JPH0660457B2 - 粒子によるファイバーの被覆方法 - Google Patents

粒子によるファイバーの被覆方法

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JPH0660457B2 JP50601591A JP50601591A JPH0660457B2 JP H0660457 B2 JPH0660457 B2 JP H0660457B2 JP 50601591 A JP50601591 A JP 50601591A JP 50601591 A JP50601591 A JP 50601591A JP H0660457 B2 JPH0660457 B2 JP H0660457B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 (1) 産業上の利用分野 本発明は被覆ファイバーの製造方法に関するものであ
る。本発明は、特に、費用、速度及び環境について大き
な利点をもって、主及び二次的プリフォーム方法に適し
たファイバートウの熱可塑性または熱硬化性マトリック
スを有する合成プリプレグに関するものである。さらに
本発明は、ハウジングに振動装置を用いて粒子を流動し
ファイバーに被覆する方法に関するものである。
(2) 従来の技術 高速低コストの処理方法は、ファイバートウに分散する
熱硬化性または熱可塑性のマトリックスを有するプリプ
レグ合成材料を製造するのに必要となる。ホットメルト
プリプレグ等の従来の処理方法は、高圧でファイバート
ウを介した方法における低粘度マトリックスの製造にか
かっている。熱硬化性材料について溶剤の希釈は合成組
織によるが反応窓が充分長いと樹脂の粘性を下げるため
に高温が用いられる。熱可塑性マトリックスは本来粘性
が高く、高温高圧を常に用いることができない。溶解法
が共通して用いられる。高沸点溶媒を用いてリクレーム
する方法に関しコストと環境及び健康面を考慮するとこ
れらの方法は好ましいものではない。多くの高性能マト
リックス樹脂は溶媒に溶けず、従って現時点では大量に
用いることができない。
優れた処理方法の特徴はファイバーに高分子を用いてプ
リプレグを形成できることである。有効な処理方法はフ
ァイバー面に最終位置として高分子を付着しあらゆるマ
トリックスに適用できることである。
(1) 溶解法 この方法は熱可塑性及び熱硬化性マトリックスの両者に
用いることができる。高分子は溶媒に溶解しファイバー
トウは低粘度溶液で含浸される（米国特許第３，７８
５，９１６号）。含浸後の溶媒を完全に除去することは
厳格な条件であり、難しい処理ステップである。塩化メ
チレン、アセトン及びＮ−メチルピロリドンは広く溶剤
として用いられている。エポキシ、ポリイミド、ポリス
ルフォン、ポリフェニルスルフォン及びポリエーテルス
ルフォンは溶解含浸マトリックスとしても用いられる。
(2) スラリー処理法 高分子の粒子は液体媒体に浮遊されファイバートウは高
分子の粒子を有するスラリータンクを通過する。高分子
の粒子はファイバートウ内に捕獲される。米国特許第４
２９，１０５号は粒子が酸化ポリエチレン等の材料で厚
くされた水に遊離し２５℃で４００〜３０００cPまで粘
性を増加する方法を示している。米国特許第４，６８
０，２２４号はスラリーの正確な濃度を検出し樹脂タン
クの最適な濃度を保持しダイ入口において余剰の樹脂を
蓄積させる（ダイ入口において含浸等はテープまたフラ
ットシート状に形成される）方法における問題点を指摘
している。処理テープにおける最少のボイド（空隙）量
は約２〜４％であった。他の方法（米国特許出願第１１
４，３６２号）は、プラスチック流の性質、剪断希釈行
動及び高分子バインダーを有し高分子が一様に遊離した
ゲル含浸浴でファイバーを含浸することを開示してい
る。“ピーク”カーボンファイバーの空隙なしの合成剤
は、８１０００cPの粘性を有するゲル含浸浴でＧ３０−
５００カーボンファイバーを含浸させることにより製造
される。
(3) 溶融含浸法 ファイバートウを溶融高分子で直接含浸することも可能
である。エポキシ等の熱硬化性マトリックスについては
高温及び反応運動量により反応前に連続溶融含浸が可能
である。熱可塑性マトリックスについては２つの方法が
用いられている。すなわち米国第３，９９３，７２６号
は粗糸が通過する台へ溶融高分子を供給するクロスヘッ
ド押出機を示しており、また含浸ピンに合わせた溶融樹
脂浴をファイバーが通過しトウに対する高分子の通過率
を高める方法もある。米国特許第４，５５９，２６２号
においては含浸ピンが過熱され粘度を部分的に下げ含浸
処理をさらに高めている。いずれの方法においてもファ
イバーにかかる力すなわちクロスヘッド押出機の圧力は
極めて高くファイバーを破損してしまう。得られたプレ
プラグは通常タックやドレープ（ヒダ）が不足してい
る。
(4) フィルム積上げ法 一方向トウまたは織布状のファイバー補強層はマトリッ
クス材として熱可塑性シートに積上げられて、長い圧力
下で形成される（英国特許第１，４８５，５８６号）。
この方法は製造が容易なので広く用いられている。その
欠点としては樹脂の含有量が多いこと、製造法が不経
済、労力がかかること、高粘度マトリックス材を用いて
ファイバートウ（高圧によりファイバーを束ねる）を含
浸するのが難しいことである。
(5) ファイバー混合法 熱可塑性マトリックスは微細より糸に紡ぐことができ補
強ファイバートウと混合し混合ハイブリッドより糸を製
造する（材料工学、Clemens, S.R., et al., Meterials
Engineering,１０５，２７−３０，１９８８年３月）
このハイブリッドより糸は合成部分に形成される。この
技術の利点はハイブリッドより糸のドレープ特性であ
る。熱可塑性より糸を形成する費用及び補強ファイバー
により布織する費用が高いことである。
(6) ドライパウダー含浸法 ドライ熱可塑性パウダーをファイバートウに入れ、ファ
イバートウはファイバーにパウダー粒子を加熱焼結させ
る処理を受ける。この技術は米国特許第3,742,106 号に
示されており、粗ガラス（ロービング）を熱可塑性パウ
ダーのヘッド（流動床又は粗床）に通過させた。平均径
２５０μのポリプロピレン粒子が用いられた。粒子は静
電気によりファイバーに付着する。トウは加熱され、ダ
イを通り含浸トウになる。含浸は徴視的であり、ぬれな
い領域やボイドを有する個々のファイバーというよりむ
しろファイバーの粒子被覆束である。この処理は主に短
い繊維強化熱可塑性樹脂を形成するためである。「可撓
性合成材及びその製法及び装置」（ＡＴＯ１１３（ＤＰ
Ｉ８１７６））、及び“Procede de Fabricationd′Obj
ets Composites Obtenus”（仏特許第 2548084−Ａ１，
１９８３年６月）は、流動室において２０μより小さい
サイズのポリアミド粒子を流動し、ガラスロービングを
含浸し、含浸粒子より低い融点の第２の材料からなる外
側シースで被覆する。“ASME Symposium on Manufactur
ng Science of Composites,”ページ２７〜３９（１９
８８年４月）では、最近、“ＰＥＥＫ”パウダー（５０
μ）の静電流動床に開繊トウを通過させることによりプ
リプレグを製造する可能性が証明された。
ドライパウダー法は、制御された体積率を有するボイド
フリー合成物を形成することが可能ならば、高速低コス
ト製法の最適条件を与えるものである。理想的な処理は
以下の特徴を有する。
(i) マトリックスの粘度は独立していなければならな
い。多くの高性能熱硬化性及び熱可塑性樹脂はいずれ
も、軟化点（アモルファス状）または融点（半結晶状）
以上で高粘性（１０３〜１０５ポイズ）であるか、粘性
を下げるのに必要な高温において反応性が高いものであ
る。活性ドライパウダー法は、必要なマトリックス量で
個々のファイバーを被覆することにより、ポリマーの流
れをファイバートウの外側から内側までのセンチメータ
ーのオーダーの距離というよりむしろサブミクロンのオ
ーダーの距離だけ発生させることにより、この問題を解
決している。
(ii) 処理工程の後期に揮発させなければならないバイ
ンダーや溶剤の使用は避けなければならない。これは合
成物の機械的特性に悪影響を与えるボイドの発生の源と
なる。
(iii) 使用材料の平均粒径は、好ましくは、最適な含
浸用ファイバーのサイズとほぼ同じである。あまり大き
い粒子サイズは、ファイバー間に樹脂の不均一な分布に
なる物理的限定によりブリッジや限定された含浸を発生
させてしまう。
(iv) 粒子がファイバーと出合う含浸室のパウダー粒子
の濃度は常に一定かつ制御可能でなければならない。
(v) 粒子をファイバーに付着させるメカニズムは制御
可能でかつ環境条件から独立していなければならない。
(vi) 得られたプリプレグテープは可撓性でありかつド
レープ可能で複雑な部品にも容易になる形状でなければ
ならない。
(vii) 処理法は、最少のエネルギー消費、労力の大き
いステップを必要とせず、高速作動が可能で、大きなサ
イズまでスケールアップが可能でなければならない。
ファイバーを取扱う他の関連特許としては、米国特許第
２，２４４，２０３号、同第３，０１７，３０９号、同
第３，３０４，５９３号、同第４，５３４，９１９号、
及び同第４，７１４，６４２号がある。
目 的 本発明の目的は、上述の条件に合った材料の粒子をもっ
てファイバーを一様に被覆するドライパウダー方法を提
供することである。さらに、本発明の他の目的は、比較
的単純で経済的な方法を提供することである。これら及
び他の目的は以下の記載及び添付図面によりより明らか
にされる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明の方法を実施する装置の概略前面断面図
であり、搬送されるファイバートウの開繊機、粒子被覆
室及びファイバーに粒子を接着させるヒーターを示す
図。
第１Ａ図は、粒子をエアゾール化する室部の断面を示す
第１図の１Ａ−１Ａ線にそった断面図。
第１Ｂ図は第１図の被覆部の線１Ｂ−１Ｂにそった断面
図。
第１Ｃ図は第１図のヒーターの線１Ｃ−１Ｃにそった断
面図。
第１Ｄ図は第１図に示すスピーカーの線１Ｄ−１Ｄにそ
った断面図。
第１Ｅ図はハウジングのスピーカーを示す第１図の線１
Ｅ−１Ｅにそった断面図。
第２図はスピーカーに対する棒の取付けを示す第１図の
開繊機の拡大斜視図。
第３図はケーシングの室の取付けを示す粒子のエアゾー
ル化をする別の室の前面断面図。
第３Ａ図は第３図の線３Ａ−３Ａにそった断面図。
第４Ａ図はファイバーの含浸トウの写真。
第４Ｂ図は加熱一体後の合成物の写真。
概括的記載 本発明によれば、ファイバー上に粒子を被覆する方法に
おいて、 (a) 該ファイバー上に付着されるべき粒子とガスとを
含み該ファイバーのまわりに備えられた室装置と、該室
装置に装着されていて可聴周波数及び超音周波数から選
択された範囲の周波数によって作動させられる振動装置
であって、該振動装置が作動させられる時に前記粒子は
ガス中でエアゾール化されて前記ファイバー上に付着さ
れるようになった、前記振動装置とを含み、ファイバー
上に或る材料でなる乾燥粒子を被覆する装置を提供し、 (b) 前記室装置内にファイバーをガスととともに提供
して、前記振動装置が作動されている時に前記ファイバ
ーが前記粒子で被覆されるようにし、 (c) 前記ファイバーを前記粒子で被覆するために前記
振動装置を作動させることを特徴とする方法が提供され
る。
また、本発明によれば、ファイバー上に粒子を被覆する
方法であって、 (a) ファイバートウ上に或る材料の乾燥粒子を被覆す
る被覆装置であって、該ファイバートウは前記被覆装置
を通って搬送されるようになっており、ファイバートウ
を開繊する開繊装置と、ファイバートウ上に付着される
べき粒子とガスとを含んで開繊されたファイバートウの
まわりに備えた室装置と、該室装置上に装着されていて
可聴周波数及び超音周波数から選択された範囲内の周波
数で作動される振動装置であって、該振動装置が作動さ
れる時に粒子がガス中でエアゾール化され且つ前記被覆
装置を通ってファイバートウが搬送されるにつれてこの
ファイバートウ上に粒子が付着されるようになった、前
記振動装置とを含む、前記被覆装置を提供し、 (b) 前記被覆装置にファイバートウを提供して、前記
振動装置が作動される時にファイバートウが粒子で被覆
されるようにし、 (c) 前記振動装置を作動させて開繊されたファイバー
トウを粒子で被覆することを特徴とする方法が提供され
る。
本発明の１つの実施例は任意のプリフォーム方法に適し
た合成プリプレグの低コストパウダー処理方法を提供す
る。好ましくはパウダー粒子は音響的に流動化され大き
な室に分散される。好ましくはファイバーも音響的に分
離され室を介して流動化パウダー内に吸引される。各フ
ァイバーは粒子により一様に被覆され粒子はその最終位
置で各ファイバーに付着し熱により粒子は固定される。
得られたプリプレグは可撓性でありドレープ可能な材料
であり、ボイドのない充分に密度の濃い合成物に形成さ
れる。
本発明の方法は自動化技術によりよりスケールアップさ
れ制御される。ポリマー、金属またはセラミックマトリ
ックスがパウダー状に形成できる。プリプレグ材は濃度
の広い範囲に渡ってファイバーの体積率が全体の２％に
制御されるように形成される。この方法は幅１０〜５０
mmのプリプレグ標本を形成するのに用いられる。
この発明は低コスト高スピード合成プリプレグ方法に関
するものである。この方法は１％内にファイバーの体積
率に抑えた連続合成ファイバープリプレグを製造する。
この方法は連続的であり、溶剤を必要とせず、任意のフ
ァイバーマトリックス組合せ体と用いることができあら
ゆるサイズのプリプレグに適用できる。コストと入力エ
ネルギーは低く可変低コスト方法が提供される。この方
法は音響エネルギーの利用に基づいており従来の流動工
程におけるガス流とは異なり重力問題がない。粘着力の
あるパウダーの集結やチャネリング（約２０μ以下のサ
イズ）により流動性が極端になくなり従来の流動化技術
では対処できない。しかしながら本発明によると所望の
濃度において任意のサイズの粒子を流動化して巻込むこ
とができる。
好ましくは音響スピーカーがファイバートウを各ファイ
バーに開繊することと空気またはその他の適当な流体に
おいて小さな高分子マトリックス粒子を巻込むのに用い
られ、流体はファイバーが通過する室内で反応性（例え
ば酸素）または非反応性（窒素）であってもよい。加熱
の場合プリプレグは下流の一体化の処理程度により一様
に被覆されるよう各ファイバーフィラメントに付着す
る。得られたプリプレグはドレープ可能であり織布やプ
リフォーム動作に用いられる。
音響スピーカーは約８Ω、１００Ｗの定格を有し約８０
〜１３０dBの音圧を有する。好ましくは周波数は１１．
５〜１２Hzである。基本的には、あらゆる周波数が用い
られ、好ましくは端部クロージャーとパウダーを含んで
被覆室の固有振動数に対応させる。好ましくは周波数は
超音波領域のどこでもよく可聴領域を含んで１〜２００
００Hzである。
詳細な記載 カーボンファイバー（径７．２μ）と小径のポリアミド
パウダー粒子（平均粒径９．２±４μ、範囲５〜１５、
２０μより小）からなるモデルシステムが用いられた。
音響エネルギーは粒子のエアゾール化に反応可能であっ
た。
本発明を実施するための装置の概略は第１図及び第１Ａ
図から第１Ｅ図までに示されている。ファイバートウ１
０はスプール１１から供給された。トウ１０は開繊機１
４に入る前に案内リング１２とニップローラ１３間を通
過する。開繊機１４は高サウンドレベル（８０〜１３０
dB）のオーディオスピーカー１４ａを有しており、トウ
１０のファイバーを破損させることなく個々のフィラメ
ントやファイバーにトウ１０を開繊する。ニップローラ
１３とニップローラ１５はスピーカー１４ａ上の領域で
開繊トウ１０ａに一定のゆるみを与えた。円形断面の棒
１４ｂにより開繊トウ１０ａにおいてファイバーの分離
が維持されている。トウ１０ａは棒１４ｂの上下をジグ
ザグ状に移動する。
第２図は、隔離したホルダー１４ｃに平行に軸線を有す
るように取付けられた棒１４ｂを示す開繊トウ１０ａの
拡大図である。図示されるようにスピーカー１４ａは棒
１４ｂの近く及びその下に取付けられている。
ファイバーの開繊トウ１０ａの幅はガイド１６により制
御され、開繊トウ１０ａは、エアゾール化粒子Ｐ１がフ
ァイバーの開繊トウ１０ａの各ファイバーに衝突被覆す
る被覆部１７ａを有する被覆室１７を通過する。粒子Ｐ
１は室１７の底に密閉ハウジング１７ｃ内に取付けられ
た第２のスピーカー１７ｂによりエアゾール化される。
ゴムで作られたダイヤフラム１７ｅによりスピーカー１
７ｂは室１７内の粒子Ｐと分離されている。ゴムダイヤ
フラム１７ｆにより反対側の端部に室１７のクロージャ
ーが形成されている。
ハウジング１７ｄにそったダイヤフラム１７ｅと１７ｆ
と室内の粒子はスピーカー１７ｂにより合わせられた固
有共鳴周波数を有している。共鳴は被覆部１７ａの粒子
Ｐ１の一定制御可能なエアゾール特性を与えることが判
明した。室１７の固有周波数は好ましくは可撓性ダイヤ
フラム１７ｅ，１７ｆである端部スピーカークロージャ
ーがあるかないかまたはその共鳴と同様に室１７の長さ
及び径の関数として変化する。粒子Ｐの重さは粒子Ｐ１
のエアゾール化に影響を与える。
粒子Ｐ１は回収され再利用される。ケーシング１７ｇは
開口１７ｈを介して室１７から逃げるパウダーを回収す
る。ケーシング１７ｇは、パウダーＰ１が大気に逃げな
いように覆われた開口１７ｉを有している。
室部１７ｄはガス入口２６を有している。ケーシング１
７ｇはフィルター１８を介してガス出口２１を有してい
る。ガスは他のガスも用いられるが好ましくは乾燥空気
または窒素である。ガスは室部１７ｄ及び被覆部１７ａ
内でダイヤフラム１７ｅ，１７ｆとスピーカー１７ｂに
そってパウダーＰ１のエアゾール化を補助する。パウダ
ーＰはスピーカー１７ｂによりパウダーＰ１にエアゾー
ル化される。
含浸トウ１０ｂはヒーター１９を通り、温度コントロー
ラー２０により制御され巻上げドラム２３に巻取られる
前にプリプレグテープ１０ｃの幅を制御するニップロー
ラー２２とガイド２１を通過する。スピーカー１４ａ及
び１７ｂは周波数発生器２４とパワーアンプ２５により
別々に制御される。スピーカー１４ａと１７ｂは分離し
たジェネレーター及びアンプ（図示せず）を有すること
もできる。
第３図は、ファイバートウ１０ｂを被覆する被覆室３０
の他の例を示す。室３０は矩形断面のケーシング３１に
より被覆されている。ケーシング３１は通気孔３１ａを
有している。室３０はガス入口３２と拡散スクリーン３
３を有しており、粒子のパイプ３２内への逆流を防止し
ている。室３０はスピーカー１７ｂにより振動する一端
にダイヤフラム３０ａ及び３０ｂを有している。ケーシ
ング３１はスロット３１ｂを有しており、室３０はトウ
１０ｂ用のスロット３０ｃを有している。スピーカー１
７ｂは第１図のようにハウジング１７ｃに取付けられて
いる。
以下の実施例が本発明の可能性を示している。
(i)実施例(1) は本方法によって形成されたプリプレグ
テープが手動制御によっても再生可能であることを示
す。
(ii)実施例(2) は本方法が任意のファイバーマトリック
ス体積率でプリプレグテープを特別に作ることを示す。
(iii) 実施例(3) は本発明の前段階を示し被覆部は図示
しないパイプにより接続されエアゾール化器から離れて
いる。ファイバートウは段階的に粒子で含浸される。
(iv)実施例(4) はボイドがない合成物を形成するプリプ
レグテープを示している。また合成段階はプリプレグテ
ープにおけるファイバーマトリックス体積率の局部的な
変動を防止し一様な合成物を製造するのに効果がある。
第４Ａ図及び第４Ｂ図は本方法による二段階を示す写真
である。第４Ａ図はファイバーのプリプレグ１０ｃを示
し、第４Ｂ図はプレプレグ１０ｃのボイドのない合成物
が容易に形成されていることを示す。
実施例１ ６個のプリプレグが本方法により形成された。使用され
た材料はカーボンファイバートウ１０（３０００ファイ
バー／トウ、ハーキュルズＡＳ４ファイバー）とポリア
ミドパウダーＰ（９．２±４μ、オーガゾル、アトケム
社）である。カーボンファイバートウ１０はニップロー
ラー１３の補助によりファイバースプール１１から巻戻
された。トウ１０はポリウッドハウジング１４ｄに取付
けられた１０インチスピーカー（８Ω、１００Ｗ）から
成るスピーカー１４により開繊された。ファイバートウ
１０は１インチ（２．５４cm）離れた磨かれたスチール
ロッド１４ｂ（３／８インチ径）に取付けられたスピー
カー１４ａ上を通過する。棒１４ｂはスピーカー１４ａ
により隔離された位置で開繊トウ１０ａを保持する。開
繊トウ１０ａはニップローラー１５を通過し、室１７に
入る。エアゾール器はポリウッドスピーカーボックス１
７ｃ（１５インチスピーカー１７ｂ、８Ω、１００Ｗ）
から成り、円柱状のプレキシガラスコラム（８．２イン
チ内径、１５インチ長）が取付けられている。振動ゴム
ダイヤフラム３０ａ、３０ｂが室３０の端部でスピーカ
ーボックス１７ｃの上に置かれた。エアゾール化器は清
掃され第１回目の最初にパウダーＰ２２５ｇが充填され
た。エアゾール化器とスピーカー１４は各システムの固
有振動数で作動した。トウ１０ｂはエアゾール化器内で
粒子Ｐを含浸され、１２インチ長のヒーターに入り粒子
がファイバー上に焼結凝固された。得られたプリプレグ
テープはドラム２３上に巻取られた。ファイバースプー
ル１１から巻上げドラム２３までのファイバートウの移
動距離は６５インチ（１６５．１cm）であった。表１は
本発明による異なるパラメーターの値を示す。体積率は
プリプレグテープ１０ｃの２８インチ（７１．１２cm）
の長さにより重みづけをされ算出され非含浸ファイバー
トウの有効長さの重さと比較した。
実験は同一のオーブン温度、エアゾール化器及び開繊器
を用いた。実験１はクリーン室を用いて始められ壁がパ
ウダーで徐々に焼かれ、さらに焼きが生じない状態まで
焼かれた。従って粒子量は他の５回の実験に比べて実験
１が高かった。実験２のガス速度は０であり、体積率マ
トリックスは他の５回の実験より高い標準偏差を示し
た。これによりガス流が最適な粒子の巻込みを示すこと
がわかった。トウ１０の全ての実験の速度はこの実験に
用いられたモーターの手動速度制御によりわずかに異な
った。実験６は室がパウダーＰを追加することを要求し
ている。これらの矛盾にも係わらず平均体積率のマトリ
ックスは標準偏差３．５を有する２２．５であった。対
応する数は２２．４であり第１回から最後までの実験は
公正なものを除いても１．５であった。
実施例２ 表２は実施例１と同様に同一のファイバーマトリックス
と方法を用いた異なる条件における４つのプリプレグ実
験を示す。体積率より、エアゾール化器の条件とトウ速
度の組合せを用いてマトリックスの任意の体積率でプリ
プレグテープが形成されることが証明された。
実施例３ ２１のプリプレグ実験が開繊後のファイバートウがエア
ゾール化器から粒子を供給された分離した含浸室を通過
する別の方法により達成された。室３０（内径３．１５
インチ（８．００cm）、６．５０インチスピーカー、８
Ω、５０Ｗ）を有するエアゾール化器とスピーカー１４
（６．５０インチスピーカー、８Ω、５０Ｗ）とが同一
の周波数発生器とアンプ（３９Hz、２４Ｖ以上のピーク
振幅）により駆動された。室３０におけるプリプレグは
半連続的に行なわれ、すなわちトウは時々固定となり含
浸室に２分間の滞留時間を与えた。この方法において、
ニップローラーは用いられていない。マトリックスの体
積率は標準偏差３．９で５１．８と算出され、ファイバ
ー移動に問題がある４つの実験を除いた。
実施例４ プリプレグテープは２０分間１９５〜２００℃で圧力下
で合成され手動にて２分割モールドにおかれた。得られ
たサンプルはイメージ分析技術を用いて光学式顕微鏡で
ファイバーの体積率について分析された。結果は表３に
要約されている。３５０psi （２：４１４MPa ）で合成
された最初の３つのサンプルはボイドは少なく、第４Ｂ
図に示されるボイドがない８７５psi （６．０３４MP
a）における最後の２つのサンプルよりも体積率ファイ
バーにおける標準偏差が大きい。パウダー含浸プリプレ
グテープの最適な合成サイクルの設計は全体の合成物を
通してファイバーの非常に一様な分布をもってボイドの
ない合成物の製造となった。
この方法によるとコスト面で利点がある。まず、投下資
本が少なくてよい。装置は標準的な要素、すなわちスピ
ーカー１４ａ、１７ｂ、ジェネレーター、アンプ２４、
２５及びニップローラー１３、１５、２２用の標準同期
駆動モーターを有している。装置を作動させるエネルギ
ーは少なくてすむ。動力も低くてすむ。
一体化の前にエアゾール化器においてファイバー面に高
分子粒子を固定させる方法は重要なものであり、多くの
方法が用いられる。最近、少ない高分子粒子Ｐ１の自然
供給により静電気力を発生し、ファイバー１０ｂへの付
着を発生している。パウダーＰ１の供給特性はその組
成、環境及び大気条件により変化するので、この方法を
改良するか粒子をファイバー１０ｂに付着吸引する別の
方法を開発することが望ましい。
静電気を利用し、ファイバーを予熱し粒子が各ファイバ
ー１０ｂと衝突する間または後に粒子を保持する接着剤
としてファイバー被覆材を用いることができる。大きな
静電気を用いて高分子粒子を吸引すると、パウダーの静
電気保持能力の変動と大気状態が過剰になる。また図示
しない管状炉を被覆室１７への入口におき、被覆室１７
へ入る前にファイバー１０ｂを加熱してもよい。熱入
力、ファイバートウ１０の速度及び高分子の溶融熱の組
合せにより粒子Ｐ１がファイバー１０ｂの位置で衝突し
て部分的に溶融し固化する条件が達成される。トウ１０
の被覆も用いることができる。繊維工業の共通な粒子は
１００マノメーターの厚さの樹脂被覆層をファバー１０
ｂに与えることである。被覆材として高分子粒子Ｐ１以
下の融点を有する材料が用いられると、乾燥され取扱い
を容易にするため室温で粘性がない。ファイバートウは
通常開繊され取扱われる。一端開繊するとトウ１０ａは
被覆室１７に入る前にその融点以上で被覆材の温度を上
げるように加熱される。衝突パウダー粒子１１は被覆室
１７内で被覆材に付着しそこに留まる。
粒子の流動及び移送はその材料の特性とサイズにより異
なる。ファイバートウ内の分散と同様にサイズにより粒
子の音響流動は本発明の方法により変化する。１０〜５
０mmのプリプレグ１０ｃが実施例において製造されたが
幅についての理論的な限定はない。
方法は自動制御により制御される。計測装置と音響エネ
ルギー、熱エネルギー、粒径、粒量及びトウ速度の制御
はこの方法に用いることができる。この装置は、材料物
理特性（密度、サイズ、音響力、トウ速度）が制御アル
ゴリズムとして入力できるので、合成材料に用いられる
あらゆるパウダーマトリックスに適用できる。
この装置の利点はパウダー粒子が近づき一体化するため
微視的距離だけを流れるプリプレグを製造できることに
ある。マイクル波処理及び熱処理の両者が粒子で被覆さ
れるファイバーの加熱に用いられる。
この装置の重要な利点はチョップドファイバーに適用で
きることである。音響流動はパウダーにそってチョップ
ドファイバーに与えられる。ファイバーパウダー組合せ
体が移動面に付着され処理されてチョップドファイバー
合成物を形成する。チョップドファイバーは支持スクリ
ーン（図示せず）上に提供されパウダーは室１７または
３０に運ばれたときファイバーに付着する。チョップド
ファイバーの方向性も制御され整合したチョップドファ
イバープリプレグを形成することができる。これはラン
ダムに配置されたファイバー合成体におけるよりもチョ
ップドファイバーを有する合成体の強度及び硬さを高め
ることができるのに重要なことである。
好ましくはファイバーに付着した粒子はファイバーの体
積に対して約１０〜６５％を示す。より好ましくは粒子
体積はファイバー体積の２０〜４０％である。
プリプレグは各ファイバーまたはファイバー群にそって
粒子からの高分子のビードを有している。ビードはファ
イバーの径及び粒子径にもよるがファイバーにそって約
１〜１０００μ平均的に一様に離れている。
本発明は上述の実施例に限定されるものでなく多くの変
更例が可能であることは言うまでもない。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ０５Ｃ 19/02 6804−4Ｄ Ｂ０５Ｄ 1/24 8720−4Ｄ 7/20 8720−4Ｄ (72)発明者 ジャヤラマン，クリシュナマーシィ アメリカ合衆国48823 ミシガン州イース ト ランシング，バーチャム ドライブ 2227 (56)参考文献 米国特許4713139（ＵＳ，Ａ) 米国特許3798095（ＵＳ，Ａ)

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ファイバー上に粒子を被覆する方法におい
    て、 (a) 該ファイバー上に付着されるべき粒子とガスとを
    含み該ファイバーのまわりに備えられた室装置と、該室
    装置に装着されていて可聴周波数及び超音周波数から選
    択された範囲の周波数によって作動させられる振動装置
    であって、該振動装置が作動させられる時に前記粒子は
    ガス中でエアゾール化されて前記ファイバー上に付着さ
    れるようになった、前記振動装置とを含み、ファイバー
    上に或る材料でなる乾燥粒子を被覆する装置を提供し、 (b) 前記室装置内にファイバーをガスとともに提供し
    て、前記振動装置が作動されている時に前記ファイバー
    が前記粒子で被覆されるようにし、 (c) 前記ファイバーを前記粒子で被覆するために前記
    振動装置を作動させることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】ファイバートウにパウダーを結合させるの
    に助力するように被覆されたファイバーのまわりに加熱
    装置を備える請求の範囲第１項記載の方法。
  3. 【請求項３】前記室装置が対向する開口端を有し、これ
    ら開口端には前記振動装置としてダイヤフラムが備えら
    れていて、パウダーが前記室装置内に閉じ込められてお
    り、また、前記振動装置が音響スピーカーによって作動
    される請求の範囲第１項記載の方法。
  4. 【請求項４】前記室及びダイヤフラムは前記スピーカー
    に整合した固有共鳴周波数を有する請求の範囲第３項記
    載の方法。
  5. 【請求項５】ファイバー上に粒子を被覆する方法であっ
    て、 (a)ファイバートウ上に或る材料の乾燥粒子を被覆する
    被覆装置であって、該ファイバートウは前記被覆装置を
    通って搬送されるようになっており、ファイバートウを
    開繊する開繊装置と、ファイバートウ上に付着されるべ
    き粒子とガスとを含んで開繊されたファイバートウのま
    わりに備えた室装置と、該室装置上に装着されていて可
    聴周波数及び超音周波数から選択された範囲内の周波数
    で作動される振動装置であって、該振動装置が作動され
    る時に粒子がガス中でエアゾール化され且つ前記被覆装
    置を通ってファイバートウが搬送されるにつれてこのフ
    ァイバートウ上に粒子が付着されるようになった、前記
    振動装置とを含む、前記被覆装置を提供し、 (b) 前記被覆装置にファイバートウを提供して、前記
    振動装置が作動される時にファイバートウが粒子で被覆
    されるようにし、 (c) 前記振動装置を作動させて開繊されたファイバー
    トウを粒子で被覆することを特徴とする方法。
  6. 【請求項６】被覆されたファイバートウにパウダーを結
    合する助力となるように巻上げ装置と前記室装置との間
    のファイバートウのまわりに加熱装置が備えられている
    請求の範囲第５項記載の方法。
  7. 【請求項７】前記開繊装置がファイバートウに隣接して
    装着されたスピーカー装置であって、該スピーカー装置
    は作動されてファイバートウを開繊するようになってい
    る請求の範囲第５項記載の方法。
  8. 【請求項８】前記室装置はガスの入口と出口とを有し、
    ガスは該室装置に供給されて、前記振動装置によってフ
    ァイバートウのまわりのパウダーが流動化し且つ分散さ
    れてファイバートウに被覆されるのを助力する請求の範
    囲第５項記載の方法。
  9. 【請求項９】ピンチローラが前記開繊装置のファイバー
    トウが入る側の近く、又は前記開繊装置の開繊されたフ
    ァイバートウを維持する側の近くに備えられている請求
    の範囲第５項記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記室装置は該室装置に対する入口にお
    けるファイバーのための案内装置を有し、この案内装置
    は前記開繊装置からの開繊されたファイバートウを維持
    するうよになっている請求の範囲第５項記載の方法。
  11. 【請求項１１】前記開繊装置はファイバートウに隣接し
    て装着されたスピーカー装置であって、作動されてファ
    イバートウを開繊するようになっており、前記室装置は
    ガスの入口及び出口を有し、このガスは前記室装置内に
    供給されて、前記振動装置によってファイバートウのま
    わりにパウダーが流動化し且つ分散されるのを助力する
    ようになっており、被覆されたファイバートウのまわり
    には加熱室が備えられていて、ファイバートウにパウダ
    ーを結合させるのに助力するようになっている請求の範
    囲第５項記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記室装置は該室装置の入口におけるフ
    ァイバーの案内装置を有し、この案内装置は前記開繊装
    置からのファイバートウの開繊を維持するようになって
    いる請求の範囲第１１項記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記室装置は対向する開口端を有し、こ
    れら開口端には振動装置としてダイヤフラムが備えられ
    ていて、パウダーは前記室装置内に閉じ込められてお
    り、前記振動装置は音響スピーカーによって作動される
    請求の範囲第５項記載の方法。
  14. 【請求項１４】前記室及びダイヤフラムは前記スピーカ
    ーに整合する固有共鳴周波数を有している請求の範囲第
    １３項記載の方法。
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