(57)【要約】複合材料で作られる製品を製造するための方法であって、第１の型（１２）と少なくとも第２の型（２３）との間に少なくとも１つの複合材料繊維織物層（１）と少なくとも第１の複合材料繊維層（１６）とを配置するステップであって、実質的に硬化剤を含まない、非重合複合材料樹脂層（３）が織物層（１）と第１の型（１２）との間に配置される、ステップと、第１の型（１２）と第２の型（２３）との間に樹脂および硬化剤を注入して層（１）および第１の繊維層（１６）に注入した樹脂を含浸させ、注入した樹脂および樹脂層（３）を注入した硬化剤で重合するステップと、を含む方法。この説明はまた、この方法において使用することができる半完成品、およびこの方法を使用しておよび／またはこの半完成品を用いて製造される製品に関する。【選択図】図１５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複合材料で作られる製品を製造するための方法であって、
第１の型（１２）と少なくとも第２の型（２３）との間に少なくとも１つの複合材料繊維織物層（１）と少なくとも第１の複合材料繊維層（１６）とを配置するステップであって、実質的に硬化剤を含まない、非重合複合材料樹脂層（３）が前記織物層（１）と前記第１の型（１２）との間に配置される、ステップと、
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に樹脂および硬化剤を注入して前記層（１）および前記第１の繊維層（１６）に前記注入した樹脂を含浸させ、前記注入した樹脂および前記樹脂層（３）を前記注入した硬化剤で重合するステップと、を含む方法。
【請求項２】
前記層（１）と前記第１の繊維層（１６）との間に少なくとも１つの熱可塑性フィルム（７）が配置される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に前記樹脂を注入する前に、少なくとも第２の繊維層（２０）が前記第１の繊維層（１６）と前記第２の型（２３）との間に配置され、これにより、前記第２の繊維層（２０）にも前記注入した樹脂が含浸される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に前記樹脂を注入する前に、少なくとも１つのスペーサ（１７）が前記第１の繊維層（１６）と前記第２の繊維層（２０）との間に配置される、請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記樹脂層（３）は、前記織物層（１）を前記第１の型（１２）上に配置する前に、前記織物層（１）上に塗布される、請求項１から４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記織物層（１）が前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に配置される場合に、前記樹脂層（３）が前記第１の型（１２）と接触する、請求項１から５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に注入される前記硬化剤が、前記注入した樹脂を重合させるのに十分な第１の量の硬化剤と、前記織物層（１）上に配置された前記樹脂（３）も重合するのに十分な第２の量の硬化剤とを含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に前記樹脂を注入する前に、前記織物層が真空袋（１３）で覆われ、空気を吸い出すことによって前記第１の型（１２）上でプレスされ、前記真空袋（１３）は、無孔剥離フィルム（１４）を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に前記樹脂を注入する前に、前記織物層（１）と前記第１の繊維層（１６）が真空袋（１９）で覆われ、前記第１の型（１２）上でプレスされ、前記熱可塑性フィルム（７）を圧縮し少なくとも部分的に溶かして前記外層（１）を前記第１の繊維層（１６）に接合するように加熱される、請求項２から８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記織物層（１）が、前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に配置される前にプレスされる、請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記樹脂が、前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に、前記織物層（１）または前記第１の層（１６）の少なくとも１つの端部に配置された少なくとも１つのノズル（２４）を介して注入され、これにより、樹脂注入は、その端部に対して実質的に接線方向に行われる、請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記樹脂が前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に注入される場合に、空気が前記織物層（１）または前記第１の層（１６）の少なくとも１つの端部に配置された少なくとも１つのノズル（２５）を介して前記型（１２、２３）から抽出され、 これにより、空気の抽出がその端部に対して実質的に接線方向に行われる、請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の型（１２）と前記第２の型（２３）との間に注入される前記樹脂が、前記織物層（１）に塗布される前記樹脂（３）と同じである、請求項１から１２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの複合材料繊維織物層（１）と少なくとも第１の複合材料繊維層（１６）とを含む重合樹脂を含む複合材料で作られる製品であって、少なくとも１つの熱可塑性フィルム（７）が、前記織物層（１）と前記第１の繊維層（１６）との間に配置されている、製品。
【請求項１５】
前記第１の繊維層（１６）または前記第２の繊維層（２０）が、１つまたは複数の乾燥炭素繊維織物を含み、１から８ｍｍの厚さおよび／または７００から９００ｇ／ｍ２の坪量を有する、請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法または製品。
【請求項１６】
少なくとも１つの複合材料繊維織物層（１）を含む、複合材料製品を製造するための半完成品であって、硬化剤を実質的に含まない、少なくとも１つの非重合複合材料樹脂層（３）が前記織物層（１）の少なくとも１つの表面に塗布され、少なくとも１つの熱可塑性フィルム（７）が、前記織物層（１）の、前記樹脂層（３）が設けられている表面とは反対側の表面に貼り付けられている、半完成品。
【請求項１７】
保護シート（５）が前記樹脂層（３）上に剥離可能に貼り付けられる、請求項１６に記載の半完成品。
【請求項１８】
前記熱可塑性フィルム（７）が、ナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ＰＬＡ、ポリカーボネートまたはポリエチレンテレフタレートのメッシュを含む、請求項２から１７のいずれか１項に記載の方法、半完成品または製品。
【請求項１９】
前記織物層（１）が実質的に均一な織りパターンを有する乾燥炭素繊維織物を含む、請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法、半完成品または製品。
【請求項２０】
前記織物層（１）が０．２から０．３ｍｍの厚さおよび／または２３０から２６０ｇ／ｍ２の坪量を有する、請求項１から１９のいずれか１項に記載の方法、半完成品または製品。
【請求項２１】
前記樹脂層（３）が前記織物層（１）の２重量％から７重量％の量で前記織物層（１）上に塗布される、請求項１から１３、１５および１８から２０のいずれか１項に記載の方法、または請求項１６から２０のいずれか１項に記載の半完成品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は繊維の層、特に炭素繊維織物の層を含む複合製品を製造するための方法に関する。この説明はまた、この方法において使用することができる半完成品、およびこの方法を使用しておよび／またはこの半完成品を用いて製造される製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、ＲＴＭ（樹脂トランスファ成形）法は、炭素繊維織物を含む複合材料から部品を製造するために使用することができる。この既知の方法では、乾燥織物、すなわち実質的に樹脂を含浸していない織物の１つまたは複数の重ね合わせ層が、硬化剤と混合された樹脂が高圧下で注入される２つの適合する型の間に配置され、樹脂が型の中で重合して完成品を得る。
【０００３】
ＲＴＭ‐Ｌ（ＲＴＭ‐Ｌｉｇｈｔ）として知られるこの方法の変形では、型の寿命を延ばし、それによって投資コストを削減するために、樹脂はより低い圧力で注入される。
【０００４】
しかしながら、樹脂が注入されている間、ＲＴＭおよびＲＴＭ‐Ｌ法では、織物層、特に外層の繊維は含浸段階での樹脂の圧力勾配のために置き換えられ、その結果、織りの規則性が失われ、最終製品の美的側面を悪化させる。
【０００５】
他の従来技術の方法では、予め樹脂が含浸された織物−プリプレグとして知られている −が使用される。これらは再加熱され、さらなる樹脂を注入することなく少なくとも１つの型上でプレスされる。この従来技術の方法は、外層が樹脂重合後でさえ織りの規則性を維持する複合製品を得ることを可能にする。しかしながら、それはＲＴＭ法よりも高価であり、正確には層の予備含浸のために、製造される製品の構造特性はそれほど良くない。
【発明の概要】
【０００６】
したがって、本開示は、上述の不利益がない方法を提供することを目的とする。この目的は、主な特徴が添付の特許請求の範囲に記載された方法および半完成品によって達成される。
【０００７】
本開示の方法のおかげで、樹脂および硬化剤が注入される型および乾燥繊維織物を使用して、良好な美的外観および優れた構造特性を有する複合材料部品を製造することが可能である。したがって、また、予備段階の間に準備され得る本開示の半完成品のおかげで、この方法は少なくとも部分的に自動化され得る。実際には、このようにして得られる製品の少なくとも１つの外面は、その織りが実質的に規則的であり、その高い視覚的品質が自動車産業の高い基準、例えば「クラスＡ」基準を満たす織物を含む。
【０００８】
したがって、従来技術のＲＴＭ法は樹脂注入中の外層の繊維の変形および置換（displacement）のために高い美的特徴を有する製品を保証できないが、本開示の方法はその外観がプリプレグ法を使用して得られるものと同じ製品を得ることを可能にする。したがって、この方法は、製造時間の短縮およびＲＴＭ法の典型的な優れた機械的特性の利点と、プリプレグ法を使用して製造される製品の美的仕上げの改善とを兼ね備える。
【０００９】
これらの利点は、とりわけ、外側織物層に含浸させる樹脂の注入前に当該織物層を型の機能面に接着させる非重合樹脂層およびその上に重ねられた構造層のおかげで得られる。
【００１０】
さらに、樹脂を注入された硬化剤は、織物上に塗布された樹脂も重合するのに十分な量である。
【００１１】
また、織物層とそれに隣接する構造層との間に貼り付けられる熱可塑性フィルムのおかげで、樹脂注入中に織物層はより確実に正しい位置に保持される。
【００１２】
本発明の方法は、織物層、硬化剤を実質的に含まない樹脂の層および熱可塑性フィルムを含む半完成品を用いてさらに単純化される。半完成品は、所定の形状に容易に切断することができ、後の段階で使用するために保管することもできる。この方法または半完成品を使用して得られる製品は、外側織物層と隣接する構造層との間に熱可塑性フィルムが存在するために、複合材料からなる従来技術の製品と区別することができる。
【００１３】
この方法のある特定のステップの間に、樹脂が注入される前に織物層および構造層の間の結合を改善するために織物層および構造層は少なくとも１つの型の上でプレスおよび／または加熱され、こうしてより良い最終製品を得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明による方法、半完成品および製品のさらなる利点および特徴は、添付の図面を参照した、以下の詳細な非限定的な実施形態の説明から、当業者により明らかとなるであろう。
【図１】この方法の予備作業ステップの概略図である。
【図２】予備作業ステップから得られる半完成品の拡大断面図である。
【図３】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図４】図３からの細部ＩＶの拡大図である。
【図５】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図６】図５からの細部ＶＩの拡大図である。
【図７】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図８】図７からの細部ＶＩＩＩの拡大図である。
【図９】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図１０】図９からの細部Ｘの拡大図である。
【図１１】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図１２】図１１からの細部ＸＩＩの拡大図である。
【図１３】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図１４】図１３からの細部ＸＩＶの拡大図である。
【図１５】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図１６】図１５からの細部ＸＶＩの拡大図である。
【図１７】本方法のさらなる作業ステップの概略断面図である。
【図１８】図１７からの細部ＸＶＩＩＩの拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、半完成品を製造する方法の予備作業ステップを示し、それによって、少なくとも１つの繊維織物層１が、好ましくは、例えばカレンダ（calender）２で、横糸と横糸との間の隙間を全てなくし糸張力を高めるようにプレスされ、織物構造をよりコンパクトにする。織物層１は、好ましくは、実質的に均一な横糸および／または０．１から０．８ｍｍ、特に０．２から０．３ｍｍの厚さを有する、複合材料用の繊維、特に炭素繊維の織物である。例えば、「ツイル」、「プレーン」、「サテン」、「ブレイド（Braided）」、「一方向」または他の種類の均一および／または規則的な織りパターン、具体的には２３０から２６０ｇ／ｍ２の坪量を有する炭素繊維織物である。好ましくは、織物層１の織物は実質的に乾燥している、すなわちそれは１０重量％未満の量の添加剤、例えば接着剤または固定剤を含有する。実質的に硬化剤を含まない少なくとも１つの非重合複合材料樹脂層３、具体的にはエポキシ樹脂は、特にネブライザー４によって、外層１の少なくとも１つの表面上に塗布される。樹脂３は、例えば、ハンツマン コーポレーション製のXB 3518樹脂であってよく、外層１の２重量％から７重量％、特に５から１９ｇ／ｍ２で、より具体的には、約１２ｇ／ｍ２の量で、外層１上に塗布される。湿気を吸収せず、したがって周囲の湿度が変化しても収縮しない、具体的には例えばマイラーのようなプラスチック材料からなる保護シート５が、樹脂３が与えられた織物１の表面上にカレンダ６によって貼り付けられ、したがって、織物１は保護シート５によって覆われる。これは、特に重合プロセスが開始するのを防止することによって、しわが織物１に形成されることを防止し、樹脂層３を周囲の状態によって実質的に変化しない最初の状態に保つ。したがって、樹脂３は活性化されないので、保護シート５は樹脂層３上に剥離可能に貼り付けられる。
【００１６】
好ましくはナイロン、ポリプロピレン、ＡＢＳ、ＰＬＡ、ポリカーボネートまたはポリエチレンテレフタレートの少なくとも１つのメッシュを含む熱可塑性フィルム７は、カレンダ８によって、外層１の、樹脂層３が設けられた面とは反対側の面に貼り付けられる。次いで、このようにして得られた織物層１は切断機９によって所定の形状に切断され、その結果生まれる半完成品１０を巻き取るおよび／または貯蔵中の揮発性カーボンまたは湿気のような外部物質による汚染を防ぐために密封袋１１で包むことができる。
【００１７】
図２は、保護シート５によって覆われた樹脂層３を備えた、熱可塑性フィルム７に接合された織物層１を含む、袋１１に挿入された半完成品１０を示す。
【００１８】
ここで図３および図４を参照すると、本方法の第１のステップにおいて、半完成品１０が袋１１から取り出され、保護シート５から分離され、樹脂層３が外層１と第１の型１２の間に配置されるように第１の型１２の上に置かれ、第１の型１２の機能面が好ましくは凸状でありおよび／または特に炭素繊維を含む複合材料で作られることが観察され得る。したがって、熱可塑性フィルム７は、第１の型１２とは反対側にある。
【００１９】
ここで図５および図６を参照すると、本方法の次のステップにおいて、外層１が真空袋１３で覆われ、真空袋１３内部の空気圧を下げるように、特に１３０ｍｂａｒ未満に下げるように空気を吸い出す（pumping）ことによって第１の型１２上でプレスされることが観察され得る。真空袋１３は、織物１上に堆積した樹脂３に吸引力が加わらないようにするための無孔剥離フィルム１４と、その坪量がプリプレグ法で使用される従来技術のブリーダの坪量より低い、具体的には、１８０ｇ／ｍ２未満、より具体的には約１７０ｇ／ｍ２の坪量であるナイロンブリーダ１５とを含む。
【００２０】
ここで図７および図８を参照すると、本方法の次のステップにおいて、真空袋１３が外層１から取り除かれ、少なくとも第１の内繊維層１６、好ましくは１つまたは複数の、構造用途のための乾燥炭素繊維織物を含む第１の内繊維層１６が、外層１に貼り付けらることが観察され得る。特に、第１の内層１６は、７００から９００ｇ／ｍ２の間の坪量および／または１から８ｍｍの間の厚さを有する。プラスチック材料、好ましくは発泡プラスチック材料で作られた少なくとも１つのスペーサ１７を第１の内層１６上に配置することができ、第１の内層１６は、その結果、スペーサ１７によって完全にまたは部分的に覆われる。第１の内層１６の少なくとも一方の表面、具体的には外層１の反対側の表面に、結合剤１８、例えば接着フィルムまたは炭素繊維と混合した熱可塑性ワイヤを設けることができる。
【００２１】
ここで図９および図１０を参照すると、本方法の次のステップにおいて、外層１および第１の内層１６は、スペーサ１７が存在する場合には外層１、第１の内層１６およびスペーサ１７は、例えば真空袋１３と同じものである真空袋１９で覆われ、空気を吸い出すことによって第１の型１２上でプレスされることが観察され得る。同時に、熱可塑性フィルム７を圧縮し少なくとも部分的に溶かして外層を第１の内層１６に接合し結合剤１８によって第１の内層１６とスペーサ１７とを結合するように、層１および１６は例えば赤外線放射器により７０から９０℃の温度に加熱される。
【００２２】
ここで図１１および図１２を参照すると、本方法の次のステップにおいて、真空袋１９が第１の内層１６から取り除かれ、少なくとも第２の内層２０、好ましくは１つまたは複数の、構造用途のための乾燥炭素繊維織物を含む第２の内層２０が、第１の内層１６上および／または存在する場合にはスペーサ１７上に貼り付けることができることが観察され得る。特に、第２の内層２０は、７００から９００ｇ／ｍ２の間の坪量および／または１から８ｍｍの間の厚さを有する。第２の内層２０の少なくとも一方の表面、具体的には外層１に面する表面に、結合剤２１、例えば、接着フィルムまたは炭素繊維と混合した熱可塑性ワイヤを設けることができる。
【００２３】
ここで図１３および図１４を参照すると、本方法の次のステップにおいて、外層１、第１の内層１６および第２の内層２０は、スペーサ１７が存在する場合には外層１、第１の内層１６、第２の内層２０およびスペーサ１７は、例えば真空袋１３と同じものである真空袋２２で覆われ、空気を吸い出すことによって第１の型１２上でプレスされることが観察され得る。同時に、層１、１６および２０は、第２の内層２０をスペーサ１７に結合剤２１によって接合するように、例えば赤外線放射器によって７０℃から９０℃の間の温度に加熱される。
【００２４】
ここで図１５および図１６を参照すると、本方法の次のステップにおいて、外層１、第１の内層１６および第２の内層２０は、スペーサ１７が存在する場合には外層１、第１の内層１６、第２の内層２０およびスペーサ１７は、少なくとも第２の型２３で覆われ、型間に配置された少なくとも１つの周辺シールによって気密に閉じられたキャビティ内で、層１、１６および２０が少なくとも第１の型１２と第２の型２３との間に配置されることが観察され得る。好ましくは、第２の型２３の機能面は凹状でありおよび／または特に炭素繊維を含む複合材料で作られている。次いで、型１２、２３は互いに固定されて、例えば、４５から９０℃の温度でオーブン中で加熱されて、その後、層１、１６、２０に含浸させるために樹脂と硬化剤が少なくとも第１のノズル２４を介して型１２、２３の間に注入される。同時に、例えばＲＴＭ法の場合と同じ方法で、少なくとも第２のノズル２５を介して型１２、２３から空気が抽出される。ノズル２４および／または２５は、好ましくは層１、１６および／または２０の少なくとも１つの端部に配置され、その結果、注入および／または抽出はその端部に対して実質的に接線方向に行われる。
【００２５】
第１のノズル２４を介して注入される樹脂と混合される硬化剤は、この樹脂を重合させるのに十分な第１の量の硬化剤と、外層１上に塗布された樹脂３も重合させるのに十分な第２の量の硬化剤とを含む。好ましくは、型１２、２３に注入される樹脂は、外層１上に塗布された樹脂３、具体的には例えばハンツマン コーポレーション製のXB 3518樹脂のようなエポキシ樹脂と同じである。好ましくは、第１および第２の量の硬化剤は、注入された樹脂および樹脂３の両方と相溶性のある硬化剤、具体的には例えば、ハンツマン コーポレーション製のAradur（登録商標）22962硬化剤などの単一アミン硬化剤を含む。
【００２６】
好ましくは、注入樹脂と混合した硬化剤の第１の重量は注入樹脂の重量の２０から３０重量％であり、一方、樹脂３のための加えられた硬化剤の第２の重量は第１の量の１．５％から５５％である。
【００２７】
ここで図１７および１８を参照すると、注入された樹脂が層１、１６および２０を含浸し、注入された硬化剤のおかげで重合した後、層１上の樹脂３も注入された硬化剤のおかげで重合し、外層１、熱可塑性フィルム７、１つまたは複数の内層１６、２０、そして必要ならば少なくとも１つのスペーサ１７を含む完成部品２６が型１２、２３から取り出され、使用のために終了することが観察され得る。
【００２８】
本明細書に図示および記載された実施形態に対する変形形態または追加形態は、本明細書に添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって行われ得る。特に、さらなる実施形態は、個別にまたは任意の組み合わせでとられる、本文に記載されまたは図面に示される１つまたは複数の技術的特徴を追加して、添付の特許請求の範囲の請求項の１つまたは複数の技術的特徴を含み得る。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
2020508230.tif 000021
2020508230.tif 000022
2020508230.tif 000023
2020508230.tif 000024