JP5792293B2 - 中実で線状の形材から形成された構造部材 - Google Patents

中実で線状の形材から形成された構造部材 Download PDF

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Description

関連出願
[0001]本出願は仮特許出願６１/３５３８８５号（２０１０年６月１１日提出）の優先権を主張し、その内容の全てが参考文献としてここに取り込まれる。
[0002]中実の形材（solid profile）は、一つ以上の繊維強化リボンをダイを通して引き抜くことによって形成されることが多く、これによりリボンは所望の形状に成形される。リボンは、ポリマーのマトリックス（母材）の中に埋め込まれて一方向に整列した連続繊維を含んでいてもよい。形材は機械加工方向（縦方向）に配向した連続繊維を含むので、それらは機械加工方向で良好な引張り強さを示すことが多い。しかしながら、あいにく、得られる最大限の引張り強さは、非常に高い強度を有する材料を加工処理する困難さのためにしばしば制限される。従って、優れた引張り強さを示し、なおかつ比較的効率的で簡単な方法で製造することのできる中実の形材が現在求められている。
[0003]本発明の一つの態様によれば、中実で線状の形材を含む構造部材が開示される。中実で線状の形材は、リボンからなる団結されたラミネート（積層物）から形成された第一の構成要素を含み、ここで、ラミネートの各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含む樹脂製のマトリックスとを含み、マトリックスの中に連続繊維が埋め込まれている。連続繊維はリボンの約４０重量％から約９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの約１０重量％から約６０重量％を構成している。曲げ弾性率は約１０ギガパスカル以上である。
[0004]本発明の別の態様によれば、中実で線状の形材を形成するための方法が開示され、この方法は複数の個々のリボンを供給することを含む。各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含む樹脂製のマトリックスとを含み、マトリックスの中に連続繊維が埋め込まれていて、連続繊維はリボンの約４０重量％から約９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの約１０重量％から約６０重量％を構成している。リボンは樹脂製マトリックスの軟化温度以上の温度まで加熱される。加熱されたリボンは第一のダイを通して引き抜かれ、それによりリボンはともに団結してラミネートが形成され、そして第二のダイに通し、それによりラミネートは付形される。付形されたラミネートは冷却されて、それにより中実の形材が形成される。
[0005]本発明のその他の特徴と態様は以下で詳細に説明される。
[0006]当業者にとっての最良の形態を含む本発明の完全かつ授権的な開示は、本明細書の以下の記載において添付図面を参照して詳細に説明される。
これらに限定されるものではないが、本発明は以下の態様の発明を包含する。
［１］中実で線状の形材を含む構造部材であって、この中実で線状の形材は、個々のリボンからなる団結されたラミネートから形成された第一の構成要素を含み、ラミネートの各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、連続繊維はリボンの約４０重量％から約９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの約１０重量％から約６０重量％を構成していて、形材の曲げ弾性率は約１０ギガパスカル以上である、前記構造部材。
［２］連続繊維はガラス繊維、炭素繊維、またはガラス繊維と炭素繊維の組み合わせを含む、［１］に記載の構造部材。
［３］熱可塑性ポリマーには、ポリオレフィン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンケトン、液晶ポリマー、ポリアリーレンスルフィド、フルオロポリマー、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、またはこれらの組み合わせが含まれる、［１］に記載の構造部材。
［４］連続繊維はリボンの約５０重量％から約８５重量％を構成している、［１］に記載の構造部材。
［５］リボンは約２％以下の気孔率を有する、［１］に記載の構造部材。
［６］ラミネートは１０〜３０本の個々のリボンから形成されている、［１］に記載の構造部材。
［７］形材は約３０〜約６０ギガパスカルの曲げ弾性率を有する、［１］に記載の構造部材。
［８］形材は約２５０メガパスカル以上の曲げ強さを有する、［１］に記載の構造部材。
［９］形材は約３００〜約２０００メガパスカルの曲げ強さを有する、［１］に記載の構造部材。
［１０］形材は約２％以下の気孔率を有する、［１］に記載の構造部材。
［１１］形材は個々のリボンからなる団結されたラミネートから形成された第二の構成要素を含み、ラミネートの各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、そして第二の構成要素の連続繊維は第一の構成要素の連続繊維よりも縦方向において大きな引張り強さを有する、［１］に記載の構造部材。
［１２］第一の構成要素の連続繊維の引張り強さに対する第二の構成要素の連続繊維の引張り強さの比率は、縦方向において約１．２〜約２．５である、請求項１１に記載の構造部材。
［１３］第二の構成要素は、形材の断面の中心の周りに概ね対称的に配置されている、［１１］に記載の構造部材。
［１４］第二の構成要素の連続繊維は炭素繊維を含み、第一の構成要素の連続繊維はガラス繊維を含む、［１１］に記載の構造部材。
［１５］中実で線状の形材を形成するための方法であって、この方法は：
複数の個々のリボンを供給すること、ここで、各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、連続繊維はリボンの約４０重量％から約９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの約１０重量％から約６０重量％を構成している；
リボンを樹脂製マトリックスの軟化温度以上の温度まで加熱すること；
加熱されたリボンを第一のダイに通して引き抜き、それによりリボンはともに団結してラミネートが形成され、そして第二のダイに通し、それによりラミネートは付形されること；および
付形されたラミネートを冷却し、それにより中実の形材が形成されること；
を含む、前記方法。
［１６］連続繊維はガラス繊維、炭素繊維、またはガラス繊維と炭素繊維の組み合わせを含む、［１５］に記載の方法。
［１７］熱可塑性ポリマーには、ポリオレフィン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンケトン、液晶ポリマー、ポリアリーレンスルフィド、フルオロポリマー、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、またはこれらの組み合わせが含まれる、［１５］に記載の方法。
［１８］連続繊維はリボンの約５０重量％から約８５重量％を構成している、請求項１５に記載の方法。
［１９］リボンは約２％以下の気孔率を有する、［１５］に記載の方法。
［２０］ラミネートを形成するために１０〜３０本の個々のリボンが用いられる、［１５］に記載の方法。
［２１］リボンは赤外線加熱炉の中で加熱される、［１５］に記載の方法。
［２２］ラミネートは、第一のダイから出た後であって第二のダイに入る前に冷却される、［１５］に記載の方法。
［２３］約１℃から約１５℃までの温度に維持される水タンクを用いてアニールが行われる、［１５］に記載の方法。
［２４］リボンの第一の部分はリボンの第二の部分よりも縦方向において大きな引張り強さを有する、［１５］に記載の方法。
［２５］第一の部分の連続繊維は炭素繊維を含み、第二の部分の連続繊維はガラス繊維を含む、［２４］に記載の方法。
［２６］形材は約２％以下の気孔率を有する、［１５］に記載の方法。
［２７］形材は約１０ギガパスカル以上の曲げ弾性率と約２５０メガパスカル以上の曲げ強さを有する、［１５］に記載の方法。
[0016]本明細書と図面において参照符号を繰り返して用いるとき、それは本発明の同一または類似の特徴点または要素を表示することを意図している。
[0007]図１は本発明において用いるための含浸装置の一態様の概略図である。 [0008]図２Ａは図１に示す含浸用ダイの断面図である。 [0009]図２Ｂは本発明において用いることのできる含浸用ダイのためのマニホールドアセンブリーとゲート通路の一態様の分解組み立て図である。 [0010]図２Ｃは本発明において用いることのできる含浸領域を少なくとも部分的に画定するプレートの一態様の斜視図である。 [0011]図３は本発明において用いることのできる引抜き装置の一態様の概略図である。 [0012]図４は図３の装置において用いることのできる引抜きダイの一態様の斜視図である。 [0013]図５は本発明の中実の形材の一態様の断面図である。 [0014]図６は本発明の中実の形材の別の態様の断面図である。 [0015]図７は本発明の中実の形材のさらに別の態様の断面図である。
定義
[0017]ここで用いる場合、「形材（profile）」という用語は一般に、引抜きされた部材を指す。形材は、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、Ｉ形、Ｃ形、Ｕ形、Ｊ形、Ｌ形など、様々な断面形状を有していてもよい。
[0018]ここで用いる場合、「線状の（lineal）」という用語は一般に、断面形状が形材の全長に沿って実質的に同じであることを指す。
[0019]ここで用いる場合、「連続繊維」という用語は一般に、繊維、フィラメント、糸、またはロービング（例えば、繊維の束）であって、約８ミリメートルを超える長さを有するものを指し、ある態様においては約１５ミリメートル以上であり、またある態様においては約２０ミリメートル以上である。
[0020]ここで用いる場合、「不連続繊維」という用語は一般に、繊維、フィラメント、糸、またはロービングであって、連続していないものを指す。そのような繊維は典型的に約８ミリメートル以下の長さを有する。例えば、不連続繊維は短い繊維または長い繊維を含んでいてもよい。「長い繊維」とは典型的に約０．５〜約８ミリメートルの長さを有する繊維であり、ある態様においては約０．８〜約６ミリメートルであり、またある態様においては約１〜約５ミリメートルである。「短い繊維」とは典型的に約０．５ミリメートル以下の長さを有する繊維であり、ある態様においては約０．０１〜約０．４ミリメートルであり、またある態様においては約０．０５〜約０．３ミリメートルである。
詳細な説明
[0021]当業者であれば、ここで検討することは典型的な態様だけについての説明であり、本発明の広い態様を限定することを意図していないことを理解するはずである。
[0022]概して言えば、本発明は、窓、扉、壁板、デッキの用材、床張り材などのような様々な用途に用いるための構造部材を対象とする。この構造部材は複数の団結されたリボンから形成された中実で線状の形材を含み、各々のリボンは、熱可塑性ポリマーのマトリックス（母材）の中に埋め込まれて一方向に整列した連続繊維を含む。連続繊維のリボンは引抜きを行う間に共に積層され、それにより極めて高い引張り強さの性質を有する一体で中実の形材が形成される。従来の知識に反して、引抜きプロセスの特定の側面について注意深く制御することによって、引抜き装置に悪影響を及ぼすことなく、そのような高強度の形材を容易に形成することができることを、本発明者らは見いだした。本発明の様々な態様について以下で詳しく説明する。
[0023]本発明において用いられる連続繊維は当分野で知られたあらゆる慣用の材料から形成されてもよく、それには例えば、金属繊維、ガラス繊維（例えば、Ｅガラス、Ａガラス、Ｃガラス、Ｄガラス、ＡＲガラス、Ｒガラス、Ｓ１ガラス、Ｓ２ガラス）、炭素繊維（例えば、黒鉛）ホウ素繊維、セラミック繊維（例えば、アルミナまたはシリカ）、アラミド繊維（例えば、E. I. duPont de Nemours（デラウェア州、ウィルミントン）によって市販されているケブラー（Kevlar）（登録商標））、合成有機繊維（例えば、ポリアミ
ド、ポリエチレン、パラフェニレン、テレフタルアミド、ポリエチレンテレフタレートおよびポリフェニレンスルフィド）、および熱可塑性樹脂配合物を強化するものとして知られているその他の様々な天然または合成の無機繊維材料または有機繊維材料がある。ガラス繊維と炭素繊維は連続繊維において用いるのに特に望ましい。このような繊維は約４〜約３５マイクロメートルの公称直径を有することが多く、ある態様においては約９〜約３５マイクロメートルである。繊維は撚られていても、あるいは真っ直ぐなものであってもよい。所望により、繊維は単一の繊維タイプの繊維または異なるタイプの繊維を含むロービング（例えば、繊維の束）の形態のものであってもよい。異なる繊維が個々のロービングの中に含まれていてもよく、あるいは各々のロービングが異なる繊維タイプを含んでいてもよい。例えば、一つの態様において、特定のロービングが連続炭素繊維を含んでいて、一方、他のロービングがガラス繊維を含んでいてもよい。各々のロービングの中に含まれる繊維の数は一定であっても、あるいはロービングどうしで異なっていてもよい。典型的に、ロービングは約１０００本〜約５００００本の個々の繊維を含んでいてもよく、ある態様においては約２０００本〜約４００００本の繊維を含んでいてもよい。
[0024]中に連続繊維が埋め込まれる熱可塑性樹脂のマトリックスを形成するために、任意の様々な熱可塑性ポリマーを用いることができる。本発明において用いるのに適当な熱可塑性ポリマーとしては、例えば、ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、プロピレン−エチレンコポリマーなど）、ポリエステル（例えば、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ））、ポリカーボネート、ポリアミド（例えば、ナイロン（商標））、ポリエーテルケトン（例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ））、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンケトン（例えば、ポリフェニレンジケトン（ＰＰＤＫ））、液晶ポリマー、ポリアリーレンスルフィド（例えば、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ））、フルオロポリマー（例えば、ポリテトラフルオロエチレン−ペルフルオロメチルビニルエーテルポリマー、ペルフルオロ−アルコキシアルカンポリマー、ペトラフルオロエチレンポリマー、エチレン−テトラフルオロエチレンポリマーなど）、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー（例えば、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ））などがある。ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）は特に適当な熱可塑性ポリマーである。
[0025]本発明の連続繊維リボンは一般に、中に連続繊維が熱可塑性樹脂のマトリックスとともに埋め込まれる押出し装置を用いて形成される。特に、押出し装置は、熱可塑性ポリマーが繊維の表面全体に付与される性能を促進する。得られるリボンは極めて低い気孔率も有し、このことによりリボンの強度が高まる。例えば、気孔率は約３％以下とすることができ、ある態様においては約２％以下、またある態様においては約１％以下である。気孔率は当業者に周知の方法を用いて測定することができる。例えば、気孔率は「樹脂焼き去り」試験を用いて測定することができ、これにおいてサンプルはオーブンの中に（例えば、６００℃で３時間）置かれ、それにより樹脂が燃え切るようにする。次いで、残った繊維の質量が測定され、重量と体積分率が計算される。このような「焼き去り」試験はＡＳＴＭＤ ２５８４−０８に従って行うことができ、繊維と熱可塑性樹脂マトリックスの重量が決定され、次いで、それらを用いて次の式に基づいて「気孔率」が計算される：
Ｖｆ＝１００×（ρｔ−ρｃ）／ρｔ
ここで、
Ｖｆはパーセントでの気孔率；
ρｃは複合材料の密度であり、液体比重壜または気体比重壜（例えば、ヘリウム比重壜）を用いるもののような公知の技術を用いて測定される；
ρｔは複合材料の理論密度であり、次の式によって決定される；
ρｔ＝１／［Ｗｆ／ρｆ＋Ｗｍ／ρｍ］
ρｍは（例えば、適当な結晶化度における）熱可塑性樹脂マトリックスの密度；
ρｆは繊維の密度；
Ｗｆは繊維の重量分率；そして
Ｗｍは熱可塑性樹脂マトリックスの重量分率である。
[0026]あるいは、気孔率はＡＳＴＭ Ｄ ３１７１−０９に従って樹脂を化学的に溶解することによって決定してもよい。「焼き去り」法と「溶解」法は、一般に溶融と化学的溶解に対する耐性の高いものであるガラス繊維について特に適当である。しかし、他の場合において、気孔率は、ＡＳＴＭＤ ２７３４−０９（方法Ａ）に従って熱可塑性ポリマー、繊維、およびリボンの密度に基づいて間接的に計算してもよく、このとき、密度はＡＳＴＭＤ ７９２−０８の方法Ａに従って決定される。当然ながら、気孔率は従来の顕微鏡検査装置を用いて見積もることもできる。
[0027]図１を参照すると、例えば、繊維に熱可塑性ポリマーを含浸するのに用いることのできる押出し装置の一態様が示されている。詳細には、装置は、バレル１２２の内部に取り付けられたスクリューシャフト１２４を含む押出し機１２０を有する。ヒーター１３０（例えば、抵抗加熱ヒーター）がバレル１２２の外側に取り付けられている。使用する間、熱可塑性ポリマーの供給原料１２７がホッパー１２６を通して押出し機１２０に供給される。熱可塑性ポリマーの供給原料１２７はバレル１２２の内部にスクリューシャフト１２４によって運ばれ、そしてバレル１２２の内部の摩擦力とヒーター１３０によって加熱される。加熱されると、供給原料１２７はバレルフランジ１２８を通ってバレル１２２から出て、含浸用ダイ１５０のダイフランジ１３２に入る。
[0028]（単一または複数の）連続繊維のロービング１４２が、（単一または複数の）リール１４４からダイ１５０に供給される。ロービング１４２は一般に、含浸する前には特定の距離だけ離しておかれ、それは例えば、少なくとも約４ミリメートルであり、ある態様においては少なくとも約５ミリメートルである。供給原料１２７を、ダイ１５０の中または周囲に取り付けられたヒーター１３３によってダイの内部でさらに加熱してもよい。ダイは一般に、熱可塑性ポリマーの溶融と含浸を起こさせるのに十分な温度において操作される。典型的に、ダイの操作温度は熱可塑性ポリマーの溶融温度よりも高く、例えば約２００℃から約４５０℃までの温度である。このようにして加工処理されるとき、連続繊維のロービング１４２はポリマーマトリックスの中に埋め込まれ、この場合、そのマトリックスは供給原料１２７から処理された樹脂２１４（図２Ａ）であろう。次いで、混合物は含浸用ダイ１５０から押出され、それにより押出し物１５２が生成する。
[0029]圧力センサー１３７（図２Ａ）が含浸用ダイ１５０の近傍の圧力を感知し、それによりスクリューシャフト１２４の回転速度、すなわち供給装置の供給量を制御することによって押出し量に制御を加えることが可能になる。すなわち、圧力センサー１３７は含浸用ダイ１５０の近傍に配置され、それにより押出し機１２０を、繊維のロービング１４２との相互作用を行わせるための樹脂２１４の正確な量を排出するように操作することができる。含浸用ダイ１５０から出た後、押出し物１５２、すなわち含浸された繊維のロービング１４２は、二つの隣接するロール１９０の間に形成されるニップ（ロール間隙）に入る前に、任意の予備成形部分または案内部分（図示せず）に入るようにしてもよい。選択的にではあるが、ロール１９０は押出し物１５２をリボン（またはテープ）の形状になるように団結するとともに、繊維の含浸を促進し、またあらゆる過剰な気孔を押しつぶすのを補助することができる。ロール１９０に加えて、他の成形装置（例えばダイ装置）を用いてもよい。得られた団結されたリボン１５６は、ロールの上に取り付けられた軌道１６２および１６４によって引っ張られる。軌道１６２および１６４はまた、含浸用ダイ１５０から押出し物１５２をロール１９０を通して引っ張る。所望により、団結されたリボン１５６を１７１の部分において巻き取ってもよい。概して言えば、リボンは比較的薄く、典型的に約０．０５〜約１ミリメートルの厚さを有し、ある態様においては約０．１〜約０．８ミリメートル、またある態様においては約０．２〜約０．４ミリメートルの厚さ
である。
[0030]含浸用ダイの中で、ロービング１４２を含浸領域２５０を通して横断させ、それによりロービングにポリマーの樹脂２１４を含浸させるのが一般に望ましい。含浸領域２５０において、ポリマーの樹脂を、含浸領域２５０の中で作り出される剪断応力と圧力によってロービングを概ね横断するようにして強制的に送り出すようにしてもよく、それにより含浸の度合いが著しく高まる。これは、約３５％以上の重量分率（Ｗｆ）、またある態様においては約４０％以上のＷｆといったような、繊維含有量の高いリボンから複合材料を形成する場合に特に有用である。典型的に、ダイ１５０は複数の接触面２５２を有し、例えば、少なくとも２の、少なくとも３の、４〜７の、２〜２０の、２〜３０の、２〜４０の、２〜５０の、あるいはそれ以上の数の接触面２５２を有し、それによりロービング１４２に対して十分な程度の浸透と圧力が生み出される。それらの特定の形状は一様でなくてもよいが、接触面２５２は典型的に、曲がった耳たぶ状のもの（lobe）や曲がった棒などのような、曲線状の表面を有する。接触面２５２はまた、典型的には金属材料からなる。
[0031]図２Ａは含浸用ダイ１５０の断面図を示す。そこで示されているように、含浸用ダイ１５０はマニホールドアセンブリー２２０とゲート通路２７０および含浸領域２５０を有する。マニホールドアセンブリー２２０はポリマーの樹脂２１４を流通させるために設けられる。例えば、マニホールドアセンブリー２２０は単一または複数の流路２２２を有していてもよい。含浸用ダイ１５０に供給される樹脂２１４は、流路２２２を通って流れることができる。
[0032]図２Ｂに示すように、流路２２２の幾つかの部分は曲線状であってもよく、典型的な態様において、流路２２２は中心軸２２４に沿って左右対称の配置を有する。さらに、ある態様においては、流路は複数の枝分れしたランナー２２２であってもよく、これには第一の枝分れしたランナーの群２３２、第二の群２３４、第三の群２３６、そして所望により、さらに枝分れしたランナーの群を含んでいてもよい。各々の群は、先行する群におけるランナー２２２から、あるいは最初の流路２２２から枝分れした、２の、３の、４の、あるいはもっと多いランナー２２２を含んでいてもよい。
[0033]枝分れしたランナー２２２およびそれらの対称的な配置によって、樹脂２１４は概ね一様に分配され、それによりマニホールドアセンブリー２２０を出る樹脂２１４の流れとロービング１４２の被覆は、ロービング１４２の上に実質的に均一に分配される。これにより、ロービング１４２の概ね均一な含浸が可能になるのが望ましい。
[0034]さらに、ある態様においては、マニホールドアセンブリー２２０は出口領域２４２を画定していてもよく、この領域は概して流路またはランナー２２２の少なくとも下流部分を含み、ここから樹脂２１４が出る。ある態様においては、出口領域２４２に配置された流路またはランナー２２２の少なくとも一部は樹脂２１４の流れの方向２４４で広がっている領域を有する。この広がっている領域は、樹脂２１４がマニホールドアセンブリー２２０を通って流れるときに、樹脂２１４が拡散して、いっそう分配されるのを可能にし、この領域はさらに、ロービング１４２の上に樹脂２１４が実質的に均一に分配されるのを可能にする。
[0035]図２Ａと２Ｂでさらに示されているように、樹脂２１４はマニホールドアセンブリー２２０を通って流れた後に、ゲート通路２７０を通って流れてもよい。ゲート通路２７０はマニホールドアセンブリー２２０と含浸領域２５０の間に配置され、またこれは、樹脂２１４をマニホールドアセンブリー２２０から流すことによって樹脂２１４がロービング１４２を被覆するようにするために設けられる。従って、そこで示されているように
、マニホールドアセンブリー２２０から出た樹脂２１４は、例えば出口領域２４２を通って、そしてゲート通路２７０に入り、その中を流れてもよい。
[0036]図２Ａに示すように、ダイ１５０のマニホールドアセンブリー２２０とゲート通路２７０を出ると、樹脂２１４は、ダイ１５０を通って横断しているロービング１４２に接触する。上で説明したように、マニホールドアセンブリー２２０とゲート通路２７０の中での樹脂２１４の分配により、樹脂２１４はロービング１４２を実質的に均一に被覆するであろう。さらに、ある態様においては、樹脂２１４は各々のロービング１４２の上面、または各々のロービング１４２の下面、または各々のロービング１４２の上面と下面の両方に衝突してもよい。ロービング１４２への最初の衝突により、ロービング１４２への樹脂２１４の含浸がいっそう行われる。
[0037]図２Ａに示すように、被覆されたロービング１４２は含浸領域２５０を通って走行方向２８２へ横断して行くが、その含浸領域はロービング１４２に樹脂２１４が含浸するように構成されている。例えば、図２Ａと２Ｃに示すように、ロービング１４２は含浸領域における接触面２５２の上を横断する。接触面２５２へのロービング１４２の衝突によって、ロービング１４２に樹脂２１４が含浸してロービング１４２を被覆するのに十分な剪断応力と圧力が生み出される。
[0038]ある態様においては、図２Ａに示すように、含浸領域２５０は間隔のある対面する二つのプレート２５６および２５８の間に画定される。第一のプレート２５６は第一の内面２５７を画定し、一方、第二のプレート２５８は第二の内面２５９を画定している。接触面２５２は、第一および第二の内面２５７および２５９の両者または第一および第二の内面２５７および２５９のうちの一つだけの上に画定されているか、あるいはそれらの内面から延びていてもよい。図２Ｃは、これらの態様に従って含浸領域２５０の少なくとも一部を形成する第二のプレート２５８とその上の様々な接触面を示す。典型的な態様において、図２Ａに示すように、接触面２５２は第一および第二の面２５７および２５９の上に交互に画定されていてもよく、それによりロービングは第一および第二の面２５７および２５９の上の接触面２５２と交互に衝突する。従って、ロービング１４２は波形、屈曲した形あるいは正弦曲線の形の細い通路の中で接触面２５２を通過することができ、これにより剪断応力が高まる。
[0039]ロービング１４２が接触面２５２を横断する位置での角度２５４は一般に、剪断応力を高めるのに十分なほどに大きくしてもよいが、しかし繊維を破断させるような過大な力を生じさせるほど大きくあってはならない。従って、例えば、角度２５４は約１°と約３０°の間の範囲としてよく、またある態様においては約５°と約２５°の間の範囲とする。
[0040]代替の態様において、含浸領域２５０は複数のピン（図示せず）を含んでいてもよく、このとき各々のピンは接触面２５２を有する。ピンは動かないものであるか、自由に回転するもの、あるいは回転駆動するものであってよい。さらなる代替の態様において、接触面２５２と含浸領域２５０は、所望により、あるいは必要に応じて、ロービング１４２に樹脂２１４を含浸させるのに適した、いかなる形状および／または構造を有していてもよい。
[0041]ロービング１４２の含浸をさらに容易にするために、含浸用ダイの中にある間、ロービングを張力下においてもよい。例えば、張力は一つのロービング１４２当り、あるいは繊維のトウ当り、約５〜約３００ニュートンの範囲であってよく、ある態様においては約５０〜約２５０ニュートン、またある態様においては約１００〜約２００ニュートンとする。
[0042]図２Ａに示すように、ある態様においては、ロービング１４２の走行方向２８２における含浸領域２５０の下流にランド領域２８０を配置してもよい。ロービング１４２は、ダイ１５０から出る前にランド領域２８０を通って横断するだろう。図２Ａにさらに示すように、ある態様においては面板２９０が含浸領域２５０に隣接していてもよい。面板２９０は一般に、ロービング１４２から過剰な樹脂２１４を計量するように構成される。従って、ロービング１４２が横断する面板２９０における開口は、それをロービング１４２が横断して通過するときに、開口の大きさのために過剰な樹脂２１４がロービング１４２から除去されるような大きさにしてもよい。
[0043]しかし、ここで示されていて、そして上で説明された含浸用ダイは、本発明において用いることのできる様々な可能な構成のうちの一つである。代替の態様において、例えば、繊維はクロスヘッドダイの中に導入され、このときクロスヘッドダイはポリマーの溶融液の流れの方向に対してある角度で配置される。繊維がクロスヘッドダイの中を移動して、ポリマーが押出し機のバレルから出る位置に達したときに、ポリマーを押出して繊維と接触させる。他のいかなる構成の押出し機（例えば、二軸スクリュー押出し機）も採用することができることを理解するべきである。さらに、繊維を含浸するのを補助するための他の構成要素を選択的に用いてもよい。例えば、特定の態様においては、個々の繊維の束またはトウを均一に広げるのを補助するために「ガスジェット」アセンブリーを用いてもよく、このとき各々のトウは、合わせたトウの全幅にわたって２４０００本程度までの繊維を含んでいるだろう。これにより、リボンの強度特性の均一な分布が達成され易くなる。そのようなアセンブリーは、出口孔を横切って通過するように移動する繊維のトウに概ね垂直に衝突する圧縮空気またはその他のガスを供給するものであろう。次いで、上で述べたような広げられた繊維の束を、含浸のためにダイの中に導入することができる。
[0044]用いられる技術のいかんにかかわらず、連続繊維は縦方向（図１の装置の機械加工方向「Ａ」）に配向され、それにより引張り強さが向上する。繊維の配向以外に、所望の強度を得るためにリボンの他の特徴点と引抜きプロセスも制御される。例えば、高い強度特性を得るために、リボンにおいて比較的高い割合の連続繊維が用いられる。例えば、連続繊維は典型的にリボンの約４０重量％から約９０重量％を構成していて、ある態様においては約５０重量％から約８５重量％、またある態様においては約５５重量％から約７５重量％を構成している。同様に、熱可塑性ポリマーは典型的にリボンの約１０重量％から約６０重量％を構成していて、ある態様においては約１５重量％から約５０重量％、またある態様においては約２５重量％から約４５重量％を構成している。
[0045]さらに、形材は多数の連続繊維リボンの組み合わせから形成されてもよく、このとき、それらのリボンは、所望の厚さを有する強くて一体の構造物を形成するために一緒に積層される。用いられるリボンの数は、形材の所望の厚さと強度およびリボン自体の性質に基づいて異なってもよい。しかし、大部分の場合、リボンの数は５〜４０であり、ある態様においては１０〜３０、またある態様においては１５〜２５である。
[0046]リボンどうしを一体にして、それを成形するための特定の方法も、引抜き装置に悪影響を及ぼすことなく高強度の形材を確実に形成し得るように、注意深く制御される。例えば図３を参照すると、中実の形材を形成するための装置と方法の一つの特定の態様が示されている。この態様において、最初に複数のリボン１２は、クリール２０の上に巻き取られたパッケージの中に用意される。クリール２０は、それぞれがパッケージを支持している平面上の回転スピンドル２２を備えたフレームを有する巻き戻しクリールであってよい。繊維に撚りを生じさせることが特に望ましい場合は、繰り出しクリールも用いてもよい。形材を形成するのとインラインで（直結させて）リボンを形成してもよいことを理解するべきである。例えば、一つの態様において、図１における含浸用ダイ１５０から出
た押出し物１５２を、形材を形成するために用いられる装置に直接供給してもよい。リボン１２における張力の度合いを制御するのを助けるために、張力調整装置４０も用いてもよい。装置４０は、クリール２０の回転スピンドル２２に平行な垂直面内にある入口プレート３０を有していてもよい。張力調整装置４０は、ずらした構成で配置された円筒形のバー４１を有していてもよく、それによりリボン１２はこれらのバーの上下を通過して、波打ったパターンが生じる。バーの高さを調節することによって、波打ったパターンの振幅を修正し、また張力を制御することができる。
[0047]リボン１２は、団結用ダイに入る前にオーブン４５の中で加熱される。加熱は、いかなる公知のタイプのオーブン（赤外線加熱炉、熱対流炉など）を用いて行ってもよい。加熱を行う間、繊維は一方向に配向され、それにより熱への曝露を最適にし、また形材全体にわたる一様な加熱を維持する。リボン１２を加熱する温度は一般に、リボンどうしが結合できる程度まで熱可塑性ポリマーを軟化させるのに十分な高さとする。しかし、その温度は材料の一体性が破壊されるほどに高くあってはならない。その温度は、例えば、約８０℃から約２５０℃までの範囲とすることができ、ある態様においては約９０℃から約２００℃までの範囲、またある態様においては約１００℃から約１５０℃までの範囲とする。一つの特定の態様においては、例えば、ポリマーとしてアクリロニトリル−ブタジエン−スチレン（ＡＢＳ）が用いられ、リボンはＡＢＳの融点（約１０５℃）以上まで加熱される。別の態様においては、ポリマーとしてポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）が用いられ、リボンはＰＢＴの融点（約２２４℃）以上まで加熱される。
[0048]加熱されたならば、リボン１２は、リボンどうしを結合してラミネート１４にするために、また整列させるために、そして形材の初期の形状を形成するために、団結用ダイ５０へ送られる。例えば、図４に示すように、リボン１２は「Ａ」の方向へ、ダイ５０の溝５１を通して案内される。溝５１は、形材の輪郭を得るための任意の様々な形状および／または大きさを有していてもよい。望ましくは、溝５１の大きさ（幅および／または高さ）はラミネート１４の大きさよりもわずかに大きくして、それにより加熱する間に熱可塑性ポリマーが膨張することを可能にし、ダイ５０の中で材料が渋滞する危険性を最小限にする。例えば、溝５１の幅は、ラミネート１４の幅よりも約２％以上大きくしてもよく、ある態様においては約５％以上、またある態様においては約１０％から約２０％まで大きくする。同様に、溝５１の高さは、ラミネート１４の高さよりも約２％以上大きくしてもよく、ある態様においては約５％以上、またある態様においては約１０％から約２０％まで大きくする。ダイ５０の中で、リボンは一般に、リボンにおいて用いられる熱可塑性樹脂のマトリックスの融点以上の温度に維持され、それにより適切な団結を確実に行わせる。
[0049]所望により、ラミネート１４を形材のための最終形状に圧縮する第二のダイ６０（例えば、規制用ダイ）も用いてもよい。これを用いるとき、ラミネート１４を、団結用ダイ５０から出た後で、かつ選択的な第二のダイ６０に入る前に、一時的に冷却するのが一般に望ましい。これにより、装置を通ってさらに前進する前に、団結されたラミネート１４がその初期の形状を保持することが可能になる。このような冷却は、ラミネート１４を単に周囲雰囲気（例えば、室温）に晒すか、あるいは当分野で知られた能動的な冷却方法（例えば、水浴または空冷）を使用することによって行ってもよい。例えば、一つの態様において、空気をラミネート１４に（例えば、エアリング（空冷環）を用いて）吹き付ける。しかしながら、これらの段階の間での冷却は一般に、ラミネート１４がさらに成形されるのに十分な程度に確実に軟らかいままでいるように、短い時間にわたって行われる。例えば、団結用ダイ５０から出た後で、かつ第二のダイ６０に入る前に、ラミネート１４は、わずかに約１〜約２０秒にわたって周囲の環境に晒され、またある態様においては約２〜約１０秒にわたってこれが行われる。ダイ６０の中で、ラミネートは一般に、リボンにおいて用いられる熱可塑性樹脂のマトリックスの融点未満の温度に維持され、それに
より形材の形状を維持することができる。
[0050]上では単一のダイとして示したが、ダイ５０および６０は実際には複数の個別のダイ（例えば、面板ダイ）から形成してもよいことを理解すべきである。
[0051]得られた形材にはキャッピング層を設けてもよく、それにより形材の美的な印象を高め、そして／または形材を環境条件から保護する。例えば、再び図３を参照すると、そのようなキャッピング層は、キャッピング用ダイ７２の中に熱可塑性樹脂を導入するための任意の所望の角度の向きを有する押出し機によって付与してもよい。樹脂は、形材を形成するのに用いられる熱可塑性ポリマーと概ね適合する、当分野で知られた任意の適当な熱可塑性ポリマーを含んでいてもよい。適当なキャッピング用ポリマーとしては、例えば、アクリル系ポリマー、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＡＢＳ、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアセタール、ポリアミド、ポリウレタンなどがある。キャッピング用樹脂は一般に繊維を含まないが、それでも形材の最終的な性質を改善するための他の添加剤を含んでいてもよい。この段階で用いられる添加材料は、連続繊維または長い繊維層の中に配合するのには適当でないものを含んでいてもよい。例えば、成形された製品の仕上げ作業を軽減するために複合構造物に顔料を添加するのが望ましいかもしれないし、あるいは成形された製品の難燃性を高めるために複合構造物に難燃剤を添加するのが望ましいかもしれない。多くの添加材料は感熱性なので、過剰な加熱はそれらを分解させ、また揮発性ガスを生じさせるかもしれない。従って、感熱性の添加材料を含浸樹脂とともに高い加熱条件の下で押出すと、その結果、添加材料は完全に劣化するかもしれない。添加材料としては、例えば、無機強化剤、潤滑剤、難燃剤、発泡剤、起泡剤、耐紫外線剤、熱安定剤、顔料、およびこれらの組み合わせがある。適当な無機強化剤としては、例えば、炭酸カルシウム、シリカ、雲母、粘度、タルク、ケイ酸カルシウム、黒鉛、アルミナ三水和物、バリウムフェライト、およびこれらの組み合わせがある。
[0052]ここでは詳しくは示さないが、キャッピング用ダイ７２は、キャッピング層の望ましい付与を行うのを助けるための、当分野で知られた様々な特徴を備えているだろう。例えば、キャッピング用ダイ７２は、入ってくる形材を整列させる入口ガイドを有していてもよい。キャッピング用ダイはまた、適切な結合を確実に行うのを助けるために、キャッピング層を付与する前に形材を予備加熱する加熱機構（例えば、加熱されたプレート）を有していてもよい。
[0053]選択的に行うキャッピングの後、次いで、成形された部材１５は当分野で知られた冷却装置８０を用いて最終的に冷却される。冷却装置８０は、例えば真空サイジング機であり、これは形材を完全に包囲する一つ以上のブロック（例えば、アルミニウムのブロック）を有し、また同時に、高温の付形物が冷却するときに真空によってブロックの壁に対して付形物を引き抜く。形材を正確な形状に固めるために、空気または水のような冷却媒体をサイジング機に供給してもよい。
[0054]真空サイジング機は形材を形成するときに、典型的に用いられる。しかし、真空サイジング機が用いられない場合であっても、形材がキャッピング用ダイから出た後に（あるいは、キャッピングが適用されない場合は、団結用ダイまたは規制用ダイから出た後に）形材を冷却するのが一般に望ましい。冷却は当分野で知られた任意の方法を用いて行うことができ、例えば、真空水タンク、冷気流れまたは冷気ジェット、冷却ジャケット、内部冷却水路、冷却流体循環水路などがある。いずれにしても、材料を冷却する温度は通常、最適な機械的性質、部材寸法の許容度、良好な加工処理、および美的に満足できる複合材料が得られるように制御される。例えば、冷却ステーションの温度が高すぎる場合、材料は成形型の中で膨張し、そして加工処理が中断してしまうだろう。半結晶質材料の場合、温度が低すぎると、同様に材料をあまりに急速に冷却させ、また完全には結晶化させ
ず、それにより複合材料の機械的および化学的耐性を損なう恐れがある。独立した温度制御を行う複数の冷却ダイの部分を用いることにより、加工処理と性能の最適なバランスを付与することができる。例えば、一つの特定の態様において、約０℃から約３０℃の温度に保持される真空水タンクが用いられ、ある態様においては約１℃から約２０℃の温度、またある態様においては約２℃から約１５℃の温度が用いられる。
[0055]認識できることと思うが、本発明の装置のいずれかの部分を進行するときの形材の温度は、最適な生産性と望ましい最終の複合材料特性が得られるように制御することができる。アセンブリー区画のいずれかの部分またはそれらの全ては、電気カートリッジヒーター、循環流体冷却、あるいは当業者に知られたその他の任意の温度制御装置を用いて温度制御することができる。
[0056]再び図３を参照すると、仕上げられた形材１６を複合材料の最終のサイジングのための装置を通して引き取るための引取り装置８２が、冷却装置８０よりも下流に配置されている。引取り装置８２は、その処理装置を通して形材を所望の速度で引き取ることのできる、いかなる装置であってもよい。典型的な引取り装置としては、例えば、カタピラ式引取り装置および往復式引取り装置がある。所望により、一つ以上のサイジングブロック（図示せず）も用いてもよい。そのようなブロックは、最初の過大なサイズから最終の形材の形状まで段階的に正確な形材の形状になるように形が整えられた開口を有する。形材がそこを通過するとき、形材を動かすか、あるいは弛ませる作用が打ち消され、そして形材は（繰り返し）後ろへ押し返されて、正確な形状になる。寸法が整えられたならば、横断面の切断を行うことのできる切断のこを用いるもののような切断位置（図示せず）において、形材を所望の長さに切断してもよい。
[0057]上で述べた様々なパラメーターの制御によって、極めて高い強度を有する形材を形成することができる。例えば、形材は比較的高い曲げ弾性率を示すだろう。「曲げ弾性率」という用語は一般に、曲げ変形における応力とひずみとの比（単位は面積当りの力）、あるいは材料が曲がる傾向をいう。それは「三点曲げ」試験（例えば、ＡＳＴＭＤ７９０−１０、手順ＡまたはＩＳＯ １７８）によって得られる応力−ひずみ曲線の勾配から決定される。例えば、本発明の形材は約１０ギガパスカル（ＧＰａ）以上の曲げ弾性率を示し、ある態様においては約１０〜約８０ＧＰａ、ある態様においては約２０〜約７０ＧＰａ、またある態様においては約３０〜約６０ＧＰａの曲げ弾性率を示す。さらに、最大曲げ強さ（これは破壊係数または曲げ強さとしても知られている）は約２５０メガパスカル（ＭＰａ）以上であり、ある態様においては約３００〜約１０００ＭＰａ、またある態様においては約３２５〜約７００ＭＰａである。「最大曲げ強さ」という用語は一般に、室温における「三点曲げ」試験（例えば、ＡＳＴＭＤ７９０−１０、手順ＡまたはＩＳＯ
１７８）によって得られる応力−ひずみ曲線上で達する最大応力をいう。それは、材料が破壊するまでに加えられた応力に耐える能力を表す。
[0058]形材は極めて低い気孔率を有していてもよく、例えば、約３％以下、ある態様においては約２％以下、またある態様においては約１％以下の気孔率を有する。気孔率は、前述した方法、例えばＡＳＴＭＤ ２５８４−０８に従う「樹脂焼き去り」試験を用いて決定することができる。
[0059]上で説明した方法から形成された形材の一つの態様を、図５において要素５１６として詳細に示す。そこで示されているように、形材５１６は概ね長方形の形状を有し、複数の積層されたリボンから形成された連続繊維要素５１４から形成されている。キャッピング層５１９も連続繊維要素５１４の周囲に延びていて、形材５１６の外表面を画定している。連続繊維要素５１４の断面の厚さ（Ｔ）は、形材の特定の強度を達成するのに役立つように計画的に選択することができる。例えば、連続繊維要素５１４は約０．５〜約
４０ミリメートルの厚さを有していてもよく、ある態様においては約１〜約２０ミリメートル、またある態様においては約４〜約１０ミリメートルの厚さを有する。同様に、断面の幅（Ｗ）は約１〜約５０ミリメートルの範囲としてもよく、ある態様においては約４〜約４０ミリメートル、またある態様においては約５〜約３０ミリメートルである。キャッピング層５１９の厚さはその部材の意図される機能に依存するが、しかし典型的に約０．０１〜約５ミリメートル、またある態様においては約０．０２〜約１．５ミリメートルである。形材５１６の全体の断面の厚さまたは高さも、約０．５〜約４５ミリメートルの範囲としてもよく、ある態様においては約１〜約２５ミリメートル、またある態様においては約４〜約１５ミリメートルである。
[0060]認識できることと思うが、上で説明した特定の形材の態様は、本発明によって成しうる多数の構成の単なる典型例である。様々な可能性のある形材の構成の中で、上で説明したものに加えて、追加の材料の層を用いてもよいことを理解すべきである。例えば、特定の態様において、一つの構成要素が高強度の材料から形成されていて、もう一つの構成要素が低強度の材料から形成されている、複数の構成要素の形材を形成するのが望ましいかもしれない。このような複数要素の形材は、形材の全体について高価な高強度の材料を必要とすることなく全体的な強度を増大させるのに特に有用であろう。低強度および／または高強度の構成要素は、熱可塑性樹脂マトリックスの中に埋め込まれた連続繊維を含むリボンから形成することができる。高強度の材料を形成するのに用いられる繊維と低強度の材料を形成するのに用いられる繊維の（室温における）極限引張り強さの比は、約１．０から約３．０であり、ある態様においては約１．２から約２．５、またある態様においては約１．４から約２．０である。このような強度の差を有する材料を用いる場合、形材の断面の中心の周りに概ね対称的に高強度の材料を配置させるのが望ましいことが多い。このような対称的な配置は、材料の強度の差のために引抜きを行う間に生じるかもしれない座屈やその他の機械的な問題を防ぐのに役立つ。
[0061]例えば、図６を参照すると、中実で複数構成要素の形材６００の一つの態様が示されていて、これは第一の「高強度」構成要素６２０と第二の「低強度」構成要素６４０を含む。この態様において、各々の構成要素は、熱可塑性ポリマーのマトリックスの中に埋め込まれた連続繊維を含む複数のリボンから形成されている。低強度構成要素６４０の連続繊維は、例えばガラス繊維（例えばＥガラス）とすることができて、一方、高強度構成要素の連続繊維は炭素繊維とすることができる。図６に示されているように、高強度構成要素６２０は、これが低強度構成要素の上面と下面に隣接するように配置されていて、従って、形材６００の断面中心「Ｃ」の周りに対称的に配置されている。このような形材６００は当業者に知られた技術を用いて形成することができる。例えば、クリール２０（図３）から巻き出された上方のリボンと下方のリボンを炭素繊維のリボンとしてよく、一方、中央のリボンをガラス繊維のリボンとしてよい。その後、全てのリボンを積層し、そしてここで示されて説明されているようにして、所望の形状に引き抜くことができる。
[0062]図７は複数構成要素の形材７００の別の態様を示していて、これは高強度構成要素７２０と低強度構成要素７４０を含む。この特定の態様において、高強度構成要素（例えば、炭素繊維のリボン）は形材７００の中心領域の中に配置されていて、そして中心「Ｃ」の周りに配置されている。低強度構成要素７４０（例えば、ガラス繊維のリボン）は同様に、高強度構成要素７２０の周囲に配置されている。
[0063]本発明は上で説明した態様には決して限定されないことを、理解すべきである。例えば、所望の用途に応じて、形材は他の様々な構成要素を含んでいてもよい。その追加の構成要素は、ここで述べているような連続繊維のリボンと他のタイプの材料から形成されていてもよい。例えば、一つの態様において、形材は、その曲げ強さを改善するために不連続繊維（例えば、短い繊維、長い繊維など）の層を含んでいてもよい。その不連続繊
維は、それらの繊維の少なくとも一部が、連続繊維が延びている方向に対してある角度で配置されるように配向されていてもよい。
[0064]上で示したように、本発明の形材は様々な用途のための構造部材として用いることができ、そのような用途としては、窓、デッキ厚板、手すり、手すり子、かわら、羽目、装飾板、パイプ、フェンス、標柱、照明柱、道路標識、道路標柱などがある。例えば、窓において、本発明の線状の形材を含む一つ以上の構造部材を用いることができる。例えば、窓は、米国特許６２６０２５１号（Ｇｕｈｌ）に記載されているような枠、サッシおよび窓ガラスを有するだろう。この特許は、その全ての目的について、その内容の全てが参考文献としてここに取り込まれる。枠は４つの個々の枠部材から製造することができて、一方、サッシは４つの個々のサッシ部材から製造することができる。所望により、窓のあらゆる構成要素において本発明の形材を用いてもよいが、しかし枠部材および／またはサッシ部材の全部または一部を形成するのに用いるのが特に望ましいだろう。
[0065]以下の実施例を参照することによって、本開示はさらによく理解されるだろう。
実施例１
[0066]最初に２１本の連続繊維のリボンを、実質的に上で説明し、そして図１および２に示す押出し装置を用いて形成した。この連続繊維についてガラス繊維のロービング（Ｅガラス、２２００テックス）を用い、各々の個々のリボンは３本の繊維ロービングを含んでいた。繊維に含浸するために用いられた熱可塑性ポリマーはポリブチレンテレフタレートであり、これは約２２４℃の融点を有する。各々のリボンは６５．６重量％のガラス繊維と３４．４重量％のＰＢＴを含んでいた。得られたリボンは０．２〜０．４ミリメートルの厚さと１％未満の気孔率を有していた。
[0067]形成された後、次いで、２１本のリボンを１５フィート／分の速度で運転される引抜きラインに供給した。団結を行う前に、リボンを赤外線加熱炉（４４５の出力設定）の中で加熱した。次いで、加熱されたリボンを、上で説明し、そして図３に示すような団結用ダイに供給した。ダイはリボンを受け入れる長方形の溝を有し、そしてリボンをともに団結して、それにより形材の初期の形状を形成した。ダイの中でリボンを約２２７℃の温度に保持したが、これはポリブチレンテレフタレートのマトリックスの融点の直上の温度である。団結を行った後、次いで、得られたラミネートを、周囲空気を８．５ｐｓｉの圧力で供給するエアリングまたはトンネル装置を用いて一時的に冷却した。次いで、二つのロールの間に形成されるニップ（ロール間隙）にラミネートを通し、次いで、規制用ダイに通して最終形状とした。規制用ダイの中でラミネートを約１７７℃の温度に保持した。次いで、得られた部材を数個のサイジングブロック（またはダイ）に供給し、それにより最終的な中実で長方形の形状を付与し、そして水タンクを用いて約７℃の温度で冷却した。形材は５．８７ミリメートルの厚さと１９．９４ミリメートルの幅を有していた。
[0068]形材の強度特性を測定するために、ＡＳＴＭ Ｄ７９０−１０の手順Ａに従って三点曲げ試験を行なった。支点とノーズの半径は５ミリメートル、支点間の距離は３．６８インチ、試料の深さは１６Ｘ、そして試験速度は０．１インチ／分であった。得られた曲げ弾性率は３４．６ギガパスカルで、曲げ強さは５４６．８メガパスカルであった。部材の密度は１．９１７ｇ/ｃｍ３であり、気孔の含有量は０．５１％であった。さらに、灰分は６６．５％であった。
実施例２
[0069]最初に１８本の連続ガラス繊維のリボンと６本の炭素繊維のリボンを、実質的に上で説明し、そして図１および２に示す押出し装置を用いて形成した。これらの連続繊維についてガラス繊維のロービング（Ｅガラス、２２００テックス）と炭素繊維のロービン
グを用い、各々の個々のリボンは３本の繊維ロービングを含んでいた。繊維に含浸するために用いられた熱可塑性ポリマーはポリブチレンテレフタレートであり、これは約２２４℃の融点を有する。各々のリボンは６５．６重量％のガラス繊維と３４．４重量％のＰＢＴあるいは５０重量％の炭素繊維と５０重量％のＰＢＴを含んでいた。得られたリボンは０．２〜０．４ミリメートルの厚さと１％未満の気孔率を有していた。
[0070]形成された後、次いで、リボンを１５フィート／分の速度で運転される引抜きラインに供給した。団結を行う前に、リボンを赤外線加熱炉（４４５の出力設定）の中で加熱した。次いで、加熱されたリボンを、上で説明し、そして図３に示すような団結用ダイに供給した。ダイはリボンを受け入れる長方形の溝を有し、そしてリボンをともに団結して、それにより形材の初期の形状を形成した。ダイの中でリボンを約２２７℃の温度に保持したが、これはポリブチレンテレフタレートのマトリックスの融点の直上の温度である。団結を行った後、次いで、得られたラミネートを、周囲空気を５ｐｓｉの圧力で供給するエアリングまたはトンネル装置を用いて一時的に冷却した。次いで、二つのロールの間に形成されるニップ（ロール間隙）にラミネートを通し、次いで、規制用ダイに通して最終形状とした。規制用ダイの中でラミネートを約１７７℃の温度に保持した。次いで、得られた部材を数個のサイジングブロック（またはダイ）に供給し、それにより最終的な中実で長方形の形状を付与し、そして水タンクを用いて約７℃の温度で冷却した。形材は５．８７ミリメートルの厚さと１９．９４ミリメートルの幅を有していた。
[0071]形材の強度特性を測定するために、ＡＳＴＭ Ｄ７９０−１０の手順Ａに従って三点曲げ試験を行なった。支点とノーズの半径は５ミリメートル、支点間の距離は３．６８インチ、試料の深さは１６Ｘ、そして試験速度は０．１インチ／分であった。得られた曲げ弾性率は４８ギガパスカルで、曲げ強さは３５０メガパスカルであった。
[0072]本発明の以上のものとその他のものの変形と修正は、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、当業者によって実施できるであろう。さらに、様々な態様の様相は、全てまたは一部を交換してもよいことを理解すべきである。さらに、当業者であれば、以上の説明は例としてのみ用いられたものであり、添付した特許請求の範囲に記載された本発明を限定することを意図してはいないことを認識するであろう。
１２ リボン、 １４ ラミネート、 １５ 成形された部材、 １６ 形材、 ２０
クリール、 ２２ 回転スピンドル、 ３０ 入口プレート、 ４０ 張力調整装置、
４１ バー、 ４５ オーブン、 ５０ 団結用ダイ、 ５１ 溝、 ６０ 第二のダイ、 ７２ キャッピング用ダイ、 ８０ 冷却装置、 ８２ 引取り装置、 １２０ 押出し機、 １２２ バレル、 １２４ スクリューシャフト、 １２６ ホッパー、 １２７ 供給原料、 １２８ バレルフランジ、 １３０ ヒーター、 １３２ ダイフランジ、 １３３ ヒーター、 １３７ 圧力センサー、 １４２ 連続繊維のロービング、 １４４ リール、 １５０ 含浸用ダイ、 １５２ 押出し物、 １５６ 団結されたリボン、 １６２、１６４ 軌道、 １７１ 巻取り部分、 １９０ ロール、 ２１４ ポリマーの樹脂、 ２２０ マニホールドアセンブリー、 ２２２ 流路（ランナー）、 ２２４ 中心軸、 ２３２、２３４、２３６ 枝分れしたランナー、 ２４２ 出口領域、 ２４４ 樹脂の流れの方向、 ２５０ 含浸領域、 ２５２ 接触面、 ２５４ ロービングの横断角度、 ２５６ 第一のプレート、 ２５７ 第一の内面、 ２５８ 第二のプレート、 ２５９ 第二の内面、 ２７０ ゲート通路、 ２８０ ランド領域、 ２８２ 走行方向、 ２９０ 面板、 ５１４ 連続繊維要素、 ５１６ 形材、 ５１９ キャッピング層、 ６００ 複数構成要素の形材、 ６２０ 高強度構成要素、 ６４０ 低強度構成要素、 ７００ 複数構成要素の形材、 ７２０ 高強度構成要素、 ７４０ 低強度構成要素、 Ａ 機械加工方向（縦方向）、 Ｃ 形材の断面
中心、 Ｔ 連続繊維要素の断面の厚さ、 Ｗ 連続繊維要素の断面の幅。

Claims (29)

  1. 中実で線状の形材を含む構造部材であって、この中実で線状の形材は、個々のリボンからなる団結されたラミネートから形成された第一の構成要素を含み、ラミネートの各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、連続繊維はリボンの４０重量％から９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの１０重量％から６０重量％を構成していて、形材の曲げ弾性率は１０ギガパスカル以上である、前記構造部材。
  2. 連続繊維はガラス繊維、炭素繊維、またはガラス繊維と炭素繊維の組み合わせを含む、請求項１に記載の構造部材。
  3. 熱可塑性ポリマーには、ポリオレフィン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンケトン、液晶ポリマー、ポリアリーレンスルフィド、フルオロポリマー、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、またはこれらの組み合わせが含まれる、請求項１に記載の構造部材。
  4. 連続繊維はリボンの５０重量％から８５重量％を構成している、請求項１に記載の構造部材。
  5. リボンは２％以下の気孔率を有する、請求項１に記載の構造部材。
  6. ラミネートは１０〜３０本の個々のリボンから形成されている、請求項１に記載の構造部材。
  7. 形材は３０〜６０ギガパスカルの曲げ弾性率を有する、請求項１に記載の構造部材。
  8. 形材は２５０メガパスカル以上の曲げ強さを有する、請求項１に記載の構造部材。
  9. 形材は３００〜２０００メガパスカルの曲げ強さを有する、請求項１に記載の構造部材。
  10. 形材は２％以下の気孔率を有する、請求項１に記載の構造部材。
  11. 形材は個々のリボンからなる団結されたラミネートから形成された第二の構成要素を含み、ラミネートの各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、そして第二の構成要素の連続繊維は第一の構成要素の連続繊維よりも縦方向において大きな引張り強さを有する、請求項１に記載の構造部材。
  12. 第一の構成要素の連続繊維の引張り強さに対する第二の構成要素の連続繊維の引張り強さの比率は、縦方向において１．２〜２．５である、請求項１１に記載の構造部材。
  13. 第二の構成要素は、形材の断面の中心に対称的に配置されている、請求項１１に記載の構造部材。
  14. 第二の構成要素の連続繊維は炭素繊維を含み、第一の構成要素の連続繊維はガラス繊維を含む、請求項１１に記載の構造部材。
  15. 中実で線状の形材を形成するための方法であって、この方法は：
    複数の個々のリボンを供給すること、ここで、各々のリボンは、実質的に縦方向に配向した複数の連続繊維と、１種以上の熱可塑性ポリマーを含むとともに中に連続繊維が埋め込まれている樹脂製のマトリックスとを含み、連続繊維はリボンの４０重量％から９０重量％を構成していて、熱可塑性ポリマーはリボンの１０重量％から６０重量％を構成している；
    リボンを樹脂製マトリックスの軟化温度以上の温度まで加熱すること；
    加熱されたリボンを第一のダイに通して引き抜き、それによりリボンはともに団結してラミネートが形成され、そして第二のダイに通し、それによりラミネートは付形されること；および
    付形されたラミネートを冷却し、それにより中実の形材が形成されること；
    を含む、前記方法。
  16. 連続繊維はガラス繊維、炭素繊維、またはガラス繊維と炭素繊維の組み合わせを含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 熱可塑性ポリマーには、ポリオレフィン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアリーレンケトン、液晶ポリマー、ポリアリーレンスルフィド、フルオロポリマー、ポリアセタール、ポリウレタン、ポリカーボネート、スチレン系ポリマー、ポリエステル、ポリアミド、またはこれらの組み合わせが含まれる、請求項１５に記載の方法。
  18. 連続繊維はリボンの５０重量％から８５重量％を構成している、請求項１５に記載の方法。
  19. リボンは２％以下の気孔率を有する、請求項１５に記載の方法。
  20. ラミネートを形成するために１０〜３０本の個々のリボンが用いられる、請求項１５に記載の方法。
  21. リボンは赤外線加熱炉の中で加熱される、請求項１５に記載の方法。
  22. ラミネートは、第一のダイから出た後であって第二のダイに入る前に冷却される、請求項１５に記載の方法。
  23. １℃から１５℃までの温度に維持される水タンクを用いてアニールが行われる、請求項１５に記載の方法。
  24. リボンの第一の部分はリボンの第二の部分よりも縦方向において大きな引張り強さを有する、請求項１５に記載の方法。
  25. 第一の部分の連続繊維は炭素繊維を含み、第二の部分の連続繊維はガラス繊維を含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 形材は２％以下の気孔率を有する、請求項１５に記載の方法。
  27. 形材は１０ギガパスカル以上の曲げ弾性率と２５０メガパスカル以上の曲げ強さを有する、請求項１５に記載の方法。
  28. 複数の個々のリボンの各々が、少なくとも１つの繊維のロービングを樹脂製マトリックスで被覆すること、および少なくとも１つの被覆されたロービングを含浸用ダイの含浸領域中の複数の接触面上で横断させることにより形成される、請求項１５に記載の方法。
  29. 個々のリボンの各々が、少なくとも１つの繊維のロービングを樹脂製マトリックスで被覆すること、および少なくとも１つの被覆されたロービングを含浸用ダイの含浸領域中の複数の接触面上で横断させることを含む方法により形成される、請求項１に記載の構造部材。
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