JP5238450B2 - 補強シート - Google Patents
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Description
そのため、薄板状の樹脂板の補強を図るべく、例えば、樹脂板の内側にリブを設けることが知られている。
また、薄板状の鋼板の補強を図るべく、例えば、鋼板の内側に鋼板補強シートを設けることが知られている。
また、近年、上記した樹脂板および鋼板のうち、とりわけ、軽量化が一層進むバンパーなどの樹脂板のより一層の補強が強く望まれている。
また、樹脂板を、特許文献1に記載される鋼板補強シートを用いて補強する場合には、鋼板補強シートの補強層を160〜200℃に加熱して硬化させる必要がある。そのため、そのような鋼板補強シートを樹脂板に貼着して、160〜200℃に加熱すると、樹脂板が劣化したり、溶融してしまうという不具合がある。
また、本発明の補強シートでは、前記粘弾性層は、中空無機微粒子を含有することが好適である。
また、本発明の補強シートでは、前記中空無機微粒子の含有割合が、前記粘弾性層において、5〜50体積%であることが好適である。
また、本発明の補強シートでは、前記粘弾性層が、さらに、気泡セルを含有することが好適である。
また、本発明の補強シートでは、前記粘弾性層は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分として含むモノマー成分の重合により得られるベースポリマーを含有していることが好適である。
また、本発明の補強シートは、樹脂成形品の補強用であることが好適である。
また、本発明の補強シートでは、前記樹脂成形品が、バンパーであることが好適である。
また、この補強シートを成形品に常温で貼着して、そのまま常温で成形品を補強することにより、拘束層や成形品における劣化または溶融を防止できながら、成形品を強固に補強することができる。
さらに、拘束層は、第1壁、第2壁および筋壁を一体的に備えているので、剛性が向上されている。そのため、かかる拘束層によって、補強シートの剛性を向上させることができる。そのため、補強シートによって成形品を確実に補強することができる。
図1および図2において、この補強シート1は、X方向(図2において紙面上下方向。)およびY方向(図2において紙面左右方向。)に延びる略平板シート形状にされている。また、補強シート1は、図1(a)に示すように、拘束層3と、拘束層3の厚み方向一側(以下、下側という。)面に積層される粘弾性層2とを備えている。
ベースシート8は、薄板の略平板形状に形成されている。
柱部7は、ベースシート8に貼着(熱融着)される下柱部9と、トップシート11に貼着(熱融着)される上柱部10とを一体的に備えている。
下柱部9は、ベースシート8の上面に積層されており、図1(a)および図2に示すように、平面視において千鳥状に整列配置される複数の下突出部13と、各下突出部13間を連結する略平板形状の下連結壁12とを一体的に備えている。
上壁15は、その周側端が、下周側壁14の上端と連結されている。
下連結壁12は、熱融着によって、ベースシート8に一体的に積層されている。
上柱部10は、下柱部9の上側に対向配置され、かつ、トップシート11の下面に積層されており、下柱部9と上下対称に形成されている。詳しくは、上柱部10は、平面視において千鳥状に整列配置される複数の上突出部17と、各上突出部17間を連結する略平板形状の上連結壁16とを一体的に備えている。
下壁19は、その周側端が、上周側壁18の下端と連結されており、熱融着によって、上壁15に一体的に積層されている。
上連結壁16は、熱融着によって、トップシート11に一体的に積層されている。
そして、拘束層3において、下突出部13の下周側壁14、下連結壁12、上突出部17の上周側壁18および上連結壁16によって、断面視ハニカム(六角形)構造が形成される。
溝壁20のY方向長さ(幅)D3は、例えば、5〜30mmであり、隣接する溝壁20間のピッチPは、例えば、5〜1000mmである。
拘束層3の厚みT1は、例えば、3〜30mm、好ましくは、5〜15mmである。また、ベースシート8の厚みT2は、トップシート11、下柱部9および上柱部10の厚みとそれぞれ同様であって、例えば、0.05〜3mm、好ましくは、0.3〜1mmである。
また、拘束層3の坪量は、例えば、500〜3000g/m2、好ましくは、800〜1500g/m2である。
このような拘束層3としては、一般に市販されているものを用いることができ、例えば、ツインコーン(商品名、ポリプロピレン製、宇部日東化成社製)などが挙げられる。
中空無機微粒子は、内部形状が中空であれば、外形形状は特に限定されない。中空無機微粒子の外形形状としては、例えば、球状、多面体(例えば、正四面体、正六面体(立方体)、正八面体、正十二面体など)状が挙げられる。中空無機微粒子の形状として、好ましくは、中空の球状、つまり、中空のバルーンが挙げられる。
より具体的には、中空無機微粒子としては、好ましくは、中空ガラスバルーンが挙げられる。
中空無微粒子としては、一般に市販されているものを用いることができ、例えば、セルスターシリーズ(CEL−STARシリーズ、中空ガラスバルーン、東海工業社製)が挙げられる。
また、中空無機微粒子の密度(真密度)は、例えば、0.1〜0.8g/cm3、好ましくは、0.12〜0.5g/cm3である。
これら中空無機微粒子は、単独使用または2種以上併用することができる。
中空無機微粒子の配合割合が上記範囲に満たないと、中空無機微粒子を添加した効果が低下する場合がある。一方、中空無機微粒子の配合割合が上記範囲を超えると、粘弾性層2による接着力(密着力)が低下する場合がある。
ベースポリマーは、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分として含むモノマー成分の重合により得られている。
(メタ)アクリル酸アルキルエステルとしては、例えば、(メタ)アクリル酸メチル、(メタ)アクリル酸エチル、(メタ)アクリル酸プロピル、(メタ)アクリル酸イソプロピル、(メタ)アクリル酸ブチル、(メタ)アクリル酸イソブチル、(メタ)アクリル酸sec−ブチル、(メタ)アクリル酸tert−ブチル、(メタ)アクリル酸ペンチル、(メタ)アクリル酸イソペンチル、(メタ)アクリル酸ヘキシル、(メタ)アクリル酸ヘプチル、(メタ)アクリル酸オクチル、(メタ)アクリル酸2−エチルヘキシル、(メタ)アクリル酸イソオクチル、(メタ)アクリル酸ノニル、(メタ)アクリル酸イソノニル、(メタ)アクリル酸デシル、(メタ)アクリル酸イソデシル、(メタ)アクリル酸ウンデシル、(メタ)アクリル酸ドデシル、(メタ)アクリル酸トリデシル、(メタ)アクリル酸テトラデシル、(メタ)アクリル酸ペンタデシル、(メタ)アクリル酸ヘキサデシル、(メタ)アクリル酸ヘプタデシル、(メタ)アクリル酸オクタデシル、(メタ)アクリル酸ノナデシル、(メタ)アクリル酸エイコシルなどの、アルキル部分が直鎖アルキルまたは分岐アルキルである、(メタ)アクリル酸アルキル(アルキル部分が炭素数1〜20)エステルが挙げられる。
これら(メタ)アクリル酸エステルは、単独使用または2種以上併用することができる。
また、モノマー成分には、上記した(メタ)アクリル酸アルキルエステルを必須成分として、極性基含有ビニルモノマーや多官能性ビニルモノマーなどを任意成分として含めることができる。
多官能性ビニルモノマーとしては、例えば、エチレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、テトラエチレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの(モノまたはポリ)エチレングリコールジ(メタ)アクリレートや、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの(モノまたはポリ)プロピレングリコールジ(メタ)アクリレートなどの(モノまたはポリ)アルキレングリコールジ(メタ)アクリレートの他、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートなどの多価アルコールの(メタ)アクリル酸エステルモノマー、例えば、ジビニルベンゼンなどが挙げられる。また、多官能性モノマーとして、エポキシアクリレート、ポリエステルアクリレート、ウレタンアクリレートなども挙げられる。
モノマー成分の配合割合は、例えば、モノマー成分において、極性基含有ビニルモノマーが、例えば、30重量%以下、好ましくは、3〜20重量%であり、多官能性ビニルモノマーが、例えば、2重量%以下、好ましくは、0.02〜1重量%であり、(メタ)アクリル酸アルキルエステルが、これらの残部である。
界面活性剤としては、好ましくは、フッ素系界面活性剤が挙げられ、そのようなフッ素系界面活性剤は、例えば、分子中にオキシC2−3アルキレン基およびフッ素化炭化水素基を有している。
そのようなフッ素系界面活性剤は、例えば、オキシC2−3アルキレン基を有するモノマーとフッ素化炭化水素基を有するモノマーとの共重合により、共重合体として得ることができる。共重合体としては、例えば、ブロック共重合体、ランダム共重合体、グラフト共重合体が挙げられ、共重合体としては、好ましくは、側鎖にオキシC2−3アルキレン基およびフッ素化炭化水素基を有する共重合体が挙げられる。
フッ素系界面活性剤としては、一般に市販されているものを用いることができ、例えば、サーフロンシリーズ(例えば、サーフロンS−381、サーフロンS−393、サーフロンKH−20、サーフロンKH−40。以上、セイミケミカル社製。)などが挙げられる。
このような界面活性剤をモノマー成分に含有させれば、気泡を安定化することができる。
粘弾性層前駆体の重合方法としては、例えば、光重合、熱重合などが挙げられ、好ましくは、重合時間を短くすることができる利点などから、光重合が挙げられる。
モノマー成分の重合では、重合開始剤が用いられ、光重合の場合には、光重合開始剤が用いられる。
重合開始剤の配合割合は、モノマー成分100重量部に対して、例えば、0.01〜5重量部、好ましくは、0.05〜3重量部である。
また、光重合において、照射光としては、例えば、可視光、紫外線、電子線(例えば、X線、α線、β線、γ線など)などが挙げられる。好ましくは、紫外線が挙げられる。
そして、粘弾性層前駆体を、例えば、片面が剥離処理された離型フィルム6(例えば、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、PETフィルムなどの合成樹脂フィルムなど)の表面に塗布して、粘弾性層前駆体をその離型フィルム6の表面において重合(紫外線硬化)させて、粘弾性層2を形成した後、これを拘束層3の表面に転写する(転写法)。また、転写法では、粘弾性層前駆体を、対向する2枚の離型フィルム6間に充填して、次いで、粘弾性層前駆体を2枚の離型フィルム6で挟み込んだ状態で、それらの間において粘弾性層前駆体を重合(紫外線硬化)させて、粘弾性層2を形成した後、一方の離型フィルム6を剥がして、粘弾性層2を転写することもできる。
粘弾性層2に気泡セルを含有させるには、例えば、粘弾性層前駆体に気泡を混合して、その後、その粘弾性層前駆体を重合および硬化させる。
気泡を形成させるための気体(気泡形成ガス)としては、例えば、窒素などの不活性気体、空気などが挙げられる。
また、粘弾性層前駆体中に混合された気泡を安定的に存在させるために、好ましくは、気泡は粘弾性層前駆体中に最後の成分として配合する。さらに好ましくは、気泡を混合する前のモノマー成分が混合された混合物(以下、モノマー混合物という場合がある。)の粘度を高くする。モノマー混合物の粘度は、例えば、粘度計としてBH粘度計を用いて、ロータ:No.5ロータ、回転数:10s−1、測定温度:30℃の条件で測定することができる。モノマー混合物の粘度は、例えば、5〜50Pa・s、好ましくは、10〜40Pa・sである。モノマー混合物の粘度が、上記範囲に満たないと、混合した気泡がすぐに合一したり、モノマー混合物から抜けてしまう場合がある。一方、モノマー混合物の粘度が上記範囲を超えると、モノマー混合物に気泡を均一に分散させることが困難となる。
モノマー成分を部分的に重合させるには、具体的には、(メタ)アクリル酸アルキルエステルおよび極性基含有ビニルモノマーと、重合開始剤とを混合してモノマー混合物を調製し、このモノマー混合物を部分的に重合させて、モノマー混合物の一部のみが重合したシロップを調製する。その後、シロップに、多官能性ビニルモノマーと中空無機微粒子と界面活性剤とを配合して、上記した粘度を有する粘弾性層前駆体を調製する。その後、粘弾性層前駆体における未重合のモノマー成分を重合させて、粘弾性層前駆体を硬化させる。なお、シロップの調製に際しては、(メタ)アクリル酸アルキルエステルの配合とともに、中空微小球状体や添加剤を配合することもできる。
粘弾性層2に気泡セルを含有させれば、補強性の向上と軽量化とをより一層図ることができる。
また、粘弾性層2の厚みは、例えば、0.3〜3.0mmである。
得られた補強シート1は、その坪量が、例えば、1000〜3500g/m2、好ましくは、1300〜2000g/m2である。
また、補強シート1は、厚み2.0mmのポリプロピレン板に貼着したときにおける、1mm変位の曲げ強度が、例えば、3N以上、好ましくは、4N以上、通常、20N以下であり、最大曲げ強度が、例えば、70N以上、好ましくは、80N以上、通常、200N以下である。
1mm変位時の曲げ強度および最大曲げ強度が上記した範囲内であれば、樹脂成形品4を十分に補強することができる。
一方、曲げ強度試験における試験片において、例えば、略V字形状の溝壁20が偶数設けられる場合には、図3で例示するように、圧子5が、Y方向中央近傍の2つの溝壁20間の柱部7の中央部分に対向するポリプロピレン板4を押圧している。
そして、この補強シート1は、好ましくは、樹脂成形品4の補強に用いられる。
次に、上記した補強シート1を、樹脂成形品4に貼着することにより、樹脂成形品4を補強する、補強方法について説明する。
樹脂成形品4は、各種産業製品に用いられ、例えば、補強が必要なものであれば特に限定されず、例えば、図1(b)に示すように、板状に形成されており、より具体的には、外観に現れる外面22と、内部に向き、外観に現れない内面21とを備えている。
このような樹脂成形品としては、具体的には、自動車のバンパー、インストルメントパネルなどが挙げられ、好ましくは、バンパーが挙げられる。
また、この補強シート1は、樹脂成形品4に常温で貼着して、そのまま常温で樹脂成形品4を補強できるので、ポリプロピレンなどの樹脂から形成される拘束層3や樹脂成形品4における劣化または溶融を防止できながら、樹脂成形品4を強固に補強することができる。
さらに、拘束層3は、ベースシート8と、トップシート11と、ベースシート8およびトップシート11とを一体的に備え、これにより、ハニカム構造が形成されているので、拘束層3の剛性が向上されている。そのため、かかる拘束層3によって、補強シート1の剛性を向上させることができる。そのため、補強シート1によって樹脂成形品4を確実に補強することができる。
なお、上記した説明では、この補強シート1を、樹脂成形品4の補強に用いたが、例えば、図示しないが、鋼板などの金属成形品の補強に用いることもできる。
また、上記した図1〜図3の説明では、トップシート11に溝壁20を設けたが、例えば、図示しないが、溝壁20を設けず、トップシート11をY方向にわたって、平坦状に形成することもできる。
図4は、本発明の補強シートの他の実施形態(拘束層が断面ハーモニカ構造が形成される態様)の断面図である。なお、上記した各部に対応する部材については、図4において同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
拘束層3は、粘弾性層2と接触するベースシート8と、ベースシート8と厚み方向に間隔を隔てて対向配置されるトップシート11と、これらの間に架設される筋状の柱部7とを一体的に備えている。
このような拘束層3は、上記した熱可塑性樹脂を一体押出成形することにより、上記した断面形状のシート状に形成し、その後、外形加工することにより形成することができる。
実施例1
(拘束層の用意)
ツインコーン(宇部日東化成社製)を用意し、これに、溝壁を3つ設けた。
(粘弾性層の形成)
アクリル酸2−エチルヘキシル90重量部およびアクリル酸10重量部が混合されたモノマー成分に、イルガキュアー651(商品名、2,2−ジメトキシ−1,2−ジフェニルエタン−1−オン、チバ・スペシャリティー・ケミカル社製)0.05重量部およびイルガキュアー184(商品名、1−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニルケトン、チバ・スペシャリティー・ケミカル社製)0.05重量部を配合して、モノマー混合物を調製した。その後、モノマー混合物の粘度(BH粘度計、No.5ロータ、10s−1、測定温度30℃)が約15Pa・sになるまで、モノマー混合物に照度約5mWの紫外線(波長300〜400nm)を照射して、モノマー混合物の一部が重合したシロップを調製した。
次いで、上記した粘弾性層前駆体をチューブ(内径19mm、長さ約1.5m)によりウェットラミロールコーターに導入しながら、間隔を隔てて対向配置されている2枚のPETフィルム(対向面が剥離処理されている)の間に、乾燥および硬化後の厚みが0.8mmの層状となるように充填した。つまり、層状の粘弾性層前駆体を2枚のPETフィルムで挟み込んだ。
(補強シートの形成)
粘弾性層の表面(片面)のPETフィルムを、粘弾性層から剥がし、その粘弾性層を、ツインコーンのベースシートに転写して、拘束層と粘弾性層とを貼り合わることにより、補強シートを得た(図1(a)参照)。
実施例2
ツインコーンにおける溝壁のピッチ(P)を37.5mmから50.0mmに変更した以外は、実施例1と同様にして、補強シートを形成した。
なお、実施例2で用いたツインコーンは、各層の合計厚み(T1)が10.7mm、各層の厚み(T2)が0.5mmであり、坪量が1300g/m2であった。
比較例1
ツインコーンに代えて、ガラスクロスを用いた以外は、実施例1と同様にして、補強シートを形成した(図5参照)。
(評価)
(曲げ強度)
各実施例および比較例の補強シート(1)における粘弾性層(2)の表面のPETフィルム(6)を、粘弾性層(2)から剥がし、その粘弾性層(2)の表面を、厚み2.0mmのポリプロピレン板(4)の内面に接触させて、圧力0.2MPaで圧着させることにより、ポリプロピレン板(4)を補強した。
また、実施例1では、圧子(5)が、Y方向中央の溝壁(20)の下端に対向するポリプロピレン板(4)を押圧し(図1(b)の仮想線参照)、また、実施例2では、圧子(5)が、2つの溝壁(20)間の柱部(7)の中央部分に対向するポリプロピレン板(4)を押圧した(図3の仮想線参照)。
2 粘弾性層
3 拘束層
4 樹脂成形品(ポリプロピレン板)
7 柱部
8 ベースシート
11 トップシート
Claims (7)
- 拘束層と、前記拘束層に積層される粘弾性層とを備え、
前記拘束層が、前記粘弾性層と接触する第1壁、前記第1壁と間隔を隔てて対向配置される第2壁、および、前記第1壁と前記第2壁との間に架設される筋壁を一体的に備え、
前記粘弾性層は、(メタ)アクリル酸アルキルエステルを主成分として含むモノマー成分の重合により得られるベースポリマーを含有し、
前記粘弾性層は、中空ガラスバルーンを含有し、
前記中空ガラスバルーンの含有割合が、前記粘弾性層において、5〜50体積%である
ことを特徴とする、補強シート。 - 前記(メタ)アクリル酸アルキルエステルが、アルキル部分が炭素数2〜10の(メタ)アクリル酸アルキルエステルであり、かつ、前記モノマー成分が、さらに、カルボキシル基含有ビニルモノマーまたはその無水物を含有することを特徴とする、請求項1に記載の補強シート。
- 前記粘弾性層が、さらに、気泡セルを含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の補強シート。
- 前記気泡セルの含有割合が、5〜50体積%であることを特徴とする、請求項3に記載の補強シート。
- 前記粘弾性層が、紫外線硬化により得られていることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の補強シート。
- 樹脂成形品の補強用であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の補強シート。
- 前記樹脂成形品が、バンパーであることを特徴とする、請求項6に記載の補強シート。
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