(57)【要約】得られる成形された三次元複合構成体の物理的性質が有意に高められるように、少なくとも部分的に熱可塑性のステープル長さの繊維を含んでなる均一な又は層状繊維プレフォームのサーモヒステリシスを制御する方法が開示される。特に、サーモヒステリシスは、高められた温度のインキュベーション期間、その後の冷却期間を有する繊維プレフォームの処理を含んでなる特定の熱履歴の結果である。そのように処理された繊維プレフォームを、次いで慣用の熱成形方法により成形することができ、得られる成形構成体に改良された靭性、強度及び構造安定性を与える。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合させて繊維プレフォームマットとし、
ｃ）繊維プレフォームを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｄ）繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｅ）熱処理された繊維プレフォームを熱成形して成形構成体とする、
工程を含んでなる成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項２】
該ステープル長の繊維が天然繊維、合成繊維及びそれらのブレンドよりなる群から選ばれる請求項１に記載の成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項３】
該ステープル長の合成繊維がポリアクリレート、ポリオレフィン、ポリエステル及びポリアミドよりなる群から選ばれる請求項２に記載の成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項４】
該ステープル長の繊維が綿、木材パルプ、レーヨン及びそれらの組み合わせよりなる群から選ばれる請求項２に記載の成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項５】
該ステープル長の熱可塑性繊維が少なくとも１．０のデニールを有する請求項１に記載の成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項６】
該繊維バットが少なくとも５０重量％の結合剤繊維組成物を有する請求項１に記載の成形構成体を形成する方法。
【請求項７】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合させて繊維プレフォームマットとし、
ｃ）繊維プレフォームを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｄ）加熱された繊維プレフォームを圧縮されていない繊維プレフォームより小さいレベルに且つ成形繊維構成体が持つべき部分深さより大きいレベルに圧縮し、
ｅ）繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｆ）熱処理された繊維プレフォームを熱成形して成形構成体とする、
工程を含んでなる成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項８】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合して繊維プレフォームマットとし、
ｃ）繊維プレフォームを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｄ）加熱された繊維プレフォームを成形繊維構成体が持つべき部分深さに等しいレベルに圧縮し、
ｅ）繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｆ）熱処理された繊維プレフォームを熱成形して成形構成体とする、
工程を含んでなる成形繊維構成体を形成する方法。
【請求項９】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合させて繊維プレフォームマットとし、
ｃ）少なくとも１つの表面仕上層を繊維プレフォームと面と面を突き合わせた並列に配置し、
ｄ）層状繊維プレフォームをを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｅ）層状繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｆ）熱処理された層状繊維プレフォームを熱成形して成形された複合構成体とする、
工程を含んでなる成形された繊維複合構成体を形成する方法。
【請求項１０】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合して繊維プレフォームマットとし、
ｃ）少なくとも１つの表面仕上層を繊維プレフォームと面と面を突き合わせた並列に配置し、
ｄ）層状繊維プレフォームをを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｅ）加熱された層状繊維プレフォームを圧縮されていない繊維プレフォームより小さいレベルに且つ成形繊維構成体が持つべき部分深さより大きいレベルに圧縮し、
ｆ）層状繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｇ）熱処理された繊維プレフォームを熱成形して成形複合構成体とする、
工程を含んでなる成形繊維複合構成体を形成する方法。
【請求項１１】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなるステープル長の繊維から繊維バットを形成し、
ｂ）繊維バットを機械的に統合して繊維プレフォームマットとし、
ｃ）少なくとも１つの表面仕上層を繊維プレフォームと面と面を突き合わせた並列に配置し、
ｄ）層状繊維プレフォームをを第１の高められた温度で最初の期間熱処理し、
ｅ）加熱された層状繊維プレフォームを成形繊維構成体が持つべき部分深さに等しいレベルに圧縮し、
ｆ）層状繊維プレフォームを第１の高められた温度より低い温度に冷却し、そして
ｇ）熱処理された層状繊維プレフォームを熱成形して成形複合構成体とする、
工程を含んでなる成形繊維複合構成体を形成する方法。
【請求項１２】
ａ）少なくとも部分的に熱可塑性ポリマーを含んでなる繊維マットを含んでなり、
ｂ）  該熱可塑性ポリマーは少なくとも１種の熱活性化結合剤成分を含んでなり、
ｃ）  該繊維マットは結合剤成分の活性化温度に加熱され、次いで結合剤成分の活性化温度より低い温度に冷却されている、
成形構成体。
【請求項１３】
繊維プレフォームマットに統合された繊維バットを含んでなり、
該繊維プレフォームは高められた温度に付され、圧縮されていない繊維プレフォームより少ない深さに且つ成形構成体の部分深さより大きい深さに圧縮され、冷却されそして熱成形されている、
成形構成体。
【請求項１４】
繊維プレフォームマットに統合された繊維バットを含んでなり、
該繊維プレフォームは高められた温度に付され、成形構成体の部分深さに等しいレベルに圧縮され、冷却されそして熱成形されている、
成形構成体。
【請求項１５】
繊維プレフォームマットに統合された繊維バットを含んでなり、
該繊維プレフォームは少なくとも１つの表面仕上層を含んでなり、高められた温度に付され、冷却されそして熱成形されている、
成形構成体。
【請求項１６】
繊維プレフォームマットに統合された繊維バットを含んでなり、
該繊維プレフォームは少なくとも１つの表面仕上層を含んでなり、高められた温度に付され、圧縮されていない繊維プレフォームより少ないレベルに且つ成形構成体の部分深さより大きい深さに圧縮され、冷却されそして熱成形されている、成形構成体。
【請求項１７】
繊維プレフォームマットに統合された繊維バットを含んでなり、
該繊維プレフォームは少なくとも１つの表面仕上層を含んでなり、高められた温度に付され、成形構成体の部分深さに等しいレベルに圧縮され、冷却されそして熱成形されている、
成形構成体。
【請求項１８】
繊維プレフォームマットに統合されている繊維バットを含んでなり、繊維プレフォームのない成形構成体より少なくとも１５％高い剛性性能を有する成形構成体。
【請求項１９】
成形構成体が自動車内装パネルである請求項７に記載の成形構成体。
【請求項２０】
成形構成体が家庭電気器具表面仕上面である請求項７に記載の成形構成体。
【請求項２１】
成形構成体が音響減衰シールドである請求項７に記載の成形構成体。
【請求項２２】
成形構成体が家庭用家具である請求項７に記載の成形構成体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
［技術背景］
本発明は一般に少なくとも１つの繊維熱可塑性構成要素（ｆｉｂｒｏｕｓ  ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を含んでなる成形された三次元構成体（ｍｏｌｄｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）を形成する方法に関するものであり、更に特定的には、成形された三次元構成体の物理的性質が有意に高められるように、少なくとも部分的に熱可塑性のステープル長の繊維を含んでなる均一な又は層状繊維プレフォーム（ｆｉｂｒｏｕｓ  ｐｒｅ−ｆｏｒｍ）の熱履歴（ｔｈｅｒｍａｌ  ｈｉｓｔｏｒｙ）を制御する方法に関する。
【０００２】
［発明の背景］
かなりの数の消費者耐久性物品は、部分的に又は全体的に、一般的基礎材料（ｂａｓｅ  ｍａｔｅｒｉａｌ）から熱及び圧力を加えることにより輪郭のある形状又は三次元形状に形成された構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）から構成される。典型的な基礎材料は、熱成形される能力を示し、しかも成形装置から取り出すとき付与された形状を最終使用物品の有効寿命に相当する期間にわたり保持する能力を示すこれらのポリマー及び展性金属組成物から選ばれる。構成要素が最小の厚さであることが望まれる場合には、単一層、ラミネート層又は複合層形態にあるシート又はフイルムストックは、最も広い範囲の基礎材料組成物から選ぶことができる。しかしながら、構成要素が、ある量のラミネートされたシートを含んでなる構成体から生じる重量ペナルティなしに耐久性の且つ安定な弾性（ｌｏｆｔｉｎｅｓｓ）又は厚さを有することが望まれる場合には、適当な基礎材料の範囲は有意に減少する。
【０００３】
有意な厚さを有しそして実質的に充実した（ｓｏｌｉｄ）構成の重量ペナルティにより不利な影響を受ける構成要素としては、自動車内装パネル、家庭電気器具表面仕上材（ａｐｐｌｉａｎｃｅ  ｆａｃｉｎｇｓ）、家庭用家具及び音響減衰シールドが典型的である。充実基礎材料の代わりに、同伴された又はカプセルに包まれた空気容積を含む構造、例えば、化学触媒発泡体及び発泡熱可塑性プラスチック又はかさ高繊維マットにおいて見られる解放気孔の下部構造に見られるその構成の別の材料が選ばれる。
【０００４】
発泡体は三次元成形構成要素の熱成形における基礎材料として極めて広く普及している解決策である。当該技術分野で周知のとおり、種々の連続気泡及び独立気泡発泡体が基礎材料として使用されてきた。これらの発泡体の形成は、適正に制御されそして作業空間から排気されなければならない危険な且つ有毒なガスの発生という犠牲を払ってなされ、そして複雑な混合及び成形装置を必要とする。更に、このような発泡体が、ラミネート又は、以後複合成形構成体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｍｏｌｄｅｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ）と呼ばれる複合構成体（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓ）の形成において使用される場合には、発泡体層の対応する性能損失を伴う熱劣化及び光劣化により使用可能な寿命の期間が不十分であることが見いだされた。近年において、再利用できないという問題点と共に、発泡体の環境的に有害な副生物及び限定された構成要素の性能は、許容できないものであり且つ改善することが困難であることが見いだされた。
【０００５】
繊維基礎材料は、成形構成体（ｍｏｌｄｅｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）の性能を変えるか又は成形構成体の性能を最終用途に「適合させる」（“ｔｕｎｅ”）ように、プレフォームドマット（ｐｒｅ−ｆｏｒｍｅｄ  ｍａｔ）において種々の異なるステープル長、デニール及びポリマー組成繊維をブレンドできることにより、発泡体に代わる代替物として有利になってきた。ステープル繊維は、種々の異なるデニール及びステープル長並びに一成分又は多成分熱可塑性組成物から選ぶことができる。非熱可塑性繊維、例えば熱硬化性及び天然繊維を熱可塑性ブレンドに含ませて、強化要素として作用させそして改良された物理的性質を有する熱成形された三次元複合コンポジット（ｔｈｅｍｏｆｏｒｍｅｄ  ｔｈｒｅｅ−ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を与えることも可能である。しかしながら、このような構成体は組成均一性の損失を示し、その結果として、同じ組成構成体に再使用することしかできない。
【０００６】
新しい軽量の耐久性の成形物品の開発は、必要な構成要素を形成するのに必要な繊維基礎材料の量、性能に対するその構成要素の最終重量及び全体の物品の重量に対する影響に多大の関心を向けさせた。例えば、内装自動車パネルの如き構成体において、パネルの重量は、直接、重量及び車両製造及び運転の最終効率、並びに成形されたパネルの変形又は「たるみ」（“ｓａｇ”）に対する抵抗に影響を与える。劇場における音の減衰及び減少に使用される音響減衰シールド（ａｃｏｕｓｔｉｃ  ｄａｍｐｅｎｉｎｇ  ｓｈｉｅｌｄｓ）の如き構成体においては、軽量物品は、該パネルをつるすか又は取り付けるために、より少ない金物類（ｈａｒｄｗａｒｅ）を必要とするであろう。
【０００７】
繊維材料を直接成形構成体に形成することは当業者には周知の慣行である。前駆体マットに形成された繊維のブレンド、その直後の熱成形は、構成要素レベルの構成体の製造において日常的に実施されている。Ｗｅｉｎｌｅ等への米国特許第４，８４０，８３２号は、特に当該技術分野の状態の代表的なものであり、引用により本明細書に包含される。Ｗｅｉｎｌｅにより開示された方法は、厚地の（ｈｅａｖｙ  ｗｅｉｇｈｔ）前駆体マツトが使用される場合に適切であるが、マツトの重量が減少し、そして重要なことであるが、熱質量（ｔｈｅｒｍａｌ  ｍａｓｓ）が減少すると、成形構成体の性能は許容できないレベルに落ちる。Ｂｙｍａ等への米国特許第６，３２２，６５８号は、各層を所定の温度に差動的（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌｌｙ）に加熱し、層を型に挿入し、次いで層を一緒に圧縮することにより、一体に結合された複合ヘッドライナー（ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  ｈｅａｄｌｉｎｅｒ）を開示している。しかしながら、この方法は、靭性及び構造安定性の如き物理的性質の最適の性能を可能としない。
【０００８】
本発明は、三次元成形繊維構成要素（ｔｈｒｅｅ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ  ｍｏｌｄｅｄ  ｆｉｂｒｏｕｓ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を形成する方法であって、少なくとも部分的に熱可塑性のステープル長の繊維（ｓｔａｐｌｅ  ｌｅｎｇｔｈ  ｆｉｂｅｒｓ）を含んでなる均一な又は層状繊維プレフォームの熱履歴（ｔｈｅｒｍａｌ  ｈｉｓｔｏｒｙ）を、得られる複合構成体（ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ）の物理的性質が有意に高められるように制御する方法を包含する。
【０００９】
本発明は、開示された方法の実施の結果として改良された物理的制御は得られる構成体の坪量（ｂａｓｉｓ  ｗｅｉｇｈｔ）の有意な減少を可能とすることを更に包含する。
【００１０】
発明の要約
得られる成形された三次元複合構成体の物理的性質が有意に高められるように、少なくとも部分的に熱可塑性のステープル長の繊維を含んでなる均一な又は層状繊維プレフォームのサーモヒステリシスを制御する方法が開示される。特に、サーモヒステリシスは高められた温度のインキュベーション期間、その後の冷却期間を有する繊維プレフォームの処理を含んでなる特定の熱履歴の結果である。そのように処理された繊維プレフォームは、次いで慣用の熱成形方法により成形されて、得られる成形構成体に改良された靭性、強度及び構造安定性を与える。
【００１１】
熱可塑性繊維を含んでなる初期繊維プレフォームは、慣用の繊維レイダウン技術（ｆｉｂｅｒ  ｌａｙ−ｄｏｗｎ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）、例えば、カーディング、その後のクロスラッピング（ｃｒｏｓｓ−ｌａｐｐｉｎｇ）又はエアーレイイング（ａｉｒ−ｌａｙｉｎｇ）により製造される。次いで繊維プレフォームは高められた温度のインキュベーション期間に付され、それによりプレフォームを構成する繊維成分の少なくとも一部は溶融状態に達しそして繊維−繊維間結合（ｆｉｂｅｒ  ｔｏ  ｆｉｂｅｒ  ｂｏｎｄｓ）が開始される。溶融状態から冷却すると、２つの関連した機構が起こると考えられる。第１には、繊維−繊維間の結合は凝固し（ｓｏｌｉｄｉｆｙ）そして繊維材料の一体化されたプレフォームへの耐久性のある統合（ｄｕｒａｂｌｅ  ｉｎｔｅｇｕｒａｔｉｏｎ）を生じる。第２に、ポリマー成分繊維材料が冷却された状態に戻るにつれて、ポリマー成分の分子構造は影響を受けて高められた物理的性質の最終構成体を生じる。２つの機構の組合わさった効果は、熱及び圧力を加えることにより再加熱されそして三次元構成体に成形されるとき、未処理プレフォームから成形された構成体よりも高い性能レベルを有する構成体を生じさせる高められたレベルの強度を示す繊維プレフォームが得られることである。
【００１２】
そのように記載されるサーモヒステリシス効果は、初期の高められた温度のインキュベーション期間及び冷却期間の後圧縮工程を導入することにより更に高められる。この方法によって、加熱されたプレフォームは圧縮成形ステーションに移送され、そして加熱されたプレフォームは最大繊維プレフォーム厚さ（ｆｕｌｌ  ｆｉｂｅｒ  ｐｒｅ−ｆｏｒｍ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）より小さいが最大成形構成体厚さ（ｆｕｌｌ  ｍｏｌｄｅｄ  ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ  ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ）より大きいか又はそれに等しい範囲の深さに圧縮され、次いで能動的手段（ａｃｔｉｖｅ  ｍｅａｎｓ）又は周囲の手段により冷却される。次いで圧縮されたプレフォームを第２の高められた温度に再加熱しそして最終の深さ及び輪郭に圧縮することにより、最終成形構成体が形成される。
【００１３】
全体の圧縮されていない繊維プレフォームの高められた温度のインキュベーションが、繊維プレフォームの外側表面のみを高められた温度に付す手段により代替されることも想像される。繊維プレフォームの外側表面を優先的に加熱するための適当な手段は放射熱源を包含する。繊維プレフォームの外側表面が加熱されると、プレフォームは部分深さ圧縮工程（ｐａｒｔｉａｌ  ｄｅｐｔｈ  ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｓｔｅｐ）を伴い又は伴わないで冷却されうる。
【００１４】
最終構成体の熱履歴は最初の加熱工程と最後の成形工程との間の繊維プレフォームの熱環境を維持する手段により制御することもできる。熱的環境を制御するためのこのような手段は１つ又はそれより多くの熱絶縁層の使用及び当該技術分野で周知の能動的加熱要素の適用を含む。
【００１５】
熱絶縁層は、フルオロカーボンベースのポリマー、セラミックス及び熱硬化性樹脂において、一体的シート形態において又は成形表面のコーティングとして、見いだされる如き絶縁性を有するこれらの材料から製造することができる。熱絶縁層を使用する方法は、繊維プレフォームの上部及び下部表面上に熱絶縁層を一時的に重ね合わすことを含む。次いでサンドイッチ状繊維プレフォームを高められた温度のインキュベーション期間に付し、それによりプレフォームを構成する繊維成分の少なくとも一部は溶融した状態に達する。加熱されそしてサンドイッチされたプレフォームは次いで圧縮成形ステーションに送られ、そして加熱されたプレフォームは最終成形構成体の最大深さ（ｆｕｌｌ  ｄｅｐｔｈ）に圧縮される。成形されたプレフォームは次いで型から外され、そして必要ならば熱絶縁層は取り外されて、完成した三次元の成形された構成要素（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を表わす。
【００１６】
複合構成体は、複数の予め形成された織布、不織布又はフイルム表面仕上層（ｆｉｌｍ  ｆａｃｉｎｇ  ｌａｙｅｒｓ）を、単独で又は接着剤と組み合わせて、中間の圧縮工程期間中に繊維プレフォームとの面と面を突き合わせた並列に（ｆａｃｅ  ｔｏ  ｆａｃｅ  ｊｕｘｔａｐｏｓｉｔｉｏｎ）配置することができる上記の方法によっても想像される。
【００１７】
本方法は、三次元成形構成体及び三次元成形複合構成体の形成期間中ポリエステルさや／コア結合剤繊維及びマトリックス繊維ブレンドのサーモヒステリシスを制御して、高められた物理的性質を得るために実施された。認められるとおり、この技術は製造された最終の成形構成体の物理的性質を高めるために使用することができ、それにより広い種類の繊維、繊維ブレンド及び表面仕上層が使用される。
【００１８】
本発明は、図面を含む本発明の詳細な説明により更に容易に理解されるであろう。従って、本発明を説明するのに特に適している図面がここに添付されるが、しかしながら、このような図面は本発明を説明することのみを目的とし、必ずしもスケールが合っていないことは理解されるべきである。
詳しい記述
本発明は種々の形態の態様を許容しうるが、本発明の好ましい態様が図面に示されておりそして以後記述される。この開示は本発明の例示と理解されるべきであり、本発明を例示された特定の態様に限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。
【００１９】
本発明の適用はステープル長の繊維を含んでなる繊維プレフォームで開始される。ステープル長の繊維は部分的に又は全体的に熱可塑性ポリマーからなるステープル長の繊維から選ばれることができる。繊維のための適当なデニールは典型的には約１〜２０の範囲にあり、３〜１５の範囲が好ましい。この用途に適当な熱可塑性ポリマーはポリオレフィン、ポリアミド及びポリエステルを包含する。熱可塑性プラスチックは更に、ホモポリマー、コポリマー及び他の誘導体から選ぶことができ、これらは溶融添加剤又は界面活性剤が混合されているこれらの熱可塑性ポリマーを包含する。繊維のプロフィルは本発明の適用可能性に対する限定ではない。繊維プレフォームの繊維成分は、熱成形処置を許容する繊維プレフォームを与えるために約５０重量％より多くの熱可塑性繊維を含んでなることが予想される。繊維成分の残りは熱硬化性ポリマー繊維及び天然繊維からなることができる。
【００２０】
本発明の好ましい態様は、少なくとも２種の異なるタイプのステープル繊維のブレンドの使用である。第１のステープル繊維のタイプはポリエステルコア成分（ｃｏｒｅ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）とコポリエステルさや成分（ｓｈｅａｔｈ  ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を有する二成分系繊維（ｂｉ−ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ｆｉｂｅｒ）である。適当な高められた温度では、コポリエステルのさやは溶融しそして繊維−繊維連結部（ｆｉｂｅｒ−ｆｉｂｅｒ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ）に流れ込みそして繊維の結合を開始する。このタイプの繊維は結合剤繊維と呼ばれる。第２のステープル繊維のタイプはマトリックス繊維と呼ばれる大きなデニールのポリエステル繊維である。大きなデニールのポリエステル繊維の目的は、結合剤繊維により結合され、且つ繊維プレフォームにおけるポリマーの均一性を維持しながら、構造に弾性を付与することである。
【００２１】
成形構成体の製造期間中の取り扱いを容易にするためにステープル長の繊維はマットに形成される。ステープル長の繊維は、慣用の方法、例えば１つ又はそれより多くのカードの使用により横たえられて（ｌａｉｄ−ｄｏｗｎ）繊維バットにすることができる。１つ又はそれより多くのカードの下流の繊維再分配装置を使用することにより、バットを構成する繊維は、繊維バットが繊維方向性（ｆｉｂｅｒ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｉｔｙ）の利点を与えられるように、分布させ及び／又は配向させることができる。クロスラッパー（ｃｒｏｓｓ−ｌａｐｐｅｒ）の使用は、繊維バット内での９０°の相対的デパーチャー角（ｄｅｐａｒｔｕｒｅ  ａｎｇｌｅ）から外れるように配向された繊維の均一な分布が縦方向及び横方向強度性能の潜在的改良を与えるという点で特に有利であることが見いだされた。
【００２２】
繊維バットが固有の統合性を殆んど持たず、繊維バットの繊維プレフォームマットへの軽い又は中程度の強化（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）を必要とする。図３に示された如き機械的ニードリングは最も好ましい方法であった。何故ならば、機械的絡み合いは加工性の要求に依存して容易に調節することができ、しかも構造中に接着結合剤又は他の物質を導入しないからである。特に代表的な機械的ニードリングプロセスは、繊維バットの過剰の嵩（ｂｕｌｋ）を機械的ニードリングのための適当な高さに減少させるための圧縮ベルトの使用を含む。典型的には１０：１より大きい圧縮比が使用される。機械的ニードリングは、フォスター型ニードル（Ｆｏｓｔｅｒ  ｔｙｐｅ  ｎｅｅｄｌｅ）を有する約１００パンチ／平方インチ未満のプレニードラー（ｐｒｅ−ｎｅｅｄｌｅｒ）と、三角形型ニードル（ｔｒｉａｎｇｕｌａｒ  ｔｙｐｅ    ｎｅｅｄｌｅ）を有する約１００パンチ／平方インチを越えるニードラーの使用を含む２つの増加工程（ｉｎｃｒｅｍｅｎｔａｌ  ｓｔｅｐｓ）で行われる。マットに形成されると、繊維プレフォームはロールに巻き取るか又は後の加工のためにシートに切断することができる。
【００２３】
繊維プレフォームを熱処理するために、繊維プレフォームを高められた温度環境におくか又は高められた温度の表面と接触させる。連続形態又は有限の寸法のシート形態のいずれであれ、繊維プレフォームは対流オーブン中で加熱された空気の連続流により処理することができる。繊維プレフォームシートが所定の高められた温度に達すると、シートは場合により圧縮され、次いで冷却させられる。圧縮操作は、有限寸法シートのためのプレスプラテンに基づく平坦な、小円鋸歯状の（ｃｒｅｎｕｌａｔｅｄ）又は溝のある（ｆｌｕｔｅｄ）表面の形態において又は連続ロール材料ための適当に形成されたカレンダーロールにおけるニップとしてであることができる。
【００２４】
その活性化温度以下に加熱された繊維プレフォームの冷却は能動的手段（ａｃｔｉｖｅ  ｍｅａｎｓ）又は周囲の手段（ａｍｂｉｅｎｔ  ｍｅａｎｓ）により行うことができる。ライン速度及び装置のフットプリント（ｆｏｏｔｐｒｉｎｔ）を含む加工の制約に依存して、選ばれた冷却手段がこれらの制約に対して適切に使用される。必然的に滞留時間が短くなる高いライン速度を使用する場合には、能動的冷却環境は加工を促進するであろう。あるいは、有限寸法シートが形成されるべきであるならば、運搬、仕分け及び積み重ねにおける滞留時間は周囲の温度の冷却のために十分でありうる。
【００２５】
本発明のプロトタイプ繊維プレフォームの圧縮に使用される特定の装置が図１に示される。油圧式ラム１５がベース１０に取り付けられており、ベースは更に上部プラテン１２を固定するための直立部材（ｕｐｒｉｇｈｔｓ）１１を含んでなる。油圧式ラム１５に取り付けられているのは下部プラテン１４である。下部プラテン１４は、油圧式ラム１４を作動させそしてゲージ１７により測定されたとおりの圧力を加えることにより上部プラテン１２に対して移動する。繊維プレフォームの最大深さ（ｆｕｌｌ  ｄｅｐｔｈ）圧縮を防止するために、キーストック・スペーシング・シム（ｋｅｙ−ｓｔｏｃｋ  ｓｐａｃｉｎｇ  ｓｈｉｍ）１３及び１６が下部プラテン１４と上部プラテン１２との間に配置されて、キーストック選択により決定される有限高さの室を作り出す。上部プラテン１２及び下部プラテン１４は、構成体をホットプレス成形するために、高められた温度が望まれるときは、独立に加熱することもできる。
【００２６】
圧縮装置の適用は図２に示されている。パネルＡにおいては、第１の厚さを有する予熱された繊維プレフォーム２０Ａが、スペーシングシムの間に配置される。油圧式ラムが作動し、パネルＢに示された如き、スペーシングシムが上部プラテンに衝突するような点まで下部プラテンを上昇させる。プラテンをこの位置に有限の期間所定の圧力で残留させる。パネルＣにおいては、この有限期間の終了により、油圧式ラムは解放され、かくして下部プラテンを降下させる。第１の厚さより小さい第２の厚さを有する今や圧縮された繊維プレフォーム２０Ｂを次いで除去する。
【００２７】
熱処理された繊維プレフォームが製造されると、慣用の成形技術を使用して改良された性能の成形構成体を形成することができる。
【００２８】
熱サイクルプロセス期間中に複合構成体を形成することができることは本発明の範囲内にある。複合構成体は、表面仕上層（ｆａｃｉｎｇ  ｌａｙｅｒｓ）として薄いプレフォームされた材料の１つ又はそれより多くの層を更に含んでなる成形繊維プレフォーム（ｍｏｌｄｅｄ  ｆｉｂｒｏｕｓ  ｐｒｅ−ｆｏｒｍ）である。繊維プレフォーム上の１つ又はそれより多くの表面仕上層の組み合わせは、コアー単独が示すよりも良好な物理的性能を示す成形構成体を与える。繊維プレフォームと共にある表面仕上層はしばしば「Ｉ」ビーム複合体（“Ｉ”  ｂｅａｍ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）とも呼ばれる構造の性能特性を生じさせることが提唱される。表面仕上層のための適当な材料は織布、不織布及びフイルムを包含する。
【００２９】
【実施例】
下記の実施例により製造されて得られた成形構成体は構成体坪量（ｂａｓｉｓ  ｗｅｉｇｈｔ）及び部品深さ（ｐａｒｔ  ｄｅｐｔｈ）に関して１０％の標準偏差内にあることをここに宣言する。
【００３０】
比較実施例１
標準の厚地の（ｈｅａｖｙ  ｗｅｉｇｈｔ）繊維プレフォームを利用して、熱成形された材料を製造した。繊維プレフォームは、Ｋｏｓａ繊維型Ｃ５８として入手可能な、約１０クリンプ／インチを有する４．０デニール×２．５インチステープル長の炭素ドープドコポリエステル／ポリエステルさや／コア結合剤繊維７５重量％とブレンドされた、Ｋｏｓａ繊維型２９５として入手可能な約１０クリンプ／インチを有する１５．０デニール×３．０インチステープル長のポリエステルマトリックス繊維２５重量％からなっていた。このプレフォームの重量は１７６５グラム／平方メートル（ｇｓｍ）であった。
【００３１】
厚地の繊維プレフォームをＬａｂ−Ｌｉｎｅ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ’Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ対流オーブン、モデルＩｍｐｅｒｉａｌ  ＩＶ中に入れ、そして１８０℃で１０分間加熱した。インキュベーション期間が終了すると、加熱されたプレフォームを直ちに図１及び図２に示されたＣａｒｖｅｒ  Ｐｒｅｓｓ，Ｍｏｄｅｌ  Ｃに移した。下部プラテンの左側及び右側に２つの３．２ｍｍキーストック・スペーシング・シムを予め所定の位置に固定し（ｓｅｔ）、そして加熱したプレフォームをこれらのシムの間に固定した。プラテンは約２２℃の周囲の温度であった。次いで油圧式ラムを、下部プラテン及び上部プラテンがスペーシング・シムに接触するような点まで作動させた。この点で、油圧式ラムは、少なくとも１０００ポンド／平方インチの圧力レベルに達するまでスペーシング・シムに圧力を加え続けた。型を１．７５分間この位置に留まらせた。
【００３２】
比較実施例２
実施例１に記載したのと同様な材料であるが、この場合には、軽量の繊維プレフォームを利用する複合構成体であり、そして及び予め構成された不織布／接着剤の上部層及び下部層が適用された。プレフォームの近似的重量は７００グラム／平方メートルであった。不織布を外側表面仕上材（ｏｕｔｅｒ  ｆａｃｉｎｇ）として使用した。ポリエステル／コポリエステルのカーディングされたステープル繊維からなる不織布は、貫通空気熱接着（ｔｈｒｏｕｇｈ  ａｉｒ  ｔｈｅｒｍａｌ  ｂｏｎｄｉｎｇ）を適用して結合力のある布（ｃｏｈｅｓｉｖｅ  ｆａｂｒｉｃ）に一体化されそして１４４ｇｓｍの最終坪量を有していた。不織層の繊維プレフォームへの接着を更に高めるために接着剤フイルムも使用した。接着剤フイルムは、Ｂｅｍｉｓ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ，Ｉｎｃ．ｏｆ  Ｓｈｉｒｌｅｙ，Ｍａｓｓａｃｈｕｓｅｔｔｓ）により供給されたタイプ５２０９ポリエステルベースの接着剤フイルムであった。
【００３３】
層状プレフォームを対流オーブン内に置きそして１８０℃で７分間インキュベーションした。層状プレフォームは、カーディングされたステープルの貫流空気接着された不織布の第１の層、ポリエステルベースの接着剤フイルムの第１の層、軽量繊維プレフォーム、ポリエステルベースの接着剤フイルムの第２の層及びカーディングされたステープルの貫流空気接着された不織布の第２の層からなっていた。インキュベーション期間が終了すると、加熱された層状プレフォームをＣａｒｖｅｒ  Ｐｒｅｓｓ中に入れた。５ｍｍのスペーシング・シムを使用しそして２．０分の圧縮期間を使用した。
【００３４】
比較実施例３
比較実施例１に記載のものと同様な材料であるが、この場合には、繊維プレフォームの重量は１７１１ｇｓｍであり、プレフォームは１８０℃で１０分間インキュベーションされ、そして５．０ｍｍスペーシング・シム上で１０００ポンド／平方インチ以上で１．７５分間コールドプレスされた。
【００３５】
比較実施例４
比較実施例３に記載のものと同様な材料であるが、この場合には、繊維プレフォームの重量は９４５ｇｓｍであり、プレフォームは１８０℃で４．２５分間インキュベーションされ、そして５．０ｍｍスペーシング・シム上で１０００ポンド／平方インチ以上で１．２５分間コールドプレスされた。
【００３６】
比較実施例５
比較実施例２に記載のものと同様な材料であるが、この場合には、繊維プレフォームの重量は６８４ｇｓｍであった。層状繊維プレフォームは、繊維プレフォーム層から離れて配置された不織布層と接触している上部及び下部熱絶縁層を更に含んでなっていた。熱絶縁層は、Ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎからのＴｅｆｌｏｎ製品として入手可能な公称０．９ｍｍ厚さのフルオロカーボンポリマーシートからなっていた。熱絶縁層を有する全体の層状繊維プレフォームを成形の前に１８０℃の温度に７分間上昇させた。７．３ｍｍのスペーシング・シムを使用して２つの熱絶縁層の追加の厚さを補償し、そして再び２．０分の圧縮期間を使用した。
【００３７】
比較実施例６
比較実施例５に記載のものと同様な材料であるが、この場合には、１４４ｇｓｍの熱接着されたポリエステル／コポリエステルステープル繊維からなる２つの不織層は接着結合剤層を使用しないで繊維プレフォームの外側表面に取り付けられた。７．３ｍｍのスペーシング・シムを使用した。
【００３８】
比較実施例７
絶縁されていない繊維マットを連続方法において処理した。この方法では、表面を、又は約３ｍｍの圧縮下に結合剤を活性化するのに十分な温度に加熱した。次いでそれを活性化温度以下に冷却しそして圧力を解放した。
【００３９】
実施例１
本発明により製造された熱成形された材料は、比較実施例２に記載の如き層状繊維プレフォームを含んでなっていたが、この場合には、層状繊維プレフォームを最初に１８０℃で４．２５分間加熱し、次いで２２℃に冷却し、次いで記載の如く層にした。熱絶縁層を有する全体の層状繊維プレフォームを成形の前に７分間１８０℃の温度に上昇させた。７．３ｍｍのスペーシング・シムを使用して２つの熱絶縁層の追加の厚さを補償し、そして再び、２．０分間の圧縮期間を使用した。
【００４０】
実施例２
本発明により製造された熱成形された材料は比較実施例４に記載の如き繊維プレフォームを含んでなっていたが、この場合には、繊維プレフォームを最初に対流オーブンにおいて１８０℃で４．２５分加熱した。次いで加熱されたプレフォームを５．０ｍｍキーストック・シム上で１０００ポンド／平方インチ以上で１．７５分間圧縮した。次いで圧縮されたプレフォームを周囲の条件下に２２℃に冷却させた。次いで冷却され、圧縮された繊維プレフォームを加熱されたプラテン間で５．０ｍｍのシム上で圧縮し、その際プラテンは１．０分の期間にわたり約１９０℃であった。
【００４１】
実施例３
実施例２と同様な熱成形された材料であるが、この場合には、加熱されたプレフォームを７．２ｍｍキーストック・シムを使用して圧縮し、次いで５．０ｍｍのシム上でホットプレス成形した。
【００４２】
実施例４
実施例２と同様な熱成形された材料であるが、この場合には、７００ｇｓｍの繊維プレフォームを最初に１８０℃で３分間加熱し、次いで２２℃に冷却した。１４４ｇｓｍの熱接着されたポリエステル／コポリエステルステープル繊維からなる２つの不織表面仕上層は後に適用され、そして複合構成体は５．０ｍｍシム上で１８０℃で１分間圧縮された。
【００４３】
実施例５
比較実施例１と同様な熱成形された材料であるが、この場合には、対流オーブン中で加熱するのではなくて、繊維プレフォームの外側表面を、繊維プレフォームの面の繊維が統合されるような時まで、少なくとも１８０℃の高められた温度の放射熱源と直接接触させた。この表面トポグラフイーは図７における処理された材料に対して図５に示された未処理材料において示される。次いで表面加熱された繊維プレフォームを２２℃の周囲の温度に冷却させる。次いでプレフォームを対流オーブン中で１８０℃で７分間加熱する。熱絶縁層を前記した如き７．３キーストック・シムと共に使用し、加熱されたプレフォームを次いで１０００ポンド以上で２分間圧縮した。
【００４４】
実施例６
比較実施例６と同様な熱成形された材料であるが、この場合には、繊維プレフォームの外側表面を１８０℃の高められた温度の放射熱源に１分間暴露し、２２℃周囲の温度に冷却し、次いで不織布表面仕上層及び熱絶縁層と共にプレフォームとして使用した。接着剤層は設けなかった。
【００４５】
実施例７
絶縁された繊維マットを連続法で処理したが、この方法では、表面を又は約３ｍｍの圧縮下に結合剤を活性化するのに十分な温度に加熱した。次いでそれをその活性化温度以下に冷却しそして圧力を解放した。
【００４６】
実施例８
繊維マットを連続法で処理したが、この方法では、表面を又は約３ｍｍの圧縮下に結合剤を活性化するのに十分な温度に加熱した。次いでそれをその活性化温度以下に冷却しそして圧力を解放した。次いでこのプレフォームを貫流空気接着され、カーディングされた繊維の２つの接着コーティングされた表面仕上層及び追加の美的層（ａｅｓｔｈｅｔｉｃ  ｌａｙｅｒ）と共に熱成形した。
【００４７】
実施例９
繊維マット及び２つの接着剤コーティングされた表面仕上層を連続法で処理したが、この方法では、マットの表面は又は約３ｍｍの圧縮下に結合剤成分を活性化させるのに十分な温度に達した。次いで構成体を活性化温度以下の温度に冷却しそして圧力を解放した。次いでこのプレフォームを追加の美的層と共に熱成形した。
【００４８】
上記材料の各々を、２２℃の周囲の温度で少なくとも２４時間そのままにした（ａｌｌｏｗｅｄ  ｔｏ  ｒｅｓｔ）後、性能について試験した。表１−５に与えられたデータは３インチ×６インチのサンプルに対するＡＳＴＭ  Ｄ−７９０から誘導された三点屈曲試験（ｔｈｒｅｅ−ｐｏｉｎｔ  ｆｌｅｘ  ｔｅｓｔ）を行った結果を示す。試験パラメーターは、５０ポンド圧縮セルを利用するＭｏｄｅｌ  １１２２Ｉｎｓｔｒｏｎの使用を含む。ノースピース（ｎｏｓｅｐｉｅｃｅ）は０．３ｃｍ半径×５．５ｃｍ幅からなる。試験スパンは９．５３ｃｍだけ離れた２つの１．２ｃｍ径の台（ｒｅｓｔｓ）からなっていた。表５は表示的な商業的スケールのプロセスラインの結果を示す。
【００４９】
表１及び表３の両方とも比較方法で開発された２つの構成体を示し、１つの構成体は２つの熱絶縁層を利用して開発されそして他方の構成体は熱絶縁層なしで開発された。熱絶縁層を利用して開発された構成体は熱絶縁層なしに開発されたこれらの構成体に対する剛性の改良を示した。表２はより低い坪量でやはり比較方法で開発された２つの構成体を示すが、しかしながら、実施例５の構成体は構成体の剛性を増加させる追加の繊維層を含んでなる。表４は表示的な商業的ラインプロセスを示すデータを具現し、剛性の改良は十分に示される。
【００５０】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【図１】
成形の前に繊維プレフォームを圧縮するための装置の略図である。
【図２】
操作中である図１に記載の装置の略図である。
【図３】
繊維プレフォームを機械的ニードリングするための好ましい手段の略図である。
【図４】
表示する商業的プロセスラインのための好ましい手段の略図である。
【図５】
比較実施例１の繊維の隙間構造を示す７．５倍の倍率の断面顕微鏡写真である。
【図６】
比較実施例１の表面トポグラフィーを示す５．５倍の倍率の頂面顕微鏡写真である。
【図７】
実施例３の繊維の隙間構造を示す７．５倍の倍率の断面顕微鏡写真である。
【図８】
実施例３の表面トポグラフィーを示す５．５倍の倍率の頂面顕微鏡写真である。
【図９】
実施例１の繊維隙間構造及び外側不織表面仕上層を示す７．５倍の倍率の断面顕微鏡写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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