JPH04216923A - 軽量複合成形物の製造方法及びその中間素材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、近年盛んに用いられて
いる多孔質コアを主とする軽量複合成形物の製造方法及
びその中間素材に関する。

【０００２】

【従来の技術】多孔質コアを主とする成形物は、軽量材
料として、そのまま若しくは他の材料と組み合わせて、
例えばサンドイッチ材として、航空宇宙用材料、スポー
ツ用品、その他の分野に近年盛んに用いられている。

【０００３】かかる多孔質成形物は、通常、工業的には
樹脂成形物の一種である。従来、これは工業的には発泡
性樹脂を用いて成形、つまり、発泡成形されている。こ
の方法は大別すると、加熱又は減圧すると発泡する樹脂
またはその原料を金型にいれて成形するか、これらの樹
脂の特定のものを粒子状に発泡成形し（一次発泡体）、
これを金型に入れて更に膨張させ（二次発泡）成形する
方法がある。

【０００４】これをサンドイッチ材等、複合軽量構造体
にする方法としては、発泡成形物を、表皮材料例えば予
め成形した繊維補強樹脂（以下、必要に応じてＦＲＰと
略称する）と貼り合わせるか、発泡成形物をプリプレグ
等で覆って成形するか、予め成形した外殻中空体に発泡
性樹脂を注入して発泡成形するのが普通である。近年、
これらの方法の改良方法として、発泡膨張を用いた内圧
成形や熱膨張性成形物を多孔質体の素材として用いる方
法も提案されている（例えば、特開平１−２５５５３０
号、特願平１−１７９８３０号、特開昭６３−１６２２
０７号）。これらの方法を更に改良した方法として、本
発明者らは先に熱膨張性粒子と液状の硬化性樹脂を用い
て多孔質コアを有するサンドイッチ材の成形方法とその
中間素材化の提案を行った。

【０００５】これらの方法は好ましい方法であるが、発
泡成形した成形物に共通する他の問題として成形物の脆
弱さがあげられる。即ち、膨張して軽量化した成形物は
一般に強度が不足し、材料として必ずしも十分な性質を
有しているとは言い難い。このような問題の解決策とし
て、例えば多孔質コア中にガラスビーズを併用したり（
特開昭５２−２１０７０号、特開昭６３−２０２６３３
号等）、短繊維を混入したり（特開昭６０−２３５８５
０、特開昭６１−２０７１７等）して強度を向上させる
ことが試みられているが、その効果は必ずしも十分では
ない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、容易に、か
つ有利に、長繊維で補強した発泡成形物及び芯部を長繊
維で補強したサンドイッチ材を得る方法並びにこの方法
を実施するに際して有用な中間素材を提供しようとする
ものである。

【０００７】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは、上述の
課題について研究の結果、補強効果が特に優れていると
される長繊維で補強した軽量成形物、つまり長繊維で補
強した発泡成形物、及び芯部（発泡コア）を長繊維で補
強したサンドイッチ材を得る方法とその中間素材を発明
した。

【０００８】即ち、本発明によれば、三次元に編み上げ
た長繊維補強材料に発泡性樹脂組成物を含浸して圧搾し
、金型に納めて加熱して発泡成形する方法が提供される
。この際に樹脂を含浸した二次元に織りあげた補強繊維
や樹脂シート等と積層して成形すればサンドイッチ材が
得られる。

【０００９】本発明方法の主たる特徴は、補強繊維から
なる三次元編み物に、発泡性の樹脂組成物を含浸させ、
これを圧搾した後、これを金型内に入れ、金型内で加熱
発泡成形することにある。発泡成形するに際して三次元
編み物を用いる理由は、樹脂組成物が膨張変形する際、
補強繊維がこれに追従して変形し所定の補強位置に納ま
ることであり、この補強繊維を織物や二次元の編み物に
したのでは成形物への形状の追従性が不良になる。発泡
性の樹脂組成物を用いることは補強繊維ともども樹脂を
所定の形状に変形するために必要であり、成形物の形状
は金型のキャビティの形状により決められる。成形に際
して樹脂組成物は発泡膨張する。従って金型には樹脂の
排出設備か樹脂の発泡膨張する余裕を残さなければなら
ない。なお、ここでいう金型とは、成形用の型を総称し
、金属製の型に限定されない。樹脂の排出を無くすか、
少なくとも排出量を抑制するために、樹脂を含浸した三
次元編み物はある程度の圧搾を施しておく。金型に入れ
た後の加熱温度は、後述する発泡材の発泡温度以上とす
る必要がある。かくして本発明方法では、三次元編み物
に発泡性の樹脂組成物を含浸して圧搾した中間素材を用
いる。

【００１０】本発明を構成する主要な要素である三次元
編み物の素材は、有機長繊維及び無機長繊維の何れであ
ってもよい。有機長繊維としては、ポリエステル、ポリ
アミド、特にアリレート及びアラミド、ポリオレフィン
特に高モジュラスポリオレフィン、その他の工業用の繊
維が挙げられ、無機長繊維としては、炭素繊維、ガラス
繊維、炭化珪素繊維、窒化珪素繊維、アルミナ繊維等が
挙げられる。近年、特に編み上げ用に適したガラス繊維
が開発され、本発明方法の有用性が大きくなっている。

【００１１】三次元編み物及びその製造方法については
各種の技術が公表されており、これらの中から繊維に合
わせて各種の方法が選択できる。本発明においてはこの
三次元編み物の種類や方法に限定されるものではないが
、比較的、目の詰まったものが好ましい。

【００１２】一方、発泡性樹脂組成物を構成する樹脂は
、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れでも用いられる
。熱硬化性樹脂としては不飽和ポリエステル樹脂、エポ
キシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の未硬化ないし半硬化
樹脂が特に好ましく用いられ、熱可塑性樹脂としてはポ
リオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート
樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が挙げら
れる。

【００１３】発泡性樹脂組成物を形成するための上記樹
脂と共に用いられる発泡材は特に限定は無く、用いる樹
脂により選択される。発泡材としては、発泡膨張性粒子
、例えばエクスパンセル社の「エクスパンセル」４６１
，５５１、松本油脂製薬社の「マツモトマイクロスフェ
ア」Ｆ−３０Ｄ，Ｆ−５０Ｄ、積水化成品社の「エスレ
ンビーズ」ＨＥ等でもよく、また有機発泡剤、例えばア
ゾジカルボンアミド、アゾジイソブチロニトリル、ジニ
トロペンタメチレンテトラミン、パラトルエンスルホニ
ルヒドラジド、４，４’　−オキシビスベンゼンスルホ
ニルヒドラジド等や、無機発泡剤、例えば炭酸水素ナト
リウム等が用いられる。発泡剤の場合には必要に応じて
発泡助剤を併用することもできる。

【００１４】また、本発明では、二次元に織られた補強
繊維の織物に樹脂を含浸した素材を上記の発泡性樹脂組
成物含浸三次元編み物に積層して用いることもできる。 この場合、該補強繊維は三次元編み物と同様に有機長繊
維及び無機長繊維の何れであってもよい。かかる補強繊
維としては、ポリエステル、ポリアミド、特にアリレー
ト及びアラミド、ポリオレフィン特に高モジュラスポリ
オレフィン、その他の工業用の繊維が有機繊維として挙
げられ、炭素繊維、ガラス繊維、炭化珪素繊維、窒化珪
素繊維、アルミナ繊維等が無機繊維として挙げられる。 これに含浸する樹脂も同様に熱硬化性樹脂及び熱可塑性
樹脂の何れでもよい。熱硬化性樹脂としては不飽和ポリ
エステル樹脂、エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の
未硬化ないし半硬化樹脂が特に好ましく用いられ、熱可
塑性樹脂としてはポリオレフィン樹脂、ポリアミド樹脂
、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレ
タン樹脂等が挙げられる。

【００１５】更に、本発明では、樹脂のシート及び／又
は繊維補強樹脂シートを、発泡性樹脂組成物を含浸し圧
搾した三次元編み物に積層して用いることもできる。こ
の場合には、樹脂として熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂
の何れでも用いられる。熱硬化性樹脂の場合には半硬化
したものが用いられ、例えば不飽和ポリエステル樹脂、
エポキシ樹脂、ビニルエステル樹脂等の半硬化樹脂が特
に好ましく用いられる。熱可塑性樹脂としてはポリオレ
フィン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、
ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等が用いられる。 繊維補強シートである場合には、補強用の短繊維、例え
ばガラス繊維、炭素繊維、炭化珪素繊維、アルミナ、窒
化珪素繊維のショートカットファイバーやミルドファイ
バー等、炭素、炭化珪素、窒化珪素、アルミナ等のホィ
スカー等により補強したものが挙げられる。

【００１６】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明を詳細に説明する
。これらは本発明を説明するためのものであり、本発明
の範囲を制限するものではない。以下の実施例中におい
て、部は特に断らない限り重量部である。

【００１７】

【実施例１】アルミニウムの板と「テフロン」のスペー
サーで金型を作った。スペーサーの厚さは１０ｍｍとし
た。アルミニウム板の端部にはノズルを設け、これにバ
ルブを取り付けた。

【００１８】帝人（株）で試販している三次元ニットプ
リフォーム５ｇａｇｅｉｎｔｅｒｌｏｃｋを準備した。 このプリフォームを予め準備した金型に合わせて切り取
った。

【００１９】油化シェル製のエポキシ樹脂「エピコート
８０７」１００部と「エポメートＹＬＨ００６」３１部
を混合し、更にアゾビスイソブチロニトリルを５部加え
た。これを発泡性樹脂組成物とする。

【００２０】三次元ニットプリフォームを上記発泡性樹
脂組成物に浸し、充分に樹脂組成物を含浸させた。これ
をプレスで軽く搾り、樹脂量を減らした。

【００２１】この樹脂含浸プリフォームを金型に収め、
金型ごと８０℃の温浴に入れ、１分後に金型のノズルの
バルブを開いて樹脂を排出した。排出がほぼ止まった時
点でバルブを閉じた。

【００２２】１時間後に金型を温浴より取り出し、冷却
して金型を開き、成形物を取り出した。得られた成形物
は長繊維編み物で補強された見かけ比重０．８５の多孔
質成形体であった。

【００２３】

【実施例２】実施例１で用いた金型、エポキシ樹脂混合
物及び三次元プリフォームを準備した。併せて松本油脂
製薬（株）製の発泡性粒子「マツモトマイクロスフェア
Ｆ−３０Ｄ」を用意した。以降これをＦ−３０Ｄと略称
する。

【００２４】実施例１で用いたエポキシ樹脂混合物１０
０部に１０部の割合でＦ−３０Ｄを混合した。これを樹
脂混合物Ａとする。

【００２５】三次元プリフォームを金型に合わせて切り
取り、樹脂混合物Ａに浸して含浸させこれを軽く圧搾し
た。これを金型に収め、８０℃のシリコン油浴に入れ、
約１時間後に油浴から取り出した。この際、過剰の樹脂
は金型のノズルから排出した。但し、途中からノズルは
閉じた。冷却後、金型を開いて成形物を取り出した。得
られた成形物は良好な外見と、相応の密度をもっていた
。成形物の比重は約０．８７であった。

【００２６】

【実施例３】実施例２と同様に、松本油脂製薬（株）製
の発泡性粒子「マツモトマイクロスフェアＦ−３０Ｄ」
を準備した。以後Ｆ−３０Ｄと略称する。

【００２７】実施例１で用いた金型とエポキシ樹脂混合
物を準備した。ただし、金型のスペーサーは５ｍｍとし
た。エポキシ樹脂混合物とは油化シェル製のエポキシ樹
脂「エピコート８０７」１００部と「エポメートＹＬＨ
００６」３１部を混合したものである。

【００２８】また、ガラスクロス（旭ファイバーグラス
製ＭＳ２５３−１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ）とユニセ
ル（株）製のポリエステル不織布「ユニセルＢＴ０４０
４」を用意した。

【００２９】上記のエポキシ樹脂混合物１００部に１０
部の割合でＦ−３０Ｄを混合した。これを樹脂混合物Ａ
とする。

【００３０】帝人（株）で試販している三次元ニットプ
リフォーム５ｇａｇｅ１ｘ１　ｒｉｂを準備し、このプ
リフォームを予め準備した金型に併せて切り取った。

【００３１】樹脂混合物Ａにプリフォームを浸して含浸
させた。このシートの両面に不織布「ユニセルＢＴ０４
０４」を重ね、エポキシ樹脂（「エピコート８０７」１
００部と「エポメートＹＬＨ００６」３１部を混合した
樹脂）を塗布したガラスクロス（旭ファイバーグラス製
ＭＳ２５３−１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ）を重ねて金
型に収めた。

【００３２】金型を閉じて８０℃のシリコン油浴に入れ
、約１時間後にシリコン油浴から取り出した。この際、
過剰の樹脂はノズルから排出した。但し、途中からノズ
ルは閉じた。冷却後、金型を開いて成形物を取り出した
。得られた成形物は多孔質コアを有するサイドイッチ構
造を呈し、良好な外見と、相応の強度をもっていた。成
形物の比重は約０．９７、曲げ強度は１４．２ｋｇ／ｍ
ｍ２　、弾性率は７５７ｋｇ／ｍｍ２　であった。なお
、成形物のガラス分率は３３重量％、計算上の樹脂と空
間（気泡）の比率は５０／５０である。

【００３３】

【実施例４】エクスパンセル社製の発泡粒子「エクスパ
ンセルＤＵ４６１」を準備した。以後これをＤＵ４６１
と略称する。また、実施例３で用いたと同じ金型とエポ
キシ樹脂混合物とを準備した。この金型のスペーサーは
５ｍｍである。エポキシ樹脂混合物は油化シェル製のエ
ポキシ樹脂「エピコート８０７」１００部と「エポメー
トＹＬＨ００６」３１部を混合したものである。さらに
、炭素繊維クロス（東レ（株）製Ｃ０６３４３Ｂ目付約
２００ｇ　／　ｍ２）及びポリエステル不織布（ユニセ
ル（株）の不織布「ユニセルＢＴ０９０８」）を用意し
た。

【００３４】上記のエポキシ樹脂混合物１００部に１０
部の割合でＤＵ４６１を混合した。これを樹脂混合物Ａ
とする。

【００３５】一方、帝人（株）で試販しているニットプ
リフォーム５ｇａｇｅ１ｘ１　ｒｉｂを準備し、このプ
リフォームを予め準備した金型に合わせて切り取った。

【００３６】樹脂混合物Ａにプリフォームを浸して含浸
させた。このシートの両面にユニセル（株）の不織布「
ユニセルＢＴ０９０８」を重ね、樹脂（「エピコート８
０７」１００部と「エポメートＹＬＨ００６」３１部を
混合した樹脂）を塗布した炭素繊維クロス（東レ製Ｃ０
６３４３Ｂ）を重ねて金型に収めた。

【００３７】金型を閉じて１００℃のシリコン油浴に入
れ、約１時間後に油浴から取出した。この際、過剰の樹
脂は金型のノズルから排出した。但し、途中からノズル
は閉じた。

【００３８】冷却後、金型を開いて成形物を取出した。 得られた成形物は良好な外見と、相応の強度をもってい
た。比重は約０．９８、曲げ強度は１４．７ｋｇ／ｍｍ
２　、弾性率は１２３０ｋｇ／ｍｍ２　であった。

【００３９】

【発明の効果】以上の如き本発明方法によれば、多孔質
コアが長繊維で補強された軽量複合成形物を実質上一工
程で製造することができる。得られる成形物はすぐれた
物性を示し、各種構造材料、スポーツ用品、車輌や航空
宇宙用の部品等に広く応用できる。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】三次元に編み上げられた補強繊維に発泡性
   の樹脂組成物を含浸させ、圧搾した後、金型に挿入し、
   加熱発泡膨張させて成形することを特徴とする軽量複合
   成形物の製造方法。
2. 【請求項２】二次元に織られた補強繊維に非発泡性の樹
   脂を含浸し、これを三次元に編み上げられた補強繊維に
   発泡性の樹脂組成物を含浸させ圧搾したものと積層した
   後、金型に挿入し、加熱発泡膨張させて成形することを
   特徴とする請求項１に記載の軽量複合成形物の製造方法
   。
3. 【請求項３】樹脂のシート及び／又は繊維補強樹脂シー
   トと三次元に編み上げられた補強繊維に発泡性の樹脂組
   成物を含浸させ圧搾したものとを積層した後、金型に挿
   入し、加熱発泡膨張させて成形することを特徴とする請
   求項１に記載の軽量複合成形物の製造方法。
4. 【請求項４】三次元に編み上げられた補強繊維に発泡性
   の樹脂組成物を含浸させ、圧搾してなることを特徴とす
   る発泡成形用の中間素材。
5. 【請求項５】三次元に編み上げられた補強繊維がガラス
   繊維の編み物であることを特徴とする請求項４に記載の
   発泡成形用の中間素材。