JPH10502025A - 粘着性を付与された織物材料と製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 大量の流体樹脂材料が溶剤を使用しないで流動可能状態にされる。次いで織物（１）が前記流動可能樹脂の少なくとも１つの細長いビード（１１）によってビーディングを施され、それにより前記ビード（１１）の少なくとも一部分が前記織物（１）の表面に残留して前記織物（１）に粘着性を付与し以て複合成形法における前記ビード付き織物（１００）の積置（ｌａｙ−ｕｐ）を容易にする。次いで前記ビード付き織物（１００）は成形装置内に積置され、それにより前記ビード（１１）が前記成形装置内の諸表面に付着してその内部における前記ビード付き織物（１００）の位置決めを助ける。さらなる大量の樹脂が圧力下で前記成形装置内に配置されまたは射出されて前記織物（１）と金型の輪郭とに接触する。次いで前記樹脂は複合体を形成するように硬化せしめられる。

Description

【発明の詳細な説明】 粘着性を付与された織物材料と製造方法 技術分野 本発明は一般的に織物を含有する複合体を形成するための複合成形法に関する 。特に、本発明は複合成形法とそれから生じる複合体とを改良するための方法と 製品とに関する。 背景情報 織物を含有する複合体を形成するための多くの複合成形法が知られている。こ れら方法そして、それらから生じる製品、は高い強度と低い重量とを総合した特 性を有する複雑な形状の部品が有利である航空宇宙産業とその他産業とにおいて その有用性を見いだす。 そのような複合成形法の１つは樹脂トランスファー成形（“ＲＴＭ”）である 。ＲＴＭ法においては、ガラス繊維または炭素繊維織物のごとき織物材料が内部 に所望部品の輪郭を有するダイまたは金型上に配置されまたはその内部に積置（ ｌａｉｄ−ｕｐ）される。織物が前記金型内に積置されたのち、前記金型は成形 プレス内に配置されその内部に樹脂材料が流体状態で射出されて前記ダイまたは 金型内の織物を含浸しそしてキャビティを充填する。樹脂が射出されて硬化した あと、すぐれた強度と一般的に低い重量とを有する複合体または部品が生じる。 またＲＴＭおよび同様の複合成形法は極めて費用効果的でもある。 もし前記ダイまたは金型が多くの輪郭、そして特に直立壁、を有するならば、 樹脂射出段階に先立つ前記金型内への前記織物の積置は、乾燥した織物が前記ダ イまたは金型の輪郭、特に直立壁、に付着しないから困難にされる。もし前記織 物が適正に積置されないならば、前記生じる複合体は積置織物の皺またはその他 の欠陥の故に適正な強度を有しない。 この問題に対する先行技術による解決手段は前記複合成形法の前記積置段階に 先立って前記織物に粘着性を付与する、すなわち粘着性にする、ことを含んでい る。一般的に、前記複合成形法において最後に射出される前記樹脂とは化学的に 異なる前記粘着性付与法における接着剤の使用は満足できるものではない。これ は前記射出樹脂のそれとは異なる化学的特性およびその他特性を有する接着剤は 硬化した樹脂と生じる複合体との強度を劣化させる可能性があるからである。 一般的なこととして、ほとんどの射出樹脂は満足できる粘着性付与材料を提供 するには織物に付着されるべきそれらの未硬化状態において過度の粘度を有する 。したがって、先行技術による粘着性付与法はアセトンのごとき有機溶剤で希釈 された前記射出樹脂を前記粘着性付与接着剤として使用した。前記有機溶剤で希 釈された前記樹脂は粘着性付与を達成するための満足すべき稠度を有する。しか し、前記射出樹脂とは化学的に異な接着剤の場合と同様に、前記粘着性を付与さ れた材料中に存在する有機溶剤は硬化した樹脂と生じる複合体の強度とを劣化さ せる。 粘着性付与剤としての前記射出樹脂とともに溶剤を使用することに対する代替 手段の１つは微粒化するように処理された射出樹脂を提供することである。この 粉は織物に散布され得そして粘着性付与接着剤として役立つ。かつてそのような 製品が商品名ＡＭＤをもってミネソタ州セントポールの３Ｍ社によって発売され ている。この製品はやはりミネソタ州セントポールの３Ｍ社によって製造された エポキシ樹脂ＰＲ５００の商品名をもって発売された射出樹脂の誘導体であり、 したがってそれと化学的にそしてその他の点で適合する。しかし、前記ＡＭＤ製 品は微粉化形式であるから容易に空気中に浮遊し、したがって呼吸器の健康に危 害を及ぼし得る。現在、ＡＭＤ物質を使用する粘着性付与法は制御された環境内 で全作業員が厄介な呼吸装備を着用して行われている。 先行技術による粘着性付与物質の不適切性に加えて、織物に粘着性物質を供給 するのに使用される方法は決して満足すべきものではない。先行技術による方法 においては、粘着性付与物質は手塗りまたは手吹付けによって供給された。これ ら先行技術的方法は前記織物に供給される粘着性付与物質の量に関しほとんどま たは全くその制御を許さない。かつまた、粘着性付与物質の吹付けは該物質を空 中浮遊状態にして呼吸器健康危害のリスクを増加する。 したがって、粘着性付与物質として純粋の射出樹脂を使用しかつ織物に供給さ れる粘着性付与物質の量を制御する複合成形法において使用する織物に粘着性を 付与する方法の必要性が存在する。また複合成形法において使用するための粘着 性を付与された織物の必要性が存在する。 発明の概要 本発明の一般目的は織物を含んでいる複合体を形成するための複合成形法であ って前記織物がそれに対する射出樹脂の供給によって粘着性にされるものを提供 することである。本発明のさらなる目的は複合成形法において使用するための改 良された粘着性を付与された織物を提供することである。 本発明のこれら目的は溶剤を使用することなしに大量の流体樹脂材料を流動可 能状態にすることによって達成される。次いで織物が前記流動可能樹脂の少なく とも１つの細長いビード（ｂｅａｄ）によってビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ） を施され、それによってビードの少なくとも一部分が前記織物の表面に残留して 前記織物に粘着性を付与し以て前記複合成形法における前記ビード付き織物の積 置（ｌａｙ−ｕｐ）を容易ならしめる。前記織物は次いで成形装置内に積置され 、そこで前記ビードが前記成形装置内の表面に付着して該装置内における前記織 物の位置決めを助ける。さらなる大量の樹脂が圧力下で前記成形装置内に配置さ れまたは射出されて前記織物と金型の輪郭とに接触せしめられる。前記樹脂は次 いで前記複合体を形成するように硬化せしめられる。 本発明の好ましい実施例の１つによれば、前記ビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ ）段階は複数の互いに離れて位置されたビード形成開口を有するビーディング装 置のそばを通るように前記織物を運搬し、それにより流動性樹脂が複数の互いに 離れた平行するビードの状態で前記織物上へ押出されて付着せしめられることに よって達成される。 本発明の好ましい実施例の１つによれば、前記樹脂はミネソタ州セントポール の３Ｍ社によって製造されそして商品名ＰＲ５００をもって発売されている純粋 （ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｒｔ）エポキシ樹脂である。前記織物はガラス繊維または 炭素繊維である。 本発明の好ましい実施例の１つによれば、前記積置段階に先立って、保護材料 から成るシートが前記織物のビード付き表面に配置され、それにより複合成形法 において前記ビードを保護しかつ爾後使用するための粘着性を付与された材料を 提供する。 図面の説明 第１図は本発明によって企図された形式の複合成形法の概略図である。 第２図は本発明の方法の実施において使用される装置の側面図である。 第３図は第２図の装置の部分的に断面を以て示された正面図である。 第４図は本発明による方法から生じる粘着性を付与された織物を示す。 第５図は本発明の他の１実施例における第４図の織物を例示する。 提示実施例の説明 次に第１図を参照すると、本発明によって企図された形式の複合成形法が概略 的に例示されている。例示された成形法は一般的に樹脂トランスファー成形（“ ＲＴＭ”）として知られているが、本発明による前記方法と製品は多くの点でＲ ＴＭに似ている多くの複合成形法において有用性を有する。例示された複合成形 法においては、大量の強化織物１、典型的にはガラス繊維または黒鉛または炭素 繊維織物が準備される。前記織物は前記方法から生じる最終完成部品または複合 体の輪郭と表面とを有するダイまたは金型３のなかに積置（ｌａｉｄ−ｕｐ）さ れる。しばしば、織物１は特定形状または強度特性を有する複合部品または構造 部材を得るために様々の形状と寸法のプライとして金型３のなかに積置される。 織物１が金型３のなかに配置されたならば、前記金型３は低圧成形プレス５内に 配置される。次いで樹脂が織物１を含浸させて金型３のキャビティに詰込むよう に金型３内に注入される。次に樹脂は硬化するようにそのまま放置され、そして 完成した複合体または部品７を露出させるため金型３が開かれる。 もし金型３が複雑なジオメトリー特に直立壁を有するならば、織物１を金型３ のなかに積置（ｌａｙｉｎｇ−ｕｐ）する段階は極めて困難になる可能性がある 。もし織物１が粘着性を付与されていないすなわち粘着性化されていないならば 、無皺積置（ｗｒｉｎｋｌｅ−ｆｒｅｅ ｌａｙ−ｕｐ）を達成して織物１を金 型３の直立面または回旋面と密着させて保持することは極めて難しい。 第２図と第３図は、それぞれ、本発明による方法において使用される装置の側 面図と正面図である。本発明の方法によれば、織物１は樹脂のビード１１が形成 されて織物１の表面に供給されるビーディング装置９のそばを通って運搬される 。該運搬装置は織物供給ロール１３と、織物１と同じまたはそれより広い幅のポ リ エチレンフィルムのごとき保護材料１７の供給ロール１５とを有する。保護材料 １７はピンチローラ１９において織物１の下側に供給される。次いで織物１と保 護材料１７はビーディング装置９のそばを通って運搬され、該装置はあとで複合 成形法において使用されるそれと実質的に同じである流動性樹脂材料の少なくと も１つのビード１１を織物１の上に付着させるすなわち押出す。ビードを付着さ れた織物１は次いで巻取ロール２１上に巻かれそして他の保護材料２３のシート が供給ロール２５から織物１の上ビード付き面の上に配置される。前記工程から 生じるビード付き織物は次いで前記複合成形法でのちに使用するためビード１１ を形成している未硬化樹脂にとって好適な状態で貯蔵される。 本発明の好ましい１実施例において、それからビード１１が形成される樹脂は ミネソタ州セントポールの３Ｍ社によって製造されてＰＲ５００という商品名で 発売されている純粋（ｓｉｎｇｌｅ−ｐａｒｔ）エポキシ樹脂である。ＰＲ５０ ０は良好な硬化強度を有しかつ成形工程での取扱いが容易であるから航空宇宙用 途において好適とされている。ＰＲ５００は粘着性付与剤としてのその特性のた めのみならず、本発明によって企図されるＲＴＭ法の射出段階（“射出樹脂”） で使用されるのに好ましい樹脂であるが故に選択される。その他の樹脂も前記射 出段階において適切であり、したがって本発明によるビーディング段階において 使用され得る。 第３図を参照して、ビーディング装置９の構造が詳細に説明される。ビーディ ング装置９は断熱キャビネットまたはハウジング３１を有する。複数の赤外線ラ ンプ３３がハウジング３１の内部に設置されている。制御弁３５がハウジング３ １の内部に配置されてそして型装置内に樹脂を射出するため普通使用されている 形式の樹脂射出ポンプ（図示されていない）と結合されている。好ましい樹脂射 出ポンプはビーナス−ガスマー社によって製造されそして商品名ＲＡＭをもって 発売されている。弁３５はビーディング装置９の運転を選択的に開始または停止 する手段として働く。１対の外径９．５Ｏｍｍ（０．３７５インチ）の供給銅管 路３７が弁３５からビーディング管３９と流体連通するように延びている。 ビーディング管３９は両端をふさがれている外径６．３５ｍｍ（０．２５０イ ンチ）の銅管材から構成されている。ビーディング管３９は織物１の幅と概ね同 じ長さ、好ましくは１０６．０ｃｍ（４２インチ）、である。直径０．７８０ｍ ｍ（０．０３１インチ）の複数のビーディング開口がビーディング管３９の全長 に沿って概ね３．８１ｃｍ（１．５インチ）の間隔をもって互いから離されて配 置されている。樹脂はこれら開口を通じて射出されてビード１１を形成する。ビ ード１１は取外し可能のスリーブ４１と一列に並んだ直径１．９０ｃｍ（０．７ ５０インチ）の開口を通じてキャビネット３１から出る。取外し可能のスリーブ ４１はそれらがもし運転間に樹脂材料によって閉塞されたならば容易に交換され るように設置されている。 キャビネット３１はビーディング管３９と関連装置とをそれら、およびそれら を通って流れる前記樹脂、を前記未硬化樹脂が流動可能である温度に維持するた め包囲するように設置されている。室温（２２．０°Ｃ［７２°Ｆ］）において 、ＰＲ５００樹脂は、本発明によるビーディングを可能にするには粘度が大きす ぎる、概ね１０００００センチポアズの粘度を有する。赤外線ランプ３３はキャ ビネット内の温度を概ね９３．０°Ｃ（２００°Ｆ）に維持するのに役立つ。Ｐ Ｒ５００樹脂を前記ＲＴＭポンプ（図示されていない）内とキャビネット３１内 で概ね９３．０°Ｃ（２００°Ｆ）に維持することはＰＲ５００樹脂をそれが本 発明に従ってビード１１を形成するように射出され得る流動可能状態にする。 複合成形法において使用されるほとんどの樹脂は、ＰＲ５００と同様に、樹脂 のビーディングを可能にするには室温での粘度が大きすぎる。使用される樹脂の 別によって、上に記述された温度とは異なる温度が本発明の方法に従って樹脂を 織物にビードを付けるため流動可能状態にするのに適している。 容易に理解されるように、ビーディング装置９のそばを通って織物１を運搬す る速度は、ビーディング管３９の開口の寸法と共に、ビード１１の寸法を決定す る。好ましくは、ビード１１は概ね１．０ｍｍ（０．０４０インチ）から１．２ ７ｍｍ（０．０５０インチ）の幅を有しそして約０．７６０ｍｍ（０．０３０イ ンチ）以上の幅を有する。これらビード寸法は前述の開口寸法と、ビーディング 装置９に相対して概ね６．０ｍ（２０フィート）／分の織物速度とを使用して達 成され得る。 第４図は本発明によるビード付き織物１００を描いている。ビード付き織物１ ００はその上面に概ね平行の、互いに離れて位置された、細長いビード１１を有 する。ビード１１は（織物を含浸せずまたはそれによって吸収されずに）織物１ の表面に維持されて複雑な形状の金型（第１図における３）内への織物の積置（ ｌａｙ−ｕｐ）を容易にするための接着剤すなわち粘着性付与剤を提供する。樹 脂のビード１１は好ましくは連続していて織物１の全長にわたって延びており、 そして概ね３．８０ｃｍ（１．５インチ）互いに離れて位置されている。 第５図は本発明の他の１実施例によるビード付き織物１００を描いている。共 通譲渡された米国特許第５３２４５６３号は先行技術に比し著しく増進された圧 縮強さを有する樹脂と炭素繊維とから形成された引抜成形ロッドを開示している 。数ある利用法のなかで、そのようなロッドは複合成形法によって形成される複 合体における補強手段として有効である。そのようなロッドは典型的に“サンド イッチ”構造を形成するため織物のプライ間に積置される。 引抜成形ロッドは積置段階間そして生じる複合体において少し互いから離して 位置された状態に維持されなくてはならないことが見いだされた。もしこれらロ ッドが少し互いから離されて位置されておらず、接触しているならば、ロッド間 の摩擦がそれらの強度と複合体のそれとを低下させる。 ビード付き織物１００は引抜成形ロッド１５０の積置のためにすぐれた助けを 提供する。ロッド１５０がビードと交差する織物のビード付き面に単にロッド１ ５０を置くことによって、一時的にロッド１５０をビード付き織物１００に確保 する。静かにロッド１５０を樹脂ビード１１内に押圧することによって、樹脂が ロッド間に押し出されそしてロッド１５０がそれらの適正機能を保証するのに十 分なほど互いから離されて位置される。次いでビード付き織物１００とロッド１ ５０が在来通りに積置されそしてビード１１は積置段階を容易にするのに役立つ 。 本発明による方法と製品は多くの利点を有する。特に、本発明は生じる複合体 の品質を低下させることなしに複雑な形状と必然的に関連しそして、または、引 抜成形されたロッドを組込まれる複合成形法を容易にする。 本発明はその好ましい実施例と関連して説明された。それはかくして本発明の 範囲から逸脱することなしに変更と修正とを制限されずに施され得る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．織物を含有する複合体を形成するための複合成形法であって： 大量の樹脂を溶剤を使用することなしに流動可能状態にする段階； 前記流動可能樹脂の少なくとも１つの細長いビード（ｂｅａｄ）によって前記 織物の表面にビーディング（ｂｅａｄｉｎｇ）を施す段階であって、それにより 前記ビードの少なくとも一部分が前記織物の表面に残留して前記織物に粘着性を 付与して前記複合成形法における前記ビード付き織物の積置（ｌａｙ−ｕｐ）を 容易にする段階； 前記ビード付き織物を成形装置の内部に積置する段階であって、それにより前 記ビードが前記成形装置内の諸表面に付着してその内部における前記織物の位置 決めを助ける段階； さらなる大量の前記樹脂を圧力下で前記成形装置の内部に前記織物と接触する ように配置する段階；および 前記複合体を形成するように前記樹脂を硬化させる段階 を含む複合成形法。 ２．請求項１に記載の方法であって、前記ビーディングを施す段階がさらに複 数の互いに離れて位置された押出開口を有する押出装置のそばを通るように前記 織物を運搬する段階であってそれにより前記流動可能樹脂が複数の互いに離れて 位置された平行するビードとして前記織物に対して押出されてそれに付着せしめ られる段階を有する複合成形法。 ３．請求項１に記載の成形法において、前記樹脂がエポキシである複合成形法 。 ４．請求項１に記載の成形法において、前記織物がガラス繊維である複合成形 法。 ５．請求項１に記載の成形法において、前記織物が炭素繊維から製織されてい る複合成形法。 ６．請求項１に記載の成形法であって、さらに： 前記積置する段階に先立って、少なくとも１つの引抜成形されたロッドを、そ れが前記ビードに相対して全体として角度を成して、前記ビード付き織物の表面 に該ビードと接触するように積置する段階を有する複合成形法。 ７．請求項１に記載の成形法において、前記樹脂が前記流動可能状態になるま で加熱される複合成形法。 ８．請求項１に記載の成形法であって、さらに保護材料から成るシートによっ て前記ビード付き織物の表面を被覆する段階を有する複合成形法。 ９．織物材料を含有する複合体を形成するための複合成形法であって： 複数の互いに離れて位置された開口を有する押出装置内で大量の樹脂を流動可 能状態に加熱する段階； 前記押出装置の前記開口のそばを通るように前記織物を運搬する段階；および 複数の互いに離れて位置された、概ね平行する、細長いビードを形成するよう に前記流動可能の樹脂を前記押出装置の前記開口を通じて前記織物の表面上に押 出す段階であって、それにより前記ビードの少なくとも一部分が前記織物の表面 に残留する段階； 前記ビード付き織物を成形装置内に積置する段階であって、それにより前記ビ ードが前記成形装置の諸表面に付着してその内部における前記織物の位置決めを 助ける段階； さらなる大量の前記樹脂を圧力下で前記成形装置内に前記織物と接触するよう に射出する段階；および 前記複合体を形成するように前記樹脂を硬化させる段階 を有する複合成形法。 １０．請求項９に記載の成形法において、前記樹脂がエポキシである複合成形 法。 １１．請求項９に記載の成形法において、前記織物がガラス繊維である複合成 形法。 １２．請求項９に記載の成形法において、前記織物が炭素繊維から製織されて いる複合成形法。 １３．請求項９に記載の成形法において、さらに前記積置する段階に先立って 、少なくとも１つの引抜成形されたロッドを前記ビード付き織物の表面に前記ビ ードと接触して該ビードと交差するように積置する段階を有する複合成形法。 １４．請求項９に記載の成形法において、さらに保護材料から成るシートによ って前記ビード付き織物の表面を被覆する段階を有する複合成形法。 １５．織物材料の複合体を形成するための複合成形法であって： 複数の互いに離れて位置された開口を有する押出装置内で溶剤を使用しないで 大量の樹脂を流動可能状態にする段階； 前記押出装置の前記開口のそばを通るように前記織物を運搬する段階；および 複数の互いに離れて位置された、概ね平行する、細長いビードを形成するよう に前記流動可能樹脂を前記押出装置の前記開口を通じて前記織物の表面上に押出 す段階であって、それにより前記ビードの少なくとも一部分が前記織物の表面に 残留する段階； 少なくとも１つの引抜成形されたロッドを前記ビード付き織物の表面に前記ビ ードの少なくとも１つと接触して交差するように積置する段階； 前記ビード付き織物を成形装置の内部に積置する段階であって、それにより前 記ビードが前記成形装置内の諸表面に付着してその内部における前記織物の位置 決めを助ける段階；および さらなる大量の前記樹脂を圧力下で前記成形装置内に射出しそして前記複合体 を形成するように前記樹脂を硬化させる段階 を有する複合成形法。 １６．請求項１５に記載の成形法において、前記樹脂がエポキシである複合成 形法。 １７．請求項１５に記載の成形法において、前記織物がガラス繊維である複合 成形法。 １８．請求項１５に記載の成形法において、前記織物が炭素繊維から形成され ている複合成形法。 １９．請求項１５に記載の成形法であって、さらに保護材料から成るシートに よって前記ビード付き織物の表面を被覆する段階を有する複合成形法。 ２０．複合成形法において使用するため粘着性を付与された材料であって： 織物と； 前記織物の表面に形成された複数の細長いビードであって複合成形法において 使用されるそれと実質的に同じである未硬化樹脂から形成されているもの とから成っている粘着性を付与された材料。 ２１．請求項７に記載の粘着性を付与された材料において、前記細長いビード が連続していて前記織物の全長にわたって延びている粘着性を付与された材料。 ２２．請求項７に記載の粘着性を付与された材料において、前記複数のビード のおのおのが他の複数のビードに概ね平行してそれから離されて位置されている 粘着性を付与された材料。 ２３．請求項７に記載の粘着性を付与された材料において、前記樹脂がエポキ シである粘着性を付与された材料。 ２４．複合成形法において使用するため粘着性を付与された材料であって： 製織された織物と； 前記織物の表面に形成された複数の細長いビードであって，該ビードが複合成 形法において使用されるそれと実質的に同じである未硬化樹脂から形成されてお り、前記複数のビードのおのおのが他のビードに対し平行しかつそれから離れて 位置されているものと； 前記ビードの上に配置されかつ前記織物と概ね同一空間に延在する保護シート であって前記ビードを保護するとともに前記粘着性を付与された材料の取扱いを 容易にするもの とを有する粘着性を付与された材料。 ２５．請求項８に記載の粘着性を付与された材料において、前記細長いビード が連続していて前記織物の全長にわたって延びている粘着性を付与された材料。