KR20010021631A

KR20010021631A - 수지를 이용하여 프리프레깅하는 방법 및 그러한 방법에의해 생성된 신규 프리프레그

Info

Publication number: KR20010021631A
Application number: KR1020007000189A
Authority: KR
Inventors: 조엘 에이. 딕스터하우스
Original assignee: 발머 알. 찰즈; 조엘 에이. 딕스터하우스
Priority date: 1997-07-09
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2001-03-15
Also published as: US5911932A; EP1007309B1; JP2006523543A; US6524690B1; US6656316B1; AU8294598A; ES2299211T3; US7297740B2; JP4813654B2; DE69837042D1; WO1999002319A1; EP1007309A1; US6709995B1; US20030166764A1; DE69837042T2

Abstract

실질적으로 공극이 없는 프리프레그 물질을 성형하는 방법이 개시된다. 본 방법에 따라, 강화재가 함침 수지의 온도 이상의 온도로 가열된다. 성형된 프리프레그는 실질적으로 공극이 없고 유용한 물품으로 성형시 긴 압밀 과정을 필요로 하지 않는다.

Description

수지를 이용하여 프리프레깅하는 방법 및 그러한 방법에 의해 생성된 신규 프리프레그{METHOD OF PREPREGGING WITH RESIN AND NOVEL PREPREGS PRODUCED BY SUCH METHOD}

강화된 열가소성 및 열경화성 물질은 예를 들면 우주, 자동차, 공업/화학 및 스포츠 용품 산업에서 다양한 용도를 가진다. 열경화성 수지는 경화되기 전에 강화 물질 내로 함침되는 반면, 수지성 물질은 점도가 낮다. 대조적으로, 열가소성 조성물은 상대적으로 높은 점도 때문에 강화 물질 내로 함침되기가 더욱 어렵다. 한편, 열가소성 조성물은 열경화성 조성물 보다 많은 잇점을 제공한다. 예를 들면, 열가소성 프리프레그는 물품 내로 제직하기가 보다 용이하다. 다른 잇점은 그러한 프리프레그로부터 형성된 열가소성 물품은 재생될 수 있다는 것이다. 더욱이, 적절한 열가소성 매트릭스의 선택에 의해 다양한 특성이 얻어질 수 있다.

섬유 강화된 플라스틱 물질은 먼저 수지로 섬유 강화재를 함침시켜 프리프레그를 형성한 다음, 임의로 부가적인 성형 단계와 함께, 두 개 이상의 프리프레그를 적층물로 압밀시킴에 의해 제조될 수 있다. 압밀은 수지가 섬유를 수지로 함침시키는데에 이용되었던 과정 중에 섬유 번들, 토 또는 로빙으로부터 공기를 완전히 대체하지 못함에서 초래되는 공극을 제거하기 위해 전형적으로 필요하다. 개별적으로 함침된 로빙 사, 토, 플라이 또는 프리프레그 층은 대개 열과 압력에 의해, 또는 진공 백 성형 및 오토클레이브 내 압축에 의해서와 같이 열과 진공을 이용하여 압밀된다. 압밀 단계는 일반적으로 매우 높은 온도에서 매우 높은 압력 또는 진공의 사용 및 비교적 장시간을 요하여 왔다. 대안적으로, 프리프레그 섬유 번들은 초핑 또는 펠릿화된 다음 성형 또는 압출 공정에서 다른 중합체성 물질 또는 강화재와 함께 또는 단독으로 사용되어, 성형 또는 압출된 물품을 생성한다.

종래에는, 조성물이 강화재를 함침시키는데에 이용되기 전에 조성물의 점도를 감소시키기 위해, 열가소성 조성물이 전형적으로 가열되거나, 슬리러화되거나, 혼합되거나, 용매, 가소제 또는 다른 저분자량 물질을 이용하여 희석되어 왔다. 이들 방법은 심각한 결점을 가진다. 점도를 감소시키기 위해 용매를 사용하는 경우, 용매는 함침 단계 후 제거되어야 하며, 이는 원치 않는 발산 뿐 아니라 부가적인 공정 단계를 초래한다. 더욱이, 바람직한 열가소성 조성물은 바람직한 희석제 내에 불용성이거나 이와 비상용성일 수 있다.

열가소성 매트릭스 조성물을 그 점도가 만족스러운 섬유 함침을 위해 충분히 낮은 온도로 가열하는 경우, 가열된 영역 내 수지의 체류 시간은 바람직한 기계적 특성에 있어서의 부수적인 감소와 함께 수지의 분해를 일으킬 수 있다. 더욱이, 수지의 분자량은 함침 단계를 촉진시키기 위해 궁극적인 생성물의 특성에 대해 요구되는 것 보다 더 낮게 유지되어야 할 필요가 있다. 최종적으로, 상기한 바와 같이, 열가소성 수지를 강화재 내로 함침시키기 위한 공지의 공정들은 최상의 물리적 강도 및 다른 특성을 개발하고 후속 단계, 예컨대 피니싱 과정에서 압밀 중 탈기를 최소화 또는 제거하기 위해 고온 및 고압에서 프리프레그 물질의 긴 압밀을 요구하여 왔다. 압밀 중 탈기는 복합물 내 공극을 초래하며, 이는 기계적 특성에 불리하게 영향을 미칠 수 있는 미세 균열 또는 미성숙 박리를 야기시킬 수 있고; 코팅 단계 중 탈기는 기질 또는 코팅 내 핀 홀링 또는 팝핑을 야기시키는 경향이 있고, 이는 바람직하지 않은 거칠고 손상된 표면 또는 피니쉬를 초래한다.

Cogswell 일동의 미국 특허 제 5,213,889; 5,019,450; 4,559,262; 및 4,549,920 호 (이들 모두 본원에서 참고로 인용한다)는, 열가소성 중합체로 섬유의함침은 (1) 충분히 낮은 용융 점도를 산출하기 위해 상대적으로 저분자량 중합체 (30 Ns/m²미만; 표 1은 30 Ns/m²상한에 접근함에 따라 증가적으로 저조한 섬유 습윤을 보여준다), (2) 분무기 바로 근처에서 상대적으로 고온으로 중합체를 가열하기 위해, 용융 중합체 욕 내 외부 열 유입구를 구비한 분무기를 가질 것, (3) 낮은 비율의 처리량 (표 2는 36 cm/min에서와 비교하여 60 cm/min에서 상당히 감소된 섬유 습윤을 보여준다), 및 (4) 용융 중합체 욕 내 섬유의 긴 체류 시간 (실시예 1 및 5에서 보여지는 체류시간은 30초)을 요구함을 교시한다. 전형적인 등급의 (즉, 열가소성 물질로부터 물품을 성형하는데 일반적으로 이용되는 분자량을 가지는) 열가소성 물질은, 특허권자의 실시예 4에 의해 보여지는 바와 같이, Cogswell 공정에서 섬유를 만족스럽게 습윤시킬 수 없다.

본 발명은, 그로부터 형성되는 물품 내 최상의 가능한 강도를 얻고 다른 물리적 특성들을 최적화하기 위해, 보다 높은 분자량의 중합체를 이용하여 프리프레그를 형성하는 능력을 제공한다. 더욱이, 본 발명의 방법은 보다 빠른 처리량 비율 및 용융 중합체 욕 내 보다 짧은 체류 시간을 허용함과 동시에 섬유가 실질적으로 완전히 습윤된 프리프레그를 제조하기 때문에, 보다 저비용이며 보다 효율적이다.

다른 공지의 공정에서, Cogswell 일동의 특허 제 4,783,349; 4,735,828; 및 4,624,886 호 (이들 모두 본원에 참고로 인용함)는 열가소성 함침 수지의 용융 점도를 감소시키기 위해 저분자량 가소제를 사용한다. 섬유 번들의 필라멘트는 추가적인 금속 가소제를 포함할 수 있는 용융 중합체 욕 내로 들어가기 전에 가소제로 예비-습윤된다. 가소제는 최종 생성물 내에서 바람직하지 않은 경우 증발에 의해 제거된다. 따라서, 높은 강도 및 가소화가 바람직하지 않은 다른 물리적 특성을 가지는 물질의 생산은 예비-습윤 단계뿐 아니라 함침 후 가소제를 증발 또는 추출시키는 단계를 필요로 한다. 이 공정은 또한 강화 섬유로 제직된 패브릭 에 대하여 설명되어 있고, 특허권자는 이 공정이 섬유 인장 형태의 상당한 기계적 작업 투입을 필요로 하지 않는다고 교시한다. Cogswell 일동의 특허 제 4,541,884 호(본원에 참고로 인용함)는 가소제가 용융 열가소성 중합체 욕 내 혼입되어 용융 욕의 점도를 감소시키는 공정을 교시한다. 가소제는 추가적인 공정 단계에서 프리프레그로부터 증발된다.

많은 적용에서, 예를 들면 보다 높은 인장 강도가 중요한 경우, 중합체를 가소화하는 것은 바람직하지 않다. 더욱이, 가소제로 토 또는 섬유 번들을 함침시키고 함침 단계 후 가소제를 증발 또는 추출하는 부가 단계는 비용을 추가시키며 공정을 번거롭게 한다.

Cochran 일동의 특허 제 5,236,646 호(본원에서 참고로 인용함)는, 대기압 이하 약 28 수은 인치 이하의 진공 및 수지의 융점 이상의 온도를 이용하는 공정은 약 100 내지 300 psi의 높은 압밀 압력을 이용하는 공정과 비교하여 보다 짧은 압밀 시간을 필요로 함을 개시한다. 그러나, 압밀 단계는 여전히 60분 이상까지의 진공 하 체류 시간을 요한다.

프리프레그 플라이를 적절히 압밀시키는데 요구되는 시간 길이는 그 부분에 대한 생산 속도를 결정하므로, 최단 시간 내 최상의 압밀을 얻는 것이 바람직할 것이다. 더욱이, 보다 낮은 압밀 압력 또는 온도 및 보다 짧은 압밀 시간은 성형을 위한 피스 당 감소된 에너지 소모 및 다른 제조 잇점으로 인하여 보다 저비용의 생산 공정을 초래할 것이다.

본 발명은 프리프레그를 제조하기 위한 신규한 방법, 그러한 방법에 의해 생성된 신규한 프리프레그, 및 상기 공정에 비하여 상당한 잇점을 제공하는 강화재 물품을 제공한다. 본 발명에 따른 방법에서, 강화재는 수지 또는 중합체성 매트릭스 조성물로 함침되기 이전에 가열된다. 강화재가 가열되는 온도는 함침이 발생하는 수지성 매트릭스 조성물의 온도 보다 상당히 높다. 강화 섬유의 높은 온도는, 이미 공지된 방법과 비교하여, 수지 욕 내 체류 시간을 보다 짧도록 허용하며, 프리프레그 물질의 생산 속도를 더욱 빠르도록 허용한다. 본 발명의 방법에 따라 생산된 함침된 로빙 또는 토는 실질적으로 공극이 없으며, 따라서 다른 공정에 의해 형성된 프리프레그에 대해 요구되는 긴 압밀 공정없이 신속하고 용이하게 공극이 없거나 실질적으로 공극이 없는 바람직한 물품 내로 성형될 수 있다. 즉, 로빙 번들은 완전히 또는 실질적으로 완전히 본 발명의 프리프레그 내에서 습윤된다. 물품 성형에 있어 일어나야 할 유일한 공정은 함침된 번들의 융합이고, 그러한 성형 작업 동안 종래 기술 공정에 비하여 상당히 감소된 온도, 압력 및/또는 시간을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명은 또한 본 발명의 프리프레그를 이용하여 성형 물품을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 섬유 강화 조성물 및 물품 및 그러한 조성물 및 물품을 생성하기 위한 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 섬유와 같은 강화재를 수지 또는 중합체 물질, 특히 열가소성 수지 또는 중합체 조성물로 프리프레깅하는 장치 및 방법, 및 그러한 장치 또는 방법에 의해 생성된 프리프레그를 제공한다. 본 발명은 추가로 매우 바람직한 특성을 가지는 물품을 형성하기 위해 그러한 프리프레그를 이용하는 방법 및 이에 의해 생성된 물품을 제공한다.

도 1은 실시예 1 및 2에 의해 예증되는 본 발명의 방법에 이용되는 본 발명의 바람직한 장치에 대한 개략도이다.

도 2는 실시예 3에 의해 예증되는 본 발명의 방법에 이용되는 본 발명의 바람직한 장치에 대한 개략도이다.

도 3은 실시예 4에 의해 예증되는 본 발명의 방법에 이용되는 본 발명의 바람직한 장치에 대한 개략도이다.

본 발명의 방법은 섬유 또는 다른 강화재를 제 1 온도로 가열하고; 가열된 강화재를 용융 수지 조성물과 접촉시켜, (접촉 동안 섬유 또는 강화재는 적용된 전단 하에 있다) 프리프레그를 형성하고; 및, 임의로, 추가로 프리프레그를 바람직한 형상으로 성형하는 것을 포함한다. 본 발명은 추가로 예외적으로 몇몇 공극만을 가진 또는 실질적으로 공극이 없는, 바람직한 생성물로 당업계에 공지된 프리프레그 보다 신속하고 용이하게 성형될 수 있는 프리프레그를 제공한다. 공극의 존재는, 섬유가 완전히 습윤된 프리프레그에 대하여 예상되는 밀도와 대비되는 프리프레그 또는 물품의 밀도를 측정함에 의해, 또는 현미경을 이용하여 육안 관측에 의해, 결정 또는 측정될 수 있다. 본 발명의 프리프레그 내 섬유는 따라서 실질적으로 또는 완전히 습윤된다. 강화 물질이 "실질적으로 습윤된다" 또는 프리프레그가 "실직적으로 공극을 가지지 않는다"는 것은 섬유의 습윤도가 100%, 바람직하게는 적어도 약 95%, 보다 바람직하게는 적어도 약 98%, 및 가장 바람직하게는 적어도 약 99%에 근접함을 의미한다. 본 발명에 따라 제조된 프리프레그에 대한 습윤도는 대개 100%이다.

본원에 사용된 바 용어 "프리프레그"는, 바람직하게, 막대, 줄, 섬유, 로빙,가닥, 토, 시이트 또는 다른 형태이든, 강화 섬유 또는 수지 조성물로 함침된 다른 기질을 포함하는 복합체를 의미한다. 본 방법은, 수지가 열가소성 수지일 때, 특히 저분자량 중합체로부터 유용한 것 보다 더 큰 강도 및 조도의 성형품에 대해 요구되는 보다 높은 분자량 및/또는 보다 높은 용융 점도의 열가소성 중합체에 대하여 특히 유용하다. 본 발명의 방법은 또한 비경화 또는 부분적으로 경화된 열경화성 수지에 대해 이용될 수 있다. 본 발명은, 바람직한 공정 온도에서 조성물의 점도가 그렇지 않으면 공정을 어렵게 하거나 수지의 분해를 초래할 때, 특히 열경화성 조성물에 대해 유리하다. 예를 들면, 본 방법은 프리프레깅 동안 진짜 열가소성 물질의 것과 유사한 행동을 보이는 소위 "유사 열가소성" 물질에 대해 적절하다. 본 발명의 방법은 또한 강화 물질을 부분적인 경화가 바람직할 때 최종 물품 성형 전에 열경화성 물질의 부분적인 경화를 야기할 온도로 가열시키는데 유리하다. 최종적으로, 본 발명은 다른 프리프레깅 공정에 대해 적절한 수지 점도를 생성하는데 요구되는 온도에서 짧은 "포트 라이프"를 가지는 열경화성 조성물에 대한 열경화 프리프레깅 방법을 포함한다. "포트 라이프"는 열경화성 조성물이 이용될 수 있는 혼합 후 그것이 셋업되기 전 (즉, 가교로 인한 점도 축적이 조성물을 작동불가능하도록 하기 이전)의 간격을 기술하는 당업계에 사용되는 용어이다.

모든 유형의 연속 섬유 재료 또는 이들 용도를 위해 통상적으로 사용되는 다른 강화재가 본 발명의 공정에서 사용될 수 있다. 또한 로빙 번들 또는 토가 함침되기 이전에 성형되는, 예를 들면 테이프로 편평하게 되는 것이 가능하다. 유용한 섬유는, 제한 없이, 유리 섬유, 탄소 및 흑연 섬유, 주트, 아라미드 섬유를 포함하는 중합체 섬유, 붕소 필라멘트, 세라믹 섬유, 금속 섬유, 아스베토 섬유,베릴륨 섬유, 실리카 섬유, 실리콘 카바이드 섬유 등을 포함한다. 섬유는 전도성일 수 있으며, 그러한 전도성 섬유, 예컨대 전도성 탄소 섬유 또는 금속 섬유는 전도성 또는 정전기 전하 발산 용도 또는 EMI 차단을 위한 물품 제조에 이용될 수 있다. "연속 섬유 재료"는 섬유 또는 필라멘트가 로빙 또는 토에 균열 없이 적어도 약 0.25 파운드의 인장을 견디기에 충분한 강도를 부여하기에, 및 바람직하게 본 발명의 방법에 따라 공정을 작동 불능하게 만들 정도로 빈번한 균열 없이 함침되기에 충분히 긴 섬유성 제품을 의미한다. 로빙 또는 토우가 함침 시스템을 통하여 균열 없이 풀링되기에 충분한 강도를 가지기 위해서는, 번들의 대다수의 연속 섬유가 실질적으로 섬유가 드로잉되는 방향으로 놓여져야 한다. 특정 매트와 같이 무작위로 배향된 섬유를 또한 포함할 수 있는 강화재의 경우, 대개 필라멘트의 적어도 약 50 부피%가 드로 방향으로 정렬되어야 한다.

특히, 유리 섬유는 E-유리, ECR-유리 (화학적으로 내성인 개질된 E-유리),R-유리, S-유리 및 S-2 유리, C-유리, 및 공동 유리 섬유를 포함하는 많은 상이한 유형으로 유용가능하다. 많은 적용을 위해, 보다 높은 모듈러스의 유리 섬유가 바람직할 것이다; 따라서, 유리 섬유 가운데 선호도는 가장 바람직한 것에서부터 덜 바람직한 것 순서로 S-2, C, R, 다음 E이다. 상업적으로 구입 가능한 섬유는 Nenxtel^TM세라믹 섬유 (3M으로부터); Vectran^TM(훼스트 세라니즈로부터); 및 공동-X^TM(오웬스 코닝으로부터)를 포함한다.

섬유 필라멘트는 대개 주어진 균일한 단면적 규모의 로빙 또는 토로 명명되는 번들로 성형된다. 번들의 섬유는 대개 동일 유형이나, 이는 본 방법에 중요하지 않다. 섬유는 본 방법에 사용될 충분한 통합성을 가지고 방법을 작동 불능하게 할 균열 빈도 없이 연속적인 로빙 또는 토를 형성하기에 충분히 길다. 로빙 또는 토 내 필라멘트의 수는 변화될 수 있고, 다양한 범위의 필라멘트가 당업계에 공지된 로빙 내에 포함된다.. 상업적으로 유용한 유리 로빙은 8000 이상의 연속 유리 필라멘트를 포함할 수 있다. 탄소 섬유 테이프는 6000 이상의 필라멘트를 포함할 수 있다. 로빙은 상이한 두께, 예컨대, 제한 없이, 약 5 미크론 내지 약 30 미크론의 필라멘트 두께의 필라멘트를 이용하여 형성될 수 있다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 유용한 표준 유리 물질은, 예컨대, 제한 없이,125 일드 내지 3250 일드 번들을 포함한다(일드는 파운드 당 유리의 야드를 의미한다.). 바람직한 강화 물질은 675 일드 유리 로빙이다.

특정 함침 매트릭스 조성물에 대하여, 바람직한 프리프레그를 생성하기에 적절한 온도 및 전단을 견딜 수 있는 강화가 선택되어야 한다. 특히, 섬유가 사이징 또는 피니싱 물질로 코팅된다면, 물질은 선택된 공정 온도에서 섬유 상에 유지되고 안정한 것이어야 한다. 사용된다면, 사이징 또는 피니싱 물질은 관습적 수단에 따라 선택 및 적용될 수 있다. 탄소와 같은 비규격화 섬유가 기계적 특성을 최적화하기 위해 몇몇 용도에서 유리하게 사용된다. 한 바람직한 양태에서, 섬유유리 필라멘트가 열가소성 수지로 함침된다. 섬유 유리 필라멘트는 전형적으로 사이징 및/또는 피니싱 물질로 코팅된다. 사용되는 사이징 물질 또는 피니싱 물질은 공정 동안 섬유 유리가 가열되는 온도를 견딜 수 있도록 선택된다. 한 바람직한 사이징은 Owens Corning 193/933이다.

본 발명의 바람직한 방법에서, 연속 공급의 연속 섬유성 강화재가 가열되고 매트릭스 중합체 또는 수지 물질의 용융 조성물 내로 도입된다. 본 발명의 장치는 따라서 섬유성 강화재를 가열하기 위한 히터 및 용융 함침 수지 조성물이 배치되는 용기를 포함한다. 바람직한 양태에서, 용기는 섬유성 강화재가 용기 내로 들어가는 유입구 및 섬유성 강화재가 용기 밖으로 빠져 나오는 유출구를 가진다. 히터는, 섬유성 강화재를 공극이 없거나 실질적으로 공극이 없는 프리프레그를 생성하기에 충분한 온도로 하면서, 섬유성 강화재를 용기의 유입구에 제공할 수 있도록 배치된다. 섬유성 강화재가 가열되는 온도는 따라서 함침 수지가 완전히 또는 실질적으로 완전히 섬유성 강화재를 습윤시키도록 하기에 충분하다. 특히, 히터는 강화재를 용융 매트릭스 수지의 온도 보다 높은 온도로 가열시킬 수 있는 것이며, 바람직하게, 히터는 약 350℉ 이상 및 약 800℉ 이하의 온도로 강화재를 가열시킬 수 있는 것이다. 바람직하게, 강화재는 적어도 약 392℉(200℃), 바람직하게 적어도 약 428℉(220℃), 보다 바람직하게 적어도 약 446℉(230℃), 가장 바람직하게 적어도 약 473℉(245℃)로 가열되고, 약 500℉(260℃) 또는 그 이상의 온도 또는 약 536℉(280℃) 또는 그 이상의 온도조차도 함침 중합체에 따라 바람직할 수 있다.

섬유 재료는 섬유 번들과의 경계면에서 섬유를 완전히 습윤시키기에 충분히 낮은 수지 또는 중합체의 점도를 제공하도록 용융 수지 또는 중합체 조성물의 온도보다 충분히 높은 온도이어야 한다. 바람직한 양태에서, 섬유 재료는 용융 수지 조성물의 온도 보다 적어도 약 75℉(42℃) 높은 온도로 가열된다. 보다 바람직한 양태는 섬유 재료가 용융 수지 조성물보다 적어도 약 100℉ (56℃), 보다 바람직하게는 150℉ (278℃), 가장 바람직하게는 약 200℉ (111℃) 뜨거운 것이다. 본 발명을 실행함에 있어 섬유 재료는 용융 수지 조성물보다 약 500℉ (278℃) 이상까지 뜨거울 수 있는 것으로 밝혀졌다. 또한 섬유 온도는 용융 수지 욕의 온도 보다 약 75℉ 내지 약 200℉ 아래인 것이 바람직하다. 본 발명의 용어 "섬유 온도"는 오븐을 빠져나간 후 섬유의 실제 온도를 의미하며, 오븐의 온도를 의미하는 것이 아니다. 섬유의 실제 온도는 대개 오븐의 온도보다 상당히 낮을 것이다. 따라서, 오븐은 짧고 바람직한 섬유 온도 보다 훨씬 더 뜨거울 수 있거나, 더 길고 바람직한 섬유 온도에 근접할 수 있다. 한 바람직한 양태에서,오븐 온도는 바람직한 섬유의 온도보다 약 100℉ 내지 약 1000℉ 뜨겁고, 오븐의 길이는 적어도 약 0.5 초, 바람직하게 약 0.5 내지 약 10 초, 보다 바람직하게 약 1 초 내지 약 3 초의 체류 시간을 제공한다.

섬유 번들, 로빙, 토, 테이프 또는 다른 강화재는 함침 수지 매트릭스 조성물의 융점, 연화점 또는 유리 전이 온도 (Tg) 아래 선택된 온도로 가열된다. (이들 융점, 연화점, 또는 Tg - 특정 조성물이 조성물이 무결정성 또는 결정성 함침 소지를 포함하는지 여부에 따라 조성물의 특정 성질에 의존하나, 이는 본 발명에서 중요하지 않다.) 섬유성 강화재가 가열되는 온도는 공극이 없거나 실질적으로 공극이 없는 프리프레그를 제공하기에 충분하다. 섬유성 강화재가 가열되는 온도는 따라서 함침 수지로 하여금 섬유성 강화재를 완전히 또는 실질적으로 완전히 함침시키도록 하기에 충분하다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 강화재는 수지 매트릭스 조성물의 융점, 연화점 또는 Tg 위 적어도 약 25℉, 바람직하게 적어도 약 50℉, 보다 바람직하게 적어도 약 75℉, 및 가장 바람직하게 적어도 약 100℉로; 및 수지 매트릭스 조성물의 융점, 연화점 또는 Tg 위 약 500℉, 바람직하게 약 400℉, 특히 바람직하게 약 350℉, 및 가장 바람직하게 약 300℉ 까지 가열된다. 바람직한 양태에서, 강화재는 약 350℉ 이상 및 약 800℉ 이하의 온도로 가열된다. 강화재를 가열시킬 특정 온도의 선택에 있어서의 일부 고려는 그것이 수지 욕을 통하여 통과하여야 할 거리, 욕을 통하여 풀링되는 속도, 욕 내 수지의 점도, 및 강화재의 표면에서 생성된 전단일 것이다. 매트릭스 수지 조성물이 그러한 온도에 노출되는 시간 길이는 상대적으로 짧기 때문에, 로빙 번들 또는 토는 그렇지 않으면 매트릭스 수지 조성물의 열 분해를 야기시킬 온도까지도 가열될 수 있다.

섬유를 가열시키기 위한 수단은 일반적으로 중요하지 않으며, 가열 물질로서 일반적으로 유용한 임의의 수의 수단으로부터 선택될 수 있다. 그러한 수단의 특정 예는, 제한 없이, 복사열, 유도 가열, 적외선 터널, 또는 오븐 또는 노, 예컨대 전기 또는 가스 추진 공기 오븐 내에서의 가열을 포함한다. 불충분한 가열은 로빙 번들,토 또는 다른 강화재의 표면에서 바람직하지 않은 수지 응집을 일으킬 수 있다. 따라서, 로빙 번들이 가열되는 온도는 수지가 필라멘트 또는 섬유 사이를 유동하여 실질적으로 균일한 방식으로 로빙 또는 토를 함침시키기에 충분하여야 한다. 본 발명의 방법은 수지 매트릭스 조성물이 섬유 번들 표면에서 집괴하는 대신 섬유 번들을 함침시키도록 허용한다. 선택된 특정 온도는 사용되는 수지의 특정 유형, 섬유의 데니르, 및 번들의 프로필 또는 크기와 같은 당업자에게 명백한 요인들에 의존할 것이며, 궁극적인 적용 방법에 따라 직접적인 실험에 의해 최적화될 것이다. 바람직하게, 강화재는 함침 매트릭스 조성물의 온도 이상으로 가열된다. 본 방법의 바람직한 양태에서, 오웬스 코닝 193/933 사이징으로 코팅된 섬유 유리가 약 350℉ 이상 및 약 800℉ 이하로 가열된다.

본 발명의 방법에 사용되는 매트릭스 수지 조성물은 열경화성 또는 바람직하게 열가소성 수지 조성물일 수 있다. 열 공정, 성형, 추출 또는 다른 그러한 공정들에 의해 물품으로 성형되기에 적합한 거의 임의의 열가소성 수지가 본 발명의 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 제한 없이, 다음의 열가소성 물질이 유리하게 사용될 수 있다: 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지; 아세탈 수지; 아크릴; 아크릴로니트릴 (AN); 알릴 수지; 셀룰로오스; 에폭시; 폴리아릴에테르 케톤; 폴리에테르 에테르케톤 (PEEK); Amoco Polymers Inc., Atalnta, GA에 의해 상표명 Xydar 하에 시판되는 것과 같은 액체 결정성 중합체; 멜라민, 멜라민 포름알데히드 수지, 우레아 포름알데시드 수지, 구아나딘 등을 포함하는 아미노 수지; 페놀; 폴리(테트라-메틸렌)아디프아미드 및 폴리프탈아미드와 같은 폴리아미드; 폴리이미드; 폴리아미드-이미드 수지; 말레산 무수물과 같은 다른 물질로 개질된 중합체를 포함하는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 폴리부틸렌 단일중합체 및 공중합체와 같은 폴리올레핀; 폴리카보네이트; 제한 없이 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)를 포함하는, 폴리알킬렌 테레프탈레이트와 같은 폴리에스테르; 폴리이미드 및 폴리에테르이미드; 폴리페닐렌 옥사이드; 폴리페닐렌 설파이트와 같은 폴리아릴렌 설파이트; 폴리페닐렌 설파이드와 같은 폴리아릴렌 설파이드; 제한없이, 폴리스티렌(PS) 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체(SAN),폴리비닐 클로라이드(PVC), 및 폴리비닐페닐렌 클로라이드와 같은 스티렌의 공중합체를 포함하는 폴리비닐 수지; 폴리우레탄; 및 제한없이, 폴리아릴-에테르 설폰, 폴리에테르 설폰, 및 폴리페닐 설폰을 포함하는 폴리설폰. 열가소성 수지는 약 750℉ 이하의 범위의 융점, 연화점 또는 Tg를 가질 수 있다. 두 개 이상의 수지의 혼합물이 또한 사용될 수 있다. 바람직한 열경화 수지 조성물은 비스말레이미드, 폴리이미드 및 페놀 뿐 아니라, 아민과 경화하는 에폭시, 산 또는 산 무수물 및 불포화를 통하여 경화하는 폴리에스테르를 포함한다.

매트릭스 조성물은 충격 개질제, 이형제, 윤활제, 틱소트로프, 항산화제, UV 흡수제, 열 안정화제, 난연제, 색소, 착색제, 비섬유성 강화재 및 충전제, 이오노머 또는 말레이트화된 엘라스토머와 같은 충격 개질제, 및 기타 관습적인 성분 및 첨가제와 같은, 하나 이상의 첨가제를 포함할 수 있다. 열경화 수지 조성물의 경우, 경화 반응을 위한 촉매 또는 개시제가 유리하게 포함될 수 있다. 본 발명의 방법에 사용되는 열가소성 중합체 조성물은 바람직하게 가소제를 포함하지 않는다.

욕 용기는, 예를 들면, 탱크, 튜브, 함침 다이, 또는 수지와 섬유성 강화재 모두를 조정하기에 적절한 크기의 임의의 다른 용기일 수 있다. 바람직한 양태에서, 섬유 번들이 개별적인 필라멘트를 습윤시킴을 보조하기 위해 통과하는 전단 메커니즘이 있다. 용융 중합체 욕 내에서, 섬유성 강화재가 전단 메커니즘을 통과한다. 예를 들면, 용기는 유입구로서 테이퍼진 다이, 유출구로서 사이징 다이, 및 전단 메커니즘으로서 적어도 하나의 전단 핀, 바람직하게 적어도 한 쌍의 전단 핀을 가지는 탱크일 수 있다. 용기는 압력이 예를 들면 피스톤에 의해 용융 수지에 적용되는 오프닝을 추가로 포함할 수 있다. 다른 양태에서, 용기는 섬유를 위한 유입구, 수지를 위한 유입구, 섬유가 풀링되는 한 쌍의 다이 전단 핀, 및 유출구를 가지는 함침 다이일 수 있다. 전단 핀은 약 0.1 인치 내지 약 1 인치, 바람직하게 약 0.2 인치 내지 약 0.5 인치, 보다 바람직하게 약 0.25 인치의 반경을 가질 수 있다. 욕 장치의 개개 성분 중 임의의 것이 가열될 수 있거나 용융 수지 조성물에 열을 전달하는데에 이용될 수 있다.

본 발명의 한 측면에서, 가열된 로빙 번들은 용융 함침 매트릭스 수지 조성물의 욕을 통하여, 바람직하게 수지의 로빙 번들 내로의 유동을 보조하기에 충분한 전단을 가지고, 이동한다. 전단은 로빙을 두 개의 이격된 매트릭스 수지 욕 내 배치된 마주보는 핀을 가로질러 이동시킴에 의하여 창출될 수 있다. 전단력은 섬유 또는 로빙 번들이 상기 핀들 위 및 주위를 통과하는 동안 인장을 섬유 또는 로빙 번들에 가함에 의해 창출될 수 있다. 더 큰 전단이 예컨대 자석 브레이크를 이용하여 핀의 분리를 증가시킴에 의해 또는 크릴 상에 인장을 증가시킴에 의해 창출될 수 있다. 전단 핀은 바람직하게 수직뿐 아니라 수평으로 배치된다. 각각의 방향 내 변위는 적어도 약 0,2 인치, 바람직하게 적어도 약 0,5 인치일 수 있다. 한쪽 또는 두 방향 내 변위는 바람직하게 약 0.5 인치 내지 약 3 인치, 및 보다 바람직하게 약 0.75 인치 내지 약 2 인치이다. 섬유는 적어도 약 1 퀴터 파운드의 인장 및 로빙 또는 토가 지나치게 빈번하게 균열되어 작동불능을 야기할 인장 미만의 인장으로 (오븐 및 용융 중합체 욕을 포함하는) 방법의 장치를 통하여 풀링된다. 인장은 적어도 약 2 파운드 및 약 8 파운드 이하인 것이 더욱 바람직하다. 약 3 파운드 내지 약 5 파운드의 인장이 특히 바람직하다. 일반적으로, 전단은 수지의 점도가 증가할 때 증가하여야 한다. 바람직한 양태에서, 섬유는 수지의 분해 온도에 근접하는 온도로 가열된다. 보다 높은 온도에서, 가열된 섬유와 접촉하는 수지의 점도는 최소화되고, 결과적으로, 섬유를 수지를 통하여 이동시키는데 요구되는 전단이 최소화된다. 바람직한 양태에서, 전단 핀 또는 핀들은 용융 수지 조성물의 온도 이상의 온도로 가열된다. 전단 핀들의 가열은 전단 핀 바로 근처의 수지 조성물을 가열시킬 것이고, 이에 따라 그 점도를 감소시킬 것이며, 이는 섬유 물질의 함침을 보조할 것이다. 전단 핀들의 가열은 마찬가지로 가열된 섬유를 보다 높은 온도에서 유지시키는 것을 보조하며, 또한 실질적으로 완전한 섬유의 습윤을 촉진한다. 본 발명의 방법에 사용되는 섬유 재료의 높은 온도 때문에, 용융 수지 조성물이 예외적으로 점도가 높지 않다면 한 쌍 이상의 전단 핀들을 포함하는 것에 부가되는 잇점은 대개 없을 것이다.

용융 수지 조성물의 점도는 실질적인 섬유 파손 없이 섬유 재료에 의한 침투를 허용하기에 충분히 낮아야 한다. 그러나, 점도는 상당히 높을 수 있으며, 방법은 가장 열가소성인 물질, 심지어 고분자량을 가지는 것들을 이용하여 수행될 수 있는 것으로 간주된다. 한편, 용융 중합체 조성물은 매우 낮은 점도, 예컨대 2 파스칼 이하의 점도를 가질 수 있다. 그러나, 바람직한 양태에서, 고분자량 물질에서 유용한 일반적으로 보다 나은 물리적 특성으로 인하여, 용융 중합체 조성물의 점도는 적어도 약 125 파스칼, 보다 바람직하게 적어도 약 150 파스칼, 더 바람직하게 적어도 약 175 파스칼, 및 더 바람직하게 적어도 약 200 파스칼이다. 바람직하게, 가열된 섬유 물질을 함침시키는데 요구되는 수지 조성물의 점도는 약 10 파스칼 내지 약 250 파스칼, 보다 바람직하게 약 100 파스칼 내지 약 250 파스칼, 및 더 바람직하게 약 125 파스칼 내지 약 250 파스칼이다. 약 160 파스칼 내지 약 220 파스칼의 점도 또한 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에서, 하나 이상의 전단 핀들은 용융 함침 수지 조성물이배출될 수 있는 홀, 슬릿, 또는 슬롯과 같은 개구를 포함한다. 슬롯은 바람직하게 섬유가 전단 핀과 접촉하기 전에 또는 그 동안 용융 함침 수지 조성물을 그것이 가열된 섬유 물질과 접촉할 지점에 운반하도록 배치된다. 따라서, 용융 수지 조성물은 개구로부터 섬유 재료와 전단 핀 사이에 형성된 니프(리딩 각)로 또는 섬유 재료가 실제로 전단 핀과 접촉하는 영역에 운반되는 것으로 간주된다.

일단 프리프레그가 욕 용기를 빠져나가면, 적용된 용융 수지는 냉각하기 시작한다. 욕 내 섬유의 체류 시간, 즉 용융 수지 조성물의 냉각이 시작하기 전에 섬유 재료가 용유 수지 조성물과 접촉하는 시간은 바람직하게 약 10 초 이하이다. 약 5 초 이하의 체류 시간이 보다 바람직하고, 약 2 초 이하가 더 바람직하다. 본 발명의 실행에 있어 실질적으로 공극이 없는 프리프레그를 얻기 위해, 1 초 미만, 심지어 0.5 초 미만의 체류시간이 전적으로 가능하며, 이는 더 장 시간 보다 바람직하다. 체류 시간은 욕의 길이 및 섬유가 풀트루션 과정에서 욕을 통하여 풀링되는 속도에 의해 조절된다. 섬유 재료가 적어도 분 당 약 10 피트 (305cm), 보다 바람직하게 적어도 분 당 약 20 피트(610cm), 더 바람직하게 적어도 약 30 피트(914cm), 및 더 바람직하게 적어도 분 당 약 40 피트(1220cm)의 속도에서 함침되는 것이 바람직하다. 바람직한 양태에서, 섬유 번들은 분 당 약 25 피트(762cm) 내지 분 당 약 60 피트(1829cm)의 속도, 보다 바람직하게 분 당 약 35 피트(1067cm) 내지 분 당 약 55 피트(1676cm), 및 더 바람직하게 분 당 약 40 피트(1220cm) 내지 분 당 약 55 피트(1676cm)의 속도로 이동한다. 임의로, 본 발명의 장치는 프리프레그를 바람직한 형상의 물품으로 성형하기 위한 성형 장치를 추가로 포함한다.

한 특정 바람직한 양태에서, 유리 로빙이 산 또는 무수물-개질된 폴리올레핀 물질, 특히 말레산 무수물 개질된 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 물질로 함침된다. 말레산 무수물 개질은 보다 굳은 부분이 바람직할 때 유리하다. 특히, 약 10%이하, 바람직하게 약 1% 내지 약 10%, 특히 바람직하게 약 2% 내지 약 7%의 말레산 무수물 개질이 포함될 수 있다. 본 발명의 방법에 따른 유리 로빙의 말레이트화된 폴리에틸렌 또는 말레이트화 폴리프로필렌으로의 함침은 예기치 않게 향상된 물리적 특성을 가지는 물질을 제공한다. 이론에 구애되기를 바라지 않으나, 예기치 않게 우수한 특성은 유리 경계면에서 형성되는 결정으로 인한 것으로 믿어진다. 가장 뜨거운 프리프레그 부분은 섬유이고 따라서 함침 수지는 섬유 경계면에서 가장 뜨겁다는 사실로 인하여, 결정화 가능 중합체의 결정은 필라멘트 경계면에서 보다 서서히 형성될 수 있고, 이는 중합체와 유리 필라멘트 간의 보다 강한 점착을 창출한다는 것이 이론화된다. 섬유는 주변 수지보다 더 뜨겁기 때문에, 말레산 무수물 군은 휘발하고 보다 높은 농도로 필라멘트 표면으로 이주하여, 여기서 점도를 감소시키고 경계면 습윤을 증가시키며, 다시 예기치 않게 강한 필라멘트와 중합체 간의 경계면 점착을 촉진시키는 경향이 있을 수 있는 것으로 또한 이론화된다. 결정성 영역을 형성하는 경향이 있거나 점착을 증진시키도록 개질되는 다른 중합체가 또한 사용될 수 있다.

수지 조성물보다 뜨거운 섬유를 가지는 것으로부터 오는 부가적인 잇점은 첨가제가 필라멘트와 상호작용할 보다 장 시간을 가지거나 열경화성 조성물이 특히 섬유 재료와의 임계면에서 보다 완전히 반응할 수 있다는 것이다. 이러한 결과는 본 방법이 기존의 공지된 방법을 이용하여 유용하지 않았던 향상된 물리적 특성을 허용한다는 것이다.

본 방법의 구별되는 측면 중 하나는, 섬유가 그들의 보다 높은 온도에 의하여 욕을 빠져나간 후 냉각되는 마지막 항목이며, 따라서 (a) 점착 공정을 위한 보다 장시간을 제공하고, (b) 경계면에서 결정화가 일어나는 방식을 변화시키고, 및 (c) 가능하게 말레산 무수물로 하여금 점도를 감소시키고 습윤을 증가시키도록 경계면으로 이주하도록 야기시킨다는 것이다. 뜨거운 섬유의 다른 잇점은 그것이 실질적으로 보다 높은 점도의 수지, 예컨대 200 파스칼 보다 큰 점도의 수지의 이용을 허용한다는 것이다.

로빙 또는 토의 섬유가 대략 매트릭스 수지 욕의 온도로 냉각된 후, 번들의외부에 점착하는 수지의 양은 함침된 번들에 대한 바람직한 수지 대 섬유의 비를 얻기 위해 증가 또는 감소될 수 있다. 특히, 로빙 또는 토에 그 최종적인 바람직한 형상 및 수지 백분율을 부여하기 위하여, 함침된 로빙 번들이 수지의 유선형 흐름을 허용할 속도로 전단 메커니즘을 통하여 공급된 후, 사이징 다이를 통하여 공급될 수 있다.

프리프레그가 섬유 번들로 성형될 때, 사이징 다이가 함침된 섬유 번들을 테이프로 편평화하기 위해 이용될 수 있다. 그 다음 테이프가 제직되어 프리프레그 매트 또는 클로쓰를 형성할 수 있다. 섬유 번들은 완전히 또는 실질적으로 완전히 습윤되었기 때문에, 이 테이프로부터 제조된 각각의 번들, 테이프 및 클로쓰 또는 매트는 드레이프 가능하다. 유리 로빙의 경우 부가되는 잇점으로서, 원료 유리 취급에 부수하는 어려움 때문에, 로빙을 그것이 완전히 함침된 후 클로쓰로 제직하는 것이 미함침된 유리를 제직하는 것 보다 바람직하다.

열경화성 수지 조성물이 연화되기에 충분히 뜨겁거나, 열경화성 수지 조성물이 완전히 경화되지 않은 상태인 동안, 프리프레그는 상이한 수지 조성물의 외부 층을 가함(클레딩)에 의해 더욱 개질될 수 있다. 이는 프리프레그 생성물을 바람직한 조성물의 분말화된 수지 또는 중합체 베드를 통하여 풀링함에 의하여 달성될 수 있다. 프리프레그 로빙 또는 토는 또한 와이어 코팅 공정에 의해 상이한 중합체 조성물의 외부 층으로 클레딩될 수 있다. 대안적으로, 아직 완전히 냉각되거나 완전히 경화되지 않은 프리프레그가 분말성 강화재 (예컨대, 미네랄 강화재) 또는 초핑 또는 미세 초핑된 섬유와 같은 두번째 강화재로 코팅될 수 있다. 두번째 강화재로 코팅된다면, 두번째 강화재를 프리프레그에 확고히 부착시키는 것을 보조하기 위해, 프리프레그는 바람직하게, 바람직하게 가열된, 압축 롤러 사이를 통과할 것이다. 두번째 강화재로 코팅된 프리프레그는 분쇄되고 사출 성형에 이용될 수 있다. 프리프레그가 탄소로 코팅된다면, 정전기 소산 성질을 가지는 부분을 성형하는데 사용될 수 있다.

클레딩의 중합체는 중요한 특성을 프리프레그 재료로부터 성형될 물품에 부여하도록 선택될 수 있다. 예를 들면, 클레딩은 동일한 중합체의 보다 고분자량 버젼일 수 있다. 다른 예로서, 섬유 재료가 나일론 중합체로 함침된 후 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 조성물로 클레딩될 수 있다. 폴리카보네이트 프리프레그는 보다 나은 화학적 내성을 제공하도록 폴리에틸렌 클레딩으로 코팅될 수 있다. 폴리페닐 설파이드는 나일론 중합체 조성물로 코팅될 수 있다. 폴리프로필렌 프리프로그는 보다 나은 폴리프로필렌의 기계적 특성을 폴리에틸렌의 거칠기와 결합하도록 폴리에틸렌으로 코팅될 수 있다. 많은 경우에 있어서, 클레딩된 프리프레그는 프리프레그 및 클레딩 분리물의 상이한 중합체를 유지하도록 압축 성형에 의해 유리하게 물품으로 성형된다.

그 다음, 로빙 또는 토는 크릴 상으로 와인당되거나, 바람직한 길이, 예컨대 적어도 약 3mm 및 약 75mm 이하 길이의 가닥으로 초핑되거나, 풀트루션 또는 성형 작업에 즉시 사용될 수 있다. 테이프 또는 클로쓰는 또한 예컨대 후의 성형 공정에서의 사용을 위해 크릴 상으로 와인딩될 수 있다.

다른 양태에서, 본 발명의 장치는 섬유성 강화재를 가열하기 위한 히터 및 가열된 섬유성 강화재를 매트릭스 수지 조성물의 단단한 몸체와 함께 압축시키기 위한 압축 단위를 포함한다. 히터는 섬유성 강화재를 공극이 없거나 실질적으로 공극이 없는 프리프레그를 생산하기에 충분한 온도로 유지시키면서 섬유성 강화재를 압축 단위에 제공하도록 배치된다. 따라서 섬유성 강화재가 가열되는 온도는 함침 수지로 하여금 섬유성 강화재를 완전히 또는 실질적으로 완전히 습윤시킴을 야기하기에 충분하다. 특히, 히터는 강화재를 매트릭스 수지의 융점,연화점 또는 유리 전이 온도 이상의 온도, 바람직하게 강화재가 압축 단위로 들어가는 지점에서 측정되는 바 약 350℉ 이상 및 약 800℉ 이하의 온도로 가열시킬 수 있는 것이다.

매트 또는 시이트는 기술된 바와 같이 예열될 수 있고, 그 다음 매트릭스 수지 조성물과 함께 적층물의 시이트 내로 압축될 수 있다. 시이트 성형 화합물은 본 방법의 이러한 변화에 따라 생성될 수 있다.

일반적으로, 본 발명의 프리프레그는 섬유의 중량을 기준으로 하여 적어도 약 1 중량% 수지 및 약 150 중량% 이하의 수지를 포함한다. 프리프레그 내 포함되는 수지 중량의 바람직한 범위는 방법에 의해 성형되는 물품의 바람직한 특성 및 용도뿐 아니라 사용되는 특정 수지 및 강화재에 의존할 것이다. 수지 대 섬유의 최적 비는 공지의 방법에 의해 결정될 수 있다. 바람직한 양태에서, 수지는 강화 섬유의 중량을 기준으로 하여 적어도 약 25 중량% 및 75 중량% 이하이다.

본 발명의 방법에 따라 생산된 바람직한 함침된 로빙 또는 토는 "완전히 함침된" 로빙 또는 토로서 기술될 수 있다; 즉, 섬유와 수지 사이의 경계면은 실질적으로 공극이 없다. 함침된 섬유 유리 로빙은 예컨대 주어진 양의 열가소성 수지 매트릭스와 함께 세트 및 균일한 규모를 가진다. 함침된 로빙은 길거나 엄밀한 압밀 단계의 필요 없이 실질적으로 공극이 없는 최종 부품으로 신속히 성형될 수 있다. 거칠기, 피스의 재순환 및/또는 재성형 및/또는 후-성형 용량, UV 분해 내성 또는 열가소성 매질 내 유용한 다른 특정 성질이 요구될 때, 열가소성 복합체 매트릭스가 열경화성 매트릭스보다 바람직하다.

최종 물품 내 개발된 특성은 함침 공정 및 압밀 및 함침 이후의 다른 제직 단계 공정에 의존하는 것으로 당업계에 공지되어 있다. 이는 물과 섞이지 않고 (즉, 용매를 포함하지 않고) 함침되는 고 점도 열가소성 물질에 대하여 특히 사실이다. 본 발명의 방법에 의해 생산된 프리프레그는 균일한 규모, 함침된 수지의 동종 분포를 가지고, 바람직하게 실질적으로 공극이 없다.

본 발명의 함침된 섬유는 단일방향의 직물 (예컨대, 패브릭) 또는 무작위 (초핑된) 재료로서 사용될 수 있다. 섬유는 전형적으로 길이 약 1000-m (3000-푸트) 이하의 산업에서 일반적인 토 당 3000, 6000 및 12,000 필라멘트의 것들과 같은 단일방향 토로서 사용될 수 있다. 섬유는 또한 150-mm (6-인치) 또는 300-mm (12-인치) 폭 및 50m (150 피트) 이하의 길이의 전형적인 규모를 가지는 단일방향 테이프로 성형될 수 있다. 테이프는 전형적으로 약 80g/m²내지 약 190g/m²범위, 및 전형적으로 0,125 mm (5 mils) 두께이다. 프리프레그 단일방향 토는 임의로 패브릭으로 제직될 수 있다.

본 발명의 프리프레그는 원하는 형상으로 컷팅 또는 트리밍될 수 있다. 플라이는 당업계에 공지된 임의의 컷팅 장치에 의하여 프리프레그 롤로부터 원하는 형상, 크기 및 배향으로 트리밍될 수 있다. 플라이는 수동으로 또는 기계에 의해 스택킹될 수 있고, 이는 당업계에 레이-업 작업으로서 공지되어 있다.

본 발명의 프리프레그는 압축 성형, 필라멘트 윈딩, 진공 배깅 또는 이들 공정의 조합에 의해 물품으로 성형될 수 있다. 압축 성형은 대개 복잡한 형상의 성형에 사용되며 본 발명의 바람직한 양태에서 사용된다.

어셈블링된 플라이의 스택은 플라이를 압밀시키기에 충분한 시간 동안 열 또는 열과 압력 또는 진공의 조합을 이용하여 압밀될 수 있다. 압밀 시간은, 바람직하게 수지 매트릭스의 융점, 연화점 또는 Tg 보다 큰 온도, 바람직하게 수지의 융점, 연화점 또는 Tg 위 20℃의 온도, 및 특히 바람직하게 수지의 융점, 연화점, 또는 Tg 20℃ 이상 및 100℃ 이하에서, 바람직하게 약 1 분 내지 약 20 분이다. 임의로, 부가적인 수지가 특히 와이어 코팅 공정에서 토를 함께 결합 또는 플라잉시키는 것을 돕기 위해 첨가될 수 있다.

풀트루딩된 프리프레그는 부분으로 컷팅되어 압출 방법에 의해 성형될 수 있다. 적절한 압출기는 단일 나사 압출기 또는 중합체가 플런져에 의해 작동되는 압출기이다. 본 발명의 프리프레그의 펠릿이 압출 동안 용융 블렌딩되어야 한다면, 이는 단일 나사 압출기 또는 스타틱 믹서를 이용하여 달성될 수 있을 것이다. 프리프레그 내 우수한 섬유 습윤은 성형 공정 동안 실질적인 섬유 손상을 예방한다. 따라서, 대개 상당한 섬유 마모는 없다.

프리프레그는 당업계에 공지된 임의의 방법에 따라 물품으로 성형될 수 있다. 예를 들면, 압출 성형 또는 진공 성형 공정이 이용될 수 있다. 다른 공정, 예컨대, 사출 성형, 열 성형, 블로우 성형, 칼렌더링, 주조, 압출, 필라멘트 윈딩, 적층, 사출 성형, 회전식 또는 슬러쉬 성형, 전달 성형, 레이-업 또는 접촉 성형, 또는 스탬핑이 본 방법에 의해 성형된 함침된 재료와 함께 사용될 수 있다.

본 발명의 방법은 많은 상이한 유형의 유용한 물품의 성형에 이용될 수 있다. 그러한 물품의 예는, 제한 없이, 공기 백 캐니스터, 범퍼 빔, 프레임 크로스 멤버, 자동차 문틀, 자동차 본체 판넬, 고 강도 브라켓, 리프 스프링, 시트 프레임, 스키드 플레이트, 토션 바, 와이퍼 암, 펜싱, 기어, 도로 강화 막대, 파이프 행거, 동력선 크로스 암, 보트 트레일러, 카누, 아웃보드 엔진 카울링, 바우 림, 카 탑 캐리어, 및 편자를 포함한다. 본 발명의 방법 및 신규 프리프레그는 기존의 공지된 프리프레그 및 방법을 이용하여 성형될 수 있었던 임의의 물품을 성형하는데 이용될 수 있다.

본 발명은 하기 실시예에 의해 예증된다. 실시예는 단지 예시적인 것이며 기술되고 청구되는 바와 같은 본 발명의 범위를 어떠한 방식으로도 제한하지 않는다. 모든 부분은 달리 지시하지 않는 한 중량부이다.

실시예 1

도 1을 참조로 하여, 1kg의 무정형 나일론 수지 (Grivory 21, EMS-American Grilion Inc., Sumpter, SC 로부터 구입 가능)가 가열된 플레이튼 (4)와 (6) 사이의 수지 탱크 (2)로 배출된다. 수지는 피스톤(8)으로부터 적용된 약 28 psi의 압력 하에 약 465℉로 가열된다. S2 유리(750 일드, 933 사이징, Owens Corning, Corning NY로부터 구입 가능)의 로빙은 크릴(10)로부터 18 인치 방사 열 튜브(12)를 통하여 풀링되며, 튜브는 약 595℉의 온도로 가열된다. 열 튜브를 빠져나간 후, 로빙은 테이퍼진 섬유 유입구 다이(14)를 통하여, 495℉로 가열되고 수지 욕 내에서 약 1 인치 수평 이격되고 약 1.5 인치 수직 이격된 0.3 인치 반경의 두 개의 전단 핀들 (16) 및 (18) 위 및 그 주위를 통과하고, 마지막으로 유입구 다이와 대향하여 배치된 사이징 다이(20)를 통과한다. 사이징 다이는 0.25 in. ×0.009 in. 규모의 장방형 단면을 가진다. 뜨거운 섬유는 약 42ft.min의 속도로 욕을 통하여 풀링된다. 결과 생성되는 함침된 토는 0.25 in. 너비, 0.0095 in. 두께이며, 측정가능한 공기 공극 함량을 가지지 않는다. 함침된 토는 편평 2-바 회전 크릴(22) 상으로 랩핑된다. 2 in. 너비의 49 랩이 크릴 상에 제조된다. 그 다음, 와인딩된 크릴은 480℉, 200psi에서 8 분 동안 예비 가열된 툴 내로 배치된다. 그 다음, 툴은 급냉된다. 결과 생성되는 부분은 18 인치 길이, 2 인치 너비 및 0.175 인치 두께이며 측정 가능한 공극 함량을 가지지 않는다.

실시예 2

S2 유리 (750 일드, 933 사이징, Owens Corning, Corning NY로부터 구입 가능)의 토는, 결과 생성되는 함침된 토가 0.25 in. 너비 및 0.011 in. 두께로 사이징되는 점을 제외하고 실시예에 기술된 바와 동일한 절차를 이용하여, 무정형 나일론 수지 (Grivory 21, EMS-American Grilion Inc,. Sumpter, SC로부터 구입 가능)로 함침된다. 함침된 토는 54 중량%의 수지 함량을 가진다. 함침된 토는 3-인치 부분들로 초핑된다. 초핑된 함침된 토 713,25g은 8 분 동안 515℉로 예열되고 300psi로 가압된 10 in× 18 in. 툴 내로 배치된다. 그 다음 툴은 급냉된다. 결과 생성되는 부분은 653g 무게이고 평균 두께 3,82 mm를 가진다.

실시예 3

오웬스 코닝 933 사이징으로 제직된 S2 섬유유리 클로쓰는 실시예 1 및 2에서 이용된 바와 동일한 무정형 나일론 수지로 함침된다. 섬유 유리 클로쓰는 다음의 패러미터를 가진다: FDI Style # 1406 (Fabric Development Corporation, Quakertown, PA); 연사 유형, S2 유리 751/0, 933A; 제직, 8 하니스 새틴; 카운트 120×3-; 너비 39.25 인치; 무게, 평방 야드 당 11.74 oz; 및 두께, 1 psi에서 측정한 바 0.0017 in.

나일론은 0.0045 in. 두께의 필름으로 압출되고 크릴 상에 배치된다. S2 클로쓰 또한 크릴 상에 배치된다.

이제 도 2를 참조로 하면, 나일론 필름(24)은 크릴(26)로부터 풀링되고, 유리 클로쓰(28)는 크릴(30)로부터 풀링된다. 유리 클로쓰는 방사 히터(32)를 통하여 풀링된다. 방사 히터는 섬유를 600℉로 가열시키고, 그 동안 히터 상부의 강화된 Teflon^R슬리브(34)는 필름을 운반한다. 히터로부터 배출되는 열은 필름의 온도를 425 내지 475℉로 상승시킨다. 그 다음, 클로쓰 및 필름은 두 쌍의 36-인치 압축 롤러 (35) 및 (36) 내로 공급된다. 압축 롤러는 Teflon^R및 2 인치의 실리콘 고무로 커버링된다. 롤러는 700 내지 800 psi의 힘을 필름 및 클로쓰 상에 발휘한다. 함침된 클로쓰는 크릴(38) 상에 채취된다.

함침된 클로쓰는 10 in. × 18 in. 부분으로 절단된다. 그 다음, 여덟 개의 플라이가 예열된 (525℉) 툴 내로 스태킹되고 300 psi에서 12 분 동안 압축된다. 그 다음, 툴은 급냉된다. 결과 생성되는 적층물은 두께 0.128 in.이며 균일하다.

상기 실시예 2 및 3에서 절차에 따라 제조된 부분들은 물리적 특성에 대하여 시험되었으며, 다음의 결과를 보였다.

	실시예 2	실시예 3
인장 강도(ksi)	32.81	134.8
인장 강도에 대한영 모듈러스 (Msi)	2.001	6.253
강열감량 상 손실(LOI)	58.752	31.894
유리 함량(wt%)	41.246%	68.106
압축 강도 (ksi)	46.74	90.43
압축 강도에 대한영 모듈러스 (Msi)	2.088	7.271

실시예 4

폴리에틸렌 테레프탈레이트, 글리콜 부가 수지 (융점 = 195.8℉, Eastman Chemical Co., Kingsport, TN으로부터 구입 가능)가 날실 단일방향 패브릭 (Knytex로부터 Style A130A) 내로 함침된다. 패브릭은 씨실 방향으로 폴리에스테르 스티치를 가진 실란 화학 피니쉬를 가진다. 섬유가 425℉로만 가열되는 점을 제외하고, 실시예 3의 프리프레깅 절차가 뒤따른다. 프리프레그는 10 in.×18 in. 시트로 경화된다. 18 플라이가 가열된 성형품 내로 스택킹되고 20psi에서 10 분 동안 압축된다. 그 다음, 툴은 급냉되고 적층 판넬은 툴로부터 제거된다.

판넬은 3-점 만곡 시험을 이용하여 평가되었다. 다섯 개의 샘플 상에서 측정된 특성에 대한 평균치는:

최대 부하에서 변위 0.1807 in.

최대 부하 875.7 lb.

최대 변위에서 응력 112.9 ksi

부하 모듈러스 5.370 Msi

실시예 5

이제 도 3을 참조로 하여, 무정형 나일론 매트릭스 수지 (Grivory 21, EMS-American Grilion Inc., Sumpter, SC로부터 구입 가능)를 압출기(40) 내로 호퍼(42)를 통하여 공급하였다. 압출기는 가변 드라이드를 가지는 Prodec 1-인치 압출기였다. 수지는 압출기 내 제 1 영역 내에서 485℉에서, 제 2 영역 내에서 500℉에서, 40 rpm의 속도의 압출기 회전으로, 용융되었다. 용융된 수지는 세 개의 가열 영역을 가지는 함침 다이(44) 내로 도입되었다.

개별적으로, S2 유리 46 (750 일드, 933 사이징, Owens Corning, Corning NY로부터 구입가능)의 토를 크릴(48)로부터 ThermCrft Tube Furnace 50 (Model 21.3-12-1ZH)를 통하여 풀링하고, 튜브를 약 850℉의 온도로 가열하였다. 가열 튜브를 빠져나간 후, 섬유는 함침 다이를 통하여 쓰레딩되고, 0.25 인치 바이 0.007 인치의 오프닝을 가지는 유입구 다이(52)를 통하여 투입되며, 0.25인치 바이 0.009 인치의 오프닝을 가지는 사이징 다이(54)를 통하여 배출된다.

함침 다이 정면을 510℉로 가열하였고, 수지 운반 채널(56)을 520℉로 가열하였다. 함침 다이 내 다이 전단 핀(58)을 535℉로 가열하였다. 함침 다이는 625℉의 표면 온도를 가졌다.

뜨거운 섬유는 약 44 ft/min의 속도에서 함침 다이를 통하여 풀링되었다. 결과 생성되는 함침된 토는 0.25 인치 너비, 0.009 인치 두께였고, 46,78 중량%의 수지 함량 및 53.21의 유리 함량을 가졌으며, 측정 가능한 공기 공극 함량을 가지지 않았다. 함침된 토는 175 랩을 가진 6 인치 너비 및 20 인치 길이의 프레임(60) 상으로 와인딩되었다. 그 다음, 레이-업이 518℉로 가열된 주형 내로 배치되었고, 200 psi 하에 10 분 동안 압축된 후, 실온으로 신속히 냉각되었다. 결과 생성되는 복합체 판넬은 0.132 인치의 평균 두께를 가졌으며 측정 가능한 공극 함량을 가지지 않았다. 판넬의 기계적 특성을 측정하였으며, 결과는 다음과 같았다.

강성 플라스틱의 ASTM D695-90 압축 성질

방법 7, 폭 0.5 in., 두께 0.13 in.

최대 부하 (lbs) 4562

최대 응력 (ksi) 70.0

최대 % 변형 2.497%

Seg. Mod.10-40% 최대 부하 (psi^*10⁶) 2.535

최대 변위 (in.) 0.025

ASTM D638 인장 강도

방법 37, 폭 0.5 in., 두께 0.13 in.

최대 부하 (lbf) 3152

최대 응력 (psi^*10³) 48

최대 % 변형 0.893%

Seg. Mod. 15-40% (수동 측정) (psi^*10⁸) 4.856

영 모듈러스 15-40% (수동 측정) (psi^*10⁶) 5.128

영 모듈러스 15-40% (자동) (psi^*10⁶) 5.753

ASTM D790 만곡 강도

방법 14, 폭 0.974 in., 두께 0.145 in.

항복점에서 부하 (최대 부하) (lb.) 695

항복점에서 응력 (최대 부하) (psi^*10³) 121

항복점에서 변형 (최대 부하) (in./in.) 0.032

항복점에서 변위 (최대 부하) (in.) 0.21

최대 부하의 Seg. Mod. 15-40% (psi^*10⁶) 3.897

최대 부하의 영 모듈러스 15-40% 4.192

(수동 측정) (psi^*10⁶)

영 모듈러스 (자동) (psi^*10⁶) 4.015

ASTM D2344 NOL 짧은 빔 전단 강도

방법 3, 지름 0,675 in., 폭 0.26 in., 깊이 0.143 in.

항복점에서 부하 (최대 부하) (lb.) 452

적층 전단 강도 (psi^*10³) 9.1

실시예 6

E 유리 (675 일드, 193 사이징, Owens Corning, Corning NY로부터 구입 가능)의 로빙이 크릴로부터 분 당 50 피트의 속도 (1524 cm.min)에서 로빙 상의 3 파운드의 인장으로 풀링된다. 섬유는 먼저 1050℉의 오븐 온도를 가지는 17-인치 방사 열 튜브를 통하여 풀링되었다. 오븐을 빠져나간 후, 유리 로빙은 약 560℉의 측정된 섬유 온도를 가진다. 그 다음, 섬유는 435℉에서 오븐 다음 대략 1 인치에 배치된 용융 폴리에틸렌 (5% 말레이트화된)의 욕을 통하여 풀링된다. 욕은 도 1의 것과 유사하나 압출기에 의해 공급되며 가압 피스톤을 가지지 않는다. 이는 한 쌍의 마주보는 전단 핀을 가진다. 로빙은 테이퍼진 섬유 유입 다이 (14)를 통하여 435℉로 가열되고 약 1 인치 수평 이격되고 약 1.5 인치 수직 이격되어 수지 욕 내에 배치된 두 개의 0.3 인치 반경의 전단 핀 위 및 그 주위로 통과하며, 최종적으로 유입구 다이에 대향하여 배치된 사이징 다이(20)를 통과한다. 사이징 다이는 0.25 in.× 0.009 in. 규모의 정방형 단면을 가진다. 용융 중합체 욕은 대략 4 인치 길이이고, 대략 0.4 초의 용융 중합체 내 섬유의 체류시간을 제공한다. 결과 생성되는 함침된 토는 0.25 in. 너비, 0.0095 in. 두께이고, 측정가능한 공기 공극 함량을 가지지 않았다 (이는 관측가능한 공기 공극 함량이 없는 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 확인되었다)

결과 생성되는 프리프레그는 연이어 1 인치 길이로 초핑되고 285℉에서 50 psi 하에 1 분 동안 성형되었다. 실험 특성 (60% HDPE/40% 섬유)은 다음과 같았다:

플라스틱의 인장 특성 (방법: ASTM 638)

응력(psi^*10^3)	모듈러스(psi^*10^6)
평균5.623	Std.Dey1.579	95% C.L.1.960	평균1.151	Std.Dey0.705	95% C.L.0.876

만곡 특성 (방법: ASTM D 790)

응력(psi^*10^3)	영 모듈러스(psi^*10^6)
평균17.497	Std.Dey2.121	95% C.L.2.633	평균0.768	Std.Dey0.136	95% C.L.0.171

압축 특성 (방법: ASTM D 695)

응력(psi^*10^3)	단편 모듈러스(psi^*10^6)21
평균9.124	Std.Dey2.520	95% C.L.3.128	평균0.701	Std.Dey0.189	95% C.L.0.235

비-노치된 이조드 충격 (방법: ASTM D 4812)

에너지 FT-LBS (J/M)
평균29.06(1551.78)	Std/Dey6.66(356.66)	95% C.L.0.72(38.19)

노치된 이조드 충격 (방법: ASTM D 265)

에너지 FT-LBS (J/M)
평균29.38(1588.73)	Std/Dey7.75(413.80)	95% C.L.0.72(38.19)

드롭 다트 충격(방법: ASTM D 5628 ; 샘플 두께 0.130- )

푸트LBS	실패 수	통과 수	실패 또는 통과
366.578	12133	33320	통과통과통과실패실패

강열감량

공간의 NO	강열감량 %	유리 함량%
3	64.1	35.9

실시예 7

실시예 6의 공정을 폴리프로필렌 중합체 (2.5% 말레이트화된)를 이용하여 반복한다.

실시예 7에서 얻어진 프리프레그를 Verton (등급: MFX=7008 H8BK881), LNP로부터 유용한 폴리프로필렌 프리프레그로 충전된 유리와 비교하였다.

	실시예 7	LNP Verton
% 회분	42.7	39.7
MFR	1.86
만곡 모듈러스 (kpsi)	1429	1157
만곡 강도 (kpsi)	27.8	20.6
인장 모듈러스 (kpsi)	1700	1412
인장 강도 (kpsi)	20.21	14.42
파단 신장 (%)	2.2	1.8
HDT @ 264 psi℉(℃)	320(160.3)	308(153.5)
노치된 이조드 (ft-lb/in)	3.48	2.75
파단 유형 %	P/100%	C/100%

본 발명은 그 바람직한 양태를 참조로 하여 상세히 기술되어 왔다. 그러나, 본 발명 및 뒤따르는 청구항의 사상 및 범위 내에서 변화 및 변형이 이루어질 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

Claims

(a) 적어도 약 0.25 파운드의 장력을 가지는 연속 섬유 재료의 연속 공급을 제공하는 단계;

(b) 섬유 재료를 적어도 약 392℉(200℃)의 제 1 온도로 가열하는 단계;

(c) 상기 강화재를, 가열되었을 때, 제 1 온도 미만의 제 2 온도에서 용융 수지 조성물과 접촉시키는 단계로 이루어지며,

강화재가 용융 수지 조성물과 접촉할 때 전단력이 강화재에 적용되어 실질적으로 공극이 없는 함침된 섬유 재료를 형성하는 것을 특징으로 하는, 연속 섬유 재료를 함침시키기 위한 방법.
(a) 적어도 약 0.25 파운드의 장력을 가지는 연속 섬유 재료의 연속 공급을 제공하는 단계;

(b) 섬유 재료를 적어도 약 392℉(200℃)의 제 1 온도로 가열하는 단계;

(c) 가열된 강화재를 용융 수지 조성물 욕을 통하여 및 욕 내 적어도 하나의 전단 핀 위로 풀링하는 단계로 이루어지며,

용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 낮고, 욕 내 강화재의 체류 시간이 약 10 초 미만이며; 실질적으로 공극이 없는 함침된 섬유 재료가 형성되는 것을 특징으로 하는, 연속 섬유 재료를 함침시키기 위한 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 온도가 적어도 약 428℉(220℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 온도가 적어도 약 446℉(230℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 온도가 적어도 약 473℉(245℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 온도가 적어도 약 500℉(260℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 제 1 온도가 적어도 약 536℉(280℃)인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 적어도 약 75℉(42℃) 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 적어도 약 100℉(56℃) 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 적어도 약 150℉(83℃) 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 적어도 약 200℉(111℃) 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 온도가 제 1 온도 보다 적어도 약 500℉(278℃) 낮은 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 냉각이 시작 되기 전에 섬유 재료를 용융 수지 조성물과 약 5 초 이하 동안 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 냉각이 시작 되기 전에 섬유 재료를 용융 수지 조성물과 약 2 초 이하 동안 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 냉각이 시작 되기 전에 섬유 재료를 용융 수지 조성물과 약 1 초 이하 동안 접촉시키는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료가 분 당 적어도 약 10 피트 (305cm)의 속도로 함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료가 분 당 적어도 약 20 피트 (610cm)의 속도로 함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료가 분 당 적어도 약 30 피트 (914cm)의 속도로 함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 섬유 재료가 분 당 적어도 약 40 피트 (1220cm)의 속도로 함침되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 점도가 적어도 약 125 파스칼인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 점도가 적어도 약 150 파스칼인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 점도가 적어도 약 200 파스칼인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 용융 수지 조성물의 점도가 약 125 내지 약 250 파스칼인 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 욕이 가압되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 24 항에 있어서, 욕의 압력이 적어도 약 10 psi인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화재가 필라멘트 번들인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화재가 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 중합체 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화재가 고 실리카 유리 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화재가 사이징 또는 피니싱 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화재가 사이징으로 코팅된 고 실리카 유리 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 조성물이 ABS, 아크릴, 아크릴로니트릴, 에폭시, 폴리아릴에테르 케톤, 폴리에테르 에테르케톤, 아미노 수지, 페놀 수지, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르이미드, 폴리아릴렌 설파이드, 폴리비닐 수지, 폴리우레탄, 폴리설폰, 및 이들의 공중합체 및 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 조성물이 열가소성 조성물인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 조성물이 에폭시, 폴리에스테르 및 페놀 수지로 구성되는 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 열경화성 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서, 사이징 다이를 통하여 프리프레그 물질을 드로잉하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 2 항에 있어서, 하나 내지 약 네 개의 전단 핀이 있는 것을 특징으로 하는 방법.
제 35 항에 있어서, 상기 전단 핀이 용융 수지 조성물의 온도 이상의 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항에 있어서, 가열된 강화재를 적어도 하나의 전단 핀 위로 드로잉함에 의하여 전단력이 강화재에 적용되고, 상기 전단 핀은 강화재에 용융 수지 조성물을 제공하기 위한 개구를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 클레딩 층을 함침된 섬유 재료에 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 38항에 있어서, 뜨거운 함침된 섬유 재료를 초핑 또는 분쇄된 물질을 통하여 풀링시킴에 의하여 클레딩 층이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 39 항에 있어서, 초핑 또는 분쇄된 물질이 강화재인 것을 특징으로 하는 방법.
제 39 항에 있어서, 분쇄된 물질이 카본 블랙인 것을 특징으로 하는 방법.
제 38 항에 있어서, 함침된 섬유 재료가 중합체 조성물로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 섬유 재료를 약 3 mm 내지 약 76 mm의 길이도 절단하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서, 함침된 섬유 재료가 편평화된 섬유 번들인 것을 특징으로 하는 방법.
제 44 항에 있어서, 편평화된 섬유 번들을 매트 또는 클로쓰로 제직하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 45 항 중 어느 한 항에 있어서, 수지 조성물이 냉각시 결정성 영역을 형성할 수 있는 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 46 항에 있어서, 수지 조성물이 산-개질된 또는 무수물-개질된 폴리프로필렌 또는 폴리에틸렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 47 항에 있어서, 섬유 재료가 유리인 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 48 항 중 어느 한 항에 있어서, 프리프레그를 원하는 형상으로 성형하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제 35 항에 있어서, 프리프레그가 레이-업, 압축 성형, 사출 성형, 열 성형, 블로우 성형, 칼렌더링, 압출, 주조, 적층, 필라멘트 윈딩, 회전식 성형, 전달 성형, 스탬핑 및 제직 작업, 및 이들의 조합으로 구성되는 선택되는 방법에 의해 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
제 1 항 내지 제 50 항 중 어느 한 항에 의하여 성형된 것을 특징으로 하는 물품.
섬유성 강화재를 제 1 온도에서 용융 수지 조성물로 함침시키는 단계에 의하여 성형된 프리프레그 물질로서, 여기서 용융 수지 조성물의 온도는 제 1 온도 보다 적어도 약 75℉ 낮고, 상기 프리프레그 물질은 실질적으로 공극이 없는 것을 특징으로 하는 물질.
제 52 항에 있어서, 약 25 내지 약 75 중량%의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 52 항에 있어서, 열가소성 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 52 항에 있어서, 열경화성 조성물을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 52 항에 있어서, 유리 섬유, 탄소 섬유, 흑연 섬유, 중합체 섬유, 아라미드 섬유 및 이들의 혼합물로 구성되는 군으로부터 선택되는 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 52 항에 있어서, 강화재가 고 실리카 유리 섬유를 포함하는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 52 항에 있어서, 강화재가 사이징 또는 피니싱 물질로 코팅되는 것을 특징으로 하는 프리프레그 물질.
제 22 항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 섬유-강화 물품.
제 23 항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 섬유-강화 물품.
제 24 항의 방법에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 섬유-강화 물품.
섬유성 강화재를 제 1 온도로 가열하기 위한 히터, 섬유성 강화재에 인장을 가하기 위한 수단, 및 가열된 강화재가 용융 수지 조성물과 접촉하는 가열된 섬유성 강화재를 위한 유입구 및 유출구를 가지는 용기를 포함하며, 상기 용기는 그 안에 섬유성 강화재를 위한 전단 메커니즘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연속 섬유 재료를 함침시키기 위한 장치.
제 62 항에 있어서, 전단 메커니즘이 적어도 하나의 전단 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항에 있어서, 전단 메커니즘이 하나 내지 약 네 개의 전단 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항에 있어서, 전단 메커니즘이 한 쌍의 전단 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 63 항 내지 제 65 항 중 어느한 항에 있어서, 적어도 하나의 전단 핀이 용융 수지 조성물을 제공하기 위한 개구를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 63 항 내지 제 66 항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 전단 핀이 전단 핀을 가열하기 위한 열 급원에 접촉되는 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항 내지 제 67 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용기가 수지 조성물에 압력을 가하기 위한 단위를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항 내지 제 68 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유출구가 사이징 다이인 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항 내지 제 69 항 중 어느 한 항에 있어서, 강화된 매트릭스 수지 조성물을 원하는 형상의 물품으로 성형하기 위한 주형 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 62 항 내지 제 70 항 중 어느 한 항에 있어서, 히터는 복사 히터, 유도 히터, 적외선 터널, 오븐, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
섬유성 강화재를 제 1 온도로 가열하기 위한 히터 및 가열된 섬유성 강화재를 수지 조성물과 함께 압축하기 위한 압축 단위를 포함하며, 가열된 섬유성 강화재가 처음으로 수지 조성물과 접촉되는 지점에서 측정된 제 1 온도가 수지 조성물의 융점, 연화점 또는 Tg 이상인 것을 특징으로 하는, 강화된 매트릭스 수지 조성물을 프리프레깅하기 위한 장치.
제 72 항에 있어서, 압축 단위가 적어도 한 쌍의 압축 롤러인 것을 특징으로 하는 장치.
제 72 항에 있어서, 상기 온도가 수지 조성물의 융점, 연화점 또는 Tg 위 약 500℉ 이하인 것을 특징으로 하는 장치.
제 72 항 에 있어서, 상기 압축 단위 뒤에 배치된 사이징 다이를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 72 항에 있어서, 강화된 매트릭스 수지 조성물을 원하는 형상의 물품으로 성형하기 위한 주형 장치를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제 72 항에 있어서, 히터가 복사 히터, 유도 히터, 적외선 터널, 오븐, 및 이들의 조합으로 구성되는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 장치.
섬유성 강화재를 제 1 온도로 가열하기 위한 히터 및 가열된 섬유성 강화재를 결정화 가능한 수지 조성물과 함께 압축시키기 위한 압축 단위를 포함하며, 가열된 섬유성 강화재가 처음으로 수지 조성물과 접촉되는 지점에서 측정된 제 1 온도가 상기 강화재와 상기 수지 조성물의 경계면에서 결정화를 야기시키기에 충분히 높은 것을 특징으로 하는, 강화된 매트릭스 수지 조성물을 프리프레깅하기 위한 장치.
제 78 항에 있어서, 상기 수지 조성물이 200 파스칼 보다 큰 점도를 가지는 것을 특징으로 하는 장치.
제 78 항에 있어서, 상기 결정화가 말레산 무수물 기의 존재로 인하여 증진되는 것을 특징으로 하는 장치.