(57)【要約】  本発明は、反応性熱可塑性マトリックス材料を有する少なくとも１つの連続繊維強化半完成織物繊維製品（１５）から製造された繊維強化プラスチック部品（１）の製造方法及び製造装置に関連し、半完成繊維製品（１５）の製造中に繊維と反応性熱可塑性マトリクス材料の複合体から成るトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）が生じる。本発明に従って、半完成繊維製品（１５）の製造中に得られるトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）は、更なる部品（１９）の製造のために反応性、未重合出発材料としてリサイクレート（Ｒ）の提供のためにリサイクルユニット（ＶＩＩ）に供給される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化プラスチック部品（１）の製造のためのプロセス装置であって、
反応性熱可塑性マトリックス材料を有し、特に、繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）の形成を伴う少なくとも１つの連続繊維強化半完成織物繊維製品（１５）を提供するための製造及びアセンブリユニット（Ｉ、ＩＶ）と、
反応性熱可塑性マトリックス材料を有する繊維強化半製品繊維製品（１５）が重合温度より高い温度に加熱されると同時に、必要なプラスチック部品（１）の形状に加圧及び／又は熱成形されるプレスユニット及び／又は熱成形ユニット（Ｖ）と、を有し、
更なる部品（１９）の製造又は部品（１）の機能化のために、反応性で未だ重合していない出発材料としてのリサイクレート（Ｒ）の準備のため繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）が供給され得るリサイクルユニット（ＶＩＩ）を有するプロセス装置。
【請求項２】
内部で熱の導入の結果としてリサイクレート（Ｒ）の重合と共に部品（１９）が製造される成形ユニット（ＶＩＩＩ）を有する請求項１に記載のプロセス装置。
【請求項３】
成形ユニット（ＶＩＩＩ）は、リサイクレート（Ｒ）がその溶融温度より高くその反応温度より低い温度で溶融され得る押出機又は計量設備（２１）を有し、溶融されたリサイクレート（Ｒ）は、押出機又は計量設備（２１）により反応温度以上の温度に加熱された成形金型（２５）に導入され得る請求項２に記載のプロセス装置。
【請求項４】
リサイクレート（Ｒ）は、溶融温度以上に事前に加熱されることなく、成形ユニット（ＶＩＩＩ）の成形金型（２５）のモールドキャビティ（２３）に固体凝集状態で導入され得、そして成形金型（２５）のモールドキャビティ（２３）が閉鎖している時にのみ、リサイクレート（Ｒ）が溶融し、モールドキャビティ（２３）内に散布され、そしてそこで重合する請求項２に記載のプロセス装置。
【請求項５】
リサイクリングユニット（ＶＩＩ）は、供給されたトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）が特定の繊維長に粉砕され得る切削ミル等の粉砕アセンブリを有する請求項１から４の何れか１項に記載のプロセス装置。
【請求項６】
マトリックス材料（ｍmatrix）及び／又は任意に増粘剤等の添加剤が、リサイクルユニット（ＶＩＩ）を通過したトリミング残留物（ｍＡ、ｍＲ）に添加され得る請求項３に記載のプロセス装置。
【請求項７】
織物構造体（７）から成る少なくとも１つの連続ウエブは、連続プロセスで製造ユニット（Ｉ）内で反応性熱可塑性マトリックス材料の液体出発成分（８）に予備含浸され得、製造ユニット内には切断ユニット（ＩＩ）があり、含浸後、エッジトリミングが行われ、そこでは、結果としての予備含浸された連続構造体（７）がサイズ調整されて反応性熱可塑性マトリックス材料を有する連続繊維強化半完成織物繊維製品が生成され、具体的に繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るエッジトリミング残留物（ｍＲ）が形成される請求項１に記載のプロセス装置。
【請求項８】
アセンブリユニット（ＩＶ）において、連続繊維強化半完成織物繊維製品（１５）は、レイアップ手順で互いに層状に重ね合わされて層パッケージ（１６）を生成し、又はアセンブリトリミングが行われ、その中で半完成繊維製品（１５）が繊維強化プラスチック部品（１）の最終形状に従ってサイズ調整され得、そして具体的に繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るアセンブルトリミング残留物（ｍＡ）を形成する請求項１に記載のプロセス装置。
【請求項９】
反応性熱可塑性マトリックス材料を有する少なくとも1つの連続繊維強化半完成織物繊維製品（１５）から製造された繊維強化プラスチック部品（１）の製造方法であって、半完成繊維製品（１５）の製造中に繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）が生じ、半完成繊維製品（１５）の製造中に得られるトリミング残留物（ｍＲ、ｍＡ）は、更なる部品（１９）の製造又は部品（１）の機能化のために反応性で未だ重合されていない出発材料としてのリサイクレート（Ｒ）の準備のためにリサイクルユニット（ＶＩＩ）供給される製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部に記載の繊維強化プラスチック部品の製造のためのプロセス装置、及び請求項９の前提部に記載のこのプラスチック部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック部品は、プリプレグとして知られている半完成織物製品の助けを借りて製造することができる。反応性プリプレグは、織物繊維材料を、重合開始温度より低い温度で、活性成分、すなわちまだ未重合の熱可塑性マトリックス材料で予め含浸させることによって製造される。繊維強化プラスチック部品は、プリプレグを積み重ねて互いに重ね合わせ、レイアップ手順において層パッケージを生成し、これを熱成形プロセス又はプレスプロセスにかけることによって成形される。
【０００３】
特許文献１は、反応性プリプレグ、すなわちポリアミドマトリックスを有する連続繊維強化半製品シート製品の製造のためのこの一般的なタイプの方法を開示している。このプロセスは、繊維構造を、ポリアミドマトリックスの液体出発成分、すなわち添加された触媒及び／又は活性化剤を含む溶融ラクタムに、更に特別には連続プロセスで、予め含浸させることによって開始される。含浸後、予め含浸された連続繊維構造体は、繊維強化半完成品を得るために切断ユニットでサイズ調整され、スタックを形成するために積み重ねユニットに相互に重ね合わされる。このプロセスのさらなる過程において、予め含浸された半完成繊維製品は、半完成繊維製品がレイアップ手順において相互に重ね合わされ、必要な部品の最終形状に従うサイズに切断されるアセンブリユニットに輸送される。次いで、得られた層パッケージを金型に入れる。その後、プレス工程又は熱成形工程において重合開始温度より高い温度で成形が行われる。このように予備含浸ラクタムは重合してポリアミドを生成する。繊維強化された半製品シート製品を同時に熱成形／プレス加工することにより、要求された部品の意図された形状に変換される。
【０００４】
完成したプラスチック部品の最終的なトリミングは、仕上げユニット内で、具体的には繊維と重合したマトリックス材料の複合体から成る最終的なトリミング残留物の形成によって行うことができる。最終トリミング残留物は、リサイクルユニットに配送することができ、特許文献２の例として示されているように、射出成形又はプレスプロセスでの使用のためのリサイクレートを生成するためにリサイクルユニットで更に処理され得る。したがって、簡単な粉砕及び押出によって、熱可塑性マトリックスに基づく部品を、例えば、射出成形部門における新しい用途に導入することが可能である。ここで熱可塑性マトリックスに基づく繊維複合体の基本的な利点は、優れたリサイクル特性にある。単純な溶融及び再顆粒化は、繊維及びマトリックスの均質混合をもたらす。得られたリサイクル顆粒は、非常に幅広い種類の用途のための高品質原料として再利用することができる。
【０００５】
上に概説したプロセスシーケンスの問題点は、前述の最終的なトリミング残留物に加えて複数の残留物もまた、プロセスのより早い接合部で生成されることである：エッジトリミング残留物（半完成繊維製品のサイズ調整からの）及びアセンブリトリミング残留物である。最終トリミング残留物とは異なり、エッジトリミング残留物及びアセンブリトリミング残留物は、まだ重合されておらず、したがって上記のリサイクルプロセスでは更に処理することができない。したがって、エッジトリミング残留物及びアセンブリトリミング残留物は、リサイクル不可能な廃棄物としてプロセスシーケンスから脇へそらされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】WO 2012/116947 A1
【特許文献２】EP 2 666 805 B1
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、繊維強化プラスチック部品を製造することができ、先行技術と比較して改良されたリサイクルのコンセプトを含む、製造装置更には製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、請求項１又は請求項９に記載の特徴により達成される。従属する請求項は、本発明の好ましい実施の形態を開示している。
【０００９】
請求項１の特徴部分により、製造装置はリサイクルユニットを有し、繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成るトリミング残留物が供給され得る。トリミング残留物に基づいて、リサイクルユニットは、例えばリブ構造により、部品の製造又は部品の機能化のための反応性の高い、まだ未重合の出発材料として役立つ、リサイクレートを提供する。
【００１０】
１つの好ましい変形した実施の形態では、成形ステーションを製造装置に割り当てることができる。この成形ステーションは、熱の導入の結果としてのリサイクレートの重合を伴う部品の製造のための場所である。成形ユニットにおける完全に満足できる重合に関する点は、未だ重合されていないリサイクレートは環境と接触しないこと、すなわち、加工性を害する、特に重合反応を害する大気中の水分、酸素、紫外線等と反応しないことである。このような環境との不都合な反応を避けるために、リサイクレートは、空気、光及び／又は水分を排除する条件下で重合されるまで乾燥及び／又は貯蔵される。
【００１１】
１つの技術的な実施の形態では、成形ユニットは、押出機又は計量設備を有することができる。その中で、リサイクレートは、溶融温度以上、反応温度以下に溶融され得る。溶融したリサイクレートは、押出機又は計量設備により、反応温度以上の温度に加熱される成形金型のキャビティに導入される。反応温度に加熱された金型への導入は、例えば、射出成形アセンブリのダイを介して、又は計量システムの噴射ヘッドを介して、開放又は閉鎖した成形金型に入れられる。
【００１２】
閉鎖又は開放した金型（例えば、反応性マトリックスを有するＬＦＴプレス操作）への導入の他に、他の方法も考えられる。例えば、リサイクレートの射出圧縮成形である。
【００１３】
これに代わるものとして、リサイクレートは、事前に溶融することなく、成形ユニットの成型金型の成型キャビティに固体凝集状態で導入され得る。この場合、リサイクレートは、例えば、成形金型の金型キャビティが閉鎖されている場合のみ、溶融され、金型キャビティ内に分配され、そこで重合されても良い。他の成型プロセスとの組み合わせも考えられる。例えば、連続繊維強化キャストＰＡプリプレグのプレス加工である。挙げることのできる例は、反応性リサイクレートからの短繊維強化キャストＰＡリブのインモールド射出成形又はインモールド圧縮成形である。
【００１４】
リサイクルユニットに通されるトリミング残留物の大きさは、リサイクレートとして更に処理される前に、例えば、切断機で粉砕されるような大きさであっても良い。粉砕操作の後に、好ましく、トリミング残留物は、調整可能で均一な繊維長さ（短繊維から長繊維）を有する。既に上述したように、反応性マトリックス材料の大気湿分による汚染を回避するために、粉砕前後のトリミング残留物の中間貯蔵、及び粉砕加工そのものは、乾燥した雰囲気で行われる。
【００１５】
必要な部品の繊維体積分率と比較して、リサイクルユニットに供給されるトリミング残基は、増加した繊維の体積分率を有することがある。 この背景に対して、リサイクレートの必要な繊維体積含有量に応じて、反応性マトリックス材料及び／又は任意に添加剤、例えば増粘剤を、リサイクルステーションに送られるトリミング残留物に添加することができる。
【００１６】
製造プラントにおいて、織物構造で作られた少なくとも１つの連続ウェブは、連続プロセスにおける製造ユニット内で反応性の熱可塑性マトリックス材料の液体出発成分で予備含浸され得る。含浸後、エッジトリミングが行われる。そこでは、予備含浸された連続構造体は、切断ユニット内でサイズ調整され、反応性を有する、すなわち未重合の熱可塑性マトリックス材料を有する連続繊維強化半完成織物繊維製品（プリプレグ）が生成される。サイズ調整は、繊維と反応性熱可塑性樹脂の複合体から成るエッジトリミング残留物の形成を伴って行われる。製造技術に関連する理由のために、エッジトリミング残留物中の繊維は、マトリックス材料によって完全に濡らされていない。実際、マトリックス材料は、エッジトリミング残留物の幾つかの部分に全く存在しなくても良い。したがって、エッジトリミング残留物中の繊維の割合は非常に高い。
【００１７】
このプロセスの更なる過程において、プリプレグは積み重ねて相互に重ね合わされてスタックを生成し、格納され、必要に応じてアセンブリユニットに搬送される。 アセンブリユニットにおいて、プリプレグは、相互に積層されてレイアップ手順で層パッケージを生成する。その後、繊維強化プラスチック部品の最終形状に従うサイズに層パッケージを切断するアセンブリトリミング手順を行うことができる。アセンブリトリミング残留物は、工程中に製造され、繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料の複合体から成る。エッジトリミング残留物とは異なり、アセンブリトリミング残留物は、マトリックス材料によって完全に取り囲まれている、すなわち完全に含浸されており、繊維の割合は、完成した繊維強化プラスチック部品の繊維の割合に対応する。
【００１８】
使用される反応性熱可塑性マトリックス材料は、好ましくはカプロラクタム（キャスティングＰＡとして周知）である。カプロラクタムではなく反応性熱可塑性マトリックス系の例は、ラウロラクタム及び環状ブチレンテレフタレート等である。繊維材料は、可能性のある繊維の何れでもあり得る。ガラス、炭素、玄武岩、アラミドで成る繊維を使用するか、又はこれらを組み合わせて使用することが好ましい。これらの配置は大きく変化可能であり、例えば織物、敷設スクリム及び一方向性材料である。カプロラクタムの重合は約１５０℃の反応温度を使用し、この温度でカプロラクタムがポリアミド（ＰＡ６）を生成する。ＰＡ１２又はＣＢＴ、ＰＢＴを生成するラウロラクタムのような他の反応性材料については、それぞれの材料に適した温度を選択しなければならない。
【００１９】
上記で説明した、及び／又は従属請求項に記載した有利な本発明の実施の形態は、明白な依存性がある場合や、組み合わせられない選択肢がある場合を除いて、個々に又は互いに所望の組み合わせで使用することができる。
【００２０】
本発明及びその有利な実施の形態、及びそれらの利点は、図面を参照して以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】繊維強化プラスチック部品の製造のためのそれぞれのプロセスユニットを示す。
【図２】繊維強化プラスチック部品の製造のためのそれぞれのプロセスユニットを示す。
【図３】繊維強化プラスチック部品の製造のためのそれぞれのプロセスユニットを示す。
【図４】繊維強化プラスチック部品の製造のためのそれぞれのプロセスユニットを示す。
【図５】リサイクルユニット及び関連する予備ユニットを含むプロセスシーケンスのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１〜４は、本発明の理解に必要な程度まで、繊維強化プラスチック部品１（図３及び図４）を製造するためのプロセスユニットＩ〜ＶＩを示す。適切な方法で、製造ユニットＩは最初に、例えば、連続プロセスにおいて、２つの繊維層２をポリアミド又は他の適切な材料で作られた第1のフィルム３をその間に挿入して連続的な搬送ベルト５上に載せる。得られた織物層構造体７は、反応性熱可塑性マトリックス材料、例えばラクタム等の出発成分８で浸され、特に反応性熱可塑性マトリックス材料の出発成分の重合のための開始温度より低い温度で熱１０に晒されている 図１に示されるフィルム２及び９は、純粋に例示的な方法で描かれており、本発明を実現するためには必要でない。
【００２３】
このプロセスの次の過程で、第２のフィルム９もまた貼り付けられ、織物層構造体７は冷却ユニット１１で冷却され（すなわち、強化され）、また下流の切断ユニットＩＩでサイズ調整されて個々の予備含浸された半完成織物繊維製品１５を生成する。切断ユニットＩＩでは、エッジトリミングが行われ、そこでは予備含浸された連続構造体７がサイズ調整され、連続繊維強化半完成織物繊維製品１５（以下、プリプレグという用語も使用される）を生成する。エッジトリミング残基ｍＲは、このようにして製造され、繊維と反応性（すなわち、まだ未重合の）熱可塑性マトリックス材料の複合体から成る。エッジトリミング残留物ｍＲは、廃棄物としてのプロセスシーケンスからそらされる。エッジトリミング残基ｍＲ中の繊維は、反応性マトリックス材料によって完全に濡らされていないか、又はマトリックス材料が存在しない場合に存在する。したがって、エッジトリミング残基ｍＲにおける繊維の割合は非常に高い。
【００２４】
サイズトリミングされた半完成織物繊維製品１５は、後続の積み重ねユニットＩＩＩにおいて互いに重ね合わされてスタックを生成し、貯蔵される。スタックに互いに重ね合わされた半完成繊維製品１５は、必要に応じて、工程の下流にある図２に示されたアセンブリユニットＩＶに移送される。アセンブリユニットＩＶでは、予備含浸された半完成織物繊維製品１５は、サイズに切断され、層状に相互に重ね合わされて、層パッケージ1６を生成する（図２）。更に、層パッケージ１６を生成するために相互に重ね合わされたプリプレグ１５は、完成したプラスチック部品１にかかる積載要件及び幾何学的要件に応じてサイズに切断される。これにより、アセンブリトリミング残差ｍＡとしてプロセスシーケンスからそらされる更なる廃棄物をもたらす。アセンブリトリミング残留物ｍＡは、繊維と反応性熱可塑性マトリックス材料から成る複合体を構成する。エッジトリミング残留物ｍＲにおけるものとは異なり、アセンブリトリミング残留物ｍＡの繊維は、マトリックス材料によって完全に包囲されている、すなわち完全に含浸されている。したがって、アセンブリトリミング残留物ｍＡにおける繊維の割合は、エッジトリミング残留物ｍＲにおけるよりも低く、本質的に、完成したプラスチック部品１における繊維の割合と同じである。
【００２５】
このプロセスの更なる過程において、層パッケージ１６は、図３の概略図に示されているプレスユニット及び／又は熱成形ユニットＶに移送される。図３では、層パッケージ１６が重合温度より高い温度に加熱され、同時に熱成形／プレスされて所要のプラスチック部品１の形状が得られる。仕上げユニットＶＩ（図４）では、これはプロセスの下流であり、プラスチック部品１は、例えば、熱成形手順に必要な外装部品エッジ１７がプラスチック部品１から取り除かれるエッジトリミングを受け、具体的には最終トリミング残留物ｍＥの形成によって繊維と重合したマトリックス材料とから成る複合体を構成する。
【００２６】
図５のプラスチック部品１の製造のためのプロセスシーケンスＩ〜ＶＩに関連して、リサイクルユニットＶＩＩがあり、その中に未だ重合されていないエッジトリミング残留物及びアセンブリトリミング残留物ｍＲ、ｍＡが通過する。リサイクルユニットＶＩＩ内では、適切な場において、トリミング残基ｍＲ、ｍＡを所定の繊維長に粉砕するように配置された造粒機があっても良い。リサイクルユニットＶＩＩでは、トリミング残留物ｍＲ、ｍＡは、一緒になってリサイクレートＲを生成し、これは繊維と反応性の熱可塑性マトリックス材料の複合体から成り、更なる部品１９を製造するための反応性で未だ未重合の出発材料を形成する。
【００２７】
図５から明らかなように、リサイクルユニットＶＩＩの下流に成形ユニットＶＩＩＩがあり、このユニットＶＩＩＩで熱の導入の結果としてリサイクレートＲの重合を伴い部品１９が製造される。技術的な実施の形態では、成形ユニットＶＩＩＩは、単に示されている計量設備２１を有することができ、この中で、リサイクレートＲは、その溶融温度以上でその反応温度より低い温度に溶融される。溶融したリサイクレートＲは、計量設備２１により、反応温度以上の温度に加熱された成形金型２５のモールドキャビティ２３に導入される。換言すれば、導入後に、モールドキャビティ２３で溶融したリサクレートＲの重合が行われる。
【００２８】
図５のリサイクルユニットＶＩＩは、 リサイクルユニットＶＩＩ内で、トリミング残留物ｍＲ、ｍＡに供給される反応性マトリックス材料ｍmatrix及び／又は任意に増粘剤等の添加剤のための供給装置２７を更に有する。このようにして、製造される部品１９の必要な繊維体積含有量を適合させることが可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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2018507127.tif 000009
2018507127.tif 000010
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