JP5639708B2 - Ｓｍｃ多層構成部品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＳＭＣ多層構成部品の製造方法に関する。

大きな機械的応力を伴う適用領域で使用する軽量構造部品を、シート・モールディング・コンパウンド（ＳＭＣ）とも呼ばれる熱硬化性複合材料システムから製造することが知られている。この場合、ポリエステル樹脂又はビニルエステル樹脂などの熱硬化性樹脂がフィラピース及び添加剤ならびに繊維（好ましくはガラス繊維）と共に練り込まれ、例えばフィルムなどの形にされて、加工又は成形される半製品として提供され、これらの半製品は構成部品を完成させるためにさらに加工され得る。この合成物は、自動車及び商用車に適した多層構成部品を製造するための軽量でありながら抵抗力のある、安定した、負荷に耐えるコンポーネントを提供し、安定させる１つ又は複数のＳＭＣ層の他に別の材料層を含む多層構成部品では、複雑な接合作業によってこれらの層を中間層と接合することが必要である。

例えば車両ルーフ内張りの予備成形部品などの軽量な多層構成部品を製造するための多層材料及び該当する製造方法が特許文献１に開示されている。そこで取り扱われている、多層材料製造の簡素化という課題は、フリースの交点を熱可塑性接合剤で固定し、流動性のある発泡体素地を形成するコンポーネントをこのフリースに加え、次にベルトプレスに通すことによって、繊維強化材と少なくとも１つのカバー層とを発泡プラスチックに取り付けることにより解決される。接合剤のガラス温度は、発泡体形成の際に、発泡体を形成するコンポーネントの反応温度よりも低く、この温度はベルトプレス開始前の非常に短い時間で加えられるため、ベルト間の好ましい時点で発泡体形成が行われる。この場合、特に発泡体を形成するコンポーネントの添加時点に関しては精密な作業が必要であり、さらに構成部品の後加工も必要になることがある。

独国特許出願公開第１９９５６１５２Ｃ２

この従来技術から出発して、スピードが重視されず、できる限り少ない作業工程で複雑な構造をも製造できる方法によってＳＭＣ層を備える多層材料を最終的に作るという課題が生じる。

この課題は、請求項１の特徴を備える方法によって解決される。本方法の発展形態は、従属請求項の中に示されている。

本方法の最初の実施形態は、単一の製造プロセスにおけるＳＭＣ多層構成部品の製造に関する。この場合、サンドイッチ構造の構成部品が作られ、この構成部品は２つのＳＭＣカバー層の間に発泡体の材料層を有している。

この方法には、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層を備えるインサート層構造の、金型内における位置決め工程が含まれており、この金型は雄型及び雌型を有している。次に、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層が２つのＳＭＣカバー層に成形され、このときこの層構造に成形圧が加えられる。
成形が問題なく終了した後、第１と第２のＳＭＣカバー層が硬化されるか、又は硬化プロセスが開始される。
ＳＭＣプロセスにおける成形時及び少なくとも部分的な硬化時に、２つのＳＭＣ半製品カバー層又はＳＭＣカバー層が硬化プロセスの際に互いに接合し、それらの層の間で発泡体層が形成されるか、又は起泡が生じるのを防止する必要がある。このことは、２つのＳＭＣ層の間の分離フィルム、分離体などによって達成される。特に、成形物又は分離フィルムは、金型の形状から突出するように配置される。この突出部は、周りを取り囲む２つのホルダの間に挟み込むことができる。それによって、分離面が形成される。
ＳＭＣカバー層の少なくとも金型に近い端部の層が硬化した後、ＳＭＣカバー層の間で発泡体形成プロセスが開始される。
この発泡体形成プロセスには、２つのＳＭＣカバー層の間に配置される発泡可能な材料の提供と起泡とが含まれる。
次に又は起泡に伴って、ＳＭＣ多層構成部品が望ましい厚さに達するまで雄型が雌型から引き離されることにより、起泡に必要なスペースがコア材料に提供される。

この場合、２つのＳＭＣ層の間の分離体は、好ましい実施形態では、発泡可能な材料によっても形成することができる。分離フィルムなどは省略することもできる。

発泡可能な材料の起泡が終了すれば、最終的なＳＭＣ多層構成部品を金型から取り出すことができる。

本発明に基づき、成形後の２つのＳＭＣカバー層の間にある発泡可能な材料を硬い発泡体に変換するには、主に２つの方法がある。

第１の方法は、２つのＳＭＣカバー層の間に準備された発泡可能な材料が、発泡可能な、形状安定性のある成形物であり、この成形物はポリウレタン製成形物であることができ、インサート層構造を成形型に位置決めする前に２つのＳＭＣ半製品カバー層の間に配置され、これが金型の中に入れられ、位置決めされる。この場合、発泡可能な、形状安定性のある成形物は、２つのＳＭＣ層の間の分離体の機能も果たす。次に起泡プロセスのみが開始され、このことは、成形物を使用する際に、例えば前もって成形物の中に置かれた熱線によって発泡可能な成形物への熱入力を行うことにより、とりわけ簡単な方法で実現することができる。もちろん、その他の以下に挙げる起泡工程も考えられる。

代替の実施形態では、インサート層構造が、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層の間に、隣接して配置されているが、相互に接合できない２つの分離フィルム層を有することができる。これらの２つの分離フィルム層は、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層が成形時に互いに接合するのを防止する。すなわち、これらの分離フィルム層は、２つの分離フィルム層の一方が第１のＳＭＣ半製品カバー層に固定接合され、もう一方が第２のＳＭＣ半製品カバー層に固定接合されるような性質をもったフィルムから製造されている。同時に、分離フィルム層によって互いに分離されている２つのＳＭＣカバー層の間に発泡可能な材料が供給される間に、起泡の開始に続いて、金型の雄型と雌型とを互いに引き離すことができる。この起泡材料により、ＳＭＣカバー層と接合している２つの分離フィルム層の間の間隔が埋められ、この材料が硬化することにより、ＳＭＣ多層構成部品が金型の中で最終的に製造される。

２つの代替の方法では、インサート層構造が、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層の間に連続フィラメント又は長繊維を有するように設定することもできる。基本的に繊維は、ここではフィルムとして半製品カバー層を提供するＳＭＣ素地の中にも含まれている。通常のＳＭＣ素地には、素地の全重量の約８〜１５％の範囲で架橋可能な樹脂と、約３５〜５０％の範囲でチョーク又は岩粉などの無機質なフィラピースと、ガラス繊維などの繊維とが含まれている。周知の組成では、素地の全重量の約３０％にガラス繊維が含まれている。さらに、好ましくない収縮を軽減する添加剤、樹脂の特定の架橋を可能にする抑制剤、及びその他の追加材料を添加することも可能である。

適切な方法では、第２の方法における２つの分離フィルム層を提供するフィルムが溶融温度を有し、この溶融温度は、第１と第２のＳＭＣ半製品カバー層のＳＭＣカバー層への成形を実施するのに必要である温度より高い。

２つの分離フィルム層の間に発泡可能な材料を挿入するのは、インジェクションノズルを有する適切な装置を使うことで可能になる。起泡の開始後に発泡可能な材料から発生する発泡体は、ＳＭＣカバー層と固定接合されている分離フィルム層と固定接合する。

起泡可能な成形物によって２つのカバー層の間に発泡体が提供される第１の実施バリエーションでは、この発泡体は、同様にＳＭＣカバー層と直接かつ固定的に接合される。

成形物が起泡するバリエーションでは、起泡プロセスにおいて結果的に生じる温度上昇が成形物の中にある熱線又は抵抗線によって可能となる一方で、発泡可能な材料を注入する場合、発泡体形成を開始するために、外部の熱発生、熱供給、マイクロ波の入力又は超音波による発泡材料へのエネルギーの入力もしくは光化学的方法などの開始プロセスを選択することができる。

２つの代替の実施形態では、いずれの場合も、作業工程において精密に製造された軽量構成部品が製造され、その内部の発泡体層は、正確に成形されたＳＭＣカバー層によってサンドイッチのようにカバーされ、発泡体はこれらのカバー層の間に固定されて収納されているため、はめ込み及び接着などの接合又は接合作業は不要である。

これらの利点及びその他の利点を、添付の図を用いて以下に説明する。

説明における図は、説明を支援するため、及び対象物を容易に理解できるようにするために用いられる。実質的に同じか、又は類似の対象物もしくは対象物の一部は、同一の符号が付けられている場合がある。これらの図は、本発明の実施形態の図のみである。

発泡体を形成する材料層の起泡前における、本発明に基づく、金型内のＳＭＣ多層構造の断面図である。 発泡体を形成する材料層の起泡後における、本発明に基づく、金型内のＳＭＣ多層構造の断面図である。

基本的に、本発明に基づく方法は、金型の中で実施される単一の製造プロセスにおけるＳＭＣ多層構成部品の製造に関する。ここで取り扱っているのはベルトプレスではない。この構成部品はサンドイッチ構造に従って作られ、２つのＳＭＣカバー層の間に埋め込まれている発泡体の材料層を有している。本発明に基づくプロセスは、ＳＭＣ多層構成部品を作るために、少なくとも２つのＳＭＣ半製品カバー層からなるインサート層構造の金型内における位置決めを含み、好ましくは、この金型は雄型及び雌型を備えている。第１及び第２のＳＭＣ半製品カバー層は、それぞれが望ましい最終形状のＳＭＣカバー層に成形され、このことは、圧力下においてＳＭＣ材料が流体状態になることにより達成される。加熱された金型の熱の影響により、ＳＭＣ材料は硬化する。この硬化プロセスは、ここで、完全に終了させる必要はない。ＳＭＣカバー層の硬化は、金型を開けることと、発泡可能な材料を取り付けることとに損傷なく耐える程度で十分である。最終的な硬化は、発泡可能な材料の起泡と一緒に行うことができる。ＳＭＣカバー層は、２つのＳＭＣ半製品カバー層のそれぞれから製造される。雄型と雌型の金型コンポーネントは、２つのＳＭＣカバー層の間の発泡体材料層に望ましいスペースができるのに十分な大きさの間隔が開くまで互いに引き離すことができる。発泡可能な材料が２つのＳＭＣカバー層の間に提供されている場合、発泡体形成プロセスの開始により発泡可能な材料が起泡され、雌型と雄型の間隔によってできるスペースが埋められる。起泡が終了すれば、すぐに最終的なＳＭＣ多層構成部品を金型から取り出すことができる。

この種の金型が図１及び２に示されている。そこでは、本発明に基づく方法が、発泡可能な、形状安定性のある成形物を使用するバリエーションに基づいて実施される。ＳＭＣ半製品カバー層２、２’がインサート層構造として金型内に位置決めされる前に、発泡可能な成形物３’（図１を参照）は２つのＳＭＣ半製品カバー層２、２’の間にすでに完全に位置決めされた状態で配置される。発泡可能な成形物３’はＳＭＣ半製品カバー層の間にあり、一方、これらのＳＭＣ半製品カバー層は該当する成形圧が加えられることにより成形される。

雄型１及び雌型１’が互いに引き離され、図２に示されるように、発泡体形成プロセスが生じる場合、成形物３’が膨張し、２つのカバー層２、２’の間にあるスペースを完全に埋める成形発泡体３を形成する。

この場合、発泡体は対向するＳＭＣカバー層の側に固定接合するため、カバー層と発泡体とのその他の方法による接着又は接合が不要となり、その限りにおいて、発泡体とカバー層とを接合するその他のプロセスも実施する必要はない。発泡体形成は、図には示されていないが、発泡可能な成形物の中にすでに用意されている熱線によって引き起こすことができ、これらの熱線は該当する熱源に接続されている。

さらに、プロセスに組み込まれている熱誘導によって発泡反応を開始することも考えられる。

基本的に、起泡を生じさせるには、例えばマイクロ波又は超音波の形でのエネルギーの入力、発泡体の中に組み込まれた抵抗ヒータ又は抵抗線による加熱、又は光化学的反応機構など、その他の反応機構も考えられる。

図示されていない代替の実施形態では、２つのＳＭＣ層の間にフィルム層が配置されており、このフィルム層は、２つのＳＭＣ半製品カバー層が、成形又は硬化プロセスの間及びその後において、互いに直接接合しないようにする働きがある。これらの分離フィルムは、成形後の硬化プロセス中にＳＭＣ層に対向する側がＳＭＣ材料と固定接合するように形成されている。同時に、これらのフィルムは、ＳＭＣの成形プロセス中に損傷が生じないように、温度耐性でもある。ＳＭＣカバー層が成形され、硬化されると、すぐに該当する金型の雄型が雌型から引き離され、その間に、適切に配置されているインジェクションノズルによって発泡可能な材料が２つの分離フィルムの間に注入される。同時に、雄型と雌型は、望ましい間隔になるまで互いに引き離すことができ、発泡体を充填できる空洞が提供される。注入された発泡可能な材料は、ＳＭＣカバー層と固定接合されている分離フィルム層と起泡中に固定接合する。この場合も、発泡体層を硬化させた後に構成部品を取り出すことができる。

ＳＭＣ多層構成部品を製造するための前述した２つの方法により、迅速かつ精密に実施可能な製造プロセスが提供され、接合作業による構成部品のコスト及び時間を要する後加工が不要となる。

１ 雄型
１’ 雌型
２、２’ ＳＭＣ半製品カバー層
３ 成形発泡体
３’ 成形物

Claims (6)

1. 構成部品がサンドイッチ構造を有し、少なくとも１つの発泡体の材料層（３）が２つのＳＭＣカバー層（２、２’）の間に埋め込まれる、製造プロセスにおけるＳＭＣ多層構成部品の製造方法であって、
   ａ）雄型（１）及び雌型（１’）を含む金型内において、少なくとも１つの第１及び第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）を含むインサート層構造を位置決めする工程と、
   ｂ）前記層構造に成形圧を加えながら、第１及び第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）を２つのＳＭＣカバー層（２、２’）に成形する工程と、
   ｃ）前記第１及び前記第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）の硬化を開始する工程と、
   ｄ）前記雄型（１）と前記雌型（１’）との間の間隔が、製造する前記ＳＭＣ多層構成部品の厚さに該当するまで前記雄型（１）と前記雌型（１’）とを互いに引き離す工程と、
   ｅ）前記２つのＳＭＣカバー層（２、２’）の間に提供される発泡可能な材料（３’）の発泡体形成プロセスを開始して、前記発泡体材料層（３）を作る工程と、
   ｆ）起泡終了後に、前記ＳＭＣ多層構成部品を前記金型から取り出す工程とを含む、方法において、
   ｇ１）前記第１と前記第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）の間の前記インサート層構造が、互いに隣接して配置され且つ相互に接合できない２つの分離フィルム層を有し、
   前記第１及び前記第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）を前記２つのＳＭＣカバー層（２、２’）に成形する時、前記２つの分離フィルム層の前記第１の分離フィルム層が前記第１のＳＭＣカバー層（２）に固定接合され、前記第２の分離フィルム層が前記第２のＳＭＣカバー層（２’）に固定接合され、
   前記２つのＳＭＣカバー層（２、２’）の間に提供される前記発泡可能な材料（３’）が、前記雄型（１）と前記雌型（１’）とが互いに引き離される間に、前記２つの分離フィルム層の間に注入されること、又は
   ｇ２）前記２つのＳＭＣカバー層（２、２’）の間に提供される前記発泡可能な材料（３’）が、発泡可能な、形状安定性のある成形物（３’）であり、前記発泡可能な成形物（３’）は、前記インサート層構造を前記金型内に位置決めする前に、前記２つのＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）の間に位置決めされていることを特徴とする方法。
2. 前記２つの分離フィルム層を提供するフィルムが溶融温度を有し、該溶融温度は、前記第１と前記第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）の前記２つのＳＭＣカバー層（２、２’）への成形を実施するのに必要である温度より高いことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記発泡可能な材料（３’）の発泡体形成の開始が、熱発生、熱供給、又は前記発泡可能な材料へのエネルギーの入力によって行われることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記発泡可能な成形物（３）の発泡体形成の開始が、前記成形物（３）の中に置かれた熱線による熱供給によって行われることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記工程ｄ）及びｅ）が同時に実施されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記第１及び前記第２のＳＭＣ半製品カバー層（２、２’）の硬化が、前記工程ｅ）において終了することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
   

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