JP6792344B2 - 強化部材で強化された成形物品、その製造方法及びその使用 - Google Patents

Description

本発明は、射出成形によって、少なくとも１つの強化部材で強化された成形物品を製造する方法に関する。ここでは、強化部材は射出金型の壁部にしっかりと結合しているので、その後にポリマーマトリクスを射出成形した際に、強化部材は金型内において固定されている。本発明は更に、この方法にしたがって製造される強化成形物品に関する。本発明による成形物品は、自動車部品、工業用品及び消費財、並びにスポーツ器具の製造において用いられる。

金属をプラスチック材料で置き換える試みのために、その機械特性に対して益々高い要求が課されている。機械特性を改良するための１つの現在の手順は、例えばガラス又は炭素繊維のような繊維状強化材料をプラスチック材料マトリクス中に導入することである。しかしながら、この方法で強化されたプラスチック材料から製造される部品は、しばしば金属部品よりも非常に低い剛性を有する。

成形物品を繊維リボンで選択的に強化することによって、更なる改良を達成することができる。これは、例えば成形物品上又はその中にこれらの繊維リボンを特定の形態で適用又は導入することによって達成される。プラスチック材料成形物品を製造するための最も重要な方法の１つは、射出成形プロセスによって代表される。経済的な理由のために、射出成形プロセス中において既に、１つ又は複数の繊維リボンを成形物品中又はその上に適用し、その後に別の工程を行わないことが望ましい。

しかしながら、特にここでは、射出金型内における繊維リボンの信頼性のある再現可能な固定の問題が生起する。繊維リボンを射出金型内において固定するために、当該技術において種々の経路が既に示されている。

ＤＥ−１０２０１１０７７８３４−Ａ１から、射出成形又はトランスファー成形によって繊維複合体構造部品を製造する方法が公知である。ここでは、半仕上げ製品を射出金型中に挿入し、金型を閉止した後に繊維強化プラスチック材料を射出する。ここでは、金型内における半仕上げ製品の固定位置を締着部材によって確保している。

部分的にエンドレス繊維で強化された射出成形部品を製造するための他の方法が、ＤＥ−１０２００７０３７６８０−Ａ１に記載されている。ここでは特別な金型の形状が用いられており、これによって金型中に針状物を導入することができる。これらの針状物によって、熱可塑性材料を射出する前に、エンドレス繊維半仕上げ生成物を金型内において位置づけている。

ＤＥ−１０２０１１１２０９８６−Ａ１においては、その上に成形された構造体及び／又は機能構造体を有する繊維複合体の中空形状部品を製造する射出成形法が記載されている。ここでは第１に、コアを第１の金型中に注入し、次にDuroplastic中で飽和させた繊維材料で被覆する。第２の金型内において、この被覆されたコアを少なくとも部分的に硬化させ、その上に機能構造体又は成形構造体を成形する。金型から中空構造体を取り出した後、コアを少なくともその融点に加熱して、中空構造体から溶融除去する。

ＤＥ−１０２０１１０７７８３４−Ａ１ ＤＥ−１０２００７０３７６８０−Ａ１ ＤＥ−１０２０１１１２０９８６−Ａ１

ここから始まり、本発明の目的は、強化部材の正確な固定を可能にし、それによって良好な機械特性を有する成形物品を可能にする強化成形物品の製造方法を提供することであった。正確な固定とは、強化部材が射出成形プロセスによって、その当初の位置から２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下しか変位しないことであると理解される。更に、本発明の目的は、背景技術において記載したように、金型の改造又は固定インサートの複雑さを伴わずに強化部材の正確な固定を生起させることである。

この目的は、請求項１の特徴による強化成形物品の製造方法、並びにそれに相応して請求項１６の特徴による強化成形物品によって達成される。請求項１７においては、本発明にしたがう使用が示されている。更なる従属請求項は、更なる有利な態様を列記している。

本発明によれば、以下の：
（ａ）エンドレスの平坦な粗紡糸に第１の熱可塑性ポリマーの溶融体を含侵させて繊維リボンを形成し；
（ｂ）繊維リボン上に少なくとも１種類の接着剤を複数の領域で適用し、次に少なくとも１種類の接着剤を溶融し；
（ｃ）繊維リボンを冷却及び硬化させ；
（ｄ）射出金型を、接着剤の融点よりも２０Ｋ低い温度以上の温度に加熱し；
（ｅ）少なくとも１つの繊維リボンを射出金型中に導入し、接着剤で被覆された繊維リボンの領域の少なくとも１つの部分を、少なくとも１つの温度制御された射出金型の壁部と接触させ；
（ｆ）第２の熱可塑性ポリマーを金型中に射出成形し；
（ｇ）少なくとも１つの繊維リボンで強化された成形物品を射出金型から取り出す；
工程を有する、少なくとも１つの繊維リボンで強化された成形物品の製造方法が提供される。

本発明によれば、繊維リボンは成形物品のための強化部材として働く。

ここでは、工程（ａ）における含侵中に用いる第１の熱可塑性ポリマーは、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、又は列記したポリマーの１以上の混合物からなる群から選択することが好ましい。

更に、工程（ｆ）における第２の熱可塑性ポリマーは、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、又は列記したポリマーの１以上の混合物からなる群から選択することが好ましい。

好ましくは、含侵のために用いる第１の熱可塑性ポリマー及び／又はオーバーモールドのために用いる第２の熱可塑性ポリマーは、添加剤を含む。これらは、好ましくは、無機安定剤、有機安定剤、潤滑剤、消泡剤、連鎖延長添加剤、縮合触媒、光学増白剤、可塑剤、結合剤、ハロゲン含有難燃剤、ハロゲンフリー難燃剤、耐衝撃性改良剤、粒子状充填剤、染料、顔料、及び／又はこれらの混合物からなる群から選択される。

添加剤の場合には、繊維状充填剤は排除される。

第２の熱可塑性ポリマーは、好ましい態様においては繊維強化され、好ましくは平坦又は丸い断面を有する炭素繊維又はガラス繊維で強化される。ここでは、０．１〜５０ｍｍの長さ及び５〜４０μｍの直径を有する繊維が好ましい。強化材料の割合は、それぞれ第２のプラスチック材料マトリクス及び場合によって存在する更なる添加剤の合計質量に対して、炭素繊維に関しては３〜５０重量％、好ましくは５〜４０重量％であり、ガラス繊維に関しては５〜７５重量％、好ましくは１５〜６５重量％、特に好ましくは３０〜５０重量％である。

しかしながら、非強化形態の第２の熱可塑性ポリマーを用いることも可能である。

添加剤の割合は、第１及び／又は第２のポリマーの合計質量に対して好ましくは０．１〜２０重量％、特に好ましくは０．５〜１０重量％である。

含侵のために用いる第１の熱可塑性ポリマー及び／又はオーバーモールドのために用いる第２の熱可塑性ポリマーは、それぞれアモルファス又は部分結晶質ポリマーであってよい。これらのポリマーは、ＩＳＯ−１１３５７の「ハーフステップハイト（half-step-height）」法にしたがって測定して３０〜３５０℃の範囲、好ましくは３５〜２３０℃の範囲、特に好ましくは４０〜２００℃の範囲のガラス転移温度を有する。

２０Ｋ／分の加熱速度におけるＩＳＯ−１１３５７にしたがう動的示差走査熱量測定（ＤＳＣ）においては、アモルファスポリマーは最高で５Ｊ／ｇ、好ましくは最高で３Ｊ／ｇ、特に好ましくは０〜１Ｊ／ｇの融解熱を示す。

アモルファスポリマーは、それらのアモルファス性のために融点を示さない。

含侵のために用いる第１の熱可塑性ポリマー及び／又はオーバーモールドのために用いる第２の熱可塑性ポリマーが部分結晶質ポリマーである場合には、それは、ピーク最大値を融点とするＩＳＯ−１１３５７にしたがって測定して５０〜４２０℃、好ましくは１００〜３５０℃、特に好ましくは１７０〜３００℃の融点を有する。

熱可塑性の第１及び／又は第２のポリマーとしては、好ましくはポリアミドを用いる。ポリアミドは、ここでは好ましくは、脂肪族又は脂環式ジアミンと芳香族又は脂肪族ジカルボン酸から、及び／又はラクタムから得られる。特に好ましくは、脂環式Ｃ_６〜Ｃ_１７ジアミン及び／又は脂肪族Ｃ_４〜Ｃ_１２ジアミンと、脂肪族Ｃ_４〜Ｃ_２０ジカルボン酸及び／又は芳香族ジカルボン酸から、及び／又はラクタムから形成されるホモ及びコポリアミドを用いる。ジカルボン酸に関して特に好ましいのは、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラシル酸、テトラデカン二酸、１，３−及び１，４−シクロヘキサンジカルボン酸、エイコサン二酸、ナフタレンジカルボン酸、テレフタル酸、及びイソフタル酸である。

また、上記記載のジアミンとジカルボン酸、及び／又は４〜１５個の炭素原子を有するラクタム、及び／又は４〜１５個の炭素原子を有するα，ω−アミノ酸から形成されるポリアミドも好ましい。ジアミンに関して特に好ましいのは、ヘキサメチレンジアミン、ヘプタメチレンジアミン、オクタメチレンジアミン、ノナメチレンジアミン、デカメチレンジアミン、ウンデカメチレンジアミン、ドデカメチレンジアミン、トリメチルヘキサメチレンジアミン、２−メチル−１，５−ペンタンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン、１，３−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、ＭＡＣＭ、ＭＸＤ、ＰＡＣＭ、ＰＸＤ、及びＴＭＡＣＭ（ＭＡＣＭは３，３’−ジメチル−４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンを表し、ＭＸＤはメタキシリレンジアミンを表し、ＰＡＣＭは４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンを表し、ＰＸＤはパラキシレンジアミンを表し、ＴＭＡＣＭは３，３’，５，５’−テトラメチル−４，４’−ジアミノシクロヘキシルメタンを表す）である。

メタキシリレンジアミン及び／又はヘキサメチレンジアミンとテレフタル酸及び／又はイソフタル酸から形成されるポリアミドが更に好ましい。

好ましいアモルファスポリアミドは、ＰＡ−６Ｉ、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／６Ｎ、ＰＡ−ＭＸＤＩ／６Ｉ、ＰＡ−ＭＸＤＩ／ＸＤＴ／６Ｉ／６Ｔ、ＰＡ−ＭＸＤＩ／１２Ｉ、ＰＡ−ＭＸＤＩ、ＰＡ−ＭＡＣＭ１０、ＰＡ−ＭＡＣＭ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭ１４、ＰＡ−ＭＡＣＭ１８、ＰＡ−ＮＤＴ／ＩＮＤＴ、ＰＡ−ＴＭＤＣ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＮ、ＰＡ−ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭＮ、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭ３６、ＰＡ−ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ３６、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−６Ｉ／ＭＡＣＭＩ／１２、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−ＭＡＣＭ６／１１、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ１２／６１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ１２／１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ１２、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／６Ｎ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭＮ、ＰＡ−ＭＡＣＭ１０／１０、及びその混合物又はコポリマー（ＭＡＣＭは、全モノマーのモル割合の合計１００モル％に対して最大で２５モル％以下のＰＡＣＭによって置き換えられていてもよく、及び／又はラウリンラクタムは全体的又は部分的にカプロラクタムによって置き換えられていてもよい）からなる群から選択される。

特に好ましくは、アモルファスポリアミドは、ＰＡ−ＭＡＣＭ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭ１４、ＰＡ−ＭＡＣＭ１２／ＰＡＣＭ１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／１２／ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−６Ｉ／６Ｔ／ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＰＡＣＭＩ／ＰＡＣＭＴ／１２、ＰＡ−ＭＡＣＭＩ／ＭＡＣＭＴ／ＭＡＣＭ１２、及びこれらの混合物からなる群から選択される。

ＰＡ−６、ＰＡ−６６、ＰＡ−６９、ＰＡ−６１０、ＰＡ−６１２、ＰＡ−１１、ＰＡ−１２、ＰＡ−１０１０、ＰＡ−１０１２、ＰＡ−１２１０、ＰＡ−１２１２、ＰＡ−ＰＡＣＭ１２、ＰＡ−６／ＰＡＣＭＴ、及びこれらの混合物からなる群から選択される部分結晶質ポリアミドが更に好ましい。ＰＡ−１２、ＰＡ−ＰＡＣＭ１２、又はＰＡ−６６とＰＡ−６Ｉ／６Ｔの混合物（ＰＡ−６Ｉ／６Ｔは６７／３３の重量比を有する）が特に好ましい。

ポリアミド及びそのモノマーに関して用いる表記及び略号は、ＩＳＯ標準規格１８７４−１：１９９２に対応する。例えば、ＰＡ−ＮＤＴ／ＩＮＤＴという表記は、２，２，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、２，４，４−トリメチルヘキサメチレンジアミン、及びテレフタル酸から形成されるポリアミドを表す。

更なる好ましい態様においては、含侵のために用いる第１のポリマーはオーバーモールドのために用いる第２のポリマーと同じであるが、添加剤はタイプ及び量を相違させることができる。

粗紡糸は、一方向配列のフィラメントとも呼ばれるエンドレス繊維、特に、炭素、天然、ガラス、無機、又はアラミド繊維、好ましくは個々のフィラメントが平坦又は丸い断面を有する炭素又はガラス繊維、特に好ましくは炭素繊維から構成される。粗紡糸の処理中、即ち展開装置を通して粗紡糸を誘導している間においては、フィラメントは平面状に配列されているので、含侵された平坦な粗紡糸が形成され、これにより繊維リボンが生成する。

第１の熱可塑性ポリマーによって平坦な粗紡糸を含侵した後において、繊維リボン中における繊維の割合は、繊維リボンの全質量に対して、好ましくは１〜６５重量％、特に好ましくは５〜５０重量％、特に好ましくは１０〜４０重量％である。

工程（ａ）における平坦な粗紡糸の含侵は、エンドレス片として存在する平坦な粗紡糸を、その中で加熱され溶融した第１の熱可塑性ポリマーが供給される加熱された含侵装置を通して引き出すような形態で行う。含侵の終了時において、含侵された平坦な粗紡糸を、長方形のノズルを通して誘導する。

好ましい態様においては、工程（ｂ）における少なくとも１種類の接着剤の適用は、粉末として散布するか、又は懸濁液を適用するか、或いは箔状又は糸状にロール塗布することによって行う。接着剤の適用を粉末として散布することによって行う場合には、８０μｍ〜５００μｍの粒径範囲を有する粉末粒が好ましく、１００μｍ〜２００μｍが特に好ましい。

少なくとも１種類の接着剤の被覆、層厚さ、形態、及び接着能力は、接着剤の適用量によって調節することができる。ここでは、接着剤の量は、好ましくは１０〜５０ｇ／ｍ^２、特に好ましくは１５〜３０ｇ／ｍ^２の範囲である。

少なくとも１種類の接着剤によって、繊維リボンの表面を、部分的又は完全に、不連続の点で、又は縞状、長方形状、ダイヤモンド状、円状、楕円状のような幾何的パターンで、或いは統計的分布の領域で被覆することが更に可能である。これは、例えば不連続な計量点を有するか、計量点と繊維リボンとの間に異なる篩インサートを有する構造化再成形ローラーによって形成することができる。

好ましい態様においては、接着剤は繊維リボンの１つの側面上のみに適用する。更なる好ましい態様においては、接着剤は少なくとも１つの表面、例えば２つ、３つ、又は４つの表面上に適用する。

好ましい態様においては、接着剤は繊維リボンに供給して、接着剤を含侵装置によって利用される繊維リボンの熱によって溶融開始させることができるようにする。

更なる好ましい態様においては、更なる熱処理によって接着剤の溶融開始を生起又は支援することも可能である。繊維リボンの熱処理は、好ましくは高温空気、高温ガス、特に窒素、超音波、レーザー、及び／又は放射線によって行うことができる。ここでは赤外放射線が好ましい。

更に、接着剤は、接着剤の融点範囲よりも２０Ｋ低い温度以上の温度に加熱した場合にのみ、好ましくは融点範囲内の温度に加熱した場合にのみ接着効果を発現することが好ましい。

好ましくは、少なくとも１種類の接着剤は、コポリアミド又はコポリエステルの群から選択される。ここでは、特に、ピーク最大値を融点とするＩＳＯ−１１３５７にしたがって測定して７０〜１６０℃、好ましくは９０〜１４０の範囲の融点を有するコポリアミド、及びピーク最大値を融点とするＩＳＯ−１１３５７にしたがって測定して８０℃〜１８０℃、好ましくは１００℃〜１５０℃の融点を有するコポリエステルが含まれる。

接着剤として用いるコポリアミドは、好ましくは、ＩＳＯ−１１３３にしたがって５０〜３，０００Ｐａ・秒、好ましくは２００〜２，０００Ｐａ・秒の１６０℃及び２．１６ｋｇの荷重における溶融粘度を有する。接着剤として用いるコポリエステルは、好ましくは、ＩＳＯ−１１３３にしたがって５０〜１，５００Ｐａ・秒、好ましくは１００〜１，０００Ｐａ・秒の１６０℃及び２．１６ｋｇの荷重における溶融粘度を有する。

好ましくは、接着剤として用いるコポリアミドは、２０〜８０モル％のカプロラクタム、０〜６０モル％のラウリンラクタム、１０〜６０モル％の脂肪族ジカルボン酸、０〜３０モル％の芳香族ジカルボン酸、及び少なくとも１種類のジアミンから形成され、カプロラクタム、ラウリンラクタム、脂肪族及び芳香族ジカルボン酸の総計は、合計して１００モル％になり、少なくとも１種類のジアミンは、ジカルボン酸の総計に対して等モル量で用いる。

好ましくは、接着剤のために用いるコポリエステルは、５５〜９５モル％の芳香族ジカルボン酸、５〜４５モル％の脂肪族ジカルボン酸、及び１００モル％の少なくとも１種類の脂肪族ジオールから形成され、ジカルボン酸のモル割合は合計して１００モル％になる。

接着剤には、第１及び／又は第２のポリマーに関して言及した１種類以上の添加剤を含ませることができる。

強化部材として少なくとも１つの繊維リボンで強化された成形物品の製造方法の好ましい態様においては、工程（ｂ）の前又は後に、工程（ａ）の後に存在する繊維リボンの厚さを減少させることができるように、１対の再成形ローラー又は成形後ノズルによって繊維リボンの再成形を行う。この更なる再成形によって、特に薄い繊維リボン、即ち０．２５ｍｍより小さい厚さを有する繊維リボンが製造可能である。１対の再成形ローラーによって再成形する場合には、成形ローラーは、１つの軸内において垂直方向で上下に配置されている。下部の成形ローラーは、回転可能に取り付けられているシャフト上に固定して取り付けられている。上部の成形ローラーは、シャフト上に回転可能に取り付けられている。空気圧シリンダーを用いて、上部の再成形ローラーを、規定圧力（０〜１０ｂａｒ）で下部の再成形ローラー上に押し付けることができる。繊維リボンが再成形ローラーの間に保持されるように、下部シャフト上に、下部の再成形ローラーに対して平行に取り付けられていて、再成形ローラー又は繊維リボンの横方向の誘導を確保する２つの協働駆動ガイドローラーが配されている。成形後ノズルによる再成形の間においては、成形後ノズルは加熱されており、製造する繊維リボンと同等の寸法を有する。

繊維リボンを冷却及び硬化させた後においては、これは０．０２〜５ｍｍ、好ましくは０．１５〜４ｍｍ、特に好ましくは０．２〜２ｍｍ、非常に特に好ましくは０．２５〜１．０ｍｍの厚さを有する。繊維リボンの幅は、好ましくは１〜４０ｍｍ、好ましくは２〜３０ｍｍ、特に好ましくは５〜２０ｍｍである。

更に、繊維リボンを冷却及び硬化させた後に、これを部分片に分割することができることが好ましい。これは、特に切断、レーザー処理、圧搾、鋸断、水噴射、屈曲、又はこれらの手段の組合せによって行うことができる。

しかしながら、更なる態様においては、まず分割工程を実施しないで、冷却及び硬化させた後に繊維リボンをエンドレスバンドとしてボビン上に巻き取ることもできる。この場合には、エンドレスバンドの分割は、更なる工程において、強化する成形物品に関して好適な長さで行う。

更なる好ましい態様においては、エンドレスバンドとして存在する繊維リボンを射出金型に連続的に供給し、繊維リボンを射出金型中に複数の領域で導入し、射出成形プロセスの後にのみエンドレスバンドの分割を行う。

射出金型中への繊維リボンの導入は、手動又は自動の両方で行うことができる。この目的のために、把持部、真空ノズル、又はピンを有する取扱いシステムを用いることができる。この取扱いシステムは、自動で、及び／又はコンピューター制御によって制御することができる。

更なる好ましい態様においては、工程（ｄ）において、射出金型を、接着剤の融点よりも２０Ｋ低い温度以上の温度、特に５０〜２００℃、好ましくは７０〜１８０℃、特に好ましくは９０〜１６０℃に加熱する。ここでは、接着剤と第２の熱可塑性ポリマーの組合せは、言及した金型温度において加工可能なように選択しなければならない。

工程（ｅ）においては、５〜３０Ｎ／ｃｍ^２、好ましくは１０〜２０Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによって、少なくとも１つの繊維リボンを少なくとも１つの温度制御された射出金型の壁部と接触させることができる。

繊維リボンの接着は、好ましくは構造化を行っていない金型の壁部上で行う。しかしながら、金型の壁部の接着を行う領域において、轍、溝、凹み、錐体などの形態の凹部のパターンの表面構造化を与えることも可能である。

更なる態様においては、含侵工程（ａ）と工程（ｂ）における接着剤の適用との間に更なる工程を与えることができ、この更なる工程においては、少なくとも２つの繊維リボンを結合させて積層体を形成する。ここでは、工程（ｂ）において、積層工程において製造された積層体の少なくとも１つの側面の上への接着剤の適用を行う。

本発明によれば、上記記載の方法にしたがって製造することができる強化成形物品が更に提供される。強化インサートの正確な固定に加えて、本成形物品は、最新技術において存在する解決手段を超える更なるプラスの特性を有する。而して、射出成形プロセスの完了後に成形物品の外壁上に残留する接着剤の層は、強化インサートの繊維の応力集中に対する保護を増加させる。更に、接着剤にＵＶ安定剤を加え、それによって、その下に配置されている強化インサートのマトリクスポリマーの層を、このマトリクスポリマーそれ自体の構成成分を変化させる必要なしに分解から保護することができる。更に、金型表面の好適な外形又は溝切りを選択することによって、成形物品上に残留している接着剤の層に構造化を与えることができる。したがって、強化インサートの位置においても特別な審美的又は触覚的な外観を与えることができ、これは他の方法では更なる表面機械加工工程が必要である。

上記に記載の強化成形物品は、自動車部品、特にシャーシ部品、構造部品、アームレスト、シートシェル、接続支柱、エンジンマウンティング、ファン、薄板材、内装部品、外装部品、変速装置部品、及び車輪リム；並びに工業用品及び消費財、特にレバー、加圧容器、工具部品、家庭用器具、衛生製品用部品、家具類、庭用器具、スポーツ器具、特に靴、弓、アイスピック、ラケット、自転車フレーム、ペダル、ヘルメット、及びプロテクターを製造するために用いられる。

本発明による主題は以下の実施例を参照してより詳細に説明するように拡張され、ここに示される具体的な態様に本主題を限定することは望まない。

用いる材料：
繊維リボン：
用いる繊維リボンを製造するために、７μｍのフィラメント直径及び１％のエポキシサイジングを有するToray社のエンドレス炭素繊維CF ROVING T700SC-12K-50Cを用いた。

含侵のために用いた第１のポリマーは、６２重量％のポリアミド６６、３２重量％のポリアミド６Ｉ／６Ｔ（６７／３３）、４重量％の耐衝撃性改良剤、及び２重量％の更なる添加剤を含んでいた。

繊維リボンは次の特性を有していた。

・伸び弾性率：４９，４００ＭＰａ；
・破断応力：７５０ＭＰａ；
・破断伸び：１．５％；
・繊維割合（質量）：３０％；
・繊維割合（体積）：２１％；
・密度：１．２８ｇ／ｃｍ^３；
・融点：２６０℃。

この試験に関しては、次の３つの寸法（長さ×幅×厚さ（ｍｍ））：５０×１０×０．３５、及び１００×１０×０．３５、並びに１６０×１０×０．３５；を有する繊維リボンを製造した。

接着剤：
接着剤Ａは、３７．６モル％のラクタム６、５０．２モル％のラクタム１２、１２．２モル％のアジピン酸、１２．２モル％のヘキサメチレンジアミンを含んでいた。その融点は１２５℃であった。

接着剤Ｂは、６０．０モル％のラクタム６、１０．０モル％のアジピン酸、２０．０モル％のセバシン酸、１０．０モル％のドデカン二酸、４０．０モル％のヘキサメチレンジアミンを含んでいた。その融点は１１０℃であった。

第２のポリマー／射出成形ポリマー：
オーバーモールドのために用いる第２のポリマーとして、次のものを試験のために用いた。

ポリマーＣ：３５重量％のポリアミド６６、１２重量％のポリアミド６Ｉ／６Ｔ（６７／３３）、５０重量％のガラス繊維、２重量％の耐衝撃性改良剤、及び１重量％の更なる添加剤を含む；
ポリマーＤ：２０重量％のテレフタル酸、８重量％のイソフタル酸、２０重量％のヘキサメチレンジアミン、５０重量％のガラス繊維、及び２重量％の更なる添加剤を含む；
試験片の製造／射出成形条件：
試験の試験片は、Arburg社の射出成形機Allrounder 370S上で射出成形した。スクリュー直径は２０ｍｍであり、スクリューノズルを有していた。型締め圧力は最大で７００ｋＮであった。標準的な３区画スクリューの可塑化を行った。

次の射出成形パラメーターを設定した。

試験：
ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ５２７にしたがう引張試験：
引張−伸び機（万能試験機Z100、製造者：Zwick/Roell）を用いて、ＤＩＮ−ＥＮ−ＩＳＯ５２７にしたがって試験片の引張り強さを測定した。射出成形試験片を用いたクランプの初期間隔は１１５ｍｍであった。横方向の速度は５ｍｍ／分であった。引張伸びの測定は２つの把持部を用いて行った。用いた試験片はＩＳＯ試験片標準試料のＩＳＯ／ＣＤ−３１６７、タイプＡ１、１７０×２０／１０×４ｍｍであった。その中に導入した繊維リボンの寸法は、１６０×１０×０．３５ｍｍ（Ｌ×Ｗ×Ｈ）であった。

引張剪断試験：
ＤＩＮ−５３２８３にしたがって、温度制御された表面上で接着強度の増加に関係する引張剪断試験を行った。ここでは、接着表面（［Ｌ×Ｗ］５０×１０／１００×１０ｍｍ）、接着剤のタイプ（接着剤Ａ、接着剤Ｂ）、接着剤の量（１５ｇ／ｍ^２、３０ｇ／ｍ^２、４０ｇ／ｍ^２）、及び表面温度（１２０℃／１４０℃）を変化させた。引き出し速度は１００ｍｍ／分であった。

変位の測定：
Leica M420マクロスコープ及びIM 100画像処理ソフトウエアを用いて変位の測定を行った。ここでは、繊維リボンを金型の射出側上のキャビティ中に接着した。変位を測定するために、射出ピンをゼロラインに関する参照点として設定した。射出成形プロセスの後、引張試験片上の射出ピンの凹みに対する繊維リボンの変位を測定した。

本発明による実施例は、接着剤によって導入された強化インサートによって、高い溶融体圧力にもかかわらず金型内でそれらの正確な配置が維持されることを示す。

したがって、本発明による実施例は、溶融体の影響下でそれらの位置が変位し、もはや力の流れを正しく伝達することができないＣＥ２における非固定インサートを有する成形物品よりも高い引張り強さを有する。更に、本発明による実施例の達成される引張り強さは、ＣＥ１における非強化成形物品よりも高い。

更に、実施例Ｅ１〜Ｅ７及びＥ９〜１１は、強化インサートの変位が大部分はμｍ範囲までであり、したがって最も正確な強化が可能であることを示す。更に、実施例Ｅ１〜Ｅ１１は、種々の境界条件下における接着剤による固定の好適性を示す。実施例Ｅ１〜Ｅ７は、約３０ｇ／ｍ^２の接着剤の適度な量によって最も低い変位値を達成することができることを示す。実施例Ｅ９〜Ｅ１０は、両側面上へ接着剤を適用した場合においても、高い引張り強さが達成され、したがって成形物品は層間剥離しないことを示す。

Claims (14)

1. （ａ）フィラメントを平面状に配列して形成されたエンドレスの粗紡糸に熱可塑性ポリマーの溶融体を含浸させて繊維リボンを形成し；
   （ｂ）含浸繊維リボン上に少なくとも１種類の接着剤を複数の領域で適用し、次に少なくとも１種類の接着剤を溶融し；
   （ｃ）繊維リボンを冷却及び硬化させ；
   （ｄ）射出金型を、接着剤の融点よりも２０Ｋ低い温度以上の温度に加熱し；
   （ｅ）少なくとも１つの繊維リボンを射出金型中に導入し、接着剤で被覆された繊維リボンの領域の少なくとも１つの部分を、少なくとも１つの温度制御された射出金型の壁部と接触させ；
   （ｆ）第２の熱可塑性ポリマーを金型中に射出成形し；
   （ｇ）射出金型から強化成形物品を取り出す；
   工程を含む、少なくとも１つの繊維リボンで強化された成形物品の製造方法。
2. 工程（ａ）における含浸中に用いる第１の熱可塑性ポリマーが、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、又は列記した材料の１以上の混合物からなる群から選択される、請求項１に記載の方法。
3. 工程（ｆ）における第２の熱可塑性ポリマーが、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリアクリレート、ポリカーボネート、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエステル、ポリエーテル、ポリスチレン、又は列記した材料の１以上の混合物からなる群から選択される、請求項１又は２のいずれかに記載の方法。
4. 含浸のために用いる第１の熱可塑性ポリマー及び／又はオーバーモールドのために用いる第２の熱可塑性ポリマーが、無機安定剤、有機安定剤、潤滑剤、消泡剤、連鎖延長添加剤、縮合触媒、光学増白剤、可塑剤、結合剤、ハロゲン含有難燃剤、ハロゲンフリー難燃剤、耐衝撃性改良剤、粒子状充填剤、染料、顔料、及び／又はこれらの混合物からなる群から選択される添加剤を含む、請求項２又は３に記載の方法。
5. 工程（ｂ）における少なくとも１種類の接着剤の適用を、粉末として散布するか、又は懸濁液を適用するか、或いは箔状又は糸状にロール塗布することによって行う、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
6. 少なくとも１種類の接着剤によって、繊維リボンの表面を、部分的又は完全に、不連続の点で、又は縞状、長方形状、ダイヤモンド状、円状、楕円状のような幾何的パターンで被覆する、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
7. 少なくとも１種類の接着剤がコポリアミド又はコポリエステルの群から選択される、請求項１〜６のいずれかに記載の方法。
8. コポリアミドが、ＩＳＯ−１１３５７にしたがって７０℃〜１６０℃の範囲の融点、及び／又はＩＳＯ−１１３３にしたがって５０〜３，０００Ｐａ・秒の１６０℃及び２．１６ｋｇの荷重における溶融粘度を有し；及び／又は、コポリエステルが、ＩＳＯ−１１３５７にしたがって８０℃〜１８０℃の範囲の融点、及び／又はＩＳＯ−１１３３にしたがって５０〜１，５００Ｐａ・秒の１６０℃及び２．１６ｋｇの荷重における溶融粘度を有する、請求項７に記載の方法。
9. 少なくとも１種類の接着剤の被覆、層厚さ、形態、及び接着能力を接着剤の適用量によって調節する、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
10. 工程（ｂ）の前又は後に繊維リボンの再成形を行う、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
11. 工程（ｅ）において、射出金型を、接着剤の融点よりも２０Ｋ低い温度以上の温度、に加熱する、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
12. 工程（ｅ）において、５〜３０Ｎ／ｃｍ^２の圧力を加えることによって、少なくとも１つの繊維リボンを少なくとも１つの温度制御された射出金型の壁部と接触させる、請求項１〜１１のいずれかに記載の方法。
13. 粗紡糸が、炭素繊維、天然繊維、ガラス繊維、無機繊維、及びアラミド繊維からなる群から選択されるエンドレス繊維から構成される、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
14. 含浸工程（ａ）と工程（ｂ）における接着剤の適用との間において、更なる装置内において少なくとも２つの繊維リボンを結合させて積層体を形成し、工程（ｂ）において、積層体の少なくとも１つの側面上に接着剤を適用する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。