(57)【要約】  本発明は、好適な順序で行われる以下の工程：  （ａ）ウェブを提供する工程；  （ｂ）熱可塑性プラスチックを溶媒に溶解する工程；  （ｃ）溶解したプラスチックを含む溶媒をウェブ上に配置する工程；  （ｄ）溶解したプラスチックを含む溶媒を加圧してウェブ中に入れる工程；  （ｅ）ブラスチックがウェブ中に残るように、溶媒を蒸発させるためにウェブを加熱する工程；および  （ｆ）ウェブを冷却し、プラスチックを硬化させて要素を得る工程を含む、熱可塑性複合材料の要素、例えばプレートまたはシートを製造する方法に関する。本発明はまた、ウェブが強化材として組み込まれている熱可塑性の、例えばプレート状体または熱可塑性シート状体を含む、本発明による方法を適用することによって得られる熱可塑性複合材料の要素に関する。
2015521660.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
好適な順序で行われる以下の工程：
（ａ）ウェブを提供する工程；
（ｂ）熱可塑性プラスチックを溶媒に溶解する工程；
（ｃ）溶解したプラスチックを含む溶媒をウェブ上に配置する工程；
（ｄ）溶解したプラスチックを含む溶媒を加圧してウェブ中に入れる工程；
（ｅ）ブラスチックがウェブ中に残るように、溶媒を蒸発させるためにウェブを加熱する工程；および
（ｆ）ウェブを冷却し、プラスチックを硬化させて要素を得る工程
を含む、熱可塑性複合材料の要素、例えばプレートまたはシートを製造する方法。
【請求項２】
工程（ｅ）の後に、
（ｇ）プラスチックを含むウェブまたは要素を上昇させた温度でプレスして、平坦化する工程
を更に含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ウェブが、互いに結合している繊維を含む、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記繊維が、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびポリエステル繊維から成る群から選択される、請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記ウェブ中の前記繊維が、一方向に延びている、請求項３または４記載の方法。
【請求項６】
ウェブが、繊維が一方向に延びており、異なる層の繊維が異なる方向に延びている複数の層を含む、請求項３または４記載の方法。
【請求項７】
前記プラスチックが、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエステル／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびそれらの混合物から成る群から選択される、１〜６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記溶媒が、ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）から成る群から選択される、１〜７のいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
溶媒の溶解したプラスチックとの混合物中の溶媒の量が、５０体積％以上、５５体積％以上、６０体積％以上、６５体積％以上、７０体積％以上、７５体積％以上、または８０体積％以上である、１〜８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
工程（ｃ）〜（ｅ）の後で工程（ｆ）の前、または工程（ｃ）〜（ｆ）の後に、工程（ｃ）〜（ｅ）を繰り返すことを含む、１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
工程（ｃ）および（ｄ）の後で工程（ｅ）および（ｆ）の前に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことを含む、１〜９のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
ウェブが強化材として組み込まれている熱可塑性の、例えばプレート状体または熱可塑性シート状体を含む、１〜１１のいずれか１項記載の方法を適用することによって得られる熱可塑性複合材料の要素。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱可塑性複合材料の要素、例えばプレートまたはシートを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱可塑性複合材料の要素の製造は、それ自体既知の様々な方法を用いて行うことができる。熱可塑性プラスチックは、ウェブが強化材として組み込まれたプラスチック要素を得るために、様々な方法でウェブ中に配置することができる。しかしながら、現在知られている方法はそれぞれ、例えばこのような熱可塑性プラスチックを微粉砕することにより、または熱可塑性プラスチックをウェブ中に配置することが困難であることによりコストが高くなるという、特有の欠点を有している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の目的は、少なくとも部分的に上記の欠点を解消することを目的とする。本発明の特定の目的は、熱可塑性複合材料の要素が、単純および／または比較的低コストおよび／または迅速な方法で製造することができる別の方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
前述のタイプの方法は、このような目的のために、好適な順序で行われる以下の工程：
（ａ）ウェブを提供する工程；
（ｂ）熱可塑性プラスチックを溶媒に溶解する工程；
（ｃ）溶解したプラスチックを含む溶媒をウェブ上に配置する工程；
（ｄ）溶解したプラスチックを含む溶媒を加圧してウェブ中に入れる工程；
（ｅ）ブラスチックがウェブ中に残るように、溶媒を蒸発させるためにウェブを加熱する工程；および
（ｆ）ウェブを冷却し、プラスチックを硬化させて要素を得る工程
を含む。
【０００５】
本発明によれば、熱可塑性プラスチックは溶媒に溶解されているため、プラスチックを微粉砕する必要がなく、それによりコストを節約することができる。
【０００６】
熱可塑性プラスチックおよび溶媒の混合物は非溶解溶融プラスチックよりも低い粘度を有し、それによって、混合物がウェブの独立したフィラメント間を容易に流動することができ、プラスチックのウェブ中への配置を簡単な方法で行うことができる。
【０００７】
工程（ｃ）は、例えば、溶解したプラスチックを含む溶媒で満たされた槽を通過させて、ウェブを引っ張ることによって行うことができる。上記槽を通過させて引っ張ったこのウェブは、次に工程（ｄ）において、互いに近接して配置された２つの加圧ロール間を通して、引いてもよい。上記２つの加圧ロールはここで、溶媒および溶解したプラスチックを含むウェブが所定の厚さを有するように、互いから所定の距離で配置される。
【０００８】
工程（ｅ）は、例えば、溶媒および溶解したプラスチックを含むウェブをオーブン中で加熱することによって行うことができる。プラスチックを含むウェブの冷却および硬化の後または間に、プラスチックを含むウェブは、複合要素の容易な貯蔵および輸送を可能にするためにロール上に巻いてもよい。
【０００９】
ウェブは、それらに限定されないが、不織布、織布、シートなどの任意のランダムなウェブであってもよい。
【００１０】
従って、本発明による方法の１つの態様では、ウェブは実際にノンクリンプファブリック（ＮＣＦ）であってもよいが、ウェブの語は本明細書中でノンクリンプファブリックに限定されるものとして解釈されるべきでないことが明らかである。ウェブは、本明細書中では、それらに限定されないが、不織布、織布、シートなどの任意のランダムウェブまたは材料を意味する。
【００１１】
本発明による方法の１つの態様は、工程（ｅ）の後に、
（ｇ）プラスチックを含むウェブまたは要素を上昇させた温度でプレスして、プラスチックを含むウェブまたは要素を平坦化する工程
を更に含む。
【００１２】
平坦な表面を有する複合要素は、これによって簡単な方法で得られる。
【００１３】
上記ウェブまたは要素の厚さも、工程（ｇ）を行うことによって設定することができる。
【００１４】
上記上昇させた温度は、好ましくはプラスチックのほぼ軟化点または軟化点より高い温度である。しかしながら、軟化点より低い温度で、工程（ｇ）を行うこともできる。工程（ｇ）を行う最高温度は、まだ許容可能であるプラスチックの分解が起こる温度である。従って、上昇させた温度は、本明細書中では、工程（ｇ）を行うのに好適な温度、特に選択されたプラスチックの（許容可能な）分解温度の最高値以下の、選択されたプラスチックの軟化点より７０℃低い最高値である温度を意味すると理解される。実際の方法において、多数の好適なプラスチックに対して、上昇させた温度は約１４０〜３６０℃の範囲内である。
【００１５】
プラスチックを含むウェブは、例えば、まだ暖かい場合には、工程（ｅ）の直後にプレスすることができ、ウェブを二回加熱する必要がないように、工程（ｆ）は工程（ｇ）の後に行われる。
【００１６】
また、要素を再び加熱して、工程（ｇ）を工程（ｆ）の前に行うことができる。例えば、硬質複合板を得るために、工程（ｆ）で得られたいくつかの要素を同時にプレスする場合、このような方法は有利である。
【００１７】
ウェブは任意のランダムなウェブであってもよい。ウェブは、特に、相互に結合した繊維を含む。繊維は、例えば、織り交ぜること、接着またはステッチングによって相互に結合することができる。
【００１８】
繊維は、好ましくは、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維およびポリエステル繊維から成る群から選択される。このような繊維は、プラスチックを強く強化する。
【００１９】
一方向に強度が高くおよび／または硬質であり、他方向に例えば弾力性を有する複合要素を得るために、ウェブ中の繊維は、一方向に延びていてもよい。このようなウェブはまた一方向繊維とも呼ばれる。
【００２０】
ウェブはまた、それぞれの層において、繊維が一方向に延びており、異なる層の繊維が異なる方向に延びているいくつかの層を含むことができる。これによって、比較的低い重量を有する硬質の複合要素が得られる。実質的に全ての方向に同様に硬質でありおよび／または強度が高い複合要素を得るために４つの層を互いの上に配置し、異なる層の繊維が、例えば、互いに４５°の角度で配置することができる。繊維の方向は、複合要素上に所望の荷重を受けることを前提として選択することができる。
【００２１】
複合要素を得るように上昇させた温度で同時にプレスされる、いくつかの層と同時に１つの層を本発明による方法を用いて形成する場合であってもよいことは注目される。含浸されたウェブまたは要素の品質は、層ごとにプラスチックを加圧してウェブ中に入れることによって向上する。更に、工程（ａ）のウェブがいくつかの層を有することも事実であってもよい。いくつかの層を有する工程（ａ）のウェブの利点は、複合要素の製造時に、例えばウェブが破損または分裂する可能性が比較的小さいことである。従って、比較的厚いいくつかの層を有するウェブは、容易におよび／または適切に、プラスチックを含浸させることができることは、本発明による方法の利点である。
【００２２】
１つの方向に延びている繊維を含むウェブまたは前述のようないくつかの層を有するウェブは、両方ともにクリンプを生じないという利点を有する。このようなウェブは、ノンクリンプファブリックとも呼ばれる。このような特性のため、そのようなノンクリンプファブリックを含む複合要素は、多様な用途に適している。
【００２３】
プラスチックは、好ましくは、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエステル／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）およびそれらの混合物から成る群から選択される。
【００２４】
特にノンクリンプファブリックおよびポリエーテルイミド（ＰＥＩ）の組み合わせにより、その特性のため、多様な高品質用途に適している複合要素を製造する。このような複合要素は、例えば、自動車、トラック、ボート、飛行機、ヘリコプターおよび宇宙船などの車両の部品を製造するのに適している。
【００２５】
特に、ガラス繊維または炭素繊維を含むノンクリンプファブリックのＰＥＩとの組み合わせは、高耐熱性、低燃焼性、良好な耐衝撃性および低吸湿性を有する複合材料を製造する。
【００２６】
溶媒は、好ましくは、ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）から成る群から選択される。
【００２７】
そのような溶媒は、他の既知の溶媒と比較して、比較的安価な、および／または環境や人に害が少ない。
【００２８】
本発明による方法の１つの態様では、溶媒の溶解されたプラスチックとの混合物中の溶媒の量は、５０体積％以上、５５体積％以上、６０体積％以上、６５体積％以上、７０体積％以上、７５体積％以上、または８０体積％以上である。
【００２９】
溶媒のそのような最小体積において、混合物が比較的良好にウェブに流れ込むことができるように、溶媒および溶解したプラスチックの混合物の粘度が十分に低いので、そのような最小体積の溶媒により、ウェブの良好な含浸性を提供することができる。
【００３０】
１〜２．５の範囲のプラスチックおよび溶媒の比は、特に良好であることがわかり、溶媒の約７１体積％に等しい。
【００３１】
出願人は、含浸の向上の観点から、混合物中の溶媒の量はさらに、工程（ｃ）および（ｄ）を行った後、ウェブが所望の量よりも少ないプラスチックを含むことができるように選択することができることを見出した。この方法が、工程（ｃ）〜（ｅ）の後で工程（ｆ）の前、または工程（ｃ）〜（ｆ）の後に、工程（ｃ）〜（ｅ）を繰り返すことを含むことは、この目的のために有利であることができる。ウェブの加熱または冷却に続いて、溶解させたプラスチックを含む溶媒を、ここで再びウェブ上に配置し、ウェブを次いで再びプレスし、次いでウェブを再びに加熱し、次いで必要に応じて再び冷却する。ウェブにおけるプラスチックの比較的良好な含浸は、これによって、二回行われ、ウェブにおけるプラスチックの最終量が所望量となる。これによって、要素の品質を向上させることができる。
【００３２】
また、工程（ｃ）および（ｄ）の後で工程（ｅ）および（ｆ）の前に、工程（ｃ）および（ｄ）を繰り返すことができる。溶解したプラスチックを含む溶媒を再びウェブ上に配置してプレスし、ウェブを続いて再びプレスし、ウェブを次いで加熱して続いて冷却する。
【００３３】
本発明は更に、要素が、ウェブが強化材として組み込まれている熱可塑性の例えばプレート状体またはシート状体を含む、請求項のいずれかによる方法を適用することによって得られる熱可塑性複合材料の要素に関する。
【００３４】
その特性のために、このような要素は、それらに限定されないが、自動車、トラック、ボート、飛行機、ヘリコプターや宇宙船などの車両の部品を製造するための多様な目的に好適である。
【００３５】
本発明によれば、別の方法によって製造された熱可塑性複合材料の要素に比べて、本発明に係る方法を用いて、熱可塑性複合材料の要素を前述のように比較的安価に製造することができる。本発明による方法を用いて製造された複合要素はこれによって、コストが重要な要素である用途に好適である。
【００３６】
本発明による要素は、任意の所望の形に成形することができ、成形は好ましくは加熱時に行われる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明を、図面を参照して、更に説明する。
【図１】本発明による方法を模式的に示す図である。
【図２Ａ】〜
【図２Ｃ】本発明による方法に特に好適なウェブを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１は、本発明による複合材料の要素を製造する方法の工程を模式的に示す。
【００３９】
ロール１上に巻いたウェブ２を第一の工程で提供する。ウェブ２は、ガラス、アラミド、炭素またはポリエステル製の互いに結合された繊維を含む繊維ウェブである。
【００４０】
ウェブ２は、その後、ロール１から引き出され、ウェブバッファ３に回収される。供給されるウェブ２を回収することによって、更なる工程が停止されることなく、空ロールを新しいロールによって容易に交換することが可能となる。本発明による方法は、このように連続して行うことができる。
【００４１】
以下の工程では、溶媒およびプラスチックの混合物５がウェブ２に接着するように、例えば引っ張りロールによって、溶解した熱可塑性プラスチックを含む溶媒の混合物５で満たされた槽４を通過させて、ウェブ２を引っ張る。溶媒中へのプラスチックの溶解は、例えば加熱時または撹拌時に行うことができ、プラスチックを溶媒中に溶解した後に槽４を混合物５で満たす。プラスチックは、例えば、溶媒に容易に溶解することができる合成樹脂粒状体を含む。溶媒は、例えばｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）およびジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）である。プラスチックが、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳＵ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエステル／ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはそれらの混合物である。
【００４２】
次の工程において、溶媒の溶解したプラスチックとの混合物５を含むウェブ２を、互いに隣接して配置された２つの駆動加圧ロール６間を通し、上記混合物５加圧されてウェブ２中に入れられる。上記２つの加圧ロール６はここでは、混合物５を含むウェブ２が所定の厚さを有するように、互いから所定の距離に配置されている。
【００４３】
圧入された混合物５を含むウェブ２を、続いてオーブン中で加熱して、溶媒をウェブ２から蒸発させて取り除く。溶媒の蒸発は、符号８を用いて図１に示す。
【００４４】
プラスチックとウェブ２の組み合わせは次いで、第２のウェブバッファ９に回収され、ウェブ２はその後、ロール１０上に配置される。第２のウェブバッファ９はまた、いっぱいになったロール１０を除去して新しい空ロールを配置する際に、この工程を停止することなく、本発明による方法を連続的に行うことができるという利点を提供する。複合要素を得るために、プラスチックを含むウェブ２を第２のウェブバッファ９において冷却する。
【００４５】
このようにして得られた複合要素は、必要に応じて、要素を平坦化する目的のために上昇させた温度でプレスして、またはこのようにして得られたいくつかの複合要素を共にプレスして、硬質の複合要素（図示せず）を得る。
【００４６】
図２Ａ〜２Ｃには、それぞれ、ノンクリンプファブリックウェブ２Ａ〜２Ｃを示す。図２Ａの繊維ウェブ２Ａは、互いの上に配置された４つの層２０〜２４を有し、層２０〜２４の繊維は異なる方向に延びている。上部層２０の繊維は、繊維ウェブ２Ａの長さに延びており、この方向を０°として定義する。層２０のすぐ下に延びている層２１の繊維は、層２０の繊維に直角に、または９０°の角度で延びている。層２１のすぐ下に延びている層２２の繊維は、層２０の繊維に対して４５°の角度で延びている。層２２のすぐ下に延びている層２３の繊維は、層２１の繊維と同じ方向、即ち、層２０の繊維に対して９０°の角度で延びている。下部層２４の繊維は、層２０の繊維に対して−４５°の角度で延びている。繊維ウェブ２Ａの繊維は、縫製糸によって共に保持されている。
４つの異なる方向（−４５°、０°、４５°、９０°）への繊維層２０〜２４の配置は、四軸（ｑｕａｄｒａｘｉａｌ）とも呼ばれる。
【００４７】
これは、所望のように層２０〜２４の繊維の方向が、複合要素上に所望の荷重を受けることを前提として所望のように選択することができることは注目される。全ての層２０〜２４の繊維は、いわゆる一方向性ノンクリンプファブリックが得られるように、例えば、繊維ウェブ２Ａの長手方向に配置されてもよい。
【００４８】
繊維ウェブ２Ａは、任意の数の繊維層を含むことができることは注目される。繊維ウェブ２は例えば、二軸とも呼ばれる、０°および±４５°、または０°および９０°のそれぞれの角度で配置された二つの層を含むことができる。また、繊維ウェブ２Ａは、三軸とも呼ばれる、０°、±４５°および９０°のそれぞれの角度で配置された３層を含むことができる。
【００４９】
図２Ｂは、すべての層が一方向、即ち、繊維ウェブ２Ｂの長手方向の一方の方向に配置されている繊維ウェブ２Ｂを示す。繊維ウェブ２Ｂの異なる繊維フィラメントは、相互に縫製糸により結合されている。
【００５０】
図２Ｃは、外側層が４５°の角度で配置されている繊維ウェブ２Ｃを示す。
【００５１】
なお、本発明は、示された態様に限定されるものだけではなく、添付の特許請求の範囲内での変形したものにまで及ぶものである。
【図１】
2015521660.tif 000003
【図２Ａ】
2015521660.tif 000004
【図２Ｂ】
2015521660.tif 000005
【図２Ｃ】
2015521660.tif 000006
【国際調査報告】
2015521660.tif 000007
2015521660.tif 000008