KR20040071235A

KR20040071235A - 열가소성 매트릭스를 이용한 복합 재료의 제조 방법

Info

Publication number: KR20040071235A
Application number: KR10-2004-7009674A
Authority: KR
Inventors: 마스쿠스피터; 크루세크리스티앙; 슈미트에두어르트; 메티에르안레아스; 로흐밀러조니
Original assignee: 이엠에스-케미에 아게
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2004-08-11
Also published as: US20050214465A1; WO2003053661A1; EP1456005A1; CN1615215A; JP2005513206A; AU2002347115A1

Abstract

본 발명은 강화 재료(29) 및 열가소성 폴리아미드로 이루어지는 복합 재료(33)의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 단순한 장치를 이용하여 연속 공정 조절로 고속 생산을 가능케 한다. 본 발명의 방법은 하기 단계를 포함한다: 활성화된 락탐 멜트(11)가 중합하지 않는 온도에서 강화 재료(29)를 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)로 함침시키는 단계; 함침된 강화 재료(30)를 가열된 다이를 통과시키지 않고 필수적으로 비접촉 방식으로 가열 장치(17) 내에서 가열 및 중합하는 단계; 결과 생성되는 고온 중합된 복합 재료(31)를 냉각 장치(18) 내에서 냉각시키는 단계. 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)는 먼저 락탐 또는 보다 정확하게는 락탐의 혼합물을 용융시켜 모노머 멜트(3)를 얻음에 의하여 제조되고, 강화 재료(29)의 함침 공정 직전에 액상 개시제(5)을 상기 모노머 멜트(3)에 첨가하며, 상기 액상 개시제(6)는 용해된 형태로 활성화제 및 촉매 기능을 동시에 가진다.

Description

열가소성 매트릭스를 이용한 복합 재료의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING COMPOSITE MATERIALS USING A THERMOPLASTIC MATRIX}

강화 재료 및 매트릭스로서 열가소성 폴리아미드로부터 복합 재료를 제조하기 위하여, 한편으로는 모노머를 축중합하는 방법이 사용되고 있으며, 또 한편으로는 물의 부재 하에 수행되는 음이온 중합이 사용되고 있다. 음이온 중합 공정에서, 락탐의 음이온 중합은 락타메이트에 의해 촉매화되며, 부가적으로, 예컨대, 아실락탐 또는 이소시아네이트 형태의 소위 활성화제를 사용하여 시작될 수 있다 (활성화된 음이온 중합, 참조. 에컨대, Kunststoff-Handbuch, Volume 3/4 Technische Thermoplaste Polyamide, Ludwig Bottenbruch and Rudolf Binsack 저, Carl Hanser Verlag, Nunich and Vienna, 1998, 특히 48면 등). 가수분해 중합과 비교하여, 락탐의 활성화된 음이온 중합은 보다 높은 반응 속도의 잇점이 있으며, 따라서 원칙적으로 보다 높은 생산 속도의 가능성을 제공한다.

섬유-강화 브레이드, 부직물, 직조 섬유 또는 필라멘트 직물, 또는 로빙 및 열가소성 매트릭스로서 폴리아미드를 이용한 반제품, 공동(hollow) 물품, 유기금속시트, 프로필 등의 제조는 대개 소위 펄트루젼(pultrusion) 공정으로 수행되며, 상기 공정에서, 중합을 위한 모노머 또는 전구 폴리머로 함침되거나 포화된 강화 재료가 몰드 내로 함침 직후 투입되거나 몰드를 통하여 풀링되며, 이는 각각 중합이 완전히 일어나는 온도에서 유지되고, 생산될 물품의 최종 형상이 압력 하에 창출된다 (참조. 에컨대, "Einfuhrung in die Technologie der Faserverbundwerkstoffe", W. Michaeli et al. 저, Carl Hanser Verlag, 1989). 열경화성 플라스틱 부품과 달리 열가소적으로 재생가능한 잇점을 가지는 강화 열가소성 부품의 펄트루젼과 관련하여, 원칙적으로 열가소성 재료의 폴리머 멜트는 대개 융점에서 낮은 유동성(고점도)을 보이며, 매트릭스가 실온에서 고체라는 문제점이 있다. 그럼에도 불구하고, 열가소성 재료를 사용하는 펄트루젼 방법을 수행가능하도록 하기 위해서, 강화를 위하여 사용되는 섬유 등의 함침/포화에 보다 높은 온도가 요구되나 (온도의 상한은 물론 폴리머가 분해하는 온도에 의하여 결정된다), 그렇다면, 고점도의 결과로서, 함침된 강화 재료가 펄트루젼 몰드 내로 도입되면 멜트의 상당한 축적 및 역류가 몰드 내로의 입구에서 일어난다는 문제가 있으며 (소위 "bird's nest", 참조. 예컨대, "Kunststoffe", 88(1998) 5, 485면 등, Carl Hnaser Verlag, Munich), 이와 함께 심지어 강화 재료인 섬유가 비말동반될 수 있으며, 최악의 경우 입구에서의 멜트의 온도의 감소로 인하여 차단될 수도 있다. 멜트 역류 및 멜트의 고점도는 (몰드가 노출되는 고 전단력과 함께) 대개 제조 공정 속도를 제한하는데, 이는 제조 공정 속도가 제조 공정의 끝에서 가능한 인장력에 적합하게 되어야 하며, 이는 필수적으로 강화 재료의 인장 안정성에 의하여 결정되기 때문이다 (참조. 예컨대, "Processing of continuous fibre reinforced thermoplastics", Prof. A.G. Gibson 저, "7th Lausanne Polymer Meeting, Processing and Properties of Thermoplastic Matrix Composites, Lausanne, July 21-22, 1992, Ecole Polytehique Federale de Lausanne (EPFL) 주최"). 3m/min 이하의 풀링 속도가 열경화성 플라스틱의 펄트루젼에서 가능한 반면 (참조, 예컨대 "Einfugrune in die Technologie der Faserverbundwerkstoffe", W. Michaeli et al. 저, Carl Hanser Verlag, 1989), 매트릭스로서 열가소성 폴리아미드를 이용하는 경우 현저히 낮은 풀링 속도만이 가능하다. 보다 높은 풀링 속도는 강화사가 미리 폴리머 섬유와 혼합된 (예컨대, 하이브리드사) 경우에만 가능하다.

EP 0544049 A1은 소위 2-포트 방법에 의한 펄트루젼 방법을 개시하고 있으며, 여기서 음이온적으로 활성화된 락탐 멜트가 섬유를 함침시키는데에 이용되며, 도구, 즉 몰드 내 온도는 적어도 폴리아미드(폴리아미드-6)의 용융 범위로 상승된다. 이는 펄트루젼 프로필의 향상된 특성 및 향상된 표면을 유도하기 위함이다. 이러한 조작에서, 락탐 멜트의 제1 부가 촉매와 혼합되고 다른 탱크에서 락탐 멜트의 제2 부가 활성화제와 혼합되는 방식으로 락탐 멜트가 제조된다. 이들 두 멜트는 함침 공정 직전에 혼합된다. 상기 문헌에서 펄트루젼을 위해 사용되는 몰드는 US 4,635,432 호에 기재되어 있으며, 그 내부 직경이 펄트루데이트(pultrudate)의 바람직한 외부 직경에 상응하는 관상 몸체이다. 짧은 몰드에 대해서는, 특히, 멜트의 드리핑 문제가 상기 문헌에 언급되며, 몰드는 펄트루데이트의 직경의 적어도 15 내지 30 배로 만들어 질 것이 제안된다.

US 5,424,388은 또한 상기 2-포트 방법에서 활성화된 음이온 락탐 멜트를 사용하는 몰딩의 펄트류젼을 개시하고 있으며, 여기서 공급되는 강화 재료가 멜트로 함침되며 그 직후 핫 몰드 내로 풀링되며, 매트릭스가 완전히 중합된다. 최대 가능한 풀링 속도가 0.5m/min으로 언급된다.

상기 2-포트 방법과 달리, EP 0544049 A1 및 US 5,424,388에 개시된 바와 같이, 액상 촉매 및 활성화제를 함유하는 액상 개시제를 사용하는 가능성 또한 있다 (소위 1-포트 방법). EP 0791618 A1은 예컨대, 활성화된 음이온 중합에 의한 락탐 매트릭스를 이용하는 열적으로 재성형가능한 복합 재료의 제조 방법을 개시하고 있으며, 여기서 락탐 멜트는 강화 재료의 함침 직전에 이에 첨가되는 액상 개시제를 가지며, 활성화된 음이온 락탐 멜트, 촉매 및 활성화제를 용해된 형태로 함유하는 액상 개시제와 혼합된다. 이와 관련하여, EP 0872508 A1은 특히 실온 저장시 안정하고 음이온 락탐 중합에 적합한 액상 개시제를 개시하고 있다. 다른 가능한 액상 개시제 시스템은 모두 본 출원인의 문헌인 DE 19961818 A1 및 DE 19961819 A1에 개시되어 있으며, 여기서 액상 시스템 내에서, 촉매 및 활성화제가 분리되지 않으나, 대신 하나가 어느 정도로 두 가지 기능을 본래 소유하거나 나타내고, 두가지 기능 모두 락탐과 혼합시에 유용하게 된다. 이와 관련하여, DE 19527154 C2 또한 언급되며, 이는 음이온적으로 활성화된 락탐 중합을 이용한 열가소적으로 변형가능한 복합 재료의 제조 방법을 개시하고 있다. 다시 2-포트 방법 또는 분말 혼합 방법이 사용되며, 섬유의 함침은 소위 전구 폴리머 단계가 확립되는 온도, 즉, 작업이 액상 락탐 멜트가 함침시에 액상 폴리머 멜트로 직접 변화하는 온도 범위에서 수행된다.

본 발명은 강화 재료 및 매트릭스로서 열가소성 폴리아미드로부터 복합 재료를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 도면과 함께 실시예에 의해 상세히 설명한다.

도 1은 강화 재료 및 열가소성 폴리아미드 매트릭스로 이루어진 복합 재료를 음이온적으로 활성화된 락탐 중합을 이용하여 제조하는 방법을 수행하기 위한 장치를 개략적으로 도시한다.

도 2는 함침 및 가열 장치 내로 도입을 위한 장치의 예를 도시한다.

주요 도면 부호의 설명

1: 락탐 탱크

2: 락탐 위의 질소 분위기

3: 락탐, 모노머 멜트

4: 액상 개시제 탱크

5: 액상 개시제 위의 질소 분위기

6: 액상 개시제

7: 모노머 피드 (가열된)

8: 액상 개시제를 위한 피드

10: 믹서

11: 활성화된 모노머 혼합물, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트를 위한 피드

12: 강화 섬유를 위한 피드

13: 반제품 강화 재료를 구비한 섬유 롤 (보빈)

14: 가이드 롤러 쌍

15: 강화 섬유를 위한 예열 장치

16: 함침 장치

17: 가열 장치

18: 냉각 장치

19: 질소 피드

20: 질소 유출구

21: 대안적인 질소 유출구

22: 대안적인 질소 영역 경계

23: 스키밍 장치

24: 과량의 맬트릭스 재료의 제거

25: 질소 분위기

26: 조립 장치

27: 인출 장치 (트랙션 롤러)

28: 공정 방향

29: 강화 섬유

30: 함침된 강화 섬유

31: 중합된 복합 재료 (뜨거운)

32: 중합된 복합 재료 (차가운)

33: 복합 재료

34: 채널

35: 피드 롤러

a: 매트릭스 및 섬유의 제조

b: 함침 및 중합

c: 냉각 및 조립

따라서, 본 발명의 목적은 단순하고, 즉, 단순한 장치를 이용하여 수행될 수 있고, 특히 원료, 즉 미리 함침되지 않은 강화 재료의 경우, 연속 제조 방법으로 높은 공정 속도를 허용하는, 강화 재료 및 열가소성 폴리아미드로 이루어진 복합 재료의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본원에서 용어 "폴리아미드"는 호모폴리아미드, 코폴리아미드 및 이들의 혼합물을 의미한다.

상기 목적은 하기 단계를 포함하는 방법에 의하여 달성된다:

- 활성화된 락탐 멜트가 현저히 중합하지 않는 온도에서 공급된 강화 재료를 음이온 중합을 위하여 활성화된 락탐 멜트로 함침시키는 단계;

- 상기 강화 재료를, 가열 또는 가열되지 않은 몰드를 통과시키지 않고 현저한 접촉 없이 가열 장치를 통과시키면서, 가열 장치 내에서 가열 및 중합하는 단계

- 결과 생성되는 고온 중합된 복합 재료를 냉각 장치 내에서 냉각시키는 단계,

상기 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트는, 락탐 또는 락탐 혼합물을 용융시켜 모노머 멜트를 형성하고, 필수적으로 강화 재료의 함침 직전에 상기 모노머 멜트와 액상 개시제를 혼합함에 의하여 제조되고, 상기 액상 개시제는 용액 내에서 활성화제 기능 및 촉매 기능을 동시에 가진다.

따라서, 본 발명의 핵심은 실제 펄트루젼 몰드, 즉 실제 몰딩 도구의 사용을 완전히 불필요하게 하는데에 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 펄트루젼 몰드의 사용은 풀링 속도를 크게 제한한다. 놀랍게도, 펄트루젼 몰드가 완전히 불필요하게 될 수 있음, 즉, 매트릭스가 상응하는 온도에서 완전히 중합하는 가열 장치 내로 필수적으로 직접적으로 함침된 강화 재료를 도입하는 것이 가능함이 이제 밝혀졌다. 어떠한 경우 필요할 수 있는 스트랜드의 프로필링은 열가소성 변형 (예컨대, 롤 성형)에 의한 중합 후 임의로 수행될 수 있다. 펄트루젼 몰드가 사용될 때 일어나는 높은 인장력 또는 마찰 또는 제동력이 상기 방식으로 완전히 피하여질 수 있고, 따라서 현저하게 보다 높은 생산 속도가 가능하게 된다.

종래 기술에 의하면, 활성화된 락탐 멜트는 대개 소위 2-포트 방법으로 제조된다. 즉, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트는 한 가지는 촉매를 함유하고 다른 한가지는 활성화제를 함유하며, 강화 재료의 함침 공정 직전에 필수적으로 완전히 혼합되는 두 개의 분리된 락탐 멜트를 이용하여 제조된다. 이러한 방법의 한 가지 문제점은, 필수적으로 모노머의 융점으로 유지되어야 하는 락탐 멜트를 함유하는 두 개의 포트가 활성화제 또는 촉매의 존재로 인하여 미리 중합하거나 또는 어떠한 방식으로 반응하려는 경향을 가진다는 점이다. 이러한 2-포트 방법에서는 포트가 전체 시간 동안 준비된 채 유지되어야 하므로, 2-포트 방법은 따라서 연속 공정에는 부적합하다. 그러나, 본 발명에 따르면, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트가, 필요하다면 충전재 또는 기타 첨가제 (예컨대, 열 및 UV 안정화제 또는 착색제)를 첨가하면서, 락탐 또는 락탐 혼합물을 용융하여 모노머 멜트를 형성하고, 필수적으로 강화 재료의 함침 공정 직전에 상기 모노머 멜트를 액상 개시제와 혼합함에 의하여 제조되며, 상기 액상 개시제는 활성화제 기능 및 촉매 기능을용액 내에서 동시에 가지며, 특히, 반드시 그러할 필요는 없으나, 실온에서 저장 및 액체에 안정하다. 저장에 안정한 모노머와 촉매 기능 및 활성화제 기능을 모두 보이는 액상 개시제를 별도로 공급하면서 상기 모노머 멜트와 액상 개시제를 함침 직전까지 혼합하지 않고 공정을 수행함은, 융점에서 필요시 불활성 가스(에컨대, 건조 질소) 하에 유지되는 모노머 멜트가 촉매 또는 활성화제의 첨가 없이 저장에 안정하므로, 상기한 문제점들을 피할 수 있는 연속적이고 경제적인 공정을 가능케 한다.

높은 생산 속도를 달성하기 위하여, 반응성이 높은 개시제 또는 활성화제가 사용되어야 하며, 이들은 상기한 이유로 락탐 멜트와 분리되어 유지되고 사용 직전까지 락탐 멜트와 접촉되어서는 않된다 - 이는 실제로 1-포트 방법으로만 기술적으로 경제적으로 가능하다.

음이온 중합을 위해 활성화된 본 발명에서 사용되는 락탐 멜트는 필수적으로 지방족 락탐, 특히 바람직하게 부티로락탐, 발레로락탐, 카프로락탐, 엔안트로락탐 또는 라우로락탐, 또는 상기 락탐의 혼합물로 이루어지는 멜트이며, 상기 락탐 멜트는 용액 내에서 촉매 및 활성화제 기능을 가지는 액상 개시제를 함유한다. 혼합물에 대해서, 중합에 의하여 코폴리아미드-6/12를 생성하는 카프로락탐 및 라우로락탐으로 이루어진 혼합물이 바람직하다. EP 0791618 A1 또는 EP 0872508 A1에 개시된 바와 같은 액상 시스템이 특히 액상 개시제로서 사용될 수 있따. 액상 개시제에 대하여, 상기 문헌의 개시 내용 모두 본 발명의 개시에 포함된다.

바람직한 양태에 의하면, 상기 액상 개시제는 알칼리 금속, 테트라알킬암모늄 또는 알칼리 토 금속 락타메이트 형태의 촉매, 특히 소듐 또는 포타슘 락타메이트를 함유하며, 상기 락타메이트는 5 내지 13 고리 원, 바람직하게 5 내지 7 고리 원을 가지며, 보다 바람직하게 카프로락타메이트가 사용된다.

다른 바람직한 양태에 의하면, 상기 액상 개시제는 아실락탐, 카르보디이미드, 폴리카르보디이미드, 모노이소시아네이트, 및/또는 디이소시아네이트 형태의, 및/또는 이들 활성화제의 혼합물 형태의, 음이온 중합을 활성화하는 활성화제를 함유하며, 상기 활성화제는 바람직하게 락탐 또는 히드록시-지방족 알킬옥사졸린으로 마스킹된다.

다른 바람직한 양태에 의하면, 상기 액상 개시제 내에 촉매 및 활성화제 기능이, 락탐과 접촉시 촉매 및 활성화제를 형성하는데에 필요한 구조적 요소를 자유로운 또는 부분적으로 내지 완전히 고유한 방식으로 나타내는 용해된 형태의 적어도 하나의 개시제 성분에 의해 나타내어진다. 이러한 구조는 특히 개시제 성분이 비양성자성 용매화 매질 내 이소시아네이트 및/또는 카르보디이미드와 양성자성 화합물 및 염기와의 반응 생성물일 경우 제공될 수 있다. 즉, 상기 액상 개시제는 예컨대 본 출원인의 DE 19961818 A1 및 DE 19961819 A1에 개시된 바와 같은 시스템일 수 있다. 액상 개시제에 대하여, 상기 문헌들의 개시 내용 모두 본원의 개시 내용에 포함된다.

함침을 위하여, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트의 액상 개시제 함량은, 가열 장치 내에서 중합이 필수적으로 완전히 가열 장치를 통과하는 기간 내에 가열 장치 내 온도에서 일어나도록 조절된다. 이러한 목적을 위하여, 액상 개시제는 대개 모노머 멜트와 100% 활성화된 음이온 락탐 멜트에 대하여 1 내지 10 중량%, 특히 2 내지 4 중량%의 양으로 혼합된다. 상기 비율은 또한 활성화제의 반응성에 의존한다.

또 바람직한 양태에 의하면, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트는 부가적으로 충전재 또는 기타 첨가제, 예컨대 열 및 UV 안정화제 또는 착색제를 포함한다. 열 안정화제는 또한 본원에서 항산화제로도 불리운다.

상기 강화 재료는 예컨대, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 고온 폴리아미드 섬유, 금속 섬유 또는 이들의 조합 (예컨대, 감긴 연속 필라멘트, 방사, 스테이플 파이버사, 로빙과 같은 스트랜드, 등), 및/또는 상기 섬유로부터 형성된 텍스타일 제품 (에컨대, 매트, 니들링된 펠트 등, 또는 편물과 같은 직조 텍스타일, 직물, 브레이드, 스티칭된 직물, 부직물, 등) 또는 이들 섬유 및/또는 텍스타일 제품의 조합과 같은 다양한 구조를 포함한다. 본 발명에 의한 방법은 특히 함침 동안 압력의 적용 및/또는 고 점성 멜트 내 (펄트루젼 몰드 내) 전단이 상당한 섬유 손상(섬유 파손)을 초래하는, 섬유 또는, 일반적으로 약하고 부스러지기 쉽고 및/또는 높은 모듈러스인 강화 재료 (예컨대, 탄소 섬유) 및 이에 상응하는 텍스타일 제품에 적합하다. 모노머 멜트로 신속하고 압력으로부터 자유로운 코팅 및 힘의 적용 없이 자유로운 중합을 통하여, 높은 품질의 손상되지 않은 복합 재료를 얻을 수 있다.

또 다른 바람직한 양태에서, 상기 강화 재료는 함침 전에, 예컨대 예열 장치 내에서 건조 및/또는 예열되며, 예열은 특히 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트의 융점 이상의 온도로 수행된다. 상기 예열된 강화 재료는, 예컨대 침지 욕 내에서, 필요하다면 몇몇 스퀴즈/침지 사이클을 이용하여, 또는 스키밍 포인트를 가지는 공동 프로필에서 멜트로 함침 또는 포화될 수 있다.

본 발명에 따른 또 다른 바람직한 양태에 의하면, 상기 강화 재료는 하나 이상의 시트 또는 필라멘트 형태로 예열 장치를 연속적으로 통과하고, 필요하다면 인장-조절 공급 롤러를 이용하여 운송되며, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트로 함침되고, 가열 장치 및 냉각 장치를 통과하고, 냉각 장치의 인출 장치 다운스트림으로부터 인출된다. 상기 인출 장치는 롤러, 크롤러, 클램프를 구비한 인출 장치, 또는 윈더일 수 있다. 상기 복합 재료는 바람직하게 이러한 방식으로 공정을 통하여 적어도 1m/min의 속도, 특히 적어도 5m/min의 속도로 전진된다. 10m/min 이상의 속도가 특히 바람직하며 경제적으로 매우 이롭다.

또 다른 바람직한 양태에 의하면, 가능한한 락탐 멜트의 산화를 방지하기 위하여, 필수적인 공정 단계가 보호 가스 분위기 하에 (불화성 가스 분위기 내) 수행된다. 이는 함침된 강화 재료가 보호 가스 분위기 하에, 특히 (건조) 질소 분위기 하게, 적어도 가열 장치 내에서 운송됨을 의미하며, 특히 바람직한 양태에서, 강화 재료가 가열 또는 건조되는 영역, 함침이 일어나는 영역, 및 락탐 멜트 및 적절하다면 액상 개시제 및 냉각 장치가 유지되는 탱크가 보호 가스 분위기 하에 유지된다. 사용되는 보호 가스를 통한 역류는 가열 장치 및 냉각 장치 내에서 특히 유리한 것으로, 즉, 강화 재료가 가열되는 영역, 함침 영역, 및 특히 가열 및 냉각 장치 영역 내에서, 보호 가스가 공정 방향에 대한 역류로 운송되는 것이 유리한 것으로 밝혀졌다. 보호가스의 역류는, 결과적인 이송 재료 상의 약간의 증가된 압력과 조합되어, 승화 문제 (락탐의 승화, 및 이에 상응하는 원치 않는 함침된 강화 재료로부터 모노머 제거, 및 탈승화(desublimated) 락탐의 공정을 제한하는 벽, 예컨대 공동 프로필 형태의 채널 상에 부착)가 크게 감소되는 효과를 유도한다. 함침된 강화 재료의 오버플로우는 명백히 감소된 승화 및/또는 보다 나은 가이드 시스템으로부터 승화물의 제거를 유도한다. 특히, 냉각 장치를 통하여 다운스트림으로부터 어느 정도 보호가스로 덮일 경우, 가열 장치를 통하여, 및 적어도 함침의 다운스트림 영역에 대해서는, 균일하고 일정한 (즉, 균형잡힌, 갑작스럽지 않은) 온도 관리 (가열 또는 냉각)가 보증될 수 있다 - 이는 한편으로는 에너지의 관점에서 유리하고, 또 한편으로 승화 부착을 더욱 감소시킨다. 이러한 접근은 특히 라우로락탐보다 현저히 큰 승화 경향을 가지는 카프로락탐을 사용할 경우 유리하다.

특히, 보호 가스로 덮힌 부피가 너무 커지는 것을 방지하기 위하여, 전체 공정 라인 (예열 장치, 함침, 가열 및 냉각 장치)을 유리하게 채널 형태로 고안한다. 이러한 채널은, (건조) 질소 유동을 위하여 또한 함침된 강화 재료를 필수적으로 접촉 없이 채널을 통하여 운송하기 위하여, 주위의 충분한 자유 공간이 함침된 강화 재료와 채널 벽 사이에 남겨지도록, 그 단면이 함침된 강화 재료의 단면에 적합하도록 된다. 상기 채널 또는 통과 영역의 벽은 바람직하게 테플론으로 형성된다.

너무 많은 양의 락탐 멜트의 비말동반(entrainment)을 방지하기 위하여, 공정 방향에서 필수적으로 함침 및 가열 장치 내로의 도입 전에 과량의 락탐이 스키밍되는 스키밍 포인트를 상기 함침된 강화 재료가 통과할 수 있다. 대안적으로,요구되는 락탐 멜트는 또한 미터링 또는 조절 장치 (예컨대, 펌프)에 의하여 공급될 수 있다.

특히 바람직한 양태에 의하면, 사용되는 락탐은 라우로락탐이며, 이는 151℃의 융점 이상(대개 약 170℃)으로 용융, 즉 가열되고, 실온으로 유지되는 액상 개시제가 이에 첨가되고, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트와 혼합된다. 약 170℃로 예열되고 연속 공급된 강화 재료는 약 170℃의 온도에서 함침되고, 채널 내에서 보호 가스 분위기 하에 가이드되면서 200 내지 250 ℃ 온도에서 30 초 내지 5 분 동안, 특히 1 내지 3 분 동안, 가열 장치 내에서 필수적으로 접촉 없이 자유롭게 완전히 중합된 다음, 냉각 장치 내에서 150℃ 미만의 온도로 냉각된다.

또 다른 특히 바람직한 양태에 의하면, 사용되는 락탐이 카프로락탐이며, 이는 69℃ 융점 이상으로 (대개 약 170℃) 용융 즉 가열되고, 실온으로 유지되는 액상 개시제가 이에 첨가되고, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트와 혼합된다. 약 170℃로 예열된 연속 공급된 강화 재료는 약 170℃에서 함침되고, 채널 내에서 보호 가스 분위 하에 가이드되면서 230 내지 240℃ 온도에서 30초 내지 5분 동안, 특히 1 내지 3 분 동안, 가열 장치내에서 필수적으로 접촉없이 자유롭게 완전히 중합된 다음, 냉각 장치 내에서 200℃ 미만의 온도로 냉각된다. 또한, 가열 장치를 폴리카프로락탐의 융점 이하의 온도에서, 즉 222℃ 이하에서 작동시키고, 이러한 보다 저온에서 중합을 실행하는 것이 가능하다. 그렇다면, 공정은 서서히 진행하며, 가열 장치를 통한 보다 긴 통과를 요하거나, 반응이 액상 개시제 투입 증가에 의해 가속화되어야 한다.

매우 큰 면적을 가진 생성물의 제조에서, 텍스타일 생성물을 콘베이어 벨트에 의해 함침되도록 하고 전체 공정 라인을 통하여 이러한 방식으로 유지시키는 것이 유리할 것이다.

다른 양태에 의하면, 완전히 중합된 복합 재료가 라인 내에서 예컨대 롤 성형 또는 간헐적 핫 프레싱과 같은 방법으로 프로세싱되어 프로필을 생성하거나, 열가소성 후처리를 후에 가한다. 또한, 상기 완전히 중합된 복합 재료는 완전히 함침된 섬유 복합 재료 반제품 (예컨대 유기금속 시트)으로 제조될 수 있고, 이를 다시 가압하여 3-차원 몰딩을 제조할 수 있다. 본 발명에 의하여 수행되는 완전 섬유 함침은 매우 짧은 성형 시간 및 따라서 높은 경제 효율을 제공한다. 장섬유-강화 과립의 제조 또한 이러한 방식으로, 즉 완전히 중합된 복합 재료 스트랜드를 그래뉼레이터의 회전 나이프로 절단함에 의해 가능하다. 이러한 과립은 또한, 예컨대 사출 성형 또는 압출 방법에 의하여 추가로 프로세싱되어 몰딩에 우수한 기계적 특성을 부여할 수 있다. 그러나, 사용되는 복합 재료는 또한 후에 크러싱될 수 있고, 적절하다면 첨가되는 다른 물질을 가지며, 사출 성형 또는 프레싱에 의해 재활용될 수 있다.

또 다른 바람직한 양태는 첨부 청구항에 기술된다. 제조된 반제품은 따라서 바람직하게 열성형, 압출, 딥 드로잉, 프레싱, 열가소성 재료(동일 또는 다른 유형)와의 결합으로부터 선택되는 열가소성 후처리에 의해 추가로 프로세싱될 수 있다. 열가소성 수지와의 결합은 바람직하게 사출 성형, 프레싱 또는 용접에 의해 실행되며, 오버몰딩 또는 2-샷 몰딩과 같은 특정 방법 또한 사출 성형 방법으로 간주된다.

본 발명은 또한 상기한 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.

본 발명의 방법을 이를 수행하기 위한 장치를 개략적으로 도시하는 도 1을 참조로 하여 예시한다. 이 경우, 방법은 1-포트 방법, 즉 함침 직전에 액상 개시제를 락탐 멜트에 첨가함으로써 음이온적으로 활성화된 락탐 멜트를 제조하는 방법이다.

좌측으로부터, 강화 재료(29)가 먼저 투입된다. 도면에 예시된 경우, 6 웹의 섬유 롤(13)이 사용되며 가이드 롤러(14) 한쌍에 의하여 적절한 상대 위치로 놓여진다. 강화 재료(29)는 그러나, 보빈(bobbin)으로부터 공급되고 원하는 배열로 공정 내로 채널링되는 복수의 필라멘트, 로빙 등일 수 있다. 또한, 예컨대, 직조 또는 부직 텍스타일 강화 재료의 경우, 이를 하나의 롤(13)로부터만 공급하는 것도 가능하다. 앞서 언급한 바와 같이, 강화 재료(29)는 예컨대 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 고온 폴리아미드 섬유, 금속 섬유 또는 이들의 조합과 같은 다양한 범위의 구조 및 재료를 포함할 수 이다. 이는 예컨대 감긴 연속 필라멘트, 방사, 스테이플 파이버사, 로빙 등과 같은 스트랜드일 수 있으며, 복수의 보빈(13) 및 가이드 롤러(14)를 경유하여 적절한 배열로 공정 내로 도입된다. 대안적으로, 또한 부가적으로 (섬유 및 텍스타일의 조합), 이들은 또한 상기 섬유 또는 이들의 조합으로부터 형성된 텍스타일 제품일 수 있다. 이는 예컨대, 매트, 니들링된 펠트 등 또는 직조 텍스타일 형태일 수 있다. 본 발명에 의한 방법은, 함침 동안 압력의 적용 및/또는 고점성 멜트 내 (펄트루젼 몰드 내) 전단이 상당한 섬유 손상(섬유 파손)을 초래할, 섬유 또는, 일반적으로, 약하고 부서지기 쉬운 및/또는 높은 모듈러스의 강화 재료 (예컨대, 탄소 섬유) 및 이에 상응하는 텍스타일 제품에 특히 적합한 것으로 밝혀졌다. 펄트루젼 방법에서 이러한 부서지기 쉬운 섬유가 열가소성 매트릭스로 함침되면, 멜트의 고점도로 인한 높은 인장력이 섬유 파손을 초래하며 따라서 펄트루젼 몰드의 입구에서 섬유의 버드 네스트(bird's nest)의 현저한 형성을 초래할 것이다. 또한, 섬유 파손은 최종 복합 재료의 질의 저하를 초래한다. 모노머 멜트로 신속한 무-압력 함침 및 힘의 적용없는 자유 중합을 통하여, 비손상 섬유와 비손상 복합 재료를 얻을 수 있다.

공급되는 강화 재료(29)는 연속적으로 채널링되고 첫번째 단계 a)에서 콘디셔닝된다. 이러한 작업에서, 웹 또는 스트랜드가 예열 장치(15)를 통과하며, 여기서 강화 재료(29)가 건조되고 요구되는 온도로 예열된다. 이는 멜트로서 공급되는 활성화된 락탐이 고화하지 않는 온도보다 약간 높은 온도로 가열된다. 함침시 강화 재료의 온도는 가열 장치 내로 도입 전에 락탐 멜트의 상당한 중합이 일어날 정도로 높지 않아야 한다. 대개 예열 장치(15) 내 온도를 락탐의 융점 이하 5 내지 30℃로 설정하는 것이 충분한 것으로 밝혀졌으며, 바람직하게 온도는 융점 이하 10 내지 20 ℃로 설정한다. 가열되고 건조된 강화 재료(29)는 다음, 적절하다면 인장-조절된 피드 롤러(35)를 이용하여 함침을 위한 영역(16) 내로 운송된다. 상기 피드 롤러는 특히 민감한 텍스타일을 인장 없이 구부러짐 없이, 적절한 함침을 보증하면서 함침 영역 내로 운송하는 작용을 한다. 본 명세서에서, 인장-조절된 이라 함은 피드 롤러의 구동이 텍스타일 웹 (또는 스트랜드) 내 인장 스트레스가함침 지점에서 낮도록 하는 방식으로 조절됨을 의미한다.

동시에, 락탐 멜트(3)가 락탐 탱크(1) 내에서 제조된다. 이는 그 융점 이상으로 가열되어 고점도 멜트가 얻어진다. 락탐 멜트(3)는 추가적인 첨가제, 예컨대, 가소제, 안정화제 등 및 충전재를 함유할 수 있다. 동시에, 용해된 형태로 촉매 기능 및 활성화제 기능을 모두 가지는 액상 개시제가 대개 실온에서 준비된 채 유지된다. 특히 EP 0791618 A1 및 EP 0872508 A1에 개시된 바와 같은 액상 개시제가 적절하다. 본 출원인의 공개 명세서 DE 19961818 A1 및 DE 19961819 A1에 기술된 것과 같은 액상 개시제 또한 가능하다.

모노머 멜트(3)는 가열된 모노머 라인(7)을 경유하여 믹서(10)로 운송되며, 액상 개시제는 액상 개시제를 위한 투입구(9)를 경유하여 믹서로 운송되며, 믹서에서 두 성분 모두 서로 완전히 혼합된다. 본 작업에서, 중합은 액상 개시제의 성질, 액상 개시제 대 락탐 멜트(3)의 비율, 및 반응 온도에 의해 조절된다. Sulzer 사, Winterthur (Switzerland)의 것과 같은 정적 혼합 장치가 특히 믹서(10)로서 적절하다.

믹서(10)의 다운스트림에서 얻어지는 활성화된 락탐 멜트(11)는 함침을 위한 영역(16) 내로 직접적으로 운송되고, 투입된 건조 및 예열된 강화 재료 상으로 도입된다. 본 작업에서, 영역(16) 내 온도는 유리하게 활성화된 음이온 락탐 멜트(11)의 융점 이상이며, 특히 예열된 강화 재료의 온도에 상응하는 온도, 즉, 예컨대 락탐 멜트의 융점 이상 10 내지 20℃의 온도이다. 본 작업에서, 저점도 멜트는 연속 공급된 강화재료(29)를 필수적으로 완전히 함침시키고 침투한다. 웹 형태의 텍스타일 강화 재료의 경우, 락탐 멜트를 웹 상으로 드리핑하는 것으로 충분하나, 정상적으로 강화 재료(29)는 침지 욕, 채널 또는 락탐 멜트 베일을통하여 도입되어야 한다. 함침된 강화 재료(30)는 다음 적절하다면 매트릭스의 중합이 적절히 시작되고 신속한 생산 속도로 스키밍을 위하여 점성이 너무 높기 전에, 스키밍 장치(23)를 통과하여 과량의 매트릭스 재료(24)를 스키밍한다.

함침된 강화 재료(30)는, 유리하게, 가능한한 적게 함침된 강화 재료(30)와 접촉하는 채널 내에 (예컨대 채널의 (내부) 벽은 테플론으로 제조된다) 최후로 운송되고, 그 온도가 함침된 강화 재료(30)가 가열 장치(17) 내에 있을 동안 활성화된 음이온 락탐 중합이 실제로 완전히 일어나는 온도인 가열 장치(17) 내로 운송된다. 중합은 전형적으로 실제로 완전하 사이클을 위하여 1 내지 2분을 필요로 하며, 요구되는 가열 장치(17)의 길이는 요구되는 생산 속도 및 중합 시간으로부터 계산되며, 개시제 또는 활성화제의 첨가량 및 성질에 따라 조절된다. 가열 장치를 비정상적으로 길게 (예컨대 40미터) 하지 않도록 하기 위하여, 롤러를 이용하여 가열 장치 내에서 함침된 강화 재료를 수차례 재루팅할 수 있으며 (본 작업에서, 롤러는 유리하게 테플론으로 제조된다), 가열 장치는 채널이기 보다는 체임버 형태이다. 그러나, 원칙적으로, 함침된 강화 재료는 접촉없이 운송되어, 가능한한 높은 생산 속도가 달성될 수 있다. 연속 텍스타일 제품의 자유 운송에 대한 대안으로서, 함침 후 그 자신의 중량 하에 찢겨질 매트의 경우, 가열 장치를 통하여 베이스, 예컨대 강철 또는 테플론 콘베이어 벨트 상에 운송할 수도 있다.

가열 장치의 다운스트림에서, 중합된 복합 재료(31)가 냉각 장치(18)내로 운송되고, 여기서 복합 재료는 적어도 폴리아미드의 경화 온도 이하로 냉각된다. 냉각 장치(18)의 다운스트림에서, 중합된 복합재료(32)는 트랙션 롤러(27) 또는 크롤러에 의해 전진되고, 공정을 통하여 풀링된다. 중합된 복합 재료(32)는 다음 어셈블리 공정(26)에 놓여질 수 있다.

락탐 및 폴리아미드 멜트가 일반적으로 산화되기 쉽기 때문에, 락탐 또는 폴리아미드가 용융 형태인 공정 영역은 불활성 가스 분위기(25) 하에 (예컨대 질소) 유지된다. 가열 장치(17) 내에서 산화가 특히 방지되어야 한다. 또한, 불활성 가스 (예컨대, N₂)는 건조되어, 부분적으로 물과 함께 개시제를 소모하지 않아야 한다. 이를 위하여, 공정 라인은 질소 피드(19)를 경유하여 건조 질소로 덮힐 수 있다. 부가적으로 사용되는 질소의 냉각 효과를 이용하기 위하여, 질소는 냉각 장치(18) 내 가열 장치(18)의 약간 다운스트림에 채널 내로 도입되어, 냉각 장치 영역 내 역류 냉각 또는 가열 장치 내 역류가 확립된다. 본 작업에서, 질소 분위기는 필수적으로 가열 장치(17) 및 냉각 장치(18) 영역 내에, 즉 경계(22)까지 필수적으로 유지될 수 있으나, 함침을 위한 영역(16) 및 강화 섬유의 예열 장치 영역(15)을 질소로 덮는 것이 가능하며, 예열 장치(15)의 다운스트림까지 질소를 라인(20)을 경유하여 제거하지 않는다. 상응하는 불활성 가스 분위기(5)가 액상 개시제(6) 상에서 유리한 것과 같이, 불활성 가스 분위기(2) 또한 락탐 멜트(3) 상에서 유지되어야 한다.

최종 복합 재료는 직접적으로, 부가적인 후처리 없이 사용되거나, 또는 절단또는 롤러 상으로 감겨질 수 있으며, 이는 열가소성 복합 재료이므로 라인 내 열 성형 공정 또는 별도의 공정에서 최종 제품으로 재사용 가능하다. 전형적인 복합 재료는 30 내지 75 중량%의 비율로 섬유 재료를 함유한다. 부가적인 후처리 없이 직접 사용될 수 있는 복합 재료의 예는 (에어타이트) 코팅된 직물 및 바(bar) 또는 로드이다.

본원 발명의 방법을 하기 실시예에 의하여 보다 상세히 설명한다

실시예 1

라우로락탐 펠릿을 탱크(1) 내에서 질소 분위기 하에 170℃에서 용융시킨다. DE 19961818 A1의 실험 7에 기술된 바와 같은 액상 개시제를 탱크(4) 내에서 실온으로 유지한다. DE 19961818 A1의 표 1 a)에 의하면, 실험 No. 7의 액상 개시제는 비양성자성 용매화 매질 N-옥틸피롤리돈 (NOP) 내에서의 디시클로헥실카르보디이미드(DCC)와 양성자성 화합물 Nylostab S-EED (Ny) 및 염기성 소듐 메텔레이트의 반응 산물이다. 본 작업에서, 액상 개시제(6) 및 락탐-12 멜트는 3.5:96.5 중량%의 비율로 사용된다. 액상 개시제(6)와 락탐-12 멜트는 믹서(10) 내에서 완전히 혼합되고, 저-점도 상태(대략 물과 같은)의 예열되고 건조된 강화 재료 상으로 놓여진다.

강화 재료인, Tenax Fiber 사, Wuppertal (독일)로부터의 5N21 타입 카본 섬유로 이루어진 12K (12,000 필라멘트) 로빙이 적절하다면 몇몇 보빈으로부터 공급되고, 예열 장치(15) 내에서 170℃ 온도에서 예열되고 건조된다. 예열 장치(15)의 다운스트림에서, 섬유 스트랜드(29)가 테플론 채널(34)로 도입되며, 여기서, 활성화된 음이온 락탐이 이를 통하여 함침을 위한 저-점도 형태로 공급되는 라인(11)이 약 15 내지 25cm (참조. 도 2) 후에 끝난다. 공정 방향(28)에서 활성화된 음이온 락탐의 투입 다운스트림에서, 채널(34)은 협착 또는 스키밍 포인트(23)을 나타내어, 협착의 채널 업스트림 부분에서 어느 정도 딥 욕이 형성되고, 활성화된 음이온 락탐 멜트 과량(24)이 채널(34)로의 입구에서 제거된다. 그러나, 락탐 멜트의 공급은 또한 과량이 전혀 제거되지 않는 방식으로 조절될 수 있다. 스키밍 포인트(23)의 다운스트림에서, 함침된 강화 재료(30)는 필수적으로 자유로운 현탁 형태로, 즉 가능한한 적게 채널과 접촉하며 가열 장치(18) 내로 운송된다. 가열 장치(17) 내로의 유입구의 업스트림에서, 질소를 위한 유출구(21)가 채널로부터 브랜칭되고, 이 지점에서 유리 또는 테플론으로 형성될 수 있다. 필수적으로 완전히 락탐 멜트에 담그어진 협착(23)은 공정 방향에서 유출구(21)의 업스트림에 위치하므로, 필수적으로 강화 재료가 도입되는 채널의 오프닝을 통한 상기 협착을 통한 질소의 조절되지 않은 유출이 없다. 또한, 이미 가열 장치(17)로 운송된 질소는 균일하고 일정한 따뜻한 온도의 유지, 또는 가열 장치 내로의 입구 및 질소를 위한유출구(21) 사이에서 함침된 강화 재료의 반응 온도로의 온도 상승을 초래하며, 따라서 유출구(21)를 가능한한 스키밍 포인트(23)에 가깝게 위치시키는 것이 유리하다. 도2 에 도시한 바와 같은 스키밍 포인트를 구비한 채널 또는 공동 프로필을 경유한 락탐 멜트의 공급은 일반적으로 유리한 것으로 밝혀지며, 특정 양태에서만 그러한 것이 아니다.

또 다른 가능한 강화 재료의 함침 방식은 강화 재료(29)를 롤러 상에서 딥 욕(11)내로 공급하는 것이다.

본 작업에서, 영역(16) 내 함침 공정은 170℃로 유지된다. 함침된 강화 재료가 통과하는 가열 장치 내에서, 온도는 약 250℃이고, 가열 장치(17)의 길이는 가열 장치 내에서 소정의 작업 속도로 약 2 분의 체류 시간을 초래하는 길이이다 - 사용되는 개시제 유형과 함께 매트릭스의 폴리아미드-12로의 완전한 중합에 충분하다. 실험적 셋업에서 오븐 타입 가열 장치(17) 내에서, 스트랜드(30)가 테플론 채널 내에 운송되고, 이 채널의 내부만이 질소로 덮인다. 가열 장치(17)의 다운스트림에서, 채널은 추가적으로 약 50cm 돌출되며, 공정 방향(28)의 반대 방향으로 T-피스를 경유하여 차가운 질소로 덮인다. 상기 다운스트림에서, 두 개의 롤러(27) 형태의 인출 장치가 있으며, 이는 최종 복합 재료(33)를 원하는 속도로 풀링한다.

최종 복합 재료(33)는 대개 정확한 단면 형태를 가지지 않으며, 많은 경우에 있어서 최종 제품을 구성하지 않는다. 그러나, 열가소성 매트릭스로 인하여, 라인 내에서 직접적으로 또는 최종 단면으로 후에 열가소적으로 재생가능하다.

실시예 2

카프로락탐 펠릿을 탱크(1) 내에서 80℃ 이상의 온도에서 질소 분위기 하에 용융시켰다. 실시예 1과 동일한 액상 개시제를 탱크(4) 내에서 실온으로 유지시켰다. 본 작업에서, 액상 개시제(6) 및 락탐-6 멜트를 3.5: 96.5 중량%의 비율로 사용한다. 액상 개시제(6) 및 락탐-6 멜트를 믹서(10) 내에서 완전히 혼합하고 저-점도 상태(대략 물과 같은)의 예열되고 건조된 강화 재료 상으로 놓는다.

실시예 1과 동일하게 강화 재료를 몇몇 보빈으로부터 공급하고, 170℃의 온도에서 에열 장치(15) 내에서 예열 및 건조한다. 나머지 공정은 실시예 1과 동일하나, 카프로락탐의 승화를 가능한한 낮게 유지하도록, 함침된 강화 재료가 통과하는 가열 장치 내 온도가 230℃로 실시예 1보다 약간 낮다.

승화의 추가적인 감소를 위하여, 원칙적으로, 특히 카프로락탐의 경우, 200℃에서도 중합 속도가 많은 경우 충분하므로, 가열 장치 내에서 결과 생성되는 폴리아미드-6의 융점 이하에서 작업할 수도 있다.

본 발명에 의하면, 단순하고, 즉, 단순한 장치를 이용하여 수행될 수 있고, 특히 원료, 즉 미리 함침되지 않은 강화 재료의 경우, 연속 제조 방법으로 높은 공정 속도를 허용하는 강화 재료 및 열가소성 폴리아미드로 이루어진 복합 재료의 제조 방법이 제공된다.

Claims

강화 재료(29) 및 열가소성 폴리아미드로부터 복합 재료(33)를 제조하는 방법으로서,

공급된 강화 재료(29)를 활성화된 락탐 멜트(11)가 현저하게 중합하지 않는 온도에서 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)로 함침시키는 단계;

상기 함침된 강화 재료(30)를 가열된 몰드를 통과시키지 않고, 상당한 접촉 없이 가열 장치(17)를 통과시키면서 가열 장치(17) 내에서 가열하고 중합하는 단계; 및

결과 생성되는 고온 중합된 복합 재료(31)를 냉각 장치(18) 내에서 냉각시키는 단계

를 포함하며,

상기 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)는 락탐 또는 락탐 혼합물을 용융시켜 모노머 멜트(3)를 형성하고, 필수적으로 상기 강화 재료(29)의 함침 단계 이전에 상기 모노머 멜트(3)와 액상 개시제(6)를 혼합함에 의하여 제조되고, 상기 액상 개시제(6)는 용액 내에서 활성화제 기능 및 촉매 기능을 동시에 가짐을 특징으로 하는

복합 재료의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 음이온 중합을 위해 활성화된 모노머 멜트(3)는 필수적으로 지방족 락탐, 특히 바람직하게 부티로락탐, 발레로락탐, 카프로락탐, 엔안토락탐 또는 라우로락탐, 또는 상기 락탐들의 혼합물로 이루어지는 멜트임을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 액상 개시제(6)는 실온에서 저장 및 액체 내에서 안정함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액상 개시제(6)의 촉매 기능은 알칼리 금속, 테트라알킬암모늄 또는 알칼리 토 금속 락타메이트, 특히 용해된 형태의 소듐 또는 포타슘 락타메이트 형태의 촉매에 의하여 나타내어지며, 상기 락타메이트는 5 내지 13 고리 원, 바람직하게 5 내지 7 고리 원을 가지고, 특히 바람직하게 카프로락타메이트가 사용됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액상 개시제(6)의 활성화제 기능은 바람직하게 용해된 형태의 락탐 또는 히드록시-지방 알킬옥사졸린으로 마스킹된, 아실락탐, 카르보디이미드, 폴리카르보디이미드, 모노이소시아네이트, 및/또는 디이소시아네이트, 및/또는 이들 활성화제의 혼합물 형태의 음이온 중합을 활성화하는 활성화제에 의하여 나타내어짐을특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액상 개시제(6)의 촉매 기능 및 활성화제 기능이, 락탐과 접촉시 촉매 및 활성화제 모두를 형성하는데에 필요한 구조적 요소를 자유로운 또는 부분적으로 내지 완전히 고유한 방식으로 나타내는, 용해된 형태의 적어도 하나의 개시제 성분에 의하여 나타내어짐을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,

상기 개시제 성분은 비양성자성 용매화 매질 내에서 이소시아네이트 및/또는 카르보디이미드와 양성자성 화합물 및 염기와의 반응 생성물임을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액상 개시제(6)는 상기 모노머 멜트(3)와 100% 활성화된 음이온 락탐 멜트(11)에 대하여 1 내지 10 중량%, 특히 2 내지 5 중량%의 양으로 혼합됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)가 부가적으로 충전재 또는기타 첨가제를 함유함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 강화 재료(29)가 편물, 직물, 브레이드, 스티칭된 직물, 또는 부직물와 같은, 특히 연속 필라멘트, 방사(yarn), 스테이플 파이버사(staple fiber yarn), 스트랜드, 로빙, 및/또는 상기 섬유 또는 이들의 조합으로부터 형성되는 텍스타일 제품 형태의, 유리 섬유, 카본 섬유, 아라미드 섬유, 고온 폴리아미드 섬유, 금속 섬유 또는 상기 섬유들의 조합임을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 강화 재료(29)가 함침 전에 건조 및/또는 예열되고, 상기 예열은 특히 상기 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)의 융점 이하의 온도로 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 강화 재료(29)가 하나 이상의 웹 또는 필라멘트의 형태로 연속적으로 공급되고, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)로 함침되고, 상기 가열 장치(17) 및 냉각 장치(18)를 통과하고, 인출 장치(27)에 의해 상기 냉각 장치(18)의 다운스트림으로부터 인출됨을 특징으로 하는 방법.
제12항에 있어서,

상기 복합 재료(33)가 공정을 통하여 적어도 1m/min의 속도로, 특히 적어도 5m/min의 속도로, 특히 바람직하게 10m/min 이상의 속도로 운송됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 함침된 강화 재료(30)가 보호 가스 분위기 하에, 특히 건조 질소 분위기 하에, 적어도 상기 가열 장치(17) 내에서 운송되고, 특히 바람직한 양태에서, 상기 강화 재료(19)가 가열 또는 건조되는 영역(15), 상기 함침이 일어나는 영역(16), 및 상기 락탐 멜트, 적절하다면 액상 개시제(6), 및 냉각 장치(18)가 유지되는 탱크(1,4)가 보호 가스 분위기 하에 유지됨을 특징으로 하는 방법.
제14항에 있어서,

상기 보호 가스가 강화재료(29)가 가열되는 영역(15), 상기 함침 영역(16), 및 특히 상기 가열 장치의 영역(17) 및 상기 냉각 장치(18)의 영역 내에서, 특히 상기 영역들(15-18) 사이에 밀착하는 방식으로 공정 방향(18)에 역류로 운송됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 가열 장치(17) 및/또는 상기 냉각 장치(18)가, 모든 면 상에 충분한 자유 공간이 상기 함침된 강화 재료(30)와 채널의 벽 사이에 남겨져서, 함침된 강화 재료(30)가 상당한 접촉 없이 채널을 통과할 수 있을 정도로, 상기 함침된 강화 재료(30)의 단면에 적응된 채널의 형태이며, 상기 채널은 특히 바람직하게 제14항 또는 제15항에 따르는 보호 가스로 덮임을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 함침된 강화 재료(30)가, 공정 방향(28)에서, 함침 후 및 필수적으로 가열 장치(17) 내로 투입되기 전에, 과량의 락탐이 스키밍되는 스키밍 포인트(23)를 통과함을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 사용되는 락탐이 라우로락탐이고, 상기 라우로락탐은 151℃ 이상의 온도에서 용융되고, 실온으로 유지되는 액상 개시제(6)가 이에 첨가되고, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)와 혼합되며,

약 170℃로 예열된 연속적으로 공급되는 강화 재료(29)가 약 170℃ 온도에서 함침되고, 200 내지 250℃ 온도 범위에서 30초 내지 5분 동안, 특히 1 내지 3분 동안 상기 가열 장치(17) 내에서 접촉없이 자유롭게 완전히 중합된 다음, 상기 냉각 장치(18) 내에서 150℃ 미만의 온도로 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 사용되는 락탐이 카프로락탐이고, 상기 카프로락탐은 69 ℃ 이상의 온도에서 용융되고, 실온으로 유지되는 액상 개시제(6)가 이에 첨가되고, 음이온 중합을 위해 활성화된 락탐 멜트(11)와 혼합되며,

약 170℃로 예열된 연속적으로 공급되는 강화 재료(29)가 약 170℃의 온도에서 함침되고, 230 내지 240℃의 온도 범위에서 또는 폴리카프로락탐의 융점 이하에서, 30초 내지 5분 동안, 특히 1 내지 3 분 동안, 상기 가열 장치(17) 내에서 접촉 없이 자유롭게 완전히 중합된 다음, 상기 냉각 장치(18) 내에서 200℃ 미만의 온도로 냉각됨을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

완전 중합된 복합 재료는 부가적인 후처리 없이 직접 재사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

완전 중합된 복합 재료는 라인에서 또는 추후에 열가소성 후처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

완전 중합된 복합 재료는 반제품으로 대량 생산됨을 특징으로 하는 방법.
제21항에 있어서,

상기 라인에서의 후처리는 롤 성형 및 간헐적 핫 프레싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 대량생산 반제품은 열 성형, 압출, 딥 드로잉, 프레싱, 및 열가소성 재료와의 결합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 열가소성 후처리에 의하여 추가로 프로세싱됨을 특징으로 하는 방법.
제24항에 있어서,

상기 열가소성 재료와의 결합은 사출 성형, 프레싱 또는 용접에 의하여 수행됨을 특징으로 하는 방법.
제22항에 있어서,

상기 대량생산은 장섬유 강화 과립의 생성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

사용된 복합 재료는 추후에 분쇄되며, 필요시 부가물을 공급하여 사출 성형 또는 프레싱을 통하여 재사용에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제27항에 의한 방법을 수행하는 것을 특징으로 하는 장치.