JP2024538970A - プリプレグテープのスリット装置及び方法 - Google Patents

Abstract

熱硬化性樹脂組成物マトリックスが含浸又は注入された繊維材料を含むプリプレグシート材料中のボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在を低減する方法及び装置を提供する。方法は、プリプレグシート材料に対して、マトリックス樹脂がｉ）粘着性になり、最小限の圧力若しくは力で塑性変形される温度又はｉｉ）流動可能になる温度までプリプレグシート材料の断面長さを加熱することと、樹脂が冷却され、又は強制冷却される前に、樹脂をそれぞれ拡散又は流動させてボイドを満たし、及び／又は湿潤化されていない繊維を湿潤化するのに十分な時間で、その温度を維持することとを含むボイド減少／除去プロセスを行うステップを含む。【選択図】図５

Description

関連出願
本願は、２０２１年１０月１６日に出願された「Ｐｒｅｐｒｅｇ Ｔａｐｅ Ｓｌｉｔｔｉｎｇ Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ（プリプレグテープのスリット装置及び方法）」と題する以前の米国仮特許出願第６３／２５６５３７号の利益を主張するものであり、その全ての内容は参照により本明細書に組み込まれるものとする。

技術分野
本願は、熱硬化性プリプレグスリットテープを形成するための熱硬化性プリプレグ複合材料の連続シートのスリットを改良する方法及びその装置に関する。具体的には、本願の教示は、スリットプロセスの中断及びスリットテープの切れ目／ギャップを回避するために、スリット前に熱硬化性プリプレグ複合材料のシート内のボイドを、除去しないにしても減少させることを提供する。

複合技術の進歩は、製品デザインとエンジニアリング、最終的に、製造業に大きな影響を与えた。繊維材料とシートのハンドレイアップの後にレイアップされた材料の含浸を行うステップと、その後に、予め含浸された繊維シートとマットのレイアップに続いて圧縮成形及び硬化を行うステップと、を含む初期の方法は、多くの分野で急速に受け入れられ、これらの複合材料及び複合技術が利用されるようになった。しかしながら、多くの用途に有用であるが、材料の層をゆっくりと系統的に形成することは、多大な労力を必要とし、有害な化学物質、より重要なことに多くの場合、非常に不安定な材料及び／又は作業時間の限定された材料の使用を含む。したがって、業界における大きな進歩にもかかわらず、これらの用途は未だ限定されている。

複合材料と複合技術の更なる進歩は、連続的な製造技術を実現した。最も注目すべきは、特定の繊維材料の連続したトウを、硬化性材料の槽を通過させて硬化性材料で含浸させ、次に、マンドレルに巻き取って所望の部品を形成し、好ましくは、その形状と繊維の配置を維持するためにグリーン状態に達するための何らかの即時硬化を行い、その後に完全に硬化するフィラメントワインディングである。しかしながら、トウの幅が狭いため、これらの操作は非常に遅く、時間がかかる。より重要なことに、これらのプロセスは、硬化性組成物の調製から、繊維材料のトウの湿潤化、部品自体の形成までの操作全体を全て同じ部屋で行う必要があるため、高い費用がかかる。

製造技術と材料技術の両方の継続的な進歩により、プリプレグ材料、特にエポキシ含浸繊維シートのロールを製造できるようになり、ここで、シート基材は、最も一般的にはロールの長さにわたって延びる一方向の平行繊維で形成された。これらのロールは、一般的に、フィラメントワインディング用途のトウのロールと同様に、連続製造方法を開発できるのに十分な長さを有する。これらのプリプレグ材料のロールは、プリプレグメーカーで形成され、早期硬化を防ぐために冷却され、使用場所に輸送され加熱され、その後、所望の製品の製造に使用される。最終製品のメーカーは、プリプレグ材料を製造するために資金及び経費を投資したり、技術者を雇用したりする必要がなくなる。コスト面の利点と、集中した専門性の重視（例えば、プリプレグ製造業者はプリプレグの化学的性質及び製造に集中し、製品製造業者はレイアッププロセスに集中する）は、あらゆる点で有益であることが証明された。

初期の段階では、プリプレグストリップ又はシート材料は、市販製品の製造に使用される標準幅で製造された。これは、多くの用途が非常に同様の要望及び要件を有したため、初期の段階では許容可能であり、例えば、野球のバット、ゴルフクラブ、ホッケーのスティック、ラクロスのスティック等は、要望が同様で、かつ差別化の必要性が少ないことを大きな理由として、一般的にはいずれも同じ幅のスリットテープから製造することができる。たとえ最適ではないとしても、様々な幅を作成すること、特にカスタム幅を作成することには、法外なコストがかかるため、これらのストックテープ（ｓｔｏｃｋ ｔａｐｅ）が使用された。必要な資金は非常に大きく、製品の大幅な差別化をサポートすることはできない。その結果、必要なテープの幅が利用可能な幅と一致しなかった場合、要求の高い用途でこの技術を完全に使用することは制限されていた。

最近では、技術が進化し、新たな専門知識と処理能力が開発されたことから、ストックマスターロールのスリットによって多様なテープ幅が可能になった。幅広テープは、大きな平面又は湾曲した平面を有する用途向けに製造可能であるが、幅狭テープは、より複雑又は湾曲した部品向けに製造可能である。この技術により、要件、特に物理的要件が、プリプレグテープの幅によって部分的に影響される特定の特性を必要とする多くの異なる製品の製造にプリプレグテープを使用することができるが、航空機部品の製造へのプリプレグテープの使用の拡大は、最近の技術革新と進歩の主要な推進力ではないにしても、そのうち１つとなっている。航空機製造の要件は、航空機部品の分野全体でほぼ一定であると考える人もいるが、実際はそうではない。各コンポーネントは、ほとんどの場合ユニークな、独自の環境と、それぞれの物理的要件とストレスに耐えなくてはならない。例えば、尾翼は、翼又は機体部分とは著しく異なる要件を有する。航空機部品の厳しい公差と組み合わせると、用途ごとにスリットテープの幅が異なるので、多様なスリットテープの幅が必要とされることがますます明らかになっており、スリットテープの幅はほんの数分の１インチ、テープの幅のほんの数分の１のオーダーで必要とされる。実際、２インチ、１インチ、０．５インチ、１／４インチ、及び８インチの幅は非常に一般的である。より重要なことに、幅の公差が桁違いに小さくなり、公差要件が１０００分の１インチ単位である。

技術は進歩してスリットテープの迅速な大規模製造を可能にするが、このプロセスには問題がないわけではない。スリット及び巻き取りプロセス自体で多くの問題及び潜在的な問題が発生するが、マスターシート材料とその製造に起因する問題もある。後者の問題には、物性に関する問題、特にスリットテープの幅公差に悪影響を及ぼすマトリックス樹脂の粘度及びクリープの問題、及びプリプレグ材料のマスターロールの製造における不均一性、より具体的には、ボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在が含まれる。確かに、大きなボイドは、スリットプロセスの進行中にスリッターオペレータによって捕捉されることが多く、結果としてスリッターに入る前又は巻き取る前かつスリット直後にスリットを停止してボイド部分を除去することができる。しかしながら、ほとんどのボイドは検出されず、スリットプロセスの性質とボイドの範囲に応じて、スリッターの下流、又はその後の処理及び／又は用途で現れる。製造されるスリットテープのボイドのサイズと幅に応じて、スリットテープの全幅にわたって、又は幅及び／又は厚さの一部のみで、樹脂が完全に欠如する可能性がある。いずれにしても、ボイドは、トウの完全な破損、又は後の処理及び／又はレイアップで現れる可能性のある弱点若しくは欠陥、及び以下で強調する他の問題をもたらす。

複数の商業的なスリットプロセスがあるが、それぞれのプロセスでプリプレグマスターシート材料にボイドが発生する。プリプレグマスターシート材料は、元のライナー又はキャリアシート、一般的に、紙が取り付けられた状態でスリットがいれられ、交換用ポリマーフィルムがライナー又はキャリアとして適用された状態でスリットがいれられ、或いはライナー又はキャリアなしでスリットがいれられる。これらのプロセスのそれぞれにおいて、ボイドが存在する場合、スリッターを通過する際の互いに対する動き又は撓みを防止したり、小繊維、擦り切れた又は切断された繊維を所定の位置に結着したりする樹脂がないため、スリッターに嵌め込まれると、擦り切れたり、小繊維化されたり、及び／又は、切断されたりする湿潤化されていない繊維がある。繊維への、又は繊維に渡る（ｉｎｔｏ ｏｒ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｆｉｂｅｒｓ）これらの切断のため、スリットテープが巻き取りスプール／スピンドルに進む時にスリットテープを破損させる可能性があるトウに弱点が生じ、結果として、テープをつなぐ（ｓｐｌｉｃｅ）間にプロセス全体がシャットダウンされる。代替的に、これらの弱点は、スリットテープが、レイアッププロセスで使用されるまでは現れない可能性があり、レイアッププロセスで破損のため製造中の製品の製造プロセスがシャットダウンされる。後者は、ライナー又はキャリアがスリットテープに追加の完全性と強度を提供し、レイアップ中に両者が互いに離れると失われるため、ライナー又はキャリアが取り付けられた状態で切断されるスリットテープの場合に、特に懸念される。

このような破損は損傷して壊したものであるが、欠点は、擦り切れ、小繊維化、及び／又は切断端の問題だけではない。影響を受けた繊維及び小繊維は、マトリックス樹脂に含浸されていないため、どの方向にも自由に移動し及び／又は曲がり、それにより、トウ繊維自体と平行及び／又は同一平面上になく、更にその一部が繊維及び小繊維で形成される繊維トウの同じ長手軸に沿ってさえいない。その結果、これらのほつれ及び小繊維は、スリットテープが最終的なスプール及び／又はスピンドルに巻き取られるとき、後続の巻き取り層のマトリックス樹脂に埋め込まれるか又は付着するようになる。巻線が互いに接着されることによりスリットテープが巻き戻されない（ｎｏｔ ｕｎｗｉｎｄ）可能性があり、又は、できたとしてもスリットテープが巻き戻される際に破れ及び／又は欠陥が生じる可能性があるため、このようなイベントは、そのスプール又はスピンドルに悲惨な結果をもたらす可能性がある。更に、これらの小繊維又は擦り切れた材料は、繊維トウから完全に分離し、他のスリットテープトウ及び／又はスリット及び巻き取り装置に引っかかり、その後に、スリットテープに移行してＦＯＤを生成し、再びスリットテープ材料の不合格につながる可能性がある。

したがって、スリットテープの製造及び使用に影響を及ぼさないように、業界では、ボイドがないか又は実質的にないか、又はこのようなボイドがある場合はボイドがより小さい、好ましくはボイドが微視的な、プリプレグシート材料の改良されたマスターロールは、依然として必要とされている。

以下、業界では、ボイドがないか又は実質的にないか、又はこのようなボイドが残る場合は、スリットテープの製造及び使用に影響を及ぼさないように、このようなボイドをより小さい、好ましくは微視的なものにするプリプレグシート材料のマスターロールを製造する方法及び装置は、依然として必要とされている。

更に、業界では、プリプレグマスターシート材料のボイドを除去しないにしても減少させるプロセスを行うか、又はこのようなボイドが残る場合は、スリットテープの製造及び使用に影響を及ぼさないように、このようなボイドをより小さい、好ましくは微視的なものにするプリプレグシート材料のマスターロールの製造後処理用の方法及び装置は、依然として必要とされている。

業界では、スリットの前に、プリプレグマスターシート材料中のボイドの存在を除去しないにしても減少させる、スリットテープの製造方法は、依然として必要とされている。

最後に、業界では、プリプレグマスターシート材料中のボイドを除去しないにしても減少させる装置は、依然として必要とされている。

本発明の教示によれば、スリットテープを製造し、及び／又は適用時にプリプレグシート材料はスリットがいれられるレイアッププロセスで使用するために、プリプレグシート材料、特に連続プリプレグシート材料におけるボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在を除去しないにしても減少させる方法が提供される。具体的には、プリプレグシート材料（メーカーから直接的に供給されるマスターシート材料、又はマスターシート材料からスリットがいれられた幅広のプリプレグシート材料ストリップであってもよい）を局所加熱し、一般的に、マトリックス樹脂がｉ）粘着性になり、最小限の圧力若しくは力で塑性変形される温度、又はｉｉ）流動可能になる温度まで、その断面長さを加熱し、樹脂が冷却されるか又は強制冷却される前に、樹脂をそれぞれ拡散又は流動させてボイドを満たし、及び／又は湿潤化されていない繊維を湿潤化するために十分な時間、通常、非常に短時間で、温度を維持する方法が提供される。このプロセスは、カットされたプリプレグシート、つまり、特定の用途向けに指定長さ又はストック長さのプリプレグシートに適用でき、連続プリプレグシート材料での使用に特に有益である。前者の場合、指定長さ又はストック長さのプリプレグシートは固定されたものであり、シート又はプリプレグシートの長さに沿って前進するボイド減少／除去プロセスを行う装置は、固定されたボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて前進させることができる。代替的に、指定長さのプリプレグシートを適切なコンベアで搬送し、ボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて連続的に前進させることもできる。後者の場合、プリプレグシート材料は、コンベアベルト、複数若しくは一連のローラ、複数若しくは一連のバー要素、又は３つ全てのうちの任意の２つの組み合わせであり得るコンベア手段を介して、ボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて連続的に前進する。

前述の方法は、初期冷却後かつ巻き取り前に、マスターシート材料のＯＥＭ製造プロセスに組み込まれてもよく、マスターシート材料又はマスターシート材料のストック幅が巻き戻され、再度巻き取られる前にボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて前進する製造後のステップで行われてもよい。代替的に、方法は、巻き戻された後かつスリットがいれられる前のスリットプロセスの一部として、マスターシート材料又はマスターシート材料のストック幅に適用されてもよい。ここで、このプロセスは、プリプレグシート材料が適用の直前にインラインでスリットがいれられるレイアッププロセスに統合されてもよい。最も好ましくは、このプロセスは、スリットテープの製造プロセスに統合され、製造プロセスにおいて、マスターロールから巻き戻された後かつスリットがいれられる前に、前進するプリプレグシートにボイド減少及び／又は除去プロセスが適用される。

前述のプロセスのそれぞれは、本教示のボイド減少／除去プロセスが存在しない場合の同じプロセスの改良であり、新しいプロセスを構成する。以下、各プロセスの製品も、本教示のボイド減少／除去プロセスが存在しない場合のそれらのプロセスの製品に対する改良であり、また、新しい製品を構成する。

本教示のプロセスは、プリプレグシート材料の最小の又は短い指定長さの断面を同時に加熱できる加熱要素を備えるボイド減少／除去装置の使用によって達成される。一般的に、加熱要素は、２フィートを超える長さ、好ましくは１フィートを超えない、より好ましくは０．５フィートを超えない長さに直接的な影響を与えない。実際の長さは、加熱要素の性質／種類と、シート材料が加熱要素を通過する速度とによって決定される。任意に、装置は、その加熱と同時に又は直後に、プリプレグシート材料にその幅全体にわたって小さな圧力若しくは力を加える要素、及び／又は加熱されたプリプレグ材料を強制冷却する冷却要素を含んでもよい。好ましくは、圧力／力及び／又は冷却は、プリプレグシート材料の幅全体にわたって同時に加えられる。

ボイド減少／除去装置は、初期冷却後及び巻き取り前の時点で、プリプレグシート材料のＯＥＭ製造用の製造ライン／装置に組み込まれてもよい。このような製造プロセスでプリプレグシートをストック幅にスリットする場合、装置は、スリットの前又はスリットの後かつ巻き取りの前に組み込まれてもよく、資金と設置面積の観点から、前者が好ましい。代替的に、この装置は、供給ロールと巻き取りロールとの間に専用の巻き取り／巻き戻し装置に統合されてもよく、巻き戻されたシート材料に別の機能又はプロセスが適用される多目的巻き戻し／巻き取り装置、例えば、元のバッキング又はキャリア材料をポリマーライナー又はキャリアで置き換える装置に統合されてもよい。最後に、ボイド減少／除去装置が巻き戻しステーションとスリットステーションとの間に挿入されるスリットテープ製造装置に組み込まれてもよい。このような装置がスプライシングステーションを含む場合、ボイド減少／除去装置は、スプライシングステーションの前又は後に統合されてもよい。好ましくは、スプライスを妨げたり、スプライスの品質低下を引き起こしたりする可能性があるボイド及び湿潤化不良を除去し、スプライスを高速化するために樹脂の粘着性を増加させる可能性があるため、スプライシングステーションの前に統合することが好ましい。

ボイド減少／除去装置を組み込んだこれらのより大型の装置のそれぞれは、そのような装置の改良版であるとともに、それ自体の点で新しい装置を提供する。

本明細書の一部を構成する添付の図面は、明細書と併せて参照される。同様の参照番号は、異なる図面における同様の部品を示すために採用される。

本開示の方法及び装置を統合するプリプレグ製造プロセスの一部の概略図である。 新たに形成されたプリプレグシート材料を巻き取る前の、本開示の方法及び装置を統合するプリプレグ製造プロセスの一部の概略図である。 プリプレグシート材料のマスターロールに本開示の方法を実施する装置の概略図である。 更なる処理の前に、プリプレグシート材料のマスターロールに本開示の方法を実施する装置の概略図である。 本開示の方法及び装置を組み込んだプリプレグスリット装置の概略図である。 図５の装置の代替的な実施形態の概略図である。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。 本開示の方法を実施するための装置要素の代替的な実施形態を示す。

本明細書で使用される場合、プリプレグシート材料に関して使用される用語「連続」は、プリプレグシート材料のＯＥＭ製造で製造される連続シート、及びそれから巻かれて切り取られる長いセグメントを意味する。後者に関しては、このような長いセグメントは業界ではかなり標準的なものであり、マスターロール形式で供給される。一般的にはこれらの長さは、少なくとも約２５メートルから最大で約１５００メートル以上である。

「ボイド及び／又は湿潤化されていない繊維を除去又は減少させる」などのプロセスの特徴と「ない又は実質的にない」という表現は、特許請求の範囲に記載のプロセスが実施されるプリプレグシート材料におけるボイドの数及び／又はサイズ及び／又は湿潤化されていない繊維トウの程度が、体積及び／又は発生率において、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％、より好ましくは少なくとも８０％、最も好ましくは少なくとも９０％減少することを意味する。理想的には、マスターシート材料には、少なくとも巨視的レベルでは、ボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウがしない。

「塑性変形される」温度まで上昇したときのマトリックス樹脂の特徴は、プリプレグシート材料の表面に加えられる最小限の圧力若しくは力（一般に２ｐｓｉ未満）が、プリプレグシート材料の顕著な薄化、特に測定可能な薄化を引き起こすために不十分である限り、樹脂を移動させるか又はその流れを引き起こし、ボイドを充填し、及び／又は繊維を湿潤化することを意味する。好ましくは、塑性変形は粘着性の向上を伴うため、繊維の湿潤がより良好に達成される。

同様に、「流動可能」又は「流動し始める」温度まで上昇するマトリックス樹脂の特徴は、マトリックス樹脂が、流動してボイドを埋め、繊維を湿潤化することができる程度まで十分に軟化することを意味する。実際の温度と樹脂に応じて、このような流動は、自然に発生してもよく、流動を促す又は促進するために圧力又は力の追加を必要としてもよい。

更に、出願人の言葉の選択による混乱を避けるため、特許請求の範囲に記載のプロセスのステップに言及する場合の「であってもよい」という表現は、「である」又は「である可能性がある」を意味し、後者は、代替案が考えられる場合に特に関連し、例えば、これであってもよく、それであってもよいことを理解すべきである。ステップがオプションである場合、特にそのように呼び出される。

プリプレグシート材料及びその製造方法はよく知られている。一般的に言えば、それらは、繊維又は繊維材料のストランド又はトウ、例えば繊維束と、繊維材料の織布及び不織布（ｗｏｖｅｎ ａｎｄ ｎｏｎ－ｗｏｖｅｎ ｆｉｂｒｏｕｓ ｍａｔｅｒｉａｌ）、布帛又はマットであり得る繊維材料に注入、含浸、又は他の方法で統合（ｉｎｔｅｇｒａｔｅ）されたマトリックス樹脂、具体的には熱硬化性マトリックス樹脂を含む。例示的なマトリックス樹脂としては、エポキシ、シアネートエステル、ビスマレイミド、フェノール、ポリイミドなどが挙げられるが、これらに限定されない。熱可塑性ポリマー繊維を含む多くの材料の繊維を使用することができるが、好ましい繊維はガラス及びカーボンであり、最も特にカーボンである。便宜上、また好ましい実施形態の観点から、本教示は、エポキシ樹脂であるマトリックス樹脂と、シート材料の長さ又は長手軸に沿って整列した、複数の平行な炭素繊維である繊維／繊維トウと、を含むプリプレグシート材料に特に重点を置いて説明される。これらの実施形態では、繊維又は繊維トウは、単一の平面内に、複数の同一平面上に、規則正しい配置で、又はランダムな配置で存在してもよい。

マトリックス樹脂の粘度及び繊維又は繊維トウの性質（例えば、個々の繊維、繊維束、絡み合った繊維など）並びにそれらの配置及び密度に応じて、エアポケット及び／又は湿潤化されていない繊維及び繊維束を回避し、かつプリプレグシート材料のマトリックス部分におけるエアポケットを回避するために、マトリックス樹脂を繊維内及び繊維を通して完全に含浸、注入又は統合することを保証することは困難である。上記背景で述べたように、これらの湿潤化されていない繊維及びトウ、並びにエアポケット又はボイドは、多くの最終用途において問題となる。

本発明の教示によれば、スリットテープを製造し、及び／又は適用時にプリプレグシート材料はスリットがいれられるレイアッププロセスで使用するために、プリプレグシート材料、特に連続プリプレグシート材料におけるボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在を除去しないにしても減少させる方法が提供される。具体的には、プリプレグシート材料（メーカーから直接的に供給されるマスターシート材料、又はマスターシート材料からスリットがいれられた幅広のプリプレグシート材料ストリップであってもよい）を、ａ）局所加熱し、一般的に、マトリックス樹脂がｉ）最小限の圧力若しくは力の下で、好ましくは粘着性の増加なしに塑性変形される温度、又はｉｉ）流動可能になる温度まで、その断面長さを加熱し、ｃ）樹脂が冷却されるか又は強制冷却される前に、ｂ）樹脂をそれぞれ拡散又は流動させてｂ）ボイドを満たし、及び／又は湿潤化されていない繊維を湿潤化するために十分な時間、通常、非常に短時間で、温度を維持する方法が提供される。任意に、好ましくは、シート材料の温度が塑性変形温度までしか上昇しないとき、一般的には加熱と同時に又は直後にシート材料に最小限の力若しくは圧力を加えて、塑性変形及び／又は流動を促す及び／又は促進する。もちろん、流動性及び拡散を向上させ及び／又は促進するために、特に樹脂がそのような高温にさらされる時間を最小限に抑えて早期硬化／架橋を回避するために、マトリックス樹脂が流動可能になる程度まで加熱される場合には任意に圧力を加えてもよい。便宜上、これらのステップの説明を何度も繰り返すのではなく、このプロセスは、オプションのステップ又は要素の有無にかかわらず、本明細書では「ボイド減少／除去プロセス」と呼ばれる。同様に、「ボイド減少／除去コンポーネント」及び「ボイド減少／除去装置」という表現は、「所望のボイドの減少／除去及び／又は繊維の湿潤の改善に影響を与えるのに必要なコンポーネント／装置」を指す。ボイド減少／除去プロセスは、カットされたプリプレグシート、つまり、指定長さ又はストック長さ、つまり長さが２５メートル未満のプリプレグシートに適用できるが、連続プリプレグシート材料で使用する場合に特に有益である。前者の場合、ボイド減少／除去プロセスは、指定長さ又はストック長さのプリプレグシートを固定し、ボイド減少／除去プロセスを実行する装置をシートの長さに沿って前進させる状態で使用されてもよく、プリプレグシートが、以下に定義される、固定されたボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて前進する状態で使用されてもよい。連続プリプレグシート材料の場合、プリプレグシート材料は、ボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて連続的に前進する。

ボイド減少／除去プロセスの最も重要なステップは、プリプレグシート材料を加熱することである。上述したように、プリプレグシート材料の断面長さは、マトリックス樹脂がｉ）最小限の圧力若しくは力の下で、好ましくは粘着性の増加なしに塑性変形される温度、又はｉｉ）流動可能になる温度まで加熱される。特定の温度は、マトリックス樹脂の組成、特にマトリックス樹脂を含む特定の熱硬化性ポリマー組成物、特に熱に非常に敏感な開始剤、活性剤などの成分、及びこれらの温度に影響を与える可能性のある、又は影響を受ける可能性のある他の添加剤に依存する。必要な塑性変形及び／又は流動の程度は、マトリックス樹脂とその変形性／流動特性、更に加熱されたプリプレグシート材料に追加の力若しくは圧力を加えるか否かに部分的に依存する。一般に、前述の温度目標は、加熱するステップで達成すべき最低温度であり、より高い温度も確かに許容されるが、これらの温度を大幅に超えないこと、特にマトリックス樹脂中に存在する硬化開始剤、活性化剤、触媒及び／又は促進剤を誘発する（ｔｒｉｇｇｅｒ）可能性がある程度まで達せないことは、最も好ましい。この点において、若干の誘発が起こる可能性はあるが、誘発又は活性化の程度は最小限であり、マトリックスの粘度を悪化させることはない。最も好ましくは、高温は、マトリックス樹脂中に存在する開始剤、活性化剤、触媒及び／又は促進剤の標準誘発又は活性化温度よりも少なくとも２．５℃、好ましくは少なくとも５．０℃、より好ましくは少なくとも７．５℃、最も好ましくは少なくとも１０℃低い。また、マトリックス樹脂及びその硬化温度に応じて、プリプレグ材料は、一般的に周囲温度～７５℃、好ましくは２６℃～７５℃の温度に加熱される。プリプレグシート材料の加熱は、電熱ヒータ、高輝度光、赤外線ヒータ、超音波アンビル又は取り付け具、加熱ローラなどによる放射加熱（ｒａｄｉａｎｔ ｈｅａｔｉｎｇ）又は伝導加熱によって達成することができる。

任意に、加熱されたプリプレグシート材料に力又は圧力を加えて、マトリックス樹脂の変形及び／又は流動を助けるか又は促進する。この力又は圧力は、マトリックス樹脂がまだ塑性変形又は流動可能な状態にある間に、加熱と同時に、又は加熱直後に加えられてもよい。力又は圧力は、プリプレグシート材料の全幅にわたって、変形と流動を助けるために最小限の範囲で加えられるが、シート材料の顕著な薄化、又はキャリアシート又はライナーが、存在する場合には、そのエッジを越えて樹脂が排出される程度ではない。一般的に、圧力は２ｐｓｉ以下、好ましくは１ｐｓｉ以下、最も好ましくは０．５ｐｓｉ以下であるべきである。

ボイド減少／除去プロセスの最終ステップは、冷却ステップである。これは、樹脂が周囲条件下で冷却できるように、熱源とその後の処理ステップ（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｓｔｅｐ）の間に十分な距離を設けるだけで行われる。最も好ましくは、プリプレグシート材料は、冷却を促進し、硬化開始剤、活性化剤、触媒及び／又は促進剤が活性化された可能性があることを停止するか又は遅らせるために強制冷却される。冷却の程度は、所望の終了温度とプリプレグシート材料のフェイトによって決定される。一般的に、プリプレグシート材料を室温まで冷却するだけで十分な場合があるが、プリプレグシート材料を更に冷却したり、より低い温度まで低下させたりしたい場合もある。同様に、その温度は、マトリックス樹脂の粘度を悪化させたり、マトリックス樹脂の硬化に影響を与えるには十分でない限り、室温より高い温度に冷却することが望ましい場合がある。いずれにしても、最終温度は、後続の処理ステップに悪影響を与えるほど低くても高くてもいけない。例えば、プリプレグシート材料を単に巻き取り、再度巻き取って保管する場合は、室温又は室温に近い温度で十分である。しかしながら、この場合、スプール又はスピンドルが保管のために冷蔵される前に巻線のコアが既に冷却されるように、より低い温度が望ましい場合がある。一方、巻き取り又は再度巻き取る前にプリプレグシート材料をスリットする場合にはスリットを容易にするため、室温よりわずかに高い温度が望ましい。ただし、樹脂が切断刃又はスリット及び巻き取りプロセスの他のコンポーネントに付着しないように、マトリックス樹脂の粘着温度よりも低いことを前提とする。この点に関して、マトリックス樹脂及びそれが上昇する温度に応じて、冷却前にプリプレグ材料をスリットすることが望ましい場合がある。どうしても、冷却は、例えば冷却／冷たいローラ（ｃｏｏｌ／ｃｏｌｄ ｒｏｌｌｅｒｓ）、ガイド、若しくは他の同様の要素による伝導冷却又は放射冷却、又は強制冷風を含む冷風などを含む既知の方法のいずれかによって達成されてもよい。

ボイド減少／除去プロセスは、初期冷却後かつ巻き取り前にマスターシート材料を製造するためのＯＥＭ製造プロセスに組み込まれてもよく、マスターシート材料又はマスターシート材料のストック幅が巻き戻され、再度巻き取られる前にボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて前進する製造後のステップで行われてもよい。代替的に、方法は、巻き戻された後かつスリットがいれられる前のスリットプロセスの一部として、マスターシート材料又はマスターシート材料のストック幅に適用されてもよい。ここで、このプロセスは、プリプレグシート材料が適用の直前にインラインでスリットがいれられるレイアッププロセスに統合されてもよい。最も好ましくは、このプロセスは、スリットテープの製造プロセスに統合され、製造プロセスにおいて、マスターロールから巻き戻された後かつスリットがいれられて再度巻き取られる前に、前進するプリプレグシートにボイド減少及び／又は除去プロセスが適用される。

前述のプロセスのそれぞれは、本教示のボイド減少／除去プロセスがない場合の同じプロセスの改良であり、新しいプロセスを構成する。以下、本教示の一実施形態によれば、ボイド及び／又は湿潤化されていないトウがないか又は実質的にないプリプレグ材料のマスターロールの製造方法が提供され、方法では、新しく製造されたプリプレグシート材料が、製造ステーションから出てマトリックス組成物の活性化温度以下、活性化温度よりも好ましくは少なくとも２℃、より好ましくは少なくとも５℃、最も好ましくは少なくとも１０℃低く冷却されるときにボイド減少／除去プロセスを受けてから、巻き取られるか又は次の処理に移される。ＯＥＭプリプレグシート材料は、巻き取りの前に、ストック幅、例えば１０インチ以上の幅、一般的に１～３フィート以上の幅（ストックロール）にスリットがいれられ、次に、ボイド減少／除去プロセスは、スリットの後、又は好ましくはスリットの前に適用されてもよい。これは、より薄いストック幅にも当てるが、このような場合には複数のストリップを同時に処理しない限り、資金コストを考慮すると、スリットする前にボイド減少／除去プロセスを行うことが好ましい。

本教示の第２実施形態によれば、プリプレグシート材料のマスターロール及びストックロールにボイド及び／又は湿潤化されていないトウがないか又は実質的にない方法が提供される。この方法は、マスターロール又はストックロールからプリプレグシートを連続的に巻き戻すステップと、処理されたプリプレグシート材料を再度巻き取る前に、プリプレグシート材料にボイド減少／除去プロセスを施すステップとを含む。

最後に、本教示の第３実施形態によれば、ボイド及び／又は湿潤化されていないトウがないか又は実質的に存在しないプリプレグ材料の連続スリットテープを製造する方法が提供され、方法で、プリプレグ材料のマスターロール又はストックロールに、スリットがいれられる前にボイド減少／除去プロセスを施す。この後者の実施形態は、プリプレグ材料のマスターロール又はストックロールが、部品又は他の製品の製造における適用点又は適用点付近でスリットがいれられるレイアッププロセスに統合されてもよい。しかしながら、好ましくは、スリットテープが保管及びその後の使用のために巻き取られるスリットプロセスで使用される。

上記プロセスで得られるプリプレグシート材料のマスターロール及びストックロール、スリットテープのスプール及びスピンドルなどが、ボイド減少／除去プロセスを経ていないマスターロールと化学的に同じであるが、それらは、ボイド及び／又は湿潤化されていない繊維又はトウが顕著に減少するという点で、ユニークで新しく、改良されたものである。更に、スリットテープのスプール及びスピンドルに関しては、これらは、湿潤化されていない繊維及びトウに関連付けられる小繊維化、広がり、切断端が除去されないにしても減少するため、欠陥及びＦＯＤが少なくなる。

本教示のプロセスは、プリプレグシート材料の断面、好ましくは最小又は短い指定長さの断面を加熱できる、好ましくは同時に加熱できる加熱要素を備えるボイド減少／除去装置の使用によって達成される。一般的に、加熱要素は、一度に２フィートを超える長さ、好ましくは１フィートを超えない、より好ましくは０．５フィートを超えない長さに直接的な影響を与えない。実際の長さは、加熱要素と、シート材料が加熱要素を通過する速度とによって決定される。任意に、装置は、その加熱と同時に又は直後に、プリプレグシート材料にその幅全体にわたって小さな圧力若しくは力を加える要素、及び／又は加熱されたプリプレグ材料を強制冷却する冷却要素を含んでもよい。好ましくは、圧力／力及び／又は冷却は、プリプレグシート材料の幅全体にわたって同時に加えられる。

ボイド減少／除去装置の重要なコンポーネントは、熱源又は加熱要素である。熱源又は加熱要素は、独立型の加熱取り付け具又は加熱要素であってもよく、好ましくは連続的に、（特に、プリプレグ材料のカットストックシートの場合）プリプレグシート材料の上を通過し、或いはプリプレグシート材料が通って、又は通り過ぎて前進する複数の独立型の加熱取り付け具又は加熱要素を含んでもよい。代替的に、熱源又は加熱要素のタイプ又は性質に応じて、好ましくは、熱源又は加熱要素は、チャンバ、例えばオーブンに組み込まれるか、又はプリプレグシート材料が通り過ぎるフード若しくは同様の構造に組み込まれた１つ又は複数の加熱取り付け具及び／又は加熱要素を含む。最も好ましくは、熱源又は要素は、プリプレグシート材料をその全幅にわたって同時に加熱できるものであるが、加熱取り付け具又は要素がプリプレグシート材料の幅を横切ることも可能である。例示的な加熱取り付け具又は要素は、高輝度ライト、赤外線ヒータ、電熱ヒータ、強制熱風ヒータなどの放射熱源と、加熱ローラ、超音波アンビル又は取り付け具などの伝導性ヒータを含む。

好ましくは、特に熱源又は要素が放射熱を生成する場合、熱源又は要素は、オーブン、チャンバ、又はフードに組み込まれるか、又はその一部を形成し、それによって熱がシート材料の断面の指定長さに向けられ、好ましくはそこに閉じ込められる。例えば、シート材料は、マトリックス樹脂の塑性変形又は流動を達成するのに必要な温度まで内部が加熱されたオーブン又はオーブン状のチャンバを通過してもよい。ここでは、熱源は密閉されており、シート材料が通過できるサイズを有する開口部が２つある。代替的に、熱源は、加熱されるシート材料の表面（複数可）を覆うフード状の構造を形成するコンポーネント又は要素に組み込まれてもよい。追加的に、及び／又は代替的に、熱源は、以下に示すように、放射熱がシート材料に向けられるときに放射熱の形状に着目し及び／又はそれをより具体的に画定する要素、例えばバッフル、オリフィス又は開口部に組み込まれるか、又はそれに関連付けられてもよい。以下には、熱風（ｈｏｔ ａｉｒ）のカーテンを効果的に作り出してシート材料の幅を広げ、シート材料の表面に熱風を送り出す強制熱風熱源が使用されてもよい。熱風のカーテンの形状又は幅と長さは、熱風源のバッフルによって調整される。最も好ましくは、この例では、熱風カーテンは、熱風をキャプチャして再循環させると同時に、熱風を、加熱要素の近くを通過させるか又はその中を通過させて熱風の温度を加熱及び／又は維持するハウジング又はチャンバに関連付けられることになる。いずれにしても、放射熱源が使用される場合、加熱をより適切に制御し、プリプレグの過熱又は焼損を回避するために、プリプレグシート材料から放射熱源を十分に離すことが好ましい。一般的に、熱源、特に放射熱源は、プリプレグ表面から少なくとも２インチ、好ましくは３～６インチ離れている。

加熱の持続時間は、マトリックス樹脂とその変形／溶融温度、シート材料の速度、熱源のサイズ又は性質、樹脂に熱を伝達する際の熱源の効率などを含む複数の要因に依存する。また、上述したように、目的は、活性化又は実質的な活性化を回避するために、樹脂が変形及び／又は流動できる温度をできるだけ短時間で達成し、それにより、加熱ゾーンでの滞留時間を短くすることである。実際には、流動温度に達する場合でも、ボイドがもともと小さいことを考慮すると、熱にさらすのが数分ではなく数秒の短時間だけを必要とし、特にマトリックス樹脂の反応性を考慮すると、シート材料を熱にさらす時間を制限することが最もよい。したがって、熱が集中して閉じ込められることが好ましい。一般的に、加熱セクションでさらす時間又は滞留時間は、大部分計算でき、簡単な試行錯誤によって微調整できる。大部分の用途では、加熱の持続時間、即ち熱源にさらされる時間は、約１秒～約１０秒程度、好ましくはそれ以下であるべきである。もちろん、持続時間は、回線速度にも関係する。この点に関して、プリプレグ材料を前進させる一般的な回線速度は、毎分５フィート～毎分１５０フィートであり、それに応じて、加熱要素に直接的にさらす持続時間を調整する必要がある。このような調整は、シート材料のより長い部分に直接的な影響を与える熱源を使用することによって、及び／又は加熱要素の強度を調整することによって達成されてもよい。

任意に、装置は、マトリックス樹脂がまだその塑性変形可能又は流動状態にある間に、加熱されたプリプレグシート材料に力若しくは圧力を加える任意の適切なコンポーネント又は手段を組み込んでもよい。力又は圧力は、シート材料に直接的に加えられるか、又は撓みによって加えられてもよい。後者は、シート材料が前進するにつれてその平面が変化し、つまり、前進するシート材料の経路に１つ以上の方向の変化があることによって生じる。圧力は、シート材料に直接的に加えられる場合、プリプレグシート材料の片面又は両面を押圧する１つ又は複数のローラ、ブレード、又は同様の要素によって加えられる。単一の要素が存在する場合、シート材料は、一般的に、移動するコンベア上にあり、或いはシート材料の反対面にあるローラ、ブレード、若しくは他の同様の要素を備えた固定プラットフォーム又はステージ上を通過する。代替的に、一対のローラ、ブレード、又は同様の要素は、シートを間に挟んで、互いに対向して配置される。これらの場合のそれぞれにおいて、ローラ、ブレード、又は同様の要素は、シート材料の表面から離れて後退できるように、電動ステージング又は上部構造に組み込まれることが好ましい。任意に、好ましくは、電動ステージングは、シート材料の厚さの変化を検出する光電池（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｅｙｅ）又は同様の測定装置と統合され、それにより、これらの圧力要素は、シートの厚さの変化に応じて互いに遠ざかったり近づいたりする可能性がある。これは、シート材料の一般的な厚さの最大２倍まで厚さを増加させる可能性があるシート材料のスプライスに対応するのに特に有益である。代替的に、圧力要素は、シート材料の表面に対して圧力要素を付勢する付勢要素若しくは手段を有するか、又は付勢要素若しくは手段に関連付けられてもよい。適切な付勢要素としては、バネ、カウンタウェイト、空気圧装置などが挙げられる。

上述したように、シート材料の経路にある撓みによって圧力又は力が加えられてもよく、それにより、シート材料は、前進するにつれて蛇行する。撓みは、シート材料がガイド、ローラ、又は同様の要素を通過するときにシート材料に１つ以上の曲げを強制するためにシート材料の経路を変更する１つ以上、好ましくは２つ以上のシートガイド（例えば、ブレード、クロスバーなど）、ローラなどを配置することによって達成される。好ましくは、この圧力コンポーネントは、一対のローラ又はガイドを備え、そのうちの１つは、加熱装置を通り、又は通過するときに、シート材料と同一平面上に配置され、もう１つは、第１ローラ又はガイドに対して千鳥状に配置され、それにより、シート材料が第２ローラ又はガイドに到達して通過するには、シート材料が曲がる必要がる。本質的に、シート材料の張力と組み合わせられる曲げは、シート材料に圧力又は力を加える。複数のローラを千鳥状に配置することにより、シート材料の両面に順次圧力を加えることができる。任意に、シート材料がほぼ同一平面上でボイド減少／除去装置に出入りするように、シート材料を元の平面に偏向させる第３要素が存在してもよい。

シート材料に力又は圧力を加える要素は、装置の加熱セクションに存在してもよい。実際、それらの要素は、加熱装置であるか又は加熱装置の一部であってもよく、加熱装置の直後に配置されてもよく、その両方であってもよい。例えば、シート材料の蛇行運動を発生させる、千鳥状に配置された要素のうちの１つ以上は、シート材料がローラを通過するときにシート材料を加熱する加熱ローラであってもよい。最も好ましくは、おそらくローラの１つが加熱ローラである場合を除いて、ヒータシート材料に圧力若しくは力を加える要素又はコンポーネントは、加熱されたシート材料が加熱セクションを出るときに加熱シート材料に作用するように配置される。

任意に、好ましくは、ボイド減少／除去装置は、１つ以上の冷却要素若しくは手段を含むか又は備える冷却セクションを更に含む。冷却セクションは、加熱ではなく冷却することを除いて、加熱要素と同様のコンポーネント又は要素を備える。実際、冷却は、冷却された又は冷却ローラ（ｃｏｏｌｅｄ ｏｒ ｃｏｏｌｉｎｇ ｒｏｌｌｅｒｓ）、ガイド、及び同様の要素を使用する伝導によって達成されてもよい。放射冷却に関しては、冷媒ラインがチャンバ又はフードの空気を冷却する冷却チャンバ又はフードを含んでもよい。代替的に、シート材料の表面上に送られる、以上で参照した熱風カーテンと同様に、冷風カーテン（ｃｏｏｌ ａｉｒ ｃｕｒｔａｉｎ）の形態である強制冷風があってもよい。

冷却セクションは、ボイド減少／除去装置の一部であってもよく、ボイド減少／除去装置の後にプリプレグ材料に作用する別個の装置であってもよい。後者に関しては、両者は隣り合ってもよく、わずかな距離だけ離れてもよい。代替的に、特に、加温されたマトリックス樹脂の利益を得るプリプレグシート材料に対して後続のプロセスが行われる場合、冷却セクションは、後続のプロセスに続く処理経路（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｐａｔｈ）に沿って配置されてもよい。これは、冷却セクションがスリッターに続くようにプリプレグ材料をスリットする場合に特に有益である。マトリックス樹脂が粘着性を有する場合、冷却ステーションは２つある。１つはスリッターの前にあり、粘着性を除去するために樹脂を十分に冷却し、もう１つはスリッターの後にあり、巻き取る前にスリットテープの温度を下げる。

ボイド減少／除去装置は、マトリックス樹脂が固まり始めた時点、マトリックス組成物の活性化温度よりも、好ましくは少なくとも２℃で、より好ましくは少なくとも５℃、最も好ましくは少なくとも１０℃低い温度、又は最も好ましくは初期冷却後及び巻き取り又は他の後続の加工前の時点で、プリプレグシート材料のＯＥＭ製造用の製造ライン／装置に組み込まれてもよい。このような製造プロセスでプリプレグシートをストック幅にスリットする場合、装置は、スリットの前又はスリットの後かつ巻き取りの前に組み込まれてもよく、資金と設置面積の観点から、またボイドが存在するスリット加工に関する前述の問題を回避するために、前者が好ましい。代替的に、この装置は、供給ロールと巻き取りロールとの間の点で専用の巻き取り／巻き戻し装置に統合されてもよく、巻き戻されたシート材料に別の機能又はプロセスが適用される多目的巻き戻し／巻き取り装置、例えば、元のバッキング又はキャリア材料を除去すると共に、ポリマーライナー又はキャリアで置き換える装置に組み込まれてもよい。最後に、ボイド減少／除去装置が巻き戻しステーションとスリットステーションとの間に挿入されるスリットテープ製造装置に統合されてもよい。このような装置がスプライシングステーションを含む場合、ボイド減少／除去装置は、スプライシングステーションの前又は後のいずれかに統合されてもよい。好ましくは、スプライスを妨げたり、スプライスの品質低下を引き起こしたりする可能性があるボイド及び湿潤化不良を除去し、バターを温めるように樹脂のスリット能力を強化してスプライスを高速化するため、スプライシングステーションの前に統合することが好ましい。また、スプライスの加熱がスプライスに悪影響を及ぼすか、又は少なくとも一時的にスプライスを弱める可能性があるという懸念も回避する。

ボイド減少／除去装置を組み込んだこれらのプリプレグ処理装置のそれぞれは、そのような装置の改良版であるとともに、それ自体の点で新しい装置を提供する。

本教示による装置及び方法の一般的な特徴及び要素を説明してきたが、ここで、例示的で特定の実施形態が説明及び描かれている以下の段落及び添付の図面に注目する。各図において、マスターロール又はストックロールから装置を通るプリプレグシート材料の動き又は前進は左から右までである。

図１及び図２は、ボイド減少／除去コンポーネントＡを組み込んだプリプレグマスターシート製造装置１及び１０の一部の代替的な概略実施形態をそれぞれ示す。図１に示すように、プリプレグマスターシート材料２は、製造プロセス（図示せず）からコンベア４上でボイド減少／除去装置Ａに前進して、ボイド減少／除去装置Ａから後続の処理及び／又は使用のための第２のコンベア４に前進する。図２は、プリプレグマスターシート材料２がボイド減少／除去装置Ａからローラ又はガイド要素５に前進し、次に巻き取りスプール７に前進して、さらなる処理及び／又は使用のための保管及び／又は輸送用のプリプレグシート材料のマスターロール９を形成するという点を除いて、同様のプロセス及び装置を表す。

図３は、プリプレグシート材料２のボイドを除去し、及び／又は湿潤化を向上させるための変換装置３０の概略図を示す。ここでは、プリプレグシート材料のマスターロール１９が再度巻き取られ、ボイド減少／除去装置Ａを通って前進し、その後、その後の保管及び／又は使用のために変換されたプリプレグシート材料１４のマスターロールを形成するために巻き戻される。図示のように、マスターシート材料は、複数のローラ又はガイド要素５に沿って前進する。

図４は、プリプレグ材料２の処理及び／又は使用のための装置４０の概略図であり、後続の処理及び／又は使用に関連する任意のコンポーネント又は装置の前にボイド減少／除去装置をＡ点に組み込んでいる。図３の装置と同様に、プリプレグシート材料のマスターロール１９が巻き戻され、ボイド減少／除去装置Ａを通って前進し、その後、図示しないさらなる処理及び／又は使用のために前進する前に、処理ステーション２２に前進する。シート材料の前進は、複数のローラ又はガイド５によって補助される。処理ステーション２２は、スプライシング装置、スリット装置、元のライナー若しくはキャリアをポリマーライナーに置き換えるライナー置換装置、ライナー除去装置など、又はそれらの任意の２つ以上の組み合わせであってもよい。例えば、この装置は、プリプレグレイアップ装置に組み込まれてもよく、それによって処理ステーション２２は、ライナーを除去し、部品又は金型（ｍｏｌｄ）に適用するためにシート材料をスリットすることができる。

図５及び６は、プリプレグスリットテープを製造する２つの同様の装置５０及び６０の概略図を示し、それぞれの装置にはボイド減少／除去装置Ａが組み込まれている。図５において、ボイド減少／除去装置Ａは、スプライシングステーション２２の前にある。一方、図６に示すように、ボイド減少／除去装置Ａはスプライシングステーション２２の後にある。それを除き、装置及びプロセスは両方とも同じである。具体的には、プリプレグシート材料２は、プリプレグマスターロール１９から巻き戻され、ボイド減少／除去装置Ａ及びスプライシングステーション２２に前進するか、又は逆に、スプライシングステーション２２、次にボイド減少／除去装置Ａに前進した後、マスターシート材料を同じ又は異なる幅の複数のスリットテープ２９にスリットするスリッター２４に前進して、スプール及び／又は横断巻きのために複数の巻き取りステーション２８に前進する。マスターシート材料及びスリットテープは、複数のローラ及び／又はガイド要素５によって装置内を前進し、ガイドされる。図示の特定の装置は、キャリア又はライナーが取り付けられたプリプレグマスターシート材料をスリットする。明らかに、この装置は、スリットの前又は後にライナーを取り外した後かつ巻き取る前にポリマーライナーを挿入するように改造することができる。ボイド減少／除去装置を除く全てのこのような装置は周知であり、広く入手可能である。

図７Ａ～図７Ｍは、本教示に係る、プリプレグシート材料のボイド減少／除去及び／又は湿潤化の向上を実現するための要素の複数の様々な繰り返しの概略図を示す。これらの繰り返しのそれぞれは、前述の図１～６に示された装置のそれぞれにボイド減少／除去装置Ａとして挿入することができる。図７Ａ～図７Ｍのそれぞれは、ラベルが付けられていないが、１つ又は一対のハウジング内の様々な要素を示しているが、ハウジングが必須ではないが、エネルギーの節約とプロセスの清浄度にとって有益である可能性があることを理解及び認識すべきである。便宜上、以下の表は、様々な実施形態間の共通要素を特定する。

図７Ａは、コンベア２４がプリプレグシート材料２を加熱要素５１を通過させて搬送するボイド減少／除去装置の簡単な実施形態を示す。図７Ｂは、一対のローラ５によって支持されたプリプレグシート材料２が一対の加熱要素５１の間を通過する同様の装置を示す。図７Ｃは、加熱要素からプリプレグシート材料に熱を直接的に伝達するために、プリプレグシート材料２が単一の加熱要素５２の上を通過するとともに単一の加熱要素５２と物理的に接触する実施形態を示す。図７Ｄは、マスターシート材料が、通過する際にシート材料をわずかに挟むことができる一対の加熱要素５２の間を通過することを除いて、図７Ｃの装置と同様の装置を示す。図７Ｅ及び７Ｆの装置は、流動及びボイド除去／繊維湿潤化を高めるために加熱された後、プリプレグシート材料２が一対のピンチローラ５８を通過するボイド減少／除去装置を示す。前者の場合、加熱は、その熱がバッフル５５によって案内され集中される加熱要素５１によって行われる。後者の場合、加熱は、プリプレグシート材料と直接的に接触する単一の加熱要素５２によって行われる。図７Ｇ及び７Ｈの装置は、ピンチローラの代わりに複数の整列ローラ６１、６２が使用されることを除いて、それぞれ図７Ｅ及び７Ｆの装置と同様である。ここで、プリプレグシート材料が整列ローラを通過する際にかかる力又は応力により、樹脂の流動と移動が促進され、それにより、プリプレグ材料のボイドを除去し、及び／又は繊維の湿潤化を向上させる。オプションとして、図７Ｇでは、ローラ６１は、加熱されたプリプレグシート材料の冷却を強化するか又は促進するための冷却ローラであってもよい。

図７Ｉ～図７Ｍは、加熱能力と冷却能力の両方を組み込んだボイド減少／除去装置を示す。図７Ｉは、コンベア２４がプリプレグシート材料２を、加熱要素６１を通過させて前進させる実施形態を示し、加熱要素６１の熱は、バッフル５５、プリプレグシート材料の表面に接触又はわずかな圧力を加えて流動性を高めるストレートエッジ６３、及び冷却要素６５によって集中される。図７Ｊは、プリプレグシート材料２が、一対の対向する加熱要素５１と一対の対向する冷却要素６５との間に前進する装置を示し、各対は独自のハウジング７０を有する。図７Ｋの装置は、いずれもプリプレグシート材料が要素を通過するときにプリプレグシート材料と直接的に接触する加熱要素５２と冷却要素６７を使用し、それによってそれぞれ熱と冷却を直接的に伝達する。冷却要素内の加熱要素の中間には、加熱された樹脂の流動を促進するローラ又はストレートエッジ６３がある。最後に、図７Ｌ及び７Ｍの装置は、前者で放射式加熱要素５１と接触式冷却要素６７、後者で接触式加熱要素５２と放射式冷却要素６５を含む反対の実施形態を示す。

明らかに、少なくとも１つの加熱要素が使用される限り、前述の要素の全て又は一部を使用する多くの代替的な繰り返し及び実施形態が可能である。図示のように、ボイド減少／除去装置Ａを通ってプリプレグシート材料を搬送するためにコンベアが使用されてもよく、又はプリプレグシート材料が複数のローラ及び／又はガイド要素によって支持されてもよい。本教示の利益を得る当業者であれば、本教示の結果を達成するためのそのような代替的な繰り返しを容易に認識するであろう。

特定の実施形態及び図面を参照して本明細書の方法及び装置を説明したが、本教示は、これらに限定されるものではなく、本明細書に記載された概念を利用した他の実施形態も、本教示の範囲から逸脱することなく意図され、想定されることを理解されたい。したがって、本教示の真の範囲は、特許請求の範囲に記載された要素、並びに、本明細書内に記載された基本原理の精神及び範囲に含まれる任意かつ全ての変形、変更、若しくは同等のものによって定義される。

Claims (34)

1. 熱硬化性樹脂組成物マトリックスが含浸又は注入された繊維材料を含み、長さ、幅及び厚さを有する連続プリプレグシート材料中のボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在を低減する方法であって、
   前記方法は、ボイド減少／除去プロセスとして特徴づけられ、
   前記連続プリプレグシート材料を、ボイド減少／除去装置を通って、又は通り過ぎて連続的に前進させるステップであって、前記ボイド減少／除去装置は、プリプレグシート材料の断面長さを加熱し、プリプレグシート材料が装置を通過するとき、又はそれによってマトリックス樹脂がｉ）粘着性になり、最小限の圧力若しくは力で塑性変形される温度又はｉｉ）流動可能になる温度にする、ステップと、
   前記マトリックス樹脂が冷却され、又は強制冷却される前に、樹脂をそれぞれ拡散又は流動させて前記ボイドを満たし、及び／又は前記湿潤化されていない繊維を湿潤化するのに十分な時間で、その温度を維持しながら前記加熱されたプリプレグシート材料を連続的に前進させるステップとを含む、低減方法。
2. 前記プリプレグシート材料は、前記繊維材料が、前記プリプレグシート材料の長さに沿って延びる複数の平行な繊維／繊維トウを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ボイド減少／除去プロセスは、加熱するステップと同時に、又はその直後に、シート材料の加熱された部分に圧力若しくは力を加えて、前記マトリックス樹脂の流動若しくは拡散を引き起こすステップを含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記ボイド減少／除去プロセスは、前記加熱されたマトリックス樹脂を強制冷却するステップを含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記方法は、前記プリプレグシート材料の製造プロセスの一部であり、マトリックス組成物の活性化温度よりも少なくとも２℃低い温度まで冷却された後、新たに形成されたプリプレグシート材料に適用される、請求項１に記載の方法。
6. 前記プリプレグシート材料を巻き取るステップを更に含み、前記ボイド減少／除去プロセスは、巻き取りを可能にするのに十分に冷却された後かつ巻き取りの前に前記プリプレグシート材料に適用される、請求項１に記載の方法。
7. 前記方法は、シート材料のマスターロール又はストックロールの変形プロセスの一部であり、前記シート材料に対して前記ボイド減少／除去プロセスを行う前に前記シート材料を巻き戻すステップと、次にそのように処理されたシート材料を再度巻き取るステップを更に含む、請求項１、２、３、５又は６に記載の方法。
8. 前記マスターロール又はストックロール上の前記シート材料は、それに合うキャリアシートを含み、前記方法は、ボイド軽減／除去プロセスの前又は後に、前記キャリアシートを除去するステップと、前記キャリアシートをポリマーフィルムで置き換えるステップを更に含む、請求項７に記載の方法。
9. 前記キャリアシートは、前記ボイド減少／除去プロセスの後に除去される、請求項８に記載の方法。
10. 前記方法は、前記プリプレグシート材料にスリットをいれて熱硬化性プリプレグシート材料のより狭いストリップ又はテープにする変形プロセスの一部であり、
    前記方法は、マスターロール又はストックロールから前記プリプレグシート材料を巻き戻すステップと、前記プリプレグシート材料を、スリッター装置を通過して前進させるステップとを更に含み、
    前記ボイド減少／除去プロセスは、
    前記ストリップ又はテープの幅が少なくとも５インチのスリットをいれるプロセスの場合にはスリットをいれるステップの前又は後に適用され、
    前記ストリップの幅が５インチ以下のスリットプロセスの場合にはスリットをいれるステップの前に適用される、請求項１、２、３、５又は６に記載の方法。
11. 前記ボイド減少／除去プロセスは、スリットをいれるステップの前に適用される、請求項１０に記載の方法。
12. 前記ボイド減少／除去プロセスの適用後に、前記ストリップ又はテープが再度巻き取られる、請求項１１に記載の方法。
13. 前記スリットをいれるステップが、スリットをいれた前記プリプレグシート材料の使用時点若しくは適用時点又は使用の直前若しくは適用の直前に行われる、請求項１０に記載の方法。
14. 熱硬化性樹脂組成物マトリックスが含浸又は注入された繊維材料を含み、長さ、幅及び厚さを有するプリプレグシート材料中のボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在を低減する装置であって、
    加熱要素と、
    プリプレグシート材料を前記プリプレグシート材料の供給源から、前記加熱要素に、前記加熱要素を通って、又は前記加熱要素を通り過ぎて、後続のプロセスコンポーネント又は巻き取り要素まで連続的に搬送する１つ以上のコンベアとを含み、
    前記加熱要素は、前記プリプレグシート材料が前記加熱要素の近く又は前記加熱要素を連続的に通り過ぎるときに、マトリックス樹脂がｉ）粘着性になり、最小限の圧力若しくは力で塑性変形される温度又はｉｉ）流動可能になる温度までプリプレグシート材料の断面長さを加熱できるように位置合わせされ、かつ、樹脂をそれぞれ拡散又は流動させて前記ボイドを満たし、及び／又は前記湿潤化されていない繊維を湿潤化するのに十分な時間で、その温度を維持する、装置。
15. 前記マトリックス樹脂の拡散又は流動を促進するために、加熱されたシート材料にその幅全体にわたって力を加える手段を更に含み、前記力を加える手段は、前記加熱要素に統合され、又は前記加熱要素の直後に配置される、請求項１４に記載の装置。
16. 前記加熱要素の後に冷却要素を更に含む、請求項１４に記載の装置。
17. 前記マトリックス樹脂の拡散又は流動を促進するために、加熱されたシート材料にその幅全体にわたって力を加える手段と、冷却要素とを更に含み、前記力を加える手段は、前記加熱要素に、前記加熱要素と前記冷却要素との間に、又は前記冷却要素に配置される、請求項１４に記載の装置。
18. 前記冷却要素は、放射冷却要素である、請求項１６又は１７に記載の装置。
19. 前記冷却要素は、直接接触冷却要素である、請求項１６又は１７に記載の装置。
20. 熱硬化性プリプレグシート材料のマスターロール又はストックロールからシート材料を巻き戻す巻き戻し手段と、加熱処理の後に熱硬化性プリプレグシートを再度巻き取る第２の巻き取り手段とを更に含む、請求項１４、１５、１６又は１７に記載の装置。
21. 前記加熱要素は、放射加熱要素である、請求項１４、１５、１６又は１７に記載の装置。
22. 前記加熱要素は、直接接触加熱要素である、請求項１４、１５、１６又は１７に記載の装置。
23. ボイド及び／又は湿潤化されていない繊維トウの存在が低減された熱硬化性プリプレグシート材料のスリットテープを製造する装置であって、
    前記熱硬化性プリプレグシート材料のマスターロール又はストックロールを受け取って巻き戻す巻き戻し手段と、
    加熱要素を備えるボイド減少／除去コンポーネントであって、前記加熱要素は、プリプレグシート材料が前記加熱要素の近く又は前記加熱要素を連続的に通り過ぎるときに、マトリックス樹脂がｉ）粘着性になり、最小限の圧力若しくは力で塑性変形される温度又はｉｉ）流動可能になる温度までプリプレグシート材料の断面長さを加熱できるように位置合わせされ、かつ、樹脂をそれぞれ拡散又は流動させて前記ボイドを満たし、及び／又は前記湿潤化されていない繊維を湿潤化するのに十分な時間で、その温度を維持しながら前記プリプレグシート材料を連続的に前進させる、ボイド減少／除去コンポーネントと、
    前記プリプレグシート材料をスリットテープ状にスリットをいれるスリッターと、
    前記スリットテープを個別に巻き取る複数の巻き取り装置と、
    前記巻き戻し手段から、前記ボイド減少／除去コンポーネントまで、スリッター手段まで、及び、最後に前記複数の巻き取り装置までの経路に沿ってシート材料を連続的に搬送する複数のコンベアとを含む、製造装置。
24. 前記加熱要素は、放射加熱要素である、請求項２３に記載の装置。
25. 前記加熱要素は、直接接触加熱要素である、請求項２３に記載の装置。
26. 前記スリッターは、前記プリプレグシート材料を幅が２インチ以下のスリットテープ状にスリットをいれるように構成される、請求項２３に記載の装置。
27. ワインダは、横向きの巻き取りワインダである、請求項２３に記載の装置。
28. プリプレグシート材料の２枚の連続なシートの端から端までをつなぐスプライサーを更に含み、前記スプライサーは、前記巻き戻し手段と前記スリッターとの間に配置される、請求項２３に記載の装置。
29. ａ）加熱された前記マトリックス樹脂の拡散又は流動を促進するために、加熱された前記シート材料にその幅全体にわたって力を加える手段であって、前記加熱要素に統合され、又は前記加熱要素の直後に配置される、手段と、
    ｂ）前記加熱要素又は（ａ）と（ｂ）の両方に続く冷却要素とを含み、
    （ａ）及び（ｂ）の両方が存在する場合、力を加える前記手段は、前記加熱要素に、前記加熱要素と前記冷却要素との間に、又は前記冷却要素に配置される、前記加熱要素に続く冷却要素である、請求項２３、２４、２５、２６、２７又は２８に記載の装置。
30. 前記力を加える手段が存在する、請求項２９に記載の装置。
31. 前記冷却要素が存在する、請求項２９に記載の装置。
32. （ａ）及び（ｂ）の両方が存在し、圧力を加える前記手段が前記加熱要素と前記冷却要素との間にある、請求項２９に記載の装置。
33. 前記冷却要素は、放射冷却要素である、請求項３１に記載の装置。
34. 前記冷却要素は、直接接触冷却要素である、請求項３１に記載の装置。

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