JP6221150B2 - High performance thermoplastic composite laminate and composite structure produced therefrom - Google Patents

High performance thermoplastic composite laminate and composite structure produced therefrom

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Description

以下の開示は、広くは複合材料積層体とそれから製造される複合材料構造物に関し、より具体的には高性能熱可塑性複合材積層体とそれから製造される複合材料構造物、およびそれらの製造方法に関する。   The following disclosure relates generally to composite laminates and composite structures produced therefrom, and more specifically, high performance thermoplastic composite laminates and composite structures produced therefrom, and methods for producing the same About.

複合材料の用途はしばしば、受ける構造的な負荷が低または中程度の構成要素に限られる。しかしながら、軽量で、比較的低コストで、高い性能を持つ複合材料に対するニーズがある。そのような複合材料は、航空宇宙産業と一般的な交通産業が持つ、例えば、耐腐食性、耐火性、煙または毒性に関する要求等のニーズを満たすことができる。また、防護服、防弾材料等に加え、発電、建築、陸上または海上の運輸に関連する産業においても、例えば、特に難燃性が要求される車両や個人使用品のために、上記のような複合材料のニーズがある。   Composite applications are often limited to components with low or moderate structural loads. However, there is a need for composite materials that are lightweight, relatively low cost, and have high performance. Such composite materials can meet the needs of the aerospace industry and the general transportation industry, such as the requirements regarding corrosion resistance, fire resistance, smoke or toxicity. In addition to protective clothing, bulletproof materials, etc., in industries related to power generation, construction, land transportation or maritime transportation, for example, for vehicles and personal use products that require flame resistance, There is a need for composite materials.

本発明の実施形態は、上記の問題を解決し、上記の産業上のニーズを満たす。   Embodiments of the present invention solve the above problems and meet the above industrial needs.

本発明の実施形態として、熱可塑性マトリックス材料を含む耐火性複合材料積層体であって、熱可塑性マトリックス材料は、複合材料積層体のマトリックスに埋め込まれた繊維により強化されている耐火性複合材料積層体が提供される。耐火性複合材料積層体の熱可塑性マトリックス材料はフッ化ポリビニリデン(PVDF)を含む。   As an embodiment of the present invention, a refractory composite laminate comprising a thermoplastic matrix material, wherein the thermoplastic matrix material is reinforced by fibers embedded in the matrix of the composite laminate. The body is provided. The thermoplastic matrix material of the refractory composite laminate comprises polyvinylidene fluoride (PVDF).

また、本発明の他の実施形態として、高分子マトリックス材料を含む耐火性複合材料積層体であって、高分子マトリックス材料は、複合材料積層体のマトリックスに埋め込まれた繊維により強化されている耐火性複合材料積層体が提供される。耐火性複合材料積層体の高分子マトリックス材料は、フッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)およびポリエーテルアミド(PEI)のうちの1以上を含む。   In another embodiment of the present invention, there is provided a refractory composite laminate including a polymer matrix material, wherein the polymer matrix material is reinforced by fibers embedded in the matrix of the composite laminate. A functional composite laminate is provided. The polymeric matrix material of the refractory composite laminate includes one or more of polyvinylidene fluoride (PVDF), polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide (PPS), and polyetheramide (PEI).

また、本発明のさらに他の実施形態として、耐火性複合材料積層体を備える耐火性防弾パネルが提供される。耐火性複合材料積層体は、複合材料積層体のマトリックスに埋め込まれた繊維により強化された耐火性高分子マトリックス材料を含み、耐火性防弾パネルは、投射物が前記パネルに投射された場合に、NIJ規格の防護服の等級II−A、II、III−A、IIIおよびIVにより規定される対投射物の防護水準のうちの1以上を満たす。   As still another embodiment of the present invention, a fireproof bulletproof panel provided with a fireproof composite laminate is provided. The refractory composite laminate includes a refractory polymer matrix material reinforced by fibers embedded in the matrix of the composite laminate, and the refractory bulletproof panel is when a projectile is projected onto the panel, Meets one or more of the protection levels of anti-projectiles as defined by NIJ standard protective clothing classes II-A, II, III-A, III and IV.

また、本発明のさらに他の実施形態として、第1の面と第2の面を有する耐火性防弾パネルであって、各々が第1の難燃性樹脂を有する第1の高分子マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含む第1の複数の層を有する打面部を備える耐火性防弾パネルが提供される。耐火性防弾パネルは、さらに、打面部に隣接配置され、各々が第2の難燃性樹脂を有する第2の高分子マトリックス材料に埋め込まれた繊維を含み隣接する層と互いに固着された第2の複数の層を有する指示部を備える。   As still another embodiment of the present invention, a fireproof bulletproof panel having a first surface and a second surface, each of which is a first polymer matrix material having a first flame retardant resin. A fire resistant bulletproof panel is provided that includes a striking face portion having a first plurality of layers comprising embedded fibers. The fireproof bulletproof panel is further disposed adjacent to the striking surface, and each of the second includes a fiber embedded in a second polymer matrix material having a second flame retardant resin and is secured to an adjacent layer. A pointing unit having a plurality of layers.

実施形態にかかる芯部材を有する高性能複合材料構造物の斜視概略図。The perspective schematic diagram of the high performance composite material structure which has a core member concerning an embodiment. 図1の高性能複合材料構造物を展開した状態を示す概略図。Schematic which shows the state which expand | deployed the high performance composite material structure of FIG. 実施形態にかかる図1の芯部材の斜視概略図。The perspective schematic diagram of the core member of Drawing 1 concerning an embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物の積層体の一例に含まれる複数の層の概略図。Schematic of the several layer contained in an example of the laminated body of the composite material structure concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物の複合材料積層体の製造に用いられる装置の概略図。Schematic of the apparatus used for manufacture of the composite material laminated body of the composite material structure concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または積層体を含む冷凍トレーラーの背面図。The rear view of the freezing trailer containing the composite material structure or laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または積層体を含む航空貨物コンテナの斜視図。The perspective view of the air cargo container containing the composite material structure or laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または積層体を含む鉄道貨物コンテナの斜視図。The perspective view of the rail freight container containing the composite material structure or laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または積層体を含む一貫輸送用コンテナの斜視図。The perspective view of the container for integrated transport containing the composite material structure or laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または複合材料積層体を含むバッテリーケースを示した図。The figure which showed the battery case containing the composite material structure or composite material laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる複合材料構造物または積層体を含むバッテリーボックスを示した図。The figure which showed the battery box containing the composite material structure or laminated body concerning embodiment. 実施形態にかかる耐火性防弾パネルの一部断面を示す斜視概略図。The perspective schematic diagram which shows the partial cross section of the fireproof bulletproof panel concerning embodiment.

以下に、実施形態にかかる高性能熱可塑性複合材料積層体、それらの積層体を用いて製造される高性能複合材料構造物、およびそれらの積層体および構造物の製造方法法を説明する。強度の高い積層体および構造物は多くのニーズに対する解決策を提供する。ある種の樹脂は、例えば、航空宇宙産業の用途等の特定のニーズを満たすが、高価であり、加工が難しく、一般的に、最終製品を作るための樹脂に対する後処理に加え、樹脂の製造のために特殊な工程を要する。例えば、必需品に用いられるオレフィン系樹脂は、一般的に、難燃性の接着剤に接すると、結果として生じる構造における機械的特性に著しい変化を生じる。また、そのような材料は、航空宇宙産業やその他の交通産業における一般的な難燃性に関する要求を満たさない。本発明の発明者は、実施形態として、例えば、高い難燃性の樹脂に対し、どのように、熱可塑性マトリックスに含まれる高強度繊維を組み合わせることにより、腐食性を備え、発火や発煙、毒性物質の発生の可能性のない、(すなわち、発火、発煙、毒性物質の発生に対する高い耐性を持つ)ことに加え、機械的特性の観点からも優れた性能を示す、産業のニーズを満たす複合材料を作り出すか、を提案する。   Hereinafter, the high-performance thermoplastic composite laminate according to the embodiment, the high-performance composite structure manufactured using the laminate, and the method of manufacturing the laminate and the structure will be described. High strength laminates and structures provide a solution to many needs. Certain resins, for example, meet specific needs such as aerospace applications, but are expensive and difficult to process, generally in addition to post-treatment on the resin to make the final product Requires a special process. For example, olefinic resins used in necessities generally undergo significant changes in the mechanical properties in the resulting structure when in contact with flame retardant adhesives. Also, such materials do not meet the general flame retardant requirements in the aerospace and other transportation industries. As an embodiment, the inventors of the present invention, for example, how to combine high-strength fibers contained in a thermoplastic matrix with a highly flame-retardant resin, provide corrosiveness, ignition, smoke, toxicity Composite materials that meet industrial needs with no potential for material generation (ie, high resistance to ignition, smoke, and toxic material generation) and excellent performance in terms of mechanical properties Create or suggest.

詳細は後述するが、ここでは、実施形態として、製造が容易で、重量に対する強度が高く、耐衝撃性が高く、疲労しにくく、耐薬品性が高く、熱に強く、耐火性が高く、さらに、毒性物質の発生が少ないか、もしくは皆無であり、さらにその他の商業的用途において望ましい特性を備える、長繊維に強化された熱可塑性材料を含む複合材料の開示を行う。また、詳細は後述するが、実施形態において、EグラスファイバーやSグラスファイバー等の高強度繊維と、フッ化ポリビニリデン(PVDF)樹脂とを用いた複合材料を提案する。この複合材料は、高性能のテープ状の積層体、合撚された積層体、サンドイッチパネル等の形状に成形され、例えば航空宇宙産業における要求を満たす、発火せず、発煙せず、毒性物質を発することのない複合材料製品の提供に用いられる。また、炭素、アラミド、玄武岩、ホウ素といった材料が以下に説明する複合材料に用いられると望ましい特性が得られる。   Although details will be described later, here, as an embodiment, it is easy to manufacture, has high strength against weight, has high impact resistance, is not easily fatigued, has high chemical resistance, is heat resistant, has high fire resistance, Disclosure of composite materials, including thermoplastics reinforced with long fibers, with low or no generation of toxic substances and with desirable properties in other commercial applications. Moreover, although mentioned later for details, in embodiment, the composite material using high strength fibers, such as E glass fiber and S glass fiber, and the polyvinylidene fluoride (PVDF) resin is proposed. This composite material is molded into the shape of a high-performance tape-like laminate, a twisted laminate, a sandwich panel, etc., and does not ignite, smoke, toxic substances that meet the requirements of the aerospace industry, for example. Used to provide composite products that do not emit. Desirable characteristics can be obtained when materials such as carbon, aramid, basalt, and boron are used in the composite material described below.

本明細書で開示する積層体の構成として一方向性のテープを用いると、例えば、古典的な織布を用いた積層体と比較し、複合材料の機械的性能が向上する。さらに、グラスファイバー等の繊維を用いると、発煙、発火、毒性物質の発生に関する要求を満たす比較的高価な樹脂(例えば、PVDF)が低コストの材料で(例えば、50重量パーセントから85重量パーセントの範囲内で)置き換えられるとともに、望ましい機械的特性が得られる。また、後述するように、本明細書で開示される積層体は、合撚された積層体の形状等に加え、テープ形状でも高い強度と耐火性を提供する。一般的に、実施形態にかかる、高強度強化熱可塑性材料とその構造物は、熱可塑性マトリックス材料と、高強度強化繊維と、必要に応じて他の強化材料との組み合わせを備える。   When a unidirectional tape is used as the configuration of the laminate disclosed in the present specification, the mechanical performance of the composite material is improved as compared with, for example, a laminate using a classic woven fabric. In addition, when fibers such as glass fiber are used, relatively expensive resins (eg, PVDF) that meet the requirements for fumes, fires, and generation of toxic substances are low cost materials (eg, 50 to 85 weight percent). (Within range) and the desired mechanical properties are obtained. Further, as will be described later, the laminate disclosed in the present specification provides high strength and fire resistance even in the form of a tape in addition to the shape of the laminated body that has been twisted. Generally, the high-strength reinforced thermoplastic material and the structure according to the embodiment include a combination of a thermoplastic matrix material, high-strength reinforced fibers, and optionally other reinforced materials.

続いて、図を参照しつつ、一実施例にかかる複合材料構造物10を説明する。図1および1Aに示されるように、複合材料構造物10は、第1の外側層12、第2の外側層14、第1の外側層12と第2の外側層14の間に挟まれた芯部材16を備える。芯部材16は、第1の外側層12および第2の外側層14に必ずしも直接、接するように配置される必要はない。例えば、図1および1Aに示されるように、1以上の中間層17が第1の外側層12と第2の外側層14の間に配置されてもよい。このように、芯部材16は、例えば2枚の中間層17の間に挟まれてもよい。必要に応じて、中間層17の使用枚数は変更されてよい。また、中間層17は使用されなくてもよい。   Next, a composite material structure 10 according to an embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in FIGS. 1 and 1A, the composite structure 10 is sandwiched between a first outer layer 12, a second outer layer 14, and the first outer layer 12 and the second outer layer 14. A core member 16 is provided. The core member 16 is not necessarily arranged so as to be in direct contact with the first outer layer 12 and the second outer layer 14. For example, as shown in FIGS. 1 and 1A, one or more intermediate layers 17 may be disposed between the first outer layer 12 and the second outer layer 14. Thus, the core member 16 may be sandwiched between, for example, two intermediate layers 17. The number of used intermediate layers 17 may be changed as necessary. Further, the intermediate layer 17 may not be used.

図1および1Aに示される複合材料構造物10は、実質的に長方形形状の複合材料「サンドイッチパネル」であるが、複合材料構造物10の構成は図示されたものに限られず、複合材料構造物10はそれが用いられる最終品等に応じて、どのような形状、サイズ、厚さに構成されてもよい。複合材料構造物10は、例えば第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17という複数の層と、芯部材16を含むが、芯部材16は、物品または製品の構成に応じて、どのような形状、サイズ、厚さ、寸法等に成形されていてもよい。それらの物品の例およびその説明は、実施形態にかかる複合材料の組成上の説明に続き、後述する。   The composite structure 10 shown in FIGS. 1 and 1A is a substantially rectangular composite material “sandwich panel”, but the configuration of the composite structure 10 is not limited to that shown, and the composite structure 10 may be configured in any shape, size, or thickness depending on the final product in which it is used. The composite material structure 10 includes a plurality of layers, for example, a first outer layer 12, a second outer layer 14, and an intermediate layer 17, and a core member 16. The core member 16 depends on the configuration of the article or product. Any shape, size, thickness, dimension, etc. may be used. Examples of these articles and their descriptions will be described later, following the description of the composition of the composite material according to the embodiment.

図1および1Aの芯部材16の適切な材料としては、通常、発泡体が用いられる。一実施形態において、発泡体は、例えば、ゾーテックブランドのフッ化ポリビニリデン(PVDF)発泡体等のPVDF発泡体を含む。しかしながら、実施形態において、芯部材16は、適切ないかなる材料を含んでもよく、適切な材料には、例えば第1の外側層12、第2の外側層14、中間層17に関し本明細書で説明する材料やそれらの組み合わせが含まれる。   As a suitable material for the core member 16 of FIGS. 1 and 1A, a foam is usually used. In one embodiment, the foam comprises a PVDF foam, such as, for example, a Zotec brand polyvinylidene fluoride (PVDF) foam. However, in embodiments, the core member 16 may comprise any suitable material, such as described herein with respect to the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17, for example. Materials and combinations thereof.

第1の外側層12、第2の外側層14および1以上の中間層17、およびそれらを用いた部品や構造物に用いられる材料および製造方法に関しては後述するが、それらに限られない。具体的な熱可塑性材料が後述されるが、第1の外側層12、第2の外側層14、中間層17を含む複合材料構造物10は、いかなる適切な、繊維で強化された熱可塑性樹脂で作られてもよい。当該熱可塑性樹脂は繊維以外の強化材料でさらに強化されていてもよく、また、そのような強化がなされていなくてもよい。また、適切な熱可塑性の被覆を伴ってもよい。   The first outer layer 12, the second outer layer 14, the one or more intermediate layers 17, and materials and manufacturing methods used for components and structures using the same will be described later, but are not limited thereto. Although a specific thermoplastic material will be described below, the composite structure 10 including the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17 may be any suitable, fiber reinforced thermoplastic. May be made with. The thermoplastic resin may be further reinforced with a reinforcing material other than fibers, or may not be reinforced. It may also be accompanied by a suitable thermoplastic coating.

実施形態において、図1および1Aに示される「サンドイッチパネル」においては、積層体の層(例えば、第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17)は、発泡した熱可塑性発泡体(例えば、芯部材16)のシートの対向する面に対し、例えば適切な接着剤を用いた固着等により取り付けられている。一実施形態において、熱可塑性発泡体のシートの対向する面に取り付けられる積層体の層は、繊維で強化された熱可塑性テープであり、当該熱可塑性テープとしては、最終製品に求められる特性に応じて、例えば、一方向性や、多軸の繊維配置等の特性を持ったものが用いられる。特に望ましい実施形態において、高強度の複数の層(第1の外側層12、第2の外側層14)は、例えば、高強度の長繊維(例えば、グラスファイバー)で強化されたPVDF樹脂マトリックスを含み、芯部材16はPVDF発泡体を含む。実施形態にかかる構造物にPVDFの材料を用いることで、構造物に望ましい耐火性および難燃性を持たせることができる。   In an embodiment, in the “sandwich panel” shown in FIGS. 1 and 1A, the layers of the laminate (eg, first outer layer 12, second outer layer 14, and intermediate layer 17) are foamed thermoplastic foam. The body (for example, the core member 16) is attached to the opposite surface of the sheet by, for example, fixing using an appropriate adhesive. In one embodiment, the layer of the laminate attached to the opposing faces of the thermoplastic foam sheet is a fiber reinforced thermoplastic tape, depending on the properties required for the final product. Thus, for example, those having characteristics such as unidirectionality and multiaxial fiber arrangement are used. In a particularly desirable embodiment, the high strength layers (first outer layer 12, second outer layer 14) comprise, for example, a PVDF resin matrix reinforced with high strength long fibers (eg, glass fibers). In addition, the core member 16 includes PVDF foam. By using PVDF material for the structure according to the embodiment, the structure can have desirable fire resistance and flame retardancy.

実施形態において、第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17の少なくとも1つは、複数の複合材料層を含む。当該複数の複合材料層は、少なくとも第1の複合材料層と第2の複合材料層を含む。第1の複合材料層と第2の複合材料層は、各々、熱可塑性マトリックスの中に複数の繊維を含む。また、複数の複合材料層は互いに固着され、複合材料積層体を形成する。ある実施形態において、第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17の全てが上述した構成を備える。また、ある実施形態において、第1の外側層12、第2の外側層14、中間層17および芯部材16の少なくとも1つがPVDFを含む。   In an embodiment, at least one of the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17 includes a plurality of composite material layers. The plurality of composite material layers include at least a first composite material layer and a second composite material layer. The first composite material layer and the second composite material layer each include a plurality of fibers in a thermoplastic matrix. The plurality of composite material layers are fixed to each other to form a composite material laminate. In one embodiment, all of the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17 have the configuration described above. In some embodiments, at least one of the first outer layer 12, the second outer layer 14, the intermediate layer 17, and the core member 16 includes PVDF.

実施形態において、第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17の少なくとも1つの複合材積層体は、各々、1以上の複合材料層を含み、また、しばしば、互いに固着された第1の複合材料層と第2の複合材料層を含む2以上の複合材料層を含む。複数の複合材料層の各々は複数の繊維を含む。第1の複合材料層と第2の複合材料層の各々に含まれる複数の繊維には、熱可塑性マトリックス材料が含浸されている。   In embodiments, the at least one composite laminate of the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17 each includes one or more composite layers and is often affixed to each other. Two or more composite material layers including a first composite material layer and a second composite material layer are included. Each of the plurality of composite material layers includes a plurality of fibers. A plurality of fibers contained in each of the first composite material layer and the second composite material layer is impregnated with a thermoplastic matrix material.

実施形態において、熱可塑性マトリックス材料は、用途に応じた適切な熱可塑性の材料であれば、いかなる材料または複数の材料の組み合わせであってもよい。それらの材料には、例えば、複合材料に望ましい耐火性を与えるフッ化ポリビニリデン(PVDF)、ポリアミド(ナイロン)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリフェニレンサルファイド(PSS)、ポリエーテルアミド(PEI)、フッ化ポリマー、望ましい特性を示すその他の高性能樹脂、その他の熱可塑性ポリマー、およびそれらの組み合わせが含まれる。   In embodiments, the thermoplastic matrix material may be any material or combination of materials as long as it is a suitable thermoplastic material for the application. These materials include, for example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polyamide (nylon), polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyetheretherketone (PEEK), polyphenylene sulfide that provide desirable fire resistance to composite materials. (PSS), polyether amide (PEI), fluorinated polymers, other high performance resins exhibiting desirable properties, other thermoplastic polymers, and combinations thereof.

一実施形態において、第1の複合材料層に含まれる複数の繊維は実質的に互いに平行であり、第2の複合材料層に含まれる複数の繊維は実質的に互いに平行である。一実施形態において、各層の繊維は長手方向に互いに並んで配置されており、層の全幅に渡り連続している。以下の説明において、複合材料層は、層またはシートと呼ばれ、実施形態において、複合材料層は、繊維の方向が長手方向に揃っている特性である「一方向性」を有している。   In one embodiment, the plurality of fibers included in the first composite material layer are substantially parallel to each other, and the plurality of fibers included in the second composite material layer are substantially parallel to each other. In one embodiment, the fibers of each layer are arranged side by side in the longitudinal direction and are continuous over the entire width of the layer. In the following description, the composite material layer is referred to as a layer or a sheet. In the embodiment, the composite material layer has “unidirectionality” which is a characteristic in which the directions of fibers are aligned in the longitudinal direction.

他の実施形態において、第1の複合材料層に含まれる複数の繊維は、第2の複合材料層に含まれる複数の繊維と、交差する(横断する)ように配置される。例えば、第1の複合材料層の繊維は、第2の複合材料層の繊維に対し、約0度から約90度の範囲内の角度で、もしくは、約15度から約75度の範囲内の角度で、交差するように配置される。実施形態において、0度から約90度の範囲内の角度が採用されてもよい。   In another embodiment, the plurality of fibers included in the first composite material layer are arranged to cross (cross) the plurality of fibers included in the second composite material layer. For example, the fibers of the first composite layer may be at an angle in the range of about 0 degrees to about 90 degrees with respect to the fibers of the second composite layer, or in the range of about 15 degrees to about 75 degrees. They are arranged to intersect at an angle. In embodiments, an angle in the range of 0 degrees to about 90 degrees may be employed.

また、実施形態において、第1の複合材料層に含まれる複数の繊維は、第2の複合材料層に含まれる複数の繊維と同じであっても異なってもよい。複合材料層には、互いに強度が異なる等の様々な種類の繊維が用いられる。例えば、それらの繊維にはEグラスファイバーおよびSグラスファイバーが含まれる。Eグラスは低アルカリホウケイ酸ガラスであり、電気的および機械的な特性に優れており、耐薬品性も高い。Eグラスは高い電気抵抗値を示すため、電気的な用途の複合材料積層体に適している。なお、「E」は電気的(Electrical)を意味する。   In the embodiment, the plurality of fibers included in the first composite material layer may be the same as or different from the plurality of fibers included in the second composite material layer. Various types of fibers having different strengths are used for the composite material layer. For example, the fibers include E glass fiber and S glass fiber. E glass is a low alkali borosilicate glass, which has excellent electrical and mechanical properties and high chemical resistance. Since E glass exhibits a high electric resistance value, it is suitable for a composite material laminate for electrical use. Note that “E” means electrical.

SグラスはEグラスと比較し、より高い強度を備え、高コストな材料である。Sグラスはマグネシア−アルミナ−ケイ酸塩ガラスであり、一般的に高い引っ張り強度が要求される航空宇宙産業の用途に用いられる。もともと「S」は高強度(strength)を意味している。EグラスとSグラスのいずれも、本明細書で開示する実施形態において採用するのに特に適した繊維である。   S glass is a material with higher strength and higher cost than E glass. S-glass is a magnesia-alumina-silicate glass and is generally used for aerospace applications where high tensile strength is required. Originally, “S” means high strength. Both E-glass and S-glass are particularly suitable fibers for use in the embodiments disclosed herein.

Eグラスファイバーは、熱可塑性高分子マトリックス材料に含められる際、その重量比率は様々に変化させることができる。実施形態において、強化材料としてのEグラスの重量比の範囲は、例えば、1平方ヤード当たり約10オンスから約40オンス(oz./sq. yd.)である。また、その範囲は、望ましくは、約19オンスから30オンスであり、より望ましくは、約21.4オンスから約28.4オンスである。一実施形態において、交差層の最小重量は、複合材料の1平方ヤード当たり約18オンスである。交差層において繊維が70重量パーセントであれば、複合材料の1平方ヤードにおける強化材料の重量は18オンスの70パーセントとなる。   When E glass fiber is included in a thermoplastic polymer matrix material, its weight ratio can be varied. In an embodiment, the weight ratio range of E-glass as a reinforcing material is, for example, from about 10 ounces to about 40 ounces per square yard (oz./sq. Yd.). Also, the range is desirably from about 19 ounces to 30 ounces, and more desirably from about 21.4 ounces to about 28.4 ounces. In one embodiment, the minimum weight of the cross layer is about 18 ounces per square yard of composite material. If the fibers in the cross layer are 70 weight percent, the weight of the reinforcing material in one square yard of the composite is 18 ounces of 70 percent.

複合材料層に含まれるSグラスファイバーまたはEグラスファイバーの量は任意に変更可能であり、例えば、熱可塑性マトリックスと繊維の重量の合計に対し、約40重量パーセントから90重量パーセントの範囲内であり、望ましくは約50重量パーセントから約85重量パーセントの範囲内であり、さらに望ましくは約60重量パーセントから約80重量パーセントの範囲内である。   The amount of S or E glass fibers contained in the composite layer can be arbitrarily varied, for example, in the range of about 40 weight percent to 90 weight percent based on the total weight of the thermoplastic matrix and the fibers. Desirably within the range of about 50 weight percent to about 85 weight percent, and more desirably within the range of about 60 weight percent to about 80 weight percent.

他の繊維が用いられてもよく、その場合、他の繊維がEグラスまたはSグラスと組み合わされて用いられることが望ましいが、他の繊維がEグラスまたはSグラスに代えて用いられてもよい。それらの他の繊維には、例えば、ECR、AグラスおよびCグラスが含まれ、さらに、石英、マグネシウムアルミノケイ酸塩、非アルカリアルミノホウケイ酸塩、ソーダホウケイ酸塩、ソーダケイ酸塩、ソーダ石灰−アルミノケイ酸塩、鉛ケイ酸塩、非アルカリ鉛ボロアルミナ、非アルカリバリウムボロアルミナ、非アルカリ亜鉛ボロアルミナ、非アルカリ鉄アルミノ珪酸塩、カドミウムホウ酸塩、アルミナ繊維、アスベスト、ホウ素、炭化ケイ素、炭化したポリエチレンに由来のグラファイトおよび炭素、ポリビニルアルコール、サラン、アラミド、ポリアミド、ポリベンゾイミダゾール、ポリオキサジアゾール、ポリフェニレン、PPR、石油および(等方性の)コールピッチ、中間相ピッチ、セルロースおよびポリアクリロニトリル、セラミックファイバー、例えば鋼鉄、アルミ合金等の金属の繊維、およびそれらに類するものから作られた繊維が含まれる。   Other fibers may be used, in which case it is desirable that other fibers be used in combination with E-glass or S-glass, but other fibers may be used in place of E-glass or S-glass. . These other fibers include, for example, ECR, A-glass and C-glass, as well as quartz, magnesium aluminosilicate, non-alkali aluminoborosilicate, soda borosilicate, soda silicate, soda lime-aluminosilicate. Acid salt, lead silicate, non-alkali lead boro-alumina, non-alkali barium boro-alumina, non-alkali zinc boro-alumina, non-alkali iron aluminosilicate, cadmium borate, alumina fiber, asbestos, boron, silicon carbide, carbonized polyethylene Graphite and carbon derived from, polyvinyl alcohol, saran, aramid, polyamide, polybenzimidazole, polyoxadiazole, polyphenylene, PPR, petroleum and (isotropic) coal pitch, mesophase pitch, cellulose and polyacrylonitrile, La Mick fibers include, for example, steel, fiber metal such as aluminum alloy, and fibers made from those like them.

高い性能が求められ、高額の費用が正当化されるのであれば、ケブラーに例示されるアラミドから作られた高強度有機高分子繊維や、様々なカーボンファイバーが用いられてもよい。高性能の一方向性繊維束は、一般的に、デニール当たり7グラムより強い引っ張り強度を有する。そのような高性能繊維束としては、例えば、アラミド、伸張鎖超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、ポリ[p−フェニレン−2、6−ベンゾビスオキサゾール](PBO)、ポリ[ジミイダーゾピリジノリン(ジヒドロキシ)フェニレン]およびこれらの組み合わせが含まれる。   If high performance is required and high costs are justified, high-strength organic polymer fibers made from aramid exemplified by Kevlar and various carbon fibers may be used. High performance unidirectional fiber bundles generally have a tensile strength greater than 7 grams per denier. Examples of such high-performance fiber bundles include aramid, extended chain ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE), poly [p-phenylene-2,6-benzobisoxazole] (PBO), and poly [diimidazopyridinoline. (Dihydroxy) phenylene] and combinations thereof.

これらの極めて高い引っ張り強度を示す材料は、特に複合材料パネルの補強のために適している。   These extremely high tensile strength materials are particularly suitable for reinforcing composite panels.

本明細書で開示する実施形態より広い本発明の技術的思想の範囲から外れない限り、当業者により知られているどのような種類の繊維が採用されてもよい。例えば、TwaronまたはTechnoraの名称で販売されている商品等のアラミド繊維、Toray、FortafilまたはZoltekの名称で販売されている商品等の玄武岩およびカーボンの繊維、Vectranの名称で販売されている商品等のLiquid Crystal Polymer(LCP)が採用されてもよい。また、実施形態において、有機繊維、非有機繊維、金属繊維が単独もしくは組み合わせにより使用されてもよい。   Any type of fiber known by those skilled in the art may be employed without departing from the scope of the present invention broader than the embodiments disclosed herein. For example, aramid fibers such as products sold under the name Twaron or Technora, basalt and carbon fibers such as products sold under the name Toray, Fortafil or Zoltek, products sold under the name Vectran, etc. Liquid Crystal Polymer (LCP) may be employed. In the embodiment, organic fibers, non-organic fibers, and metal fibers may be used alone or in combination.

実施形態において、複合材料層は、オプションとして、連続した繊維、細かく切断された繊維、ランダムに混合された繊維、織られた繊維等を含んでもよい。望ましい実施形態において、繊維は全て複合材料層は長手方向に並べられ、短手方向に配置される繊維は含まれない。   In embodiments, the composite layer may optionally include continuous fibers, finely cut fibers, randomly mixed fibers, woven fibers, and the like. In a preferred embodiment, the fibers are all composite material layers arranged in the longitudinal direction and do not include fibers arranged in the transverse direction.

また、追加的な材料が用いられてもよい。そのような材料としては、発泡体、金属(例えば、アルミニウム鋼、その他の鉄金属、非鉄金属等)、プラスチック、エポキシド、複合材料、薬剤、その他の適切な材料が含まれる。これらの材料は、例えば特定の機械的特性、空間的特性もしくは他の特性を実施形態にかかる熱可塑性複合材料の構造物または積層体の全体に渡り均一に、もしくは特定の領域において付与するための、強化材料、添加物、もしくは挿入部材として用いられる。実施形態にかかる複合材料、積層体および構造物において、繊維、オプションとして追加される材料、強化材料等は様々な組み合わせで用いられてよく、その組み合わせにおける量も任意に変更されてよい。また、上述したオプションとして追加される材料が任意に組み合わされて用いられてもよい。   Additional materials may also be used. Such materials include foams, metals (eg, aluminum steel, other ferrous metals, non-ferrous metals, etc.), plastics, epoxides, composite materials, drugs, and other suitable materials. These materials may be used, for example, to impart specific mechanical, spatial or other properties uniformly or in specific areas throughout the thermoplastic composite structure or laminate according to the embodiment. , Used as a reinforcing material, additive, or insert. In the composite material, the laminate, and the structure according to the embodiment, the fiber, the material added as an option, the reinforcing material, and the like may be used in various combinations, and the amount in the combination may be arbitrarily changed. Moreover, the material added as an option mentioned above may be used combining arbitrarily.

また、連続強化繊維、すなわち、材料または構造物の長さと等しい長さの繊維が複合材料の構造物において用いることにより、繊維の方向に沿った方向における強度を増加させることができる。マトリックス材料を強化繊維に含浸させる工程で、繊維の配置と張りを一定に維持できれば、製造される複合材料およびそれらの構造物または積層体の物理特性を向上させることができる。   Also, continuous reinforcing fibers, i.e., fibers having a length equal to the length of the material or structure, can be used in the composite structure to increase the strength in the direction along the fiber direction. If the arrangement and tension of the fibers can be kept constant in the step of impregnating the reinforcing fibers with the matrix material, the physical properties of the composite materials and their structures or laminates to be manufactured can be improved.

実施形態において、複合材料層に含まれる繊維は長手方向に指向しているため、複合材料積層体に含まれるある複合材料層は、その複合材料積層体に含まれる1以上の他の複合材料層に対し特定の位置関係で配置されてもよい。   In the embodiment, since the fibers contained in the composite material layer are oriented in the longitudinal direction, one composite material layer contained in the composite material laminate is one or more other composite material layers contained in the composite material laminate. May be arranged in a specific positional relationship.

望ましい一実施形態において、複合材料積層体は、実質的に互いに平行となるように配置された繊維を含む複数のテープまたは層を備え、1枚の層はその繊維が隣接する層の繊維と、例えば約90度以下で交差するように配置される。実施形態において、繊維は層の全幅に渡り均一に配置される。他の実施形態において、熱可塑性マトリックスの中に繊維が配置されたテープが提供される。また、他の実施形態において、交差層を有するテープまたは積層体、例えば、各々が熱可塑性マトリックスの中に繊維を含む2枚の層を備え、一方の層に含まれる繊維が他の層に含まれる繊維に対し約90度となるように配置されている材料が提供される。   In one desirable embodiment, the composite laminate comprises a plurality of tapes or layers comprising fibers arranged so as to be substantially parallel to one another, wherein one layer comprises the fibers of the layer in which the fibers are adjacent; For example, it arrange | positions so that it may cross at about 90 degrees or less. In an embodiment, the fibers are evenly distributed over the entire width of the layer. In other embodiments, a tape is provided having fibers disposed in a thermoplastic matrix. Also, in other embodiments, a tape or laminate having crossed layers, for example, comprising two layers each containing fibers in a thermoplastic matrix, the fibers contained in one layer being included in the other layer A material is provided that is arranged to be approximately 90 degrees to the fibers to be reinforced.

実施形態において、第1の外側層12と第2の外側層14の少なくとも1つの材料として用いられる複合材料積層体に含まれる1以上の層の熱可塑性マトリックスは、例えば、PVDFを含む熱可塑性マトリックスである。熱可塑性マトリックスとしては、例えば、ポリアミド(ナイロン)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルケトン、これらの組み合わせ等が挙げられる。また、熱可塑性マトリックスとして、フッ化ポリビニリデン(PVDF)が単独で、もしくは他のマトリックス成分との組み合わせで用いられてもよい。PVDFを用いることで、製造される構造物に耐火性を与えることができる。   In an embodiment, the thermoplastic matrix of one or more layers included in the composite laminate used as at least one material of the first outer layer 12 and the second outer layer 14 is, for example, a thermoplastic matrix comprising PVDF. It is. Examples of the thermoplastic matrix include polyamide (nylon), polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polyether ketone, and combinations thereof. As the thermoplastic matrix, polyvinylidene fluoride (PVDF) may be used alone or in combination with other matrix components. By using PVDF, fire resistance can be imparted to the manufactured structure.

また、熱可塑性マトリックス材料にポリエチレンを使用することで、複合材料積層体の破壊抵抗を向上させることができる。ポリエチレンを使用した場合、例えばポリプロピレンを用いた複合材料積層体と比較し、同等の破壊抵抗がより軽量に実現される。また、ポリプロピレンのモノマーの製造には複雑な工程を要するため、ポリプロピレンの価格は大きく変動する傾向があるが、ポリエチレンは価格が安定している。ポリエチレンの複合材料積層体は、例えばポリプロピレンの複合材料積層体と比較し軽量であるため、ポリエチレンの複合材料積層体で作られた、もしくはポリエチレンの複合材料積層体が裏地として用いられたコンテナによれば、より多くの貨物の輸送が可能であり、そのようなコンテナを用いるトラック、鉄道、船舶等における燃費と対費用高価が向上する。   Moreover, the fracture resistance of a composite material laminated body can be improved by using polyethylene for a thermoplastic matrix material. When polyethylene is used, for example, equivalent fracture resistance is realized in a lighter weight as compared with a composite material laminate using polypropylene. In addition, since a complicated process is required to produce a monomer for polypropylene, the price of polypropylene tends to fluctuate greatly, but the price of polyethylene is stable. Polyethylene composite laminates are lighter compared to, for example, polypropylene composite laminates, so depending on the container made of polyethylene composite laminate or using polyethylene composite laminate as the backing For example, more cargo can be transported, and the fuel efficiency and cost-effectiveness of trucks, railways, ships, etc. using such containers are improved.

実施形態において、ポリエチレンとポリプロピレンの共重合体が熱可塑性マトリックスとして用いられてもよい。例えば、用途とその用途に要求される特性に応じて、約50重量パーセントより多くのポリエチレンと、約50重量パーセントより少ないポリプロピレンの共重合体が用いられることが望ましい。   In an embodiment, a copolymer of polyethylene and polypropylene may be used as the thermoplastic matrix. For example, depending on the application and the properties required for that application, it may be desirable to use a copolymer of greater than about 50 weight percent polyethylene and less than about 50 weight percent polypropylene.

他の実施形態において、1以上の層の熱可塑性マトリックスは、適切な重量比で組み合わされ、共押出成形された、ポリエチレンと、広くPETと略称されるポリエチレンテレフタラート(時々、ポリとも呼ばれる)を備えてもよい。例えば、実施形態において、使用されるPETポリマーは、合成繊維、飲料、食料、その他の液体を収容する容器、加熱成形用途、グラスファイバーとの組み合わせによる高性能樹脂等に使用される熱可塑性PETポリマー樹脂である。PETホモポリマーが、CHDMやイソフタル酸といったコモノマーと共に用いられてもよい。これらのコモノマーはPETの融解温度を下げるとともに、PETの結晶化度を低下させる。それにより、樹脂がより低温で可塑性を持ち、より小さい力で成形可能となる。実施形態において、PETホモポリマーや共重合体が、例えば後処理で塗装により付加される剥離フィルムに用いられてもよい。そのような付加的な層もまた、主要な複合材料構造物に対し積層される。   In other embodiments, the thermoplastic matrix of one or more layers is combined in an appropriate weight ratio and coextruded polyethylene and polyethylene terephthalate (sometimes also referred to as poly), broadly abbreviated as PET. You may prepare. For example, in the embodiment, the PET polymer used is a thermoplastic PET polymer used for a synthetic fiber, a beverage, food, a container containing other liquid, a thermoforming application, a high-performance resin in combination with glass fiber, or the like. Resin. PET homopolymers may be used with comonomers such as CHDM and isophthalic acid. These comonomers lower the PET melting temperature and the PET crystallinity. Accordingly, the resin has plasticity at a lower temperature and can be molded with a smaller force. In an embodiment, a PET homopolymer or copolymer may be used for a release film that is added by painting, for example, in a post-treatment. Such additional layers are also laminated to the main composite structure.

本明細書で開示される様々な実施形態において用いられる高分子マトリックス材料として、ポリエチレン熱可塑性ポリマーが使用可能である。重量比における熱可塑性樹脂の量は製品の使用目的に応じて要求される物理特性によって変化する。ポリエチレンは、主に密度と分岐量によって複数の異なるカテゴリに分類され、ポリエチレンの機械的特性は、分岐量、結晶化構造、分子量等の程度や種別といった変数によって変化する。望ましい実施形態において、用いられるポリエチレンには、低密度ポリエチレン(LDPE)、超高分子量ポリエチレン(UHMWPE)、超低分子量ポリエチレン(ULMWPEまたはPE−WAX)、高分子量ポリエチレン(HMWPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)、高密度架橋ポリエチレン(HDXLPE)、架橋ポリエチレン(PEXまたはXLPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)、超低密度ポリエチレン(VLDPE)、これらの組み合わせが挙げられる。特に有効な種類のポリエチレンにはHDPE、LLDPE、LDPEおよびそれらの組み合わせが含まれ、特にLDPEが有効である。実施形態にかかる熱可塑性マトリックスに用いられる様々なタイプのポリエチレンの個々の特性を以下に説明する。   Polyethylene thermoplastic polymers can be used as the polymeric matrix material used in the various embodiments disclosed herein. The amount of the thermoplastic resin in the weight ratio varies depending on the physical properties required depending on the intended use of the product. Polyethylene is classified into a plurality of different categories mainly depending on density and branching amount, and the mechanical properties of polyethylene vary depending on variables such as the degree and type of branching amount, crystallized structure, molecular weight and the like. In a preferred embodiment, the polyethylene used includes low density polyethylene (LDPE), ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), ultra low molecular weight polyethylene (ULMWPE or PE-WAX), high molecular weight polyethylene (HMWPE), high density polyethylene (HDPE). ), High density crosslinked polyethylene (HDXLPE), crosslinked polyethylene (PEX or XLPE), medium density polyethylene (MDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), very low density polyethylene (VLDPE), and combinations thereof. Particularly effective types of polyethylene include HDPE, LLDPE, LDPE and combinations thereof, with LDPE being particularly effective. The individual properties of the various types of polyethylene used in the thermoplastic matrix according to the embodiment are described below.

LDPEは密度が0.910〜0.940g/cmの範囲内であり、短鎖分岐と長鎖分岐の比率が高い。そのため、一般的に鎖状部が結晶構造にしっかりと入り込むことがない。そのような材料は、瞬間的双極子または誘導双極子の引力が小さいので、強い分子間力を示す。その結果、引っ張り強度が低く、高い柔軟性を示す。LDPEはフリーラジカル重合でできている。長鎖の分岐率が高いため、溶融したLDPEは独特の望ましい流動性を示す。 LDPE has a density in the range of 0.910 to 0.940 g / cm 3 and a high ratio of short chain branching to long chain branching. Therefore, in general, the chain portion does not firmly enter the crystal structure. Such materials exhibit strong intermolecular forces due to the small attractive or induced dipole attraction. As a result, the tensile strength is low and high flexibility is exhibited. LDPE is made by free radical polymerization. Due to the high branching rate of the long chains, the melted LDPE exhibits a unique desirable fluidity.

UHMWPEは分子量が100万台のポリエチレンであり、一般的にその分子量は約300万から600万である。この大きな分子量により、UHMWPEはとても強靱な材料であるが、結晶構造に鎖状部が効率的に取り込まれず、高密度ポリエチレン(例えば、0.930〜0.935g/cm)より密度が低い。UHMWPEは様々な触媒技術により作られるが、一般的にはチーグラー触媒がその製造に用いられる。UHMWPEは顕著な強靱性と、切断、摩損、薬品に対する耐性を示すため、この材料は様々な用途で広く有効である。 UHMWPE is a polyethylene having a molecular weight of 1 million units, and generally has a molecular weight of about 3 to 6 million. Due to this large molecular weight, UHMWPE is a very tough material, but the chain is not efficiently incorporated into the crystal structure and is less dense than high density polyethylene (e.g., 0.930 to 0.935 g / cm < 3 >). UHMWPE is made by a variety of catalyst technologies, but in general Ziegler catalysts are used for its production. Because UHMWPE exhibits outstanding toughness and resistance to cutting, abrasion and chemicals, this material is widely useful in a variety of applications.

HDPEは0.941g/cm以上の密度を有する。HDPEは分岐率が低く、そのため、強い分子間力と引っ張り強度を示す。HDPEはクロムまたはシリカをベースとした触媒、チーグラー・ナッター触媒、もしくはメタロセン触媒により製造される。適切な触媒(例えば、クロムベース触媒またはチーグラー・ナッター触媒)の選択と反応条件によって、分岐の不足が確実にもたらされる。 HDPE has a density of 0.941 g / cm 3 or more. HDPE has a low branching rate and therefore exhibits strong intermolecular forces and tensile strength. HDPE is produced by a chromium or silica based catalyst, a Ziegler-Natta catalyst, or a metallocene catalyst. Selection of an appropriate catalyst (eg, a chromium-based catalyst or a Ziegler-Natta catalyst) and reaction conditions will ensure that there is a lack of branching.

PEX(またはXLPEとも言われる)は中密度から高密度のポリエチレンであり、熱可塑性をエラストマーへと変化させる架橋結合を高分子構造の中に含んでいる。これにより、高温における特性が向上し、流動性が低く、耐薬品性が高い。   PEX (also referred to as XLPE) is a medium to high density polyethylene that contains crosslinks in the polymer structure that change the thermoplastic to an elastomer. Thereby, the characteristics at high temperature are improved, the fluidity is low, and the chemical resistance is high.

MDPEは0.926〜0.940g/cmの範囲内の密度を有する。MDPEはクロムまたはシリカをベースとした触媒、チーグラー・ナッター触媒、もしくはメタロセン触媒により製造される。MDPEは優れた耐衝撃性および耐落重破壊性を示す。この材料はHDPEよりもノッチが生じにくく、HDPEよりも耐応力割れ性が優れている。 MDPE has a density in the range of 0.926 to 0.940 g / cm 3 . MDPE is made with a chromium or silica based catalyst, a Ziegler-Natta catalyst, or a metallocene catalyst. MDPE exhibits excellent impact resistance and drop weight resistance. This material is less prone to notch than HDPE and has better stress cracking resistance than HDPE.

LLDPEは0.915〜0.925g/cmの範囲内の密度を有する。LLDPEは実質的に著しく多数の短い分岐を伴う線状重合体であり、一般的に、エチレンを短鎖のアルファ−オレフィン(例えば、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテン)に共重合させることで作られる。LLDPEはLDPEよりも高い引っ張り強度を有し、LDPEよりも高い耐衝撃性および耐破壊性を示す。LDPEはまた、強靱性、柔軟性、比較的高い透明性を有する。 LLDPE has a density in the range of 0.915 to 0.925 g / cm 3 . LLDPE is a linear polymer with a substantially significant number of short branches, generally copolymerizing ethylene with short chain alpha-olefins (eg, 1-butene, 1-hexene and 1-octene). It is made by. LLDPE has a higher tensile strength than LDPE and exhibits higher impact and fracture resistance than LDPE. LDPE also has toughness, flexibility and relatively high transparency.

VLDPEは0.880〜0.915g/cmの範囲内の密度を有する。VLDPEは実質的に多数の短い分岐を伴う線状重合体であり、一般的に、エチレンを短鎖のアルファ−オレフィン(例えば、1−ブテン、1−ヘキセンおよび1−オクテン)に共重合させることで作られる。VLDPEは一般的に、メタロセン触媒を用いて製造され、これらの触媒により、より多くのコモノマーの組み込みが行われる。VLDPEはまた、耐衝撃性改良材として他のポリマーと混合されて用いられる。 VLDPE has a density in the range of 0.880 to 0.915 g / cm 3 . VLDPE is a linear polymer with a substantial number of short branches, generally copolymerizing ethylene with short chain alpha-olefins (eg, 1-butene, 1-hexene and 1-octene). Made with. VLDPE is generally produced using metallocene catalysts, which incorporate more comonomer. VLDPE is also used as an impact modifier mixed with other polymers.

上述した特定のポリマーに加えて、上述した材料のいずれかを用いたコポリマーや組み合わせが実施形態において採用されてもよい。さらに、アルファ−オレフィンとの共重合に加えて、もしくは代えて、エチレン(またはポリエチレン)が様々な他のモノマーおよびイオン化された遊離基を生じるイオン性組成物と共重合されてもよい。例えば、酢酸ビニルを用いると、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)等のアクリル酸塩が生成される。また、熱可塑性マトリックスは、フッ化ポリビニリデン(PVDF)を単独で、もしくは他のマトリックス成分との組み合わせで含むことで、作られる構造物に耐火性を与えてもよい。   In addition to the specific polymers described above, copolymers and combinations using any of the materials described above may be employed in embodiments. Further, in addition to or instead of copolymerization with alpha-olefins, ethylene (or polyethylene) may be copolymerized with various other monomers and ionic compositions that produce ionized free radicals. For example, when vinyl acetate is used, an acrylate salt such as ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) is produced. In addition, the thermoplastic matrix may include a polyvinylidene fluoride (PVDF) alone or in combination with other matrix components to impart fire resistance to the resulting structure.

実施形態において、複合材料積層体の1以上の複合材料層の熱可塑性マトリックスは、ポリエチレンを単独で、もしくはPVDF等の他のポリマー、コポリマーもしくは成分との組み合わせで含んでもよい。例えば、ポリエチレンおよびPVDFがマトリックス材料として、ポリプロピレン、ナイロン、PEI(ポリエーテルイミド)、およびそれらのコポリマー等の高分子量熱可塑性ポリマー、もしくは上述したいずれかの成分と共に用いられてもよい。   In embodiments, the thermoplastic matrix of one or more composite layers of the composite laminate may comprise polyethylene alone or in combination with other polymers, copolymers or components such as PVDF. For example, polyethylene and PVDF may be used as matrix materials with high molecular weight thermoplastic polymers such as polypropylene, nylon, PEI (polyetherimide), and copolymers thereof, or any of the components described above.

実施形態において、複合材料層は約60重量パーセントから約10重量パーセントの高分子マトリックスを含み、望ましくは、約50重量パーセントから約10重量パーセントの高分子マトリックスを含み、さらに望ましくは、約40重量パーセントから約15重量パーセントの高分子マトリックスを含む。また、その範囲は、例えば、約40重量パーセントから約20重量パーセント、もしくは、約30重量パーセントから約25重量パーセントであってもよい。なお、上述した重量パーセントは高分子マトリックス材料と繊維の重量の合計に対する、高分子マトリックス材料の重量パーセントである。   In an embodiment, the composite layer comprises about 60 weight percent to about 10 weight percent polymeric matrix, desirably about 50 weight percent to about 10 weight percent polymeric matrix, and more desirably about 40 weight percent. Percent to about 15 weight percent of the polymeric matrix. The range may also be, for example, from about 40 weight percent to about 20 weight percent, or from about 30 weight percent to about 25 weight percent. The above-mentioned weight percent is the weight percent of the polymer matrix material with respect to the total weight of the polymer matrix material and the fibers.

一実施形態において、1以上の複合材料層に含まれる繊維の比率は、(層の高分子マトリックスと繊維の重量の合計を基準として)約50重量パーセントより大きく、望ましくは約85重量パーセントより大きい。様々な種類の繊維が採用可能であるが、上述したように、特に剛性の観点からは特にグラスファイバーが適している。   In one embodiment, the proportion of fibers contained in the one or more composite layers is greater than about 50 weight percent (based on the sum of the weight of the polymer matrix and the fibers in the layer), desirably greater than about 85 weight percent. . Various types of fibers can be used, but as described above, glass fibers are particularly suitable from the viewpoint of rigidity.

一実施形態において、複合材料積層体は互いに固着された第1の層と第2の層を備え、それらの層の各々に含まれる繊維は互いに横断するように配置され、第1の層は第2の層が含む繊維とは異なる繊維を含み、第1の層および第2の層の一方または両方は、ポリエチレンを含む。この複合材料積層体は少なくとも2つの異なる種類の繊維を含む。すなわち、第1の複合材料層に含まれる繊維は隣接する第2の複合材料層に含まれる異なる種類の繊維に対し横断する方向で配置される。それらの繊維の間の角度は、例えば90度である。このように配置される第1の複合材料層と第2の複合材料層は、以下、各層に含まれる繊維に言及することなく、互いに横断関係にある(例えば、互いに90度で)と表現する。   In one embodiment, the composite laminate includes a first layer and a second layer secured to each other, the fibers contained in each of the layers are arranged to cross each other, and the first layer is the first layer. The two layers include fibers that are different from the fibers included, and one or both of the first layer and the second layer includes polyethylene. The composite laminate includes at least two different types of fibers. That is, the fibers included in the first composite material layer are arranged in a direction transverse to the different types of fibers included in the adjacent second composite material layer. The angle between these fibers is for example 90 degrees. The first composite material layer and the second composite material layer arranged in this way are hereinafter expressed as being in a transverse relationship with each other (for example, at 90 degrees with respect to each other) without referring to the fibers contained in each layer. .

「異なる種類の繊維」とは、その意味が広く解釈されるべきであり、複合材料積層体が少なくとも2枚の複合材料層を含み、それらの繊維が各々、異なる材料で、もしくは同じ材料であっても異なるグレードの材料で作られている、という意味である。複合材料積層体の用途に関する説明において詳細を後述するが、例えば、複合材料積層体を備えるパネルの前面はケブラー129ファイバーを用いて作られ、そのパネルの裏面または裏面側の部分はより高い性能の材料を用いて作られていてもよい。   “Different types of fibers” is to be interpreted broadly and the composite laminate includes at least two composite layers, each of which is a different material or the same material. It means that it is made of different grade materials. Details will be described later in the description of the application of the composite laminate. For example, the front surface of the panel including the composite laminate is made using Kevlar 129 fiber, and the back side or the back side portion of the panel has higher performance. It may be made using a material.

オプションとして、複合材料積層体は隣接する複合材料層に平行に配置される複合材料層を含んでいてもよい。この場合、望ましくは、互いに隣接する複合材料層は同じ種類の繊維を含む。マトリックス材料の1以上の層、望ましくは全ての層が、ポリエチレンを含む。さらに、マトリックス材料は層毎に異なってもよく、異なる熱可塑性樹脂、ポリマー、もしくはそれらの組み合わせであってもよい。第1のタイプの繊維を含む複合材料積層体の部分が、各々の複合材料層を互いに繊維が平行となるように積み重ねて形成されていてもよい。   Optionally, the composite laminate may include a composite layer disposed parallel to the adjacent composite layer. In this case, desirably, adjacent composite layers comprise the same type of fibers. One or more layers of the matrix material, preferably all layers, comprise polyethylene. Further, the matrix material may vary from layer to layer and may be different thermoplastics, polymers, or combinations thereof. The part of the composite material laminate including the first type of fibers may be formed by stacking the composite material layers so that the fibers are parallel to each other.

特に有効な実施形態において、複合材料積層体は、各々がEグラスファイバーとSグラスファイバーのいずれかを含む複数の複合材料層を、互いに約90度の角度で積み重ねて形成されてもよい。   In a particularly effective embodiment, the composite laminate may be formed by stacking a plurality of composite layers, each containing either E glass fiber or S glass fiber, at an angle of about 90 degrees to each other.

複合材料積層体に含まれる少なくとも第1の層と第2の層を有する層の構成の一例において、第2の層は第1の層に対し90度で配置される。要求される特性に応じて、90度より小さい他の角度で第2の層が配置されてもよい。実施形態において、3層構成が採用されてもよい。この場合、第1の層を基準方向(すなわち、0度)とすると、第2の層が第1の層に対し第1の角度(例えば、45度等の正の鋭角)で配置され、第3の層が第1の層に対し第1の角度とは異なる第2の角度(例えば、−45度等負の鋭角(または315度)。この場合、第2の層と反対方向の鋭角。)で配置される。第2の層と第3の層は互いに垂直であってもよいし、垂直でなくてもよい。熱可塑性マトリックスを用いる製品は、製造における最後の型成形工程において、隣接する層の繊維の相対的な方向を容易に変更することができる。   In an example of the structure of the layer including at least the first layer and the second layer included in the composite material laminate, the second layer is disposed at 90 degrees with respect to the first layer. Depending on the required properties, the second layer may be placed at other angles less than 90 degrees. In the embodiment, a three-layer configuration may be adopted. In this case, assuming that the first layer is the reference direction (that is, 0 degree), the second layer is arranged at a first angle (for example, a positive acute angle such as 45 degrees) with respect to the first layer, The third layer has a second angle different from the first angle with respect to the first layer (eg, a negative acute angle (or 315 degrees), such as -45 degrees), in which case the acute angle in the opposite direction to the second layer. ). The second layer and the third layer may be perpendicular to each other or may not be perpendicular. Products using a thermoplastic matrix can easily change the relative orientation of the fibers in adjacent layers during the final molding step in production.

他の実施形態において、概ね同じ面密度の複数の複合材料層のうち少なくとも2枚の複合材料層は互いに0度から90度の範囲内で配置され、もしくは、約15度から約75度の範囲内で配置される。「面密度」(通常は1平方フィート当たりのポンド(lbs./sq. ft.)で表される)は、異なる層の相対的な強度を比較する際に利用される。面密度が高いと、一般的にその層の破壊強度が高い。実施形態において、複合材料積層体は第1の層と第1の層より面密度が高い第2の層を含む少なくとも2枚の複合材料層を有してもよい。実施形態において、複合材料積層体のための適切な面密度は、例えば、1平方フィート当たり約1ポンドから10ポンドの範囲内である。   In other embodiments, at least two of the plurality of composite layers of approximately the same areal density are disposed within a range of 0 degrees to 90 degrees with respect to each other, or within a range of about 15 degrees to about 75 degrees Arranged in. “Area density” (usually expressed in pounds per square foot (lbs./sq. Ft.)) Is used in comparing the relative strengths of the different layers. When the surface density is high, the fracture strength of the layer is generally high. In the embodiment, the composite material laminate may include at least two composite material layers including a first layer and a second layer having a higher surface density than the first layer. In embodiments, a suitable areal density for the composite laminate is, for example, in the range of about 1 pound to 10 pounds per square foot.

図3は一実施例にかかる複合材料積層体200の概略図である。複合材料積層体200は、図1および1Aに示した第1の外側層12、第2の外側層14および中間層17の少なくとも1つに用いることができる。また、複合材料積層体200は、複合材料を用いたどのような製品の構成としても用いることができる。実施形態において、複合材料積層体200は少なくとも、第1の複合材料層220と、第2の複合材料層240を備える。複合材料積層体が備える層の枚数は、2層、3層、4層のように、何枚であってもよい。上述したように、実施形態において、少なくとも1枚の層の熱可塑性マトリックス材料はPVDFを含み、さらにポリエチレン等を含んでもよい。実施形態において、第1の複合材料層220と第2の複合材料層240は各々、一方向性の層であり、長手方向に指向性を有する繊維を含む。第1の複合材料層220と第2の複合材料層240は一連の製造工程において個別に製造され、個別のロールに蓄積される。図3に示される複合材料積層体200のような複合材料積層体は、2以上の複合材料層を油脂、それらの複合材料層は、例えば各々に含まれる繊維が互いに横断する方向に配置された状態で固着されている。これらの層の1以上にどのような適切な熱可塑性材料が用いられてもよい。図3は様々な層の配置のうちの一例を示したものであり、積層の順序、材料等は要求に応じて様々に変更される。従って、第1の複合材料層220および第2の複合材料層240の組み合わせおよび順序は限定されない。   FIG. 3 is a schematic view of a composite material laminate 200 according to one embodiment. The composite laminate 200 can be used for at least one of the first outer layer 12, the second outer layer 14, and the intermediate layer 17 shown in FIGS. 1 and 1A. Moreover, the composite material laminated body 200 can be used as a configuration of any product using the composite material. In the embodiment, the composite material laminate 200 includes at least a first composite material layer 220 and a second composite material layer 240. The number of layers included in the composite material laminate may be any number such as two layers, three layers, and four layers. As described above, in embodiments, the at least one layer of thermoplastic matrix material comprises PVDF, and may further comprise polyethylene or the like. In the embodiment, each of the first composite material layer 220 and the second composite material layer 240 is a unidirectional layer, and includes fibers having directivity in the longitudinal direction. The first composite material layer 220 and the second composite material layer 240 are individually manufactured in a series of manufacturing processes and accumulated in individual rolls. A composite laminate such as the composite laminate 200 shown in FIG. 3 has two or more composite material layers as fats and oils, and these composite material layers are arranged, for example, in a direction in which fibers included in each cross each other. It is fixed in a state. Any suitable thermoplastic material may be used for one or more of these layers. FIG. 3 shows an example of the arrangement of various layers, and the order of stacking, materials, and the like are variously changed according to demands. Therefore, the combination and order of the first composite material layer 220 and the second composite material layer 240 are not limited.

図3に示した構成において、1以上の層が追加されてもよい。例えば、混合された熱可塑性繊維、グラスファイバー等の高強度繊維の層が、積層体のいずれかの場所(例えば、層の間または積層体の外側)に配置され、構造層として機能してもよい。そのような構造層の一例は、混合積層体製品である。この層に適する市場で入手可能な製品として、TWINTEX(TWINTEXは、米国におけるファイバーグラスインダストリーによる登録商標)がある。製品の製造者によれば、TWINTEXはEグラスとポリプロピレンの細い繊維とを混合物で作られた熱可塑性グラス強化材(粗紡)であり、織物に織り込まれるとよく馴染む。固定化は、粗紡をポリプロピレンマトリックスの融解温度(摂氏180度〜230度)より高い温度で加熱し、加圧して、加圧化で冷却することにより行われる。グラスの含有率は、例えば、53重量パーセント、60重量パーセント、または70重量パーセントである。織り方は、例えば、平織または綾織である。構造層のサイズおよび形状は、図1および1Aに示される他の層と同様に、目的の用途に応じて決定される。   In the configuration shown in FIG. 3, one or more layers may be added. For example, a layer of high-strength fibers such as mixed thermoplastic fibers or glass fibers may be placed anywhere in the laminate (eg, between layers or outside the laminate) and function as a structural layer Good. An example of such a structural layer is a mixed laminate product. A commercially available product suitable for this layer is TWINTEX (TWINTEX is a registered trademark of Fiberglass Industry in the United States). According to the manufacturer of the product, TWINTEX is a thermoplastic glass reinforcement (roving) made of a mixture of E-glass and fine fibers of polypropylene and is well adapted to be woven into the fabric. Immobilization is performed by heating the roving at a temperature higher than the melting temperature of the polypropylene matrix (180 to 230 degrees Celsius), pressurizing, and cooling by pressurization. The glass content is, for example, 53 weight percent, 60 weight percent, or 70 weight percent. The weaving method is, for example, plain weave or twill weave. The size and shape of the structural layer is determined according to the intended application, as with the other layers shown in FIGS. 1 and 1A.

実施形態において、第1の外側層12、第2の外側層14または中間層17の熱可塑性マトリックス材料は、さらに熱硬化性材料を含んでいてもよい。例えば、目的の用途に応じて、熱可塑性と熱硬化性の組み合わせによる材料に、上述した繊維が上述した量で埋め込まれてもよい。そのような熱硬化性マトリックス材料としては、例えば、フェノール類、ポリエステル類、エポキシ類、これらの組み合わせ等が挙げられる。   In an embodiment, the thermoplastic matrix material of the first outer layer 12, the second outer layer 14, or the intermediate layer 17 may further include a thermosetting material. For example, depending on the intended application, the above-described fibers may be embedded in a material based on a combination of thermoplasticity and thermosetting in the amount described above. Examples of such a thermosetting matrix material include phenols, polyesters, epoxies, and combinations thereof.

複合材料とその構造物の製造方法としては、様々な方法が採用可能である。例えば、層に埋め込まれる繊維にマトリックス材料を含浸させ、もしくは繊維をマトリックス材料で包み込む方法としては、例えば、ドクターブレード法、積層、引抜成形、押出成形等の様々な方法が採用可能である。実施形態にかかる複合材料積層体の複合材料層、複合材料、複合材料積層体、パネル等は、どのような適切な方法で製造されてもよい。   Various methods can be adopted as a method for manufacturing the composite material and its structure. For example, various methods such as a doctor blade method, lamination, pultrusion molding, and extrusion molding can be employed as a method of impregnating fibers embedded in a layer with a matrix material or wrapping fibers with a matrix material. The composite material layer, composite material, composite material laminate, panel, and the like of the composite material laminate according to the embodiment may be manufactured by any suitable method.

一実施形態において、単層の薄板、積層により形成された積層体、および複合材料構造物10のような「サンドイッチパネル」は、例えば、一方向性のテープから製造されてもよい。この一方向性のテープは、例えば、溶融処理、力蒸着法等の様々な方法を用いて製造される。複数層の積層体は、一般的に、1つの成形型の中において加熱と冷却を行うことができる液圧プレスまたは空圧プレスにより製造される。特に適切な方法として、テフロン(登録商標)を用いた連続したベルトプレスにより材料を製造する方法がある。加熱、加圧、および冷却を行うことができる鋼鉄製ベルトが用いられてもよい。これらの方法によれば、ロールに巻き取られるような連続した積層体を製造することができる。   In one embodiment, “sandwich panels” such as single layered sheets, laminates formed by lamination, and composite structures 10 may be made from unidirectional tape, for example. The unidirectional tape is manufactured using various methods such as a melting process and a force vapor deposition method. A multi-layer laminate is generally produced by a hydraulic press or a pneumatic press that can be heated and cooled in a single mold. As a particularly suitable method, there is a method of manufacturing a material by a continuous belt press using Teflon (registered trademark). Steel belts that can be heated, pressurized, and cooled may be used. According to these methods, it is possible to produce a continuous laminate that can be wound around a roll.

また、実施形態において、複合材料の層は、圧縮成形により、例えば航空機の室内パネルのような複雑な形状へと加工されてもよい。そのように加工される製品は、複数層のシート、もしくは、ゾーテック社のPVDF発泡体のような芯部材と組み合わせたものを、構造的な複合材料パネルへと成形したものである。2層、3層、4層のような様々な構成の積層体は巻き上げ等により管状に加工され、構造的特性に優れ、耐浸食性、耐火性に優れたパイプとして用いられてもよい。また、実施形態にかかる構造的なパネルおよびパイプを含む製品は、耐腐食性、耐火性が求められ、煙や毒性物質の発生が禁じられ、かつ、軽量かつ高強度の構造物が求められる石油産業、ガス産業および鉱山産業における用途にも適している。このように、実施形態にかかる複合材料は様々な産業における使用に適しており、様々な用途において有利な点を有する。例えば、実施形態にかかる複合材料を用いた製品または構造物として、例えば、航空宇宙産業における航空機内側の客室の床および壁もしくはそれらの被覆部材、その他の航空機の構造物、鉄道やバスにおける床、壁、それらの被覆部材、油田掘削装置の部材、耐火貨物コンテナ等の特定の運輸関連の製品、耐火性または難燃性の防護服、耐火性または難燃性の防弾パネル等の防弾関連の製品、等が挙げられる。   Also, in embodiments, the composite material layer may be processed into a complex shape, such as an aircraft interior panel, by compression molding. The product so processed is a multi-layer sheet or a combination of a core member, such as Zortec PVDF foam, formed into a structural composite panel. Laminates having various configurations such as two layers, three layers, and four layers may be processed into a tubular shape by winding or the like, and may be used as pipes that are excellent in structural characteristics, erosion resistance, and fire resistance. In addition, the product including the structural panel and pipe according to the embodiment is required to have corrosion resistance and fire resistance, generation of smoke and toxic substances is prohibited, and light weight and high strength structure is required. Also suitable for applications in industry, gas industry and mining industry. Thus, the composite material according to the embodiment is suitable for use in various industries and has advantages in various applications. For example, as a product or a structure using the composite material according to the embodiment, for example, a floor and a wall of a cabin inside an aircraft in the aerospace industry or a covering member thereof, other aircraft structure, a floor in a railway or a bus, Bulletproof products such as walls, their coverings, oil drilling equipment, certain transport-related products such as fire-resistant cargo containers, fire-resistant or flame-resistant protective clothing, fire-resistant or flame-resistant bulletproof panels , Etc.

また、実施形態において、一方向性の連続強化繊維を熱可塑性マトリックスに予め含浸させたもの(プレプレグ)を、引出成形または押出成形によりテープ状とした中間材料が用いられてもよい。例えば、複合材料構造物10のような複合材料パネルにおいて、上述した連続繊維で強化された熱可塑性テープを複数層含む構造物が、要求される特性を示す同じ材料、類似の材料もしくは異なる材料の発泡した熱可塑性発泡体と組み合わされてもよい。   In the embodiment, an intermediate material in which a thermoplastic matrix pre-impregnated with a unidirectional continuous reinforcing fiber (prepreg) is formed into a tape shape by drawing or extrusion may be used. For example, in a composite panel such as composite structure 10, a structure comprising a plurality of layers of thermoplastic tape reinforced with continuous fibers as described above may be made of the same, similar or different materials exhibiting the required properties. It may be combined with a foamed thermoplastic foam.

他の実施形態において、複合材料およびその製品の製造方法に関して、例えば、熱可塑性マトリックスに複数の繊維を含む繊維で強化された複合材料層(例えば、第1の複合材料層220、第2の複合材料層240)の製造に適した加工装置としては、ドイツ、ローツ、ヘルベルト・メイヤー通り1、D−92444に所在のマシーネンファブリック・ヘルベルト・メイヤー有限会社から購入可能な積層装置等の、被覆ベルトを用いた標準的なベルト式積層システムが利用可能である。   In other embodiments, with respect to the method of manufacturing the composite material and its product, for example, a composite layer reinforced with fibers comprising a plurality of fibers in a thermoplastic matrix (e.g., first composite material layer 220, second composite material). Suitable processing devices for the production of the material layer 240) include coated belts, such as laminating devices, which can be purchased from Maschinen Fabric Herbert Meyer Ltd., located in Dörth, Hertz-Meyerstrasse 1, Roths, Germany. The standard belt laminating system used is available.

また、例えば、上述した方法に加えて、もしくは代えて、複数の複合材料層を固着し合わせて複合材料積層体を形成する方法等の他の製造方法が用いられてもよい。そのような方法には、例えば、複数の複合材料層を順次積み重ねた後、加熱および加圧を行い、もしくは接着剤を用いて、複合材料積層体のパネルを形成する方法が含まれる。接着剤としては、液体状のもの、ホットメルト、反応性ホットメルトまたはフィルム、エポキシ類、メチルアクリレート、ウレタン等のいずれでもよい。また、音速振動溶着や溶剤接着が用いられてもよい。一般的に、複合材料積層体は複数の層を順次、積み重ねた後、例えばプレス機によって加熱しながら加圧し、隣接する層を溶着させて作られる。   Further, for example, in addition to or instead of the above-described method, other manufacturing methods such as a method of forming a composite material laminate by bonding a plurality of composite material layers together may be used. Such methods include, for example, a method in which a plurality of composite material layers are sequentially stacked and then heated and pressed, or a panel of a composite material laminate is formed using an adhesive. As the adhesive, any of liquid, hot melt, reactive hot melt or film, epoxy, methyl acrylate, urethane, etc. may be used. Also, sonic vibration welding or solvent bonding may be used. In general, a composite material laminate is formed by sequentially stacking a plurality of layers and then pressurizing them while heating them with a press machine, for example, and welding adjacent layers.

本願と同じ出願人による米国特許第8,201,608号とその内容が、複合材料層の製造のための適切な装置および方法を開示する参考情報として本願に統合される。それらの装置と方法は、本明細書に開示の複合材料の積層体、材料および構造物の製造に使用可能である。   U.S. Pat. No. 8,201,608 and its contents by the same applicant as the present application are incorporated herein as reference information disclosing suitable apparatus and methods for the production of composite layers. These devices and methods can be used to produce composite laminates, materials, and structures disclosed herein.

従って、以下の説明はそれらの装置や方法に、本明細書に記載の複合材料の積層体や構造物の製造の説明のために参照番号の付加等の修正を加えたものである。   Accordingly, the following description is a modification of these devices and methods, such as the addition of reference numbers, for the description of the fabrication of composite laminates and structures described herein.

例えば、図3の複合材料積層体200に示されるような複合材料積層体および構造物の製造に用いられる適切な装置の例を、装置31として、図4の概略ブロック図により示す。図4に示されるように、装置31は巻き戻し処理部32を備える。実施形態において、運転中、熱可塑性マトリックス内に複数の繊維を有する複合材料層等の材料が巻き戻し処理部32においてロールから巻き戻されて次の処理部へと供給される。装置31は巻き戻し処理部32に隣接する位置に追加処理部34を備える。追加処理部34においては、巻き戻し処理部32から巻き戻された複合材料の上に後続の複合材料が追加される。これらの追加される層は、巻き戻し処理部32から巻き戻された先行する複合材料の繊維に対し、追加される複合材料層の繊維が異なる角度を向くように配置される。しかしながら、この点に関し実施形態は限定されず、巻き戻し処理部32から巻き戻された複合材料の一部を構成する繊維に対し追加される層の一部を構成する繊維が実質的に平行となるように配置されてもよい。装置31はオプションとして、追加処理部34に隣接した位置に、第2の巻き戻し処理部36を備える。第2の巻き戻し処理部36においては、1以上の追加の複合材料の層がロールから巻き戻される。第2の巻き戻し処理部36から巻き戻された層は、例えば、巻き戻し処理部32から巻き戻された複合材料および追加処理部34において追加された追加の層のいずれよりも上に配置される。追加処理部34の下流には、加熱処理部38が設けられている。加熱処理部38においては、積層された複数の複合材料の層が加熱され、それらが互いに固着する。さらに、加熱処理部38の下流には加工処理部40が設けられている。加工処理部40は、1以上のカレンダーロールアセンブリ41を有している。カレンダーロールアセンブリ41については後述する。加工処理部40の加工には複合材料積層体を巻き取るための取り込み処理部42が配置されている。図4において矢印で示される、巻き戻し処理部32から取り込み処理部42に至る複合材料の処理の進行方向を以下において「処理方向」と呼ぶ。本明細書において、「上流」および「下流」とは、処理の方向または処理の方向に対する相対的な位置を示すために用いられる。   For example, a schematic block diagram of FIG. 4 shows as an apparatus 31 an example of a suitable apparatus used in the manufacture of a composite laminate and structure as shown in the composite laminate 200 of FIG. As shown in FIG. 4, the device 31 includes a rewind processing unit 32. In the embodiment, during operation, a material such as a composite material layer having a plurality of fibers in the thermoplastic matrix is unwound from the roll in the unwinding processing unit 32 and supplied to the next processing unit. The apparatus 31 includes an additional processing unit 34 at a position adjacent to the rewinding processing unit 32. In the addition processing unit 34, the subsequent composite material is added on the composite material rewound from the rewinding processing unit 32. These added layers are arranged such that the fibers of the added composite material layer are directed at different angles with respect to the fibers of the preceding composite material that has been rewound from the rewinding processing unit 32. However, the embodiment is not limited in this respect, and the fibers constituting a part of the layer added to the fibers constituting the part of the composite material unwound from the unwinding processing unit 32 are substantially parallel. You may arrange | position so that it may become. The device 31 optionally includes a second rewinding processing unit 36 at a position adjacent to the additional processing unit 34. In the second unwinding section 36, one or more additional layers of composite material are unwound from the roll. The layer rewound from the second rewinding processing unit 36 is disposed above, for example, any of the composite material rewound from the rewinding processing unit 32 and the additional layer added in the additional processing unit 34. The A heat processing unit 38 is provided downstream of the additional processing unit 34. In the heat treatment unit 38, the plurality of laminated composite material layers are heated and fixed to each other. Further, a processing unit 40 is provided downstream of the heat processing unit 38. The processing unit 40 includes one or more calendar roll assemblies 41. The calendar roll assembly 41 will be described later. In the processing of the processing unit 40, an intake processing unit 42 for winding the composite material laminate is disposed. The progress direction of the processing of the composite material from the unwinding processing unit 32 to the capture processing unit 42 indicated by an arrow in FIG. 4 is hereinafter referred to as “processing direction”. In this specification, “upstream” and “downstream” are used to indicate the direction of processing or a relative position with respect to the direction of processing.

実施形態において、要求に応じた複合材料積層体の個別の形状、サイズおよび構成は、上述した加工装置を用いた個別の加工により実現される。例えば、複合材料構造物10の1以上の層として用いられる複合材料積層体が作られると、複合材料構造物10は要求される形状へと組み立てられ、それらの構成部材間の固着が行われる。   In the embodiment, the individual shape, size, and configuration of the composite material laminate according to requirements are realized by individual processing using the above-described processing apparatus. For example, when a composite laminate is made that is used as one or more layers of the composite structure 10, the composite structure 10 is assembled into the required shape and the components are secured.

複合材料構造物10または上述した装置および方法によって製造された複合材料積層体は、幅広い様々な最終用途に用いられる。そのような最終用途のうち、特に適しているものとしては、建設関連の用途の他、貨物用コンテナ関連の用途、貨物輸送車関連の用途がある。実施形態において、複合材料構造物10または複合材料積層体は、壁材、ライナー、パネル、床材、コンテナ、その他の建設関連および輸送関連の用途のために構成されてもよい。輸送関連の用途には、航空機、トレーラーを含む貨物輸送車両等に関する用途が含まれる。例えば、それらの材料は、様々なサイズおよび強さの、パネル、ライナー、コンテナ、床材、床下地材、ドア、天井部材、壁部材、壁の被覆材等に用いられる。特に望ましい実施形態において、複合材料構造物10または複合材料積層体は、例えば構造的な耐性や耐腐食性の要求される、パネル、ライナー、船舶用コンテナ、航空機、鉄道、トラック、バス等に関連する用途の構造物、パイプ等のために構成される。   The composite structure 10 or composite laminate produced by the apparatus and method described above is used in a wide variety of end uses. Among such end uses, those that are particularly suitable include freight container related uses and freight vehicle related uses in addition to construction related uses. In embodiments, the composite structure 10 or composite laminate may be configured for wall, liner, panel, flooring, container, or other construction and transportation related applications. Transportation-related applications include applications related to cargo transportation vehicles including aircraft and trailers. For example, these materials are used for panels, liners, containers, flooring materials, floor base materials, doors, ceiling members, wall members, wall covering materials and the like having various sizes and strengths. In particularly desirable embodiments, the composite structure 10 or composite laminate is associated with panels, liners, marine containers, aircraft, railroads, trucks, buses, etc. that require structural resistance and corrosion resistance, for example. Constructed for structures, pipes, etc.

物品によって、互いに異なるタイプの材料が用いられてもよい。なお、個々の物品においては単一の材料が用いられてもよいし、複数の材料の組み合わせが用いられてもよい。それらの物品は、強靱で高い耐久性等の特性を与える。具体的には、複合材料構造物10または複合材料積層体は、壁、ドア、パネル、ライナー、コンテナ、床の部材等の最終製品に加工されてもよい。それらの物品は、例えば、高強度、軽量、耐腐食性、耐火性、煙を発しない、毒性物質を発しない、等の優れた特性を示す。   Depending on the article, different types of materials may be used. In each article, a single material may be used, or a combination of a plurality of materials may be used. These articles are tough and give properties such as high durability. Specifically, the composite material structure 10 or the composite material laminate may be processed into a final product such as a wall, a door, a panel, a liner, a container, or a floor member. These articles exhibit excellent properties such as high strength, light weight, corrosion resistance, fire resistance, no smoke and no toxic substances.

以下に、複合材料構造物10または複合材料積層体を用いた最終製品または用途の例をさらに示す。図5に示されるように、複合材料構造物10または複合材料積層体は、例えば、車両トレーラーやその他の交通車両、船舶、コンテナ等の内側部分を保護するライナーとして用いることができる。図5は、車両トレーラー704の内側部分702に設けられたライナー700を示している。実施形態において、ライナー700には、例えば標準的な細かく裁断されたガラス熱硬化樹脂製品と比較してより優れた特性を示す複合材料パネルが用いられている。例えば、ライナー700がポリエチレンを含む場合、ポリプロピレンをベースとするパネルと比較し、より軽量で、洗浄しやすく、汚損しにくく、摩耗しにくい。ライナー700は天井を保護するライナーの他、内壁を保護するライナー、外壁を保護するライナー等として配置されてもよい。また、ライナー700は、冷凍コンテナ(大型冷凍庫)の壁を保護するライナーや、他の輸送関連の用途に用いられる。ライナー700は、耐久性が高く、半剛性の構造物またはパネルとして構成され、特に、大型冷凍庫等の冷却されたコンテナにおける保冷効果を向上するように設計、成形等が行われていてもよい。   In the following, further examples of final products or applications using the composite material structure 10 or the composite material laminate will be described. As shown in FIG. 5, the composite material structure 10 or the composite material laminate can be used as a liner that protects an inner portion of, for example, a vehicle trailer, other transportation vehicles, ships, containers, and the like. FIG. 5 shows a liner 700 provided on the inner portion 702 of the vehicle trailer 704. In an embodiment, the liner 700 is a composite panel that exhibits superior properties compared to, for example, a standard finely cut glass thermoset product. For example, when the liner 700 includes polyethylene, it is lighter, easier to clean, less susceptible to fouling and less wear than a panel based on polypropylene. The liner 700 may be disposed as a liner that protects the inner wall, a liner that protects the outer wall, or the like in addition to the liner that protects the ceiling. The liner 700 is used for a liner that protects a wall of a refrigerated container (large-sized freezer) and other transportation-related applications. The liner 700 has a high durability and is configured as a semi-rigid structure or panel, and may be specifically designed, molded, or the like so as to improve the cooling effect in a cooled container such as a large freezer.

最終製品の他の実施形態において、図5に示されるように、複合材料構造物10または複合材料積層体は、トレーラーや他の車両、船舶、コンテナ等の床材または床下材のためのパネル710として構成されてもよい。実施形態において、パネル710は、例えば、複合材料で作られた耐久性のある床材、もしくは複合材料層により、被覆されていてもよい。   In another embodiment of the final product, as shown in FIG. 5, the composite structure 10 or composite laminate is a panel 710 for flooring or underfloor material such as trailers and other vehicles, ships, containers, etc. It may be configured as. In embodiments, the panel 710 may be coated with a durable flooring made of composite material, or a composite material layer, for example.

また、本明細書に記載の実施形態の組成や構成は、様々に組み合わされてもよい。   In addition, the composition and configuration of the embodiments described in the present specification may be variously combined.

さらに、本明細書に記載の複合材料積層体は、一般的に、トレーラー、バン、配送車、鉄道車両、航空機、船舶、それらで用いられる輸送用コンテナ等の、様々なタイプの貨物輸送装置に利用可能である。なお、「トレーラー」はあらゆる貨物輸送装置を含み、「輸送用コンテナ」はそれらの貨物輸送装置において用いられるあらゆるコンテナを含む。   Furthermore, the composite laminates described herein are typically used in various types of cargo transportation devices such as trailers, vans, delivery vehicles, rail vehicles, aircraft, ships, and shipping containers used in them. Is available. The “trailer” includes any cargo transportation device, and the “transport container” includes any container used in the cargo transportation device.

複合材料積層体を含む複合材料構造物10は車両トレーラー(トラック)に用いられるパネルとして構成される他、他の実施形態として、鉄道車両の内側を保護するライナーまたはパネル、航空機の内側を保護するライナーまたはパネル、一貫輸送用コンテナ等のコンテナの内側を保護するライナーまたはパネル、建設用構造物、パイプ、等として構成されてもよい。   The composite structure 10 including the composite material laminate is configured as a panel used for a vehicle trailer (truck), and as another embodiment, a liner or panel for protecting the inside of a railway vehicle, and protecting an inside of an aircraft. It may be configured as a liner or panel, a liner or panel that protects the inside of a container, such as an intermodal container, a construction structure, a pipe, and the like.

さらに、例えば、コンテナ自体が複合材料、複合材料を用いた構造物、または複合材料積層体を用いて製造または改装されてもよい。図6は、最終製品の他の一例である航空貨物コンテナ970の斜視図である。航空貨物コンテナ970には、内側部分に複合材料構造物10または複合材料積層体が用いられている。航空貨物コンテナ970は、上述したように、複合材料で製造されていてもよく、または、複合材料を用いて改装されていてもよい。
最終製品の他の実施形態として、図7に鉄道車両980の斜視図を示す。鉄道車両980は、複合材料構造物10または複合材料積層体を、ライナー982として含む。ただし、ライナーは、鉄道車両の壁の内側部分等の、コンテナ本体の様々な場所に配置されてよい。
Further, for example, the container itself may be manufactured or retrofitted using a composite material, a structure using the composite material, or a composite laminate. FIG. 6 is a perspective view of an air freight container 970 which is another example of the final product. The air freight container 970 uses the composite material structure 10 or the composite material laminate in the inner part. The air freight container 970 may be made of a composite material, as described above, or may have been refurbished using the composite material.
FIG. 7 shows a perspective view of a railway vehicle 980 as another embodiment of the final product. The rail vehicle 980 includes the composite material structure 10 or the composite material laminate as the liner 982. However, the liner may be placed at various locations on the container body, such as the inner portion of the railcar wall.

図8は、実施形態にかかる、複合材料構造物10をライナー992として含む一貫輸送用コンテナ990の斜視概略図である。一貫輸送用コンテナ990は天井部材994、内側壁部材996、床材998、ドア部材999を備える。実施形態にかかるライナーは、コンテナや他の構成物の様々な場所に配置されてよい。図8に示されるように、ライナー992は床材998の上に被覆材として配置されてもよく、または、床材998と統合されてもよい。ライナー992はまた、内側壁部材996の少なくとも一部の上に配置されてもよいし、天井部材994の内側部分の上に配置されてもよい。図8は、ライナー992で作られた、もしくはライナー992で覆われた、スカッフパネル997を示している。一貫輸送用コンテナ990は、例えば鉄道から船舶、その後、トラック、という具合に、ある種類の交通機関から別の種類の交通機関へと、コンテナの中身を再度、積み込んだり、積み出したりすることなく、移動可能とする。実施形態において、一貫輸送用コンテナ990のサイズはISO規格の要件を満たしている。例えば、全長は8フィートから50フィートまでの範囲内であり、高さは8フィートから9フィート6インチまでの範囲内である。   FIG. 8 is a perspective schematic view of an intermodal container 990 that includes the composite structure 10 as a liner 992 according to an embodiment. The integrated transport container 990 includes a ceiling member 994, an inner wall member 996, a flooring 998, and a door member 999. The liner according to embodiments may be placed at various locations on containers and other components. As shown in FIG. 8, the liner 992 may be placed as a dressing on the flooring 998 or may be integrated with the flooring 998. The liner 992 may also be disposed on at least a portion of the inner wall member 996 or may be disposed on the inner portion of the ceiling member 994. FIG. 8 shows a scuff panel 997 made of liner 992 or covered with liner 992. The integrated transport container 990 can be loaded and unloaded again from one type of transportation to another, for example, from railroad to ship, then truck, and so on. It can be moved. In an embodiment, the size of the intermodal container 990 meets the requirements of the ISO standard. For example, the total length is in the range of 8 feet to 50 feet and the height is in the range of 8 feet to 9 feet 6 inches.

図9は、複合材料構造物10または複合材料積層体の他の用途を示した図である。具体的には、図9は、複合材料構造物10または複合材料積層体を備えるバッテリーケースを示している。図10は、複合材料構造物10または複合材料積層体を備えるさらに他の用途、具体的にはバッテリーボックスを示した図である。   FIG. 9 is a diagram showing another application of the composite material structure 10 or the composite material laminate. Specifically, FIG. 9 shows a battery case including the composite material structure 10 or the composite material laminate. FIG. 10 is a view showing still another application including the composite material structure 10 or the composite material laminate, specifically, a battery box.

複合材料構造物10または複合材料積層体は、内側の床部材、側壁部材、天井部材、スカッフプレート、その他のコンテナの部分といった構造物に取り付けられてもよい。また、例えば、航空貨物、鉄道および一貫輸送のためのコンテナ、パイプ等の全体が複合材料構造物10または複合材料積層体で作られていてもよい。さらに、本明細書に記載のパネル、ライナー、構造物は、トレーラー、コンテナ等の外面の一部または全体に用いられてもよい。その場合、それらの構造物には、耐紫外線性および耐摩耗性が付与されてもよい。複合材料構造物10または積層体、またはそれらを用いたパネル、ライナー等を用いた既存構造物の改装もまた、実施形態に含まれる。   The composite material structure 10 or composite material stack may be attached to structures such as inner floor members, sidewall members, ceiling members, scuff plates, and other container parts. Further, for example, the entirety of containers, pipes and the like for air freight, railroad and intermodal transportation may be made of the composite material structure 10 or the composite material laminate. Further, the panels, liners, and structures described herein may be used on a part or all of the outer surface of a trailer, container, or the like. In that case, ultraviolet resistance and abrasion resistance may be imparted to these structures. Also included in the embodiments are retrofits of composite structures 10 or laminates, or existing structures using panels, liners, etc. using them.

また、既述のように、本明細書に記載の実施形態にかかる材料は、例えば車両や個人のための、防護具や防弾材料に用いられてもよい。例えば、本明細書に記載の実施形態にかかる材料は、耐火性の防弾複合材料または防弾パネルとして用いることができる。例えば、図1、3または11に示される構造物は、耐火性複合材料防弾パネルとして使用可能である。防弾材料および防弾パネルは、例えば、警察官が使用する防弾クリップボード等の耐火性携帯防弾シールド等を作るのに用いられ、制御室や警備員ステーション等の移動しない場所に対し耐火性防弾具を提供するとともに、車両の乗員等にも耐火性防弾具を提供する。図11に示す実施例においては、パネル20は複数の第1の層22a、22b等を有しパネルの打面23を構成する打面部22を備える。打面部22の複数の層の各々は、第1のマトリックス材料26の中に配置される複数の第1の種類の繊維24を含んでいる。層22aおよび層22bで示される層の各々において複数の繊維24は実質的に平行であり、それらの複数の層は、ある層に含まれる繊維が隣接する層に含まれる繊維に対し角度を生じるように配置されている。なお、図の例では繊維の間の角度は90度であるが、例えば90度より小さい角度のように、他の適切な角度で層の配置が行われてもよい。パネル20は、さらに、オプションとして、裏面層30と内部積層部33を有する支持部28を備える。内部積層部33は、各々が第2のマトリックス材料37の中に第2の種類の繊維35を含む複数の複合材料層を備える。裏面層30は、例えば、実質的に繊維を含まず、複合材料ではないマトリックス材料の層を備える。他の実施形態において、層の数およびそれらの組成は用途に応じて変更されてよい。パネル20は、例えば、複数の第1の種類の繊維を含むテープの交差層と、複数の第2の種類の繊維を含むテープの交差層と、複合材料ではない層を積層したものに対し加圧することにより製造される。例えば、パネルは、複数の層を順次積み重ね、積み重ねた複数の層に対し、例えばプレス機による加熱および加圧を行い、隣接する層を互いに溶着させることにより製造される。一実施形態において、パネル20は、主としてEグラスファイバーを低性能繊維として含む打面部と、Sグラスファイバーを高性能繊維として含む支持部とを備える。個々のパネルに求められる性能の基準に応じて、パネルの厚さと、パネルのEグラスが含まれる部分およびSグラスが含まれる部分の相対的な厚さは変更されてよい。望ましくは、パネルに対する重量比において、EグラスとSグラスは概ね等量である。   Further, as described above, the material according to the embodiment described in the present specification may be used for a protective device or a bulletproof material for a vehicle or an individual, for example. For example, the materials according to the embodiments described herein can be used as fire resistant bulletproof composites or bulletproof panels. For example, the structure shown in FIGS. 1, 3 or 11 can be used as a fireproof composite bulletproof panel. Bulletproof materials and bulletproof panels are used, for example, to make fireproof portable bulletproof shields such as bulletproof clipboards used by police officers, providing fireproof armor for non-moving places such as control rooms and security station In addition, a fireproof bulletproof device is also provided for vehicle occupants and the like. In the embodiment shown in FIG. 11, the panel 20 includes a striking surface portion 22 having a plurality of first layers 22a, 22b and the like and constituting the striking surface 23 of the panel. Each of the plurality of layers of the striking face portion 22 includes a plurality of first type fibers 24 disposed in a first matrix material 26. In each of the layers indicated by layers 22a and 22b, the plurality of fibers 24 are substantially parallel, and the plurality of layers form an angle with respect to the fibers contained in one adjacent layer. Are arranged as follows. In the example shown in the figure, the angle between the fibers is 90 degrees, but the layers may be arranged at other suitable angles, for example, an angle smaller than 90 degrees. The panel 20 further includes a support portion 28 having a back layer 30 and an inner laminated portion 33 as an option. The inner laminated portion 33 includes a plurality of composite material layers each including a second type of fiber 35 in a second matrix material 37. The back layer 30 includes, for example, a layer of matrix material that is substantially free of fibers and not a composite material. In other embodiments, the number of layers and their composition may be varied depending on the application. For example, the panel 20 is applied to a laminate of a tape crossing layer including a plurality of first type fibers, a tape crossing layer including a plurality of second type fibers, and a layer that is not a composite material. Manufactured by pressing. For example, the panel is manufactured by sequentially stacking a plurality of layers, and heating and pressurizing the stacked layers with, for example, a press machine and welding adjacent layers to each other. In one embodiment, the panel 20 includes a striking surface portion mainly including E glass fibers as low performance fibers and a support portion including S glass fibers as high performance fibers. Depending on the performance criteria required for the individual panels, the panel thickness and the relative thickness of the part of the panel containing the E glass and the part of the S glass may be varied. Desirably, E glass and S glass are approximately equal in weight ratio to the panel.

ある具体的な実施形態において、EグラスファイバーはASTM D578−98の段落4.2.2の基準を満たし、粗紡の収率が1ポンド当たり約250ヤードから675ヤード、もしくは、粗紡の重さ(テックス)が1キロメータ当たり約735グラムから1985グラムである。SグラスファイバーはASTM C162−90またはASM 3832Bの基準を満たし、直径が約9マイクロメートルの細い繊維を含み、粗紡の重さ(テックス)が1キロメータ当たり約675グラムから1600グラム、もしくは、粗紡の収率が1ポンド当たり約310ヤードから735ヤードである。   In certain specific embodiments, the E-glass fiber meets ASTM D578-98, paragraph 4.2.2 criteria, and the yield of roving is about 250 to 675 yards per pound, or the weight of roving ( Tex) is about 735 grams to 1985 grams per kilometer. S glass fiber meets ASTM C162-90 or ASM 3832B standards, contains fine fibers with a diameter of about 9 micrometers, and has a roving weight (tex) of about 675 grams to 1600 grams per kilometer, or The yield is about 310 to 735 yards per pound.

ただし、繊維24および繊維35には、本明細書に記載の実施形態にかかる繊維のいずれが用いられてもよいし、それらの組み合わせが用いられてもよい。また、パネル20の層には、本明細書に記載の実施形態にかかる複合材料のいずれが用いられてもよいし、それらの組み合わせが用いられてもよい。   However, as the fiber 24 and the fiber 35, any of the fibers according to the embodiments described in the present specification may be used, or a combination thereof may be used. In addition, any of the composite materials according to the embodiments described in the present specification may be used for the layer of the panel 20, or a combination thereof may be used.

複合材料層の内容物は、用いられている繊維の収率と、マトリックスと繊維により構成される層における繊維の重量比により表現される。例えば、一実施形態において、複合材料層はポリプロプレンマトリックス材料の中にEグラスを含む。繊維の収率は、繊維の1ポンド当たり約56ヤードから1800ヤードの範囲内であり、一具体例において、例えば約675ヤードである。また、繊維とマトリックス材料の重量の合計に対する繊維の比率は、例えば、約40重量パーセントから92重量パーセントの範囲内であり、一具体例において、例えば、60重量パーセントから80重量パーセントの範囲内である。細い繊維の直径は、例えば、約0.005マイクロメートルから0.025マイクロメートルの範囲内である。マトリックス材料は、本明細書に記載の実施形態にかかるマトリックス材料のいずれが用いられてもよいし、それらの組み合わせが用いられてもよい。なお、望ましくは、マトリックス材料はPVDF等の耐火性高分子マトリックス材料を含む。本明細書に記載の実施形態にかかるマトリックス材料のいずれも単独で、もしくは他のマトリックス材料との組み合わせで、第1のマトリックス材料26および第2のマトリックス材料37に使用される。   The content of the composite material layer is expressed by the yield of the fibers used and the weight ratio of the fibers in the layer composed of the matrix and the fibers. For example, in one embodiment, the composite layer comprises E-glass in a polypropylene matrix material. The fiber yield is in the range of about 56 to 1800 yards per pound of fiber, and in one embodiment is, for example, about 675 yards. Also, the ratio of fibers to the total weight of fibers and matrix material is, for example, in the range of about 40 weight percent to 92 weight percent, and in one embodiment, for example, in the range of 60 weight percent to 80 weight percent. is there. The diameter of the fine fibers is, for example, in the range of about 0.005 micrometers to 0.025 micrometers. As the matrix material, any of the matrix materials according to the embodiments described in the present specification may be used, or a combination thereof may be used. Desirably, the matrix material includes a refractory polymer matrix material such as PVDF. Any of the matrix materials according to the embodiments described herein are used for the first matrix material 26 and the second matrix material 37 alone or in combination with other matrix materials.

防弾パネルを含む防弾材料は弾丸の衝撃に耐える性能を評価する規格に従い試験される。そのような規格を以下に簡単に説明する。防弾材料の性能を評価する規格としては、例えば、司法省の国立司法研究所により制定された、「耐弾丸防護材料に関するNIJ規格」(NIJ規格)という名称の規格がある。弾丸またはその他の発射体による弾道の脅威は、例えば、発射体の組成、形状、直径、質量、衝撃速度等に応じて変化するため、NIJ規格は防弾材料を、以下のような異なる防護グレードに分類している。タイプII−A(低速357マグナム、9mm)、タイプII(高速357マグナム、9mm)、タイプIII−A(44マグナム、サブマシンガン、9mm)、タイプIII(高出力ライフル)、タイプIV(徹甲ライフル)。   Bulletproof materials, including bulletproof panels, are tested according to standards that evaluate their ability to withstand the impact of bullets. Such a standard is briefly described below. As a standard for evaluating the performance of a bulletproof material, for example, there is a standard named “NIJ Standard for Bulletproof Protective Material” (NIJ Standard) established by the National Institute of Justice of the Ministry of Justice. Because ballistic threats from bullets or other projectiles vary depending on, for example, the projectile's composition, shape, diameter, mass, impact velocity, etc., the NIJ standard changes bulletproof materials to different protective grades such as: Classification. Type II-A (low speed 357 magnum, 9 mm), Type II (high speed 357 magnum, 9 mm), Type III-A (44 magnum, submachine gun, 9 mm), Type III (high output rifle), Type IV (Tetsuko Rifle) ).

以下に上記の防護グレードをより具体的に説明する。タイプII−A(低速357マグナム、9mm):タイプII−Aに分類される防護材料は、見かけの質量が10.2g、計測速度が381プラスマイナス15メートル/秒のソフトポイントの357マグナム弾による標準試験射撃に対し防護性能を有する。また、タイプII−Aの防護材料は、見かけの質量が8g、計測速度が332プラスマイナス12メートル/秒のフルメタルジャケットの9mmの弾丸に対し防護性能を有する。   In the following, the above protection grade will be described more specifically. Type II-A (low speed 357 magnum, 9 mm): Protective materials classified as type II-A are 357 Magnum bullets with a soft point with an apparent mass of 10.2 g and a measurement speed of 381 plus or minus 15 meters / second Provides protection against standard test fire. The type II-A protective material has a protective performance against a 9 mm bullet with a full metal jacket having an apparent mass of 8 g and a measurement speed of 332 plus or minus 12 meters / second.

タイプII(高速357マグナム、9mm):このグレードの防護材料は、見かけの質量が10.2g、計測速度が425プラスマイナス15メートル/秒のソフトポイントの357マグナム弾と同等の発射体による射撃に対し防護性能を有する。また、タイプIIの防護材料は、見かけの質量が8g、計測速度が358プラスマイナス12メートル/秒のフルメタルジャケットの9mmの弾丸に対し防護性能を有する。   Type II (High Speed 357 Magnum, 9 mm): This grade of protective material is capable of shooting with a projectile equivalent to a 357 Magnum bullet with a soft point with an apparent mass of 10.2 g and a measurement speed of 425 plus or minus 15 meters / second. It has protective performance against it. The type II protective material has a protective performance against a 9 mm bullet with a full metal jacket having an apparent mass of 8 g and a measurement speed of 358 plus or minus 12 meters / second.

タイプIII−A(44マグナム、サブマシンガン、9mm):このグレードの防護材料は、ほとんどの拳銃の脅威に対抗する防護を提供し、見かけの質量が15.55g、計測速度が426プラスマイナス15メートル/秒の鉛セミワッズカッターガスチェックドの44マグナム弾と同等の特性を有する発射体に対する防護性能を有する。また、タイプIII−Aの防護材料は、9mmのサブマシンガンの弾丸による射撃に対する防護性能を有する。この弾丸は9mmのフルメタルジャケットの弾丸で、見かけの質量が8g、計測速度が426プラスマイナス15メートル/秒である。   Type III-A (44 Magnum, submachine gun, 9 mm): This grade of protective material provides protection against most handgun threats, with an apparent mass of 15.55 g, measuring speed of 426 plus or minus 15 meters It has a protective performance against projectiles with characteristics equivalent to 44 Magnum bullets of lead semi-wad cutter gas-checked per second. Further, the type III-A protective material has a protective performance against 9 mm submachine gun bullet fire. This bullet is a 9mm full metal jacket bullet with an apparent mass of 8g and a measurement speed of 426 plus or minus 15 meters / second.

タイプIII(高出力ライフル):このグレードの防護材料は、7.62mm(308ウィンチェスター(ウィンチェスターは米国の登録商標))の弾薬とほとんどの拳銃の脅威に対する防護性能を有する。   Type III (High Power Rifle): This grade of protective material has protection against 7.62 mm (308 Winchester (Winchester is a registered US trademark)) ammunition and most handgun threats.

タイプIV(徹甲ライフル):このグレードの防護材料は、見かけの質量が10.8g、計測速度が868プラスマイナス15メートル/秒の30口径の徹甲射撃に対する防護性能を有する。   Type IV (peeling rifle): This grade of protective material has a protective performance against 30 caliber armored shooting with an apparent mass of 10.8 g and a measuring speed of 868 plus or minus 15 meters / second.

上記の規格の推進のために、防護材料のための他の試験として、MIL−STD−622において規定されているV50試験、すなわち、V50防護材料のための弾道試験がある。米国特許第7,598,185号にこの試験に関する記載が含まれており、その内容は本発明の参照情報として本願に統合される。   For the promotion of the above standards, another test for protective material is the V50 test defined in MIL-STD-622, ie ballistic test for V50 protective material. U.S. Pat. No. 7,598,185 contains a description of this test, the contents of which are hereby incorporated by reference into the present application.

上述した耐火性防弾パネルを含む実施形態にかかる防護材料は、発射体が当該防護材料に対し発射された場合、上述したNIJ基準の防護グレードII−A、II、III−A、IIIおよびIVの少なくとも1つに定義される発射体に対する防護レベルを満たし、また、上述したV50試験を通過する。   The protective material according to the embodiment including the fireproof bulletproof panel described above is the NIJ standard of protection grade II-A, II, III-A, III and IV described above when the projectile is fired against the protective material. Meets the level of protection for at least one projectile and passes the V50 test described above.

複合材料構造物10に例示される複合材料または積層体は、上述した実施形態のいくつかにおいて1枚または2枚の層を備えるものとしたが、この点に関し実施形態は限定されず、複合材料構造物10に例示される積層体に、いかなる適切な枚数の層(例えば、2層、3層、4層等)が採用されてもよく、それらの構成は目的の最終用途に応じて変更されてよい。例えば、ポリエチレンを含む熱可塑性マトリックスに低価格で低性能なEグラスファイバーを含む層と、ポリエチレンを含む熱可塑性マトリックスに高価格で高性能なSグラスファイバーを含む層とを備えるパネル、ライナー、コンテナ等の構造物が製造されてもよい。   Although the composite material or the laminated body exemplified in the composite material structure 10 includes one or two layers in some of the above-described embodiments, the embodiment is not limited in this respect, and the composite material is used. Any appropriate number of layers (for example, two layers, three layers, four layers, etc.) may be employed in the laminate exemplified by the structure 10, and their configurations may be changed according to the intended end use. It's okay. For example, a panel, liner or container comprising a layer containing a low-priced and low-performance E glass fiber in a thermoplastic matrix containing polyethylene and a layer containing a high-priced and high-performance S glass fiber in a thermoplastic matrix containing polyethylene Such a structure may be manufactured.

実施形態において、熱可塑性マトリックス材料の層からのパネルの形成において、熱硬化性マトリックスを実質的に排除することにより、熱硬化性マトリックス材料を養生するために要する時間より短時間で、かつ低圧で、パネルの形成が実現される。また、ポリエチレンを含む熱可塑性マトリックス材料を含む層で構成されるパネルは、脱気を要さず、また、VOCをほとんど発しないか、全く発しない。オプションとして、本明細書に記載の複合材料パネルに対し、金属、セラミックス、その他の材料が付加されてもよい。また、本明細書に記載のパネルやその他の構造物が製造された後、必要に応じて、構造物に対する紫外線、湿気、その他の環境影響からの保護のために、例えば複合材料、エラストマー、金属ハウジング等により覆われてもよい。また、耐火性の向上、煙や毒性物質の発生防止等の目的や、外観向上のために、マトリックス材料に対し添加剤が添加されてもよい。   In embodiments, in forming a panel from a layer of thermoplastic matrix material, by substantially eliminating the thermosetting matrix, the time is shorter than the time required to cure the thermosetting matrix material and at low pressure. The formation of the panel is realized. In addition, a panel composed of a layer containing a thermoplastic matrix material containing polyethylene does not require deaeration and emits little or no VOC. Optionally, metals, ceramics, and other materials may be added to the composite material panel described herein. In addition, after the panels and other structures described in the present specification are manufactured, for example, composite materials, elastomers, metals, and the like may be used to protect the structures from ultraviolet rays, moisture, and other environmental effects. It may be covered with a housing or the like. In addition, an additive may be added to the matrix material for the purpose of improving fire resistance, preventing the generation of smoke and toxic substances, and improving the appearance.

また、最終製品における最終的な強度、剛性、その他の望ましい特性は、例えば、使用される熱可塑性材料、使用される補強材料やその他の材料のタイプ、サイズ、方向等により変化する。さらに、最終製品の強度およぎ剛性は、例えば、最終製品の全長、幅、厚さ、断面積等の全体的な形状によっても変化する。   Also, the final strength, stiffness, and other desirable properties of the final product will vary depending on, for example, the thermoplastic material used, the type of reinforcing material used and other materials, size, orientation, etc. Furthermore, the strength and rigidity of the final product also vary depending on the overall shape, such as the overall length, width, thickness, and cross-sectional area of the final product.

本願において、「第1」、「第2」およびそれらに類する表現は、順序、数量、重要度等のいずれも意味せず、ある要素と他の要素を区別するために用いられている。また、本願において、「ある」という表現は数量を1つに限定する意図はなく、参照される対象物が少なくとも1つ存在することを意味する。本願において、数量を示す表現に付される「約」は、そのフレーズが示す正確な数量を含むが、正確な数量に限られない、という意味で用いられている。また、本明細書に記載の複数の実施形態にかかる特徴は、適宜、任意に組み合わされてよい。   In the present application, “first”, “second”, and similar expressions do not mean any order, quantity, importance, or the like, and are used to distinguish one element from another. Further, in the present application, the expression “a” is not intended to limit the quantity to one, and means that there is at least one object to be referred to. In the present application, “about” added to an expression indicating a quantity includes the exact quantity indicated by the phrase, but is used in the sense that it is not limited to the exact quantity. The features according to the plurality of embodiments described in the present specification may be arbitrarily combined as appropriate.

本発明は、具体的な実施形態に関し説明を行ったが、それらの実施形態に対し様々な変更または代替を行ったものもまた、本発明の技術的思想の範囲および本願の請求の範囲の中に入る、という点は、上述の開示内容を読み理解した当業者により理解されることである。   The present invention has been described with reference to specific embodiments, but various modifications or alternatives to those embodiments are also within the scope of the technical idea of the present invention and the claims of the present application. It will be understood by those skilled in the art who have read and understood the above disclosure.

また、本発明は本明細書に記載された、もしくは本願の図面に示された、具体的な構成に限定されることはなく、開示の範囲を変形したものや開示の範囲に均等なものも本発明を構成する。   Further, the present invention is not limited to the specific configuration described in the present specification or illustrated in the drawings of the present application, and may be modified from the disclosure scope or equivalent to the disclosure scope. This constitutes the present invention.

10…複合材料構造物、12…第1の外側層、14…第2の外側層、16…芯部材、17…中間層、20…パネル、22…層、22…打面部、23…打面、24…繊維、26…マトリックス材料、28…支持部、30…裏面層、31…装置、32…巻き戻し処理部、33…内部積層部、34…追加処理部、35…繊維、36…第2の巻き戻し処理部、37…マトリックス材料、38…加熱処理部、40…加工処理部、41…カレンダーロールアセンブリ、42…取り込み処理部、200…複合材料積層体、220…第1の複合材料層、240…第2の複合材料層、700…ライナー、702…内側部分、704…車両トレーラー、710…パネル、970…航空貨物コンテナ、980…鉄道車両、982…ライナー、990…一貫輸送用コンテナ、992…ライナー、994…天井部材、996…内側壁部材、997…スカッフパネル、998…床材、999…ドア部材。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Composite material structure, 12 ... 1st outer layer, 14 ... 2nd outer layer, 16 ... Core member, 17 ... Intermediate | middle layer, 20 ... Panel, 22 ... Layer, 22 ... Hitting surface part, 23 ... Hitting surface , 24 ... fiber, 26 ... matrix material, 28 ... support part, 30 ... back layer, 31 ... device, 32 ... rewinding processing part, 33 ... inner lamination part, 34 ... additional processing part, 35 ... fiber, 36th 2 rewinding processing unit, 37 ... matrix material, 38 ... heating processing unit, 40 ... processing unit, 41 ... calendar roll assembly, 42 ... uptake processing unit, 200 ... composite material laminate, 220 ... first composite material Layer, 240 ... second composite layer, 700 ... liner, 702 ... inner part, 704 ... vehicle trailer, 710 ... panel, 970 ... air freight container, 980 ... railway vehicle, 982 ... liner, 990 ... container for integrated transport Na, 992 ... liner, 994 ... ceiling member, 996 ... the inner wall member, 997 ... scuff panel, 998 ... flooring, 999 ... door member.

Claims (18)

フッ化ポリビニリデン(PVDF)を含む第1の外側層と、
第2の外側層と、
前記第1の外側層と前記第2の外側層との間に挟まれた芯部材と
を備え、
前記芯部材はフッ化ポリビニリデン(PVDF)の発泡体を含み、
前記第1の外側層と前記第2の外側層の方は、埋め込まれた繊維により強化された熱可塑性マトリックスを含む
複合材料構造物。
A first outer layer comprising polyvinylidene fluoride (PVDF) ;
A second outer layer;
A core member sandwiched between the first outer layer and the second outer layer,
The core member includes a polyvinylidene fluoride (PVDF) foam,
The first both the outer layer and the second outer layer, the composite material structure comprising a thermoplastic matrix reinforced by embedded fibers.
前記第1の外側層と前記第2の外側層の少なくとも一方は、少なくとも第1の複合材料層と第2の複合材料層とを含む複数の複合材料層を備え、
前記第1の複合材料層と前記第2の複合材料層の各々は、前記熱可塑性マトリックスに埋め込まれている前記繊維を有し、
前記複数の複合材料層は互いに固着されて前記複合材料構造物を形成している
請求項に記載の複合材料構造物。
At least one of the first outer layer and the second outer layer comprises a plurality of composite material layers including at least a first composite material layer and a second composite material layer;
Each of the first composite material layer and the second composite material layer has the fibers embedded in the thermoplastic matrix;
The composite material structure according to claim 1 , wherein the plurality of composite material layers are fixed to each other to form the composite material structure.
前記第1の外側層と前記第2の外側層の少なくとも一方は、被覆されており、
前記第1の外側層と前記第2の外側層の少なくとも一方は、合撚構造またはテープ構造を含む
請求項に記載の複合材料構造物。
At least one of the first outer layer and the second outer layer is coated ;
The composite material structure according to claim 1 , wherein at least one of the first outer layer and the second outer layer includes a twisted structure or a tape structure .
前記繊維は互いに平行である
請求項に記載の複合材料構造物。
The composite material structure according to claim 1 , wherein the fibers are parallel to each other.
前記第1の複合材料層と前記第2の複合材料層は異なる長さの繊維を含み、
前記第1の複合材料層はEグラスファイバーを含み、
前記第2の複合材料層はSグラスファイバーを含む
請求項に記載の複合材料構造物。
The first composite material layer and the second composite material layer include fibers of different lengths;
The first composite layer comprises E-glass fibers;
Composite structure of claim 2 wherein the second composite layer comprising S-glass fibers.
請求項に記載の複合材料構造物を備えるパネル。 A panel comprising the composite material structure according to claim 1 . 前記第1の外側層と前記第2の外側層との間に1以上の中間層を備える
請求項に記載の複合材料構造物。
Composite structure of claim 1 comprising one or more intermediate layers between the second outer layer and the first outer layer.
前記芯部材は、前記第1の外側層または前記第2の外側層より厚い発泡したフッ化ポリビニリデン(PVDF)の発泡体を含む
請求項に記載の複合材料構造物。
The core member, the composite material structure as claimed in claim 1 comprising the foam of the first outer layer or the second outer layer by Ri thick foamed polyvinylidene fluoride (PVDF).
請求項に記載の複合材料構造物を備えるパイプ。 A pipe comprising the composite material structure according to claim 1 . 請求項に記載の複合材料構造物を備えるバッテリーボックス。 A battery box comprising the composite material structure according to claim 1 . 請求項に記載の複合材料構造物を備えるバッテリーケース。 A battery case comprising the composite material structure according to claim 1 . 請求項1に記載の複合材料構造物を製造する方法であって、
層体を溶融処理により一方向性のテープに成形するステップを備える
方法。
A method of manufacturing a composite structure according to claim 1, comprising:
How comprising the step of forming the unidirectional tape product layer body by melt processing.
前記積層体を、フッ化ポリビニリデン(PVDF)の発泡体を含む芯部材に固着するステップを備える
請求項12に記載の方法。
The method of claim 12 , comprising securing the laminate to a core member comprising a polyvinylidene fluoride (PVDF) foam.
請求項1に記載の複合材料構造物を備える防弾パネル。 A bulletproof panel comprising the composite material structure according to claim 1. 前記1以上の中間層のうちの少なくとも1つはフッ化ポリビニリデン(PVDF)を含むAt least one of the one or more intermediate layers comprises polyvinylidene fluoride (PVDF).
請求項7に記載の複合材料構造物。The composite material structure according to claim 7.
前記第1の複合材料層に含まれる繊維は前記第2の複合材料層に含まれる繊維に対し交差するように配置されているThe fibers included in the first composite material layer are arranged so as to intersect the fibers included in the second composite material layer.
請求項2に記載の複合材料構造物。The composite material structure according to claim 2.
前記第1の複合材料層に含まれる繊維は前記第2の複合材料層に含まれる繊維に対し0度から90度までの範囲内の角度で交差するように配置されているThe fibers included in the first composite material layer are arranged so as to intersect with the fibers included in the second composite material layer at an angle within a range of 0 to 90 degrees.
請求項16に記載の複合材料構造物。The composite structure according to claim 16.
前記第1の複合材料層に含まれる繊維は前記第2の複合材料層に含まれる繊維に対し15度から75度までの範囲内の角度で交差するように配置されているThe fibers included in the first composite material layer are arranged so as to intersect with the fibers included in the second composite material layer at an angle in a range of 15 degrees to 75 degrees.
請求項16に記載の複合材料構造物。The composite structure according to claim 16.
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