遠心分離による樹脂脱気法及びシステム
【課題】混入気泡を含む樹脂の脱気方法及びシステムを提供。
【解決手段】回転可能な遠心分離チャンバ２００に、樹脂を入れ、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減するシステムで、遠心分離チャンバに接続した真空源を備え、真空源が遠心チャンバを真空にして混入気泡の低減を促進する装置、遠心分離チャンバと熱的に連通し、樹脂を加熱したり、冷却したりできる熱処理装置、脱気操作の進行を追跡するモニタリング装置を備えたシステムである。
【解決手段】回転可能な遠心分離チャンバ２００に、樹脂を入れ、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減するシステムで、遠心分離チャンバに接続した真空源を備え、真空源が遠心チャンバを真空にして混入気泡の低減を促進する装置、遠心分離チャンバと熱的に連通し、樹脂を加熱したり、冷却したりできる熱処理装置、脱気操作の進行を追跡するモニタリング装置を備えたシステムである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の脱気、特に遠心エネルギーを用いて樹脂を脱気する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の混合プロセスで、気体や空気の泡が多成分樹脂系に取り込まれることがある。気泡は、樹脂系の多成分を均一に分散させるために必要とされる混合又は「折り込み」作業によって生じる。気泡が取り込まれた樹脂を複合積層品に使用すると欠陥の原因となり、これらの欠陥がつながったり、成長して局部的な剥離、最終的には全体の解体又は剥離を起こすおそれがある。
【０００３】
風力タービンブレードその他の大型複合構造物などの大型の連続繊維強化複合材料部品は通常、ハンドレイアップ法により製造される。ハンドレイアップ法では通常、型枠内に連続の繊維テープ又は繊維布を置き、この繊維テープ又は繊維布上に液状樹脂を流し込む。ブレンドをロール加工して気泡を追い出し、樹脂を完全に分布させた後、通常室温で硬化する。気泡の除去及び樹脂の分布のために樹脂に加える操作が、複合材料を構成する繊維にダメージを与え、結果として部品の強度及び剛性を低下することがある。ハンドレイアップ法は、処理に大きな労力を要するという欠点があり、また高コストであったり、長期耐久性につながる最適な処理条件ではないという問題をかかえている。別の方法、例えばＲＦＩ（resin film infusion）法は、その実施に関する労働コストが少なく、再現性のある部品が実現できるので望ましい。硬化は通常、高温のオートクレーブ中で行われ、樹脂を流動させかつ混入空気及び凝縮性気体を除去するために、高圧（通常、１００〜２００ｐｓｉ）下真空バッグ中で硬化を行う。しかし、風力タービンブレードなどの大型部品は、大型のオートクレーブが必要になるためオートクレーブ硬化に法外な費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３６２１８９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４０４９２４４号明細書
【特許文献３】米国特許第４３９１５２９号明細書
【特許文献４】米国特許第５４０９５２３号明細書
【特許文献５】米国特許第５５９１２５２号明細書
【特許文献６】米国特許第６０２８１６６号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第０７８７０６４号明細書
【特許文献８】国際公開第９６１２５９６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある態様では、本発明は混入気泡を含む樹脂を脱気するシステムを提供する。回転可能な遠心分離チャンバに樹脂を入れ、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減する。
【０００６】
別の態様では、本発明は、樹脂を脱気する方法を提供する。第１工程で、樹脂を混合する混合チャンバを用意する。第２工程で、樹脂に遠心力を加える遠心分離チャンバを用意する。第３工程で、樹脂に遠心力を加える。樹脂に遠心力を加えることにより樹脂中の混入気泡の量を低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の脱気システムの斜視図である。
【図２】本発明の別の実施形態の脱気システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、公知の混合法で多成分樹脂系に取り込まれた気泡を遠心力を利用して低減又は解消する方法及びシステムを提供する。用語「樹脂」は、樹脂の他に粉末、複合粉末及び混合粉末を含む。複合積層品に気泡が混入した樹脂を使用すると、欠陥の原因となり、これらの欠陥がつながったり、成長して局部的な剥離を、そして最終的には全体の解体を起こすおそれがある。本発明の態様では、遠心力を用いて、分布している気泡を合体させ、大きな気泡にして排出しやすくする。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、公知の混合法で多成分樹脂系に取り込まれた気泡を低減又は解消することである。脱気は、混合後又は混合中の適当な段階毎に樹脂に遠心力を加えて小さな気泡を移動させ、互いに接触させ合体させて大きな気泡にし、大きくなった気泡を回転しているチャンバの中心に簡単に移動させることにより実現できる。脱気の進行は気泡がほとんど又は全く混入していない理論流体密度で較正された超音波機器で追跡（モニタ）できる。十分に気泡が排出されたら脱気操作を終了することができる。回転チャンバの中心を真空に引くことにより、樹脂中の気泡の動きを加速し脱気工程を促進する。
【００１０】
得られた樹脂を配送管に送り出し、従来の方法、例えばＲＴＭ（resin transfer molding）法、真空ＲＴＭ法、湿式ＦＷ（filament winding）法、トウ・ワインディング法などのいずれかによる複合積層品の形成に使用することができる。
【００１１】
本発明の方法及びシステムは、バッチ又は連続法いずれでも用いることができる。すべての場合において、割り当てられた処理時間内での気泡の形成及び回転中心への移動を実現するように、以下の因子、即ち遠心力レベル、液粘度（温度及び液特性により調節）、遠心分離チャンバ中の樹脂の滞留時間、気泡が回転中心へ到達して破裂するのに必要な移動距離、樹脂表面上の圧力、及び各段階でのエネルギーのレベルと頻度を最適化する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態の斜視図である。混合チャンバ１００は樹脂系の成分（通常２つ以上）を混合するインラインミキサを有することができる。ミキサ１１０は、１枚又は２枚羽根パドル又はスクリュー／オーガーその他適当な混合装置とすることができる。送込管１２０から混合チャンバ１００内に樹脂成分を導入することができる。所望時間の混合後、混合成分を混合チャンバ１００から排出管１３０を通して取り出し、遠心分離チャンバ（図２）へ送ることができる。
【００１３】
図２は、本発明のシステム及び方法の一実施形態で使用することができる遠心分離チャンバの斜視図である。遠心分離チャンバ２００は遠心力を加えることができる環（トロイダル）形状、ふた付き、トラフその他の適当な容器とすることができる。接続した配送管（例えば、管１３０）、手動運搬その他の適当な搬送手段により混合後の樹脂を遠心分離チャンバ２００に送ることができる。
【００１４】
遠心分離チャンバ２００には、中心部に樹脂から移動した気泡を吸い込む真空ポンプ２１０を組み込むことができる。遠心分離チャンバ２００は、高密度の樹脂を半径方向の外側位置に押しやるのに十分な回転速度で樹脂を回転でき、この間に混入気泡（低密度である）は半径方向の内側位置に向かって移動する。換言すれば、軽い気泡が、高密度の樹脂に押しのけられ、半径方向内側へ移動する。遠心分離チャンバ２００中心部付近に置かれた真空ポンプ２１０で真空に引くことにより気泡移動を増進することができる。真空は、気泡の内側への移動を促進するだけでなく、気泡を破壊しやすくする。気泡を十分に除去できたら、遠心分離チャンバ２００を停止し、樹脂を排出管２２０を通して取り出し、送り出すことで直ちに使用可能である。
【００１５】
目標の気泡状態での流体密度と比べることにより残留気泡のレベルを測定できる超音波その他のアコースティック・エミッションモニタリング装置（図示せず）を使用し、十分な超音波エネルギーが加えられた時点を決定する。
【００１６】
本発明の１観点によるバッチプロセスの方法は上記工程を含むことができる。所望の樹脂成分を混合チャンバ１００中で予混合することができる。混合後の樹脂成分は管１３０を通して遠心分離チャンバ２００に圧送することができる。
【００１７】
遠心分離チャンバ２００によって遠心力を樹脂に、所望の量の気泡が抜けるのに十分な時間加える。遠心力を加えるのと同時に、真空装置２１０によりチャンバ上部から真空を引いて、樹脂の回転中心への気泡の移動を促進することもできる。モニタリング装置（図示せず）が十分な脱気が完了したことを示したら、脱気プロセスを停止し、樹脂をチャンバ２００から使用個所へ排出管２２０を通して取り出すことができる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、混合チャンバ１００と遠心分離チャンバ２００を組合せることができる。本実施形態では、同一のチャンバ内で樹脂混合と遠心力作用の両方を行う。
【００１９】
以上、本発明を現時点で最も実用的で好ましいと考えられる実施形態について説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内での種々の変更や均等物の組合せを包含する。
【符号の説明】
【００２０】
１００ 混合チャンバ
１１０ ミキサ
１２０ 送込管
１３０ 排出管
２００ 遠心分離チャンバ
２１０ 真空装置
２２０ 排出管
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂の脱気、特に遠心エネルギーを用いて樹脂を脱気する方法及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常の混合プロセスで、気体や空気の泡が多成分樹脂系に取り込まれることがある。気泡は、樹脂系の多成分を均一に分散させるために必要とされる混合又は「折り込み」作業によって生じる。気泡が取り込まれた樹脂を複合積層品に使用すると欠陥の原因となり、これらの欠陥がつながったり、成長して局部的な剥離、最終的には全体の解体又は剥離を起こすおそれがある。
【０００３】
風力タービンブレードその他の大型複合構造物などの大型の連続繊維強化複合材料部品は通常、ハンドレイアップ法により製造される。ハンドレイアップ法では通常、型枠内に連続の繊維テープ又は繊維布を置き、この繊維テープ又は繊維布上に液状樹脂を流し込む。ブレンドをロール加工して気泡を追い出し、樹脂を完全に分布させた後、通常室温で硬化する。気泡の除去及び樹脂の分布のために樹脂に加える操作が、複合材料を構成する繊維にダメージを与え、結果として部品の強度及び剛性を低下することがある。ハンドレイアップ法は、処理に大きな労力を要するという欠点があり、また高コストであったり、長期耐久性につながる最適な処理条件ではないという問題をかかえている。別の方法、例えばＲＦＩ（resin film infusion）法は、その実施に関する労働コストが少なく、再現性のある部品が実現できるので望ましい。硬化は通常、高温のオートクレーブ中で行われ、樹脂を流動させかつ混入空気及び凝縮性気体を除去するために、高圧（通常、１００〜２００ｐｓｉ）下真空バッグ中で硬化を行う。しかし、風力タービンブレードなどの大型部品は、大型のオートクレーブが必要になるためオートクレーブ硬化に法外な費用がかかる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第３６２１８９２号明細書
【特許文献２】米国特許第４０４９２４４号明細書
【特許文献３】米国特許第４３９１５２９号明細書
【特許文献４】米国特許第５４０９５２３号明細書
【特許文献５】米国特許第５５９１２５２号明細書
【特許文献６】米国特許第６０２８１６６号明細書
【特許文献７】欧州特許出願公開第０７８７０６４号明細書
【特許文献８】国際公開第９６１２５９６号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ある態様では、本発明は混入気泡を含む樹脂を脱気するシステムを提供する。回転可能な遠心分離チャンバに樹脂を入れ、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減する。
【０００６】
別の態様では、本発明は、樹脂を脱気する方法を提供する。第１工程で、樹脂を混合する混合チャンバを用意する。第２工程で、樹脂に遠心力を加える遠心分離チャンバを用意する。第３工程で、樹脂に遠心力を加える。樹脂に遠心力を加えることにより樹脂中の混入気泡の量を低減する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態の脱気システムの斜視図である。
【図２】本発明の別の実施形態の脱気システムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明は、公知の混合法で多成分樹脂系に取り込まれた気泡を遠心力を利用して低減又は解消する方法及びシステムを提供する。用語「樹脂」は、樹脂の他に粉末、複合粉末及び混合粉末を含む。複合積層品に気泡が混入した樹脂を使用すると、欠陥の原因となり、これらの欠陥がつながったり、成長して局部的な剥離を、そして最終的には全体の解体を起こすおそれがある。本発明の態様では、遠心力を用いて、分布している気泡を合体させ、大きな気泡にして排出しやすくする。
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、公知の混合法で多成分樹脂系に取り込まれた気泡を低減又は解消することである。脱気は、混合後又は混合中の適当な段階毎に樹脂に遠心力を加えて小さな気泡を移動させ、互いに接触させ合体させて大きな気泡にし、大きくなった気泡を回転しているチャンバの中心に簡単に移動させることにより実現できる。脱気の進行は気泡がほとんど又は全く混入していない理論流体密度で較正された超音波機器で追跡（モニタ）できる。十分に気泡が排出されたら脱気操作を終了することができる。回転チャンバの中心を真空に引くことにより、樹脂中の気泡の動きを加速し脱気工程を促進する。
【００１０】
得られた樹脂を配送管に送り出し、従来の方法、例えばＲＴＭ（resin transfer molding）法、真空ＲＴＭ法、湿式ＦＷ（filament winding）法、トウ・ワインディング法などのいずれかによる複合積層品の形成に使用することができる。
【００１１】
本発明の方法及びシステムは、バッチ又は連続法いずれでも用いることができる。すべての場合において、割り当てられた処理時間内での気泡の形成及び回転中心への移動を実現するように、以下の因子、即ち遠心力レベル、液粘度（温度及び液特性により調節）、遠心分離チャンバ中の樹脂の滞留時間、気泡が回転中心へ到達して破裂するのに必要な移動距離、樹脂表面上の圧力、及び各段階でのエネルギーのレベルと頻度を最適化する。
【００１２】
図１は本発明の一実施形態の斜視図である。混合チャンバ１００は樹脂系の成分（通常２つ以上）を混合するインラインミキサを有することができる。ミキサ１１０は、１枚又は２枚羽根パドル又はスクリュー／オーガーその他適当な混合装置とすることができる。送込管１２０から混合チャンバ１００内に樹脂成分を導入することができる。所望時間の混合後、混合成分を混合チャンバ１００から排出管１３０を通して取り出し、遠心分離チャンバ（図２）へ送ることができる。
【００１３】
図２は、本発明のシステム及び方法の一実施形態で使用することができる遠心分離チャンバの斜視図である。遠心分離チャンバ２００は遠心力を加えることができる環（トロイダル）形状、ふた付き、トラフその他の適当な容器とすることができる。接続した配送管（例えば、管１３０）、手動運搬その他の適当な搬送手段により混合後の樹脂を遠心分離チャンバ２００に送ることができる。
【００１４】
遠心分離チャンバ２００には、中心部に樹脂から移動した気泡を吸い込む真空ポンプ２１０を組み込むことができる。遠心分離チャンバ２００は、高密度の樹脂を半径方向の外側位置に押しやるのに十分な回転速度で樹脂を回転でき、この間に混入気泡（低密度である）は半径方向の内側位置に向かって移動する。換言すれば、軽い気泡が、高密度の樹脂に押しのけられ、半径方向内側へ移動する。遠心分離チャンバ２００中心部付近に置かれた真空ポンプ２１０で真空に引くことにより気泡移動を増進することができる。真空は、気泡の内側への移動を促進するだけでなく、気泡を破壊しやすくする。気泡を十分に除去できたら、遠心分離チャンバ２００を停止し、樹脂を排出管２２０を通して取り出し、送り出すことで直ちに使用可能である。
【００１５】
目標の気泡状態での流体密度と比べることにより残留気泡のレベルを測定できる超音波その他のアコースティック・エミッションモニタリング装置（図示せず）を使用し、十分な超音波エネルギーが加えられた時点を決定する。
【００１６】
本発明の１観点によるバッチプロセスの方法は上記工程を含むことができる。所望の樹脂成分を混合チャンバ１００中で予混合することができる。混合後の樹脂成分は管１３０を通して遠心分離チャンバ２００に圧送することができる。
【００１７】
遠心分離チャンバ２００によって遠心力を樹脂に、所望の量の気泡が抜けるのに十分な時間加える。遠心力を加えるのと同時に、真空装置２１０によりチャンバ上部から真空を引いて、樹脂の回転中心への気泡の移動を促進することもできる。モニタリング装置（図示せず）が十分な脱気が完了したことを示したら、脱気プロセスを停止し、樹脂をチャンバ２００から使用個所へ排出管２２０を通して取り出すことができる。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、混合チャンバ１００と遠心分離チャンバ２００を組合せることができる。本実施形態では、同一のチャンバ内で樹脂混合と遠心力作用の両方を行う。
【００１９】
以上、本発明を現時点で最も実用的で好ましいと考えられる実施形態について説明したが、本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内での種々の変更や均等物の組合せを包含する。
【符号の説明】
【００２０】
１００ 混合チャンバ
１１０ ミキサ
１２０ 送込管
１３０ 排出管
２００ 遠心分離チャンバ
２１０ 真空装置
２２０ 排出管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
樹脂を保持する回転可能な遠心分離チャンバ（２００）を備え、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減する、混入気泡を含む樹脂の脱気システム。
【請求項２】
さらに、遠心分離チャンバ（２００）に接続した真空源（２１０）を備え、真空源が遠心分離チャンバを真空にして混入気泡の低減を促進する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
さらに、樹脂混合用の混合チャンバ（１００）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
混合チャンバがオーガーミキサ（１１０）を有する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
混合チャンバがパドルミキサを有する、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
さらに、遠心分離チャンバと熱的に連通している熱処理装置を備え、熱処理装置は樹脂を加熱したり冷却したりできる、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
さらに、脱気操作の進行を追跡するモニタリング装置を少なくとも１つ備える、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
モニタリング装置が温度、圧力、樹脂密度及び樹脂粘度のうち少なくとも１つのパラメータを追跡する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
樹脂を混合する混合チャンバ（１００）を用意し、
樹脂に遠心力を加える遠心分離チャンバ（２００）を用意し、
樹脂に遠心力を加える工程を含み、樹脂に加えた遠心力により樹脂中の混入気泡の量を低減する、樹脂の脱気方法。
【請求項１０】
さらに、遠心分離チャンバを真空にする工程を含み、真空により樹脂中の混入気泡の低減を促進する、請求項９記載の方法。
【請求項１】
樹脂を保持する回転可能な遠心分離チャンバ（２００）を備え、遠心分離チャンバの回転により樹脂中の混入気泡の量を低減する、混入気泡を含む樹脂の脱気システム。
【請求項２】
さらに、遠心分離チャンバ（２００）に接続した真空源（２１０）を備え、真空源が遠心分離チャンバを真空にして混入気泡の低減を促進する、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
さらに、樹脂混合用の混合チャンバ（１００）を備える、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
混合チャンバがオーガーミキサ（１１０）を有する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
混合チャンバがパドルミキサを有する、請求項３記載のシステム。
【請求項６】
さらに、遠心分離チャンバと熱的に連通している熱処理装置を備え、熱処理装置は樹脂を加熱したり冷却したりできる、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
さらに、脱気操作の進行を追跡するモニタリング装置を少なくとも１つ備える、請求項６記載のシステム。
【請求項８】
モニタリング装置が温度、圧力、樹脂密度及び樹脂粘度のうち少なくとも１つのパラメータを追跡する、請求項７記載のシステム。
【請求項９】
樹脂を混合する混合チャンバ（１００）を用意し、
樹脂に遠心力を加える遠心分離チャンバ（２００）を用意し、
樹脂に遠心力を加える工程を含み、樹脂に加えた遠心力により樹脂中の混入気泡の量を低減する、樹脂の脱気方法。
【請求項１０】
さらに、遠心分離チャンバを真空にする工程を含み、真空により樹脂中の混入気泡の低減を促進する、請求項９記載の方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１３２９０５（Ｐ２０１０−１３２９０５Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５９９６（Ｐ２００９−２７５９９６）
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月４日（２００９．１２．４）
【出願人】（３９００４１５４２）ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ (6,332)
【氏名又は名称原語表記】ＧＥＮＥＲＡＬ ＥＬＥＣＴＲＩＣ ＣＯＭＰＡＮＹ
【Ｆターム（参考）】
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