(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下のステップをふくむサンドイッチパネルの製造方法であり：
a)  第1のカバー部と第2のカバー部からなるプレート型の組み立て部品とこれらのカバー部の間に物理的発泡剤を含む熱可塑性材料からなるコア部を提供する組立てステップ；
b)ステップa)で得られる前記組み立て部品を圧力下においてプレス状態にある加熱されたプレス機器の間で、前記コア部における熱可塑性材料のガラス転移温度より低い発泡温度まで加熱し、それによって発泡された前記コア部の前記第1と第2のカバー部への接着をもたらす加熱ステップ、  
c)  前記コア部の熱可塑性材料を圧力下において前記発泡温度で発泡させ、その際前記プレス機器間の間隔がひろがる発泡ステップ；
d)  ステップc)で得られる発泡サンドイッチパネルを冷却し、その間サンドイッチパネルはプレス機器の間で圧力下に維持される冷却ステップ；
e)  このように冷却されたサンドイッチパネルをプレスから取り除く除去ステップ；
f)  このようにして得られたサンドイッチパネルを乾燥させる乾燥ステップ；を含み、
前記冷却ステップd)は、前記発泡組み立て部品を第1の冷却速度で前記発泡温度から70−100℃の範囲の中間温度にまで冷却する第１のサブステップd1)と前記発泡組み立て部品を第2の冷却速度で前記中間温度から周囲温度にまで冷却する第2のサブステップd2)を含み、前記第1の冷却速度は少なくとも140℃/minであり、前記第2の冷却速度は前記第1の冷却速度より小さいサンドイッチパネルの製造方法。
【請求項２】
請求項1に記載の方法であり、前記第1の冷却速度は200℃/minより大きい方法。
【請求項３】
請求項1または2に記載の方法であり、前記第2の冷却速度は前記第1の冷却速度の半分より小さい方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、前記第2の冷却速度は25℃/min以下である方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、サブステップd1), d2)の間前記プレス機器間の温度差は2℃より小さい方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、前記プレス機器の表面は前記プレス機器が形成される造形材料の熱伝導係数より高い熱伝導係数を有する材料の層を伴う方法。
【請求項７】
請求項6に記載の方法であり、前記より高い熱伝導係数を有する材料の層は銅またはアルミニウムからなる層である方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、前記第1および第2のカバー部の少なくとも1つは熱可塑性物質の層を含む方法。
【請求項９】
請求項8に記載の方法であり、前記第1および第2のカバー部の少なくとも1つに含まれる前記熱可塑性物質の層の熱可塑性物質はポリエーテルイミド（PEI）, ポリエーテルサルホン（PES）,   ポリフェニルサルホン （PPSU）、ポリサルホン（PSU）からなるグループから選別される方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、前記コア部の熱可塑性材料はポリエーテルイミド（PEI）である方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかひとつの請求項に記載の方法であり、前記物理的発泡剤はアセトンである方法。
【請求項１２】
請求項8に記載の方法であり、前記第1および第2のカバー部の少なくとも1つは繊維強化熱可塑性物質の層を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は2つのカバー部の間に発泡コア部をふくみ、いわゆる現場発泡技術に沿ったサンドイッチパネルの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
EP636463 A1にはこのいわゆる現場発泡技術が開示された。この既知の技術はある量の適切な物理的発泡剤（膨張剤または膨張用溶剤）を含む熱可塑性材料のシートを提供し、同様の熱可塑性材料の2つの繊維強化カバー層の間にこのシートを配置し、熱可塑性のコアと繊維強化されたカバー層からなる組み立て部品を2つの加熱プレスプレートの間に配置し、前記組み立て部品に熱と圧力を供給し発泡温度に到達すると前記プレスプレート間の間隔をひろげることによって前記熱可塑性コアの発泡を生じさせ、発泡コアが所定の厚さに達すると前記プレスプレートを冷却し、その際このように得られた前記サンドイッチパネルが圧力下に維持され、残存する物理的膨張剤または膨張用溶剤の含有量を減らすための乾燥ステップが後に続く、これらのステップを含む。
【０００３】
WO2006080833 A1では、現場発泡技術における高温での乾燥ステップの間に残存物理的発泡剤が除去されることが望ましいが一方で前記発泡コアの周辺端部を通るその流出には制限がある、ということが開示された。
【０００４】
物理的発泡剤としてアセトンを用いるPEIの現場発泡のための力学特性に関する最適化パラメータは以下であったことがP.W.C Kluit, Delft University Press の1997年の論文「現場発泡サンドイッチパネルの開発」の63pから知られている。
アセトン重量パーセント：  11.5-12.5
発泡温度：                180℃
初期圧力：                3MPa
加熱時間：                20秒
オープンスピードプレス：  0.4-0.5 mm/sec    
最終的な高さ：            10-11 mm
冷却速度：                90℃まで100℃/min、続いて20℃/min で20℃まで、
【０００５】
25x25cmのサンドイッチの実験では発泡温度から周囲温度まで100℃/minで急速に冷却すると常に接着が不調であったとKluitは説明している。実験結果に基づいて、発泡コア部とカバー部の間の接着強度を考慮して、冷却速度を低下させるための90℃の中間温度が選択された。これらの結果は有望であったが、この接着は局所的にまだ不充分である。この点はサンドイッチのサイズをより大きくスケールアップしてより明白になった。スケールアップしてもKluitが引用した強度値は実現されなかった。
【０００６】
WO86/04017 A1の出発材料の発熱反応によるポリウレタンまたは他のオープンセル発泡体のブロックの作製方法では、反応がひとたび望ましい進捗状況に達すると冷却ガスがブロック本体を通過して、安定的な温度に到達するまで反応熱を奪う。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は前記現場発泡技術に沿った前記の特性を持ったサンドイッチパネルを提供することを目的とし、そこでは前記発泡コア部と前記カバー部の間の接着が改善される。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
よって、本発明によるサンドイッチパネル製造方法は：
【０００９】
a)  第1のカバー部と第2のカバー部からなるプレート型の組み立て部品とこれらのカバー部の間に物理的発泡剤を含む熱可塑性材料からなるコア部を提供する組立てステップ；
【００１０】
b)ステップa)で得られる前記組み立て部品を圧力下においてプレス状態にある加熱されたプレス機器の間で、前記コア部における熱可塑性材料のガラス転移温度より低い発泡温度まで加熱し、それによって発泡コア部の前記第1と第2のカバー部へ接着をもたらす加熱ステップ、  
c)  前記コア部の熱可塑性材料を圧力下において前記発泡温度で発泡させ、その際前記プレス機器間の間隔がひろがる発泡ステップ；
d)  ステップc)で得られる発泡サンドイッチパネルを冷却し、その間サンドイッチパネルはプレス機器の間で圧力下に維持される冷却ステップ；
e)  このように冷却されたサンドイッチパネルをプレスから取り除く除去ステップ；
f)  このように得られたサンドイッチパネルを乾燥させる乾燥ステップを含み；
【００１１】
前記冷却ステップd)は前記発泡組み立て部品を第1の冷却速度で前記発泡温度から70−100℃の範囲の中間温度にまで冷却するサブステップd1)と前記発泡組み立て部品を第2の冷却速度で前記中間温度から周囲温度にまで冷却するサブステップd2)を含み、前記第1の冷却速度は少なくとも140℃/minであり、前記第2の冷却速度は前記第1の冷却速度より小さい。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明による方法においてまずプレート型の組み立て部品が第1のカバー部、次のステップで達成される最終厚さまで発泡するための充分な量の発泡剤を含む熱可塑性材料からなるコア部、および第2のカバー部を互いに積み重ねることによって準備される。通常これら部材はシートまたは膜として存在するだろう。前記プレート型組み立て部品は通常弾力的でプレス機器の形状に適応するが、プレス機器は平坦な（平面状の）サンドイッチパネルを製造するために平坦であってよい。たとえば自動車の屋根または飛行機用の内部側壁パネルを製造するために曲線状のまたは異なる方向に二重に曲がったような、プレス機器のより複雑な形状もまた企図されている。通常平坦なプレスプレートのようなプレス機器がプレスに脱離可能に設置される。
【００１３】
前記組み立て部品は加圧状態で加熱プレスプレートの間で発泡温度まで加熱され、その目的はコア部の早すぎる膨張を避けることと発泡されるべきコア部のカバー部への接合を同時に生じさせることである。前記発泡温度において、前記プレスは制御された方法で開かれるのでコア部の発泡が可能になる。前記発泡コア部の高さによって決定されたパネルの所定の厚さに到達するとこのように得られたサンドイッチパネルがマルチステップの工程によって冷却される。しかしながら、既知の先行技術の2ステップ工程と比較すれば発泡温度と中間温度の間の第1のサブステップの冷却速度ははるかに高い。第2のサブステップは先行技術から知られる条件のもとに実施することが可能である。
第1のサブステップにおける冷却速度を増加することにより接着力が著しく改善し局所的な不備の発生がより少ないと思われた。
【００１４】
本発明による方法はコア部で任意の熱可塑性物質材料を用いて実施することができ、その熱可塑性物質材料は発泡剤によって発泡しうる。適切な熱可塑性物質の例にはポリエーテルイミド（PEI）, ポリエーテルサルホン（PES）,   ポリサルホン（PSU）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）,ポリフェニルサルホン （PPSU）、ポリケトン、液晶ポリマー、ポリカーボネート（PC）, プロピレン等が含まれる。物理的発泡剤と共に使用される好ましい熱可塑性物質材料はポリエーテルイミド（PEI）である。
【００１５】
前記コア部は前記コア部の熱可塑性材料を所望の最終厚さまで発泡するに充分な量の物理的発泡剤を含む。この厚さは発泡ステップc)と冷却ステップd)におけるプレス機器間で実現される最終距離によって決定される。前記物理的発泡剤の典型的な例には低沸点有機化合物が含まれる。好ましい例はアセトンである。
【００１６】
前記発泡ステップにおいてクローズドセル発泡体が形成され、それは通常高さ方向に配向される伸長セルを有する異方性発泡体である（つまりセルの最大寸法が一方のカバー部から他方のカバー部の方向に伸長する）。
【００１７】
前記カバー部は熱可塑性材料、金属、それらの組み合わせのシートから適切に選別しうる。好適にはカバー部に熱可塑性材料を使用するとすればそれは熱可塑性物質コア部の熱可塑性材料と同じである。適切な熱可塑性材料にはポリエーテルサルホン（PES）,   ポリフェニルサルホン （PPSU）、 ポリサルホン（PSU）、とりわけその有利な難燃性を考慮してポリエーテルイミド（PEI）が含まれる。しかしながら、異なる熱可塑性材料の組み合わせもまた考えられる。その適切な例には特にカバー部間のPEIコア部が含まれ、カバー部の少なくともひとつがPSまたはPC、およびPESコア部及び少なくともひとつのPCカバー部からなる。アルミニウムは重量を考慮すればカバー部に好ましい金属である。有利な実施例において重量と強度を考慮すれば少なくともひとつの第1および第2のカバー部は繊維強化熱可塑性物質のひとつ以上の連結層を含む。
【００１８】
ここで注目されるのは、カバー部が（繊維強化）熱可塑性材料の複数のサブ層を含む場合、これらの層は連結され（つまり加圧状態でガラス転移温度より高温の熱処理の対象である）、その結果前記（繊維強化）熱可塑性サブ層は不可逆的に相互に接着し単一の一体化カバー部を形成する。この連結ステップは必要である、なぜなら物理的発泡剤はコア部から隣接する層を通ってカバー部の層の間の境界に拡散できないため発泡ステップの間これらの層の間に接合は発生しないので。
【００１９】
ガラス繊維はカバー部に存在するなら補強の好ましい例である。しかしながら、金属繊維、炭素繊維等の他の無機繊維、アラミド繊維等の有機繊維も適用できる。上記合成繊維に加えて、天然繊維もまた使用しうる。カバー部の補強において繊維は任意に配向されてもよく、長さや方向には全く制限がない。編み物繊維、織り物繊維、マット、布、および一方向繊維はその様々な発現を示す。
【００２０】
加熱ステップ、発泡ステップ、乾燥ステップは上記先端文献に開示された条件と同様の条件下で実施され、出発時の材質やサイズに依存する。通常、加熱ステップ、発泡ステップ、冷却ステップの間の圧力は3-5MPaの範囲にある。より高い圧力も考えられる。加熱ステップb)において組み立て部品はプレスに配置され、予熱されることが望ましい。組み立て部品がプレス機器の間で加熱されて組み立て部品の温度は発砲温度に到達し（例、PEIコア部に対して175-182℃）, その後プレスプレート間の距離は所定の値まで増加される。冷却ステップd)において発泡組み立て部品は加圧状態（通常基本的に発泡中と同じ圧力）でプレスされる間、上記説明のとおり周囲温度まで冷却される。第1の冷却ステップd1)においてサンドイッチは少なくとも140℃/min,  好ましくは200℃/minより大きく、さらに好ましくは240℃/minより大きい冷却速度で中間温度つまり90℃まで冷却される。その後第2の冷却処理が実施され発泡サンドイッチパネルがさらに前記中間温度から一層低い平均冷却温度、好ましくは第1の冷却温度の半分より小さく、さらに好ましくは20℃/min等の25℃/min以下の冷却速度で冷却される。第1の冷却ステップにおける冷却温度が140℃未満の場合、接着力は不充分である。240℃/minより大きい等200℃/minより大きい高冷却速度がより良い結果をもたらす。  
【００２１】
プレスからこのように得られたサンドイッチパネルを取り出したあと、サンドイッチパネルは乾燥処理の対象となる。この乾燥処理は好ましくは温度を約150℃からおおよそ発泡コア熱可塑性樹脂のガラス転移温度までの間隔で温度を上げることによって実施される。PEIに対してTg（ガラス転移温度）は217℃である。間隔どうしの間の温度上昇は通常約10度である。サンドイッチパネルは充分な期間、たとえば2時間各中間温度に維持される。有利には乾燥ステップe)は発泡ステップb)（cの誤りか）終了の後10-12時間以内に開始される。少なくともひとつのカバー部が熱可塑性素材を含む場合、乾燥は好ましくはWO2006/080833 A1に開示されるように実施される。
【００２２】
本発明に沿った方法を用いて得られたサンドイッチパネルはさらにエッジ仕上げによってたとえば所望の最終形状に形成する処理ができる。本発明に従って作られたサンドイッチパネルは耐火性および/または充分な強度/剛性が必要な軽量アプリケーションにおいて有利に用いられる。好ましいアプリケーション領域は輸送セクターとりわけ航空および宇宙船産業である。
【００２３】
前記第1のサブステップd1)において高冷却速度を実現するために、通常工具鋼からなる前記プレスプレートには平行ボアが具えられ、そこで冷却水の強制フローが隣接ボア内で反対方向に生じる。ここでプレス工具の平面に温度差がある（非均質冷却）と得られるサンドイッチの外観が劣る可能性があり、とりわけ冷却ボアの位置に影響が及び変色領域として視認される可能性があると思われた。おまけに、カバー部と発泡コア部との間の接着は均質でない可能性があり、発泡コア部内ではなくその境界で局所的に機能不全が発生するリスクが誘発される。
したがって、サブステップd1)およびd2)の間でプレスプレート間の温度差2℃未満（プレスプレートの表面の4mm下で計測）であることが望ましい。
【００２４】
サンドイッチパネルのサイズ、プレスの造形材料、冷却能力等の要因に依存するケースによっては、プレス機器の温度を均一に低下させることが困難であると思えた（実質的にプレス機器の表面上において温度差がないことを意味する）。このような条件ではプレスの造形材料の熱伝導係数より高い熱伝導係数を有する材料の層を備えることが有用であることが判明した。銅またはアルミニウムの織りマット等の銅またはアルミニウムの層が好ましい例である。このようなマットまたはシートは本発明に沿った工程のステップa)において組み立て部品の両サイドに容易に配置でき、またはプレス自体に挿入できる。この高い熱伝導係数を有する材料の層は冷却中にプレスの温度を平準化し、よってプレス機器の表面上の温度のバラ付きを小さくしプレス機器間の温度差を小さくすることに貢献する。この実施例は均質な冷却に貢献しその結果得られたサンドイッチにおいてプレスプレートの冷却ボアからの痕跡が見えない。
本発明は以下の実施例によって更に説明される。
実施例１
【００２５】
第1および第2のカバー部：各ひとつの層が33+-2% PEI に含浸され連結されたUS-スタイル7781ガラス繊維PEI（ポリエーテルイミド）で、層の厚さ0.23mm;
【００２６】
熱可塑性コア部：PEI(ポリエーテルイミド）Ultem 1000の2枚の膜、12,1-12,9 重量% アセトンに含浸され、250-300マイクロメートルの範囲の膜の厚さ。
前記膜のアセトンのパーセンテージは((膜の重量＋アセトンの重量g）―（ニート膜の重量g）)÷（ニート膜の重量g）として決定される。
いくつかのFITSパネル（平面サイズ50x30 cm）は次の構成で製造された：
【００２７】
対称スタックが同一の第1および第2のカバー部の間のコア部として2つのアセトン含浸PEI膜を用いて組み立てられたが、第1および第2のカバー部はそれぞれ上記に示すとおりひとつまたは2つのガラス繊維層からなる。この組み立て部品はプレスの加熱プレスプレートの間に置かれた。プレスを閉じた後、前記組み立て部品は必要な発泡温度である170-180℃まで数秒加熱された。温度測定機器（Pt要素タイプK）の中心はプレスプレートの表面の4mm下に置かれる。圧力は4 M pa。この発泡温度に達すると圧力を実質的に同じ値に維持しながらプレスが所定の発泡曲線に従って最終サンドイッチパネルの所定の厚さ（以下に特定される）に開かれ、その後プレスプレートおよび結果的に熱可塑性サンドイッチパネルが発泡温度から25秒で90℃に冷却され、さらに平均冷却速度20℃/minで周囲温度まで冷却された。最終的にこのようにして得られたサンドイッチパネルを、端部をテープで貼ることによってWO2006080833 A1に沿った乾燥ステップの対象とし、アセトンの周辺流出を減少させ、所与の温度で2?4時間の間隔の間10℃の温度上昇を使用してカバー部に通した。
【００２８】
このようにして9.5および 7.5mmの厚さのサンドイッチパネルが製造された。サンドイッチパネルはASTMC 297に沿った面内張力テスト方法を用いて繊維補強熱可塑性PEIカバー部と現場発泡PEIコア部の間の接着力がテストされた。
【００２９】
85 kg/m3の発泡体密度を有する厚さ9.5 mmの現場発泡熱可塑性サンドイッチパネル（300マイクロメートルの2つのアセトン含浸PEI膜からなるコア部）は平均3.4 MPaの貫層張力を示した。90 kg/m3の発泡体密度を有する厚さ7.5 mmの現場発泡熱可塑性サンドイッチパネル（250マイクロメートルの2つのアセトン含浸PEI膜からなるコア部）は3.9 MPaの平均貫層張力を示した。
【００３０】
典型的には、熱可塑性コア部においてテストサンプルの機能不全が発生して、コア部とカバー部の間の接着が適切であることが示された。カバー部は発泡体コアから手動で剥がすことができなかった。
実施例2
【００３１】
第1および第2のカバー部：各ひとつの層が33+-2% PEI に含浸され連結されたUS-スタイル7781ガラス繊維PEI（ポリエーテルイミド）で、カバー部の厚さ0.23 mm; または2つの層それぞれが33+-2% PEI に含浸され連結されたUS-スタイル7781ガラス繊維PEI（ポリエーテルイミド）で、カバー部の厚さ0.46 mm
【００３２】
熱可塑性コア部：PEI（ポリエーテルイミド）Ultem 1000の3枚の膜, 12,1-12,9 重量% アセトンに含浸され、250マイクロメートルの膜の厚さ。
【００３３】
組み立て部品は第1および第2のカバー部の間の熱可塑性コア部から準備された。この組み立て部品は実施例1で概要が示された同条件を用いる現場発泡の対象となった。
【００３４】
厚さ11.3 mmのサンドイッチパネル(25 x 25cm)が得られた。PEI含浸単層ガラス繊維を含むカバー部を有する前記熱可塑性サンドイッチパネルが87 kg/m3の発泡体密度を有し平均3.5 MPaの貫層張力を示した。PEI含浸2連結層ガラス繊維を含むカバー部を有する前記熱可塑性サンドイッチパネルが91kg/m3の発泡体密度を有し3.9 MPaの平均貫層張力を示した。
【００３５】
典型的には、熱可塑性コア部においてテストサンプルの機能不全が発生して、コア部とカバー部の間の接着が適切であることが示された。カバー部は発泡体コアから手動で剥がすことができなかった。
50 x 30 cmのサンドイッチパネルで同じテスト結果が得られた。
実施例3  （比較）
【００３６】
第1および第2のカバー部：各ひとつの層が33+-2% PEI に含浸され連結されたUS-スタイル7781ガラス繊維PEI（ポリエーテルイミド）で、カバー部の厚さ0.23 mm; または2つの層それぞれが33+-2% PEI に含浸され連結されたUS-スタイル7781ガラス繊維PEI（ポリエーテルイミド）で、カバー部の厚さ0.46 mm
【００３７】
熱可塑性コア部：PEI(ポリエーテルイミド）Ultem 1000の3枚の膜, 12,1-12,9 重量% アセトンに含浸され、250マイクロメートルの膜の厚さ。
【００３８】
組み立て部品は第1および第2のカバー部の間の熱可塑性コア部から準備された。この組み立て部品は得られたサンドイッチが発泡温度から90℃まで40秒で冷却された点を除いて実施例1で概要が示された現場発泡の対象となった。
【００３９】
厚さ11.3 mmのサンドイッチパネル(25 x 25cm)が得られた。PEI含浸単層ガラス繊維を含むカバー部を有する前記熱可塑性サンドイッチパネルが87 kg/m3の発泡体密度を有し1.8MPaの平均貫層張力を示した。PEI含浸2連結層ガラス繊維を含むカバー部を有する前記熱可塑性サンドイッチパネルが91kg/m3の発泡体密度を有し2.3MPaの平均貫層張力を示した。
【００４０】
繊維補強熱可塑性カバー部と現場発泡コア部の間の境界でテストサンプルの機能不全が発生して、境界の接着力が発泡部の強度未満であることが示された。またカバー部は発泡体コア部からむしろ容易に手動で剥がすことができた。
50 x 30 cmのサンドイッチパネルで同じテスト結果が得られた。