JP4832672B2 - 長い複合部材を製造するために長いファイバを樹脂で連続含浸する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、硬化樹脂マトリクス中に含浸させた長い強化繊維を含む長い複合部材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
構造部材、耐力部材または強化部材を複合材料を用いて製造することはますます一般的になってきている。それは複合材を用いることによってより優れた性能が得られるためである。一般に、複合材料は軽量化して同じ性能を達成することができる。さらに、大きな応力を受ける複合材の用途では、各繊維の強化作用を完全に利用することが非常に重要である。そのためには複合部材製造時の状態を完全に把握していなければならない。
【０００３】
樹脂の役割は繊維を互いにしっかりと結合し、応力を繊維に伝達することにある。従って、繊維を完全に含浸し、複合部材の断面全体に渡って均等かつ所望レベルの強度でに分布させることが重要である。
機械特性に優れた複合部品を製造する公知の方法の１つは「引抜成形（plutrusion）」である。この方法では強化繊維を連続的に巻き出して樹脂浴中に浸し、繊維が確実に樹脂で含浸されるようにする。次に、繊維と含浸樹脂とを加熱したダイ中を引き抜いて樹脂を少なくとも部分的に重合させる。この方法ではダイの形によって決まる断面を有する製品を連続して引抜くことができるが、残念なことに、含浸が遅く、しかも困難であることが多いため、この引抜成形は高速運転には向いていない。さらに、伝熱速度の関係から製造速度が大幅に制限される。
公知の他の方法は、強化繊維を型中に所望形状で配置し、真空下で繊維を樹脂に含浸する方法である。真空にすることによって含浸が非常に効果的になる。この方法は製造する部品の形状および寸法に対応する型を使用するため中程度の寸法の部品の製造には適しているが、長い部品を連続的に製造する場合に繊維を正しく含浸するのは容易ではない。生産速度を加速しようとすればするほど、繊維を樹脂で完全に含浸させるのが困難になる。
複合材料の市場での人気はその原価に依存するので、競争力のある経済的条件下で製造速度を速くすることができる技術手段が非常に重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、高速製造速度に適し、しかも、繊維を完全に含浸できる方法を提供することにある。本発明の他の目的は連続法に適した方法で上記の結果を達成することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、硬化性樹脂を含む組成物をベースにするマトリクスに含浸された強化繊維を含む長い長い複合材料の、下記段階から成る連続的製造方法を提供する：
ａ）強化繊維を配列させ、配列した繊維が大気と接触しない状態で以下の操作を順次受けるように前進行方向に沿って送り、
ｂ）真空作用で繊維を脱気し、
ｃ）繊維に上記組成物を含浸して繊維と組成物とを含むプリプレグを作り、
ｄ）得られたプリプレグを所定の断面積および形状を有するダイに通してプリプレグに所定の形状を与え、
ｅ）ダイの下流でプリプレグ樹脂を少なくとも部分的に重合してプリプレグの形状を安定化させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
「長い繊維」とは、長さが製造過程からの制約では制限されなということを意味し、連続繊維ということもできる。本発明の重要な観点は従来の引抜方法とは対照的にダイのサイジングが樹脂の重合を全く関与しない点にある。
【０００７】
安定化段階を組成物が固体相（ゲル化段階ともよばれる）を形成するまで続けて、その後の取り扱いができる状態まで製品を十分に固化させる。繊維からの「滲出(essorage)」の危険無しで例えばその他の処理を受けたり、必要とする機械応力を有する最終製品に入れる中間製品として用いることが可能になる。この間に予備成形物中の樹脂の量は自然に減少するのが好ましい。安定化の目的は好ましい最小レベルの重合をさせて、熱または圧力の作用下でその後の処理（複合材またはそれを入れる材料の処理）での樹脂の流動を防止することにある。安定化の他の目的は好ましい最小レベルの重合をさせて安定化したプリプレグがその後の曲げ応力下での繊維のバックリング(flambage)に対する耐性を与えることにある。
【０００８】
上記組成物は電離放射線によって硬化可能な樹脂にし、安定化段階は例えば電離放射線による処理で行うのが有利である。適切な電離放射線としては３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲のスペクトルの可視紫外線または加速電子ビームを使用することができる。電離放射線で重合を開始することによって安定化した含浸状態が達成できるだけでなく、放射線の放出を止めることで重合プロセスを停止することができる。すなわち、安定化の目的は重合の最大水準を超えずに、安定化したプリプレグを例えばそれ自体またはゴムに後で付着できるようにすることである。
【０００９】
過酸化水素によって硬化可能な樹脂を含む組成物を選択し、安定化段階を例えばマイクロ波加熱で実施することが可能である。安定化段階の重合を電離処理で開始し且つ制御するために電離放射線によって硬化可能な樹脂を含む組成物を選択することもできる。繊維の含浸を容易にするための樹脂を液化する各種方法があるので、後者の変形例は特に適している。
【００１０】
本発明お他の観点から、本発明は下記ａ）〜ｄ）段階から成る電離放射線によって硬化可能な樹脂を含む組成物をベースにしたマトリクスで含浸された強化繊維を含む長い複合材料の連続製造方法を提供する：
ａ）強化繊維を配列させ、配列した繊維が大気と接触しない状態で以下の操作を順次受けるように前進行方向に沿って送り、
ｂ）繊維を上記組成物で含浸して繊維と組成物とを含むプリプレグを作り、
ｃ）このプリプレグを所定の断面積と形状とを有するダイに通してプリプレグに所定の形状を付与し、
ｄ）ダイの下流でプリプレグ樹脂を少なくとも部分的に重合してプリプレグの形状を安定化させ、この少なくとも部分的な重合を電離放射線によって開始且つ制御する。
【００１１】
真空の作用で含浸前に繊維を脱気して含浸効果を良くすることもできる。
適当な電離放射線として３００ｎｍ〜４５０ｎｍの範囲のスペクトルの放射線（以降、可視紫外線スペクトル）を用いることができる。所望の重合度が例えば可視紫外放射線への露出時間（移送速度、重合装置の長さ）を調節して得られることは注目すべきである。
【００１２】
本発明の一つの実施例では、組成物のＤショアー硬度を解析して重合度を実験的に制御する。以下で説明するショアー硬度値はフランスのNF T 46-052規格に記載のＤショアー硬度試験機を用いて測定したものである。最終複合材に約９０〜９５のＤショアー硬度値を得る場合には、例えば安定化したプリプレグ組成物のＤショアー硬度を一旦４５以上にし、安定化したプリプレグ組成物のＤショアー硬度が６５を超える前に電離放射線への露出を停止するのが好ましい。一般的には、最終複合組成物のＤショアー硬度で割った安定化したプリプレグ組成物のＤショアー硬度の指数Ｄが約０．５の値に達し且つ約０．７の値に達する前に電離放射線への露出の段階を停止する。
【００１３】
組成物のガラス遷移温度Ｔ_gを解析して重合度を制御することも実験的には可能である。優れた式が提案される。それによると指数Ｔ＝Ｔ_g−Ｔ_gpr（ここでＴ_gprは安定化したプリプレグ組成物のガラス遷移温度であり、Ｔ_gfは最終複合組成物のガラス遷移温度である）を基に、指数Ｔが１２０℃以下になり且つこの指数Ｔが３０℃以下に下がる前に電離放射線への露出を停止する。例えば、最終複合組成物のガラス遷移温度Ｔ_gが約１６０℃である場合、安定化したプリプレグ組成物のガラス遷移温度Ｔ_gを一旦約４０℃の値にし且つ安定化したプリプレグ組成物のガラス遷移温度Ｔ_gが約１３０℃の値に達する前に電離放射線への露出を停止する。
【００１４】
安定化段階は不活性雰囲気下で実施するのが好ましい。これ以降は種々の選択が可能である。樹脂が完全に重合するまで安定化段階を続けることも可能である。安定化段階の間、安定化したプリプレグを過熱処理することも可能であり、この間、温度を上昇させ、組成物の最終ガラス遷移温度Ｔ_gより高い温度にするのが好ましい。適切な処理温度は例えば少なくとも約１５０℃である。材料の最終特性は安定化のみによるものではなく、主に安定化によるものでもない。この特性はほとんどの場合追加の過熱処理によるものである。
【００１５】
樹脂の重合が開始する段階の間、熱で重合度の制御をしないため組成物の温度を緩やかに上昇させて、繊維含浸の段階中の組成物の粘性を調節することが可能である。例えば樹脂の安定性に実質的には全く作用しないで、温度を約８０℃に上昇させることが可能である。これによってより優れた繊維の含浸が可能になる。従って、プロセスの後の段階のパラメターとは独立した含浸相制御パラメターを利用できる。
適切な樹脂としては例えばビニルエステル樹脂および不飽和ポリエステル樹脂を含む群の中から選択でき、さらにエポキシ樹脂にすることもできる。
【００１６】
強化繊維は例えば強力ポリアクリル繊維、酸化ポリアクリルニトリル繊維、強力ポリビニルアルコール繊維、芳香族ポリアミド繊維、ポリアミド−イミド繊維、ポリイミド繊維、クロロファイバー、強力ポリエステル繊維、芳香族ポリエステル繊維、強力ポリエチレン繊維、強力ポリプロピレン繊維、セルロースまたはレーヨンまたは強力ビスコース繊維、ポリフェニレンベンゾビソキサゾール繊維、ポリエチレンナフテン繊維等の有機繊維の中から選択でき、また、ガラス繊維、カーボン繊維、シリカ繊維、セラミック（アルミナ、アルミノ珪酸塩、ボロシリコアルミン酸塩）繊維等の無機繊維の中から選択できる。本発明方法では組成物で含浸中に実質的に平行に配置される少なくとも１種の優先的強化方向に平行な非指向性繊維を用いるのが好ましい。
【００１７】
組成物が光重合開始剤を含み、放射線は可視紫外線スペクトル内にあるのが好ましい。この場合にはガラス繊維を用いるのが好ましい。適切な時間、可視紫外放射線（Philips UV tube TLK 40W/03）に露出して組成物を部分的に重合する。プリプレグは重合を完全に均等にするのに十分に放射線透過性であることが分かっている。
組成物の粘性に関して示した上記変形例として、またはこれに加えて、組成物に加えられる樹脂と共重合可能なモノマーによって粘性を調節することも可能であり、その比率を変えることもできる。比率を変えてもよいモノマーは例えばスチレンである。適切な光開始剤はビス（２，４，６−トリメチルベンゾイル）フェニルフォスフィンオキサイド（光開始剤 Irgacure 819）である。
【００１８】
本発明の他の特殊な観点から、本発明は複合材をゴムに結合させる方法を提供する。そのためにはレソルシノール／ホルムアルデヒドラテックス（ＲＦＬ）接着剤を長い複合材料の表面に塗布するのが好ましい。この例では接着剤の層がゴム層を受ける前に、温度を１００℃以上にしない(すなわち高温加熱処理無しで)ＲＦＬ接着剤層を乾燥させることができる。最終成形中に、例えば長い複合材料を強化材としてのゴムマトリックス中に入れると長い複合材とゴムとの間に優れた結合が得られる。非重合ＲＦＬ接着剤を用いることで、ゴムを複合材に接着するのに特別なエラストマーを用いなくてもよくなる。
【００１９】
本発明はさらに、下記1)〜6)を有する、硬化樹脂を含む組成物をベースにしたマトリクス中に含浸された繊維を含み、全繊維が複合部材の最終断面より小さい所定の断面を形成する、所定の最終断面を有する長い複合材料を製造する設備を提供する：
１）真空チャンバと、
２）真空チャンバ内に開口した入口孔および下流孔を有する剛体壁の入口管であって、全繊維の断面より大きい最小断面を有し、入口孔と下流孔との間で測定した入口管の長さが上記最小断面より大幅に長い入口管と、
３）含浸チャンバと、
４）真空チャンバに連結する入口孔と含浸チャンバに開口する下流孔とを有する、真空チャンバと含浸チャンバとの間の剛体壁の移送管であって、全繊維の断面より大きい最小断面を有し、入口孔と下流孔との間で測定した長さが上記最小断面より大幅に長い移送管と、
５）長い複合材料のサイジングダイと、
６）サイジングダイの下流に設けた樹脂を少なくとも予備重合する手段。
【００２０】
本発明設備は予備真空処理した繊維を効果的且つ連続的に含浸することができる。従来は真空を使用することによって密封性に問題が生じ、実際には型を用いた部品の製造にしか真空は使われず、少なくとも非連続的操作で用われていた。すなわち、この真空処理は一般に含浸する一群の繊維を前もって導入した密封チャンバを用いて行われていた。
本発明では真空チャンバの入口孔と真空チャンバからの流出孔の両方に剛体壁を有する管を使用し且つ真空チャンバから含浸チャンバへの移送にも剛体壁を有する管を使用することによって、十分なレベルの密封性を維持した状態で繊維に傷を与えずに孔を介して繊維を高速で通過させることができるということが分かった。実験で必要であれば、処理される繊維全体の断面を考慮した最も大きな通過断面にすることも十分でき、繊維の供給速度と管の長さを考慮してさらに十分な密封性を達成することができる。長さを長くすると密封性が促進される。
【００２１】
入口孔から下流孔まで少なくとも１つの管を拡大せずに、好ましくは断面が収束するようにするのが好ましい。そうすることによって壁に対する繊維の最小限の摩擦と良好な密封性とのバランスを取ることができる。もちろん、この管の密封性は相関的なものにすぎない。動的な観点からいうと、真空チャンバへの空気の漏れは使用した真空ポンプの排気能力に比べて低いことを意味する。従って、樹脂の粘度、真空チャンバと含浸チャンバとの間の圧力差、真空チャンバと含浸チャンバとの間の通路断面積および長さおよび繊維の供給速度を樹脂が含浸チャンバの方へ戻る効果を生じるようにすると、真空チャンバへの樹脂の漏れはゼロになる。
以下、本発明の２つの含浸方法の実施例を添付図面を参照して説明する。各図は本発明の処理設備の異なる変形例の概念図である。
【００２２】
【実施例】
本発明は選択された樹脂で含浸された繊維を含む複合材料を広範囲の断面形状で製造するのに適している。
図１〜３は円形断面の長い複合材料の製造に適した設備を示している。図１にはリールから連続して巻き出される繊維Ｐ１が見える。一般に、強化繊維はロービング（粗紡糸）すなわちリール上に平行に巻きつけられた一群の繊維の状態で供給される（例えば、PPG2001-300 TEXの名称で市販されている繊維（フィラメントともよばれる）を用いる）。
例えば任意寸法の丸い断面のフィラメントＰ４の形の複合材料がローラ１４０と巻取りリール１４１を備えた巻取り装置によって巻き出される。
【００２３】
図１には真空チャンバ１１０、含浸チャンバ１２０および安定化チャンバ１３０がこの順番で配置されているのが見える。繊維Ｐ１は剛体壁を有する入口管１１２を介して真空チャンバ１１０中に導入される。真空チャンバは孔１１５を介して真空ポンプ（図示せず）に連結されている。入口管１１２の役目は高速度での連続的な密封性を確保することにある。入口管１１２の通路の理論断面がローラ１４０によって巻き出される全繊維を合せた総断面全体よりはるかに大きくても、約０．１バールの圧力（絶対圧）で十分な密封性が得られる。入口管１１２の断面積は含浸する繊維を合せた総断面の約２倍である。「合せた総断面」とは各繊維の単位断面積の合計である。入口管の長さｌ₁は入口管の最小断面の最小寸法の３０倍以上であるのが好ましい。
【００２４】
入口管１１２の他の機能は複合材を製造すべき形状に従って各繊維を配置することにある。例えば中空針１１２Ａ（円形断面、図２参照）を用いる。
入り口管の断面寸法は入り口管の長さと無関係に決定しないのが望ましい。入口管の長さｌ₁が大きければ大きいほど、動的な真空密封性を確保するのが容易になる。実際には、大気から真空チャンバ内に通過する空気の漏れ速度が真空ポンプの能力よりはるかに小さい場合に十分な密封性が達成される。入口管の長さが長くなればなるほど、設備を通って巻き出される繊維の断面に対する入口管の最小断面をより大きくすることができる。
【００２５】
入口管に関して説明したことは移送管（図２の１１９Ａ参照）にも当てはまり、この移送管も円形断面の中空針にすることができる。
以下で説明する実施例では、移送管の後に含浸チャンバ１２０が続く。が、この含浸チャンバ１２０はパイプを介して外部タンク１２１から樹脂が供給される密封されたエンクロージャである。計量ポンプ１２３を上記パイプに挿入して用いた含浸樹脂の量を非常に正確に知るのが好ましい。密封された含浸チャンバ１２０全体に樹脂が充填される。繊維は長さｌ₂の移送管１１９を介して真空チャンバから含浸チャンバへ通過する。移送管１１９の内部を進む繊維Ｐ２は真空処理を受ける。従って、この繊維は樹脂を吸収する傾向が非常に大きい状態にある。
【００２６】
この移送管１１９の役割は真空チャンバと含浸チャンバに充填された樹脂との間の密封性を確実にすることにある。移送管の断面が含浸される繊維を合せた総断面の約２倍である場合に、長さｌ₂が最小断面の最小寸法ｄ₂の４０倍以上であれば十分であることが分かっている。
含浸チャンバの下流にはサイジングダイ１２９がある。このサイジングダイ１２９の役割は樹脂の重合が始まる前にプリプレグＰ３を成形することにある。このサイジングダイ１２９は成形の役目の他に最終製品の寸法を正確にする役目もする。サイジングダイは例えば円形断面（図２の１２９Ａ参照）であるが、ダイの長さｌ₃は最小断面の最も小さい寸法ｄ₃の５０倍以上である。
【００２７】
サイジングダイ１２９または１２９Ｂは樹脂に対する繊維の比を計量する役割をすることができる。樹脂に対する繊維の比は設備を通して平行に巻出される繊維全体の断面に対するサイジングダイを通る通路の最小断面に依存する。この計量は容積式ポンプを用いて制御することができる。
プリプレグのサイジングダイ１２９または１２９Ｂの後には安定化チャンバ１３０が続く。含浸樹脂は室温でほぼ液状であり、それ自体の機械的安定性は全くないので、含浸樹脂を固体相に変換して長い複合材料を処理できるようにしなければならない。そのための公知の方法は例えば熱的に重合を開始させる反応があり、本発明の実施例のように電離放射線、例えば紫外線によって樹脂の重合を開始させることもできる。
【００２８】
従って、本発明設備の安定化チャンバは繊維を含む組成物を電離放射線に露出させて樹脂の重合を開始させ、それによって組成物が実質的に固定相の安定化したプリプレグとなるようにする装置を備えている。
この安定化チャンバは電離放射線に対して少なくとも部分的に透過性のある壁を備えた密封チューブ１３２を有するのが好ましい。プリプレグの安定化段階はプリプレグＰ３が全て支持体と完全に接触していない時（図３参照）に行う。放射線源は密封チューブ１３２の外側にプリプレグＰ３の組成物を酸素無しで紫外線に露出できるように配置されている。例えば可視紫外線スペクトルの放射線を出すPhilips TLK 40W/03 紫外線管等の照射管１３１を密封チューブ１３２の周りに位置する。
【００２９】
本発明の設備は高速処理に適している。速度が大きければ各処理領域の長さ（真空チャンバ１１０の長さＬ_V、含浸チャンバ１２０の長さＬ_I、安定化チャンバの長さＬ_S）を長くするのに好都合である。
図４〜図７は０．２ｍｍ×５ｍｍの断面を有するテープＲ４を製造する設備を示している。これらの図には入口管２１２、真空チャンバ２１０、移送管２１９、含浸チャンバ２２０、樹脂タンク２２１、計量ポンプ２３３、サイジングダイ２２９、安定化チャンバ２３０が示されている。サイジングダイは長方形断面で、ダイの長さは最小断面の最小寸法の１００倍以上である。図６は長方形断面のサイジングダイ２２９Ｂを示し、このサイジングダイ２２９Ｂの断面は入口２２９ＢＩと出口２２９ＢＯとの間で変えてもることもできる。このダイの上流側の孔は例えば１０ｍｍ×０．５ｍｍの断面を有し、中間部の断面比率を変えて、その表面をサイジングダイの少なくとも一部で消滅させることもでき。一つの実施例では出口の断面は製造するテープの断面、例えば５ｍｍ×０．２ｍｍに正確に対応しない。サイジングダイの下流側の孔の寸法はわずかに大きくすることができる（例えば５．３ｍｍ×０．２５ｍｍ）。
【００３０】
入口管は製造すべき組成物の最初の成形に一定の役目をしているということを思い出してもらいたい。この入口管はさらに、繊維全体を入口管によって与えられる通路の断面全体に均等に分散させる役目もする。入口管のガイド数を増やして確実に均等に分布させることもできる。例えば複数の円形断面の中空針２１２Ｂを平行に配置することができる（図６参照）。
本発明の第２実施例でのプリプレグの安定化段階はプリプレグが支持体と相対スリップ無しで接触しながら行われる。繊維Ｐ１は剛体の入口管２１２を介して真空チャンバ２１０に導入される。真空チャンバは真空ポンプ（図示せず）に連結されている。安定化チャンバ以外、この設備は上記のものと非常に類似しているので、その詳細は説明しない。
【００３１】
安定化チャンバ２３０は周囲に支持体面２３３（図７参照）を有する可動リム２３２を備えている。この支持体面２３３は長い複合材料の所定の最終断面の一部を規定する。例えば、長方形断面のテープを製造する場合にはリム２３２の周囲に溝を形成して、この溝の表面で支持体面を形成するのが好ましい。支持体面２３３は回転自在にする。従って、プリプレグは安定化処理中にスリップ無しで支持される。安定化チャンバ２３０は真空チャンバ２１０と含浸チャンバ２２０とを含んでいる。この構造にすることによってサイジング（較正）用孔２２９から出たプリプレグを、酸化を防止しながら、支持体上に容易に設置することができる。例えば不活性（窒素）雰囲気にすることもできる。照射管２３１、例えば可視紫外線スペクトルの放射線を出すPhilips TLK 40W/03の紫外線管をリム２３２の周りに位置する。すなわち、本発明装置の安定化チャンバは繊維を含む薄い組成物を電離放射線に露出させて、樹脂の重合を開始させ、それによって組成物が実質的に固体相の安定化したプリプレグを得られるようにする装置を備えている。
【００３２】
本発明設備は最終複合材の状態（樹脂が完全に重合した状態）でも、安定化したプリプレグの状態（樹脂の重合は完全ではないが、製品の少なくとも外面が固体相になり、製品を破損しないで取り扱いできる状態）でも任意断面の長い強化材を製造することができる。上記の通りの長方形断面のテープを製造できる。例えばゴムタイヤのモノフィラメント型強化材として用いられる例えば円形断面のフィラメントを製造することもできる。
【００３３】
本発明設備は、真空チャンバ内に高水準の真空状態を保ち且つ維持し、非常に良好な樹脂の繊維への含浸を保証し、しかも非常に高速での製造を可能にする。しかも、繊維破損率は無視できる程度である。入口管および移送管の断面は全て繊維の総断面より実質的に大きい。繊維とこれらの管の壁との間の摩擦は非常に小さいが、大気と各チャンバとの間およびチャンバ間には十分な密封性が得られる。製造する製品の寸法および／または断面を変えるのは極めて簡単であり、入口管および移送管とサイジングダイとを交換するだけでよい。これらの部品は容易に交換できるように設計されている。
【００３４】
本発明方法では、繊維の入口からプリプレグの製造まで繊維または繊維集成体および含浸組成物をプリプレグが十分に安定するまで大気と接触せずに処理する状態が維持される。例えば、単数または複数のエンクロージャをいわば動的に大気から隔離することができる。これによって処理パラメターを制御された状態に維持できる。さらに、脱気と含浸用に別々の処理エンクロージャを使用する場合には、両方の操作を互いに独立して制御できるという利点もある。
【００３５】
樹脂に対する繊維の比率に複数の簡単な方法で決めることができる。長い複合材料の最終形状を実質的に決定する役割は通路断面に残しておくのが好ましい。通路断面は繊維の比率とは無関係であるが、容積型ポンプを用いて樹脂に対する繊維の比率を変えるのが好ましい。含浸チャンバへの樹脂の注入速度を変えることで平行に巻き出した繊維を移送する一定の速度で樹脂をサイジングダイから強制的に流出させて繊維に対する樹脂の比率を変化させることができる。本発明は断面の下限が実質的に無い非常に小さい断面の複合材または安定化したプリプレグの製造することができる。
【００３６】
繊維を壊さず且つ繊維と含浸樹脂との集成体を正確に処理できるようにするために、繊維を合せた総断面はダイの断面の表面積の８０％以下にするのが好ましい。本発明方法は繊維を合せた総断面の表面積および樹脂の断面の表面積とがほぼ同じであるプリプレグを製造することができる。本発明設備は入口管断面の表面積とサイジングダイの断面の表面積との差が２０％以下であるのが好ましい。
本発明設備はガラス繊維、カーボン繊維等の従来の強化繊維を全て用いることができる。上記実施例はガラス繊維を用いたものである。使用する樹脂は熱可塑性樹脂、可塑剤、防縮剤、内部用離型剤、着色剤等の添加物を含むことができる、これらの添加物はゲル化および重合反応に関係するものでもよい。本発明の長い複合材の製造方法によって非常に高い繊維含有率、最大で５０％を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明設備の第１実施例の概念図。
【図２】 本発明の第１実施例の設備の部分拡大図。
【図３】 本発明の第１実施例の設備の他の部分の概念図。
【図４】 本発明の設備の第２実施例の断面図。
【図５】 本発明の設備の第２実施例の図４の断面に垂直な断面を通る別の断面図。
【図６】 本発明の第２実施例の設備の部分拡大図。
【図７】 本発明の設備の第２実施例の他の部分の概念図。
【符号の説明】
１１０ 真空チャンバ
１１２ 入口管
１１９ 移送管
１２０ 含浸チャンバ
１２１ 外部タンク
１２９ サイジングダイ
１３０ 安定化チャンバ
１３１ 電離管
１４０ ローラ

Claims (14)

1. 電離放射線によって硬化可能な樹脂を含む組成物をベースにしたマトリクスで含浸された強化繊維を含む長い複合材料の連続製造方法であって、
   強化繊維を配列させ、配列された繊維が以下の操作を順次受けるように搬送方向に送り、
   第１のプロセスチャンバにおいて真空作用により配列された繊維を脱気する工程と、
   前記配列が実質的に大気と接触しない状態を保ちながら、前記第１のプロセスチャンバとは別に設けられた第２のプロセスチャンバ内で配列された繊維を上記組成物で含浸して繊維と組成物とを含むプリプレグを作る工程と、
   このプリプレグを所定の断面積と形状とを有するダイに通してプリプレグに所定の形状を付与する工程と、
   ダイの下流でプリプレグ樹脂を電離放射線へ露出することにより、少なくとも部分的に重合してプリプレグの形状を安定化させる工程と、を含み、
   前記電離放射線への露出は、指数Ｔ＝Ｔg−Ｔgprが１２０℃以下に下り且つこの指数Ｔが３０℃以下に下がる前に電離放射線への露出を停止する(ここで、Ｔgprは電離放射線への露出完了時の組成物のガラス遷移温度、Ｔgfは最終的な長い複合材料のガラス遷移温度)ことを特徴とする方法。
2. 組成物が光重合開始剤を含み、電離放射線が可視紫外線スペクトル内に含まれる請求項１に記載の方法。
3. 安定化段階での少なくとも部分的な重合を組成物が固形相を形成するまで続ける請求項１に記載の方法。
4. 指数Ｄ＝Ｄi／Ｄfが約０．５の値に達し、この指数Ｄが約０．７の値に到達する前に電離放射線への露出段階を停止する(ここで、Ｄiは電離放射線への露出の完了時の組成物のＤショアー硬度、Ｄfは最終長い複合材料のガラス遷移温度)請求項１に記載の方法。
5. ビニルエステル樹脂と不飽和ポリエステル樹脂から成る群の中から樹脂を選択する請求項１に記載の方法。
6. 強化繊維がガラス繊維である請求項１に記載の方法。
7. 下記1)〜6)を有する、硬化樹脂を含む組成物をベースにしたマトリクス中に含浸された繊維を含み、全繊維が複合部材の最終断面より小さい所定の断面を形成する、所定の最終断面を有する長い複合材料を製造する設備：
   １）真空チャンバ（１１０，２１０）と、
   ２）真空チャンバ内に開口した入口孔および下流孔を有する剛体壁の入口管（１１２，２１２）であって、全繊維の断面より大きい最小断面を有し、入口孔と下流孔との間で測定した入口管の長さが上記最小断面より大幅に長い入口管と、
   ３）含浸チャンバ（１２０，２２０）と、
   ４）真空チャンバに連結する入口孔と含浸チャンバに開口する下流孔とを有する、真空チャンバと含浸チャンバとの間の剛体壁の移送管（１１９，２１９）であって、全繊維の断面より大きい最小断面を有し、入口孔と下流孔との間で測定した長さが上記最小断面より大幅に長い移送管と、
   ５）長い複合材料のサイジングダイ（１２９，２２９）と、
   ６）サイジングダイの下流に設けた樹脂を少なくとも予備重合する手段。
8. 入口管の長さが最小断面の最小寸法の３０倍以上である請求項７に記載の設備。
9. 移送管の長さが最小断面の最小寸法の４０倍以上である請求項７に記載の設備。
10. サイジングダイが円形断面であり、ダイの長さが最小断面の最小寸法の５０倍以上である請求項７に記載の設備。
11. サイジングダイが長方形断面であり、ダイの長さが最小断面の最小寸法の１００倍以上である請求項７に記載の設備。
12. 少なくとも予備重合する手段が安定化チャンバである請求項７に記載の設備。
13. 安定化チャンバが繊維を含む薄い組成物を電離放射線に露出させて樹脂の重合を開始させ、実質的に固体相の組成物にする露出装置を含む請求項１２に記載の設備。
14. 上記の露出装置が可視紫外線スペクトルの放射線（ＵＶ）を出す電離管（１３１，２３１）を含む請求項１３に記載の設備。

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