JP2020524727A5

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Publication number: JP2020524727A5
Application number: JP2019569770A
Authority: JP
Filing date: 2018-06-21
Publication date: 2021-06-10
Anticipated expiration: 2038-06-21

Claims

連続繊維で作られた繊維材料および少なくとも１つの熱可塑性ポリマーマトリックスを含む含浸繊維材料を製造する方法であって、前記含浸繊維材料が単一の一方向性リボンまたは複数の一方向性平行リボンとして製造されることを特徴とし、前記方法が、ロービングまたは幾つかの平行ロービングの形態である前記繊維材料に熱可塑性材料を予備含浸させる工程、および予備含浸後の熱可塑性ポリマーを溶融するまたは溶融状態に維持するために熱可塑性マトリックスを加熱する少なくとも１つの工程を含み、少なくとも１つの加熱工程が、少なくとも１つの熱伝導性支持部品（Ｅ）、および加熱されたカレンダーを除く少なくとも１つの加熱システムによって行われ、ロービングまたは複数のロービングが少なくとも１つの支持部品（Ｅ）の表面の一部または全部と接触し、加熱システムに存在する少なくとも１つの支持部品（Ｅ）の表面上を部分的または全体的に通過し、
意図的な電荷による静電気的方法を含まず、
前記予備含浸繊維材料内の多孔度が１０％未満、特に５％未満、特に２％未満であることを特徴とする、方法。
前記予備含浸繊維材料が可撓性でないことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
予備含浸工程が、特に高速の、流動床、スプレーガンおよび溶融経路から選ばれる系を用いて行われ、特に予備含浸が流動床で行われることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
１又は複数の支持体（Ｅ”）が前記系の上流に存在することを特徴とする、請求項３に記載の方法。
予備含浸工程および加熱工程は、予備含浸工程の直後に前記加熱工程を行うことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの加熱システムが赤外線バルブ、ＵＶバルブおよび対流加熱から選ばれることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの支持部品（Ｅ）が、凸状、凹面状または円筒状の形状、好ましくは円筒状の、圧縮ローラーＲ’ｉであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの支持部品（Ｅ）が１〜１５個の円筒状圧縮ローラー（Ｒ’_１〜Ｒ’_１５）、好ましくは３〜１５個の圧縮ローラー（Ｒ’_３〜Ｒ’_１５）、特に６〜１０個の圧縮ローラー（Ｒ’_６〜Ｒ’_１０）からなることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
前記ロービングが第１の圧縮ローラーＲ’_１および前記ローラーＲ’_１の水平接線と０．１〜８９°、特に５〜７５°、特に１０〜４５°の角度α’_１を形成し、前記ロービングが前記圧縮ローラーと接触して拡がることを特徴とする、請求項７または８に記載の方法。
第２のローラーＲ’_２が前記第１の圧縮ローラーＲ’_１の後に存在し、前記ロービングが前記第２の圧縮ローラーＲ’_２および前記ローラーＲ’_２の水平接線と０〜１８０°、特に５〜７５°、特に１０〜４５°の角度α’_２を形成し、前記ロービングが前記圧縮ローラーと接触して拡がることを特徴とする、請求項７に記載の方法。
少なくとも１つの第３のローラーＲ’_３が前記第２のローラーＲ’_２の後に存在し、前記ロービングが前記第３の圧縮ローラーＲ’_３および前記圧縮ローラーＲ’_３の水平接線と０〜１８０°、特に５〜７５°、特に１０〜４５°の角度α’_３を形成し、前記ロービングが前記第３圧縮ローラーＲ’_３と接触して拡がることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
６〜１０個のローラーが同一の水平面にあることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
最後の圧縮ローラーＲ’_ｉの出口での拡大割合が第１の圧縮ローラーＲ’_１の入口での前記ロービングの拡大割合と比較して約０〜３００％、特に０〜５０％であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
前記熱可塑性ポリマーが非反応性の熱可塑性ポリマーであることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
前記熱可塑性ポリマーが反応性のプレポリマーであり、この反応性のプレポリマーがそれ自体と、または別のプレポリマーと前記プレポリマーの鎖末端に基づいて、または別の鎖延長剤と反応することが可能であり、前記反応性ポリマーが場合により加熱工程中に重合することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの熱可塑性ポリマーがポリアリールエーテルケトン（ＰＡＥＫ）、特にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）；ポリアリールエーテルケトンケトン（ＰＡＥＫＫ）、特にポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）；芳香族ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）；ポリアリールスルホン、特にポリフェニレンスルホン（ＰＰＳＵ）；ポリアリールスルフィド、特にポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）；ポリアミド（ＰＡ）、特に場合により尿素単位により修飾されていてもよい半芳香族ポリアミド（ポリフタルアミド）；ＰＥＢＡ、ポリアクリレート、特にポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）；ポリオレフィン、特にポリプロピレン、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、およびフッ素化ポリマー、特にポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）またはポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）；ならびにこれらの混合物、特にＰＥＫＫおよびＰＥＩの、好ましくは９０−１０重量％〜６０−４０重量％、特に９０−１０重量％〜７０−３０重量％の混合物から選択されることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの熱可塑性ポリマーが、Ｔｇ≧８０℃、特に≧１００℃、特に≧１２０℃、特に≧１４０℃のようなガラス転移温度を有するポリマー、または溶融温度Ｔｍ≧１５０℃の半結晶性ポリマーであることを特徴とする、請求項１から１６のいずれか一項に記載の方法。
前記少なくとも１つの熱可塑性ポリマーがポリアミド、特に脂肪族ポリアミド、脂環式ポリアミドおよび半芳香族ポリアミド（ポリフタルアミド）、ＰＶＤＦ、ＰＥＥＫ、ＰＥＫＫ、ＰＥＩ、およびＰＥＫＫとＰＥＩの混合物から選択されることを特徴とする、請求項１から１７のいずれか一項に記載の方法。
前記予備含浸繊維材料の繊維レベルが４５〜６５体積％、好ましくは５０〜６０体積％、特に５４〜６０％であることを特徴とする、請求項１から１８のいずれか一項に記載の方法。
前記予備含浸繊維材料の多孔度が１０％未満、特に５％未満、特に２％未満であることを特徴とする、請求項１から１９のいずれか一項に記載の方法。
少なくとも１つの加熱カレンダーを用いて単一の一方向性リボンまたは複数の平行な一方向性リボンの形態に、後者の場合前記加熱カレンダーが前記リボンの数ならびに調節系により調節される前記カレンダーのローラー間の圧力および／または分離に従って複数のカレンダー加工溝（７３）、好ましくは２００以下のカレンダー加工溝を含む、カレンダー加工することによって前記含浸繊維材料の前記ロービングまたは前記平行ロービングを成形する工程も含むことを特徴とする、請求項１から２０のいずれか一項に記載の方法。
カレンダー工程が、繊維ロービングの通過方向に対して並列および／または直列に装備された複数の加熱カレンダーを用いて行われることを特徴とする、請求項２１に記載の方法。
前記加熱カレンダーが、前記熱可塑性ポリマーまたは熱可塑性ポリマーの混合物中の炭素充填材の存在と組み合わせた、一体化された誘導またはマイクロ波加熱システム、好ましくはマイクロ波加熱システムを含むことを特徴とする、請求項２１または２２に記載の方法。
ベルトプレスが加熱システムとカレンダーとの間に存在することを特徴とする、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
加熱ノズルが加熱システムとカレンダーとの間に存在することを特徴とする、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
ベルトプレスが加熱システムとカレンダーとの間に存在し、加熱ノズルがベルトプレスとカレンダーとの間に存在することを特徴とする、請求項１から２３のいずれか一項に記載の方法。
前記予備含浸および含浸工程が、粉末による含浸後、前記単一のロービングまたは前記複数の平行ロービングを、前記予備含浸ポリマーと同じでも異なっていてもよい溶融した熱可塑性ポリマーで被覆する工程によって完了し、前記被覆工程が前記カレンダー工程の前に行われ、前記溶融ポリマーが好ましくは前記予備含浸ポリマーと同じ種類であり、好ましくは前記被覆が前記単一のロービングまたは前記複数の平行ロービングに対してクロスヘッドダイ押出により行われることを特徴とする、請求項１から２６のいずれか一項に記載の方法。
前記熱可塑性ポリマーがさらに炭素質充填材、特にカーボンブラックまたはカーボンナノ充填材、好ましくは炭素質ナノ充填材、特にグラフェンおよび／またはカーボンナノチューブおよび／またはカーボンナノフィブリルまたはこれらの混合物から選択されるものを含むことを特徴とする、請求項１から２７のいずれか一項に記載の方法。
前記繊維材料が炭素、ガラス、炭化ケイ素、玄武岩、シリカ、天然繊維、殊に亜麻またはヘンプ、リグニン、竹、サイザル麻、絹、またはセルロース、特にビスコース、または前記ポリマーもしくは前記ポリマー混合物が非晶質であるときはそのＴｇより高いかまたは前記ポリマーもしくは前記ポリマー混合物が半結晶性であるときはそのＴｍより高いガラス転移温度Ｔｇを有する非晶質の熱可塑性繊維、または前記ポリマーもしくは前記ポリマー混合物が非晶質であるときはそのＴｇより高いかまたは前記ポリマーもしくは前記ポリマー混合物が半結晶性であるときはそのＴｍより高い溶融温度Ｔｍを有する半結晶性の熱可塑性繊維、または前記繊維の２種以上の混合物、好ましくは炭素繊維、ガラスまたは炭化ケイ素の混合物、特に炭素繊維から選択される連続繊維を含むことを特徴とする、請求項１から２８のいずれか一項に記載の方法。
請求項１から２９のいずれか一項に記載の方法の、ロボットを用いた較正リボンの自動的敷設による三次元複合部品の製造に適した前記リボンの製造のための使用。
前記複合部品の前記製造が輸送、特に自動車、石油ガス、特に海洋、ガス貯蔵、航空、船舶、鉄道；風力エネルギー、水力タービン、エネルギー蓄積装置、ソーラーパネルから選択される再生可能エネルギー；断熱パネル；スポーツおよびレジャー、保健医療および電子工学の分野に関連することを特徴とする、請求項３０に記載の使用。