KR20220093200A - 미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법 - Google Patents

미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20220093200A
KR20220093200A KR1020227019015A KR20227019015A KR20220093200A KR 20220093200 A KR20220093200 A KR 20220093200A KR 1020227019015 A KR1020227019015 A KR 1020227019015A KR 20227019015 A KR20227019015 A KR 20227019015A KR 20220093200 A KR20220093200 A KR 20220093200A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tank
powder
fibrous material
fibers
thermoplastic polymer
Prior art date
Application number
KR1020227019015A
Other languages
English (en)
Inventor
티보 사바르
아서 피에르 바보
악셀 살리너
데니스 휴즈
Original Assignee
아르끄마 프랑스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 아르끄마 프랑스 filed Critical 아르끄마 프랑스
Publication of KR20220093200A publication Critical patent/KR20220093200A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B15/00—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00
    • B29B15/08—Pretreatment of the material to be shaped, not covered by groups B29B7/00 - B29B13/00 of reinforcements or fillers
    • B29B15/10—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step
    • B29B15/12—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length
    • B29B15/14—Coating or impregnating independently of the moulding or shaping step of reinforcements of indefinite length of filaments or wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/003—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts characterised by the matrix material, e.g. material composition or physical properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
    • B29C70/10—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres
    • B29C70/16—Fibrous reinforcements only characterised by the structure of fibrous reinforcements, e.g. hollow fibres using fibres of substantial or continuous length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/50—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC]
    • B29C70/504—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands
    • B29C70/506—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of indefinite length, e.g. prepregs, sheet moulding compounds [SMC] or cross moulding compounds [XMC] using rollers or pressure bands and impregnating by melting a solid material, e.g. sheet, powder, fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2791/00—Shaping characteristics in general
    • B29C2791/003—Making articles of indefinite length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2101/00—Use of unspecified macromolecular compounds as moulding material
    • B29K2101/12—Thermoplastic materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2103/00—Use of resin-bonded materials as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/08—Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of continuous length, e.g. cords, rovings, mats, fabrics, strands or yarns

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Textile Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Treatments For Attaching Organic Compounds To Fibrous Goods (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)

Abstract

연속 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유질 재료, 및 적어도 하나의 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하는 함침된 섬유질 재료를 제조하기 위한 방법은 상기 섬유질 재료를 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스로 사전 함침시키는 단계를 포함하며, 상기 사전 함침 단계는 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)에서 건식 수행되고, 상기 사전 함침 단계는 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량(m) 및 분말의 레벨(h)을 실질적으로 일정하게 유지하면서 수행되고, 상기 레벨(h)은 사전 함침 단계의 구현 동안 hi 내지 hi-3%, 특히 hi-2%이고, 여기서, hi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 레벨이고, 상기 질량 m은 사전 함침 단계의 구현 동안 mi 내지 mi ± 0.5%이고, 여기서, mi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 질량임을 특징으로 한다.

Description

미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법
[0001] 본 발명은 연속 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유질 재료 및 적어도 하나의 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하는 함침된 섬유질 재료를 제조하기 위한 방법에 관한 것이며, 상기 방법은 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스를 갖는 상기 섬유질 재료를 유동층에 사전 함침시키는 단계를 포함하며, 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량(m) 및 분말의 레벨(h)은 사전 함침 단계의 구현 동안 탱크(20)에서 실질적으로 일정하게 유지된다.
[0002] 다시 말해서, 상기 분말의 레벨(h)는 사전 함침 단계의 구현 동안 hi 내지 hi-3%, 특히 hi-2%이며, hi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내의 분말의 초기 레벨이며, 상기 질량(m)은 사전 함침 단계의 구현 동안 mi 내지 mi ± 0.5%이고, mi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내의 분말의 초기 질량이다.
[0003] 본 설명에서 "섬유질 재료"라는 표현은 보강 섬유의 집합체를 의미하는 것으로 이해된다. 상기 섬유질 재료의 성형 전에, 섬유질 재료는 로빙(roving) 형태이다. 섬유질 재료의 성형 후, 섬유질 재료는 리본(ribbon)(또는 테이프), 스트립 또는 시트 형태이다. 이들의 집합체는 단방향 보강재 또는 직물 또는 부직포(NCF)를 구성한다.
[0004] 본 설명에서, "스트립"이라는 용어는 폭이 400 mm 이상인 섬유질 재료의 스트립을 나타내는 데 사용된다. "리본"이라는 용어는 보정된 폭이 400 mm 이하인 리본을 나타내는 데 사용된다.
[0005] 열가소성 사전 함침된 테이프를 제조하기 위한 보강 섬유에 대한 열가소성 폴리머, 특히 고점도의 열가소성 폴리머에 의한 함침 품질은 함침 공정 동안 함침된 폴리머의 양 및 보강 섬유의 로빙 내 이 폴리머의 분포 품질에 대한 완벽한 제어를 필요로 한다. 많은 특허 또는 특허 출원, 예를 들어 WO2018/229114, WO 2018/234436, WO 2018/234439 및 EP 2788408은 섬유의 스프레딩(spreading)이 최종 테이프에서 섬유 내 균질한 폴리머 함침 품질을 얻기 위한 필수 파라미터라는 사실을 기술하고 있다.
[0006] 일반적으로, 탄소 섬유와 같은 보강 섬유의 스프레딩은 기계적, 공압 및/또는 진동 시스템을 통해 발생한다. 이들 방법의 주요 단점은 로빙 내 섬유 정렬 불량(블로-아웃(blow-out) 또는 흡입에 의한 확산) 및/또는 지나치게 높은 횡방향 응력의 적용에 의한 섬유의 기계적 열화가 발생한다는 것이다.
[0007] 어떤 시스템이든지 간에 스프레딩의 발생은 섬유의 파손 또는 적어도 이들 섬유의 부분적인 열화를 일으킬 수 있다. 이후, "퍼즈(fuzz)"라고 하는 일종의 보풀이 형성된다. 일반적으로 여러 개의 축적된 섬유 조각으로 구성된 이 퍼즈는 섬유와 함침 라인의 요소(가이드 핑거, 지지 롤러 등) 사이의 접촉 지점에서 주로 발생한다. 가해지는 기계적 응력이 클수록, 퍼즈가 더 많이 생성되는 경향이 있다. 특히 사전 함침 배쓰(pre-impregnation bath)에서 생성되어 결국 축적되는 퍼즈가 시간이 지남에 따라 관찰된다. 유동층형 사전 함침 배쓰에서, 퍼즈는 국소적으로 유동화 품질을 저하시키고 유동층 품질은 지속적으로 저하된다. 그 결과, 유동층의 레벨이 감소하고, 분말 입자의 국소 농도가 변경된다. 이후, 공정 중에 더 이상 정확하고 지속적으로 함침할 수 없도록 하는, 분말의 균질하지 않은 배쓰가 관찰된다. 섬유 로빙에 의해 포획된 분말의 양, 및 이에 따라 테이프에 함침된 폴리머의 양은 시간이 지남에 따라 감소하는 경향이 있다.
[0008] 사각지대에 나타날 수 있고 퍼즈의 축적으로 인해 발생하는 것은 아닌 분말 입자의 케이킹(caking)도 관찰된다. 모든 분말이 결국 탱크의 벽과 접촉하는 분말의 속도 손실에 의해 특히 탱크의 코너에 침강되어 케이킹을 유발한다는 것은 당업자에게 잘 알려져 있다. 또한, 이들 사이의 접촉으로 인해, 그리고 일반적으로 완벽하게 구형이 아닌 기하학적 구조로 인해, 분말도 결국 응집되어 침강된다. 이는 결과적으로 탱크의 분말 레벨 높이에 전반적인 영향을 미치고 이에 따라 이를 감소시킨다.
[0009] 문헌 FR2659595는 이전에 도입되었지만 함침되지 않은 입자를 재도입하기 위한 시스템을 포함하는 유동층에 의해 분말과 함께 공급되는 에어로졸에 의해 섬유를 함침시키기 위한 공정을 기술하고 있으며, 분말 입자는 의도적으로 정전기적으로 대전된다.
[0010] 문헌 EP0246167은 에어로졸에 의해 섬유를 함침시키기 위한 공정을 기술하고 있으며, 섬유 및 이탈된 폴리머의 부피 또는 중량은 미리 선택된 값으로 유지된다.
[0011] 문헌 WO2018/234436은 섬유를 함침시키기 위한 정전기 공정을 기술하고 있다.
[0012] 분말에 대한 유동층 사전 함침 공정에 사용되는 입도는 일반적으로 비교적 큰 편차(D50이 아닌 D10 및 D90)로 100-200 ㎛에 집중된다(특히 참조 WO2018115737A1 및 WO2018115738A1 참조). 이 분산은 균일하고 안정적인 유동화, 및 또한 최적화된 사전 함침 품질을 얻기 위해 필요하다. 가장 작은 입자(직경이 몇 ㎛이거나 미세 입자)와 가장 큰 입자(예를 들어, 최대 500-600 ㎛) 간의 큰 차이로 인해 미세 입자는 유동화 탱크(20) 외부로 비산된다(비산된 분말의 99 부피% 초과는 크기가 0.01 ㎛ 내지 60 ㎛임). 이러한 미세 입자의 비산은 다음과 같은 몇 가지 주요 문제를 야기한다:
[0013] 섬유 로빙의 사전 함침 품질 및 유동화 배쓰의 안정성 및 또한 이의 레벨의 변형을 유발할 수 있는 미세 입자 측면에서의 유동층의 고갈,
[0014] 재료의 상당한 손실 및 이에 따른 제조 공정의 수익성 저하(상기 미세 입자를 포집하여 업그레이드할 수 있는 것이 바람직할 수 있음),
[0015] 작업자 및 장비에 대한 미세 입자(<10μm)의 비산으로 인해 발생하는 QHSE(품질, 건강, 안전 및 환경) 문제.
[0016] 유사하게, 생산 동안, 사전 함침 배쓰에 초기에 도입된 것과 동일한 조성의 "원액"으로 사전 함침 탱크(20)를 보충할 필요가 있다. 따라서, 유동층 시스템에서, 고분자 함량의 측면에서 일정하고 함침이 잘되는 생성물을 얻기 위해서는 유동화 탱크(20)에서 일정한 분말 높이뿐만 아니라 일정한 분말 질량을 유지하는 것이 필요하다. 분말의 보충은 일반적으로 수동으로, 그리고 주기적으로 이루어지므로 생산 시간 동안 배쓰의 조성에 작지만 정말 존재하는 변화가 발생한다.
[0017] 따라서, 상기 열거된 다양한 문제를 해결할 필요가 있다.
[0018] 따라서, 본 발명은 연속 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유질 재료, 및 적어도 하나의 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하는 함침된 섬유질 재료를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 상기 섬유질 재료를 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스로 사전 함침시키는 단계를 포함하며, 상기 사전 함침 단계는 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)에서 건식 수행되고, 상기 사전 함침 단계는 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량(m) 및 분말의 레벨(h)을 실질적으로 일정하게 유지하면서 수행되고, 상기 레벨(h)은 사전 함침 단계의 구현 동안 hi 내지 hi-3%, 특히 hi-2%이고, 여기서, hi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 레벨이고, 상기 질량 m은 사전 함침 단계의 구현 동안 mi 내지 mi ± 0.5%이고, 여기서, mi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 질량임을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
[0019] 사전 함침 단계는 분말의 레벨(h) 및 질량(m)이 실질적으로 일정하게 유지되는 상태에서 수행되며, 이는 본 발명의 방법에서 필수적이다.
실제로, 사전 함침 단계가 시작되는 순간, 유동화가 시작될 때 탱크(20)에는 초기 높이(hi) 또는 유동화 분말의 초기 레벨이 존재하고, 또한 탱크(20)에는 분말의 초기 질량(mi)이 존재한다.
[0020] 사전 함침 단계를 수행하는 동안, 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량 및 분말의 레벨은 둘 모두 실질적으로 일정하게 유지되어야 한다. 즉, 탱크(20)에서 사전 함침 단계를 구현하는 동안, 상기 레벨(h)은 실질적으로 일정하게 지속적으로 유지되어야 하며; 다시 말해서, 레벨(h)는 hi 내지 hi-3%, 특히 hi-2%이어야 하며, 여기서 hi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내의 분말의 초기 레벨이고, 분말의 질량(m)은 지속적으로 실질적으로 일정하게 유지되어야 하며; 다시 말해서, 상기 질량(m)은 사전 함침 단계를 구현하는 동안 mi 내지 mi± 0.5%이어야 하며, 여기서 mi는 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내의 분말의 초기 질량이다.
[0021] 분말의 초기 레벨(hi)은 분말의 유동층을 사용하여 당업자에게 잘 알려진 다양한 기술에 따라 측정될 수 있다.
[0022] 예를 들어, 이는 센서에 의해, 특히 멤브레인형 위치 센서에 의해, 또는 예를 들어 Flowline Inc.(미국)에 의해 판매되는 초음파 위치 측정에 의해, 또는 심지어 탱크의 유동층 레벨에 대한 레이저 측정, 예컨대 Keyence(프랑스)에 의해 판매되는 레이저 변위 센서에 의해 또는 Endress and Hauser(프랑스)에 의해 판매되는 연속 레벨 측정 및 레벨 감지 디바이스에 의해 특정될 수 있다.
[0023] 필요한 경우, 유동층에서 섬유의 사전 함침을 수행하는 데 실제로 사용된 영역에서 측정의 평균이 수행될 수 있다.
[0024] FR2659595 및 EP0246167에 따르면, 유동층은 용기 내의 액체와 같은 수평 표면을 갖는다.
[0025] 따라서, 유동층의 길이 및 폭에 따른 분말의 초기 레벨을 쉽게 측정될 수 있다.
[0026] 유리하게는, 본 발명에서 사용되는 유동층의 표면은 특히 용기 내의 액체와 같이 수평이다.
[0027] 유리하게는, 탱크의 전체 폭 및 길이에 걸쳐 유동층의 높이는 일정하다.
[0028] 시간이 지남에 따라 일정한 사전 함침 품질을 유지하기 위해 유동층의 일정한 질량의 분말은 유동화 탱크가 놓여 있는 저울 및 유동층 레벨 센서에 연결된 중량측정 계량 디바이스를 기반으로 하는 탱크의 분말 보충을 위한 자동 시스템을 사용하여 얻을 수 있다. 이러한 계량 디바이스는 공정을 방해하지 않도록 탱크의 유용하지 않은 영역에 유동화 탱크를 지속적으로 공급한다.
[0029] 유리하게는, 레벨(h)는 hi 내지 hi-2%이어야 하고, 질량 m은 사전 함침 단계의 구현 동안 mi 내지 mi ± 0.5%이어야 한다.
[0030] 일 구현예에서, 열가소성 폴리머 분말 입자의 부피 평균 직경 D50은 30 내지 300 ㎛, 특히 50 내지 200 ㎛, 보다 특히 70 내지 200 ㎛이다.
[0031] 열가소성 폴리머 분말 입자의 부피 직경(D10, D50 및 D90)은 표준 ISO 9276: 2014에 따라 정의된다.
[0032] "D50"은 부피 평균 직경, 즉 조사된 입자의 모집단을 정확히 2로 나눈 입도의 값에 해당한다.
[0033] "D90"은 부피 입도 분포의 결합된 곡선의 90%에서의 값에 해당한다.
[0034] "D10"은 입자 부피의 10%의 크기에 해당한다.
[0035] 일 구현예에서, 탱크(20)는 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스로 보충되어 상기 섬유질 재료의 사전 함침에 의한 상기 열가소성 폴리머 매트릭스의 소모를 보상한다.
[0036] 일 구현예에서, 상기 분말의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D50은 최대 +20% 변한다.
[0037] 다른 구현예에서, 상기 분말의 미세 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D10은 최대 +30% 변한다.
[0038] 또 다른 구현예에서, 상기 분말의 큰 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D90은 최대 +10% 변한다.
[0039] 유리하게는, 상기 분말의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D50은 최대 +20% 변하고, 상기 분말의 미세 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉, D10은 최대 +30% 변한다.
[0040] 유리하게는, 상기 분말의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D50은 최대 +20% 변하고, 상기 분말의 큰 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D90은 최대 +10% 변한다.
[0041] 유리하게는, 상기 분말의 큰 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D90은 최대 +10% 변하고, 상기 분말의 미세 입자의 입도는 분말은 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D10은 최대 +30% 변한다.
[0042] 유리하게는, 상기 분말의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D50은 최대 +20% 변하고, 상기 분말의 미세 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D10은 최대 +30% 변하고, 상기 분말의 큰 입자의 입도는 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D90은 최대 +10% 변한다.
[0043] 섬유질 재료가 유동층에 도입될 때, 탱크(20)에 존재하는 열가소성 폴리머 매트릭스의 분말은 초기에 섬유질 재료에 침강되고 따라서 사전 함침 동안 소모되어 탱크(20)에서 분말 레벨의 저하를 야기하고, 또한 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량의 저하를 야기한다. 따라서, "스톡 조성물", 즉 분말 형태의 초기 열가소성 폴리머 매트릭스, 즉 동일한 D10, D50 및 D90 특성을 갖는 것을 도입함으로써 탱크(20)에 존재하는 레벨 및 질량을 보상해야 한다.
[0044] 그러나, 유동화와 함께, 초기에 "스톡 조성물"에 존재하는 미세 입자는 유동층 및 또한 탱크(20)에서 나가고, 이에 따라 탱크(20)에 존재하는 레벨 및 질량이 "스톡 조성물"을 탱크(20)에 도입함으로써 보상된다고 하더라도 "스톡 조성물"의 D50, D10 및 D90을 변하게 한다.
[0045] 따라서, D50 및/또는 D90 및/또는 D10은 일정하게 유지되어야 한다.
[0046] 일 구현예에서, 상기 탱크(20)는 유동층(22)을 포함하고, 상기 사전 함침 단계는 상기 유동층(22)의 입구와 출구 사이의 상기 로빙(81a) 또는 상기 로빙들의 동시 스프레딩과 함께 수행된다.
[0047] "스프레딩"이라는 용어는 섬유질 재료(또는 로빙)의 폭이 상기 로빙의 초기 폭(l)에 비해 증가하는 인자, 즉 상기 로빙이 사전 함침 단계를 보장하는 시스템에 들어갈 때 증가하는 인자를 나타낸다. 그것이 여러 스풀(spool)에서 접촉 없이 얻은 측정값(LASER , LED 등...)의 평균으로 결정된, 평평한 상태에서의 로빙의 평균 폭(초기 폭이거나 스프레딩된 후의 폭이거나 간에)인 것이 매우 명백하다. 초기 폭이 반드시 섬유질 재료 공급 릴의 출구에서의 로빙의 폭에 해당하는 것은 아니다.
[0048] 일 구현예에서, 상기 탱크(20)에는 스크레이퍼(scraper)가 구비된다.
[0049] 위에서 지적한 바와 같이, 어떤 시스템이든지 간에, 스프레딩의 생성은 섬유 필라멘트의 파손을 생성한다: "퍼즈"가 이후 형성되고, 이는 시간이 지남에 따라 특히 사전 함침 배쓰에 축적되어 유동화의 품질을 국소적으로 저하시킨다. 유동층의 품질은 지속적으로 저하된다.
또한, 특히 유동층의 사각 영역에서 분말 입자 자체의 케이킹이 발생한다. 분말의 "자연적" 케이킹 및 퍼즈 둘 모두로 인해, 유동층의 레벨이 전반적으로 감소하고 분말 입자의 국소 농도가 변경된다. 결과적으로, 축적된 분말 블록을 부수고 이에 의해 분말 입자를 재현탁시키기 위해 스크레이퍼가 필요하다.
[0050] 일 구현예에서, 상기 스크레이퍼는 레벨(h) < hi-3%, 특히 h < hi-2%일 때 자동으로 사용된다.
[0051] 시간이 지남에 따라 실질적으로 일정한 사전 함침 품질을 유지하도록 실질적으로 일정한 레벨의 유동층을 얻기 위해, 유동층의 임계값이 임계 레벨 아래로 떨어질 때 스크레이퍼 시스템이 자동으로 주기적으로 활성화된다. 이 스크레이퍼의 목적은 유동화 탱크의 미사용 영역에 있는 퍼즈를 제거할 뿐만 아니라 강한 난류가 아닌 탱크 영역에 축적된 분말을 디케이킹하는 것이다(케이킹 현상은 유동화 분야의 당업자에게 잘 알려져 있음). 이는 몇 가지 물리적 형태를 취할 수 있다: 길이가 몇 mm 또는 cm인 독립적인 섬유 조각, 자체적으로 감겨서 작은 볼을 형성하는 연속 섬유, 현탁물 중 덩어리 형태의 연속 단섬유 클러스터, 응집 분말의 덩어리 등....
[0052] 일 구현예에서, 상기 탱크(20)에는 유동화 동안 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 미세 입자를 흡입하는, 횡방향 흡입 시스템이 구비된다.
[0053] 유리하게는, 유동화 동안 상기 탱크(20)에서 나가는 미세 입자의 99%는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는다.
[0054] 상기 탱크에서 나가는 입자의 직경은 당업자에게 공지된 통상적인 기술에 의해 측정될 수 있다(예를 들어, 비산되어 수집된 분말의 LASER 입도 측정은 이후 여러 생산 구현에 걸쳐 분석된다).
[0055] 다른 구현예에서, 상기 탱크(20)에는 유동화 동안 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 D50을 갖는 미세 입자를 흡입하는, 횡방향 흡입 시스템이 구비된다.
[0056] 유리하게는, 상기 흡입된 입자는 상기 탱크(20) 내로 연속적으로 재도입된다.
[0057] 사전 함침 단계에 의한 분말의 자연적인 소모, 퍼즈의 형성 및 응집된 분말의 덩어리 형성에 더하여, "스톡 조성물"의 미세 입자가 유동화 탱크 위로 비산되어 "스톡 조성물"의 D50, D10 및 D90의 수정을 야기할 것이며, 이는 "스톡 조성물"의 도입에도 불구하고, 섬유질 재료의 사전 함침의 양, 균질성 및 품질을 저하시키고, 또한 유동층의 레벨을 낮춘다.
[0058] 미세 입자는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 입자로 구성된다.
[0059] 0.01 ㎛ 미만의 직경을 갖는 입자는 시스템에 초기에 존재하지 않는다.
[0060] 60 ㎛ 초과의 직경을 갖는 입자는 일반적으로 탱크 위로 비산되지 않는다.
[0061] 따라서, 유동화 동안, 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 미세 입자를 회수할 필요가 있으며, 이는 이후 탱크로 재도입될 것이다.
[0062] 유리하게는, 횡방향 흡입 시스템에는 60 ㎛ 초과의 입자가 흡입되어 탱크 내로 재도입되는 것을 방지하기 위한 선택 그리드가 장착된다.
[0063] 탱크에 첨가된 분말의 "스톡 조성물"은 또한 입도에 따라 흡입/회수 시스템에 의해 회수된 입자의 일부를 함유할 수 있다.
[0064] 유리하게는, 상기 탱크(20)에는 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템 및 스크레이퍼가 구비된다.
[0065] 유리하게는, 유동화 동안 상기 탱크(20)에서 나가는 미세 입자의 99%는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는다.
[0066] 유리하게는, 상기 탱크(20)에는 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 D50을 갖는 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템 및 스크레이퍼가 구비된다.
[0067] 사전 함침 단계에 관하여
[0068] 제조 공정을 구현하기 위한 유닛의 예는 국제 출원 WO 2015/121583에 기재되어 있으며, 탱크를 제외하고 도 1에 나타나 있다(다르게는, 본 발명의 경우 압축 롤러일 수 있는 장력 디바이스가 구비된 유동층을 포함하는 사전 함침 탱크로 지칭됨).
[0069] 사전 함침 단계 및 장력 디바이스는 WO 2018/115737에 기재된 바와 같을 수 있다.
[0070] 압축 롤러는 고정식 또는 회전식일 수 있다.
[0071] 섬유질 재료의 사전 함침 단계는 특히 폴리머 분말의 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)를 포함하는, 연속 사전 함침 디바이스를 통해 하나 이상의 로빙을 통과시킴으로써 수행된다.
[0072] 폴리머 분말 또는 폴리머는 탱크 내로 도입되고 호퍼(21)를 통해 탱크 내로 흐르는 가스 G(예를 들어, 공기)에 현탁된다. 로빙(들)은 이 유동층(22)을 통해 순환된다.
[0073] 탱크는 임의의 형상, 특히 원통형 또는 평행육면체, 특히 직육면체 또는 정육면체, 유리하게는 직육면체를 가질 수 있다.
[0074] 탱크는 개방형 또는 폐쇄형 탱크일 수 있다. 유리하게는 개방형이다.
[0075] 탱크가 폐쇄형인 경우, 폴리머 분말이 상기 탱크에서 나갈 수 없도록 밀봉 시스템이 구비된다.
[0076] 따라서, 이러한 사전 함침 단계는 건식 경로로 수행된다. 즉, 열가소성 폴리머 매트릭스는 분말 형태, 특히 가스, 특히 공기 중의 현탁물이지만, 용매에 또는 물에 분산될 수 없다.
[0077] 사전 함침될 각각의 로빙은 롤(미도시됨)에 의해 생성된 장력 하에서 릴(11)을 갖는 디바이스(10)로부터 풀린다. 바람직하게는, 디바이스(10)는 복수의 릴(11)을 포함하고, 각각의 릴은 함침될 하나의 로빙을 푸는 것을 가능하게 한다. 따라서, 여러 개의 섬유 로빙을 동시에 사전 함침시키는 것이 가능한다. 각각의 릴(11)에는 각각의 섬유 로빙에 장력을 가하기 위해 브레이크(미도시됨)가 제공된다. 이 경우, 정렬 모듈(12)은 섬유 로빙을 서로 평행하게 위치시키는 것을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 섬유 로빙은 서로 접촉할 수 없으며, 이는 자체 마찰에 의한 섬유의 기계적 열화를 방지할 수 있도록 한다.
[0078] 이후, 섬유 로빙 또는 평행 섬유 로빙은 도 1의 경우 압축 롤러(23)인 장력 디바이스가 제공된, 특히 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)를 통과한다. 이후, 섬유 로빙 또는 평행 섬유 로빙은 분말의 체류 시간을 제어한 후 함침 후 탱크에서 나온다.
[0079] 분말의 체류 시간을 제어하면, 수지 함량을 잘 제어하고 균질하게 하면서 섬유질 재료를 열가소성 폴리머 매트릭스로 사전 함침시킬 수 있다.
[0080] 적어도 하나의 장력 디바이스의 사용은 종래 기술의 공정과 비교하여 함침을 개선하며, 특히 함침이 전체 함침이다.
[0081] 장력 디바이스는 로빙이 탱크를 통과할 가능성이 있는 임의의 시스템을 의미하는 것으로 이해된다. 장력 디바이스는 로빙이 작동할 수 있는 한 어떠한 형상도 가질 수 있다.
[0082] 이러한 함침은 폴리머 분말이 섬유 로빙의 코어에 침투할 수 있게 하고 분말 코팅된 로빙이 탱크 밖으로 운반되는 것을 견딜 수 있을 정도로 섬유에 부착될 수 있게 하기 위해 수행된다. 이후, 분말에 의해 사전 함침된 로빙(들)은 캘린더링 전 예열 및 선택적 캘린더링후 가열의 가능성과 함께 가열된 캘린더링 디바이스로 보내진다.
[0083] 선택적으로, 이 사전 함침 단계는 유동층(22)에서 분말로 사전 함침시키기 위한 탱크(20)의 출구에서 바로, 그리고 캘린더링 성형 단계 직전에 사전 함침된 로빙 또는 로빙들을 덮는 단계에 의해 완료될 수 있다. 이를 위해, 탱크(20)(유동층(22))의 출구 에어록은 특허 EP 0 406 067에도 기재된 바와 같이, 커버링 크로스헤드를 포함할 수 있는 커버링 디바이스(30)에 연결될 수 있다. 커버링 폴리머는 유동층 폴리머 분말과 동일하거나 상이할 수 있다. 바람직하게는, 커버링 폴리머는 동일한 유형이다. 이러한 적용 범위는 요망하는 범위 내에서 폴리머의 최종 부피 함량을 얻고 사전 함침된 로빙의 표면에서 국소적으로 너무 높은 섬유 함량의 존재(이는 특히 양질의 소위 "즉시 사용가능" 섬유질 재료를 얻기 위해 복합재 부품을 제조하는 동안 테이프의 용접에 해로울 수 있음)를 피하기 위해 섬유를 사전 함침시키는 단계를 완료하는 것을 가능하게 할 뿐만 아니라 얻은 복합재의 성능을 향상시키기도 한다.
[0084] 상술한 바와 같은 본 발명의 공정은 의도적인 대전을 수반하는 정전기 과정을 배제한 건식 경로에 의해 수행된다.
[0085] "의도적인 대전"이라는 표현은 섬유질 재료와 분말 사이에 전위차가 인가되는 것을 의미한다. 전하는 특히 제어되고 증폭된다. 이후, 분말 그레인은 대전된 분말을 섬유에 끌어당겨 섬유질 재료를 함침시킨다. 다양한 수단(두 금속 전극 사이의 전위차, 금속 부품의 기계적 마찰 등)을 통해 분말을 음 또는 양으로 전기적으로 대전시키고, 섬유를 반대 방향(양 또는 음)으로 대전시키는 것이 가능하다.
[0086] 본 발명의 공정은 탱크 앞 또는 탱크 내에서 구현 유닛의 요소 상의 섬유질 재료의 마찰에 의해 나타날 수 있지만 어떠한 경우에도 의도하지 않은 전하인 정전기 전하의 존재를 배제하지 않는다.
[0087] 유리하게는, 상기 함침된 섬유질 재료에서 섬유의 함량은 45 부피% 내지 65 부피%, 바람직하게는 50 부피% 내지 60 부피%, 특히 54 부피% 내지 60 부피%이다.
[0088] 45% 미만의 섬유에서는 기계적 특성과 관련하여 보강이 미미하다.
[0089] 65% 초과에서는, 공정의 한계에 도달하고 기계적 특성이 다시 상실된다.
[0090] 유리 섬유와 같은 섬유질 재료가 크기를 갖는 경우, 섬유질 재료가 탱크 내로 통과하기 전에 선택적인 호발(de-sizing) 단계가 수행될 수 있다. "크기"라는 용어는 방사구(직물 크기) 및 직물(플라스틱 크기)에서 나갈 때 보강 섬유에 적용되는 표면 처리를 나타낸다.
[0091] 방사구에서 나갈 때 필라멘트에 적용된 "직물" 크기는 필라멘트를 서로 응집되게 하고, 마모를 감소시키고, 후속 처리 작업(직조, 드레이프 형성, 편직)을 용이하게 하는 결합제를 침착시키고, 정전기 전하의 형성을 방지하는 것으로 이루어진다.
[0092] 직물에 적용되는 "플라스틱" 크기 또는 "피니시(finish)"는 가교제를 침착시키는 것으로 이루어지고, 가교제의 역할은 섬유와 수지 사이의 물리화학적 결합을 보장하고 주변 환경으로부터 섬유를 보호하는 것이다.
[0093] 유리하게는, 상기 함침된 섬유질 재료에서 섬유의 함량은 50 부피% 내지 60 부피%, 특히 54 부피% 내지 60 부피%이다.
[0094] 유리하게는, 분말의 체류 시간은 0.01초 내지 10초, 바람직하게는 0.1초 내지 5초, 특히 0.1초 내지 3초이다.
[0095] 분말 상태의 섬유질 재료의 체류 시간은 상기 섬유질 재료의 함침, 특히 완전한 함침에 필수적이다.
[0096] 0.1초 미만에서는, 함침이 코어에 맞지 않는다.
[0097] 10초 초과에서는, 섬유질 재료를 함침시키는 폴리머 매트릭스의 양이 너무 많고, 사전 함침된 섬유질 재료의 기계적 특성이 불량할 것이다.
[0098] 유리하게는, 본 발명의 공정에 사용되는 탱크는 유동층을 포함하고, 상기 사전 함침 단계는 상기 유동층의 입구와 출구 사이에서 상기 로빙 또는 상기 로빙들의 동시 스프레딩과 함께 수행된다.
[0099] "유동층의 입구"라는 표현은 유동층을 포함하는 탱크 에지의 수직 접선에 해당한다.
[0100] "유동층의 출구"라는 표현은 유동층을 포함하는 탱크의 다른 쪽 에지의 수직 접선에 해당한다.
[0101] 탱크의 기하학적 구조에 따라, 탱크의 입구와 출구 사이의 거리는 이에 따라 실린더의 경우 직경에 해당하고, 정육면체의 경우 측면에 해당하거나, 직육면체의 경우 폭 또는 길이에 해당한다. 스프레딩은 가장 가까운 공간에서 로빙을 둘러싸고 있는 다른 필라멘트로부터 상기 로빙의 각 구성 필라멘트를 가능한 한 개별화하는 것으로 이루어진다. 이는 로빙의 횡방향 스프레딩에 해당한다.
[0102] 즉, 유동층(또는 유동층을 포함하는 탱크)의 입구와 유동층(또는 유동층을 포함하는 탱크)의 출구 사이에서 횡방향 스프레딩 또는 로빙의 폭이 증가하고, 따라서 섬유질 재료의 개선된 함침, 특히 완전한 함침이 가능하다.
[0103] 유동층은 개방형 또는 폐쇄형일 수 있고, 특히 개방형이다.
[0104] 유리하게는, 유동층은 적어도 하나의 장력 디바이스를 포함하고, 상기 로빙 또는 상기 로빙들은 상기 적어도 하나의 장력 디바이스의 표면의 일부 또는 전체와 접촉한다.
[0105] 도 2는 높이 조절가능 장력 디바이스(82)를 갖는 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)의 세부사항을 제공한다.
[0106] 로빙(81a)은 상기 적어도 하나의 장력 디바이스의 표면의 일부 또는 전체와 접촉하고, 따라서 장력 디바이스(82)의 표면 위로 부분적으로 또는 완전히 이어지는 함침 전의 로빙에 상응하고, 상기 시스템(82)은 함침이 수행되는 유동층에 침지된다. 이후, 상기 로빙은 분말의 체류 시간을 제어한 후 탱크(81b)에서 나온다.
[0107] 상기 로빙(81a)은 회전식 또는 고정식 롤러 또는 평행육면체 에지일 수 있는 탱크(83a)의 에지와 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있다.
[0108] 유리하게는, 상기 로빙(81a)은 선택적으로 탱크(83a)의 에지와 접촉한다.
[0109] 유리하게는, 탱크(83b)의 에지는 롤러, 특히 원통형의 회전식 롤러이다.
[0110] 상기 로빙(81b)은 롤러, 특히 원통형의 회전식 또는 고정식 롤러, 또는 평행육면체 에지일 수 있는 탱크(83b)의 에지와 접촉하거나 접촉하지 않을 수 있다.
[0111] 유리하게는, 상기 로빙(81b)은 탱크(83b)의 에지와 접촉한다.
[0112] 유리하게는, 탱크(83b)의 에지는 롤러, 특히 원통형의 회전식 롤러이다.
[0113] 유리하게는, 상기 로빙(81a)은 탱크(83a)의 에지와 접촉하고, 탱크(83b)의 에지는 롤러, 특히 원통형의 회전식 롤러이고, 상기 로빙(81b)은 탱크(83b)의 에지와 접촉하고, 탱크(83b)의 에지는 롤러, 특히 원통형의 회전식 롤러이다.
[0114] 유리하게는, 상기 장력 디바이스는 상기 로빙 또는 상기 로빙들의 방향에 수직이다.
[0115] 유리하게는, 상기 로빙 또는 상기 로빙들의 상기 스프레딩은 적어도 상기 적어도 하나의 장력 디바이스의 레벨에서 수행된다.
[0116] 따라서, 로빙의 스프레딩은 주로 장력 디바이스와 수평으로 수행되지만, 로빙과 상기 에지 사이에 접촉이 있는 경우 탱크의 에지 또는 에지들과 수평으로 수행될 수도 있다.
[0117] 다른 구현예에서, 상기 적어도 하나의 장력 디바이스는 볼록, 오목 또는 원통 형상의 압축 롤러이다.
[0118] 볼록 형상은 스프레딩에 유리한 반면, 오목 형상은 스프레딩에 불리하지만 그럼에도 불구하고 수행된다.
[0119] "압축 롤러"라는 표현은 구현 중인 로빙이 상기 압축 롤러의 표면에 대해 부분적으로 또는 완전히 가압되어 상기 로빙의 스프레딩을 유도하는 것을 의미한다.
[0120] 유리하게는, 상기 적어도 하나의 압축 롤러는 원통 형상이고, 상기 유동층의 입구와 출구 사이에서 상기 로빙 또는 상기 로빙들의 스프레딩 비율은 1% 내지 400%, 우선적으로 30% 내지 400%, 우선적으로 30% 내지 150%, 우선적으로 50% 내지 150%이다.
[0121] 스프레딩은 사용된 섬유질 재료의 함수이다. 예를 들어, 탄소 섬유 재료의 스프레딩은 아마 섬유의 스프레딩보다 훨씬 더 크다.
[0122] 스프레딩은 또한 로빙의 섬유 또는 필라멘트의 수, 평균 직경 및 크기로 인한 응집력의 함수이다.
[0123] 상기 적어도 하나의 압축 롤러의 직경은 3 mm 내지 500 mm, 바람직하게는 10 mm 내지 100 mm, 특히 20 mm 내지 60 mm이다.
[0124] 3 mm 미만에서는, 압축 롤러에 의해 유도된 섬유의 변형이 너무 크다.
[0125] 유리하게는, 압축 롤러는 원통형이고 홈이 없으며 특히 금속이다.
[0126] 장력 디바이스가 적어도 하나의 압축 롤러인 경우, 첫 번째 변형예에 따르면, 단일 압축 롤러가 유동층에 존재하고, 상기 함침은 상기 압축 롤러의 시작 부분과 상기 압축 롤러에 대한 수직 접선 사이의 상기 로빙 또는 상기 로빙들에 의해 형성된 각도(α1)에서 수행된다.
[0127] 상기 압축 롤러의 시작 부분과 상기 압축 롤러에 대한 수직 접선 사이의 상기 로빙 또는 상기 로빙들에 의해 형성된 각도(α1)은 분말이 집중되는 영역의 형성을 가능하게 하여 "코너 효과"를 초래하고, 이는 상기 압축 롤러에 의한 로빙의 동시 스프레딩으로 더 큰 로빙 폭에 걸쳐 함침을 가능하게 하고, 따라서 선행 기술에 비해 개선된 함침을 가능하게 한다. 따라서, 제어된 체류 시간과 결합하면 완전한 함침을 가능하게 한다.
[0128] 유리하게는, 각도(α1)은 0 내지 89°, 우선적으로 5° 내지 85°, 우선적으로 5° 내지 45°, 우선적으로 5° 내지 30°이다.
[0129] 그러나, 0 내지 5°의 각도(α1)는 섬유의 파손을 초래할 기계적 응력의 위험을 생성할 수 있고, 85° 내지 89°의 각도(α1)는 "코너 효과"를 생성하기에 충분한 기계적 응력을 생성하지 못한다.
[0130] 따라서, 0°와 동일한 각도(α1)의 값은 수직 섬유에 상응한다. 원통형 압축 롤러의 높이가 조정가능하고, 이에 따라 섬유를 수직으로 배치할 수 있다는 것은 매우 명백하다.
[0131] 로빙이 나갈 수 있도록 탱크의 벽을 뚫는 것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않을 것이다.
[0132] 유리하게는, 탱크(83a)의 에지에는 롤러, 특히 상기 로빙 또는 상기 로빙(들)이 진행되어 사전 스프레딩을 초래하는 원통형의 회전식 롤러가 장착된다.
[0133] 유리하게는, 하나 이상의 장력 디바이스가 유동층을 포함하는 탱크의 하류에 존재하며, 장력 디바이스(들)에서 스프레딩이 개시된다.
[0134] 유리하게는, 스프레딩은 위에서 정의된 상기 장력 디바이스(들)에서 시작되고 탱크(83a)의 에지에서 계속된다.
[0135] 이후, 압축 롤러(들)를 통과한 후 스프레딩이 최대가 된다.
[0136] 도 2는 단일 원통형 압축 롤러가 존재하는 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)로, 단일 압축 롤러를 갖는 구현예를 설명하지만, 이로 제한되지 않는다. 각도(α1)는 압축 롤러의 수직 접선과 상기 롤러와 접촉하는 로빙 사이에 형성된 각도이다.
[0137] 섬유 상의 화살표는 섬유의 진행 방향을 나타낸다.
[0138] 유리하게는, 상기 유동층에서 상기 분말의 레벨은 적어도 상기 압축 롤러의 중간에 위치한다.
[0139] 각도(α1)에 의해 야기된 "코너 효과"가 한 면의 함침을 선호하지만 압축 롤러에 의해 얻어진 상기 로빙의 스프레딩이 또한 상기 로빙의 다른 면에 함침을 가질 수 있게 하는 것은 매우 명백하다. 다시 말해, 상기 함침은 상기 적어도 하나의 압축 롤러(R1)의 시작 부분과 압축 롤러(R1)에 대한 수직 접선 사이에서 상기 로빙 또는 상기 로빙들에 의해 형성된 각도(α1)에서 상기 로빙 또는 상기 로빙들의 한 면에서 선호되지만, 스프레딩이 다른 면을 함침시키는 것을 또한 가능하게 한다.
[0140] 각도(α1)은 위에서 정의한 바와 같다.
섬유질 재료에 관하여
[0141] 상기 섬유질 재료를 구성하는 섬유와 관련하면, 이들은 특히 광물, 유기 또는 식물 기원의 섬유이다. 광물 기원의 섬유 중에서, 예를 들어 탄소 섬유, 유리 섬유, 규소 섬유, 현무암 또는 현무암 기반 섬유, 또는 실리카 섬유가 언급될 수 있다.
유기 기원의 섬유 중에서, 열가소성 또는 열경화성 폴리머를 기반으로 하는 섬유, 예컨대 반방향족 폴리아미드 섬유, 아라미드 섬유 또는 폴리올레핀 섬유가 예로 언급될 수 있다.
바람직하게는, 이들은 비정질 열가소성 폴리머를 기반으로 하고, 사전 함침 매트릭스를 구성하는 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드가 비정질인 경우 이의 유리 전이 온도(Tg) 보다 높거나, 사전 함침 매트릭스를 구성하는 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드가 반결정질인 경우 이의 용융 온도(Tm)보다 높은 Tg를 갖는다. 유리하게는, 이들은 반결정질 열가소성 폴리머를 기반으로 하고, 사전 함침 매트릭스를 구성하는 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드가 비정질인 경우 이의 Tg보다 높거나, 사전 함침 매트릭스를 구성하는 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드가 반결정질인 경우 이의 Tm보다 높은 Tm을 갖는다. 따라서, 최종 복합재의 열가소성 매트릭스에 의한 함침 동안 섬유질 재료를 구성하는 유기 섬유가 용융될 위험이 없다.
식물 기원의 섬유 중에서, 아마, 대마, 리그닌, 대나무, 실크, 특히 거미 실크, 사이잘 및 다른 셀룰로스 섬유, 특히 비스코스 섬유를 기반으로 하는 천연 섬유가 언급될 수 있다. 식물 기원의 이러한 섬유는 열가소성 폴리머 매트릭스의 접착 및 함침을 용이하게 할 목적으로 순수하게 사용되거나, 처리되거나, 달리 코팅층으로 코팅될 수 있다.
[0142] 섬유질 재료는 또한 섬유로 편조되거나 직조된 직물일 수 있다.
[0143] 이는 또한 지지사(support yarn)를 갖는 섬유에 해당할 수 있다.
[0144] 이들 구성 섬유는 단독으로 또는 혼합물로서 사용될 수 있다. 따라서, 유기 섬유는 열가소성 폴리머로 사전 함침되고 사전 함침된 섬유 재료를 형성하기 위해 광물 섬유와 혼합될 수 있다.
[0145] 바람직하게는, 섬유질 재료는 탄소, 유리 또는 탄화규소 또는 이들의 혼합물의 연속 섬유, 특히 탄소 섬유로 형성된다. 이는 로빙 또는 여러 로빙들의 형태로 사용된다.
[0146] "즉시 사용가능" 재료로도 지칭되는 함침된 재료에서, 함침 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드는 섬유 주위에 균일하고 균질하게 분포된다. 이러한 유형의 재료에서, 함침 열가소성 폴리머는 최소한의 다공성, 즉 섬유 사이의 최소 양의 공극을 얻기 위해 섬유 내에 가능한 균질하게 분포되어야 한다. 특히, 이러한 유형의 재료에 있는 다공성의 존재는 예를 들어 기계적 장력 응력 하에 놓일 때 응력 집중 지점으로 작용할 수 있으며, 이는 이후 함침된 섬유질 재료의 실패 개시 지점을 형성하고, 이를 기계적으로 약화시킨다. 따라서, 폴리머 또는 폴리머 블렌드의 균질한 분포는 이러한 함침된 섬유 재료로부터 형성된 복합재 재료의 기계적 강도 및 균질성을 향상시킨다.
[0147] 따라서, 소위 "즉시 사용가능" 함침 재료의 경우, 상기 함침된 섬유 재료 중 섬유의 함량이 45 부피% 내지 65 부피%, 바람직하게는 50 부피% 내지 60 부피%, 특히 54 부피% 내지 60 부피%이다.
[0148] 함침도의 측정은 폴리머에 의해 함침된 리본의 표면적을 제품의 총 표면적(함침된 표면적 + 다공성의 표면적)으로 나눔으로써 리본 단면의 이미지 분석(특히 현미경, 카메라 또는 디지털 카메라 사용)에 의해 수행될 수 있다. 양질의 이미지를 얻기 위해서는, 가로 방향으로 절단된 리본을 표준 연마 수지로 코팅하고, 적어도 6배 배율의 현미경으로 샘플을 관찰할 수 있는 표준 프로토콜로 연마하는 것이 바람직하다.
[0149] 유리하게는, 상기 함침된 섬유질 재료의 다공도는 10% 미만, 특히 5% 미만, 특히 2% 미만이다.
[0150] 제로(0) 다공도는 달성하기 어렵고, 결과적으로, 유리하게는 다공도는 0%보다 크지만 위에서 언급한 다공도보다 작다는 것을 주목해야 한다.
[0151] 다공도는 닫힌 다공도에 해당하며 전자현미경에 의해 결정될 수 있거나, 본 발명의 실시예 섹션에 기재된 바와 같이 상기 함침된 섬유질 재료의 이론 밀도와 실험 밀도 사이의 상대 편차로서 결정될 수 있다.
[0152] 섬유질 재료의 조성의 일부일 수 있는 섬유는 상이한 선형 평량 또는 표제 또는 적정 또는 "텍스(tex)"를 가질 수 있고/있거나 로빙에서 상이한 수일 수 있다. 따라서, 가장 통상적으로 사용되는 로빙은 유리 섬유의 경우 600 내지 4800 텍스 및 탄소 섬유의 경우 3000(3K), 6000(6K), 12,000(12K), 24,000(24K), 48,000(48K), 50,000(50K) 또는 400,000(400K) 섬유를 포함한다. 탄소 섬유는 일반적으로 7 내지 8 ㎛에 가까운 직경을 갖고, 유리 섬유는 예를 들어, 대략 13, 15, 17 또는 20 ㎛의 직경을 갖는다.
[0153] 스프레딩이 섬유질 재료 또는 로빙에 존재하는 섬유의 수에 의존한다는 것은 매우 명백하다.
[0154] 따라서, 12K 로빙의 경우 스프레딩은 초기 폭(l)의 2 내지 3배를 나타내고, 24K 로빙의 경우 스프레딩은 초기 폭(l)의 2 내지 4배를 나타내고, 50K 로빙의 경우 스프레딩은 초기 폭(l)의 1.5 내지 2.5배를 나타낸다.
매트릭스의 열가소성 폴리머에 관하여
열가소성 또는 열가소성 폴리머는 주위 온도에서 일반적으로 고체이고, 반결정질 또는 비정질일 수 있고, 온도가 증가하는 동안, 특히 유리 전이 온도(Tg)를 통과한 후 연화되고, 비결정질일 때 더 높은 온도에서 흐르거나, 반결정질일 때 용융 온도(Tm) 통과 시 명백한 용융을 나타낼 수 있으며 결정화 온도(반결정질 폴리머의 경우) 아래로, 그리고 유리 전이 온도(비정질 폴리머의 경우) 아래로 온도가 감소하는 동안 다시 고체가 되는 재료를 의미하는 것으로 이해된다.
Tg 및 Tm은 각각 표준 11357-2: 2013 및 11357-3: 2013에 따라 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 결정된다.
섬유질 재료를 사전 함침시키기 위한 매트릭스를 구성하는 폴리머와 관련하면, 이것은 유리하게는 열가소성 폴리머 또는 열가소성 폴리머의 블렌드이다. 이러한 열가소성 폴리머 또는 폴리머 블렌드는 디바이스, 예컨대 탱크, 특히 유동층 탱크에서 또는 수성 분산물에서 사용할 수 있도록 분말 형태로 분쇄될 수 있다.
탱크 형태의 디바이스, 특히 유동층 탱크는 개방형 또는 폐쇄형일 수 있다.
선택적으로, 열가소성 폴리머 또는 열가소성 폴리머의 블렌드는 탄소 기반 충전제, 특히 탄소 기반 나노충전제, 특히 카본 블랙 또는 탄소 기반 나노충전제, 바람직하게는 탄소 기반 나노충전제, 특히 그래핀 및/또는 탄소 나노튜브 및/또는 탄소 나노피브릴, 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함한다. 이러한 충전제는 전기 및 열을 전도하는 것을 가능하게 하고, 결과적으로 가열될 때 폴리머 매트릭스의 용융을 촉진하는 것을 가능하게 한다.
선택적으로, 상기 열가소성 폴리머는 특히 촉매, 산화방지제, 열 안정제, UV 안정제, 광 안정제, 윤활제, 충전제, 가소제, 난연제, 핵화제, 사슬 연장제 및 염료, 전기 전도성 제제, 열 전도성 제제, 또는 이들의 혼합물로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제를 포함한다.
유리하게는, 상기 첨가제는 난연제, 전기 전도성 제제 및 열 전도성 제제로부터 선택된다.
다른 변형예에 따르면, 열가소성 폴리머 또는 열가소성 폴리머의 블렌드는 Cyclics Corporation에 의해 시판되는 CBT100 수지와 같은, 액정 폴리머 또는 환형 폴리부틸렌 테레프탈레이트, 또는 이를 함유하는 혼합물을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 화합물은 특히 용융 상태에서 폴리머 매트릭스를 유동화하여 섬유 코어에 대한 더 나은 침투를 가능하게 한다. 사전 함침 매트릭스 제조에 사용되는 폴리머 또는 열가소성 폴리머의 블렌드의 특성, 특히 이의 용융 온도에 따라, 이러한 화합물 중 하나 또는 다른 화합물이 선택될 것이다.
섬유질 재료의 사전 함침 매트릭스의 조성물에 포함되는 열가소성 폴리머는 하기로 선택될 수 있다:
- 지방족 또는 지환족 폴리아미드(PA) 또는 반방향족 PA(폴리프탈아미드(PPA)로도 지칭됨) 계열의 폴리머 및 코폴리머,
- PEBA,
- 폴리우레아, 특히 방향족 폴리우레아,
- 폴리아크릴레이트, 및 보다 특히 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA) 또는 이의 유도체와 같은 아크릴 계열의 폴리머 및 코폴리머,
- 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEKK)과 같은 폴리(아릴 에테르 케톤)(PAEK), 또는 폴리(에테르 케톤 케톤)(PEKK)과 같은 폴리(아릴 에테르 케톤 케톤)(PAEKK) 계열 또는 이의 유도체들의 폴리머 및 코폴리머,
- 방향족 폴리에테르이미드(PEI),
- 폴리아릴 설파이드, 특히 폴리페닐렌 설파이드(PPS),
- 폴리아릴 설폰, 특히 폴리페닐렌 설폰(PPSU),
- 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌(PP),
- 폴리락트산(PLA),
- 폴리비닐알코올(PVA),
- 플루오로폴리머, 특히 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE),
및 이들의 블렌드.
유리하게는, 상기 폴리머가 2개의 폴리머 P1 및 P2의 블렌드일 때, 폴리머 P1 및 P2의 중량 비율은 1-99% 내지 99-1%이다.
유리하게는, 상기 열가소성 폴리머가 블렌드이고, 사전 함침 공정이 건조 분말을 사용하는 경우, 이 블렌드는 사전 함침 탱크에 도입하기 전의 "건조 블렌드"에 의해 또는 탱크에서 직접 수행된 "건조 블렌드"에 의해, 또는 압출기에서 미리 수행된 화합물의 분쇄에 의해 얻어진 분말 형태이다.
유리하게는, 이 블렌드는 탱크에 도입되기 전 또는 탱크에서 직접 수행된 "건조 블렌드"에 의해 얻어진 분말을 포함하며, 두 폴리머 P1 및 P2의 이러한 블렌드는 PEKK와 PEI의 블렌드이다.
유리하게는, PEKK/PEI 블렌드는 90-10 중량% 내지 60-40 중량%, 특히 90-10 중량% 내지 70-30 중량%이다.
열가소성 폴리머는 섬유질 재료를 함침시킬 비반응성 최종 폴리머 또는 섬유질 재료를 함침시킬 반응성 프리폴리머에 해당할 수 있지만, 이는 또한 함침 후, 그 자체로 또는 다른 프리폴리머(상기 프리폴리머가 지닌 사슬 말단의 함수로서)와, 또는 달리 사슬 연장제와, 그리고 특히 노 내 장력 디바이스의 레벨에서 가열하는 동안 및/또는 복합재 부품을 제조하기 위한 최종 공정에서 테이프를 가공하는 동안에 반응할 수 있다.
"비반응성 폴리머"라는 표현은 분자량이 더 이상 유의하게 변하지 않을 가능성이 있다는, 즉, 가공될 때 수평균 분자량(Mn)이 50% 미만으로 변하므로 열가소성 매트릭스의 최종 폴리아미드 폴리머에 해당한다는 것을 의미한다.
역으로, "반응성 폴리머"라는 표현은 상기 반응성 폴리머의 분자량이 열가소성 매트릭스의 최종 폴리아미드 폴리머(비반응성)를 제공하기 위해, 휘발성 부산물의 제거 없이 반응성 프리폴리머의 축합 또는 치환에 의한 서로의 반응에 의해, 또는 중부가에 의한 사슬 연장제와의 반응에 의해 가공 동안 변할 것임을 의미한다.
첫 번째 가능성에 따르면, 상기 프리폴리머는 동일한 사슬에(즉, 동일한 프리폴리머에) 두 개의 말단 작용기 X' 및 Y'(이들 작용기는 각각 축합에 의해 서로 공동반응성임)를 지닌 적어도 하나의 반응성 프리폴리머(폴리아미드)를 포함하거나 이로 구성될 수 있으며, 보다 특히 X' 및 Y'는 각각 아민 및 카르복실이거나 카르복실 및 아민이다. 두 번째 가능성에 따르면, 상기 프리폴리머는 적어도 2개의 폴리아미드 프리폴리머를 포함하거나 이로 구성되며, 이들은 서로 반응성이고, 각각은 각각 동일한(동일한 프리폴리머에 대해 동일하고 2개의 프리폴리머 간에는 상이함) 두 개의 말단 작용기 X' 및 Y'를 지니고, 하나의 프리폴리머의 상기 작용기 X'는 특히 축합에 의해 다른 프리폴리머의 상기 작용기 Y'와만 반응할 수 있고, 보다 특히 X' 및 Y'는 각각 아민 및 카르복실 또는 카르복실 및 아민이다.
세 번째 가능성에 따르면, 상기 프리폴리머는 -NH2, -CO2H 및 -OH, 바람직하게는 NH2및 -CO2H(여기서 n은 1 내지 3, 바람직하게는 1 내지 2, 보다 바람직하게는 1 또는 2, 보다 특히 2임)로부터 선택된 n개의 반응성 말단 작용기 X를 지닌, 상기 열가소성 폴리아미드 폴리머의 적어도 하나의 프리폴리머, 및 적어도 하나의 사슬 연장제 Y-A'-Y(여기서 A'는 탄화수소 바이라디칼(biradical)로, 2개의 동일한 반응성 말단 작용기 Y를 지니며, 이들은 중부가에 의해 바람직하게는 500 미만, 및 보다 우선적으로 400 미만의 분자량을 갖는 상기 프리폴리머 a1)의 적어도 하나의 작용기 X와 반응성임)를 포함하거나, 이로 구성될 수 있다.
열가소성 매트릭스의 상기 최종 폴리머의 수평균 분자량 Mn은 바람직하게는 10,000 내지 40,000, 바람직하게는 12,000 내지 30,000의 범위 내이다. 이러한 Mn 값은 표준 ISO 307:2007에 따르지만 용매를 변경하여(황산 대신 m-크레졸을 사용하고 온도는 20℃임) m-크레졸로 측정된 경우, 0.8 이상의 고유 점도에 상응할 수 있다.
상기 언급된 2가지 옵션에 따른 반응성 프리폴리머는 500 내지 10,000, 바람직하게는 1000 내지 6800, 특히 2500 내지 6800 범위의 수평균 분자량 Mn을 갖는다.
Mn는 특히 용액 내 전위차 적정에 의해 결정된, 말단 작용기의 함량 및 상기 프리폴리머의 작용가에 기초한 계산에 의해 결정된다. 중량 Mn은 또한 크기 배제 크로마토그래피 또는 NMR에 의해 결정될 수 있다.
폴리아미드를 정의하는 데 사용되는 명명법은 표준 ISO 1874-1:2011("Plastics - Polyamide (PA) moulding and extrusion materials - Part 1: Designation", in particular on page 3(tables 1 and 2))에 기재되어 있으며, 당업자에게 잘 알려져 있다.
폴리아미드는 호모폴리아미드 또는 코폴리아미드 또는 이들의 블렌드일 수 있다.
유리하게는, 매트릭스를 구성하는 프리폴리머는 폴리아미드(PA)(특히, 지방족 폴리아미드, 지환족 폴리아미드, 및 우레아 모이어티에 의해 선택적으로 개질된 반방향족 폴리아미드(폴리프탈아미드), 및 이들의 코폴리머로부터 선택됨), 폴리메틸 메타크릴레이트(PPMA) 및 이의 코폴리머, 폴리에테르이미드(PEI), 폴리페닐렌 설파이드(PPS), 폴리페닐렌 설폰(PPSU), PVDF, 폴리(에테르 케톤 케톤)(PEKK), 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK), 플루오로폴리머, 예컨대 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF)로부터 선택된다.
플루오로폴리머의 경우, 비닐리덴 플루오라이드의 호모폴리머(화학식 CH2=CF2의 VDF), 또는 적어도 50 중량%의 VDF 및 VDF와 공중합 가능한 적어도 하나의 다른 모노머를 포함하는 VDF의 코폴리머를 사용할 수 있다. VDF의 함량은 특히 열 및 화학적 스트레스를 받을 때 구조적 부품에 대한 우수한 기계적 강도 및 내화학성을 보장하기 위해 80 중량% 초과 또는 훨씬 우수하게는 90 중량%이어야 한다. 코모노머는 예를 들어 비닐 플루오라이드와 같은 플루오로모노머일 수 있다.
고온을 견뎌야 하는 구조적 부품의 경우, 플루오로폴리머 외에, 유리하게는 본 발명에 따라 PAEK(폴리아릴 에테르 케톤), 예컨대 폴리(에테르 케톤)(PEK), 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEEK), 폴리(에테르 케톤 케톤)(PEKK), 폴리(에테르 케톤 에테르 케톤 케톤)(PEKEKK) 또는 높은 유리 전이 온도 Tg를 갖는 PA가 사용된다.
유리하게는, 상기 열가소성 폴리머는 Tg ≥ 80℃, 특히 ≥ 100℃, 특히 ≥ 120℃, 특히 ≥ 140℃인 유리 전이 온도를 갖는 폴리머, 또는 용융 온도 Tm ≥ 150℃를 갖는 반결정질 폴리머이다.
유리하게는, 매트릭스의 상기 열가소성 폴리머는 비반응성 열가소성 폴리머이다.
유리하게는, 상기 하나 이상의 열가소성 프리폴리머는 폴리아미드, PEKK, PEI 및 PEKK와 PEI의 블렌드로부터 선택된다.
유리하게는, 상기 폴리아미드는 지방족 폴리아미드, 지환족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드(폴리프탈아미드)로부터 선택된다.
유리하게는, 상기 지방족 폴리아미드 프리폴리머는
- 폴리아미드 6(PA6), 폴리아미드 11(PA11), 폴리아미드 12(PA12), 폴리아미드 66(PA66), 폴리아미드 46(PA46), 폴리아미드 610(PA610), 폴리아미드 612(PA612), 폴리아미드 1010(PA1010), 폴리아미드 1012(PA1012), 폴리아미드 11/1010 및 폴리아미드 12/1010, 또는 이들의 블렌드 또는 이들의 코폴리아미드, 및 블록 코폴리머, 특히 폴리아미드/폴리에테르(PEBA)로부터 선택되고, 상기 반방향족 폴리아미드는 우레아 모이어티에 의해 선택적으로 개질된 반방향족 폴리아미드, 특히 PA MXD6 및 PA MXD10 또는 EP 1 505 099에 기재된 바와 같은 화학식 X/YAr의 반방향족 폴리아미드, 특히 화학식 A/XT의 반방향족 폴리아미드[여기서, A는 아미노산으로부터 얻은 모이어티, 락탐으로부터 얻은 모이어티 및 화학식(Ca 디아민).(Cb 이산)에 상응하는 모이어티로부터 선택되고, a는 디아민의 탄소 원자 수를 나타내고, b는 이산의 탄소 원자 수를 나타내며, a 및 b는 각각 4 내지 36, 유리하게는 9 내지 18이고, (Ca 디아민) 모이어티는 선형 또는 분지형 지방족 디아민, 지환족 디아민 및 알킬방향족 디아민으로부터 선택되고, (Cb 이산) 모이어티는 선형 또는 분지형 지방족 이산, 지환족 이산 및 방향족 이산으로부터 선택되고;
X.T는 Cx 디아민과 테레프탈산의 중축합으로부터 얻어진 모이어티를 나타내며, 여기서 x는 Cx 디아민의 탄소 원자 수를 나타내며, x는 6 내지 36, 유리하게는 9 내지 18임], 특히 화학식 A/6T, A/9T, A/10T 또는 A/11T의 폴리아미드(A는 위에서 정의한 바와 같음), 특히 폴리아미드 PA 6/6T, PA 66/6T, A 6I/6T, PA MPMDT/6T, PA PA11/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T, PA BACT/10T/11, PA BACT/6T/11이다.
T는 테레프탈산에 해당하고, MXD는 m-크실릴렌디아민에 해당하고, MPMD는 메틸펜타메틸렌디아민에 해당하고, BAC는 비스(아미노메틸)시클로헥산에 해당한다.
유리하게는, 열가소성 폴리머는 반방향족 폴리아미드이다.
유리하게는, 열가소성 폴리머는 PA MPMDT/6T, PA PA11/10T, PA 11/6T/10T, PA MXDT/10T, PA MPMDT/10T, PA BACT/10T, PA BACT/6T, PA BACT/10T/6T, PA BACT/10T/11, PA BACT/6T/11로부터 선택된 반방향족 폴리아미드이다.
사전 함침 단계에 관하여:
위에서 이미 언급한 사전 함침 단계는 유동층에서 수행된다.
유리하게는, 사전 함침은 유동층에서 수행되고, 하나 이상의 장력 디바이스(들)(E)가 상기 시스템의 상류에 존재한다.
유동층 사전 함침 공정은 WO 2018/115736에 기재되어 있다.
적어도 하나의 장력 디바이스에 의한 가열 단계 없이 제조 공정을 구현하기 위한 유닛의 예가 국제 출원 WO 2015/121583에 기재되어 있다.
이 시스템은 사전 함침 단계를 수행하기 위한 유동층을 포함하는 탱크의 사용을 기재하고 본 발명의 맥락 내에서 사용될 수 있다.
유리하게는, 유동층을 포함하는 탱크에는 압축 롤러일 수 있는 적어도 하나의 장력 디바이스(E')가 제공된다.
장력 디바이스(E) 및 (E')는 재료 또는 형상 및 그 특성(형상에 따라 직경, 길이, 폭, 높이 등) 면에서 동일하거나 상이할 수 있다.
그러나, 장력 디바이스(E')는 가열 디바이스도 아니고 가열되지도 않는다.
섬유질 재료의 사전 함침 단계는 적어도 하나의 장력 디바이스(E')가 장착되고 상기 폴리머 매트릭스 분말의 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)를 포함하는 연속 사전 함침 디바이스를 통해 하나 이상의 로빙을 통과시켜 수행된다.
상기 폴리머 매트릭스 또는 폴리머의 분말은 탱크 내로 도입되고 호퍼(21)를 통해 탱크(20)로 흐르는 가스 G(예를 들어, 공기)에 현탁된다. 로빙(들)은 이 유동층(22)을 통해 순환된다.
탱크는 임의의 형상, 특히 원통형 또는 평행 육면체, 특히 직육면체 또는 정육면체, 유리하게는 직육면체를 가질 수 있다.
탱크(20)는 개방형 또는 폐쇄형 탱크일 수 있다. 유리하게는 개방형이다.
탱크가 폐쇄된 경우에, 상기 폴리머 매트릭스의 분말이 상기 탱크에서 나갈 수 없도록 밀봉 시스템이 구비된다.
따라서, 이러한 사전 함침 단계는 건식 경로로 수행된다. 즉, 열가소성 폴리머 매트릭스는 분말 형태, 특히 가스, 특히 공기 중의 현탁물이지만, 용매에 또는 물에 분산될 수 없다.
장력 디바이스(E)를 통과한 후 사전 함침되는 각각의 로빙은 탱크(20)에 들어간다.
이후, 섬유 로빙 또는 평행 섬유 로빙은 압축 롤러이거나 이미 탱크에 존재하는 적어도 하나의 장력 디바이스(E')가 장착된, 특히 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)로 가거나 탱크(20) 내로 들어간 후, 적어도 하나의 장력 디바이스(E')가 장착된 유동층(22)으로 진입한다.
이후, 섬유 로빙 또는 평행 섬유 로빙은 분말의 체류 시간을 선택적으로 제어한 후 사전 함침 후의 탱크에서 나온다.
[0155] 일 구현예에서, 본 발명에 따른 공정은 매트릭스의 열가소성 폴리머를 용융시키고 상기 섬유질 재료의 함침을 완료하기 위해 사전 함침된 섬유질 재료를 가열하는 단계를 포함한다.
상기 가열 단계는 WO 2018/234439에 기재된 바와 같이 수행될 수 있다:
제1 가열 단계는 사전 함침 단계 직후에 수행될 수 있거나, 그렇지 않으면 사전 함침 단계와 가열 단계 사이에 다른 단계가 발생할 수 있다.
유리하게는, 상기 제1 가열 단계는 사전 함침 단계 직후에 수행된다. "직후에 수행된다"라는 표현은 사전 함침 단계와 상기 가열 단계 사이에 중간 단계가 없음을 의미한다.
유리하게는, 단일 가열 단계는 사전 함침 단계 직후에 수행된다.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 가열 시스템은 적외선 램프, UV 램프 및 대류 가열로부터 선택된다.
섬유질 재료는 가열 시스템의 장력 디바이스(들)와 접촉하고 장력 디바이스는 전도성이므로 가열 시스템 또한 전도에 의해 수행된다.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 가열 시스템은 적외선 램프로부터 선택된다.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(E")는 볼록, 오목 또는 원통형 형상의 압축 롤러이다.
장력 디바이스(E), (E') 및 (E'')에 해당하는 압축 롤러는 재료 또는 형상 및 그 특성(형상에 따라 직경, 길이, 폭, 높이 등) 면에서 동일하거나 상이할 수 있음을 주목해야 한다.
볼록 형상은 스프레딩에 유리한 반면, 오목 형상은 스프레딩에 불리하지만 그럼에도 불구하고 수행된다.
적어도 하나의 장력 디바이스(E'')는 또한 볼록 및 오목 사이에서 교번하는 형상을 가질 수 있다. 그 경우에, 볼록 형상의 압축 롤러 상에서의 로빙의 진행이 상기 로빙의 스프레딩을 야기하고, 이후 오목 형상의 압축 롤러 상에서의 로빙의 진행이 로빙의 수축 등을 야기하여, 필요한 경우 특히 코어에 대한 함침의 균일성을 개선하는 것을 가능하게 한다.
"압축 롤러"라는 표현은 구현 중인 로빙이 상기 압축 롤러의 표면에 대해 부분적으로 또는 완전히 가압되어 상기 로빙의 스프레딩을 유도하는 것을 의미한다.
롤러는 자유(회전) 또는 고정될 수 있다.
롤러는 매끄럽거나, 리브가 있거나 홈이 있다.
유리하게는, 롤러는 원통형이고 리브가 있다. 롤러에 리브가 있을 때, 두 개의 리브가 상기 롤러의 중심에서 시작하여 서로 반대 방향으로 존재할 수 있어 로빙이 롤러의 외부를 향해 멀어지거나, 상기 롤러의 외부에서 시작하여 서로 반대 방향으로 존재할 수 있어 록(lock)을 롤러의 중심으로 가져오는 것을 가능하게 한다.
이 가열 단계는 사전 함침을 균일하게 하여, 함침을 완료시키고, 코어 함침을 가지며 부피 기준으로 높은 섬유 함량을 갖게 하고, 특히 스트립 또는 리본의 적어도 70 부피%, 특히 스트립 또는 리본의 적어도 80 부피%, 특히 스트립 또는 리본의 적어도 90 부피%, 보다 특히 스트립 또는 리본의 적어도 95 부피%로 일정한 섬유 함량을 갖게 하고, 또한 다공성을 감소되게 한다.
스프레딩은 사용된 섬유질 재료에 따라 달라진다. 예를 들어, 탄소 섬유 재료의 스프레딩은 아마 섬유의 스프레딩보다 훨씬 더 크다.
스프레딩은 또한 로빙의 섬유 수, 평균 직경 및 크기로 인한 응집력에 따라 달라진다.
상기 적어도 하나의 압축 롤러(장력 디바이스(E''))의 직경은 3 mm 내지 100 mm, 바람직하게는 3 mm 내지 20 mm, 특히 5 mm 내지 10 mm이다.
3 mm 미만에서는, 압축 롤러에 의해 유발된 섬유 변형이 너무 크다.
유리하게는, 압축 롤러는 원통형이고 홈이 없고 특히 금속이다.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(E'')는 원통형 형상의 적어도 하나의 압축 롤러로 구성된다.
유리하게는, 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(E'')는 원통형 형상의 1 내지 15개의 압축 롤러(R1 내지 R15), 바람직하게는 3 내지 15개의 압축 롤러(R3 내지 R15), 특히 6 내지 10개의 압축 롤러(R6 내지 R10)로 구성된다.
존재하는 장력 디바이스(E'')의 수에 관계없이 모두 가열 시스템의 환경에 위치하거나 포함되어 있다는, 즉, 가열 시스템 외부에 있지 않다는 것은 매우 명백하다.
[0156] 다른 양태에 따르면, 본 발명은 로봇을 사용하여 상기 리본의 자동화 레이업(automated layup)에 의해 3차원 복합재 부품의 제조에 적합한 보정된 리본의 제조를 위한, 위에서 정의된 바와 같은 공정의 용도에 관한 것이다.
[0157] 유리하게는, 상기 복합재 부품은 운송, 특히 자동차 운송, 석유 및 가스, 특히 해양, 수소, 가스 저장, 특히 수소, 항공, 해상 및 철도 운송; 재생 에너지, 특히 풍력 터빈 또는 해양 터빈, 에너지 저장 디바이스, 태양 패널; 열 보호 패널; 스포츠 및 레저, 건강 및 의료, 전자 제품 분야에 관한 것이다.
[0158] 다른 양태에 따르면, 본 발명은 위에서 정의된 바와 같은 공정의 용도로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 3차원 복합재 부품에 관한 것이다.
[0159] 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 위에서 정의한 공정에 사용하기 위한, 유동층(22), 스크레이퍼 또는 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템을 포함하는 탱크(20)에 관한 것이다.
[0160] 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 위에서 정의된 공정에 사용하기 위한, 유동층(22), 스크레이퍼 및 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템을 포함하는 탱크(20)에 관한 것이다.
[0161] 도면의 간단한 설명
[0162] [도 1]은 WO 2018/115736에 따른 사전 함침 섬유질 재료의 제조공정을 구현하기 위한 유닛의 부분도를 나타낸다.
[0163] [도 2]는 압축 롤러일 수 있는 적어도 하나의 장력 디바이스(E')가 제공된 유동층을 포함하는 탱크를 나타낸다.
[0164] [도 3]은 스크레이퍼를 갖는 탱크의 사진을 나타낸다.
[0165] [도 4]는 시간 경과에 따른 분말의 퍼즈 및 언패킹을 위한 자동화된 스크레이퍼 시스템을 나타낸다. 퍼즈는 탱크의 나머지 부분을 방해하지 않는 탱크의 작동하지 않는 영역에서 자동으로 복구된다. 도 4 및 아래의 도 5는 하나의 도면이지만, 가시성을 위해 두 부분으로 나뉘어, 도 4는 왼쪽 부분을 나타내고, 도 5는 오른쪽 부분을 나타낸다.
[0166] [도 5]는 위에서 설명된 오른쪽 부분이다.
[0167] [도 6]은 유동층 위로 흡입된 분말을 회수할 수 있게 하는 사이클론을 나타낸다.
[0168] [도 7]은 시간의 함수로서 Hexcel의 섬유질 재료 AS4의 유동층 레벨 감소 및 열가소성 폴리머(BACT/10T)의 중량 백분율을 나타낸다. 왼쪽 스케일(scale): 층 높이. 오른쪽 스케일: 열가소성 폴리머(BACT/10T)의 중량%.
[0169] 실시예
[0170] 실시예 1
치수 Lxlxh = 500x500x400 mm3인 투명한 평행육면체 탱크에 D50 = 106μm의 입자 크기를 갖는 BACT/10T 열가소성 폴리머 매트릭스를 사용하여 Hexcel의 AS4 12k 섬유질 재료의 사전 함침을 위한 파일럿 라인에서 생산 테스트를 수행하였으며, 사전 함침이 진행됨에 따라 수동으로 분말만 첨가하였다. 첨가된 분말의 입도는 시작 시 탱크 내의 입자 크기와 동일하였다. 따라서, 이 상황은 입도 측면에서 아무 것도 제어되거나 재조정되지 않는 최악의 시나리오이다.
입도가 분석될 수 있는 다음의 4개의 계열의 분말을 얻었다:
- 섬유질 재료에 의해 이탈되고 입도 분포가 탱크에 존재하는 것과 실질적으로 동일한 것 → G0
- 비산되어 탱크 옆에 다시 떨어지는 것과 섬유질 재료에 이탈되고 용해되기 전에 섬유질 재료에서 떨어지는 것 → G1
- 탱크에 초기에 존재하는 것 → G2
- 생산 종료 시 탱크에 존재하는 것 → G3
생산 1주일 후, 탱크 옆에서 발견된 입도 G1의 분말의 부피는 탱크에 초기에 존재하는 분말 부피의 1/20과 동일한 것으로 측정되었다.
생산 1주일 후, 따라서 다음 표가 얻어진다:
[표 1]
Figure pct00001
재활용하면, G0와 실질적으로 동일한 G4 입자 크기가 탱크에서 얻어진다.
[0171] 실시예 2
생산 중 분말 공급을 위한 자동 스크레이퍼 및 자동 시스템이 있는 탱크.
섬유 재료: Hexcel의 탄소 섬유 AS4 12k
열가소성 폴리머: 140℃의 Tg 및 입도 D50 = 106㎛를 갖는 BACT/10T(몰 백분율로 40/60).
15분마다 스크레이퍼로 레이킹(raking)이 수행되기 때문에 초기 층 높이로 복귀가능하게 하고 1시간 40분 동안 분말을 첨가하지 않고도 BACT/10T의 이탈량을 유지하게 함으로써 프릿 표면에 축적되는 발생된 퍼즈를 회수할 수 있게 한다.
결과는 도 7에 제시된다.

Claims (32)

  1. 연속 섬유로 형성된 적어도 하나의 섬유질 재료, 및 적어도 하나의 열가소성 폴리머 매트릭스를 포함하는 함침된 섬유질 재료를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 방법은 상기 섬유질 재료를 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스로 사전 함침시키는 단계를 포함하며, 상기 사전 함침 단계는 유동층(22)을 포함하는 탱크(20)에서 건식 수행되고, 상기 사전 함침 단계는 상기 탱크(20)에 존재하는 분말의 질량(m) 및 분말의 레벨(h)을 실질적으로 일정하게 유지하면서 수행되고, 상기 레벨(h)은 상기 사전 함침 단계의 구현 동안 hi 내지 hi-3%, 특히 hi-2%이고, 여기서, hi는 상기 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 레벨이고, 상기 질량 m은 상기 사전 함침 단계의 구현 동안 mi 내지 mi ± 0.5%이고, 여기서, mi는 상기 사전 함침 단계의 구현 시작 시 상기 탱크(20) 내 분말의 초기 질량이고,
    의도적인 대전이 있는 임의의 정전기 공정은 제외됨을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 열가소성 폴리머 분말 입자의 부피 평균 직경 D50이 30 내지 300 ㎛, 특히 50 내지 200 ㎛, 보다 특히 70 내지 200 ㎛임을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 탱크(20)가 분말 형태의 열가소성 폴리머 매트릭스로 보충되어 상기 섬유질 재료의 사전 함침에 의한 상기 열가소성 폴리머 매트릭스의 소모를 보상함을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말의 입도가 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D50이 최대 +20% 변함을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말의 미세 입자의 입도가 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D10이 최대 +30% 변함을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 분말의 큰 입자의 입도가 상기 탱크(20)에서 실질적으로 일정하며, 즉 D90이 최대 +10% 변함을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탱크(20)가 유동층(22)을 포함하고, 상기 사전 함침 단계가 상기 유동층(22)의 입구와 출구 사이의 상기 로빙(roving)(81a) 또는 상기 로빙들의 동시 스프레딩(spreading)과 함께 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탱크(20)가 스크레이퍼(scraper)를 구비함을 특징으로 하는 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 스크레이퍼가 레벨(h) < hi-3%, 특히 h < hi-2%일 때 자동으로 사용됨을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탱크(20)가 유동화 동안 상기 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 미세 입자를 흡입하는, 횡방향 흡입 시스템을 구비함을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 흡입된 입자가 상기 탱크(20) 내로 연속적으로 재도입됨을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탱크(20)가 상기 탱크(20)에서 나가는 0.01 내지 60 ㎛의 직경을 갖는 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템 및 스크레이퍼를 구비함을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유동층(22)이 적어도 하나의 장력 디바이스(82)를 포함하고, 상기 로빙(81a) 또는 상기 로빙들은 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(82)의 표면의 일부 또는 전체와 접촉함을 특징으로 하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 로빙(81a) 또는 상기 로빙들의 상기 스프레딩이 적어도 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(82)의 레벨에서 수행됨을 특징으로 하는 방법.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 장력 디바이스(82)가 볼록, 오목 또는 원통 형상의 압축 롤러임을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 압축 롤러가 원통 형상이고, 상기 유동층의 입구와 출구 사이에서 상기 로빙(81a) 또는 상기 로빙들의 스프레딩 비율이 1% 내지 400%, 우선적으로 30% 내지 400%, 우선적으로 30% 내지 150%, 우선적으로 50% 내지 150%임을 특징으로 하는 방법.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머가 비반응성 열가소성 폴리머임을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 매트릭스의 열가소성 폴리머를 용융시키고 상기 섬유질 재료의 함침을 완료하기 위해 사전 함침된 섬유질 재료를 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  19. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머가 그 자체로, 또는 프리폴리머가 지닌 사슬 말단에 따라, 다른 프리폴리머와, 또는 달리 사슬 연장제와 반응할 수 있는 반응성 프리폴리머임을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 선택적으로 상기 연장제와 함께 열가소성 프리폴리머를 용융시키고 중합하고 상기 섬유질 재료의 함침을 완료하기 위해 사전 함침된 섬유질 재료를 가열하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  21. 제1항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 열가소성 폴리머가 폴리(아릴 에테르 케톤)(PAEK), 특히, 폴리(에테르 에테르 케톤)(PEKK); 폴리(아릴 에테르 케톤 케톤)(PAEKK), 특히 폴리(에테르 케톤 케톤)(PEKK); 방향족 폴리에테르이미드(PEI); 폴리아릴 설폰, 특히 폴리페닐렌 설폰(PPSU); 폴리아릴 설파이드, 특히 폴리페닐렌 설파이드(PPS); 폴리아미드(PA); 특히 우레아 모이어티에 의해 선택적으로 개질된 반방향족 폴리아미드(폴리프탈아미드); PEBA, 폴리아크릴레이트, 특히 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA); 폴리올레핀, 특히 폴리프로필렌(PP); 폴리락트산(PLA); 폴리비닐알코올(PVA); 및 플루오로폴리머, 특히 폴리(비닐리덴 플루오라이드)(PVDF) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 또는 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE); 및 이들의 블렌드, 바람직하게는 90-10 중량% 내지 60-40 중량%, 특히 90-10 중량% 내지 70-30 중량%의 PEKK와 PEI의 블렌드로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 열가소성 폴리머가 Tg ≥ 80℃, 특히 ≥ 100℃, 특히 ≥ 120℃, 특히 ≥ 140℃인 유리 전이 온도를 갖는 폴리머, 또는 용융 온도 Tm ≥ 150℃를 갖는 반결정질 폴리머임을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 열가소성 폴리머가 폴리아미드, 지방족 폴리아미드, 지환족 폴리아미드 및 반방향족 폴리아미드(폴리트탈아미드), PEKK, PEI 및 PEKK와 PEI의 블렌드로부터 선택됨을 특징으로 하는 방법.
  24. 제1항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함침된 섬유질 재료에서 섬유의 함량이 45부피% 내지 65 부피%, 바람직하게는 50 부피% 내지 60 부피%, 특히 54 부피% 내지 60 부피%임을 특징으로 하는 방법.
  25. 제1항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 함침된 섬유질 재료의 다공도가 10% 미만, 특히 5% 미만, 특히 2% 미만임을 특징으로 하는 방법.
  26. 제1항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열가소성 폴리머가 탄소 기반 충전제, 특히 카본 블랙 또는 탄소 기반 나노충전제, 바람직하게는 탄소 기반 나노충전제, 특히 그래핀 및/또는 탄소 나노튜브 및/또는 탄소 나노피브릴, 또는 이들의 혼합물을 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유질 재료가 탄소 섬유, 유리 섬유, 탄화규소 섬유, 현무암 기반 또는 현무암 섬유, 실리카 섬유, 천연 섬유, 특히 아마 또는 대마 섬유, 리그닌 섬유, 대나무 섬유, 사이잘 섬유, 실크 섬유, 또는 셀룰로스 섬유, 특히 비스코스 섬유, 또는 상기 폴리머 또는 상기 폴리머의 블렌드가 비정질인 경우 이의 유리 전이 온도(Tg)보다 높거나 상기 폴리머 또는 상기 폴리머의 블렌드가 반결정질인 경우 이의 용융 온도(Tm)보다 높은 Tg를 갖는 비정질 열가소성 섬유, 또는 상기 폴리머 또는 상기 폴리머의 블렌드가 비정질인 경우 이의 Tg보다 높거나 상기 폴리머 또는 상기 폴리머의 블렌드가 반결정질인 경우 이의 Tm보다 높은 Tm를 갖는 반결정질 열가소성 섬유, 또는 상기 섬유의 둘 이상의 혼합물, 바람직하게는 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 탄화규소 섬유의 혼합물, 특히 탄소 섬유로부터 선택되는 연속 섬유를 포함함을 특징으로 하는 방법.
  28. 로봇을 사용하여 리본(ribbon)의 자동화 레이업(automated layup)에 의해 3차원 복합재 부품의 제조에 적합한 보정된 상기 리본의 제조를 위한, 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 정의된 방법의 용도.
  29. 제28항에 있어서, 상기 복합재 부품이 운송, 특히 자동차 운송, 석유 및 가스, 특히 해양, 수소, 가스 저장, 특히 수소, 항공, 해상 및 철도 운송; 재생 에너지, 특히 풍력 터빈 또는 해양 터빈, 에너지 저장 디바이스, 태양 패널; 열 보호 패널; 스포츠 및 레저, 건강 및 의료, 전자 제품 분야에 관한 것임을 특징으로 하는 용도.
  30. 제28항 또는 제29항에 정의된 방법의 용도로부터 생성되는 것을 특징으로 하는, 3차원 복합재 부품.
  31. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 정의된 방법에 사용하기 위한, 유동층(22), 스크레이퍼 또는 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템을 포함하는 탱크(20).
  32. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 정의된 방법에 사용하기 위한, 유동층(22), 스크레이퍼 및 미세 입자를 흡입하는 횡방향 흡입 시스템을 포함하는 탱크(20).
KR1020227019015A 2019-11-06 2020-11-05 미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법 KR20220093200A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1912421A FR3102701B1 (fr) 2019-11-06 2019-11-06 Procédé d’imprégnation d’un matériau fibreux avec un système optimisé de réalimentation et de nettoyage des particules fines
FRFR1912421 2019-11-06
PCT/FR2020/051998 WO2021089943A2 (fr) 2019-11-06 2020-11-05 Procédé d'imprégnation d'un matériau fibreux avec un système optimisé de réalimentation et de nettoyage des particules fines

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220093200A true KR20220093200A (ko) 2022-07-05

Family

ID=69468849

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227019015A KR20220093200A (ko) 2019-11-06 2020-11-05 미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220402170A1 (ko)
EP (1) EP4054817A2 (ko)
JP (1) JP2023500502A (ko)
KR (1) KR20220093200A (ko)
CN (1) CN114761192A (ko)
FR (1) FR3102701B1 (ko)
WO (1) WO2021089943A2 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115448741B (zh) * 2022-08-11 2023-07-18 航天特种材料及工艺技术研究所 基于恒液面浓缩-原位凝胶工艺制备氧化铝纤维增强陶瓷基复合材料的方法及其应用

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3919437A (en) * 1972-02-22 1975-11-11 Owens Corning Fiberglass Corp Method for electrostatically impregnating strand
JPS62110774A (ja) * 1985-11-06 1987-05-21 Rohm Co Ltd 電子部品の塗装装置
FR2598649B1 (fr) * 1986-05-15 1988-09-23 Inst Nat Rech Chimique Procede d'impregnation en continu de fibres de nature organique, minerale ou metallique par des produits a l'etat solide, pulverulent, en suspension dans un gaz et installation pour sa mise en oeuvre
FR2648957B1 (fr) 1989-06-22 1991-11-15 France Etat Armement Materiau composite a caracteristiques modulables par preimpregnation d'une fibre continue
FR2659595B1 (fr) * 1990-03-15 1992-09-04 Inst Nat Rech Chimique Procede d'impregnation de fibres a l'aide de poudre de polymeres, en lit fluidise, et dispositif de mise en óoeuvre.
EP0455149A3 (en) * 1990-04-30 1993-04-07 Basf Aktiengesellschaft Fused towpreg and process for the production thereof
US5888580A (en) * 1991-07-03 1999-03-30 Hoechst Aktiengesellschaft Production of composites from polymer powder dispersions
JP3043121B2 (ja) * 1991-08-08 2000-05-22 積水化学工業株式会社 繊維複合シートの製造方法
FR2784931B1 (fr) * 1998-10-23 2001-02-09 Vetrotex France Sa Procede de fabrication d'un ruban composite forme de fibres de renforcement et de matiere organique thermoplastique
FR2858626B1 (fr) 2003-08-05 2005-10-07 Atofina Polyamides semi aromatiques souple a faible reprise en humidite
BR112014012309A2 (pt) 2011-12-09 2017-06-13 Ticona Llc fita de polímero reforçado com fibra assimétrica
FR3017329B1 (fr) 2014-02-13 2016-07-29 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau fibreux pre-impregne de polymere thermoplastique en lit fluidise
JP2017023992A (ja) * 2015-07-27 2017-02-02 株式会社ピーベス 粉体塗装における流動浸漬の際に粉体塗料の表面の高さを均一に保つ方法に関するものである。
FR3061068B1 (fr) 2016-12-22 2020-02-14 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau fibreux pre-impregne de polymere thermoplastique sous forme de poudre
FR3061069B1 (fr) 2016-12-22 2020-05-01 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau fibreux pre-impregne de polymere thermoplastique sous forme de poudre seche
FR3061066B1 (fr) 2016-12-22 2020-02-14 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau fibreux pre-impregne de polymere thermoplastique en lit fluidise
WO2018229114A1 (fr) 2017-06-14 2018-12-20 Arkema France Procédé de fabrication d'une pièce en matériau composite a partir de prépolymères
FR3067961B1 (fr) 2017-06-22 2020-11-06 Arkema France Procede de fabrication d'un materiau fibreux impregne de polymere thermoplastique
FR3067968B1 (fr) 2017-06-22 2020-11-06 Arkema France Materiau fibreux impregne de polymere thermoplastique

Also Published As

Publication number Publication date
FR3102701B1 (fr) 2022-12-23
EP4054817A2 (fr) 2022-09-14
JP2023500502A (ja) 2023-01-06
CN114761192A (zh) 2022-07-15
WO2021089943A3 (fr) 2021-09-16
US20220402170A1 (en) 2022-12-22
WO2021089943A2 (fr) 2021-05-14
FR3102701A1 (fr) 2021-05-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7061072B2 (ja) 熱可塑性ポリマーで予備含浸された繊維状材料を製造するための流動床方法
JP7123052B2 (ja) 粉末形態の熱可塑性ポリマーを予備含浸させた繊維材料の製造方法
JP2020501949A (ja) 乾燥粉末形態の熱可塑性ポリマーを予備含浸させた繊維材料の製造方法
JP7041693B2 (ja) 熱可塑性ポリマーが含浸した繊維材料を製造する方法
CN111032302B (zh) 用热塑性聚合物浸渍的纤维质材料的制造方法
CN112625272A (zh) 用热塑性聚合物浸渍的纤维材料
JP2020501951A (ja) 射出により熱可塑性ポリマーを予備含浸させた繊維材料の製造方法
JP2020524615A5 (ko)
JP2023027050A (ja) １００μｍ以下の厚さを有する熱可塑性ポリマーを含侵した繊維材料、およびその生産方法
KR20220093200A (ko) 미세 입자의 재공급 및 세정에 최적화된 시스템으로 섬유질 재료를 함침시키기 위한 방법
JP2022512439A (ja) 熱可塑性ポリマーが含浸した繊維材料を製造する方法
CN113226682B (zh) 用于在流化床中制造预浸渍有热塑性聚合物的纤维质材料的方法
CN113195601A (zh) 用最佳分子质量和粘度的热塑性聚合物浸渍的纤维质材料及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination