JPH06507857A - 複合材を輻射で連続的に硬化させるための陰影境界プロセス - Google Patents

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】 複合材を輻射で連続的に硬化させるための陰影境界プロセス発明の分野 本発明は、経済性に優れ、種々の用途で使用でき、そして従来の方法と比べて環 境への溶剤の放出が少ない新たなプロセスを用いて繊維強化プラスチツク構造体 を製造することに関する。更に詳細には、本発明は、連続的に移動する繊維アレ イを樹脂で含浸し、輻射エネルギ源が形成した陰影境界の通過時に迅速に硬化さ せる、方法に関する。

発明の背景 従来の構造体（例えば、金属製、セメント製、木製、召還、煉瓦層等）は、複合 材構造体に代えられつつある。複合材は、代表的には、二つの構成要素でできて おり、即ち、高性能の母材樹脂に埋設された配向度が大きい高強度／高モジュラ スの繊維でできている。複合材構造体は従来の構造体と比べて、その重量の割り に全体強度及び剛性が優れており、環境に対する抵抗性が優れており、疲労に対 する抵抗が良好で、熱膨張率が低く、耐火性に優れ、電気的にも磁気的にも注文 通りに製作できるという性質を持っている。今日、多くの複合材の新規購入費用 は受入れ難い程高い水準に止まっており、複合材が従来の構造材料市場の大部分 を占めるのを妨げている。

複合材の価格は、今日、複合材の製造に使用される原料の価格が大きく下がって いるのにも関わらず、受入れ難い程高い水準に止まっている。製造に伴う費用が 鳥過ぎるということは、複合材構造体が多くの従来の構造体と競い合っていく利 点を得ることを妨げる価格障壁として作用する。ｉｌ造費用は、配向度の高い繊 維の「敷設」に伴う費用、母材樹脂の適切な硬化を行うのに伴う費用、及び複合 材専用の加工用工具の製作に伴う費用の三つの要因によって押し上げられる。費 用に関する状況を更に悪くしているのは、代表的な樹脂システムの硬化時に廃棄 された廃溶剤の廃棄の取扱いに伴う環境問題である。

第一の嬌権艮しよ一１ｆｆ囚（工具への繊維の適用）は、解決への道が種々の方 策を用いてめられている問題点である。現在用いられている種々の解決策には、 手作業で行うこと、ロボット式「テープ」敷設機を使用すること、フィラメント 巻付け／編組機を使用すること、引抜成形機を使用することがある。

明らかに、手作業は労働費用が高く、生産性が低い。

ロボット式「テープ」敷設機を使用することは、労働費用の大部分をなくすけれ ども、非常に高価なコンビエータ装置／ソフトウェアを必要とする。ロボット式 テープ敷設機を使用する場合の製造速度は、テープスピンドルのヘッドが１回の パス当たり１つのプライしか付けないという必要条件のため、比較的低い。

フィラメント巻付け／編組プロセスでは、連続したローブ又はモノフィラメント の帯をマンドレルに巻き付けて硬化させて軸対称中空部品を製造する。フィラメ ント巻付け／ｍ組の用途には、自動車の駆動シャフト、ヘリコプタ−の羽根、酸 素タンク、パイプライン、球形の圧力容器、円錐形のロケットモータケーシング 、及び大型の地下ガソリン貯蔵タンクがある。米国特許第４．８９２．７６４号 、第３、９９２．４２６号、第４．５１５．７３７号、第４．２３０．７６６号 、第４．４７９．９８４号、及び第Ｒｅ、　２７．９７３号、には、フィラメン ト巻付け／編組プロセスの種々の用途が記載されている。フィラメント巻付け／ 編組機は、大量の材料を経済的に付けることができる。しかしながら、揮発性溶 剤の除去の問題が残、ており、物品の完成後にマンドレルをどのように処分する かという問題点がある。はとんどの場合、マンドレルを複合材部品の内部に閉じ 込められたままにすることは望ましくない。マンドレルを取り出すには、大抵の 場合、（１）マンドレルが分解可能であるか、（２）マンドレルが複合材キャビ ティから洗い流すことができ又は溶がして出すことができる材料でできているか 、或いは、（３）マンドレルが膨らまし自在であり、これによって、マンドレル を萎ませて複合材の表皮の適当な孔を通して出すことができるかのいずれかであ る必要がある。

引抜成形機は、本質的には、樹脂に浸したフィブリルローブを雌型を通して引っ 張ると同時に熱を導入して硬化を行う、米国特許第４．４７７、７０７号、第４ ．０１２．２６７号、及び第４．８９２．７６４号には、種々の形態の引抜成形 機が記載されている。一般に、引抜成形法では、熱は、複合材部品の外側から有 限の速度で伝わらなければならない、このような場合には、熱を透過させるのに 十分な時間を得るため、引抜成形機の硬化ステーションを１分に長くするか或い は、複合材部品を非常に遅い速度で短い硬化ステージ旨ンに亘って移動させる必 要がある。高周波硬化式引抜成形機の場合でも、硬化は熱で行われる。ポリマー が、硬化されるべき物品を正しく形成するためには、硬化中に物理的操作を加え てはならない。大きな変形は、重合プロセスに悪影響を与える。かくして、熱で 硬化させる全ての場合においで、硬化ダイは硬化中に複合材部品を支持するのに 十分長くなければならない。

このため、部品は必然的に軸線方向に対称である。長い硬化ダイを製作すること 及び／又はゆっくりとした流量を使用することは費用を上昇させる。伝熱速度が 比較的緩慢であるため、引抜成形した部品で経済的に製造できる最大壁厚には限 度がある。十分に厚い壁厚を得ることができないため、引抜成形技術を広範な構 造体の用途に使用できない。

」−の傅１−螢−土ｕ鷹−因は、樹脂母材の硬化を行うための費用である。上述 のシステムの全てにおいて、母材樹脂を繊維に導入することが必要とされる。繊 維への母材樹脂の導入は、繊維を工具又はマンドレル上に配置する前に行っても よいし配置中に行ってもよいし配置後に行ってもよい、しかしながら、今日使用 されているほぼ全ての樹脂システムは、種々の溶剤に懸濁させた固体でできてい る。

繊維の敷設方法によっては、異物流体を捕捉することがある。これらの溶剤及び 異物流体は、巣と呼ばれる有害状態を少なくするため、複合材部品から除去され なければならない、多くの場合において、揮発分を硬化部品から絞り出すため、 大きな団結圧力を使用することを必要とする。この団結圧力は、通常は、部品を 真空丁で袋詰めにするか或いはプラスチック性の収縮包装ラップを使用するかの いずれかで加えられる。Ｈ品袋詰めプロセスは、時間がかかり、大量の材料及び 手作業の労力を費やす必要がある。硬化中に放出される溶剤は、原料を取り扱う 人にとって危険であるばかりでなく、環境にとっても危険である。

里二９□儂１１哩↓ｍは、複合材専用の加工用工具を製作する費用である。

複合材加工用工具は製造されるべき部品について特製であるのに対し、金属加工 用工具は汎用性が高いという点で、複合材加工用工具は多くの金属加工用工具と は基本的に異なっている。複合材加工用工具は、マンドレル（上文を参照のこと ）又は所望の部品の形状に形成した金型のいずれかである。複合材加工用工具は 、通常、高温及び高圧に耐えることができなければならない、このため、複合材 加工用工具は構造的に頑丈なものとなり、従って高価なものとなる。引抜成形用 ダイもまた高価であり、部品について特別に製作しなければならない、金属製構 造体の工具による加工もまた長い間発展してきており、これは特製の部品が少な く、汎用性の高い機械加工技術をもたらしてきた。金属加工プロセスで得られて いるような融通性、適合性、及び汎用性がないということが、複合材産業で現在 実施されている製造技術の欠点である。

本発明の目的は、上文中で言及した価格押し上げの問題点を実質的になくした方 法を提供することである。

本発明の別の目的は、繊維／母材組み合わせの極めて速い硬化を行うのに輻射エ ネルギを使用できるようにし、これによって、非常に低い価格でどのような種類 の部品でも製造できるようにする大きな融通性、又は環境への溶剤の放出を大き く減少させる、又はこれらの両方を行う特別な方法を提供することである。

本発明の更に別の目的は、高速で且つ経済的なフィラメント巻付け／編組機を使 用できるようにすると同時にマンドレルを使用する必要、及びマンドレルの処分 に伴う問題点を無くした方法を提供することである。

本発明の他の目的は、マンドレルを手作業で又は他の方法で敷設する必要をなく すことである。

本発明の更に他の目的は、引抜成形プロセスにおいて長い硬化ダイの必要をなく し、これによって、製造速度を速くし、壁厚が非常に厚い引抜成形部品及び種々 の非軸様部品を製造できるようにする方法を提供することである。

本発明の目的及び利点は、本明細書を読み進んでいくに従って明らかになる。

発明の概要 本発明は、輻射エネルギを使用して照射された繊維／樹脂と、輻射の陰の領域に ある未照射の繊維／樹脂との間にくっきりとした境界を形成することによって、 繊維／樹脂母材を極めて高速で硬化させることができるという発見に基づいてい る。照射された領域は照射点で定着し又はほぼ定着し、この際、陰にある領域は 成形及び操作をまだ受けている。くっきりとした境界が硬化済みの材料と未硬化 の材料との間に形成されるため、大きな簡素化がもたらされ、フィラメント巻付 け／編組作業及び引（ル成形作業での成形／硬化グイの大きさを小さくすること ができる。更に、これは、以Ｆに詳細に説明するように、汎用工具を使用できる ように１．５、完成した複合材の形状及び大きさに大きな融通性を与え、廃溶剤 の生成をなくし、マンドレルの必要をなくす。

本発明を、繊維アレイを＠ＩＩする工程と、このアレイを成形グイに向かって及 び成形ダイを越えて供給する工程と、輻射硬化性樹脂をアレイに前記ダイと隣接 した箇所で導入することによ、ってアレイを前記樹脂で含浸する工程と、輻射エ ネルギ源から光線を前記ダイに差し向け、くっきりとした陰影境界を前記ダイに 隣接して形成する工程とを有し、これによって、くっきりとした陰影境界の通過 時に含浸したアレイを迅速に硬化させる、繊維／樹脂複合材の製造方法に関して 概略に説明した。「隣接した」という用語の使用は、樹脂をダイの直前で、ダイ の内側で、又は前記ダイの接線で導入することを含もうとするものである。

一つの好ましい実施例では、含浸したアレイと接触するダイの作用面は湾曲形体 を有し、輻射エネルギの光線は、前記湾曲面に接線方向に差し向けられてくっき りとした陰影境界を形成し、この陰影境界は、アレイがダイとまだ接触している 箇所で含浸したアレイと交差する。別の好ましい実施例は、可変断面で且つ軸線 方向で非対称な種々の部品を形成するため、くっきりとした陰影境界の位置を変 えるために移動する光を使用すること、可変のダイを使用すること、又は硬化後 に部品を操作すること、又はこれらの任意の組み合わせを含む。

図面の簡単な説明 本発明の目的、特徴、及び利点は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読む ことによって当業者に明らかになるであろう。

第１図は、本発明の方法に従って陰影境界を形成し、この陰影境界を使用するた めのシステムを示す概略側断面図である。

第２図は、第１図の２−２線に沿った断面図である。

第３図は、第１図の３−３線に沿った断面図である。

第４図及び第５図は、複合材に曲げ又は湾曲を形成するためのダイの回転を示す 、第１図の実施例の概略側断面図である。

第６図は、硬化複合材製の街灯ボールの製造を示す概略側面図である。

第７図は、曲げ及び可変形状を持つ開放部品を製造する］−での陰影境昇法の使 用を示す概略斜視図である。

第８図は、硬化させた複合材でできた道路表面を敷設するための転動機械の使用 を示す概略側面図である。

実施例 本発明の方法は、種々の形態の装置で実施できるけれども、基本的概念を添付図 面に示す機械と関連して詳細に説明する。かくして、第１図には、繊維でできた 編組チューブを樹脂に含浸し、円形のダイを通して引っ張るときに硬化させて複 合チューブを製造する引抜成形装置で本発明を実施するためのシステムを概略に 示す。別の例では、第７図において、材料の平らな片を樹脂で含浸し、開放グイ に向かって供給されるときに硬化させて複合繊維／樹脂パネルを製造するシステ ムが概略に図示しである。

第１図に示すように、乾燥形態の配向繊維でできたチューブ１０を円形のダイ１ １を通して供給する。チューブＩＯがダイを通過するとき、輻射硬化性樹脂がダ イ１１の内部チャンネル１２を通してチューブに注入される。樹脂は、貯蔵タン ク１３から導入管１４を通して導入される（第２図及び第３図参照）、ダイ１１ のチャンネル１２内の矢印は、樹脂の流れ方向を示す、内側プラグ１５は、所望 であれば、チューブの内面を平滑にするのに役立つ。光線が輻射エネルギ源１６ からダイ１１の下流側に差し向けられ、陰影境界線１７を構成する。陰影境界線 １７は、チューブ１０がまだダイ１１の内側にあるところで樹脂含浸チューブ１ ０と交差する。チューブ内の樹脂は、くっきりとした陰影境界線１７を通過する ときに迅速に硬化し、繊維／樹脂母材は複合管１Ｂとしてダイから出る。この複 合管は完全に硬化していてもよいし部分的に硬化していてもよいし、完全に剛性 であってもよいし可撓性であってもよい。

本発明のプロセスでは、ダイ１１に供給される乾燥繊維チューブ１０は、繊維／ 樹脂複合材の製造に使用されるガラス繊維又はグラファイト繊維のような従来の 繊維材料のストランドのうちの任意のものでできているのがよい、更に、チュー ブｌＯは、繊維のアレイを製造するための周知の技術のうちの任意の技術で形成 されているのがよい。例えば、一連のスピンドル（図示せず）からの繊維を連続 的に編組して管ｌＯを形成するのがよい。これは、編組機で高い製造速度で得る ことができるため、好ましい方法である。しかしながら、本発明は、フィラメン トを所望の形態で重ねるための当該技術分野で周知の方法のうちの任意の方法で 製造された、編組した形態の又は編組しない形態の、乾燥した賦形繊維アレイに 適用できる０本発明は、円筒形であろうと軸様であろうと、中実ロッド、駆動シ ャフト、リンク等を含む種々の形状に適用できるため、乾燥繊維アレイは必ずし も中空管の形態でなくてもよい。更に、第７図（下車中で更に詳細に説明する） に示すように、本発明は、繊維でできた平らなシート又は他の非軸様形態にも適 用できる。これらは、開放ダイに供給でき、陰影境界で硬化させて所望の形状及 び大きさのパネル又は他の対象物を提供することができる。

第１図におけるように、中空管が所望である場合には、内側プラグ１５を使用し てチューブの内面を平滑にするのがよいが、平滑である必要がない場合には、プ ラグ１５を省略してもよいし、複合材の一体性を損なうことなくプラグ１５を変 化させてもよい。これは、繊維の張力をダイで調節することによって繊維の編組 の程度を正しくできるためである。

繊維アレイに注入された樹脂は、任意の適当な輻射硬化性樹脂であるのがよい。

得ることのできる複合材は、改質アクリル樹脂、ビニルポリマー、ビニルモノマ ーに可溶化した不飽和ポリエステル、及びエポキシ樹脂を含む。アクリル酸エス テル又はメタクリル酸エステルが好ましく、最も好ましい化合物は、エトキシ化 したトリメチロールプロパントリアクリレート及びジペンタエリトリトール−価 ペンタアクリレートのような多価アルコールのアクリル酸エステル又はメタクリ ル酸エステルである。これらの樹脂には、輻射エネルギに露呈すると極めて迅速 に硬化し、本発明に従って形成されたくっきりとした陰影境界を通過するときに 硬化を完了できるという利点がある。更に、これらの樹脂は溶剤なしで使用でき 、従って、硬化工程中に溶剤が大気中に放出されないという利点がある。コネチ ヵット州二二一イングトンのロクタイト社がライトタック（ＬＩＴＥ−ＴＡＫ） の商標で版売している輻射硬化性樹脂が本発明で使用するのに遺している０周知 の光イニシェータを、輻射エネルギに応答して樹脂の硬化を開始し促すのに効果 的な量で樹脂成形材料に加えるのがよい。

樹脂を繊維アレイｌＯにダイｌｌ内から又はダイの直ぐ近くで導入し、そのため 含浸と陰影境界での輻射との間の時間が橋めて短いというのが本発明の特徴であ る。樹脂は、繊維を完全に濡らすのに十分な圧力で繊維束を通して導入されるが 、本発明の方法は、圧力を全く必要としないか、或いは従来技術において複合材 部品の熱硬化に必要とされた高い圧力と比べてほんの僅かの圧力を必要とするに 過ぎない、第１図及び第７図に示す構成は、成形グイ自体に設けられたチャンネ ルを通して樹脂を注入することを必要とするけれども、ダイの直前に注入用ジェ ットを配置することによっても満足のいく結果を得ることができるということは 理解されよう。

本発明の陰影境界を形成するのに使用される輻射エネルギ源は、注入した樹脂を 高速で硬化させることのできる任意の化学線源であるのがよい。ＸＬ　Ｅビーム 、放射能等を含む種々の輻射エネルギ源を利用できるけれども、本発明の目的は 、強力な水銀灯で得られるような強力な紫外線で最も容易に達成することができ る。他の紫外線源には、タングステン電球やキセノンランプ、炭素アーク等が含 まれる。樹脂、輻射エネルギ源、及び光線の位置を本発明に従って適当に組み合 わせること、樹脂は陰影境界線を僅かに越えたところで完全に硬化し、この際、 陰影境界の上流側では完全に未硬化であり、及びかくして繊維／母材束は、完全 に硬化し且つ剛性の状態でダイから出る。

輻射エネルギ源をダイ１１の下流側に位置決めし、この輻射エネルギ源からのエ ネルギ線を、第１図に最もよく示すように、陰影境界線１７がダイの内側の領域 又はダイの直ぐ近くの領域に形成されるように集中させ、焦合させる。これは、 ランプ１６又は一連のランプ１６を第１図及び第３図に示すようにダイ１１の下 流に配置することによって行われる。陰影境界がダイの直ぐ下流の領域に位置す る場合に本発明の利点が得られるけれども、境界線がダイ自体の内側にある場合 に最もよい結果が得られる。従って、ダイ１１の作用表面が曲線をなした形態を 有するということ、及びランプ１６からの輻射エネルギ線が湾曲面に接線方向に 差し向けられ、そのため繊維アレイがまだグイｌｌ内にある場所に陰影境界を形 成するということが本発明の特徴である。完成した複合材製品に（以下に説明す るように）曲線又は曲げを与えるため、ダイか一つ又はそれ以上の軸線を中心に 回転するように設計されている場合には、）文中で言及した正接相関が維持され るよ・）に、ダイの回転に応じて光線の方向を調節するため回転又はシャッター 機構を組み込むのが打ましい。

用途によっては、形成されるチューブの内側に追加の輻射エネルギ源を設けるの がよい、第１図及び第３図を参照すると、ランプ１６Ａがチューブの内側にダイ １１のすぐ下流に配置されており、別の陰影境界線１７Ａをプラグ１５の縁部の 近傍に形成するのがわかる。これは、反射状態によりチューブの外面で硬化がａ ｈ、そのため内面を硬化させるための別の構成を供給するのが有利な水中又は人 気圏外空間での用途、又は他の用途で重要である。

本発明の利点は、ダイ自体は、クロムメッキした鋼のようなどこでも入手できる 材料でできた、汎用の金属製工具でよいということである。添付図面に示すダイ の形体は、周知の技術に従って容易に且つ安価につくることができ、陰影境界を 形成するのに使用される湾曲した作用面、並びに樹脂をダイの内側の箇所で繊維 アレイに注入するための内部チャンネルを提供できる０本発明は、任意の幾何学 的形状（円形、矩形、三角形、等）の閉鎖ダイ、並びに予備成形した繊維のアレ イを供給する開放グイを使用することを企図している。更に、本発明は、向き合 ったローラ間に又は単一のローラと向き合った定置の表面との間に配向繊維アレ イを供給する転動グイを使用することを含む０本発明では硬化が極めて速く起こ るため、ダイの作用長を短くできる。即ち、多くの目的のため、第１図に示す寸 法１９を７．６２ｃｍ（３インチ）又はそれ以下にすることができる。

更に、硬化が迅速に起こるため、複合材製品がダイを通って進むときにこの複合 材製品を曲げる即ち成形するための従来は利用できなかった技術を使用できる。

かくして、例えば、第４図及び第５図に示すように、ダイ１１を第４図に示す位 置から第５図に示す位置まで回転させて最終的な複合材１８に曲げを付けること ができる。内側プラグ１５は、この用途では球形であり、球の赤道の左側でプラ グに取り付けられた構造体（図示せず）によって支持されている。プラグ１５が 設けられているため、外側のダイ１１とプラグ１５との間の距離を一定に維持す ることができ、これによって、部分１８の壁厚を均等にでき、樹脂に対する繊維 の比率を一定にできる。更に、複合材１８は、ダイから出るときに完全に硬化し ており且つ剛性であるため、部分に加えられる湾曲の方向及び程度に影響を与え 、安定化させるのにこの複合材を使用できる。即ち、硬化済みで剛性の複合材は 、曲げ荷重及び捩じり荷重に耐えることができ、及びかくして、圧力をこの複合 材に及ぼして曲げ作業に方向を与え、安定化させることができる。

成形作業が進むに従ってダイ１１の形状を変化させることができ、これによって 、長さに亘って種々の直径及び断面形状を持つ軸線複合材を製造することもまた 本発明の特徴である。かくして、例えば、葉巻形体、又は直径が漸減する形体（ 街灯ボールのような）、又は胴部の括れた形体（原子力発電所の通風基のような ）、或いは注文製作の可変断面（航空機の翼のような）を持つチューブ又は円筒 体を成形することができる。

第６図は、上述の曲げ技術及び可変寸法ダイ技術を用いて街灯ボールの形体の繊 維／樹脂複合材を製造する、本発明の実施例を示す、第６図では、編組装置２０ から出た編組繊維１９は、円形のダイ、樹脂注入チャンネル、及び本発明で考え ている陰影境界を形成する紫外線ランプを持つ陰影境界硬化装置に供給される０ 手順の最初の段階では、円形のダイをその軸線を中心に回転させて街灯ポール２ ２の最初の区分に湾曲形体を与える。ボール２２の前端が取り付は装置２１から 出るとき、これを下方に案内してガントリー２４の湾曲した突出部分２３の形状 と同じ形態にする。湾曲させた区分が完成すると、円形のダイをボールの真っ直 ぐな区分を製造するための所定位置まで回転させ、ボールの端部を前方に移動し 、可動ガントリーヘッド２５に取り付ける０作業が進むに従って、ガントリーヘ ッドは第６図に示す最終位置に移動する０作業中、陰影境界硬化取り付は装置２ １内の円形のダイの内径を徐々に増大させ、街灯ボール２２の真っ直ぐな区分を 徐々に厚くし、最終的には第６図に示す最終製品を形成する。

第７図は、配向繊維でできた平らなアレイを開放ダイに供給し、このダイのとこ ろでアレイに樹脂を含浸し陰影境界に亘って硬化させ、繊維／樹脂複合材製の湾 曲したシート即ちパネルを製造する、本発明の実施例を示す。開始材料は、繊維 でできた中空チューブを編組し、次いでチューブの壁をその軸線に平行に切り開 くことによってつくられた、或いは配向繊維でできたシートを重ねた従来の方法 のうちの任意の方法でつくられた平らなシート２６である。シート２６を、その 移動方向に対して横方向に位置決めされた細長い開放ダイ２７に向かって及びこ のダイを越えて供給する。ダイ２７は、硬化させたシーｉに湾曲を与えるため、 アクチュエータに装着されているのがよい。ダイ２７は湾曲した作用面２８を有 し、シートはこの面に対して供給される。樹脂は、供給タンク２９から導入管３ ０を介してダイ２７に連続的に供給される。供給タンク２９からの樹脂は、ダイ ２７の底面と連通したチャンネル（図示ゼず）を通ってシート２６に導入される 。所定の強さの光線をダイの底面に対して接線方向に差し向けて樹脂がシート２ ６に注入される箇所と隣接したところでダイの下にくっきりとした陰影境界を形 成するため、紫外線ライトのような輻射エネルギｇｉ３１を位置決めする。含浸 させたシート２６は、陰影境界を通過ずるとき、迅速に硬化して繊維／樹脂複合 材シート３２を形成する。このシートは剛性であり、ダイを通過するセグメント を任意の予め決定された方法で曲げたり成形したりするのに使用できる。ダイ２ ７は、その形態を種々の形状に変えることができ、油圧で又は機械的に或いは他 の方法でダイの予め決定された区分に導入される圧力の変化に応じて第７図の一 連の矢印が示すように連続的に異なる形状をとるようにプログラムされているの がよい。−例として、ダイ２７の位置を連続的に変えることによって、自動車や トラックのボディのような物品を製造することができる。勿論、その後、トリミ ングを行わなければならない、更に、例えば、車輌ｒ　Ａ　Ｊ用の左フェンダ− を４００個つくるように機械をプログラムし、その後、機械のプログラムを変更 するだけで車輛ｒ３．の後右１／４パネルを連続的に製造するのを開始すること によって１．ｆＸΩ自動車のボディをつくるのに一つの機械を使用できる。

第８図は、繊維／樹脂複合材の層を道路のような表面に付けるのに本発明の方法 を使用した特定の実施例の概略図である。この実施例では、繊維材料３５がロー ドローラ３３の前ローラ３６の前面上に引っ張られるように配置された繊維材料 ３５のロール３４を含むように通常のロードローラ３３を改造しである。ロード ローラが矢印で示す前方に移動するとき、織物はローラ３６の前面の周りに連続 し、道路の表面３７と接触する。ロードローラ３３の重量により、織物内部に大 きな圧縮荷重が生じる。この実施例では、織物が道路の表面と最初に接触すると ころ直前で輻射硬化性樹脂３８を注入して織物を含浸する。樹脂は、樹脂タンク ４１から管４０を介して樹脂が供給される注入ヘッド３９を通して供給される。

織物３５のまさに完全な含浸は、こうした状態で得られる。

第８図の構成では、輻射エネルギ源４２はローラ３６の直ぐ後方に配置され、ロ ーラと道路の表面との接線点に差し向けられている。これは、織物がローラ３６ と道路の表面３７との間でまだ圧縮状態にある箇所に陰影境界を作りだすためで ある。輻射エネルギ線の作用により、繊維／樹脂母料が陰影境界で硬化し、母材 を道路の表面に界面４３のところでしっかりと接着する。この実施例では、複合 材のストリップは、自動車が走る全ての場所で道路に接着されている。かくして 、織物即ちテープ層を先ず道路の表面に敷設し、次いで第２の工程で熱硬化を加 える従来の二工程手順に代わる一工程方法を提供する。

本発明の方法を使用することによって、種々の形状及び大きさの繊維／樹脂複合 材を迅速に且つ安価に作ることができる。明らかに、チューブ、導管、柱、航空 機の空調用ダクト、及び他の円形断面の構造を成形することができる。幾何学的 形状を変えることのできるダイを使用することによって、翼区分のような構成要 素を製造することができる。繊維をダイに通すのでなくダイを通過させることに よって、高速道路のガードレール、壁パネル構造、航空機、船舶、潜水艦、等の 大型で平らな表壁のような構成要素を製造できる。

加工片が動かないように保持されており、陰影境界装置を加工片に関して移動さ せる場合、本発明の方法を使用できるということが本発明の特徴である。例えば 、パイプラインのような大型の土木工学プロジェクトを実施する際、陰影境界装 置をパイプラインの長さに沿って自走させ又はロボット式に移動させて数マイル の長さの連続した継ぎ目無し管を製造することができる。これには、移動の衝撃 を吸収するためビグテイルセットが等間隔に設けられる。水道橋や地下鉄のトン ネルのような同様のプロジェクトにも適用できる。

本発明の陰影境界法は、有効性の点及び経済性の点で非常に有利な以下の特徴を 持つ。

１、　本明細書中に説明した方法で軸線でない部品を容易に製造できる。

２・　マンドレルを使用する必要がない、このため、所望であれば、非常に長い 連続した部品を製造できる。

３、　本願で使用した輻射硬化システムは、深部まで透過し、従って複合材の厚 い区分を一回の通過で製造できる。

４、　繊維が定置の工具表面を通って移動する（従来技術のテープ移動式敷設機 械のスピンドルとは異なり）ため、構成要素を高い製造速度で製造できる。

５、　本プロセスは非常に容易に自動化でき、従って、部品の製造に要する労力 が非常に少ない。

６、　繊維／樹脂システムを開放ダイに向かって移動させることによって大型の プレート区分を製造できる。

７、　硬化を開始するのに積層体の大部分を硬化温度まで加熱する熱硬化とは異 なり、本発明の陰影境界は非常に限られた領域で起こり、全く未硬化の樹脂が硬 化済みの区分の直ぐ隣にある。この種の硬化装置では、後に部品の大きな劣化を もたらすことなく硬化の停止及び再開を行うことができる。

８、　熱硬化性樹脂は、長い貯蔵寿命を得るのに低温を要する。その結果、熱硬 化性積層体は、所定の期間内に敷設しなければならない。これは、室温に放置す ると母材の劣化が起こるためである。この要因は、作業を一度開始すると完了ま で続けなければならないため、多くの積層体の実際の大きさを限定する０本発明 の方法には、こうした欠点がない、陰影境界硬化が行われている場合には、機械 を停止し、硬化をまさにその位置で中断する。オペレータは、数日間放置した後 に戻り、機械を再び始動させるだけで、硬化を停止した場所で硬化を開始する。

これには、部品の劣化がほとんど又は全く起こらない。

９、ＦＡシステムは、通常、専用のクリーンルームで製造される。熱硬化システ ムは非常にゆっくりであり、通常は、部品に硬化プロセスを加える前に手作業で 行う多くの手順を必要とする。この期間中、部品は塵埃及び他の異物でｌη染さ れｂい、更に、部品の大きさがクリーンルームの大きさに合わせて制限される。

本発明の陰影境界硬化にはこうした懸念がなく、−秒の数分の−でダイの内側で 反応が起こる。比較的簡単な予防措置を講じることによって汚染の問題をなくす ことができ、これによって、高価な専用のクリーンルームの必要がなくなる。

１０、本発明を実施するに当たり、特注の部品を汎用の工具を用いて非常に容易 に製造できる。

■８８本発明方法は溶剤を含まない樹脂を使用でき、従って、溶剤の廃棄に伴う 環境問題がない。

＋２．本発明の方法は、大気圏外空間でも水中でも実施できる。硬イヒが長時間 に亘って起こる従来技術の熱硬化プロセスでは、樹脂ゲル１ま大気圏外空間の状 態ては硬化前に沸騰して散逸し、水中では完了前に大きく汚染されてしまう０本 発明では、硬化が非常に迅速に完了するため、こうした問題力＜＋ヨとんど文書 よ全くない。

本発明の種々の好ましい実施例を本明細書中に詳細に説明した（すれども、本発 明の精神から逸脱することなく本発明に変更を加えることカベできると０うこと 番よ当業者には理解されよう。

フロントベージの続き （８１）指定回　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、　ＳＥ）、０Ａ（Ｂ Ｆ、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、Ｔ Ｇ）、ＡＴ、ＡＵ、ＢＢ、ＢＧ、ＢＲ，ＣＡ、ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、Ｍ Ｇ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、　ＳＤ、　ＳＥ

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. １．繊維／樹脂複合材を製造するための方法において、繊維のアレイを調製する 工程と、前記アレイを成形ダイに向かって及び成形ダイを越えて供給する工程と 、前記アレイが前記ダイと隣接したところで輻射硬化性樹脂をアレイに導入する ことによって前記アレイを前記樹脂で含浸する工程と、輻射エネルギ源から前記 ダイにエネルギ線を差し向けて陰影境界を前記ダイに隣接して形成する工程とを 有し、前記含浸させたアレイを前記陰影境界の通過時に迅速に硬化させる、方法 。
2. ２．前記アレイは、前記ダイを定置に保持し前記アレイを移動させることによっ て、前記ダイに向かって及び前記ダイを越えて供給される、請求項１に記載の方 法。
3. ３．前記アレイは、前記アレイを定置に保持し前記ダイを移動させることによっ て、前記ダイに向かって及び前記ダイを越えて供給される、請求項１に記載の方 法。
4. ４．前記ダイの作用面は湾曲形体を有し、輻射エネルギ線を前記湾曲形体に接線 方向に差し向け、前記アレイと交差する陰影境界を前記アレイが前記ダイとまだ 接触している箇所に構成する、請求項１に記載の方法。
5. ５．前記アレイは、予め決定された形体を持つ硬化複合材を製造するため、予め 決定された形状を持つ閉鎖ダイを通して供給される、請求項１に記載の方法。
6. ６．前記閉鎖ダイを予め決定された時期に予め決定された角度まで回転させて前 記硬化済みの複合材の予め決定された箇所に湾曲を形成する、請求項５に記載の 方法。
7. ７．前記輻射エネルギ線を前記ダイの回転に応じて再び差し向け、これによって 前記エネルギ線は前記ダイの湾曲面に対して接線方向の関係を維持し、前記アレ イと交差する陰影境界を前記アレイが前記ダイとまだ接触している箇所に形成す る、請求項５に記載の方法。
8. ８．前記アレイを開放ダイに向かって及びこのダイを越えて供給し、開放形体を 持つ硬化済みの複合材を提供する、請求項１に記載の方法。
9. ９．前記輻射エネルギ源は紫外線である、請求項１に記載の方法。
10. １０．前記工程は、大気圈外空間の状態で実施される、請求項１に記載の方法。
11. １１．前記工程は、水中で実施される、請求項１に記載の方法。
12. １２．管状繊維／樹脂複合材を製造するための方法において、繊維を編組して編 組チューブを製造する工程と、円形の成形ダイを通して前記チューブを供給する 工程と、前記編組チューブがまだ前記ダイの内側にあるときに輻射硬化性樹脂を 前記ダイを通して前記チューブに導入することによって前記チューブの繊維を前 記樹脂で含浸する工程と、輻射エネルギ源からエネルギ線を前記ダイに差し向け て前記含浸させたチューブと前記ダイの内側の所定の箇所で交差する陰影境界を 形成する工程とを有し、前記樹脂で含浸した繊維チューブを前記陰影境界の通過 時に迅速に硬化させる、方法。
13. １３．前記編組チューブは、予め決定された軸線に沿って前記ダイに導入され、 前記ダイを前記チューブの導入軸線に対して垂直な軸線を中心に回転させること によって前記硬化させたチューブに湾曲を付ける、請求項１２に記載の方法。
14. １４．前記輻射エネルギ線は、前記ダイの回転に応じて再び差し向けられ、これ によって、前記エネルギ線は前記ダイの湾曲面に対して接線方向の関係を維持し 、前記チューブと交差する陰影境界を前記チューブが前記ダイとまだ接触してい る箇所に構成する、請求項１２に記載の方法。
15. １５．前記編組チューブは、予め決定された軸線に沿って前記ダイに導入され、 前記チューブの硬化済みの部分に圧力を及ぼすことによって前記チューブに湾曲 を付け、チューブをその導入軸線に対して予め決定された角度まで曲げる、請求 項１２に記載の方法。
16. １６．前記チューブが前記ダイを通過した後、前記チューブを支持するため、ガ ントリーが設けられている、請求項１２に記載の方法。
17. １７．前記ダイが前記チューブ上の予め決定された箇所に到ったとき、前記ダイ の幾何学的形状を調節することによって、前記管状繊維／樹脂複合材の断面形体 を前記予め決定された箇所で変化させる、請求項１２に記載の方法。
18. １８．輻射硬化性樹脂は、改質アクリル樹脂、ビニルポリマー、ビニルモノマー に可溶化した不飽和ポリエステル、及びエポキシ樹脂からなる群から選択される 、請求項１２に記載の方法。
19. １９．輻射エネルギは、前記チューブの内側に配置された輻射エネルギ源から前 記チューブの内壁に差し向けられる、請求項１２に記載の方法。
20. ２０．輻射硬化性樹脂は、メタクリル樹脂である、請求項１２に記載の方法。
21. ２１．前記輻射エネルギ源は紫外線である、請求項１２に記載の方法。
22. ２２．繊維／樹脂複合材を製造するための方法において、配向繊維アレイを該ア レイの移動路に対して横方向に位置決めされた開放ダイに向かって及びこのダイ を越えて移動させる工程と、前記アレイが前記ダイを通って移動するときに輻射 硬化性樹脂を前記アレイに導入することによって前記アレイを前記樹脂で含浸す る工程と、エネルギ線を輻射エネルギ源から前記ダイに差し向けて前記ダイと隣 接した陰影境界を形成する工程とを有し、前記含浸させたアレイを前記陰影境界 の通過時に迅速に硬化させる、方法。
23. ２３．前記アレイは、配向繊維でできた比較的平らなシートであり、該シートは 、前記ダイに予め決定された平面で供給され、前記シートをその導入平面に対し て予め決定された角度まで曲げることによって前記シートの硬化済みの部分に圧 力を及ぼすことによって前記シートに曲げを付ける、請求項２２に記載の方法。
24. ２４．前記ダイの作用面は湾曲形体を有し、輻射エネルギ線を前記湾曲形体に対 して接線方向に差し向け、前記シートと交差する陰影境界を前記シートが前記ダ イとまだ接触している箇所に構成する、請求項２３に記載の方法。
25. ２５．前記ダイは、製造工程中、予め決定された時期に一つの形体から別の形に その形体を変え、対応する湾曲を結果的に得られた硬化済みのシートに付ける、 請求項２２に記載の方法。
26. ２６．輻射硬化性樹脂は、改質アクリル樹脂、ビニルポリマー、ビニルモノマー に可溶化した不飽和ポリエステル、及びエポキシ樹脂からなる群から選択される 、請求項２２に記載の方法。
27. ２７．輻射硬化性樹脂はメタクリル樹脂である、請求項２２に記載の方法。
28. ２８．前記輻射エネルギ源は紫外線である、請求項２２に記載の方法。
29. ２９．繊維／樹脂複合材層を表面に付ける方法において、転動ダイを前記表面に 沿って移動する工程と、繊維のシートを前記ローラと前記表面との間の前バイト に連続的に供給する工程と、前記前バイトと隣接した前記シートの幅に亘って輻 射硬化性樹脂を前記シートに注入することによって前記シートを前記樹脂で含浸 する工程と、輻射エネルギ源からエネルギ線を前記転動ダイに差し向けて前記ダ イと隣接した前記シートの幅に亘って陰影境界を形成する工程とを有し、前記含 浸させたシートを前記陰影境界の通過時に迅速に硬化させ且つ前記表面に接着す る、方法。
30. ３０．前記輻射エネルギ源は前記転動ダイの後方に位置決めされ、前記エネルギ 線を前記ダイの表面に対して接線方向に差し向けて前記シートが前記ダイとまだ 接触している箇所に前記シートと交差する陰影境界を構成する、請求項２９に記 載の方法。
31. ３１．前記転動ダイは、前記表面に沿って前進するとき、圧力が加わった状態で 前記表面に押付けられ、これによって、前記シートは、前記陰影境界を通過する ときに硬化、圧縮、及び前記表面への接着を同時に受ける、請求項２９に記載の 方法。
32. ３２．輻射硬化性樹脂は、改質アクリル樹脂、ビニルポリマー、ビニルモノマー に可溶化した不飽和ポリエステル、及びエポキシ樹脂からなる群から選択される 、請求項２９に記載の方法。
33. ３３．輻射硬化性樹脂はメタクリル樹脂である、請求項２９に記載の方法。
34. ３４．前記輻射エネルギ源は紫外線である、請求項２９に記載の方法。