(57)【要約】  強化繊維または強化フィラメントからなる１つまたは複数のレイヤーを含む繊維複合材料であって、その繊維複合材料と接合された１つまたは複数の、テープヤーンからなるレイヤーを含む前記繊維複合材料、ならびにその製造方法が提案される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
強化繊維または強化フィラメントからなる１つまたは複数のレイヤーと、該レイヤーと接合された１つまたは複数の、テープヤーンからなるレイヤーとを含む繊維複合材料。
【請求項２】
強化繊維または強化フィラメントの少なくとも１つのレイヤーが、テープヤーンからなる２つのレイヤーの間にあることを特徴とする、請求項１に記載の繊維複合材料。
【請求項３】
強化繊維または強化フィラメントが、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維および／またはアラミド繊維を含む群から選択されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の繊維複合材料。
【請求項４】
テープヤーンのヤーンが、脂肪族ポリアミド、例えばポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリアミド４．６、芳香族ポリアミド、例えばＰＰＡ、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、またはポリプロピレンヤーンであることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項に記載の繊維複合材料。
【請求項５】
強化繊維または強化フィラメントが、同じくテープヤーンとして存在していることを特徴とする、請求項３または４に記載の繊維複合材料。
【請求項６】
強化繊維または強化フィラメントからなる１つまたは複数のレイヤーが、１つまたは複数の、テープヤーンからなるレイヤーと接合されることを特徴とする、繊維複合材料を製造するための方法。
【請求項７】
テープヤーンが、実質的にポリアミド６ヤーンまたはポリプロピレンヤーンからなることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
テープヤーンからなるレイヤーを、１つまたは複数のローラーからねじれなしに巻き出すことを特徴とする、請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
強化繊維または強化フィラメントを、同じくテープヤーンレイヤーとして供給することを特徴とする、請求項６から８までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
繊維複合材料を、続いて熱により、および／または加圧下に固定させることを特徴とする、請求項６から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
強化繊維または強化フィラメントからなるレイヤーを、ねじるか、もしくは撚り合わせることによって互いに固定させることを特徴とする、請求項６から９までのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
強化繊維または強化フィラメントが、炭素繊維、ガラス繊維、バサルト繊維およびアラミド繊維を含む群から選択されていることを特徴とする、請求項６から１１までのいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維・マトリックス半製品（いわゆる「ロービング」）、ならびにその製造方法に関する。特に、本発明は、熱可塑性マトリックスを有する繊維複合材料を製造するための繊維−マトリックス半製品を対象としている。その繊維・マトリックス半製品からの製品は、例えば、現在特に自動車製造および航空機製造で使用されるオーガニックシート（Ｏｒｇａｎｏｂｌｅｃｈｅ）であってよい。詳細な可能性は、フロントエンド、座部、支柱およびペダルの製造にある。
【０００２】
オーガニックシートは、繊維・マトリックス半製品である。オーガニックシートは、熱可塑性のプラスチックマトリックスに埋め込まれた、エンドレス繊維の織物または積層体からなるものである。熱可塑性マトリックスの利点は、高い自動化可能性、例えば連続的な製造の高い自動化可能性、および半製品の熱間成形性、およびその結果として慣用の熱硬化性樹脂の繊維複合材料と比べて比較的短いプロセス時間である。このことは、特に、プロセス時間の短い自動車産業では非常に重要である。頻繁に使用される繊維材料は、ガラス、アラミド、および炭素（カーボン）である。織物および積層体の場合、繊維を互いに直交させることもできるため、機械的特性、例えば剛性、強度および熱膨張率は、それらの金属の典型例におけるよりもより望ましく定義することができる。金属シートと比べて、引張挙動および圧力挙動は均整が取れていない。
【０００３】
通常、高強度の熱可塑性繊維複合材料の製造は、まず、大量の連続的なエンドレスフィラメント、例えば炭素繊維、アラミド繊維またはガラス繊維を強化繊維としてインサートすることによって行われる。その後、熱可塑性接着剤（例えば、ポリアミド樹脂、熱可塑性ポリウレタンまたはポリエステル）からなるマトリックス材のサイズ剤が、強化繊維の上および／または下に塗布される。その後、繊維複合材料を得るために、マトリックス材を温度によって、および場合により圧力によって溶融させる。そのような方法は、例えばＷＯ２００５／０３３３９０Ａ２に開示されている。
【０００４】
当然、架橋性材料などからのマトリックス材も一般的であり、当業者に自体公知である。
【０００５】
オーガニックシートとして適用するために、ハイブリッド繊維複合材料が使用されてもよく、ここで、強化フィラメントのほかに、マトリックス材として用いられる別のフィラメントを入れることができる。好ましくは、このフィラメントは単一方向に配向されており、このことは、例えば好適なガイド装置および糸ガイドユニット（Ｆａｄｅｎｌｅｉｔｏｒｇａｎｅ）を用いてフィラメントを単離することによって達成可能である。最後に、複合材料を熱により、または化学的に製造するため、ここでもう一度マトリックス材もしくは定着剤が塗布される。
【０００６】
ハイブリッド繊維複合材料を製造するための公知の方法は、マトリックス材の均一な塗布が往々にして実行しにくいことが欠点である。それに加えて、頻繁に種々のフィラメントを単離もしくは開繊（ａｕｆｇｅｓｐｒｅｉｚｔ）しなければならなくなり、このことは、このフィラメントの機械的特性が異なる場合に問題をもたらすことがある。
【０００７】
本発明は、この問題を、強化繊維または強化フィラメントからなる１つまたは複数のレイヤーを含む繊維複合材料であって、その繊維複合材料と接合された、１つまたは複数の、テープヤーン（Ｂａｅｎｄｃｈｅｎｇａｒｎｅｎ）からなるレイヤーを含む繊維複合材料を提供することによって解決する。
【０００８】
本発明の範囲では、「テープヤーン」という用語は、単一方向に配向されたフィラメントが広げられた配列であると理解され、ここで、配列の幅対厚さの比は、少なくとも１０：１、好ましくは５０：１、より好ましくは４０：１、最も好ましくは３０：１であり、例えば厚さ０．２ｍｍおよび幅６ｍｍである。この配列は、好適な結合剤、例えばサイズ剤または熱可塑性接着剤を用いて定着される。
【０００９】
テープヤーンとして、ＷＯ２０１３／１１７７２８に記載されている材料が使用されるのが好ましい。それらの材料の大きな利点は、取り扱いが容易であること、マトリックス材が特に均一に分布していること、短時間の圧密過程（Ｋｏｎｓｏｌｉｄｉｅｒｕｎｇｓｗｅｇｅ）を達成すること、およびきわめて均一な生成物を得ることにある。例えば、ねじれなしに巻き取られたテープヤーンは、容易に運搬して、現場で使用することができる。
【００１０】
本発明による繊維複合材料の場合、強化繊維または強化フィラメントの少なくとも１つのレイヤーが、テープヤーンからなる２つのレイヤーの間にあるのが好ましい。このサンドイッチ構造によって、きわめて均一な中間生成物が形成し、この中間生成物は、容易かつ経済的な方法で後続工程においてさらに加工することができる。
【００１１】
それゆえ、本発明による繊維複合材料は、そのテープヤーン中にポリアミド６、ポリアミド６．６、ポリエステル、例えばポリエチレンテレフタレート、またはポリプロピレンからなるヤーンを含むのが好ましい。そのような好ましいテープヤーンは、例えばＰＨＰ  Ｆｉｂｅｒｓ社（ドイツ、Ｏｂｅｒｎｂｕｒｇ）のＥｎｋａ  ＴｅｃＴａｐｅという名称で提供される。
【００１２】
当然、テープヤーンを別の材料から製造することもできる。したがって、例えば、テープヤーンが、通常強化繊維または強化フィラメントとして使用される材料からなることが可能であり、かつそうであることも好ましい。例えば、テープヤーンは、ガラスマルチフィラメントヤーンから製造されてよく、ここで、フィラメントは、同じく広げられており、実質的に互いに平行してプロセスで使用される。好適には、このガラスマルチフィラメントは、好適なサイズ剤で定着されており、好ましくは１２０００ｄｔｅｘ  ｆ２０００の繊度のマルチフィラメントヤーンからなり、同じく接着活性であるのが好ましい。
【００１３】
それらの理由から、本発明は、繊維複合材料も対象としており、ここで、同じく強化繊維もしくは強化フィラメントは、テープヤーンの形態で存在している。
【００１４】
さらに、本発明は、繊維複合材料を製造するための方法を対象としており、ここで、強化繊維または強化フィラメントからなる１つまたは複数のレイヤーは、テープヤーンからなる１つまたは複数のレイヤーと接合される。
【００１５】
ここで、テープヤーンからなるレイヤーが、１つまたは複数のローラーから巻き出される場合が好ましい。別の好ましい実施態様では、強化フィラメントそれ自体も、テープヤーンの形態で存在している。
【００１６】
その後、そのようにして得られた繊維複合材料は、次に、特にいわゆるオーガニックシートとしてさらに加工するために、熱により、および／または加圧下に圧密化されてよい。
【００１７】
別の好ましい実施態様では、テープヤーンのレイヤーを有する強化繊維および強化フィラメントのレイヤーは、互いにねじられるか、もしくは撚り合わされるため、その結果、結合は、場合によって、むしろ熱処理もしくは圧力なしで可能である。このことは、当然、すべてのレイヤーが（つまり、強化レイヤーを形成する繊維またはフィラメントも）テープヤーンとして存在している場合に特に上手く行く。
【００１８】
本発明は、繊維複合材料を製造するための方法も対象にしており、これは、請求項６から１１までによって詳しく特徴付けられている。
【００１９】
さらに、本発明を以下の例をもとに詳述するが、ここで、それらの例は、当然、本発明をなんら限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】製造工程の原理を示す図
【実施例】
【００２１】
例１
公称繊度１８８０ｄｔｅｘ  ｆ２８０のポリアミド６マルチフィラメントからなるテープヤーンを、ＷＯ２０１３／１１７７２８に記載の通り製造した。製造は、以下の工程を含んでおり、図の原理図によっても解説される：
・ヤーンの巻き出し工程
・場合により、洗浄工程
・乾燥工程
・開繊工程
・ＥＭＳ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＡＧ社の結合剤Ｇｒｉｌｔｅｘ  ２Ａ（水性分散液中のコポリアミド）５質量％の塗布工程
・コポリアミドの炉内における１２０℃での圧縮化工程
・ねじれなしの巻き取り工程。
【００２２】
例２
例１を繰り返したが、ポリアミド６の代わりに、１２０００ｄｔｅｘ  ｆ２０００の繊度のガラスマルチフィラメントヤーン（接着活性）を使用したことが異なる。
ＥＭＳ−Ｃｈｅｍｉｅ  ＡＧ社の結合剤Ｇｒｉｌｔｅｘ  ２Ａ（水性分散液中のコポリアミド）５質量％、もしくはサイズ剤２質量％の塗布。
【００２３】
例３
上述の例から得られたテープヤーンを、繊維複合材料（この場合、ガラス繊維ハイブリッドロービング）を製造するために以下の通り取り扱った：
ａ）ポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤーと、ガラスマルチフィラメントテープヤーンの１つのレイヤー
ｂ）層状構造（３層サンドイッチ）：
ポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤー（上）と、ガラスマルチフィラメントテープヤーンの１つのレイヤー（中央）と、ポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤー（下）
ｃ）層状構造（５層ダブルサンドイッチ）：
ポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤー（上）と、それに続くガラスマルチフィラメントテープヤーンの１つのレイヤーおよびポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤーと、次に再びガラスマルチフィラメントテープヤーンの１つのレイヤーと、最後にポリアミド６テープヤーンの１つのレイヤー（下）。
【００２４】
上述のガラス繊維ハイブリッドロービングは、コポリアミドおよび／またはサイズ剤を用いて接着（予備定着）される。生じたロービングは、ねじれなしに巻き取られる。
【００２５】
代替的に、個々のレイヤーの加熱だけは炉内において約１２０℃で行われ、このことによって、コポリアミドの溶融が引き起こされて、その後、レイヤーは、圧延機（つや出し機）を用いる圧縮により圧密化されて、ねじれなしに巻き取られる。
【図１】
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【国際調査報告】
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