(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多重シェル複合材料構成品を製造するための方法であって、
ａ）射出成形金型内に少なくとも１つの第１の構成品（１）を挿入する工程と、
ｂ）前記第１の構成品の少なくとも一側面（５）上に少なくとも１つの固定要素（４）を注入する工程と、
ｃ）前記射出成形金型内に少なくとも１つの第２の構成品（２）を挿入する工程と、
ｄ）前記第１の構成品（１）を、前記固定要素（４）を有する側面（５）によって前記第２の構成品（２）に結合し、前記固定要素（４）上に及び／又は前記固定要素（４）内に前記第２の構成品（２）を通ってマトリックス材料（６）が注入される工程とを有することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記固定要素（４）は、少なくとも１つの空洞（７）を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記空洞（７）の縦横比は、１：１から１：１００の範囲にある、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の構成品（１）と前記第２の構成品（２）との結合中に、前記固定要素（４）の前記空洞（７）にマトリックス材料（６）が注入される、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の構成品（１）及び／又は前記第２の構成品（２）は、補強繊維配列及び熱可塑性マトリックスを備える、請求項１から４のうちの何れかに記載の方法。
【請求項６】
前記マトリックス材料（６）は、前記熱可塑性マトリックスの材料と同じである、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の構成品（１）と前記第２の構成品（２）との結合中に、前記固定要素（４）の前記空洞（７）に材料が注入され、前記空洞（７）の表面は少なくともある程度溶ける、請求項２から６の何れかに記載の方法。
【請求項８】
前記工程ａ）で、前記第１の構成品（１）を成形処理する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の構成品（１）の前記成形処理により、単一シェル繊維プラスチック複合体が製造される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記工程ｃ）で、前記第２の構成品（２）を成形処理する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２の構成品（２）の前記成形処理により、単一シェル繊維プラスチック複合体が製造される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記固定要素（４）は、リブ、凸状領域、ビード、溝、フィレット及びこれらの組み合わせから成る群から選ばれる、請求項１から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の構成品（１）及び／又は前記第２の構成品（２）は、長い繊維強化熱可塑性プラスチック、連続繊維強化熱可塑性プラスチック及び／又は一方向に強化されたテープである、請求項１から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の構成品（１）及び／又は前記第２の構成品（２）は有機パネルである、請求項１から１３の何れか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記第２の構成品（２）は、前記第１の構成品（１）に結合する前に、融点又はガラス転移温度を５０°Ｃまで下回る温度から５０°Ｃまで上回る温度にされる、請求項１から１４の何れか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１の構成品（１）と前記第２の構成品（２）との結合後及び／又は結合中に、前記第２の構成品（２）の縁領域（１２）が前記第１の構成品（１）上に押し付けられる、請求項１から１５の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重シェル複合材料構成品を製造するための方法に関し、方法は、
ａ）射出成形金型内に少なくとも１つの第１の構成品を挿入し、任意に第１の構成品を成形処理する工程と、
ｂ）第１の構成品の少なくとも一側面上に少なくとも１つの固定要素を注入する工程と、
ｃ）射出成形金型内に少なくとも１つの第２の構成品を挿入し、任意に第２の構成品を成形処理する工程と、
ｄ）第１の構成品を、固定要素を有する側面によって第２の構成品に結合し、固定要素上に及び／又は固定要素内に第２の構成品を通ってマトリックス材料が注入される工程とを有する。
【０００２】
本発明は、さらに、複合材料で作製されて本発明の方法によって製造された多重シェル構成品に関し、少なくとも１つの第１の構成品及び少なくとも１つ第２の構成品から構成される成形品にも関し、第１の構成品は、少なくとも一側面に固定要素を有し、第２の構成品は、固定要素に密着して結合される。
【０００３】
繊維複合体プラスチック、特に連続繊維強化熱可塑性プラスチックの重要性は、ますます高まっており、その理由は、それらは、軽量な構造でかつ再利用の可能性が高いためである。具体的には、自動車構造において、金属を熱可塑性積層品で置換することよってさらなる進歩が達成され、その理由は、積層品は、射出成形処理と組み合わせた効率的な処理の可能性と共に、機械的性質が良いためである。
【背景技術】
【０００４】
近年、常に増える多くの金属製構成品が、軽量の繊維プラスチック複合体構成品によって取り換えられる。特に自動車産業では、この目的のために、効率的でかつ安い大量生産を可能にする方法が要求される。従来の金属製自動車構成品は、一般に、補強用リブ及びビードを持つ、単一シェルのデザインであるが、同じ設置空間内で、単一シェルの繊維プラスチック複合体（ＦＰＣ）がいつも使用できるとは限らない。ＦＰＣの性能特性を完全に利用するために、２つのシェルによる解決法が使用される。サンドイッチ状に挟む方法が、これらの２つのシェル解決法の実施例を与える。これらの解決法は、熱硬化性材料にも熱可塑性材料にも使用される、構造発泡体によって支援された確立した方法である。しかしながら、このアプローチは、高価であるので、大量生産で限定的に利用されるに過ぎない。
【０００５】
同様に熱可塑性処理のための２つのシェルによる解決法があるが、これらは、つい最近発展した方法である、インモールド成形及びオーバーモールド（ＩＦＯ）の組合せと結び付くことができず、又は材料の最大の可能性を用いることができない。ＩＦＯ方法では、予熱された熱可塑性有機パネルを圧力下で成形し、次いで、熱可塑性射出成形組成物でオーバーモールドする。ここで、リブ構造がしばしば導入され、２つのシェルによるデザインの場合、リブ構造は密封する必要がある。
【０００６】
現在使用される解決法では、リブ上に第２の有機パネルを置き、有機パネルの縁同士を結合するために圧縮処理が使用される。しかしながら、ここで、注入されたリブと重ねた有機パネルとの間で結合は達成されず、結果として生ずる性能の損失があり得る。
【０００７】
現行の方法は、一般に非常に複雑であり、その理由は、気体を注入して積層品に反対圧力を加えて滑らかな表面を生成するか、又は後の工程が接着又は結合するために用いられるためである。
【０００８】
別の公知の方法は、これまで、結合個所で積層品を再加熱する、付加的な高温気体ノズル手段としてのみ機能した。
【０００９】
文献ＤＥ２００８０１３５０６Ａ１には、少なくとも１つの成形品で作製された複合材部品を製造するための方法が記載され、成形品は、金属及び／又はプラスチックで作製され、射出成形金型内でそれ自体及び／又は別の成形品を、結合処理及びインターロック結合処理又は密着結合処理を施し、少なくとも１つの成形品は、射出成形金型を閉めて結合処理する。これにつき、一例として、結合領域で接着剤が使用される。
【００１０】
ＤＥ１９５００７９０Ａ１には、プラスチック／金属複合製品を製造するための方法が記載され、それは、金属接合と、それぞれ、少なくとも２枚の個々の金属板を用いる加圧処理と、熱可塑性プラスチックの射出成形品との組み合わせを用いる。ここの第１の工程にて、結合される個々の金属板が射出成形金型に置かれ、接着処理又は加圧処理によって互いに密着して結合される。第２の工程にて、金属板の穿孔に熱可塑性プラスチックが注入され、板同士を互いに結合し、かつ射出成形金型の空洞の残部に形成された樹脂部品に結合する。この公知の処理の欠点は、成形品の加圧及びプラスチックの注入は１つの装置内で生じるが、それらは２つの別個工程で生じることである。
【００１１】
ＤＥ１０２００９０１０４４０Ａ１には、外部シェルと、外部シェルに結合された構造品とから構成されるモジュールが記載される。この配置では、少なくともいくつかの領域内に、構造品及び外部シェルが互いに離れてあり、少なくともいくつかの領域内では、外部シェルに対する構造品の位置を固定するために、構造品と外部シェルとが摩擦結合される。
【００１２】
ＤＥ１９５０４７２６Ａ１には、大きな表面積の要素が記載され、それは、ねじれに対して剛性でかつ荷重支持能力を有し、２つの部品で作製され、挿入装置及び内部強化システムを有する。この２つの半片は、挿入装置及び適切な結合要素を用いて互いに結合される。２つの半片の一方に、特定の機能を統合することにより、例えば、製造中にプラスチック下位要素上に結合した要素を製造することにより、材料を異なる組合せで結合して、ねじれに対して剛性でかつ荷重支持能力を有する、大きな表面積の構成部品を生み出すことが可能である。
【００１３】
ＤＥ１０２０１１１１１７４３Ａ１には、ＦＰＣ構成品及びその製造方法が記載され、構成品は、熱可塑性マトリックスとの複合材中に少なくとも１つの織物挿入物を有し、熱可塑性プラスチックで作製され材料上に注入された強化リブを含む。ＦＰＣ構成品の熱可塑性リブは、少なくとも３０体積％の割合の強化材で作製された短い繊維を含む。
【００１４】
ＤＥ１０２０１３０１１３１６Ａ１には、外部シェルであるシェルを有するアンダーボディクラッドが記載される。外部シェルに結合された内部シェルがあり、内部シェルと外部シェルとの間に、少なくとも介在空間が存在する。
【００１５】
ＤＥ１０２００９０４１８３８Ａ１には、接合継ぎ手を製造するための方法が記載され、それは、プラスチック構成品のうち少なくとも２つの、少なくとも部分的に薄板状の要素又は小領域の間に、プラスチック技術によって製造される。
【００１６】
ＤＥ４２４２０５９Ｃ１には、樹脂成形品を、プラズマ重合により加えた中間層によって、他のプラスチック構成品に熱結合する方法が記載される。方法は、中間層がプラズマ重合によって加えられ、しかも少なくとも成形品と比べて融点が低くなるように策定された点を特徴とし、中間層は、成形品／箔／成形された発泡体に類似するが、プラズマ条件を適切に均衡させることによって、中間層に異なる分子鎖の長さ又は架橋構造が確立される。
【００１７】
ＤＥ１０２０１１１１８９８０Ａ１には、モジューラ構造ハウジング構成品のための外部パネルを持つ、外部モジュールを製造するための方法が開示される。これにつき、半仕上げ熱可塑性連続繊維製品を、内部シェルの形状に従って所定の大きさに切断しかつ成形し、しかも強化要素でインモールド被覆して熱可塑性ＦＰＣ内部シェルを設けている。これに続いて、半仕上げ熱可塑性連続繊維製品を、内部シェルの形状に従って、所定の大きさに切断しかつ予備成形し、次いで、外部シェルの形状に対応する熱可塑性ＦＰＣ内部シェル、及び予め形成された半仕上げ熱可塑性の連続繊維製品を型に挿入し、型を閉める。次いで、予備形成された半仕上げの熱可塑性連続繊維製品は、圧力を受け、成形されてＦＰＣ外部シェルを生み出し、ＦＰＣ内部シェルとＦＰＣ外部シェルとが結合されて、半仕上げ外部モジュールが製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】ＤＥ２００８０１３５０６Ａ１
【特許文献２】ＤＥ１９５００７９０Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１０２００９０１０４４０Ａ１
【特許文献４】ＤＥ１９５０４７２６Ａ１
【特許文献５】ＤＥ１０２０１１１１１７４３Ａ１
【特許文献６】ＤＥ１０２０１３０１１３１６Ａ１
【特許文献７】ＤＥ１０２００９０４１８３８Ａ１
【特許文献８】ＤＥ４２４２０５９Ｃ１
【特許文献９】ＤＥ１０２０１１１１８９８０Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従来技術に開示された方法は、大量生産に役立ち、補強構造が密着して結合された多重シェル複合材料構成品を製造できる方法は記載していない。
【００２０】
このため、本発明の目的は、シェルが閉じた多重シェル構成品、特に両側面に補強構造が結合されたＦＰＣ構成品を量産する製造方法を提供することである。この意図は、ＦＰＣ構成品が、経済的に持続可能な条件下での生産に合わせて修正可能であることが特に好ましい。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的は、多重シェル複合材料構成品を製造する方法によって達成され、方法は以下の工程、
ａ）射出成形金型内に少なくとも１つの第１の構成品を挿入して、任意に第１の構成品を成形処理する工程と、
ｂ）第１の構成品の少なくとも一側面上に少なくとも１つの固定要素を注入する工程と、
ｃ）射出成形金型内に少なくとも１つの第２の構成品を挿入して、任意に第２の構成品を成形処理する工程と、
ｄ）第１の構成品を、固定要素を有する側面によって第２の構成品に結合し、固定要素上に及び／又は固定要素内に第２の構成品を通ってマトリックス材料が注入される工程とを有する。
【００２２】
本発明の方法は、多重シェル、特に二重シェルの接着による結合を有しない複合材料構成品を提供することができる。本発明における第１の構成品と第２の構成品との結合には接着剤を使用しないので、結果として生ずる多重シェル複合材料構成品は、より効果的に再利用することができる。複合材料構成品を再利用するための方法では、補強繊維配列と熱可塑マトリックスとを分離することが要求されるので、接着剤が存在することは、後に続く再利用処理にとって不都合である。このため、本発明の方法によって製造された複合材料構成品は、後に続く再利用を、より安価かつより持続可能に行うことができる。
【００２３】
本発明における多重シェル、特に二重シェルの複合材料構成品は、（最終）構成品、特に断面が閉じたシェルである複合材部品を意味する。このタイプの複合材部品には、中実の複合材部品と比べて、ねじれ剛性及び／又は可撓性剛性がより高く、又は重量がより軽い複合材部品につき剛性が等しいという利点がある。
【００２４】
本発明のほ方法は、少なくとも１つの第１の構成品を設けた後、工程ａ）にて、射出成形金型に少なくとも１つの第１の構成品を置き、任意に第１の構成品を成形処理する。この目的に必要な射出成形金型の構造は当業者には公知である。工程ａ）にて可能な成形処理の意味は、少なくとも１つの第１の構成品は、一例として熱成形できることである。少なくとも１つの第１の構成品は、既に所望の形状を有することが同様に可能であり、その結果工程ａ）では成形処理は不要である。
【００２５】
これに続く工程ｂ）にて、少なくとも１つの固定要素が、第１の構成品の少なくとも一側面上に注入される。この側面に少なくとも１つの別の固定要素を注入する工程を同様に行うことができ、その結果第１の構成品は、少なくとも２つの固定要素を有する。第１の構成品上での固定要素の配置は対称にできることが好ましい。一例として、円形の固定要素（例えばビード）が含まれれば、互いに対するこれらの配置は、一例として直線状にできるが、この直線状の配置に加えて、互いに平行に変位する配置にできる。一例として、固定要素がリブの形であれば、配置は、リブ同士を互いに平行にすることができる。しかしながら、配置は、リブを十字の形にすることもできる。これにより、複合材料構成品において、高い曲げ剛性値を達成せきることが好ましい。
【００２６】
続く工程ｂ）では、第１の構成品の２つの向かい側の側面上に固定要素を注入することが同様に可能である。
【００２７】
工程ｂ）に続く工程ｃ）は、射出成形金型に少なくとも１つの第２の構成品を置くこと、及び任意に第２の構成品を成形処理することに関する。工程ｃ）における可能な成形処理の意味は、少なくとも１つの第２構成品が、一例として熱成形できることである。少なくとも１つの第２の構成品は既に所望の形状とされ、その結果工程ｃ）では成形処理は不要とすることが同様に可能である。
【００２８】
工程ｃ）に続く工程ｄ）は、第１の構成品を、固定要素を有する側面によって第２の構成品に結合することに関し、マトリックス材料が、第２の構成品を通って固定要素上に及び／又は固定要素内に注入される。第２の構成品を通る注入は、この位置における材料が、適切な装置及び／又は材料、特にマトリックス材料の適切な流れから分離されること、及びマトリックス材料は固定要素上に及び／又は固定要素内に導入できることを意味する。一例として、マトリックス材料は、高圧下に集中噴流の形で第２の構成品を通って流れて、固定要素上に及び／又は固定要素内に導入することができる。金属ブローチが第２の構成品を通過し、次いでマトリックス材料が続くことも可能である。従って、穴が予め形成され、それにより少なくとも１つの固定要素の空洞までマトリックス材料のための通路が設けられる。第２の構成品が単に局所的にのみ加熱されて、マトリックス材料の流れのために局所的に柔らかくなること、又はマトリックス材料のための上述した穴が、第２の構成品に予め形成されて構成品は冷たいままであることも同様に可能である。
【００２９】
本発明の工程ｄ）において、第１の構成品と第２の構成品とを結合することにより、多重シェル構造を製造できることが好ましい。特に、第１の構成品がその向かい側の両側面に少なくとも２つの固定要素を有する場合、３つの部品から成る構造を実現することが可能である。３つのシェルから成る構造は、第２の構成品への結合後に生じる。
【００３０】
連続する工程ａ）、ｂ）、ｃ）及びｄ）の間に中間工程を導入し、並びに／或いは、工程ａ）の前に及び／又は工程ｄ）の後に、別の工程を実行することがさらに可能である。
【００３１】
第１の構成品及び／又は第２の構成品も、半仕上げ製品及び／又は半仕上げ薄板として記載することができる。
【００３２】
第１の構成品及び／又は第２の構成品は、任意に繊維強化されたポリマーから製造することが特に好ましい。本発明のポリマーは熱可塑性プラスチック又は熱硬化性プラスチックとすることができる。
【００３３】
特に、構成品は、強化されたポリマーとすることができる。強化は、ポリマー材料とは異なる物質を用いることよって実現できる。
【００３４】
本発明の方法では、固定要素は、少なくとも１つの空洞を有することが好ましい。固定要素は、少なくとも２つの空洞を有することが好ましい。空洞は、工程ｄ）の間に、密着結合のみならず、インターロック結合又は摩擦結合が形成されるような性質である。
【００３５】
固定要素は、強化する要素として役立つことが特に好ましい。
【００３６】
固定要素は、本発明の方法の工程ｂ）にて、中空な構造として形成できることが好ましい。この中空構造は、一例として、中空な立方体、ブロック、円筒又は切頭円錐の形状とすることができる。この中空構造に充填材料を注入することができ、この内部容積の高々９９％は充填材料によって満たされる。この不完全な充填から空洞が生じることが好ましい。
【００３７】
固定要素及び／又は充填材料は、熱可塑性ポリマー材料から成ることが好ましい。当業者に公知の何れの熱可塑性プラスチックもこの目的に適する。通常使用される熱可塑性プラスチックの例は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアクリル酸塩、ポリアセタールであり、及びさらにビニル基を持つモノマーのポリマーである。
【００３８】
一般に使用されるポリオレフィンの例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリテトラフルオロエチレンである。適切なポリアミドは、一例として、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン６／６、ナイロン６／１０及びナイロン６／１２である。適切なポリエステルは、一例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリカーボネートである。通常使用されるポリアクリル酸塩の例は、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリメタクリル酸及びポリアクリロニトリルである。使用するポリアセタールの例は、ポリオキシメチレンである。ビニル基を有するモノマー単位を持つ適切なポリマーの例は、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールである。他の適切な熱可塑性プラスチックは、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−アクリロニトリル、及びアクリル酸塩−スチレン−アクリロニトリルである。さらに、上述した各種ポリマー、又は上述したホモポリマーを形成するためにモノマー単位で作製された各種コポリマーの混合物を使用することも可能である。
【００３９】
固定要素のための特に好ましい熱可塑性プラスチックはポリアミドである。
【００４０】
本発明の方法の工程ｂ）では、工程ｂ）にて使用するマトリックス材料を固定要素の注入に用いることが好ましい。
【００４１】
固定要素内に空洞を作製する同様に可能な方法では、適切な形状のマスクが使用され、特に工程ｂ）の間に使用して工程ｂ）の後に除去することができる。
【００４２】
本発明の処理では、空洞の縦横比が、１：１から１：１００の範囲にあることが好ましい。特に、空洞の縦横比は、１：２から１：５０の範囲にある。
【００４３】
縦横比は、固定要素の高さに対する幅の比である。
【００４４】
本発明の方法における第１の構成品と第２の構成品との結合工程の間に、固定要素の空洞にマトリックス材料が注入されることが好ましい。注入したマトリックス材料の体積は、空洞容積の５０％から３００％であることが好ましい。注入したマトリックス材料の体積は、空洞容積の８０％から２５０％であることが非常により好ましい。注入したマトリックス材料の体積は、具体的には空洞体積の１０５％から１２５％である。
【００４５】
注入したマトリックス材料の体積が空洞容積の１００％よりも多ければ、マトリックス材料は、空洞から外にあふれ出る。このマトリックス材料のあふれ出しは、第１の構成品と第２の構成品とのインターロック結合及び密着結合の基礎として役立ち得ることが好ましい。
【００４６】
あふれ出したマトリックス材料は、工程ｄ）にて第１の構成品及び第２の構成品の縁領域の結合に使用できることが非常に好ましい。
【００４７】
本発明の処理では、第１の構成品及び／又は第２の構成品は、補強繊維配列及び熱可塑性マトリックスを備えることが好ましい。第１の構成品及び／又は第２の構成品は、熱可塑性マトリックス内に補強繊維配列を備えることがより好ましい。
【００４８】
第１の構成品及び第２の構成品は、異なる補強繊維配列を備えることが好ましい。第１の構成品及び第２構成品は、同じ熱可塑性マトリックスを備えることが好ましい。
【００４９】
補強繊維配列として、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維又はこれらの組合せを使用することができる。よく使用される繊維配列は、方向付けた繊維を有し、置いたスクリム、織物、ネット、編物、織った織物及び／又はそれらの組み合わせを備える。特に、第１の構成品及び／又は第２の構成品は、繊維複合体プラスチックを含む。繊維強化プラスチック（繊維複合体プラスチック）で作製されたこれらの複合材部品は、機械的強度が非常に良く、同時に、軽量化の大きな可能性をもたらす。特に、それらは、軽量構造でますます使用される。このため、第１の構成品及び／又は第２の構成品は、補強繊維を用いて形成することができ、補強繊維は、一例として、プラスチック材料（プラスチックマトリックス）を染みこませ又は含浸することができ、又はプラスチック材料（プラスチックマトリックス）によって取り囲むことができる。
【００５０】
繊維複合体プラスチック又は繊維複合体プラスチック構成品の製造は、一例として、ＤＥ１０２００８０５２０００Ａ１に示される。その文献では、射出成形金型が、マトリックス材料とともに、強化材構成品として少なくとも１つの非統合の織物挿入物のインモールド被覆のために使用され、挿入物は、含浸材がコア深さまで完全に又は部分的に含浸された多重細線繊維から形成される。
【００５１】
ここで使用する繊維は、個々の繊維、粗紡又は繊維マットの形を取り得ることが好ましい。
【００５２】
使用する繊維が長い繊維、粗紡又は繊維マットの形をとるとき、繊維は、通常金型内に置かれ、次いで、ポリマー材料による含浸が行われる。結果として得られる挿入物は、１つ以上の層構造を有することができる。多層構造の場合、それぞれの個々の繊維は、同じ向きとすることができ、又は配置は、互いに−９０°から＋９０°までの角度にある個々の層の繊維を有することができる。
【００５３】
しかしながら、別の可能な代替案として、特に方向付けた長い繊維が使用される場合、型の中に繊維を置くこと、及び繊維の周りにポリマー組成物を成型することが一緒に行われ、押出し処理の間に、長い繊維を押出金型に通して、これをプラスチック組成物で覆う。
【００５４】
短い繊維を使用するとき、短い繊維は、通常、硬化処理の前にポリマー組成物と混合される。挿入物は、一例として押出成形、射出成形又は鋳造によって製造することができる。挿入物は、一般に、向きを付けない形の短いガラス繊維を含むことができる。挿入物を射出成形処理によって製造するとき、繊維を含むポリマー組成物を強制的に噴射ノズルを通して型内に入れることにより、短い繊維を方向付けることができる。ポリマー組成物の押出成形の場合、短い繊維の向きは、同様に、材料を強制的に押出ノズルを通して決めることができる。
【００５５】
繊維と一緒に用いる他の適切な補強材は、任意の他の所望の充填材であり、充填材は、当業者に公知であって、剛性を増し及び／又は強度を増すように作用する。これらの中で、とりわけ選択した向きを持たない任意の粒子が望ましい。このタイプの粒子は、一般に、球状、層状又は円筒状である。ここの粒子の実際の形状は、理想化された形状とは異なっても良く、特に、球状の粒子は、実際には一例として、小滴状の又は平らな形状とすることができる。
【００５６】
繊維と一緒に用いる補強材の実施例は、グラファイト、チョーク、タルク粉末及びナノスケールの充填材である。
【００５７】
当業者に公知の何れの熱可塑性プラスチックも熱可塑性マトリックスに適している。強化可能な熱可塑性プラスチックが特に適する。通常使用される熱可塑性プラスチックの実施例は、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリウレタン、ポリエステル、ポリエーテル、ポリアクリル酸塩、ポリアセタールであり、及びさらにビニル基を持つモノマーのポリマーである。
【００５８】
一般に使用されるポリオレフィンの例は、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−１−ブテン、ポリテトラフルオロエチレンである。適切なポリアミドは、一例として、ナイロン６、ナイロン１１、ナイロン６／６、ナイロン６／１０及びナイロン６／１２である。適切なポリエステルは、一例として、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート及びポリカーボネートである。通常使用されるポリアクリル酸塩の例は、ポリ（メタ）アクリル酸エステル、ポリメタクリル酸及びポリアクリロニトリルである。使用されるポリアセタールの例は、ポリオキシメチレンである。ビニル基を有するモノマー単位を持つ適切なポリマーの例は、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリビニルカルバゾール、ポリ酢酸ビニル、及びポリビニルアルコールである。他の適切な熱可塑性プラスチックは、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、スチレン−アクリロニトリル、及びアクリル酸塩−スチレン−アクリロニトリルである。さらに、上述した各種ポリマー、又は上述したホモポリマーを形成するためにモノマー単位で作製された各種コポリマーの混合物を使用することも可能である。
【００５９】
熱可塑性マトリックスのためのより好ましい熱可塑性プラスチックはポリアミドである。
【００６０】
使用するポリマーはまた、他の追加の物質を含むことができる。これらは、一例として、従来の可塑剤、衝撃改質剤、難燃剤、及びポリマーに通常加える当業者に公知の他の添加剤である。
【００６１】
本発明の方法では、マトリックス材料は、熱可塑性マトリックスの材料であることがより好ましい。特に、マトリックス材料は、第１の構成部材及び第２構成品の熱可塑性マトリックスの材料である。従って、特に良好な密着結合、インターロック結合及び／又は摩擦的結合を達成することが可能である。
【００６２】
本発明の方法では、第１の構成品と第２の構成品との結合工程中に、上記材料が固定要素の空洞に注入され、空洞の表面は、少なくともある程度溶けることが好ましい。これを達成するための方法の実施例では、マトリックス材料は、固定要素の材料の融点よりも高い及び／又は等しい温度まで加熱される。
【００６３】
本発明の方法では、第１の構成品及び／又は第２の構成品が各場合の成形処理により、単一シェルの繊維プラスチック複合体を製造することが好ましい。成形処理は、予熱した構成品のために適切な型、例えば射出成形金型を使用することができる。
【００６４】
本発明の方法では、固定要素は、リブ、凸状領域、ビード、溝、フィレット及びこれらの組合せから成る群から選ぶことが好ましい。
【００６５】
本発明の方法では、第１の構成品及び／又は第２の構成品は、長い繊維強化熱可塑性プラスチック、連続繊維強化熱可塑性プラスチック及び／又は一方向に強化されたテープであることがより好ましい。ここの長い繊維の平均繊維長さは、２μｍから２５μｍの範囲にある。連続繊維は、通常構成品の全長にわたって延び、及び／又は、長さは自由に選択できる。
【００６６】
本発明の方法では、第１の構成品及び／又は第２の構成品は、有機パネルであることが好ましい。有機パネルという用語は、連続繊維強化半仕上げ熱可塑性薄板を意味する。有機パネルは、熱を受けて成形処理することができ、短い処理サイクルを許し、さらに溶接することができる。有機パネルを使用する場合、金属板とは対照的に、腐食からの保護は必ずしも必要とされない。
【００６７】
ここの有機パネルは、定まった向きで熱可塑性マトリックスに埋めた繊維を有する特定の繊維配列から成ることができ、繊維配列、特に補強繊維配列は、織物、置いたスクリム、編物又はこれらの組合せを含むことができる。
【００６８】
本発明の方法では、第２の構成品は、第１の構成品に結合する前に、融点又はガラス転移温度を５０°Ｃまで下回る温度から５０°Ｃまで上回る温度にされることが好ましい。融点又はガラス転移温度は、熱可塑性マトリックスの材料に関連することが好ましい。第２の構成品は、第１の構成品に結合する前に局所的に予熱して、処理による消費されるエネルギを最小化することがより好ましい。
【００６９】
第１の構成品と第２の構成品との結合後及び／又は結合中に、第２の構成品の縁領域を第１の構成品上に押し付ける処理を優先して行う。
【００７０】
本発明はまた、本発明の方法によって製造された多重シェル複合材料構成品を提供する。二部から成る複合材料構成品を製造することが好ましい。
【００７１】
本発明は少なくとも第１の構成品及び第２の構成品から成る成形品も提供し、第１の構成品は少なくとも一側面に固定要素を有し、第２構成品は固定要素に密着して結合される。
【００７２】
以上に列挙した全ての実施の形態及び好ましい実施の形態は、文脈から結合が不可能なことが明らかでなければ、互いに自由に結合することができる。
【００７３】
“備える”という表現は、“から成る”という表現も包含することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
本発明及び先行技術は、以下に、図を参照して例示される。
【図１】インモールド成形とオーバーモールド（ＣＩＦＯ）工程との組合せ（先行技術）のシーケンス図である。
【図２】本発明の方法のシーケンス図である。
【図３】第１の構成品及び第２の構成品を示す。
【図４】空洞を持つ固定要素の断面である。
【図４ａ】空洞を持つ固定要素の平面図である。
【図５】第１の構成品及び第２の構成品から成る二重シェル複合材料構成品の製造中における、マトリックス材料の注入手順中の段階を示す。
【図５ａ】第１の構成品及び第２の構成品から成る二重シェル複合材料構成品の製造中における、マトリックス材料の注入手順後の段階を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７５】
図１はＣＩＦＯ工程のシーケンス図である。これにつき、工程Ｓ１にて、積層品又はテープの何れかにできる、予め組み立てた半仕上げ製品が、任意に留めフレームに留められる。次いで、半仕上げ製品を持つ留めフレームは、オーブンに輸送されて加熱される。このオーブンは、一例として、放射赤外線システムとすることができる。これに続いて、材料が射出成形機の型内に挿入される。インモールド成形処理工程Ｓ２にて、型を閉じて半仕上げ製品を成形処理する。成形処理の後、オーバーモールド工程Ｓ３にて、射出成形組成物を用いてリブが注入される。次の工程ＳＸにて、型を開き、任意の離型工程及び任意のトリム工程を行なって最終的な構成品を得る。
【００７６】
図２は、本発明の方法のシーケンス図である。これにつき、工程Ｓ１’にて、熱可塑性マトリックス及び補強繊維配列で作製し、予め組み立てた半仕上げ薄板製品が、任意に留め装置上に留められる。次いで、半仕上げ薄板製品を型の中で加熱し、又は材料を型に挿入することが可能である。工程Ｓ２’にて、型を閉じて、半仕上げ製品を成形処理する。このように、工程Ｓ１’及び工程Ｓ２’は、本発明の方法の第１の工程ａ）に対応する。次いで、工程Ｓ３’にて、固定要素が適切に注入される。固定要素は、半仕上げ製品の一側面のみ、又は２つの向かい側の側面上に注入する。このように、工程Ｓ３’は本発明の方法の工程ｂ）に一致する。したがって、固定要素は、熱可塑性マトリックスと同じである、射出成形組成物の形で注入される。次いで、工程Ｓ４’にて型を開き、ここでも材料が型内に挿入され又は第２の半仕上げ薄板製品が加熱され、これに続いて、第２の半仕上げ薄板製品が加熱され又は材料が型内に挿入される。工程Ｓ４’は本発明の処理の工程ｃ）に対応する。型を閉じた後、工程Ｓ４’にて、第２の半仕上げ製品を任意に成形処理する。次いで、射出成形組成物は、工程Ｓ５’にて、第２の半仕上げ製品を通って固定要素の空洞に注入される。これにより、２つの半仕上げ製品は密着して結合される。工程ＳＸ’にて型を開いた後任意に離型すれば、製品は、多重シェル構成品又は最終構成品である。
【００７７】
図３は、第１の構成品１及び第２の構成品２を示す。第１の構成品１には、縁領域１２、固定要素４及び空洞７が見える。したがって、第１の構成品１に第２の構成品が適合される。図３は、本発明の処理の特定の断面を示すが、射出成形金型は示していない。第１の構成品１を射出成形金型に置いて成形処理した後、それは縁領域１２を持つ図３に示すような形状である。本発明の方法の工程ｂ）にて注入された固定要素４が同様に示される。図３には、合計４つの固定要素４があり、ここのこれらの各対の配置は、両対が、それらの間に空洞７を有し、空洞７にマトリックス材料がその後注入されるようになっている。ここの固定要素４の配置は、固定要素４が第１の構成品１の縁領域１２の上面と同一平面となるようになっている。ここに示した平坦な構成品２の形の第２の構成品２は、このように、第１の構成品１の縁領域１２のみならず、固定要素４の領域とも接触することができる。図３は、第１の構成品１が、固定要素４を有する側面５によって第２の構成品２に結合される前の状況を示す。第１の構成品１及び第２の構成品２は両方とも、補強繊維配列及び熱可塑性マトリックスから成る。固定要素４は同様に熱可塑性マトリックスから成る。
【００７８】
図４は、第１の構成品１上にある、空洞７を持つ固定要素４の断面である。図４は、工程ｂ）と同様に、第１の構成品１の少なくとも一側面５上に少なくとも１つの固定要素４を注入した後の、第１の構成品１の状況を示す。このため、空洞７にはマトリックス材料はまだない。空洞７を形成する固定要素４は長方形である。
【００７９】
図４ａは、固定要素４を有する第１の構成品１の平面図である。平面図では、固定要素４の形状は正方形である。このため、全体的効果は、中空な立方体形の成形品が固定要素４を与えるが、第１の構成品１の側面５から離れて向いている立方体の側面は存在しないため、空洞７が存在する。第１の構成品１は、内部に補強繊維配列がある熱可塑性マトリックスから成る。固定要素４は、同様に熱可塑性マトリックスから成る。
【００８０】
図５は、第１の構成品１及び第２の構成品２から成る二重シェル複合材料構成品の製造において、注入する手順中の段階を示す。密着した結合手順が図５に見える。マトリックス材料６を、第２の構成品２を通って固定要素４の空洞７内に注入することが示される。これにつき、構成品２は、本発明の方法の工程ｄ）と同様に、マトリックス材料６が第２の構成品２を通って注入される地点で局所的に加熱される。第２の構成品２を通して金属ブローチを通し、マトリックス材料６を注入することを許可することも可能である。
【００８１】
図５ａは、第１の構成品１及び第２の構成品２から成る二重シェル複合材料構成品の製造において、本発明の方法の工程ｄ）を実行した後の段階を示す。構成品１と構成品２との間の密着した結合が図５ａに見える。このため、図５ａは、本発明の方法の工程ｄ）の後の段階に対応する。マトリックス材料６は、第１の構成品１及び第２の構成品２の熱可塑性マトリックスの材料と同じであり、さらに固定要素４の材料と同じである。このため、工程ｄ）の後に、密着結合、インターロック結合及び摩擦的結合が得られる。
【符号の説明】
【００８２】
１  第１の構成品
２  第２の構成品
４  固定要素
５  第１の構成品の側面
６  マトリックス材料
７  空洞
１２  縁領域
【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４ａ】
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【図５】
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【図５ａ】
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