(57)【要約】  本発明は、以下の工程：  （ａ）ポリマー含浸繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を射出成形金型内に挿入する工程、  （ｂ）融解した熱可塑性ポリマーを前記射出成形金型内に注入して前記ポリマー含浸繊維構造体若しくは前記繊維構造体を含む半完成品を被覆し又はコーティングする工程、  （ｃ）前記熱可塑性ポリマーを凝固させ、前記射出成形金型からポリマー材料製部材を取り出す工程、を含む射出成形方法によるポリマー材料製部材の製造方法であって、  前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品を取り囲み、前記融解した熱可塑性ポリマーのための流路について、その寸法を、最大で、完成部材の壁厚が、前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品が挿入されていない部材について実現可能な壁厚に相当するような大きさとなるように選択すること含むことを特徴とする製造方法に関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程：
（ａ）ポリマー含浸繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を射出成形金型内に挿入する工程、
（ｂ）融解した熱可塑性ポリマーを前記射出成形金型内に注入して前記ポリマー含浸繊維構造体若しくは前記繊維構造体を含む半完成品を被覆し又はコーティングする工程、
（ｃ）前記熱可塑性ポリマーを凝固させ、前記射出成形金型からポリマー材料製部材を取り出す工程、
を含む射出成形方法によるポリマー材料製部材の製造方法であって、
前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品を取り囲み、前記融解した熱可塑性ポリマーのための流路について、その寸法を、最大で、完成部材の壁厚が、前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品が挿入されていない部材について実現可能な壁厚に相当するような大きさとなるように選択すること含むことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記繊維構造体を含む半完成品が、前記繊維構造体がポリマー前駆体化合物で含浸されいるシートであることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記被覆し又は前記コーティングする工程が、工程（ｂ）において前記部材上に機能的構造体を製造することを特徴とする請求項１又は２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記機能的構造体が、リブ、クリップ、留め具を受ける構造体、力を導入する構造体、又はネジ山を受ける構造体であることを特徴とする請求項３に記載の製造方法。
【請求項５】
注入された前記熱可塑性ポリマーが、前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品上の前記機能的構造体間に密着性の被膜を形成することを特徴とする請求項３又は４に記載の製造方法。
【請求項６】
前記繊維構造体を含む半完成品を予熱することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項７】
前記繊維構造体を含む半完成品の前記予熱を、被覆され、又はコーティングされた製品を製造するための前記射出成形金型内で行うことを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記繊維構造体を含む半完成品を、前記射出成形金型内に挿入する前に予熱することを特徴とする請求項６に記載の製造方法。
【請求項９】
前記繊維構造体を含む半完成品を、前記繊維構造体を含む半完成品のポリマーが軟化する温度に予熱することを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記射出成形金型内への前記挿入する工程前又は挿入する工程中に前記繊維構造体を含む半完成品を形成する工程を行うことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、以下の工程：
（ａ）ポリマー含浸繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を射出成形金型内に挿入する工程、
（ｂ）融解した熱可塑性ポリマーを前記射出成形金型内に注入して前記ポリマー含浸繊維構造体若しくは前記繊維構造体を含む半完成品を被覆し又はコーティングする工程、
（ｃ）前記熱可塑性ポリマーを凝固させ、前記射出成形金型からポリマー材料製部材を取り出す工程、
を含む射出成形方法によるポリマー材料製部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化ポリマー製部材は、例えば、高い強度を有し、金属よりも軽い材料を使用する分野で使用される。繊維強化ポリマー製部材は、特に、自動車の重量を減少させ、燃料の消費を減少させるために、自動車産業で使用される。繊維強化ポリマー製部材の公知の製造方法においては、最初に繊維が鋳型に入れられ、その後、ポリマーを注入することで繊維が被覆される。通常使用される射出成形方法の場合には、繊維が鋳型の中に挿入され、その後被覆される。流路は、基本的に繊維強化材を使用しない部材の壁厚に相当する厚さとなるように使用される。従って、繊維を被覆して製造される部材は、常に、繊維強化材を使用しない部材よりもより最小限の厚さで製造される。薄い被膜を製造する場合には、従来技術から公知の方法においては、比較的短い長さの流路を実現するために比較的多数のゲートを必要とする。被覆又はコーティング工程用のポリマー材料を注入するためにさらに高い注入圧力を使用する。特に、繊維が使用されるときの他の効果は、その流動効果によって繊維強化材用に使用される織物が移動され、変形され得ることである。
【０００３】
繊維強化熱硬化性材料と並んで近年ますます使用される他の製品は、有機パネルとして公知のものである。すなわち、連続フィラメント繊維で強化され、十分に連結された熱可塑性ポリマーである。その補強材は、織物又は敷設スクリム（laid scrim）である。有機パネルが薄く、又は融点より高い温度に加熱される場合には、ポリマーはこれらの有機パネルを通って注入され得る。
【０００４】
特に、部材の製造のために射出成形方法が使用される場合には、高い注入圧力をさらに必要とする。これは、織物を通って注入するときの大きな圧力ロスを補強するためである。最終的には、流動効果によって織物が移動することで、織物は意図した方向から遠ざかる。スチールコード又はスチール織物が使用されるときは、有機パネルとは異なる。それは、十分に連結された状態である必要が無く、織物は鋳型壁に押し付けられ、これにより、部材の表面及び突起部分に押し付けられ、又は流動効果によってはみ出る(disinserted)点で異なる。この欠点は、特に、スチール織物の場合には、突出したスチールは腐食の問題を引き起こし得ることである。スチール織物のコーティングは、最小限の壁厚を必要とする。それは、ポリマー材料が織物を完全に取り囲むために織物の厚さよりも顕著に大きい。この材料の量の増加は、軽量構造において繊維強化ポリマーを使用するときの欠点となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、繊維強化部材を製造することができ、繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を被覆し又はコーティングするために注入することによって壁厚の小さい部材を製造することができる方法を提供することであり、その壁厚は、従来技術から公知の方法による壁厚よりも小さい。
【０００６】
本発明は、以下の工程：
（ａ）ポリマー含浸繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を射出成形金型内に挿入する工程、
（ｂ）融解した熱可塑性ポリマーを前記射出成形金型内に注入して前記ポリマー含浸繊維構造体若しくは前記繊維構造体を含む半完成品を被覆し又はコーティングする工程、
（ｃ）前記熱可塑性ポリマーを凝固させ、前記射出成形金型からポリマー材料製部材を取り出す工程、
を含む射出成形方法によるポリマー材料製部材の製造方法であって、
前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品を取り囲み、前記融解した熱可塑性ポリマーのための流路について、その寸法を、最大で、完成部材の壁厚が、前記ポリマー含浸繊維構造体又は前記繊維構造体を含む半完成品が挿入されていない部材について実現可能な壁厚に相当するような大きさとなるように選択すること含むことを特徴とする製造方法によって達成される。
【０００７】
小さい壁厚かつ、小さい寸法の流路の実現は可能である。何故ならば、驚くことに、材料が繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を被覆するために注入されるとき、実現可能な流路の長さは、繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品がないときよりも大きいということが判っているからである。従って、比較的細い流路でさえも満たすことができ、そして、壁厚を減少させることができる。更に、流路の長さを大きくすることが実現可能であることにより、必要とされる注入圧力が小さくなり、繊維構造体の移動が減少することも達成されることが判っている。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
鋳型において、繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品が存在し、ポリマーが繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品の上を流れる部分のポリマーの流路の高さは、好ましくは、０．５〜２．５ｍｍの範囲、好ましくは１〜２ｍｍの範囲の壁厚の実現を可能にする。繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品を被覆し、コーティングすることで、例えば、所定の表面構造を有する部材の製造を可能にする。更に、機能的構造体、例えば、リブを有する被覆又はコーティング製品を設計することもできる。それは、適切な形状の部材を得るために、被覆又はコーティング工程で、対応する機能的構造体を繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品上に成形するという方法で行われる。
【０００９】
本発明の目的のためには、繊維構造体の語は、織物、編み物、敷設スクリム、又は連続フィラメント繊維製の一方向又は双方向の繊維構造体を意味し、又は無秩序の繊維を意味する。そして、この繊維構造体はポリマーで含浸されている。これは、繊維構造体を含浸させ、又は繊維構造体が製造される繊維を含浸させることのいずれかによって実現される。特に、繊維構造体が敷設スクリムであるとき、平行な繊維からなる複数の層に配列された個々の繊維が存在し、個々の層は互いに一つの角度をなす。ここでは特に好ましくは、個々の層の繊維は互いに３０°〜９０°の角度である。互いに一つの角度で個々の層が配向することで複数の方向における成形品の引張強度が増加する。一方向の配向の場合には、引張強度の増加は、特に繊維配向の方向で実現される。成形品から製造される部材の圧縮強度の増加は、繊維配向と垂直な方向で実現される。
【００１０】
繊維構造体が織物又は編み物を含むときは、複数の層の繊維、又は一つの層のみの繊維を提供することができる。織物の場合には、複数の層の語は、複数の織物が互いの上に配置されることを意味する。同様のことが、編み物の状態の繊維構造体の配列に当てはまる。
【００１１】
部材の安定性を増加させるために使用され得る好適な繊維は、特に、炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、金属繊維、ポリマー繊維、チタン酸カリウム繊維、ホウ素繊維、玄武岩繊維、又は他の鉱物繊維である。特に好ましくは、少なくとも使用される繊維の一部は金属繊維である。好適な金属繊維は特に、鉄鋼を主原料とする繊維、特にスチールを主原料とする繊維である。
【００１２】
実施形態の一つにおいては、繊維構造体は、スチールコード、スチール線、又はスチール繊維を含む。ここでは、繊維構造体はスチールコード、スチール線、又はスチール繊維、又はスチールコード、スチール線又はスチール繊維の混合物、及び非金属繊維の混合物のみを含むことができ、特に好ましくは炭素繊維又はガラス繊維を含むことができる。
【００１３】
スチールコード、スチール線、又はスチール繊維を使用することは、特に、結果として得られる成形品が高い引張強度を達成することができるので有利である。特に自動車製造においてスチールコードを使用することの重要な利点は、衝突や衝撃を受けた時に部材の完全な状態が保証されることであり、ガラス又は炭素繊維で強化された構造体はその完全性を失う。特に好ましくは、補強材に金属繊維及び炭素繊維又はガラス繊維の混合物を使用することである。この場合、例えば、それぞれのスチールコード、スチール線、又はスチール繊維を、炭素繊維又はガラス繊維で織ることが可能である。代わりに、鋳型の中に敷設スクリムの状態の異なる繊維を挿入することも可能である。ここでは、繊維は、互い違いに、又は任意のランダム配列のいずれかで挿入され得る。例えば、一方向の一種の材料からなる繊維と、一方向であって上述の方向に対して一つの角度をなす方向の他の材料からなる繊維を挿入することもできる。
【００１４】
特にスチールコード、スチール線又はスチール繊維が使用されるときは、これらは、好ましくは、ガラス繊維又は炭素繊維と一緒に織られることで織物を得ることである。同種の成形品の補強材が実現され得る。例えば、個々の織物が、互いに一つの角度で複数の層をなして配列されることによって実現される。例えば、互いに９０°の角度をなす２つの層を使用することが可能である。あるいは、任意の他の角度も可能である。また２を超える層を使用することも可能である。
【００１５】
金属繊維、好ましくはスチールコード、スチール線、又はスチール繊維の状態の金属繊維を、他の材料からなる繊維、例えば、炭素繊維又はガラス繊維と一緒に使用することで、損傷挙動が改善された成形品の製造を可能にすることができる。
【００１６】
半完成品は、例えば、繊維構造体をポリマー材料に、特に熱可塑性ポリマーに浸すことで製造される。他の方法は、この目的用のポリマー前駆体化合物、例えば、モノマーを使用することである。それは、繊維をそのモノマーで含浸させ、その後、重合反応が完了するまで、少なくともある程度までその含浸繊維構造体を硬化させることである。
【００１７】
繊維構造体をポリマー前駆体化合物で含浸させることは、その後の成形工程に関係なく、完全に濡らすことを実現する。このように含浸された繊維構造体は、半完成品を製造するためのその後の工程において、他のポリマー前駆体化合物で被覆され得る。被覆工程時に繊維構造体をポリマー前駆体化合物で含浸させることによって、繊維構造体を被覆するために使用されるポリマー前駆体化合物の良好な接着性を実現する。その後に続くポリマー前駆体化合物による被覆工程が行われない場合には、さらに別の結果は、工程（ｂ）で半完成品を被覆するために使用される熱可塑性ポリマーへの接着性を向上させることである。
【００１８】
半完成品の製造が、繊維構造体をポリマー前駆体化合物で含浸させることによって開始され、その後、このように含浸した繊維構造体が、更なるポリマー前駆体化合物で被覆されるときは、含浸工程用及び被覆工程用に使用されるポリマー前駆体化合物が異なることも可能である。この場合、一般的に、繊維構造体の含浸用に使用されるポリマー前駆体化合物は最初に硬化し、その後、次の工程で、すでに含浸され、硬化した繊維構造体が、次のポリマー前駆体化合物によって被覆されるために鋳型の中に挿入されることが必要である。他の代わりの方法においては、凍結した又は部分的にポリマー化したポリマー前駆体化合物は、その後、成形品の製造のために、他のポリマー前駆体化合物によって被覆される。
【００１９】
繊維構造体を含む半完成品が使用されるとき、半完成品の製造用に使用されるポリマーが、被覆又はコーティング工程用に使用されるポリマーが同一であることはさらに有利である。
【００２０】
しかしながら、代わりの方法においては、半完成品の製造用に使用されるポリマーが、被覆又はコーティング工程用に使用されるポリマーと異なることも可能である。異なるポリマーの使用は、特に、被覆又はコーティング工程が、特定の特性、例えば、表面品質又は強度に関する特性を実現するために意図されたときには有利である。
【００２１】
当業者に公知の任意の熱可塑性ポリマーは、繊維構造体を含む半完成品の製造、及び被覆され又はコーティングされた製品の製造に使用され得る。好ましい熱可塑性ポリマーの例は、ポリメチルメタクリレート、ポリブチレンテレフタラート、ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボネート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンナフタレート、ポリアミド、ポリプロピレン、ポリエチレン、及びこれらのポリマーの少なくとも２種の混合物である。
【００２２】
繊維構造体を含む半完成品が、部材の製造に使用されるとき、繊維構造体がポリマーで含浸されている半完成品を使用することが可能であり、ポリマーは重合して完了する。他の方法においては、ポリマー前駆体化合物で含浸されている半完成品が使用され、ポリマー前駆体化合物は硬化されるが、まだ完全に重合されていない。この場合、この場合、前駆剤化合物は、例えば、鋳型の中で重合する。
【００２３】
繊維構造体を含む半完成品が使用されるときは、繊維構造体を含む半完成品は、特にシートであり、その中で、織物構造体がポリマー又はポリマー前駆体化合物で含浸されている。この種のシートの例は、有機パネル又は熱可塑性ラミネートである。
【００２４】
本発明の実施形態の一つにおいては、工程（ｂ）は、被覆又はコーティング工程によって部材上に機能的構造体を製造するために使用される。この種の機能的構造体の例は、部材を補強するためにポリマー材料からなる部材上に、通常成形されるタイプのリブである。機能的構造体は、リブだけでなく、例えば、クリップ、留め具を受ける構造体、力を導入する構造体、又はネジ山を受ける構造体、又は射出成形方法によってポリマー材料から製造され得る任意の他の機能的構造体となり得る。
【００２５】
高い強度を得るために、更に好ましくは、注入されたポリマーが、機能的構造体間であって、繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品上にコヒーレントな表面を形成することである。複数の機能的構造体が互いに並んで成形されるとき、機能的構造体間のコヒーレントな表面によって機能的構造体を更に安定化させることができる。ここでは、コヒーレントな表面の形成は、機能的構造体間の細い流路の存在、及び流路内へのポリマー材料の注入の結果として生じる。繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品上その表面が存在することによって、機能性構造体用の、ポリマー材料の繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品への結合を向上させることもできる。
【００２６】
他の方法においては、繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品上への工程（ｂ）で注入されたポリマーの接着性を向上させるために、繊維構造体又は半完成品を、被覆工程の前に、プライマーで前処理することである。ここではプライマー（primer,下塗り）は、例えば、繊維構造体とポリマーとの間の接着促進剤として機能することができる。好適なプライマー材料の例は、可溶性ポリアミドである。これは、溶液の状態で塗布され、溶媒はその後除去される。可溶性ポリアミドは、特に、本発明の方法が、繊維強化ポリアミド製の部材を製造するときに好適である。
【００２７】
特に、繊維構造体を含む半完成品が、部材の製造に使用されるときは、好ましくは、繊維構造体を含む半完成品を予熱することである。予熱は半完成品のポリマー材料を軟化させ、注入された熱可塑性ポリマーは、半完成品のポリマー材料と溶解することができ、従って、寸法的に安定した結合を形成する。半完成品を予熱することで、さらに、形成工程を射出成形金型内に設置する前又は設置するときに、半完成品上で行うことができる。半完成品上で行われる形成工程は、例えば、製造される部材の形状に適切であるように、シート状の半完成品に適合させるために必要とされる。
【００２８】
繊維構造体を含む半完成品の予熱は、例えば、被覆され、又はコーティングされた製品を製造するための射出成形金型内で行われ得る。このために、繊維構造体を含む半完成品は、射出成形金型内に挿入され、射出成形金型は、繊維構造体を含む半完成品が加熱されるような方法で加熱される。ここでの加熱は、当業者に公知の任意の方法で実現され得る。それは、例えば、電気的に又は熱媒液を使用することによって射出成形金型を加熱することが可能である。
【００２９】
他の方法においては、繊維構造体を含む半完成品は、射出成形金型内に挿入される前に加熱される。この場合、繊維構造体を含む半完成品を加熱することができる当業者に公知の任意の装置を使用することが可能である。それは、例えば、繊維構造体を含む鋳型を電気的に、放射熱によって、若しくはマイクロ波放射によって加熱することができ、又は鋳型を加熱プレートの上に置くことによって加熱することができる。
【００３０】
半完成品のポリマーを軟化させるために、ここでは好ましくは、繊維構造体を含む半完成品が加熱される温度が選択される。ここで、温度は、さらに、好ましくはポリマーが完全に溶解しないように選択される。このようにして半完成品に損傷を生じた状態でポリマーが半完成品からはみ出るのを防止する。
【００３１】
添加剤は、ポリマー、すなわち、使用される任意の半完成品のポリマーだけでなく、被覆又はコーティング工程で使用されるポリマーの特性を調整するために加えられ得る。通常使用される添加剤の例は、硬化剤、架橋剤、可塑剤、触媒、強化剤、接着促進剤、充填剤、離型助剤、他のポリマーとの混合物、安定化剤、これらの組成物の２種以上の混合物である。当業者は添加剤、任意にポリマーの特性を調整するために使用され得るコモノマーを知っている。
【００３２】
本発明の方法によって製造される部材は、特に有利なことには、自動車における構造部材、バルクヘッド（仕切り壁）、床アセンブリ、バッテリホルダ、側突メンバ、バンパーシステム、構造挿入物、又は柱補強システムである。部材はさらに、例えば、側壁、ホイールの周辺構造、縦メンバ、又は自動車の車体構造の任意の他の部材となり得る。
【００３３】
他の方法においては、自動車の部材としての使用と並んで、本発明の部材は、石臼のハウジング、保護かご、旋盤又はプレス機用のハウジング、又は耐力構造である。本発明の方法は、これまで先行技術において可能な部材よりもより堅牢性を有する構造を有する部材を製造することができる。
【００３４】
特に薄い構造体を製造することができるために、本発明の方法は、部材を鋳型内でコーティングするのに特に好適である。このため、部材の表面コーティングが射出成形金型内で直接製造される。従来のコーティング方法とは対照的に、この方法は、成形品上のコーティング材料の良好な接着性を実現することができる。このようにして特に高品質の要求を満たすコーティングを実現することができる。
【００３５】
工程（ｂ）における熱可塑性ポリマーの注入は、本発明において射出成形について通常の条件で達成される。特に、本発明の方法が、薄い壁を有する部材を製造することを意図しているときは、ポリマー含浸繊維構造体を使用することで、流路内のポリマーの流路長さに良好な影響をもたらす。予想されるよりも少ない数のゲートを使用することによって、予想されるよりも広い範囲の面積を被覆することができる。さらに、比較的大きな壁厚を有する部材を製造するときは、先行技術で公知の方法に基づいて予想される圧力よりも小さい圧力でポリマーを注入することができる。本発明において、ポリマー含浸繊維構造体又は繊維構造体を含む半完成品が注入されるときは、比較的小さい注入圧力でさえも、損傷を与えることなく鋳型内に注入することを完全に達成することができる。
【国際調査報告】
2016531777.tif 000002
2016531777.tif 000003
2016531777.tif 000004
2016531777.tif 000005
2016531777.tif 000006
2016531777.tif 000007