JP5383511B2 - 誘導補助的な製造法 - Google Patents
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Description
ストリップ状の強化繊維を有する出発材料を連続的に前方に押し出すかまたは引き抜く、繊維複合材料からの成形体のための製造法は、引抜成形または押出との名称でも公知である。この従来技術の場合、概して、乾燥強化繊維からの出発材料が準備され、該強化繊維は、樹脂に含浸するために樹脂槽に導かれる。このようにして準備された出発材料は、次いで成形用金型(Formwerkzeug)に供給され、その際、該出発材料は連続的な流入において形作られ、その樹脂成分が硬化される。該成形用金型から、製造される成形体がエンドレス異形材の形で流出し、次いで該異形材は所望の長さの断片に区分される。その際、出発材料に対する前方への引抜力は、引抜ツールによってエンドレス異形材の領域中で適用される。引抜成形の一変法は、出発材料としてプリプレグと呼ばれる半製品から出発され、該半製品は、強化繊維および樹脂を有し、該樹脂は、該プリプレグの成形用金型内への取入前に進行の過程で加熱装置によって少なくとも予備加熱される。該樹脂を硬化するためのさらなる加熱を、該成形用金型内で行うことが出来る。現在、用いられている引抜成形の場合、出発材料は、赤外線放射、裸火、熱風またはホット不活性ガスによって成形用金型の上流で加熱される。金型内での加熱は、その部分が、ヒータカートリッジ、水または誘導コイルによって加熱される該金型を介して行われる。
本発明の基礎を成している課題は、高い温度に加熱されなければならない樹脂を使用する場合にも、出発材料の強化繊維の熱損傷の危険が存在することなく、高い製造速度を可能にする、特許請求項1の上位概念の工程を有する繊維複合材料からの成形体の製造法および特許請求項16の上位概念の特徴を有する半製品を示すことである。
該課題は、本発明により、特許請求項1の特徴を有する製造法および特許請求項16の特徴を有する半製品によって解決される。従属請求項2〜15は、新規の該製造法の有利な実施態様に関し、他方で、従属請求項17〜22は、新規の該半製品の有利な実施態様に関する。
新規の製造法の場合、素早く通過する出発材料が、樹脂中への交流磁場のカップリングによって加熱される。これによって、該樹脂を非常に素早く、しかし、同時に制御して、かつ均一に加熱することが可能であるので、これは高い送り速度でも理想的な状態で成形体に形作られる。この結果、成形体中の樹脂が硬化されている場合、該成形体の高い品質が得られる。殊にこれは、高融点熱可塑性樹脂、例えば、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)またはポリフェニレンスルフィド(PPS)のような、250℃より高い温度で初めて溶融する樹脂の使用下での、繊維複合材料からの成形体の製造に関して適用される。新規の製造法の場合、交流磁場が樹脂中に選択的にカップリングされることにより、強化繊維は熱負荷されないか、または僅かにしか熱負荷されない。高い速度で熱可塑性樹脂が処理される場合、該強化繊維は、そのうえさらに目的に合わせて熱緩衝材として利用され得、その際、該強化繊維は、出発材料が所望の成形体に形作られた後に、既にその熱容量により、樹脂の硬化のために該樹脂から取り除かれなければならない該樹脂からの熱の一部を吸収する。次いで樹脂のみが、該樹脂と、出発材料のその他の層またはストリップと持続的に成形体中で結合するために最大温度に達する。
図1の中で概略的に示されるテープ敷設装置は、ストリップ状の出発材料1からの成形体を製造するために用いられる。出発材料1は、テープ敷設装置中で該出発材料の流れ方向10に一方向で延びる強化繊維および熱可塑性樹脂を有する。図1に記載のテープ敷設装置により、出発材料1は層状に成形用金型7に施与される。その際、出発材料1の第一の層のみが成形用金型7に直接に接する。出発材料1のさらに別の層は、成形用金型7の上に既に存在する、所望の成形体の部分6に施与される。その際、新しく施与された出発材料1と部分6との間の持続的な結合を形成するために、出発材料1は、まず予備加熱装置2の中で加熱される(この場合、該装置2は電気加熱器を有するものと示唆される)。しかしながら、所望の成形体の仕上がった部分6との持続的な結合部を製造するために必要とされる接合温度への出発材料1の加熱は、ローラガイド3に引き続き加熱装置5(この場合、出発材料1のためのレイアップロール(Ablegewalze)4と組み合わせられている)で初めて引き起こされる。具体的に、加熱装置5は、レイアップロール4の内部に配置された誘導コイル16を有する。ここでは図示されていない交流発電機は、交流を誘導コイル16によって生成する。結果生じる交流磁場が、出発材料1の樹脂中にカップリングされる。このカップリングと、これから結果生じる樹脂の加熱を促進するために、出発材料1の樹脂は超常磁性粒子と混合される。これにより、出発材料1の樹脂を、レイアップロール4によるレイアップ中に非常に素早く、既に存在する所望の成形体の部分6との結合のために十分高い温度に加熱することが可能となる。これ自体は、出発材料1の樹脂が、250℃以上の高い温度で初めて溶融する熱可塑性樹脂である場合に適用される。誘導コイル16の交流磁場の領域に続いて、レイアップされた出発材料1は冷却装置8によりさらに加圧され、その際、既に再びその溶融温度を下回る温度まで冷却され、そうして、より深くに位置する出発材料の層とのその結合が定着する。
例えば、適した樹脂はポリオレフィン、例えばポリエチレンまたはポリプロピレン、ポリアミド、ポリフェニレンエーテル(PPE)、ポリアミド/PPE−ブレンド、ポリカーボネート、ポリエステル、例えばポリアクリレート、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート(PBT)またはポリカーボネート/PBT−ブレンドである。
の繰り返し単位を含有する芳香族ポリマーである。付加的に、場合により式
PAEKは、式
(−Ar−X−)および(−Ar′−Y−)、
[式中、ArおよびAr′は、二価の芳香族基、好ましくは1,4−フェニレン、4,4′−ビフェニレンならびに1,4−、1,5−または2,6−ナフチレンを表す]の単位を含む。Xは電子吸引性基、有利にはカルボニルまたはスルホニルであり、他方でYは、O、S、CH2、イソプロピリデン等のようなその他の基を表す。この場合、基Xの少なくとも50%、有利には少なくとも70%、およびとりわけ有利には少なくとも80%がカルボニル基を表すことが望ましく、他方で、基Yの少なくとも50%、有利には少なくとも70%、およびとりわけ有利には少なくとも80%が酸素から成ることが望ましい。
適した超常磁性粒子は、例えばEP−A−1284485ならびにDE10317067の中で記載され、該文献は全面的に引用される。
2 予備加熱装置
3 ローラガイド
4 レイアップロール
5 加熱装置
6 製造されるべき成形体の部分
7 金型
8 冷却装置
9 供給ロール
10 流れ方向
11 原料リザーバ
12 マテリアルガイド
13 ダンサーロール
14 ロービングガイド
15 成形用金型
16 誘導コイル
17 引抜ツール
18 切断ツール
19 異形材断片
20 軸
21 テープ敷設装置
22 テープ巻き取り装置
23 成形引抜機
24 エンドレス異形材
25 加熱曲線
26 加熱曲線
27 加熱曲線
Claims (22)
- 繊維複合材料からの成形体の製造法であって、その際、ストリップ状の、強化繊維および熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を有する出発材料を連続的に前方に押し出すかまたは前方に引き抜き、その際、流入する出発材料を、進行の過程で交流磁場のカップリングによって加熱し、その際、加熱した出発材料を、継続的に成形体に形作り、かつ、その際、成形体中の樹脂を硬化する製造法において、出発材料(1)の樹脂を、交流磁場にカップリングされる超常磁性粒子と混合することを特徴とする、繊維複合材料からの成形体の製造法。
- 前記超常磁性粒子を、出発材料(1)の樹脂に0.1〜50質量%の割合で添加することを特徴とする、請求項1記載の製造法。
- 前記超常磁性粒子が、2〜100nmの直径を有する磁性金属酸化物磁区からの一次粒子を有することを特徴とする、請求項1または2記載の製造法。
- 前記超常磁性粒子中の一次粒子が、非磁性金属酸化物マトリックスまたは非磁性半金属酸化物マトリックス中に埋め込まれていることを特徴とする、請求項3記載の製造法。
- 前記強化繊維が、出発材料(1)の進行方向(10)で一方向に延びることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記交流磁場を、10kHz〜60MHzの周波数でカップリングすることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項記載の製造法。
- 成形体に形作られた前記出発材料(1)を冷却することを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記出発材料(1)を引抜成形プロセスにおいて成形体に形作ることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記交流磁場を成形用金型(15)の上流で出発材料(1)中にカップリングすることを特徴とする、請求項8記載の製造法。
- 前記出発材料(1)を、テープ敷設プロセスにおいて、既に存在する成形体の部分に形作ることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記交流磁場を、ガイドローラ(3)と、出発材料(1)のための冷却された加圧ツールとの間の領域内で出発材料(1)中にカップリングすることを特徴とする、請求項10記載の製造法。
- 前記出発材料(1)を、テープ巻き取りプロセスにおいて、既に存在する成形体の部分上で巻き取ることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記交流磁場を、ロービングガイド(14)と、出発材料(1)のための冷却された加圧ツールとの間の領域内で出発材料(1)中にカップリングすることを特徴とする、請求項12記載の製造法。
- 前記熱可塑性樹脂が高温熱可塑性物質であることを特徴とする、請求項1から13までのいずれか1項記載の製造法。
- 前記高温熱可塑性物質が、ポリエーテルケトンおよびポリフェニレンスルフィドを包含する高温熱可塑性物質の群から選択されていることを特徴とする、請求項14記載の製造法。
- 強化繊維および、磁性粒子と混合されている熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を有する、請求項1から15までのいずれか1項記載の製造法に際して出発材料として使用するための半製品または中間生成物として得られる半製品において、前記半製品が、主たる伸長方向において延長するストリップであり、かつ前記磁性粒子が超常磁性粒子であることを特徴とする半製品。
- 前記超常磁性粒子が、樹脂に0.1〜50質量%の割合で添加されていることを特徴とする、請求項16記載の半製品。
- 前記超常磁性粒子が、2〜100nmの直径を有する磁性金属酸化物磁区からの一次粒子を有することを特徴とする、請求項16または17記載の半製品。
- 前記超常磁性粒子中の一次粒子が、非磁性金属酸化物マトリックスまたは非磁性半金属酸化物マトリックス中に埋め込まれていることを特徴とする、請求項18記載の半製品。
- 前記強化繊維が、延長する出発材料の主たる伸長方向で一方向に延びることを特徴とする、請求項16から19までのいずれか1項記載の半製品。
- 前記熱可塑性樹脂が高温熱可塑性物質であることを特徴とする、請求項16から20までのいずれか1項記載の半製品。
- 高温熱可塑性物質が、ポリエーテルケトンおよびポリフェニレンスルフィドを包含する高温熱可塑性物質の群から選択されていることを特徴とする、請求項21記載の半製品。
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