JP2007106968A - 長繊維樹脂成形体、並びに、湾曲樹脂成形体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 湾曲させた樹脂成形体の繊維に発生する残留応力を小さくすることができる、長繊維樹脂成形体、並びに、湾曲樹脂成形体の製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明の長繊維樹脂成形体１は、母材樹脂部１０と、長繊維１１とを有しており、母材樹脂部１０が長繊維１１によって補強されている。また、長繊維樹脂成形体１は熱可塑性樹脂１２を有しており、熱可塑性樹脂１２は、長繊維１１と母材樹脂部１０との間に介在している。そのため、長繊維樹脂成形体１を熱可塑性樹脂１２が軟化する温度まで加熱した状態で湾曲させることにより、湾曲させた状態で長繊維１１に発生する残留応力を小さくすることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、長繊維樹脂成形体、並びに、湾曲樹脂成形体の製造方法に関するものである。

長繊維で強化された樹脂成形体は高強度であるので、各種構造体に用いられている。そして、ポリウレタン発泡樹脂を長繊維で強化した樹脂成形体は、軽くて高強度であるので、各種の構造体の材料などに用いられている。このようなものは、特許文献１に記載されている方法などにより製作される。
特公昭４８−３６４２０号公報

このような長繊維で強化された樹脂成形体は、繊維の配向方向の引張強度や、繊維の配向方向に対して垂直となる方向のせん断強度が高く、かかる方向に強度が作用するようにして構造体が組み立てられる。

また、上記樹脂成形体は長尺状であり、通常、繊維の配向方向を長尺方向となるようにして成形される。そして、構造体の形状に合わせるため、このような樹脂成形体を、一旦成形した後、長尺方向が湾曲するようにして変形させて用いることがある。
この湾曲を行う場合、母材樹脂と繊維との間で変形の度合いが違うため、湾曲の外側では繊維が引っ張られ、湾曲させたものには外側の繊維は引っ張り残留応力が発生する。

このような、残留応力は問題となることがあった。具体的には、経時変化によって残留応力が小さくなるように変形、すなわち、湾曲が小さくなるように変化したり、また、残留応力が発生した状態では、残留応力が発生していないものに比較して強度が小さくなりやすい。

そこで、本発明は、湾曲させた樹脂成形体の繊維に発生する残留応力を小さくすることができる、長繊維樹脂成形体、並びに、湾曲樹脂成形体の製造方法を課題とする。

そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、熱硬化性樹脂である母材樹脂部と、母材樹脂部を補強する長繊維を有し、長繊維と母材樹脂部との間には熱可塑性樹脂が介在しており、熱可塑性樹脂が変形可能な温度まで加熱して湾曲させ、湾曲させた状態で冷却して、湾曲させることが可能であることを特徴とする長繊維樹脂成形体である。

請求項１に記載の発明によれば、長繊維と母材樹脂部との間には熱可塑性樹脂が介在しており、熱可塑性樹脂が変形可能な温度まで加熱して湾曲させ、湾曲させた状態で冷却して、湾曲させることが可能であるので、湾曲させた樹脂成形体の繊維に発生する残留応力を小さくすることができる。

請求項２に記載の発明は、母材樹脂部の形状は長尺状であり、長繊維は母材樹脂部の長尺方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載の長繊維樹脂成形体である。

請求項２に記載の発明によれば、長繊維は母材樹脂部の長尺方向に配向しているので、長尺方向を湾曲するように長繊維樹脂成形体を湾曲させた場合に、湾曲に沿って補強することができる。

また、母材樹脂部は、ポリウレタン発泡樹脂であってもよい（請求項３）。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維樹脂成形体を成形し、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂が軟化する温度に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させ、湾曲させた状態で冷却することを特徴とする湾曲樹脂成形体の製造方法である。

請求項４に記載の発明によれば、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂が軟化する温度に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させるので、湾曲による長繊維と母材樹脂部との相対移動が容易となり、また、湾曲させた状態で冷却するので湾曲状態を維持しやすい。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維樹脂成形体を成形し、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂のガラス転位温度以上に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させ、湾曲させた状態で冷却することを特徴とする湾曲樹脂成形体の製造方法である。

請求項５に記載の発明によれば、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂のガラス転位温度以上に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させるので、湾曲による長繊維と母材樹脂部との相対移動が容易となり、また、湾曲させた状態で冷却するので湾曲状態を維持しやすい。

請求項６に記載の発明は、長繊維樹脂成形体の成形は、熱可塑性樹脂が表面に付着させた長繊維を連続的に供給し、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させ、前記樹脂液を固化させて成形体を形成し、さらに、固化した成形体を所定の長さに切断して行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の湾曲樹脂成形体の製造方法である。

請求項６に記載の発明によれば、長繊維樹脂成形体の成形は、熱可塑性樹脂が表面に付着させた長繊維を連続的に供給し、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させ、前記樹脂液を固化させて成形体を形成し、さらに、固化した成形体を所定の長さに切断して行うものであるので、連続的に製造することができ、生産性がよい。

請求項７に記載の発明は、長繊維を連続的に供給しながら、熱可塑性樹脂の原料となる樹脂液を長繊維の表面に付着させ、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させ、前記樹脂液を固化させて成形体を形成させるものであることを特徴とする請求項６に記載の湾曲樹脂成形体の製造方法である。

請求項７に記載の発明によれば、長繊維を連続的に供給しながら、熱可塑性樹脂の原料となる樹脂液を長繊維の表面に付着させて、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させるので、さらに生産性を向上することができる。

本発明の長繊維樹脂成形体並びに、湾曲樹脂成形体によれば、湾曲させた樹脂成形体の繊維に発生する残留応力を小さくすることができる。

以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態における長繊維樹脂成形体の斜視図である。図２は、図１に示す長繊維樹脂成形体の一部を切り欠いた斜視図である。図３は、図２のＡ部を拡大した斜視図である。図４は、本発明の第２の実施形態における長繊維樹脂成形体の正面図である。図５は、本発明の第３の実施形態における長繊維樹脂成形体の側面図である。図６は、連続成形ラインを示した模式図である。図７は、長繊維樹脂成形体を湾曲させた湾曲樹脂成形体の側面図である。図８は、他の実施形態における湾曲樹脂成形体の側面図である。

本発明の第１の実施形態における長繊維樹脂成形体１は、図１、図２に示されており、母材樹脂部１０と長繊維１１とを有している。
そして、母材樹脂部１０（長繊維樹脂成形体１）の形状は、角柱状であって、長尺状である。

本実施形態における母材樹脂部１０の材質は、ポリウレタン樹脂であり、ポリオールとイソシアネートを原料として、これらを反応させて得られるものである。また、長繊維１１は、ガラス長繊維が用いられている。また、母材樹脂部１０は発泡して成形されるものであり、発泡樹脂である。

また、母材樹脂部１０は、熱硬化性樹脂である。熱硬化性樹脂は成形の前の原料の段階では流動状であり、重合して硬化すると分子構造が３次元化して融点を持たない樹脂である。したがって、後述するように、長繊維樹脂成形体１を湾曲させて製造される湾曲樹脂成形体５を製造する際の湾曲工程の加熱の際には、軟化や溶融することはない。

長繊維１１は複数の長繊維が用いられており、図２に示されるように、長繊維１１の配向方向は長繊維樹脂成形体１の長尺方向である。
そして、長繊維１１は、母材樹脂部１０に含有した状態で存在している。長繊維樹脂成形体１を高強度とすることができる。

また、図３に示されるように、長繊維１１の周りには、熱可塑性樹脂１２が配置している。熱可塑性樹脂１２は、温度を高くすることにより可塑化するものであり、ガラス転位点温度（Ｔｇ）を有している。なお、結晶性樹脂の場合には融点を有している。
そして、後述する湾曲工程の加熱される温度では、熱可塑性樹脂１２は軟化しており、母材樹脂部１０や長繊維１１よりも軟らかい。
熱可塑性樹脂１２は、特に限定されるものでないが、例えば、熱可塑性ウレタン樹脂などを用いることができる。

本実施形態の長繊維樹脂成形体１では、熱可塑性樹脂１２は、長繊維１１の全ての長繊維の全域に配置しているものである。したがって、母材樹脂部１０と長繊維１１とは直接的に接触しておらず、熱可塑性樹脂１２が間に介在している。そのため、熱可塑性樹脂１２が軟化している状態では、母材樹脂部１０と長繊維１１との間で相対移動が可能であり、また、熱可塑性樹脂１２が軟化していない状態では、母材樹脂部１０と長繊維１１との間で相対移動を規制する。

また、熱可塑性樹脂１２は、長繊維１１の一部の周りに配置することができる。例えば、図４に示される、第２の実施形態における長繊維樹脂成形体２では、長繊維１１の内、上側の長繊維を熱可塑性樹脂配置領域２０とし、下側を熱可塑性樹脂非配置領域２１とし、熱可塑性樹脂配置領域２０の長繊維１１の長繊維の周りにのみ熱可塑性樹脂１２が配置されている。
そして、図５に示される第３の実施形態における長繊維樹脂成形体３では、母材樹脂部１０の長手方向の両端付近を熱可塑性樹脂配置領域２０とし、中央付近を熱可塑性樹脂非配置領域２１とし、熱可塑性樹脂配置領域２０の長繊維１１の長繊維の周りにのみ熱可塑性樹脂１２が配置されている。
さらに、熱可塑性樹脂１２の配置をランダムにするなど、上記した以外の方法で長繊維１１の一部の周りに配置することができる。

上記したように、熱可塑性樹脂１２の配置を部分的にした場合、熱可塑性樹脂１２を軟化させると、熱可塑性樹脂１２が配置されている部分が、母材樹脂部１０と長繊維１１との間で相対移動が可能となる。そのため、母材樹脂部１０と長繊維１１との間の相対移動をさせたい部分が決まっている場合には、かかる部分に熱可塑性樹脂１２を配置させればよい。

次に、長繊維樹脂成形体１の製造方法について説明する。
長繊維樹脂成形体１は、図６に示すような連続成形ライン５０を用いて製造される。連続成形ライン５０には、繊維供給工程５１、熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４、樹脂含浸工程５２、成形工程５３、引取部５５を有している。
そして、繊維供給工程５１から引取部５５へ向かって進むように連続的に長繊維１１を供給し、引取部５５に引き取られて出来上がった成形体４１が出てくる。なお、連続成形ライン５０を示した図６においては、左から右へと工程が進む。

繊維供給工程５１は、長繊維１１となる繊維を連続的に供給する部分であり、図示は省略しているが、ガラス長繊維をボビンなどに巻きつけておき、これから繰り出して供給される。また、繊維供給工程５１には、複数本のガラス長繊維が束状に供給され、このガラス長繊維は熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４へと進む。

熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４は、長繊維１１の表面に熱可塑性樹脂１２の原料となる原料液１２ａを塗布する工程である。本実施形態では、原料液１２ａが入った容器に長繊維１１を連続的に浸漬することにより、長繊維１１のガラス長繊維の全ての全長に塗布される。
この原料液１２ａの塗布は表面に薄く行われるものである。そして、本実施形態においては、原料液１２ａの成分は、熱可塑性ポリウレタン樹脂の原料が用いられている。

続いて、原料液１２ａが塗布された長繊維１１が樹脂含浸工程５２に移動する。樹脂含浸工程５２には、噴霧ノズル６０を有している。そして、噴霧ノズル６０から樹脂液を長繊維１１に向けて噴霧する。
樹脂液は、ポリオール、イソシアネート及び発泡剤などを混合したものであり、発泡させながら固化させて母材樹脂部１０となるものである。
なお、必要に応じて、含浸ロール及び揉み板などを用い、噴霧ノズル６０から樹脂液を全体に均一に行き渡るようにすることもできる。

そして、原料液１２ａ及び樹脂液が付着した長繊維１１は、成形工程５３に供給される。成形工程５３は、４つの無端ベルト６３を有しており、この４つの無端ベルト６３の内側に成形通路６８が形成される。各無端ベルト６３の表面は平面状であり、成形通路６８の断面形状はほぼ長方形状となっており、長繊維樹脂成形体１の断面形状に合わせられている。

成形の際には無端ベルト６３が作動する。そして、無端ベルト６３が作動したときの内側の進行方向及び速度は、長繊維１１の進行方向及び速度と同じである。したがって、無端ベルト６３と、成形途中の樹脂との間の摩擦を小さくすることができる。

また、無端ベルト６３によって形成される成形通路６８は、樹脂液が硬化に必要な程度に加熱されている。そして、長繊維１１に含浸された樹脂は、成形通路６８内で硬化する。この樹脂には発泡剤が添加されているので、この硬化の際に発泡する。

成形通路６８を通過して硬化して成形体４１となり、この成形体４１は、引取部５５によって引き取られる。引取部５５では、上側ベルト５５ａと下側ベルト５５ｂが設けられており、成形体４１が上側ベルト５５ａと下側ベルト５５ｂとの間に挟まれた状態で作動する。
そして、カッター４０で所定の長さに切断され、切断された成形品は表面仕上げなどが行われて、長繊維樹脂成形体１ができあがる。

このように、長繊維樹脂成形体１を、連続成形ライン５０を用いて製造することにより、効率よく製造することができる。

また、熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４を連続成形ライン５０に設けないで、あらかじめ、長繊維１１の長繊維に、熱可塑性樹脂１２の原料液１２ａを塗布しておいたものを供給しても良い。

そして、熱可塑性樹脂１２を長繊維１１と母材樹脂部１０との間に介在させることができれば、連続成形ライン５０を用いないで成形しても良い。例えば、金型などの成形型を用いて、長繊維１１の長繊維に熱可塑性樹脂１２の原料液１２ａを塗布して、さらに母材樹脂部１０となる樹脂液を付着させたものを成型型内に配置して成形することもできる。

そして、熱可塑性樹脂１２を長繊維１１の一部の周りに配置する場合には、以下のような方法で製造することができる。
例えば、上記した第２の実施形態における長繊維樹脂成形体２の場合、熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４の原料液１２ａに通過させる長繊維を一部とする方法や、あらかじめ原料液１２ａを塗布する長繊維を一部のものとすることにより製造することができる。
また、第３の実施形態における長繊維樹脂成形体３の場合、熱可塑性樹脂原料液塗布工程５４において、原料液１２ａに通過させる状態と通過させない状態とを選択できるようにし、熱可塑性樹脂１２を必要とする部分にだけ、原料液１２ａに通過させるようにして製造することができる。

このように製造された長繊維樹脂成形体１、２、３では、長繊維１１と母材樹脂部１０との間に熱可塑性樹脂１２が介在しているので、以下に示す方法により、長繊維樹脂成形体１、２、３を湾曲させることにより、湾曲した状態での長繊維１１に発生する残留応力を小さくすることができる。
なお、以下の説明では長繊維樹脂成形体１を用いる場合について説明する。

まず、上記の方法により長繊維樹脂成形体１を成形する。そして、この長繊維樹脂成形体１の全体を加熱する。この加熱の温度は、母材樹脂部１０及び長繊維１１は軟化せず、熱可塑性樹脂１２は軟化する温度で行われ、加熱されると、熱可塑性樹脂１２のみが軟化する。具体的には、熱可塑性樹脂１２のガラス転位点温度（Ｔｇ）より高い温度、例えば、Ｔｇよりも１℃以上３０℃以下程度、高温である温度とする。

そして、この状態で、図７に示すように、長繊維樹脂成形体１を湾曲させる。この湾曲は、長尺方向が湾曲するようにするものであり、長繊維が曲げられる方向に行われるものである。湾曲させると、熱可塑性樹脂１２が介在している部分では、母材樹脂部１０と長繊維１１との間で相対移動する。
さらに、湾曲させた状態で、長繊維樹脂成形体１を冷却して、湾曲状態を維持して、湾曲樹脂成形体５が製造される。そして、この状態では長繊維１１に発生する残留応力を小さくすることができ、湾曲後の湾曲樹脂成形体５が経時的に湾曲が小さくなったりしにくく、また、湾曲樹脂成形体５が高強度である。

また、図８に示す湾曲樹脂成形体６のように、複数の長繊維樹脂成形体１を用いて、湾曲の内外となる方向に積層することもできる。この場合、長繊維樹脂成形体１同士は、接着剤などで固定されるが、それぞれを湾曲させて接着しても良く、また、積層した状態で全てを湾曲させ、隣接する面同士を接着してもよい。

本発明の第１の実施形態における長繊維樹脂成形体の斜視図である。 図１に示す長繊維樹脂成形体の一部を切り欠いた斜視図である。 図２のＡ部を拡大した斜視図である。 本発明の第２の実施形態における長繊維樹脂成形体の正面図である。 本発明の第３の実施形態における長繊維樹脂成形体の側面図である。 連続成形ラインを示した模式図である。 長繊維樹脂成形体を湾曲させた湾曲樹脂成形体の側面図である。 他の実施形態における湾曲樹脂成形体の側面図である。

符号の説明

１、２、３ 長繊維樹脂成形体
５、６ 湾曲樹脂成形体
１０ 母材樹脂部
１１ 長繊維
１２ 熱可塑性樹脂
１２ａ 原料液

Claims (7)

1. 熱硬化性樹脂である母材樹脂部と、母材樹脂部を補強する長繊維を有し、長繊維と母材樹脂部との間には熱可塑性樹脂が介在しており、熱可塑性樹脂が変形可能な温度まで加熱して湾曲させ、湾曲させた状態で冷却して、湾曲させることが可能であることを特徴とする長繊維樹脂成形体。
2. 母材樹脂部の形状は長尺状であり、長繊維は母材樹脂部の長尺方向に配向していることを特徴とする請求項１に記載の長繊維樹脂成形体。
3. 母材樹脂部は、ポリウレタン発泡樹脂であることを特徴とする請求項１又は２に記載の長繊維樹脂成形体。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維樹脂成形体を成形し、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂が軟化する温度に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させ、湾曲させた状態で冷却することを特徴とする湾曲樹脂成形体の製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の長繊維樹脂成形体を成形し、長繊維と母材樹脂部との間に介在する熱可塑性樹脂のガラス転位温度以上に、前記長繊維樹脂成形体を加熱した状態で、長繊維が曲げられる方向に湾曲させ、湾曲させた状態で冷却することを特徴とする湾曲樹脂成形体の製造方法。
6. 長繊維樹脂成形体の成形は、熱可塑性樹脂が表面に付着させた長繊維を連続的に供給し、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させ、前記樹脂液を固化させて成形体を形成し、さらに、固化した成形体を所定の長さに切断して行うことを特徴とする請求項４又は５に記載の湾曲樹脂成形体の製造方法。
7. 長繊維を連続的に供給しながら、熱可塑性樹脂の原料となる樹脂液を長繊維の表面に付着させ、母材樹脂部の原料である樹脂液を付着させ、前記樹脂液を固化させて成形体を形成させるものであることを特徴とする請求項６に記載の湾曲樹脂成形体の製造方法。

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