JP2520903B2 - 繊維強化複合材料品およびその製造方法 - Google Patents

繊維強化複合材料品およびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、繊維強化構造用複合材料品およびその製造
方法に関する。
従来の技術 例えば自動車の車体やフレーム、機械、建築構造等に
使用されるような、重荷重を支持しなければならない構
造部材は、普通は形成しかなり複雑な形状にしなければ
あらない。従って、このような構造部材は比較的重く、
これらの部材を形成するのに必要な機械や成形用具は必
然的に複雑であり高価である。例えば複合ガラス繊維や
樹脂母材のような複合材料でこのような構造材料を作る
ことによって構造部材をより軽量にし廉価な機械やダイ
を用いて形成することが長らく行なわれてきた。従っ
て、構造部材は潜在的に鋼で作られた構造部材よりも廉
価である。しかしながら、このような構想用複合材料は
極度に労働集約型であるこが立証されている。これは、
このような構造用複合材料を製造する最も実用的な方法
が、骨格繊維を形成してフェルトすなわち織物にし樹脂
を織物又はフェルトに含浸させ次いで含浸させた織物を
支持体すなわち型上に置いて送るためである。
この方法は手積み成形のために極度に労働集約型であ
るばかりでなく、このような複合材料の潜在的な強度は
実現されなかった。これは、織物すなわちフェルトを手
積みするときに、織物すなわちフェルトは側方２次元で
は非常に強いが、本質的に厚さ方向に延びた補強繊維を
もたないためである。これらの構造用複合材料は側方２
次元では比較的強いが、厚さ方向では比較的弱い。従っ
て、鋼の代りに構造用複合材料で作られる自動車の車体
のような構造部材は、通例ではむしろ例外であった。
本発明は、あらゆる３次元空間において実質的に同じ
強度を有し且つ変動する曲げ条件のもとに荷重を支持す
ることのできる連続的に輪郭づけた複雑な形状に製造す
ることができる構造用複合材料（およびその製造方法）
を提供する。この方法は、省力化した高速自動化技術を
用いてこのような構造用複合材料の製造を可能にする。
本発明によれば、無秩序に配置された通気性の繊維のウ
ェブすなわちバットがバットの厚さ方向に延びた繊維の
かなりの部分を用いて製造されるので、繊維はあらゆる
３次元空間で互いに交差する。繊維のうちの幾らかは熱
可塑性繊維であり、或はバットを製造した後バットに熱
可塑性材料を加えることができる。次いで、バットをば
らばらにすることなしにその取扱いを可能にするため
に、バットは、（必要であれば）バットの中の熱可塑性
材料を安定化させるほどに比較的低温に加熱される。次
いで、バットは所望の構造物品の形状に形作られた支持
スクリーンを有する通気式型に移送される。次いで、バ
ットの中の繊維を実質的に圧縮することなしにバットを
溶かして所望の形状にするほどの温度までバットを加熱
する際、バットをスクリーンに対して押し付けるほどに
バットおよびスクリーンを通して熱風が引かれる。通気
式型でこのように製造されたプレフォームは、溶かされ
て取扱い可能な物にする際、その通気特性を保持する。
次いで、プレフォームは可変圧縮樹脂トランスファー成
形用型に移送される。バットを形成してプレフォーム形
状にあるときバットは実質的に圧縮されないため、樹脂
母材は繊維間の隙間を充填し容易にプレフォームを飽和
させる。プレフォームが樹脂母材によって飽和されてい
ると、プレフォームは所望の厚さに圧縮され、かくして
最終成形品を形成しバット中の繊維を圧縮して繊維の濃
度を増加させ従って繊維によって形成される構造成形品
の強度を増大させる。樹脂で飽和されるまで圧縮されて
いないプレフォームの通気構造を保持することによっ
て、プレフォームは容易に樹脂を受け入れる。しかしな
がら、プレフォームが熱可塑性材料を溶かすほどの温度
まで加熱されているので、プレフォーム中の繊維は、樹
脂母材の注入によって生ずる圧縮力に耐えることができ
る。しかしながら、比較的低い粘性を有する樹脂母材
か、或はプレフォームに使用する熱可塑性樹脂すなわち
材料の溶融点以下の温度まで加熱される際に比較的低い
粘性に達する樹脂母材のいずれかを選ぶのが望ましい。
本発明に固有のもう１つの利点は、所望の成形品が繊
維の混合物の各成分の所望の特性を呈することである。
例えば、ガラス繊維は比較的非弾性であるため、ガラス
繊維から構造用複合材料を作るのが慣例となっていた。
しかしながら、ガラス繊維は衝撃強さが比較的小さいの
で、ガラス繊維複合材料から作られた物品は比較的容易
に粉々にある。ガラス繊維と、比較的弾性であるがガラ
ス繊維よりも衝撃強さが大きいもう１つの繊維との混合
物で前述のバットを製造することによって、比較的非弾
性であるが衝撃強さが大きい物品を作ることができる。
本発明のこれらの及びその他の特徴は、添付図面を参
照して以下の説明から明らかになるであろう。
実施例 さて第１図を参照すると、通気性の不織布バット形成
繊維が全体として参照数字10で示されており、この機械
は一般に米国特許第3,918,126号に開示された型式のも
のである。機械10は、全体として参照数字12で示した供
給機構と、全体として参照数字14で示したウェブ形成機
構から成る。
供給装置12は比較的大きなホッパー18を包囲するハウ
ジング16を有し、このホッパー18は、ウェブすなわちバ
ットを製造する繊維を受け入れる。勿論、繊維は、ホッ
パー18に置かれる前に、まずばらばらにされ次いで配合
される。繊維混合物は、カールした或はカールしてない
ガラス繊維や黒鉛繊維および／又は高強度ポリエステル
のようなステープル構造の繊維を含む。又、バットを熱
可塑性材料で樹脂処理する必要がない場合には、熱可塑
性樹脂を含む好適な実施例では、ホッパー18の中の繊維
は、オーエンス・コーニング・ファイバーグラス・コー
ポレーション（Owens−Corning Fiberglass Corporatio
n）から市販されているカールしたガラス繊維52.5％
と、アライド・コーポレーション（Allied Corporatio
n）から市販されているポリエステル繊維（登録商標
「コンペット（Compet）」17.5％と、セレーニース・コ
ーポレーション（Celeanese Corporation）から市販さ
れている登録商標「ビニヨン（Vinyon）」のような熱可
塑性バインダ繊維や、デュポン・コーポレーション（Du
pont Corporation）から市販されている登録商標「ダク
ロン（Dacron）」或はイーストマン・コダック・カンパ
ニー（Eastman Kodak Company）から市販されている登
録商標「コデル（Kodel）」のようなポリエステル繊維3
0％とからなる。配合した繊維を参照数字20で示す。コ
ンベヤーエプロン22がホッパー18の中に置かれたローラ
ー24に取付けられ、これらのローラー24は適当な電源
（図示せず）によって矢印の方向に回転駆動されて、全
体として参照数字26で示したエレベーターエプロンに向
かって第１図の右方へ繊維20を移動させる。エレベータ
ーエプロン26はホッパーの中に置かれたローラー28に取
付けられ、そして該エプロンから延びた細長いスパイク
30を備えている。ローラー28は、繊維を第１図の上方へ
移動させるように、電源によっ作動される。
ストリッパーエプロン32がスパイク34を備えており、
同様に電源によって作動されるローラー36に掛けられて
いる。電源38がファン40を作動し、このファン40は、ス
トリッパーエプロン32とハウジング16の上壁との間に構
成された流路42を通して全体として矢印Ａの方向に空気
を吸い込む。流路42を通る計量された空気流によって、
エレベーターエプロン26から所定量の繊維20が取り出さ
れる。残った繊維は、エレベーターエプロン26とハウジ
ング16の対応する壁との間に構成された流路46を通して
ホッパーに戻される。矢印Ａで示した計量された空気流
は、エレベーターエプロン26の上縁部とハウジング16の
対応する壁との間に構成されたダクト44に繊維を圧送す
る。
すると、繊維は、流路42およびダクト44を通る空気流
によって固められて供給マット47になる。この空気流
は、適当な電源（図示せず）によって矢印Ｂの方向に回
転する多孔質の円筒形凝縮スクリーン48に入る。空気流
は、全体として参照数字50で示したダクトによってブロ
アー40に戻される。回転スクリーン48は供給ローラー52
と協同することによって供給マット47を圧縮し、これら
のローラー52は、機械的ロール54と協同して、全体とし
て参照数字14で示したマット形成機構の方へ供給マット
を前進させる。次いで、繊維は、全体として参照数字62
で示した回転するリッカインによって、ウェブ形成機構
14の一部を形成するハウジング60で支持されているノー
ズバー58から払いのけられる。リッカイン62には、幅全
体にわたってリッカイン62の円周上にスパイクすなわち
歯64を構成するのこ歯状の面が設けられている。リッカ
イン62は動力供給されて矢印Ｃで示したように回転す
る。
リッカイン62の回転速度により生ずる遠心力によっ
て、又、ブロアー66により供給される空気流によって、
繊維はリッカイン62から取り除かれる。ブロアー66はハ
ウジング60の中に構成されたチャンバ68に空気を送り、
この空気はダクト70を通ってサーベル74とリッカイン62
との間に構成された流路72に案内される。配合された繊
維はリッカインから取り除かれ、空気流によってダクト
75を通って全体として参照数字76で示した有孔コンベヤ
ーに搬送される。ブロアー66の入口はハウジング60の中
に構成されたチャンバ77に連結され、このチャンバ77
は、有孔コンベヤー76を介してダクト75に連通してい
る。有孔コンベヤー76はローラー80に取付けられた有孔
ベルト78を有して、これらのローラー80はベルトを矢印
Ｄで示した方向に移動させる。ベルト78は多孔質であり
空気流を通すので、ブロアー66により、流路72、ダクト
74、チャンバ77、68およびダクト70へ空気を循環させる
ことができる。従って、繊維はリッカイン62から取り除
かれダクト75を介して送られ、有孔ベルト78の部分82上
に凝縮されて不織布マットを形成する。有孔ベルト78は
ローラー80のまわりに回転するので、マットは、ついに
は、ダクト75で覆われたベルトの部分から出て行く。
リッカイン62の回転速度およびブロアー66で送給され
る空気量を普通の方法で調節して、ウェブ形成機械10に
よって形成されるバットの重量を調節するのが良い。よ
り軽量のバットを形成することもできるが、本発明では
むしろ、例えば136g/m2（４オンス／平方ヤード）以上
の重量の比較的重いバットが好適である。何故ならば、
この重量のバットは、後述のように製造される構造用複
合材料用の十分な量の繊維を提供するからである。又、
ダクト75を通して吹かれるために無秩序に配列されるバ
ットからなる繊維が、互いに何回も交差するほどに十分
長いことが重要であり、これにより繊維間に相対的な引
力を与えるので各繊維を適所に保持することができる。
長さが少なくとも2.54cm（１インチ）の繊維を用いるの
が好ましい。何故ならば、試験の結果、この長さの繊維
はバットの他の繊維に返金３回係合し、良好なバットを
形成するのに必要な他の繊維との係合回数であるからで
ある。より短い長さの繊維を用いても良いが、勿論これ
らの繊維は他の繊維に平均してより少ない回数しか係合
せず、より強度の小さいバットを提供する。
上述のように、本発明の重要な特徴は、製造されたバ
ットから形成される構造用複合材料があらゆる３次元空
間について強度を有することである。強度は、複合材料
を作るのに用いられる繊維で与えられる補強材によって
得られる。従って、繊維のランダム配向は空気成形法の
必然的な結果であるので、機械10によって形成された不
織布バットは、あらゆる３次元空間を延びる無秩序に配
列した繊維をもつことにある。しかしながら、バットの
厚さ方向に配列される繊維の割合は、ダクト75を通る空
気流の方向次第でかなり変化することがわかってきた。
この方向は、サーベル74とリッカイン62との間の間隔に
よって調節される。サーベル74は、リッカイン62に対す
る位置を調節できるように偏心して取付けられ、これに
より流路72の幅も調節可能にする。通常、サーベル74は
リッカイン62から間隔をへだてられているので、流路72
を通る空気流は、矢印Ｄの方向に流路の形状をたどる傾
向がある。この方向の空気流で形成されたバットはその
厚さ方向に配向された繊維をいくらか有するが、繊維の
大部分はバットの長さ方向および幅方向に配向される。
しかしながら、サーベル74をリッカイン62に近づけブロ
アー66を調節することによって、ベンチュリ効果により
空気流は矢印Ｅの方向に向きを変えることがわかった。
このように形成されたバットでは、ほぼ30％の繊維がバ
ットの厚さ方向に配向されることがわかった。従って、
30％の繊維が厚さ方向に配向されたバットから形成され
る複合材料は、あらゆる３次元空間でほぼ同じ強度を有
する。
機械10を供給装置12について説明してきた。しかしな
がら、供給機構12の目的は供給マット46を作り出してウ
ェブ形成機構14に対してこれを送給することである。当
業者には周知であるように、供給ウェブをローラーカー
ドやクロスラッピング機械で形成しても良い。このクロ
スラッピング機械は、大量生産に対してはより効率的で
あるかもしれない。変形例として、供給ウェブをピッカ
で形成しても良い。このシステムは、多品種少量生産に
対してはより効率的であるかもしれない。
バットはコンベヤー78から隣接するコンベヤー84に移
送され、このコンベヤー84は、動力供給され矢印Ｆで示
した方向にローラー88のまわりに回転する有孔ベルト86
を有する。バインダ繊維を用いる代りに或はバインダ繊
維を用いることに加えてバットを樹脂処理する必要があ
る場合には、適当な発泡樹脂をホッパー90に注入し、ベ
ルトすなわちコンベヤー86上を移動するバットの上にノ
ズル92によって分配する。ベルト86が有孔であるので、
バットの下側を真空プラー94で真空にすることによっ
て、発泡樹脂はバットに引き寄せられて飽和される。過
剰な発泡樹脂は真空プラー94に引き寄せられ、ホッパー
90に再循環される。次いで、バットは93℃（200゜Ｆ）
強の温度に加熱したオーブン96を通ってベルト86で搬送
されるが、このオーブン96はバットを安定化させバット
の取扱いを可能にする程度にバットを加熱する。従っ
て、熱可塑性バインダ繊維すなわちバットに加えられた
樹脂（これらの双方は約121℃（250゜Ｆ）の溶融温度を
有する）を軟化させるが溶融させないような温度までバ
ットは加熱される。上述のように、オーブン96の目的は
バットを安定化させてばらばらにすることなしに取扱い
を可能にすることである。使用する繊維のために、バッ
トが形成時に容易に離れない場合は、オーブン96を除去
しても良い。
上述のように、本発明の重要な特徴は、適当な樹脂で
バットを含浸させる前に、バットを成形して複合材料品
のプレフォーム形状にすることである。バットを含浸さ
せている状態で成形する場合には、時に、成形する複合
材料品の形状が複雑である場合には、バットの完全飽和
を確実にするのは非常に難しい。さらに、バットは又、
成形してプレフォームにするように加熱され、かくして
バットを硬化させ熱可塑性バインダ繊維を少なくとも部
分的に溶融させ、これにより構造繊維を適所に保持す
る。従って、プレフォームが樹脂母材を注入されると
き、プレフォームの繊維は、繊維に注入される樹脂の作
用を受けて、変形に耐える。従って、繊維は構造上の骨
格位置にとどまり、これにより、最終製品において繊維
の均一な集中を保証し、かなり均一な強度のばらつきの
ない製品を製造する。
プレフォームは、第３図に全体として参照数字98で示
したプレフォーム輪郭型で作られる。型98は通常の通気
型であり、成形すべきプレフォームの形状に形作られた
気体透過生スクリーン100を有するのが好ましい。バッ
トの部分をスクリーン100上に置き、型の蓋102を型の本
体104の上に閉じ、気体不透過性シールが本体と蓋との
間に作られる。ファン106が空気を矢印Ｘの方向に循環
させ、圧送される気体によってバットをスクリーン100
外形にさせる。通常は空気を用いるが、空気以外の気体
が必要であるような一定の用途においても可能である。
型を通って循環する気体は、熱可塑性バインダ材料（バ
ットに加えられるバインダ繊維か樹脂のいずれか）を溶
融させるほどの温度まで、バーナー108によって加熱さ
れ、これによりバットをスクリーン100の保形輪郭に溶
かす。登録商標「ビニヨン（Vinyon）」をバインダ繊維
として用いる好適な実施例では、空気は、約93℃（200
゜Ｆ）、すなわちバインダ繊維のほぼ粘着点、言い換え
れば繊維がべとべとになる温度まで加熱される。
勿論、バットの剛性は、バットに用いられるバインダ
繊維および／又は熱可塑性樹脂の割合で決まる。バイン
ダ繊維がより高濃度であれば、樹脂注入樹脂においてよ
り粘性の樹脂に耐えることができるようなより堅いプレ
フォームが作られる。しかしながら、バインダ繊維がよ
り高濃度であれば、必然的に構造繊維の濃度を減少させ
るので、より高濃度のバインダ材料を有するバットから
形成された最終製品は、より低濃度のバインダ材料およ
びこれに対応するより高濃度構造繊維で形成されたバッ
トよりも本質的に強度が小さい。その上、バインダ材料
がより高濃度であれば、バットが過度の好ましくない収
縮を引き起こすことがある。又、形成時にバットを過度
に圧縮しないでプレフォームシートにすることが望まし
い。従って、バットの通気構造を維持し、これにより樹
脂注入段階における樹脂母材によって繊維の飽和を容易
にする。第３図に示す通気性型以外の、例えば普通のプ
レス型式の型のような型を用いても良いが、バットを型
の複雑な輪郭にさせる際、僅かな圧縮は避け難いが、バ
ットを過度に圧縮しないように注意しなければならな
い。
次いで、プレフォームはプレフォーム輪郭型98から取
り出され、全体として参照数字110で示す在来の可変圧
縮樹脂注入型に移送される。樹脂トランスファー成形用
型110は、成形すべき最終複合材料品の形状である輪郭
形状部分114を備えた底部分112を有する。輪郭形状部分
114は、蓋部材118の対応する形状部分116と協働するよ
うになっており、この蓋部材118を、概略的に参照数字1
20で示した油圧式のアクチュエーターによって所定の圧
縮力で部分114の方へ押すことができる。限定的に延び
たガスケット122が型部分112と型部分118との間の接触
面の周囲に置かれ、このガスケットは円周方向に間隔を
へだてて樹脂注入ジェット124を備えている。ジェット1
24のうちの１つは排出口として選ばれる。プレフォーム
を型部分114の上に置き、蓋部分118をガスケット122に
対して閉じる。好ましくは、成形面114と成形面116のと
の間の隙間は、プレフォームを型に置きプレフォームを
相当に圧縮することなしに蓋部材118をガスケット122に
対して閉じることができる程に十分大きい。次いで、プ
レフォームの繊維間の間隙が樹脂で完全に飽和され幾ら
かの樹脂が排出口126から排出しはじめるまで、適当な
樹脂がジェット124によって注入される。多くの樹脂の
うちのいくつかは満足なものであるが、例えばシェル・
ケミカル・カンパニー（Shell Chemical Company）から
市販されている登録商標「エポン（Epon）」を用いても
良い。前述のように、樹脂は比較的低い粘性を有するの
が好ましく、樹脂母材の注入の作用下で変形しないよう
に、バットを過度に堅くする必要はない。従って，選択
する樹脂は室温で固有の低粘度を有し、或は前述の登録
商標「エポン（Epon）828」樹脂系のような樹脂を、十
分低粘度を有するような温度まで加熱することができ
る。必要ならば、型部分118、112を加熱して樹脂の硬化
を助けることができる。プレフォームが樹脂で飽和状態
になると（すなわちプレフォームが飽和された後、樹脂
が硬化する前）、油圧式アクチュエーター120の作用に
よって蓋118をプレフォームに向かって押し、これによ
りプレフォームが飽和状態になったとき或は飽和状態に
なった後すぐにプレフォームを圧縮し、これにより構造
補強繊維の濃度を増大させ、これにより最終製品の強度
を増大させる。従って、プレフォームは最初は、樹脂に
よる容易な飽和を可能にするように、比較的通気性の構
造のものであるが、プレフォームが飽和状態になった後
は、繊維の濃縮は可変圧縮型110の作動によって増大
し、これにより製品を最終形状に成形し補強繊維の濃度
を増大させて、良好な強度を有する成形品を製造する。
繊維補強複合材料品用の骨格材料を形成する通気性の
不織布バットの製造のためのステープル構造繊維、すな
わち切断したステープル繊維を使用する以外の形態の繊
維の使用に関連して、発明を説明してきた。例えば、連
続フィラメントトウを使用しても良いし、米国特許第4,
514,880号に説明したように処理し配合しても良い。
限定ではなく例示として、次の例を述べる（百分率は
全て重量百分率である）。
例１ 52.5％のカールしたガラス繊維と、17.5％の登録商標
「コンペット（Compet）」の繊維と、登録商標「ビニヨ
ン（Vinyon）」として市販されている30％のポリエステ
ルバインダ繊維を用いて、通気性の不織布バットを準備
する。バットは成形されて上述のようなプレフォームに
なる。次いで，プレフォームは上述のような適当な樹脂
を含浸され、比較的非弾性で比較的良好な衝撃強度を有
した状態で、あらゆる３次元空間について良好な強度を
有する。
例２ バットを準備し、前述の例１に記述したように処理す
るが、バットはカールした35％のガラス繊維と、35％の
登録商標「コンペット（Compet）」の繊維と、30％の登
録商標「ビニヨン（Vinyon）」との混合物から作られ
る。この繊維から作られた複合材料は、登録商標「コン
ペット（Compet）」の割合が多いため例えば例１で準備
した複合材料よりも幾分大きな衝撃強度を有するが、ガ
ラス繊維の割合がより少ないためより大きな弾性を有す
る。
例３ 通気性の不織布バットを例えば例１および例２に準備
したが、このバットはカールした70％のガラス繊維と、
30％の登録商標「ビニヨン（Vinyon）」のバインダ繊維
との混合物から成る。マットが上述のように樹脂で含浸
された場合には、その結果得られる複合材料は比較的非
弾性であり、すでに市販されているガラス繊維構造体に
匹敵する。しかしながら、大きな衝撃強度を有する繊維
の欠如のため、その結果得られる衝撃強度は比較的小さ
い。
例４ 不織布バットを上述のように例１乃至例３に準備した
が、バットはカールした50％のガラス繊維と、50％の登
録商標「ビニヨン（Vinyon）」のバインダ繊維との混合
物から成る。バインダ繊維の割合が多いため、その結果
得られるプレフォームはバインダ繊維の割合がより少な
いプレフォームよりも収縮し、その性質は他の点では例
３のプレフォームと同じである。
例５ バットを上述のように例１乃至例４に準備したが、ガ
ラス繊維および登録商標「コンペット（Compet）」の繊
維を用いる代りに、登録商標「ケブラー（Kevlar）」と
して市販されている繊維を用いる。その結果得られるバ
ットおよび任意のプレフォームすなわちバットから作ら
れる複合材料品は、ガラス繊維および／又は登録商標
「コンペット（Compet）」の繊維の特性よりもむしろ衝
撃強度の特性と登録商標「ケブラー（Kevlar）」の弾性
特性とを有する。
例６ バットを例１乃至例５のいずれかによって準備した
が、登録商標「ビニヨン（Vinyon）」を用いる代りに、
バインダを用いることなしにバットを作り、その代りに
酢酸ビニル樹脂を含浸させる。このようにして作られた
バットは、上述のように例１乃至例５におけるガラス繊
維、登録商標「コンペット（Compet）」および／又は登
録商標「ケブラー（Kevlar）」の相当する割合を含んだ
バットと同様な特性を有する。
多くの特定の実施例や例を上記のように説明してきた
が、本発明はこれらの例や実施例には限定されず、特許
請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
第１図は通気性の不織布バット形成機械を概略的に示す
断面図、第２図は第１図に示す機械によって形成されバ
ットを機械から取り出すときにバットを搬送するコンベ
ヤーの図、第３図は第１図の機械によって作られたバッ
トを形成してプレフォーム形状にするのに用いられる輪
郭型の概略を表示した横断面図、第４図は圧縮型の概略
を表示した横断面図、第５図は第１図乃至第４図に示し
た工程によって作られか成形品の透視図である。 10……不織布バット形成機械、 12……供給機構、14……ウェブ形成機構、 16……ハウジング、18……ホッパー、 20……繊維、78……凝縮器、 98……輪郭型、100……気体透過性部材、 110……樹脂注入型。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エドワード コーンマン ホモノフ アメリカ合衆国 コネチカット州 06234 ブルックリン ブッシュ ヒル ロード アールアール１ ボックス 1177 (72)発明者 ラドクリッフ ウィルコクス ファーレ イ アメリカ合衆国 ペンシルヴァニア州 19490 ウスター バークス ロード ピーオーボックス 69 (72)発明者 エドワード アレン ヴォーン アメリカ合衆国 サウスカロライナ州 29631 クレムソン ブロード ストリ ート 103

Claims (20)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】繊維強化複合材料を製造する方法であっ
    て、 構造繊維と熱可塑性バインダ材料から不織布バットを形
    成する段階と、 バット形成時に繊維のかなりの部分が３次元空間の各々
    についてマットの中の他の繊維と無秩序にからみ合うよ
    うに繊維を配向させる段階と、 バインダ材料を少なくとも部分的に溶融させるような温
    度までバットを加熱し、バットを所望の外形の形状保持
    プレフォームに形成する際バットを溶融する段階と、 繊維間の隙間を充填するためにプレフォームに樹脂マト
    リックスを注入する段階と、 を有することを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】前記バットは、前記構造繊維と熱可塑性バ
    インダ繊維とで形成され、前記熱可塑性バインダ繊維
    は、バットに加えられた熱可塑性材料であることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  3. 【請求項３】熱可塑性バインダ材料は、バットに置いた
    後にバットを加えられる熱可塑性コンパウンドであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方法。
  4. 【請求項４】バットを安定化させバットをばらばらにす
    ることなしにバットの取扱いを可能にする程のより低い
    温度までバットを加熱し、次いでバットを形成して前記
    形状保持プレフォームになるようにバインダ材料を少な
    くとも部分的に溶融する程のより高い温度までバットを
    加熱する段階を有することを特徴とする特許請求の範囲
    第１項に記載の方法。
  5. 【請求項５】バットを形成して形状保持プレフォームに
    する段階は、バットを実質的に圧縮することなしに行わ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  6. 【請求項６】バットを所望の形状を有する気体透過性部
    材（100）の上に置き次いで気体をプレフォームおよび
    気体透過性部材を通して引いてバットを気体透過性部材
    の輪郭にすることによって、バットを形成して形状保持
    プレフォームにすることを特徴とする特許請求の範囲第
    ５項に記載の方法。
  7. 【請求項７】バットは、前記部材上に形成するときに、
    プレフォームを通して引かれた気体を加熱することによ
    って加熱されることを特徴とする特許請求の範囲第６項
    に記載の方法。
  8. 【請求項８】プレフォームは成形された後、樹脂注入型
    （110）に移送され、プレフォームは前記樹脂注入型（1
    10）に配置された状態で樹脂注入マトリックスを注入さ
    れ、プレフォームの繊維が前記樹脂マトリックスによっ
    て飽和状態になり複合材料中の構造繊維の濃度を保証し
    複合材料を成形して所望の厚さにすると、前記樹脂注入
    型はプレフォームを圧縮することを特徴とする特許請求
    の範囲第６項に記載の方法。
  9. 【請求項９】バットは、これを形成して形状保持プレフ
    ォームにする際にバインダ材料を少なくとも部分的に溶
    融させる程に型を加熱するために、輪郭型に置かれ、プ
    レフォームは、輪郭型から、プレフォームに樹脂注入マ
    トリックスを注入する樹脂注入型（110）の中に移送さ
    れることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】プレフォームの繊維が樹脂マトリックス
    によって飽和状態になると、樹脂注入型（110）はプレ
    フォームを圧縮し、これにより複合材料中の組織化され
    た繊維の濃度を増加させ複合材料を成形して所望の厚さ
    にすることを特徴とする特許請求の範囲第９項に記載の
    方法。
  11. 【請求項１１】前記輪郭型は、バットを実質的に圧縮す
    ることなしに前記プレフォームを形成することを特徴と
    する特許請求の範囲第10項に記載の方法。
  12. 【請求項１２】空気流でバットを形成する繊維を混合し
    前記繊維を前記空気流によって凝縮器（78）に空気搬送
    し繊維を凝縮器（78）上に無秩序に付着させることによ
    って、前記バットを形成することを特徴とする特許請求
    の範囲第１項に記載の方法。
  13. 【請求項１３】凝縮器（78）上に付着し且つ凝縮器（7
    8）から遠去かって延びる繊維の割合を制御するため
    に、凝縮器（78）に対して空気流の方向を調節する段階
    を有することを特徴とする特許請求の範囲第12項に記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】３次元空間の各々について無秩序に配列
    され、互いにからみ合った不織布の構造繊維のバットを
    有し、該バットは、熱可塑性材料を少なくとも部分的に
    溶融させ、かくしてステープル構造繊維を互いに少なく
    も部分的に溶かすのに十分な温度まで加熱される熱可塑
    性材料と、繊維間の隙間を充填する硬化樹脂マトリック
    スとを有することを特徴とする繊維強化複合材料品。
  15. 【請求項１５】バットは比較的非弾性であり衝撃強さの
    比較的小さい第一繊維と、衝撃強さの大きい第二繊維と
    の混合物であることを特徴とする特許請求の範囲第14項
    に記載の繊維強化複合材料品。
  16. 【請求項１６】第一繊維はガラス繊維であることを特徴
    とする特許請求の範囲第15項に記載の繊維強化複合材料
    品。
  17. 【請求項１７】バットは比較的非弾性であり衝撃強さの
    比較的小さい第一繊維と、衝撃強さの大きい第二繊維
    と、第一繊維および第二繊維の溶融点よりも実質的に低
    い溶融点を有するバインダ繊維との混合物であることを
    特徴とする特許請求の範囲第15項に記載の繊維強化複合
    材料品。
  18. 【請求項１８】前記バットは、異なる弾性および衝撃強
    さを有する少なくとも２つの異なる種類の繊維の混合物
    であることを特徴とする特許請求の範囲第14項に記載の
    繊維強化複合材料品。
  19. 【請求項１９】前記複合材料品は、これを作ったバット
    よりも繊維の濃度が高いことを特徴とする特許請求の範
    囲第14項に記載の繊維強化複合材料品。
  20. 【請求項２０】前記複合材料品は成形され、繊維の所定
    濃度と所定厚さとを有することを特徴とする特許請求の
    範囲第14項に記載の繊維強化複合材料品。
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