JP6434809B2 - 自動レイアップ用複合材料 - Google Patents

Description

本発明は、自動テープレイアップ装置における適用に適した複合材料に関する。

複合材料は、特に、非常に低い材料密度で優れた機械的特性をもたらすことにおいて、従来の構築材料に対する利点が文書により十分に立証されている。結果として、そのような材料の使用がますます広範に及びつつあり、それらの適用分野は「工業」並びに「スポーツ及びレジャー」から高性能航空宇宙科学的構成部品までにわたる。

そのような複合材料は、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂などの樹脂を含む組成物を含浸させた繊維層などの構造要素を含む。

そのような複合材料の調製には硬化可能な熱硬化性樹脂を含浸させた繊維配置を含むプリプレグが現在広く使用されている。これらは、繊維及び樹脂の分量を慎重に制御し、それらがとることができる形状に柔軟性をもたらすことが可能である。

一般には、そのようなプリプレグのいくつかの積み重ねを所望の通り「レイアップ」し、生じた積層品を、一般には高温にさらすことによって硬化させて、硬化した複合積層品を生じさせる。

歴史的に、そのようなプリプレグ又は類似した材料は熟練技師の手によってレイアップされていた。しかし、現代のレイアップ方法には、いわゆる自動テープレイアップ装置、すなわちＡＴＬなどの自動レイアップ法が著しく寄与する。

典型的なＡＴＬ機械には、心棒にローディングされ、ローラーの系を介してＡＴＬヘッドに供給される材料のロールが必要である。一般には、この経路は切断段階及び任意選択の加熱段階を含む。いかなる偏差によっても許容されない仕上がりになり得るので、切断段階により、材料の寸法が正確に必要の通りであることを確実にする。ＡＴＬのヘッドにおいては、通常２つの適用方法、ＡＴＬの「シュー」又はＡＴＬヘッドの「コンパクションローラー」が存在する。どちらの方法を用いても、材料が表面と接触し、剥離紙の一番上の裏打ちシートに圧力がかけられる。圧力の下で一番下の粘着性表面が接着し、裏打ちシートが自動的に取り外される。このプロセスの間、材料は典型的な製品幅３００ｍｍにわたって５０Ｎから３００Ｎの間の非常に高い張力にさらされる。

プリプレグ又は同様の材料を自動機械によってレイダウンするためには、厳格な規格に調製することが必要である。便宜上、そのような材料は、一般には、材料をＡＴＬ装置に供給する用意ができたロールで提供される。

複合材料は一般に粘着性であるので、複合材料は、ロール上の隣接する層との接着を防ぐために剥離可能な裏打ちシートを有することが必要である。そのような裏打ちシートは一般には紙製である。

裏打ちシートにより、ＡＴＬ装置から複合材料に力をかけて、装置のヘッドが複合材料に接着することなくレイアップ中の接着を誘導することも可能になる。

したがって、裏打ちシートは、一般には、ＡＴＬ装置によって複合材料がレイダウンされた後に初めて取り外される。

この方法の精密化において、ＡＴＬ装置の一部を形成する刃によって複合材料に切り込みを入れることができる。そのような刃は非常に正確であり、複合材料を通して切断することができ、裏打ち紙には短距離（すなわち１０００分の１ミリメートル）貫入する。複合材料を完全に切断する一方で連続する裏打ちシートがテープの長さに沿って張力を得るように維持するためには裏打ち層に部分的に切り込むことが好ましい。技師は、例えば、裏打ち層の厚さのおよそ１０％を切断することを目標とする。一般には、超音波カッター又は機械式の刃を使用して材料を切断する。ＡＴＬテープを切断することには、形状及び輪郭を導入することができ、それにより、ＡＴＬ装置で対処することができるレイアップ設計の範囲に柔軟性がもたらされるという効果がある。

典型的な方法では、裏打ちシートを通して切り込みを入れる場合、「コンパクションローラー」が、切り込みの一方の側面側の複合材料の部分がレイダウンされず、その代わりに、それらの裏打ちシートに付着したまま廃棄物として処理されることが確実になる位置に移動した時点でＡＴＬ装置の「シュー」が上向きに持ち上がる。

切り込みを含有する部分がレイダウンされたら、ＡＴＬによりコンパクションローラーが持ち上がると同時にシューが下がって、複合材料全体がレイダウンされる通常の操作が再開される。

しかし、そのような移り変わりには、多くの場合、複合材料に対する引張力のスパイクが伴う。そのような力は、裏打ち紙を通して切り込みを入れる間中にも拡大する。不確定的に、ちょうど張力のスパイクが蓄積する傾向がある時に、例えばシュー及びコンパクションローラーが切り替わると、複合材料が切断され、弱まり、それにより裏打ち層が破損する。

複合物の切断により、裏打ちシート層に部分的な切り込みが生じるが、時にはこれは完全な切り込みになり、それにより、裏打ち層は端部で切断され、この場合テープが丸まる傾向がある。部分的な切り込みには、裏打ちシートに弱い部分、又はストレスの集中が導入されるという影響がある。この結果、裏打ちシートが引き裂け、機能しなくなる傾向が生じる。裏打ちシートの引裂きにより、ＡＴＬ系がさらにＡＴＬテープを連続的に供給することが妨げられ、機能していない材料を取り除く間自動プロセスを運転停止することが必要になる。これにより、費用が増加し、プロセスの効率が低下する。裏打ち層が機能しないことにより、連続的な供給を再開するために、新しくある長さのテープを、ＡＴＬ機械を通過させなければならず、さらに、中断する前にたまった長さのテープを取り除き、交換しなければならないので、廃棄物も増加する。

さらに、裏打ちシートの破損により、混入した裏打ちシート由来の断片がレイアップに導入される可能性がある。

したがって、この問題に対処することができる任意のやり方が非常に望まれる。

本発明によると、添付の請求項のいずれか一項において定義されている、繊維強化裏打ち層を含むシート状複合材料が提供される。

第１の態様では、本発明は、構造層及び硬化可能な熱硬化性樹脂を含み、外面の１つに繊維強化裏打ち紙を含むシート状複合材料に関する。

繊維強化材を裏打ち紙に含めることにより、破裂強さ（ｂｕｒｓｔ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）及び引裂き強さが著しく改善され、したがって、そのような材料をレイダウンする場合、ＡＴＬプロセスの効率が改善され、時間、廃棄物及び混入が減少することが見出されている。

この手法により、著しい問題が解決されるが、強化用繊維を裏打ち紙に導入することにより、繊維のパターンが複合材料の樹脂に移入される可能性があることが見出されている。いくつかの適用には、これは望ましくなく、パターンのない材料が必要である。

さらに、そのようなパターンの移入は、繊維強化裏打ち紙と複合材料の残りの部分との間に第２の裏打ち紙を導入することによって有意に減少させること又は完全に排除することができることも見出された。第２の裏打ち紙は繊維強化材を含有せず、複合材料の残りの部分を、繊維強化材が樹脂に圧入されることから保護する。

パターンの移入は、第２の裏打ち紙が比較的非圧縮性である場合にさらに減少させること又は排除することができることが見出されている。例えば、グラシン紙などの高光沢紙を使用することができる。さらに、裏打ち層全体を、組立て中、複合材料に適用する前に圧縮し、したがって、複合材料に適用すれば、その圧縮率を低下させることができる。

いくつかの適用に関して、繊維パターンが樹脂表面に移入されることにより、空気及び揮発性物質の放出経路が導入される可能性があり、これにより、最終的な積層品の多孔度が有益に低下する可能性があることも見出されている。したがって、本発明の代替の実施形態では、裏打ちシート層は、クラフト紙などの圧縮性の第２の裏打ち紙を含む。圧縮性の第２の裏打ち紙は、基礎をなす繊維の周りを変形させ、したがって、隣接する樹脂をパターニングする。さらに、基礎をなす繊維の圧縮率、織目及び直径を調整して、パターニングされた放出経路のサイズ及び数を変動させることができる。

しかし、第２の裏打ち紙を導入することにより、導入され得る他の問題、例えば、しわ及び丸まることなどのリスクも導入される。そのような問題は、特に貯蔵の間に相対的に膨張すること、及び湿度環境が変動することが原因で起こる。２つの層間が相対的に膨張することにより、紙の丸まる作用又はしわが生じる可能性があり、これらはどちらも非常に望ましくない。

したがって、そのような丸まること又はしわを防止するために第３の裏打ち紙を含めることが好ましい場合がある。第３の裏打ち紙は、裏打ちシート内の任意の場所に都合よく挿入することができるが、第２の裏打ち紙と第１の裏打ち紙の間にサンドイッチにすることが好ましい。

複合材料の構造層は、熱硬化性樹脂を含浸させることができる任意の固体材料であってよい。

構造層は、展延箔などの多孔質の金属シートを含んでもよく、繊維の構造層を含んでもよい。

展延箔として使用するための適切な金属としては、青銅、アルミニウム、銅、銀、金、ニッケル、亜鉛及びタングステンなどの任意の導電性金属が挙げられる。導電率が優れているので銅が好ましい。構造繊維層内の繊維はいずれも、一方向性、織物形態、不揃い又は多軸性であってよい。好ましい一実施形態では、繊維は一方向性である。レイアップの後に、それらの方向性を、一般には、複合材料、例えばプリプレグ又はセミプレグ（ｓｅｍｉｐｒｅｇ）全体を通して、例えば、隣接する層内の繊維を、隣接する繊維層間の角度を示す、いわゆる０／９０配置で互いに直交するように配置させることによって変動させる。多くの他の配置の中で、０／＋４５／−４５／９０などの他の配置も当然可能である。

上で考察されている第１、第２及び第３の紙シート及び強化用繊維は、いずれも、任意の所望の順序で適用することができる。第２の裏打ち紙が構造層と隣接し、第２の裏打ち紙には強化用繊維及び／又は第３の裏打ち紙が隣接し、最終的に第１の裏打ち紙が第３の裏打ち紙又は繊維強化材のいずれかの一番上に位置することが好ましい。

構造繊維は、亀裂の入った（すなわち伸縮性が壊れた）、選択的に不連続な又は連続的な繊維を含んでよい。

構造繊維は、ガラス、炭素、グラファイト、金属化ポリマー、アラミド並びにそれらの混合物などの多種多様な材料製であってよい。複合材料は、一般には３０〜７０ｗｔ％の構造繊維を含む。

上記の通り、本発明の複合材料は、硬化可能な熱硬化性樹脂を含む。硬化性樹脂は別個の層として存在してもよく、構造繊維の層に十分に又は部分的に含浸されていてもよい。複合材料は、一般には、１５〜５０ｗｔ％の硬化性樹脂、より好ましくは３２〜４５ｗｔ％の硬化性樹脂を含む。

硬化性樹脂は、当技術分野で慣習的に知られているもの、例えば、フェノール−ホルムアルデヒド、尿素−ホルムアルデヒド、１，３，５−トリアジン−２，４，６−トリアミン（メラミン）、ビスマレイミドの樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂、ベンゾキサジン樹脂、ポリエステル、不飽和ポリエステル、シアン酸エステル樹脂、又はそれらの混合物などから選択することができる。

エポキシ樹脂、例えば、単官能性、二官能性又は三官能性又は四官能性のエポキシ樹脂が特に好ましい。

エポキシ樹脂は、単官能性、二官能性、三官能性及び／又は四官能性のエポキシ樹脂を含んでよい。

適切な二官能性エポキシ樹脂としては、例として、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル（場合によって臭素化されたもの）、フェノールエポキシノボラック、クレゾールエポキシノボラック、フェノール−アルデヒド付加物のグリシジルエーテル、脂肪族ジオールのグリシジルエーテル、ジグリシジルエーテル、ジエチレングリコールジグリシジルエーテル、芳香族エポキシ樹脂、脂肪族ポリグリシジルエーテル、エポキシ化オレフィン、臭素化樹脂、芳香族グリシジルアミン、複素環式グリシジルイミジン、複素環式グリシジルアミド、グリシジルエーテル、フッ素化エポキシ樹脂、又はそれらの任意の組合せに基づくものが挙げられる。

二官能性エポキシ樹脂は、好ましくは、ビスフェノールＦのジグリシジルエーテル、ビスフェノールＡのジグリシジルエーテル、ジグリシジルジヒドロキシナフタレン、又はそれらの任意の組合せから選択することができる。

適切な三官能性エポキシ樹脂としては、例として、フェノールエポキシノボラック、クレゾールエポキシノボラック、フェノール−アルデヒド付加物のグリシジルエーテル、芳香族エポキシ樹脂、脂肪族トリグリシジルエーテル、二脂肪族（ｄｉａｌｉｐｈａｔｉｃ）トリグリシジルエーテル、脂肪族ポリグリシジルエーテル、エポキシ化オレフィン、臭素化樹脂、トリグリシジルアミノフェニル、芳香族グリシジルアミン、複素環式グリシジルイミジン、複素環式グリシジルアミド、グリシジルエーテル、フッ素化エポキシ樹脂、又はそれらの任意の組合せに基づくものを挙げることができる。

適切な四官能性エポキシ樹脂としては、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラグリシジル−ｍ−キシレンジアミン（三菱ガス化学株式会社（Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ Ｇａｓ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ）からテトラｄ−Ｘの名称で、及びＣＶＣ ＣｈｅｍｉｃａｌｓからＥｒｉｓｙｓ ＧＡ−２４０として市販されている）、及びΝ，Ν，Ν’，Ν’−テトラグリシジルメチレンジアニリン（例えば、Ｈｕｎｔｓｍａｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ ＭａｔｅｒｉａｌｓからのＭＹ７２１）。

熱硬化性樹脂は、１種又は複数種の硬化剤も含んでよい。適切な硬化剤としては、酸無水物、特にポリカルボン酸無水物；アミン、特に芳香族アミン、例えば１，３−ジアミノベンゼン、４，４’−ジアミノジフェニルメタン、並びに、特にスルホン、例えば４，４’−ジアミノジフェニルスルホン（４，４’ＤＤＳ）、及び３，３’−ジアミノジフェニルスルホン（３，３’ＤＤＳ）、並びにフェノール−ホルムアルデヒド樹脂が挙げられる。好ましい硬化剤はアミノスルホン、特に４，４’ＤＤＳ及び３，３’ＤＤＳである。

樹脂及び繊維の種類及び設計のさらなる例は、ＷＯ２００８／０５６１２３において見ることができる。

裏打ちシート内の繊維強化材は多種多様な形態をとってよく、例えば、織られていてもよく、編まれていてもよく、不揃いであってもよく、スパンレース加工されていてもよい。繊維が織られていることにより、裏打ち紙に過剰な突出を導入することなく良好な強度がもたらされ、織物では繊維が規則的な配置にあることが保証されるので、織られていることが好ましい。これにより、裏打ちシートに広がる引裂きの減弱が改善されることが見出されている。さらに、裏打ちシート内の繊維強化材は連続的な繊維で構成されており、したがって、繊維を切断した際に、裏打ちシート内に安全につなぎ留められることが好ましい。不連続な繊維の不揃いなマット又はシートを用いると、切断した場合に、レイアップに混入する可能性がある小さな断片が生じる可能性が高い。

ある実施形態では、裏打ち層の繊維強化材は、ポリエチレン、ポリエーテルスルホン、ナイロン、ケブラー、当技術分野において周知の他の熱可塑性繊維、ガラス、炭素、グラファイト、玄武岩、又はアマ、ジュート、綿などを含めた他の合成繊維及び天然繊維のような熱可塑性繊維を含んでよい。好ましい実施形態では、繊維強化材はポリエチレンを含む。繊維は織物に織られていることが好ましく、好ましい実施形態では、繊維は３方向格子に織られている。

ある実施形態では、繊維強化材は、繊維のたて糸とよこ糸の方向を有する織物に織られている。ある実施形態では、たて糸繊維は、構造層テープの長さ方向と実質的に平行に並んでいてよい。或いは、たて糸は、長さ方向に対して、例えば＋／−４５°の角度で配置していてもよい。

繊維強化材は、目付が４〜１００ｇｓｍ、より好ましくは１０〜６０ｇｓｍ、より好ましくは５〜３０ｇｓｍ、より好ましくは１２〜２４ｇｓｍ、さらにより好ましくは１７〜１９ｇｓｍの層であることが好ましい。

第１の裏打ち紙は、ポリマーシート、又はセルロース紙を含むことが好ましい。第１の裏打ちシートは、ロール上に巻きつけた際に裏打ち層の最外面が構造層に接着することを防ぐために、シリコーンコーティングを含むことが好ましい。裏打ち層の目付は２５〜１００ｇｓｍ、より好ましくは３４〜６６ｇｓｍ、より好ましくは４４〜５６ｇｓｍ、さらにより好ましくは４８〜５２ｇｓｍであることが好ましい。

第２の裏打ち紙は、ポリマーシート、より好ましくはセルロース紙を含むことが好ましい。第２の裏打ちシートは、構造層と裏打ちシートの間の接着力を低下させ、それによりＡＴＬ設置中その２つを分離することを可能にするために、シリコーンコーティングを含むことが好ましい。裏打ち層の目付は２５〜１００ｇｓｍ、より好ましくは３４〜６６ｇｓｍ、より好ましくは４４〜５６ｇｓｍ、さらにより好ましくは４８〜５２ｇｓｍであることが好ましい。

第３の裏打ちシートは、第１の裏打ち紙又は第２の裏打ち紙に適した任意の材料を含んでよい。第３の裏打ちシートは、ポリアミド、ポリエーテル−テレフタラート、ポリエーテルスルホン、アクリル酸ポリマー、ポリエステル、又はその共重合体などのポリマーのシートを含むことが好ましい。ポリマーのシートはポリエチレンを含むことが最も好ましい。

第３の裏打ち紙の目付は、５〜１００ｇｓｍ、より好ましくは１０〜５０ｇｓｍ、より好ましくは２０〜３４ｇｓｍ、さらにより好ましくは２３〜２７ｇｓｍであることが好ましい。

第１の裏打ち紙、第２の裏打ち紙、又は第３の裏打ち紙のいずれか、及び繊維強化材を含む裏打ちシートは、全部合わせた厚さが、ＮＦＱ０３０１９又はＡＳＴＭ Ｄ６４６を使用して測定した場合に５０〜５００μｍ、より好ましくは１００〜４００μｍ、より好ましくは１５０〜３００μｍ、さらにより好ましくは７５〜２２５μｍであることが好ましい。

裏打ちシートは、縦方向の機械抵抗が、ＡＳＴＭ Ｄ８２８の下で評価した場合に少なくとも５ｄａＮ／１５ｍｍ、より好ましくは１０ｄａＮ／１５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも１５ｄａＮ／１５ｍｍであることが好ましい。裏打ちシートの、縦方向に対して直角の方向の機械抵抗は、ＡＳＴＭ Ｄ８２８を使用して評価した場合に少なくとも３ｄａＮ／１５ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｄａＮ／１５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも９ｄａＮ／１５ｍｍであることが好ましい。

裏打ちシートの縦方向の引裂抵抗は、ＴＡＰＰＩ Ｔ４７０の下で評価した場合に少なくとも１．０ｄａＮ／１５ｍｍ、より好ましくは少なくとも２．０ｄａＮ／１５ｍｍ、さらにより好ましくは少なくとも３．０ｄａＮ／１５ｍｍであることが好ましい。裏打ちシートの、縦方向に対して直角の方向の引裂抵抗は、ＴＡＰＰＩ Ｔ４７０を使用して評価した場合に少なくとも１ｄａＮ／１５ｍｍ、より好ましくは２．０ｄａＮ／１５ｍｍ、さらにより好ましくは２．５ｄａＮ／１５ｍｍであることが好ましい。

裏打ちシートの破裂強さ（ｂｕｒｓｔｉｎｇ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）は、ＡＳＴＭ Ｄ７７４を使用して評価した場合に少なくとも２００ＫＰａ、より好ましくは４００ＫＰａであることが好ましい。裏打ちシートの水蒸気透過率は５０ｇ／ｍ^２／２４ｈ超、より好ましくは１００ｇ／ｍ^２／２４ｈ超であることが好ましい。

縦方向とは、ＡＴＬテープの長さ方向、すなわち、ＡＴＬ系で用いられる処理方向と平行の方向である。

本発明の複合材料は、性能向上剤又は改質剤などの所望の追加的な材料を含んでよい。そのような材料は、柔軟性付与剤、強化剤／粒子、追加的な促進剤、コアシェルゴム、難燃剤、融解剤、顔料／染料、可塑剤、ＵＶ吸収剤、抗真菌成分、充填材、粘度修飾因子／流れ調整剤、安定剤及び阻害剤から選択することができる。

しかし、複合材料の厚さは、ＡＴＬ装置によって都合よく取り扱うことができるように、０．５〜５．０ｍｍ、より好ましくは０．５〜４．０ｍｍ、最も好ましくは１．０〜３．０ｍｍであることが好ましい。

複合材料は、ロールの形態で提供されることが意図されているので、最小直径が、裏打ちシートを複合材料に適用する場合には２０ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満、より好ましくは２５０ｍｍ未満であり、樹脂フィルムに適用する場合には７０ｍｍ未満であるロールの形成を可能にするために十分に柔軟であることが好ましい。

本発明による複合材料は、当技術分野において公知の任意の方法によって調製することができる。そのような方法は、一般には、構造層と熱硬化性樹脂を一緒にし、構造層に樹脂を含浸させることを伴う。複合材料は、調製されたら、一般には、巻き上げられてＡＴＬ装置による堆積の準備ができている。

したがって、第２の態様では、本発明は、ロールから基材に自動的に供給される本明細書に記載の複合材料を、裏打ち紙が一番上になるように基材上にレイダウンし、ツールによって裏打ち紙に圧力をかけることによって複合材料を基材に接着させ、その後、裏打ち紙を取り除き、複合材料を裏打ち紙なしで基材上のその位置に残すプロセスに関する。

好ましい実施形態では、該プロセスは、複合材料をレイダウンする前に、構造層を通して、及び部分的に裏打ち紙層内まで切断することを伴う。

この場合、強化用糸も切断されるほど裏打ち紙の深くまではカッターで切断しないことが重要であり、そうでなければ、裏打ち紙の引裂き特性が著しく低下することになる。

一般には、このプロセスの後に、プリプレグなどの追加的な複合材料を続けて置いて、複合材料のスタックを生成する。

複合材料がレイダウンされたら、高温、及び場合によって高圧にさらすことによって配置を硬化させ、硬化した複合材料を生じさせる。
なお、下記［１］から［１６］は、いずれも本発明の一形態又は一態様である。
［１］
構造層及び硬化可能な熱硬化性樹脂を含み、外面の１つに繊維強化裏打ち紙を含むシート状複合材料。
［２］
前記繊維強化裏打ち紙と前記複合材料の残りの部分との間に第２の裏打ち紙を含む、［１］に記載のシート状複合材料。
［３］
前記第２の裏打ち紙の圧縮率が０．００１ｋｇ ^−１ ｍ ^−２ 未満である、［２］に記載のシート状複合材料。
［４］
前記構造層が、展延金属箔を含む、［１］から［３］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
［５］
前記構造層が繊維の構造層を含む、［１］から［４］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
［６］
前記繊維が一方向性である、［５］に記載のシート状複合材料。
［７］
３０〜７０ｗｔ％の構造繊維を含む、［５］又は［６］に記載のシート状複合材料。
［８］
前記裏打ちシート内の繊維強化材が織られたものである、［１］から［７］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
［９］
厚さが０．５〜５．０ｍｍ、好ましくは０．５〜４．０ｍｍ、より好ましくは１．０〜３．０ｍｍである、［１］から［８］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
［１０］
直径が２０ｃｍ未満、好ましくは１０ｃｍ未満のロールの形成を可能にするために十分に柔軟である、［１］から［９］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
［１１］
ロールから基材に自動的に供給される［１］から［１０］までのいずれか一項に記載のシート状複合材料を、前記裏打ち紙が一番上になるように基材上にレイダウンし、ツールにより該裏打ち紙に圧力をかけることによって該複合材料を該基材に接着させ、その後、該裏打ち紙を取り除き、該複合材料を該裏打ち紙なしで該基材上のその位置に残すプロセス。
［１２］
前記複合材料をレイダウンする前に、前記構造層を通して、及び部分的に前記裏打ち紙層内まで切断するステップを含む、［１１］に記載のプロセス。
［１３］
前記切断するステップが、裏打ち紙内の強化用糸まで切断するものではない、［１２］に記載のプロセス。
［１４］
その後に、追加的な複合材料を続けて置いて複合材料のスタックを生成する、［１１］から［１３］までのいずれか一項に記載のプロセス。
［１５］
その後に、高温、及び場合によって高圧にさらすことによって硬化させて、硬化した複合材料を生じさせる、［１１］から［１４］までのいずれか一項に記載のプロセス。
［１６］
［１５］に記載のプロセスによって得られる硬化した複合材料。

ここで、本発明を単に例として、以下の図を参照して例示する。

本発明において使用するための強化裏打ち紙の概略図である。 本発明において使用するための別の強化裏打ち紙の概略図である。 本発明による複合材料の断面図である。 本発明による別の複合材料の断面図である。 本発明によるプロセスにおいて使用するためのＡＴＬ装置の側面図である。 レイアップ中の切断後の引裂きによって機能しなくなった本発明による裏打ち紙の概略図である。 切断中、図６に示されている引裂き前の複合材料の断面図である。 図６に示されている引裂きが生じなかった切断中の複合材料の断面図である。

図を参照すると、図１は、織られた綿糸１２を用いて強化した裏打ち紙のシート１０を示す。綿糸は規則的な織り方で織られており、たて糸とよこ糸はそれぞれ０°の方向及び９０°の方向に並んでいる。

図２は、異なるパターンで織られた糸を用いて強化した裏打ち紙の別のシート１４を示す。

図３は、本発明による複合材料２０を示す。複合材料２０は、熱硬化性（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｕｒａｂｌｅ）エポキシ樹脂を含浸させた一方向繊維の構造層（示されていない）を含むプリプレグ２２の層を含む。プリプレグ２２の層には、織られた綿糸２６を用いて強化した裏打ち紙２４、及び、織られた糸を含まず、圧縮率が非常に低くなるように超光沢加工されている第２の裏打ち紙２８を含む２層裏打ち紙が付着している。

図４は、本発明による別の複合材料３０を示す。複合材料３０は、熱硬化性（ｔｈｅｒｍａｌｌｙ ｃｕｒａｂｌｅ）エポキシ樹脂を含浸させた一方向繊維の構造層（示されていない）を含むプリプレグ３２の層を含む。プリプレグ３２の層には、織られた綿糸３７を用いて強化した裏打ち紙３４、織られた糸を含まず、圧縮率が非常に低くなるように超光沢加工されている第２の裏打ち紙３８、及び第３の裏打ち紙３９を含む３層裏打ち紙が付着している。

図５は、本発明による複合材料をレイダウンするＡＴＬ装置の側面図を示す。複合材料４０が、中心コア４２を有する材料のロールから、切断ステーション４４を通り過ぎてＡＴＬヘッド４６に供給される。レイアップ後に、プリプレグ４８は優先的に基材５０に接着し、裏打ち紙５２は巻取りローラー５４上に取り除かれる。

通常の操作では、プリプレグの切断は起こらず、レイアップは、ヘッド４６を複合材料上に押し下げることによって行う。

切断が望まれる場合には、ヘッド４６が持ち上がり、コンパクションローラー４７が下に移動して、すでにレイダウンされたプリプレグ４８と接触する。これには、切り払われるプリプレグの一部がレイダウンされず裏打ち紙に付着したままになり、巻取りローラー５４によって巻き取られるという効果がある。ヘッド及びローラーの切り換えにより、複合材料に張力ピークが導入され、これが、裏打ち紙の引裂きのトリガーとなる可能性がある。

切断が終わると、コンパクションローラー４７が持ち上がってプリプレグ４８と接触しなくなり、ヘッド４６が再度下に移動して、裏打ち紙５２に圧力がかけられることによってレイアップが継続する。

切断ステーション４４は、プリプレグ４８を通して、及び裏打ち紙５２を部分的に切断するようにプログラミングすることができる２つの超音波切断デバイス５６、５８を含む。裏打ち紙を弱めすぎずにプリプレグを完全に切断することを確実にするために、カッター５６、５８を裏打ち紙の厚さの１０％まで貫入するようにプログラミングする。さらに、強化用糸を通して切断すると、もたらされるであろういかなる引裂強さも取り除かれるので、強化用糸を通して切断しないように注意を払わなければならない。

図６は、本発明に従って使用するための強化紙裏打ちシート６０を示す。しかし、図７に示されている通り、カッター５６が裏打ち紙を過剰に深く切断するようにセットされており、強化用糸２６が切断される。これにより、引裂き６２が生じ、それにより、材料を再構成する間、レイアッププロセスが運転停止される。

図８は、カッター５８の正しい設定を示し、ここではカッター５８により糸２６は切断されない。この裏打ち紙は、ＡＴＬプロセスにおいて使用した際、切断の期間中でさえも機能する。

ここで、以下の実施例を参照することにより本発明を明白にする。

以下の層を以下の順序で含む裏打ちシートを組み立てた：
第１の裏打ち紙：５０ｇ／ｍ^２の高光沢グラシン紙
第３の裏打ち紙：２４ｇ／ｍ^２のポリエチレンシート
繊維強化材：１８ｇ／ｍ^２の織られた方向性ポリエチレン格子
第２の裏打ち紙：５０ｇ／ｍ^２の高光沢グラシン紙
裏打ちシートを、ニップローラーを使用して圧縮した後、シリコーンコーティングを外面に適用することによって組み立てた。裏打ちシートの機械的試験を行い、その結果が表１に列挙されている：

裏打ちシートの第２の裏打ち紙をＭ２１／ＥＶプリプレグ（Ｈｅｘｃｅｌ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ Ｌｔｄ． Ｄｕｘｆｏｒｄ ＵＫ）の層と接触させ、ニップローラーを使用して強化し、次いでこれを切り開いてロール状にしてＡＴＬ適合テープを形成した。

ＡＴＬテープをＡＴＬ系にローディングし、型の表面に堆積させた。プリプレグ及び裏打ち層が型の表面に良好に付加されただけでなく、続くプリプレグの層が良好に付加されたことが実証された。テープをＡＴＬ系に組み込まれた切断装置を使用してテープの方向に対して９０°に切断し、プリプレグはきれいに切断され、裏打ち層は切断されないまま残ってＡＴＬテープを継続して供給するために適しており、したがって、裏打ちシートのＡＴＬレイアップとの適合性が実証される。

Claims (13)

1. 熱硬化性樹脂を含浸させることができる固体材料として一方向性の構造繊維を有する構造層及び該構造層に含浸された硬化可能な熱硬化性樹脂を含み、外面の１つに繊維強化裏打ち紙を含むシート状複合材料であって、該裏打ち紙内に織られたものである強化用繊維を有する上記シート状複合材料。
2. 前記繊維強化裏打ち紙と前記構造層との間に第２の裏打ち紙を含む、請求項１に記載のシート状複合材料。
3. 前記第２の裏打ち紙の圧縮率が０．００１ｋｇ^−１ｍ^−２未満である、請求項２に記載のシート状複合材料。
4. 前記構造層が、展延金属箔を含む、請求項１から３までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
5. 前記構造層中に３０〜７０ｗｔ％の一方向性の構造繊維を含む、請求項１から４までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
6. 厚さが０．５〜５．０ｍｍである、請求項１から５までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
7. 前記シート状複合材料が、直径が２０ｃｍ未満のロールの形成を可能にするために十分に柔軟である、請求項１から６までのいずれか一項に記載のシート状複合材料。
8. ロールから基材に自動的に供給される請求項１から７までのいずれか一項に記載のシート状複合材料を、前記裏打ち紙が一番上になるように基材上に配置し、ツールにより該裏打ち紙に圧力をかけることによって該複合材料を該基材に接着させ、その後、該裏打ち紙を取り除き、該複合材料を該裏打ち紙なしで該基材上のその位置に残すプロセス。
9. 前記複合材料を配置する前に、前記構造層を通して、及び部分的に前記裏打ち紙層内まで切断するステップを含む、請求項８に記載のプロセス。
10. 前記切断するステップが、裏打ち紙内の強化用糸まで切断するものではない、請求項９に記載のプロセス。
11. 前記複合材料を前記裏打ち紙なしで前記基材上のその位置に残すステップの後に、追加的な複合材料を続けて置いて複合材料のスタックを生成するステップを更に有する、請求項８から１０までのいずれか一項に記載のプロセス。
12. 前記複合材料を前記裏打ち紙なしで前記基材上のその位置に残すステップの後に、高温、及び場合によって高圧にさらすことによって硬化させて、硬化した複合材料を生じさせるステップを更に有する、請求項８から１１までのいずれか一項に記載のプロセス。
13. 請求項１２に記載のプロセスを有する、硬化した複合材料の製造方法。
    
    

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