JP2020512211A - 一方向繊維テープを生産するための方法およびシステム - Google Patents

一方向繊維テープを生産するための方法およびシステム Download PDF

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Abstract

一方向繊維テープは、熱可塑性材料と、マトリックス材料内に分散した複数の繊維とを含むマトリックス材料を含み、本テープは、0.07mm〜0.30mmである厚さを有する。本テープは、65〜90の平均相対繊維面積カバー率、および3〜20の変動係数を有する。本テープにおいて、繊維は炭素繊維を含み、本テープは、50％より高い繊維体積分率を有する。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、2017年3月13日に出願された米国特許仮出願第62/470,866号の優先権の恩典を主張し、その全体が参照により本明細書に組み入れられる。
背景
1.発明の分野
本発明は概して一方向繊維テープ（「UDテープ」）に関し、さらに具体的には、高い（例えば、50％より高い）繊維体積分率および/または均一な（65〜90の平均相対繊維面積カバー率（％）（「RFAC」）および3〜20の変動係数（％）（「COV」）と定義される）密度を有する薄い（例えば、約0.30ミリメートル（mm）以下である厚さを有する）UDテープ、ならびにそれを生産するための方法およびシステムに関する。
2.関連技術の説明
UDテープは、従来の材料から形成された構造体と比べたとき高い剛性および高い強度、ならびに低い重量などの有利な構造的特徴を有する構造体を作るために使用することができる。その結果、UDテープは、自動車産業、航空宇宙産業、および家電産業を含む広範囲の産業にわたる様々な用途において使用される。その用途に応じて、UDテープは、強度、剛性、サイズ、重量、および/または同種のものに関する基準を含む多数の基準を満たす必要がある場合があり、さらにUDテープは、それらの基準を一貫して満たす必要がある場合がある。
従来のUDテープ生産技術に関連する課題は、所望の基準を満たすUDテープの生産を不可能にする場合がある。例えば、従来の含浸技術は、繊維床にマトリックス材料を十分に含浸させることができない場合があり、これは、望ましくなく低い繊維体積分率、不均一な密度、大きい厚さ、大きい重量、および/または同種のものを有するUDテープを生じる可能性がある。繊維床が（例えば、炭素繊維床におけるような）低い浸透性を有するとき、ならびに/またはマトリックス材料が（例えば、高温のポリマーにおけるような）低い溶融強度および/もしくは高い粘度を有するときには、この問題点は悪化する可能性がある。
加えて、従来の溶媒ベースの含浸技術は、望ましくなく費用がかかる場合および/または複雑になる場合があり、これは、例えば、溶媒の必要性ならびに含浸させた繊維床からの溶媒の蒸発および/または溶媒の処分もしくは再生の必要性に起因する。同じく、従来の水性ベースの含浸技術は、望ましくなく費用がかかる場合および/または複雑になる場合があり、これは、例えば、マトリックス材料の水性スラリーを調製する必要性に起因し、これはマトリックス材料の微粉末の生産を典型的に必要とする。
概要
上述の欠点に対する解決策が見出されている。特に、UDテープの一貫したスケーラブルな生産を可能にする加工技術が見出されており、このUDテープは、小さいだけでなく均一な密度および/または高い繊維体積分率などのある種の特性を有する。そのような加工技術は、第1および第2の開繊繊維層の使用を含むことができ、（1）第2の開繊繊維層が、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有し、マトリックス材料が第2の開繊繊維層に導入され、それから第1および第2の開繊繊維層が一緒にプレスされる、かつ/または（2）マトリックス材料が第1の方向に対して垂直である押出方向または第1の方向と反対の成分を有する押出方向に出口から押し出されている間に、押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に第2の開繊繊維層を移動させることによって、マトリックス材料が第2の開繊繊維層に導入され、それから第1および第2の開繊繊維層が一緒にプレスされる。理論によって制限されることは望まないが、これらの列挙した加工技術は、単独でまたは組み合わせて使用することができ、開繊繊維層の含浸を容易にし、現在入手できるUDテープと比べたとき有利な特性を有するUDテープを生じると考えられる。
本UDテープのいくつかの態様は、熱可塑性材料と、マトリックス材料内に分散した複数の繊維とを含むマトリックス材料を含み、本テープは、0.07〜0.30mmである厚さを有する。いくつかのそのようなUDテープは、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOVを有する。いくつかのそのようなUDテープは、50％より高い繊維体積分率を有する。したがって、本UDテープのいくつかは薄くすることができる一方で、均一な密度および/または高い繊維体積分率を有する。本UDテープのいくつかは、開繊繊維層へと開繊したとき比較的低い浸透性を有する繊維（例えば、炭素繊維）を含んでいるにも関わらず、これらの望ましい特徴を持つことができる。
本方法のいくつかの態様は、溶媒ベースもしくは水性ベースの含浸技術のコストおよび/または複雑さを避けることができるメルトベースの含浸技術を使用して均一な密度および/または高い繊維体積分率を有する薄いテープを生産するために使用することができる。
例えば、本方法のいくつかは、（1）1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程、および1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する第2の開繊繊維層へと開繊する工程；（2）押出機を使用してマトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに（3）第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスする工程を含む。より少ない繊維が第1の開繊繊維層内に含まれる場合、その浸透性を高めることができ、それによって、第1および第2の開繊繊維層が一緒にプレスされるときの、第1の開繊繊維層の含浸が容易になる。
別の例において、本方法のいくつかは、（1）1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組を、第1および第2の開繊繊維層それぞれへと開繊する工程；（2）少なくとも（a）押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に第2の開繊繊維層を移動させ、かつ（b）第1の方向に対して垂直である押出方向または第1の方向と反対の成分を有する押出方向に出口からマトリックス材料を押し出すことによりマトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに（3）第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスする工程を含む。いくつかの方法において、第2の開繊繊維層は、ダイに接触するかまたは接近する（例えば、ダイから5mm以内）。いくつかの方法は、下流部分および上流部分を有するスクレーパー（これはダイの一部でもよい）の下に第2の開繊繊維層を通す工程を含み、マトリックス材料がスクレーパーと第2の開繊繊維層の間に蓄積するように、第2の開繊繊維層と上流部分の間の距離は、第2の開繊繊維層と下流部分の間の対応する（すなわち、同じ方向に測定された）距離より大きい。これらの方式の少なくともいくつかにおいて、ダイからのマトリックス材料を第2の開繊繊維層に押し込むことができ、それによって第2の開繊繊維層の含浸が容易になる。
本明細書に開示されるのは態様1〜53である。
態様1は、一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法である：1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する第2の開繊繊維層へと開繊する工程；少なくとも押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第2の開繊繊維層を移動させ、かつ出口からマトリックス材料を押し出すことによりマトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることによりテープを生産する工程。
態様2は、1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、態様1である。
態様3は、マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程が、第2の開繊繊維層がダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に移動され、かつマトリックス材料が第1の方向に対して垂直である押出方向または第1の方向と反対の成分を有する押出方向に出口から押し出されるように実施される、態様1または2である。
態様4は、一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法である：1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；少なくとも押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に第2の開繊繊維層を移動させ、かつ第1の方向に対して垂直である押出方向または第1の方向と反対の成分を有する押出方向に出口からマトリックス材料を押し出すことによりマトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることによりテープを生産する工程。
態様5は、第2の開繊繊維層が、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する、態様4である。
態様6は、1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、態様5である。
態様7は、第1の方向と押出方向の間の角度が約85度〜90度である、態様3〜6のいずれかである。
態様8は、ダイの出口からマトリックス材料を押し出す工程が、ダイの内部流路を通じて出口までマトリックス材料を運ぶことを含み、押出方向が、内部流路の長軸に対して平行かつ/または出口の面に対して垂直である、態様3〜7のいずれかである。
態様9は、第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレス中、第1の開繊繊維層が第1の幅を有し、第2の開繊繊維層が、第1の幅と実質的に等しい第2の幅を有する、態様1〜8のいずれかである。
態様10は、マトリックス材料がスクレーパーと第2の開繊繊維層の間に蓄積するように、下流部分および上流部分を有するスクレーパーの下に第2の開繊繊維層を通す工程を含み、ここで第2の開繊繊維層と上流部分の間の距離が第2の開繊繊維層と下流部分の間の対応する距離より大きい、態様1〜9のいずれかである。
態様11は、スクレーパーがダイに連結されている、態様10である。
態様12は、押出機内の圧力が約5bar（ゲージ）〜約25bar（ゲージ）である、態様1〜11のいずれかである。
態様13は、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が無サイズ（unsized）繊維を含む、態様1〜12のいずれかである。
態様14は、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、バサルト繊維、スチール繊維、またはそれらの組合せを含む、態様1〜13のいずれかである。
態様15は、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、態様14である。
態様16は、マトリックス材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（1,4-シクロヘキシリデンシクロヘキサン-1,4-ジカルボキシレート）（PCCD）、グリコール変性ポリシクロヘキシルテレフタレート（PCTG）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む熱可塑性材料を含む、態様1〜15のいずれかである。
態様17は、熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、態様16である。
態様18は、マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ベークライト、duroplast、尿素ホルムアルデヒド、フタル酸ジアリル、エポキシ樹脂、エポキシビニルエステル、ポリイミド、ポリシアヌレートのシアン酸エステル、ジシクロペンタジエン、フェノール類、ベンゾオキサジン、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む熱硬化性材料を含む、態様1〜15のいずれかである。
態様19は、35％以上である繊維体積分率をテープが有する、態様1〜18のいずれかである。
態様20は、繊維体積分率が50％より高い、態様19である。
態様21は、繊維体積分率が70％以下であり、任意で繊維体積分率が65％〜70％である、態様20である。
態様22は、テープが、0.07mm〜0.30mmである厚さを有する、態様1〜21のいずれかである。
態様23は、厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意で厚さが約0.15mmである、態様22である。
態様24は、テープが、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOVを有する、態様1〜23のいずれかである。
態様25は、平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、態様24である。
態様26は、平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、態様25である。
態様27は、一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法である：1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOVならびに0.07mm〜0.30mmである厚さを有するテープを生産する工程。
態様28は、平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、態様27である。
態様29は、平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、態様28である。
態様30は、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、またはそれらの組合せを含む、態様27〜29のいずれかである。
態様31は、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、態様30である。
態様32は、一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法である：炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、50％より高い繊維体積分率および0.07mm〜0.30mmである厚さを有するテープを生産する工程。
態様33は、繊維体積分率が70％以下であり、任意で繊維体積分率が65％〜70％である、態様32である。
態様34は、熱可塑性材料がポリカーボネートを含み、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維をそれぞれ含み、（1）平均RFACが約71.6であり、かつCOVが約9.4であり、または（2）平均RFACが約74.4であり、かつCOVが約6.8である、態様27である。
態様35は、熱可塑性材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルスルホン（PES）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む、態様27〜33のいずれかである。
態様36は、熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、態様35である。
態様37は、テープの厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意でテープの厚さが約0.15mmである、態様27〜36のいずれかである。
態様38は、出口を画定するダイを有する押出機、ならびに出口の上流に配置された第1の案内要素および出口の下流に配置された第2の案内要素、開繊繊維層を出口の下に第1の方向に案内するために開繊繊維層に接触するように構成された案内要素を含み、押出機が、第1の方向に対して垂直である押出方向または第1の方向と反対の成分を有する押出方向にダイの出口からマトリックス材料を押し出すように構成されている、一方向繊維テープを生産するためのシステムである。
態様39は、第1の方向と押出方向の間の角度が約85度〜90度である、態様38である。
態様40は、出口の下流に置かれ、下流部分および上流部分を有するスクレーパーを含み、任意で第2の案内要素がスクレーパーを含み、開繊繊維層が案内要素により案内されるとき、開繊繊維層と上流部分の間の距離が開繊繊維層と下流部分の間の対応する距離より大きい、態様38または39である。
態様41は、スクレーパーがダイに連結されている、態様40である。
態様42は、案内要素のうちの少なくとも1つがバーまたはプレートを含む、態様38〜41のいずれかである。
態様43は、熱可塑性材料を含むマトリックス材料と、マトリックス材料内に分散した複数の繊維とを含む、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOVならびに0.07mm〜0.30mmである厚さを有する一方向繊維テープである。
態様44は、平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、態様43である。
態様45は、平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、態様44である。
態様46は、繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、またはそれらの組合せを含む、態様43〜45のいずれかである。
態様47は、繊維が炭素繊維またはガラス繊維を含む、態様46である。
態様48は、熱可塑性材料を含むマトリックス材料と、マトリックス材料内に分散した複数の炭素繊維とを含み、50％より高い繊維体積分率、および0.07mm〜0.30mmである厚さを有する、一方向繊維テープである。
態様49は、繊維体積分率が50％〜70％であり、任意で繊維体積分率が65％〜70％である、態様48である。
態様50は、熱可塑性材料がポリカーボネートを含み、繊維が炭素繊維を含み、（1）平均RFACが約71.6であり、かつCOVが約9.4であり、または（2）平均RFACが約74.4であり、かつCOVが約6.8である、態様43である。
態様51は、熱可塑性材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルスルホン（PES）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む、態様43〜49のいずれかである。
態様52は、熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、態様51である。
態様53は、テープの厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意でテープの厚さが約0.15mmである、態様43〜53のいずれかである。
「連結され」という用語は、必ずしも直接的にではなくかつ必ずしも機械的にではないが接続されたと定義され、「連結され」ている2つの物品は互いに単体であってもよい。「1つの（a）」および「1つの（an）」という用語は、本開示が明示的に別途要求しない限り、1つまたは複数と定義される。「実質的に」という用語は、当業者には理解されるように、必ずしも指定されているもの全体ではないが大部分と定義される（かつ指定されているものを含み、例えば、実質的に90度、は90度を含み、実質的に平行、は平行を含む）。任意の開示されている態様において、「実質的に」および「約」という用語は、指定されているもの「の［百分率］以内」で置き換えられてもよく、百分率は0.1、1、5、および10パーセントを含む。
「および/または」という語句は、およびあるいはまたはを意味する。例示すると、A、B、および/またはCは、Aのみ、Bのみ、Cのみ、AおよびBの組合せ、AおよびCの組合せ、BおよびCの組合せ、またはA、B、およびCの組合せを含む。言い換えれば、「および/または」は包含的論理和として働く。
さらに、ある方式で構成されているデバイスまたはシステムは、少なくともその方式で構成されているが、具体的に説明された方式以外の方式で構成することもできる。
「を含む（comprise）」（ならびに「comprises」および「comprising」などのcompriseの任意の形態）、「を有する（have）」（ならびに「has」および「having」などのhaveの任意の形態）、および「を含む（include）」（ならびに「includes」および「including」などのincludeの任意の形態）という用語は非限定的な連結動詞である。その結果、1つまたは複数の要素を「含む（comprises）」、「有する（has）」、または「含む（includes）」装置は、それらの1つまたは複数の要素を持つが、それらの1つまたは複数の要素のみを持つことに限定されない。同じく、1つまたは複数の工程を「含む（comprises）」、「有する（has）」、または「含む（includes）」方法は、それらの1つまたは複数の工程を持つが、それらの1つまたは複数の工程のみを持つことに限定されない。
装置、システム、および方法のいずれかの任意の態様は、記載された工程、要素、および/または特色のいずれかを、含む（comprise）/有する（have）/含む（include）のではなく、これらからなるかまたはこれらから本質的になることができる。したがって、請求項のいずれか一項において、「からなる」または「から本質的になる」という用語は、普通なら非限定的な連結動詞を使用しているはずのものから所与の請求項の範囲を変更するために、上記の非限定的な連結動詞のいずれかで置き換えることができる。
1つの態様の1つまたは複数の特色は、本開示または態様の性質により明示的に禁止されていない限り、説明または例示されていなくても他の態様に適用されてもよい。
態様に関連する一部の詳細は上述されており、その他は以下で説明する。
以下の図面は限定ではなく例として示すものである。簡潔かつ明確にするために、構造体が見えるすべての図において所与の構造体のすべての特色が必ずしもラベル付けされるとは限らない。同一の参照番号が同一の構造体を必ずしも示すとは限らない。むしろ、同一でない参照番号が使用されてもよいように、同様の特色または同様の機能を有する特色を示すために同じ参照番号が使用されてもよい。図のそれぞれは概略図として認められない限り原寸に比例して描かれており、これは、少なくとも図に示された態様については、図に示された要素のサイズが互いに対して正確であることを意味する。
先行技術のUDテープの断面画像である。 UDテープの平均RFACおよびCOVを決定するための手順を示す概略図である。 本UDテープの1つの態様の概略透視図である。 2つの開繊繊維層のうちの1つにマトリックス材料を導入する工程および開繊繊維層を一緒にプレスする工程を含む、UDテープを生産するための本方法のいくつかの態様のフローチャートである。 （1つまたは複数の）繊維束の第1および第2の組を、それぞれの第1および第2の開繊繊維層へと開繊するための本開繊システムの態様の概略側面図である。 図5の開繊システムの斜視図である。 図5の開繊システムの開繊要素の概略透視図である。 マトリックス材料を開繊繊維層に導入するためのダイを有する押出機を含む本含浸システムの態様の概略側面図である。 図8の含浸システムのダイの概略側断面図である。 図8の含浸システムのダイの概略側断面図である。 図8の含浸システムの斜視図である。 本含浸システムの態様の斜視図である。 第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスするための様々な構成要素の概略側面図である。 図13の構成要素のいくつかの斜視図である。 それぞれそのテープの平均RFACおよびCOVを決定するために使用されたボックスならびに繊維数の注釈を付けた本UDテープの態様の断面画像である。 それぞれそのテープの平均RFACおよびCOVを決定するために使用されたボックスならびに繊維数の注釈を付けた本UDテープの態様の断面画像である。
詳細な説明
既存のUDテープは、望ましくなく不均一な密度、低い繊維体積分率、および/または大きい厚さを有する場合がある。例えば、図1は、マトリックス材料104内に分散したガラス繊維102を含む先行技術のUDテープ100の断面画像である。UDテープ100において、マトリックス材料104内の繊維102の分布（したがってテープの密度）は不均一であり、例えば、繊維はクラスター106にまとまり、マトリックス材料は、クラスターの周りに配置された概して繊維のないポケット108内に集中する。この不均一な密度は65.7の平均RFACおよび32.4のCOVとして定量化することができる（実施例2参照）。そのような不均一な密度は、UDテープ100の性能を一貫していない予測不可能なものにする可能性がある。加えて、マトリックス材料104のポケット108、特に繊維102のクラスター106の上および下に位置しているものは、UDテープ100が（例えば、高い強度および/または剛性が重要な用途における使用には）望ましくなく低い繊維体積分率ならびに（例えば、スペースが限られた用途における使用および/または低い重量が重要な用途における使用には）望ましくなく大きい厚さを有する原因になり得る。
A.本開示のUDテープ
以下でより詳しく説明するように、本UDテープは薄くする（例えば、約0.30mm以下である厚さを有する）ことができるだけでなく、高い（例えば、50％より高い）繊維体積分率および/または均一な（例えば、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOVと定義される）密度を持つ。
1.RFACおよびCOVの決定
さらに図2に関して、UDテープ（例えば、200）の平均RFACおよびCOVは以下の手順を使用して決定される：
1.画像の幅204がUDテープの（方向206に測定された）幅と位置合わせされ、かつ画像の高さ208がUDテープの厚さ210と位置合わせされるように、UDテープの長さに対して垂直にUDテープの断面画像202を撮影する。（以下で説明する）ボックス216a〜216kのそれぞれが画像内におさまるほど画像202の幅204は十分広く、UDテープの厚さ210全体が画像に取り込まれるほど画像の高さ208は十分大きい。実施例のセクションで論じる画像を生成するために、KEYENCE VK-X22カメラを50倍のレンズと共に使用したが、他のカメラまたは撮像デバイスを使用することができる。
2.画像に取り込まれたUDテープの部分をUDテープの幅および厚さに沿ってクロスヘアが二等分するようにクロスヘア212および214を画像202上に描く。
3.クロスヘア212および214が交差する場所を中心に、UDテープの厚さ210の約80％に等しい辺を有する第1の正方形のボックス216aを描く。
4.ボックスのそれぞれが第1の正方形のボックス216aと同じ寸法を有する5つの隣接する正方形のボックスの2つの組216b〜216fおよび216g〜216kを、
（a）厚さ方向のクロスヘア214のそれぞれの側方に、これらの組のそれぞれを描き、
（b）これらの組のそれぞれが、第1の正方形のボックスに隣接し、
（c）これらの組のそれぞれについて、ボックスのそれぞれが幅方向のクロスヘア212を中心とする
ように、画像202上に描く。合計で11個のボックス216a〜216kが画像202上に描かれる。
5.ボックス216a〜216kのそれぞれについて、ボックス内で繊維218が占める面積を測定して、面積カバー率（AC）（％）と称する、ボックスの総面積に対する百分率として表す。繊維の断面の大部分がボックス内にある繊維のそれぞれを数え、その数に繊維の平均断面積（これは繊維の製造者により提供され得る）を掛けることにより、ボックス（例えば、216a〜216kのいずれか）内で繊維（例えば、218）が占める面積を近似することができる。
6.ボックス216a〜216kのそれぞれについて、ボックスの理論的に可能な最大ACでボックスのACを割ることによりボックスのRFACを決定し、円形の断面を有する繊維およびボックス内のそれらの繊維の正方形での充填を仮定すると、理論的に可能な最大ACは78.5であることがわかる。
7.ボックス216a〜216kのRFACを平均することによりUDテープの平均RFACを決定する。
8.ボックス216a〜216kのACの標準偏差（σ）をボックスのACの平均で割り100を掛けることによりUDテープのCOVを決定する。
2.特性
このセクションでは、本UDテープの例示的な組成物、寸法、および特性が開示される。例示として記載された図3は、マトリックス材料308内に分散した繊維304を含む本UDテープの1つの態様300の概略透視図である。
UDテープ300において、繊維304は、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、またはそれらの組合せ（例えば、炭素繊維またはガラス繊維）を含むことができる。UDテープ300のマトリックス材料308は、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルスルホン（PES）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンド（例えば、ポリカーボネート、ポリアミド（例えば、ポリアミド6、ポリアミド66、および/または同種のもの）、それらのコポリマー、またはそれらのブレンド）を含む熱可塑性材料を含むことができる。
いくつかのUDテープ（例えば、300）において、UDテープのマトリックス材料（例えば、308）は、難燃剤、例えば、ホスフェート構造体（例えば、レゾルシノールビス（ジフェニルホスフェート））、スルホン酸塩、ハロゲン、亜リン酸、タルク、シリカ、水和酸化物、臭素化ポリマー、塩素化ポリマー、リン含有ポリマー、ナノクレイ、有機粘土、ポリホスホネート、ポリ［ホスホネート-co-カーボネート］、ポリテトラフルオロエチレンおよびスチレンアクリロニトリルコポリマー、ポリテトラフルオロエチレンおよびメチルメタクリレートコポリマー、ポリシリキサンコポリマー、ならびに/または同種のものなどを含むことができる。
いくつかのUDテープ（例えば、300）において、UDテープのマトリックス材料（例えば、308）は、1種もしくは複数種の添加剤、例えば、マトリックス材料とUDテープの繊維（例えば、304）との接着を促進するカップリング剤、酸化防止剤、熱安定剤、流れ調整剤、安定剤、UV安定剤、UV吸収剤、耐衝撃性改良剤、架橋剤、着色剤、またはそれらの組合せなどを含むことができる。カップリング剤の非限定的な例には、DUPONTから市販されているPOLYBOND 3150無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、DUPONTから市販されているFUSABOND P613無水マレイン酸グラフトポリプロピレン、無水マレイン酸エチレン、またはそれらの組合せが含まれる。流れ調整剤の非限定的な例は、POLYVEL INCから市販されているCR20P過酸化物マスターバッチである。熱安定剤の非限定的な例は、BASFから市販されているIRGANOX B 225である。UV安定剤の非限定的な例には、ヒンダードアミン光安定剤、ヒドロキシベンゾフェノン、ヒドロキシフェニルベンゾトリアゾール、シアノアクリレート、オキサニリド、ヒドロキシフェニルトリアジン、およびそれらの組合せが含まれる。UV吸収剤の非限定的な例には、4-置換-2-ヒドロキシベンゾフェノンおよびその誘導体、アリールサリシレート、レゾルシノールモノベンゾエートなどのジフェノールのモノエステル、2-（2-ヒドロキシアリール）-ベンゾトリアゾールおよびその誘導体、2-（2-ヒドロキシアリール）-1,3,5-トリアジンおよびその誘導体、またはそれらの組合せが含まれる。耐衝撃性改良剤の非限定的な例には、1種もしくは複数種のマトリックス形成モノマーに溶解させたエラストマー/ソフトブロック（例えば、バルクHIPS、バルクABS、反応器改質PP、LOMOD、LEXAN EXL、および/または同種のもの）、コンパウンドすることによりマトリックス材料内に分散させた熱可塑性エラストマー（例えば、ジ-、トリ-、およびマルチブロックコポリマー、（官能化）オレフィン（コ）ポリマー、および/または同種のもの）、コンパウンドすることによりマトリックス材料内に分布させたあらかじめ定義されたコア-シェル（基材-グラフト）粒子（例えば、MBS、ABS-HRG、AA、ASA-XTW、SWIM、および/または同種のもの）、またはそれらの組合せを含む耐衝撃性改良剤の非限定的な例が含まれる。架橋剤の非限定的な例には、ジビニルベンゼン、過酸化ベンゾイル、アルキレンジオールジ（メタ）アクリレート（例えば、グリコールビスアクリレートおよび/または同種のもの）、アルキレントリオールトリ（メタ）アクリレート、ポリエステルジ（メタ）アクリレート、ビスアクリルアミド、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、アリル（メタ）アクリレート、ジアリルマレエート、ジアリルフマレート、ジアリルアジペート、クエン酸のトリアリルエステル、リン酸のトリアリルエステル、またはそれらの組合せが含まれる。いくつかのUDテープ（例えば、300）において、そのような添加剤はニートのポリプロピレンを含むことができる。
UDテープ300は、（例えば、方向316に測定された）任意の適した長さおよび任意の適した幅320を有することができる。例えば、UDテープ300の長さは、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、80、90、もしくは100メートル（m）のいずれか1つより長くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間にすることができる。別の例において、UDテープ300の幅320は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、25、30、35、40、45、50、55、60、70、80、90、もしくは100センチメートル（cm）のいずれか1つより広くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間にすることができる。UDテープ300は薄く、例えば、UDテープの厚さ324は、UDテープの平均厚さであり得るが、0.07、0.08、0.09、0.10、0.11、0.12、0.13、0.14、0.15、0.16、0.17、0.18、0.19、0.20、0.21、0.22、0.23、0.24、0.25、0.26、0.27、0.28、0.29、もしくは0.30mmのいずれか1つより小さくまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、0.07mm〜0.30mm、0.10mm〜0.25mm、または約0.15mm）である。
UDテープ300は、高い繊維体積分率および/または均一な密度を有することができる。例えば、UDテープ300の繊維体積分率は、50、52、54、56、58、60、62、64、66、68、もしくは70％のいずれか1つより高くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、50％より高く、50％より高くかつ70％以下、または65〜70％）にすることができる。より高い繊維体積分率を有するUDテープ（例えば、300）は、より低い繊維体積分率を有するUDテープ（例えば、100）より高い強度および/または剛性を持つことができる。別の例において、UDテープ300は、65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOV、より好ましくは、70〜90の平均RFACおよび3〜15のCOV、さらにより好ましくは、75〜90の平均RFACおよび3〜10のCOVを有することができる。より均一な密度を有するUDテープ（例えば、300）は、より不均一な密度を有するUDテープ（例えば、100）より一貫してかつ予測可能に性能を発揮することができる。
少なくとも薄くかつ高い繊維体積分率および/または均一な密度を有することにより、UDテープ300は既存のUDテープより構造的に効率的になり、例示すると、UDテープ300は、同様の強度および/もしくは剛性の既存のUDテープより小さいサイズおよび/もしくは重量、同様のサイズおよび/もしくは重量の既存のUDテープより高い強度および/もしくは剛性、ならびに/または同種のものを有することができる。UDテープ（例えば、300）のそのような望ましい特徴は、少なくとも部分的には、UDテープの製造中の繊維（例えば、304）の効果的な開繊およびマトリックス材料（例えば、308）によるそれらの繊維の効果的な含浸により得ることができる。そのような効果的な開繊および含浸を実現するための方法およびシステムの非限定的な例を以下で開示する。
B.UDテープを生産するための方法およびシステム
図4は、UDテープを生産するための本方法の態様を示す。以下で説明する通り、UDテープは、1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組を、それぞれの第1および第2の開繊繊維層へと開繊する工程（工程404および408）、マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程（工程412）、ならびに第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスする工程（工程416）により生産することができる。図4の方法を説明するために本開繊システム（例えば、500、図5〜7）および含浸システム（例えば、800、図8〜11）の態様について以下で言及するが、これらのシステムはそれらの方法に限定するものではなく、それらの方法は任意の適したシステムを使用して実施することができる。
さらに図5〜7に関して、いくつかの方法は、1つまたは複数の繊維束（例えば、504a）の第1の組を、第1の開繊繊維層（例えば、508a）へと開繊する工程404、および1つまたは複数の繊維束（例えば、504b）の第2の組を、第2の開繊繊維層（例えば、508b）へと開繊する工程408を含む。繊維束は、繊維のストランド、ロービング、および/またはトウとして特徴付けることができ、任意の適した繊維、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、バサルト繊維、スチール繊維、またはそれらの組合せなどを含むことができる。いくつかの方法において、繊維束（例えば、504aおよび504b）は無サイズ繊維を含むことができる。そのような無サイズ繊維は、未被覆でもよく、かつ/またはサイジング材、例えば、エポキシ、ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、ウレタン、カップリング剤（例えば、アルコキシシラン）、潤滑剤、帯電防止剤、界面活性剤、および/もしくは同種のものなどを含まなくてもよい。無サイズ繊維を有する繊維束（例えば、504aおよび504b）は、サイズ繊維を有する繊維束より容易に開繊繊維層（例えば、508aおよび508b）へと開繊することができる（例えば、サイジング材は、繊維が互いに付着する傾向を高める可能性がある）。
繊維束のそれぞれは、任意の適した数の繊維を含むことができ、例えば、各繊維束は250〜610,000本の繊維を含むことができ、繊維束は1K、3K、6K、12K、24K、30K、50K、もしくはさらに太い繊維束、および/または同種のものにすることができる。繊維束はリールで供給することができ、そこから繊維束を巻き出し、繊維束を第1および第2の開繊繊維層へと開繊するための開繊システム（例えば、500）に供給することができる。
例示として記載された開繊システム500は、（1つまたは複数の）繊維束504aの第1の組を第1の開繊繊維層508aへと開繊するための開繊要素512a〜512fの第1の組、および（1つまたは複数の）繊維束504bの第2の組を第2の開繊繊維層508bへと開繊するための1つまたは複数の開繊要素512g〜512lの第2の組を含むことができる。例示すると、1つまたは複数の繊維束の第1の組は、任意の適した数の（1つまたは複数の）繊維束（例えば、1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、またはそれ以上の繊維束）を含むことができ、これらは、（1つまたは複数の）繊維束を第1の開繊繊維層へと開繊するために開繊要素の第1の組の開繊要素の下および上に一緒に通すことができる。同様に、1つまたは複数の繊維束の第2の組は、任意の適した数の（1つまたは複数の）繊維束（例えば、1つ、2つ、3つ、4つ、5つ、6つ、7つ、8つ、9つ、またはそれ以上の繊維束）を含むことができ、これらは、（1つまたは複数の）繊維束を第2の開繊繊維層へと開繊するために開繊要素の第2の組の開繊要素の下および上に一緒に通すことができる。
開繊要素512a〜512lのそれぞれは、開繊要素により開繊された（1つまたは複数の）繊維束（（1つまたは複数の）繊維束504aの第1の組または（1つまたは複数の）繊維束504bの第2の組）に対して実質的に垂直に配向させることができる。例えば、開繊要素は、（1つまたは複数の）繊維束に接触しかつ（1つまたは複数の）繊維束に対して実質的に垂直である長軸（例えば、702、図7）を有する細長い本体（例えば、バーまたはプレート）をそれぞれ含むことができる。開繊システム500は、1つまたは複数の開繊要素が連結されているフレーム516を含むことができる。
開繊要素512a〜512lは、（1つまたは複数の）繊維束を開繊するために（1つまたは複数の）繊維束に接触する曲面704をそれぞれ画定することができる。開繊システム500において、開繊要素のそれぞれの曲面704は円柱形にすることができる。例えば、開繊要素のそれぞれはバーを含むことができ、（1つまたは複数の）繊維束に接触するバーの一部は、真っ直ぐでありかつ直径が実質的に一定である円形の断面を有する。（1つまたは複数の）繊維束の開繊中、そのような円柱形の曲面（例えば、704）は、（1つまたは複数の）繊維束に対して垂直である方向に少なくとも勾配がほとんどないか勾配がないことにより、繊維に作用する力を減少させ、したがって繊維の切断を緩和することができる。それでも、他の態様では、1つまたは複数の開繊要素のそれぞれの曲面は、球形、楕円形、双曲面、円錐形、および/または同種のものにすることができる。いくつかの態様では、1つまたは複数の開繊要素は、その曲面を画定する、バーではなく湾曲したプレートをそれぞれ含むことができる。
そのような曲面（例えば、704）は、任意の適した半径（例えば、708）、例えば、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、20.0、21.0、22.0、23.0、24.0、25.0、26.0、27.0、28.0、29.0、もしくは30.0mmのいずれか1つより大きいまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間にある半径などを有することができる。例示すると、開繊要素512a〜512cおよび512g〜512iのそれぞれの曲面704は約6.30mmの半径708を有することができ、開繊要素512d〜512fおよび512j〜512lのそれぞれの曲面704は約25.4mmの半径708を有することができる。
開繊要素512a〜512lのそれぞれについて、曲面704は低摩擦表面にすることができ、例えば、開繊要素は低摩擦材料（例えば、熱処理または化学処理された金属、例えば鋼）を含むことができ、開繊要素は、低摩擦被覆および/もしくはめっき、ならびに/または同種のものを含むことができる。低摩擦めっきの非限定的な例は、TOPOCROMから入手できるものなどの硬質クロムめっきである。（1つまたは複数の）繊維束の開繊中、そのような低摩擦曲面（例えば、704）は、繊維に作用する力を減少させ、したがって繊維の切断を緩和することができる。
開繊要素512a〜512lのうちの少なくとも1つは、開繊要素による（1つまたは複数の）繊維束の開繊中、（1つまたは複数の）繊維束（（1つまたは複数の）繊維束504aの第1の組または（1つまたは複数の）繊維束504bの第2の組）に対して移動させることができる。例えば、開繊要素のうちの少なくとも1つは、その長軸702と位置合わせされている方向712に（1つまたは複数の）繊維束および/またはフレーム516に対して振動させることができる。そのような振動は、開繊要素に連結された駆動部（例えば、520）、例えばモータ、を使用して実現することができる。とりわけ、開繊システム500において、開繊要素512b、512e、512h、および512kはそのように振動することができる。そのような振動は、任意の適した振幅、例えば、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0、14.0、15.0、16.0、17.0、18.0、19.0、もしくは20.0mmのいずれか1つより大きいまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、0.1mm〜20.0mm、0.1mm〜10mm、0.5mm〜8.0mm、または1.0mm〜5.0mm）にある振幅など、および、任意の適した周波数、例えば、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、もしくは5.0ヘルツ（Hz）のいずれか1つより高くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、0.1Hz〜5.0Hzまたは0.5Hz〜2.0Hz）にある周波数などのものにすることができる。開繊要素（例えば、512a〜512lのいずれか）のそのような振動は、例えば、繊維の並置を助長することにより、開繊要素による（1つまたは複数の）繊維束の開繊を容易にすることができる。
別の例において、開繊要素512a〜512lのうちの少なくとも1つは、開繊要素による（1つまたは複数の）繊維束の開繊中、（1つまたは複数の）繊維束および/またはフレーム516に対してその長軸702の周りに方向716に回転させることができる。そのような回転は、開繊要素に連結された駆動部（例えば、520）、例えばモータ、を介して実現することができる。そのような回転は、任意の適した大きさ、例えば、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、6.0、7.0、8.0、9.0、10.0、12.0、14.0、16.0、18.0、もしくは20度のいずれか1つより大きいまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間にある大きさなど、および、任意の適した周波数、例えば、上述の任意の周波数などで振動する形で実施することができる。そのように回転可能でない開繊要素のものは、フレーム316に対して回転可能に取り付けることができる。
（1つまたは複数の）繊維束504aおよび504bの第1および第2の組を、第1および第2の開繊繊維層508aおよび508bへと開繊中、開繊要素512a〜512lのうちの少なくとも1つを加熱することができる。例えば、開繊要素の温度は、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、もしくは200℃のいずれか1つより高くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、約100℃〜約180℃）にすることができる。開繊要素（例えば、512a〜512lのいずれか）の加熱は、任意の適した形で、例えば、開繊要素に連結された加熱要素（例えば、524）を介するなどして達成することができる。開繊システム500において、繊維束が開繊繊維層へと開繊されるときに繊維束を加熱するために、赤外線ヒータなどの熱源528を置くことができる。熱源528の温度は、任意の適した温度、例えば、加熱された開繊要素について上で説明した任意の温度などにすることができる。（1つまたは複数の）繊維束の加熱は、開繊繊維層への（1つまたは複数の）繊維束の開繊を容易にすることができ、かつ/またはマトリックス材料による開繊繊維層の含浸を向上させることができる。
さらに図8〜12に関して、いくつかの方法は、マトリックス材料を第2の開繊繊維層（例えば、508b）に導入する工程412を含む。マトリックス材料は、熱可塑性材料または熱硬化性材料を含むことができる。そのような熱可塑性材料は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（1,4-シクロヘキシリデンシクロヘキサン-1,4-ジカルボキシレート）（PCCD）、グリコール変性ポリシクロヘキシルテレフタレート（PCTG）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含むことができる。そのような熱硬化性材料は、例えば、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ベークライト、duroplast、尿素ホルムアルデヒド、フタル酸ジアリル、エポキシ樹脂、エポキシビニルエステル、ポリイミド、ポリシアヌレートのシアン酸エステル、ジシクロペンタジエン、フェノール類、ベンゾオキサジン、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含むことができる。マトリックス材料は、上述の1種または複数種の難燃剤および/または添加剤を含むことができる。
例示すると、マトリックス材料は、押出機804（例えば、メルトベースの含浸技術の一例）を使用して第2の開繊繊維層に導入することができる。とりわけ第2の開繊繊維層は、マトリックス材料が出口から押し出される間に、押出機のダイ808の出口812の下にかつ出口に対して、移動させることができる。押出機804内（例えば、ダイ808内）の圧力は、任意の適した圧力、例えば、5、6、7、8、9、10、12、14、16、18、20、もしくは25bar（ゲージ）のいずれか1つより高いまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、約5bar（ゲージ）〜約25bar（ゲージ））にある圧力などにすることができる。押出機804内（例えば、ダイ808内）の温度は、マトリックス材料の組成に基づいて選択することができる。
ダイ808からのマトリックス材料はシートまたはフィルムとして供給することができ、例えば、出口812は細長いスリットにすることができる。例示すると、出口812は、0.2、0.3、0.4、0.5、もしくは0.6mmのいずれか1つより狭いまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、約0.2mm〜約0.6mm）にある幅814（図10）を有することができる。（幅814に対して垂直に測定された）出口812の長さは、出口の下にある第2の開繊繊維層の一部の幅と実質的に等しくすることができる。ダイ808は、出口812まで延びる内部流路820を含むことができ、それを通じてマトリックス材料を出口に供給することができる。マトリックス材料をマニホールドまたは導管から内部流路を通じて出口812まで供給することができるように、内部流路820をダイ808のマニホールドまたは導管816と流体連通させることができる。マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入中、第2の開繊繊維層をダイ808に、とりわけ、出口812を画定するダイの部分に接触または接近させることができる（例えば、ダイから1、2、3、4、または5mm以内）。ダイ808に対する第2の開繊繊維層のそのような配置は、押出機804がマトリックス材料を第2の開繊繊維層に押し込むことを容易にすることができ、それによって第2の開繊繊維層の含浸を向上させることができる。
マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入中、第2の開繊繊維層は、出口812の下にかつ出口に対して、第1の方向824に移動させることができ、マトリックス材料を第1の方向に対して垂直である押出方向828または第1の方向と反対の成分832を有する押出方向828に出口から押し出すことができる。押出方向828は、内部流路820の長軸836に対して平行にかつ/または出口812の面840（例えば、少なくとも出口の外周の大部分がその上にある面）に対して垂直にすることができる。例示すると、第1の方向824と押出方向828の間の角度834は、70、71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81、82、83、84、85、86、87、88、89、もしくは90度のいずれか1つより小さくまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、約85度〜90度）にすることができる。少なくともこのようにして、ダイ808に対する第2の開繊繊維層の移動を利用して、ダイを出るマトリックス材料を第2の開繊繊維層に押し入れることを助長（または少なくとも阻害しないように）することができる。
含浸システム800は、ダイ出口812の下流に配置されたスクレーパー844を含むことができ、その下に第2の開繊繊維層を通すことができる（図10）。スクレーパー844は、上流部分856aおよび下流部分856bを含むことができ、第2の開繊繊維層と上流部分の間の距離860aは、第2の開繊繊維層と下流部分の間の対応する（すなわち、同じ方向に測定された）距離860bより大きい。第2の開繊繊維層は、スクレーパー844に接触または接近させることができる（例えば、スクレーパーから1、2、3、4、または5mm以内）。これらの方法で、第2の開繊繊維層に対して傾いたスクレーパーの配向によりスクレーパー844と第2の開繊繊維層の間にマトリックス材料を蓄積させ、第2の開繊繊維層に押し入れることができる。示す通り、スクレーパー844はダイ808に連結されている（例えば、ダイ808の一部を形成する）が、他の態様では、スクレーパーおよびダイは別個の構成要素であり得る。含浸システム800において、第2の開繊繊維層に面するスクレーパー844の表面は平面状であるが、他の態様では、スクレーパーのそのような表面は曲面（例えば、凹面または凸面）であり得る。
含浸システム800は、ダイ808に対して第1および第2の開繊繊維層を案内するための1つまたは複数の案内要素864a〜864dを含むことができ、例えば、案内要素864cおよび864dは、ダイの出口812の下に第2の開繊繊維層を案内することができ、案内要素864a〜864cは、ダイの上に第1の開繊繊維層を案内することができる。そのような案内要素は、バー、プレート、ローラー、および/または同種のものを含むことができる。案内要素864aおよび864dは開繊要素であり得、開繊要素512a〜512lに関して上で説明した特色のいずれかを含むことができる。加えて、案内要素864aおよび864dは、開繊システム（例えば、500）の構成要素と考えることができる。案内要素864cはプレス要素であり得、プレス要素1304a〜1304fに関して以下で説明する特色のいずれかを含むことができる。スクレーパー844は、ダイ808の下の第2の開繊繊維層の経路に影響する点で案内要素として特徴付けることができる。
案内要素864a〜864dのうちの少なくとも1つを（例えば、開繊要素512a〜512lに関して上で説明したのと同じかまたは同様の形で）加熱することができる。例えば、案内要素の温度は、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、もしくは200℃のいずれか1つより高くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、約100℃〜約180℃）にすることができる。含浸システム800において、開繊繊維層を加熱するために赤外線ヒータなどの熱源876を置くことができ、これは、開繊繊維層の含浸を向上させることができる。熱源876の温度は、任意の適した温度、例えば、加熱された案内要素について上で説明した温度などにすることができる。
いくつかの方法は、第1の開繊繊維層（例えば、508a）および第2の開繊繊維層（例えば、508b）を一緒に少なくともプレスすることによるUDテープ（例えば、1302）を生産する工程416を含む。例えば、第1の開繊繊維層508aおよび第2の開繊繊維層508bを、第1の開繊繊維層が第2の開繊繊維層と案内要素の間に配置されるように（プレス要素であり得る）案内要素864cの下に導き、これと接触させることができる。このようにして、開繊繊維層が一緒にプレスされるとき、マトリックス材料が導入された第2の開繊繊維層は、第1の開繊繊維層にマトリックス材料を含浸させることができる。
第2の開繊繊維層は、第1の開繊繊維層より少なくとも10％（例えば、少なくとも20％）多い繊維を有することができる。例えば、（1つまたは複数の）繊維束504bの第2の組は、（1つまたは複数の）繊維束504aの第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含むことができ、かつ/または（1つまたは複数の）繊維束の第2の組の（1つまたは複数の）繊維束は、（1つまたは複数の）繊維束の第1の組の（1つまたは複数の）繊維束より多い繊維をそれぞれ含むことができる。より多くの繊維を第2の開繊繊維層内に提供すると、その含浸中の（例えば、滴下による）マトリックス材料の損失を減らすことができ、より少ない繊維を第1の開繊繊維層内に提供すると、その浸透性を高めることができ、これは、第1の開繊繊維層が第2の開繊繊維層と一緒にプレスされるときの第1の開繊繊維層の含浸を容易にすることができる。そのような態様では、第2の開繊繊維層が第1の開繊繊維層より多い繊維を有するにも関わらず、第1および第2の開繊繊維層は実質的に同じ幅を有することができる（例えば、図12、それぞれ1204aおよび1204b）。
さらに図13および図14に関して、1つまたは複数のプレス要素（例えば、1304a〜1304f）の上および/または下に開繊繊維層を通すことにより、第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスする工程を実施することができる。（1つまたは複数の）プレス要素のそれぞれは、例えば、バー、プレート、ローラー、または同種のものを含むことができる。例示すると、プレス要素1304a〜1304eはバーまたはローラーをそれぞれ含むことができ、プレス要素1304fはプレートを含むことができる。そのような（1つまたは複数の）プレス要素は、含浸システム（例えば、800）の（1つまたは複数の）構成要素と考えることができ、例えば、プレス要素1304aは案内要素864cであり得る。
開繊繊維層が（1つまたは複数の）プレス要素の上および/または下に通されるとき、例えば、それらの固結を容易にするために開繊繊維層を加熱することができる。第1に、（1つまたは複数の）プレス要素のうちの少なくとも1つを加熱することができ、これは、開繊要素512a〜512lについて上で説明したのと同じかまたは同様の形で達成することができる。例示すると、（1つまたは複数の）プレス要素のうちの少なくとも1つの温度は、80、90、100、110、120、130、140、150、160、170、180、190、もしくは200℃のいずれか1つより高くまたはいずれか1つと実質的に等しく、あるいはいずれか2つの間（例えば、約100℃〜約180℃）にすることができる。第2に、（1つまたは複数の）プレス要素の少なくともいくつかの上（または下または横）に赤外線ヒータなどの熱源1316を置くことができる。第3に、（1つまたは複数の）プレス要素の少なくともいくつかを加熱されたプレート1308の間に配置することができ、これらは断熱層1312により断熱することができる。
開繊繊維層を（1つまたは複数の）組のカレンダーロール、例えばカレンダーロール1320aの第1の組およびカレンダーロール1320bの第2の組に（その順序で）通過させることができる。カレンダーロール1320aの第1の組は、例えば、200、210、220、230、240、250、260、270、280、290、もしくは300℃のいずれか1つより高いまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、約250℃）にある温度など、比較的高い温度にすることができる。そのような比較的高い温度は、開繊繊維層の固結を容易にすることができる。そして、カレンダーロール1320bの第2の組は、例えば、50、60、70、80、90、100、110、もしくは120℃のいずれか1つより低いまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、80〜90℃）にある温度など、比較的低い温度にすることができる。そのような比較的低い温度は、開繊繊維層の冷却を容易にすることができる。いくつかの態様では、カレンダーロールの1組のみが使用され、カレンダーロールのその組は、カレンダーロール1320aの第1の組について上で説明した任意の温度を含む任意の適した温度にすることができる。
本方法は、例えば、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5、7.0、7.5、8.0、8.5、9.0、9.5、10.0、11、12、13、14、もしくは15メートル/分（m/min）のいずれか1つより高いまたはいずれか1つと実質的に等しい、あるいはいずれか2つの間（例えば、2m/min〜15m/minまたは2m/min〜6m/min）にあるライン速度など、任意の適したライン速度を使用して実施することができる。ライン速度は、開繊システム500を通過する（1つまたは複数の）繊維束504aおよび504bの第1および第2の組の速度、含浸システム800を通過する第1および第2の開繊繊維層508aおよび508bの速度、ならびに/または同種のものを指し得る。
本方法を使用して生産されたUDテープ（例えば、1302）は、UDテープ300について上で説明した厚さ、繊維体積分率、ならびに平均RFACおよびCOVを有することができる。
本発明を具体例により、より詳細に説明する。以下の実施例は、例示のみを目的として提供され、いかなる意味においても本発明を限定するものではない。本質的に同じ結果を与えるように変更または修正することができる様々な重要ではないパラメータを当業者は容易に理解されよう。
実施例1
本開示のサンプルUDテープ
上述の開繊および含浸システムの態様を使用して2つのサンプルUDテープ（S1およびS2）を調製した。S1およびS2について：（1）繊維は、熱可塑性1％サイジング材を含む、高い強度、通常の弾性率の炭素繊維であり、（2）マトリックス材料は、ポリカーボネートを含み、52.6cm3/10minのメルトボリュームフローレート（300℃および1.2kgでの国際的試験法によるASTM D 1238）を有していた。S1およびS2のそれぞれを生産するために、ダイの温度は290℃であった。S1を生産するために使用したライン速度は4m/minであり、S2を生産するために使用したライン速度は4.5m/minであった。
図15はS1の断面画像であり、図16はS2の断面画像である。S1およびS2の特性が表1に記載される。
（表1）S1およびS2の特性
Figure 2020512211
S1およびS2の平均RFACおよびCOVを決定するために使用したデータをそれぞれ表2および表3に示す。
（表2）S1の平均RFACおよびCOVを決定するために使用したデータ
Figure 2020512211
（表3）S2の平均RFACおよびCOVを決定するために使用したデータ
Figure 2020512211
実施例2
比較例のUDテープ
市販のガラス繊維UDテープ（C1）を分析した。C1の断面画像を図1に示した。C1は、65.7の平均RFACおよび32.4のCOVを有していた。この平均RFACおよびCOVを決定するために使用したデータを表4に示す。
（表4）C1の平均RFACおよびCOVを決定するために使用したデータ
Figure 2020512211
上述の明細書および実施例は、例示の態様の構造および使用を完全に説明している。ある程度の特殊性を伴いまたは1つもしくは複数の個々の態様を参照してある種の態様を上で説明してきたが、当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、開示された態様に多くの変更を加えることができる。したがって、方法およびシステムの様々な例示の態様は、開示された特定の形態に限定するためのものではない。むしろ、それらは特許請求の範囲内に入るすべての修正および代替を含み、示された態様以外の態様が、示された態様の特色のいくつかまたはすべてを含んでもよい。例えば、要素が省略されても、もしくは単体構造として組み合わせられてもよく、かつ/または接続が置き換えられてもよい。さらに、適切な場合には、上述の例のいずれかの局面を、説明された他の例のいずれかの局面と組み合わせて、同等のもしくは異なる特性および/または機能を有しかつ同じかまたは異なる問題に対処する別の例を形成してもよい。同様に、上述の利益および利点が1つの態様に関連し得ることまたはいくつかの態様に関連し得ることが理解されるであろう。
記載の請求項においてそれぞれ「のための手段」または「のための工程」という（1つまたは複数の）語句を使用してそのような制限が明示的に記載されていない限り、請求項は、ミーンズプラスファンクションまたはステッププラスファンクションの制限を含むものではなくかつそれらを含むと解釈されるべきではない。
[本発明1001]
一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
1つまたは複数の繊維束の第2の組を、該第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
少なくとも、
押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、該第2の開繊繊維層を移動させ、かつ
該出口からマトリックス材料を押し出す
ことにより、マトリックス材料を該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより該テープを生産する工程。
[本発明1002]
1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、本発明1001の方法。
[本発明1003]
マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程が、
該第2の開繊繊維層がダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に移動され、かつ
マトリックス材料が該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該出口から押し出される
ように実施される、本発明1001の方法。
[本発明1004]
一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
少なくとも、
押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に該第2の開繊繊維層を移動させ、かつ
該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該出口からマトリックス材料を押し出す
ことにより、マトリックス材料を該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより該テープを生産する工程。
[本発明1005]
第2の開繊繊維層が、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する、本発明1004の方法。
[本発明1006]
1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、本発明1005の方法。
[本発明1007]
ダイの出口からマトリックス材料を押し出す工程が、該ダイの内部流路を通じて該出口までマトリックス材料を運ぶことを含み、
押出方向が、該内部流路の長軸に対して平行かつ/または該出口の面に対して垂直である、本発明1003〜1006のいずれかの方法。
[本発明1008]
前記第1の方向と前記押出方向の間の角度が約85度〜90度である、本発明1007の方法。
[本発明1009]
第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレス中、
該第1の開繊繊維層が第1の幅を有し、
該第2の開繊繊維層が、該第1の幅と実質的に等しい第2の幅を有する、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1010]
下流部分および上流部分を有するスクレーパーの下に第2の開繊繊維層を通す工程を含み、
マトリックス材料が該スクレーパーと該第2の開繊繊維層の間に蓄積するように、該第2の開繊繊維層と該上流部分の間の距離が該第2の開繊繊維層と該下流部分の間の対応する距離より大きい、
本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1011]
スクレーパーがダイに連結されている、本発明1010の方法。
[本発明1012]
押出機内の圧力が約5bar（ゲージ）〜約25bar（ゲージ）である、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1013]
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が無サイズ（unsized）繊維を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1014]
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、バサルト繊維、スチール繊維、またはそれらの組合せを含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1015]
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、本発明1014の方法。
[本発明1016]
マトリックス材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（1,4-シクロヘキシリデンシクロヘキサン-1,4-ジカルボキシレート）（PCCD）、グリコール変性ポリシクロヘキシルテレフタレート（PCTG）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む熱可塑性材料を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1017]
熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、本発明1016の方法。
[本発明1018]
マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ベークライト、duroplast、尿素ホルムアルデヒド、フタル酸ジアリル、エポキシ樹脂、エポキシビニルエステル、ポリイミド、ポリシアヌレートのシアン酸エステル、ジシクロペンタジエン、フェノール類、ベンゾオキサジン、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む熱硬化性材料を含む、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1019]
35％以上である繊維体積分率を、テープが有する、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1020]
繊維体積分率が50％より高い、本発明1019の方法。
[本発明1021]
繊維体積分率が70％以下であり、任意で該繊維体積分率が65％〜70％である、本発明1020の方法。
[本発明1022]
テープが、0.07ミリメートル（mm）〜0.30mmである厚さを有する、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1023]
厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意で該厚さが約0.15mmである、本発明1022の方法。
[本発明1024]
テープが、65〜90の平均相対繊維面積カバー率（RFAC）（％）および3〜20の変動係数（COV）（％）を有する、本発明1001〜1006のいずれかの方法。
[本発明1025]
平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、本発明1024の方法。
[本発明1026]
平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、本発明1025の方法。
[本発明1027]
一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、
65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOV；および
0.07mm〜0.30mmである厚さ
を有する該テープを生産する工程。
[本発明1028]
平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、本発明1027の方法。
[本発明1029]
平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、本発明1028の方法。
[本発明1030]
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、またはそれらの組合せを含む、本発明1027の方法。
[本発明1031]
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、本発明1030の方法。
[本発明1032]
一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、
50％より高い繊維体積分率；および
0.07mm〜0.30mmである厚さ
を有する該テープを生産する工程。
[本発明1033]
繊維体積分率が70％以下であり、任意で該繊維体積分率が65％〜70％である、本発明1032の方法。
[本発明1034]
熱可塑性材料がポリカーボネートを含み、
1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維をそれぞれ含み、
平均RFACが約71.6でありかつCOVが約9.4である、または
該平均RFACが約74.4でありかつ該COVが約6.8である、
本発明1027の方法。
[本発明1035]
熱可塑性材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルスルホン（PES）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む、本発明1027〜1033のいずれかの方法。
[本発明1036]
熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、本発明1035の方法。
[本発明1037]
テープの厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意で該テープの該厚さが約0.15mmである、本発明1031の方法。
[本発明1038]
出口を画定するダイを有する押出機；
第1の開繊繊維層を該ダイの上に案内するために第1の開繊繊維層に接触するように構成された案内要素の第1の組；
該出口の上流に配置された第1の案内要素；および
該出口の下流に配置された第2の案内要素
を含み、
該第1および第2の案内要素が、第2の開繊繊維層を該出口の下に第1の方向に案内するために第2の開繊繊維層に接触するように構成されている、
案内要素の第2の組；ならびに
該ダイの下流に配置されかつ該第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスするように構成された1つまたは複数のプレス要素
を含み、
該押出機が、該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該ダイの該出口からマトリックス材料を押し出すように構成されている、一方向繊維テープを生産するためのシステム。
[本発明1039]
第1の方向と押出方向の間の角度が約85度〜90度である、本発明1038のシステム。
[本発明1040]
出口の下流に置かれ、下流部分および上流部分を有するスクレーパーを含み、
任意で第2の案内要素が該スクレーパーを含み、
第2の開繊繊維層が該案内要素の第2の組により案内されるとき、該第2の開繊繊維層と該上流部分の間の距離が該第2の開繊繊維層と該下流部分の間の対応する距離より大きい、本発明1038または1039のシステム。
[本発明1041]
スクレーパーがダイに連結されている、本発明1040のシステム。
[本発明1042]
案内要素のうちの少なくとも1つがバーまたはプレートを含む、本発明1038または1039のシステム。
態様に関連する一部の詳細は上述されており、その他は以下で説明する。

Claims (42)

  1. 一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
    1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
    1つまたは複数の繊維束の第2の組を、該第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
    少なくとも、
    押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、該第2の開繊繊維層を移動させ、かつ
    該出口からマトリックス材料を押し出す
    ことにより、マトリックス材料を該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
    該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより該テープを生産する工程。
  2. 1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、請求項1に記載の方法。
  3. マトリックス材料を第2の開繊繊維層に導入する工程が、
    該第2の開繊繊維層がダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に移動され、かつ
    マトリックス材料が該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該出口から押し出される
    ように実施される、請求項1に記載の方法。
  4. 一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
    1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
    1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
    少なくとも、
    押出機のダイの出口の下にかつ出口に対して、第1の方向に該第2の開繊繊維層を移動させ、かつ
    該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該出口からマトリックス材料を押し出す
    ことにより、マトリックス材料を該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
    該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより該テープを生産する工程。
  5. 第2の開繊繊維層が、第1の開繊繊維層より少なくとも10％多い繊維を有する、請求項4に記載の方法。
  6. 1つまたは複数の繊維束の第2の組が、1つまたは複数の繊維束の第1の組より少なくとも1つ多い繊維束を含む、請求項5に記載の方法。
  7. ダイの出口からマトリックス材料を押し出す工程が、該ダイの内部流路を通じて該出口までマトリックス材料を運ぶことを含み、
    押出方向が、該内部流路の長軸に対して平行かつ/または該出口の面に対して垂直である、請求項3〜6のいずれか一項記載の方法。
  8. 前記第1の方向と前記押出方向の間の角度が約85度〜90度である、請求項7に記載の方法。
  9. 第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレス中、
    該第1の開繊繊維層が第1の幅を有し、
    該第2の開繊繊維層が、該第1の幅と実質的に等しい第2の幅を有する、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  10. 下流部分および上流部分を有するスクレーパーの下に第2の開繊繊維層を通す工程を含み、
    マトリックス材料が該スクレーパーと該第2の開繊繊維層の間に蓄積するように、該第2の開繊繊維層と該上流部分の間の距離が該第2の開繊繊維層と該下流部分の間の対応する距離より大きい、
    請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  11. スクレーパーがダイに連結されている、請求項10に記載の方法。
  12. 押出機内の圧力が約5bar（ゲージ）〜約25bar（ゲージ）である、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  13. 1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が無サイズ（unsized）繊維を含む、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  14. 1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリアミド繊維、バサルト繊維、スチール繊維、またはそれらの組合せを含む、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  15. 1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、請求項14に記載の方法。
  16. マトリックス材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（1,4-シクロヘキシリデンシクロヘキサン-1,4-ジカルボキシレート）（PCCD）、グリコール変性ポリシクロヘキシルテレフタレート（PCTG）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリエーテルケトンケトン（PEKK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む熱可塑性材料を含む、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  17. 熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、請求項16に記載の方法。
  18. マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン、ベークライト、duroplast、尿素ホルムアルデヒド、フタル酸ジアリル、エポキシ樹脂、エポキシビニルエステル、ポリイミド、ポリシアヌレートのシアン酸エステル、ジシクロペンタジエン、フェノール類、ベンゾオキサジン、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む熱硬化性材料を含む、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  19. 35％以上である繊維体積分率を、テープが有する、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  20. 繊維体積分率が50％より高い、請求項19に記載の方法。
  21. 繊維体積分率が70％以下であり、任意で該繊維体積分率が65％〜70％である、請求項20に記載の方法。
  22. テープが、0.07ミリメートル（mm）〜0.30mmである厚さを有する、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  23. 厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意で該厚さが約0.15mmである、請求項22に記載の方法。
  24. テープが、65〜90の平均相対繊維面積カバー率（RFAC）（％）および3〜20の変動係数（COV）（％）を有する、請求項1〜6のいずれか一項記載の方法。
  25. 平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、請求項24に記載の方法。
  26. 平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、請求項25に記載の方法。
  27. 一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
    1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
    1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
    熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
    該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、
    65〜90の平均RFACおよび3〜20のCOV；および
    0.07mm〜0.30mmである厚さ
    を有する該テープを生産する工程。
  28. 平均RFACが70〜90であり、かつCOVが3〜15である、請求項27に記載の方法。
  29. 平均RFACが75〜90であり、かつCOVが3〜10である、請求項28に記載の方法。
  30. 1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維、またはそれらの組合せを含む、請求項27に記載の方法。
  31. 1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維またはガラス繊維を含む、請求項30に記載の方法。
  32. 一方向繊維テープを生産するための方法であって、以下の工程を含む、方法：
    炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第1の組を、第1の開繊繊維層へと開繊する工程；
    炭素繊維をそれぞれ含む1つまたは複数の繊維束の第2の組を、第2の開繊繊維層へと開繊する工程；
    熱可塑性材料を含むマトリックス材料を、押出機を使用して該第2の開繊繊維層に導入する工程；ならびに
    該第1および第2の開繊繊維層を一緒に少なくともプレスすることにより、
    50％より高い繊維体積分率；および
    0.07mm〜0.30mmである厚さ
    を有する該テープを生産する工程。
  33. 繊維体積分率が70％以下であり、任意で該繊維体積分率が65％〜70％である、請求項32に記載の方法。
  34. 熱可塑性材料がポリカーボネートを含み、
    1つまたは複数の繊維束の第1および第2の組が炭素繊維をそれぞれ含み、
    平均RFACが約71.6でありかつCOVが約9.4である、または
    該平均RFACが約74.4でありかつ該COVが約6.8である、
    請求項27に記載の方法。
  35. 熱可塑性材料が、ポリエチレンテレフタレート（PET）、ポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）、ポリ（フェニレンオキシド）（PPO）、ポリプロピレン（PP）、ポリエチレン（PE）、ポリ塩化ビニル（PVC）、ポリスチレン（PS）、ポリメチルメタクリレート（PMMA）、ポリエチレンイミンもしくはポリエーテルイミド（PEI）またはそれらの誘導体、熱可塑性エラストマー（TPE）、テレフタル酸（TPA）エラストマー、ポリ（シクロヘキサンジメチレンテレフタレート）（PCT）、ポリアミド（PA）、ポリスルホンスルホネート（PSS）、ポリアリールエーテルケトン（PAEK）、アクリロニトリルブチルジエンスチレン（ABS）、ポリフェニレンスルフィド（PPS）、ポリエーテルスルホン（PES）、それらのコポリマー、あるいはそれらのブレンドを含む、請求項27〜33のいずれか一項記載の方法。
  36. 熱可塑性材料が、ポリカーボネート、ポリアミド、それらのコポリマー、またはそれらのブレンドを含む、請求項35に記載の方法。
  37. テープの厚さが0.10mm〜0.25mmであり、任意で該テープの該厚さが約0.15mmである、請求項31に記載の方法。
  38. 出口を画定するダイを有する押出機；
    第1の開繊繊維層を該ダイの上に案内するために第1の開繊繊維層に接触するように構成された案内要素の第1の組；
    該出口の上流に配置された第1の案内要素；および
    該出口の下流に配置された第2の案内要素
    を含み、
    該第1および第2の案内要素が、第2の開繊繊維層を該出口の下に第1の方向に案内するために第2の開繊繊維層に接触するように構成されている、
    案内要素の第2の組；ならびに
    該ダイの下流に配置されかつ該第1および第2の開繊繊維層を一緒にプレスするように構成された1つまたは複数のプレス要素
    を含み、
    該押出機が、該第1の方向に対して垂直である押出方向または該第1の方向と反対の成分を有する押出方向に該ダイの該出口からマトリックス材料を押し出すように構成されている、一方向繊維テープを生産するためのシステム。
  39. 第1の方向と押出方向の間の角度が約85度〜90度である、請求項38に記載のシステム。
  40. 出口の下流に置かれ、下流部分および上流部分を有するスクレーパーを含み、
    任意で第2の案内要素が該スクレーパーを含み、
    第2の開繊繊維層が該案内要素の第2の組により案内されるとき、該第2の開繊繊維層と該上流部分の間の距離が該第2の開繊繊維層と該下流部分の間の対応する距離より大きい、請求項38または39に記載のシステム。
  41. スクレーパーがダイに連結されている、請求項40に記載のシステム。
  42. 案内要素のうちの少なくとも1つがバーまたはプレートを含む、請求項38または39に記載のシステム。
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