少なくとも1つの面に、層(S2)を任意に適用し、少なくとも1つの担体層(TS)を任意に適用する工程、
a2a)発泡体の第2の面上に少なくとも1本の繊維(F)を提供する工程、
a3a)発泡体中に、任意に層(S2)の中に、および任意に担体層(TS)の中に、繊維(F)1本につき1個の穴を生成し、穴が発泡体の第1の面から第2の面まで、任意に層(S2)を介して、および任意に担体層(TS)を介して延在しており、穴が、発泡体を介して、任意に層(S2)を介して、および任意に担体層(TS)を介して針を通すことにより生成される工程、
a4a)発泡体の第2の面上で少なくとも1本の繊維(F)を針に固定する工程、および
a5a)繊維(F)と共に針を、繊維(F)が、成形物の内側に位置し、発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有し、一方で、繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から、または任意に層(S2)から、または任意に担体層(TS)から突出し、繊維領域(FB3)が成形物の第2の面から突出するように、穴を介して戻す工程、
a6a)第2の面上の繊維(F)を任意に切断する工程、および
a7a)針に形成された繊維(F)のループを任意に切断して開く工程
を含み得る。
好ましい実施形態では、使用する針は鉤針であり、工程a5)/工程a4a)で少なくとも1本の繊維(F)を鉤針に引っ掛ける。
さらに好ましい実施形態では、上記に記載の工程に従い、複数の繊維(F)は同時に発泡体に導入される。
「第1の面」および「第2の面」という用語は主に方向性に対するものであることを認識されたい。任意に適用された層(S2)および任意に適用された担体層(TS)は、成形物の第1の面上および/または第2の面上に適用され得る。したがって、繊維領域(FB3)は、層(S2)および/または担体層(TS)からも突出し得る。
本発明による方法の工程b)では、成形物は少なくとも1回少なくとも部分的に分割され、少なくとも1本の繊維(F)が完全に分割されて、変換成形物が得られる。
本発明との関連で「少なくとも1回」とは、成形物が正確に1回少なくとも部分的に分割され得ること、さもなければ2回またはそれより多く少なくとも部分的に分割され得ることを意味すると理解されるものとする。
本発明との関連で「少なくとも部分的に」とは、成形物が部分的にまたは完全に分割され得ることを意味すると理解されるものとする。成形物が2回またはそれより多く少なくとも部分的に分割される場合、成形物が部分的におよび完全に分割されることが可能である。成形物が例えば3回少なくとも部分的に分割される場合、例えば、成形物が1回完全に分割され、2回部分的に分割されることが可能である。
本発明との関連で「少なくとも1本の繊維」とは、成形物が2本またはそれより多く繊維(F)を含む場合、これらの2本またはそれより多くの繊維(F)のうちの正確に1本は、完全に分割されてもよく、これらの2本またはそれより多くの繊維(F)のうちの2本またはそれより多くが完全に分割されることも同等に可能であることを意味すると理解されるものとする。
本発明との関連で、「分割する」とは、DIN 8588(2013)による定義を意味すると理解されるものとする。
よって「分割する」とは、材料除去を含まないタイプの機械的分離である。よって、これは材料除去のない機械的分離プロセスである。よって、特に本発明との関連で、「分割する」という用語は、剪断切断、ナイフ切断およびピンチ切断を意味すると理解されるものとする。
工程a)で提供される成形物が工程b)で少なくとも部分的に分割される際に分割された領域が得られる。「分割された領域」とは、少なくとも部分的な分割中に新しく形成される全部の領域を意味すると理解されるものとする。少なくとも部分的な分割において、例えば、切削工具が使用される場合、切削工具の両側に、分割された領域と呼ばれる新規領域が形成される。本発明との関連で「切断領域」とは、分割された領域の半分を意味すると理解されるものとする。よって、少なくとも部分的な分割に対して切削工具が使用される場合、切断面は切削工具の片側に新しく形成された表面である。
よって、本発明によると、工程b)において成形物の少なくとも部分的な分割は材料除去なしに実行されるのが好ましい。
本発明との関連で「材料除去なし」(「非材料除去」)とは、本発明による方法の工程b)において得られる変換成形物は、1回の部分的な分割につき、部分的分割中に形成される切断面1つ当たり、変換成形物の総量に対して1%以下質量が減少する、好ましくは、工程a)で用意された成形物の質量に対して0.4%以下、特に好ましくは0.2%以下、とりわけ好ましくは0.05%以下減少することを意味すると理解されるものとし、ここで、変換成形物および工程a)で用意された成形物の質量の決定において、工程a)と工程b)との間に任意に適用された少なくとも1つの担体層(TS)の質量は考慮しないものとする。
成形物が完全に分割される場合、「材料除去なし」(「非材料除去」)とは、本発明との関連で、本発明による方法の工程b)で得られる変換成形物および完全な分割中にそれから除去される小片の質量の合計が、1回の完全な分割につき、完全な分割中に形成された切断面1つ当たり、変換成形物の総量に対して1%以下減少する、好ましくは、工程a)で用意された成形物の質量に対して、0.4%以下、特に好ましくは0.2%以下、とりわけ好ましくは0.05%以下減少することを意味すると理解されるものとし、ここで、変換成形物、分割中に除去された小片、および工程a)で用意された成形物の質量の決定において、工程a)と工程b)との間に任意に適用された少なくとも1つの担体層(TS)の質量は考えないものとする。
工程b)における成形物の少なくとも部分的な分割が、切削工具を用いて、好ましくはナイフを用いて実行されることもまた好ましい。
よって、工程b)における少なくとも1つの部分的分割が、低温切断としても公知であるナイフ切断である場合がとりわけ好ましい。
工程b)における成形物において少なくとも部分的な分割を成形物の厚さ方向(d)に対して、任意の所望の角度θで実行することができる。工程b)において成形物の少なくとも部分的な分割が、いずれの場合も成形物の厚さ方向(d)に対して、0°〜90°の範囲、好ましくは0°〜5°の範囲および/または45°〜90°の範囲、とりわけ好ましくは0°〜2°の範囲および/または70°〜90°の範囲の角度θで実行する場合が好ましい。
よって、工程b)における成形物の少なくとも部分的な分割が45°〜90°の範囲、好ましくは70°〜90°の範囲の角度θで実行される場合、成形物の少なくとも部分的な分割が完全な分割となることがとりわけ好ましい。
工程b)における成形物の少なくとも部分的な分割が、成形物の第1の面に並行して実行される場合もまた好ましい。よって、成形物は、好ましくは、工程b)において、成形物の第1の面に並行して完全に分割される。
本発明に従い、工程b)において、成形物が部分的に分割されることが同様に好ましい。工程b)では成形物が、いずれの場合も成形物の厚さ方向(d)に対して、好ましくは0°〜45°の範囲、好ましくは0°〜10°の範囲、とりわけ好ましくは0°の角度θで分割される。工程b)では成形物が、いずれの場合も成形物の厚さ方向(d)に対して、とりわけ好ましくは0°〜45°の範囲、好ましくは0°〜10°の範囲、とりわけ好ましくは0°の角度θで分割され、成形物の全厚さの0.01〜5mmおよび/または0.01%〜10%、好ましくは0.01〜2mmおよび/または0.01%〜5%が非分離のままである。
工程b)において成形物が部分的に分割される場合、本発明の一実施形態では、得られる変換成形物が単位、好ましくは規則的な単位を含む場合が好ましい。これらの単位が長方形、特に好ましくは1:1〜1:4の範囲の辺比を有する長方形である場合が好ましく、長辺のへりの長さはとりわけ好ましくは≧10mmであり、より好ましくは≧25mmである。
本発明との関連で「単位」とは、変換成形物内の領域であって、工程b)における成形物の少なくとも部分的分割の結果、導入された切断により他の領域から分離される領域を意味すると理解されるものとする。よって、工程b)において成形物が完全に分割される場合、単位が、特に好ましい実施形態において適用された少なくとも1つの担体層(TS)により一緒にまとめられるのが好ましい。
本発明との関連で「規則的単位」とは、隣接する単位が同一のへりの長さを有することを意味すると理解されるものとする。へりの長さは、切断の深さに関わりなく、切断の長さを意味すると理解されるものとする。
規則的単位は好ましくは正方形または長方形の形状を有し、好ましくは長方形である。
図4aは、本発明に従い生成された変換成形物(1b)の例示的な概略的表示を側面図で示す。(2b)は、変換成形物の第1の面(の表面)を表し、(3b)は変換成形物の第2の面を表す。変換成形物の第1の面(2b)は変換成形物の第2の面(3b)の反対側にある。図4aで示されている変換成形物は繊維領域(FB1)または(FB3)を有さない。これらの繊維領域は、本発明による方法の実施前に除去されているか、または成形物の完全な分割により変換成形物から分離されていることもある。繊維(4)は発泡体内に位置し、成形物の部分的な分割により完全に分割される。部分的な分割はスロット(8)を形成する。このスロット(8)は、厚さ方向(d)に対して角度θで変換成形物に導入される。わかりやすくするために、図4aは1本の繊維(4)のみを示す。
図4bは、本発明による変換成形物(1b)の好ましい実施形態の厚さ方向(d)に沿った図を示す。この好ましい実施形態では、成形物は工程b)において部分的に分割されることによって、スロット(8)が得られる。変換成形物(1b)は、スロット(8)によって互いに分離された規則的単位(9)を含む。これらの単位は、へりの長さ(k2)を有する長辺と、へりの長さ(k1)を有するより短い辺とを有する。わかりやすくするために、図4bによる変換成形物は繊維(F)を示していない。さらに、またわかりやすくするために、図4bの規則的単位のいくつかにのみ参照番号(9)を付けている。
本発明によると、本発明による方法の工程a)と工程b)との間に、少なくとも1つの担体層(TS)が成形物に適用される場合もまた好ましい。好ましくは、工程a)と工程b)との間に担体層(TS)が成形物に適用され、工程b)において成形物が完全に分割されるが、ここで担体層(TS)は分割されない。担体層(TS)は好ましくは開かれた細孔を有し、とりわけ好ましくは、繊維および/または繊維束を含む繊維製品、より好ましくは開かれたメッシュのノンクリンプ生地または織物、最も好ましくはガラス繊維、炭素繊維および/またはポリマー繊維の開かれたメッシュのノンクリンプ生地または織物である。
本実施形態では、2つの担体層(TS)が、反対側で、成形物に適用される場合、例えば、担体層(TS)の一方が成形物と一緒に完全に分割され、他方の担体層(TS)が分割されない場合が好ましいことを認識されたい。
すでに本明細書で上に記載されているように、少なくとも1つの担体層(TS)は、例えば、押出発泡体を生成するための好ましい方法の工程IV)の間および/またはその直後に、好ましい押出発泡体に適用することができる。
工程b)において、変換成形物が得られる。
工程b)で得られる変換成形物は、発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含む。
発泡体に関して、工程a)に提供される成形物の発泡体に対する上記に記載の説明および好みが対応して適用される。
工程a)で提供される成形物が少なくとも1つの層(S2)および/または少なくとも1つの担体層(TS)をさらに含む場合、変換成形物は少なくとも1つの層(S2)および/または少なくとも1つの担体層(TS)を同様に含み得る。
前記層が工程a)とb)との間に適用される場合、変換成形物は少なくとも1つの担体層(TS)を同様に含むことができる。
成形物が、工程b)において少なくとも1回完全に分割される場合、変換成形物の発泡体は、工程a)で用意された成形物の発泡体よりも薄い厚さ(z方向)および/または短い長さ(x方向)および/または短い幅(y方向)を有することができることを認識されたい。例えば、変換成形物の発泡体は、2〜100mmの範囲、好ましくは5〜60mmの範囲の厚さ(z方向)、10〜2450mmの範囲、好ましくは100〜1300mmの範囲の長さ(x方向)、および10〜2450mmの範囲、好ましくは100〜1300mmの範囲の幅(y方向)を有する。
一実施形態では、変換成形物の発泡体は、3000mm以下、好ましくは2500mm以下の長さ(x方向)、および/または3000mm以下、好ましくは2500mm以下の幅(y方向)を有する。
工程a)に提供された成形物中に存在する少なくとも1本の繊維(F)に対する本明細書で上に記載の説明および好みが、繊維(F)に対して対応して同様に適用される。
成形物が工程b)において少なくとも1回部分的に分割される場合、得られる変換成形物はスロットおよび/または溝を含む。
スロットおよび溝およびこれらの間の差異は当業者には公知である。本発明との関連で、スロットおよび溝は、工程b)における成形物の少なくとも部分的な分割により成形物に導入されるくぼみを意味すると理解されるものとする。スロットおよび溝は、くぼみの平均幅の、くぼみの平均深さに対する比という点で互いに異なる。くぼみ(スロットおよび/または溝)は、成形物の片側に正確に導入し得るが、成形物の2つまたはより多くの面上にくぼみを導入することも同様に可能である。成形物の2つまたはそれより多くの面上にくぼみを導入する場合、くぼみを導入する面のうちの少なくとも2つが互いに反対側にあることが好ましい。
スロットは、これらの平均深さよりも小さな平均幅を有するくぼみを意味すると理解されるものとする。例えば、平均幅の、平均深さに対する比は、10〜10000の範囲、好ましくは50〜1000の範囲である。
スロットの利点は、これらが表面の正角の再生を可能にすることであり、予め定義された輪郭に従い、溝付き材料をめくって開く。これによって、例えば、パネルの外層の片側のみの長さのばらつきおよびこれから生じる曲率のばらつきを埋め合わせることが可能となる。めくって開くことの選択肢は、スロットの深さにより規定され、したがって、最大限に深い切断、好ましくは、材料厚さの2/3から材料の全厚さまでの間の切断を行うことが好ましい。スロット幅は、正角の成形に対して2次的役割しか果たさないが、パネルの吸樹脂量に対して、よって質量に対して非常に重要であり、したがってできるだけ/必要なだけ狭く保つべきである。
溝とは、平均幅が平均深さとおよそ同一であるくぼみを意味すると理解されるものとする。例えば、平均深さの平均幅に対する比は、0.2〜5の範囲、好ましくは0.5〜2の範囲である。
溝は、真空注入を使用して、変換成形物からパネルを生成する場合、特に有利である。溝は、真空注入プロセス中の液体樹脂のより良い分布を可能にする。溝は通常、幅約2〜3mmおよび深さ約1〜2mm、理想的には交叉したまたは縞状パターンで発泡体に導入される。
スロット(8)を有する例示的な成形物が図4aおよび4bに示されており、これらはすでに本明細書で上に記載されている。
成形物が工程b)において少なくとも1回完全に分割される場合、工程b)において得られる変換成形物は例えばスカーフィングを含み得る。
「スカーフィング」とは、変換成形物の内側で厚さが変わることを意味すると理解されるものとする。
工程b)の単位において、成形物が2回またはそれより多く部分的に分割される場合、好ましくは、図4bに示され、本明細書で上に記載されているような規則的単位が本明細書で上に記載されているように得られる。
よって、本発明はまた、本発明による方法により入手可能な変換成形物も提供する。
本発明による方法により入手可能な変換成形物が担体層(TS)を含む場合が好ましい。上記に記載の説明および好みは担体層に対応して適用される。
本発明はまた、本発明による少なくとも1種の変換成形物と、少なくとも1つの層(S1)とを含むパネルを提供する。
「パネル」はまた、当技術分野の当業者の中で「サンドイッチ」、「サンドイッチ材料」、「積層体」および/または「複合体物品」と呼ばれることもある。
パネルの好ましい実施形態では、パネルは、2つの層(S1)を含み、2つの層(S1)は、変換成形物のそれぞれの他方の面の反対側の変換成形物の面にそれぞれ付加されている。
本発明によるパネルの一実施形態では、層(S1)は少なくとも1種の樹脂を含み、樹脂は好ましくは反応性の熱硬化性または熱可塑性樹脂であり、樹脂はより好ましくはエポキシド、アクリレート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ビニルエステルまたはこれらの混合物に基づき、樹脂は特にアミン硬化エポキシ樹脂、潜伏性硬化エポキシ樹脂、無水物硬化エポキシ樹脂またはイソシアネートおよびポリオールで構成されるポリウレタンである。このような樹脂系は、例えば、Penczekら、(Advances in Polymer Science、184巻、1〜95頁、2005年)、Phamら(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry、13巻、2012年)、Fahnler(Polyamides、Kunststoff Handbuch3/4、1998年)およびYounes(WO12134878A2)から当業者には公知である。
本発明に従い、以下のパネルが好ましい
i)繊維(F)の繊維領域(FB1)が、第1の層(S1)と部分的もしくは完全に接触している、好ましくは完全に接触している、および/または
ii)繊維(F)の繊維領域(FB3)が、第2の層(S1)と部分的もしくは完全に接触している、好ましくは完全に接触している、および/または
iii)パネルは、変換成形物の少なくとも1つの面と、少なくとも1つの層(S1)との間に少なくとも1つの層(S2)を含み、この層(S2)が好ましくは、シート状繊維材料もしくはポリマー性フィルム、特に好ましくは不織布、ノンクリンプ生地もしくは織物の形態のガラス繊維もしくは炭素繊維で構成される。
さらなる本発明のパネルの実施形態では、少なくとも1つの層(S1)は少なくとも1本の繊維状材料をさらに含み、
i)繊維状材料は、切り刻んだ繊維、不織布、ノンクリンプ生地、編物および/もしくは織物の1つもしくは複数のプライの形態、好ましくはノンクリンプ生地もしくは織物の形態、特に好ましくは、1枚のノンクリンプ生地/織物当たり150〜2500g/mの坪量を有するノンクリンプ生地もしくは織物の形態の繊維を含む、および/または
ii)繊維状材料は、有機、無機、金属もしくはセラミック繊維、好ましくはポリマー性繊維、玄武岩繊維、ガラス繊維、炭素繊維もしくは天然繊維、特に好ましくはガラス繊維もしくは炭素繊維を含む。
上記に記載の説明はまた、天然繊維およびポリマー性繊維にも適用される。
少なくとも1種の繊維状材料をさらに含む層(S1)はまた、繊維強化層、特に繊維強化樹脂層とも呼ばれるが、ただし、層(S1)が樹脂を含むことを条件とする。
パネルが少なくとも単一に湾曲した表面をする場合もまた好ましい。パネルが少なくとも≦50m、好ましくは≦20m、より好ましくは≦5mの曲率半径を有する少なくとも単一に湾曲した表面を有する場合が特に好ましい。
少なくとも単一に湾曲した表面の曲率半径は通常>0.2m、好ましくは>0.5m、より好ましくは>1mである。
曲率半径は当業者には公知である。曲率半径とは、平面曲線の特定のポイントPの曲率円の半径である。平面曲線上の特定のポイントPの曲率円とは、曲線がこの点において最も近似する円である。その半径、すなわち曲率半径とはポイントPでの曲線の曲率の逆数の大きさである。この点での曲率円の接線は曲線の接線と一致する。曲線の曲率は一般的に位置と共に変化するので、曲線は一般的に、微量に小さな環境においてのみ曲率円に適合する。これらの概念は三次元表面の数学から公知である。
本発明との関連で「少なくとも単一に湾曲した表面」とは、正確に1つの少なくとも単一に湾曲した表面か、さもなければ2つまたはそれより多くの少なくとも単一に湾曲した表面を意味すると理解されるものとする。
本発明との関連で「少なくとも単一に湾曲した」とは、正確に単一に湾曲した、さもなければ二重に湾曲したことを意味すると理解されるものとする。
少なくとも1つの湾曲した表面が、層(S1)を含む表面の1つである場合が好ましい。
パネルの厚さが、パネルの幅に対して、および/またはパネルの長さに対して変化する場合もまた好ましい。パネルの厚さが、パネルの幅に対して、および/またはパネルの長さに対して、少なくとも0.5mm/m、より好ましくは少なくとも1mm/m、またより好ましくは少なくとも5mm/m、最も好ましくは少なくとも10mm/m変化する場合が好ましい。
パネルの厚さは、パネルの幅および/またはパネルの長さに対して、好ましくは2000mm/m以下、より好ましくは1000mm/m以下変化する。
パネルの厚さがパネルの幅および/またはパネルの長さに対して変化する場合、パネルの厚さは、パネルの全幅に対して、および/またはパネルの全長に対して変化し得る。パネルの厚さが、幅の小区域に対して、および/または長さの小区域に対してのみ変化することも同様に可能である。
パネルの幅および/またはパネルの長さに対するパネルの厚さのばらつきは通常、その幅に対して、および/またはその長さに対してその中に存在する変換成形物の厚さのばらつきから生じる。パネルの層(S1)および任意に存在する層(S2)の厚さのばらつきは同様に、パネルの幅に対する、および/またはパネルの長さに対するパネルの厚さのばらつきをもたらし得る。
図2は、図4aおよび4bに対する説明との関連で例えば本明細書の上記に詳述された本発明による変換成形物(1b)を含む、本発明によるパネル(7)の2次元の側面図を示す。特に述べられていない限り、図2a、4aおよび4bの参照番号および他の略語は同じ意味を有する。わかりやすくするために、図2aはスロット(8)を示していない。
図2aによる実施形態では、本発明によるパネルは(5)および(6)で表される2つの層(S1)を含む。2つの層(5)および(6)は、それぞれ、変換成形物(1b)の相互に反対側にある。2つの層(5)および(6)は好ましくは樹脂層または繊維強化樹脂層である。図2aからさらに認識できるように、変換成形物は、繊維領域(FB1)および繊維領域(FB3)をさらに含む変換成形物である。これら2つの繊維領域(繊維(4)の末端)はそれぞれの層(5)および(6)によって取り囲まれている。
1つまたは複数のさらなる層はまた、変換成形物(1b)と第1の層(5)との間に、および/または変換成形物(1b)と第2の層(6)との間に存在し得る。図1および図4aに対して本明細書中で上に記載されているように、わかりやすくするために、図2aもまた参照番号4で参照により表される単一の繊維(F)のみを示している。実際の繊維または繊維束の数に関しては、図1に対して上記で明らかにされたものが同様に適用される。
図2bは、本発明によるパネル(7)のさらに好ましい実施形態を示し、この中で、パネルは側面図で示されて、単一に湾曲した表面を有する。変換成形物(1b)から始まるパネル(7)の生成において、変換成形物(1b)に導入されるスロット(8)は、拡散して、パネルの湾曲した表面が得られる。スロット(8)は本発明によるパネルにおいて樹脂を充填することができる。図2aにおいて参照番号に対して列挙された説明は、図2bの参照番号および他の略語に対応して適用される。
本発明は、本発明によるパネルを生成するための方法であって、少なくとも1つの層(S1)が、反応性の粘性樹脂の形態で、好ましくは液体含浸法、特に好ましくは加圧式または真空式含浸法、とりわけ好ましくは真空注入または加圧式注入方法、最も好ましくは真空注入により、本発明による変換成形物上で生成、適用、および硬化される、方法をさらに提供する。液体含浸法はそれ自体当業者には公知であり、例えば、Wiley Encyclopedia of Composites(第2版、Wiley、2012年)、Parnasら(Liquid Composite Moulding、Hanser、2000年)およびWilliamsら(Composites Part A、27巻、517〜524頁、1997年)に詳細に記載されている。
様々な助剤材料を使用して、本発明によるパネルを生成することができる。真空注入による生成に対して適切な助剤材料として、例えば、真空フィルム、好ましくは、ナイロンで作製されたもの、真空密閉テープ、流動促進剤、好ましくはナイロンで作製されたもの、分離フィルム、好ましくはポリオレフィンで作製されたもの、ティアオフ生地、好ましくはポリエステルで作製されたもの、および半透過性フィルム、好ましくは膜フィルム、特に好ましくはPTFE膜フィルム、および吸収フリース、好ましくはポリエステルで作製されたものが挙げられる。適切な助剤材料の選択は、製造される成分、選択される方法および使用する材料、具体的には樹脂系により導かれる。エポキシドおよびポリウレタンに基づく樹脂系を使用する場合、ナイロンから作製された流動促進剤、ポリオレフィンから作製された分離フィルム、ポリエステルから作製されたティアオフ生地、およびPTFE膜フィルムで作製された半透過性フィルム、ならびにポリエステルから作製された吸収フリースを使用するのが好ましい。
これらの助剤材料は、本発明によるパネルを生成するための方法において様々な方式で使用することができる。真空注入の手段を用いて繊維強化外側プライに適用させることにより、パネルが変換成形物から生成される場合が特に好ましい。典型的な構造物では、本発明によるパネルを生成するために、繊維状材料および任意にさらなる層を変換成形物の上面および底面に適用する。続いて、ティアオフ生地および分離フィルムを配置する。流動促進剤および/または膜フィルムを使用して、液体樹脂系の注入を行うことができる。
以下の変法が特に好ましい:
i)構造物の片面のみに流動促進剤を使用する方法、および/または
ii)構造物の両面に流動促進剤を使用する方法、および/または
iii)半透過性膜を有する構造物(VAP構造物);後者は好ましくは、成形物の全領域にわたりドレープされ、その上に、片面もしくは両面において、流動促進剤、分離フィルムおよびティアオフ生地が使用され、真空密閉テープの手段を用いて型表面に関して半透過性膜が固着され、吸収フリースが、成形物から遠くの半透過性膜の面に挿入され、その結果、空気が全領域にわたり上向きに真空排気される、および/または
iv)膜フィルムから作製された真空ポケットを使用する方法、この真空ポケットは、好ましくは、空気をゲートの反対側から真空排気するという手段を用いて、成形物の反対側のゲート側に配置される。
続いて樹脂系用のゲートおよび排気用のゲートを構造物に装着する。最後に、構造物全体にわたり真空フィルムを適用し、密閉テープで密閉し、構造物全体を真空排気する。樹脂系の注入後、真空の維持と共に樹脂系の反応が起きる。
本発明はまた、風力タービンのローターブレード用に、輸送セクターにおいて、建設セクターにおいて、自動車構造物において、船舶の建設において、鉄道車両の構造物において、容器の構造物用に、衛生設備用に、および/または航空宇宙において、本発明による変換成形物または本発明によるパネルを使用する方法を提供する。
本発明は、本明細書でこれより以降に実施例により例示されている。
特徴付け
発泡体、成形物、変換成形物およびパネルの特性は以下の通り決定される:
−気泡の最も小さな寸法(c方向):
気泡の最も小さな寸法は、異方性と同様に顕微鏡像の統計分析で決定する。
−密度:
純粋な発泡体の密度は、ISO 845(2009年10月バージョン)に従い決定する。
−吸樹脂量:
吸樹脂量については、平削りにより表面から材料を取り出した後、発泡体を比較する。利用した樹脂系に加えて、発泡体スラブおよびガラスノンクリンプ生地、以下の助剤材料を使用する:ナイロン真空フィルム、真空密閉テープ、ナイロン流動促進剤、ポリオレフィン分離フィルム、ポリエステルティアオフ生地およびPTFE膜フィルムおよびポリエステル吸収フリース。真空注入の手段を用いて繊維強化外側プライを適用することによって、成形物からパネルを生成する。発泡体の上面および底面のそれぞれに2プライのQuadraxガラスノンクリンプ生地(ロービング:E−Glass SE1500、OCV;繊維製品:Saertex、いずれの場合も1200g/mの等方性積層体[0°/−45°/90°45°])が適用される。吸樹脂量を決定するために、パネルの標準的な生成とは対照的に、分離フィルムを発泡体とガラスノンクリンプ生地との間に挿入する。これにより、純粋な発泡体の吸樹脂量を決定することができる。ティアオフ生地および流動促進剤をガラスノンクリンプ生地のいずれかの面に加える。続いて、樹脂系用ゲートおよび排気用ゲートを構造物に装着する。最後に、真空フィルムを構造物全体にわたり適用し、密閉テープで密閉し、構造物全体を真空排気する。ガラス表面を有する電気加熱可能なテーブル上で構造物を製造する。
使用した樹脂系はアミン硬化エポキシ(樹脂:BASF Baxxores 5400、硬化剤:BASF Baxxodur 5440、混合比およびさらなる加工はデータシートの通り)である。2つの成分を混合した後、樹脂を下方に20mbarまで10分間真空排気する。予め温度制御された構造物への注入を樹脂温度23±2℃(テーブル温度:35℃)で実行する。その後の35℃から75℃への、0.3K/分での温度のつり上げおよび75℃で6時間の等温硬化の手段を用いて、成形物とガラス繊維強化外側プライからなるパネルを生成することが可能である。
発泡体は、最初にISO 845(2009年10月バージョン)に従い分析して、発泡体の明らかな密度を得る。樹脂系が硬化した後、処理したパネルをトリミングして、真空フィルムの不完全なフィッティングの結果、縁領域に蓄積された過剰の樹脂を排除する。
次いで、外側プライを除去し、存在する発泡体をISO 845に従い分析する。密度の差異から、絶対的吸樹脂量が得られる。発泡体の厚さを掛けることによって、対応する吸樹脂量がkg/mで得られる。
発泡体および成形物の生成
直列押出し装置においてフィルムをシートとして生成した。溶融押出し機(ZSK 120)に、ポリフェニレンエーテルマスターバッチ(PPE/PSマスターバッチ、Noryl C6850、Sabic)およびポリスチレン(PS148H、BASF)を連続的に供給することによって、25部のPPEおよび75部のPSからなる全ブレンドを生成した。加えて、タルク(0.2部)などの添加剤を、取込み口を介してPSマスターバッチ(PS 148H、BASF)として計量した。発泡剤(CO、エタノールおよびi−ブタン)を加圧下で注入ポートへ注入する。発泡剤および添加剤を含む全スループットは750kg/時間である。発泡剤を含有する溶融物をダウンストリーム冷却押出し機(ZE400)内で冷却し、スロットダイを介して押し出す。発泡溶融物を加熱したキャリブレーターにより取り出し、コンベヤーベルトを介してこの表面をテフロン(登録商標)コーティングし、スラブを形成する。機械的処理前の典型的なスラブの寸法は幅約800mm(y方向)および厚さ60mm(z方向)である。次いで、強化のためにシートを20mmにトリミングした。こうして得た発泡体(BS1)の特性は表1に報告されている。
Figure 2019519641
こうして得た発泡体(BS1)を、ガラス繊維(ロービング、E−Glas、900tex、3B)で強化する。ガラス繊維は、ロービングの形態で、45°の角度αで、4つの異なる空間的方向において、互いに90°の角度βで導入する。ガラス繊維は、等しい距離a=a=16mmを保ちながら、規則的な長方形のパターンで導入する。加えて、ガラス繊維の両側の約5.5mmを外側プライに張り出したまま置くことによって、外側プライとして後に導入されるガラス繊維マットへの結合を改善する。組み合わせた裁縫/かぎ針編みプロセスにより、自動化方式で繊維/繊維ロービングを導入する。最初に、鉤針(直径約1.1mm)を使用して、発泡体の第1の面から第2の面へと完全に貫通させる。第2の面において、ロービングを鉤針のフックに引っ掛け、次いで、穴を介して第2の面から引き込み、発泡体の第1の面に戻す。最後に、ロービングを第2の面で切断し、形成されたロービングループを針の箇所で切断して開く。鉤針はこうして次の作業への準備ができた状態にある。
発泡体の変換
a)スロットの導入
得た繊維強化発泡体(成形物)に、スペーシング25mm×50mmおよびスロット深さ16mmで、スロットを導入した。本発明の実施例B1において、ナイフブレード(形状:幅0.5mm、切断角度18°、切断エッジにおいて、0.1〜0.2mm、26°まで圧縮)をマトリックスに適用し、成形物を介して、30m/分の速度、17°〜18°の角度で引き出した。比較実施例V2では、回転ノコギリブレード(形状:直径250mm、厚さ0.8mm、28歯、Miear製、no.45540)を介して、4000rpmの回転速度および20〜30m/分の前進速度でスロットを導入した。
結果は表2に見出すことができる。
Figure 2019519641
b)成形物のスカーフィング
以前に生成した繊維強化発泡体(成形物)にスカーフィングを導入した。実施例B3は、回転式ナイフベルト(形状:深さ80mm、厚さ1mm、長さ8000mm、相2×8°)を使用して成形物を分割する分割機器を利用した。作業中ナイフは絶えずとがらせておく。成形物を真空テーブル上に保持する。スカーフィング角度は2°である。
比較実施例V4は、真空テーブルを備えた水平ワイヤー切断機を利用した。くさび形状のスカーフィングを、角度3°、回転速度61m/秒および前進速度0.25m/分で切断した。結果が表3に報告されている。
Figure 2019519641
c)成形物における繊維の平滑化/表面除去
以前に生成された繊維強化発泡体(成形物)を繊維の表面除去により平滑化した。
実施例B5は、回転式ナイフベルト(形状:深さ80mm、厚さ1mm、長さ8000mm、相2×8°)を使用して成形物を分割する分割機器を利用した。作業中、ナイフは絶えずとがらせておいた。成形物を真空テーブル上に保持し、0.3〜1.5mmの間の発泡体を除去した。
比較実施例V6は、真空テーブルを備えた水平ワイヤー切断機を利用した。前進速度0.25m/分であり、回転速度は61m/秒であった。
結果は表4でわかる。
Figure 2019519641

Claims (16)

  1. 成形物を変換するための方法であって、以下の工程a)およびb):
    a)発泡体と少なくとも1本の繊維(F)とを含む成形物を用意する工程であって、前記繊維(F)が、前記成形物の内側に位置し、前記発泡体によって取り囲まれた繊維領域(FB2)を有する、工程、
    b)前記成形物を少なくとも1回、少なくとも部分的に分割する工程であって、少なくとも1本の繊維(F)が完全に分割されて、変換成形物を得る工程
    を含み、
    工程a)において、少なくとも1本の繊維(F)が前記発泡体に部分的に導入され、その結果前記繊維(F)が、前記成形物の内側に位置し、前記発泡体によって取り囲まれた前記繊維領域(FB2)を有し、一方で、前記繊維(F)の繊維領域(FB1)が前記成形物の第1の面から突出し、前記繊維(F)の繊維領域(FB3)が前記成形物の第2の面から突出し、次いで、前記繊維領域(FB1)および/または前記繊維領域(FB3)が任意に除去された際に、前記成形物が用意され、
    部分的な導入が、好ましくは工程a1)〜a6):
    a1)前記発泡体の少なくとも1つの面に、少なくとも1つの層(S2)を任意に適用し、少なくとも1つの担体層(TS)を任意に適用する工程、
    a2)前記発泡体中に、任意に前記層(S2)の中に、および任意に前記担体層(TS)の中に、繊維(F)1本につき1個の穴を生成し、前記穴が前記発泡体の第1の面から第2の面まで、任意に前記層(S2)を介して、および任意に前記担体層(TS)を介して延在する、工程、
    a3)前記発泡体の前記第2の面上に少なくとも1本の繊維(F)を提供する工程、
    a4)前記発泡体の前記第1の面から、前記穴を介して、前記発泡体の前記第2の面に針を通し、任意に前記層(S2)を介して前記針を通し、および任意に前記担体層(TS)を介して前記針を通す工程、
    a5)前記発泡体の前記第2の面上で少なくとも1本の繊維(F)を前記針に固定する工程、および
    a6)前記繊維(F)と共に前記針を、前記繊維(F)が、前記成形物の内側に位置し、前記発泡体によって取り囲まれた前記繊維領域(FB2)を有し、一方で、前記繊維(F)の前記繊維領域(FB1)が前記成形物の第1の面から、または任意に前記層(S2)から、または任意に前記担体層(TS)から突出し、前記繊維(F)の前記繊維領域(FB3)が前記成形物の第2の面から突出するように、前記穴を介して戻す工程
    により実行される、方法。
  2. i)工程b)における前記成形物の前記少なくとも部分的な分割が、材料除去なしに実行される、および/または
    ii)工程b)における前記成形物の前記少なくとも部分的な分割が、切削工具を用いて、好ましくはナイフを用いて実行される、
    請求項1に記載の方法。
  3. 工程a)が、前記繊維(F)の繊維領域(FB1)が成形物の第1の面から突出している成形物を用意することを含み、前記繊維(F)の繊維領域(FB1)が前記成形物の第1の面から突出し、前記繊維(F)の繊維領域(FB3)が前記成形物の第2の面から突出している場合が好ましい、請求項1または2に記載の方法。
  4. i)工程b)における前記成形物の前記少なくとも部分的な分割が、いずれの場合も前記成形物の厚さ方向(d)に対して、0°〜90°の範囲、好ましくは0°〜5°の範囲および/もしくは45°〜90°の範囲、とりわけ好ましくは0°〜2°の範囲および/もしくは70°〜90°の範囲の角度θで実行される、ならびに/または
    ii)工程b)における前記成形物の前記少なくとも部分的な分割が、前記成形物の前記第1の面に並行して実行され、前記成形物が好ましくは、工程b)の前記成形物の前記第1の面に並行して完全に分割される、ならびに/または
    iii)工程b)において前記成形物が部分的に分割され、工程b)では前記成形物が、いずれの場合も前記成形物の厚さ方向(d)に対して、好ましくは0°〜45°の範囲、好ましくは0°〜10°の範囲、とりわけ好ましくは0°の角度θで分割され、工程b)では前記成形物が、いずれの場合も前記成形物の厚さ方向(d)に対して、とりわけ好ましくは0°〜45°の範囲、好ましくは0°〜10°の範囲、とりわけ好ましくは0°の角度θで分割され、前記成形物の全厚さの0.01〜5mmおよび/もしくは0.01%〜10%が非分離のままである、ならびに/または
    iv)得られる変換成形物が単位、好ましくは規則的な単位を含むように、工程b)において成形物が部分的に分割され、単位が好ましくは長方形、特に好ましくは1:1〜1:4の範囲の辺比を有する長方形であり、長辺のへりの長さはとりわけ好ましくは≧10mmであり、より好ましくは≧25mmである、ならびに/または
    v)工程a)と工程b)との間に少なくとも1つの担体層(TS)が前記成形物に適用され、好ましくは、工程a)と工程b)との間に少なくとも1つの担体層(TS)が前記成形物に適用され、工程b)において前記成形物が完全に分割され、ここで、前記担体層(TS)は分割されず、前記担体層(TS)は好ましくは開かれた細孔を有し、とりわけ好ましくは、繊維および/もしくは繊維束を含む繊維製品、より好ましくは開かれたメッシュのノンクリンプ生地もしくは織物、最も好ましくはガラス繊維、炭素繊維および/もしくはポリマー繊維の開かれたメッシュのノンクリンプ生地もしくは織物である、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。
  5. 前記発泡体が、粒子発泡体、押出発泡体、反応性発泡体および/またはバッチ発泡体から、好ましくは押出発泡体から生成されたものであり、特に以下の工程:
    I)押出し機中のポリマー溶融物を用意する工程、
    II)工程I)で用意された前記ポリマー溶融物に少なくとも1種の発泡剤を導入して、発泡性ポリマー溶融物を得る工程、
    III)工程II)で得た前記発泡性ポリマー溶融物を、少なくとも1個のダイ開口を介して、前記押出し機からより低い圧力の領域へと押し出し、前記発泡性ポリマー溶融物を膨張させて、膨張発泡体を得る工程、
    IV)成形ツールを介して前記膨張発泡体を導くことにより、工程III)で得た前記膨張発泡体を調整して、前記押出発泡体を得る工程、
    V)工程IV)で得た前記押出発泡体に任意の材料除去処理を行う工程
    を含み、
    i)工程I)で用意された前記ポリマー溶融物が、少なくとも1種の添加剤を任意に含む、ならびに/または
    ii)少なくとも1種の添加剤が、工程II)中に前記ポリマー溶融物に、および/もしくは工程II)と工程III)との間に前記発泡性ポリマー溶融物に、任意に加えられる、ならびに/または
    iii)少なくとも1種の添加剤が、工程III)中に前記膨張発泡体に、および/もしくは工程IV)中に前記膨張発泡体に、任意に適用される、ならびに/または
    iv)少なくとも1つの層(S2)が、工程IV)中および/もしくはその直後に前記押出発泡体に任意に適用される、ならびに/または
    v)少なくとも1つの担体層(TS)が、工程IV)中および/またはその直後に前記押出発泡体に任意に適用される、
    方法で生成された押出発泡体から生成されたものである、請求項1から4のいずれか一項に記載の方法。
  6. 前記発泡体が、ポリスチレン、ポリエステル、ポリフェニレンオキシド、フェニレンオキシドから生成されたコポリマー、スチレンから生成されたコポリマー、ポリアリールエーテルスルホン、硫化ポリフェニレン、ポリアリールエーテルケトン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリ乳酸、ポリ塩化ビニル、ポリウレタン、またはこれらの混合物から選択される少なくとも1種のポリマーに基づき、
    前記ポリマーが、好ましくはポリスチレン、ポリフェニレンオキシド、ポリスチレンとポリフェニレンオキシドの混合物、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン、ポリスルホン、ポリエーテルイミド、スチレンから製造されたコポリマー、またはスチレンから製造されたコポリマーの混合物から選択され、
    前記ポリマーが、特に好ましくはポリスチレン、ポリスチレンとポリ(2,6−ジメチルフェニレンオキシド)の混合物、スチレン−無水マレイン酸ポリマーとスチレン−アクリロニトリルポリマーの混合物、またはスチレン−無水マレイン酸ポリマー(SMA)であり、
    スチレンから生成されたコポリマーは、好ましくは、スチレンのためのコモノマーとして、α−メチルスチレン、環ハロゲン化スチレン、環アルキル化スチレン、アクリロニトリル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、N−ビニル化合物、無水マレイン酸、ブタジエン、ジビニルベンゼンおよびブタンジオールジアクリレートから選択されるモノマーを有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
  7. i)工程a)における前記繊維(F)が、単一繊維もしくは繊維束であり、好ましくは繊維束である、ならびに/または
    ii)工程a)の前記繊維(F)が、有機、無機、金属もしくはセラミック繊維もしくはこれらの組合せであり、好ましくはポリマー性繊維、玄武岩繊維、ガラス繊維、炭素繊維もしくは天然の繊維であり、とりわけ好ましくはポリアラミド繊維、ガラス繊維、玄武岩繊維もしくは炭素繊維であり、ポリマー性繊維が好ましくはポリエステル、ポリアミド、ポリアラミド、ポリエチレン、ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミドおよび/もしくはポリアミドイミドの繊維であり、天然繊維が好ましくはサイザル麻、大麻、アマ、竹材、ココナッツおよび/もしくはジュートの繊維である、ならびに/または
    iii)工程a)の前記繊維(F)が、1束当たり、ガラス繊維の場合、少なくとも10本、好ましくは100〜100000本、特に好ましくは300〜10000本、炭素繊維の場合、1000〜50000本、ガラス繊維の場合、とりわけ好ましくは500〜5000本、炭素繊維の場合、2000〜20000本という数の個々の繊維を有する繊維束の形態で利用される、
    iv)前記繊維領域(FB1)および前記繊維領域(FB3)が、それぞれ互いに独立して、工程a)の繊維(F)の全長の0.1%〜45%、好ましくは2%〜40%、特に好ましくは5%〜30%を占め、前記繊維領域(FB2)が、10%〜99.8%、好ましくは20%〜96%、特に好ましくは40%〜90%を占める、ならびに/または
    v)工程a)の前記繊維(F)が、前記成形物の厚さ方向(d)に対して、前記発泡体に0°〜60°、好ましくは0°〜50°、より好ましくは0°〜15°もしくは10°〜70°、特に30°〜60°、より好ましくは30°〜50°、またより好ましくは30°〜45°、特に45°の角度αで導入される、ならびに/または
    vi)工程a)の前記成形物において、前記繊維(F)の前記繊維領域(FB1)が突出する、前記成形物の前記第1の面が、前記繊維(F)の前記繊維領域(FB3)が突出する、前記成形物の前記第2の面の反対側にある、ならびに/または
    vii)工程a)の前記成形物が、複数の繊維(F)、好ましくは繊維束を含む、および/もしくは1m当たり10本より多くの、好ましくは1m当たり1000本より多くの、特に好ましくは1m当たり4000〜40000本の繊維(F)もしくは繊維束を含む、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。
  8. 工程a2)およびa4)が同時に実施される、請求項1から7のいずれか一項に記載の方法。
  9. 請求項1から8のいずれか一項に記載の方法により入手可能な変換成形物。
  10. 担体層(TS)を含む、請求項9に記載の変換成形物。
  11. 請求項9または10に記載の少なくとも1種の変換成形物と、少なくとも1つの層(S1)とを含む、パネル。
  12. 前記層(S1)が、少なくとも1種の樹脂を含み、前記樹脂が好ましくは反応性の熱硬化性または熱可塑性樹脂であり、前記樹脂がより好ましくはエポキシド、アクリレート、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、不飽和ポリエステル、ビニルエステルまたはこれらの混合物に基づき、前記樹脂が特にアミン硬化エポキシ樹脂、潜伏性硬化エポキシ樹脂、無水物硬化エポキシ樹脂またはイソシアネートおよびポリオールで構成されるポリウレタンである、請求項11に記載のパネル。
  13. 前記層(S1)が少なくとも1種の繊維状材料をさらに含み、
    i)前記繊維状材料が、切り刻んだ繊維、不織布、ノンクリンプ生地、編物および/もしくは織物の1つもしくは複数のプライの形態、好ましくはノンクリンプ生地もしくは織物の形態、特に好ましくは、1枚のノンクリンプ生地/織物当たり150〜2500g/mの坪量を有するノンクリンプ生地もしくは織物の形態の繊維を含む、ならびに/または
    ii)前記繊維状材料が、有機、無機、金属もしくはセラミック繊維、好ましくは、ポリマー性繊維、玄武岩繊維、ガラス繊維、炭素繊維もしくは天然繊維、特に好ましくは、ガラス繊維もしくは炭素繊維を含む、
    請求項11または12に記載のパネル。
  14. i)前記繊維(F)の前記繊維領域(FB1)が、前記層(S1)と部分的もしくは完全に、好ましくは完全に、接触している、ならびに/または
    ii)前記パネルが、前記変換成形物の少なくとも1つの面と少なくとも1つの層(S1)との間に少なくとも1つの層(S2)を含み、前記層(S2)が好ましくはシート状繊維材料もしくはポリマー性フィルム、特に好ましくは不織布、ノンクリンプ生地もしくは織物の形態のガラス繊維もしくは炭素繊維で構成される、ならびに/または
    iii)前記パネルが、2つの層(S1)を含み、前記2つの層(S1)はそれぞれ、前記変換成形物の面に付加しており、該面は、それぞれの前記変換成形物の他方の面の反対側にある、ならびに/または
    iv)前記パネルが、少なくとも単一に湾曲した表面を有し、前記パネルは、少なくとも≦50m、好ましくは≦20m、より好ましくは≦5mの曲率半径を有する少なくとも単一に湾曲した表面を好ましくは有する、ならびに/または
    v)前記パネルの厚さが、前記パネルの幅に対しておよび/もしくは長さに対して変化し、前記パネルの厚さが好ましくは前記パネルの幅に対しておよび/もしくは前記パネルの長さに対して少なくとも0.5mm/m、より好ましくは、少なくとも1mm/m、またより好ましくは少なくとも5mm/m、最も好ましくは少なくとも10mm/m変化する、
    請求項11から13のいずれか一項に記載のパネル。
  15. 請求項11から14のいずれか一項に記載のパネルを生成するための方法であって、前記少なくとも1つの層(S1)が、反応性の粘性樹脂の形態で、好ましくは液体含浸法、特に好ましくは加圧式または真空式含浸法、とりわけ好ましくは真空注入または加圧式注入方法、最も好ましくは真空注入により、請求項9または10に記載の変換成形物上で生成、適用、および硬化される、方法。
  16. 風力タービンのローターブレード用に、輸送セクターにおいて、建設セクターにおいて、自動車構造物において、船舶の建設において、鉄道車両構造物において、容器の構造物用に、衛生設備用に、および/または航空宇宙において、請求項9または10に記載の変換成形物または請求項11から14のいずれか一項に記載のパネルを使用する方法。
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