JP4273480B2 - ハニカムサンドイッチパネルの充填および強化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
技術分野
本発明は、室温で実行することが可能である、単純および複雑な、両方の形状の空隙の迅速かつ効率的な充填方法に関する。特に、本発明は、易流動性の熱的に膨張および硬化する粉末の使用であって、該粉末は空隙に注入され、次いで加熱されて該粉末を膨張させ、融合および硬化させ、そのようにして要求された通り空隙の空間を充填または部分的に充填することからなる。本発明による方法は、特に、ハニカム中、周囲および間の空間を、または充填された、もしくは部分的に充填されたハニカムを製造するために要求される予備形成された発泡芯材を、あるいはサンドイッチパネル構造物で使用される発泡芯材または他のいずれかの材料を充填するために適当である。また、本方法は、気泡人工製品における使用に適当な型を充填するための単純で効率的な方法である。充填された、または部分的に充填された型もしくはハニカム芯材は次いで硬化され、接着されたサンドイッチパネルまたは成形された気泡人工物品を製造し得る。サンドイッチパネル構造においては、芯材は表皮層の一つもしくはそれより多くにより接着され得、そして硬化、接着されたパネルは切断され、予備シールされた縁部を有するパネルを提供し得る。
【０００２】
背景
サンドイッチパネル、すなわち、硬質表面およびそれらの間で接着された低密度材料により製造されたパネルは、約５０年間、多くの用途で、高性能な変法で使用されている。そのようなパネルの技術的な利点は多いが、特に、それらは高い特異的剛性および弾性率を提供する構造であり、すなわち、パネルの密度によって分与される曲げ強さおよび弾性率は、個々の構成材料により得られるものより高い。そのようなパネルの典型的な例は：トラックボディー製造のための、アルミニウムまたはガラス強化表面（表皮）間で接着されたプラスチック硬質発泡体；ドアの構造物における木材表皮間で接着された紙ハニカム；および、特に、代表的に航空産業で使用される、金属または炭素繊維／樹脂表皮の間で接着されたアルミニウムハニカムである。
【０００３】
一般に、高性能パネルは、熱硬化性（非溶融性）接着剤により表皮に接着された中心低密度材料（芯材）を有し、最も高い接着特性を達成するために、しばしば高温硬化を採用する。そのようなパネルの構造では、他の表面または他のパネルと結合させることを容易にするために、あるいは美観の目的のために、なんらかの方法によりパネルの縁部が固く、かつ滑らかにされていることが、しばしば重要である。滑らかな縁部の他の利点は：より安全な取り扱い；偶然的損害の防止；および、パネルの特性または外部特性に有害である水、埃および他の汚染物質の浸入を避けることである。これは、ドアパネル用木材のような固い縁部材料で接着する前、または接着の後に、航空産業用ハニカムパネルの場合に通常であるような低密度ペーストによりパネルを組み立てることにより達成され得る。
【０００４】
しばしば、パネル構造物において、完全なパネルを製造するために充分な大きさの芯材が得られないか、または異なる芯材が同一のパネル内で使用される必要がある。そのような場合、しばしば構造的性能の理由のため、接着する前または間に、種々のコアピースを接合して、パネルを形成することが必要とされる。これは、非常に強度の接着剤ペーストまたは接着フィルムもしくはテープであって、好ましくはパネル接着（硬化）サイクルの間の加熱時における硬化前に膨張するものを使用することにより達成され得る。
高性能パネルにおいて、芯材が、パネル中に構成され得る固い縁部に接着することもまた要求されるであろう。この内部接着は通常、高性能接着剤ペーストまたは膨張性（発泡性）フィルムの使用により達成される。
【０００５】
そのようなパネルの使用において、その多くは耐荷力であり得る付加的な構造物をそれらへ結合させることがしばしば望まれている。例えば、ドアサンドイッチパネルへのコートフックまたは航空機フロアパネルにおけるボルトソケットの結合である。通常軽い荷重のかかるコートフックの場合、十分広大なフランジ領域があるフックは、表皮表面に接着された場合、必要な耐荷力強度を提供するために十分であろう。より高度な荷重のためには、好ましくはパネルが製造される前であるが、その後でもよいから、木材ブロックが荷重結合部位として挿入されてもよい。臨界構造における高い潜在的荷重の場合、固体の強度の高いブロックが、製造の間に正確な位置でパネル構造中に構成され得るか、または製造後、非常に強度の高いインサートがパネル中に接着され、パネルにおいて該インサートに適合する適当な大きさの孔をえぐるか、あるいはパネルにおけるハニカムは、高性能熱硬化性接着剤または注入成形ペーストにより、形状の複雑さにかかわらず、強化される必要のある領域で強化され得る。後者の方法は、強度が充分である場合、非常に特異な領域が、ハニカムパネルからもっと小さな個々のハニカムセルのサイズまで強化され得るので、最も優れている。さらに、そのような強化は、表皮の切断を回避するために、パネルの最終的な硬化の前または間のどちらかで行われ得る。
【０００６】
プラスチック発泡体芯材によるサンドイッチパネルの場合、硬化サイクルの間、所定の位置に留まっている熱硬化性ペーストを使用して、これらの連結、接合および強化作業を行うことは通常十分である。代表的に、これは、“チオキソトロピー”な二部のエポキシ樹脂をベースとするペーストであってよい。サンドイッチパネルの縁部の最終シールおよび仕上が必要である場合、次いで同様のペーストまたはシンタクチックペーストが縁部に充填され、平滑化され、そして硬化され得る。シンタクチックペーストは、航空産業において広く使用されている表現であり、ガラス、炭素、シリケートまたは種々のプラスチック材料から製造された予備形成された中空小球体を含む熱硬化性樹脂の一部または二部（使用前に混合が必要である）を意味する。これらの微小球体の一般的な特徴は、ペーストにも分与される、それらの低密度であり、これはそれらが使用される第一の理由である。付加的な考慮は、硬化された組成物のサンダー仕上げまたは平滑化することの相対的な容易さである。
【０００７】
高性能な陸上および海洋の輸送手段、およびスポーツ用品のためのハニカム芯材を使用するサンドイッチパネル、ならびに特に、強度、軽量および退化に対する耐性が非常に重要である航空産業で使用されるものの場合、これらのシンタクチックペーストは、少なくとも最近３０年間、前記の殆どの結合および強化の必要性のために使用されてきた。このタイプの代表的な製品は、Ciba Specialty Chemicals PLCから入手可能なREDUX 252 (RTM)、２パックのシンタクチックエポキシペースト、および3M Companyから入手可能なEC 3524 B/A (RTM)である。
発泡材料が芯材として使用される場合、切断および発泡体内の孔の大きさ、またはセル構造のため、発泡体の縁部は不規則である。ハニカムが使用される場合、状況は通常悪く、切断された、もしくは切断されていないハニカムの縁部は非常に不規則であり、従って、正確に充填することは難しく、充填されるべき間隔の大きさは、ほとんど個々のセルと同じ大きさであり得、それ自体は典型的に６ｍｍまでであるが、しばしばなお大きい。
【０００８】
従って、ハニカムパネル中の間隔の正確で完全な充填；ハニカムパネルへの部品の接着；ハニカムパネルの強化に関して、特に難しい物理的な問題が存在する。その上、代表的にアルミニウム、フェノール樹脂被覆"Nomex"(RTM)紙から製造されたもの、および他の金属または繊維をベースとする製品のような高特性のハニカムパネルは通常、最小重量で高い特性を得るために使用されるので、構造特性の理由で必要であり、しかも最小重量で、パネル成分部分に対して、そして他の材料に対して、優れた連結を作成することは非常に望ましい。一般的に、ハニカムを使用している航空産業、非常に高性能の陸上および海洋移動機構およびスポーツ用品の用途において、シンタクチックペーストは、強化および連結のための第一手段として使用される。疑いの余地を避けるためには、ハニカムと表皮の直接的な接着は一般的に接着フィルムまたは液状接着剤により行われる。
【０００９】
これらのシンタクチックペーストが、これらの用途において、要求される強度に対する最小の密度を達成するためには、多量の中空微小球体を導入することが必要であった。より低い密度が要求される場合、より多くの微小球体を導入する必要がある。微小球体は定義により、シンタクチックペースト中で使用されている樹脂および硬化剤よりも低い密度を有するので、それらは液体樹脂または硬化剤の上部に浮かぶ傾向があり、従って放置および貯蔵時に不均一、不均質な混合物を与える。これを避けるために、一般的に混合物の粘度を増加させ、従って全系を非常に粘性にする効果を有する付加的な材料を含むことが常套手段である。微小球体の浮遊を避けるために添加される代表的な材料は当業者に非常によく知られており、DegussaによりAerosil(RTM)という商標で、またはCabot GroupによりCabosil(RTM) として売られている微細に分割されたシリカ粒子を含む。
【００１０】
そのような硬化された混合シンタクチックペーストの典型的な密度は、０．６ないし０．８グラム／ｍｌの範囲である。これらは、多少困難ではあるものの、手でかき混ぜることにより混合され得る粘着性の材料である。あるいは、該材料は、分散装置のカートリッジまたは他の大きな容器に予備充填された個々の成分に外部圧力をかけ、静止している混合機のヘッドを通してそれらを圧入することにより混合されてもよい。密度が０．６グラム／ｍｌ未満まで減少する場合、粘度が高くなるため、手で、または生地ミキサーでの混練が必要となる。後者の場合、密度の望ましくない増加を導く、中空微小球体の割合の変化を起こさないように注意しなければならない。また、この考慮は、それらがパイプ、チューブまたは他の絞りを通してポンプで送られ得る、より高密度のシンタクチックペーストにも適用される。
【００１１】
そのような粘性ペーストに関連する困難な混合作業を克服するために、単一パックのシンタクチック物が製造されている。これらは反応性混合物、すなわち、樹脂および硬化剤が一緒に予備混合されているので、それらを低温下、通常‘深冷凍結'（−１８℃）条件下で輸送および貯蔵する必要がある。そのような低温貯蔵条件下でさえ、混合物の反応性に依存して、ペーストの使用寿命は厳しく制約され得る。
この単一パックのシンタクチックの方法の更なる不利は、ペーストの湿潤性、その硬化反応に逆効果を有するか、またはパネル硬化サイクルの間に過剰の揮発性を与え得るため非常に望ましくないと考えられる影響である混合物への水分の凝縮を防止するために、該混合物を容器から取り出す前に室温まで暖める必要があることである。これらの揮発性の材料はペーストの位置を妨害し得、または過度であるならば、ハニカム芯材へのダメージを引き起こすか、または芯材と表皮の間でふくれを起こし得る。室温までペーストを暖める必要性の付加的不利は、室温で高反応性を有するそれらのペーストは、使用寿命が減少されることである。後者の理由により、いくつかの単一パックのペーストが、高温で、通常パネル接着段階で使用される硬化温度でのみ迅速に反応するように設計されている。しかしながら、室温または高温のどちらで単一パックのペーストを硬化するとしても、パネル構造者による混合を必要としないが、密度が、最も高性能なサンドイッチパネル用途に必要とされる通常の範囲内である場合、非常に粘性の、べとつく材料であることは依然として免れない。
【００１２】
従って、それ自体とその周辺に対してハニカムを充填、固定、接合および強化する慣用の方法は、これら一種もしくは二種パックのシンタクチックペーストを正確に、そして完全に、切断されたハニカム縁部自体の間およびそれらと他の周辺材料の間に存在する複雑な空間中に適用すること、および／または強化のためにハニカムセルを充填することである。パネルにおける多くの構造的弱点を作成しないため、そして最終的に重量増加と同じようにな結果を有し得る退化剤(degredant)の浸入を許容するので、これらの空間を完全に充填することは非常に重要である。
【００１３】
想像され得るように、これらの空間、しかもそのほとんどが、未接着状態ハニカムパネルの弾力性でデリケートな材料におけるように数センチの深さを非常に粘性でべとつく材料により充填する作業は困難であり、汚く、時間のかかるものであり、それを適切に行うためには、作業者のかなりの技能と経験を必要とする。そのような作業により、完全に汚染されていない環境を維持することは困難であり、しばしば、特定の作業が完了したか、または混合材料の反応が粘性過ぎて実際の目的に使用できなくなった場合、多量の混合材料が放棄される。これらのシンタクチックペーストによる充填作業は、装置、作業着、容器等の汚染をも生じ、これらの全ては慎重で法的な処理操作を必要とする。更に、この困難なプロセスにおいて、これらの材料との個々の接触の全てを回避することは、接触、呼吸および蒸気接触にかかわらず、実際的に不可能である。一般的に、シンタクチックペーストの製造者は、それらで使用される材料の慎重な選択により、そのような危険性を最小化するように試みているが、更なる不利である個々の作業者の感度による危険性が残っている。
【００１４】
サンドイッチおよび特にハニカムサンドイッチパネルを製造するために必要な、いくつかの強化および／または接合作業を達成するための別の方法を発展させることにより、前述のプロセスおよび技術的不利のいくつかを解決するための試みがなされている。
【００１５】
一つの方法では、樹脂および硬化剤成分が予備混合され、そして該組成物が、特定のハニカムパネルの寸法に適当な厚さの平面シート（パテ）に予備形成され、両側で剥離フィルムにより被覆され、深冷凍結される。組成物を使用するために、パネル製造者はパテを室温まで暖め、凝縮を回避するために剥離フィルムの一つを除去し、そしてパテをハニカムパネルに圧入するか、または逆も同様である。この技術はサンドイッチパネル強化の用途において、シンタクチック材料の適用を簡素化するが、ハニカムをそれ自体に、または縁部等に接着するために容易に使用することが不可能である。それにもかかわらず、この技術は、ハニカムが同じ厚さであるか、またはパテの厚さの単純倍層である場合、ハニカムを強化するために有利である。この方法を用いても、凍結された予備混合材料に関する他の不利の全ては残っている。
【００１６】
もう一つの方法では、熱硬化性の、熱硬化発泡性接着剤の予備形成された柔軟で均一な厚さのフィルムが使用される。この材料は、切断技術により、大きさまで適合させられなければならず、接着フィルムにより接着される必要のある芯材とパネル芯材構造物の他の断片との間に設置されなければならない。熱硬化サイクルの間、フィルムは軟化、溶解、膨張および硬化する。フィルムが正しく作製され、かつ設置されている場合、膨張はハニカムとインサートまたは縁部の片のような他の素材との接着を可能にするであろう。これらの膨張するフィルム接着剤は、制限された厚さ、通常約１．５ｍｍのものであるため、接着のためのハニカムの強化に使用され得ず、そして個々のセル、またはかなりの間隔もしくは空間に置くことが不可能である。シンタチクチックペーストよりも一般的に取扱に関して、それらは柔軟で、べとつかず、混合を必要としないという利点を有するものの、形に切断し位置に置くという点で、高価であり得、時間を費やす点で非常に不利であり、膨張および硬化時に、それらは全ての空間を充填することは滅多になく、従って得られたパネルはより低い好適構造強度を有し、そしてまれに、周囲の分解剤の侵入を回避するのに十分な間隔を充填する。
【００１７】
従って、今まで、ハニカムの接合、ハニカムと縁部およびインサートの接着、耐荷力接着のための強化、ならびにパネルの縁部の充填およびシールのような非常に重要な作業は、非常に粘性の接着剤、べとつくシンタクチックペーストまたはパテの熟練した使用により、または前記の通り、発泡性接着フィルムの適合により行われていた。
従って、強度があり、軽量で、そして永続的なサンドイッチパネルの製造方法であって、パネル充填作業が室温条件で行われ得、充填作業が更に効率的であり、混合を必要とせず、充填作業で充填材料を浪費することがなく、接触による危険性が減少され、充填作業が充填材料の柔軟性を許容し、そして最終サンドイッチパネルの成分が簡単で効果的な様式で一緒に接着する方法を開発することは重大な技術的進歩である。
【００１８】
発明の要約
今や、我々は、従来技術の方法の問題を克服する方法を開発した。本発明は、室温で実行することが可能であるサンドイッチパネルの迅速でかつ効率的な局所的充填の方法を提供する。更に、我々の発明は、有効に接着されている、強度があり、永続的でかつ軽量のサンドイッチパネルの生産方法を提供する。本発明は、付加的に、種々の充填材料を有するサンドイッチパネルの製造方法を提供し、そしてパネルの縁部を充填およびシールする簡単な方法を提供する。我々の発明は、熱的に膨張する粉末の使用からなり、該粉末はハニカムまたは予備形成された充填芯材中の、間の、および周囲の空間中に注入され、次いでそれはそのまま、もしくは加熱による更なる表皮の付加に続いて硬化され得る。容易に予想され得るように、このような注入可能な乾燥粉末は、容易に、そして迅速に、充填され得る空間がいかに複雑であろうとも、正確な位置に置かれ得る。更にそのような粉末は、それらがあまり微細な粒子を含有せず、汚染を起こさず、そしてゴミを出さないかぎり、室温で長期貯蔵寿命を持ち、混合を必要としない。従って、使い易さに加えて、本発明の方法は、作業場所、道具の材料汚染、湿潤および作業者接触を最小化する。
【００１９】
本発明の方法の更なる態様では、熱的に膨張する粉末は開放された型に注入され得、加熱されて、型の形状に対応する粘着性低粘度硬化固体物品を形成し、次いで型から取り出される。開放された成形物品の製造のために本発明の方法を使用することの利点は、使用の容易さ、加工効率、作業場所、道具の材料汚染、湿潤および作業者接触の減少を含む。
【００２０】
明細
明確に、粉末の使用とシンタクチックペーストの使用の間には、それらの様々な形状および発泡性粘着フィルムに関して、差異がある。シンタクチックペーストの場合、いかなる利用可能な物理的技術によっても、必要とされた空間を完全充填するために、それらは構造物中に置かれなければならない。発泡性フィルムは、切断され、それらが使用されるべき空間に適合されなければならないが、前記で説明した通り、空間を完全に充填することはほとんどない。
【００２１】
本発明の方法に使用される易流動性粉末の場合、単純な注入技術、手動注入、あるいはロボットまたは他の方法による注入のいずれも使用され、ハニカムパネルの特定のセルのような要求された空間中に該粉末を分配することができる。粉末により完全に、要求された空間を充填することを確実にするために、嵩密度および粒度分布が許容される限り、未硬化の粉末により空間を完全に充填する必要があり、硬化サイクルの間、同じ体積の粘着性硬化発泡体を形成するまで粉末は発泡する必要がある。粉末はそれ自体、外部圧力の強制下でなくても空間を充填することがでるか、または硬化サイクルの間に、いずれかの悪影響もなく、表皮に適用された外部圧力により強制されて空間を過充填することもできる。
当業者にとって、本発明に記載されたように満足に作用する発泡体を得るために、発泡剤のレベルの調整、粒度の選択、および流動性の制御は困難ではない。
【００２２】
接着された、または未接着の表皮と芯材に粉末が添加されると、未硬化のサンドイッチパネルを提供するために、更なる表皮が添加され得る。次いで、この未接着パネルは硬化されて、芯材および表皮の間の接着ならびにセル壁への内部接着が硬化粉末の作用により効果のある接着パネルが提供される。従って、本発明の方法は、硬化された、接着されたサンドイッチパネルの製造方法であって、接着が硬化粉末により提供される方法を提供する。加えて、本発明の注入粉末方法は、表皮と芯材の間の接着が硬化性液状接着剤または接着フィルムにより行われる慣用の系で使用され得る。そのような場合、表皮は液状接着剤または接着フィルムにより被覆され、それは（硬化により）表皮と芯材の間の接着に影響を与え、そして注入できる粉末を使用して、パネル芯材の要求された空間を充填する。表皮を被覆する更なる接着剤が添加されてサンドイッチパネルを完成し、次いで硬化され、硬化接着されたサンドイッチパネルが形成され得る。
【００２３】
熱的に膨張する粉末
前記の熱的に膨張する粉末とは、熱エネルギーの適用時に多数の同一または異なる粉末粒子から、室温で‘固体’である（連続的または非連続的な）粘着性の硬化発泡体に変形される粉末を意味する。前記の通り、熱的に膨張する粉末から製造された固体発泡体は、実質的に均一の空隙からなり、発泡体自体は剛性であっても、または柔軟であってもよい膨張した材料を意味する。疑問点を回避するために、膨張された粉末の空隙は膨張剤、元来の未膨張の、粉末により充填された空間中に存在する空気、あるいは両者の混合物の作用から誘導されてもよい。
【００２４】
本発明の熱的に膨張する粉末は、好ましくは使用の間焼結せず、注入可能であり、より好ましくは該粉末は、温度範囲で、および貯蔵条件下で焼結しない。非焼結粉末のいずれに関して、そしてそのような粉末の使用に関して望ましくない温度範囲は、該粉末が貯蔵および使用される直接の温度条件に依存しているであろうことは理解されるべきである。該粉末は好ましくは、０℃ないし約５０℃、好ましくは約１０℃ないし約４０℃、より好ましくは約１５℃ないし約３０℃、特に約２０ないし約２５℃、そして最も好ましくは約２２℃ないし約２５℃のの範囲の温度での使用の間焼結しない。
【００２５】
本発明の方法の間、パネル芯材に使用された粉末は、硬化が行われるように加熱される。粉末が加熱プロセスの間十分な液化を受け、凝固し、そしてパネル芯材中のそれら自体および周辺表面と接着することは不可欠である。流動性の粉末と溶融時に流動しないものの両方が、ここで有用であることは理解されるべきである。粉末がプロセスの間に溶融することが好ましい。成形品を製造するために使用される場合を除いて、（溶融した）硬化粉末が、それらを取り囲むそれらの表面に接着することが非常に好ましい。
【００２６】
本発明での使用に適当な熱的に膨張する粉末は、例えば熱的に膨張する樹脂組成物を粉砕することにより製造され得る。本発明の方法での使用に適当な熱的に膨張する樹脂組成物は熱硬化性の、少なくとも一種の膨張剤を含む樹脂であり、加熱することにより硬化される。
本発明での使用に適当な熱硬化性膨張性樹脂粉末は、膨張剤および硬化剤と一緒に使用される固体樹脂の組み合わせ、および該混合物の粉末化により製造され得る。膨張剤および硬化剤と組み合わされた時に適当な非焼結性を有する固体樹脂の選択は、通常の実験によって達成することができる。本発明での使用に適当な固体樹脂は、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、シアネートエステル樹脂およびポリイミド樹脂のような当該技術でよく知られているものを含む。
【００２７】
本発明での使用に適当なエポキシ樹脂は、２，２−ビス−（４‐ヒドロキシフェニル）プロパンおよびエピクロロヒドリンから製造されたエポキシ樹脂を含む。適当なエポキシ樹脂は、Ciba Specialty Chemicals PLCによって供給されたAraldite GT 6071(RTM)を含む。
本明細書に記載された固体樹脂が溶融し得ること、または接着もしくは融合し得ること、および十分低い粘度を有することは、硬化剤、膨張剤、および要求される他の剤のような添加材料を反応させずに組み合わせることを可能にするために重要である。一般的に、室温で非焼結性である粉末を製造するためには、少なくとも約５５℃の軟化点が必要であり、（添加材料との組み合わせを可能にするための）適当な溶融粘度は（軟化点温度に対して）比較的高い温度でのみ得られるであろうため、発泡および硬化が起こり得るより低い温度を限定する。
【００２８】
本発明の方法は、以下の非限定的な実施例により説明される。
実施例１
本発明の方法における使用に適当な熱的に発泡する粉末の製造
配合物
Araldite GY260 (RTM)
(Ciba SCからのビスフェノールＡエポキシ樹脂) １００重量部
ジシアンジアミド ４．３重量部
クロロトルロン ２．２重量部
3,3'-ジメチル 4,4'-ジアミノジシクロヘキシルメタン １０．６重量部
シクロヘキシルアミン ６．０重量部
Expancel 551 DU(RTM)
(Akzo Nobelからの未膨張熱可塑性微小球体) ３．０重量部
Cabosil TS720(RTM)
(Cabotからのヒュームドシリカ) ４．０重量部
【００２９】
全ての配合材料は約２３℃で完全に混合される。混合は手動で、または機械により行われ得る。混合物は２３℃で約１７時間放置され、続いて約２時間約６０℃で加熱される。試料は２３℃まで冷却されて粉末化され、異なる粒度のフラクションへ篩分けされる。
異なる粒度を有する粉末は膨張時に異なる密度を有する発泡体に導かれることは理解されるべきである。いずれの特定な用途に使用するための適当な粒度の選択は、最終的な膨張された発泡体の望ましい特性の考慮を必要とするであろう。
【００３０】
実施例２
溶融温度６０℃を有し、そして５００ｍｍないし１０００ｍｍの間の粒度を有する実施例１に従って製造された、篩分けされた熱的に発泡性の粉末は、アルミニウムのシート上に置かれたアルミニウムハニカムパネルの直径６ｍｍと明記された円形セル中に注入された。目視による観察により判定された通り、それぞれのハニカムセルを完全に充填するために、十分な発泡性粉末が添加された。発泡性粉末は手動による注入によりハニカムセルに加えられた。この操作を実行するために、機械的またはコンピュータ制御された分配方法も同様に使用することが可能である。次いで、もう一つのアルミニウムシートを充填されたハニカムパネルの上部に設置し、接着されていないサンドイッチパネルを形成した。
未硬化のサンドイッチパネルは水圧機に置かれ、そして３００ｋＰａの圧力が加えられた。プレスプレートの温度は３０分間にわたって、室温から１２０℃まで上げられ、パネルは約１時間、１２０℃でプレスに保持された。次に、パネルは取り除かれて、室温まで再度冷却された。
【００３１】
サンドイッチパネルの３成分（ハニカムと２つのアルミニウム表皮）が一緒に接着されていることがわかった。該パネルは、帯のこぎりを使用して、断面で切断された。これにより、元々は粉末で充填された個々のハニカムセルは既に、連続的な閉じたセルの発泡体により完全に充填されており、そしてこの方法は、慣用の湿式シンタクチックペーストの使用に依存せずに、縁部が充填されシールされたパネルを提供するために容易に使用され得ることが明白となった。発泡体は性質上熱硬化性であり、そしてそれは全てのハニカムセル壁とアルミニウムシートに接着した。パネルの切断縁部は、非常に滑らかで均一であった。膨張された発泡体は、０．５７ｇ／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
実施例２で概説されたパネル製造段階のイラストは、図１に見られる。
【００３２】
実施例３
実施例２と同様であるが、ただし１０００ないし２０００ｍｍの間の粉末粒度を有する。膨張された発泡体は、０．５５ｇ／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
実施例４
実施例２と同様であるが、ただし５００ｍｍよりも小さい粉末粒度を有する。膨張された発泡体は、０．６０ｇ／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
実施例５
熱的に発泡する粉末は、適当な発泡剤（膨張剤）および硬化剤の組み合わせによる固体エポキシ樹脂の使用により製造された。
【００３３】
配合
配合物
Araldite GY6071 (RTM)
(Ciba SCからのビスフェノールＡエポキシ樹脂) １００重量部
ジシアナミド ４．２４重量部
Expancel 091 DU 80(RTM)
(Akzo Nobelからの未膨張熱可塑性微小球体) ５．０重量部
【００３４】
Araldite(RTM)は、それが液状となる１００℃まで加熱された。ジシアナミドおよびExpancel(RTM)は、樹脂に混入され、そして該ブレンドは約２３℃まで冷却された。得られた固体は粉末化され、異なる粒度のフラクションに篩分けされた。
５００ｍｍと１０００ｍｍの間の粒度を有する篩分けされた粉末は、アルミニウムのシート上に置かれたアルミニウムハニカムパネル（長さ１５０ｍｍ×幅１５０ｍｍ×深さ１２ １／２ｍｍ）セル中に注入された。目視による観察により判定された通り、それぞれのハニカムセルを完全に充填するために、十分な発泡性粉末が添加された。次いで、もう一つのアルミニウムシートを充填されたハニカムパネルの上部に設置し、サンドイッチパネルを形成した。
【００３５】
未硬化のサンドイッチパネルは水圧機に置かれ、そして３００ｋＰａの圧力が加えられた。プレスプレートの温度は３０分間にわたって、室温から１５０℃まで上げられ、パネルは３時間、１５０℃でプレスに保持された。次に、パネルは取り除かれて、室温まで再度冷却された。
サンドイッチパネルの３成分が一緒に接着されていることがわかった。該パネルは、帯のこぎりを使用して、断面で切断された。これにより、元々は粉末で充填された個々のハニカムセルは既に、連続的な閉じたセルの発泡体により完全に充填されており、そしてこの方法は、慣用の湿式シンタクチックペーストの使用に依存せずに、縁部が充填されシールされたパネルを提供するために容易に使用され得ることが明白となった。発泡体は性質上熱硬化性であり、そしてそれは全てのハニカムセル壁とアルミニウムシートに接着していた。パネルの切断縁部は、非常に滑らかで均一であった。膨張された発泡体は、０．５４／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
【００３６】
実施例６
実施例５と同様であるが、ただし１０００ないし２０００ｍｍの間の粉末粒度を有する。膨張された発泡体は、０．５２ｇ／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
実施例７
実施例５と同様であるが、ただし５００ｍｍよりも小さい粉末粒度を有する。膨張された発泡体は、０．５８ｇ／ｃｍ³の密度を有することがわかった。
【００３７】
実施例８
溶融温度６０℃を有し、そして５００ｍｍないし１０００ｍｍの間の粒度を有する実施例１に従って製造された、篩分けされた熱的に発泡性の粉末は、Araldite(RTM)離型剤QZ13 (Ciba Specialty Chemicalsから入手可能)により被覆された金型に注入された。金型の内部寸法は、深さ１２．５ｍｍ×幅１２．５ｍｍ×長さ１３５ｍｍであった。目視による観察により判定された通り、それぞれのハニカムセルを完全に充填するために、十分な発泡性粉末が添加された。発泡性粉末は手動による注入により金型に加えられた。この操作を実行するために、機械的またはコンピュータ制御された分配方法も同様に使用することが可能であった。金型表面全体を被覆するのに十分な領域を有し、離型剤により被覆された金属シートは、粉末が充填された金型の上部に置かれ、硬化サイクルの間にその場に保持するために加えられた十分な外部圧力により、金型を閉めて完全にシールした。
【００３８】
シールされた金型は室温でオーブンに置かれた。オーブンの温度は６０分間にわたって、室温から１２０℃まで上げられ、金型は約１時間、１２０℃でオーブンに保持された。次に、金型は取り除かれて、室温まで再度冷却された。
金型が分解された時、金型と同じ寸法を有する固体キャスティングは取り外された。キャスティングは０．６ｇ／ｃｍ³の密度と３１ＭＰａの圧縮強度を有する連続した閉じたセル発泡体であった。(ASTM 695)

【００３９】
図面の詳細な説明
図 I
図Ｉは本発明の方法における主要な段階を例証する。
I(a)は、アルミニウムシート(ii)に置かれた未充填ハニカムパネル(i)の断片を示す。
I(b)は、粉末(iii)により充填された、アルミニウムシート(ii)上のハニカムパネル(i)の断片を示す。
I(c)は、アルミニウムシート(ii)が両面にある、粉末が充填されたハニカムパネル(i)の断面図を示す。
【００４０】
図 II
図IIは、本発明に従って充填された硬化サンドイッチパネルの内部断面図を例証する。
線ＡないしＡ’；ＢないしＢ’；ＣないしＣ’；ＤないしＤ’；ＥないしＥ’；ＦないしＦ’；およびＧないしＧ’は、４つの別々のサンドイッチパネル１、２、３および４を製造するために必要な切断線を表す。
(i)空の、未充填のハニカムセルを表す。
(ii)硬化粉末Ｘで充填されたハニカムセルを表す。
(iii)硬化粉末Ｙで充填されたハニカムセルを表す。
(iv)硬化粉末Ｚで充填されたハニカムセルを表す。
(v)硬化ペーストＯで充填されたハニカムセルを表す。
【００４１】
いったん切断が行われると、4つの別々のサンドイッチパネル、１、２、３および４は生産されるだろう。これらのパネルの構成は以下の通りである。
パネル１は、縁部セルが硬化粉末Ｘで充填され、内部セルが中空である、縁部が充填された粉末パネルである。
パネル２は、縁部セルが硬化粉末Ｘで充填され、内部セルが硬化粉末Ｙで充填されている、内部および縁部が充填された粉末パネルである。
パネル３は、縁部セルが硬化粉末Ｘで充填され、内部セルが硬化粉末Ｙおよび硬化粉末Ｚの混合物で充填されている、内部および縁部が充填された粉末パネルである。
パネル４は、縁部セルが硬化粉末Ｘで充填され、内部セルが硬化粉末Ｙおよび硬化粉末Ｏの混合物で充填されている、内部および縁部が充填された粉末パネルである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明の方法における主要な段階を図示する。
【図２】 図２は、本発明に従って充填された硬化サンドイッチパネルの内部断面図を図示する。

Claims (14)

1. 易流動性で熱的に膨張、発泡および硬化する粉末を空隙に添加し、そして加熱により該粉末を膨張、焼結および硬化させることにより完全に、または部分的に空隙を粘着性低密度固体で充填する方法であって、前記易流動性で熱的に膨張、発泡および硬化する粉末がエポキシ樹脂組成物であることを特徴とする方法。
2. 空隙が型のキャビティである請求項１記載の方法。
3. 内部芯材を含むサンドイッチパネル構造物を、該構造物の芯材を充填、強化および／または接合することにより製造する方法であって、
   該芯材の内部の、あるいは同一のもしくは異なる芯材の間の、または芯材とサンドイッチパネル構造物に含まれるいずれかの他の固体表面の間の空隙の少なくとも幾つかが、請求項１記載の方法に従って充填されることを特徴とする方法。
4. 芯材が表面材料により、少なくとも一つの側面で結合されている請求項３記載の方法。
5. 接着剤、好ましくは接着フィルムまたは液状接着剤が、芯材および表面材料の間に付加的に存在する請求項４記載の方法。
6. パネル芯材の充填された内部セルが、充填段階の間に外部圧力が加えられずに、発泡性粉末により不完全充填、完全充填、または過充填される請求項３ないし５のいずれか１項記載の方法。
7. 発泡性粉末が、０ないし約５０℃、好ましくは約１０℃ないし約４０℃、より好ましくは約１５℃ないし約３０℃、特に約２０℃ないし約２５℃、そして最も好ましくは約２２℃ないし約２５℃の温度範囲で焼結しないものである請求項１ないし６のいずれか１項記載の方法。
8. 発泡性粉末が、少なくとも約５５℃の軟化点を有する、固体の熱的に膨張する樹脂を、約１００ないし２０００μｍ、好ましくは約５００ないし２０００μｍ、より好ましくは約５００ないし約１０００μｍの粒度を有する粉末となるまで粉砕することにより製造される請求項１ないし７のいずれか１項記載の方法。
9. 空隙を充填するために使用される粉砕された粉末が本質的に１００ないし２０００ミクロンの粒度範囲を有するか、またはこの範囲内のより狭い部分から構成されるか、またはこの範囲内のより狭い部分の混合物から構成される請求項１ないし８のいずれか１項記載の方法。
10. 熱的に膨張する樹脂が、２，２−ビス（４−ヒドロキシフェニル）プロパンおよびエピクロロヒドリンから製造されたエポキシ樹脂である請求項１ないし９のいずれか１項記載の方法。
11. 内部パネル芯材が硬質発泡体、すなわちセルロース紙ハニカム、ポリアミド紙ハニカム、布をベースとするハニカム、金属ハニカム等から選択される請求項３ないし１０のいずれか１項記載の方法。
12. 表面材料が、金属、ガラス、木材、通常の、もしくは強化されたプラスチック、積層体およびそれらの組み合わせの予備形成シート、または樹脂プレプレグもしくは繊維からその場で形成されたシートであって、そしてそれら表面材料、もしくは両タイプの表面材料の組み合わせに液体硬化性樹脂が適用される請求項４ないし１１のいずれか１項記載の方法。
13. 充填された未結合のサンドイッチパネルが、約８０℃ないし約２００℃、好ましくは約１００℃ないし約１８０℃、より好ましくは約１２０℃ないし約１５０℃の温度範囲で硬化される請求項３ないし１２のいずれか１項記載の方法。
14. 航空宇宙、高性能陸上および海洋輸送機構、建築、土木工学および、またはスポーツ用品の用途における、請求項３ないし１３のいずれか１項記載の方法に従って得られるサンドイッチパネル構造物の使用。

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