(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに並んで配置される複数のほぼ一方向のトウを成して複数の繊維／フィラメントが配列されて成る少なくとも１つの繊維／フィラメント層であって、前記各トウが複数の一方向の繊維又はフィラメントを備える、少なくとも１つの繊維／フィラメント層と、前記少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウに対して表面接続によって付着される少なくとも１つの多孔質接着層とを備え、前記少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウが分離チャネルによって互いから離間されるものであり、
前記分離チャネルは、０．１〜１．０ｍｍの範囲内の幅を有するものであり、
前記分離チャネルが前記テープ状強化材の全体積の一部を成し、前記テープ状強化材における前記分離チャネルの総体積は、前記テープ状強化材の全体積の１〜２０％を占める、複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項２】
前記少なくとも１つの繊維／フィラメント層の繊維／フィラメントは、炭素、ガラス、セラミック、アラミド、ＰＢＯ、及び／又は、他の高性能ポリマー繊維、又は、これらの繊維の一部又は全部の混合物のうちの少なくとも１つの繊維／フィラメントを備える請求項１に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項３】
前記分離チャネルは、０．２〜０．８ｍｍの範囲内の幅を有する請求項１又は請求項２に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項４】
前記トウは、２〜１５ｍｍの範囲内の幅を有する請求項１から３のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項５】
前記分離チャネルが前記テープ状強化材の全体積の一部を成し、前記テープ状強化材における前記分離チャネルの総体積は、前記テープ状強化材の全体積の１〜１０％の範囲に及ぶ請求項１から４のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項６】
前記強化材は、１０ｃｍ〜６０ｃｍの範囲内の幅を有する請求項１から５のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項７】
前記各トウは、１，０００〜２５，０００の範囲内の数のフィラメントを備える請求項１から６のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項８】
前記多孔質接着層が接着剤ウェブを備え、前記接着剤ウェブが熱可塑性ポリマー又は熱硬化性樹脂の成分から形成される不織布ウェブである請求項１から７のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項９】
前記多孔質接着層は、ホットメルト熱可塑性物質を含む請求項１から８のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項１０】
サンドイッチ構造に配置される複数のほぼ一方向の繊維強化材層を備え、前記強化材層の少なくとも一部の繊維方向が異なる方向に延び、前記強化材層のうちの少なくとも１つが請求項１から９のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材である多軸強化材。
【請求項１１】
前記多軸強化材がステッチングされたノンクリンプファブリックである請求項１０に記載の多軸強化材。
【請求項１２】
交絡され又は相互接続される形態で配置される２組のテープ状強化材を備え、前記テープ状強化材のうちの少なくとも一部が請求項１から１１のいずれか一項に記載のテープ状ドライ繊維強化材である布。
【請求項１３】
複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材を得るための方法であって、
−少なくとも１つの繊維／フィラメント層を形成するためにトウをほぼ一方向の配向性を成して互いに並んで配置するステップであって、前記各トウが複数のほぼ一方向の繊維又はフィラメントを備え、前記少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウがそれぞれ分離距離だけ離間されるものであり、これにより、０．１〜１．０ｍｍの範囲内の幅を有する分離チャネルを形成するものであり、前記分離チャネルが前記テープ状強化材の全体積の一部を成し、前記テープ状強化材における前記分離チャネルの総体積は、前記テープ状強化材の全体積の１〜２０％を占める、ステップと、
−前記繊維／フィラメント層の少なくとも一方側に多孔質接着層を設けるステップと、
−表面接続によって、適した結合剤の使用による加熱及び／又は加圧により、前記多孔質接着層を前記繊維／フィラメント層に付着させるステップと、
を備える方法。
【請求項１４】
複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材を形成するための装置であって、
繊維／フィラメント層を形成するために繊維／フィラメントを互いに並行なほぼ一方向のトウの状態に配置するための分離器であって、前記各トウが複数のほぼ一方向のフィラメントを備え、前記少なくとも１つのフィラメント層のトウがそれぞれ分離距離だけ離間されるものであり、これにより、０．１〜１．０ｍｍの範囲内の幅を有する分離チャネルを形成するものであり、前記分離チャネルが前記テープ状強化材の全体積の一部を成し、前記テープ状強化材における前記分離チャネルの総体積は、前記テープ状強化材の全体積の１〜２０％を占める、分離器と、
前記繊維／フィラメント層の少なくとも一方側に多孔質接着層を位置させるための付着器又は供給器と、
加熱又は化学結合による表面接続によって、加圧器と組み合わせて、前記多孔質接着層を前記繊維／フィラメント層に付着させるためのヒータ又は結合剤塗布器と、
を備える装置。
【請求項１５】
前記分離器は、分離距離を形成するために前記トウ間に突出する複数のピン又はスラットを備える請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記多孔質接着層は、ホットメルト熱可塑性物質から形成される不織布ウェブである、請求項１に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【請求項１７】
前記多孔質接着層は、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、及び、ポリウレタンのうちの少なくとも１つを備えるホットメルト熱可塑性物質から形成される、請求項１に記載のテープ状ドライ繊維強化材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材に関する。また、本発明は、そのようなテープ状ドライ繊維強化材を製造するための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ファイバ強化材又は繊維プリフォームとしても知られる繊維強化材は、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）などの複合材料を形成するために使用され、この場合、繊維強化材は、エポキシ、ビニルエステル又はポリエステル、ＰＥＥＫ、及び、ＰＰなどの熱硬化性マトリックス又は熱可塑性マトリックス中に埋め込まれる。そのような複合材料は、有用であり、航空宇宙、航空、自動車、船舶、建設業、衝撃防護具体的、及び、スポーツ用具の用途など、多くの異なる用途で一般に使用される。
【０００３】
強化材の１つのタイプは、平行な繊維の複数の積層体／プライから形成される多軸強化材又はノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）として知られており、各繊維は、他の繊維に対して異なる配向又は軸で位置される−そのため、「多軸」なる用語が用いられる。これらの層は、一般に、布を形成するためにステッチボンディング（通常はポリエステル糸を用いる）によって安定化される。
【０００４】
ＮＣＦでは、また、多くの他のタイプの強化材でも、０度方向又は布の軸方向と平行な方向又は製造中の巻き取り方向などの特定の配向の層を得ることが時として問題である。これは、製造中にそのような層の完全性を維持することが困難だからである。
【０００５】
また、このタイプの強化材における一般的な問題点は、強化材における完全な安定化又は密に充填された繊維が、マトリックスの流れを妨げ、それにより、不適切な繊維の含浸をもたらし、その結果、複合材料の形成を困難にする或いは更には不可能にするという点である。或いは、繊維の多軸配向プライが安定化されない場合には、強化材が取り扱い難くなり、それによっても、複合体の形成が困難となる。
【０００６】
同一出願人による米国特許第６  ５３９  ９８３号は、例えば強化材として使用できるとともにテープ状の縦糸及び横糸を備える織布を開示する。幾つかの実施形態において、テープには、例えば穿孔されている又はエンボス加工されているテクスチャが設けられる。他の例では、テープに１つ以上の繊維層が設けられる。
【０００７】
同様に同一出願人による欧州特許第１  ８３８  ９０９号は、部分的に安定化されたテープ状の縦糸及び横糸の使用により製造される織り強化材を開示する。この強化材は、非常に有用であり、例えば優れたドレープ性を与える。また、欧州特許第２  １５２  ４５４号は、中間接着層を用いて相互に接続される一方向繊維の２つのスキンを有する強化材を開示する。しかしながら、多くのタイプの強化材では、例えば前述のＮＣＦでは、例えば透磁率の困難性に起因して例えば含浸が依然として問題となる場合がある。
【０００８】
したがって、前述した問題に対処するとともに、改善された樹脂の含浸及び／又は多軸構造におけるより多くの配向を可能にする、改良されたテープ状繊維ドライ強化材の必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、本発明の目的は、前述の問題の少なくとも一部、好ましくは全てを軽減する、テープ状ドライ繊維強化材、並びに、その製造のための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、添付の特許請求の範囲に規定される強化材、方法、及び、装置によって達成される。
【００１１】
本発明の第１の態様によれば、互いに並んで配置される複数のほぼ一方向のトウを成して複数の繊維／フィラメントが配列されて成る少なくとも１つの繊維／フィラメント層であって、各トウが複数のほぼ一方向の繊維又はフィラメントを備える、少なくとも１つの繊維／フィラメント層と、少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウに対して表面接続によって付着される少なくとも１つの多孔質接着層とを備え、少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウが分離チャネルによって互いから離間される、複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材が提供される。
【００１２】
本発明との関連において、繊維テープ状強化材とは、繊維／フィラメントの配向方向がその長さ方向であり、繊維／フィラメントのグループの大きい方の横方向がその幅方向であり、繊維／フィラメントのグループの小さい方の横方向がその厚さ方向であり、幅に対する厚さの比率が１未満であるとともに、長さ寸法が幅及び厚さのいずれよりもかなり大きい、繊維／フィラメントの配列のことである。また、ドライ繊維強化材とは、例えば市販のボビン／スプールから得られる標準的な繊維を使用して形成される、前記テープのことであり、そのような繊維上にはサイズ材及び他の表面処理剤が塗布される。
【００１３】
また、本出願との関連において、「トウ」とは、繊維／フィラメントの束のことであり、また、「トウ」は、一般に、通常のトウであるが、スプレッドトウ、フラットトウ、及び、スプレッドトウテープも含む。以下では、これらの全てがトウと称される。
【００１４】
したがって、分離チャネルが隣り合うトウのそれぞれの対間に形成される。トウは、テープ状強化材の長さ方向で互いに平行に延びる比較的真っ直ぐな配置状態で配列されることが好ましく、その結果、分離チャネルも互いに平行に配置されてテープ状強化材の長手方向に延びることが好ましい。したがって、新規な強化材は、ギャップ付き強化材又はギャップ付きＵＤ（一方向性）テープ／強化材と称されてもよい。
【００１５】
多孔質接着層は、ギャップ付きＵＤテープ状強化材の平行な配置及び完全性をもたらせて維持するとともに、トウ及び分離チャネルが所定位置に保たれるようにする。分離チャネルは、全長にわたって比較的均一な幅を有することが好ましい。しかしながら、分離幅の幾つかの変化が殆どの用途で許容でき、また、分離チャネルの時折の完全な閉鎖でさえ特定の用途において許容できる場合がある。
【００１６】
トウを分離チャネルによって離間して配置することにより非常に多目的な強化材が得られることが本発明者等により分かってきた。
【００１７】
多孔質接着層は、依然として安定しているとともに製造中及びその後の取り扱い及び使用の最中のいずれにおいてもその形状及び特性を維持する可撓性及びドレープ性がある強化材をもたらす。また、多孔質接着層及び分離チャネルは共に、マトリックス又は樹脂が強化材中に及びそのような強化材により形成される構造体中に浸潤して広がるための非常に効率的な流路を与える。また、多孔質接着層及び分離チャネルは、封入空気の容易で迅速な除去も可能にする。これは、ひいては、マトリックスによる繊維の湿潤を速めて向上させ、結果として、それにより形成される複合材料の機械的性能及び品質を向上させる。また、樹脂の浸潤は、浸潤経路を設けることによって、特に分離チャネルによりもたらされるそのような経路の幅によって正に制御可能になる。
【００１８】
少なくとも１つの繊維／フィラメント層を形成するトウのフィラメント／繊維は、炭素、ガラス、セラミック、アラミド、ＰＢＯの繊維、及び／又は、他の高性能ポリマー繊維を備えることが好ましい。トウは、同一又は異なる繊維を備えてもよい。そのような繊維の混合物も１つ以上のトウで使用されてもよい。特に、炭素繊維／フィラメントを備える又は炭素繊維／フィラメントから成るトウが好ましい。
【００１９】
分離チャネルは、０．１〜１．０ｍｍの範囲内、好ましくは０．２〜０．８ｍｍの範囲内、最も好ましくは０．２５〜０．７５ｍｍ範囲内、例えば０．５ｍｍの幅を有することが好ましい。しかしながら、分離チャネルの全てが一定の幅を有する必要はなく、これらの分離チャネルが互いに対して異なる幅を成すことができ及び／又はそのような分離チャネルのそれぞれが変化する幅を有することができる。樹脂の良好な浸潤及び広がりを可能にするのに十分なチャネル幅を有することが重要である。同時に、チャネルの幅が広すぎると、結果として、樹脂溜まりが形成される場合があり、それにより、結果として得られる複合材料が劣化する。０．１ｍｍを超える、特に０．２又は０．２５を超えるチャネル幅がマトリックス／樹脂の非常に効率的な浸潤／拡散を与えることが分かってきた。同時に、１ｍｍ、好ましくは最大で０．８ｍ、例えば０．７５の最大分離幅の使用が、最終製品の劣化を引き起こす樹脂の溜まり／ポケットの形成を妨げるのに十分であることが分かってきた。したがって、これらの任意の極めて特定の範囲内の分離幅を使用することにより、複合材料の良好な機械的性能と共に、樹脂の迅速且つ良好な浸潤及び拡散の非常に効率的な組み合わせを得ることができ、それにより、繊維／フィラメントの湿潤を得ることができることが分かってきた。
【００２０】
少なくとも１つの繊維／フィラメント層におけるトウは、好ましくは１〜２０ｍｍの範囲内、好ましくは２〜１５ｍｍの範囲内、最も好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内、例えば５ｍｍの幅を有することが好ましい。しかしながら、トウの全てが一定の幅を有する必要はなく、これらのトウが互いに対して異なる幅を成すことができ及び／又は各トウが変化する幅を有することができる。
【００２１】
同様に、分離チャネルは、テープ状強化材の全体積の一部を成すことが好ましい。好ましくは、テープ状強化材の１つ以上の層における分離チャネルの総体積は、テープ状強化材の全体積の１〜２０％を占め、より好ましくは全体積の１〜１５％の範囲に及び、最も好ましくは１〜１０％の範囲に及ぶ。
【００２２】
テープ状強化材は、１ｃｍ〜２ｍの範囲内、好ましくは３ｃｍ〜１．５ｍの範囲内、及び、最も好ましくは１０ｃｍ〜６０ｃｍの範囲内、例えば３０ｃｍの幅を有することが好ましい。
【００２３】
各トウは、１０００〜５０，０００の範囲内、好ましくは１，０００〜２５，０００の範囲内、及び、最も好ましくは３，０００〜２４，０００の範囲内の数のフィラメントを備えることが好ましい。
【００２４】
トウ又は糸は、特に炭素フィラメントを備える場合、しばしば、例えば３ｋ、６ｋ等と称されて分類される。これは、各トウ／糸中の繊維／フィラメントの数の表示であり、ここで、ｋはキロ（１０００）を意味し、それにより、３ｋは３０００であり、以下同様である。本発明の強化材において、各トウ／糸は、１ｋ、２ｋ、３ｋ、６ｋ、１２ｋ、１５ｋ、１８ｋ、又は、２４ｋのカウントを有することが好ましいが、更に高いカウントが使用されてもよい。好ましくは、各トウ／糸のカウントが６〜１５ｋの範囲内である。特に、異なるタイプ及び品質の繊維は、異なる密度及び他の特性を有する。例えば、炭素繊維は、通常、それらの特性が入る弾性率帯域にしたがってグループ分けされる。これらの帯域は、一般に、高強度（ＨＳ）、標準弾性率（ＳＭ）、中間弾性率（ＩＭ）、高弾性率（ＨＭ）、及び、超高弾性率（ＵＨＭ）と称される。殆どのタイプのフィラメント直径は約５〜７μηηである。
【００２５】
特に、１２ｋ  ＨＳのトウは、２４ｋ  ＩＭのトウとほぼ同じ断面積を有する。これは、ＩＭのより細いフィラメント及びより高い密度に起因する。
【００２６】
繊維／フィラメント層に付着するための多孔質接着層は、接着剤ウェブ又はベールを備えてもよい。接着剤ウェブは、例えば、熱可塑性ポリマー又はポリマー繊維又は熱硬化性樹脂の成分から形成される不織布ウェブであってもよい。別の態様では、多孔質接着層が適切なプリプレグの形態を成すこともでき、該プリプレグ上には、離間されるトウにより形成される繊維／フィラメント層を直接に配置できる。
【００２７】
多孔質接着層は、好ましくはポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、及び、ポリウレタンのうちの少なくとも１つを備えるホットメルト熱可塑性物質、及び／又は、エポキシ系材料の成分、好ましくは繊維タイプの又は繊維に似たタイプの成分から形成されることが好ましい。
【００２８】
そのような接着層は、不織布又は織布材料から形成されるウェブ／ベールであってもよく、それ自体知られており、例えばＳｐｕｎｆａｂなどの会社から市販されている。
【００２９】
そのような接着層の例は例えば国際特許出願公開第０３／０６４１５３号明細書からも知られており、前記文献は、その全体が参照により本願に組み入れられる。
【００３０】
多孔質接着層は、繊維／フィラメント層（単数又は複数）の一方側又は両側に配置されてもよい。また、多孔質接着層は、２つの別個の繊維／フィラメント層間に配置されてもよい。更にまた、一方側から、第１の外側接着層と、第１の繊維／フィラメント層と、第２の中間接着層と、第２の繊維／フィラメント層と、第３の外側接着層とを備える５層構造などの更に複雑な構造が実現可能である。当業者により理解されるように、多くの他の組み合わせも実現可能である。
【００３１】
多孔質接着層の目的は、繊維／フィラメント層におけるトウを離間されたチャネル形成形態に維持すること、及び、強化材を容易に取り扱われるように十分安定させることである。接着層は、マトリックス樹脂による浸潤を可能にするべく多孔質であり、また、強化材のドレープ性を与えるのに十分可撓性があることが好ましい。また、接着層は、１つの強化材層を同じ又は異なるタイプの他の強化材層（単数又は複数）に結合するために使用されてもよい。これにより、例えば、適した形状及び構造をレイアップするために前述のタイプの強化材をプリプレグの代わりに使用できる。
【００３２】
また、プリプレグの形態を成す、すなわち、事前に含浸された強化材の形態を成すギャップ付きＵＤ強化材を提供することもできる。そのような実施形態において、前記強化材は、硬化中に活性化されて反応を完了するようになっている樹脂の成分を強化材に含浸させることによって前処理されてもよい。
【００３３】
多孔質接着層は、表面接着により、離間されたトウの繊維／フィラメント層に付着する。しかしながら、接着層がフィラメント層（単数又は複数）におけるトウの各フィラメント／繊維に直接に付着する必要はない。代わりに、トウのフィラメントは、それ自体が当技術分野で知られるような他の手段によって、例えば適したサイズ剤、フィラメント間の接続又は絡み合い、フィラメント間の摩擦力等によって特定の安定性を維持するように配置されてもよい。
【００３４】
本発明の更なる態様によれば、サンドイッチ構造に配置される複数のほぼ一方向の繊維強化材層を備え、強化材層の少なくとも一部の繊維方向が異なる方向に延び、強化材層のうちの少なくとも１つが本発明の第１の態様に関連して前述したギャップ付きＵＤテープ状ドライ繊維強化材である、多軸強化材が提供される。
【００３５】
この態様により、第１の態様に関連して前述した同じ又は同様の利点並びに好ましい特徴及び実施形態が使用できて得られる。
【００３６】
ノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）としても知られる多軸強化材は、平行な繊維の複数のプライから形成される布であり、各繊維は異なる配向又は軸で位置している。これらの層は、布を形成するために例えばポリエステル糸を用いてステッチボンディングされることが好ましい。前述したそのような多軸強化材は、複合構造で用いるのに適しており、複合体製造業者が１枚の布における一方向繊維の複数の層を効果的に処理できるようにする。多軸強化材は、用途の要求に応じて、例えば、２〜２０個の層、好ましくは２〜１０個の層、最も好ましくは２〜５個の層を備えてもよい。
【００３７】
前述のギャップ付きＵＤ強化材の良好な浸潤特性は、この強化材を従来のＮＣＦ／多軸強化材と共に使用するのに非常に適するようにする。これは、ギャップ付きＵＤ強化材が多軸強化材／ＮＣＦの全体の浸潤特性を高めるからである。
【００３８】
前述したギャップ付きＵＤ強化材は、多軸強化材／ＮＣＦの１つ以上の層を、それを布の製造方向、すなわち、０度方向と合わせることによって形成するために使用されることが好ましい。前述のギャップ付きＵＤ強化材の安定性及び完全性は、このギャップ付きＵＤ強化材を多軸強化材中の層のうちの１つ以上として費用効率高く且つ比較的簡単な方法で組み込むことができるようにする。また、そのような安定したギャップ付きＵＤ強化材は、利用可能なレイアップ機を使用して特定の部品を形成するべく異なる配向及び長さで正確且つ迅速に配置され得る。所要の最終複合部品のその最良の機械的性能を得るための形状及び寸法をもたらすべく、異なる幅のギャップ付きＵＤ強化材を任意の所望の順序及び配向で配置した方が良い場合もあることに留意してもよい。
【００３９】
別の方法では、本発明のギャップ付きＵＤ強化材が他の従来の好ましくはステッチングされた多軸／ＮＣＦ又は織り強化材と組み合わされてもよい。例えば、ギャップ付きＵＤ強化材は、そのような従来の多軸強化材／ＮＣＦ又は織布のいずれか一方側又は両側に配置されてもよく、或いは、２つ以上のそのような従来の多軸強化材／ＮＣＦ又は織布の間に挟まれてもよい。
【００４０】
別の代替案では、新規な強化材、すなわち、ギャップ付きＵＤ強化材が、多軸強化材／ＮＣＦ構造における所望の配向を成す層のうちの１つとして使用されてもよい。更なる別の代替案において、新規な強化材、すなわち、ギャップ付きＵＤ強化材は、繊維／フィラメント層のプライをステッチングすることなく多軸強化材／ＮＣＦを形成する際に使用することができる。これは、そのような新規な多軸強化材／ＮＣＦの一体性が熱結合によってもたらされ、それにより、ステッチングにより生じるトウにおけるキンクが排除されるからである。
【００４１】
また、ギャップ付きＵＤ強化材は、それ自体がラップのように使用されてもよく、及び／又は、コア／マンドレル上にわたって編組を形成するために使用されてもよい。また、ギャップ付きＵＤ強化材は、強化織布又は他のタイプの交絡強化材における縦糸及び／又は横糸を形成するためにテープとして使用されてもよい。
【００４２】
例えば、そのようなテープは、同一出願人による欧州特許第１  ８３８  ９０９号明細書及び国際公開第１２／０９８２０９号パンフレットに開示されるタイプの布において使用されてもよく、前記文献はその全体が参照により本願に組み入れられる。また、これらの布は、新規な強化構造体を得るために、所望の順序で積み重ねられ又は層状化されてギャップ付きＵＤ強化材と組み合わされてもよい。
【００４３】
２つ以上の方向に配置されるテープとしてギャップ付きＵＤ強化材を使用すると、マトリックス浸潤のための流路もそのような対応する方向で直接に形成され、それにより、繊維の非常に効率的な浸潤及び含浸が可能になる。
【００４４】
本発明の他の態様によれば、交絡され又は相互接続される形態で配置される２組のテープ状強化材を備え、テープ状強化材のうちの少なくとも一部が前述のタイプのテープ状ドライ繊維強化材、すなわち、ギャップ付きＵＤ強化材である、布が提供される。
【００４５】
この態様により、前述した態様に関連して前述した同じ又は同様の利点並びに好ましい特徴及び実施形態が使用できて得られる。ギャップ付きＵＤ強化材を使用することにより、それを加熱時及び加圧時に前述したギャップ付きＵＤ強化材又は布又はＮＣＦ等の他の層と結合できることが留意されてもよい。結果として、含浸／浸出プロセス中にそのような異なる材料層の相対的な移動がかなり制限され、それにより、廃棄率を下げることに加え、複合部品の品質の向上がもたらされる。
【００４６】
本発明の更なる態様によれば、複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材を得るための方法であって、
少なくとも１つの繊維／フィラメント層を形成するためにトウをほぼ一方向の配向性を成して互いに並んで配置するステップであって、各トウが複数のほぼ一方向の繊維又はフィラメントを備え、少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウが分離距離だけ互いに離間される、ステップと、
前記繊維／フィラメント層の少なくとも一方側に多孔質接着層を設けるステップと、
表面接続／接着によって、例えば適した結合剤を使用する加熱及び／又は加圧により、多孔質接着層を繊維／フィラメント層に付着させるステップと、
を備える方法が提供される。
【００４７】
この態様により、ギャップ付きＵＤテープの前述した態様に関連して前述した同じ又は同様の利点並びに好ましい特徴及び実施形態が使用できて得られる。
【００４８】
本発明の更なる他の態様によれば、複合材料のための強化材などのテープ状ドライ繊維強化材を形成するための装置であって、
複数のトウを備える繊維／フィラメント層を形成するために繊維／フィラメントをほぼ一方向の配向を成して互いに並んで配置するための分離器であって、各トウが複数のほぼ一方向のフィラメントを備え、少なくとも１つの繊維／フィラメント層のトウが離距離だけ互いに離間される、分離器と、
トウの前記層の少なくとも一方側に多孔質接着層を供給して位置させるための付着器又は供給器と、
加熱又は化学結合による表面接続によって、好ましくは加圧装置と組み合わせて、多孔質接着層を繊維／フィラメント層に付着させるためのヒータ又は結合剤塗布器と、
を備える装置が提供される。
【００４９】
この態様により、前述した態様に関連して前述した同じ又は同様の利点並びに好ましい特徴及び実施形態が使用できて得られる。
【００５０】
また、分離器は、トウ供給源から供給される流入するトウを拡散して広げ、トウのフィラメントをほぼ一方向の配向で配置するとともに、トウを前述したギャップ付き形態で互いに並んで配置するようになっていることが好ましい。
【００５１】
分離器は、トウ間に分離距離を形成するために、トウ間を通過する／延びることができる、表面から突出して好ましくは直線状の配列を成す複数のピン、例えばフィンガ又はスラット又は中実／環状ディスク又はシート／プレートを備えてもよい。これらのピン／スラット／ディスク等は、櫛状態様でトウを分離する。ピンの直径又はスラット／ディスクの厚さは、適切に予め選択される。分離器は、熱又は結合剤の適用による安定化のために多孔質接着層がトウの繊維／フィラメント層上にわたって塗布されるときに離間されるトウを望まれる形態に維持できるようにするべく、ヒータ又は結合剤塗布器に先立って配置されるのが好ましい。
【００５２】
加えて、接着層の塗布を可能にするために走行するトウを離間された形態に維持するための他の手段が使用されてもよい。例えば、摩擦材料、例えばシリコンで覆われる１又は複数のローラ又はドラムを使用して、走行するトウを離間状態に維持する。走行するトウを、それらのクランプを配置することによって、例えば走行するトウ間に好ましくはシリコンの摩擦面のような摩擦面を有する２つのベルトを配置することによって、互いに離間した状態に維持することも想定し得る。また、そのようなクランプ又はドラム／ローラ配置は、加熱又は結合剤塗布と組み合わせて使用されてもよい。
【００５３】
ヒータは、例えば伝導、対流、及び、放射などにより（例えば、赤外線、高周波放射線、又は、超音波放射線の放射により、或いは、電流を繊維に通すことにより）様々な方法でトウに対して熱を供給してもよい。加熱に加えて、このステップ中に、トウの層の対向面に多孔質接着層を接着するために圧力が印加されてもよい。
【００５４】
結合剤塗布器は、走行するトウに対して適切な化学的配合剤を直接的に（例えば、ローラのリッキング作用）又は間接的に（例えば、噴射）供給して塗布してもよい。この場合も先と同様、このステップ中に圧力が印加されてもよい。
【００５５】
接着中、多孔質接着層は、加熱されたトウ上である程度まで軟化／溶融し、それにより、フィラメント層中のトウに対する接着表面結合を形成する。しかしながら、溶融物のトウ内への非常に深い浸入を避けるべく加熱が制御され、それにより、分離チャネルを開放状態に維持して、接着層の崩壊を避けることが好ましい。
【００５６】
同様に、多孔質接着層は、結合剤塗布器によって走行するトウの繊維／フィラメント層の対向面上にわたって直接に形成される。この場合も先と同様に、トウ間のギャップを結合剤で充填することを回避するべく結合剤の塗布が制御され、それにより、分離チャネルを開放状態に維持することが好ましい。
【００５７】
以下では、本発明のこれらの及び他の特徴及び利点が以下に記載される実施形態に関連して更に明らかにされる。
【００５８】
例示目的のため、以下、本発明を添付図面に示されるその実施形態に関連して更に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の一実施形態に係るギャップ付きＵＤテープ状強化材の概略斜視図である。
【図２】図１のギャップ付きＵＤテープ状強化材の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る多孔質接着層の平面図である。
【図４】様々な実施形態を示す本発明に係るＮＣＦ材料の概略分解図である。
【図５】本発明の実施形態に係るギャップ付きＵＤテープ状強化材を製造するための装置の２つの異なる実施形態である図５ａ及び図５ｂそれぞれの概略図である。
【図６】トウ間の距離間隔を得るための装置のより詳細な図である。
【図７】図７ａ〜図７ｄは、本発明に係るギャップ付きＵＤテープ状強化材の様々な実施形態の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６０】
以下の詳細な説明では、本発明の好ましい実施形態が記載される。しかしながら、他に何か具体的に示唆されなければ、異なる実施形態の特徴が実施形態間で置き換え可能であるとともに異なる方法で組み合わされてもよいことが理解されるべきである。また、明確化のために、図面に示される特定の構成要素の寸法が本発明の現実の実施における対応する寸法と異なる場合があることに留意してもよい。以下の説明では、本発明のより完全な理解を与えるために多くの特定の詳細が記載されるにもかかわらず、当業者に明らかなように、これらの特定の詳細を伴うことなく本発明が実施されてもよい。他の事例では、本発明を曖昧にしないように良く知られた構造又は機能が詳しく記載されない。
【００６１】
図１及び図２には１つの実施形態に係るギャップ付きＵＤ強化材テープが示される。強化材は、複数のトウ１を備えるテープ状ドライ繊維強化材を形成し、各トウが例えば炭素の複数の一方向フィラメントを備える。トウ１は、複数のほぼ一方向に配向されるトウが並んで配置されて互いから離間される繊維／フィラメント層３を形成する。トウ１は、表面結合により多孔質接着層４に接続される。
【００６２】
多孔質接着層４により接続される繊維／フィラメント層３のトウは、分離チャネル２によって互いから離間される。
【００６３】
少なくとも１つの繊維／フィラメント層を形成するトウのフィラメント／繊維は、好ましくは、炭素、ガラス、セラミック、アラミド、ＰＢＯ、及び／又は、他の高性能ポリマー繊維、又は、これらの繊維の一部又は全部の混合物のうちの１つ以上を選択して成る繊維を備え。特に、炭素繊維を備える又は炭素繊維から成るフィラメント層が好ましい。
【００６４】
分離チャネル２は、０．１〜１．０ｍｍの範囲内、好ましくは０．２〜０．８ｍｍの範囲内、及び、最も好ましくは０．２５〜０．７５ｍｍの範囲内、例えば０．５ｍｍの幅Ｗｓを有することが好ましい。しかしながら、分離チャネルの全てが一定の幅を有する必要はなく、これらの分離チャネルが互いに対して異なる幅を成すことができ及び／又はそのような分離チャネルのそれぞれが変化する幅を有することができる。トウ１は、１〜２０ｍｍの範囲内、好ましくは２〜１５ｍｍの範囲内、最も好ましくは２〜１０ｍｍの範囲内、例えば５ｍｍの幅Ｗｔを有することが好ましい。しかしながら、トウの全てが一定の幅を有する必要はなく、これらのトウが互いに対して異なる幅を成すことができ及び／又は各トウが変化する幅を有することができる。
【００６５】
同様に、分離チャネルは、ギャップ付きＵＤテープ状強化材の全体積の一部を成すことが好ましい。好ましくは、分離チャネルの総体積は、テープ状強化材の全体積の１〜２０％を占め、より好ましくは全体積の１〜１５％又は２〜１５％の範囲に及び、最も好ましくは１〜１０％又は２〜１０％又は３〜１０％の範囲に及ぶ。
【００６６】
ギャップ付きＵＤ強化材は、１ｃｍ〜２ｍの範囲内、好ましくは３ｃｍ〜１．５ｍの範囲内、及び、最も好ましくは１０ｃｍ〜６０ｃｍの範囲内、例えば３０ｃｍの幅ＷＴを有することが好ましい。
【００６７】
各トウは、１０００〜５０，０００の範囲内、好ましくは１，０００〜２５，０００の範囲内、及び、最も好ましくは３，０００〜２４，０００の範囲内の数のフィラメントを備えることが好ましい。
【００６８】
多孔質接着層が接着ウェブであることが好ましい。接着ウェブは、例えば、熱可塑性繊維又はポリマー繊維又は繊維に似た構造から形成される不織布ウェブであってもよい。別の態様では、多孔質接着層が適切なプリプレグの形態を成すこともでき、該プリプレグ上には、離間されるトウにより形成される繊維／フィラメント層を直接に配置できる。多孔質接着層は、好ましくはポリアミド、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリプロピレン、及び、ポリウレタンのうちの少なくとも１つを備えるホットメルト熱可塑性材料から形成されることが好ましい、及び／又は、熱硬化性エポキシ系樹脂である。
【００６９】
スパンボンド法により製造される不織多孔質接着層４の一部の例が図３に概略的に示される。
【００７０】
或いは、織り接着層、網状接着層、及び、同様のもの等の他のタイプの接着層が同様に使用されてもよい。
【００７１】
接着層４は、離間されたトウ３の繊維／フィラメント層（単数又は複数）の一方側又は両側に配置されてもよく、又は、トウの層間に介在されてもよい。
【００７２】
図７に示される幾つかの異なるタイプのギャップ付きＵＤテープの概略的な実施形態において、図７ａに係る強化材は、離間されるトウの繊維／フィラメント層３の一方側に接着する多孔質接着層４を備える。図７ｂの概略的な実施形態では、離間されるトウの繊維／フィラメント層３が上下の接着層４ａ，４ｂ間に挟まれる。図７ｃの概略的な実施形態において、接着層４は、対応する離間されるトウの２つの繊維／フィラメント層３ａ，３ｂ間に挟まれる。異なった観点で見ると、接着層４は、対応する離間されるトウの上層３ａ及び下層３ｂに共通に接着する。
【００７３】
最後に、図７ｄの実施形態では、最も上側の第１の外側接着層４ａと、離間されるトウの第１の繊維／フィラメント層３ａと、第２の中間接着層４ｂと、離間されるトウの第２の繊維／フィラメント層３ｂと、第３の外側接着層４ｃとを備える５層構造が与えられる。当業者により理解されるように、多くの他の組み合わせも実現可能である。
【００７４】
ギャップ付きＵＤ強化材テープは、織布又は他のタイプの交絡布を形成するために同様に使用されてもよい。ギャップ付きＵＤ強化材テープは、プリプレグを製造するために使用されてもよい。
【００７５】
１つの実施形態によれば、ギャップ付きＵＤ強化材は、サンドイッチ構造を成して配置される複数のほぼ一方向性の繊維強化材層を備えるノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）などの多軸強化材を形成するために使用され、この場合、強化材層の少なくとも一部の繊維方向が異なる方向に延び、また、強化材層のうちの少なくとも１つがギャップ付きＵＤ強化材である。層は、織物を形成するために例えばポリエステル糸と好ましくはステッチボンディングされる。ギャップ付きＵＤ強化材は、ステッチボンディングされる強化材に組み込まれてもよく、又は、１つ以上の表面上に設けられてもよく、又は、そのようなステッチボンディングされる強化材に対して中間層として設けられてもよい。
【００７６】
１つのそのような実施形態が図４に概略的に示される。この実施形態では、異なる配向性を成して配置される複数の強化材層が設けられる。層は、中心平面に関して対称に配置されることが好ましい。この図示の例において、強化材層は、層のフィラメントが製造方向及び巻き取り方向（矢印により示される）に沿って配向されることを意味する０度の配向で、並びに、＋４５度及び−４５度の配向で設けられる。少なくとも０度の方向に配向される強化材層は、前述したギャップ付きＵＤ強化材タイプのものであることが好ましい。
【００７７】
図４は様々な想定し得る形態を示す。１つの別の形態では、＋４５度及び−４５度に配向された強化材層が従来のＮＣＦ  ａ，ｃ，ｅ，ｇとして配置され、これらの強化材層間（すなわち、ａ，ｃ，ｅ，ｇ間）に０度の方向で配向されるギャップ付きＵＤ強化材ｂ，ｄ，ｆが配置される。或いは、ａ〜ｃが第１のステッチングされたＮＣＦ  Ａを形成してもよく、また、ｅ〜ｇが第２のステッチングされたＮＣＦ  Ｃを形成してもよく、これらの間（すなわち、ＡとＣとの間）にギャップ付きＵＤ強化材の中間層Ｂが挟まれる。更なる他の別の例では、全ての層ａ〜ｇが単一のＮＣＦ  ＡＡ内に配置される。
【００７８】
ここで、当業者であれば分かるように、更に多い層又は更に少ない層を含め、また、他の方向に配向されるギャップ付きＵＤ強化材層も含めて、他の多くの組み合わせが実現可能である。
【００７９】
ここで、図５に関連して、ギャップ付きＵＤ強化材の製造のための典型的な実施形態について説明する。
【００８０】
図５ａに示される第１の実施形態では、トウのフィラメントが最初に分離され、好ましくは広げられ、それにより、トウの繊維／フィラメント層を形成するべくトウがほぼ一方向の配向を成して互いに並んで配置され、各トウは複数のほぼ一方向性のフィラメントを備え、この場合、少なくとも１つの層を形成するトウは、分離距離だけ互いから離間される。そのようなギャップ付きＵＤ強化材テープは分離器１３で製造されてもよい。分離器１３は、クリールからボビン１１により供給されるトウのフィラメントを分離して個々のスプレッドトウへと広げるとともに、図６に示されるように、スプレッドトウ１間に存在してスプレッドトウが接触する表面から突出する複数のピン又はスラット１３１を使用することによって個々のスプレッドトウを互いに離間した状態に維持し、それにより、所要の距離だけ離間されるトウの中間繊維／フィラメント層を形成する。このように、複数の突出ピン／スラットの配置は、トウを櫛状態様で離間させる。
【００８１】
加えて、接着層の塗布を可能にするために走行するトウを離間された形態に維持するための他の手段が使用されてもよい。例えば、摩擦材料、例えばシリコンで覆われる１又は複数のローラ又はドラムを使用して、走行するトウを離間状態に維持する。走行するトウを、それらのクランプを配置することによって、例えば走行するトウ間に２つのベルトを配置することによって、互いに離間した状態に維持することも想定し得る。また、そのようなクランプ又はドラム／ローラ配置は、加熱又は結合剤塗布と組み合わせて使用されてもよい。
【００８２】
ボビン１１からトウを供給しながら一緒に、多孔質接着層４も１つ以上のローラ１２から供給される。
【００８３】
１又は複数の多孔質接着層４及び離間されたトウを備える１又は複数の繊維／フィラメント層３は、例えば、例として一対のガイドローラを備える適したガイド１４を用いて一緒にまとめられる。ヒータ又は結合剤塗布器１５が設けられて隣に適切に配置される。ヒータは、トウと接着剤との複合層３，４に熱を加える。
【００８４】
ヒータは、例えば伝導、対流、及び、放射などにより（例えば、赤外線、高周波放射線、又は、超音波放射線の放射により）様々な方法でトウに対して熱を供給してもよい。加熱に加えて、このステップ中に、トウの対向面に多孔質接着層を接着するために圧力が印加されてもよい。
【００８５】
結合剤塗布器は、走行するトウに対して適切な化学的配合剤を直接的に（例えば、ローラのリッキング作用）又は間接的に（例えば、噴射）供給して塗布してもよい。この場合も先と同様、このステップ中に圧力が印加されてもよい。
【００８６】
製造されたギャップ付きＵＤ強化材は、その後、送り出し器１６により連続的に送り出されて、その後の使用のために巻回ユニット（図示せず）によりスプールに巻回され又は他の適したパッケージに巻回される。
【００８７】
図５ｂに示される製造装置の第２の実施形態では、多孔質接着剤ウェブ１２の供給が、繊維／フィラメント層３の離間されたトウの上端に直接に接着剤ウェブ４を供給する結合剤塗布器１５ｂに取って代えられてしまっている。結合剤塗布器は、溶融した熱可塑性物質又はエポキシ系熱硬化性物質を繊維／フィラメント層上にわたって噴射することによって多孔質接着剤ウェブを供給してもよい。これらの違いを除けば、図５ｂの装置の残りの部分は、図５ａの実施例の場合と同じままである。
【００８８】
以上、特定の実施形態に関連して本発明を説明してきた。しかしながら、強化材、並びに、製造のための方法及び装置の幾つかの変形が実現可能である。例えば、強化材は、様々なサイズ及び組成を有する更に多い又は更に少ない層を有してもよく、また、装置は、様々な方法及び順序で、熱や結合剤等を加えてもよい。更に、製造工程の順序は、若干異なって、例えばある程度まで段階的に又は同時に行なわれてもよい。
【００８９】
そのような及び他の明白な変更は、添付の特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲内に入ると見なされなければならない。前述の実施形態は、本発明を限定するものではなく例示であり、また、当業者は、添付の特許請求の範囲の技術思想及び技術的範囲から逸脱することなく、多くの代わりの実施形態を設計できることに留意すべきである。特許請求の範囲において、丸括弧内の任意の参照符号は、特許請求の範囲を限定するように解釈されるべきでない。「備える」という語は、特許請求の範囲に挙げられるもの以外の要素又はステップの存在を排除しない。要素に先行する単語「１つ（ａ）」又は「１つ（ａｎ）」は、そのような要素の複数の存在を排除しない。更に、単一のユニットが特許請求の範囲に挙げられる幾つかの手段の機能を果たしてもよい。
【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５ａ】
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【図５ｂ】
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【図６】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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