JP6857165B2 - 熱可塑性安定化材料を有する広幅物のリサイクリング - Google Patents

Description

本出願は、概して、スクラップ広幅物のリサイクリングに関し、具体的には、熱可塑性安定化材料を含んでいるスクラップ広幅物のリサイクリングに関する。

広幅物は、一緒に束ねられてトウ（ｔｏｗ）、又は（ねじられたというよりもむしろ）「平らにされた」糸（ｙａｒｎ）を形成する複数の個々の繊維又は繊維状物（ｆｉｌａｍｅｎｔｓ）を有する、広範で様々な素材及び他の材料を含む。例えば、いくつかの場合において、トウは、望ましい用途に応じて、３，０００、６，０００、１２，０００、又は２４，０００の繊維又は繊維状物の束を含む。次に、複数のトウは、頻繁に一緒に織られて強化繊維のシートを形成する。

広幅物のカテゴリーの一実施例は、炭素繊維又は繊維ガラスなどの繊維強化樹脂マトリックス複合材料であり、それらは、航空機の製造を含んだ様々な用途において使用され得る。いくつかの場合において、そのような繊維強化樹脂マトリックス複合材料は、（素材又は一方向性材料としての）乾燥した構造的強化繊維を、型に配置し、固定し、当該型の中へ樹脂マトリックスを注入し又は満たし、当該樹脂マトリックスを硬化して複合材料を固めることにより形成される。乾燥した繊維は、強化繊維の中へ熱可塑性物質を縫い付け、ホチキスで止め、又は織り込むことにより、又は繊維の層の間に熱可塑性のベール若しくはスクリムを中間層を形成するように入れることにより、位置に固定され得る。（例えば、ベールやスクリムを繊維のシートにエレクトロスピニングすることにより）熱可塑性物質が繊維に付加される場合には、当該熱可塑性物質は、樹脂含浸及び硬化の工程に対して、繊維の位置をトウレベルにおいて安定化させる。

所定の複合材料部品の製造の間において、プライの切り出し物などの望ましい断片は、１以上の素材の完全なシートから頻繁に切り出され、新しいプライに対して小さ過ぎるか、又は正しくない寸法及び繊維の配向を有しているので、使用することができないスクラップ断片を置き去りにする。たとえそうであっても、複合材料のスクラップ断片はしばしば、完成部品においては使用することができないが、価値のある強化繊維を含んでいる。しかしながら、熱可塑性のベール又はスクリムの使用は、熱可塑性物質を含んでいる強化繊維がしばしば、リサイクルされるよりはむしろ捨てられているという点において、スクラップ素材における強化繊維の回収及びリサイクリングの困難さを増す。例えば、スクラップ材料が断片に切り出される場合、個々の繊維は頻繁に素材の中のトウから引き離される傾向がある。結果として、大きなスクラップ素材断片は、ほころんで不安定になる傾向があり、小さなスクラップ素材断片は、個々の繊維へと粉々になる傾向がある。繊維から熱可塑性物質を除去しようとする試みは、概して、時間又は費用的に効率がよくない。

熱可塑性物質が使用されない場合でさえ、繊維の配置及び構造が失われているので、リサイクルされて乾燥した強化繊維はしばしば、低付加価値の用途においてのみ使用される。例えば、乾燥した強化繊維は、ランダム繊維注入成形コンパウンドへとリサイクルされるか、又は粉砕されて非常に短い繊維強化材にされる。

本出願は、既知のリサイクリングの解決法における上述した課題に対処する、様々なシステム及び方法を開示する。

一態様において、広幅物材料をフレーク状の供給材料へとリサイクリングする方法が開示される。広幅物材料は、強化繊維及び熱可塑性材料を含んでいる。方法は、広幅物材料に熱及び圧力を適用して、繊維状物のレベルにおいて強化繊維を熱可塑性材料で含浸し、含浸された繊維材料を形成することを含む。方法はさらに、含浸された繊維材料を冷却すること、及び冷却された含浸された繊維材料をフレークへと切断して、フレーク状の供給材料を生み出すことを含む。

広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備えることができる。繊維状物のレベルにおいて強化繊維を含浸することは、強化繊維の繊維状物の間に、熱可塑性材料を埋め込むことを含む。熱を適用することは、赤外線加熱、伝導加熱、又は対流加熱により加熱することを含む。冷却された含浸された繊維材料を切断することは、切り裂くこと又は切り刻むことを含む。方法はさらに、乾燥した繊維に熱可塑性材料を付加することを含む。方法はさらに、フレークを分別して、実質的に一様なフレーク状の供給材料のアウトプットを生み出すことを含む。方法はさらに、フレーク状の供給材料を混ぜ合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すことを含む。方法はさらに、フレーク状の供給材料を熱硬化性樹脂と混合して、バルク成形コンパウンドを生み出すことを含む。方法はさらに、フレーク状の供給材料を、キャリアの上で移動している細工された（ｄｏｃｔｏｒｅｄ）樹脂フィルムの上にちりばめること、並びに熱及び圧力の適用により、フレーク状の供給材料を、細工された樹脂フィルムに含浸させて、シート成形コンパウンドを生み出すことを含む。

別の態様において、強化繊維及び熱可塑性材料を含む広幅物材料を収集するように構成されるアキュムレータを備えるシステムが提供される。システムはさらに、アキュムレータと連通し、繊維状物のレベルにおいて熱可塑性材料を広幅物材料の強化繊維に含浸させて、含浸された繊維材料を形成するように構成されるコンソリデータを備える。システムはさらに、コンソリデータと連通し、含浸された繊維材料を実質的に一様なフレークへと切断するように構成されるチョッパーを備える。

システムはさらに、アキュムレータと連通し、熱可塑性バインダーを広幅物材料へと適用するように構成される、粉末バインダーアプリケータ、液体バインダーアプリケータ、又はフィルムバインダーアプリケータを備える。システムはさらに、チョッパーと連通し、含浸された繊維材料のフレークを１以上の付加されるコンパウンド材料と組み合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すように構成されるコンバイナを備える。付加されるコンパウンド材料は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を備える。システムはさらに、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドのペレットを押し出すように構成される押出成形機を備える。

別の態様において、リサイクルされた広幅物材料の複数の実質的に一様なフレークを備える、リサイクルされた供給材料が提供される。広幅物材料は、一緒に束ねられてトウを形成する複数の個々の繊維状物を有する。各々のフレークは、複数の強化繊維、及び繊維状物のレベルにおいて強化繊維の内部に含浸された熱可塑性材料を備える。

リサイクルされた広幅物材料の各々のフレークは、約１インチ以下の最大寸法を有する。広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備えることができる。フレークは、正方形、長方形、三角形、平行四辺形、又は円形を備える。熱可塑性物質は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を備える。

図１は、熱可塑性安定化材料を有するスクラップ広幅物のリサイクリングに対する、適切なリサイクリングシステムの一実施例を示している。 図２は、熱可塑性安定化材料を有するスクラップ広幅物のリサイクリングに対する、例示的方法の流れ図を示している。 図３は、航空機の生産及び保守の手順の流れ図を示している。 図４は、航空機のブロック図を示している。

様々な図面における類似の参照番号及び指定は、類似の要素を指し示している。

後述の詳細な説明では、本出願の一部を形成する添付図面を参照し、これらの添付図面は、本発明が実施され得る特定の実施形態を説明することをのみを目的として示されている。これらの実施形態は、当業者が本開示を実施するために十分に詳細に記載されており、他の実施形態が利用可能であること、本開示の精神及び範囲から逸脱せずに、様々な変更を加えることができることが分かるであろう。したがって、以下の詳細な説明は、限定的な意味を持たない。

図１は、本出願による、熱可塑性安定化材料を有するスクラップ広幅物のリサイクリングに対する、適切なリサイクリングシステム１００の一実施例を示している。スクラップ広幅物は、航空機製造工程などの以前の工程段階の間においては、捨てられてきた。

図１に示される実施例において、システム１００は、コレクター１１５の中へスクラップ材料１１０を収集するように構成されるアキュムレータ１０５を備える。アキュムレータ１０５は、図解される実施例の中ではコンベヤーベルトとして示されているが、当該アキュムレータ１０５は、例えば、傾斜台、分類装置、ロボット機構などの広範で様々な他の適切な要素を含む。それに加えて、スクラップ材料１１０は、バスケット又は容器の中に収集される数多くの離散した断片として示されているが、他の実施例においては、スクラップ材料１１０は、材料の単一のシートであり、コレクター１１５は、スクラップ材料１１０のシートが巻かれるロールを備える。

スクラップ材料１１０は、リサイクルされることが望ましい任意の適切な広幅物を備える。上述したように、広幅物は、一緒に束ねられてトウを形成する複数の個々の繊維又は繊維状物を有する、広範で様々な素材又は他の材料を含む。多くの場合、スクラップ材料１１０は、トウを安定化させるために、ベール又はスクリムなどの熱可塑性安定化材料を含む。熱可塑性安定化材料は、例えば、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）などの任意の適切な熱可塑性物質を備える。いくつかの場合において、スクラップ材料１１０は、ナイロンベールを伴った、炭素繊維又は繊維ガラスなどの、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備える。

再び図１を参照すると、アキュムレータ１０５のアウトプットは、随意の粉末及び／又は液体のバインダーアプリケータ１２５及び／又は随意のフィルムバインダーアプリケータ１３０を備える、随意のアプライヤー１２０の中へ送り込まれる。粉末及び／又は液体のバインダーアプリケータ１２５は、もし必要であるならば、粉末の熱可塑性バインダー物質及び／又は液体の熱硬化性バインダー物質を、スクラップ材料１１０に適用する任意の適切な装置を備える。例えば、いくつかの場合において、粉末及び／又は液体のバインダーアプリケータ１２５は、タンブルブレンダー（ｔｕｍｂｌｅ ｂｌｅｎｄｅｒ）、シフター液体カーテンアプリケータ（ｓｉｆｔｅｒ ｌｉｑｕｉｄ ｃｕｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）、及び／又は粉末カーテンアプリケータ（ｐｏｗｄｅｒ ｃｕｒｔａｉｎ ａｐｐｌｉｃａｔｏｒ）を備える。それに加えて、フィルムバインダーアプリケータ１３０は、もし必要であるならば、熱可塑性ベール又はスクリムなどの熱可塑性バインダーフィルムを、スクラップ材料１１０に適用する任意の適切な装置を備える。例えば、いくつかの場合において、フィルムバインダーアプリケータ１３０は、テンション制御の引き取りロールを備える。上述したように、アプライヤー１２０は随意のものであり、殊に、スクラップ材料１１０が既に熱可塑性安定化材料を含んでいる場合には、リサイクリングシステム１００全体から省略可能である。

随意のアプライヤー１２０（もし、存在しているなら）は、ベール又はスクリムなどの熱可塑性物質でスクラップ材料を含浸するように構成される、コンソリデータ１３５と連通している。いくつかの場合において、コンソリデータ１３５は、他の実施例の中から、加熱されたニップローラ（ｎｉｐ ｒｏｌｌｅｒｓ）、カレンダー機械（ｃａｌｅｎｄａｒｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ）、加熱されたベルト（ｈｅａｔｅｄ ｂｅｌｔｓ）、オートクレーブ（ａｕｔｏｃｌａｖｅ）、又は加熱圧搾機（ｈｏｔ ｐｒｅｓｓ）を備えることができる。作動時において、コンソリデータ１３５は、熱可塑性物質を溶かし、繊維状物のレベルにおいて当該熱可塑性物質をスクラップ材料１１０の中へ含浸し、それは熱可塑性物質がスクラップ材料１１０の個々の繊維状物又は繊維の間を貫くことを意味する。それゆえ、コンソリデータ１３５のアウトプットは、引き続き行われる工程に対して安定な繊維状物を有する、含浸されたスクラップ材料１４０を備える。

図１で示される実施例では、この含浸されたスクラップ材料１４０は、当該含浸されたスクラップ材料１４０を、実質的に一様な粒子又はフレーク１５０へと切断するように構成される、チョッパー１４５へと送り込まれる。例えば、チョッパー１４５は、１以上のプライ切断機、ロータリースリッター（ｒｏｔａｒｙ ｓｌｉｔｔｅｒｓ）、ロータリーチョッパー、及び／又はギロチンチョッパー、並びに一定の望ましいフレーク形状を獲得するそのような装置の組み合わせを備える。含浸されたスクラップ材料１４０のフレーク１５０は、正方形、長方形、三角形、平行四辺形、円形、又は任意の他の望ましい形状を有する。含浸されたスクラップ材料１４０は、繊維状物のレベルで埋め込まれた熱可塑性物質を含むので、当該含浸されたスクラップ材料１４０のフレーク１５０は、繊維状物のレベルで含浸された熱可塑性物質がない場合に可能なものよりも、小さく切断することができて有利である。この特性は、有利なことに、フレーク１５０及び付加されるコンパウンド材料を混ぜ合わせることが可能な程度に十分小さい、最大寸法、又は繊維長さにおいて、フレーク１５０が切断されることを許容する。例えば、いくつかの場合において、各々のフレーク１５０は、約１インチ以下の最大繊維長さを有する。熱可塑性物質及び／又は付加的なバインダーが、繊維状物のレベルで含浸されなければ、このサイズにおいてフレーク１５０は、引き続き行われる工程及び処理の間に粉々になる。

チョッパー１４５は、含浸されたスクラップ材料１４０を、（もし、必要であれば）混ぜ合わせのために付加されるコンパウンド材料１６０に、組み合わせるように構成される、随意のコンバイナ１５５と連通している。コンバイナ１５５は、例えば、１以上のホッパー（ｈｏｐｐｅｒ）、計量スクリューフィーダー（ｍｅｔｅｒｅｄ ｓｃｒｅｗ ｆｅｅｄｅｒｓ）、及び／又はタンブルブレンダーなどの、任意の適切な材料ミキサー又はブレンダーを備える。例えば、付加されるコンパウンド材料１６０は、混ぜ合わせのための熱可塑性ペレット、顔料若しくは着色料、又は他の摩耗のための添加物、難燃性物質、又は様々な他の特性を改良するための物質を備える。例えば、いくつかの場合において、付加されるコンパウンド材料１６０は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を備える。選択されたコンパウンド材料１６０はしばしば、コンバイナ１５５に付加される前に予め混合される。

図１に示されるように、随意のコンバイナ１５５は、必要であれば、組み合わされた含浸されたスクラップ材料１４０のフレーク１５０及び付加されたコンパウンド材料１６０について、混ぜ合わせ工程を実行するように構成される、随意の押出成形機１６５と連通している。含浸されたスクラップ材料１４０がコンパウンド材料と混ぜ合わされる場合、フレーク１５０とコンパウンド材料とは概して、成形コンパウンドペレット１７０を生み出す押出成形機１６５を通過するまでだけは一緒に残っている。押出成形機１６５は、例えば、１軸押出成形機又は２軸押出成形機などの、任意の適切な押し出し成形装置を備える。押出成形機１６５は、フレーク１５０のサイズ及び使用される個別の熱可塑性物質などの、様々な要因に基づいて選択される。混ぜ合わせ工程は、例えば、リサイクルされた炭素繊維ナイロン成形コンパウンドなどの、任意の適切な熱可塑性成形コンパウンドのペレット１７０を生み出す。次に、成形コンパウンドペレット１７０は、当業者にはよく知られた技術を使用して成形される部品を生み出すために使用される。

代替的な実施例において、随意のコンバイナ１５５は、バッチ工程又は連続工程のどちらかにおいて、含浸されたスクラップ材料１４０のフレーク１５０を、粉末、固体、及び／又は液体の熱硬化性樹脂（例えば、エポキシ、ポリエステル、又はシアン酸エステル）へと送り出すように構成される、ホッパー及びフィーダーを備える。バッチ工程の場合において、フレーク１５０及び粉末、固体、及び／又は液体の熱硬化性樹脂は、混合室に加えられ、熱を加えられるか加えられないかして混合され、バルク成形コンパウンドをもたらす。連続工程の場合、キャリアの上で移動している樹脂フィルムの層の上にフレーク１５０をちりばめ、次に熱及び圧力の適用によりフレーク１５０を含浸し、シート成形コンパウンドを生み出す。

図２は、本出願による、熱可塑性安定化材料を有するスクラップ広幅物のリサイクリングに対する、例示的方法２００の流れ図を示している。図２で示される実施例では、方法２００は、スクラップ材料が収集される第１のステップ２０５において始まる。このステップ２０５は、例えば、図１に示されるアキュムレータ１０５などの、任意の適切な装置を使用して遂行される。上述したように、多くの場合において、初めのスクラップ材料は、例えば、ポリアミドベールを伴った炭素繊維素材などの、トウを安定化させるために存在する熱可塑性材料を有する、任意の適切な広幅物又は強化材料を備える。それに加えて、初めのスクラップ材料は、熱可塑性又は熱硬化性材料が、リサイクリングの過程を容易にするためのバインダーとして加えられ得る、任意の適切な広幅物又は強化材料を備える。１つの具体的な実施例において、初めのスクラップ材料は、トウレベルの安定化物質として約１５重量パーセントの熱可塑性物質を含んでいる、高強度航空宇宙程度の材料を備える。

再び図２を参照すると、随意の次のステップ２１０において、もし必要ならば、バインダー物質としてスクラップ材料に熱可塑性物質が加えられる。このステップ２１０は、スクラップ材料の表面の上に、実質的に一様に、熱可塑性バインダーをまき散らす、任意の適切な方法を使用して遂行される。例えば、いくつかの場合において、熱可塑性バインダーは、シフティング（ｓｉｆｔｉｎｇ）、カーテン計測（ｃｕｒｔａｉｎ ｍｅｔｅｒｉｎｇ）、スプレイ（ｓｐｒａｙｉｎｇ）、又はさもなければスクラップ材料の表面の上に、実質的に一様にバインダーをまき散らすことにより、スクラップ材料に付加され得る、１以上の粉末、液体、及び／又はフィルムのバインダーを備える。

次のステップ２１５において、熱可塑性物質は、溶融されて、繊維状物又は繊維のレベルにおいて、スクラップ材料中に含浸される。このステップ２１５は、熱可塑性物質をスクラップ材料の中に押し込み、当該熱可塑性物質を繊維状物のレベルにおいて安定化させるために、選択された時間の間において、スクラップ材料に熱を加え圧力を適用することにより遂行される。熱は、例えば、赤外線加熱、伝導加熱、又は対流加熱などの、任意の適切な加熱方法を使用して適用される。熱可塑性物質の含浸を完了させるために選択される温度及び圧力は、例えば、（ａ）熱可塑性物質の形成（例えば、ベール、スクリム、粉末など）、（ｂ）熱可塑性物質の特性（例えば、溶融温度、粘性、レオロジー挙動など）、及び（ｃ）スクラップ材料の特性（例えば、作りの締め付け具合など）の様々な要因に応じて変化する。

概して、溶けて含浸するステップの間に選択される温度及び圧力は、熱可塑性物質の粘性が十分に減少され、当該熱可塑性物質がスクラップ材料の繊維の中へ流れることを許容する程度に十分に高く選ばれる。いくつかの場合において、例えば、ポリアミドバインダーに対して、選択される温度は華氏約３５０度以上かつ華氏約４５０度以下の範囲内に含まれ、選択される圧力は約１０ポンド平方インチ以上かつ約１００ポンド平方インチ以下の範囲内に含まれる。１つの具体的な実施例として、ナイロンベールを伴った炭素繊維素材は、望ましい溶融含浸を獲得するために、約１０秒の間において、約１０ポンド平方インチの圧力において、華氏約４００度の温度まで加熱される。当業者は、関係する材料の特性に基づいて、適切な温度及び圧力、並びに適切な時間の間を選択する方法を理解することができるだろう。

再び図２を参照すると、次のステップ２２０において、含浸されたスクラップ材料は、室温などの選択された温度まで冷却される。いくつかの場合において、この冷却ステップ２２０は、単に、含浸されたスクラップ材料が望ましい温度に到達するまで、当該含浸されたスクラップ材料が休むことを許容することにより遂行され得る。他の場合において、冷却工程は、１以上ファン及び／又は他の適切な冷却システム若しくは方法を伴って、加速され得る。

次のステップ２２５において、含浸されたスクラップ材料は、複数の粒子又はフレークへと切断される。いくつかの場合において、この切断ステップ２２５は、ロータリーチョッパー若しくは任意の他の適切な切断装置又は装置の組み合わせを使用して、含浸されたスクラップ材料を切り裂いて切り刻む。

次のステップ２３０において、含浸スクラップ材料のフレークは、再資源業者により決定される、望ましいフレークのサイズから外れ、受け入れ可能な変動の範囲内に入らない、大きなもの又は細かいものを除外するように分別される。分別ステップ２３０は、当業者によく知られている様々なシステム及び方法を使用して遂行され得る。結果として、分別ステップ２３０の後に、残っているフレークは、サイズにおいて実質的に一様である。

随意の次のステップ２３５において、もし必要であれば、混ぜ合わせ工程は、含浸されたスクラップ材料及び１以上のコンパウンド材料から、リサイクルされた成形コンパウンドを生み出すように実行される。この混ぜ合わせ工程は、例えば、図１に示される押出成形機１６５などの、任意の適切な装置を使用して遂行される。いくつかの場合において、リサイクルされた成形コンパウンドは、例えば、リサイクルされた炭素繊維ナイロン成形コンパウンドなどの、熱可塑性成形コンパウンドを備える。これもまた随意である最後のステップ２４０において、当業者によく知られている技術を使用して、リサイクルされた成形コンパウンドから１以上の部品が成形され得る。

以下の表１は、市販の利用可能な材料を伴って製作された炭素繊維ポリアミド成形コンパウンド（コラムＡ）と、本出願において説明されるシステム及び方法を使用して作られたリサイクルされた炭素繊維材料（コラムＢ）との間の比較を示している。両方の材料は、３０重量パーセントの炭素繊維を伴って強化されたナイロン６／１２である。

市販の利用可能な材料は、ミネソタ州ウィノーナのＲＴＰ会社により製造されたＲＴＰ２８５Ｄであった。ＲＴＰ２８５Ｄを伴って作られた成形コンパウンドの以下のパラメータは、ＲＴＰ会社により測定され、下の表１のコラムＡの欄に記録された。すなわち、引張強度、引張係数、伸長、曲げ強度、曲げ弾性率、ノッチ付き衝撃強さ、ノッチなし衝撃強さ、比重、体積抵抗率、及び表面抵抗率である。

リサイクルされた炭素繊維材料は、約３０分間にわたり、約８５ポンド平方インチの圧力下で、華氏約４００度の温度において、ナイロンベールを炭素繊維素材の強化繊維へと溶融含浸することにより製作された。その後、含浸されたスクラップ材料は、約１／４インチ平方の最大寸法、又は繊維長さを有するフレークへと切断された。その後、含浸されたスクラップ材料のフレークは、コンパウンド材料と混ぜ合わされて、リサイクルされた炭素繊維ナイロン成形コンパウンドを形成した。その後、リサイクルされた炭素繊維ナイロン成形コンパウンドの同じパラメータは、ＲＴＰ会社により測定され、下の表１のコラムＢの欄に記録された。

表１において記録された結果により表されるように、リサイクルされた材料は、測定されたパラメータの各々に関して、市販の利用可能な材料と同等であるか又はそれ以上に改良されている。したがって、本出願において開示されたシステム及び方法は、有利なことに、熱可塑性安定化材料を有するスクラップ広幅物の大きなスケールでのリサイクリング及びリユースを可能にする。

以前に、材料をトウレベルにおいて強化する熱可塑性ベール又はスクリムの存在は、熱可塑性物質を機械的に除去することが困難なため、リサイクリングの労力の妨げになると考えられてきた。しかしながら、本出願のシステム及び方法を使用することにより、リサイクリングの過程の一部として熱可塑性物質を除去することは、必要のないものとなった。反対に、熱可塑性物質は、スクラップ材料の強化繊維の間で加熱され圧力を加えられて、当該強化繊維をトウレベルにおいてというよりはむしろ繊維状物のレベルにおいて結合する。乾燥した繊維がリサイクルされる場合、熱可塑性物質を繊維に加えることができ、その後、加熱され圧力を加えられて含浸された材料を形成する。その後、含浸された材料は、新しいコンパウンドの要素を生産するための供給材料として使用され得る、比較的小さなフレーク又は小粒状物へと切断され得る。

図３、図４を参照すると、本出願のシステム及び方法は、図３に示される航空機の製造及び保守方法３００、及び図４に示される航空機３０２の文脈において履行され得る。製造前の段階では、例示的な方法３００は、航空機３０２の仕様及び設計３０４と、材料調達３０６とを含むことができる。製造段階では、航空機３０２の要素及びサブアセンブリの製造３０８と、システムインテグレーション３１０とが行われる。その後、航空機３０２は認可及び納品３１２を経て運航３１４に供される。航空会社などの顧客により運航３１４される間に、航空機３０２は定期的な整備及び保守３１６（改造、再構成、改修なども含みうる）を受ける。

方法３００の各々の過程は、システムインテグレーター、第三者、及び／又はオペレーター（例えば顧客）により実行又は遂行される。本説明の目的のために、システムインテグレーターは、限定しないが、任意の数の航空機製造者、及び主要システムの下請業者を含んでもよく、第三者は、限定しないが、任意の数のベンダー、下請業者、及び供給業者を含んでもよく、オペレーターは、航空会社、リース会社、軍事団体、サービス機関などであってもよい。

図４に示されるように、例示的方法３００により生産された航空機３０２は、複数のシステム３２０及び内装３２２を伴った機体３１８を含むことができる。高レベルのシステム３２０の実施例には、推進システム３２４、電気システム３２６、油圧システム３２８、及び環境システム３３０のうちの１以上が含まれる。任意の数の他のシステムが含まれてもよい。航空宇宙産業の実施例を示したが、開示された実施形態の原理は、自動車産業などの他の産業に提供することもできる。

本明細書の中において具現化された装置と方法は、生産及び保守方法３００の任意の１以上の段階で採用することができる。例えば、生産プロセス３０８に対応する要素又はサブアセンブリは、航空機３０２の運航３１４中に生産される要素又はサブアセンブリと同様の方法で製作又は製造されてもよい。また、１以上の装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせは、例えば、航空機３０２のアセンブルを実質的に効率化するか、又は航空機３０２のコストを削減することにより、生産段階３０８及び３１０の間に利用することができる。同様に、装置の実施形態、方法の実施形態、又はそれらの組み合わせのうちの１以上を、航空機３０２の運航３１４中に、例えば、限定しないが、整備及び保守３１６に利用することができる。

本開示は特定の好ましい構成の観点から記載されてきたが、本明細書の中で説明された特徴及び利点のすべてを提供しない構成を含んだ、当業者に明らかな他の構成もまた本開示の範囲内に含まれる。したがって、本開示の範囲は、特許請求の範囲とその等価物のみを基準に規定される。

条項１
広幅物材料をフレーク状の供給材料へとリサイクリングする方法であって、前記広幅物材料は強化繊維及び熱可塑性材料を含み、前記方法は、
熱及び圧力を前記広幅物材料に適用して前記熱可塑性材料で繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維を含浸し、含浸された繊維材料を形成することと、
前記含浸された繊維材料を冷却することと、
前記冷却された前記含浸された繊維材料を、フレークへと切断し前記フレーク状の供給材料を生産することとを含む、方法。

条項２
前記広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備える、条項１に記載の方法。

条項３
前記繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維を含浸することは、前記強化繊維の繊維状物の間に、前記熱可塑性材料を埋め込むことを含む、条項１に記載の方法。

条項４
乾燥した繊維に前記熱可塑性材料を付加することをさらに含む、条項１から３のいずれか一項に記載の方法。

条項５
前記熱を適用することは、赤外線加熱、伝導加熱、又は対流加熱により加熱することを含む、条項１に記載の方法。

条項６
前記熱及び圧力を適用することは、先ず熱を適用してその後に圧力を適用することを含む、条項１に記載の方法。

条項７
前記フレークを分別して、実質的に一様なフレーク状の供給材料のアウトプットを生み出すことをさらに含む、条項１から６のいずれか一項に記載の方法。

条項８
前記冷却された前記含浸された繊維材料を切断することは、切り裂くこと又は切り刻むことを含む、条項１に記載の方法。

条項９
前記フレーク状の供給材料及び付加されるコンパウンド材料を混ぜ合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すことをさらに含む、条項１から８のいずれか一項に記載の方法。

条項１０
前記フレーク状の供給材料を熱硬化性樹脂と混合して、バルク成形コンパウンドを生み出すことをさらに含む、条項１から９のいずれか一項に記載の方法。

条項１１
前記フレーク状の供給材料をキャリアの上で移動している細工された樹脂フィルムの上にちりばめること、並びに熱及び圧力の適用により前記フレーク状の供給材料を前記細工された樹脂フィルム中に含浸して、シート成形コンパウンドを生み出すことをさらに含む、条項１から１０のいずれか一項に記載の方法。

条項１２
強化繊維及び熱可塑性材料を含む広幅物材料を収集するように構成されるアキュムレータと、
前記アキュムレータと連通し、前記熱可塑性材料で繊維状物のレベルにおいて前記広幅物材料の前記強化繊維を含浸して、含浸された繊維材料を形成するように構成されるコンソリデータと、
前記コンソリデータと連通し、前記含浸された繊維材料を実質的に一様なフレークへと切断するように構成されるチョッパーとを備える、システム。

条項１３
前記アキュムレータと連通し、熱可塑性バインダーを前記広幅物材料へ適用するように構成される、粉末バインダーアプリケータ、液体バインダーアプリケータ、又はフィルムバインダーアプリケータをさらに備える、条項１２に記載のシステム。

条項１４
前記チョッパーと連通し、前記含浸された繊維材料の前記フレークを１以上の付加されるコンパウンド材料と組み合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すように構成される、コンバイナをさらに備える、条項１２又は１３に記載のシステム。

条項１５
前記付加されるコンパウンド材料は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を備える、条項１４に記載のシステム。

条項１６
前記熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドのペレットを押し出すように構成される、押出成形機をさらに備える、条項１４に記載のシステム。

条項１７
リサイクルされた広幅物材料の複数の実質的に一様なフレークを備え、
前記広幅物材料は、一緒に束ねられてトウを形成する複数の個々の繊維状物を有し、
前記フレークの各々は、複数の強化繊維、及び繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維の内部に含浸された熱可塑性材料を備える、リサイクルされた供給材料。

条項１８
前記リサイクルされた広幅物材料の前記フレークの各々は、約１インチ以下の最大寸法を有する、条項１７に記載のリサイクルされた供給材料。

条項１９
前記広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備える、条項１７に記載のリサイクルされた供給材料。

条項２０
前記フレークは、正方形、長方形、三角形、平行四辺形、又は円形を備える、条項１７に記載のリサイクルされた供給材料。

条項２１
前記熱可塑性物質は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、又はポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）を備える、条項１７に記載のリサイクルされた供給材料。
また、さらに本願は以下に記載する態様を含む。
（態様１）
広幅物材料をフレーク状の供給材料へとリサイクリングする方法であって、前記広幅物材料は強化繊維及び熱可塑性材料を含み、前記方法は、
前記広幅物材料に熱及び圧力を適用して繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維を前記熱可塑性材料で含浸し、含浸された繊維材料を形成すること（ステップ２１５）と、
前記含浸された繊維材料を冷却すること（ステップ２２０）と、
前記冷却された前記含浸された繊維材料をフレークへと切断し、前記フレーク状の供給材料を生産すること（ステップ２２５）と
を含む方法。
（態様２）
前記広幅物材料は繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備える、態様１に記載の方法。
（態様３）
前記繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維を含浸することは、前記強化繊維の繊維状物の間に前記熱可塑性材料を埋め込むことを含む、態様１に記載の方法。
（態様４）
乾燥した繊維に前記熱可塑性材料を付加することをさらに含む、態様１から３のいずれか一項に記載の方法。
（態様５）
前記熱及び圧力を適用することは、先ず熱を適用してその後に圧力を適用することを含む、態様１に記載の方法。
（態様６）
前記フレークを分別して、実質的に一様なフレーク状の供給材料のアウトプットを生み出すこと（ステップ２３０）をさらに含む、態様１から５のいずれか一項に記載の方法。
（態様７）
前記フレーク状の供給材料を混ぜ合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すこと（ステップ２３５）をさらに含む、態様１から６のいずれか一項に記載の方法。
（態様８）
前記フレーク状の供給材料を熱硬化性樹脂と混合して、バルク成形コンパウンドを生み出すこと（ステップ２４０）をさらに含む、態様１から６のいずれか一項に記載の方法。
（態様９）
前記フレーク状の供給材料を、キャリアの上で移動している細工された樹脂フィルムの上にちりばめることと、
熱及び圧力の適用により、前記フレーク状の供給材料を前記細工された樹脂フィルム中に含浸して、シート成形コンパウンドを生み出すことと
をさらに含む、態様１から６のいずれか一項に記載の方法。
（態様１０）
強化繊維及び熱可塑性材料を含む広幅物材料（１１０）を収集するように構成されるアキュムレータ（１０５）と、
前記アキュムレータ（１０５）と連通し、繊維状物のレベルにおいて前記熱可塑性材料を前記広幅物材料の前記強化繊維中に含浸して、含浸された繊維材料（１４０）を形成するように構成されるコンソリデータ（１３５）と、
前記コンソリデータ（１３５）と連通し、前記含浸された繊維材料（１４０）を実質的に一様なフレーク（１５０）へと切断するように構成されるチョッパー（１４５）と
を備えるシステム。
（態様１１）
前記アキュムレータ（１０５）と連通し、熱可塑性バインダーを前記広幅物材料（１１０）へ適用するように構成される粉末バインダーアプリケータ（１２５）、液体バインダーアプリケータ（１２５）、又は随意のフィルムバインダーアプリケータ（１３０）をさらに備える態様１０に記載のシステム。
（態様１２）
前記チョッパー（１４５）と連通し、前記含浸された繊維材料（１４０）の前記フレークを１以上の付加されるコンパウンド材料（１６０）と組み合わせて、熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを生み出すように構成されるコンバイナ（１６５）をさらに備える態様１０又は１１に記載のシステム。
（態様１３）
前記熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドのペレット（１７０）を押し出すように構成される押出成形機（１６５）をさらに備える態様１２に記載のシステム。
（態様１４）
リサイクルされた広幅物材料（１１０）の複数の実質的に一様なフレーク（１５０）を備えるリサイクルされた供給材料であって、
前記広幅物材料は繊維強化樹脂マトリックス複合材料を備え、
前記広幅物材料は、一緒に束ねられてトウを形成する複数の個々の繊維状物を有し、
前記フレークの各々は、複数の強化繊維、及び繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維の内部に含浸された熱可塑性材料を備える、
リサイクルされた供給材料。
（態様１５）
前記リサイクルされた広幅物材料（１１０）の前記フレーク（１５０）の各々は、１インチ以下の最大寸法を有する、態様１４に記載のリサイクルされた供給材料。

１００ リサイクリングシステム
１０５ アキュムレータ
１１０ スクラップ材料
１１５ コレクター
１２０ アプライヤー
１２５ 粉末及び／又は液体のバインダーアプリケータ
１３０ フィルムバインダーアプリケータ
１３５ コンソリデータ
１４０ 含浸されたスクラップ材料
１４５ チョッパー
１５０ フレーク
１５５ コンバイナ
１６０ コンパウンド材料
１６５ 押出成形機
１７０ 成形コンパウンドペレット
２００ 例示的方法
２０５ ステップ
２１０ ステップ
２１５ ステップ
２２０ ステップ
２２５ ステップ
２３０ ステップ
２３５ ステップ
２４０ ステップ
３００ 例示的方法
３０２ 航空機
３０４ ステップ
３０６ ステップ
３０８ ステップ
３１０ ステップ
３１２ ステップ
３１４ ステップ
３１６ ステップ
３１８ 機体
３２０ システム
３２２ 内装
３２４ 推進システム
３２６ 電気システム
３２８ 油圧システム
３３０ 環境システム

Claims (19)

1. バルク成形コンパウンドを生産するシステムであって、
   強化繊維及び熱可塑性材料を含む広幅物材料を収集するように構成されるアキュムレータと、
   前記アキュムレータと連通し、熱と圧力を印加して前記熱可塑性材料を繊維状物のレベルにおいて前記強化繊維に含浸するように構成されるコンソリデータと、
   前記コンソリデータと連通し、含浸された繊維材料をフレークへと切断するように構成されるチョッパーと、
   前記チョッパーと連通し、前記含浸された繊維材料のフレークを１または複数の付加されるコンパウンド材料と組み合わせて熱可塑性又は熱硬化性成形コンパウンドを作成し、バルク成形コンパウンドを生産するように構成されるコンバイナと
   を含むシステム。
2. 前記広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を含む、請求項１に記載のシステム。
3. 熱可塑性バインダーを前記広幅物材料に適用するように構成されたバインダーアプリケータをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
4. 前記バインダーアプリケータが、粉末バインダーアプリケータと液体バインダーアプリケータのうちの１つである、請求項３に記載のシステム。
5. 前記バインダーアプリケータが、熱可塑性バインダーフィルムを前記広幅物材料に適用するように構成されたフィルムバインダーアプリケータである、請求項３に記載のシステム。
6. 前記コンソリデータが、加熱されたニップローラであって、前記広幅物材料の少なくとも対向する側面に圧縮し、前記熱可塑性材料を溶融して前記広幅物材料に含浸するように構成されたニップローラを含む、請求項１に記載のシステム。
7. 前記チョッパーが、プライ切断機、ロータリースリッター、ロータリーチョッパー、及びギロチンチョッパーからなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
8. 前記１または複数の付加されるコンパウンド材料が熱硬化性樹脂である、請求項１に記載のシステム。
9. 前記１または複数の付加されるコンパウンド材料は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）からなる群から選択される、請求項１に記載のシステム。
10. 前記バルク成形コンパウンドのペレットを押し出すように構成される押出成形機をさらに備える、請求項１に記載のシステム。
11. バルク成形コンパウンドを生産するシステムであって、
    強化繊維を含む広幅物材料を収集するように構成されるアキュムレータと、
    熱可塑性バインダーを前記広幅物材料に適用するように構成されたバインダーアプリケータと、
    前記アキュムレータと連通し、熱と圧力を印加して前記熱可塑性バインダーを繊維状物のレベルで前記強化繊維に含浸して、含浸された繊維材料を形成するように構成されるコンソリデータと、
    前記コンソリデータと連通し、前記含浸された繊維材料を実質的に一様なフレークへと切断するように構成されるチョッパーと、
    前記チョッパーと連通し、前記含浸された繊維材料の前記フレークを１または複数の付加されるコンパウンド材料と組み合わせてバルク成形コンパウンドを生産するように構成されるコンバイナと、
    前記バルク成形コンパウンドのペレットを押し出すように構成される押出成形機と
    を含み、前記広幅物材料は、繊維強化樹脂マトリックス複合材料を含む、システム。
12. 前記バインダーアプリケータが、粉末バインダーアプリケータ、液体バインダーアプリケータ、及びフィルムバインダーアプリケータからなる群から選択される、請求項１１に記載のシステム。
13. 前記１または複数の付加されるコンパウンド材料は、顔料、着色料、摩耗のための添加物、及び難燃性のための添加物からなる群から選択される、請求項１１に記載のシステム。
14. 前記１または複数の付加されるコンパウンド材料は、ポリアミド、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリフェニレン（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ）からなる群から選択される、請求項１３に記載のシステム。
15. 広幅物材料をリサイクルするシステムであって、
    強化繊維及び熱可塑性材料を含む広幅物材料を収集するように構成されるアキュムレータと、
    前記アキュムレータと連通し、熱と圧力を印加して繊維状物のレベルにおいて前記熱可塑性材料を前記強化繊維に含浸して、含浸された繊維材料を形成するように構成されるコンソリデータと、
    前記コンソリデータと連通し、前記含浸された繊維材料を実質的に一様なフレークへと切断するように構成されるチョッパーと、
    前記チョッパーと連通し、前記含浸された繊維材料のフレークを１または複数の付加されるコンパウンド材料と組み合わせてバルク成形コンパウンドを生産するように構成されるコンバイナと
    を含むシステム。
16. 熱可塑性バインダーを前記広幅物材料に適用するように構成されたバインダーアプリケータをさらに含み、前記バインダーアプリケータは、粉末バインダーアプリケータ、液体バインダーアプリケータ、又はフィルムバインダーアプリケータからなる群から選択される、請求項１５に記載のシステム。
17. 前記コンソリデータが、加熱されたニップローラであって、前記広幅物材料を圧縮し、前記熱可塑性材料を溶融して前記広幅物材料に含浸するよう構成されたニップローラを含む、請求項１５に記載のシステム。
18. 前記コンバイナは、前記含浸された繊維材料のフレークを１または複数の付加されるコンパウンド材料と組み合わせるように構成され、前記付加されるコンパウンド材料は、顔料、着色料、摩耗のための添加物、及び難燃性のための添加物からなる群から選択される、請求項１５に記載のシステム。
19. 前記バルク成形コンパウンドのペレットを押し出すように構成される押出成形機を更に備える、請求項１５に記載のシステム。

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