JP2004322345A - 発泡樹脂製コア内蔵ｆｒｐおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発泡樹脂製コアを内蔵したＦＲＰにおいて、注入樹脂のコア内部への浸透を防止し、かつ成型体のたわみによるきしみ音を改善する。
【解決手段】発泡樹脂製コアの表面がナイロンフィルムで被覆され、該フィルムを介して、熱硬化性樹脂が含浸された繊維基材が積層されてなることを特徴とする発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰである。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のボディ部品、バンパー、スポイラーなどに適用できる軽量であって、かつ耐たわみ性にも優れた発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、金属成型材料、特に自動車のボディ、バンパー、スポイラーなどの各種部品の軽量化が検討されてきているが、最近では特に軽量化とともに強靱性をも兼ね備えた樹脂成型品が開発されている。例えばポリスチレンなどからなる発泡樹脂成型品をコアとし、その外側にガラス繊維やカーボン繊維などの繊維基材を被覆したのち、樹脂を含浸、硬化させた繊維強化プラスチック（以下、ＦＲＰという。）製のバンパー（特許文献１）や、発泡ポリウレタンコアの表面に不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタンなどの熱硬化性樹脂系塗料あるいはアクリル樹脂などの熱可塑性樹脂の溶剤型塗料を塗布した後、乾燥硬化させた薄い樹脂層を繊維基材とともに成型型内にセットし、ＦＲＰ用樹脂液を注入硬化させた発泡ポリウレタンコア内蔵のＦＲＰ製品の製造方法（特許文献２）などが提案されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−２１５５１９号公報（請求項１、第１〜４図）
【０００４】
【特許文献２】
特開平５−１４７０４８号公報（請求項１、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記特許文献１および２に提案されている発泡樹脂製成型品をコアとするＦＲＰおいては、以下に述べる問題点があった。
【０００６】
すなわち、特許文献１においては、前述したとおり発泡樹脂成型品をコアとし、その外側に繊維基材を被覆した後、樹脂を含浸硬化させるものであるが、発泡樹脂成型品コア表面からその内部に樹脂が浸透するため軽量化が損なわれたり、また、かかる場合の浸透斑によって製品の表面が変色して見えたり、極端な場合には凹凸が発生して著しく品位と光沢を低下させたりするため、極めて生産性の悪いものであった。一方、特許文献２においては、その欠点を改良、すなわち発泡ポリウレタンコアの表面に樹脂を塗布して繊維基材を通して注入される樹脂のポリウレタンコアへの浸透を防止するものである。確かに樹脂層形成材料を選択することで内部への浸透をある程度防止できるかも知れないが、塗膜によって形成された層は強度的に不十分であり、通常０．２〜２ＭＰａ程度の樹脂注入時の圧力などにより部分的に破壊され、注入樹脂がコアに浸透する可能性を伴うものである。また、注入された樹脂とポリウレタンコアを被覆する薄い樹脂層との接着が不十分な場合には、製品に重力を掛けてたわませた場合、きしみ音がするという問題があった。
【０００７】
本発明は、従来技術の上記課題を解決し、樹脂含浸時のコア内部への浸透と浸透斑による変色を防止するとともに、ＦＲＰ成型体のきしみ音の発生をも防止することにより、軽量化と耐たわみ性の両方に優れた発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記した従来技術の課題を解決するために、本発明の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰは、発泡樹脂製コアの表面がナイロンフィルムで被覆され、該フィルムを介して、熱硬化性樹脂が含浸された繊維基材が積層されてなることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰの製造方法は、発泡樹脂製コアの表面をナイロンフィルムで被覆し、該フィルム上を繊維基材で被覆後、成型機のキャビティ内にセットし、熱硬化性樹脂を注入・硬化させることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に記述する。
【００１１】
本発明のＦＲＰで用いる発泡樹脂製コアとは、本発明のＦＲＰのコアをなす発泡樹脂製成型品のことであり、その成型品はポリウレタン、ポリスチレン、ポリオレフィンなどからなる発泡体であって、一般的な製造方法によって製造され、独立あるいは連続気泡を有するものである。その発泡倍率は特に限定するものではないが軽量化を目的とするため、出来る限り発泡倍率は高いものが好ましい。成型体の強度とのバランスを考慮すると５倍から２０倍程度の発泡倍率とするのが好ましい。
【００１２】
発泡成型の方法としては、特に限定するものではなく、従来公知の方法によって成型することができる。例えば炭酸ガス、フレオン、メチレンジクロライド、ペンタン、空気等の他、熱分解型の有機系発泡剤などを適用することができる。特にポリウレタンのようなポリオールとイソシアネートの反応により副成する炭酸ガスを封入することによって製造する方法が簡易で均一発泡出来る点で好ましい。このような成型方法としては一般的にはワンショット法やプリポリマー法が知られている。本発明で用いるコアは半硬質、硬質発泡体が好ましい。
【００１３】
ところで、前述したように本発明では、発泡樹脂成型品の表面をナイロンフィルムで被覆することを特徴とする。
【００１４】
ナイロンフィルムとしては、特に限定しないがナイロン６、ナイロン１２，ナイロン１１，６−６ナイロン、６−１０ナイロンなど任意のものを使用することができ、これらの２元、３元以上の共重合体であっても良い。融点は熱硬化性樹脂含浸時の硬化温度に耐えることが必要であり、通常、１５０℃以上であるのが好ましい。ナイロンフィルムは未延伸、一軸延伸、２軸延伸のいずれのフィルムでも使用することができる。ナイロンフィルムの厚みは３μｍ以上７５μｍ以下であるのが好ましい。３μｍ未満の場合には強度が不足し、被覆過程や熱硬化樹脂注入時の圧力によって破れる場合があり、７５μｍを越える場合にはコアにうまく追従せず製品の表面状態が悪くなる場合がある。ナイロンフィルムの表面は空気中、窒素中、炭酸ガス中などでコロナ処理されたものが、注入する熱硬化性樹脂との接着の点で好ましい。処理は片面であっても両面であっても良いが熱硬化性樹脂と接触する側はコロナ処理面であることが接着性の点で好ましい。このような処理を施すことにより、ナイロンフィルムと熱硬化性樹脂とのより高い接着性を発現することができ、従来品で問題点であったＦＲＰの上から重力をかけた時のきしみ音などを改良することができる。ナイロンフィルムと含浸繊維基材との接着力は１８０度剥離において１００ｇ／ｃｍ以上であるのが好ましく、上記の処理を施すことでより強固な接着力を発現することができる。発泡樹脂製成型品をナイロンフィルムで被覆するに際し、その被覆の目的は、発泡樹脂成型品への熱硬化樹脂の浸透防止であるため、浸透を防止できるような被覆方法を採用するのが好ましい。その被覆方法は特に限定しないが、繊維基材および熱硬化性樹脂で被覆するまでの過程ではコア材に接着させておくのが好ましい。具体的な被覆方法としては、コア材にあらかじめ糊材をスプレー、塗布などの方法により表面処理し、ナイロンフィルムを被覆する方法、ナイロンフィルムの少なくとも片面に粘着剤、接着剤を積層した複合フィルムの粘接着面をコア側にして被覆する方法などを適用することができる。また、常温で非粘接着で加熱によって接着するホットメルト型接着剤はコアをフィルムで被覆するときの作業性が良く好ましい。加熱はコアの耐熱性に応じて選定すればよいが低温の方がコアの寸法安定性の点で好ましく、ポリウレタン発泡体コアの場合には１５０℃以下であるのが望ましい。そのためにホットメルト接着剤の融点、もしくは軟化点が８０℃以上１４０℃以下のものが好適である。このようなホットメルト型接着剤は特に限定しないが、例えばポリエステル系、アクリル系、ポリアミド系、ポリオレフィン系およびその共重合体、変性体、アイオノマーなどの市販のものを用いることができる。本発明のナイロンフィルムの場合には、ポリアミド系、変性ポリオレフィン系のものが好ましく、ポリアミド系としては共重合ポリアミドフィルム（例えば熱接着用フィルムタイプＣＦ８０００：東レ合成（株）製）をナイロンフィルムと張り合わせたり、変性ポリオレフィン系接着ポリマーであるアドマーＮＦシリーズ、ＨＢシリーズ、ＬＦシリーズＬＢシリーズ，ＶＦシリーズ（三井化学（株）製）をエクストルージョンラミネート法でナイロンフィルムと積層するなどの方法が好ましい。接着層の厚みは特に限定しないが、コア材にフィットさせ、かつコアとの接着性を保持する点から１μｍ以上５０μｍ以下、好ましくは３μｍ以上３０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下であるのが望ましい。また、後述する熱硬化性樹脂注入時にナイロンフィルムの隙間から熱硬化性樹脂が浸透しないようにする必要があり、ナイロンフィルム接合部分は接着剤や粘着テープなどで補修するなどの方法を適用するのが好ましい。粘着テープの基材は熱硬化性樹脂が硬化するときの発熱を考慮すると１７０℃以上の融点を有するフィルムが好ましく、ポリエステル、ナイロンなどが好適である。粘着層はアクリル系、シリコーン系などの耐熱性を有するものが好ましい。
【００１５】
上記発泡樹脂成型品をナイロンフィルムで被覆したものは、その上から熱硬化性樹脂が含浸された繊維基材によって被覆される。使用する繊維基材としては、特に限定されず、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、セラミック繊維、金属繊維などの耐熱高強度繊維が好ましく、特に炭素繊維からなる織物が強度と軽量性のバランスから好ましく使用できる。
【００１６】
ここで使用する熱硬化性樹脂としては、特に限定しないが、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ウレア樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂などの使用が可能である。特に成型性、硬化性、ナイロンフィルムとの接着性などからエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂を熱硬化させるためには硬化剤の併用が好ましく、ジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミンなどのアミン類、ポリアミド、無水フタル酸、ピロメリット酸無水物、ピロメリット酸無水物−無水マレイン酸混合物、ヘキサヒドロフタル酸無水物、ドデセニルコハク酸無水物、クロレンディン酸無水物、メチルナジン酸無水物などの酸無水物系が好ましく、特に耐熱性などを考慮すると酸無水物系が好ましい。これら樹脂が含浸された繊維基材による被覆は１層でも良いし、目的、用途に応じて２層以上としても良い。層数の増加によってＦＲＰの強度を向上することができる。
【００１７】
次に、本発明の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰの製造方法について説明する。
【００１８】
まず、前述した発泡樹脂成型品（コア）、ナイロンフィルムおよび繊維基材を用い、「発泡樹脂成型品／ナイロンフィルム／繊維基材」の積層順からなる複合積層体を製作する。次に熱硬化性樹脂の注入・硬化を行うため、上記複合成型体を所定の金型のキャビティ内にセットし、端部から前述した熱硬化性樹脂を注入する。注入圧力としては樹脂が金型全体に均一にいきわたることが必要であり、樹脂の粘度や複合積層体の形状によって任意に設定することができるが通常は注入圧力が０．２〜２ＭＰａ、好ましくは０．３〜１ＭＰａ、更に好ましくは０．３〜０．７ＭＰａの範囲内であるのが望ましい。金型の温度は使用する熱硬化性樹脂の種類に応じて設定すればよいが、例えばエポキシ樹脂の場合には８０℃〜１５０℃であるのが好ましく、発泡樹脂成型品の耐熱寸法安定性から可能な限り低温であるのが望ましい。熱硬化のための加熱時間も熱硬化性樹脂の種類によって任意に設定できるが通常３分〜６０分の範囲が望ましい。
【００１９】
硬化完了後は金型から取り外して本発明の発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰを得る。
【００２０】
このようにして得られた本発明の発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰは、コアの表面をナイロンフイルムで被覆したので、その外部を包埋する熱硬化性樹脂のコア内部への浸透を防止でき、かつ熱硬化性樹脂とナイロンフィルムとの接着にも優れるため、発泡体本来の機能である軽量化およびＦＲＰの耐久性の両機能に優れたものであり、例えば自動車のボディ部品、バンパー、スポイラーなどに適用できる軽量、耐たわみ性に優れたものとすることができる。
【００２１】
【実施例】
本発明に関し、以下に実施例を用いて説明する。
【００２２】
まず、本発明のコア内蔵ＦＲＰの特性の測定方法と効果の評価方法は次の通りとした。
【００２３】
【特性の測定方法および効果の評価方法】
（１）熱硬化樹脂含浸繊維基材とナイロンフィルムとの接着力
成型完了後のＦＲＰを分解し、熱硬化樹脂含浸繊維とナイロンフィルム複合部分を取り出し、テンシロン型引っ張り試験機にて１８０度剥離時の応力を測定した。引っ張り速度は２００ｍｍ／分とした。
（２）ＦＲＰ成型体の外観検査
成型完了後のＦＲＰの外観を目視で観察し、色目の斑、表面の形状を評価した。
（３）熱硬化樹脂の発泡成型体への熱硬化樹脂の浸透
成型完了後のＦＲＰの断面を切り出し、発泡体表面の発泡部分への浸透状態を１００倍の光学顕微鏡で観察した。
（４）たわみによるきしみ音
成型体をたわませた時のきしみ音の発生する変形量を評価した。変形量は成型体の中央部の無荷重時を０とし、徐々に荷重を掛けて変形させたときにきしみ音が発生した押さえ込み深さを測定した。
【００２４】
「実施例１」
約１０倍に発泡成型されたポリウレタン成型体コア（幅２５０ｍｍ×長さ７００ｍｍ×厚み３０ｍｍ）を用い、このコアの表面にスプレー糊５５（住友スリーエム（株）製）を吹きつけ、常温で２分間乾燥させた。次いで両面コロナ処理を施した厚み１５μｍの二軸延伸ナイロンフィルム（エンブレムＯＮＢＣ：ユニチカ（株）製）を用い、コアの表面に貼り付けた。端部はコアが露出しないようにナイロンフィルムで包み込み、ポリエステル製粘着テープを貼り付けた。この成型体のナイロンフィルム上に炭素繊維からなる基布で包み込み、次いでこれを８０℃に加熱した樹脂注入成型機の金型にセットした。端部からエポキシ樹脂と無水フタル酸の混合物を注入圧力０．５ＭＰａで圧入し、その後１２０℃に昇温し、３０分間硬化させた。その後、約４０℃まで冷却し、成型機を開けて金型から成型品を取り出した。この成型品は外観が極めて美麗でコア部へのエポキシ樹脂の浸透がなく高い接着性（１ｋｇ／ｃｍ以上）を有しており、１０ｍｍの変形でもきしみ音は発生しなかった。
【００２５】
「比較例１」
次に、実施例１のナイロンフィルムを使用しない以外は同様にしてＦＲＰ製成型体を作成した。この成型体は外観の色目に斑が見られ、部分的に凹みが観察された。また、断面観察で発泡体内部にエポキシ樹脂の浸透が見られた。
【００２６】
「比較例２」
実施例１のナイロンフィルムに変えて、厚み１５μｍの二軸延伸ポリプロピレンフィルムを用いた以外は同様にして成型体を作成した。この成型体はエポキシ樹脂含浸繊維基材とポリプロピレンフィルムとの接着が悪く（５０ｇ／ｃｍ以下）、１０ｍｍ未満の変形量できしみ音が発生した。
【００２７】
「比較例３」
実施例１のナイロンフィルムに変えてポリエステル樹脂（バイロン２００：東洋紡（株）製）１００重量部にポリイソシアネート（コロネートＬ：日本ポリウレタン（株）製）を２５重量部添加したトルエン／酢酸エチル（７０／３０重量％）で２５重量％に希釈した塗剤を調合し、発泡ウレタンコア表面に乾燥後の厚みが約１５μｍとなるように塗布した。
乾燥は１２０℃で１０分とした。これ以外は実施例１と同様にして成型体を作成した。
この成型体は断面観察から発泡体へのエポキシ樹脂の浸透が見られ、外観の色目斑、表面の凹状欠点が観察された。
【００２８】
「実施例２」
実施例１のナイロンフィルムの片面に３０μｍ厚のポリアミド系熱接着フィルムＣＦ８０００（東レ合成（株）製）をウレタン接着剤で貼り付けたものを用い、熱接着フィルム側をコア側として実施例１と同様に発泡体コアを被覆した。これを１２０℃の熱風乾燥機中で５分間放置し、コアとフィルムを熱接着させた。以下、実施例１と同様にして成型品を作成した。この成型品は熱硬化樹脂含浸繊維基材との接着（１ｋｇ／ｃｍ以上）、外観に優れ、２０ｍｍの変形量でもきしみ音の発生が無かった。
【００２９】
「実施例３」
実施例１のナイロンフィルムの片面に１０μｍ厚の変性ポリオレフィン接着ポリマー（アドマーＬＦ３００：三井化学（株）製）をエクストルージョンラミネート法により積層した。このフィルムの接着ポリマー層面をコア側として実施例１と同様にして発泡体コアを被覆した。これを１３０℃の熱風乾燥機中に１０分間放置し、コアとフィルムを熱接着させた。
以下、実施例１と同様にして成型品を作成した。この成型品は熱硬化樹脂含浸繊維基材との接着（１ｋｇ／ｃｍ以上）、外観に優れ、２０ｍｍの変形量でもきしみ音の発生がなかった。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は、発泡樹脂製コア内蔵のＦＲＰにおいて、コア表面をナイロンフイルムで被覆させたので、注入樹脂が内部の発泡体コアに浸透せず、したがって変色も生じることがない。また、注入樹脂とナイロンフィルムとの接着性が高いためにたわみによってきしみ音が発生しない優れた発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰを得ることができる。

Claims (5)

1. 発泡樹脂製コアの表面がナイロンフィルムで被覆され、該フィルムを介して、熱硬化性樹脂が含浸された繊維基材が積層されてなることを特徴とする発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰ。
2. ナイロンフィルムと、熱硬化性樹脂が含浸された繊維基材との１８０度剥離接着力が、１００ｇ／ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰ。
3. ナイロンフィルムの少なくとも片面に粘接着層が設けられ、該層が発泡樹脂製コア側に位置することを特徴とする請求項１または２に記載の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰ。
4. 粘接着層が常温では非粘接着性であり、加熱によって粘接着性を発現する樹脂からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰ。
5. 発泡樹脂製コアの表面をナイロンフィルムで被覆し、該フィルム上を繊維基材で被覆後、成型機のキャビティ内にセットし、熱硬化性樹脂を注入・硬化させることを特徴とする発泡樹脂製コア内蔵ＦＲＰの製造方法。