JPH0797750A - 繊維強化複合材料及びラミネートの製造に使用するための編地並びに繊維強化ラミネートの製法 - Google Patents

繊維強化複合材料及びラミネートの製造に使用するための編地並びに繊維強化ラミネートの製法

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JPH0797750A
JPH0797750A JP6109767A JP10976794A JPH0797750A JP H0797750 A JPH0797750 A JP H0797750A JP 6109767 A JP6109767 A JP 6109767A JP 10976794 A JP10976794 A JP 10976794A JP H0797750 A JPH0797750 A JP H0797750A
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thermoplastic
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エム ケント ジョージ
Otto M Ilg
エム イルク オットー
Matthew B Hoyt
ビー ホイト マシュー
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステープルファイバーからなる熱可塑性の繊
維強化された複合材料の製造に使用するための編地。 【構成】 強化された複合材料を製造するための編地を
作成するために、多成分系の主要熱可塑性ステープルフ
ァイバー糸を使用する。 【効果】 種々のステープルファイバーを組合わせるこ
とによって、強化成分及びマトリックス成分のより一層
の均一な混合は、混合の際に必要とされるような複雑な
処理工程なしに達成され、強化成分をマトリックス成分
と密接に接触させ、他の方法で見られるよりも該成分の
間の一層強力な付着を生じることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に強化複合体部材
及びその製造法に関する。更に詳細には、本発明は、本
質的に、熱可塑性ステープルファイバーから製造された
強化複合体製品に関する。
【０００２】
【従来の技術】本明細書で使用されているように、“フ
ァイバー”という用語は、極端又は不特定の長さのファ
イバー（“フィラメント”）及び短い長さのファイバー
（“ステープルファイバー”）を包含する。“編地”と
いう用語は、ファイバーから形成された平面的又は場合
によっては立体的な生成物を意味する。前記ファイバー
は、編地中に全方向性、異なる反り（warp）及び横糸
（woop）比を有する二方向性又は三方向性を生じてもよ
い。“混合ファイバー”という用語は、２つ又はそれ以
上の異なるファイバーの型からなる糸のことである。
“多成分系ファイバー”という用語は、２つ又はそれ以
上の縦方向の同じ広がりを有する成分を有するファイバ
ーのことである。“多成分系糸”という用語は、混合フ
ァイバー糸、多成分系ファイバー糸又はその混合物のこ
とである。多成分系ステープルファイバー糸”という用
語は、少なくとも部分的にステープルファイバーからな
る糸のことである。
【０００３】繊維強化された生成物は公知である。この
種の生成物は、極めて複雑な造形の場合に、進歩した熱
可塑性複合部材の製造を可能にする。伝統的な複合材料
は、非熱可塑性ファイバー、例えば黒鉛ファイバー、ガ
ラスファイバー及びセラミックファイバー等のようなに
よって強化された熱可塑性マトリックスの形をとる。前
記材料は、多数の“ハイテク（high-tech）”産業で、
例えば航空機用の部材及び再生備品に使用することがで
きる。
【０００４】米国特許第４５３９２４９号明細書は、黒
鉛、ガラス、アラミド、セラミック、石英、硼素、Ｓｉ
Ｃ等のラミネート及び複合材料への加工を意図された樹
脂状熱可塑性ファイバーを記載している。前団結（pre-
consolidation）形を製造するために、繊維状の熱可塑
性ファイバーは、強化繊維と組合わされるか又は配合さ
れて単糸を形成する。次に、この配合糸は、金型中で適
当な形に造形されている編地に製織され、次に、加熱し
て熱可塑性成分を融解させる。また、後に編地に製織さ
れ、造形されかつ加熱される糸を形成するための、黒鉛
を有するステープル樹脂ファイバーを紡糸するための方
法が記載されている。また、常用の製織技術によって樹
脂ファイバー中に黒鉛を織り込むことによって形成され
た編地も開示されている。
【０００５】米国特許第４８７４５６３号明細書、同第
４８１８３１８号明細書及び同第４８７１４９１号明細
書は、殊に、熱可塑性マトリックスと混合された炭素繊
維トウ（tow）のテープ又は編地プレプレグを形成する
ことによって繊維強化された複合材料を形成する方法を
記載している。また、高融点の熱可塑性重合体で含浸さ
れた炭素繊維テープの押出しを必要とする方法が記載さ
れている。前記の特許からは、熱硬化性マトリックス材
料で被覆又は塗布されている炭素繊維から複合材料を形
成することによって形成されたプレプレグは剛性であり
かつ複雑に造形された金型によりドレープ（drape）で
きないか又はべとつきかつ取扱いが困難であることが確
認される。前記の特許には、炭素繊維のトウ及び熱可塑
性重合体繊維を混合することによるこの種の成形方法の
欠点を克服しようとする意図が開示されている。この種
の混合のための方法は開示されている。米国特許第４８
１８３１８号明細書には、１つのトウが熱可塑性マトリ
ックス材料であり、もう１つのトウが、好ましくは炭素
繊維であるが、十分に高融点の熱可塑性樹脂であっても
よい強化材料であるような２つのトウを混合することが
開示されている。また、米国特許第４８７１４９１号明
細書及び同第４８７４５６３号明細書には、混合法が記
載されている。
【０００６】米国特許第５０００８０７号明細書及び同
第５１７７８４０号明細書の２つには、熱可塑性マトリ
ックス及び好ましくは非熱可塑性の強化繊維トウを混合
するか又はコーミングする付加的な方法が開示されてい
る。この強化繊維は、芳香族ポリアミドであってもよ
い。
【０００７】Cziollek,J.、“New Yarns for Thermoplas
tic Technical Textiles and Composites"、Technische
Textilien/Technical Textiles、第３５巻、１９９２年
１０月、第Ｅ１０６〜Ｅ１０７頁には、強化繊維及びマ
トリックス重合体の双方は熱可塑性であるような１００
％の熱可塑性複合材料を開発しようとする意図が記載さ
れている。前記製品は、この種の複合材料糸を製造する
理論的方法を記載しているが、しかし、マトリックス重
合体又は、熱可塑性強化繊維とマトリックスとの任意の
特殊な組合わせを十分に記載していはいない。この論文
は、第一に、強化繊維の開発に向けられており、完全な
複合編地のための手段ではない。
【０００８】米国特許第５１０８０９号明細書には、熱
可塑性複合プレプレグとして処理するのに適当な連続的
な熱可塑性マトリックスフィラメント及び連続的な強化
フィラメントの編地が開示されている。この編地の１つ
の変法の場合、強化フィラメント及びマトリックスフィ
ラメントの双方は、熱可塑性である。強化フィラメント
及びマトリックスフィラメントの双方が熱可塑性である
ような場合であっても、米国特許第５１０８０９号明細
書は、フィラメントのそれぞれの型が別個の束又はモノ
フィラメントであることを教示している。
【０００９】２つ又はそれ以上の熱可塑性マトリックス
をコーミングする場合に本質的な問題は、分離材料の非
相容性である。強化複合材料を使用のためには、マトリ
ックス重合体が強化繊維を完全に被覆するか又は“浸潤
する”ことが重要である。最終生成物中に残る気泡は、
該最終生成物の強度を著しく減少させる。不十分な浸潤
の問題を解決する１つの方法は、強化重合体の浸潤を向
上させるために、サイズ剤、即ち、湿潤剤又は水溶性重
合体をマトリックス重合体に添加することである。
【００１０】米国特許第５１８７０１８号明細書には、
マトリックス熱可塑性樹脂による強化繊維の湿潤を促進
するための相容化剤の使用が開示されている。この強化
繊維及び相容化剤は、同時押出しされてもよい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、ステ
ープルファイバーから、主要な熱可塑性の繊維強化され
た複合材料を提供することである。
【００１２】関連した課題及び利点は、以下の詳細な説
明を読むことにより、通常の熟練者に明白にされる。
【００１３】本発明の原理の理解を深めるために、本発
明の詳細な態様を以下に記載し、かつ詳細な用語は同じ
ものを記載する。それにもかかわらず、それにより本発
明の範囲が制限されるものではないことが意図され、本
発明の属する技術分野における通常の熟練者に通常起こ
るのと同様に、議論されたような本発明の原理のこの種
の変更及び他の変更態様及びこの種の他の用途が予想さ
れることは理解されるようになる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明は、繊維強化され
た複合材料を製造するために編地の場合の上記の欠点を
解決する。該編地は、結晶体である場合に第一融点又は
結晶体でない場合に第一軟化点を有する熱可塑性マトリ
ックス成分及び結晶体である場合に第二融点又は結晶体
でない場合に第二軟化点を有する延伸可能な繊維状の熱
可塑性強化成分を有する多成分系ステープルファイバー
糸から製造されている。第一融点又は軟化点は、第二融
点又は軟化点より少なくとも５℃低い。
【００１５】本発明の別の実施態様は、繊維強化された
ラミネートに加工するための編地である。この編地は、
結晶体である場合に第一融点又は結晶体でない場合に第
一軟化点を有するマトリックス熱可塑性ステープルファ
イバー及び結晶体である場合に第二融点又は結晶体でな
い場合に第二軟化点を有する延伸可能な繊維状の強化熱
可塑性成分から糸を紡糸し、この場合、第一融点は、第
二融点より少なくとも５℃低く、かつ糸を二次加工して
編地にすることによって製造される。
【００１６】本発明のもう１つの実施態様は、結晶体の
場合に第一融点又は結晶体でない場合に第一軟化点を有
する繊維状マトリックスの熱可塑性成分及び結晶体であ
る場合に第二融点又は結晶体でない場合に第二軟化点を
有する延伸可能な繊維状の強化熱可塑性成分を有する多
成分系ステープルファイバー糸を得、この場合、第一融
点は、第二融点より少なくとも５℃低く、かつ糸を前団
結物に二次加工し、該前団結編地を、編地を金型又は支
持体に適合させることによって造形し、造形された前団
結編地を、マトリックス成分が融解し、かつ強化成分を
団結させるような程度に、第二融点又は軟化点迄でなく
第一融点又は軟化点まで加熱することによって繊維強化
ラミネートの製法。
【００１７】本発明は、強化された複合部材を製造する
場合に使用するための編地を作成するために、多成分系
の主要熱可塑性ステープルファイバー糸（混合ステープ
ルファイバー又は多成分系ステープルファイバーの双
方）の使用を包含する。ステープルファイバーを組合わ
せることによって、強化成分及びマトリックス成分のよ
り一層の均一な混合は、混合の際に必要とされるような
複雑な処理工程なしに達成される。ステープルファイバ
ー糸の使用は、強化成分をマトリックス成分と密接に接
触させ、典型的には、他の方法で見られるよりも該成分
の間の一層強力な付着を生じることになる。ステープル
ファイバー糸の使用は、２つの通常非相容性の重合体
を、米国特許第５１８７０１８号明細書に記載されてい
るような相容化剤の使用なしに、強力な成分を形成でき
るようにする。
【００１８】本発明の第１の実施態様は、繊維強化され
た複合製品に加工処理するのに適当な編地である。この
編地は、一方では熱可塑性マトリックス重合体の成分及
び他方では熱可塑性の強化重合体の成分を有する多成分
系ステープルファイバー糸からなり、この場合、強化成
分は、好ましくはフィラメントであり、かつマトリック
ス成分は、好ましくはステープルファイバーである。こ
の成分は、二成分系ステープルファイバーとして、任意
の配列で、例えばサイド・バイ・サイド（side-by-sid
e）又は外殻／核（sheath/core）又はアイランズ・イン
・ザ・シー（islands-in-the-sea）で存在していてもよ
く、この場合、該マトリックス成分は、単成分系ステー
プルファイバーからなっていてもよい。二成分系ステー
プルファイバーの場合には、マトリックス成分は、流れ
を促進し、かつ強化成分を、重大な空隙の形成なしに溶
融液に混合させるために、繊維の外側表面の大部分を占
めなければならないことは直ちに明らかにされる。
【００１９】本発明の場合に有用な多成分系ステープル
ファイバー糸は、この種の繊維を製造するための任意の
公知方法又は最近開発された方法によって製造されても
よい。例えば、サイド・バイ・サイドの二成分系トウ
は、米国特許第５１６２０７４号明細書に示されている
のと同様にして製造することができ、但し、本明細書中
では単に参照のために挿入されている。外殻／核の二成
分系トウは、米国特許第５１６２０７４号明細書に示さ
れているのと同様にして製造することができ、但し、本
明細書中では単に参照のために挿入されている。これに
より、アイランズ・イン・ザ・シーの繊維の製造に関連
する米国特許第３６９２４２３号明細書の部分は、この
種の繊維は如何にして製造することができるかについて
の例として参照のために挿入されている。配列が外殻／
核である場合には、マトリックス材料は、外殻を占め
る。配列がアイランズ・イン・ザ・シーである場合に
は、マトリックス材料はシーを占める。多成分系のトウ
の製造後に、該当をステープルの長さに切断し、次に、
自体公知の方法により、ステープルを紡糸することによ
って糸を形成させる。
【００２０】多成分系繊維は、マトリックス成分及び強
化成分を同時紡糸すること（co-spinning）によって形
成させることができる。また、これらの成分は、別個に
及び組合わされてステープル紡糸法で紡ぐことができ
る。
【００２１】多成分系ステープル糸は、他の性質を提供
するような他の繊維を包含してよいことは予想される。
例えば、炭素繊維は、導電性及び静電気抵抗を提供する
ことができる。前記の“機能的な（functional）”フィ
ラメントは、同時紡糸の間にか又は混合、同時製織（co
weaving）、同時編成（coknitting）、同時巻取り（cow
inding）等のような任意の他の方法によって添加されて
もよい。
【００２２】該マトリックス成分は、結晶体である場合
には融点を有するか又は結晶体でない場合には軟化点を
有し、これは、強化成分の融点又は軟化点より少なくと
も約５℃、好ましくは５℃よりも低い。このことは、マ
トリックス成分を溶解させ、かつ複合材料のマトリック
ス部分にし、他方、強化成分は溶解せず、マトリックス
が再凝固した後に繊維質が残留する。ステープルファイ
バからなる編地を複合材料にする処理する場合には、溶
融温度はほとんど正確には制御されていないはずである
から、融点の差異が大きければそれだけ一層可撓性が大
きいことは、本発明の属する技術分野における通常の熟
練者に直ちに明らかにされる。
【００２３】マトリックス成分のための適当な材料は、
融点基準に適合する場合には、実質的に任意の熱可塑性
材料を包含する。勿論、本発明の場合の用途のために、
熱可塑性樹脂は繊維を形成するものでなければならな
い。しかしながら、本明細書では、原則的に、必要とさ
れる分子量の実質的に全ての熱可塑性材料の場合に、重
合体及び該重合体の化学的性質に応じて変動することに
なる。好ましくは、結晶体又は半結晶体の熱可塑性材料
が記載される。該マトリックス成分は、例えばポリアミ
ド（例えば、ナイロン６；ナイロン６，６；ナイロン
６，６Ｔ；ナイロン６Ｉ６Ｔ；ナイロン４，６；ナイロ
ン８；ナイロン６，１０；ナイロン１１及びナイロン１
２）；ポリオレフィン（例えば、ポリプロピレン、ポリ
エチレン、ポリテトラフルオロエチレン及びポリフェニ
レンエーテル）；非晶質及び／又は結晶性ポリエステル
（例えば、ポリアルキレンテレフタレート、ポリエチレ
ンテレフタレート（“ＰＥＴ”）及びポリブチレンテレ
フタレート）；又はポリイミド（例えば、ポリエーテル
イミド、ポリアミドイミド、ポリメチル（メト）アクリ
レート及びポリエチルメタクリレート）から選択するこ
とができる。他のポリスルホン；ポリフェニレンスルフ
ィド；ポリビニル（例えば、ポリビニルアルコール、ポ
リ酢酸ビニル、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリ塩化
ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩化ビニルと塩化ビニリ
デン又はポリフッ化ビニリデンとの共重合体）；ポリエ
チレングリコール；スチレン含有共重合体（例えば、ポ
リスチレン、ポリモノクロロスチレン又はスチレンアク
リロニトリル共重合体）；ポリラクトン、ポリアクリロ
ニトリル；ポリアリーレンスルフィドケトン、ポリオキ
シメチレン、ポリカルボネート、ポリエーテル、ポリエ
ーテルケトン、ポリエーテルケトン−ケトン、ポリエー
テルエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケト
ンケトン、ポリアセタール、ポリアクリル酸、ポリウレ
タン、ポリアリール酸、セルロースエステル、ポリベン
ズイミダゾール及び前記物質の共重合体及び配合物を使
用してもよい。有利に、該マトリックス成分は、ポリオ
レフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリスルホン；
ポリアリールエーテルケトン；ポリイミド；ポリスチレ
ン；ポリラクトン；ポリカルボネート及びポリエーテル
からなる群から選択される。有利に、該マトリックス成
分は、ポリアミド及び最も有利にはナイロン６である。
【００２４】強化成分のための適当な材料は、連条及び
配向することが可能でなければならないが、一般に、熱
可塑性材料を形成する全ての繊維は、選択された材料
が、強化材料の融点がマトリックス材料の融点より少な
くとも約５℃高いようなものである場合には有用であ
る。適当な強化材料は、例えばポリオレフィン；ポリア
ミド、ポリエステル；ポリスルホン；ポリアリールエー
テルケトン；ポリイミド；ポリカルボネート及びポリエ
ーテルを包含する。有利に、該強化成分は、ポリエステ
ル又はナイロン６，６及び６，６Ｔのようなポリアミド
であり、最も有利にはポリエチレンテレフタレートであ
る。
【００２５】好ましい実施態様の場合、記載されたマト
リックス成分は、ポリアミドであり、かつ記載された強
化成分は、ポリエステルであり、この場合、該ポリアミ
ドは、有利に、ナイロン６であり、かつ該ポリエステル
は、ポリエチレンテレフタレートである。
【００２６】他の好ましい実施態様の場合、記載された
マトリックス成分は、ポリアミドであり、かつ記載され
た強化成分は、ポリアミドであり、この場合、該マトリ
ックス成分は、有利に、ナイロン６であり、かつ記載さ
れた強化成分は、ナイロン６，６又はナイロン６，６Ｔ
である。
【００２７】他の好ましい実施態様の場合、記載された
マトリックス成分は、ポリスルホンであり、かつ記載さ
れた強化成分は、ポリアリールエーテルケトンであり、
この場合、該ポリスルホンは、有利に、ポリエーテルス
ルホンであり、かつ該ポリアリールエーテルケトンは、
ポリエーテルケトン又はポリエーテルケトンエーテルケ
トンケトンである。
【００２８】他の好ましい実施態様の場合、記載された
マトリックス成分は、ポリアリールエーテルケトンであ
り、かつ記載された強化成分は、ポリアリールエーテル
ケトンであり、この場合、該マトリックスポリアリール
エーテルケトンは、有利に、ポリエーテルエーテルケト
ンであり、かつ強化ポリアリールエーテルケトンは、ポ
リエーテルケトンエーテルケトンケトンである。
【００２９】他の好ましい実施態様の場合、記載された
マトリックス成分は、ポリアミドであり、かつ記載され
た強化成分は、ポリアリールエーテルケトンであり、こ
の場合、該ポリアミドは、有利に、ナイロン６，６Ｔで
あり、かつ該ポリアリールエーテルケトンは、ポリエー
テルエーテルケトン又はポリエーテルケトンエーテルケ
トンケトンである。
【００３０】一般に、種々のマトリックス成分対強化成
分の比を使用してもよい。有利に、最終複合材料は、マ
トリックス成分１５〜８０重量％及び更に有利にマトリ
ックス成分４０〜７０重量％でなければならない。勿
論、該マトリックス成分の最適水準は、意図された最終
用途と同様に選択された熱可塑性材料とともに変化して
いくことは理解されることになる。
【００３１】好ましいデニール／フィラメントは、デニ
ール／フィラメント１／２〜４０であり、この場合、最
も好ましいのは、デニール／フィラメント３〜１５であ
る。ステープルの長さは、１／４インチ〜２０インチ
（０．６３ｃｍ〜５０．８ｃｍ）であり、最も有利に
は、１インチ〜８インチ（２．５ｃｍ〜２０．３ｃｍ）
である。
【００３２】一般に、ほぼ全ての横断面は、本発明の場
合に有用であるステープルファイバを製造するために使
用してもよい。該繊維は、例えば円形、デルタ字形、引
裂片状（multilobal）であってもよい。円形の横断面又
は変形率２．３以下を有する横断面は、好ましくは、繊
維の緊密なパッケージを促進し、かつ複合材料が製造さ
れた場合に空隙を形成する機会を最小にする。
【００３３】ステープル紡糸法は、公知である。一般
に、典型的な方法は、ステープルファイバーの梱（bal
e）を開繊機（opening machine）を用いて開放し、次
に、均斉度(uniformity）を増大させるために、該梱を
一緒に数回、一連のホッパーを通してを配合することを
包含する。ステープルファイバーの異なる型が使用され
る場合には、典型的には、配合工程の間に、繊維均斉度
の異なる型を混合するために組合わせが行われる。カー
ディング工程が配合の後に続き、ステープルファイバー
を若干配向させたスライバーを製造する。次に、糸紡糸
のための双方の配向及び配合均斉度を更に改善するため
に、いくつかのカーディングされたスライバーを合わ
せ、連条機上で牽伸してもよい。
【００３４】編地を製造するために、多成分系ステープ
ル糸は、化学的方法、機械的方法又は熱結合法（thermo
bonding methods）、例えば製織、編成、カレンダ掛
け、熱風結合（hot air bonding）、水による巻き込み
（hydroentangling）、針打ち（needle punching）、編
み組み（plaiting）等の全ての公知方法によって編地を
形成するように処理される。従って、該編地は、糸をほ
ぼ予定の形にラッピング又は製紐（braiding）すること
によって製造してもよい。
【００３５】熱可塑性粉末は、編地が製造される場合に
編地に添加してもよいか又は編地の１つ又はそれ以上の
層は、同一か又は異なる熱可塑性材料の粗布又は薄膜あ
るいは熱硬化材料の１つ又はそれ以上の層と、用途に応
じて組合わせてもよい。更に、充填剤及び常用の添加剤
を、該熱可塑性材料を紡いで編地を形成する前に熱可塑
性材料に添加してもよいか又は熱成形法の場合の編地又
はプレプレグに添加してもよい。前記添加剤は、例えば
顔料、融剤又は粘着防止剤から選択されてもよい。
【００３６】本発明の１つの好ましい態様は、マトリッ
クス成分ステープルファイバー及び延伸可能な強化成分
の連続フィラメントから糸を紡糸することによって製造
される、繊維強化されたラミネートに加工するのに有用
な編地である。また、ステープル成分は、強化成分及び
マトリックスの二成分系繊維であってもよい。マトリッ
クス成分及び強化成分は、上記のように選択される。二
次加工は、編成、製織によってか又は不織布を製造する
のに使用されるような任意の別の二次加工法によって行
われてもよい。二次加工のための適当な方法は、化学的
方法、機械的方法又は熱結合法を包含する。更に、該編
地は、糸をほぼ予定の形にラッピング又は製紐すること
によって製造してもよい。
【００３７】この糸は、マトリックス（又はマトリック
ス及び強化の）ステープルファイバー及び強化連続フィ
ラメントを紡糸することによって形成される。また、繊
維の別の型を、最新技術により今後更に開発されること
によって可能にされる範囲につけ加えてもよいことが意
図されている。また、同時紡績糸（co-spun yarn）を、
他の性質を提供するような別の繊維と組合わせてもよ
い。例えば、炭素繊維は、静電気に対する導電性及び抵
抗を提供することができる。前記の“機能的な”フィラ
メントは、同時紡糸の間にか又は混合、同時製織、同時
編成、同時巻取り等のような任意の他の方法によって添
加されてもよい。
【００３８】ステープルファイバー及び連続フィラメン
トは、連続フィラメントの周囲にステープルファイバー
をラッピングするか又はステープル核の周囲に連続フィ
ラメントをラッピングすることによって組合わせて糸に
することができる。前記方法は、コアスピニング法とし
て公知である。更に、連続フィラメント及びステープル
ファイバーは、ステープルファイバーからステープル紡
績糸を紡糸し、次に、この糸及び連続フィラメント糸を
ケーブル撚糸法（cable twisting process）で合わせる
ことによって結合させることができる。
【００３９】本発明による編地は、プレプレグとして加
圧下に加熱された金型中で処理されるようなラミネート
を形成するために積み重ねるのに特に良好に適してい
る。即ち、このことは、通常の二重金型あるいはまた減
圧バックを有する単独金型であってもよい。本発明のプ
レプレグ編地の利点は、該プレプレグ編地が冷時にドレ
ープすることができることである。このことは、複雑な
形態の金型を充填する場合に、編地自体をドレープする
ことができるような編地は金型の形状に完全に適合する
ようになるので、熱成形法の場合に特に重要である。
【００４０】本発明の別の実施態様は、繊維強化された
ラミネートを形成するための方法である。この方法は、
上記のように繊維状のマトリックス熱可塑性成分及び繊
維状の強化熱可塑性成分を有する多成分系ステープル糸
（完全なステープル又はステープルと連続フィラメン
ト）を紡糸することを包含する。例えば、多成分系繊
維、混合繊維糸又は多成分系繊維及び混合繊維の組合せ
の場合のような、前記成分の種々の配列は可能である。
前記材料は、上記のように選択されてもよく、かつべ機
能的フィラメントは、押出し過程の間又は後に、同時巻
取りによってか又は上記の方法か又は技術上予測される
他の方法のいずれかによって添加してもよい。
【００４１】次に、この糸は、前団結された編地に二次
加工される。二次加工は、上記の方法か又は本発明の属
する技術分野における通常の熟練者によって予測される
他の方法のいずれか、例えば製織、編成、水による巻き
込み、製紐等によって行ってもよい。
【００４２】次に、該編地は、例えば編地を金型又は支
持体上に置くことにより前団結された形に造形される。
次に、造形された編地は、強化成分の融点又は軟化点で
なく、少なくともマトリックス成分の融点又は軟化点に
加熱され、その結果、マトリックス成分は金型又は支持
体の形を受け入れるように融解しかつ流動する。
【００４３】編地のいくつかの層を、造形及び加熱の前
に一緒に置くことが意図され、かつこのことは、特に有
利である。
【００４４】プレプレグとして編地を加工する場合に、
常法を使用することができる。典型的には、該編地は、
熱可塑性繊維が融解するが尚崩壊せず、かつ強化繊維が
融解も崩壊もしない温度まで加熱される。一般に、該熱
可塑性繊維は、生成物の機械的性質が十分であるように
なることを保証するために、１００℃、有利に１３０℃
を上廻る融点を有する熱可塑性材料から選択される。繊
維の湿潤を促進するために、１バール〜１００バールの
加圧が典型的に行われる。
【００４５】本発明は、既に密接に接触している成分か
ら製造された編地を使用しているので、本発明により形
成された複合材料は、実質的に、強化材料を浸潤してい
ない空隙を有していない。この効果は、該成分が均一に
紡がれた場合に増大し、その結果、任意の１つの成分の
領域が、実質的に回避される。
【００４６】高圧（１００バールを上廻る）では、強化
繊維はループ（loop）を形成する傾向が少ない。しかし
ながらこの工程は、はるかに困難でありかつ高価であ
る。従って、本発明は、特に、平均して低圧での加工温
度で使用するのに適している。減圧バック成形技術の場
合、適当な含浸品を１〜２バールの異なる圧力で得るこ
とが可能である。該含浸品の品質は、部分的には、使用
された熱可塑性材料の粘度に左右される。即ち、ナイロ
ン６の粘度を考慮すれば、前記材料を使用する場合に
は、約５バール〜約５０バールの圧力を使用するのが有
利である。
【００４７】本発明による多成分系ステープルファイバ
ー糸で製造された編地は、高級な繊維強化プラスチック
の使用が有利であるような全ての用途で使用することが
できる。この生成物は、熱成形法用の金型に適合させる
弾性常温成形を、編地の平面シートに施すのが望ましい
ような領域で特に有利である。実施例は、自動車産業、
娯楽装置、家庭用品（例えば、マイクロ波用の箱）、電
子装置用のハウジング、衛星用パラボラアンテナ（sate
llite dishes）、航空機産業、造船業、建築、家具、容
器及びヘルメットを包含する。
【００４８】さて、本発明は、以下の詳細な実施例にを
参照することによって説明される。これらの実施例は、
説明のために記載されたものであって、本発明の範囲を
制限するものではない。
【００４９】
【実施例】
例 １ 二成分ステープル繊維糸のニッテッドファブリックから
なる生成物 二成分ステープル繊維は、スピナレットを通して集束的
に２９０℃で、ナイロン６（２５℃の温度及び湿分５０
０ｐｐｍ以下で、９６重量％の濃度の硫酸１００ｍｌ当
たり重合体１ｇの濃度で測定した、Ｈ2ＳＯ4中の相対粘
度２．８）からなる外殻及びポリエチレンテレフタレー
ト（“ＰＥＴ”）からなる核を用いて外殻／核フィラメ
ントを紡糸することによって製造される。このＰＥＴ
は、２５℃で、フェノール６０重量％／テトラクロロエ
タン４０重量％中の１００ｍｌ当たりの重合体１ｇの濃
度で測定した固有粘度０．６３及び湿分８０ｐｐｍ以下
を有する。それぞれの重量％は、外殻２３重量％及び核
７７重量％である。スピナレットを離れた後、このフィ
ラメントを空気で急冷し、加熱したゴデット上で延伸し
て配向性を与え、かつ結果として強度を増大させる。次
に、このフィラメント束を、ワインダを用いてパッケー
ジ上に巻取った。生じた糸は、１４８５の総デニールを
有し、かつ１１０のフィラメント番手を有する。それぞ
れのデニールは、約１３．５である。
【００５０】次に、２０個のパッケージを、クリールの
上に置き、糸の末端部を一緒にまとめてトウにした。こ
のトウをスタッファーボックス捲縮機（stuffer box cr
imper）中で捲縮し、０．０５インチ（０．１２７ｃ
ｍ）の幅で、平均して１インチ当たり１０クリンプ（１
ｃｍ当たり３．９クリンプ）を生じた。次に、捲縮した
トウを、回転羽根カッター（rotating blade cutter）
を用いて切断してステープルファイバーにし、２インチ
（５．０８ｃｍ）の平均切断長を得た。このステープル
ファイバーを梱にし、かつステープル精紡工程に運搬し
た。
【００５１】ステープルファイバーの梱を、オープニン
グライン上で開け、梱から離れた繊維の塊をばらばらに
し、次に、連続的に、ステープルファイバーを再結合さ
せて均斉度を向上させ、かつ繊維を十分に開いてケバ状
材料にする。次に、この開けられた繊維を、３００ｒｐ
ｍのシリンダー速度で、７０ゲレン／ヤード（７６．６
ゲレン／メートル）のカーデッド篠巻を製造し、かつ篠
巻カン中の篠巻を巻取り型に配置するカードに供給し
た。前記篠巻の８つの末端部を、連条機に供給し、末端
部を合わせ、かつ該篠巻を８回、毎分１２００ヤード
（１０９７メートル）で牽伸して、７０ゲレン／ヤード
（７６．６ゲレン／メートル）の延伸篠巻を製造し、篠
巻カン中に入れた。次に、この延伸篠巻を、６０ｍｍの
ローター及びローター速度５００００を有するオープン
エンド紡機（open end spinning machine）を用いて紡
績糸に変えた。生じた糸は、６の綿番手又は約９００の
デニールを有する。
【００５２】この糸を丸編み機（circular knitter）を
用いてチューブに編成した。糸張力は、ニットチューブ
（knit tube）をできるだけ緊密にするために使用され
る。このニットチューブの編地重量は、９００ｇ／ｍ2
である。ニットチューブの４つの層（編地８プライ）を
一緒に積み重ね、かつ液圧プレスで４５０Ｆ°（２３２
℃）及び２１バール（３００プサイグ）の圧力で１６分
間成形する。生じた複合材料は、ナイロン６マトリック
ス約２３％及びＰＥＴ強化繊維７７％である。
【００５３】例 ２ 混合ステープルファイバー糸の編成された編地からなる
複合材料 ナイロン６のステープルファイバーを、スピナレットを
通して集束的に２７０℃で紡糸する。該ナイロン６は、
Ｈ2ＳＯ4での相対粘度（例１に記載されたものと同じ条
件下で測定した）２．８及び湿分５００ｐｐｍ以下を有
する。スピナレットを離れた後、このフィラメントを空
気で急冷し、加熱したゴデット上で延伸して配向性を与
え、かつ結果として強度を増大させる。次に、このフィ
ラメント束を、ワインダを用いてパッケージ上に巻取っ
た。生じた糸は、１４８５の総デニールを有し、かつ１
１０のフィラメント番手を有する。それぞれのデニール
は、約１３．５である。
【００５４】次に、２０個のパッケージを、クリールの
上に置き、糸の末端部を一緒にまとめてトウにした。こ
のトウをスタッファーボックス捲縮機中で捲縮し、０．
０５インチ（０．１２７ｃｍ）の幅で、平均して１イン
チ当たり１０クリンプ（１ｃｍ当たり３．９クリンプ）
を生じた。次に、捲縮したトウを、回転羽根カッターを
用いて切断してステープルファイバーにし、２インチ
（５．０８ｃｍ）の平均切断長を得た。このナイロン６
のステープルファイバーを梱にし、かつステープル精紡
工程に運搬した。
【００５５】ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の
ステープルファイバーを、スピナレットを通して集束的
に２９０℃で紡糸する。該ＰＥＴは、フェノール６０重
量％／テトラクロロエタン４０重量％中で測定された
（例１に記載されたものと同じ条件）固有粘度０．６３
及び湿分８０ｐｐｍ以下を有する。スピナレットを離れ
た後、このフィラメントを空気で急冷し、加熱したコデ
ット上で延伸して配向性を与え、かつ結果として強度を
増大させる。次に、このフィラメント束を、ワインダを
用いてパッケージ上に巻取った。生じた糸は、１４８５
の総デニールを有し、かつ１１０のフィラメント番手を
有する。それぞれのデニールは、約１３．５である。
【００５６】次に、２０個のパッケージを、クリールの
上に置き、糸の末端部を一緒にまとめてトウにした。こ
のトウをスタッファーボックス捲縮機中で捲縮し、０．
０５インチ（０．１２７ｃｍ）の幅で、平均して１イン
チ当たり１０クリンプ（１ｃｍ当たり３．９クリンプ）
を生じた。次に、捲縮したトウを、回転羽根カッターを
用いて切断してステープルファイバーにし、３インチ
（７．６２ｃｍ）の平均切断長を得た。このＰＥＴのス
テープルファイバーを梱にし、かつステープル精紡工程
に運搬した。
【００５７】ナイロン及びＰＥＴの梱を、等量（それぞ
れ５０％）で、オープニングライン上で一緒に開け、梱
から離れた繊維の塊をばらばらにし、次に、連続的に、
ステープルファイバーを再結合させて均斉度を向上さ
せ、かつ繊維を十分に開いてケバ状材料にする。次に、
この開けられた繊維を、２つの付加的な通路に向かっ
て、ナイロンとＰＥＴとの間の配合を更に向上させるた
めに、オープニングライン中に再供給する。次に、この
開けられた繊維を、３００ｒｐｍのシリンダー速度で、
７０ゲレン／ヤード（７６．６ゲレン／メートル）のカ
ーデッド篠巻を製造し、かつ篠巻カン中の篠巻を巻取り
型に配置するカードに供給した。
【００５８】前記篠巻の８つの末端部を、連条機に供給
し、末端部を合わせ、かつ該篠巻を８回、１２００ヤー
ド／分（１０９７ｍ／分）で牽伸して、７０ゲレン／ヤ
ード（７６．６ゲレン／メートル）の延伸篠巻を製造
し、篠巻カン中に入れた。次に、この延伸篠巻を、６０
ｍｍのローター及びローター速度５００００を有するオ
ープンエンド紡機を用いて紡績糸に変えた。生じた糸
は、６の綿番手又は約９００のデニールを有する。
【００５９】この糸を丸編み機を用いてチューブに編成
した。糸張力は、ニットチューブをできるだけ緊密にす
るために使用される。このニットチューブの編地重量
は、９００ｇ／ｍ2である。ニットチューブの４つの層
（編地８プライ）を一緒に積み重ね、かつ液圧プレスで
４５０Ｆ°（２３２℃）及び２１バール（３００プサイ
グ）の圧力で１６分間成形する。生じた複合材料は、ナ
イロン６マトリックス約５０％及びＰＥＴ強化繊維５０
％である。
【００６０】例 ３ 連続フィラメント及び単成分ステープルファイバーを含
有する糸の編成された編地からなる複合材料 ナイロン６のステープルファイバーの梱を、例２に記載
された方法によって製造する。ステープルファイバーの
梱を、オープニングライン上で開け、梱から離れた繊維
の塊をばらばらにし、次に、連続的に、ステープルファ
イバーを再結合させて均斉度を向上させ、かつ繊維を十
分に開いてケバ状材料にする。次に、この開けられた繊
維を、３００ｒｐｍのシリンダー速度で、７０ゲレン／
ヤード（７６．６ゲレン／メートル）のカーデッド篠巻
を製造し、かつ篠巻カン中の篠巻を巻取り型に配置する
カードに供給した。前記篠巻の８つの末端部を、連条機
に供給し、末端部を合わせ、かつ該篠巻を８回、１２０
０ヤード／分（１０９７ｍ／分）で牽伸して、７０ゲレ
ン／ヤード（７６．６ゲレン／メートル）の延伸篠巻を
製造し、篠巻カン中に入れた。
【００６１】ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の
連続フィラメントを、スピナレットを通して集束的に２
９０℃で紡糸する。該ＰＥＴは、（例１に記載されたも
のと同じ溶剤中でかつ同じ条件下で測定された）固有粘
度０．６３及び湿分８０ｐｐｍ以下を有する。スピナレ
ットを離れた後、このフィラメントを空気で急冷し、加
熱したコデット上で延伸して配向性を与え、かつ結果と
して強度を増大させる。次に、このフィラメント束を、
ワインダを用いてパッケージ上に巻取った。生じた糸
は、１０００の総デニールを有し、かつ１１０のフィラ
メント番手を有する。それぞれのデニールは、約９であ
る。
【００６２】ナイロンのステープルファイバーとＰＥＴ
の連続フィラメント糸を、コアスピニング法で、走行速
度１２５ｍ／分で合わせ、この場合、ナイロンのステー
プルファイバーは、ＰＥＴのフィラメント糸の上にラッ
ピングされる。ナイロン篠巻の５つの末端部を、ＰＥＴ
糸の１つの末端部と合わせ、かつ牽伸ユニットII（draf
ting unit II）の速度を、ナイロンのステープルファイ
バー３０重量％及びＰＥＴの連続フィラメント７０重量
％を有する糸が得られるように調節する。生じた糸は、
１４３０のデニールを有する。
【００６３】この糸を丸編み機を用いてチューブに編成
した。糸張力は、ニットチューブをできるだけ緊密にす
るために使用される。このニットチューブの編地重量
は、９００ｇ／ｍ2である。ニットチューブの４つの層
（編地８プライ）を一緒に積み重ね、かつ液圧プレスで
４５０Ｆ°（２３２℃）及び２１バール（３００プサイ
グ）の圧力で１６分間成形する。生じた複合材料は、ナ
イロン６マトリックス約３０％及びＰＥＴ強化繊維７０
％である。
【００６４】例 ４ 連続フィラメント及び二成分系ステープルファイバーを
含有する糸の編成された編地からなる複合材料 二成分系ステープルファイバーの梱を、外殻５０％及び
核５０％の比を使用することを除き、例１に記載された
方法によって製造した。このステープルファイバーを、
例１に記載されたのと同様の延伸篠巻７０ゲレン／ヤー
ド（７６．６ゲレン／メートル）に変換する。
【００６５】ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の
連続フィラメントを、例３に記載された法法によって製
造する。
【００６６】二成分系ステープルファイバー及びＰＥＴ
の連続フィラメント糸を、コアスピニング法で、走行速
度１２５ｍ／分で合わせ、この場合、二成分系ステープ
ルファイバーは、ＰＥＴのフィラメントの上にラッピン
グされる。篠巻の５つの末端部を、ＰＥＴ糸の１つの末
端部と合わせ、かつ牽伸ユニットIIの速度を、二成分系
ステープルファイバー４０重量％及びＰＥＴの連続フィ
ラメント６０重量％を有する糸が得られるように調節す
る。生じた糸は、１４３０のデニールを有する。
【００６７】この糸を丸編み機を用いてチューブに編成
した。糸張力は、ニットチューブをできるだけ緊密にす
るために使用される。このニットチューブの編地重量
は、９００ｇ／ｍ2である。ニットチューブの４つの層
（編地８プライ）を一緒に積み重ね、かつ液圧プレスで
４５０Ｆ°（２３２℃）及び２１バール（３００プサイ
グ）の圧力で１６分間成形する。生じた複合材料は、ナ
イロン６マトリックス約２０％及びＰＥＴ強化繊維８０
％である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 9:00 (72)発明者 オットー エム イルク アメリカ合衆国 ノース カロライナ ア ッシュヴィル ウェストウッド ロード ６ (72)発明者 マシュー ビー ホイト アメリカ合衆国 ノース カロライナ ア ーデン ミュアフィールド コート ５

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 繊維強化複合材料に加工するための編地
    において、前記編地は、結晶体の場合に第一融点又は結
    晶体でない場合に第一軟化点を有する熱可塑性マトリッ
    クス成分及び結晶体の場合に第二融点又は結晶体でない
    場合に第二軟化点を有する延伸可能な繊維状の熱可塑性
    強化成分を有する多成分系ステープルファイバー糸から
    なり、その際、前記第一融点又は軟化点は前記第二融点
    又は軟化点より少なくとも５℃低いことを特徴とする、
    繊維強化複合材料に加工するための編地。
  2. 【請求項２】 繊維強化ラミネートに変換するための編
    地において、編地は、結晶体の場合に第一融点又は結晶
    体でない場合に第一軟化点を有するマトリックスの熱可
    塑性ステープルファイバー及び結晶体の場合に第二融点
    又は結晶体でない場合に第二軟化点を有する延伸可能な
    繊維強化熱可塑性成分から糸を紡糸し、その際、前記第
    一融点は前記第二融点より少なくとも５℃低く、かつ糸
    を二次加工して編地にすることよりなる方法により製造
    されることを特徴とする、繊維強化ラミネートに変換す
    るための編地。
  3. 【請求項３】 繊維強化ラミネートの製法において、結
    晶体の場合に第一融点又は結晶体でない場合に第一軟化
    点を有する繊維状マトリックスの熱可塑性成分及び結晶
    体の場合に第二融点又は結晶体でない場合に第二軟化点
    を有する延伸可能な繊維強化熱可塑性成分を有する多成
    分系ステープルファイバー糸を得、その際、前記第一融
    点は前記第二融点より少なくとも５℃低く、糸を前団結
    された編地に二次加工し、前団結された編地、編地を金
    型又は支持体に適合させることにより造形し、造形され
    た前団結編地を、マトリックス成分が融解しかつ強化成
    分が団結されるように、第二融点又は軟化点に加熱する
    のでなく第一融点又は軟化点に加熱することからなる、
    繊維強化ラミネートの製法。
JP6109767A 1993-05-25 1994-05-24 繊維強化複合材料及びラミネートの製造に使用するための編地並びに繊維強化ラミネートの製法 Pending JPH0797750A (ja)

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