(57)【要約】  本発明は、複合シートの製造装置と製造方法に関し、この方法は、ａ．繊維のシート（２０）又はマトリックス（１１、１３）に、プラズマ照射ゾーン（３３）で、ほぼ大気圧で、プラズマを照射する工程と、ｂ．繊維のシートに、付着ゾーン（３２）で、マトリックスを含浸させる工程と、を備え、プロセスａ．とｂ．とは、同時に行われる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合シートの製造方法であって、前記方法が、
ａ．繊維のシート又はマトリックスに、プラズマ照射ゾーンで、ほぼ大気圧で、プラズマを照射する工程と、
ｂ．前記繊維のシートに、付着ゾーンで、前記マトリックスを含浸させる工程と、
を備え、プロセスａ．とｂ．とが、同時に行われる、
方法。
【請求項２】
プロセスｂ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセスｂ．の間、前記マトリックスがシート状である、請求項１から２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記繊維のシート又は前記マトリックスが、プロセスａ．の間、移動している、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記繊維のシートが、プロセスｂ．の間、移動している、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
プロセスｂ．が、空気中で実施される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維のシート又は前記マトリックスが、前記プラズマ照射ゾーンから前記付着ゾーンまで３０秒よりも短い時間で移動する工程を、更に備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の方法で製造される、複合シート。
【請求項９】
複合シートの製造装置であって、前記装置が、
ａ．繊維のシート又はマトリックスに、ほぼ大気圧でプラズマを照射するプラズマ源と、
ｂ．前記繊維のシートに、前記マトリックスを含浸させる手段と、
を備える、装置。
【請求項１０】
複合材料を製造する方法であって、前記方法が、
ａ．マトリックスに、プラズマを照射する工程と、
ｂ．フィラーに、前記プラズマ照射されたマトリックスをコーティングする工程と、
を備える、方法。
【請求項１１】
プロセスａ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
プロセスｂ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記フィラーが、シートを備える、請求項１０から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
前記マトリックスが、シートを備える、請求項１０から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記マトリックスが、プラズマ照射ゾーンを通って移動するときに、プロセスａ．でプラズマ照射され、付着ゾーンを通って移動するときに、プロセスｂ．で前記フィラーにコーティングされる、請求項１０から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
プロセスａ．及びプロセスｂ．が、同時に実施される、請求項１０から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
プロセスｂ．が、空気中で実施される、請求項１０から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記マトリックスが、プラズマ照射ゾーンで、プロセスａ．でプラズマ照射され、付着ゾーンで、プロセスｂ．で前記フィラーにコーティングされる、請求項１０から１７のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法が、前記マトリックスを、前記プラズマ照射ゾーンから前記付着ゾーンまで３０秒よりも短い時間で移動させる工程を更に備える、方法。
【請求項１９】
請求項１０から１８のいずれか１項に記載の方法で製造される、複合材料。
【請求項２０】
複合材料を製造する装置であって、前記装置が、
ａ．マトリックスに、プラズマを照射するプラズマ源と、
ｂ．フィラーに、前記プラズマ照射されたマトリックスをコーティングする手段と、
を備える、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合材料の製造方法と製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１では、強化フィラメントの素材の単一繊維が、熱可塑性樹脂コーティングによってコーティングされる前に、真空チャンバー内でプラズマ照射される。プラズマ処理された繊維を、熱可塑性物質で即座にコーティングすることは、プラズマ処理された繊維がコーティングの前に空気に晒されたり、他のフリーラジカルが消滅した種に晒されるよりも、より強い界面せん断強度を生じさせる。
【０００３】
特許文献２の要約書には、ポリマー複合強化繊維の製造方法が記載されている。ポリマー複合強化繊維は、常圧で第１のプラズマ処理を受け、更に常圧でガス状のアルケン又はアルキンを含む媒体中で第２のプラズマ処理を受ける。プラズマ処理後には、付着性が付与されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＵＳ５１０８７８０
【特許文献２】ＪＰ２００５１７１４３２
【０００５】
本発明の第１の実施形態は、複合シートの製造方法を提供し、この方法は、
ａ．繊維のシート又はマトリックスに、プラズマ照射ゾーンで、ほぼ大気圧で、プラズマを照射する工程と、
ｂ．繊維のシートに、付着ゾーンで、マトリックスを含浸させる工程と、
を備え、プロセスａ．とｂ．とは、同時に行われる。
【０００６】
本発明の第１の実施形態では、（単一の繊維ではなく）繊維のシートにプラズマ照射し、同時に、含浸プロセスを行い、マトリックスを含浸させた繊維のシート（「プレプレッグ」として公知）を製造する。このプロセスは、繊維の単一フィラメントのみを製造する上述の公知技術と対比することができる。この方法は、繊維を中間物質（例えば、特許文献１の熱可塑性物質、又は、特許文献２のアルケン又はアルキン）で処理せずに、シートを形成することができる。
【０００７】
繊維のシートは、全体がマトリックス含浸されるか、又は、部分的にのみマトリックス含浸されていわゆる「部分的プレプレッグ」を形成する。
【０００８】
ほぼ大気圧でプラズマ照射することは、プラズマ照射ゾーンに特別な収容システムを必要としないことを意味する。
【０００９】
普通、プロセスｂ．もまた、ほぼ大気圧で行われ、普通、空気中で行われる。このプロセスは、特許文献１の教示とは異なっており、特許文献１では、制御された環境（即ち、真空中か又は不活性ガス中）での繊維のコーティングを必要としている。
【００１０】
繊維のシートは、液体のマトリックス溶融体の塗布によって含浸されるか、又は、マトリックスが、プロセスｂ．の間、シート状であってもよい。液体のマトリックス溶融体の直接塗布は、プロセス工程（マトリックスシートの形成）を省略できる利益がある。しかし、マトリックスシートの利用は、従来の製造プロセスをあまり修正する必要がなく、マトリックスに、より簡単にプラズマ照射をすることができ、もし部分的プレプレッグが必要ならば、その準備をすることができるので、好ましい。
【００１１】
繊維のシート又はマトリックスは、工程ａ．の間、移動していることが好ましく、繊維のシートは、工程ｂ．の間、移動していることが好ましい。これは、この方法のスピードを速め、確実に均一な照射を行わせる。
【００１２】
この方法は、更に、繊維のシート又はマトリックスを、照射ゾーンから付着ゾーンまで、３０秒よりも短い時間で移動させる工程を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の第２の実施形態は、複合プレプレッグの製造装置を提供し、この装置は、
繊維のシート又はマトリックスに、ほぼ大気圧でプラズマを照射するプラズマ源と、
繊維のシートに、マトリックスを含浸させる手段と、
を備える。
【００１４】
本発明の第３の実施形態は、複合材料を製造する方法を提供し、この方法は、
マトリックスに、プラズマを照射する工程と、
フィラーに、プラズマ照射されたマトリックスをコーティングする工程と、
を備える。
【００１５】
本発明の第３の実施形態は、フィラーとマトリックスとの間の付着性を高めるために、マトリックスのプラズマ照射を（任意にフィラーのプラズマ照射を併用して）利用できることに、着眼したものである。フィラーとは、繊維のシート（本発明の第１の実施形態と同様）、又は繊維状でない材料、又は単一繊維である。
【００１６】
本発明の第４の実施形態は、複合材料を製造する装置を提供し、この装置は、
マトリックスに、プラズマを照射するプラズマ源と、
フィラーに、プラズマ照射されたマトリックスをコーティングする手段と、
を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の実施形態を、添付図面を参照して、説明する。
【図１】複合プレプレッグを製造する方法の第１の工程を示す図である。
【図２】複合プレプレッグを製造する方法の第２の工程を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１に、マトリックスフィルムを製造する装置を示す。コーティングヘッド２は、液体マトリックス材料４で満たされた漏斗を備え、液体マトリックス材料４は、溶融されているか、又は、分散されている。漏斗３の開口部は、一対のローラー５の間に配置されている。液体マトリックス材料４は、剥離紙ロール７から連続供給される剥離紙６のシートの上面に、ローラー５によって塗布される。マトリックスフィルム８のシート及び剥離紙６は、ローラー１０に巻き取られる。所望のサイズのロールになったら、コーティングヘッドからのマトリックス４の流れが停止され、ローラー１０が反転される。マトリックスフィルム８は、ガイドローラー１２を介してローラーに巻き取られ、マトリックスフィルムのロール１１となる。同時に、剥離紙６が、剥離紙ロール７に巻き戻される。ロール１１は次に、取り外され、このプロセスが繰り返されて、図２に示すマトリックスフィルムの第２のロール１３を形成する。
【００１９】
マトリックス材料４は、普通はポリマーであり、熱硬化性物質（例えばエポキシ樹脂）又は熱可塑性物質（例えばポリエーテルエーテルケトン‐ＰＥＥＫ）である。
【００２０】
図２を参照すると、繊維のシート２０が、一対のガイドローラー２１、２２を介して、ローラー（図示せず）から供給される。シート２０を作る繊維は、例えばカーボン繊維、グラスファイバー、天然繊維、又は熱可塑性物質等の、有機、無機材料である。シート２０は、方向性のあるテープ、又は、織った布地の形態をしている。一対のマトリックスフィルムが、マトリックスフィルムロール１１、１３から、ローラー２２、２３を介してほどかれる。３層の組み合わせが、次に、ヒーター２４によって加熱され、三対の硬化ローラー２５の間で圧縮される。この結果、繊維のシートは、マトリックス材料を含浸し、プレプレッグ２６のシートを形成する。プレプレッグ２６は、図２に２層で示されているが、実際は、マトリックス含浸繊維の単一層である。プレプレッグ２６は、次に、１層の剥離紙２８とともにローラー２７に巻き取られ、１層の剥離紙２８は、剥離紙ロール２９からほどかれ、一対のローラー３０、３１によってプレプレッグに貼り付けられる。
【００２１】
付着ゾーン（概括的に３２で示し、ローラー２２、２３、ヒーター２４、及び硬化ローラー２５によって形成される）に入る前に、繊維のシート２０、又はロール１１、１３からのマトリックスフィルムは、照射ゾーン（概括的に３３で示す）でプラズマ照射される。図２に、３つのプラズマ源を示す：
・ローラー２２のローラー間隙に向けられ、繊維のシートと下側マトリックスフィルムの互いに対向する面に照射する第１のプラズマ源４０
・ローラー２３のローラー間隙に向けられ、繊維のシートと上側マトリックスフィルムの互いに対向する面に照射する第２のプラズマ源４１
・上側マトリックスフィルムのみに向けられた第３のプラズマ供給源４２
【００２２】
図２には、３つのプラズマ源が示されているが、必要に応じて、これより多い又は少ないプラズマ源を使用することができる。従って、一般的に、プラズマ源は、繊維のシートのみに使用するか、１つ又は両方のマトリックスフィルムのみに使用するか、又は、（図２のように）繊維のシートと、１つ又は両方のマトリックスフィルムとに使用することができる。
【００２３】
各プラズマ源は、例えば、以下のものである。
・カナダのモントリオールの プラズマテック  インコーポレイティド（Plasmatec Inc.）から供給されるプラズマユニット「プラズマテック（Plasmatec）（登録商標）」、
・英国のタムワースの ダイン  テクノロジー  リミティド（Dyne Technology Ltd）から供給されるプラズマユニット「タンテック（Tantec）（登録商標）」、又は、
・英国のハウンズロウ  ビジネスパークのアドテック  ヨーロッパ  リミティド(Adtec Europe Ltd)から供給されるプラズマユニット「ＡＸ  シリーズ（AX Series)（登録商標）」
【００２４】
これらのプラズマ源は、ほぼ大気圧でプラズマを発生する。このことは、プラズマ源が、特許文献１に記載されたような真空チャンバーに収容される必要はないが、その代わりに、装置の他の部分とともにノーマル条件下で（すなわち、大気圧の空気中で）容器に収容されているかもしれないことを意味する。
【００２５】
プラズマ照射と含浸プロセスとは、同時に行われ、バッチプロセスのように順番に行われるのではない。これにより、プラズマ照射の後、アクティブなフリーラジカルがまだ存在している間に、繊維のシートに、すばやくマトリックスを含浸させることができる。
【００２６】
ローラーは、連続的に運転され、繊維のシート及びマトリックスフィルムは、プラズマ照射と含浸の間、移動している。
【００２７】
プラズマは、常温又は高温で発生させられ、例えば任意の割合で混合された、酸素、アルゴン、及び窒素等、材料を処理するのに必要なイオン種を形成する、どんな混合ガスでもよい。プラズマの例は、以下のようなものがある：
・窒素とアルゴン
・窒素と酸素
・窒素と酸素とアルゴン
・空気
【００２８】
図２には、３つのプラズマ源のみが示されているが、シート２０の巾に応じて、繊維のシート又はマトリックスフィルムの全巾にプラズマ照射するために、更なるプラズマ源を、並べて（即ち、図２の紙面の外に）配置してもよい。この巾は、３ミリメートルから２０メートルの間の範囲である。
【００２９】
繊維やマトリックスのプラズマ照射は、繊維やマトリックスの表面上にフリーラジカルを発生し、プレプレッグでのこれらの部材の付着性を高める。これらのフリーラジカルは、存在時間が限られており、従って、プラズマ源４０〜４２は、ローラー２２、２３に十分接近して配置され、ローラー２２、２３は、繊維やマトリックスの層が、プラズマ照射後できるだけ早くローラー２２、２３によって確実に一緒に送られるように、十分なスピードで運転され、このスピードは、一般的に、プラズマ照射後３０秒より短い時間であり、プラズマ照射後１秒より短い時間であることが好ましい。このプロセスは、１分間に４００メートルのスピードまで上げることができるが、一般的に、１分間に２〜１０メートルで運転される。
【００３０】
繊維のシートには、マトリックスと組み合わせる前に、別の接着剤は全く使用しない。
【００３１】
プレプレッグは、例えば翼の外殻、ストリンガー、翼桁、翼点検用パネル、又はスポイラー等の航空機の部材を形成するのに利用され、非航空部品、例えば、自転車フレーム、工業製品、スポーツ用品、自動車用製品、風力エネルギー製品、又は、ボートの外殻のような海洋製品等、を形成するのに利用される。
【００３２】
本発明は、１以上の好ましい実施形態を参照して、以上で説明してきたが、請求項に記載された本発明の範囲から離れることなく、様々な変更や修正を行い得ることが、認識されるであろう。
【図１】
2010500441.tif 000003
【図２】
2010500441.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成21年2月9日(2009.2.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明の第１の実施形態は、複合シートの製造方法を提供し、この方法は、
ａ．繊維のシートに、プラズマ照射ゾーンで、ほぼ大気圧で、プラズマを照射する工程と、
ｂ．繊維のシートに、付着ゾーンで、マトリックスを含浸させる工程と、
を備え、プロセスａ．とｂ．とは、同時に行われる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
繊維のシートは、工程ａ．の間、移動していることが好ましく、繊維のシートは、工程ｂ．の間、移動していることが好ましい。これは、この方法のスピードを速め、確実に均一な照射を行わせる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この方法は、更に、繊維のシートを、照射ゾーンから付着ゾーンまで、３０秒よりも短い時間で移動させる工程を備えることが好ましい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第２の実施形態は、複合プレプレッグの製造装置を提供し、この装置は、
繊維のシートに、ほぼ大気圧でプラズマを照射するプラズマ源と、
繊維のシートに、マトリックスを含浸させる手段と、
を備える。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
本発明の第３の実施形態は、複合材料を製造する方法を提供し、この方法は、
マトリックスシートに、プラズマを照射する工程と、
フィラーに、プラズマ照射されたマトリックスシートをコーティングする工程と、
を備える。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の第３の実施形態は、フィラーとマトリックスとの間の付着性を高めるために、マトリックスシートのプラズマ照射を（任意にフィラーのプラズマ照射を併用して）利用できることに、着眼したものである。フィラーとは、繊維のシート（本発明の第１の実施形態と同様）、又は繊維状でない材料、又は単一繊維である。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
本発明の第４の実施形態は、複合材料を製造する装置を提供し、この装置は、
マトリックスシートに、プラズマを照射するプラズマ源と、
フィラーに、プラズマ照射されたマトリックスシートをコーティングする手段と、
を備える。
【手続補正８】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合シートの製造方法であって、前記方法が、
ａ．繊維のシートに、プラズマ照射ゾーンで、ほぼ大気圧で、プラズマを照射する工程と、
ｂ．前記繊維のシートに、付着ゾーンで、マトリックスを含浸させる工程と、
を備え、プロセスａ．とｂ．とが、同時に行われる、
方法。
【請求項２】
プロセスｂ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
プロセスｂ．の間、前記マトリックスがシート状である、請求項１から２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記繊維のシートが、プロセスａ．の間、移動している、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記繊維のシートが、プロセスｂ．の間、移動している、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
プロセスｂ．が、空気中で実施される、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記繊維のシートが、前記プラズマ照射ゾーンから前記付着ゾーンまで３０秒よりも短い時間で移動する工程を、更に備える、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記マトリックスに、前記プラズマ照射ゾーンでほぼ大気圧でプラズマ照射する工程を、更に備える、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記マトリックスが、前記プラズマ照射ゾーンでプラズマ照射されるときに、シート状である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
複合シートの製造装置であって、前記装置が、
ａ．繊維のシートに、ほぼ大気圧でプラズマを照射するプラズマ源と、
ｂ．前記繊維のシートに、マトリックスを含浸させる手段と、
を備える、装置。
【請求項１１】
複合材料を製造する方法であって、前記方法が、
ａ．マトリックスシートに、プラズマを照射する工程と、
ｂ．フィラーに、前記プラズマ照射されたマトリックスシートをコーティングする工程と、
を備える、方法。
【請求項１２】
プロセスａ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
プロセスｂ．が、ほぼ大気圧で実施される、請求項１１又は１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記フィラーが、シートを備える、請求項１１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記マトリックスシートが、プラズマ照射ゾーンを通って移動するときに、プロセスａ．でプラズマ照射され、付着ゾーンを通って移動するときに、プロセスｂ．で前記フィラーにコーティングされる、請求項１１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
プロセスａ．及びプロセスｂ．が、同時に実施される、請求項１１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
プロセスｂ．が、空気中で実施される、請求項１１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
前記マトリックスシートが、プラズマ照射ゾーンで、プロセスａ．でプラズマ照射され、付着ゾーンで、プロセスｂ．で前記フィラーにコーティングされる、請求項１１から１７のいずれか１項に記載の方法であって、前記方法が、前記マトリックスを、前記プラズマ照射ゾーンから前記付着ゾーンまで３０秒よりも短い時間で移動させる工程を更に備える、方法。
【請求項１９】
複合材料を製造する装置であって、前記装置が、
ａ．マトリックスシートに、プラズマを照射するプラズマ源と、
ｂ．フィラーに、前記プラズマ照射されたマトリックスシートをコーティングする手段と、
を備える、装置。
【国際調査報告】
2010500441.tif 000005
2010500441.tif 000006
2010500441.tif 000007