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可撓性多層面状材料
説明

可撓性多層面状材料

繊維複合体の半製品から繊維強化樹脂組立体を形成する場合に、母材供給空間を形成する可撓性多層面状材料は、膜層(41)と、膜層上に積層された繊維層(42)と、繊維層(42)上に配置される空間保持層(43)とを有する多機能積層体(40)を有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、母材(マトリックス)材料を注入又は導入する真空含浸法を使用して、繊維複合体の半製品から繊維強化樹脂(プラスチック)組立体を形成する場合に、母材供給空間を形成する可撓性の多層面状材料(シート材料、平面材料)(「可撓性多層面状材料」という)に関連し、可撓性多層面状材料は、気体(ガス)を透過(気体透過性)するが、母材材料を透過しない(母材材料不透過性)の膜層と、気体不透過性の箔層と、膜層と箔層の間に配置される気体高透過性の空間保持層とを有し、膜層と箔層の間に負圧が発生するとき、空間保持層は、箔層と膜層との接触を阻止して、箔層を膜層から離間させる。
【背景技術】
【0002】
繊維強化樹脂製組立体を形成するとき、既知のように、まず、乾燥した繊維複合体の半製品であるプレフォームを準備し、硬化可能な流動性のある樹脂製母材材料がプレフォームに含浸される。その場合に、乾燥した繊維複合体である半製品は、特に炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ホウ素繊維又は複合繊維材料により構成され、織物等の繊維製品、多重構造生地(不織布を含む)又は鎖構造補強単方向半製品に応用することができる。
【0003】
繊維強化樹脂組立体を形成する方法は、所謂樹脂フィルム温浸法(Resin Film Infusion)として知られている。この方法では、乾燥した炭素繊維織物又は炭素繊維不織布である炭素繊維材料を硬化装置内に配置して、炭素繊維材料は、外側から予め決められた量の樹脂フィルムにより覆われる。次に、炭素繊維材料と樹脂フィルムとを有する樹脂材料組立体は、高圧形成機又は他の圧力容器内で圧力制御と温度制御の下で硬化される。しかしながら、圧力容器の使用法とその使用法に要する工具は、極めて複雑かつ煩雑である。また、この方法は、温度と圧力の変化に対応する取扱いが困難である。更に、使用する高圧形成機により、形成すべき樹脂材料組立体の大きさが制限される難点がある。
【0004】
前記欠点を回避するために、下記特許文献1に開示される「真空含浸法(真空援用法、VAP又はVacuum Assisted Process)」と称する方法が既に開発されている。真空含浸法では、請求項1の前文に記載する可撓性多層面状材料を使用して形成される母材供給空間内に半製品が配置される。この方法では、面状材料は、気体(ガス)透過性でかつ母材材料不透過性の膜層と、気体高透過性の空間保持層と、気体不透過性の箔層とを備え、複数の前記層は、予め互いに分離しかつ独立して個別に処理される。前記層は、半製品上に設けられた流動案内装置から順次個別に母材供給空間内に装入される。母材供給空間内が排気されて、箔層と膜層との間の領域に負圧が発生すると、内側の母材供給空間内も膜層を通じて空気が除去されて、圧力が低下するため、外部樹脂容器から液状樹脂が母材供給空間内に吸引されて拡散する。その場合に、空間保持層及び膜層を通じて母材供給空間から外部に気体が排出され、散逸されるが、同時に、半製品の母材内に捕捉される樹脂は、半製品内に拡散し浸透することができる。
【0005】
高圧形成器(オートクレーブ)を使用する方法に比較して、真空含浸法には、著しい利点があるが、膜層、空間保持層及び気体不透過性の箔層を含む面状材料を構成する各層を順次極めて正確にかつ張りのある緊張状態で半製品上に載置しなければならない点で幾つかの問題がある。この方法を実施するには、相当の時間を要し、しかも、要求される通り正確に実施しない限り、工程信頼性に悪影響を与えて、母材材料の不均一な積層を招来する欠陥がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】独国特許第10013409号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従って、本発明の課題は、極力簡素に、安価にかつ精密に真空含浸法を実施できる頭記種類の可撓性多層面状材料を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明では、請求項1の特徴を有する可撓性多層面状材料により前記課題が解決される。本発明の好ましい実施の形態を他の請求項に記載する。
【0009】
本発明による可撓性多層面状材料は、膜層と、膜層上に積層された繊維(織物、編物、網、布地、テキスタイルを含む)層と、繊維層上に配置される空間保持層とが、互いに堅固に結合されて多機能積層体(多機能積層シート、ラミネート)として一体に形成される。その場合に、「多機能積層体」は、特殊な複数の層を含むシートを形成し、多機能積層体は、気体(ガス)を透過する作用(気体透過性)を生ずる一方、他方では母材材料を透過しない膜層の作用(母材材料不透過性)を生ずると共に、膜層と箔層の間に負圧が発生すると、空間保持層は、気体不透過性の箔層と膜層との接触を阻止して、膜層から箔層を離間させる作用を生じて、膜層と箔層の間に開放空間が維持されるので、同時に複数の作用を生ずることができる。
【0010】
積層体として複数の各層を緊密に結合すると、もはや、前記各層を個別に順次重ねる必要がない。むしろ、単一作業工程で結合することができる。これにより、半製品上に面状材料を配置する作業時間を著しく短縮することができる。また、非緊張状態又は不整合状態で面状材料の各層が不均一に積層される危険性を回避することができる。それにより、工程の信頼性と精度を向上し、製造価格と材料価格とを低減することができる。
【0011】
本発明の好適な実施の形態では、空間保持層に対して箔層を堅固に結合するので、箔層も、多機能積層体の一部となる。この場合に、多機能積層体は、多機能層の隣接する層を含めて外部に対して母材供給空間内を気密に密封する付加的な作用も生ずるので、箔層により包囲される空間を有効に排気することができる。この種の多機能積層体により、更に、半製品上に面状材料を配置する時間を短縮し、付加的に、空間保持層上に正しい緊張状態で確実に箔層を配置することができる。
【0012】
本発明の好適な実施の形態では、空間保持層は、隆起部の形式で形成される多数の個別の空間保持片を有する。空間保持片は、最適な状態で気体(ガス)が通過する所望の空間保持層を膜層と箔層とに対し平行又は並行に形成することができる。また、気体高透過性の織物、網、編物及び他の材料を空間保持層として使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
本発明による可撓性多層面状材料の実施の形態を図面について以下詳細に説明する。
【0014】
【図1】繊維強化樹脂組立体を形成する従来の真空含浸法を実施する真空含浸装置を示す断面図
【図2】明示目的で互いに離間して配置する各層を有する本発明による可撓性多層面状材料の第1の実施の形態を示す図式断面図
【図3】明示目的で互いに離間して配置する各層を有する本発明による可撓性多層面状材料の第2の実施の形態を示す図式断面図
【発明を実施するための形態】
【0015】
図1の真空含浸装置について従来の真空含浸法をまず詳細に説明する。
【0016】
図1は、例えば、形成すべき組立体又は乾燥した繊維複合体の半製品1を加工台3上に基盤5を介して配置した真空含浸装置を示す。この方法では、炭素繊維(CFK)、ガラス繊維(GFK)、アラミド繊維(AFK)、ホウ素繊維(BFK)又は複合繊維材料を含む樹脂により多機能積層体の半製品(又は組立体)1を形成でき、特に、多数の非補強被覆領域と多数の補強被覆領域、樹脂製の工具を形成し又は損傷した繊維補強複合材(FVW、Fasirverbundwerkstoff)である組立体の表装修理にこの方法が使用される。加工台3は、半製品1を収容する形状又は場合により基盤5の収容に適する形状を有するが、例えば、木材、鉄鋼、薄板、ガラス等種々の適切な材料により加工台3を形成することができる。
【0017】
気体(ガス)透過性であるが、母材材料の通過を阻止する半透膜7により、組立体(半製品)1が被覆される。半透膜7は、組立体1の周面8の外側で密封(シール)材9を介して加工台3に密着し、半透膜7と基盤5又は加工台3の表面により形成される内部空間25を密封材9により母材材料不透過性に密閉することが好ましい。その代わりに、組立体1の全周囲を包囲して半透膜7を配置してもよい。切取り除去可能な織物13(選択的に設けられる)と流動案内装置15は、半透膜7を保持する機能を有し、半透膜7側の組立体1の表面全体から一定距離離間してかつ組立体1と半透膜7の間に織物13と流動案内装置15とを配置することができ、例えば、金属、樹脂又は繊維半製品等の真空下で著しく収縮しない材料により構成される一種の網、格子又は剛性のある織物、網構造体若しくは編物により流動案内装置15が形成される。
【0018】
基盤5と、繊維複合体の半製品1と、切取り除去可能な織物13と、流動案内装置15と、密封材9と共に前記構成を包囲する半透膜7を備える真空含浸装置は、半透膜7の外側で気体(ガス)不透過性の箔層19により被覆される。また、例えば、ガラス織物、羊毛繊維等の軟質繊維材料で形成できる通気性繊維材32の形式の空間保持層が箔層19と半透膜7の間に装入される。密封材21と協力して、箔層19は、加工台3上の半透膜7の周囲を密閉するので、加工台3の表面23と箔層19の内壁とにより形成される空間27は、周囲に対して気密に密閉される。特に、真空ポンプ29により気体導管31を通じて空間27を排気すると、半透膜7を通して内部空間25及び空間27から吸引される空気と気体とが半透膜7の表面に沿って案内され、チューブ又は導管33を通じて内部空間25内に母材材料が導入され、このとき、通気性繊維材32は、半透膜7と箔層19との接触を阻止して、半透膜7を箔層19から離間する作用がある。
【0019】
図示しない樹脂充填容器に接続されかつ流動案内装置15に連絡するチューブ又は母材供給導管33は、内部空間25及び組立体1内に母材材料を導入する。従って、内部空間25は、母材供給空間となる。
【0020】
既知の真空含浸法では、まず、乾燥した繊維複合体である半製品1を構造的設定により内部空間25内に位置決めし、母材材料を内部空間25内に注入することにより、半製品個別層を有する積層体構造体を形成して、繊維強化樹脂製組立体1が形成される。離型材又は分離箔と切取り除去可能な織物(組立体1の下側に基盤5を一体に形成する)を予め加工台3と組立体1との間に配置して、母材材料の加工台3への付着を防止すると共に、加工台3の表面からの組立体1の再除去(加工台3からの取り出し)を可能にして、加工台3から組立体1を容易に分離することができる。乾燥した組立体1の半製品には、切取り除去可能な織物13を設けることが好ましい。基盤5の上方に単に載置して流動案内装置15が、付加的に取り付けられる。空気(気体)のみを通すが、液体不透過性の半透膜7を流動案内装置15上に載置して、箔層19と加工台3又は基盤5との間に密封材(シール)21を配置して、箔層19と加工台3又は基盤5との間は、気密に密閉される。次に、半透膜7上に通気性繊維材32を載置して、箔層19と密封材21により、箔層19内部の空間27は、周囲に対して気密に密閉される。図1に示す密閉構造により、真空含浸工程の間、通常の方法で母材供給導管33と排気導管29とが配置される。
【0021】
母材材料不透過性で空気不透過性の箔層19を設けた後に、真空ポンプ29により空間27の内部は、排気される。同時に、母材材料充填容器が母材供給導管33に接続され、母材供給導管33を通じて母材材料は、内部空間25内に導入される。真空ポンプ29により発生する圧力勾配により、母材材料は、母材材料充填容器から排気された内部空間25内に吸引される。母材材料は、流動案内装置15と母材供給導管33によって組立体1の表面上に分配される。その場合に、内部空間25内の空気は常に吸引されるので、内部空間25内の空気は、半透膜7、空間27、気体導管31を通して真空ポンプ29に排出される。その場合に、組立体1の表面から垂直下方の積層体内に母材材料が浸透し拡散する。組立体1内への母材材料の完全な含浸が終了すると、その直後に、同一の真空レベルを維持しながら、適切な温度制御により、母材材料が硬化される。その場合に、化学的過程により生じる気泡中の気体(ガス)は、半透膜7を通して空間27に排出される。
【0022】
組立体1内の母材材料が硬化した後に、全処理補助材料が組立体1から手動で除去され、最終的に組立体1も加工台3から分離され除去される。
【0023】
図1に関する前記説明から明らかなように、既知の方法では、半透膜7と、空間保持層となる通気性繊維材32と、空気不透過性の箔層19とを、個別にかつ順次組立体1及び流動案内装置15上に配置し取り付けなければならず、取付工程に時間を要しかつ取付効率が低下する。
【0024】
本発明による面状材料の第1の実施の形態を図2について以下説明する。
【0025】
本発明による面状材料は、図1で説明した半透膜7と通気性繊維材32と同一の機能を発揮する多機能積層体40である。多機能積層体40は、膜層41と、膜層41上に配置される繊維層42と、繊維層42上に配置される空間保持層43とを有する。
【0026】
膜層41は、低温及び高温の真空含浸法技術に使用できる半透性、微孔性、疎水性のポリウレタン膜又は特に高温の真空含浸法に使用される半透性、微孔性、疎水性の延伸ポリ四フッ化エチレン(ePTFE)膜である。図1に示す構造に従い、半製品1上又は場合により流動案内装置15(図1)上で多機能積層体40の膜層41を半製品1に向けて、多機能積層体40が配置される。膜層41は、内部空間25内に導入される母材材料(樹脂)を透過しない(母材材料不透過性)が、気体(ガス)を透過する(気体透過性)ので、内部空間25を排気すると、膜層41を通り多機能積層体40内の気体を排出することができる。
【0027】
膜層41上に積層される繊維層42は、第一に、膜層41の機械的強化に用いられる。織物、編物、羊毛等の軟質繊維材料又は通気性網構造体により繊維層42を構成することができる。特に、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維又はポリプロピレン繊維を繊維層42用の材料として使用できる。いずれの場合でも、所望のレベル以下に膜層41の気体透過性を低減せずかつ毀損せずに、繊維層42が形成される。吸湿架橋化するポリウレタン(PU)系接着剤又は通常の熱接着剤を使用して、積層工程により膜層41と繊維層42との間を結合することができる。その場合に、膜層41の気体透過性を極力損なわずに、接着剤を点状に塗布することもできる。
【0028】
通気性繊維材32(図1)と同一の機能を有する空間保持層43が箔層44と繊維層42との間に設けられ、箔層44と繊維層42(又は膜層41)の間の空間を排気するとき、空間保持層43は、気体不透過性の箔層44と繊維層42(又は膜層41)との接触を阻止して、箔層44を繊維層42から離間して保持する。図2に示す実施の形態では、空間保持層43は、互いに分離し相互に間隔をあけて繊維層42上に配置される複数の空間保持片45を有する。170μmと1.000μmとの間に空間保持層43の高さを設定することができる。空間27(図1)を排気するとき、気体の流動を極力阻害しないように空間保持片45を配置して、多機能積層体40の主要平面に対して平行に空間保持45片間を通って気体が流動する。例えば、発泡突起により空間保持片45を形成することができる。更に、気体高透過性の繊維織物、編物又は網状構造体により空間保持層43を構成することもできる。材料に依存して一般的な接着技術を使用して、空間保持層43を繊維層42に対して緊密に結合することができる。
【0029】
このように、図2に示す多機能積層体40は、互いに固着される膜層41と、繊維層42と、空間保持層43とを備える複合積層体を構成する。この実施の形態では、図3に示す空気不透過性の箔層44を後に更に空間保持層43上に取り付ける必要がある。
【0030】
図3は、気体不透過性の箔層44を多機能積層体40’に固定する点で図2に示す実施の形態とは相違する本発明による多機能積層体40’の第2の実施の形態を示す。空間保持層43又は空間保持片45の上側に箔層44を堅固に接着し又は固定して第4の積層体層が形成される。多機能積層体40’の他の層:膜層41、繊維層42及び空間保持層43の構造は、図2と同一であるから、説明を省略する。
【0031】
多機能積層体40と比較して、多機能積層体40’は、気体不透過性の箔層44を後に別途手動で取り付ける工程も省略できる利点があり、空間保持層43上に箔層44を最適に固定して、排気すべき空間27を箔層44により外側環境に対して確実に機密に密閉することができる。
【符号の説明】
【0032】
(1)・・半製品、 (40,40')・・多機能積層体、 (41)・・膜層、 (42)・・繊維層、 (43)・・空間保持層、 (44)・・箔層、 (45)・・空間保持層、

【特許請求の範囲】
【請求項1】
気体透過性でかつ母材材料不透過性の膜層(41)と、気体不透過性の箔層(44)と、気体高透過性の空間保持層(43)とを有し、膜層(41)と箔層(44)の間に配置される空間保持層は、膜層(41)と箔層(44)の間に負圧が発生するとき、膜層(41)に対して箔層(44)を離間させ、母材材料を導入して繊維複合体の半製品(1)から繊維強化樹脂組立体を形成する母材供給空間を形成する可撓性多層面状材料において、
膜層(41)と、膜層(41)上に積層される繊維層(42)と、繊維層(42)上に配置される空間保持層(43)とを互いに堅固に結合して一体として多機能積層体(40,40')を形成することを特徴とする可撓性多層面状材料。
【請求項2】
空間保持層(43)に強固に結合される箔層(44)は、多機能積層体(40')の一部を構成する請求項1に記載の可撓性多層面状材料。
【請求項3】
空間保持層(43)は、隆起部の形式で形成された多数の個別の空間保持層(45)を有する請求項1又は2に記載の可撓性多層面状材料。
【請求項4】
空間保持層(43)は、170〜1.000μmの厚みを有する請求項1〜3の何れか1項に記載の可撓性多層面状材料。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【公表番号】特表2011−510838(P2011−510838A)
【公表日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−543419(P2010−543419)
【出願日】平成21年1月15日(2009.1.15)
【国際出願番号】PCT/EP2009/000222
【国際公開番号】WO2009/092543
【国際公開日】平成21年7月30日(2009.7.30)
【出願人】(510199579)トランス−テクスティール・ゲーエムベーハー (2)
【出願人】(510199580)エーアーデーエス・ドイチュラント・ゲーエムベーハー (2)
【Fターム(参考)】