(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維補強材から部品を製造するための方法であって、繊維と未硬化ポリマーマトリックスとからなる繊維プリフォームを金型上に配置し、熱電フィルムを前記金型上に配置し、負圧または真空をかけながらマイクロ波照射により前記熱電フィルムを加熱し、その結果、前記繊維プリフォームを加熱してポリマーマトリックスを硬化させるものであり、
前記金型の第１の面の裏面である第２の面上だけに前記熱電フィルムを配置し、前記第２の面が前記繊維プリフォームとは逆の側であることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記繊維プリフォームを前記金型の第１の面上に直接配置することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱電フィルムに加えて別途の真空フィルムを使用し、前記金型と前記真空フィルムの間に負圧または真空を確立することができるように、前記金型に対して封着させ、前記マイクロ波照射により前記繊維プリフォームの前記ポリマーマトリックスを硬化させるために、前記金型と前記真空フィルムの間に負圧または真空を確立することを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記真空フィルムを前記繊維プリフォーム上に直接配置し、前記金型を前記熱電フィルムと前記真空フィルムの間に配置することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記真空フィルムを前記分離フィルムまたは前記不織布上に直接配置し、前記金型を前記熱電フィルムと真空フィルムの間に配置することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記熱電フィルムとして、所定の第１の区画の領域内でのみ前記マイクロ波照射により加熱され、所定の第２の区画の領域内では前記マイクロ波照射により加熱されない、区画化された熱電フィルムを使用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維補強材から部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（特許文献１）には、繊維補強材から部品を製造するための方法であって、繊維プリフォームを金型上に配置し、当該繊維プリフォームを外側から真空フィルムによって覆って金型に対して封着させる方法が開示されている。繊維プリフォームと真空フィルムの間には、一方に拡散織物を配置し、他方に分離フィルムを配置するが、分離フィルムは拡散織物と繊維プリフォームの間に、拡散織物は真空フィルムと分離フィルムの間に配置する。（特許文献１）によれば、繊維プリフォームに含浸させるための液状樹脂を、具体的には負圧をかけることによって、拡散織物を通して繊維プリフォームに供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３２６０２１Ａ１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以上を基に、本発明は、繊維補強材から部品を製造するための新規の方法を提供するという課題に取り組む。この課題は、特許請求項１に記載の方法によって解決される。繊維補強材から部品を製造するための本発明の方法においては、繊維と未硬化ポリマーマトリックスとからなる繊維プリフォームを金型上に配置し、熱電フィルムを繊維プリフォームおよび／または金型上に配置し、負圧または真空をかけながらマイクロ波照射により前記熱電フィルムを加熱する。これにより、繊維プリフォームを加熱してポリマーマトリックスを硬化させる。
【０００５】
本発明は、繊維補強材から部品を製造するための全く新しい方法を提案する。本発明の方法によれば、繊維プリフォームとして、繊維と未硬化ポリマーマトリックスとからなるプリフォームを使用する。繊維プリフォームおよび／または金型上に配置した熱電フィルムを用いて、繊維プリフォームを加熱して繊維プリフォームのポリマーマトリックスを硬化させる。繊維プリフォームを加熱して硬化させる働きをする熱電フィルムは、負圧または真空をかけながらマイクロ波照射により加熱される。
【０００６】
したがって、本発明の目的上、熱電フィルムとは、マイクロ波放射により励起されると、したがってマイクロ波照射線との電磁的な結合によって、熱的な作用を行う、すなわち熱を放出するフィルムである。したがって、本発明では、マイクロ波照射によって熱電フィルムに電気エネルギーを投入することができ、前記電気エネルギーは、熱電フィルムによって熱エネルギーに変換されて、熱として放出される。
【０００７】
繊維補強材から部品を製造するための以上のような方法は、繊維補強された部品をとりわけ簡単にかつ確実に、高品質で製造することができる全く新しい方法である。
【０００８】
本発明の熱電フィルムとしては、所定の第１の区画の領域内でのみマイクロ波照射により加熱され、所定の第２の区画の領域内ではマイクロ波照射により加熱されない、区画化された熱電フィルムを使用することが好ましい。
【０００９】
そのような区画化された熱電フィルムを本発明の熱電フィルムとして使用すると、幾何的に定義された領域内で選択的に繊維プリフォームを加熱することができる。これにより、繊維プリフォームで、ひいては後の部品における所定の幾何的領域で、所期の特性を生み出すことができるようになる。さらに、マイクロ波照射中の繊維プリフォームの局所的な過熱を防止することもできる。
【００１０】
本発明の第１の有利な発展形態によれば、熱電フィルムがさらに真空フィルムとしても機能する。すなわち、金型と熱電フィルムの間に負圧または真空を確立することができるように真空フィルムを金型に対して封着させ、マイクロ波照射により繊維プリフォームのポリマーマトリックスを硬化させるために、金型と熱電フィルムの間に、負圧または真空を確立する。
【００１１】
本発明の有利な第２の代替発展形態によれば、熱電フィルムに加えて別途の真空フィルムを使用する。すなわち、金型と真空フィルムの間に負圧または真空を確立することができるように、別途の真空フィルムを金型に対して封着させ、マイクロ波照射により繊維プリフォームのポリマーマトリックスを硬化させるために、金型と真空フィルムの間に、負圧または真空を確立する。
【００１２】
本発明の第１の有利な発展形態が採用されるときには、熱電フィルムがさらに真空フィルムとしても機能することから、別途の真空フィルムなしで済ませることができる。この場合、本発明の方法を単純化して、より経済的なものにすることができる。
【００１３】
本発明の好ましい発展形態を従属請求項および以下の説明によって提示する。本発明の例示的実施形態を図面に基づいてより詳細に説明するが、本発明はそれらに限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第１の例示的実施形態を例示する一構成の概略側面図である。
【図２】繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第２の例示的実施形態を例示する一構成の概略側面図である。
【図３】繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第３の例示的実施形態を例示する一構成の概略側面図である。
【図４】繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第４の例示的実施形態を例示する一構成の概略側面図である。
【図５】繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第５の例示的実施形態を例示する一構成の概略側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、繊維補強材、例えば炭素繊維補強材やガラス繊維補強材から部品を製造するための方法に関する。
【００１６】
本発明によれば、繊維と未硬化ポリマーマトリックス（特に未硬化の熱硬化性ポリマーマトリックス）とからなる繊維プリフォームを金型上に配置し、熱電フィルムを繊維プリフォームおよび／または金型上に配置する。負圧または真空をかけながらこの構成をマイクロ波にさらし、マイクロ波照射により熱電フィルムを加熱する。このようにして、繊維プリフォームを加熱してポリマーマトリックスを硬化させる。
【００１７】
繊維プリフォームは、連続繊維を含むときにはプレプレグとも呼ばれる。一方、より短い繊維を含むときにはＢＭＣ（バルク成形コンパウンド）またはＳＭＣ（シート成形コンパウンド）と呼ばれる。
【００１８】
既に述べたように、繊維プリフォームの繊維は、ガラス繊維もしくは炭素繊維であってもよく、またはアラミド繊維であってもよい。繊維プリフォームのポリマーマトリックスは、好ましくはエポキシ樹脂またはビニルエステルをベースとする。
【００１９】
したがって、未硬化ポリマー中に繊維を埋め込んだ繊維プリフォームをマイクロ波照射により硬化させることによって、繊維補強材から部品を製造することが本発明の目的であり、この目的ために、繊維プリフォーム上または金型上のいずれかに配置された熱電フィルムをマイクロ波照射により加熱し、次いで、そのようにしてマイクロ波照射により加熱された熱電フィルムが、繊維プリフォームの硬化されるべきポリマーマトリックスを加熱して、ポリマーマトリックスを硬化させる。
【００２０】
したがって、本発明の目的上、熱電フィルムとは、マイクロ波照射により励起されると、したがってマイクロ波照射線との電磁的な結合によって、熱的な作用を行う、すなわち熱を放出するフィルムである。したがって、本発明では、マイクロ波照射によって熱電フィルムに電気エネルギーを投入することができ、前記電気エネルギーは、熱電フィルムによって熱エネルギーに変換されて、熱として放出される。
【００２１】
以下、図１〜図５の例示的実施形態を参照しながら本発明による方法の詳細を説明する。
【００２２】
図１は、繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法の第１の例示的実施形態を示す。図１の例示的実施形態によれば、繊維プリフォーム１０を金型１１の第１の面上に配置する。図１では、熱電フィルム１２を繊維プリフォーム１０上に、具体的には繊維プリフォーム１０と熱電フィルム１２の間に分離フィルム１３および不織布１４を挟んで、配置する。
【００２３】
分離フィルム１３には、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスの硬化中に、不織布１４が繊維プリフォーム１０に接着結合するのを防止するという効果がある。不織布１４により、繊維プリフォーム１０の領域から空気を逃がして負圧または真空をかけることができる。
【００２４】
図１の例示的実施形態では、負圧または真空にするために、別途の真空フィルム１５を使用し、周縁領域１６で金型１１に対して封着させる。このような方法で、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスを硬化させるために、金型１１と真空フィルム１５の間、したがって繊維プリフォーム１０の領域内で真空または負圧を確立することができるようにする。ここで、図１によれば、真空フィルム１５を熱電フィルム１２上に直接配置し、熱電フィルム１２を真空フィルム１５と繊維プリフォーム１０の間、図１において具体的には真空フィルム１５と不織布１４の間に配置する。
【００２５】
図２は、別途の真空フィルムなしの本発明の第２の実施形態を示す。図２のこの例示的実施形態では、同時にまたはさらに真空フィルムとしても機能する熱電フィルム１７を使用する。
【００２６】
図２によれば、真空フィルムとしても機能する熱電フィルム１７を、その周縁領域１８で金型１１に対して封着させる。これにより、ポリマーマトリックスを硬化させるために、金型１１と熱電フィルム１７の間、したがって繊維プリフォーム１０の領域内で負圧または真空を確立することができる。図２の実施形態でも、熱電フィルム１７と繊維プリフォーム１０の間に、分離フィルム１３および不織布１４を配置する。
【００２７】
図３は、繊維補強材から部品を製造するための本発明による方法のさらなる実施形態を示す。図３の例示的実施形態でも同様に、別途の真空フィルム１５を使用し、この真空フィルム１５をその周縁領域１６で金型１１に対して封着させる。別途の真空フィルム１５と金型１１の間に繊維プリフォーム１０と、分離フィルム１３と、不織布１４とを配置する。具体的には、金型１１の第１の面上に繊維プリフォーム１０を配置し、繊維プリフォーム１０上に分離フィルム１３を配置し、分離フィルム１３上に不織布１４を配置し、真空フィルム１５を不織布１４の外側に隣接させる。
【００２８】
図３の例示的実施形態では、熱電フィルム１９を繊維プリフォーム１０上ではなく、金型１１上、具体的には金型１１の第２の面上に配置する。この第２の面は、金型１１の第１の面の裏面であり、したがって繊維プリフォーム１０とは逆の側である。図３の変形実施形態でも、熱電フィルム１９がマイクロ波照射により加熱され、これが次いで金型１１を加熱し、金型１１を介して繊維プリフォーム１０を加熱して、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスを硬化させる。
【００２９】
この場合、熱電フィルム１９は、例えば接着結合や加硫によって金型１１に永久的に接続させてもよい。
【００３０】
本発明のさらなる代替形態は、図２と図３の例示的実施形態を組み合わせることによって得られ、それはすなわち図３における別途の真空フィルム１５をなくすことである。
【００３１】
この変形形態では、熱電フィルム１９を金型１１の第１の面にも広げ、したがって熱電フィルム１９が金型１１の全面を取り囲む。これにより、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスを硬化させるために、熱電フィルム１９と金型１１の間で負圧または真空を確立することができるようになる。
【００３２】
図３の実施形態を基にして、図４に本発明のさらなる変形形態を示す。すなわち、図４の例示的実施形態では、区画化された熱電フィルム２０を使用する。この区画化された熱電フィルム２０は、第１の区画２１ではマイクロ波照射により加熱することができるが、第２の区画２２ではマイクロ波照射により加熱することができない。ひいては、熱電フィルム２０の第２の区画２２は、好ましくは熱伝達のみを行う。
【００３３】
この場合、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスを硬化させるために、繊維プリフォーム１０の所定の領域に、他の所定の領域とは異なる加熱作用を及ぼすことができる。このような方法で、製造すべき部品の所定の特性を生み出したり、硬化中の繊維プリフォーム１０の局所的な過熱を防止したりする。
【００３４】
図５に本発明の一変形形態を示す。この変形形態では、図４とは異なり、マイクロ波照射により加熱することができる第１の区画２１とマイクロ波照射により加熱することができない第２の区画２２とを有する、区画化された熱電フィルム２０を、金型１１の第２の面の領域内には配置せず、図２の例示的実施形態の場合と同様に第１の面上に、したがって分離フィルム１３および不織布１４を挟んで繊維プリフォーム１０上に、配置する。
【００３５】
分離フィルム１３および不織布１４は任意選択的なサブアセンブリであることを指摘しておく。したがって、分離フィルム１３および不織布１４の代わりに、繊維プリフォーム１０と熱電フィルム１２、１７、もしくは２０との間、または繊維プリフォーム１０と別途の真空フィルム１５との間に、分離フィルム１３の機能と不織布１４の機能の両方を兼ね備える１枚のフィルムを配置することもできる。
【００３６】
さらに、分離フィルム１３および不織布１４の機能を、熱電フィルム１２、１７、もしくは２０、または別途の真空フィルム１５が直接担うこともできる。この場合には、別途の分離フィルム１３および別途の不織布１４を完全になくすことができる。
【００３７】
マイクロ波照射のために、したがって繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスをマイクロ波により硬化させるために、図１〜図５の構成をマイクロ波オーブン内に配置するのが好ましい。オーブンの出力は、例えばマイクロ波オーブン内に配設した熱電対によって調整することができる。しかし、繊維プリフォーム１０のポリマーマトリックスを硬化するのに必要な出力は、経験に基づいて予め決定することもでき、その場合には調整は行わない。
【００３８】
好ましくは、本発明による方法に関連して使用する熱電フィルム１２、１７、１９、または２０は、マイクロ波透過性ゴムまたはシリコーンをベースとするポリマー基材からなるのが好ましい。好ましくは、熱電フィルムは十分なドレープ性を有するか、本発明による方法によって製造されることとなる部品の幾何形状に合わせて成形することによって、予備成形される。
【００３９】
熱電フィルムは、望みの回数使用することができる。
【００４０】
高分子鎖を形成することができるポリマー基材の特性に対して不活性であるような加熱特性を有するマイクロ波活性添加剤を、熱電フィルムのポリマー基材に混入することによって、好ましくは熱電フィルムのポリマー基材中に一様に分散させることによって、熱電フィルム全体が、繊維プリフォームの硬化すべきポリマーマトリックスに熱を注入すべく、半透過性で、マイクロ波放射を消費できるようになる。
【００４１】
他方で、熱電フィルムは、硬化すべき繊維プリフォームを均一に取り囲む包囲等温体として機能する。このとき、熱電フィルムは、その設定した材料特性により、取り囲んだ繊維プリフォームをマイクロ波オーブンの環境から断熱し、場合によっては同時に真空フィルムとしても機能する。
【００４２】
ゴムベースまたはシリコーンベースのポリマー基材は熱伝導率が比較的低いので、添加剤を混入することによって熱電フィルムの熱伝導率を向上させてもよい。ここでは添加剤として、マイクロスケールまたはナノスケールカーボン、例えばカーボンブラックまたはグラファイト、マイクロスケールまたはナノスケールの強磁性およびフェリ磁性の吸収性イオン化合物、例えば酸化鉄、またはマイクロ波活性アミノ基を有するヒドロ環状芳香族混入物からなる混合物を使用することができる。そのような添加剤によって、特に、拡散による熱伝搬を向上させることができる。さらに、添加剤によって、マイクロ波照射線との結合特性を改良し、目的に合わせて設定することができる。
【００４３】
図４および図５の例示的実施形態で使用される区画化された熱電フィルムを形成するために、熱電フィルムのポリマー基材に様々な添加剤または補助添加剤を混入してもよい。例えば、熱電フィルムに金属粉末を混入することによって、マイクロ波加熱の影響を受けずに熱伝導のみを行う熱電フィルムの区画を形成することができる。したがって、様々な添加剤または補完添加剤を区画別に混入することによって、異なる区画、すなわちマイクロ波にさらしたときに加熱することができる第１の区画と、マイクロ波にさらしたときに加熱することができない第２の区画とを有する熱電フィルムを提供することができる。
【００４４】
金型１１として、マイクロ波透過性有機材料、例えばセラミック、コンクリート、もしくはセメント、複合材、例えばマイクロ波透過性ガラス繊維複合材、吸収材料、例えば水素化シリコーン、またはマイクロ波反射材料、例えばアルミニウムもしくは鋼もしくはマグネシウムもしくは銅もしくはインバーからなる金型を使用することができる。さらに、金型は、例えばウレオールなどのポリマーから作製することもできる。
【符号の説明】
【００４５】
１０  繊維プリフォーム
１１  金型
１２  熱電フィルム
１３  分離フィルム
１４  不織布
１５  真空フィルム
１６  周縁領域
１７  熱電フィルム
１８  周縁領域
１９  熱電フィルム
２０  熱電フィルム
２１  区画
２２  区画
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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