JPH02277617A - 三次元的に変形された樹脂含浸繊維材料の製造方法及びその使用方法 - Google Patents

三次元的に変形された樹脂含浸繊維材料の製造方法及びその使用方法

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JPH02277617A
JPH02277617A JP2051599A JP5159990A JPH02277617A JP H02277617 A JPH02277617 A JP H02277617A JP 2051599 A JP2051599 A JP 2051599A JP 5159990 A JP5159990 A JP 5159990A JP H02277617 A JPH02277617 A JP H02277617A
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deep
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Peter Weber
ペーター・ウェーバー
Klaus Dr Stallmann
クラウス・シュタルマン
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Hoechst AG
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、寸法的に安定し三次元的に変形され樹脂を含
浸したシート状の繊維材料を製造する方法、該繊維材料
によって製造された成形構造部材及び該繊維材料をシー
ト状のサンドイッチ構造材料の製造におけるコア材料と
して用いる方法に関する。
(従来の技術) コア及び2つの被覆層から構成されたソート状サンドイ
ッチ構造材料であって、該コアが寸法的に安定であり且
つ三次元的に変形され゛た繊維材料からなるような構造
材料は、例えばフランス特許公開(FR−A−2,3’
25,503)及びヨーロッパ特許公開(EP−A−1
511,234)によって既に公知である。これらの参
考文献に記載されているサンドイッチ材料は、基底表面
上に規則正しいパターンで配列された等しい高さ及び平
らな頂面の多数の突出部分を有する三次元的に変形され
たシート状の繊維材料からなるコアを有する。フランス
特許公開(FR−A−2j2S、503)から公知のコ
ア材料とヨーロッパ特許公開(EP−A−158,23
4)から公知のコア材料との間には大きな違いがある。
フランス特許公開(FR−A−2125゜503)から
公知の材料は、本質的に完全密閉溝道を有し、繊維状基
底表面のみならず該基底表面上に分布せしめられた突出
部分の壁部さえも固体状の非多孔質な繊維浸透樹脂素材
を形成するのに対し、ヨーロッパ特許公開(EP−A−
158,234)から公知のコア材料は樹脂含浸繊維か
らなる開口メツシュの網状構造を呈する。
フランス特許公開(FR−A−2,325,503)か
ら公知の密閉構造のコア材料は、所望の幾何学形状の圧
縮成形型内で樹脂含浸の安定な撚り糸繊維を圧縮するこ
とによって作られる。この材料は、繊維重量に対する樹
脂濃度が比較的高く、その結果、製品は本質的に繊維強
化された樹脂成型品である。このようにして得られたコ
ア材料は比較的重く、ガス交換ができず、また、可撓性
が低い。
ヨーロッパ特許公開(EP−A−158,234)から
公知の網状構造(以下では、線状細工構造とも称す)コ
ア材料は、比較的少量の樹脂で含浸した例えば編み織物
等の繊維材料を深絞り加工することによって作られる。
ヨーロッパ特許公開(EP−A−158,234)から
公知のこのコア材料は、良好な機械的安定性を単位体積
当たりの軽さと結合させたものである。
この材料は、シートにおける2つのサイド間のガス交換
が自由にでき且つ可視性が高い。
上記したように、ヨーロッパ特許公開(EP−A−1s
3j34)から公知のコア材料は、シート状の繊維材料
を熱可塑性又は熱硬化性樹脂で含浸させ、含浸された材
料を乾燥してブリペグ(prepeg)を形成し、次い
で深絞り加工によって該プリペグを所望形状のコア材料
に成形することによって作られる。
この製造方法の重大な欠点は、深絞り加工可能なシート
状の繊維材料を、少なくともある程度まで破壊すること
なく、樹脂によって均一に含浸させることが極めて困難
であることにある。シート状繊維材料におけるこのよう
な均−又は不均一な変形により、深絞り加工か不十分と
なり1つ最終製品において繊維強度が部分的に失われる
か又は完全に失われる。同様に、特別な注意を払わない
場合には、樹脂が硬化する前における該樹脂含浸の深絞
り加工可能な繊維材料の取り扱いによって、この材料は
部分的に変形することになり、最終製品の品質の均一性
に上記の欠点が生じることになる。これらの製造上の問
題点は、これらの基本的には受は入れられるべきコア材
料がそれほど広く使用されていないことに対しての、あ
る程度の要因となっている。
(発明か解決しようとする課題) 本発明は、この公知の製造方法における欠点を解消する
ものである。
(課題を解決するための手段) 従って、本発明は、寸法的に安定し三次元的に変形され
樹脂を含浸したシート状の繊維材料を製造する方法であ
って、1以上の深絞り加工可能な繊維材料からなる層と
1以上の樹脂フィルムとを一枚ずつ重ね合わせて積重物
とすること゛、該積重物を樹脂が液体となる温度で所望
の形状に成形すること、次いで樹脂が硬化するような温
度に設定し樹脂の硬化が完全若しくは十分になるまで該
成形された積重物を該所望の形状に維持することからな
る製造方法を提供するものであり、ここで、「十分な硬
化」とは、深絞り型を開いた後は、樹脂か該変形された
シート状構造を該所望の形状に安定させておくことがで
きることを意味する。
(作用) 第1図は、寸法的に安定し三次元的に変形され樹脂を含
浸したンート状の繊維材料1を示す図であり、繊維材料
1内においては、基底表面2が複数の突出部分3を呈し
ている。特に、該図面は、該突出部分において、基材を
引き伸ばすことによって得られる網状の線状細工構造を
示している。
理論上では、深絞り加工可能な繊維材料は、十分に伸張
可能であって裂断することなく深絞り加工することによ
ってもたらされる部分的な面積の拡張に対抗することが
できるような如何なるシート状繊維材料であってもよい
。ヨーロッパ特許公開(EP−A−118,234)に
おいて既に示されたように、特に、適切な深絞り加工可
能な繊維材料は、その伸張性がメツシュ構造の変形能力
から生じるものであるような編み織物である。コア材料
の1.5〜3倍好ましくは1.8〜2.2倍の長さの被
覆糸によって包まれた糸成形コア材料からなるラップ糸
(wrapped yarns)から深絞り加工可能な
繊維シート材料を製造することが提案されている。かか
るう・ノブ糸で作られたシート状繊維材料は、織布、編
み織物、ラッシェル生地、より糸織物、う・ツブ糸によ
って強化された不織布の形で存在する。かかる材料が深
絞り加工されると、変形さるべき領域内のコア糸はその
長さに沿ったランダムな位置で破断じ、対応する長さの
被覆糸を解放する。深絞り加工に応じたこの機構によっ
て、生地全体を完全に破壊することなく領域内における
大きな拡張が可能となる。ここでは、そのコア糸が被覆
フィラメントより低い安定性を持つようなラップ糸の使
用か特に好ましい。すなわち、コア糸は、深絞り加工工
程中に付与される機械的応力及び熱応力によって及び/
又は化学物質の影響によって破壊され、一方、被覆糸は
引き伸ばされ且つシート状構造の負荷担持機能を引き継
ぐのである。
また、適切な深絞り可能な繊維材料としては、例えば英
国特許公開2,176.511(GB−Ai、176.
511)や日本特許公開公報61−282452及び6
1−296152のダーウェントアブストラクト(De
rvenj Abstracts)87−025859
104及び87−040235106において記載され
ているような、高い非弾性的変形特性を有するものも含
まれる。これらの公知の三次元的に変形可能な繊維材料
は、合成繊維で作られた適当なンート状繊維材料に熱収
縮処理を施してこの材料に非弾性的伸張特性を与えるこ
とによって又は最初から既に非弾性的に伸張可能な糸を
用いてこれらの繊維材料を作ることによって製造される
。非弾性的に伸張可能な糸は、例えば西独特許公開2,
821゜243(DE−A−2,821,243)及び
西独特許3,521,169(DEC−3,521,4
69)に記載されている。
該深絞り加工可能な繊維シート材料を作る糸材は、如何
なる限定も受けず、編み織物のみならずラップ糸で作ら
れた深絞り加工可能な繊維材料もまた、連続フィラメン
ト又は紡績糸によって作にとができる。しかしながら、
例えばリボン糸若しくはスズリフトフィルム糸を使うこ
ともできる。
糸材の化学的性質についても同じことが言える。
例えば、深絞り加工可能な繊維材料を、ラップ糸によっ
て作るか又は天然繊維、合成繊維若しくは無機繊維又は
連続フィラメント例えばガラス繊維によって作られた編
み織物によって作ることが理論上では可能である。しか
しながら、該材料特に最終変形状態において強度特性の
変動を最小にするという観点からすると、該繊維材料を
合成繊維によって作ることが有利である。対照してみる
と、もし該材料が燃えにくいすなわち耐火性を持つべき
ものである場合には、無機繊維のニットウェアを用いる
ことが好ましい。考慮に入れる合成繊維としては、例え
ばポリアルキレン、ポリアミド、ポリエステル及びポリ
アクリロニトリルがある。
編み織物として特に好ましいものは、ポリエステル材料
、特に高靭性タイプのポリエステル材料である。ラップ
糸で作られた深絞り加工可能な繊維材料は、好ましくは
、低安定性のコア糸がポリアルキレン若しくは脂肪族ポ
リアミドからなり且つ被覆糸(これは、深絞りによって
作られた三次元部材の最終強度及び安定性を決定するも
のである)が脂肪族ポリアミド若しくは特に高靭性タイ
プのポリアクリロニトリルからなるようなラップ糸を含
む。
本発明の方法において使用されるべき樹脂フィルムは、
熱可塑性若しくは熱硬化性樹脂からなる(以下では、マ
トリンシス14′料とも称する)。使用される熱可塑性
若しくは熱硬化性樹脂は、該樹脂が自立性となるような
方法で7−ト状繊維材料を硬化させることができるよう
な樹脂である。従って、熱硬化性樹脂すなわち高温にお
いて架橋によって硬化して剛性が高い不融性材料を形成
するような樹脂が好ましい。このタイプの公知の樹脂は
、例えは不飽和ポリエステル樹脂(アルキル樹脂)、例
えばスチレンの如き不飽和モノマー化合物と不飽和ポリ
エステルとの混合物、エポキシ樹脂、フェノール樹脂及
びメラミン樹脂である。これらの樹脂は市販されており
且つこれらの樹脂がまだ溶融性であり高温において易流
動性であるような非架橋状態で適用される。本発明に従
って使用さるべきこれらのまだ非架橋状態の樹脂のフィ
ルムは、約sO〜500μ11好ましくは100〜50
0μmの厚みを有し、50〜Sflf1g/m”、好ま
しくは1611−50(Ig/m2の基本重量を有する
。特別な目的、例えば極めて細かいか若しくは特に厚い
繊維材料を製造するために、より低い或いはより高い基
本Mfkを有するより薄いか或いはより厚い樹脂フィル
ムを適当に使用することも勿論可能である。一般に、こ
れらの樹脂フィルムは、これらの樹脂を架橋させるのに
必要な架橋剤、必要な重合触媒及び有利な促進物質を既
に含んでいる。
市販の樹脂フィルムには、しばしば機械的安定性を改良
するための支持部材が備えられている。
このような樹脂フィルムは、同様に、本発明の方法を実
施するのに極めて適している。支持部材を有して若しく
は支持部材なしで利用でき且つ本発明に従って使用でき
るエポキシ系の市販樹脂フィルムの例として、ストラク
ツフィルムR382CR’Structufi1m )
! 3N)登録商標という名称でヘクセルエス エイ(
Hexcel S、A、)によって販売されている樹脂
フィルムがある。
該三次元的に変形された繊維材料を製造するべく、1以
上の深絞り加工可能な繊維材料層と1以上の樹脂フィル
ムが適当な順序で一枚ずつ積み重ねられて積重物が形成
される。従って、かかる積重物は、1枚の繊維材料と一
枚の樹脂フィルムとから構成してもよい。繊維材料の枚
数は、製造さるべきコア材料の強度のための要件によっ
て決まる。−船釣には、4以下、好ましくは1若しくは
2枚の繊維材料、とりわけ1枚の繊維材料が、つの積重
物内に組み込まれる。積重物内の樹脂フィルムの数は、
繊維材料において望ましい樹脂含浸程度によって決まる
。樹脂の適当追加量は、繊維材料の平方メートル当たり
50〜500グラム、好ましくは100〜300グラム
の範囲内である。樹脂の量は、上記の範囲内で、該深絞
り加工可能な繊維材料の平方メートル重量に対して更に
有利に適合させてるようにしてもよい。例えは、重い繊
維材料が使用される場合には、上記範囲の上半分以内で
あろうし、一方、軽い繊維材料が使用される場合には、
下半分であろう。ある特定の用途に対しては、樹脂の追
加を樹脂フィルムが引き伸ばされた状態においても繊維
網の糸の間に残る程度まで増すことが好ましい。しかし
ながら、繊維材料が引き伸ばされた状態で線状細工網状
組織を形成するような方法で樹脂の量を決定することか
好ましい。
例えば、繊維材料か200樹脂g/m2の樹脂追加によ
って含浸されるべきである場合には、変形さるへき積重
物内に、例えば0.2mmの厚みを有し且つ200g/
m:の基本重量を有する樹脂フィルムが組み込まれる。
変形さるへき積重物が複数枚の繊維材料を含む場合には
、繊維シート及び樹脂フィルムの配列は、深絞り方法の
過程において熱を付加することによって繊維シート内へ
の樹脂の均一な浸透がなされるべく好ましく選択される
。従って、好ましくは、比較的厚い積重物は、繊維シー
トと樹脂フィルムとを互い違いにする。圧縮成形型を清
浄に保つと(・う観点から、積重物の上表面及び下表面
を繊維ウェブによって形成し、必要とされる樹脂の量が
、積重物の内側に含まれる樹脂フィルムの適当枚数によ
って保証されるような方法で、積重物を構成することも
有利である。従って、2枚の繊維シー;・と2枚の樹脂
フィルムによって、繊維シート2枚の樹脂フィルム(又
1i1枚の比較的厚い樹脂フィルム)−繊維シー]・、
の順序で、積重物を構成することができる。
該積重物の構成を決定するための更なる規則は、該三次
元的に変形された繊維材料に要求される強度から生じる
。該積重物かサンドイッチ成形のためのコア材料として
使用される場合には、該積重物はある最低圧縮強度を持
たなければならない。
この要件は、一般に、平方メートル当たりに使用される
樹脂の重量(樹脂フィルムの平方メートル重量に相当す
る)に対する繊維材料の平方メートル重量の割合がl:
0.25〜l・(、好ましくは1:05〜1:2の範囲
以内であるならば、架橋性樹脂が使用される場合に満足
される。複数の繊維材料層と複数の樹脂フィルムとから
構成された積重物の場合には、この割合の計算には、繊
維材料の平方メートル重量の和と樹脂フィルムの平方メ
ートル重量の和とを算入しなければならない。
上記したように、特別な用途に対しては、樹脂の量を通
常の量以上に増すことも好ましいかもしれない。一方、
特定の技術を用いてサンドイッチ成形品を作る場合には
、繊維材料に基づいたより少ない樹脂を使用して、マト
リックス樹脂が繊維材料全体を覆うことはないけれども
変形された積重物の寸法安定性は保証するようにするこ
とで完全に十分であるかもしれない。成形加工品が液体
状又はペースト状接着剤によって処理され且つ該接着剤
のための溶媒及び/又は湿潤剤によって予め湿潤される
ならば、被覆層に接合する接着剤でかかる少量樹脂成形
品を処理して高強度サンドイッチ構造にすることができ
る。ここでは、接着剤が該網状構造の成型品の格子内を
上昇し且つ硬化後にこれらの成型品を更に強化すること
が、観察できる。湿潤しないと、接着剤は壁を上昇しな
い。
同様に、当業者によく知られている特殊親水性硬化剤を
使用することによって、サンドイッチ構造の圧縮強度及
び剪断強さの増加を得ることが可能となる。
特定の用途に対しては、異なった繊維材料の層を含むl
ff1物を使用することもできる。例えば、少なくとも
2つの上記の深絞り加工可能な繊維材料の層の間に、例
えは不織布を含ませること及び上記の方法でこれらの繊
維材料シート間に樹脂フィルムを施すことも可能である
。更に、繊維シート構造のm維材料を変更することかで
きる。例えは、有機繊維で作った繊維シートと無機繊維
たとえばガラス繊維で作った繊維・/−トとの組合わせ
を使用することができる。
特に好ましい積重物は、適当に配列された1若しくは2
枚の繊維シート好ましくは高靭性ポリエステル繊維によ
って形成された編み織物と1若しくは2枚の樹脂フィル
ムとからなる。
慎重物は、深絞り成形型内において樹脂か易流動性とな
るような温度に加熱され、次いで所望の三次元形状に絞
り加工され、樹脂の硬化が完全になるか若しくは少なく
とも深絞り加工された材料が寸法的Iこ安定しl;まま
に保たれるのに十分な程度まで進行するまでtat脂が
硬化する温度でこの形状に維持される。この条件は、樹
脂が完全には硬化しないときでさえ熱硬化性樹脂によっ
て満足される。この場合には、深絞り成形型の外で該成
型品を熱処理すること、例えば、乾燥オーブン内におい
て160〜200°Cで約10分間熱旭理を施すことに
よって樹脂の硬化を完全にすることが、経済上の理由の
ためには有利である。液相においては、液化された樹脂
(マトリックス樹脂)か繊維シート構造の繊維材料を包
囲する。
架橋性樹脂の溶融が起こる温度は、−船釣に、10F1
〜250℃、好ましくは10〜200℃である。この温
度は、この範囲内において、繊維材料がマトリックス樹
脂の中に均一に封入されるように選択しなけitばなら
ない。この温度範囲内での架橋性樹脂の硬化時間は、2
〜5分である。該硬化時間が終わると、三次元的に変形
された繊維材料を取り出すことができる。架橋性樹脂の
代わりに熱可塑性樹脂を使用する場合には、重合体マト
リックス内への繊維材料の埋設を確かなものとするべく
、最初に深絞り成形型を熱可塑性流動温度に維持しなけ
れはならない。その後、閉じた深絞り成形型を冷却し、
マトリックス樹脂が完全に若しくは少なくとも深絞り材
料が寸法的に安定したままであるのに十分な程度再硬化
するまで閉じたままで保つ。
本発明の方法の特に好ましい実施例は、たくさんの上記
好ましい特徴が実現されたものである。
本発明に従って製造された三次元的に変形された繊維材
料は、例えばヨーロッパ特許No、 1511.234
において詳しく説明されたような、1以上の三次元的に
変形された材料層をサンドイッチ構造のだめのコアとし
て使用することによってサンドイッチ構造を製造する従
来の方法(ここでは、コア層を1枚ずつ重ね合わせて配
列すること、又は、上記参考文献において述べられてい
るように互いにかみ合った配列にすることが可能である
。)で使用することができる。サンドイッチ構造を作る
ためには、従来のやり方でコア材料の両側に比較的薄く
堅固な被覆層が設けられる。該被覆層は、通常、適当な
公知の接着剤、とりわけ架橋性ポリマー接着剤によって
、コア材料に接着される。第2図は、このようなサンド
イッチ構造4の実施例を示す。この図は、下部被覆層5
と、部分的に切断されている上部被覆層6と、本発明に
従って製造され、被覆層の間にコアとして接着剤によっ
て接合され、寸法的に安定な三次元的に変形された繊維
材料1とからなる材料を斜視図で示している。
製造できるサンドイッチ製品に適する被覆層は、以前か
らサンドイッチ構造に使用されている全ての外側平板、
例えばアルミシート又はスチールシート、とりわけ例え
ば炭素繊維若しくはガラス繊維のような繊維からなる混
在物を有する合成樹脂積層板である。しかしながら、よ
り簡単な場合には、使用される被覆層は例えば合板若し
くは硬質繊維板であることもできる。
サンドイッチ品を作るべく、本発明に従って製造される
コア材料は、内側表面を接着剤物質によって被覆された
2つの被覆層の間に配列され、このようにして得られた
サンドイッチ品は、軽圧力によって且つ加熱しないか若
しくは加熱して互いに接着剤によって接合される。
以下の実施例は、本発明の方法を示すためのものである
(実施例) 260g/m”の基本重量を有する高靭性ポリエステル
M bc フィラメント糸(トレビラホ/ホへスト(”
’Trevirahochlesl) ・登録商標)で
編んだ繊維から切断された15x30cmの大きさ(端
縁長さ)の部材を、150g/m”の基本重量とlsX
30cmの大きさを有する市販のO、l Smmの厚み
の支持なしエポキシ樹脂フィルム(ヘクセルエス エイ
(Ilexcel S、A、)によるストラクツフィル
ム R382CR’Slruclufi1m R382
)・登録商りによって被覆し、このようにして得られた
積重物を、ニッケルクロム鋼で作られた雄型と雌型を備
え且つ200°Cに予備加熱された深絞り成形型内に配
設する。雌型は、直径か1.Scmで互いに2.2cm
離れた(中心間)円形孔からなる四角形パターンであり
、雄型は、直径が1cmで互いに2:2cm離れ(中心
間)高さか2cmの円形突出部からなる四角形の配列を
有し、雄型は雌型に対して中心自わせされている。
該成形型は200°Cの作動温度で密閉され且つこの温
度で3分間維持される。三次元的に変形された材料は、
次いで型から取り出される。
このようにして深絞り成形された繊維材料は、高さが約
2cmで互いに2.2cm離れた多数のシンプル(はめ
簡)状の平坦頂面の出張り部分の規則正しい配列を呈す
る規定表面を有し且つ全体に開口した線状細工構造を有
する。これは、シート状のサンドイッチ構造を作るため
のコア材料として使用するのに適している。この変形さ
れた繊維材料をコアとして用い且つ被覆層として1.s
mmの厚みの合板(ブライウッド)シートを用いて作ら
れたサンドイッチ構造は、0.IN/mm”の圧縮強度
を有する。
4、[IE1面の簡単な説明] 第1図は、本発明の繊維材料を示す斜視図であり、 第2図は、本発明の繊維材料を用いて作られたサンドイ
ッチ構造を示す斜視図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、寸法的に安定し三次元的に変形され樹脂を含浸した
    シート状の繊維材料を製造する方法であって、 1以上の深絞り加工可能な繊維材料からなる層と1以上
    の樹脂フィルムとを一枚ずつ重ね合わせて積重物とする
    こと、 前記積重物を樹脂が液体となる温度で所望の形状に成形
    すること、 次いで樹脂が硬化するような温度に設定し樹脂の硬化が
    完全若しくは十分になるまで前記成形された積重物を前
    記所望形状に維持すること、からなる製造方法。 2、前記深絞り加工可能な繊維材料が高弾性伸張性を有
    する、第1請求項記載の方法。 3、前記深絞り加工可能な繊維材料が編み織物である、
    第1及び第2請求項のうちのいずれかに記載の方法。 4、前記深絞り加工可能な繊維材料が、合成繊維連続フ
    ィラメント若しくは紡績糸から作られるか又はガラス繊
    維から作られる、第1〜第3請求項のうちの少なくとも
    一の項に記載の方法。 5、前記深絞り加工可能な繊維材料がポリエステル糸か
    ら作られている、第1〜第4請求項のうちの少なくとも
    一の項に記載の方法。 6、前記樹脂フィルムが熱硬化性樹脂からなる、第1〜
    第5請求項の少なくとも一の項に記載の方法。 7、前記樹脂フィルムが、エポキシ樹脂、フェノール樹
    脂又はメラミン樹脂からなる、第1〜第6請求項のうち
    の少なくとも一の項に記載の方法。 8、前記積重物内の前記繊維材料及び前記樹脂フィルム
    の数が、樹脂フィルムの基本重量の和に対する繊維層の
    基本重量の和の割合が1:0.25〜1:1の範囲以内
    であるように決定される、第1〜第7請求項のうちの少
    なくとも一の項に記載の方法。 9 前記積重物内における繊維層及び樹脂層の配列が、
    樹脂が流動期間中に繊維材料に完全に浸透するような配
    列である、第1〜第8請求項のうちの少なくとも一の項
    に記載の方法。 10、第1請求項記載の方法によって製造された、寸法
    的に安定し三次元的に変形され樹脂を含浸したシート状
    繊維材料。 11、第1請求項記載の方法によって製造された、寸法
    的に安定し三次元的に変形され樹脂を含浸したシート状
    繊維材料を、サンドイッチ構造を製造するために使用す
    る方法。
JP2051599A 1989-03-03 1990-03-02 三次元的に変形された樹脂含浸繊維材料の製造方法及びその使用方法 Pending JPH02277617A (ja)

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