JP2944765B2 - 板状フォームコア・サンドイッチ積層体の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平板形状の構造部材とし
て用いられる軽量フォームコア・サンドイッチ積層体を
製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】住宅などの建築物や航空機、鉄道、自動
車、船などの輸送車両やコンテナーの構造パネルとして
種々のものが知られている。その中で軽量性、遮音性、
断熱性などの利点を有するものとして、芯体としてフォ
ームを用い、その両側にガラス繊維などの繊維で強化さ
れた不飽和ポリエステルやエポキシのような熱硬化性樹
脂の表層を有する構造パネルがある。

【０００３】しかし従来のものは、十分な曲げ強さを得
るために十分ではなく、特公昭５４−１４１５６号に記
載のように、この種のパネルの構造上の強度を増加させ
るために内部に硬い部材を補強部材として用いる試みが
行われているが、芯体に溝をいれたり、芯体をいくつか
に分割して部材の両側に配置しなければならなかったり
するために、パネルの製作が複雑になり、また圧縮成形
によるため外部からプレス圧をかけると面に圧力分布が
出来易く品質にバラツキが出易い。さらにこの方法は、
芯体と補強部材の界面での接着が十分でない場合が多
い。

【０００４】一方、ハニカムサンドイッチ構造体のハニ
カムの空隙部に液状の発泡硬化性樹脂を充填する方法
（特公昭６０−２１５４０号）が知られている。この場
合、液状の発泡硬化性樹脂がフォームを構成すると共に
繊維質シートに含浸することになるが、このため繊維質
シートとして特に含浸性のよい素材を選択する必要があ
り、表面層の機械的物性は犠牲にされるのみならず、発
泡による気体が繊維表面にボイドとなって残るため成形
物の強度が落ちる場合が多い。更にポリウレタンなどの
液状の発泡硬化性樹脂は注入中に発泡するので、繊維質
シートでハニカム材を押さえて閉空間を形成する以前
に、空隙部から溢れる等のトラブルが起こりやすい。

【０００５】更に、ハニカムサンドイッチ構造体のハニ
カムの空隙部に、未発泡ポリスチレン・ビーズなどの発
泡性熱可塑性樹脂粒子を充填する方法も知られている
が、この場合繊維質シートを事前にプリプレグとして処
理しておいて成形時にハニカムと接着するようにする必
要がある。また空隙部に充填した発泡性熱可塑性樹脂粒
子の膨張前に繊維質シートとハニカム材を押さえて閉空
間とすると、発泡性熱可塑性樹脂粒子の膨張に際して気
体の逃げ場がなくなるトラブルが生じる。空隙部に充填
した発泡性熱可塑性樹脂粒子が膨張しつつある条件では
繊維質シートでハニカム材を押さえて閉空間を形成する
以前に空隙部から樹脂粒子が溢れ出るトラブルが起こり
やすい。さらにこの場合は発泡性熱可塑性樹脂粒子とプ
リプレグの樹脂が異なるために両者の界面での接着は十
分ではない場合が多い。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、軽量で十分な曲げ強さを持った、平板形状の
構造部材として用いられるフォームコア・サンドイッチ
積層体を、簡単に、安定した品質のものを、効率的に製
造することの出来る方法を提供しようとするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、板状フォ
ームコア・サンドイッチ積層体を製造するに際して、
(a) 上下の繊維質シートの間に区画割り部材を配置する
こと、(b) 該区画割り部材で囲まれた領域内に熱膨張性
樹脂粒子と熱硬化性樹脂との混合物を注入すること、
(c) 上下の繊維質シートで該区画割り部材を挟み込んで
両シートと区画割り部材により複数の閉空間を形成する
こと、(d) 次いで、これを加熱するゾーンを備えた成形
部に導き、該閉空間内の熱膨張性樹脂粒子を膨張させ、
それにより閉空間を膨張粒子と熱硬化性樹脂で満たすと
ともに、熱硬化性樹脂の一部を上下の繊維質シートに浸
透させて表層部に至らしめ、硬化させること、を特徴と
する本発明の方法によって達成される。

【０００８】以下に本発明の方法を具体的な実施態様を
２例挙げて詳細に説明するが、本発明はこれらに限定さ
れるものではない。

【０００９】図１に本発明の方法の一実施態様を示す。
同図において、下側の成形素材の繊維質シート（１）が
ロールより引き出され下側コンベア（１１）上に供給さ
れ、搬送される。別に用意された多数の区画割り部材
（３）が供給機（２１）により、搬送されつつある繊維
質シート（１）の上に逐次セットされる。これにより繊
維質シート（１）上に多数の区画が形成される。次い
で、熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物が
計量されて注入機（２２）のノズルからそれぞれの区画
内に供給される。その後上側の繊維質シート（２）がロ
ールより引き出されて区画割り部材を挟んで下側の繊維
質シート（１）の上に被せた状態で上側のコンベア（１
２）によりプレスされながら加熱ゾーン（１３）に送ら
れる。ここで、熱膨張性樹脂粒子の膨張温度以上に加熱
されることにより、上下の繊維質シート（１）（２）と
区画割り部材（３）とで形成された閉空間内にある熱膨
張性樹脂粒子が膨張するとともに膨張による内圧により
熱硬化性樹脂の少なくとも一部が上下の繊維質シートに
浸透して表層部に至ったのち、硬化して、平板形状の軽
量フォームコア・サンドイッチ積層体（４）となって加
熱ゾーン（１３）より導出され、図示されていない引取
り装置により引き取られ、必要なら耳となる両端をカッ
トしたうえで定尺に切断される。

【００１０】成形用の加熱ゾーン（１３）は、特公昭６
０−２１５４０号に記載されているような入口及び出口
を有し、その断面形状が板状となるように形成された筒
状の通路であり、該通路の壁面は上・下面及び左・右側
面がエンドレスベルトで構成されているものが用い得
る。

【００１１】また、あらかじめ上下の繊維質シート
（１）（２）のいずれかの両側面が、溢流防止の役割を
果たし、かつ、膨張時の圧力に耐える構造になっておれ
ば、加熱ゾーンは上・下面がエンドレスベルトで構成さ
れているだけのものでよい。ここでいう溢流防止とは、
成形時に大量の熱膨張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の混合
物が溢れ出ない機能であって、熱膨張性樹脂粒子が膨張
することによって置換されれる空気や発生する気体を伴
った熱硬化性樹脂が滲み出す程度は構わない。

【００１２】加熱ゾーン（１３）を通過後に成形体の温
度を下げるため、必要に応じ加熱ゾーン（１３）と引取
り装置（図示せず）との間に冷却ゾーン（図示せず）が
設けられてもよい。

【００１３】図２に本発明の他の実施態様を示す。同図
において下側の成形素材の繊維質シート（５１）がロー
ルより引き出され下側コンベア（６１）に供給され、多
数の区画割り部材（５３）が供給機（７１）により繊維
質シート（５１）の上に逐次セットされ多数の区画が形
成される。熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混
合物が計量されて注入機のノズル（７２）からそれぞれ
の区画内に供給される。上側の繊維質シート（５２）が
ロールより引き出されて上側のコンベア（６２）により
区画割り部材（５３）を挟んで下側の繊維質シート（５
１）の上に被せた状態とされ、しかる後、加熱、冷却機
能を有しかつ、成形される積層体の厚みを一定にするた
めの厚み制御機能のあるプレス成形装置（６３）で加熱
と共にプレスされる。加熱により上下の繊維質シート
（５１）（５２）と区画割り部材（５３）とで形成され
た閉空間内にある熱膨張性樹脂粒子が膨張し、熱硬化性
樹脂の少なくともその一部が上下の繊維質シートに浸透
して表層部に至り硬化して、平板形状の軽量フォームコ
ア・サンドイッチ積層体（４）となってプレス成形装置
（６３）より導出され引取り装置（６４）により引き取
られ、必要なら耳となる両端をカットしたうえで定尺に
切断される。

【００１４】製品の積層体（４）は、引取り装置（６
４）と上下のコンベア（６１）、（６２）の連動により
引き出し、あるいはその他の方法によって移動させら
れ、プレス成形装置（６３）が閉じている間は停止し、
開いている間に移動する。移動距離はプレス成形装置
（６３）のプレス板の流れ方向の有効長さより短か目が
好ましい。プレス成形装置（６３）は閉じた時点で加熱
するように働き、成形が終った時点からは冷却を始める
ような温度調節を行う。成形された積層体が冷却され取
り出しても品質が安定した状態となった時点でプレス成
形装置（６３）が開き、積層板が移動する。なお、必要
に応じてプレス成形装置（６３）の手前に予熱装置（図
示せず）を設け、熱膨張性樹脂粒子が膨張する寸前まで
混合物を昇温しておき、プレス成形の時間を短縮するこ
ともできる。

【００１５】次に本発明方法において使用する主要な材
料（成形素材）、すなわち熱膨張性粒子、熱硬化性樹
脂、繊維質シート、区画割り部材、ならびに補助的に使
用される各材料とその使用方法について説明する。

【００１６】本発明で用いられる熱膨張性樹脂粒子と
は、加熱により短時間で体積膨張をする樹脂粒子であ
り、例えば発泡性の熱可塑性樹脂粒子として知られるポ
リスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリオレフィン、ポ
リフェニレンオキサイドやそれらの共重合体などの粒
子、多孔性の弾性粒子を加圧して圧縮し表面を熱により
軟化、溶融または樹脂でコーティングしたものなどが用
いられるがこれらに限定されるものではない。

【００１７】これらの熱膨張性樹脂粒子と共に機械特性
を改善したり、熱硬化性樹脂が硬化する際に発生する反
応熱を吸収し急激な温度上昇を制御して局部的な高温部
位が生じることを防止する目的でガラスバルーン、シラ
スバルーンなどの無機中空粒子やミルドガラス、シリコ
ンカーバイト・ウィスカー、マイカ、鉄粉、炭酸カルシ
ウム、硅砂などの短繊維、粉粒体などの添加物を加える
ことができる。

【００１８】熱硬化性樹脂としてはエポキシ樹脂、ポリ
ウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリビニルエ
ステル樹脂、ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリア
ミド樹脂などが用いられるがこれらに限定されるもので
はない。熱硬化性樹脂は室温で液状のものが好ましい
が、成形温度で液状となるものであれば室温で固体状
（粉末状）又は半固体状（ペースト状）のものでよい。

【００１９】繊維質シートとしては補強材として機能を
有するものとして知られているものが用いられ、具体的
には素材としてガラス繊維、炭素繊維、シリコン・カー
バイト繊維、金属繊維、アラミド繊維、ポリアリレート
繊維、ポリオレフィン繊維およびこれらの２種以上の混
合繊維が好ましい。これら繊維の他に、ポリエステル繊
維、ポリアミド繊維、ビスコース繊維、天然繊維または
石綿なども使用することができる。これらの繊維は短繊
維であっても長繊維であってもよく、またウィスカーで
あってもよいが、長繊維とくに連続繊維が好ましい。こ
れらは織物、編物、不織布、ロービング、ウエッブ、マ
ット、紙などのシート形態で用いられ、それぞれ２層以
上に重ねて使用することもできる。

【００２０】２層以上に重ねる場合、熱膨張性樹脂粒子
と熱硬化性樹脂の混合物と接する面側に、成形時におい
て膨張後の熱膨張性樹脂粒子を実質上通さないが液状の
熱硬化性樹脂は通すような多孔質シートを配しておくこ
とにより、液状の熱硬化性樹脂のみを強化材を構成する
繊維質シートに浸透させて表層部に至らしめ、硬化させ
ることができるので、表層部が熱膨張性樹脂粒子を含ま
ない緻密な繊維強化の樹脂となり機械特性が特にすぐれ
た成形物を得ることができる。多孔質シートとしては目
開きの小さい織物、編物、不織布、ウエッブ、紙、金網
または多孔質膜が挙げられる。この多孔質シートの積層
は繊維質シートにより区画割り部材を挟み込む以前に行
う。

【００２１】さらに上下の繊維質シートのそれぞれ又は
一方において、熱膨張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の混合
物と接する側と反対側の面にフイルムを配しておくこと
もできる。フイルムとしては、平板形状の軽量フォーム
コア・サンドイッチ積層体となってプレスより出てきた
際に、コンベアからの離型性を良くして、かつ製品を保
護する離型フイルムや、製品の表層になる予め印刷した
フイルムや、製品として好まれる素材で、用いた熱硬化
性樹脂との接着性がすぐれたものが用いられる。フイル
ムの素材としては、プラスチックやアルミ、鉄などの金
属や紙、布の表面に樹脂コーティングしたものなどを必
要に応じて選択することができる。

【００２２】本発明方法における区画割り部材として
は、図３に示すようなハニカムコア芯材が代表例として
あげられるが、この部材の役割は、少なくとも加熱ゾー
ンで加熱により熱膨張性樹脂粒子が膨張した際、発生す
る膨張圧を保持させて、熱硬化性樹脂の一部を上下の繊
維質シートに浸透させて、表層部に至らしめる推進力を
得ることにある。このために未だ加熱ゾーンに入ってい
ない部分に熱膨張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の混合物が
流れて圧が抜けることを防止する機能があればよい。し
たがって、強度などの機械的特性が許されるならば、単
純な形状としては図４のような繊維質シートの側面から
漏れずかつ移動方向に直角な方向だけを仕切るようにし
た、上から見ると長方形の枠状の単純な形状のものでよ
い。

【００２３】ここで成形時に繊維質シートの側面から、
熱膨張性樹脂粒子が膨張することによって置換された空
隙内に存在した空気や発生する気体を伴った熱硬化性樹
脂を滲み出されるような材料を用いたり、構造を採用す
ることで、成形後この部分を耳として切断し取り除くこ
とにより、できあがった平板形状の軽量フォームコア・
サンドイッチ積層体はボイドのない良好な表面品質のも
のとすることもできる。例えばガラス繊維を高密度に編
んだブレードを正方形断面とし、網目を完全に潰さない
程度に保ちながら樹脂で硬化させて、強度をもたせたう
えで溢流防止の帯状材として上下の繊維質シートのいず
れかの両側面に設けることができる。このようにすれば
内側のブレード面から、気体を伴った熱硬化性樹脂が滲
み出てブレードの内部に溜まることで目的を達成でき
る。

【００２４】なお区画割り部材として好ましい条件は、
できあがった平板板状の軽量フォームコア・サンドイッ
チ積層体において、両表層の強化材が多くの箇所で区画
割り部材にてフォームコアを貫いて上下接続されること
である。

【００２５】区画割り部材の構造としては、全体として
板状のものであれば図３のような六角形を組合せたいわ
ゆるハニカム芯材以外に、縦横に区画を仕切るものなど
のの中から必要に応じて選択できる。さらに大きな区画
の中に図５のように外周が円、三角、四角などの同じ高
さの筒を繊維質シートの上にランダムに並べたものや、
図６のような大きな区間の中に仕切板を配した形状のも
のを用いることができる。これらは用途とコストから適
宜選択される。図５のようなものは簡単に安いコストで
作れる可能性があり、図６のようなものは熱膨張性樹脂
粒子と熱硬化性樹脂の混合物が大きな区画内で流動でき
るので注入しやすい利点がある。

【００２６】製品となった積層体に部分的に必要な機能
を付与する必要がある場合、例えばパネルとして用い、
特定な部位にネジを捩じ込みたい場合、該当する位置の
区画割り部材の空隙に繊維マットや３次元織物や編物な
ど適切な補強用素材を入れることができる。特別な集中
荷重がかかる場合には該当する位置の区画割り部材の空
隙に限って金属を挿入して補強することもできる。

【００２７】区画割り部材の素材の種類は、特に制限さ
れるものではなく、素材としては紙、プラスチック、ア
ルミのような金属、木などが用いられる。

【００２８】本発明方法において、区画割り部材のセッ
トと、熱膨張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の混合物の注入
の順序は、一般には区画割り部材をセットしてから熱膨
張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂の混合物を注入することが
好ましいが、場合によっては順序に逆にして混合物の注
入を先にしてから区画割り部材をセットしてもよい。例
えば、下側の繊維質シートの両側面にあらかじめ溢流防
止の帯状材を設けてある場合には、順序を逆にして先に
混合物の注入をしてからハニカム芯材をセットすると、
混合物をハニカムの区画のそれぞれに少量ずつ定量的に
注入するような面倒な操作をしなくても済む利点があ
る。したがって、本発明方法では上記(a) と（b)の操作
は順不同であり、要は成形前に区画割り部材で囲まれた
領域内に混合物が注入されておればよい。

【００２９】

【発明の効果】上述の如く本発明の方法によれば、熱膨
張性樹脂粒子の膨張圧を利用して、フォームコア部分か
らの内圧で上下の強化繊維部分を成形部の内壁面に押し
付け、フォームコア部分からの熱硬化性樹脂の一部を上
下の強化繊維シートに含浸させるので、フォームコア部
分と上下の強化繊維シート部分とが同じ熱硬化性樹脂で
つながり、強固な結合を得ることができる。特に上下の
繊維質シートにおける熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化
性樹脂の混合物と接する面側に、膨張後の熱膨張性樹脂
粒子を実質上通さないが液状の熱硬化性樹脂は通す多孔
質シートを配しておく場合は、上下の繊維質シートは強
化繊維の密度の高い緻密なものを得ることができる。か
くして本発明方法によれば機械的に優れた性質の板状の
フォームコア・サンドイッチ積層体を、単純な工程で、
目的とした安定した品質のものを、連続または断続的に
製造することができる。

【００３０】そして、かかる本発明方法により得られる
積層体は、建築に関しては例えばインテリジェントビル
の床板材、垂直仕切りパネル、断熱壁材、ベンチ又はベ
ランダ用材，輸送車両の床板材、トラック荷台材、トラ
ックの荷台の側面材、リムジンバスのロッカーのフタ
材、陸上又は海上コンテナ用材、ＦＲＰ船用芯材など広
い分野に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施態様を示す成形装置の概略
図。

【図２】本発明方法の他の実施態様を示す成形装置の概
略図。

【図３】本発明方法で使用する区画割り部材の一例（ハ
ニカム芯材）を示す平面図。

【図４】本発明方法で使用する区画割り部材の他の例を
示す見取図。

【図５】本発明方法で使用する区画割り部材の他の例を
示す平面図。

【図６】本発明方法で使用する区画割り部材の他の例を
示す平面図。

【符号の説明】

（１）、（２）…繊維質シート、（３）…区画割り部
材、（４）…軽量フォームコア・サンドイッチ積層体、
（１１）…下側コンベア、（１２）…上側コンベア、
（１３）…加熱ゾーン、（２１）…区画割り部材供給
機、（２２）…熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂
の注入機、（５１）、（５２）…繊維質シート、（５
３）…区画割り部材、（５４）…軽量フォームコア・サ
ンドイッチ積層体、（６１）…下側コンベア、（６２）
…上側コンベア、（６３）…プレス成形装置、（７１）
…区画割り部材供給機、（７２）…熱膨張性樹脂粒子と
液状の熱硬化性樹脂の注入機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ３２Ｂ 27/12 Ｂ３２Ｂ 27/12 31/06 31/06 // Ｂ２９Ｋ 101:10 105:04 105:06 Ｂ２９Ｌ 9:00 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B29C 44/00 - 44/60 B32B 3/00 - 3/30 B32B 5/00 - 5/32 B32B 27/00 - 27/42 B32B 31/00 - 31/30

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】板状フォームコア・サンドイッチ積層体を
   製造するに際して、(a) 上下の繊維質シートの間に区画
   割り部材を配置すること、(b) 該区画割り部材で囲まれ
   た領域内に熱膨張性樹脂粒子と熱硬化性樹脂との混合物
   を注入すること、(c) 上下の繊維質シートで該区画割り
   部材を挟み込んで両シートと区画割り部材により複数の
   閉空間を形成すること、(d) 次いで、これを加熱するゾ
   ーンを備えた成形部に導き、該閉空間内の熱膨張性樹脂
   粒子を膨張させ、それにより閉空間を膨張粒子と熱硬化
   性樹脂で満たすとともに、熱硬化性樹脂の一部を上下の
   繊維質シートに浸透させて表層部に至らしめ、硬化させ
   ること、を特徴とする、板状フォームコア・サンドイッ
   チ積層体の製造方法。
2. 【請求項２】上下の繊維質シートの間に区画割り部材を
   挟み込む以前に、該上下の繊維質シートにおける熱膨張
   性樹脂粒子と熱硬化性樹脂との混合物と接する面側に、
   膨張後の熱膨張性樹脂粒子を実質上通さないが液状の熱
   硬化性樹脂は通す多孔質シートを配しておくことを特徴
   とする請求項１に記載の製造方法。
3. 【請求項３】成形部に導入する以前に、該上下の繊維質
   シートのそれぞれ又は一方における熱膨張性樹脂粒子と
   熱硬化性樹脂との混合物と接しない側にフイルムを配し
   ておくことを特徴とする請求項１または請求項２に記載
   の製造方法。