(57)【要約】前処理された繊維および空洞を持つ内腔を有する繊維を含む複合材が開示されている。結合剤、化学発泡剤、および触媒を含む懸濁液を毛管作用により内腔中に引き込んで繊維を前処理する。前処理された繊維を高分子材料に埋め込んで、複合材を形成してもよい。内腔の天然の空洞は懸濁液により維持されて、繊維に本来の密度と強度の特性を維持させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空洞を持つ内腔を有する繊維、
前記内腔中に引き込まれて前記繊維を前処理する懸濁液、および
前記繊維を埋め込む高分子材料、
を有してなる複合材であって、
前記内腔の天然の空洞が前記懸濁液により保持されて、前記繊維が本来の密度と強度の特性を維持することを特徴とする複合材。
【請求項２】
前記懸濁液が化学発泡剤を含むことを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項３】
前記化学発泡剤が発熱性であることを特徴とする請求項２記載の複合材。
【請求項４】
前記化学発泡剤がアゾジカルボンアミドであることを特徴とする請求項３記載の複合材。
【請求項５】
前記化学発泡剤がヒドラジン誘導体であることを特徴とする請求項３記載の複合材。
【請求項６】
前記懸濁液がキャリヤを含むことを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項７】
前記キャリヤが、アクリル、エポキシ、フェノール、メラミンおよびビニルからなる群より選択される膜形成熱可塑性ポリマーであることを特徴とする請求項６記載の複合材。
【請求項８】
前記キャリヤが膜形成熱硬化性ポリマーであることを特徴とする請求項６記載の複合材。
【請求項９】
前記懸濁液が触媒を含むことを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項１０】
前記触媒が、炭酸カルシウム、およびカドミウム、亜鉛、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、鉛、スズまたはケイ素の化合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項９記載の複合材。
【請求項１１】
約１〜１０部の前記懸濁液が約１００部の前記繊維と混合されていることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項１２】
前記繊維が靭皮繊維であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項１３】
前記繊維が亜麻であることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１４】
前記繊維が麻であることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１５】
前記繊維がジュートであることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１６】
前記繊維がコイアであることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１７】
前記繊維がケナフ麻であることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１８】
前記繊維がラミーであることを特徴とする請求項１２記載の複合材。
【請求項１９】
前記繊維が木質繊維であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項２０】
前記繊維が小麦繊維であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項２１】
前記繊維が麦藁繊維であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項２２】
前記繊維がリグノセルロース繊維であることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項２３】
約２５％から約９９％の前記高分子材料を有してなることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項２４】
前記高分子材料がポリ塩化ビニル発泡体であることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項２５】
前記高分子材料がポリオレフィンであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項２６】
前記高分子材料がポリエチレンであることを特徴とする請求項２５記載の複合材。
【請求項２７】
前記高分子材料がポリプロピレンであることを特徴とする請求項２５記載の複合材。
【請求項２８】
前記高分子材料がセルロースであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項２９】
前記高分子材料がビニルであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項３０】
前記高分子材料がアクリルであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項３１】
前記高分子材料がウレタンであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項３２】
前記高分子材料がスチレンであることを特徴とする請求項２３記載の複合材。
【請求項３３】
前記繊維の表面上に吸着される添加剤を少なくとも一種類さらに有することを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項３４】
前記少なくとも一種類の添加剤が着色剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項３５】
前記少なくとも一種類の添加剤が安定剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項３６】
前記少なくとも一種類の添加剤が酸化防止剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項３７】
前記少なくとも一種類の添加剤が充填剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項３８】
前記少なくとも一種類の添加剤が増量剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項３９】
前記少なくとも一種類の添加剤が湿潤剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項４０】
前記少なくとも一種類の添加剤が結合剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項４１】
前記少なくとも一種類の添加剤が衝撃改質剤であることを特徴とする請求項３３記載の複合材。
【請求項４２】
前記複合材が複合構造部材に形成されることを特徴とする請求項１記載の複合材。
【請求項４３】
前記複合構造部材が甲板であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４４】
前記複合構造部材が外装異形材であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４５】
前記複合構造部材が手すりであることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４６】
前記複合構造部材が展望台部材であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４７】
前記複合構造部材が外装材であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４８】
前記複合構造部材が成形品であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項４９】
前記複合構造部材がドア枠であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項５０】
前記複合構造部材が下目張り部材であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項５１】
前記複合構造部材が窓枠であることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項５２】
前記複合構造部材が、前記複合材を押し出すことにより形成されることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項５３】
前記複合構造部材がさらに熱成形により形成されることを特徴とする請求項５２記載の複合材。
【請求項５４】
前記複合構造部材が射出成形により形成されることを特徴とする請求項４２記載の複合材。
【請求項５５】
前処理された繊維を製造する方法であって、
懸濁液を繊維と混合して、均質な混合物を形成し、
前記懸濁液を前記繊維の内腔中に毛管作用により引き込んで、該繊維を前処理し、
前処理された繊維を冷却する、
各工程を有してなる方法。
【請求項５６】
前記前処理された繊維を膨らませる工程をさらに含むことを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項５７】
前記繊維が靭皮繊維であることを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項５８】
前記懸濁液が、キャリヤ、化学発泡剤および触媒を含むことを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項５９】
約１〜１０部の前記懸濁液を約１００部の前記繊維と混合することを特徴とする請求項５８記載の方法。
【請求項６０】
着色剤、安定剤、酸化防止剤、充填剤、増量剤、湿潤剤、結合剤および衝撃改質剤からなる群より選択される添加剤を前記繊維の表面上に伽宇着させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項６１】
前記添加剤は、華氏約３５０〜５００度（摂氏約１７７〜２６０度）の温度で混合することにより前記繊維の表面上に吸着されることを特徴とする請求項６０記載の方法。
【請求項６２】
前記懸濁液を連続ニーダ／ミキサにより前記繊維の内腔中に引き込ませることを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項６３】
前記ニーダ／ミキサが、華氏約２００〜３５０度（摂氏約９３〜１７７度）の温度であることを特徴とする請求項６２記載の方法。
【請求項６４】
前記前処理した繊維を、溶融された高分子材料と混合して、複合材を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項５５記載の方法。
【請求項６５】
前記前処理された繊維および前記高分子材料を押し出して、複合構造部材を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６４記載の方法。
【請求項６６】
前記前処理された繊維をシートに押し出す工程をさらに含むことを特徴とする請求項６５記載の方法。
【請求項６７】
前記シートを熱成形する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６６記載の方法。
【請求項６８】
前記前処理された繊維および前記高分子材料を射出成形して、複合構造部材を形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項６４記載の方法。
【請求項６９】
空洞を持つ内腔を有する繊維、および
前記内腔中に引き込まれて前記繊維を前処理する懸濁液、
を有してなる前処理繊維であって、
前記内腔の天然の空洞が前記懸濁液により保持されて、前記繊維が本来の密度と強度の特性を維持することを特徴とする前処理繊維。
【請求項７０】
前記懸濁液が、化学発泡剤、キャリヤ、および触媒を含むことを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項７１】
約１〜１０部の前記懸濁液が約１００部の前記繊維と混合されていることを特徴とする請求項７０記載の前処理繊維。
【請求項７２】
前記化学発泡剤が発熱性であることを特徴とする請求項７０記載の前処理繊維。
【請求項７３】
前記化学発泡剤がアゾジカルボンアミドであることを特徴とする請求項７１記載の前処理繊維。
【請求項７４】
前記化学発泡剤がヒドラジン誘導体であることを特徴とする請求項７１記載の前処理繊維。
【請求項７５】
前記キャリヤが、アクリル、エポキシ、フェノール、メラミンおよびビニルからなる群より選択される膜形成熱可塑性ポリマーであることを特徴とする請求項７０記載の前処理繊維。
【請求項７６】
前記キャリヤが膜形成熱硬化性ポリマーであることを特徴とする請求項７０記載の前処理繊維。
【請求項７７】
前記触媒が、炭酸カルシウム、およびカドミウム、亜鉛、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、鉛、スズまたはケイ素の化合物からなる群より選択されることを特徴とする請求項７０記載の前処理繊維。
【請求項７８】
前記繊維が靭皮繊維であることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項７９】
前記繊維が亜麻であることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８０】
前記繊維が麻であることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８１】
前記繊維がジュートであることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８２】
前記繊維がコイアであることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８３】
前記繊維がケナフ麻であることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８４】
前記繊維がラミーであることを特徴とする請求項７８記載の前処理繊維。
【請求項８５】
前記繊維が木質繊維であることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項８６】
前記繊維が小麦繊維であることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項８７】
前記繊維が麦藁繊維であることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項８８】
前記繊維がリグノセルロース繊維であることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項８９】
前記繊維の表面上に吸着される添加剤を少なくとも一種類さらに有することを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【請求項９０】
前記少なくとも一種類の添加剤が着色剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９１】
前記少なくとも一種類の添加剤が安定剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９２】
前記少なくとも一種類の添加剤が酸化防止剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９３】
前記少なくとも一種類の添加剤が充填剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９４】
前記少なくとも一種類の添加剤が増量剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９５】
前記少なくとも一種類の添加剤が湿潤剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９６】
前記少なくとも一種類の添加剤が結合剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９７】
前記少なくとも一種類の添加剤が衝撃改質剤であることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９８】
前記添加剤が、混合により前記繊維の表面上に吸着されることを特徴とする請求項８９記載の前処理繊維。
【請求項９９】
前記添加剤が、華氏約３５０〜５００度（摂氏約１７７〜２６０度）の温度での混合により、前記繊維の表面上に吸着されることを特徴とする請求項９０記載の前処理繊維。
【請求項１００】
前記繊維が、華氏約２００〜３５０度（摂氏約９３〜１７７度）の温度で前処理されることを特徴とする請求項６９記載の前処理繊維。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本発明は、２００２年１０月１０日に出願された米国特許出願第１０／２６９０５１号の一部継続出願である。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、繊維複合材およびその製造方法に関する。本発明は、より詳しくは、プラスチック複合材に使用するための前処理された(beneficiated)セルロース繊維およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
天然木は、コストが増大し、品質が低下しつつあり、入手しにくいことを受けて、プラスチック繊維と天然繊維とから実質的になる複合材により、建設および輸送用途において伝統的な木の使用が徐々に置き換えられている。裂けたり反ったりする天然木とは異なり、上述した複合材は、耐候性があり、比較的メインテナンス・フリーであるが、それでもなお、天然木と同じような外観と感触を提供する。
【０００４】
この複合材は一般に、高分子材料中に埋め込まれた複数の繊維を有してなる。高分子材料は一般に、その複合材の所望の最終用途に応じて、高密度または低密度のオレフィン熱可塑性ポリマーまたはビニルベースの熱可塑性ポリマーからなる。繊維は、繊維の所望の特性、例えば、密度または強度に応じて、様々な植物から選択してよい。異なる植物の繊維の見掛け密度における自然な変動は、繊維内の中心空洞すなわち内腔の存在のためである。
【０００５】
前記複合材の製造は一般に、高分子材料および繊維の押出しを含む。その製造中に、押出機によって、高分子材料が溶融され、溶融された高分子材料が繊維と混合される。この混合の結果として、溶融された高分子材料に繊維が埋め込まれる。繊維と高分子材料との間に接着を行うのを補助するために、混合物に結合剤を加えてもよい。安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、充填剤と増量剤、顔料、加工助剤と滑剤、衝撃改質剤、殺菌剤および物理的および／または化学的性質並びに加工を向上させる他の材料などの他の多くの「添加剤」を導入してもよい。化学発泡剤またはガスを混合物に導入してもよい。押出機中にある間に、発泡剤は分解し、窒素や二酸化炭素などのガスを、溶融した高分子材料中に分配する。高分子材料、繊維および他の添加剤が混合された後、溶融された混合物はダイを通って押出機から吐出される。高分子材料がダイから吐出されるときに、押出圧が大気圧まで減少し、高分子材料が冷め始めて、混入したガスが、溶融された混合物内で気泡として膨脹する。これらの気泡は、周りを取り囲んでいる高分子材料により閉じ込められ、複合材内で空洞を形成する。これらの空洞が、複合材の全体の密度と重量を減少させる。
【０００６】
押出中に、繊維中の内腔は圧縮圧力下で潰れることが多い。内腔が潰れると、繊維中の天然の空洞が失われて、繊維の本来の密度が増加する。繊維の密度が増加するので、複合材の質量も増加する。この増加した密度は、質量の低下と剛性の向上である、繊維を使用する利点と逆行する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、内腔の天然の空洞が保持され、繊維が本来の密度と強度の特性を維持するように、押出し中に内腔が縮まない繊維およびその製造方法を開発することが望ましい。また、発泡剤を使用して、高分子材料内に空洞容積をさらに導入することによって、複合材全体の質量を減少させることも望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前処理された繊維および複合材に関する。前処理された繊維は、空洞を持つ内腔を有する繊維を含む。懸濁液が内腔内に引き込まれて、繊維を前処理する。高分子材料に繊維が埋め込まれて、複合材を形成する。内腔の天然の空洞は、懸濁液の成分により保持されて、繊維が本来の密度と強度の特性を維持することができる。
【０００９】
本発明はさらに、前処理された繊維を製造する方法に関する。繊維は懸濁液と混合されて、均質な混合物を形成する。この懸濁液は、毛管作用により繊維の内腔中に引き込まれて、繊維を前処理し、前処理された繊維が冷却される。次いで、前処理された繊維を、溶融された高分子材料と混合して、複合構造部材を形成するために押し出される複合材を形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
最初に、前処理された繊維の複合構造部材１０を示す図１を参照して、本発明を一般的に説明する。複合構造部材１０は、懸濁液１４により前処理され、高分子材料１６に埋め込まれた複数の繊維１２を有する。懸濁液１４は、化学発泡剤または起泡剤、触媒、およびキャリヤからなっていてもよい。複合構造部材１０は複数の空洞１８も有している。以下、複合構造部材１０の主成分、および繊維１２を前処理し、複合構造部材１０を製造する方法を説明する。
【００１１】
ここで、複合構造部材１０の各主成分を詳細に説明する。図２は繊維１２を示している。繊維１２は、亜麻、麻、ジュート、コイア、ケナフ麻、またはラミーなどの靭皮繊維植物からの天然繊維であってよく、あるいは、精製された木、小麦、麦藁、または他のリグノセルロース繊維であってよい。靭皮繊維植物は、長く強靱な繊維束および高いセルロース含有量により特徴付けられる。繊維１２は、高い引張強度および０．２８〜０．６２ｇ／ｃｃの比較的低い見掛け密度を有し、特に高い強度対重量比を生じる。各繊維１２は中央空洞すなわち内腔２０を有する。内腔２０は、約３０マイクロメートルの開口を有する。精製された木、小麦、麦藁、または他のリグノセルロース繊維などの、高純度および高いアスペクト比（繊維の直径対長さ比）を有する他の繊維を用いてもよい。
【００１２】
懸濁液１４は、化学発泡剤または起泡剤、触媒、およびキャリヤを含んでもよい。個々の成分は、組み合わされ、次いで、撹拌または乳化されて、ブレンド混合物を形成する。キャリヤは、アクリルウレタンポリマー溶液またはエマルジョンであってよいが、他の公知の膜形成ポリマーを用いて、繊維の内壁を強化してもよい。この目的とする結果に有用なポリマー網状構造の例としては、アクリル、エポキシ、フェノール、メラミン、ビニル、並びに実質的に全ての膜形成熱硬化性または熱可塑性ポリマーが挙げられる。キャリヤは、水とのエマルジョンとしてまたは発泡剤および／または触媒が中に分散されている溶液としてであってもよい。化学発泡剤または起泡剤は、熱分解の際にガスを放出する様々な公知の化学物質のいずれであってもよい。発熱性発泡剤が適切な化学発泡剤である。例えば、そのような発泡剤として、非常に高品質のアゾジカルボンアミドまたはベンゼンスルホニルヒドラジドなどのヒドラジン誘導体が挙げられるであろう。触媒すなわち活性剤は炭酸カルシウムであってよい。粒状触媒または活性剤の他の例としては、カドミウム、亜鉛、バリウム、カルシウム、ストロンチウム、マグネシウム、鉛、スズまたはケイ素の選択された化合物であってよい。発泡剤の分解を支援する任意の公知の触媒または活性剤を使用してもよい。繊維１２の内腔２０は約３０マイクロメートルの開口を有するので、粒状成分は５マイクロメートル以下であるべきである。分散剤および他の粒状物質の分散には、粒子を脱凝集させるために高速の分散器が必要である。このプロセスのために、コールズ(Cowles)およびホックマイヤー(Hockmeyer)の分散器などの任意の公知の分散器を用いてよい。
【００１３】
高分子材料１６はポリ塩化ビニル発泡体であってよいが、以下に限られないが、ポリエチレン、およびポリプロピレンを含むポリオレフィン；セルロース、他のビニル、アクリル、ウレタン、スチレンなどの様々な熱可塑性ポリマーのどれを用いてもよい。複合構造部材１０は、約２５〜９９％の高分子材料１６を含むことが好ましい。
【００１４】
着色顔料などの着色剤を高分子材料１６に加え、または繊維１２の外面に吸着させて、所望の色を得てもよい。安定剤、酸化防止剤、充填剤と増量剤、湿潤剤、結合剤、衝撃改質剤、並びに加工助剤を繊維１２の外面に選択的に吸着させてもよい。これらの添加剤は一般に、押出しの前または最中に高分子材料１６に加えられるが、押出しの前に繊維１２の表面にこれらの添加剤を吸着させると、複合構造部材１０中にこれらの添加剤を導入するためのビヒクルが改善される。これらの添加剤は、高分子材料１６内の加工および／または性能を向上させるために個別に選択される。
【００１５】
ここで、図３参照して、繊維１２を前処理し、複合構造部材１０を製造する方法を詳細に説明する。
【００１６】
繊維１２を前処理する方法が、図３に「Ａ」と示されたプロセスの第一部分に示されている。繊維１２を前処理するために、工程２２から始まり、連続的に乾燥材料を液体材料と徐々に混練し、混合するように設計された連続ニーダ／ミキサのスクリュー上に繊維１２が配置される。連続ニーダ／ミキサは、所望のアスペクト比（繊維の直径対長さ比）を確実にするように繊維１２の束を切断せずに、むしろ単に開くスクリューおよび混練要素を有する。好ましい装置はReadco Continuous Processorであるが、実質的に同様の結果を達成するために多くの他の一軸または二軸スクリューニーダ／ミキサを用いてもよいことが当業者に認識され、理解されるであろう。
【００１７】
工程２４では、懸濁液１４をニーダ／ミキサ中に供給する保持容器内に懸濁液１４が配置される。粘性液体および乳化材料を取り扱える計量ポンプが必要である。エマルジョンが破壊されたり、懸濁された粒子が凝集したりしないことが重要である。次いで、工程２６に示されるように、懸濁液１４が繊維１２に加えられ、繊維１２と混練される。懸濁液１４は、均質な混合物を製造するように、約１００部の繊維１２に対して約１〜１０部に及んでよい。工程２６中のニーダ／ミキサ内の温度は、華氏２００〜３５０度（摂氏約９３〜１７７度）に及ぶ。工程２６で混練および混合を均一にするように注意しなければならない。繊維１２が懸濁液１４と混練されるときに、毛管作用により、懸濁液が繊維１２の内腔２０中に引き込まれ、そこで、繊維１２に吸着される。それによって、懸濁液１４は、繊維１２を前処理し、工程３２で押出機内の後の加工のために内腔２０を保持する。
【００１８】
繊維１２の表面上に付着せしめられる他の添加剤の吸着は工程２６の後に行われる。工程２８において、他の添加剤が液体濃縮物または乾燥混合物としてニーダ／ミキサに加えられる。これらの添加剤は、繊維１２の表面上に均一に付着せしめられるように混合され、分散せしめられる。添加剤および繊維１２がより良好に混合され、このプロセスでの揮発物質が除去されるように、ニーダ／ミキサのバレルに摂氏約３５０〜５００度（華氏約１７７〜２６０度）の外部熱が加えられる。添加剤の温度が、選択された化学発泡剤の活性化温度より低い温度に維持されるように注意すべきである。前処理された繊維１２は、ニーダ／ミキサから排出され、連続リボンブレンダに導入され、このブレンダが、工程３０に示されるように、繊維を冷却し、膨らませる。
【００１９】
複合構造部材１０を製造する方法が、図３に「Ｂ」と示されたプロセスの第二の部分に示されている。複合構造部材１０は、工程３２で押出機内で前処理された繊維１２を高分子材料１６と共に配置することにより形成される。工程２８で、押出機は高分子材料１６を溶融し、高分子材料１６を前処理された繊維１２と混合する。混合の結果として、高分子材料１６は前処理された繊維１２を被覆し、懸濁液１４が埋め込まれる。押出しの代わりとして、前処理された繊維１２および高分子材料１６を加熱し、混合し、成形型中に射出成形してもよい。高分子材料１６を溶融するのに用いられる熱はさらに、内腔２０中の発泡剤を分解させる。発泡剤は、触媒により決定される所定の温度で分解する。発泡剤が分解するときに、発泡剤は、溶融した高分子材料１６内に気泡を形成する窒素や二酸化炭素などのガスを分散させる。前処理された繊維１２の内腔２０には懸濁液１４の成分が適切に充填されているので、内腔２０は押出し中に保持されて、繊維１２の本来の密度を維持している。
【００２０】
工程３４において、前処理された繊維１２と高分子材料１６との溶融混合物がダイを通って、シートまたは任意の他の押出セクションの形態で押出機から吐出される。溶融混合物がダイから吐出されるときに、溶融混合物が冷め始め、ガスが圧力降下を経験して、この圧力降下により、周りを取り囲む高分子材料１６により閉じ込められた気泡が膨脹し、空洞１８を形成する。溶融混合物は、ダイから吐出されるときに、様々な任意の所定の形状に押し出されても、溶融混合物は成形されてもよい。必要に応じての代替例として、押出物は、様々な形状に熱成形されてもよい。冷却された溶融混合物は複合構造部材１０を形成する。
【００２１】
内腔２０は押出し中に縮まないので、内腔２０の天然の空洞は懸濁液１４により保持されて、繊維１２は本来の密度と強度の特性を維持する。したがって、複合構造部材１０は軽量であり、並はずれた強度を有する。複合構造部材１０は、以下に限られないが、甲板、外装異形材、窓枠、手すり、展望台(gazebos)、外装材、下目張り、成形品、およびドア枠などを含む様々な半構造用途のいずれに使用するのにも適している。
【００２２】
図３の製造プロセスの第一の部分「Ａ」を製造業者の場所で完了させることができ、一方で、製造工程の第二の部分「Ｂ」を、複合構造部材１０が形成される顧客の位置またはサービスが行われる地点で完了させてもよいことが当業者には理解されるであろう。このプロセスの第二の部分「Ｂ」には、標準的な押出設備しか必要としないので、前処理された繊維１２をスクリーニングし、分類し、包装し、次いで、工程３０後に顧客に供給してもよい。次いで、顧客は、複合構造部材１０を顧客の場所で製造してもよい。必要に応じて、部分「Ａ」および「Ｂ」の両方を含む全プロセスを、顧客の仕様にしたがって、製造業者の場所で完了させてもよい。プロセスの第二の部分「Ｂ」を顧客の場所またはサービスの地点で行う場合には、顧客は、他の特徴の中でも、複合構造部材１０の所望の高分子比、色、および形状を決定する上で最終的な融通性を有する。
【００２３】
以上は、本発明を実施する可能性のいくつかを示している。本発明の範囲および精神内で多くの他の実施の形態が可能である。したがって、先の記載は、制限よりむしろ例示として捉えられ、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその同等物の十分な範囲により与えられることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】前処理された繊維の複合構造部材の斜視図
【図２】繊維の束の斜視図
【図３】繊維を前処理し、前処理された繊維複合材を製造するプロセスを示す流れ図
【符号の説明】
【００２５】
１０    複合構造部材
１２    繊維
１４    懸濁液
１６    高分子材料
１８    空洞
２０    内腔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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