JP2986560B2 - フォームコアを有する板状複合材の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はフォームおよびこれを挟
んだ繊維補強樹脂層の表面材、裏張材が互いに一体的に
積層成形された軽量な板状複合材を連続的または断続的
に成形する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】表面材および裏張材として繊維強化樹脂
層を用い、これらの間にフォームを挟んだ板状複合材
は、建築物の外壁材、内張材、屋根材や自動車、鉄道、
船舶などの輸送機器の内、外層板材や陸上、海上のコン
テナー部材などに適しており、広く用いられている。

【０００３】この種の板状複合材の製造法として、従来
から良く知られている技術として、繊維強化樹脂板の間
に板状のフォーム材を挟み、接着剤を塗布して圧縮成形
する方法や、強化繊維のプリプレグの間に板状のフォー
ム材を挟み、圧縮成形する方法があるが、いずれも事前
に繊維強化樹脂板を作ったり、プリプレグを作る工程が
必要である。また、強化繊維のプリプレグは、強化繊維
に樹脂が十分に含浸されており、気泡がないように注意
深く作られている必要がある。さもないと出来上がった
板状複合材の表層材に気泡が残り、外観が不良であるの
みならず、強度などの機械物性が十分にならないのが普
通である。さらに、いずれの場合も、圧縮成形によるた
めプレスされる面に圧力分布が生じ、芯体と上下表層部
との界面での接着が不充分な部分が発生するため、品質
にバラツキが生じやすい。

【０００４】

【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、フォームコアを有する板状複合材からなる成
形品を、簡単に、かつ、安定した品質のものを、効率的
に製造することのできる方法を提供しようとするもので
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、フォーム
コアを有する板状複合材成形品を製造するに際して、
（ａ）並送されつつある上下の繊維質シートの間に平板
状のフォーム材を挟むこと、（ｂ）熱膨張性樹脂粒子と
液状の熱硬化性樹脂の混合物を上記繊維シートおよび／
または上記フォーム材に塗布すること、（ｃ）上下の繊
維質シートで平板状のフォームを挟持したものを加熱ゾ
ーンをそなえた成形部に導き、該成形部での加熱による
熱膨張性樹脂粒子の膨脹により、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。

【０００６】次に、本発明方法の具体的な実施態様を図
面を参照しながら説明する。ただし、本発明がこれらの
実施態様に限定されるものではないことは勿論である。

【０００７】図１は、本発明方法の１つの実施態様を示
す工程の概略図である。図１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）に供給され、熱膨張性樹脂粒子と液状の熱
硬化性樹脂の混合物が注入機（２２）のノズルを経てシ
ート上（すなわちフォームと接する側）に塗布される。
次に、複数の平板状のフォーム（３）が供給機（２１）
を用いて、この繊維質シートの上に並ぶよう逐次セット
される。セットされた平板状のフォーム（３）の上に熱
膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物が注入機
（２３）のノズルを経て塗布される。

【０００８】次いで、上側の繊維質シート（２）がロー
ルより引き出されて、平板状のフォーム（３）の上に被
せた状態で上側のコンベア（１２）でプレスされながら
加熱ゾーン（１３）を備えた成形部に送られる。ここで
の加熱により熱膨張性樹脂粒子が膨脹したのち固化する
と共に熱硬化性樹脂が硬化するが、この際、上記粒子の
膨脹力により熱硬化性樹脂の少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、表層の繊維強化
樹脂層と中心部のフォームコアとが一体に成形された板
状複合材（４）となって成形部より出てきて、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。

【０００９】成形用の加熱ゾーンは、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が、成形
により硬化した樹脂などがバリとなって出てくるのが問
題になる場合は、特公昭６０−２１５４０号公報に記載
されているような、入口および出口を有し、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・下面および左・右側面がエンドレスベ
ルトで構成されているものを用いることができる。

【００１０】また、加熱ゾーンを通過した後で成形体の
温度を下げるために、加熱ゾーンの下流側に冷却ゾーン
が設けられ、成形体を積極的に冷却するようにされても
よい。

【００１１】図２は本発明の他の実施態様を示す工程の
概略図である。図２において成形素材である下側の繊維
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、熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化
性樹脂の混合物が注入機（７２）のノズルを経てシート
の上に塗布される。次に、複数の平板状フォーム（５
３）が供給機（７１）を用いて、この繊維質シートの上
に逐次セットされる。平板状フォーム（５３）の上に熱
膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物が注入機
（７３）のノズルを経て塗布される。

【００１２】次いで、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）で下側の
繊維質シート（５１）上に並べた平板状フォーム（５
３）の上に被せた状態となり、次いで、加熱、冷却機能
を有し、得るべき複合材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。ここでの加熱により熱膨張性樹脂粒子が膨
脹したのち固化すると共に熱硬化性樹脂が硬化する。そ
の際、上記粒子の膨脹力により液状の熱硬化性樹脂の少
くともその一部が上下の繊維質シートを浸透して表層部
に至って硬化し、表層部が繊維補強樹脂層で中心部に板
状のフォームコアを有する複合材（５４）となってプレ
ス成形装置（６３）より出てきて、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。

【００１３】製品の複合材（５４）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めが好
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、成形が終わった時点からは冷却を始める
ような温度調節を行う。成形された複合材が冷却され取
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）が開き複合材が移動する。

【００１４】なお、必要に応じてプレス成形装置（６
３）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】本発明方法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、溶融または液状の熱可塑性樹脂に溶解する樹脂で
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。

【００１６】これらの熱膨張性樹脂粒子と共に成形体の
機械的特性を改善したり、難燃性を付与したりする目的
で、ガラスバルーン、ス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、液体などの添加物を加えることができる。

【００１７】液状の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。なお、これらの樹脂は室温で液状
のものが好ましいが、成形温度で液状であればよく、室
温で固体状のものでも使用できる。

【００１８】繊維質シートとしては、補強材としての機
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、長繊維特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、ウェッ
ブ、マット、紙などのシート形態で用いられる。

【００１９】繊維質シートは、単独で用いてもよいが、
同種のシートまたは異種のシートと積層して用いること
もでき、また、繊維シート以外のフィルム、シート等と
積層して用いることもできる。

【００２０】かかる積層の場合、上下の繊維質シートに
おける熱膨張性粒子と液状の熱硬化性樹脂と接する面側
（すなわち内面側）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、成形体の表層部を熱膨張性
樹脂粒子を含まない緻密な繊維強化樹脂層とすることが
できるので、成形体に機械的特性が特に要求される場合
に対処することもできる。この多孔質シートとしては、
織物、編物、不織布、ウェッブ、紙、金網または多孔質
膜等が挙げられる。

【００２１】さらに、上下の繊維質シートのそれぞれま
たは一方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反対面側に、フィルムを配しておく
こともできる。

【００２２】フィルムとしては、板状フォームコア複合
材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形フィルムや、
製品の表層になる予め印刷したフィルムや、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優れ
たものがある。フィ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。

【００２３】本発明方法において上下の繊維質シートの
間に挟持する平板状フォーム材としては、その材質は有
機、無機、金属を問わない。しかしながら、構造パネル
として用いられる場合には、独立気泡を有する軟質のフ
ォームを用いると、機械的特性が劣る複合材となるので
好ましくない場合がある。

【００２４】したがって、硬質フォームが好ましい場合
が多い。また、軽量化が特に重要な場合は、平板状フォ
ーム自体ができるだけ軽いことが重要であり、さらに熱
膨張性樹脂粒子が膨張することによって発生する膨張圧
で液状の熱硬化性樹脂が内部の中心部まで浸透すると、
より多くの液状の熱硬化性樹脂を必要とし、重量が増す
ので、浸透しにくい構造のものが好ましい。すなわち独
立気泡を持ったフォームが連続気泡を持つフォームより
も好ましい。したがって、軟質フォームの場合も特に独
立気泡のものが適している。しかしながらこれは必須の
要件ではない。

【００２５】平板状フォーム材の特定位置に目的に応じ
て適当な素材を埋め込んだり、フォーム材の成形時に短
繊維、軽量中空粒子やその他の添加剤やフィラー等を混
合して成形してなるフォーム材を用いることもできる。

【００２６】すなわち、製品となった複合材に部分的に
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
する位置のフォームの特定な部位をくりぬいて、繊維マ
ットや３次元織物や編物など適切な素材を埋めることが
できる。特別な集中荷重がかかる場合には該当する位置
のフォームの特定な部位をくりぬいて、金属を挿入して
補強することもできる。

【００２７】また、平板状フォーム材は図の如き予め適
当な寸法に裁断したものでもよいが、連続長のものも使
用できる。後者の場合は、連続長の独立気泡を有する軟
質フォームを繊維質シートとほぼ同様に供給するのがよ
い。

【００２８】なお、熱膨張性粒子と液状の熱硬化性樹脂
との混合物を、繊維質シートに塗布する場合は、上下の
両方のシートに塗布してもよく、また片方のみに塗布し
てもよい。またフォーム材の表裏のみに塗布してもよ
い。いずれの場合も、上下の繊維質シートとフォーム材
とが接する側（すなわち成形体にしたときの内側）に塗
布すべきである。塗布量は成形時の樹脂が繊維シートに
十分浸透し得る量の範囲内で適宜選定すればよい。

【００２９】

【発明の効果】上述の如く本発明の方法によれば、フォ
ームコアを有する板状複合材を成形する際に、強化繊維
シートを事前に加工して繊維強化樹脂板を作ったり、プ
リプレグを作る工程が不要である。

【００３０】本発明方法では、塗布した熱膨張性樹脂粒
子と熱硬化性樹脂の混合物は、加熱によって生じる熱膨
張性樹脂粒子の膨張圧を利用して、上下の強化繊維シー
ト内に存在する空隙に浸透し、気泡を押し出しながら内
圧で上下の強化繊維部分を成形部の壁面に押し付ける。
同時に、同じく内圧により熱硬化性樹脂はフォームに押
し付けられ接着に必要な力として働く。すなわち、本発
明方法は、外圧によりプレスされる面に圧力分布ができ
るような圧縮成形ではなく、無数の熱膨張性樹脂粒子の
膨張によって生じる圧力が全体に均一な力として作用し
て、強固な結合を得ることができる。しかも内圧を利用
するためにプレスに要する圧力は低くて済むため設備コ
ストの低減を図ることもできる。特に幅広の複合材を作
る場合効果は大きい。

【００３１】さらに、上下の繊維質シートの熱膨張性樹
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積層しておく場合は、
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。

【００３２】したがって、本発明方法によれば、必要に
応じて部分的に機能や性能を付与した、目的とした安定
した品質のものを、比較的安価なプレス設備を用いて、
連続的または断続的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施態様を説明する工程の概略
図。

【図２】本発明方法の他の実施態様を説明する工程の概
略図。

【符号の説明】

１，２，５１，５２ 繊維質シート ３，５３ 平板状のフォーム材 ４，５４ フォームコアを有する板状複合材 １１，６１ 下側コンベア １２，６２ 上側コンベア １３ 加熱ゾーン ２１，７１ フォーム材供給機 ２２，２３，７２，７３ 熱膨張性粒子と熱硬化性樹脂
との混合物の塗布機 ６３ プレス成形装置 ６４ 引取り装置

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フォームコアを有する板状複合材成形品を
   製造するに際して、（ａ）並送されつつある上下の繊維
   質シートの間に平板状のフォーム材を挟むこと、（ｂ）
   熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物を上記
   繊維シートおよび／または上記フォーム材に塗布するこ
   と、（ｃ）上下の繊維質シートで平板状のフォームを挟
   持したものを加熱ゾーンをそなえた成形部に導き、該成
   形部での加熱による熱膨張性樹脂粒子の膨脹により、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、を特徴とするフォ
   ームコアを有する板状複合材の製造方法。
2. 【請求項２】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ことを特徴と
   する請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】上下の繊維質シートのそれぞれまたは一方
   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
   物と接しない側にフィ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記載の製造方法。
4. 【請求項４】フォーム材に、繊維マットや３次元織物や
   編物などの素材を埋め込んでおくことを特徴とする請求
   項１、請求項２または請求項３記載の製造方法。