JPH10509196A - 樹脂含量の低い一方向繊維テープ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 樹脂トランスファー成形法に用いるための乾燥繊維プレフォームに一方向繊維を混入させることにおいて用いられる樹脂含量の低い一方向繊維テープ(1)を開示する。多数の一方向繊維(2)が１対の薄い可撓性樹脂フィルム(3,4)の間に配置され、この樹脂フィルムは繊維内にそれほど浸透することなく繊維を一体に保持する。このフィルムはまた、剥離層(5)との接触を保持するに十分な接着性を有するが、この接着性は手によって一方向テープを剥がすことを妨げるほどのものではない。好ましくは、このフィルムの総樹脂含量は、樹脂と繊維の重量の合計に対し１〜20重量％、好ましくは３〜18重量％である。そのようなレベルにおいて、このテープはプレフォーム組立機内で取り扱うことができ、一方向繊維のずれもしくは剥がれを起こすことなく表面にドレープすることができる。さらに、この低い樹脂含量は、繊維の間の隙間に射出樹脂をその後浸透させ、一方向繊維を最終製品に一体化することを可能にする。

Description

【発明の詳細な説明】 樹脂含量の低い一方向繊維テープ 技術分野 本発明は、樹脂トランスファー成形法に用いるための成形された乾燥繊維プレ フォームの集成体に関し、より詳細には、成形されたプレフォームの集成体に用 いるための取り扱い可能なかつなじみ性(drapable)のある樹脂含量の低い一方向 繊維テープに関する。 背景 複合製品の加工において、多数の配向された乾燥繊維層を型に入れ、製品の形 状に適合させることが一般的に行われている。この乾燥繊維層の集成体は「プレ フォーム」として知られており、このプレフォームはその後金型に入れられる。 次いで樹脂を金型に入れ、繊維の間に浸透させ、複合製品を形成する。この複合 製品の製造方法は「樹脂トランスファー成形（ＲＴＭ）」として知られている。 そのような方法において、一方向繊維の層を混入させることは困難である。そ れは、プレフォーム集成の間に乾燥一方向繊維をレジスターに保持する手段がな いからである。また、分離する傾向にあるため、繊維をプレフォーム内に配置す ることも困難である。たとえ乾燥一方向繊維の層をプレフォーム内に配置するこ とができたとしても、樹脂射出の間、この繊維は分離しかつ位置がずれ、その結 果、複合製品の強度を低下させてしまい、また複合製品ごとの一致性を維持する ことが困難となるであろう。 この問題を解決するため、約35重量％の樹脂含量を有する、事前に含浸された 一方向繊維テープが用いられた。繊維を互いに保持す ることはできたが、このテープには樹脂が浸透することができず、テープと隣接 するプライの間に境界層が形成された。これは剥離し、破壊する可能性のある部 位を与えるため許容されない。従って、プレフォームの形状に適合するようなな じみ性があり、繊維分離を防ぐに十分な結合性を与え、さらに樹脂射出の間に樹 脂が完全に浸透することのできる一方向繊維テープについての研究が続けられて いる。 発明の概要 本発明のこれらの目的は、層内に配列された多数の一方向繊維、及び繊維をレ ジスター内に保持するに十分な量であるが樹脂浸透をかなり妨げる量以下の量存 在する樹脂より形成された１対の薄い可撓性フィルムを含む一方向繊維テープに より達成される。このフィルムは多数の繊維の上と下に配置され、繊維を挟み込 む。このフィルムは繊維の間の隙間には実質的に浸透せず、繊維の表面接触を維 持する。 好ましくは、多数の一方向繊維は１対の樹脂フィルムの間に配置され、樹脂と 繊維の総重量に対し約１〜20重量％、好ましくは３〜15重量％の総樹脂含量を有 するテープを与える。そのようなレベルにおいて、テープは成形された表面上に なじむことができ、繊維がずれることなくプレフォームの形状に一致することが できる。またそのようなレベルにおいて、このフィルムは樹脂浸透を妨害せず、 溶融し、混合し、一方向繊維を複合製品に完全に一体化させる。約20％以上では 浸透が抑制され、１％以下では繊維を互いに結合させるような結合が不十分であ る。ここで「フィルム」とは、可撓性相溶性樹脂材料の連続かつ均一な層を意味 する。 図面の簡単な説明 図１は、本発明のテープの断面図である。 図２は、本発明のテープを形成する方法の略図である。 図３は、プレフォーム内の本発明のテープの混入を示す図である。 図４は、一方向繊維テープと繊維プライの組合せを示す、図３におけるライン ４−４における図である。 発明の詳細な説明 図１を参照し、本発明により製造された一方向繊維テープ１は、繊維を平行に もしくは一方向に保持する上部フィルム３と下部フィルム４を有する実質的に平 行に配置された多数の繊維２を含む。下部フィルム上には剥離層５が設けられて いる。このフィルムはテープを特定の輪郭に成形可能にするが、フィルムにダメ ージを与えずもしくは繊維の分離を起こすことなく手によって剥離層から剥離可 能であるような、剥離層への十分な接着性を有していなければならない。 この薄い、可撓性フィルムは、一方向繊維の配向を変えることなくテープの切 断、プレフォームへのテープの設置、及び剥離層の除去を可能にするに十分な結 合性を有していなければならないが、用いられる樹脂の量は、射出の間の繊維の 間への樹脂の浸透を促進するために最少にすべきである。 各フィルムは選択された射出樹脂と相溶性である樹脂より形成する。例えば、 エポキシ樹脂を用いてほぼ室温において薄い可撓性フィルムを与え、早期硬化を 起こすことなく穏やかな温度増加において軟化する限り、エポキシ樹脂を用いて よい。もちろん、フィルムを形成する他の樹脂も用いてよい。他の好適な樹脂は 、ポリアミド 、詳細にはビスマレイミド樹脂、ポリシアネートエステル樹脂、ビニルエステル 樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂等を含む。 好適な樹脂と硬化剤混合物の例は、Dow Chemical Company製のTactix 123エポ キシ樹脂、３Ｍ製のPR 500等のエポキシ樹脂の混合物を含む。好ましくは、PR 5 00を用いる場合、３Ｍ製のPT 500エポキシ樹脂のような他の樹脂と混合してもよ い。PT 500樹脂はフィルムの接着性の調節を容易にし、必要により変化させても よい。例えば、PR 500/PT 500 の80/20 混合物が用いられた。フィルムの形成に 使用可能な他の樹脂は、1,1’-MDA ビスマレイミド(BMI)樹脂（これはCytec Ch emical Co.製の5250-4 RTM BMI樹脂として当該分野において知られている）であ る。 エポキシ樹脂又はBMI 樹脂を用いた多くの成分が製造され、従ってこれらはこ の系において相溶性であるため、有効なフィルム形成樹脂が存在する。しかしな がら、当業者によって、他の樹脂も特定の樹脂系に用いることができることが知 られており、本発明は本明細書に記載するものに限定されない。 テープの樹脂含量は、繊維と樹脂の総重量に対し１〜20重量％でなければなら ない。「樹脂含量」とは、繊維と樹脂の総重量で割った樹脂の重量を意味する。 20％以上の樹脂含量では、樹脂浸透が抑制され、１％以下では繊維はその配向を 維持することができない。好ましくは、３〜18％の樹脂含量が用いられ、７〜14 ％の樹脂含量が最も好ましい。例えば、228g/m²の繊維面積重量に対し約10〜14g /m²の厚さを各々が有する１対のフィルムを用いてよい。 一方向繊維への樹脂フィルムの浸透が限られているようにフィルムを繊維と組 み合わせることが重要である。従って、上面及び下面以外では樹脂は繊維とまぜ 合わない。このことは、その後射出された樹脂が繊維の間の隙間に浸透する能力 を高め、同時に複雑な形状 に合致するようテープの可撓性を高める。 図２を参照し、本発明のテープの製造を説明する。剥離層10はシートの形態で 貼付された樹脂フィルム11を有している。剥離層としては種々の材料が使用可能 である。例えば、３Ｍ社製のMYLAR（商標）基材を用いてよい。このフィルム11 は当該分野において公知の種々の方法を用いて形成してよい。例えば、高温にお いて剥離紙上に流延し、ニップロールの間で拡げ、その後冷却することによって 樹脂フィルムを製造することができる。 もちろん、このフィルムはテープ製造工程において一体工程として形成しても よく、又は別個に形成し、ロールに貯蔵し、必要に応じて用いてもよい。 剥離層10及び樹脂フィルム11はコンベア12に供給され、そこで多数の連続繊維 13がフィルムの上に乗せられる。第一のフィルムと同様にして形成されかつ一体 剥離層15を有する第二のフィルム集成体14を繊維上に貼付し、フィルムと繊維を 、これらがローラー16の下を通過する際に接触させる。このローラーは加熱され 、フィルムの軟化を開始させる。次いで、この集成されたフィルムと繊維を、フ ィルムを軟化させるが溶融させない温度において操作される加熱場17に通す。フ ィルムの組成によって、約140〜250°Ｆの温度を用いてよい。樹脂が溶融すると 、フィルムはその厚さのため、一体性及び均一性を失い、繊維の分離が起こるで あろう。この軟化は、フィルムが表面繊維のそれほど浸透することなく、表面繊 維が一部フィルムに埋封されることを可能にする。約140°Ｆ以下において、繊 維はフィルムに粘着せず、分離が起こることが見出された。この段階において、 さらに圧縮することが好ましいであろう。 次いで、この挟まれた集成体を冷却場17に通し、ほぼ室温以下に冷却し、フィ ルムを固化させ、表面繊維をフィルムに結合させ、テ ープ19を形成する。そしてこのテープを貯蔵のためにスプール20に巻付け、好ま しくは温度が室温以下に保持された場所で保存する。他のスプール21を用いて集 成体ロール14から剥離層15を集め、再使用又は廃棄する。このテープを用いるた め、スプール20から一部を取り出し、プレフォームの表面上の部位を切り取る。 もちろん、これはこのテープを製造する１つの方法であり、他の方法も用いる ことができることが理解されるであろう。例えば、カーテンコート法を用いて溶 剤を剥離層に流延し、剥離層上にフィルムを形成してもよい。 図３を参照し、プレフォーム形成用成形型22は成形された表面23を有し、この 表面上に布帛層24が乗せられる。層24の表面上に一方向繊維テープ25が乗せられ 、成形された表面に一致される。そして剥離層が剥がされる。これにより、布帛 層の表面上に繊維とフィルムのみが残される。もちろん、プレフォームを一方向 テープより製造してもよく、布帛層の使用は製造される製品によってきまる。 図４を参照し、この断面図は、分離が起こらないように１対のフィルム27と28 の間に均一に配置された、布帛層24上に配置された多数の一方向繊維26を示して いる。 本発明により製造されるテープは、樹脂含量が低いにもかかわらず、プレフォ ームに混入させる前にドレープすることができるもしくは取り扱うことのできる 十分な安定性を有している。 一方向繊維テープを、約228g/m²の繊維面積重量を有するグラファイト繊維及 び80％ PR500／20％ PT500エポキシ樹脂からなる上部フィルム及び下部フィルム を用い、約８〜12％樹脂含量において製造した。このテープは幅12インチであり 、樹脂射出後に8.3 ミルのプライ厚さに対し55％の積層繊維体積を与えた。この テープは優れた粘着性を有し、取扱及び積層用に優れている。プレフォームに混 入させた後、一方向繊維は成形及び硬化の間に構造体に完全に一体化した。樹脂 射出の間に繊維のずれはみられず、また成形された製品に境界層が形成されなか った。 一方向繊維テープを、約228g/m²の繊維面積重量を有するグラファイト繊維及 び5250-4 RTMビスマレイミド樹脂からなる上部フィルム及び下部フィルムを用い 、約８〜12％樹脂含量において製造した。このテープは幅12インチであった。こ のテープは優れた粘着性を有し、プレフォームにテープを乗せる作業者により容 易に取り扱うことができた。樹脂射出の間にずれは見られず、一方向繊維は構造 体に完全に一体化した。 このテープは、ガラス、アラミド、グラファイト、炭化珪素等、及びこれらの あらゆる組合せ等の繊維によって製造することができる。また、適正な樹脂含量 比が維持できる限り、この繊維の大きさ及び密度も変化してよい。本発明のテー プを用いることにより、繊維の分離及び変形を起こすことなく一方向繊維を混入 させるプレフォームを容易に製造することができる。 本発明の好ましい態様を示したが、本発明の範囲からはずれることなく種々の 変形及び改良も可能であることは当業者に理解されるであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．多数の一方向繊維、この繊維の両側に配置された１対の薄い可撓性フィル ムを含み、このフィルムがレジスター内でこの繊維を保持するに十分な量である が樹脂浸透を抑制する量以下の量で存在する樹脂より形成されている、一方向繊 維テープ。 ２．薄い可撓性フィルムが軟化し、一方向繊維をフィルムに一部埋封すること ができるものである、請求項１記載の繊維テープ。 ３．１対のフィルムの１つに近接して配置された剥離層をさらに含む、請求項 １記載の繊維テープ。 ４．薄い可撓性フィルムが剥離層への接着を維持するに十分な接着性を有する 、請求項３記載の繊維フィルム。 ５．薄い可撓性フィルムが約１〜20重量％の樹脂含量を有する、請求項１記載 の繊維テープ。 ６．薄い可撓性フィルムが約３〜18重量％の樹脂含量を有する、請求項１記載 の繊維テープ。 ７．薄い可撓性フィルムが約７〜14重量％の樹脂含量を有する、請求項１記載 の繊維テープ。 ８．繊維がガラス、アラミド、グラファイト、炭化珪素及びこれらの組合せか らなる群より選ばれた材料より製造されたものである、請求項１記載の繊維テー プ。 ９．樹脂材料がエポキシ、ポリアミド、ポリシアネートエステル、ビニルエス テル、ベンゾシクロブテン樹脂、及びこれらの組合せからなる群より選ばれたも のである、請求項１記載の繊維テープ。 10．樹脂材料が少なくとも１種のビスマレイミド樹脂を含む、請求項１記載の 繊維テープ。 11．樹脂材料が少なくとも１種のエポキシ樹脂を含む、請求項１ 記載の繊維テープ。 12．剥離層がMYLAR（商標）より形成されたものである、請求項３記載の繊維 テープ。 13．乾燥繊維プレフォームに一方向繊維を混入させる方法であって、 多数の一方向繊維、この繊維の両側に配置された１対の薄い可撓性フィルムを 含み、このフィルムがレジスター内でこの繊維を保持するに十分な量であるが樹 脂浸透を抑制する量以下の量で存在する樹脂より形成されている、一方向繊維テ ープを準備すること、 この一方向繊維テープをプレフォームの一部上に配置すること、 及び このテープをプレフォームの形状に一致させること を含む方法。 14．一方向繊維テープの製造方法であって、 多数の連続一方向繊維を準備すること、 薄い可撓性であり、かつ樹脂より形成された第一のフィルムを準備すること、 薄い可撓性であり、かつ樹脂より形成された第二のフィルムを準備すること、 第一のフィルムと第二のフィルムの間に上記繊維を配置すること、ここでフィ ルム内の樹脂の総量は、レジスター内にこの繊維を保持するに十分な量であるが 樹脂浸透を抑制する量以下の量である、 フィルムと繊維を加熱してフィルムを軟化させ、フィルムと接触している繊維 を一部フィルム内に埋封させること、及び フィルムと繊維を冷却してフィルムを固化し、一方向繊維テープを形成するこ と、 を含む方法。