JP2023002513A5

JP2023002513A5 - 板状の複合部材を製造する方法およびそれにより製造された複合部材

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Publication number: JP2023002513A5
Application number: JP2022146946A
Authority: JP
Filing date: 2022-09-15
Publication date: 2023-04-11

Description

本発明は、２つのカバー層の間に配置され材料間接合によりこれらのカバー層と結合したコア層を有する板状の複合部材を製造する方法に関する。さらに、本発明は、本発明により製造される板状の複合部材、およびその使用に関する。

そこで、本発明の課題は、板状の複合部材を製造する方法を提供することである。本発明のさらなる課題は、相応する複合部材を用意すること、およびこの複合部材の使用を提供することである。

本発明の課題は、請求項１に特定されている製造方法により、請求項１４に特定されている板状の複合部材により、および請求項１５に特定されている複合部材の使用により解決される。

本発明の有利な形態は、後述されており、従属請求項に特定されている。
２つのカバー層（Ａ、Ａ’）の間に配置され材料間接合によりこれらのカバー層と結合したコア層（Ｂ）を有し、カバー層がカバー層熱可塑性樹脂を含有し、コア層がコア層熱可塑性樹脂を含有する、板状の複合部材を製造する本発明の方法は、
ａ）両カバー層およびコア層の相応する素材（ブランク）を用意し、これらの素材から、カバー層熱可塑性樹脂およびコア層熱可塑性樹脂の双方の融点を超える温度に加熱された層順序Ａ－Ｂ－Ａ’の積層体を形成する工程と、
ｂ）加熱された積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）をプレスする工程と、
ｃ）プレスされた積層体を冷却して、固化され材料間接合により互いに結合した層を有する板状の複合部材を形成する工程と、を含む。

特に、本発明による方法により、固有に形成された、平面ではない板状の部材（３Ｄ部材とも称される）の製造も可能になる。さらに、繊維不織布の柔軟な膜を有する用意されたカバー層およびコア層のドレープ性が高いことにより、高い成形度を達成することができる。

本発明による板状の複合部材は、その層配置を理由に、「サンドウィッチ型部材」とも称される。そのような部材は、平面または湾曲板として、また様々な厚さおよび変形度を有する部材として形成されてもよい。

個別にまたは組み合わせで実施可能な先に挙げた手段により、部材の局所的特性の変形が大幅にカスタマイズされて達成される。
本方法の有利な実施形態（請求項１２）によると、加熱された積層体のプレスは、非平面型のプレス金型内で実施される。それにより、様々な種類の３次元構造の板状の複合部材が製造される。

通常、本発明のさらなる態様は、２つのカバー層（Ａ、Ａ’）の間に配置され材料間接合によりこれらのカバー層と結合したコア層（Ｂ）を有する板状の複合部材であって、本発明による方法により製造される複合部材に関する。有利な形態（請求項１３）によると、カバー層熱可塑性樹脂およびコア層熱可塑性樹脂としては、一致してＰＥＥＫが使用され、強化繊維は炭素繊維であり、カバー層（Ａ、Ａ’）は、１．０～２．０ｇ／ｃｍ^３、特に１．３～１．８ｇ／ｃｍ^３の密度を有し、コア層（Ｂ）は、０．２～１．０ｇ／ｃｍ^３、特に０．３～０．６ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。さらなる形態（請求項１４）によると、カバー層熱可塑性樹脂およびコア層熱可塑性樹脂としては、一致してＰＥＩが使用される。

本発明による板状の複合部材には、多方面にわたる適用範囲がある。本発明の態様（請求項１５）によると、本発明による複合部材は、航空または車両製造において使用される。
本発明の実施例について、以下で図面を用いてより詳細に説明する。

第１の板状の複合部材の概略透視図。固化していないカバー膜の構成の概略断面図。第２の板状の複合部材の概略透視図。第３の板状の複合部材の概略透視図。第４の板状の複合部材の概略透視図。積層体を加工するための組み合わされた加熱、プレスおよび冷却装置の概略透視図。積層体を加工するために加熱ステーションと、下流のプレスおよび冷却装置とを有する装置の概略透視図。積層体を加工するために個々の層のための個別の加熱ステーションと、下流のプレスおよび冷却装置とを有する装置の概略透視図。

図１～５に図示される板状の複合部材は、単に、長手方向にずらされた層を有する層構造を分かりやすくするために図示されている。それに対して、実際の使用の場合、個々の層端は面一になっていることが一般的である。さらに、図１～５は、基本的な層構造のみを示すものであって、層の相対的な厚さを示すものではない。それに相応して、図１～５に示される配置は、基本的に、それぞれ用意した積層体およびプレス工程の後に生じた複合部材のどちらにも当てはまる。

この製造方法の実施形態において、図６に示されているように、予め用意した冷たい積層体Ａ－Ｂ－Ａ’は、組み合わされた加熱、プレスおよび冷却装置２に導入され、そこで加熱され、プレスされて、板状の複合部材になる。

さらなる実施形態において、図７に示されているように、予め用意した柔軟な冷たい積層体Ａ－Ｂ－Ａ’は、接触式加熱装置４に導入され、そこで加熱される。続いて、そのようにして形成された加熱された積層体は、プレス装置６内でプレスされて、板状の複合部材になる。

さらなる実施形態において、図８に示されているように、示される例において複数の膜から形成される固化していない形態にあるコア層Ｂは、第１の加熱装置４ａに導入され、そこで加熱される。実質的に同時に、固化していない形態にあるカバー層Ａが、第２の加熱装置４ｂに導入され、そこで同様に加熱される。図示されてはいないさらなるカバー層Ａ’は、第３の加熱装置内で、またはすぐに続いて、第２の加熱装置４ｂ内で同様に加熱される。そのようにして形成された加熱されたカバー層およびコア層から、熱い積層体Ａ－Ｂ－Ａ’が形成され、続いて、この積層体は、プレス装置６内でプレスされて、板状の複合部材になる。個別の加熱装置を使用することにより、一方ではコア層Ｂについて、他方ではカバー層ＡおよびＡ’について、異なる加熱温度を使用することができる。これにより、コア層およびカバー層において異なる熱可塑性樹脂材料を使用することが可能になる。

Claims

２つのカバー層（Ａ、Ａ’）の間に配置され材料間接合により前記２つのカバー層と結合したコア層（Ｂ）を有し、前記カバー層がカバー層熱可塑性樹脂を含有し、前記コア層がコア層熱可塑性樹脂を含有する、板状の複合部材を製造する方法であって、
ａ）前記カバー層のおよび前記コア層の相応する素材を用意し、前記カバー層のおよび前記コア層の前記相応する素材から、前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂の双方の融点を超える温度に加熱された層順序Ａ－Ｂ－Ａ’の積層体を形成する工程と、
ｂ）加熱された前記積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）をプレスする工程と、
ｃ）プレスされた前記積層体を冷却して、固化され材料間接合により互いに結合した、固化したカバー層と固化したコア層とを有する前記板状の複合部材を形成する工程とを含み、
工程ａ）において、前記カバー層（Ａ、Ａ’）の予め用意した前記相応する素材が、固化していない柔軟な形態で予め装入され、少なくとも一方のカバー層（Ａ）が、前記カバー層熱可塑性樹脂の熱可塑性樹脂繊維１０～１００重量％と強化繊維０～９０重量％とから形成される、単位面積当たりの重量が３００～３０００ｇ／ｍ^２の固化していない柔軟な繊維不織布層（Ｃ）を含み、
工程ａ）において、前記コア層（Ｂ）の予め用意した前記相応する素材が、強化繊維と前記コア層熱可塑性樹脂の熱可塑性樹脂繊維とから形成された、単位面積当たりの重量が５００～１００００ｇ／ｍ^２の少なくとも１つのランダム配向繊維不織布層（Ｄ）を含み、
工程ｃ）において形成された前記板状の複合部材は、前記固化したカバー層が５体積％未満の空隙率を有し、前記固化したコア層が２０～８０体積％の空隙率を有するものである、ことを特徴とする方法。
工程ａ）で用意した前記コア層（Ｂ）の前記ランダム配向繊維不織布層（Ｄ）が、ニードルパンチされている、請求項１に記載の方法。
前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂が、ＰＰ、ＰＥＩ、ＰＥＥＫ、ＰＰＳ、ＰＡ、ＰＥＡＫ、ＰＥＫＫおよびＰＣから独立して選択される、請求項１または２に記載の方法。
前記強化繊維が、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、バサルト繊維および高溶融熱可塑性樹脂繊維から選択される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の方法。
工程ａ）において、前記カバー層（Ａ、Ａ’）のおよび前記コア層（Ｂ）の前記相応する素材が、冷たい状態において前記層順序Ａ－Ｂ－Ａ’で互いに積層化され、そのようにして形成された前記積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）が、前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂の双方の融点を超える温度に加熱されることで、加熱された積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）が形成され、次いでプレス工程ｂ）が実施される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂が同一である、請求項５に記載の方法。
工程ａ）において、前記コア層（Ｂ）の前記相応する素材および前記カバー層（Ａ、Ａ’）の前記相応する素材が、互いに独立して、対応する熱可塑性樹脂の融点を超える温度に加熱され、その後、加熱された状態にて前記層順序Ａ－Ｂ－Ａ’で互いに積層化されて加熱された積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）が形成され、次いでプレス工程ｂ）が実施される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の方法。
固化していない形態にある少なくとも１つの前記カバー層（Ａ）は、前記繊維不織布層（Ｃ）とニードルパンチまたは縫合または熱的結合された、単位面積当たりの重量が１００～２０００ｇ／ｍ^２の、強化繊維から形成される織物層またはスクリム層（Ｅ）を有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の方法。
少なくとも１つの前記カバー層（Ａ）が、異なる強化繊維材料から形成される複数の織物層またはスクリム層（Ｅ１、Ｅ２など）を有する、請求項８に記載の方法。
固化していない形態にある前記コア層（Ｂ）が、前記ランダム配向繊維不織布層（Ｄ）に隣接した少なくとも１つのさらなる構造層（Ｆ）、例えば、異なる強化繊維割合を有するさらなるランダム配向繊維不織布層またはハニカム層もしくは発泡材層を有する、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の方法。
前記構造層（Ｆ）が、前記コア層の選択された領域にのみ備えられている、請求項１０記載の方法。
前記加熱された積層体（Ａ－Ｂ－Ａ’）をプレスする工程を、非平面型のプレス金型内で実施する、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の方法。
前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂がＰＥＥＫであり、前記強化繊維が炭素繊維であり、前記カバー層（Ａ、Ａ’）が、１．０～２．０ｇ／ｃｍ^３の密度、例えば１．３～１．８ｇ／ｃｍ^３の密度を有し、前記コア層（Ｂ）が、０．２～１．０ｇ／ｃｍ^３の密度、例えば０．３～０．６ｇ／ｃｍ^３の密度を有する、請求項１または２に記載の方法。
前記カバー層熱可塑性樹脂および前記コア層熱可塑性樹脂がＰＥＩであり、前記強化繊維が炭素繊維であり、前記カバー層（Ａ、Ａ’）が、１．０～２．０ｇ／ｃｍ^３の密度、例えば１．３～１．８ｇ／ｃｍ^３の密度を有し、前記コア層（Ｂ）が、０．２～１．０ｇ／ｃｍ^３の密度、例えば０．３～０．６ｇ／ｃｍ^３の密度を有する、請求項１３に記載の方法。
請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の方法によって得られた板状の複合部材の航空または車両製造における使用。