(57)【要約】  鋳型ヘッドは、成形前、成形中、そして成形後に、調節可能で制御可能な３次元配向で、リサイクル炭素繊維を使用して、構造体、特に繊維複合構造体を真空成形または真空形成するように特に適合される。そのような鋳型ヘッドは、鋳型ヘッドの鋳型表面に狭いスロットを有すると共に鋳型ヘッドの裏面に幅の広いチャネルを有する鋳型板を含み、そのようなスロットとチャネルとは、互いに交差する。サーボモータまたは他のアクチュエータという制御システムは、形成の間の鋳型ヘッドの動きと配向とを可能にすることにより、重力および粒子または懸濁粒子に基づいた材料の性質、厚み、および現在制御可能な他の性質を変化させる能力を作り出す。
2013539503.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リサイクル炭素繊維を備える材料を保持する容器と、
前記材料が成形される鋳型ヘッドと、
前記鋳型ヘッドに取り付けられ、前記容器内で三次元に前記鋳型ヘッドを動かすことが出来る少なくとも１つのアームと
を備える成形システム。
【請求項２】
前記材料は、スラリである、請求項１に記載の成形システム。
【請求項３】
前記材料は、溶媒を備える、請求項１に記載の成形システム。
【請求項４】
前記リサイクル炭素繊維は、１０重量％未満の樹脂を備える、請求項１に記載の成形システム。
【請求項５】
前記リサイクル炭素繊維は、５重量％未満の樹脂を備える、請求項４に記載の成形システム。
【請求項６】
前記リサイクル炭素繊維は、１重量％未満の樹脂を備える、請求項５に記載の成形システム。
【請求項７】
前記リサイクル炭素繊維は、グラファイト結合で表面炭素のうちの少なくとも５０％を有する、請求項１に記載の成形システム。
【請求項８】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３３％を有する、請求項１に記載の成形システム。
【請求項９】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３５％を有する、請求項８に記載の成形システム。
【請求項１０】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３６％を有する、請求項９に記載の成形システム。
【請求項１１】
炭素酸化物結合の前記表面炭素は、ヒドロキシル炭素と、カルボニル炭素と、カルボン酸炭素とから選択される、請求項８に記載の成形システム。
【請求項１２】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも２０％が、ヒドロキシル炭素である、請求項１１に記載の成形システム。
【請求項１３】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも７％が、カルボニル炭素である、請求項１２に記載の成形システム。
【請求項１４】
前記リサイクル炭素繊維は、少なくとも６．３ｍｍ〜７６．２ｍｍ未満の平均長を有する、請求項１に記載の成形システム。
【請求項１５】
前記リサイクル炭素繊維は、少なくとも１２．７ｍｍ〜３８．１ｍｍ未満の平均長を有する、請求項１４に記載の成形システム。
【請求項１６】
成形部品を形成するためのプロセスであって、
リサイクル炭素繊維を備える材料を保持するための容器を提供することと、
前記材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、前記鋳型ヘッドは、そこを貫通する通路を備える、ことと、
前記通路を通って材料を汲み出すために前記鋳型ヘッドに減圧を加えることと
を包含する、プロセス。
【請求項１７】
前記材料の中で三次元で前記鋳型ヘッドを動かすことと、
前記材料の水分減少により前記鋳型ヘッド上に前記成形部品を形成することと
をさらに包含する、請求項１６に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項１８】
前記鋳型ヘッドを通って材料を汲み出すことが出来る、前記鋳型ヘッドと関連付けられる減圧デバイスをさらに備える、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項１９】
前記減圧デバイスは、前記鋳型ヘッドが前記容器内で異なる位置にある間に真空圧が前記鋳型ヘッドに加えられてもよいように、少なくとも１つの回転ユニオンを含む、請求項１８に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２０】
前記減圧デバイスは、前記プロセスの間に前記鋳型ヘッドに加えられる真空圧を変化させる、請求項１９に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２１】
前記鋳型ヘッドを動かすためのサーボを備えるアームをさらに備える、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２２】
前記アームは、前記容器内で前記鋳型ヘッドを動かすための線形サーボを備える、請求項２１に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２３】
前記材料は、前記鋳型ヘッドを通って汲み出され、前記鋳型ヘッドの一部分に対して垂直な渦を形成し、前記鋳型ヘッドの前記一部分は、前記渦に対して垂直ではない方向に動かされる、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２４】
前記リサイクル炭素繊維は、１０重量％未満の樹脂を備える、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２５】
前記リサイクル炭素繊維は、５重量％未満の樹脂を備える、請求項２４に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２６】
前記リサイクル炭素繊維は、１重量％未満の樹脂を備える、請求項２５に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２７】
前記リサイクル炭素繊維は、グラファイト結合で表面炭素のうちの少なくとも５０％を有する、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２８】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３３％を有する、請求項１６に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項２９】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３５％を有する、請求項９に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３０】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３６％を有する、請求項１０に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３１】
炭素酸化物結合の前記表面炭素は、ヒドロキシル炭素と、カルボニル炭素と、カルボン酸炭素とから選択される、請求項２８に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３２】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも２０％が、ヒドロキシル炭素である、請求項３１に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３３】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも７％が、カルボニル炭素である、請求項３１に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３４】
前記リサイクル炭素繊維は、少なくとも６．３ｍｍ〜７６．２ｍｍ未満の平均長を有する、請求項１に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３５】
前記リサイクル炭素繊維は、少なくとも１２．７ｍｍ〜３８．１ｍｍ未満の平均長を有する、請求項１に記載の成形部品を形成するプロセス。
【請求項３６】
成形部品であって、
リサイクル炭素繊維を備える材料を保持するための容器を提供することと、
前記材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、前記鋳型ヘッドは、そこを貫通する通路を備える、ことと、
前記通路を通って前記材料を汲み出すために前記鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
前記材料内で三次元で前記成形部品を動かすことと、
前記鋳型ヘッド上で前記成形部品を形成することと
のプロセスによって形成される、成形部品。
【請求項３７】
前記リサイクル炭素繊維は、１０重量％未満の樹脂を備える、請求項３６に記載の成形部品。
【請求項３８】
前記リサイクル炭素繊維は、グラファイト結合で表面炭素のうちの少なくとも５０％を有する、請求項３６に記載の成形部品。
【請求項３９】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３３％を有する、請求項３６に記載の成形部品。
【請求項４０】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３５％を有する、請求項３９に記載の成形部品。
【請求項４１】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３６％を有する、請求項４０に記載の成形部品。
【請求項４２】
炭素酸化物結合の前記表面炭素は、ヒドロキシル炭素と、カルボニル炭素と、カルボン酸炭素とから選択される、請求項３９に記載の成形部品。
【請求項４３】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも２０％が、ヒドロキシル炭素である、請求項４２に記載の成形部品。
【請求項４４】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも７％が、カルボニル炭素である、請求項４２に記載の成形部品。
【請求項４５】
前記リサイクル炭素繊維は、少なくとも６．３ｍｍ〜７６．２ｍｍ未満の平均長を有する、請求項３６に記載の成形部品。
【請求項４６】
成形部品を形成するためのプロセスであって、
炭素繊維強化プラスチックを形成することと、
前記炭素強化プラスチックからリサイクル炭素繊維を除去することと、
前記リサイクル炭素繊維を備える材料を保持するための容器を提供することと、
前記材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、前記鋳型ヘッドは、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器とフェンスとから選択される少なくとも１つの要素を有し、前記鋳型ヘッドは、その上に鋳型スクリーンを有する、ことと、
渦を形成するために、前記鋳型ヘッドを通って前記材料を汲み出すために前記鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
前記鋳型スクリーン上に前記材料を汲み出すか、または前記鋳型スクリーンから前記材料を弾くために、三次元で前記鋳型ヘッドを動かすことにより、前記渦を選択的に変化させることと
を包含する、プロセス。
【請求項４７】
前記炭素繊維強化プラスチックを部品に成形することをさらに包含する、請求項４６に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項４８】
前記成形は、前記除去の前に生じる、請求項４７に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項４９】
前記リサイクル炭素繊維は、１０重量％未満の樹脂を備える、請求項４６に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５０】
前記リサイクル炭素繊維は、グラファイト結合で表面炭素のうちの少なくとも５０％を有する、請求項４６に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５１】
前記リサイクル炭素繊維は、炭素酸化物結合で表面炭素のうちの少なくとも３３％を有する、請求項４６に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５２】
炭素酸化物結合の前記表面炭素は、ヒドロキシル炭素と、カルボニル炭素と、カルボン酸炭素とから選択される、請求項５１に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５３】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも２０％が、ヒドロキシル炭素である、請求項５２に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５４】
炭素酸化物結合の前記表面炭素のうちの少なくとも７％が、カルボニル炭素である、請求項５２に記載の成形部品を形成するためのプロセス。
【請求項５５】
成形部品を形成するプロセスであって、
成形される材料を保持するための容器を提供することであって、前記材料は、リサイクル炭素繊維を備える、ことと、
前記材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、前記鋳型ヘッドは、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器とフェンスとから選択される少なくとも１つの要素を有し、前記鋳型ヘッドは、その上に鋳型スクリーンを有する、ことと、
渦を形成するために、前記鋳型ヘッドを通って前記材料を汲み出すために前記鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
前記鋳型スクリーン上に前記材料を汲み出すか、または前記鋳型スクリーンから前記材料を弾くために、３つの自由度で前記鋳型ヘッドを動かすことにより、前記渦を選択的に変化させることと
を包含する、プロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、パルプ、スラリ、または他の懸濁液から品物を成形または形成するためのプロセスと、そのプロセスによって取得される製品とに関する。さらに詳細には、本発明は、概して、未使用の炭素繊維またはリサイクル炭素繊維を含有する材料から成形製品を形成することに関する。装置の真空鋳型ヘッドまたは真空鋳型プレートは、材料保持タンク内で様々な配向で位置決めされる能力を与えられることにより、成形プロセスの間に作り出される渦を制御する能力を作り出す。渦を制御することによって、特に、固体濃度の低いスラリを利用する時に、材料の性質を制御することが出来る。
【背景技術】
【０００２】
特に、パルプの溶液、スラリ、または懸濁液から形成される品物などの品物の形成プロセスは、これまでのところ、形成プロセスの間に重力の方向を制御する方法はなかった。従来技術においては、鋳型が配置されると、重力の方向は鋳型に対して固定された。懸濁液中の懸濁粒子に対する重力効果は、形成プロセスの間に、時折、形成された部分において不均一な表面効果をもたらす。当該分野において必要とされるものは、重力に対する真空鋳型ヘッド配向を制御するメカニズムである。
【０００３】
真空鋳型ヘッドの使用は、当該分野においては周知である。同時係属中の米国特許出願第１１／１０６，０９６号において、関節運動アームまたは腰折れアームを有するデバイスが、重力に対する真空鋳型ヘッドの配向を制御する能力と共に記載されている。メカニズムに関するこの進歩が、繊維堆積の力学のさらなる理解をもたらし、取得することが出来る性質の進歩をさらに可能にした。
【０００４】
プロセスの改善と、そのプロセスによって取得される製品とが、同一人に譲渡された米国特許第７，６７８，３０７号に記載され、渦の制御が記載されている。
【０００５】
熱心な研究を通じて、真空鋳型ヘッドの動きを制御することによって、完成品の物理的強度を増加させるように、繊維を選択的に配向することが出来ることが分かった。
【０００６】
真空形成技術は、鋳型ヘッドの一方側に加えられる真空または吸引を有する鋳型ヘッドの使用を特徴とする。鋳型ヘッドは、繊維のスラリの中まで下ろされる。スラリが鋳型ヘッドを通じて汲み出されると、繊維が堆積することにより、スラリ中の固体の減少によって母材を形成する。典型的には、ある程度の濃度の繊維を有する溶媒は、フィルタを通って、捨てられたり、リサイクルされたりする。空隙を通じてスラリを汲み出す行為によりスラリが渦を形成する傾向があることが広く知られている。繊維または固体の内容量が非常に少ない極端な場合において、渦は真空ポートの上でほぼ中央で見つけられる。多くの場合において、渦の影響は、渦の中央から外側への厚さの変化として判定することが出来る。空隙のサイズを変えること、スラリ中でバッフルを使用すること、局所的な流れを途絶させるためにスラリに空気流を導入すること、および他の技術などの技術によってこの問題を軽減する試みが数多く存在する。これらの技術では、不十分であり、設定が困難である。例えば、バッフルが広い範囲で使用される。バッフルの位置決めは、典型的には、かなりの努力を必要とする試行錯誤によって行われる。製品が変更される場合には、バッフルの設置もまた、容易には予測されない方法で変更しなければならない。これが、時間や労力を無駄にし、１つの製品から別の製品に素早く変更することを困難にする。さらに、バッフルは、典型的には、タンクに対して、そして、溶液内で固定され、これが、繊維堆積プロセスの間の変更を制限する。
【０００７】
最善の努力をしたとしても、現在の技術では充分ではなく、形成プロセスの速度を落とすことにより非生産的になる傾向がある。鋳型ヘッドの形状や設計に従って、渦形成は、各空隙に対する渦で局所化したり、フィルタの広い範囲にまたがる渦で大きくしたりすることが出来る。渦は、繊維を集合させ、スラリ内で渦に対してほぼ接線方向で少なくとも部分的に繊維を整列させる。繊維または固体のこの接線方向の整列が、形成プロセスの速度を落とす傾向があるバッフル設置を用いることなく所望の範囲で母材の厚みを増加させるために使用されてもよい。繊維がフィルタに到達すると、少なくとも局所化された繊維の配向または整列が存在する。理解されるように、平行である重ねられた繊維は、強固なマトリックスを形成せず、そして剛構造に相当するように、架橋されるか、または硬化されなければならない。
【０００８】
炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）は、現在、事実上あらゆる輸送形態を含む製品の多くで利用されている。航空業界は、現在の航空機全体で主要な構造的構成要素としてこれらの材料を利用し、航空業界での使用は急速に成長することが見込まれる。自動車業界もまた、これらの材料を利用し始め、自動車業界での使用もまた、かなり成長することが見込まれる。場当たり的に文献を見直しても、重要な要素としてＣＦＲＰを用いた多種多様な完成品と、それらの急速な成長とを説明する。重量に対して高い強度比を必要とするあらゆる用途が、構造的構成要素としてＣＦＲＰを使用する候補となる可能性がある。
【０００９】
ＣＦＲＰを幅広く使用することにより、二次的な問題を作り出し、それが、今や重大な事態となっている。ＣＦＲＰ構成要素を製造するプロセスは、必ず廃棄物を作り出す。この廃棄物は、典型的には、くず、使用されていない材料、廃棄される製品などの形態である。製造スクラップは、未使用繊維、表面処理された繊維、樹脂浸漬繊維、および部分的にまたは完全に硬化された樹脂に埋め込まれた繊維を含んでもよい。そのような材料を埋め立てることと関連する問題は、直ちに明らかであり、さらに考察する必要はない。再使用のために、炭素繊維を回収し、一部の例においては、樹脂を回収するために業界全体にわたって大規模な試みが存在する。
【００１０】
ＣＦＲＰを幅広く使用することに伴う別の二次的な問題は、現在耐用年数の終わりに到達した製品に組み込まれた材料である。当該分野において耐用年数を経たスクラップまたはＥＯＬスクラップと多くの場合に呼ばれるこれらの材料は、典型的には、硬化した樹脂に埋め込まれた炭素繊維を含む。ＥＯＬスクラップに関して、裏打ち材、コーティング材、オイル、グリース、および元々の製品の一部であったか、またはサンプルの除去、貯蔵もしくは輸送の間にＥＯＬスクラップに組み込まれたかのいずれかである多種多様な意図しない材料などのさらなる構成要素が、典型的には存在する。
【００１１】
上述のように、炭素繊維を備えるスクラップ材料に関して主要な供給源が２つ存在する。１つ目の供給源は、概して、製造廃棄物であり、もう１つの供給源が、ＥＯＬスクラップである。これらの材料は、非常に多様な混入物質の可能性があるので、リサイクルに関して非常に多様な難問がある。
【００１２】
当該分野における主眼は、炭素繊維から樹脂やその他のあらゆる材料を除去することにより、形態や機能の点で未使用の繊維によく似た繊維を形成することである。炭素繊維を再生するための２つの主要な技術は、樹脂や関連材料の熱分解または化学的除去のいずれかに頼っている。各技術が、利点と欠点とを有する。例えば、熱分解に関して、炭素繊維を酸化させることなく樹脂を完全に除去することを確実にすることは、非常に困難である。さらに、裏打ち材などのさらなる材料が、サンプル中に存在する場合には、熱分解は、炭素繊維の表面に焦げや灰を形成させ得る。再生の間に行われた管理に関わらず、炭素繊維の劣化をある程度伴うことなく樹脂の全てが完全に除去される可能性はほとんどない。
【００１３】
炭素繊維が樹脂から単離されると、繊維のリサイジングが必要であり得、表面被覆が繊維と最終的な樹脂との間の接着特性を向上させるように塗布される。上で考察したように、表面被覆は、部分的に完全なままであることも、完全でないこともあり、これが、材料のリサイジングの試みを複雑にする。さらに、表面の酸化または炭化は、サイジング操作を妨げ得る。
【００１４】
要するに、使用した炭素繊維が、未使用の炭素繊維の代わりとして、またはそれに追加して使用されることが出来る状態に、使用した炭素繊維を戻すことに大きく主眼が置かれている。そのようなリサイクル動作の費用は高く、見返りは、疑わしい場合が多い。品質が未使用の材料と同等であったりなかったりする材料、または未使用の繊維の代わりに使用するのに適していないかもしれない材料を正当化するには、費用面での利点が充分には高くないので、これは、当該分野においては許容できない。
【００１５】
熱心な研究を通じて、本発明者らは、局所化された繊維の整列が、最小の努力で、そして、バッフルや流れ制御技術に頼ることなく妨げられるスラリ成形用途のためのプロセスを開発した。さらに、その妨害は、不ぞろいに近づくように配向され、織り合わされて従来的に形成されたスラリ成形製品に対する強度がかなり増加した繊維を有するよう仮定される製品を提供する。そのプロセスを用いることにより特に利点となることは、未使用の繊維に対して多少劣るリサイクル炭素繊維を使用することが出来ることである。これが、別の場合では有用ではないことがあり得るリサイクル炭素繊維を新たな構成要素や新たな部品に組み込むことを可能にし、それにより、別の場合では埋め立てられる材料を利用する方法を提供する。さらに、未使用の繊維よりは劣る炭素繊維が使用されることが出来るので、必要な純度が低下し、炭素繊維を再生する費用が非常に低下する。
【発明の概要】
【００１６】
本発明は、特に繊維複合構造体または粒子複合構造体などの構造体を真空成形または真空形成するように特に適合された鋳型ヘッドプロセスを含み、繊維が無作為に配向されることにより、強固なマトリックスを提供する。
【００１７】
本発明のさらに別の利点は、本発明が、パルプ成形／ダイドライプロセスと共に使用されることが出来ることである。１つのそのような手順は、鋳型ヘッドを使用して繊維性懸濁液から半加工品をフェルト状にする、または成形することが出来る。
【００１８】
繊維または成形部品の配向を操作する能力から生じる利点は、各層を通る排液を促進し、および／または所望の組の製品特性を達成するように、繊維が各層で配向される多層構成要素が開発されることが出来ることである。
【００１９】
本発明のさらに別の利点は、新たな構造体または性質が改善された従来の構造体を素早く経済的に提供するために充分な制御の下で、異なる材料の多層複合材料を正確に提供することが出来ることである。
【００２０】
本発明のさらに別の利点は、幅広い複合構造体／同質構造体が、任意の様々なサイズ、任意の様々な形状、および／または任意の様々な複合材料で形成されることが出来ることである。
【００２１】
特定の利点は、新たな製品で使用するための成形部品の製造において、炭素繊維、特にリサイクル炭素繊維を利用することが出来ることである。
【００２２】
理解されるように、これらの利点や他の利点が成形システムにおいて提供される。成形システムは、成形されるリサイクル炭素繊維材料を保持するための容器を有する。鋳型ヘッドが提供され、その上に材料が成形される。少なくとも１つのアームが、鋳型ヘッドに取り付けられ、容器の中で同時に３次元で鋳型ヘッドを動かすことが出来る。
【００２３】
さらに別の実施形態が、成形部品を形成するためのプロセスにおいて提供される。プロセスは、成形されるリサイクル炭素繊維材料を保持するための容器を提供することを含む。鋳型ヘッドは、材料の中に置かれ、鋳型ヘッドは、その中を貫通する通路を有する。通路を通じて材料を汲み出すために、減圧が鋳型ヘッドに加えられる。鋳型ヘッドは、材料内で三次元で動かされ、成形部品が、鋳型ヘッド上に形成される。
【００２４】
さらに別の実施形態は、
成形されるリサイクル炭素繊維材料を保持するための容器を提供することと、
材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、鋳型ヘッドは、その中を貫通する通路を備える、ことと、
通路を通って材料を汲み出すために鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
材料内で、三次元で成形部品を動かすことと、
鋳型ヘッド上に成形部品を形成することと
のプロセスによって形成される成形部品において提供される。
【００２５】
さらに別の実施形態は、成形部品を形成するためのプロセスにおいて提供される。プロセスは、成形されるリサイクル炭素繊維材料を保持する容器を提供することを含む。鋳型ヘッドは、好適には、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器またはフェンスを備え付けられ、鋳型スクリーン媒体の上または下に取り付けられてもよい。鋳型ヘッドは材料の中に配置され、鋳型ヘッドは、鋳型ヘッドを貫通する通路を有する。通路、渦発生器、および／またはフェンスを通って材料を汲み出すために、鋳型ヘッドに減圧が加えられる。発生した渦と鋳型ヘッドの３次元の動きとを組み合わせることによって、材料が、部品を形成するために鋳型ヘッド上で使用される鋳型スクリーン媒体上に汲み出されるか、またはそこから弾かれる。
【００２６】
さらに別の実施形態は、
リサイクル炭素繊維を備える材料を保持する容器を提供することと、
材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、鋳型ヘッドは、鋳型ヘッドを貫通する通路を備える、ことと、
通路を通って材料を汲み出すために鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
材料内で三次元で成形部品を動かすことと、
鋳型ヘッド上に成形部品を形成することと
のプロセスによって形成される成形部品において提供される。
【００２７】
さらに別の実施形態は、
炭素繊維強化プラスチックを形成することと、
炭素強化プラスチックからリサイクル炭素繊維を除去することと、
リサイクル炭素繊維を備える材料を保持する容器を提供することと、
材料の中に鋳型ヘッドを配置することであって、鋳型ヘッドは、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器とフェンスとから選択される少なくとも１つの要素を有し、鋳型ヘッドは、その上に鋳型スクリーンを有する、ことと、
渦を形成するために鋳型ヘッドを通って材料を汲み出すために鋳型ヘッドに減圧を加えることと、
三次元で鋳型ヘッドを動かすことにより、鋳型スクリーン上に材料を汲み出すために、または鋳型スクリーンから材料を弾くように渦を選択的に変化させることと
を包含する、成形部品を形成するためのプロセスにおいて提供される。
【００２８】
さらに別の実施形態は、成形部品を形成するプロセスにおいて提供される。プロセスは、成形される材料を保持するための容器を提供することを包含し、材料はリサイクル炭素繊維を備える。鋳型ヘッドは材料の中に配置され、鋳型ヘッドは、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器とフェンスとから選択される少なくとも１つの要素を有し、鋳型ヘッドは、その上に鋳型スクリーンを有する。渦を形成するために鋳型ヘッドを通って材料を汲み出すために、鋳型ヘッドに減圧が加えられる。鋳型ヘッドは、３つの自由度で動かされることにより、鋳型スクリーン上に材料を汲み出すか、または鋳型スクリーンから材料を弾くために渦を選択的に変化させる。
【００２９】
本発明の特徴および利点と、それらを達成する方法とが、添付の図面と併用される本発明の実施形態に関する以下の記載を参照してさらに明らかになり、本発明は、添付の図面と併用される本発明の実施形態に関する以下の記載を参照してさらに理解される。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の成形システムの概略的斜視図である。
【図２】代替の配向で示された、図１の鋳型ヘッドの部分的に切り離された概略的斜視図である。
【図３】鋳型ヘッドの三次元配向を制御する代替システムを示す、様々なサイズや形状の鋳型品を生産するための成形システムの代替の実施形態の概略的斜視図である。
【図４】本発明の利点に関する概略的表示である。
【図５】多層製品の形成のためのデバイスの概略図である。
【図６】本発明の実施形態の概略図である。
【図７】本発明のメカニズムの概略図である。
【図８】本発明のメカニズムの概略図である。
【図９】本発明の一実施形態の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本明細書で述べられる例示は、１つの形態で、本発明の少なくとも１つの好適な実施形態を説明し、そのような例示は、どのような形でも、本発明の範囲を限定するものとして解釈されない。
【００３２】
本発明の成形システム１０が、図１、図２、および図３に説明される。成形システム１０は、鋳型ヘッド４（図１〜図２）または１４（図３）を含む。鋳型ヘッドは、当該分野において一般的な材料から製造することが出来、その材料は、鋼鉄、アルミニウム、真鍮、ステンレス鋼、および複合材料を含むが、それらには限定されない。
【００３３】
鋳型ヘッド４、１４は、リサイクル炭素繊維のタンク１内での成形の間に、スラリ、パルプ、または他の懸濁液中で、鋳型ヘッド４、１４の三次元位置を固定および／または移転することが出来る、線形サーボまたは手動もしくはコンピュータで制御可能な他の作動システムで構成される少なくとも１つのアーム５（図１〜図２）によって、三次元空間で位置決めされる。タンク１は、ヘッド４、１４上に形成される成形品の構成材料として使用される、タンク１内の、リサイクル炭素繊維パルプ、リサイクル炭素繊維スラリ、またはリサイクル炭素繊維懸濁液の均一性を継続的に、そして実質的に完全に維持するために攪拌システム２を供給される。一実施形態において、攪拌システムは、加圧流によってタンク内の溶液を再循環させる回転可能ノズル３を備える。攪拌システムは、回転可能ノズル、ミキサブレード、またはエアバブラであり得る。回転可能ノズルとミキサブレードとは、軽く懸濁された材料に対して好適で、エアバブラは、スラリ中で懸濁することが困難な材料に対して好適である。
【００３４】
鋳型ヘッドは、好適には、減圧を提供することにより、懸濁された繊維を鋳型ヘッド上に堆積させる間に鋳型ヘッドを通って成形液体を汲み出すための真空ポートまたは吸引ポートを有する。真空ポートは、チャネルまたはスロットを有してもよく、鋳型表面を通る均一な流体流を促進するために、互いに対して共に平行に、または互いに対してほぼ共に平行になるように配置されてもよい。さらに、例えば、星型、一連の同心円、らせん状、一連の入れ子状多角形、または不規則なパターンの可能性などの様々なパターンのうちの任意のもので、スロットを配置することが、有利であると証明され得る。一群の真空ポートはまた、鋳型スクリーンと呼ばれる。これらのパターンまたは他のパターンのうちの任意のものが、鋳型ヘッド４、１４に対する所望の流体流を達成するように選択されてもよい。大部分の例においては、均一な流体流が望ましいが、形成される部品または母材の表面に特に変化を付けるために、制御された不均一な流体流が望ましい場合があり得る。どのようなパターンであっても、スロットは、できる限り細く作られ、それでもやはり、蒸気を充分に排気し、および／またはスロットを通る成形懸濁液の流体（すなわち、液体または気体）部分を充分に排液することが出来ることが、概して好ましい。
【００３５】
成形システム１０は、有利なことに、真空デバイス（図３の８）をさらに組み込む成形装置システムの一部として使用される。図３に説明されるような真空デバイス８は、真空鋳型ヘッド１４と、回転継手７による相対的関節運動のために相互接続された複数の真空導管１１とに接続され、そして、それらを含んでもよく、重力に対する、鋳型ヘッド１４の３つの自由度での運動を可能にする。導管１１の位置を正確に制御するために、サーボ６または他のデバイスが、各回転継手７に位置決めされ、サーボ６または他のデバイスは、それから必然的に、タンク１、攪拌器３、および重力に対する三次元空間における鋳型ヘッド１４の配置および配向を制御する。真空デバイス８に接続されたサーボメカニズム１５は、必要な時に、タンク１の液体材料または原材料から組立体を取り外すことを可能にする。
【００３６】
真空デバイス８が、内圧および相対位置に関して調節可能であることが有利である。
【００３７】
図１〜図２に示された成形装置の実施形態は、本発明の成形プロセスまたは形成プロセスにおいて利用され得る様々な複合的な配向を説明する。図１および図２から理解することが出来るように、鋳型ヘッド４は、タンク１内での運動もしくは配向の制御をすることにより、より厚く加工された部品を形成させるように開発されることが出来るか、または薄く脆い部品を成形するために開発されることが出来るか、あるいは、あらゆる場合において、鋳型形成ヘッド上への懸濁液からの材料の運動の設定を制御するように開発されることが出来る。アーム５の有効長を変えることによって、ヘッドの位置は、成形前、成形中、または成形後に変えられてもよい。
【００３８】
図３は、形成プロセスの間、好適には、鋳型ヘッド１４を通って真空または吸引を加える間に、タンク１内で鋳型ヘッド１４を位置決めし、鋳型ヘッドの表面上で懸濁液中の物品の厚みが増大するように設計されたシステムを説明する。図３の実施形態において、サーボ６は、真空導管１１間の相対位置を変え、それにより、タンク１、その中の懸濁液、および何よりも重力の中で、そして、それらに対して、鋳型ヘッド１４の位置を変える。
【００３９】
本発明の特定の利点が、図４を参照して概略的に記載される。図４において、鋳型ヘッドが４０で説明される。一連の直交軸が、鋳型ヘッドに与えられ、ｚ軸は、ページに対して垂直であり、ｘ軸とｙ軸とは、同一平面上にあり、ページの平面にある。直交軸システムの配向は、慣例によるものであり、あらゆる軸システムが、動きを記載するために使用されることが出来る。考察の目的のために、一次軸システムは、鋳型ヘッドのほぼ中央（Ｃ）に原点を有する一方で、２つの二次軸システムは、任意の点（Ａ）および（Ｂ）に原点を有する。
【００４０】
スラリの中に下ろされる適切な形状の鋳型を有することが、鋳型形成においては長い間慣例である。本発明の目的のために、これは、Ｚ軸に沿った動きに対応する。紙の製造などの一部の用途において、型枠が溶液から引き出され、それから、繊維が平行に配向されることを可能にするように、鋳型の平面内で前後に移動させられる。
【００４１】
熱心な研究を通じて、驚くべきことに、スラリ内で第３の自由度を提供することは、スラリ中の渦を変化させることによって繊維分布をさらに入念に制御することを可能にすることが分かった。
【００４２】
例えば、再び図４を参照すると、鋳型ヘッド４０は、スラリの中に下ろされ、無作為の様々な方向に動かされることにより、鋳型ヘッド表面の流動力学が繊維堆積プロセスの間に時と共に変化することを確実にすることが出来る。三次元で鋳型ヘッドを移動させることが出来ることもまた、繊維の蓄積が変化させられることを可能にする。説明として、鋳型ヘッドが中心点（Ｃ）のほぼ周囲で回転させられる場合には、任意の点（Ａ）は、任意の点（Ｂ）とは異なる速度でスラリを通って動くことが出来る。正味の効果は、点（Ｂ）とは異なる任意の点（Ａ）における繊維の蓄積である。繊維の蓄積の差は、回転速度と、固形物量と、溶液レオロジとの関数である。先行技術と比較すると、この種の変化は、任意の点（Ｂ）にわたる繊維の堆積に対する、任意の点（Ａ）にわたる繊維の堆積を変化させるためにバッフリングを必要とする。バッフリングは、タンク中の流れ全てを混乱させ、このことは、スラリの均一性にとって有害である。鋳型ヘッドの動きを選択的に制御することによって、スラリの均一性が、タンク全体にわたって維持されることが出来ながら、鋳型ヘッドの特定の領域が所望に応じて加速または減速されてスラリを通ることが出来る。
【００４３】
円筒、ドーム、または隆起部分および／もしくは谷／溝を有する部品を含む、他の複雑な回旋状または不規則な形状を形成するための成形装置を作成することは、充分に本発明の範囲内である。結果として、オーディオスピーカ、複合部品、多層部品などを含むが、それらには限定されない様々な母材構成要素の任意のものを作成するために成形装置システムを使用することが可能である。炭素繊維、Ｋｅｖｌａｒ（登録商標）繊維、または懸濁液から引き出され、ヘッド４、１４上で形成、成形、もしくは蓄えられる他の品物から形成されるまたさらに複雑な品目が形成されることが出来る。
【００４４】
特別な利点は、本明細書にさらに詳細に定義されるようなリサイクル炭素繊維を利用することが出来ることである。リサイクル炭素繊維は、未使用の炭素繊維と共に使用されるか、またはさらなるリサイクル炭素繊維もしくはさらなる未使用の炭素繊維、もしくは異なる組成の繊維を備える層に隣接する特定の層で使用される単独の繊維であり得る。
【００４５】
成形手順は、パルプ成形と関連付けられる２つの手順に対して特に使用することが出来る。第１の手順は、紙／パルプの半加工品のフェルト化であり、ここで、鋳型ヘッド４、１４が、水および／または他の懸濁流体（例えば、別の液体であり、気体である可能性もある）と共に、木材パルプ、繊維の合成混合物、炭素繊維、ガラス繊維、セラミック繊維、セラミック繊維前駆体、および／または他の種類の繊維で構成された懸濁液で被覆される。繊維は、真っ直ぐな繊維、フィブリル化繊維、またはフロック加工繊維であり得る。そのような懸濁液はまた、例えば、懸濁液の化学的性質に寄与する化学物質（例えば、分散剤）、および／または形成されたフェルト化半加工品もしくは母材の特性を補助する結合剤などの成分を含んでもよいことも理解される。
【００４６】
所望の懸濁液で鋳型ヘッド４、１４を被覆する際に、懸濁液から水および／または他の搬送媒体を引き出すことにより、鋳型表面上にフェルト状の母材または材料の厚みを形成するように、真空デバイス８または導管１１を介して鋳型ヘッドに真空が加えられる。それから、鋳型ヘッド４、１４が、懸濁液から除去され、残りの水／懸濁液媒体が、真空により半製品から引き出されることにより、事前に設定された乾燥度の母材を生産する。成形動作の間に、鋳型ヘッド４、１４の配向は、タンク１内で、相対的な三次元で変更されることも変更されないこともあり、このことが、材料の性質の違い（例えば、厚み）などをもたらし得る。
【００４７】
所望の製品を達成するために使用される懸濁液の処方は、許容可能な母材を適時に生産するように、懸濁液と、懸濁液の沈殿物との両方において実質的に均一な繊維分布を達成するために必要な懸濁液の所望の化学的性質やレオロジを取得するように選択される。繊維の材料、サイジング、およびサイジング分布、懸濁液の主成分の組成および粘度、鋳型の形状および構成、ならびに真空の特性などの要因が、製品の生成に影響を与え得る。
【００４８】
あるいは、成形システム１０は、鋳型から出たままの状態のニアネットシェイプ製品を作成するために使用することが出来る。この鋳型から出たままの状態の製品は、典型的には、一時的な結合剤で共に保持されることが有利である、セラミック／セラミック、セラミック／ガラス、金属／セラミック、または粉末金属もしくは粉末セラミックである。鋳型から出たままの状態の製品であるので、その製品は、概して、取り扱われるために充分な強度を有するが、完全な強度および／または他の（例えば、熱的、電気的、光学的な）能力を達成するためにはさらなる熱処理ステップを必要とする。硬化オーブンの使用は、熱硬化可能樹脂が製品における一時的結合剤材料として使用される場合には、鋳型から出たままの状態の製品の中間強度を改善することに有用であり得る。あらゆる場合において、完成した部品が、完成した、鋳型から出たままの状態のニアネットシェイプ製品である場合には、その完成した部品は、最終的に使用可能な製品を生産するために焼かれる／焼結される必要がある。
【００４９】
多層製品が本発明を使用して生産されることにより、所望の特性を達成することが出来る。そのような層において、例えば、層、鋳型、および形成された部品の配向、組成、ならびに／または粒子／繊維のサイズ分布を、層のそれぞれに対して変化させることが出来る。図５を参照して、概して１００で表示される多層デバイスの形成が、概略的に説明される。多層デバイスを形成するプロセスは、利便性のためにループとして例示されたコンベヤ、ガントリなどの形態のトランスポータ１０１を備えてもよい。トランスポータは、少なくとも１つの輸送アーム１０２と結合され得、各輸送アームは、鋳型ヘッド１０３を備える。輸送アーム１０２は、一連のタンク１０４のうちの少なくとも１つの中に鋳型ヘッド１０３を連続して降ろし、タンクのうちの３つが、利便性のために示されているが、３つのタンクには限定されない。鋳型ヘッドは、別の箇所で記載されたように、タンクの中で動かされ、そして、本明細書においては、第１の製品層１０５が真空ポート１０４の上に形成されるまで、真空ポート１０４を通じて圧力が下げられる。同様に、第２の層１０６と第３の層１０７とが形成され、鋳型ヘッドが、そこに接着された多層前駆体１０８と共に取り除かれる。多層製品は、例えば、乾燥させることによってさらに処理され、そして、多層製品１０９を形成するように、鋳型ヘッドから取り外されてもよい。それから、鋳型ヘッドが再利用されてもよい。輸送アーム１０２は、タンクの中への鋳型ヘッドの動きとタンクの中での鋳型ヘッドの動きとを可能にし、本明細書の開示から理解されるように鋳型ヘッドに真空を与える。複数のタンクと複数の輸送アームとを用いた連続的なプロセスとして説明されたが、本発明は、空にされて再充填される単一のタンクを用いて達成されるように説明されたり企図されたりすることが出来る。製品層は、同じであっても異なってもよい。
【００５０】
母材を形成するためのプロセスが、図６を参照して説明される。図６においては、真空ポート１０１を有する鋳型ヘッド１００が、矢印の方向でスラリを通って動かされる。Ａと説明された第１の位置において、繊維の蓄積は、後縁１０３よりも前縁１０２において高い。位置Ｂにおいて、鋳型ヘッドは転位させられ、これが、繊維の堆積速度を変化させる。位置Ｃにおいて、予め堆積された材料が、表面における見かけの真空を変化させることにより、繊維の堆積を変化させる。動きと真空レベルとを変化させることによって、母材の特性が、製品の必要な性質に適応するように変化させられることが出来る。また、鋳型ヘッドを継続的に動かすことによって、従来技術と比較して強度が増加した母材を提供するように、繊維が網合わされることが出来る。
【００５１】
どのような理論にも制限されることなく、本発明で提案されるメカニズムが、図７および図８を参照して記載される。図７は、繊維の静的な堆積を説明し、鋳型ヘッド２００は、真空ポート２０１を備え、真空ポート２０１を通って減圧が加えられる。鋳型ヘッドはまた、渦の形成を拡大および増強するために、２０３で概略的に表示された渦発生器またはフェンスを備えてもよい。繊維２０２は、説明されるように、渦に対して正接関係で整列し、そのように堆積する。熱心な研究を通じて理解されるように、これが、強度の限定された母材を形成する。図８は、鋳型ヘッドの動きの衝撃を概略的に説明する。矢印で説明されるように、鋳型ヘッドが動くと、渦が再整列されることにより、繊維が分散させられ、もはや整列されない配向で堆積させられる。繊維は無作為的に配向され、これが、繊維の数を増加させ、各繊維は、編まれたパターンと同じ様に接触させられる。この無作為な配向が、母材の強度をかなり増加させる。鋳型ヘッドが、例えば、図６に説明されるように、渦に対して垂直ではないように動かされる場合には、渦はさらに崩壊させられ、繊維の堆積はさらに無作為化される。
【００５２】
記載から理解することが出来るように、そして、特に、図７および図８から理解することが出来るように、プロセスは、成形される材料を保持するための容器を提供することを含む。鋳型ヘッドは、好適には、渦回転を拡大または増強するために、渦発生器またはフェンスを装備され、鋳型スクリーン媒体の上または下に設置されてもよい。鋳型ヘッドは、材料の中に置かれ、鋳型ヘッドは、その中を貫通する通路を有する。通路、渦発生器、および／またはフェンスを通って材料を汲み出すために、減圧が、鋳型ヘッドに加えられる。発生させられた渦と鋳型ヘッドの三次元の動きとを組み合わせることによって、鋳型のよく似た複製として部品を形成するために使用される、スクリーン媒体を有する鋳型に、材料が汲み出されるか、またはそこから、材料が弾かれる。
【００５３】
本発明の実施形態が、図９に説明される。図９において、概略的に９１〜９３と表示された複数の層を備える筋のある製品９０が、表示されるが、複数の層は、それらには限定されない。各層は、同じ組成を有してもよく、または各層は、組成、厚み、および輪郭に関して他の層のうちの任意のものと異なってもよい。本発明の目的のために、少なくとも１つの層が、リサイクル炭素繊維を備える。理解されるように、層は、好適には、使用前に鋳型ヘッドから取り除かれる。当該分野において公知の任意の技術によって層を成形および硬化させる間または後のいずれかで、様々な層に樹脂を組み込むことが好ましい。従って、硬化された層は、炭素繊維強化層を意味し、結果として得られる製品は、炭素繊維強化製品である。
【００５４】
樹脂、または樹脂を硬化させる方法は、本明細書においては限定されない。事実上、未加工の炭素繊維に対して利用される、あらゆる樹脂とあらゆる技術とが、リサイクル炭素繊維と共に使用することに適している。
【００５５】
本発明の目的のために、リサイクル炭素繊維は、予め樹脂と接触された炭素繊維、または予め樹脂で処理された炭素繊維として定義される。さらに好適な実施形態において、リサイクル炭素繊維は、少なくとも部分的に硬化された樹脂に予め組み込まれた炭素繊維として定義される。好適には、本発明の目的のために、樹脂は少なくとも部分的に除去される。リサイクル炭素繊維は、１０重量％未満の樹脂を有することが好ましい。さらに好適には、リサイクル炭素繊維は、５重量％未満の樹脂を有し、さらに好適には、リサイクル炭素繊維は、１重量％未満の樹脂を有する。
【００５６】
リサイクル炭素繊維は、典型的には、銅、チタン、亜鉛、および鉄などの遷移金属汚染物質をある程度含む。本発明の目的のために、リサイクル炭素繊維は、約１重量％未満の任意の遷移金属を有することが好ましい。
【００５７】
未加工の炭素繊維の表面は、主にグラファイト結合の形態で炭素を備える。リサイクルプロセスの間に、これらのグラファイト結合が、酸化により崩壊させられる。ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）によって測定された場合に、炭素結合のうちの少なくとも５０モル％がグラファイト結合であることが好ましい。サイジングされていないリサイクル炭素繊維は、表面のＸＰＳによって測定された場合に、ヒドロキシル炭素、カルボニル炭素、およびカルボン酸炭素から選択された炭素酸化物として３３％を超える炭素を有する。別の実施形態において、サイジングされていないリサイクル炭素繊維は、表面のＸＰＳによって測定された場合に、ヒドロキシル炭素、カルボニル炭素、およびカルボン酸炭素から選択される炭素酸化物として炭素を少なくとも３５％有する。さらに別の実施形態において、サイジングされていないリサイクル炭素繊維は、表面のＸＰＳによって測定された場合に、ヒドロキシル炭素、カルボニル炭素、およびカルボン酸炭素から選択される炭素酸化物として少なくとも３６％の炭素を有する。さらに詳細には、サイジングされていないリサイクル炭素繊維において、少なくとも２０％の炭素は、表面のＸＰＳによって測定された場合に、ヒドロキシル炭素である。さらに詳細には、サイジングされていない炭素繊維において、少なくとも７％の炭素は、表面のＸＰＳによって測定された場合に、カルボニル炭素である。
【００５８】
標準的なサイジングされていないリサイクル炭素繊維に対する炭素の組成とサイジングされていない未加工の炭素繊維に対する炭素の組成との比較が、Ｇｒａｄｕａｔｅ  Ｆａｃｕｌｔｙ  ｏｆ  Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ  Ｓｔａｔｅ  Ｕｎｉｖｅｒｉｓｉｔｙ  Ｉｎ  ｐａｒｔｉａｌ  ｆｕｌｆｉｌｌｍｅｎｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｄｅｇｒｅｅ  ｏｆ  Ｍａｓｔｅｒ  ｏｆ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  ２００８に提出された、Ｍｙｌｅｓ  Ｌ．  Ｃｏｎｎｅｒの論文、「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｒｅｃｙｃｌｅｄ  Ｃａｒｂｏｎ  Ｆｉｂｅｒｓ  Ａｎｄ  Ｔｈｅｉｒ  Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｏｆ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ  Ｕｓｉｎｇ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  Ｍｏｌｄｉｎｇ」から再び述べられる表１に説明され、その論文は、参照により組み込まれ、表面上での炭素結合を決定するためのプロセスが、表１で詳細に述べられ、Ｒ１とＲ２とは、サイジングされていないリサイクル炭素繊維であり、Ｖ１は、サイジングされていない未加工の炭素繊維である。
【００５９】
【表１】
2013539503.tif 000003
【００６０】
樹脂からの炭素繊維の除去後、本出願での使用のために繊維を切り刻むことが好ましい。本出願は、それに限定されることなく、平均長が少なくとも６．３５ｍｍ（０．２５インチ）〜７６．２ｍｍ（３インチ）未満である繊維と共に使用することに特に適している。さらに好適には、繊維は、平均長が少なくとも１２．７ｍｍ（０．５インチ）〜３８．１ｍｍ（１．５インチ）未満である。
【実施例】
【００６１】
実施例１
Ｔｏｈｏ  Ｔｅｎａｘ  Ｃｏ．から取得した３５．４ｍｍ（１インチ）の炭素繊維を備える炭素繊維溶液を０．０８重量％の繊維で水溶液中に懸濁した。炭素繊維溶液をタンクに収容した。３５５．６ｍｍｘ３５５．６ｍｍ（１４インチｘ１４インチ）の平坦な文字の飾り盾の鋳型ヘッドが炭素繊維溶液に完全に沈むまで、鋳型ヘッドをタンクの中に下げ、約１８秒〜約３０秒間にわたって流れの中へ鋳型ヘッドの中心軸回りで４５°未満の角度で回転させ、鋳型ヘッドに真空を加える。鋳型ヘッドを溶液から取り出し、蓄積した炭素繊維を乾燥させ観察した。鋳型ヘッドの後縁上に蓄積した炭素繊維は、前縁上に蓄積した炭素繊維の２倍の厚みであった。繊維をほぼ整列させ、堆積物はシート状に簡単に剥がれた。
【００６２】
実施例２
炭素繊維溶液を実施例１のように調製した。実施例１に記載した鋳型ヘッドをタンクの中に下げ、実施例１のように完全に沈めた。実施例１とは異なり、堆積した繊維の量が実施例１の量とほぼ等しくなるまで、鋳型ヘッドを回転させ振動させた。鋳型ヘッドを溶液から取り出し、堆積した炭素繊維を乾燥させ観察した。炭素繊維の蓄積物をより均等に分散させ、より無作為に配向させた。実施例１と比較して、繊維は分離するのが困難であった。
【００６３】
本発明は好適なデザインを有するとして記載されてきたが、本発明は、本開示の精神および領域の範囲内でさらに改変されることが出来る。従って、本出願は、本発明の一般原理を使用した、本発明の、あらゆる変化形、あらゆる用途、またはあらゆる改作を含むことを意図される。さらに、本出願は、本発明が関連する分野において公知の方法または慣習的な方法の範囲内であるような、本開示からの逸脱を含むことを意図される。
【図１】
2013539503.tif 000004
【図２】
2013539503.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2013539503.tif 000014
2013539503.tif 000015