JPH06510954A - 柔軟な多層トウプレグ、その製品およびその製造方法 - 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】 柔軟な多層トウプレグ、その製品およびその製造方法泣肌Ω背旦 上−及豆９丘野 本発明は、柔軟なマルチプライ（多ｌ１ｌ）　）−ウ（繊維束）プレグ、その製 品およびその製造方法に、より具体的には、製織、編組などに適した非常に柔軟 な多層トウプレグ、その製品およびそのようなトウプレグを製造する方法に指向 されている。この柔軟な多層トウプレグは、フィラメント巻取り、引抜き成形（ パルトルージョン）などに適した均一な寸法および正確な寸法形状を有する柔軟 な多層トウプレグのテープ；更に加工して多次元的な織物、プレフォーム（予備 形成品）および複合構造を形成するのに適した不織トウプレグ織物；ならびにリ サイクル（再利用）プラスチックを部分的に含むマトリックス樹脂と組み合わせ た連続繊維またはフィラメントを含むトウプレグに成型することができる。

ｌ−五丘技術五土察 マトリックス樹脂と組み合わせた繊維またはフィラメントを含むトウプレグは、 当技術に公知であり、典型的には「プレプレグ」とよばれる、したがって、トウ プレグはプレプレグの一つの形態である。慣用のプレプレグは、マトリックスの 連続的な塊体に埋め込まれた数百または数千の繊維もしくはフィラメントからな る。典型的に用いられる補強繊維は、「トウ」として知られるフィラメント（＆ ｌ維）の１束」として、連続的な形態で商業的に入手できるが、１トウあたりの フィラメントの数に幅広い変動がある。多（のマトリックス樹脂が入手できるが 、２種類のマトリックス樹脂系、すなわち熱可塑性重合体、および部分的に硬化 された熱硬化性重合体が先行技術において支配的である。

熱可塑性重合体は、トウプレグおよび他の複合物のマトリックスとして広く用い られ、とりわけ航空宇宙的用途のための先端的複合体物のマトリックスとして有 用であると思われる。熱可塑性材料は、破壊靭性、衝撃強さおよび環境的耐久性 において熱硬化性材料にまさる利点を有する。また、熱可塑性材料によれば、プ レプレグには無期限の貯蔵寿命が賦与され、製作者はより良い品質保証が得られ 、そして熱硬化性プレプレグに付随する貯蔵および冷蔵の問題が回避される。熱 可塑性分子は、多（の熱硬化性物質の架橋結合された剛い網目構造よりも強靭で あり得るが、靭性が賦与された熱硬化性物質のうちでは少数のものだけが、航空 宇宙向は複合物としての用途に必要な損傷許容度および高温／高湿圧縮強さとい う複合的な必要条件を満たすにすぎない。複合マトリックス材料としての熱可塑 性重合体の短所は、溶融重合体の高い粘度に起因する、繊維を均質に被覆するこ との困難性である。熱可塑性プレプレグは、典型的には、剛性に冨み、得られる 織物が曲りに（いのでプレフォームを、織り、編み、または貯えておくのに充分 に適してはいない。同様に、熱可塑性重合体で被覆したプレプレグの剛性は、フ ィラメント巻取り、および複雑な形状の形成を煩雑にさせ、貯える間の順応性を 達成するには、熱を接触点に集中させなければならない。

熱硬化性重合体もプレプレグのマトリックス材料として用いられる。熱硬化性プ レポリマーを含有するプレプレグは、相対的に柔軟ではあるが、通常粘着性であ り、そのため、使用前に除去しなければならない保護脱着被覆を必要とする。熱 硬化性プレプレグは、特定の用途、例えばフィラメント巻取りには許容され得る が、その粘着性、および保護脱着被覆の必要性は、製織、編組、または塊状もし くは板状の注型混成品のための寸断繊維原料の製造に熱硬化性プレプレグを用い ることを不可能にする。

他の２種類の形式のトウプレグは、熱可塑性トウプレグに類似する金属マトリッ クストウプレグ、および熱硬化性トウプレグに類似する部分硬化セラミックトウ プレグである。しかしながら、金属およびセラミック複合物質に対する市場が限 定されていることから、これらの材料は、一般的には入手できず、製造技術の開 発の焦点とはなっていない。金属およびセラミックマトリックスのトウプレグは 、熱可塑性トウプレグおよび熱硬化性トウプレグに類似する方式および形態で製 造することができる。

連続繊維プレプレグは、ホットメルト、溶液、乳濁液、スラリー、表面重合、繊 維混合、薄膜挟み込み、電気メッキおよび乾燥粉末技法をはじめとする多数の含 浸方法を用いて製造することができる。

ホットメルト加工では、繊維および樹脂を、高い剪断率を生じる条件下で高温で ダイを通過させることによって、含浸を実施してもよい。この方法は高温度であ ることから、熱可塑性材料が分解することがある。この方法の別の短所としては 、トウに印加される高い応力、および熱可塑性重合体で繊維トウを含浸するのが 困難であることが挙げられる。

溶液被覆加工では、マトリックス材料を溶媒に溶解し、この溶液中にトウを通し 、次いで乾燥して溶媒を蒸発させる。この方法に付随する２点の短所は、熱可塑 性重合体は、通常、高濃度では限定された溶解度を示すこと、および大部分の熱 可塑性エンジニアリングプラスチックは、室温では低沸点の溶媒に溶解し得ない ことである。加えて、溶液の高い粘度は、ホットメルトによるのと同じ含浸上の 問題を招（とともに、繊維を相互に粘着させることになる。

もう一つの問題点は、溶媒の除去が困難なことである。更に、プレプレグに残留 する痕跡量の溶媒は、複合物の望ましくない多孔性を生起する。

乳濁液法は、非常に小さい粒度の粉末化されたマトリックス材料を、この樹脂を 界面活性剤による水性乳濁液として合成することによって、繊維状のトウに塗布 する一つの方法である。この方法の問題点は、完成トウプレグからの界面活性剤 の除去が困難なことである。

スラリー被覆加工、または湿式粉末加工は、大部分の熱可塑性重合体が室温では 溶媒に不溶であるという問題点を解決するために考案された、溶媒を用いない被 覆加工技術である。スラリー被覆加工では、樹脂と媒体との間に溶解性が存在し ない液体の媒体に、一般的には水に粉末を懸濁させ、このスラリーを通じて繊維 束を牽引する。粒状のマトリックススラリーは繊維を湿潤しないので、マトリッ クスと繊維を統合して複合物にするには、より高い圧力が必要となる。このプレ プレグは粘着性であることもあり、そのため、製織または編組には適さない。別 の短所としては、液体媒体、揮発性物質、および重合体／液体というコロイド状 態を形成するために用いられる分散剤または界面活性剤を除去する必要性、不充 分な混合によってスラリー中に凝集体が生じがちであること、ならびに加工の際 に重合体粒子が沈澱する可能性が挙げられる。

乳化またはスラリー被覆加工の際に充分な混合を達成するためには、スラリーま たは乳濁液の粒度が繊維径より小でなければならない。乳化または分散重合で製 造できない熱可塑性重合体の多くについては、そのような微細な粉末を形成する ことが極めて困難である。したがって、繊維と粒子との粗雑な混合物が得られる 。混合物の質は、粒度が増大するにつれて低下し、統合した複合物における不充 分なマトリックス分布や複合物の不充分な性能を招く。

表面重合では、被覆は、繊維基質上での重合体マトリックスの重合の結果として 得られる。この方法に付随する短所としては、望ましくない材料、例えば溶媒、 阻害剤、または重合反応の副生物を除去する必要性が挙げられる０表面重合は、 商業的関心が払われる重合体性マトリックスの多（の製造には利用できない特殊 な技術、例えば電気重合を用いてのみ実施することができる。

繊維混合では、重合体性マトリックスを繊維性形態へと導（。

重合体性繊維および補強繊維は、乾燥混合物として混合されるが、重合体繊維の 融解のような方法によって繊維を湿潤することは、複合物に統合するまで延引さ れる。効果的な含浸は、系全体にわたる樹脂と繊維の混合の無秩序の程度に依存 する。このトウでは、マトリックス材料による補強繊維の濡れは生じないので、 完全に濡れたトウプレグと比較した場合に、同等の加工時間および温度下でトウ プレグを複合物に統合するには、より高い圧力が要求される。

薄膜注型は、熱可塑性重合体のホットメルト含浸に付随する問題点のいくつかを 解決するプレプレグ製造の一つの方法である。

これは、ホットメルトまたは溶液から注型したマトリックス材料の薄膜層をトウ プレグ繊維に重ねることからなる。２枚の薄膜の間に挟まれた繊維を加熱および カレンダ加工して、樹脂を繊維内に侵入させる。

柔軟な金属マトリックスのトウプレグは、アメリカン・サイアナミド社が電気メ ッキを用いて製造している。各繊維は、完全に湿潤され、金属マトリックスで均 質に被覆される。このトウプレグは、製織、編組、フィラメント巻取り、または 塊状もしくは板状の注型混成品原料の転換に望ましい特性を有する。加えて、こ のトウプレグは統合のために高い圧力を必要としない。しかし、電気メッキには 、電気メッキに適合できる系が限定されているという短所がある。商業的関心の 対象となるほとんどのセラミック性および重合体性マトリックスは、補強繊維上 に電気メッキすることができない。

フィラメントまたは繊維は一方の電極を構成するので、補強繊維は導電性でなけ ればならず、ガラス繊維および有機繊維などの繊維は電気メッキが不可能である 。

トウの粉末被覆加工は、プレプレグ製造のために開発された最も最近の方法であ る。著しい長所は、溶媒が全く不要であること、および工程において高い応力が 導入されないことである。はとんどすべての粉末被覆加工の適用の究極的な目標 は、薄い、一様な厚さの高品質の被覆を可能な限り効率的に堆積させ得ることで ある。

粉末化された樹脂は、また、常温の、または高い貯蔵温度で固体でなければなら ず、加熱したときに流動でき、かつ繊維トウに浸透する低い粘度を達成するよう に融解することが可能でなければならない。乾燥粉末被覆加工は、濡れた基材、 溶媒または水を排除したことによって、被覆材料のリサイクルが容易となること がら、多くの長所を有する。これは、重要な経済的長所であって、粉末の１００ ％となり得る活用、および洗い流され、必然的に廃棄される高価な溶媒の排除が 見込まれる。したがって、粉末被覆加工は、主としてこれらの潜在的な利点に基 づいて着想され、発展させられた。

マトリックスで繊維を粉末被覆加工するもう一つの方法は、乾燥した熱可塑性重 合体で繊維を含浸し、次いで、被覆された繊維を熱可塑性のシースで覆うＡＴＯ ＣＨＥＭ法である。しかし、マトリックスは繊維上で融解しないので、シースと 接触している繊維がマトリックスに湿潤されるだけである。このトウプレグの統 合も、匹敵する加工条件下で、トウプレグを完全に湿潤するより高い圧力を必要 とする。その上、スラリー被覆加工におけると同様に、一般的には２０ミクロン 未満である微細な重合体粉末がこの方法に推奨される。そのような微細な粉末を 熱可塑性樹脂から製造することは、非常に高価になる可能性がある。

トウプレグは、より多くのマトリックス材料の混入を必要とせずに成分を統合し て、実質的に空隙のない複合物構造を形成できるようにするには、典型的には２ ５体積％を超える充分なマトリックスを含有しなければならない。線状のトウプ レグは、製織、編組、フィラメント巻取りその他の公知の方法を用いて、二次元 および三次元的製品形態に転換することができる。これに代えて、これらのトウ プレグを、寸断、切断または類似する公知の方法を用いて、不連続繊維で補強さ れた注型用原料を製造するのに用いることもできる。

主用ｍ皿約 本発明の基材トウプレグは、約１５ｍｍを超えない最小曲げ半径および約１００ ミクロンを超えることのない平均ブライ（層）厚を有することから、製織、編組 、フィラメント巻取りその他の加工によって有用な形態を形成するのに適してい る。層の厚さは、製織および編組の際に有用であるためには上記の必要条件に制 約され得るが、トウプレグを構成する層が独立に作用できるならば、トウプレグ の大きさを限定する必要はない。トウプレグの層は、トウプレグの別個の部分で あって、実質的にトウプレグ全体よりも統合され、隣接する層とは、層の厚さの 少なくとも３０倍の軸方向の平均長で隔てられている。非粘着性である層のこの 配置上の隔たりが、層要素の実質的に独立した曲げ変形を招（。

本発明による基材である柔軟な多層トウプレグは、３段階の工程によって製造さ れる：　（１）補強フィラメントのトウな側方に展開して、事実上すべての繊維 またはフィラメントを環境に対して露出させ；　（２）露出した展開されたフィ ラメントに、界面を接着させるようにマトリックス材料を接触させ；そして（３ ）マトリックス材料が固化して非粘着性の状態となるまで、層を側方に隔離した ままに保つことによって、トウプレグ内の隣接する層同士の実質的な相互接着を 防止する。

本発明による柔軟な多層トウプレグのテープは、３段階の工程によって製造され る：　（１）補強フィラメントのトウを側方に展開して、事実上すべての繊維ま たはフィラメントを環境に対して露出させ；　（２）露出した展開されたフィラ メントに、界面を接着させるようにマトリックス材料を接触させ；そして（３） 被覆されたトウに公知の寸法形状をとらせて、該トウな一体化し、そして公知の 寸法形状の柔軟なテープを形成させる。

本発明による多層トウプレグの不織織物は、４段階の工程によって製造される： 　（１）補強フィラメントのトウを側方に展開して、事実上すべての繊維または フィラメントを環境に対して露出させ：（２）露出した展開されたフィラメント に、界面を接着させるようにマトリックス材料を接触させ；　（３）マトリック ス材料が固化して非粘着性の状態となるまで、層を側方に隔離したままに保つこ とによって、トウプレグ内の隣接する層同士の実質的な結合を防止して、基材ト ウプレグの織物を製造し；そして（４）例えば重ね合わせ、点接着または縫合な どの相互接着法を用いて、本発明のトウプレグによる不織織物へと該基材トウプ レグを成型する。

本発明による柔軟なリサイクルプラスチックマトリックスのトウプレグは、３段 階の工程によって製造される：　（１）補強繊維またはフィラメントの基質を展 開して、事実上すべての繊維またはフィラメントを環境に対して露出させ；　（ ２）露出した展開されたフィラメントに、界面を接着させるようにしてリサイク ルプラスチックを含むマトリックス材料を接触させ：そして（３）リサイクルブ ラスチックのマトリックス材料が固化して非粘着性の状態となるまで、基質を側 方に分離されたままに保つことによって、隣接する繊維またはフィラメント同士 の実質的な相互接着を防止する。

基材トウプレグは、相互に展開され、または隔てられた多くの単位フィラメント からなる繊維トウな、単位フィラメントの側方への拡がりを形成するように与え ることによって製造される。展開された新しいフィラメントをマトリックス形成 材料で被覆する。マトリックスを形成する材料でフィラメントを充分に被覆した 後に、マトリックスを形成する材料フィラメントを液化して、充分に浸漬した繊 維トウを形成する。液化したマトリックス形成材料がフィラメント伝いに流下す るにつれて、マトリックス形成材料の厚さは薄くなり、最後に薄い薄膜がフィラ メント間で破れる。トウが充分に展開され、拡がりが保たれているならば、薄膜 は、固化する際にフィラメント間で破れるであろう。個別的にであれ、束にされ てであれ、こうして被覆されたフィラメントを冷却し、その結果、マトリックス 形成材料は固化される。冷却の間に、フィラメントの群は単位層を形成する。単 位層は、層同士の連結子として、隣接する層を結合させることがある。繊維トウ の移動を維持し、かつ軸方向の張力をフィラメントに与えて、単位フィラメント がそれ自身の上に倒壊しないように層を引張し、こうしてフィラメントおよびマ トリックス材料の塊体を形成する。そうして、層を纏め合わせて様々な厚さのト ウプレグを形成し、次いでこれらを巻き取り、またはテープもしくは織物に成型 し、あるいは所望のとおりに更に加工することができる。

本発明による柔軟な多層トウプレグのテープは、輪郭の明瞭な全体の幅および厚 さを特徴とする。典型的には、繊維束から製造された柔軟な多層トウプレグは、 寸法形状の特徴が明確ではな（、正確な配置が高品質の部品の製造に決定的に重 要である工程に、そのようなトウプレグを用いる際の困難を招く。ここに開示さ れた柔軟な多層トウプレグから製造したテープは、フィラメント巻き取り、先端 的なトウ配置および引抜き成形などの工程に適した充分に特徴的な寸法形状を有 する。

第一の好適実施態様では、柔軟なトウプレグのテープを製造するための装置は、 協働する２個のローラを含み、一方は一般的に凹面を有し、他方は一般的に凸面 を有するか、または一方は湾入した溝を有し、他方はその湾入した溝に相応する 突出した隆起を有し、その結果、一方のローラの突起が他方のローラの湾入の内 部に嵌合する。柔軟な多層トウプレグを２個のローラ間の公知の寸法形状の間隙 を通過させて、公知の寸法形状を有するトウプレグテープを形成する。第二の好 適実施態様では、柔軟なトウプレグのテープを製造するための装置は、単一の凹 面ローラを含む。張力のもとで、柔軟な多層トウプレグをこのローラの円周の一 部の周囲を通過させ、その結果、張力とローラの凹面の輪郭との組み合わせが、 柔軟な多層トウプレグを一般的にはローラの凹部の最低点へと向かわせ、こうし て適正な寸法形状を有するテープを形成する。

本発明に従って製造された柔軟な多層トウプレグの不織布は、低コストの二次元 的織物を製造するのに用いることができ、これを、二次元および三次元的織物、 プレフォームならびに複合構造品へと下流の加工に用いることができる。これに 関して、本発明の柔軟な織物から製造された製品は、柔軟な多層トウプレグから 製造された編組または製織された織物より低価格である。本発明を用いると、室 温で固体であるマトリックスを有する織物は柔軟であることが可能であるのに対 し、慣用の技術は剛い織物を製造する。本発明の基材である柔軟な多層トウプレ グは、固体マトリックスを用いて柔軟性および顕著な繊維の浸漬が両者ともに達 成された、柔軟な多層トウプレグの不織織物を製造するのに用いることができる 。マトリックスおよび補強物の双方が繊維（共繊維構造）、例えば混合、共栄ま たは共積層構造として存在する典型的な織物構造は、柔軟ではあるが、補強繊維 の本発明で示されるような濡れを全く示さない。

したがって、そのような共繊維の織物を統合するには、本発明と比較したとき、 より強烈な加工条件を必要とする。

本発明の織物を製造するには、基材である柔軟な多層トウプレグを形成する相互 連結されたトウプレグの層およびフィラメントを相互に重ね合わせ、全体的に結 合して織物を形成する。好ましくは、２層または３層のトウプレグを重ね合わせ て、約５０〜約５００ｇ／ｃｍ２、好ましくは約１５０〜３５０ｇ／ｃｍ”の基 礎重量を有する織物を形成する。

各種の結合技法がトウプレグ層を全体的に結合するのに適しているが、ポットメ ルト接着による点接着、および縫製による線接着が好ましい。典型的には、選ば れた点でかぶせたトウプレグのホットメルト接着を用いて、依然としで柔軟性を 維持しつつトウプレグを全体的に接着する。針による穿孔、巻込み法および集中 圧迫も適切な結合技法である。

リサイクルプラスチックのトウプレグに用いられるマトリックス材料は、実質的 にリサイクルされた廃プラスチックを含むが、未使用プラスチックを含んでもよ い。すべての形式のプラスチックをマトリックス材料として用いてよいが、熱可 塑性重合体が好適である。初めに、リサイクルすべきプラスチックを寸断し、次 いで、摩砕して粉末とする。リサイクルされた廃プラスチックが混合プラスチッ ク廃棄物であるならば、この粉末を、密度分離法を用いて部分的に精製すること ができる。粉末を補強繊維の基質に塗布し、そして融合させてプレプレグを製造 する。このプレプレグから、慣用のプレプレグと同じ方法で複合構造を織り上げ る。基質は、好ましくは、各種の形態の、例えば製織布地、テキスタイル織物ま たは繊維トウでの補強繊維である。補強繊維には、展開されたトウばかりでなく テキスタイル織物として被覆を施すこともできる。トウを用いた場合は、典型的 には、製織、編組、フィラメント巻取り、テープおよび不織織物への成型その他 に適するトウプレグ層が製造される。

本発明の第一の目的は、製織、編組、フィラメント巻取り、引抜き成形、テープ 形成、不織織物形成、および塊状の注型用混成原料のシートへの転換に適した柔 軟な多層トウプレグを提供することである。

本発明のその他の目的は、各種の繊維およびマトリックスからの商業的に実施で きるトウプレグの製造である。

本発明の更に別の目的は、複合構造を有する経済的製品に適した充分な数のフィ ラメントを含有する柔軟なトウプレグを提供することである。

本発明の追加的な目的は、充分に浸漬した結果、複合物を統合する際に繊維の完 全な浸漬に過剰な圧力が必要とされない補強繊維を有するトウプレグを提供する ことである。

本発明のもう一つの目的は、トウプレグ製造の際にマトリックスの実質的な硬化 または樹脂の加齢を最小化するために、トウプレグを迅速に製造することである 。

本発明のもう一つの目的は、廉価な、繊維の直径の２倍を超える粗い粉末、また は短い繊維の形態のマトリックス材料からのトウプレグ製造の開始を可能にする ことである。

本発明のその他の目的は、各種の繊維およびマトリックスからの商業的に実施で きるトウプレグテープの製造である。

本発明のもう一つの目的は、引抜き成形、フィラメント巻取り、または塊状の注 型用混成原料のシートへの転換に、および各種のプレフォームおよび複合構造の 織り上げに充分に適した柔軟なトウプレグの不織織物を提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、二次元または三次元的プレフォームおよび複合 構造の経済的製造に適した充分な数の繊維を含有する柔軟なトウプレグの不織織 物を提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、粘着性の熱硬化性プレプレグチーブと同様な方 法で加工して、先端的な複合構造をレイアップすることができる不織トウプレグ 織物を製造することである。

本発明のその他の目的は、樹脂移動モデル形成のための接合されたプレフォーム 、例えば、チューブローリング法を用いて製造できる管状プレフォームを製造す るのに用いることができる不織トウプレグ織物を製造することである。

本発明のもう一つの目的は、主要なマトリックス材料としてリサイクルプラスチ ックを用いるマトリックス材料で被覆した基質繊維またはフィラメントを含むト ウプレグを提供することである。

本発明の更にもう一つの目的は、廉価な廃プラスチックの形態でのマトリックス 材料からのトウプレグ製造の開始を可能にすることである。

本発明の追加的な目的は、加工装置または最終製品に対する損傷を最小化するマ トリックス材料を用いるトウプレグの製造法を提供することである。

本発明の最後の目的は、精製する必要はないが、なおも充分な特性を有する複合 物を生じる、多少とも混合され、または混入されたマトリックス材料源から製造 できるトウプレグを製造することである。

当業者には明白であるこれらおよびその他の目的は、下記の本発明の詳細な説明 および図面によって一層完全に説明されるとおり、本発明によって達成される。

区画０肛旦ｌ韮朋 図１は、本発明の基材である柔軟な多層トウプレグの製造法の全体的な流れ図で ある。

図２は、基材である柔軟なトウプレグ層を示す。

図３は、慣用のトウプレグ（図３ａ）と本発明のトウプレグ（図３ｂ）との比較 である。

図４は、補強フィラメントに接するマトリックス形成材料を纏める前（図４ａ） および纏めた後（図４ｂ）に固化した後の、本発明のトウプレグ層を示す。

図５は、本発明の補強フィラメント上にマトリックス形成材料を、側方への張力 を加えて（図５ａ）および加えずに（図５ｂ）融解させる工程、ならびにフィラ メントの間のマトリックス形成材料の狭隘部の断面（図５ｃ）を示す。

図６は、本発明のトウ層について曲げ剛性を変えた場合のトウの層の厚さ対トウ の層の引張り応力を示すグラフである。

図７は、静電流動層を被覆加工系として用いる本発明の工程の全体的な模式図で ある。

図８は、本発明のトウプレグテープ形成手段の詳細な模式図である。

図９は、本発明のトウプレグテープ形成手段のオーブンを用いない実施態様での 詳細な模式図である。

図１Ｏは、トウプレグ形成のための隆起付きローラおよび溝付きローラの図８の ６−６線沿いに見た断面図である。

図１１ａおよび図１１ｂは、図１Ｏに示したローラの代替実施態様である。

図１２は、単一ローラ配置を用いたトウプレグテープ形成手段の代替実施態様の 断面図である。

図１３は、図１２に示した単一ローラのトウプレグテープ形成手段の側面図であ る。

図１４は、本発明の一方向性不織トウプレグ織物を示し、図１４ａは軸方向の視 点からのトウプレグの重なりを示し、図１４ｂは重ねられたトウプレグの点接着 を示す。

図１５は、異なる軸方向に配向された代替的トウプレグ層を有する本発明の多方 向性トウプレグ不織織物を示し、図１５ａはトウプレグの重なりを示し、図１５ ｂはｍねられたトウプレグの点接着を示す。

図１６は、図１４ｂに示した一方向性不織織物の典型的な点接着の図形を示す平 面図である。

図１７は、図１４ａに示した一方向性不織織物の典型的な縫製の図形を示す平面 図である。

図１８は、本発明の基材であるトウ層の顕微鏡写真（ｘ３９．９）である。

図１９は、補強フィラメント上のマトリックス形成材料の固化後ではあるが、ト ウ層を纏める前の顕微鏡写真（ｘｌ）である。

図２０は、０ｐｓｉ　（０，０７ｋｇ／ｃｍ”）でポリプロピレンで含浸したガ ラス繊維を用いた本発明のトウプレグテープの断面の５０倍の顕微鏡写真である 。

図２１は、２０ｐｓｉ（１，４ｋｇ／ｃｍ”　）でポリプロピレンで含浸したガ ラス繊維を用いた本発明のトウプレグテープの断面の５０倍の顕微鏡写真である 。

図２２は、２０ｐｓｉ（１，４ｋｇ／ｃｍ”　）でポリプロピレンで含浸したガ ラス繊維を用いた本発明のトウプレグテープの断面の２００倍の顕微鏡写真であ る。

図２３は、ポリプロピレンのマトリックス材料およびガラス繊維の補強フィラメ ントを用いた本発明によるトウプレグテープのテープの写真である。

図２４は、結合材フィラメントを挟み込むことによって製造した本発明による不 織トウプレグ織物の写真である。

１肛９詳起皇呈朋 上−皿１ 本発明の重要な特徴は、隣接する濡れたフィラメント同士の凝集を最小化しつつ 、繊維またはフィラメントの湿潤もしくは浸漬を促進することにある。被覆され たフィラメント同士の凝集を防ぐには、マトリックスが固化するまでフィラメン トを隔離されたままに保つことが必要である。フィラメントを隔離されたままに 保つための一つの取り組み方は、フィラメントに対する軸方向の張力を維持する ことによってフィラメントの側方の収縮を抑止することによる。図５は、２本の フィラメントに担持されたマトリックス材料粒子の融解を示す。図５８では、軸 方向の高い張力がフィラメントが相互に接近するのを束縛する３図５ｂでは、フ ィラメントに対する軸方向の張力が低く、そのため、マトリックス材料粒子が融 解し、フィラメント伝いに流下するにつれて、フィラメントは互いに側方から接 近することができる。

図５ｂ−（ｃ）では、２フィラメント間の融解物の厚さは、フィラメントが実質 的に２’Ａ潤された後でさえ大きい。それと比較して、図５ａ−（ｃ）では、２ フィラメント間の融解物の厚さは、フィラメントの側方の移動を束縛しているた めに図５ｂ−（ｃ）におけるより実質的に薄い。２フィラメント間の薄い薄膜を 破砕することによって、この２本の被覆されたフィラメントを分離することは容 易である。この分離工程の結果を図５ａ−（ｄ）に示す。

フィラメントの束縛のため、フィラメント間の纏れた融解物には、フィラメント の軸に垂直に引張応力が発生する。この状態を図５０に図示する。この引張応力 は、材料がフィラメント沿いに分散しようとして、このフィラメント間の部域か ら垂離されるために発生する。融解物に関するこの状態の応力（σＮ）が破損応 力（ｏｆ）を超える場合、狭隘部は破砕されるであろう。マトリックスの破損応 力は、特定のマトリックスに関する適切な操作条件を決定するための指標として 用いることができる。例えば、低分子量の溶融材料が実質的に無視し得る引張破 損応力を有することは周知である。高分子量の溶融重合体は、それらの操作温度 が上昇するにつれて強度を喪失することも知られている。同様に、部分的に溶媒 が加えられ、または可塑化された重合体は、未変性の重合体より低い引張強度を 有する。

分散されたトウプレグが薄いことは、重合体を非常に短時間で融解することを可 能にし、重合体は、融解物についての通常の安全温度を超えて充分に高めること ができる。このようにして、融解物の極めて低い弾性強度を達成して、トウプレ グを多数の層に分割することを容易にすることができる。慣用のマトリックス形 成材料系は、特定のマトリックス形成材料の融点で、またはそれをやや上回る温 度で作用し得る。本発明の被覆加工系は、特定のマトリックス形成材料の軟化温 度より着しく高い温度で作用することができ、一般的には、特定のマトリックス 形成材料が耐える高い温度で、系内での滞留時間内に分解反応または樹脂の加齢 を蒙ることなく作用することができる。本発明に用いられる滞留時間は充分に短 いため、明らかなマトリックス形成材料の分解または樹脂の加齢は皆無である。

オーブンまたはヒータが作動する温度は、オーブンまたはヒーク内での基質／マ トリックス材料の滞留時間に関係する。すなわち、滞留時間が短縮されるならば 、高い温度を用いることができる等々である。このように、滞留時間が充分短い 結果、マトリックス材料が分解反応または樹脂の加齢を蒙ることを可能にするの に充分な長さの時間そのような温度で存続しない限り、マトリックス材料が分解 反応を受けるか、または樹脂の加齢が発生する温度より高い温度を用いることが できる。

粘弾性液体中でのより低い引張強度に導く同じ条件が、この液体に関しては、よ り低い表面張力液体およびより低い粘度を導く。したがって、フィラメントの分 離を促進する同じ条件が、この液体のフィラメント沿いの拡散を促進する。した がって、図５ａに示した液体の形状の転換は、この液体の弾性を最小化するよう に材料および作動条件を操作することによって、物理的に理解することができる 。フィラメントの相互方向への側方収縮を抑止または防止することによって、破 断以前の狭隘部の長さくＬｏ）を最小化することができる。そうして断面積（Ａ ｏ）の減少が促進され、破断に必要とされる力（Ｆｎ）が低減される。こうして 、湿潤および固化の際に終始高率のトウの分散を維持することは、個別的なフィ ラメントの被覆を促進する。追加的な力によって、フィラメント間の液体薄膜の 破断を容易にすることができる０分散したトウの平面に垂直に吹き付けた熱い気 体は、フィラメント間の薄膜の破断を促進するであろう。分散したトウを溝付き ローラ越しに、フィラメントがローラの軸に向かって圧迫されるように移動させ ることは、フィラメント間の薄膜の分割を容易にするであろう。多様な機械的装 置を導入して、溝付きローラのようにフィラメントの分離を支援することができ る。

本発明の基材であるトウプレグを製造するには、マトリックス材料による繊維の 実質的な浸漬が達成され、その結果、マトリックス形成材料が、慣用の接着剤ま たは結合剤を用いることなくフィラメントへの接着を達成するのに充分な程に液 化されていなければならない。典型的には、浸漬は、マトリックス材料の液化装 置、例えば、熱によってマトリックス材料を液状にする融解器具またはオーブン を介して遂行される。実質的な浸漬を達成するには、マトリックスを液状にさせ 、マトリックス材料が繊維を充分に湿潤することを可能にするよう選ばれた装置 内での充分な滞留時間が必要である。あらゆる輻射オーブンまたは熱伝導オーブ ンをはじめとする各種の液化装置が人手できる。輻射オーブンは乾燥粉末に対し て好適である。更に、オーブンに代えて高温のダイを用いることもできる。

マトリックス材料は、本発明の一部として液化されることから、フィラメントを 被覆するためには、粗粒子および短繊維をはじめとするいかなる粒度のマトリッ クス材料粉末を用いることも可能である。マトリックス材料の液化、およびマト リックスのフィラメント伝いの流下は、マトリックス材料とフィラメントとの間 の、大粒径の粒子を小直径のフィラメントに塗布することに付随する粗雑な混合 という問題点を軽減する。したがって、マトリックス形成材料の粒度は、本発明 では決定的に重要ではなく、注型技術には許容されるフィラメントの直径もしく は厚さまたはそれ以下から、本発明におけるとおり、短繊維をはじめとするフィ ラメントのそれより何倍も大きい直径または厚さにまでわたることができる。大 きい直径または厚さのマトリックス形成材料の粒子の使用は、本発明の方法まで は何らの成功も伴わずに用いられていたが、顕著な原価の節約も招（。

ｌ−」Ｌ遍ｍ料 トウの繊維またはフィラメントとして役立つ各種の繊維としては、ガラス繊維類 ；炭素および黒鉛繊維類；有機繊維類、特にアラミド類、および低融点ではない 芳香族ポリエステル類のような液晶繊維類：セラミック繊維類、例えば炭化ケイ 素；混成繊維類、例えばアラミド／炭素、アラミド／ガラス、アラミド／炭素／ ガラスおよび炭素／ガラス繊維類が挙げられる。

一般に、２５ミクロンより大きい直径または厚さを有する繊維は有用ではない。

例えば、　１４０ミクロンの直径を有するホウ素繊維の使用には、この厚さの繊 維を非常に柔軟にすることは不可能であるので意味がない。その上、選ばれた繊 維は、補強型の繊維であり、そして連続的な形態で入手できなければならない。

適切な繊維は。

マトリックス統合の段階に必要な温度で熱的に安定的でなければならない。更に 、適切な繊維は、室温より高いガラス転移温度および融点、ならびに複合物の統 合温度より高い融点を有しなければならない。

熱可塑性および熱硬化性重合体は、両者ともマトリックス材料としての使用に適 している。好適な重合体は、一般に、粘着性でありではならず、用役の際および 硬化後には室温より高いガラス転移温度または融点を有しなければならない、好 ましくは、ガラス転移温度は、室温より高（なければならない。したがって、エ ラストマー、ゴムおよび皮革は、室温で剛くけなく、マトリックス材料としての 使用に不適切である。工程温度で粘着性であり得る熱硬化性重合体は、冷間加工 して粘着性を増大させ、マトリックス材料としての適切さを増大させることがで きる。非重合体材料、例えば銅、低融点金属およびセラミック前駆物質をマトリ ックス材料として用いてもよい。マトリックス材料は、いかなる配置、例えば粒 子、粉末および短繊維であることが可能である。

重合体の分類群の例は、ＡＢＳ群、アセタール樹脂類、アクリル樹脂類、アルキ ドポリエステル類、アリル樹脂類、アミノ化合物類、エポキシ樹脂類、フッ化プ ラスチック類、フラン樹脂類、メラミン樹脂類、ナイロン類、フェノール樹脂類 、フェニレンオキシド類およびエーテル類、ポリアミド類、ポリアミド−イミド 類、ポリブチレン類、ポリカーボネート類、ポリエステル類、ポリエーテルエー テルケトン（ＰＥＥＫ）類、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）類、ポリエーテルケ トンケトン（ＰＥＫＫ）類、ポリエーテルイミド類、ポリエチレン類、ポリイミ ド類、ポリメチルペンテン類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリプロピレン類 、ポリスチレン類、ポリウレタン類、スルホン類、尿素樹脂類およびビニル樹脂 類である。共重合体類、合金類および混合物類は適切な重合体マトリックスとな り得る。

重合体のこれらの分類群の中では、多層トウプレグの形成後の固化の直後に粘着 性ではない特定の等級が好適である。加えて、複合物の部分を最終的に硬化させ るときに層とトウとの間の接着を可能にするために、トウプレグを最初に固化さ せるときには、熱硬化性重合体を完全に硬化させてはならない。マトリックス材 料としての使用に好適な重合体としては、工業用高性能重合体、例えばポリエー テルエーテルケトン、ポリアミド、エポキシ樹脂およびポリエステルが挙げられ る。

リサイクルプラスチックのトウプレグの製造に用いるための好適なマトリックス 材料は、実質的にリサイクルされた廃プラスチックを含む。リサイクルプラスチ ックの混合物、およびリサイクルプラスチックと未使用プラスチックの混合物も 適切である。マトリックス材料としていかなる形式のプラスチックを用いてもよ いが、熱可塑性重合体が好適である。マトリックス材料として用いようとするプ ラスチックは、好ましくは、初めに寸断し、次いで摩砕して粉末とする。リサイ クル廃プラスチツク源が混合プラスチック廃棄物であるか、または未使用プラス チックもしくは両者を含有するならば、密度分離法を用いてこの粉末を部分的に 精製することができる。粉末を補強繊維の基質に塗布し、そして融合させて、プ レプレグを製造する。慣用のプレプレグと同じ方法で、このプレプレグからトウ プレグおよび複合構造を織り上げる。リサイクルプラスチック含有のトウプレグ は、有用であるためには柔軟である必要はな（、本発明は、非常に広い柔軟性の 幅を有するトウプレグを製造することが可能である。マトリックス材料および補 強繊維中でのいかなる量のリサイクルプラスチックの使用の組合わせも、いかな る程度の柔軟性をも有して本質的に有用である。

リサイクルプラスチックを用いることにより、マトリックスの原価は、他の材料 と比較すると著しく低い。リサイクルプラスチックは、融合できない材料を含む ことがあるが、これは、トウプレグ製品中に埋め込むことができ、加工用の装置 または製品に損傷を僅かしか与えない。プラスチックは、狭い公差を有する押出 し成形機内では融解しないが、非接触オーブン中では融解する。そのため、融合 できない材料は、加工用の装置を損傷しない。トウプレグおよび複合物の特性は 、補強繊維に支配されるので、多少とも混合し、または混入したマトリックスは 許容されることができる。したがって、本発明の手段を用いることにより、適切 なトウまたは複合物持性を達成するような高い程度にまでリサイクルプラスチッ クを精製する必要はない。

異なるプラスチックは、典型的には、相互に融和できず、そのため、混合プラス チックは、典型的には、低い物理特性を有する。工業プラスチック屑は、分離さ れることが多く、好適なリサイクル源となる。消費者を経たプラスチックは、回 収の次第に応じて多様な程度に混合されている。例えば、ＰＥＴボトルとともに 、非ＰＥＴであるボトルの蓋、紙のラベル、および他の形式のボトルや消費者向 はプラスチックが混入している。したがって、あるＰＥＴ源はおそらく約８０％ のＰＥＴであるにすぎない。過去においては、残る２０％が問題であって、高価 な精製工程を必要とした。本発明では、これりの混入物の大きな比率を許容する ことができる０例えば、典型的なトウプレグは５０％の繊維、４０％のマトリッ クス材料としてのＰＥＴおよび１０％の混入物を含んでいてもよい。繊維は、ト ウプレグ、およびトウプレグから製造されるすべての複合物の特性を支配するこ とから、比較的高率の混入物を無害の充填材としてトウプレグ中に埋没させるこ とができる。

リサイクルプラスチックに対する主要な関心の的は熱可塑性重合体であるから、 好適なリサイクルプラスチックは熱可塑性重合体であるが、他の形式のプラスチ ックを用いてもよい、混合された熱可塑性重合体、または熱可塑性重合体の組合 わせも、マトリックス材料としての使用に適している。典型的には、化学的に未 処理の硬化された熱硬化性材料が、充填材として基本的に用いられている。

その上、リサイクルプラスチックと未使用プラスチックとの混合物を用いてもよ く、そして商業的用途にはより適切であり得る。

３、トウプレグの　五 ＡＳＴＭ−Ｄ１３８８は、織物の剛性を測定するのに用いられる標準的試験方法 である。この標準は、トウプレグの剛性を特徴付けるのに用いることができる。

一般的には、標準試料は１インチ（約２、５ｃｍ）の幅であるが、結果がその差 について補正される限り、１インチより幅広い試料に対して測定を行うことがで きる。

ＡＳＴＭ−Ｄ１３８８は、引用により本発明に組み込まれる。

標準的な熱可塑性プレプレグ、例えばＩＣＩによって製造されるＡＰＣ２は、５ ミル、すなわち１２７ミクロンの厚さであり、２１６、０００ａ＋ｇ・ｃｍと推 算される曲げ剛性を有する。この曲げ剛性を有するトウプレグは、織り、編み、 またはテープもしくは柔軟な織物に成型することが非常に困難であり、したがっ て、より薄いトウプレグが好適である。すなわち、約５０ミクロン未満の平均層 厚さを有する多層トウプレグである。そのようなトウプレグは、本発明を用いて 製造される。

柔軟性は、織物を織り、テープおよび不織織物を成型するのに重要である。カン チレバー試験法、すなわちこの引用により本発明に組み込まれるＡＳＴＭ−Ｄ１ ３８８−６４　（１９７５）は、トウプレグの屈曲の長さを測定することによっ て曲げ剛性を算出するために用いられる。屈曲の長さは、トウプレグがそれ自身 の重量のもとで屈曲する方法を用いて示されるとおり、トウプレグの重量とその 剛さとの相互作用の尺度である。それは、重力の力のもとて一平面内で曲げられ るときのトウプレグの剛さを反映し、ドレープ性の一成分である。

トウプレグにおける最大弾性ひずみは、その表面に存在する。補強繊維は、典型 的には、座屈なしに０．３％を超えるひずみに耐えることはできない。弾力性の ある層については、このひずみは、下記の表現を用いて層の厚さおよび最小屈曲 半径に関係付けることができる： ｈ　”　２　Ｒ１１１ｅ ［式中、ｈは層の厚さであり、Ｒ，ｌ、、は層の屈曲半径であり、ｅは許容可能 な最大表面ひずみである］。

例えば、１軸ｍの最小屈曲半径、および０．３％の許容可能な最大ひずみの支配 下にある層は、６０ミクロンを超える厚さでは存在できない。最小屈曲半径はそ の部分の寸法形状に依存し、最大ひずみは補強繊維に依存する。したがって、層 の厚さは材料と用途との双方に依存する。このことを図６にグラフで示す。

４、トウプレグおよび°口の“′告 基材であるトウプレグの製造法を、単純化された工程流れ図として図１に示す。

この方法は、好適な装置の説明として下記に開示される、より詳細な説明と関連 させて解釈されなければならない。放出工程１０１の際にトウ１０２を供給する が、これはトウのボビンもしくは糸巻きのトウ、上流工程からのトウ、または他 のいかなるトウ供給機構からのトウであることができる。トウ１０２は、分散さ れ、または相互に隔離されて、分散工程１０３で単位フィラメント１０４の側方 への分散を形成する多数の単位フィラメント１０４からなる。

６．０００フイラメントのトウについては、約２インチ（約１０ｃｍ）の分散が 典型的である。こうして分散させたフィラメント１０４を被覆工程１０５の際に マトリックス形成材料で被覆する。マトリックス形成材料でフィラメント１０４ を充分に被覆した１０６後、浸漬工程１０７でマトリックス形成材料を液化して 、充分に濡れた繊維トウ１０８を形成する。

液化されたマトリックス形成材料がフィラメント１０４を流下するにつれて、マ トリックス形成材料の厚さはより薄（なり、最後にこの薄い薄膜は、分割工程１ ０９の前またはその間のいずれかにおいてフィラメント１０４同士の間が破断す る（図５）。トウ１０８を充分に分散させ、そして分散が維持されているならば 、薄膜は、固化するにつれてフィラメント１０５同士の間が破断するはずである から、分割工程１０９は不要である。加えて、充分に分散したトウについては、 この樹脂薄膜は多数の層に架橋しないであろう。そのため、薄膜の眉間の破断は 不要となり得る。個別的であれ束としてであれ、こうして被覆されたフィラメン ト１１０を、冷却工程１１２で冷却し、その際マトリックス形成材料を固化させ る。冷却工程１１２の間に、フィラメント１１０の群は単位層１１３を形成する 。ときには、冷却工程１１２の際に、単位フィラメント１１０は、眉間連結子１ １１として、隣接する層１１３を結合させることがある。層１１３は、繊維トウ １０２を移動させ続け、そしてフィラメント１０４に軸方向の張力を与えるため の牽引手段１１４を用いて牽引されるので、単位フィラメント１０４はそれ自体 の上に崩壊することはなく、こうしてフィラメントおよびマトリックス形成材料 の携体な形成する。そうして層１１３を纏め合わせて１１５各種の厚さのトウプ レグを形成することができ、次いで、巻取り工程１１６でこれらを巻き取り、ま たはテープもしくは織物１３９に成型し、あるいは所望のとおり更に加工する。

トウプレグテープの製造は、被覆したトウな公知の寸法形状を有する間隙内に案 内して、この間隙内でトウを合体させ、そして公知の寸法形状を有する柔軟なテ ープを形成することによって実施する。ここで図８〜１３を参照すると、第一の 好適実施態様では、柔軟なトウプレグテープを製造するための装置は、図１０お よび１１に示した協働する２個のローラを含み、一方は、一般的には、凹面をな し、他方は、一般的には、凸面をなすか、または一方は湾入した溝を有し、他方 はその湾入した溝に相応する突出した隆起を有する結果、一方のローラの突出が 他方のローラの湾入内に嵌合する。

被覆トウなこの２０一ラ間の公知の寸法形状を有する間隙を通過させて、公知の 寸法形状を有するトウプレグテープを形成する。

ローラは、典型的には、慣用の機構、例えば、ローラの一方に取り付けた空気シ リンダ、ばねまたは水力シリンダを用いて、公知の圧力下で集合させてお（。ロ ーラは、被覆ラインの、または代替物としての融合オーブンについては融合被覆 ラインの産出側末端に設置する。

第二の好適実施態様では、柔軟なトウプレグテープを製造するための装置は、図 １２および１３に示した単一の凹面ローラを含む、被覆トウをこのローラの円周 の一部の周囲を通過させる。被覆トウは、ローラの周囲を通過する際に張力下に 保ち、その結果、張力と、ローラの凹面の輪郭との組合わせが被覆トウを、一般 的には、ローラの凹面部分の最低点へと向かわせ、こうして適正な寸法形状を有 するテープを形成する。張力は、例えばこの装置のどこかにある巻上げローラを 用いて、被覆トウ上に発生させる。単一の凹面ローラは、やはり、被覆ラインの 、または、加熱し、もしくは充分な圧力を発生させるならば、代替物としての融 合オーブンについては、融合被覆ラインの産出側末端に設置する。これに代えて 、平坦な円周を有するローラを用いて、トウプレグテープを製造することもでき る。

図１４〜１７の参照と関連させて、トウプレグからの不織織物の製造を考察する 。層１１３、層間連結子１１１および単位フィラメント１１０は、共同して、マ トリックス形成材料１３１で被覆した補強フィラメント１３２を含む単位トウプ レグ１３３を作成する。冷却工程１１２でトウプレグ１３３を冷却した後、所望 の図形、例えば、図１４ａに示した一方向性重複図形、または図１５ａに示した 多方向性重複図形へとトウプレグ１３３を配列する。好ましくは、トウプレグ１ ３３の配列は、得られる織物１３９の強度を増大させるために、トウプレグ１３ ３の重ね合いを含む。

トウプレグ１３３を適正に配ダルたならば、トウプレグ１３３を纏めて結合する ０重ね合わせたトウプレグ１３３の選ばれた箇所でのホットメルト接着の結果、 図１４ｂおよび図１５ｂに示した点接着織物１３９が得られる。１カ所またはそ れ以上の接着１３７は、トウプレグ１３３を纏めて接着するために用いられる。

トウプレグ１３３の相互の連続的接着を用いずに点接着を用いる結果、柔軟性を 保った織物１３９が得られる。これに代えて、縫製１３８、針による穿孔、加圧 点接着または水ジエツト衝撃を用いてトウプレグ１３３を結合することもできる 。そのような縫製図形の一つの表現を図１７に示す、縫製は、トウプレグ１３３ の移動方向に対しである角度で実施して、連続工程を容易にすることができる。

本発明の不織織物には補強繊維を挟み込まないが、図２４に示したとおり、結合 材のフィラメントまたは糸には補強繊維を挟み込んでもよい。この場合、混成織 物が製織されるが、補強繊維の組立は不織である。

次いで、得られた織物１３９を巻取り工程で巻き取り、その後の用途に用いる。

これに代えて、トウプレグ１３３または得られた織物１３９に基づいて作業し、 二次元または三次元的不織織物、および複雑な輪郭を有するプレフォームさえ形 成することができる。例えば、他の構造のうちでも特にゴルフクラブの軸、テニ スラケットおよび帆走用マストの製作のための一般的な実施法である多軸レイア ップまたは管圧延によって、管状のプレフォームを製造することができる。

実質的な浸漬を達成するには、マトリックスを液状にさせ、そしてマトリックス 材料が繊維を充分に濡らすことを可能にするために、選ばれた装置内での充分な 滞留時間が必要である。浸漬段階の際に、繊維またはフィラメントを側方に崩壊 させないことが重要である。これは、トウに充分な張力を維持することによって 防止される。繊維またはフィラメントが実質的に浸漬された後は、液化したマト リックス材料は、一般的には、繊維またはフィラメントの束全体を被覆している 。本発明のトウプレグを製造するためには、図２に示したとおり、繊維の群を相 互に隔離して、個別的に被覆された多数の層をトウの内部に製造しなければなら ない。図２を参照すると、１３４として一般的に表された個別的に被覆された多 数の層は、補強フィラメント１３２およびマトリックス形成材料１３１で構成さ れる。例えば１３６として一般的に表された完全な単位層１３４が理想的ではあ るが、層１３４は、一般的には、マトリックス形成材料１３１で被覆された単一 フィラメント１３２である層間連結子１３５によって、相互に結合されることも 可能である。これらの被覆された贋は、完全に統合されたトウプレグより低い曲 げ剛性を有する。

ここで図３および４を参照すると、慣用のトウプレグ製造においては、一般的に は約８００〜１３，０００本の、それぞれ一般的には４〜１６ミクロンの直径ま たは厚さを有するフィラメント１３２の束を含むトウを、マトリックス形成材料 １３１で被覆することによってトウプレグ１３０へと転換する。慣用の方法は、 約１７８〜１／２インチ（約０．３〜１．３ｃｍ　）の幅のトウプレグのプライ （層）を産出する。

「層」という用語は、慣用の方法に用いられる限りでは、単独でか、または他の 慣用の一つ層トウプレグ１３０とともに用いて複合構造を形成することができる 、個別的な、慣用の一つ層トウプレグ１３０を表す。本発明の「層」１３４は、 それぞれ１００ミクロンまたはそれ以下の、好ましくは５０ミクロン未満の平均 の厚さを有する束もしくは「層」であって、纏められて、いかなる所望の厚さの 「多層」トウプレグ１３３をも形成する、フィラメント１３２の個別的な、実質 的に浸漬された束である。

分割は、トウ分散機構を用いてフィラメント１３２が充分に分散され、そして、 繊維またはフィラメント１３２が側方に互いの上に崩壊できないように、工程を 通じて充分な張力が保持された場合に、発生し、または維持される。分割は、オ ーブン１６内での浸漬の前に、または、一般的には、液化されたマトリックス材 料１３１が長手方向にフィラメント１３２の軸沿いに流下する際に発生するので その結果として、発生する。各種の代替的分割法、例えば、溝付きロール、ナイ フ、レーザーカッタ、および分散したトウに対して垂直な対流をはじめとする機 械的分離機構の追加を用いることができる。

１本のトウプレグ１３０は、厚さおよび幅の異なる数本の層１３４を含む。層１ ３４の平均の厚さは、　１００ミクロン未満であり、好ましくは５０ミクロン未 満である。層１３４の最大の厚さは約１００ミクロンであり、層１３４の最低の 高さは、／１ｌ１３４中の補強フィラメントとして用いられる未含浸繊維１３２ の直径または厚さである。典型的には、層１３４の長さは層１３４の幅より大き く、層１３４の長さおよび幅ともに、層１３４の厚さより大きい、一般に、層１ ３４の厚さは層１３４の幅よりはるかに小さく、それは、一般的には、ｚ、　ｏ ｏｏミクロン未満である。更に、層１３４の平均の長さは、好ましくはＮ１３４ の厚さの３０倍より大きい。

旦工刀］已−へ弧厘 上記の段階は本発明の方法を定めるが、本明細書を通じて、記載される具体的な 実施例に限定されないことを記すべきであろう。しかし、上記の段階をよりよく 理解するために、図７に示す特定の装置８を参照しながら以下の実施例を記載す る。

まず図７を参照すると、送出しホイール１０に供給されたトウ１１が装置８の中 に引き込まれ、巻取りホイール１２に固定されている。巻取りホイール１２は可 変速度で回転し、送出しホイールｌＯは必ずしも駆動する必要はない。通常のラ イン速度は毎分３〜３０メートルである。より遅い速度も可能であるが、時間単 位あたりに製造されるトウプレグの減少や、オーブン滞留時間の増大による崩壊 または樹脂化促進によりマトリックス形成材料が破壊される危険性をはじめとす る多数の理由から、経済的に魅力的ではない、トウ支持体を設けてトウの振動を 最小限にし、マトリックスアプリケータが十分に長いものであって十分なマトリ ックスを塗被しうろことを保証することができ、オーブンが十分に長く熱いもの であってマトリックスを液化することができるならば、より高い速度を可能にす ることができる。場合によっては、適切な条件のもと、毎分３０メートルを超え るライン速度が可能である。中間のピンチローラ１４を使用して、繊維１１がオ ーブン１６から出るときにその繊維を引っ張る。ワインダモータ（図示せず）の 速度を張力制御装置（図示せず）によって調節することにより、巻取りホイール １２の巻きの張力を一定に維持する。装置８を通過するトウの速度は、ピンチロ ーラ１４の速度を調節することによって制御することができる。

この実施例では、巻き繊維のボビンから送り出されたトウを直接取り込む、繊維 トウはまた、上流側の工程から直接送ることもできる。からまったフィラメント １３を分けることは比較的困難であるため、送出しの際、トウ１Ｌを構成するフ ィラメント１３がからまないようにすることが重要である。さらには、トウの個 々のボビンの張力を制御して、含浸工程を通じてラインの張力を一定に維持する ことが有用である。トウ案内板（図示せず）を送出し機構とトウ延展機１８との 間に配置して、トウ延展機１８を通過するトウを案内する働きをさせてもよい。

この実施例のトウ延展機１８は、一連のローラ１７およびエアコーム１９を使用 してトウ１１を延展して個々のフィラメント１３にする。

通常、ローラ１７は二つのローラ群に配設されている。一方の群は、エアコーム １９の直前に位置しており、もう一方の群は、エアコーム１９の直後に位置して いる。ローラ１７の二つの主な目的は、（１）トウに張力を加えて、工程の間に トウがそれ自体の上に横方向につぶれる量を減らすこと、ならびに（２）トウの 振動を軽減することにある。ローラ１７は、いかなる適当な材料からできたもの でもよ（、いかなる表面特性を有していてもよい。しかし、平滑なテフロン製ロ ーラがトウの良好な延展をもたらすため、これらが好ましい。これらのローラ１ ７のうち少なくとも１個、好ましくは被覆システム２０の直前のローラは、トウ が被覆システム２０に入る前にトウ１１を接地することができるよう、導電物質 、好ましくはステンレススチールでできていなければならない。エアコーム１９ は当該技術においてすでに公知である。

トウ１１は、送出しホイール１０を離れたのち、第一のローラ群１７に入り、そ こでフィラメント１３が延展される。この第一のローラ群１７の配置は、トウ１ １が第一のローラ群１７の中を、連続するローラの上下を通過しながら縫うよう に進むことを可能にし、トウフィラメント１３に一定の張力を加え、また、トウ フィラメント１３の振動を軽減することに役立つ。次に、トウ１１はエアコーム １９に入り、そこで強制空気がフィラメント１３をさらに延展させる。エアコー ム１９を離れたのち、トウ１１は第二のローラ群１７に入り、そこでフィラメン ト１３がさらに延展される。例えば、柔軟なトウプレグを維持するためには、３ ．０００フィラメント分のトウが通常は１インチを超える幅にまで延展される。

この第二のローラ群１７の配置は、同じ理由から、第一のローラ群の配置と同様 である。この第二のローラ群の最後のローラもまた、繊維が被覆システム２０に 入る前に繊維を接地することができるよう、導電物質でできていることが好まし い。

他に種々のトウ延展機１８手段を利用することができる。例えば、平滑な、溝付 きの、もしくは冠歯付きのローラまたはドラム；エアコーム：エアコームとロー ラもしくはドラムとを組み合わせたもの：エアバンディングジェット；超音波延 展機ならびに液槽である。トウ延展手段を選ぶ際に第一に重要なことは、選ばれ た手段がトウを延展して好ましくは１フィラメント分の厚さしかない柱状のテー プにするということ、ならびにその手段が繊維もしくはフィラメントを損傷しな いということである。

種々の用途における要求に応じて、トウ延展機１８と被覆床システム２０との間 に追加的なサブ工程を含めてもよい。例えば、特定の用途に望まれるトウプレグ を製造するためには、脱糊剤、界面活性化および付着増進剤の塗被のための装備 が望まれるかもしれない。

次に、トウフィラメント１３は被覆システム２０に入り、そこでマトリックス材 料がトウフィラメント１３に塗被される。トウフィラメント１３が被覆システム ２０に入り、そこを通過するとき、トウフィラメント１３は延展状態に維持され る。多くの異なる被覆システム２０が有用であり、これらを以下の実施例として 論じる。粉末吹付は被覆システムおよび静電流動床システムが好ましく、粉末吹 付は被覆システムが通常は運用するのにより低置である。他に種々の被覆システ ム２０、例えば湿潤粉末、ホットメルトおよび溶液被覆を使用することができる 。

ａ、流動床 流動床被覆システム２０は、そのもつとも簡単な実施態様においては、マトリッ クス材料粉末２２を込めるための囲い２１からなる。空気流２４と機械的振動と を組み合わせたものにより、粉末２２を流動させ、それと同時に、容器２８の基 部もしくはその近くに配置した高電圧電極２６によって電荷を加える。電極２６ は、尖った点または、より一般的には、小径のワイヤからなることができる。コ ータの囲い２１の上には、流動空気２４を逃がすための開口３２を設けている。

金属枠に接続されたローラの上下にトウプレグ繊維基板を通すことは、繊維を接 地と同時に延展する一つの過程である。より広（延展すると、より多くの粉末を 付着させることができ、また、基板がより薄くなるため、製品のより大きな柔軟 性が結果的に得られる。

被覆の前に繊維を延展しておかないと、トウプレグは脆性状態ででき上がり、ト ウプレグの内部の繊維が完全には被覆されない。

粉末粒子２２は容器２８の中に均一に分散している。静電被覆の場合、好ましい 粒径範囲は約２０〜約８０ミクロンであり、平均粒径は約５０ミクロンである。

細かめの粉末および粗めの粉末のいずれからも柔軟なトウプレグを製造すること ができた。約２０ミクロン未満の粒子をうまく塗被することができたが、これら の微粉末、特に約ｌＯミクロン未満のものは、流動床の中で凝集して、より粗大 な粒子になることが多い。約２５０ミクロンまでの粗粒子を塗被してみたが、塗 被する粉末のサイズが増すにつれ、トウプレグの柔軟性が落ちた。また、短繊維 を粉末２２として使用することもできる。リサイクルプラスチックの粉末が摩砕 によって非常に好都合に得られるが、平均粒径が小さくなるにつれて摩砕の費用 が増すため、粗い粉末を選択することが好ましい。下流側の工程に備えて、粉末 の粗さを、トウプレグに望まれる柔軟性および混合の程度によって相殺しなけれ ばならない。多孔質のプレート３４が、粉末２２を流動させるのに七分な空気２ ４を低速で通過させながらも、プレート３４を通り抜ける空気２４の動きに対し て非常に高い抵抗をもたらす。多孔質プレート３４のｙ１械的振動を利用して流 動を高め、空気がチャネリングを起こし、粉末が凝集する危険性を軽減する。床 ３３の中の粉末材料２２の深さは普通２〜４インチ（５０〜１００　ｍｉ）であ る。

流動床システム２０の中では、粉末２２の個々の粒子が静電気的に繊維に付着す る。帯電した粉末粒子２２は、それらがチェンバ容器２１よりも高く浮き上がっ て帯電した粒子の雲４０を形成するほどに互いをはね返す。この帯電した粒子の 雲の中を繊維が通過するのである。

この実施例では、Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社のモデ ルＣ３０静電流動床コータを使用する。床の寸法は１５Ｘ１５センチメートルで ある。

電気出力は０〜９０ｋＶであり、空気入力量はＯ〜０．４立方メートル毎分（標 準状態下）である。流動床システム２０はまた、電気火花による流動粉末２２の 不意の発火を防止するために、流動床３３の下にある電極２６に充電することに よって造り出されるイオン化空気システム３６を組み込んでいる。

供給空気中に汚染物質があると、それが多孔質プレート３４をふさぎ、不均一な 流動を招くことになるであろうため、流動空気２４は乾燥した清浄なものでなけ ればならない。空気中の湿気が粉末２２を流動床３３上に固めて、流動効率の低 下を引き起こす。通常は、拡散プレート３４の面積１があたり毎分的１．５ｍ３ の速度で供給される、２００〜７００　ｋＰａの圧の乾燥した空気２４が適切で ある。空気流２４を制御することにより、流動粉末２２を流動状態に維持する。

流動空気２４を乾燥させる通常の方法は、シリカゲル、例えばＤｒｉｅｒｉｔｅ を充填した円筒形のチェンバ（図示せず）を使用する方法である。あるいはまた 、冷凍によって空気を乾燥させることもできる。湿った空気が乾燥機に入り、メ ツシュスクリーンを通過してシリカゲルの中に移動する。湿気はチェンバの中で 分離されて除かれる。次に、乾燥した空気２４は出口を通って流動床３３まで流 れる。

流動床システム２０に用いられる電圧は、普通、約−３０〜約−１００ｋＶであ る。たいていの場合、負の極性を使用する。出力電圧は最大約−１００ｋＶであ るべきであり、システム２０が大地に短絡したときの最大出力エネルギーは、塗 被される特定の物質２２の発火エネルギーよりも大きくてはいけない。必要とさ れる高電圧は、使用する粉末に依存し、一般には約−３５〜約−９０ｋＶの範囲 である。例えば、ポリエステル粉末は、−４０ｋＶ以下で充電されたときに、比 較的良好な被覆を達成し、エポキシ粉末は−４０〜−７０ｋＶの範囲でうまく作 用し、ビニル粉末は一般に−６０〜−７５ｋＶ程度のより高い電荷を要求し、Ｐ ＥＥＫの場合、−７０〜−９０ｋＶで良好な粉末の付着が起こった。

被覆粉末の余りを捕集し、粉末供給タンク（図示せず）に戻すために、真空排気 システム（図示せず）が配置される。典型的な排気システムは、１個またはそれ 以上のサイクロンもしくはバッグフィルタ（図示せず）または両方を組み合わせ たものからなる。頂部排気、出入口排気または周辺排気が、適用しつるすべての 技法である。排気の速度は、吸気流２４の速度とほぼ同じにすべきである。この 実施例では、排気システムは、カートリッジ型排気を使用して、粉末を真空バッ グフィルタに捕集することにより、粉末を回収している。粉末は、空気吸引によ ってカートリッジに引き込み、次に、カートリッジの内側にあるポケットまたは バッグフィルタを振ることによって回収する。

粉末被覆チェンバ中の通常の滞留時間は約１〜約５秒である。この時間は、繊維 のタイプ、繊維延展の程度、プラスチックのタイプ、粒径、コータ作動条件（例 えば、空気流および静電荷）ならびにトウプレグ中にめられるマトリックスの量 に依存する。

次に、被覆された繊維は、図１および図８に示すオーブン１６に入るか、あるい は、図９に示すセラミックまたは他のヒータ７ｏに直接導入される。電荷の減衰 または電荷の緩和が生じ、粉末が繊維から離れて落ちる前に粉末２２を繊維に融 着させるために、これは、繊維が流動床システムを離れるとただちに実施すべき である。オーブン１６またはヒータ７０の温度は繊維および粉末２２に依存する 。しかし、オーブン１６もしくはヒータ７０の温度およびオーブン１６もしくは ヒータ７０中の滞留時間は、被覆された繊維がオーブン１６もしくはヒータ７０ の中にある滞留時間中は、粉末２２樹脂の分解温度に達することのないように設 定すべきである。オーブンの温度は、存在するもっとも耐熱性のプラスチックを 溶融させるのに十分な高さであるべきである。

被覆された繊維は、対流加熱または輻射加熱のいずれかによって加熱することが できる。この実施例では、オーブン１６は、Ｌｉｎｄｂｅｒｇ社の単区域管状炉 であり、１，２００℃の最高作動温度を有する、長さ７５ｃｍ、内径５ｃｍのも のである。トウプレグの場合の通常のオーブン中の滞留時間は約２〜約２０秒で ある。たいていの場合、プラスチックを液化して繊維に融着させるには、約１０ 秒未満の滞留時間で十分である。粘ちょうな溶融体、例えば高分子量ポリエチレ ンの場合、繊維に沿っての吸上げ作用を促進するために、長めの時間が必要にな るかもしれない。輻射加熱または対流加熱が好適である。

通常、消費後のリサイクルプラスチックの中では、ポリエチレンテレフタレート （ＰＥＴ）がもっとも融点の高いプラスチックである。ＰＥＴは２５０℃付近で 溶融するため、オーブンの設定は、低くともＰＥＴの融解温度である約２５０℃ 、好ましくは３００℃以上が望ましい。材料の温度がオーブン温度に達しない理 由から、オーブン滞留時間を減らし、湿潤性を高めるため、はるかに高いオーブ ン温度を使用することもできる。オーブン温度が、十分な滞留時間をもってすれ ば大部分のリサイクルプラスチックを崩壊させてしまう約４００℃を超えるなら ば、トウから離れてオーブンの中に落ちる粉末を取り除（備えを設けなければな らない。この備えがなければ、火を起こす危険性が増大する。

ｂ、粉末吹付は被覆 マトリックス材料粒子による繊維の粉末吹付は被覆は、静電式または摩擦静電式 （摩擦帯電性）のスプレーガンを使用して実施することができる。静電式スプレ ーガンは、そのもっとも簡単な設計においては、高電圧発生装置に取り付けられ た充電電極をもつ管である。粉末粒子が通常は強制空気によってガンの管に通さ れ、電極によって電荷を加えられる。電荷を帯びた粉末粒子は、基板、この場合 は繊維に向けて発され、そこで基板に付着し、それを被覆する。

基板は、電荷を帯びた粉末粒子と基板との間に反対の電荷関係が成り立つように 接地される。

本実施例では、静電式スプレーガンは、流動床に代わる粉末ヂエンバの中に収納 されている。繊維は延展機を離れ、粉末チェンバに入る。粉末としてのマトリッ クス材料がスプレーガンに供給され、そこで電荷を帯び、接地されている繊維に 向けて発される。電荷を帯びた粉末粒子のいくらかは繊維に付着し、それを被覆 し、一方、その残りはスプレーガンに再循環される。被覆された繊維は粉末チェ ンバを出てオーブンに進む。

スプレーガンの中の空気流、入力される粉末流および静電気制御はすべて可変性 であり、数値は、使用する繊維およびマトリックス材料に主に基づいて選択する 。例えば、Ｒａｎｓｂｕｒｇ−Ｇｅｍａ社のユニットタイプ７０１−６静電式ス プレーガンを使用して、５ｃｍに延展した１２に炭素繊維を、カーボンブラック 顔料をいくらか含む１５０ミクロン未満のナイロン１１粉末で被覆するとき、種 々の設定を使用して被覆を実施することができる。Ｒａｎｓｂｕｒｇ−Ｇｅｍａ ユニットでは、Ｏ〜７の空気流「レベル」、０〜ｌＯの粉末流「レベルｊおよび ０〜−８０ｋＶの静電気設定が可能である。以下の表■は、被覆のパラメータお よび数値の例を示す。

表Ｉ 被覆数値 ３．５４　１．５　４．５　２５　３４．８６．２１　２．０　６．０　１５　 ４１．０、！１．２５　２．０　１０．０　？　４３．５１３．６５　２．０　 １０．０　？　３０．０Ｃ１湿式粉末被覆 、湿式粉末被覆においては、マトリックス材料は湿った粉末、例えばスラリーま たは乳濁液被覆である。湿式粉末被覆では、繊維トウを被覆システム２０に入れ る前に接地する必要はない。したがって、上述したステンレススチールのローラ １７は必要ない。延展機１８を離れたのち、繊維は、接着増進剤の塗被のために 、任意の下塗剤の中に引き込まれる。

下塗剤を離れたのち、繊維は、ロールコータ、湿り粉末もしくは乳濁液タンクお よびスラリーポンプからなる湿式粉末被覆システムプロパの中に移動する。マト リックス材料は、水ベースまたは溶剤ベースのいずれかであることができる液状 媒体中に懸濁される。

水ベースの媒体は、水および、おそら（は、水溶性結合剤を含み、溶剤ベースの 媒体は、溶剤および、任意には、溶解した結合剤を含む。繊維は、一般に繊維の 移動方向に賛辞的（相補的）な方向に回転するロールコータの上面を越えて移動 する。ロールコータの下面がタンク中のスラリーまたは乳濁液と接触し、そのス ラリまたは乳濁液で被覆されろ。ロールコータが回転するとき、コールコータは スラリー乳濁液をその上面に運び、そこでスラリー乳濁液が移動中の繊維と接触 し、それを被覆する。スラリーポンプがスラリーまたは乳濁液を均一な濃度に維 持する。

被覆された繊維はロールコータ区域を離れ、乾燥機に入り、そこで繊維を被覆す るスラリーから水または溶剤が蒸発される。樹脂が繊維に融着しているならば、 水溶性結合剤を除去してもよい。今や乾燥した繊維は乾燥機を離れ、溶融機に進 入し、そこでマトリックス材料が液化され、繊維を湿潤する。／Ｍ式粉末被覆シ ステムにロールコータを使用することに代わる方法は、繊維を直接スラリーまた は乳濁液そのものの中に引き込むことである。スラリーまたは乳濁液の中に通さ れたのち、繊維は直接乾燥機に移動する。

ｄ、ホットメルト被覆 ホットメルトシステムは、通常、ロールコータまたは押出し機およびダイからな る。ホットメルトシステムは、ロールコータを使用し、スラリーまたは乳濁液タ ンクに代えて、マトリックス材料のホットメルトを入れたメルトタンクを設けて いることを除き、上述した湿式粉末被覆システムと同様に作動する。湿式粉末被 覆システムにおけるように、繊維を直接ホットメルトタンクに引き込むことがで きるため、ロールコータは任意である。

押出し機およびダイを使用するホットメルト被覆システムは、延展された繊維を 、押出し機によってホットメルトを供給されたスリットダイの中に引き込むこと によって作動する。マトリックス材料がダイの中の繊維を被覆する。ダイのラン ドには溝を入れており、トウプレグを多数の層に分割しやす（している。マトリ ックス形成材料のホットメルトが繊維と接触するとただちに繊維の湿潤が始まる 。したがって、さらなる湿潤を行うためのオーブンは不必要かもしれない。トウ プレグを多数の層に分割しやす（するには、特別な備え、例えば溝付きダイまた はロールコータが必要かもしれない。

ｅ、溶液被覆 溶液被覆システムは種々の溶剤を使用する。このシステムでは、マトリックス材 料を適用しうる溶剤に溶解し、繊維トウなこのマトリックス材料／溶剤溶液の中 に引き込むか、溶液で被覆したローラにかけて繊維を被覆する０次に、被覆した 繊維を乾燥機に通して溶剤を蒸発させる。

６、サンプルのトウプレグ ａ、炭素繊維トウフィラメント／ＰＥＥＫマトリックス材料直径８ミクロンの炭 素繊維フィラメントからなる、サイジングしていない６　Ｋ　Ｈｅｒｃｕｌｅｓ 　ＡＳ４炭素繊維トウを、トウを約６０ａ＋ｍの幅に延展するエアバンディング ジェットに通す。延展機の前後にあるローラがトウに張力を加える。トウを、９ ０ミクロンの平均粒径なもつＩＣＩ社のＰＥＥＫ１５０　ＰＦ粉末を含む、静電 荷を帯びた床の上に通す。トウは接地され、粉末は約−６５ｋＶで電荷を受ける 。トウを、崩壊しないよう横方向の張力を受けたまま延展した状態で、ＰＥＥＥ を溶融するために４５０℃に設定された管状オーブンに通す。トウを空気中で冷 却し、駆動ローラに通して、張力制御されたワインダに送る。粉末コータおよび オーブン中の滞留時間はそれぞれ１．４および６．７秒である。ライン速度は毎 分６．８メートルであり、トウプレグの繊維含量は６０容量％である。トウプレ グの曲げ剛性は、未被覆のトウの場合の６７０　ｍｇ−ｃｍに比べて、８９０　 ｍｇ−ｃｍである。比較として、固化したトウプレグの推定剛性は２１６，００ ０　ｍｇ−ｃｍである。

ｂ、ガラストウフィラメント／ＰＥＥＫマトリックス材料それぞれが直径９ミク ロンのガラスフィラメント４．０８０本からなる０ｖｅｎｓ　Ｃｏｒｎｉｎｇ　 Ｆｉｂｅｒｇｌａｓ社の耐熱サイジングしたＳ２ガラスにＰＥＥＫマトリックス 材料を含浸させたものからなるトウプレグを上記ａのようにして製造した。ガラ スフィラメントトウを、エアバンディングジェットに通したのち、好ましくは最 後の接地されたローラの前で湿ったスポンジで払拭して表面導電率を高める。次 に、トウを、９０ミクロンの平均粒径なもつＩＣＩ社のＰＥＥＫ１５０ＰＦ粉末 を含む、静電荷を帯びた床の上に通す。トウは接地され、粉末は約−７０ｋＶで 電荷を受ける。トウを、崩壊しないよう横方向の張力を受けたまま延展した状態 で、ＰＥＥＫを溶融するために４５０℃に設定された管状オーブンに通す。トウ な空気中で冷却し、駆動ローラに通して、張力制御されたワインダに送る。粉末 コータおよびオーブン中の滞留時間はそれぞれ５．２および２６．３秒である。

ライン速度は毎分１．７メートルである。トウプレグの繊維含量は６゜容量％で ある。

Ｃ４炭素繊維トウ／ＬａＲＣ−ＴＰＩマトリックス材料直径８ミクロンの炭素繊 維フィラメントからなる、サイジングを施していない６　Ｋ　Ｈｅｒｃｕｌｅｓ 　ＡＳ４炭素繊維に、熱可塑性ポリイミドであるＬａＲＣ−ＴＰＩを含浸させた ものからなるトウプレグを上記ａのようにして製造した。炭素繊維フィラメント トウを、エアバンディングジェットならびにエアバンディングジェットの前後の ローラに通したのち、３５ミクロンの平均粒径をもつＲｏｇｅｒｓ社のＬａＲＣ −ＴＰＩ粉末を含む、静電荷を帯びた床の上に通す。トウは接地され、粉末は約 −６７ｋＶで電荷を受ける。トウを、崩壊しないよう横方向の張力を受けたまま 延展した状態で、ＴＰＩを溶融するために４００℃に設定された管状オーブンに 通す。トウな空気中で冷却し、駆動ローラに通して、張力制御されたワインダに 送る。粉末コータおよびオーブン中の滞留時間はそれぞれ３，２および１６秒で ある。ライン速度は毎分２．９メートルである。トウプレグの繊維含量は３７容 量％である。トウプレグの曲げ剛性は、未被覆のトウの場合の６７０　ｍｇ−ｃ ｍに比べて、７，０００　ｍｇ−ｃｍである。

７　トウプレグの　′　工 ａ、概要 被覆システム２０の中で繊維１３をマトリックス形成材料によって湿潤したのち 、トウプレグ５０を任意の磨きローラ４６に通すことができる。これらのローラ ４６は、オーブン１６もしくはヒータ７０の中またはオーブン１６もしくはヒー タ７０の出口の直後に配置することができるが、いずれにしても、ローラ４６は 、装置８のうち、マトリックス形成材料がまだ液体状態にあるところの位置に配 さなければならない。磨きローラ４６の目的は、まだ液状のマトリックス形成材 料をト・りの層に押し込んで、よりよい湿潤をもたらしやすくし、トウの層の表 面に残され、そこで凝固しているマｉ・リックス形成材料の小滴による層の表面 摩擦を減らすことにある。

トウからなる層が比較的薄いものであるため、トウプレグ５０は、オーブン１６ もしくはヒータ７０を離れたのち、急速に冷える。通常は、空冷が十分であるが 、ある種の状況では、送風機、冷間ローラなどの使用が有利であるかもしれない 。冷却の間、個々の層が互いの上に（ずれて繊維およびマトリックス材料の塊に なることのないよう、延展したトウな、十分に張力を加えられた状態に維持する ことが重要である。そうでなければ、曲げ剛性の高いトウプレグができてしまう 。また、トウプレグ中の繊維が互いに接触した状態で凝固して、強い眉間結合に つながることのないようにすることも重要である。オーブン１６もしくはヒータ ７０の後に任意の対流冷却方法（図示せず）を配置するならば、眉を分離した状 態に維持するのに役立つであろう。トウの横方向の動きを抑制する表面接触を必 要とするものならば、対流冷却方法を利用してもよい。冷却後、上述したような 機械的装置によって分割を実施することができる。しかし、分割のすべてを冷却 後に行うことに頼るのは、許容できない量の繊維の損傷を招（であろうため、薦 められない。処理を加えて最終の複合構造にするのに適した十分に空隙のない複 合構造を形成するために、トウプレグは、通常、約２５容鳳％を超えるマトリッ クス材料を含有する。

ピンチローラ１４の主な目的は、工程を通じてトウ１１を駆動し、トウ１１に十 分な張力を維持して、トウがそれ自体の上に横方向に（ずれることを防ぐことに ある。引張りに有用な種々の装置は、好ましくはゴムで被覆された駆動ピンチロ ーラおよび同じく好ましくはゴムで被覆された摩擦ローラを含む０巻取りもしく は巻上げ装置１２は、張力制御を備えた、いかなる公知の通常のトウワインダで あることができる。あるいはまた、トウプレグ５０を下流側の工程、例えば細断 機に直接供給して、シート状もしくはバルク状の成形複合材料を製造してもよい 。

ｂ、テープ トウプレグテープを製造するには、被覆システム２０の中でフィラメント１３を マトリックス形成材料によって湿潤したのち、トウプレグ４９を、図８および９ に概略的に示すテープ成形区域１０９に導入する、第一の好ましい実施態様にお いては、テープ成形区域は、係合する２個のローラである、溝付きローラ６０と うね付きローラ６２からなる。溝付きローラ６０およびうね付きローラ６２の２ 種の配置を図１０およびｌｌａに示す。うね付きローラ５２０うわが溝付きロー ラ６０の溝と係合してその中にはまる。粉末融着被覆されたトウ４９を溝付きロ ーラ６０とうね付きローラ６２との間に通して、入力された粉末融着被覆された トウプレグをトウ４９から既知の形状寸法のテープ５０に成形する０図１１ｂは 、溝付きローラ６０およびうね付きローラ６２の代替の配置形態を示す。この場 合には、溝はほぼ凹形であり、うねはほぼ凸形であり、凸形が凹形と係合してい る。図１１ａに示すローラ６０．６２のように、ローラ６２の凸構造がローラ６ ０の凹構造と係合してその中にはまる。柔軟な多層トウプレグをローラ６０とロ ーラ６２との間に通して、入力されたトウプレグをトウ４９から既知の形状寸法 のテープ５０に成形する。ローラ６０．６２は、通常、ローラ６０．６２の一方 に取り付けられた空気シリンダ６４により、あるいは、他なんらかの付勢ｆｌｔ ！、例えばばねもしくは油圧シリンダにより、既知の圧力のもとて互いに押し付 けられる。

ローラ６０．６２は、融着被覆ラインの出力端に配置され、図１に示す分割段１ ０９に代わるテープ成形区域に相当する。図８に示すように、ローラ６０．６２ は、溶融段１０７、すなわちオーブン１６と、巻取り段１１Ｂ、すなわち巻上げ 機構１２との中間に配置されている。この実施態様では、柔軟な多層トウプレグ はオーブン１６を出て、トウ４９の温度は、ローラ６０．６Ｚのニップに隣接し て配置されたヒータ６６によって維持される。好適なヒータ６６は、集束水晶赤 外ランプ、例えばＡｒｇｕｓ社によってモデルＩｋ７４．２８５のもとで製造さ れている約２，５００ワツトの、５ｔａｌｏエネルギーバリアツクタイプ３Ｐ８ １０１Ｇによって制御されるものである。溝付きローラ６０は、直径約１２．５ ｃｍ。

幅２．５　ｃｍであり、幅１．２５ｃ＋ｉ、深さ０．３１ｃ＋ａの溝を有してい る。うね付きローラ６２もまた、直径約１２．５ｃｍ、幅２．５Ｃ！ｌであり、 溝と係合するための幅１．２５ｃｍ、高さ０．３１ｃｍのうねを有している。ロ ーラは、一般には常温状態にあるが、フィラメント１０４を分割させることがで き、分割段１０９が不必要なことが多い、同様に、冷却段１１２もまた、ローラ によって、または、フィラメント１０４を周囲環境にさらすことによって実施す ることができる。

トウ４９は、巻上げ機構１２によってローラ６０．６２に引き込まれる。

ローラ６０．６２を通過するとき、一方のローラが圧力手段６４によって他方の ローラに押し当てられる。好適な圧力手段６４は、空気シリンダ、例えばＢｉｍ ｂａ社によって製造されるモデルＮａ０９１．５Ｄで、圧力制御装置、例えば５ ｐｅｅｄａｉｒｅ　ＩＺ８３８Ｂレギュレータを備えたものである。好適な空気 シリンダは、トウ４９に対し、０．５インチ幅のトウ４９につき約２０ｐｓｉｇ の圧を発するものである。うね付きローラ６２を使用するときには、トウ４９を 、剛性体（うわ）と溝との間の、ローラ６０．６２のうねおよび溝との形状寸法 によって知りつる寸法形状の間隙に押し込む。この寸法形状がトウ４９を間隙の 中で合わせ、既知の寸法形状をもつ柔軟なテープ５０を成形する。溝付きローラ ６０の溝およびうね付きローラ６２のうねは、望む既知の寸法形状のテープ５０ を製造することができるよう、使用者が選択する。凸形ローラ６２を使用すると きには、トウ４９を、凹形構造と凸形構造との間の区域に押し込み、この区域に おいてトウ４９を押し合わせて、同じく既知の寸法形状の柔軟なテープ５０を製 造する。ローラ６０の凹形構造およびローラ６２の凸形構造の相対半径は、望む 既知の寸法形状のテープ５０を製造することができるよう、使用者が選択する。

ローラ６０．６２を通常は空気で冷却してマトリックス材料を凝固させ、テープ ５０を手で扱うことができるようにする。次に、テープ５０は案内ローラ６８の 周囲を通過し、巻上げ機構１２に巻き取られる。

図９に示す実施態様においては、ローラ機構がオーブン１６の代りをしている。

オーブン１６を使用しないときには、通常、第二のヒータ７０が必要である。好 適なヒータは、ＧＴＥ　５ｙｌｖａｎｉａ社によって製造されるセラミックヒー タであって、５００ワツト、１２．５Ｘ　６．２５ｃｍで、Ｂａｒｂｅｒ−（： ｏｌｅｍａｎ社の５６０制御装置によって制御されるものである。

このヒータ７０を使用して粉末２２をトウ１３に融着して、粉末融着被覆された トウ４９を製造する。次に、粉末融着被覆されたトウ４９は、図８に関して上述 したテープ成形区域の中を進む。

ヒータ６６．７０の粉末密度の選択は、材料およびライン速度に依存する。６に 炭素繊維トウを毎分１．５　ｍの速度でＰＥＥＫで被覆し。

幅１．２５ｃｍのテープに成形する場合、上述の装置が好適である。

もう一つの実施態様においては、テープ成形区域は、図１２および１３に示すよ うに、１個の冠歯付きまたは凸状のローラ６０からなる。

粉末融着被覆されたトウ４９は、ローラ６０の円周部分に沿って通過するとき、 張力を加えられた状態に維持される。張力とローラ６０の凹状の性質との組み合 わせが、粉末融着被覆されたトウを凹状区域の最下点に押しやって、入力された トウプレグ４９をトウ４９から既知の寸法形状のテープ５０に成形する。巻上げ 機構１２または図示しない他の装置により、トウプレグに張力を加えることがで きる。ローラ６０の凹状構造の相対半径およびトウ４９に加えられる張力の量を 変化させることにより、トウ４９を押し合わせて、選択した既知の寸法形状の柔 軟なテープ５０にすることができる。上記のように、ローラ６０を冷却してマト リックス材料を凝固させ、テープ５０を手で扱うことができるようにする。次に 、テープ５０は案内ローラ６８の周囲を通過し、巻上げ機ＩｊＩ１２に巻き取ら れる。あるいはまた、トウにかかる張力が柔軟な多層トウプレグをテープに成形 することに適したものであるならば、平坦なローラを使用することもできる。

図２０．２１および２２は、ガラス繊維フィラメントおよびポリプロピレンマト リックス材料を使用して、本発明によって製造したトウプレグの断面を示す顕微 鏡写真である。図２３は、ポリプロピレンマトリックス材料およびガラス繊維強 化フィラメントを使用して、本発明によって製造したテープの写真である。図２ ３ａは、１１４ＩＲランプを使用してマトリックス材料を溶融させた、毎分３ｍ のライン速度を有するトウから製造したテープを示す、　２７５　ｋＰａをロー ラに加えた。図２３ｂは、３７０℃でマトリックス材料を溶融させた、毎分１． ４ｍのライン速度を有するトウから製造したテープを示す。

本明細書に開示する粉末融着被覆したトウプレグから得たテープは、フィラメン ト巻き、前進トウ配置および引抜き成形などの工程に適した、好ましい特性の寸 法形状を有する。フィラメント巻きにおいては、トウを最終製品の形状にしてマ ンドレルに巻き付ける。

レイダウンヘッドが、開ループ制御装置によって制御される固定距離をマンドレ ルに割出しする。開ループ制御装置は材料の幅を測定しないため、材料が狭すぎ るならば隙間ができ、材料が幅広すぎるならば重複部ができる。これらの欠点は いずれも最終部品の特性に悪影響を及ぼすおそれがある。前進トウ配属は、フィ ラメント巻きの要件と同様な要件を有している。

引抜き成形においては、繊維の束をダイに通して引き抜き、連続した二次元形状 を成形する。入力される材料が寸法形状的に好ましい特性ではないならば、その 材料はダイの中でそれ自体を配列し直さなければならず、最終部品における繊維 の好ましくない分布を招く、そうでなければ、材料および／またはダイか支障を 来す。これは、一部には繊維がそれ自体を配置し直すときに生まれる摩擦により 、引抜き力の増大に通じ、繊維の損傷または、おそらくはダイの損傷さえをも招 く。これらの欠点はすべて既知の寸法形状のトウプレグの必要性を指摘する。さ らには、フィラメント巻きおよび引抜き成形などの工程は、高品質の最終製品を 保証するために入力されるものとして柔軟な材料を必要とする。本発明から得ら れる柔軟な多層テープは、寸法形状的精度だけでなく柔軟性をも生み出す。

Ｃ１不織布 不織布を製造するには、トウプレグ１３３を冷却するとき、または冷却したのち 、図１４〜１７に示すようなトウプレグ１３３を手または機械のいずれかにより 、望みの布１３９を製造するのに望ましいまたは適切な形状に配設する。例えば 、トウプレグ１３３は、図１４ａに示すように一方向に、図１５ａに示すように 多方向に、またはいがなる方向的位置関係にも配設することができる。次に、ト ウプレグ１３３を敷きつめ、結合して、本発明の柔軟な不織多層トウプレグ布１ ３９を成形する。トウプレグ１３３どうじを正しく結合するために種々の機構を 利用することができる。敷きつめたトウプレグを選択した地点でホットメルト結 合すると、点結合１３７ができ、トウプレグ布が得られる。種々の結合パターン を利用することができ、図１６に示すパターンを例として示す。あるいはまた、 結合材フィラメントもしくは編み糸での縫合もしくは製織、ニードルパンチ、水 噴射衝突または圧力点結合を使用して、トウプレグ１３３どうじを結合すること もできる。図１７に示すように、縫合１３８の結果として好適な布１３９が得ら れる。図２４は、一方向にあるトウプレグを介在するフィラメントによって結合 した不織布の写真を示す。

トウプレグ１３３はまた、多軸レイアップ機構を使用して、三次元の不織布、複 雑な輪郭形状を有する不織布または二次元もしくは三次元のプレフォームに成形 することもできる。望みの形状の布またはプレフォームが得られるように巻上げ マンドレル（図示せず）を配置することができる。本発明の製品は、多様な複合 構造を製造するのに好適である。布を粘着性の熱硬化性プレプレグチーブのよう に加工して、進んだ複合構造にレイアップすることができる。布を使用して、樹 脂トランスファ・−成形または圧縮成形のための結合プレフォームを製造するこ ともできる。管状のブレフォームは管口−リングによって製造することができ、 これは、ゴルフクラブのシャフト、テニスラケットおよび帆柱を製造するための 一般的な方法である。

さらには、後の下流側の工程に備えて装置な二次元の布を製造することかできる 。これに関して、本発明の製品は、柔軟な多層トウプレグから製造された撚り合 わせ布または織布よりも廉価である。

室温では固形のマトリックスを有する布を本技術によって柔軟にすることができ るが、従来の技術では剛性の布を製してしまう。本発明は、固形のマトリックス を使用することにより、柔軟性および相当な繊維湿潤性の両方を達成する。マト リックスと強化材の両方が繊維として含まれる重構造、例えば共混合、共結束ま たは鉄層化した構造は、柔軟ではあるが、強化繊維の湿潤を許さない。したがっ て、これらの共繊維布は、固化させるのに、本発明よりも激しい繊維加工条件を 必要とする。

上記の説明は、例示のためにのみ記載したものであり、以下の請求の範囲におい て定める本発明の範囲および同等物に限定を加える意図はない。

ＦＩＧ　３ａ ＦＩＧ　３ｂ ＩＧ　４ｂ ＩＧ　Ｓｃ ＩＧ　６ Ｆｌに１０ Ｅｌに１１Ｅ ＦＩＣ１２ＦＩＬ；　′０ Ｅｌに−ＩＧ Ｆｌに１７ Ｆｌに１１３ ＦＩＣ２Ｃ） Ｆｌに２１ 国際調査報告 ＩＡＩ＠Ｉず１島１＋６’ｔｓｌ＆ｓｌＩｋｃｍｈｓ％ＮｖＰＣＴ／１Ｉｓ９２ １０ＩＲ７ｎフロントページの続き （７２）発明者　コルトン、ジョナサン・ニスアメリカ合衆国、ジョーシア　３ ０３０５、フルトン・カランティ、アトランタ、エヌ・イー、フェアへイブン・ サークル　２２７５（７２）発明者　ヴアルゲセ、パブ アメリカ合衆国、ジョーシア　３０８１３、コロンビア・カランティ、グローブ タウン、レイク・ロイヤル・ドライブ　８７０

Claims (74)

【特許請求の範囲】
1. １．強化フィラメントおよびマトリックス形成材料からなる複数のトウプレグ層 からなる改良された柔軟なトウプレグを製造する方法であって、 （ａ）複数の強化フィラメントからなるトウを延展して、該強化フィラメントを ほぼ柱状に露出させ、 （ｂ）該マトリックス形成材料を該強化フィラメントに層間接着させるような仕 方で該強化フィラメントを該マトリックス形成材料で被覆し、 （ｃ）該マトリックス形成材料が該強化フィラメントを被覆するまで、該強化フ ィラメントと接触する該マトリックス形成材料を液化することによって該トウプ レグ層を形成する各段階からなることを特徴とする方法。
2. ２．（ｄ）該マトリックス形成材料が凝固するまで隣接するトウプレグ層どうし の実質的な接着を防止するような仕方で該トウプレグ層を冷却する段階をさらに 含む請求の範囲第１項記載の方法。
3. ３．（ｅ）該被覆された強化フィラメントどうしを互いに分割する段階をさらに 含む請求の範囲第２項記載の方法。
4. ４．（ｄ）該融着被覆されたトウプレグを成形手段に通すことによって融着被覆 されたトウプレクテープを成形する段階をさらに含む請求の範囲第１項記載の方 法。
5. ５．該成形手段が該融着被覆されたトウプレグに圧力を加える請求の範囲第４項 記載の方法。
6. ６．融着被覆されたトウプレグテープを成形する該段階を、該マトリックス形成 材料が柔軟であるところの温度で実施する請求の範囲第５項記載の方法。
7. ７．該融着被覆されたトウプレクが該融着被覆されたトウプレクテープに成形さ れるまで隣接するトウプレク層どうしの実質的な接着を防止するような仕方で該 トウプレク層を冷却する段階をさらに含む請求の範囲第６項記載の方法。
8. ８．該テープ成形段階を２個またはそれ以上の係合するローラによって実施し、 該ローラの少なくとも１個が全体的に突出する円周構造を有するものであり、該 ローラの少なくとも１個が全体的にくぼんだ円周構造を有するものであり、該融 着被覆されたトウプレグをくぼんだ円周構造と突出する円周構造との間に通し、 該融着被覆されたトウプレグが該ローラの間を通過するときに、該ローラの少な くとも１個に力を加えることによって該力を該融着被覆されたトウプレグに加え る請求の範囲第４項記載の方法。
9. ９．該テープ成形段階を、全体的にくぼんだ円周構造を有するローラによって実 施し、該融着被覆されたトウプレグを、張力を加えた状態で、該くぼんだ円周構 造の少なくとも一部の中に保持する請求の範囲第４項記載の方法。
10. １０．（ｅ）多層構造のトウプレグが形成されるような仕方で該トウプレグ少な くとも１個からなる層を重ね、（ｆ）該重ねたトウプレグどうしを結合して不織 トウプレグ布を形成する段階をさらに含む請求の範囲第２項記載の方法。
11. １１．段階（ｅ）において該トウプレグの層を一方向の配置形態に重ねる請求の 範囲第１０項記載の方法。
12. １２．段階（ｅ）において該トウプレグの層を多方向性の配置形態に重ねる請求 の範囲第１０項記載の方法。
13. １３．ホットメルト結合、縫合、ニードルパンチ、圧力点結合、流体衝突巻き込 み、結合材フィラメント介在および結合材織り糸介在からなる群より選択される 結合方法を使用して、該トウプレクどうしを結合する請求の範囲第１０項記載の 方法。
14. １４．段階（ｅ）および（ｆ）を複数回繰り返す請求の範囲第１０項記載の方法 。
15. １５．（ｅ）多層構造のトウプレクが形成されるような仕方で少なくとも１個の 該トウプレクからなる層を重ね、（ｆ）該トウプレグを所望のプレフォーム形状 に配設し、（ｇ）該トウプレグどうしを結合してプレフォームを形成する各段階 をさらに含む請求の範囲第１０項記載の方法。
16. １６．段階（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）をいかなる順序で実施してもよい請求の 範囲第１５項記載の方法。
17. １７．段階（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）のいずれかまたはすべてを同時に実施す る請求の範囲第１５項記載の方法。
18. １８．段階（ｅ）、（ｆ）および（ｇ）を複数回繰り返す請求の範囲第１５項記 載の方法。
19. １９．（ｅ）該多層トウプレグを複合品に構成する段階をさらに含む請求の範囲 第２項記載の方法。
20. ２０．該マトリックス形成材料が未使用プラスチックをさらに含む請求の範囲第 １項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法 。
21. ２１．該マトリックス形成材料が本質的にリサイクルプラスチックからなる請求 の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記 載の方法。
22. ２２．該強化フィラメントを被覆する前に、該マトリックス形成材料をまず細断 し、次に摩砕して粉末を得る請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１ ０項、第１５項または第１８項記載の方法。
23. ２３．該マトリックス形成材料が本質的に未使用プラスチックとリサイクルプラ スチックとの混合体からなる請求の範囲第２２項記載の方法。
24. ２４．該マトリックス形成材料が本質的に１タイプのリサイクルプラスチックか らなる請求の範囲第２１項記載の方法。
25. ２５．該延展を横方向に行う請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１ ０項、第１５項または第１８項記載の方法。
26. ２６．該強化フィラメントに軸方向の張力を加えることによって該強化フィラメ ントの該延展を維持する請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項 、第１５項または第１８項記載の方法。
27. ２７．該マトリックス形成材料が、該強化フィラメントと接触するとき、粉末形 態にある請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項また は第１８項記載の方法。
28. ２８．該粉末が、該強化フィラメントの平均直径の２倍を超える平均直径をもつ 粒子からなる請求の範囲第２７項記載の方法。
29. ２９．該マトリックス形成材料が、ＡＢＳ群、アセタール樹脂類、アクリル樹脂 類、アルキドポリエステル類、アリル樹脂類、アミノ化合物類、エポキシ樹脂類 、フッ化プラスチック類、フラン樹脂類、メラニン樹脂類、ナイロン類、フェノ ール樹脂類、フェニレンオキシド類およびエーテル類、ポリアミド頬、ポリアミ ド−イミド類、ポリブチレン類、ポリカーボネート類、ポリエステル頬、ポリエ ーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）類、ポリエーテルケトンケトン（ＰＥＫＫ） 類、ポリエーテルケトン（ＰＥＫ）類、ポリエーテルイミド類、ポリエチレン類 、ポリイミド類、ポリメチルベンテン類、ポリフェニレンスルフィド類、ポリプ ロピレン類、ポリスチレン類、ポリウレタン類、スルホン類、尿素樹脂類および ビニル樹脂類ならびにそれらの混合物、銅、低融点金属ならびに前駆物質セラミ クスからなる群より選択されるものである請求の範囲第１項、第２項、第３項、 第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
30. ３０．該フィラメントの平均直径が２５ミクロンを超えない請求の範囲第１項、 第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
31. ３１．該フィラメントが連続したものである請求の範囲第３０項記載の方法。
32. ３２．該フィラメントの融解温度が、得られるトウプレグの固化温度を超える請 求の範囲第３１項記載の方法。
33. ３３．該フィラメントを電気的に接地する請求の範囲第１項、第２項、第３項、 第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
34. ３４．該フィラメントが、ガラス繊維、炭素繊維、黒鉛繊維、有機繊維、セラミ ック繊維、金属繊維およびハイブリッド繊維からなる群より選択されるものであ る請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１ ８項記載の方法。
35. ３５．該有機繊維が、融解温度の低くない液晶繊維からなる群より選択されるも のである請求の範囲第３４項記載の方法。
36. ３６．該ハイブリッド繊維が、アラミド／炭素、アラミド／ガラス、アラミド／ 炭素／ガラス、および炭素／ガラスの各繊維からなる群より選択されるものであ る請求の範囲第３５項記載の方法。
37. ３７．該冷却段階の間に該フィラメントを互いに分割する請求の範囲第１項、第 ２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
38. ３８．該冷却段階の前に該フィラメントを互いに分割する請求の範囲第１項、第 ２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
39. ３９．該強化材料を該マトリックス形成材料によって実質的に湿潤する請求の範 囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の 方法。
40. ４０．該層の平均長がその平均幅を超える請求の範囲第１項、第２項、第３項、 第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
41. ４１．該層の平均幅がその平均厚さを超える請求の範囲第４０項記載の方法。
42. ４２．該平均長が該幅の少なくとも約３０倍である請求の範囲第４１項記載の方 法。
43. ４３．該トウプレグ層のマトリックス形成材料の含量が２５容量％を超える請求 の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記 載の方法。
44. ４４．該トウプレク層の平均層厚さが約１００ミクロン未満である請求の範囲第 １項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法 。
45. ４５．該トウプレグ層の平均層厚さが約７５ミクロン未満である請求の範囲第４ ４項記載の方法。
46. ４６．該トウプレグ層の平均層厚さが約１０〜約５０ミクロンである請求の範囲 第４５項記載の方法。
47. ４７．該トウプレグ層の平均層厚さが約１５〜約３０ミクロンである請求の範囲 第４６項記載の方法。
48. ４８．該冷却段階（ｆ）の間に、該被覆された強化フィラメントの群が該トウプ レグ層を形成する請求の範囲第２項、第３項、第１０項、第１５項または第１８ 項記載の方法。
49. ４９．該延展段階と該被覆段階との間に、該強化フィラメントを糊抜きする段階 をさらに含む請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１５項 または第１８項記載の方法。
50. ５０．該延展段階と該被覆段階との間に、接着増進剤もしくは糊剤を該強化フィ ラメントに塗被する段階をさらに含む請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４ 項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
51. ５１．該延展段階と該被覆段階との間に、該強化フィラメントを界面活性化する 段階をさらに含む請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１０項、第１ ５項または第１８項記載の方法。
52. ５２．集束段階をさらに含む請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１ ０項、第１５項または第１８項記載の方法。
53. ５３．磨き段階をさらに含む請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第１ ０項、第１５項または第１８項記載の方法。
54. ５４．静電流動床被覆手段によって該被覆を実施する請求の範囲第１項、第２項 、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
55. ５５．粉末吹付け被覆手段によって該被覆を実施する請求の範囲第１項、第２項 、第３項、第４項、第１０項、第１５項または第１８項記載の方法。
56. ５６．改良された柔軟なトウプレグであって、複数のトウプレグ層からなり、該 トウプレグ層が、強化フィラメントおよびマトリックス形成材料からなり、該ト ウプレグ層が実質的に固化した複合品になるよう、該強化材料がほぼ柱状に延展 され、さらに、該マトリックス形成材料によって実質的に湿潤されており、該ト ウプレグ層の平均厚さが１００ミクロン未満であることを特徴とする改良された 柔軟なトウプレク。
57. ５７．請求の範囲第５６項記載のトウプレグからなる既知の寸法形状をもつ改良 された柔軟なトウプレグテープであって、該トウプレグ層が該トウプレグテープ よりも少ない空隙を有するように該トウプレク層が該トウプレクテープに成形さ れていることを特徴とする改良された柔軟なトウプレクテープ。
58. ５８．（ａ）強化フィラメントおよびマトリックス形成材料を用意し、 （ｂ）該強化フィラメントを該マトリックス形成材料で被覆し、 （ｃ）該強化フィラメントと接触する該マトリックス形成材料が液化し、該強化 フィラメントを被覆するよう、該強化フィラメントおよび該マトリックス形成材 料を加熱することにより、融着被覆されたトウプレグを形成し、 （ｄ）該融着被覆されたトウプレグを成形手段に通すことにより、該融着被覆さ れたトウプレグに成形力を加えて、融着被覆されたトウプレグテープを製造する 各段階からなる方法によって製造される請求の範囲第５７項記載の改良された柔 軟なトウプレグテープ。
59. ５９．請求の範囲第５６項記載の複数のトウプレクからなる不織トウプレグ布で あって、該トウプレグを、少なくとも１個のトウプレグからなる重なり合う層に 配設し、結合して該不織トウプレグ布にしたものであることを特徴とする不織ト ウプレグ布。
60. ６０．請求の範囲第５９項記載の不織トウプレグ布から製造された多次元プレフ ォームであって、該トウプレグを、少なくとも１個のトウプレグからなる重なり 合う層に配設し、所望の形状に結合して該プレフォームに形成したものであるこ とを特徴とする多次元プレフォーム。
61. ６１．請求の範囲第５６項記載の複数のトウプレグから製造された複合品であっ て、該複数のトウプレグを所望の形状に配設し、結合して、該複合品の全体形状 を有する形状付きプレフォームにし、該プレフォームにさらに作用を加えて該複 合品に形成したものであることを特徴とする複合品。
62. ６２．請求の範囲第５６項記載の複数のトウプレグからなる複合品であって、該 マトリックス形成材料がリサイクルプラスチックからなり、該強化フィラメント が該マトリックス形成材料によって実質的に湿潤されて、該トウプレグ層が該多 層トウプレグに比べて低い空隙含量を有するようにしていることを特徴とする複 合品。
63. ６３．該トウプレグ層の平均層厚さが７５ミクロン未満である請求の範囲第５６ 項〜第６２項記載の改良された柔軟なトウプレグ。
64. ６４．該トウプレグ層の平均層厚さが約１０〜５０ミクロンである請求の範囲第 ６３項記載の改良された柔軟なトウプレグ。
65. ６５．該トウプレグ層の平均層厚さが約１５〜３０ミクロンである請求の範囲第 ６４項記載の改良された柔軟なトウプレグ。
66. ６６．該トウプレグ層が、ある共通の強化フィラメントによって隣接するトウプ レグ層に接続されている請求の範囲第５６項〜第６２項記載の改良された柔軟な トウプレグテープ。
67. ６７．該トウプレグの層が一方向の配置形態に重ねられている請求の範囲第５９ 項記載の不織トウプレグ布。
68. ６８．該トウプレグの層が多方向の配置形態に重ねられている請求の範囲第５９ 項記載の不織トウプレク布。
69. ６９．ホットメルト結合、縫合、ニードルパンチ、マトリックス形成材料の圧力 融解、圧力点結合、流体衝突巻き込み、結合材フィラメント介在および結合材織 り糸介在からなる群より選択される結合方法を使用して、該トウプレグどうしが 結合されている請求の範囲第５９項記載の不織トウプレク布。
70. ７０．該マトリックス形成材料が未使用プラスチックをさらに含む請求の範囲第 ６２項記載の複合品。
71. ７１．該マトリックス形成材料が本質的にリサイクルプラスチックからなる請求 の範囲第６２項記載の複合品。
72. ７２．該マトリックス形成材料が本質的にプラスチックの混合体からなる請求の 範囲第６２項記載の複合品。
73. ７３．該マトリックス形成材料が本質的に１タイプのリサイクルプラスチックか らなる請求の範囲第６２項記載の複合品。
74. ７４．該トウプレグ層が該トウプレグに比べて低い空隙含量を有する請求の範囲 第５６項〜第６１項記載の複合品。