JPH10512202A - 引出し成形法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 特別に適合させた温度制御可能な引出し成形用ダイス（２６）を使用して、可変の断面を有する引出し成形製品を製造する方法であって、熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を含浸させた強化用繊維（１３）を、温度制御可能なダイス（２６）を介して引っ張り；この温度制御可能なダイス（２６）を、熱硬化性樹脂の硬化を行うに充分な温度に加熱し；温度制御可能なダイス（２６）を、引出し成形用ダイス（２６）を通過する熱硬化性樹脂の有意の硬化を阻止するに充分に低い温度に冷却し；ダイスから硬化された材料及び所定の長さの未硬化物質を引っ張り；未硬化材料を再成形し；及び再成形した材料を硬化させる各工程を包含する。再成形工程は、オフセット、フランジ、ボス等を提供するために使用される。本発明の方法及び装置（１０）は、可変の断面を有する組織強化熱硬化プラスチックスを製造するための比較的簡単かつ安価な方法を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】 引出し成形法及び装置 発明の分野 本発明は、繊維強化熱硬化物品の調製、さらに詳述すれば、引出し成形物品の 長さ方向軸又は機械加工方向に関して可変の断面を有する引出し成形熱硬化物品 を製造するために特に採用される引出し成形法及び装置に係る。 発明の背景 引出し成形は、繊維強化エンジニアリング複合材料、特に熱硬化複合体の製造 に利用される最も有効な方法の１つとして認識されるようになっている。引出し 成形製品は、特に、他の製造法によって製造された製品と比べて高い繊維容積含 量のため注目されており、かかる特性は、当該製品を多くの構造的用途において 好適である特に強い材料とする。一般に、引出し成形熱硬化物品を製造するため の商業的方法は、長さ方向軸又は機械加工方向に関して一定の断面を有する製品 の製造に限られている。熱可塑性引出し成形技術は、一次成形後、限られた形状 の再成形を許容するが、原料及び加工工程のコストは多くの用途には極めて高い ものである。可変の断面を有する熱硬化物品の製造を許容する引出し成形技術は 、たとえば、フランジ、オフセット、ボス等（これらは、改善された負荷移動又 は継手効率のための二次構造を提供できる）を導入するためには好ましい。 発明の要約 本発明は、可変の断面形状を有する熱硬化引出し成形物品を製造するための改 善された方法を提供するものであり、従来技術の各種の欠点を解消する。特に、 この方法は、熱硬化性樹脂が含浸された繊維塊状物を引出し成形用ダイスを通過 させる際に、実質的に充分に硬化された少なくとも一部分及び実質的に未硬化の ままである他の少なくとも一部分を有する連続した引出し成形物品を提供するよ うに、引出し成形用ダイス内の温度を変化させることによって、実用的でかつ比 較的安価でない可変の断面を有する引出し成形物品の製法を提供する。ついで、 可変の断面を有する引出し成形物品を形成するため、未硬化部分を再成形及び硬 化する。本発明は、比較的均一な繊維含量及び大きい強さ特性を有する可変断面 の引出し物品を連続して製造するための簡単で、かつよりコスト的に有効な方法 を提供する。この方法は、物品上に一体的に登録マーク、浮上った文字又は他の 記章を配置するためにも使用される。さらに、局部的な断面形状の変化は、引出 し成形された異形状の長さに沿って、より有効な負荷移動又は締付け形状を選択 的に導入する機会を提供できる。加えて、この方法は広範な商業的用途に良好に 適用される。 当該方法は、熱硬化可能な熱硬化性高分子組成物を含浸させた強化用材料を、 温度制御可能な引出し成形用ダイスを通して引出し；この引出し成形用ダイスの 温度及び前記材料の引抜き速度を制御して、引出し成形用ダイスにおける材料の 所定長さを実質的に硬化させ；引出し成形用ダイスの温度を迅速に低下させて、 引出し成形用ダイスを通過する材料の所定長さを実質的に未硬化のままとし；引 出し成形用ダイスから出てくる材料の未硬化部分を再成形し；及び再成形した部 分を硬化させる各工程を包含してなる。任意に、引出し成形用ダイスから出てく る材料の未硬化部分を再成形し、硬化させる前に、この未硬化部分に、樹脂、繊 維、樹脂含浸繊維塊状物（たとえばシート成形化合物（ＳＭＣ）又はバルク成形 化合物（ＢＭＣ））、金属インサート等の如き物質を付加することができ、これ ら物質は、再成形及び硬化工程の後、その一体的部分となる。 未硬化部分は、好ましくは、引出し成形製品が個々の物品に切断される前に、 引出し成形用ダイスの直後で再成形及び硬化される。別法として、引出し成形用 ダイスから出てきた製品を任意に切断し、未硬化部分を別の操作で再成形、硬化 することができる。 本発明は、可変の断面を有する繊維強化熱硬化物品を製造するための装置にも 係り、該装置は、硬化を行うためにダイスの温度を迅速に上昇させる加熱手段及 び硬化を行うに必要な温度より低い温度に迅速に冷却させる冷却手段を有し、こ れにより、実質的に充分に硬化された部分と、可変の断面又は外形を有する繊維 強化物品を形成するために再成形及び硬化される実質的に未硬化の部分とを有す る連続物品の調製を許容するダイスを通して、熱硬化性樹脂を含浸させた繊維塊 状物を引抜き又は引出しするための手段を包含する。この装置は、従来の引出し 成形装置とは、引出し成形用ダイスの温度の迅速な操作を介して硬化レベルを制 御できる点で異なる。このように、ダイスは、ここを通過する熱硬化性樹脂の実 質的な硬化を生ずるように加熱され、つづいて、ダイスを通過する材料の他の長 さ方向で一列に整列する部分の熱硬化性樹脂が実質的に未硬化のままである温度 に迅速に冷却される。当該装置は、さらに、従来の引出し成形装置とは、温度及 び加工速度の制御が、安定状態での加工よりもむしろ不安定な状態での加工を目 的とするものであり、各瞬間で加工を可能にする温度及び速度の変更を行うよう に充分に可変でなければならない点で異なる。 ダイスの迅速な加熱及び迅速な冷却を容易なものとし、これにより、商業的に 適正なサイクル時間及び生産率とするために、ダイスの大きさは従来のダイスよ りも必然的にかなり小さい。特に、ダイスは、従来のダイスと比べて、好ましく は比較的薄い壁を有し、ダイスの外壁は一般にダイスの空隙の形状に従う。 図面の簡単な説明 図１は、本発明の方法を実施するための装置の概略説明図であり； 図２は、装置の機械加工方向に対して横断する本発明の引出し成形用ダイスの 断面正面図であり； 図２ａは、加熱／冷却ジャケットを有する引出し成形用ダイスの断面正面図で あり； 図２ｂは、シングルピースタイプの引出し成形用ダイスの断面正面図であり； 図２ｃは、Ｈ形断面を有する物品を形成するための引出し成形用ダイスの断面 正面図であり； 図３は、本発明の方法によって使用される再成形用ダイスの長さ方向断面図で あり； 図４及び４ａは、グリッパー／プーラーが引出し成形製品の再成形部分を圧迫 及び傷つけることを防止するため、引出し成形された材料の形状における断面の 変化を検出するためのグリッパー／プーラー及び付属手段の概略説明図であり； 図５及び５ａは、未硬化部分の再成形の間に、引出し成形された材料の繊維を 貫通し、選択的にせん断するための手段を有する再成形用ダイスの長さ方向断面 図であり； 図６は、図５及び５ａに示された再成形用ダイスを使用して貫通及び再成形さ れた引出し成形製品の長さ方向断面図であり； 図６ａは、図６に示す製品の斜視図であり； 図７は、環状断面から卵形断面に変化する端部をもつ引出し成形ロッドの斜視 図であり； 図８は、１つの端部に、製品の残りの部分の内側周囲に適合する再成形された 減少外側断面周囲を有する引出し成形管状製品の斜視図であり； 図９は、テーパー付き端部を有する引出し成形された管状製品の斜視図であり ；及び 図１０は、方形管からＩ形断面への変化を有する引出し成形製品の斜視図であ る。 好適な具体例の説明 発明の実施で使用される引出し成形用ダイスは、特に迅速な熱サイクルを容易 なものとするように工夫されている点を除いて、一般に従来の引出し成形用ダイ スと同様である。詳述すれば、引出し成形用ダイスは、当該引出し成形用ダイス の少なくとも一部分の温度を、熱硬化可能な熱硬化性高分子物質の硬化を行うた めに要求される温度以上まで迅速に上昇させるために、たとえば、電気抵抗ヒー ター又は引出し成形用ダイスの外表面を通して又はその周囲で循環される液状又 はガス状の熱移動流体の如き加熱手段、及び当該引出し成形用ダイスの温度を、 熱硬化可能な熱硬化性高分子物質の適正な硬化を生ずる温度よりも低い温度に迅 速に低下させるために、たとえば引出し成形用ダイスの外表面を通して又はその 周囲で循環される液状又はガス状の熱移動流体の如き冷却手段を具備する。好ま しくは、各加熱及び冷却手段は、引出し成形材料が引抜かれる方向に沿ってダイ スの実質的に全長にわたって延びており、これにより、実質的にダイス全体の温 度を、熱硬化性樹脂の硬化を生ずるために要求される温度以上に上昇できると共 に、熱硬化性樹脂の硬化を阻止するに充分に低い温度に低下できる。引出し成形 用ダイスの壁の厚さは、好ましくは、当該引出し成形用ダイスの所望の温度変化 を達成するために要求される熱移動の量を低減させるため、従来の引出し成形用 ダイスと比べて比較的薄い。さらに詳述すれば、引出し成形用ダイスの壁の厚さ は、熱量を低減させ、かつ引出し成形用ダイスの内壁に沿って通過する材料の液 体、ゲル又は固体領域の摩擦抵抗及び熱膨張のため当該引出し成形用ダイス内で 生ずる力に耐えるに必要な最適な機械特性をなお提供するために最小である。 本発明では、製品の長さに沿って軸方向の各部位で導入された局部的な可変の 断面形状を有し、かつ均一な高い繊維含量及び全体を通して均一な繊維と樹脂と の結合特性を有する一般に各種の長さにわたる一定な断面の引出し成形物品の製 造が可能である。対照的に、公知の可変断面引出し成形製品の製法は、一般に、 樹脂含浸繊維材料（追加の熱硬化性物質が添加されうる）の移動流をふさぐ１又 は複数個の同一に加熱される可変断面ダイスを使用する安定状態での引出し成形 硬化技術を利用するものである。加熱ダイスは、材料が下流に移動する間に硬化 するように、閉じられたままである。材料が硬化した時点でダイスが開けられ、 方法における上流に戻される。これらの公知の方法によって製造された物品は、 一般に、連続加工の長さに沿って成形ダイスの長さによって限定される同一の断 面繰返し配列を有する。このような方法の１例は、比較的短い長さのハンマーハ ンドルブランクである。可変の断面形状及び比較的均一の繊維含量及び均一な繊 維とマトリックスとの結合を有する引出し成形製品を製造するための他の方法は 、未だ成功していることが証明されておらず及び／又はつづく再成形及び硬化が 行われるまで低減された温度での材料の保存を必要とするＢステージ低硬化レベ ルを達成できる重合可能な組成物（たとえばエポキシ樹脂）に限定されている。 次に、一般的に方形の断面を有するシート又はストリップを引出し成形するた めの引出し成形装置に関して、本発明の具体例を説明する。しかしながら、本発 明は、正方形、環状、方形、台形、Ｘ形、Ｔ形、Ｊ形、Ｉ形又は他の規則的又は 不規則な断面形状又は外形を有する管及びロッドを含む各種の所望形状を有する 物品の成形に応用されることが理解されなければならない。ここで使用の断面形 状又は外形は、他に示さない限り、引出し成形物品が引出し成形用ダイスから出 た方向と同一又は平行の線に沿って見た断面の形状、すなわち機械加工方向に直 角の断面形状である。 図１を参照すると、引出し成形装置は一般に符号１０で示される。当該装置は 複数個のクリール又はスプールを包含し、ここから強化用繊維１３が供給され、 当該強化用繊維を案内しかつ収束させる案内１４を介して引っ張られ、樹脂浴１ ６を通って引出される。強化用繊維１３は、浴内で繊維の展延を生じかつ樹脂浴 １６内に収容された液状の熱硬化可能な熱硬化性樹脂の各繊維への完全な含浸を 行う数個の方向転換バー１８の周囲を通過される。繊維１３に熱硬化性樹脂を塗 布又は含浸させるために、当分野でよく知られた各種の他の技術を使用できる。 このような技術としては噴霧、浸漬、ロールコーティング、はけ塗り等があるが 、これらに限定されない。別法として、予め含浸させた繊維も使用できる。繊維 に熱硬化性樹脂を含浸させるために使用できる他の公知の技術としては、圧力利 用含浸法（樹脂注入とも称される）がある。樹脂浴１６から出た樹脂含浸強化用 繊維１３を、成形案内システム２０を介して引っ張る。このシステムは、たとえ ば、１又は複数個の機械加工プレート、シート金属案内等でなり、樹脂含浸繊維 １９を所望の引出し成形物品の適切な形状に固める。成形案内システム２０から 出てきた樹脂含浸繊維の固化塊状物２２を、迅速な温度サイクルに供しうる温度 制御可能な引出し成形用ダイス２６を通って引抜き、グリッピング／プリング手 段２８に送る。要求に応じてダイス２６を選択的に加熱及び冷却して、ダイスか ら出てきた材料２７の第１の部分（すなわち長さ）は実質的に充分に硬化されて いるが、第２の長さ方向に整列する部分（すなわち長さ）は実質的に未硬化であ るようにするため加熱手段２３及び冷却手段２４が設けられている。加熱手段２ ３及び冷却手段２４は、好ましくは、それぞれダイスの全長に沿って最適な温度 制御を容易なものとするために（たとえば、最適な温度プロフィールを達成し、 つづいて冷却するため）、複数個の各々に制御可能な加熱及び冷却手段でなるこ とが理解されなければならない。つづいて、ダイス２６から出てきた材料の未硬 化部分を、再成形用ダイス３２によって再成形し、硬化させる。引出し手段２８ を通過させた後、複合体２４を、たとえば、丸のこ、帯のこ等の熱硬化物品の切 断に適した各種の公知の手段でなる切断手段３０によって所望の長さの物品に切 断する。 従来の引出し成形法は、一般に安定状態条件で操作される。すなわち温度及び 他のパラメーターは処理流のいずれかの部位で相対的に一定のままである。本発 明は、引出し成形用ダイス２６における温度が、重合反応を行うために要求され る温度以上と、熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物の有意の反応又は硬化を阻止又 は遅延させるに充分に低い温度との間で変動する不安定状態処理を包含する。 温度制御可能な引出し成形用ダイスの機械加工方向（すなわち、熱硬化性樹脂 含浸繊維塊状物が動く方向）に対して横断する断面図を図２に示す。引出し成形 用ダイス２６は、一緒になってダイスの空隙４２を限定するくぼみ域３８及び４ ０をそれぞれ有する上方ダイス部材３４及び下方ダイス部材３６を包含する。上 方ダイス部材３４及び下方ダイス部材３６は、たとえば上方ダイス部材３４を通 り、下方ダイス部材３６内の相当するねじ付き孔４４を介して下方ダイス部材３ ６に固定されるソケットヘッドキャップねじ３４によって好ましくは一緒に保持 されるが、ダイス部材を一緒に保持するためにクランプの如き他の手段を使用で きる。別法では、予め定められた閉鎖空隙を有するシングルピース構造のダイス ２６ｂ（図２ｂに示す）、たとえばシームレス管ダイス又はワイヤＥＤＭ法を使 用して作製されたダイスを利用でき、この場合、締付け具の必要性を排除できる 。引出し成形用ダイスは電気ヒーター抵抗ストリップの如き加熱手段４６を包含 する。別法として、たとえば、外部板形ヒーター、赤外線ヒーター、カートリッ ジ形ヒーター、石英ヒーター、加熱された流体を循環させるためにダイス部材内 に設けられた導管又は溝などの如き他の従来の加熱手段が設けられる。充分な加 熱手段４６が設けられると、引出し成形用ダイス２６の実質的に全体の温度は、 連続した安定状態での引出し成形処理に好適な所望の軸方向温度プロフィールに 迅速に加熱される。 従来の引出し成形用ダイスには、ダイスの空隙を通過する熱硬化性樹脂の硬化 を行うに充分な比較的一定の温度に加熱領域を維持するための加熱手段が設けら れるが、この加熱領域内の温度を硬化を行うに必要な温度よりも低い温度に低下 させる冷却手段は設けられない。ただし、従来の引出し成形用ダイスは、テーパ ー付き又は半曲（radiused）入口領域における硬化を防止するためにダイスの入 口に付属冷却手段を有する冷却域を包含する。既に硬化した物質の温度を抑制し て、熱い材料がダイスを出る際に生じうる熱応力亀裂を回避するため、ダイスの 出口端に冷却手段が包含されうる。 これに対して、本発明の引出し成形用ダイス２６も、当該引出し成形用ダイス から迅速に熱を吸収して、型の空隙表面３８及び４０における温度を迅速に（た とえば３分より小、望ましくは１分より小）熱硬化可能な熱硬化性樹脂の適正な 硬化を生ずる温度よりも低い温度に低下させる冷却手段を包含する。冷却手段が ないか又はダイスの入口及び／又は出口の局部冷却領域のみ冷却手段を包含する 従来の引出し成形用ダイスとは異なり、本発明の引出し成形用ダイスには、迅速 な熱サイクルを行って、加熱されたダイス表面から熱を取り去る（そうでない場 合には硬化を開始させる）ことができる加熱及び冷却手段が設けられる。好適な 冷却手段としては、ダイスを直接的に又は間接的に冷却させる当分野で公知の各 種の手段がある。このような冷却手段は、迅速な対流冷却を行うため、引出し成 形用ダイスの外表面上を通って冷たい空気又は他の冷たいガスを移動させるため のファン、ブロワー等を包含する。引出し成形用ダイスを迅速に冷却させる他の 好適な手段は、当該引出し成形用ダイス内に埋込まれるか、又はこれと接触する 冷却コイルを使用するものであり、該コイル内を冷たい流体が循環する。別法と して、引出し成形用ダイス２６に、図２ａに示すように、当該引出し成形用ダイ スを完全に包囲する組合せ加熱／冷却ジャケットを設置することができる。ジャ ケット７０の内壁７２は、当該引出し成形用ダイスの外壁７４から空間を置いて 配置されており、これらの間に空間７６が形成され、必要に応じて引出し成形用 ダイスを冷却及び加熱するため、この空間を通って冷却用及び加熱用流体が交互 に循環される。自動温度制御のため、必要により、引出し成形用ダイス２６内の 選択される部位に複数個のサーモカップル７７を設置できる。 温度制御可能な引出し成形用ダイス２６の迅速な熱サイクルを容易なものとす るため、引出し成形用ダイス部材３４及び３６は、好ましくは、熱硬化性樹脂の 硬化を行う及び阻止するに必要な温度変化を達成するため、それぞれ加熱及び冷 却手段によって付加又は除去しなければならない熱量を低減させるように比較的 薄い壁を有する。もちろん、ダイスの材料の機械的及び熱的特性は熱量に影響を 及ぼす。１例として、ダイス用としてＰ２０グレードの工具鋼に匹敵する銅基材 工具用合金を使用できる。好適な壁の厚さ、すなわち引出し成形用ダイスの内部 壁３８、４０と外部壁７４との間の最も短い距離は、望ましくは１.３ｃｍ（１ ／２インチ）より小、好ましくは約０.６ｃｍ（１／４インチ）以下である。引 出し成形用ダイス部材の壁の厚さは、最も好ましくは、通過する材料によってダ イスにかかる力を抑制するに必要な構造的強さを提供するために要求される最小 の壁の厚さである。さらに詳述すれば、引出し成形用ダイスの壁の厚さは、好ま しくは、当該引出し成形用ダイスを通過する材料の効果的な処理を妨げないよう 耐久レベルにダイス壁の変形を制限するに必要なほぼ最小値である。好適なダイ スの壁の厚さは、一般に、引出し成形用ダイスにかかる代表的な内部圧力を受け る際に、空隙の変形が0.005ｃｍ（0.002インチ）を越えない程度である。引出し 成形用ダイス内でかかる内部圧力は、一般に約５０〜５００ｐｓｉであり、さら に代表的には約２００ｐｓｉ以下である。好適な壁の厚さは実験的に決定される が、より好ましくは、有限要素分析の如き数学的モデリング技術を利用して推定 される。本発明の引出し成形用ダイスの質量は、迅速な熱サイクルを受けない従 来の引出し成形用ダイスの質量の約１０〜約２０％に低減されることが測定され た。引出し成形用ダイスの長さは、一般に約３０〜２２５ｃｍ（約１２〜９６イ ンチ）であり、より代表的には約７５〜約１５０ｃｍ（約３０〜約６０インチ） である。通過する熱硬化性樹脂を硬化させる温度に容易に加熱され、かつ硬化を 生ずる温度よりも低い温度に容易に冷却される低質量ダイスを達成するため、外 壁の断面形状は、最も一般的には、ダイスの空隙の形状に従うものであり、ダイ ス壁の厚さは、一般に全断面周囲の周りで約０.６ｃｍ（１／４インチ）である 。たとえば、本発明の原理によれば、ダイスの質量を低減し、ダイスの迅速な温 度サイクルを行うため、Ｈ形断面のダイス空隙７９を有するダイス７８の外方断 面周囲も、図２ｃに示すような実質的に適合するＨ形を有するであろう。これは 、良好な熱安定性を提供するために一般的に質量が大きく、ダイスの外方断面周 囲が一般にダイス空隙の形状とは関係なく方形である従来の引出し成形用ダイス とは実質的に異なる。 本発明の引出し成形装置は、温度制御可能な引出し成形用ダイス２６の直後に 位置する再成形用ダイス３２を包含する。簡単なオフセットの製造に適したマッ チド−ダイ成形（すなわち、圧縮成形）式再成形用ダイス３２を図３に示す。再 成形用ダイス３２は下方ダイス部材５４及び上方ダイス部材５６でなり、これら は、引出し成形用ダイス２６から出てきた複合体製品２７がこれらの間を自由に 通過できるように充分な所定距離によって相互に離されており、一緒になって製 品２７の未硬化部分を圧迫して再成形する。ダイス部材５４及び５６は、液圧又 は空気圧流体が供給される空気圧式又は液圧式シリンダー手段５７の如き各種の 手段によって、引出し成形製品２７の部分を再成形するため合わされ、又は離さ れる。機械式ジャックスクリュー又はシザー機構の如き他の手段も使用できる。 再成形用ダイス３２は、電気抵抗ストリップヒーター５８の如き加熱手段及び冷 却コイル６２の如き冷却手段を包含する（図３に概略して示す）。再成形用ダイ スを、引出し成形用ダイス２６から出てきた引出し成形製品２７の未硬化部分の 熱硬化性樹脂の硬化を行うに充分な温度に加熱し、その後、有意の硬化を生ずる 温度よりも低い温度に冷却するために、当分野で公知の各種の他の加熱及び冷却 手段を設置できる。未硬化部分が開放再成形用型部材間で引っ張られる際の表面 のプレ硬化を回避するため、再成形用ダイスは冷却手段を包含していることが好 ましい。 本発明の方法は、引出し成形用ダイスから出てくる複合体製品２７の選ばれた 部分が実質的に未硬化であり、一方、他の部分（一般に複合体２７の大部分）が 実質的に充分に硬化されているように非安定状態条件下で操作する点において従 来の引出し成形法とは相違する。ここで使用する「実質的に未硬化の部分」との 表現は、引出し成形用ダイスから出てきた材料の一部分であって、たとえば加圧 成形によって再成形され、再び加圧成形によっても再成形され得ない堅い固体を 形成するように硬化される材料の一部分を示す。冷却サイクルの間の硬化を遅ら せ又は阻止するために、好ましくは、ダイスの温度を、樹脂の開始温度以下、す なわち未硬化部分が冷却されたダイスを通って再成形用ダイスまで進行する間に 生ずる反応が５％より小、好ましくは３％より小、又は全く反応を生じない温度 に低下させる。 ここで使用する「実質的に充分に硬化された部分」との表現は、引出し成形用 ダイスから出てきた材料の一部分であって、充分に硬化していて、加圧成形法に よって再成形され得ない堅い固体である材料の一部分を示す。代表的には、これ らの部分は、架橋熱硬化物の形の重合体及び反応単量体少なくとも約８０重量％ 、好ましくは９０重量％及び最も好ましくは９５重量％を有する。 熱硬化性物の硬化を行うため、好ましくは、引出し成形用ダイス２６は傾斜し た又は区分化した温度プロフィールを有する。これについて、ペルオキシド開始 ポリエステル又はビニルエステル樹脂を例として述べれば、入口温度を反応開始 温度より約１１℃（約２０°F）低い温度に維持するとして、上昇する温度傾斜 領域が最大温度約１４９〜１９１℃（約３００〜３７５°F）で約４５ｃｍ（約 １８インチ）まで延び、任意に下降する温度領域はダイスの長さの残りの領域で あり、当該領域の最低温度は硬化する複合体の外観及び一体性によって決定され る。実際には、ダイスの出口温度はダイスの最高温度よりも約２８〜５５℃（約 ５０〜１００°F）低い範囲内である。エポキシ樹脂については、一般により高 い温度プロフィールを利用し、入口温度は９３℃（２００°F）及びダイスの最 高温度は２０４〜２３２℃（４００〜４５０°F）である。対象の樹脂のいずれ についても、反応（又は硬化）の程度はダイス内の滞留時間と共に、温度に左右 される。たとえば、ダイスの１つの温度プロフィールが１つの速度において反応 ９５％を達成すると、より速いライン程度では反応約８０％を達成する（より大 きい生産速度を達成するが、物理特性は低下する）。 スタートアップの間、強化用繊維は、案内１４、樹脂浴１６、成形案内２２、 引出し成形用ダイス２６及び再成形用ダイス３２の間隔を置いて配置されたダイ ス部材５４と５６との間を通ってグリッピング／プリング手段２８まで手で引っ 張られる。引出し成形用ダイスの少なくとも一部分内の温度が熱硬化可能な熱硬 化性樹脂組成物の硬化を行うに充分な温度に上昇された後、物品２７を、引出し 成形用ダイスを通って引出し成形材料を連続して引っ張ることに関して知られた 従来の手段であるグリッピング／プリング手段２８によって係合させる。グリッ ピング／プリング手段は、一般に、引出し成形用ダイス２６から出てくる材料と は異なる断面を有する再成形部分を傷つけることを回避するように調節されなけ ればならない。特に、再成形部分を感知し、グリッピング／プリング手段と再成 形部分との係合を回避して、引出し成形製品を傷つけることを阻止するための手 段を設置すべきである。特に好適なグリッピング／プリング手段としては、引出 し成形製品の再成形部分を感知し、該部分への締付けを回避するための手段と組 合せて使用される図４及び４ａに示すような従来の往復クランプタイプのプーラ ーがある。 往復クランプタイプのプーラー８０は、プーラー８０のフレームに対して固定 の下方グリッパー８２、及び非クランプ位置（想像線で示す）及びクランプ位置 （実線で示す）の間を垂直方向で移動可能な上方グリッパー８４を包含する。別 法として、固定の上方クランプ及び可動性の下方クランプでなるタイプも使用で きる。上方クランプ８４がクランプ位置にある場合、引出し成形製品は上方及び 下方グリッパーの間にしっかりと保持又は把持される。上方グリッパーがクラン プ位置にある際、引出し成形装置を通って引出し成形された材料を引っ張るため に、往復クランプタイプのプーラー８０全体は機械加工方向（矢印８６で示す） に可動性である。好ましくは、第１のグリッパー／プーラー手段の直後に同様の 又は同一の往復グリッパー／プーラー機構を設置して、同じサイクルによって、 引出し成形用ダイスを通って引っ張られつつある製品に本質的に連続運動を経験 させる。プーラー８０が装置を通って所定の距離、たとえば位置Ａから位置Ｂま で（図４に示す）材料２７を引っ張った後、グリッパー８４を非クランプ位置に 上昇させ、プーラー８０を機械加工方向とは逆方向（図４ａにおいて矢印８８で 示す）で位置Ｃまで戻し、この位置でグリッパー８４をクランプ位置に下降させ て戻して、材料２７を機械加工方向で引っ張る。好ましくは、プーラー８０は、 回転可能なレバー９２及び引出し成形装置を通って引っ張られつつある間に材料 ２７の表面に沿ってころがる従動車輪９４を包含する検出器手段９０と組合せて 使用される。再成形された部分（たとえばオフセット９６）を有する材料２７の 部分が車輪９４を通ると、レバー９２がわずかに回転し、検出器手段９０のスイ ッチを活動させてオフセット９６の位置を記録し、これにより、当該位置を締付 けないようにプーラー８０に知らせる。別法として、クランピング装置によって 回避されるべき断面の変化位置を感知及び限定するため、超音波手段、容量手段 、又は光電手段を含む（これらに限定されない）非接触式感知装置を利用できる 。所定の長さの硬化複合体材料２７を、約２.５〜約４５０ｃｍ（約１〜約１８ ０インチ）／分、又は代表的には約３０〜約１８０ｃｍ（約１２〜約７２インチ ）／分のライン速度で引出し成形用ダイス２６から引っ張ることができる。 実質的に充分に硬化された複合体の所望長さが調製された後、引出し成形用ダ イス２６における温度を、たとえば当該引出し成形用ダイスの外表面を乱流条件 下で冷却用流体（液体又はガス）にさらして、適切な対流熱移動を提供し、ダイ スの内表面３８及び４０を、熱硬化性樹脂の硬化が感知できるほどの率で生ずる ことのない温度に冷却することによって迅速に低下させる。ダイスから出てきた 材料２７の硬化及び未硬化部分の間の顕著な変化を提供するために、材料２２を 引出し成形用ダイス内に非常に遅い速度で引込むことが望ましく、さらに好まし くは、冷却されつつある間は材料のダイス２６への引込みを中断することが望ま しい。一般に、実質的に硬化された材料から２.５又は５ｃｍ（１又は２インチ ）より小の実質的に未硬化の材料への変化を達成できる。ダイス２６を、その内 に滞留する熱硬化性物質の顕著な硬化を阻止するに充分に低い温度に冷却した後 、実質的に未硬化の複合体の所定長さをダイス２６を通って引っ張る。実質的に 未硬化の材料の所望長さがダイスから引っ張られた後、ダイスを当該ダイスに入 った熱硬化物質を硬化させる温度に再加熱する。定期的な引出し成形用ダイスの 冷却、未硬化物質のダイス２６からの引っ張り、引出し成形用ダイスの再加熱、 及び硬化材料のダイス２６からの引っ張りの工程を所望に応じて繰返し行い、硬 化部分及び未硬化部分を有する複数個の引出し成形製品を製造する。引出し成形 複合体２７を個々の物品に切断するため切断手段３０を使用する。 本発明の方法及び装置では、一般に、引出し成形用ダイスから、所望の長さの 実質的に充分に硬化した材料、つづいて所望の長さの実質的に未硬化の材料を引 出すことができ、この未硬化材料は各種の断面形状を有する各種の繊維強化熱硬 化物品を形成するために再成形及び硬化される。引出し成形用ダイスを出る材料 は、一般に、未硬化線状セグメント及び硬化線状セグメントの各種の組合せを有 することができる。装置は手動によって制御されるが、特に引出し成形用ダイス を出る材料の硬化／及び又は未硬化部分の長さが製品毎に変化する場合には、一 般に装置をコンピューター制御することが好適である。 引出し成形用ダイス２６から出てくる複合体２７の未硬化部分は、好ましくは 、当該引出し成形用ダイスの直後において、複合体２７の未硬化部分のイン−ラ イン再成形及び硬化を行うために加熱手段５８を有する圧縮又は再成形用ダイス ３２の手段によってイン−ライン再成形される。好ましくは、再成形用ダイス ３２は引出し成形用ダイスに極めて近接して配置されて、ダイス２６から出てく る材料の未硬化部分を、熱硬化性樹脂組成物中の単量体又は他の揮発性物質の有 意の量が蒸発する前に、再成形及び硬化させることができる。再成形用ダイス３ ２は、固定式又は直線路に沿って、一般に引出し成形用ダイスの軸又は機械加工 方向のラインで可動式のいずれでもよく、後者の場合、再成形用ダイス３２は補 助のグリッピング／プリング装置としても働く。別法として、引出し成形用ダイ ス２６から出てきた複合体２７の未硬化部分を個々の物品に切断した後、別の成 形ステーションで再成形することができる。再成形用ダイス３２を、ダイスの閉 止の間に繊維を貫通及び／又は選択的にせん断する設備と一体化して、強化繊維 の正常な伸び限界を越える局部的な再成形を可能にする。このような特徴により 、通常は第２の加工工程を要求する一体的に成形された孔及びタブが可能になる 。たとえば、上方ダイス部材５６に貫通用突起９８（図５に示す）を設けること ができ、これにより、材料２７の一部を再成形するためにダイス部材５４及び５ ６が一緒に合される場合（図５ａに示す）に材料２７を切断する。ダイス部材５ ４は、貫通用突起９８に適合するくぼみを有し、これと協同して突出タブ 100（ 図６及び６ａに示す）及びスロット１０２を形成する。 シート又はストリップにオフセットが設けられるとの簡単な例を参照すること によって本発明を説明したが、ダイス３２が、たとえば、横方向リブ、横方向フ ランジ、横方向ボス又は突起等の如き各種の異なる形状を提供するように形造ら れることが理解されなければならない。樹脂、繊維、インサート及び／又は他の 物質を硬化用ダイス２６から出る材料の未硬化部分に付加することができ、これ らは再成形及び硬化の工程の間に一体的に結合される。引出し成形物品から他の 構造体への機械的負荷のより効果的な移動を提供する良好な機械的接合を容易な ものとするために、リブ、フランジ、ボス等が利用される。たとえば、上述した オフセットシート又はストリップバー製品は、縦方向の圧縮負荷が１つの引出し 成形メンバーから他のメンバーに移動される優秀な重ね継手を提供するために使 用される。本発明が効果的に利用される他の例はＣ−溝といの製作である。本発 明の方法によれば、このようなＣ−溝といには、一端に、同様のＣ−溝といの非 変形端を受け入れて、一端で密閉されることのみを要求するオーバーラップ突合 せ接合を提供するように設計されたオフセット溝が設けられ、これにより、とい メンバー同志を接合するために要求される労力を低減できる。他の例は、油井サ ッカーロッドの端末である。現在のロッドの端末は、一定断面のロッドに、界面 破損よりもむしろロッドの引っ張り破損を促進するような接着剤によって結合さ れる金属製取付け具を利用する。このアプローチは、サッカーロッドに重量を付 加するかなり重い取付け具を必要とする。別法として、ロッドの一端に、複合体 の構造を傷つける危険なしでロッドの引っ張り負荷を充分に利用する機械的支持 を許容する変形形状を提供するために本発明の方法を利用できる。たとえば、本 発明の方法は、環状断面から卵形断面に移行する端部分をもつ油井サッカーロッ ド（図７に示す）を製造するために使用され、全く接着剤界面に頼ることなく、 取付け具からロッドに負荷を機械的に移動させるために形状の変化を利用するこ とを可能にする。 本発明は、一端に、再成形によって減少された外側断面周囲を有し、該周囲は 引出し成形用ダイスから充分に硬化された状態で出てくる管状製品の他の部分の 内側周囲に適合する管状製品（図８に示す）の製造にも有効である。このような 製品は、１つの管の再成形端を同様の製品の非変形端に挿入することによって、 さらに容易に相互に接合され、内部接続プラグ又は外部スリーブを必要とするこ となく、良好な負荷移動及び接合を容易なものとする。同様に、一定断面外形の 実質的な長さの端に管状の減少テーパーを導入できる（図９に示す）。実質的に は、繊維状材料の変位の制限を考慮して再成形手段を適当に設計することによっ て各種の断面の変形に適応できる。たとえば、本発明の方法及び装置は、方形管 状断面からＩ形断面への如き形状の変化を有する引出し成形製品（図１０に示す ）を製造するために利用される。 一般に、本発明では、たとえば、不飽和ポリエステル、ビニルエステル及びエ ポキシを基材とするものの如き各種の公知の熱硬化可能な熱硬化性高分子樹脂組 成物を使用できる。他の好適な樹脂としては、熱硬化可能な熱硬化性のメタクリ レート樹脂、変性フェノール系樹脂、ビスマレイミド樹脂等がある。特に、本発 明の方法及び装置は、付加重合熱硬化性組成物に限定されず、各種の公知の熱硬 化性組成物を使用できる。かかる組成物は、一般的な量の反応性プレポリマー、 オリゴマー、又はモノマー；フィラー、顔料；離型剤；難燃剤；低プロフィール 剤；触媒；阻害剤；空気放出剤；緩衝緩和剤等を包含できる。このような熱硬化 可能な熱硬化性樹脂組成物は、プラスチックの成形の分野及びさらに詳しくは引 出し成形の分野でよく知られている。 ここで使用するように、「強化用繊維」は、通常、材料の流れに平行に配列さ れた連続形のフィラメント、ヤーン、粗紡マット、フェルト、リボン、ケープ、 織物等を含み、編組された繊維を含む。一般に、各種の連続強化材の組合せを使 用できる。本発明の方法で使用される繊維の数及び配置は、形成される物品の特 殊な断面形状に従って変更され、引出し成形の分野における当業者によって容易 に決定される。通常、引出し成形製品２７の繊維含量は、複合体の総重量に対し て約２５〜約８０重量％である。 繊維強化用材料は、強化手段として適する各種の一般的なものであり、金属繊 維、ガラス繊維、炭素繊維（グラファイト）、ホウ素繊維、セラミック繊維、Ke vlar（登録商標名）繊維、合成有機繊維（たとえば、ポリアミド及びポリエチレ ン）、及び熱硬化性高分子組成物を補強するために有用であることが知られてい る各種の他の無機又は有機繊維状物質（たとえば、セルロース、石綿、綿等）を 含む。 乾燥した強化用繊維を樹脂浴を通過させ、浴に収容された熱硬化可能な熱硬化 性樹脂組成物を含浸させる好適な具体例を参照して本発明を説明したが、本発明 において、予め含浸させた強化用繊維（すなわち、プリプレグテープ等）も使用 できることが理解されなければならない。この場合、熱硬化可能な熱硬化性樹脂 が予め含浸された強化用繊維材料は、一般に、使用前に冷蔵される。予め含浸さ れた強化用繊維が使用される際には、このような予め含浸させた繊維は成形用ダ イス２２に直接引っ張られ、案内１４及び樹脂浴１６は排除される。 特許法に従って最良モード及び好適な具体例を示したが、本発明の範囲はこれ らに限定されず、むしろ請求の範囲によって限定される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】１９９７年４月１６日 【補正内容】 ート樹脂、変性フェノール系樹脂、及び（ビス）マレイミドの１以上でなり、前 記強化用繊維が、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、セラミック繊 維、合成有機繊維、及び天然の有機繊維の１以上でなる、請求項１記載の製法。 ８ 繊維強化熱硬化物品を製造するための装置において、長さ方向の軸の周りに ダイス空隙を有する細長いダイスと；熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を含浸さ せた強化用繊維でなる連続性材料を、第１の速度及び第２の速度で選択的に前記 ダイスを通して引っ張り、前記第２の速度が非常にゆっくりであるか又は停止状 態である選択的に連続性材料を引っ張る手段と；前記ダイスの全長の少なくとも 一部分を、前記熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を当該ダイス内において硬化さ せるに充分に高い温度に加熱させる手段であって、前記材料が当該ダイスを通っ て前記第１の速度で引っ張られる際に前記材料に熱を移動させるように活性化さ れる加熱手段と；及び前記ダイスの前記少なくとも一部分を、前記熱硬化可能な 熱硬化性樹脂組成物が当該ダイス内において硬化することを阻止するに充分に低 い温度に冷却して、前記連続性材料が前記第２の速度で引っ張られる際に、前記 ダイスが前記連続性材料を硬化温度に加熱することを阻止する冷却手段と；及び 前記ダイスから引っ張られた未硬化の材料を再成形及び硬化させる手段とを包含 してなることを特徴とする、繊維強化熱硬化物品の製造装置。 ９ 前記加圧成形装置が、線状路に沿って、一般にダイス空隙の長さ方向軸の方 向の線上で移動可能である、請求項８記載の装置。 10 一般に前記断面形状に適合するダイス空隙を限定する細長いダイスに組立て られる複数個のダイス部材でなり、前記ダイスの壁の厚さがダイス空隙壁上の１ 点から前記ダイスの外壁上の１点までの垂直方向の距離であり、ダイス空隙壁上 のいずれか１点における前記ダイスの厚さが約１.３ｃｍ（約１／２インチ）で ある、請求項７記載装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，Ｕ Ｇ)，ＡＭ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＥＥ，ＦＩ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＧ，ＫＰ ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＮ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 繊維強化熱硬化物品の製法において、ａ）ダイスの少なくとも一部分を、熱 硬化可能な熱硬化性樹脂を硬化させるに充分に高い第１の温度に加熱し；ｂ）前 記熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を含浸する強化用繊維でなる連続性材料の第 １の部分を、前記加熱したダイスを通って引っ張り、該第１の部分の樹脂を実質 的に硬化させて、実質的に硬化した第１部分を形成させ；及びｃ）前記ダイスの 前記少なくとも一部分を第２の温度に冷却し、この第２の温度は前記熱硬化可能 な熱硬化性樹脂組成物が硬化することを阻止するに充分低い温度であり、この際 、連続性材料をダイスに非常に遅い速度で引っ張るか、又は連続性材料のダイス への引っ張りをダイスを冷却している間は停止し；ｄ）前記連続性材料の第２の 部分を、前記冷却したダイスを通してかつダイスから引っ張って、実質的に未硬 化の第２の部分及びこの実質的に未硬化の第２の部分と実質的に硬化した第１の 部分との間の鮮明な変化を提供し、ｅ）前記実質的に未硬化の第２の部分を再成 形し；及びｆ）再成形した第２の部分を硬化させることからなることを特徴とす る、繊維強化熱硬化物品の製法。 ２ さらに、再成形前に、実質的に未硬化の第２の部分に追加物質を配合させる 工程を包含し、当該追加物質が、前記再成形された第２の部分を硬化させた後、 前記物品の一体化部分となる、請求項１記載の製法。 ３ 前記追加物質が、熱硬化性樹脂、強化用繊維、熱硬化性樹脂を含浸させた強 化用繊維及び金属インサートの１以上である、請求項２記載の製法。 ４ 前記引出し成形用ダイスが型表面を限定する内部空隙を有し、この型表面の 温度を、３分より短い時間で、前記樹脂の硬化開始温度より低い温度に冷却させ る、請求項３記載の製法。 ５ 前記実質的に硬化された第１の部分の少なくとも約８０％が架橋された熱硬 化物であり、前記未硬化の第２の部分の前記樹脂の約５％より小が架橋熱硬化物 の形である、請求項１記載の製法。 ６ 前記未硬化の第２の部分を再成形及び硬化させるために再成形用ダイスを使 用する、請求項１記載の製法。 ７ 前記樹脂が、不飽和ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、メタクリレ ート樹脂、変性フェノール系樹脂、及び（ビス）マレイミドの１以上でなり、前 記強化用繊維が、金属繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ホウ素繊維、セラミック繊 維、合成有機繊維、及び天然の有機繊維の１以上でなる、請求項１記載の製法。 ８ 繊維強化熱硬化物品を製造するための装置において、長さ方向の軸の周りに ダイス空隙を有する細長い引出し成形用ダイスであって、前記ダイス空隙を限定 する内方壁及び外方壁を有し、ダイス空隙壁のいずれからの部位から前記ダイス の外方壁上の部位までの最小距離が約１.３ｃｍ（約１／２インチ）より小であ る引出し成形用ダイスと；熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を含浸させた強化用 繊維でなる連続性物質を前記ダイスを通して引っ張る手段と；前記ダイスの長さ の少なくとも一部分を、前記熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物を当該ダイス内に おいて硬化させるに充分に高い温度に加熱する手段と；前記ダイスの前記少なく とも一部分を、前記熱硬化可能な熱硬化性樹脂組成物が当該ダイス内において硬 化することを阻止するに充分に低い温度に冷却する手段と；前記ダイスから引っ 張られた未硬化の材料を再成形及び硬化させる手段であって、適合する部材を有 する加圧成形装置であり、しかも、前記適合する型部材を前記熱硬化性樹脂組成 物を硬化させるに充分に高い温度に加熱する手段を包含する再成形及び硬化手段 と；及び前記型部材を、前記熱硬化性樹脂組成物が硬化することを阻止するに充 分に低い温度に冷却させる手段とを包含してなることを特徴とする、繊維強化熱 硬化物品の製造装置。 ９ 前記加圧成形装置が、線状路に沿って、一般にダイス空隙の長さ方向軸の方 向の線上で移動可能である、請求項８記載の装置。 10 １つの断面形状を有する繊維強化熱硬化物品の製造で使用される低熱量ダイ スにおいて、細長いダイス又はシームレスの細長いダイスに組立てられる複数個 のダイス部材でなり、当該細長いダイスは、前記断面形状に実質的に適合するダ イス空隙を限定する外壁及び内壁を有し、前記シームレスダイスの壁の厚さは、 ダイス空隙壁上の１点から前記ダイスの外壁上の対向する１点までの最小距離で あり、ダイス空隙上のいずれか１点での前記ダイスの厚さが約１.３ｃｍ（約１ ／２インチ）より小であることを特徴とする、低熱量ダイス。