JP2021524406A - 圧縮成形のための方法および組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、参照により本明細書に組み込まれている、2018年7月12日に出願した米国特許出願第SN 62/697,070号の優先権を主張するものである。
少なくとも1つの非流動性連続繊維束を雌型内に配設するステップであって、少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、第1の長さを有し、長軸に合わせて整列する、ステップと、
少なくとも1つの流動性連続繊維束を少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内に配設するステップであって、少なくとも1つの流動性連続繊維束は、第1の長さの50パーセント未満である第2の長さを有する、配設するステップと、を含む。
少なくとも1つの非流動性連続繊維束を雌型内に配設するステップであって、少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、長軸に合わせて整列する、ステップと、
少なくとも1つの流動性連続繊維束を少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内に配設するステップであって、少なくとも1つの流動性連続繊維束は、大きな特徴部の長軸に合わせて整列する、ステップと、を含む。
第1の繊維の束を雌型の大きな特徴部内に配設するステップであって、第1の繊維は、その長軸に沿って1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、ステップと、
第2の繊維の束を、少なくとも1つの小さな特徴部の近位にあり、大きな特徴部の長軸に沿って整列されている雌型内に配設するステップであって、第2の繊維は、少なくとも1つの小さな特徴部の長さよりも少なくとも10パーセント大きい長さを有する、ステップと、を含む。
第1の繊維の束を雌型の大きな特徴部内に配設するステップであって、第1の繊維は、その長軸に沿って1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、ステップと、
第2の繊維の束を少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内に配設するステップであって、第2の繊維の束は、少なくとも1つの小さな特徴部内に樹脂が流入する予期される方向に整列される、ステップと、を含む。
雌型内の少なくとも1つの非流動性連続繊維束であって、少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、第1の長さを有し、長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの非流動性連続繊維束と、
少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内の少なくとも1つの流動性連続繊維束であって、少なくとも1つの流動性連続繊維束は、第1の長さの50パーセント未満である第2の長さを有する、少なくとも1つの流動性連続繊維束と、を含む。
雌型内の少なくとも1つの非流動性連続繊維束であって、少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの非流動性連続繊維束と、
少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内の少なくとも1つの流動性連続繊維束であって、少なくとも1つの流動性連続繊維束は、大きな特徴部の長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの流動性連続繊維束と、を含む。
雌型の大きな特徴部内の第1の繊維の束であって、第1の繊維は、その長軸に沿って1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、第1の繊維の束を含み、
第2の繊維の束を、少なくとも1つの小さな特徴部の近位にあり、大きな特徴部の長軸に沿って整列されている雌型内に配設し、第2の繊維は、少なくとも1つの小さな特徴部の長さよりも少なくとも10パーセント大きい長さを有する。
雌型の大きな特徴部内の第1の繊維の束であって、第1の繊維は、その長軸に沿って1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、第1の繊維の束を含み、
第2の繊維の束を少なくとも1つの小さな特徴部の近位の雌型内に配設し、第2の繊維の束は、少なくとも1つの小さな特徴部内に樹脂が流入する予期される方向に整列される。
・ 流動性連続繊維/束は、非流動性連続繊維/束の長さの半分未満である。
・ レイアップでは、流動性連続繊維束は、金型の大きな特徴部の長軸に合わせて整列される。
・ レイアップでは、流動性連続繊維束は、充填することを意図されている小さな特徴部の近位に置かれる。
・ 非流動性連続繊維/束は、金型の大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する。
・ 流動性連続繊維/束は、充填することを意図されている小さな特徴部の長さより少なくとも10パーセント大きい長さを有する。
・ レイアップでは、流動性連続繊維束は、充填することを意図されている小さな特徴部内に樹脂が流入する予期される方向に合わせて整列される。
・ レイアップでは、プリフォームは1つまたは複数の小さな特徴部内に、その特徴部が予想される応力に耐える能力を改善するように置かれる。
・ 小さな特徴部内を流れる流動性連続繊維は、金型の大きな特徴部に関して面外に流れ出る。
・ 非流動性連続繊維束の繊維および樹脂の一方または両方は、流動性連続繊維束内の繊維および樹脂と異なるが、樹脂は互いに相溶性を有していなければならない。
・ 本発明の方法から形成される部品において、小さな特徴部を越えて延在する繊維の部分は、大きな特徴部の長軸と実質的に整列する。
・ 流動性連続繊維束および非流動性連続繊維束は、約0.25から約6の範囲である幅対厚さ(断面)のアスペクト比を有する。
・ 流動性連続繊維束は、小さい特徴部内に流入する。
・ チョップドファイバーは、レイアップでは使用されない。
・ テープは、レイアップでは使用されない。
・ 金型の小さな特徴部は、そこにある繊維の流れを促進するために通気される。
部品100(図1Aに示されている)は、圧縮成形を介して、成形され、荷重試験が行われた。部品100のいくつかのサンプルが本発明により形成され(サンプル1〜3)、部品のいくつかのサンプルが従来技術により形成された。これらの結果は以下の表1で報告されている。
ミリメートル単位のすべての寸法(mmまたはmm3)
ビーム102の寸法
長さ: 25.5
幅: 6.25
厚さ: 1.75
ビーム102の体積(Vb):L×W×T=278.906mm3
脚部104の寸法
直径: 2.5
高さ: 6.35
脚部104の体積(VL):H×[pi・(D/2)2/2]=15.585mm3
部品100の体積(VP):Vb+(4×VL)=341.247mm3
ミリメートル単位のすべての寸法(mmまたはmm2)
プリフォームの直径: 1.400
プリフォームのX方向断面積(Pxs): 1.539
非流動性連続繊維の長さ(LNFCF): 25.5
流動性連続繊維の長さ(LFCF): 10.0
チョップドファイバーの長さ(LCHF): 5.00
非流動性連続繊維の品質(NFCF)プリフォーム:Vb/[LNFCF・Pxs]=8
流動性連続繊維の品質(FCF)プリフォーム:VL/[LFCF・Pxs]=2(脚部毎)
チョップドファイバーの品質(ChF)プリフォーム:VP/[LChF・Pxs]=45
流動性連続繊維の長さ(10mm)によってもたらされる比較的著しい重なり(10.0−6.35=3.65)は、部品の予想される機能および部品が受ける応力に対して望ましいものであった。
繊維の計算された量は、次の整数に切り上げられる。金型のこの見かけの過充填は、フラッシュする材料(樹脂)のある程度の損失があるので、望ましくないものではない。典型的には、金型の全体積の約3から約7%の金型の過充填は、完成部品の十分な品質をもたらす。
・ 「流動性連続」繊維または繊維束は、典型的には金型の小さな特徴部の長さよりもわずかに長く、金型内に置かれたときに、典型的には金型の大きな特徴部の長軸に合わせて整列される、長さを有する繊維/束を意味する。
・ 「非流動性連続」繊維または繊維束は、金型の大きな特徴部の長さとほぼ等しい長さを有し、圧縮成形プロセス時に流れない繊維/束を意味する。
・ 「チョップド」ファイバーまたは繊維束は、金型の大きな特徴部の長さよりも小さく、金型(および最終部品)内でランダム配向を有する繊維/束を意味する。
・ 「プリフォーム」は、繊維のトウプレッグ/束の、サイジング塗布され整形された部分を意味する。
・ 「約」または「ほぼ」とは、記載されている数字または公称値に関して±20%を意味する。
・ 「実質的に整列されている」は、公称整列からの任意の方向での20%の偏差を意味する。
・ 「実質的に等しい」は、記載されている数字または公称値より最大でも20%上(ただしそれより低くない)ことを意味する。
102 ビーム
104 脚部
105、107 繊維束
106、108 非流動性連続繊維
200 部品
202 長いビーム
204 カップ状受け部
205 長い繊維束
206 非流動性連続繊維
207 繊維束
208 流動性連続繊維
300 部品
300A 第1の実施形態
300B 実施形態
302 ビーム
303 キャビティ
304 ボス
305 繊維束
306 非流動性連続繊維
307A 繊維束
308A 流動性連続繊維
307B 繊維束
308B 流動性連続繊維
309 ベント
400 ロッド端部
402 一体になっているシャンク
403 キャビティ
404 目の形をしたヘッドまたはリング
405 繊維束
407 繊維束
408 流動性連続繊維
409A ベント
409B ベント
410 円形の開口部
412 (非流動性の)螺旋状プリフォーム繊維束
500 フォーク
500A 第1の実施形態
500B 第2の実施形態
502 ハンドル(「大きな特徴部」)
503 キャビティ
504 歯(「小さな特徴部」)
505 繊維束
506 非流動性連続繊維
507 繊維束
508 流動性連続繊維
512 U字形繊維プリフォーム
Claims (31)
- 雌型を利用する、圧縮成形方法であって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
少なくとも1つの非流動性連続繊維束を前記雌型内に配設するステップであって、前記少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、第1の長さを有し、前記長軸に合わせて整列する、ステップと、
少なくとも1つの流動性連続繊維束を前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内に配設するステップであって、前記少なくとも1つの流動性連続繊維束は、前記第1の長さの50パーセント未満である第2の長さを有する、ステップと、
を含む圧縮成形方法。 - 前記非流動性連続繊維束および前記流動性連続繊維束のうちの少なくとも1つは、繊維プリプレグを含む請求項1に記載の方法。
- 少なくとも1つの流動性連続繊維束を前記雌型内に配設するステップは、前記流動性連続繊維束からの流動性連続繊維と前記非流動性連続繊維束からの非流動性連続繊維との間の、加工されるべき繊維複合体部品内の、所望の量の繊維重なりを決定するステップをさらに含む請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
- 前記所望の量の重なりは、前記少なくとも1つの小さい特徴部の前記長さの少なくとも10パーセントである請求項3に記載の方法。
- 前記所望の量の重なりは、前記少なくとも1つの小さい特徴部の前記長さの少なくとも20パーセントである請求項3に記載の方法。
- 前記雌型内に配設されている前記少なくとも1つの流動性連続繊維束の体積は、前記少なくとも1つの小さな特徴部の体積を少なくとも10パーセント超える請求項3〜5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの大きな特徴部は、ビームおよび平坦な平面状領域からなる群から選択される請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの小さな特徴部は、リングおよびU字形を有する部材からなる群から選択される請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの大きな特徴部は、X字形形状に配置構成されている2本のビームを備え、前記少なくとも1つの小さな特徴部は、ビームの主平面に直交する方向に延在する湾曲した部材である請求項1〜6のいずれか一項に記載の方法。
- 前記雌型内に配設されている前記非流動性連続繊維束の体積は、前記雌型内に配設されている前記流動性連続繊維束の体積よりも大きい請求項1〜9のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの小さな特徴部内にプリフォームを配設するステップをさらに含み、前記プリフォームは、前記プリフォームがない場合のそのフープ強度に関して小さな特徴部のフープ強度を高めるように物理的に適合される請求項1〜10のいずれか一項に記載の方法。
- 前記小さな特徴部は第1の形状を有し、前記プリフォームは前記第1の形状を有する請求項11に記載の方法。
- 樹脂は、熱可塑性プラスチックを含む請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法。
- 前記非流動性連続繊維束内の繊維および前記流動性連続繊維束内の繊維は、炭素繊維である請求項1に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの非流動性連続繊維束および前記少なくとも1つの流動性連続繊維束の幅対厚さのアスペクト比は、約0.25から約6の範囲内にある請求項1〜14のいずれか一項に記載の方法。
- 雄型および前記雌型を互いに接触させるステップであって、そのような接触において、非流動性連続繊維束および流動性連続繊維束は圧縮され加熱される、ステップと、
非流動性連続繊維束および流動性連続繊維束と併せて使用される樹脂によって規定される期間の経過後、前記雄型および雌型を分離し、前記方法によって形成される繊維複合体部品を取り出すステップと、
をさらに含む請求項1〜15のいずれか一項に記載の方法。 - 雌型を利用する、圧縮成形方法であって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
少なくとも1つの非流動性連続繊維束を前記雌型内に配設するステップであって、前記少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、前記長軸に合わせて整列する、ステップと、
少なくとも1つの流動性連続繊維束を前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内に配設するステップであって、前記少なくとも1つの流動性連続繊維束は、前記大きな特徴部の前記長軸に合わせて整列する、ステップと、
を含む圧縮成形方法。 - 前記流動性連続繊維束からの繊維および樹脂を前記少なくとも1つの小さな特徴部に流入させるステップをさらに含み、前記小さな特徴部内に流入する前記繊維の少なくともいくつかの一部は前記小さな特徴部を越えて延在し、前記大きな特徴部内に残る前記非流動性連続繊維束からの繊維と混じり合う請求項17に記載の方法。
- 繊維および樹脂を流すステップは、熱および圧力を印加するステップをさらに含む請求項18に記載の方法。
- 前記小さな特徴部内を流れる前記繊維は、前記大きな特徴部に関して面外に流れる請求項18または19に記載の方法。
- 前記非流動性連続繊維束内の前記繊維および樹脂の一方または両方は、前記流動性連続繊維束の前記繊維および樹脂とは異なる請求項17〜20のいずれか一項に記載の方法。
- 前記少なくとも1つの小さな特徴部内にプリフォームを配設するステップをさらに含み、前記プリフォームは、前記小さな特徴部が応力に耐える能力を、前記プリフォームがない場合の前記小さな特徴部が応力に耐える能力と比較して高める請求項17〜21のいずれか一項に記載の方法。
- 前記小さな特徴部を越えて延在する前記繊維の前記部分は、前記長軸に合わせて実質的に整列される請求項17〜22のいずれか一項に記載の方法。
- 雌型を利用する、圧縮成形方法であって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
第1の繊維の束を前記雌型の前記大きな特徴部内に配設するステップであって、前記第1の繊維は、その前記長軸に沿って前記1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、ステップと、
第2の繊維の束を前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内に配設するステップであって、前記第2の繊維は、前記少なくとも1つの小さな特徴部の長さよりも少なくとも10パーセント大きい長さを有する、ステップと、
を含む圧縮成形方法。 - 前記第2の繊維を前記少なくとも1つの小さな特徴部内に流すステップをさらに含む請求項24に記載の方法。
- 雌型を利用する、圧縮成形方法であって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
第1の繊維の束を前記雌型の前記大きな特徴部内に配設するステップであって、前記第1の繊維は、その前記長軸に沿って前記1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、ステップと、
第2の繊維の束を前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内に配設するステップであって、第2の繊維の前記束は、前記少なくとも1つの小さな特徴部内に樹脂が流入する予期される方向に整列される、ステップと、
を含む圧縮成形方法。 - 前記第2の繊維を前記少なくとも1つの小さな特徴部内に流すステップをさらに含む請求項26に記載の方法。
- 雌型内に配設される、圧縮成形を介して繊維複合体部品を形成するためのレイアップであって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
前記雌型内の少なくとも1つの非流動性連続繊維束であって、前記少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、第1の長さを有し、前記長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの非流動性連続繊維束と、
前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内の少なくとも1つの流動性連続繊維束であって、前記少なくとも1つの流動性連続繊維束は、前記第1の長さの50パーセント未満である第2の長さを有する、少なくとも1つの流動性連続繊維束と、
を含むレイアップ。 - 雌型内に配設される、圧縮成形を介して繊維複合体部品を形成するためのレイアップであって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、
前記雌型内の少なくとも1つの非流動性連続繊維束であって、前記少なくとも1つの非流動性連続繊維束は、前記長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの非流動性連続繊維束と、
前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内の少なくとも1つの流動性連続繊維束であって、前記少なくとも1つの流動性連続繊維束は、前記大きな特徴部の前記長軸に合わせて整列する、少なくとも1つの流動性連続繊維束と、
を含むレイアップ。 - 雌型内に配設される、圧縮成形を介して繊維複合体部品を形成するためのレイアップであって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、前記レイアップは
前記雌型の前記大きな特徴部内の第1の繊維の束であって、前記第1の繊維は、その前記長軸に沿って前記1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、第1の繊維の束を含み、
第2の繊維の束を、前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位にあり、前記大きな特徴部の前記長軸に沿って整列されている雌型内に配設し、前記第2の繊維は、前記少なくとも1つの小さな特徴部の長さよりも少なくとも10パーセント大きい長さを有するレイアップ。 - 雌型内に配設される、圧縮成形を介して繊維複合体部品を形成するためのレイアップであって、前記雌型は長軸を有する少なくとも1つの大きな特徴部と、少なくとも1つの小さな特徴部と、を含み、前記レイアップは
前記雌型の前記大きな特徴部内の第1の繊維の束であって、前記第1の繊維は、その前記長軸に沿って前記1つの大きな特徴部の長さに実質的に等しい長さを有する、第1の繊維の束を含み、
第2の繊維の束を前記少なくとも1つの小さな特徴部の近位の前記雌型内に配設し、第2の繊維の前記束は、前記少なくとも1つの小さな特徴部内に樹脂が流入する予期される方向に整列されるレイアップ。
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