JP3226444U - 蓄光式熱可塑性複合積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】生産中に低温保存の必要がなく、剥離紙での包装も不要であり、更に、加工した後でも再利用可能で、熱硬化性樹脂より高い靭性を有する蓄光式熱可塑性複合積層体を提供する。【解決手段】ポリマ基材と該ポリマ基材と結合してなる補強用繊維４０を有する、少なくとも一つの層体１０を備える、蓄光式熱可塑性複合積層体であって、ポリマ基材は、熱可塑性樹脂２０と発光性化合物３０で構成され、発光性化合物は、熱可塑性樹脂の内部に分布すると共に、該熱可塑性樹脂の内部に分布している顆粒を有し、補強用繊維は、少なくとも一つの層体のポリマ基材と組み合わされ、熱圧成形される。【選択図】図２

Description

本考案は、蓄光式熱可塑性複合積層体に関し、特に生産効率を上げ、再使用可能で、且つ、従来の蓄光式熱可塑性複合積層体に比べて、構造の靭性を改善した蓄光式熱可塑性複合積層体に関するものである。

従来の蓄光式熱硬化性複合積層体（プリプレグ）は主に、蓄光式熱硬化性樹脂（基材）及び方向性を有する連続繊維補強材（繊維）を含み、該蓄光式熱硬化性樹脂は、熱硬化性ポリマと蓄光材料で構成されている。この構成においては、前記熱硬化性プリプレグの層体が、配列された繊維の方向に沿って積層され、その後、加熱、加圧工程を行うことで、その熱硬化性樹脂の分子量を増やして、分子鎖の間に架橋反応を発生させ、ポリマを網目状に変えることにより、熱硬化性ポリマを粘性液体から弾力固体へ変化させる。尚、前記熱硬化性樹脂は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂等、任意の、架橋反応によって不可逆的に固化する樹脂であってもよいが、該熱硬化性樹脂は、架橋反応によって固化させることから、取り扱いにくく（再溶融不能）、ほぼ全ての溶剤に対して不活性であるため、再加工が困難であるという欠点があった。

前記蓄光材料は、波長２００〜７００ナノメートル（nm）の間にある励起光源を吸収して蓄えることができ、該励起光源が停止した後、該蓄光材料から、蓄えられているエネルギーを光で放出し、該光エネルギーを放出する過程は数時間に及ぶので、該蓄光材料は、一時的に発光機能を有することになる。尚、一般的な蓄光材料は、硫化物、アルミン酸塩、ケイ酸塩などを備えており、前記補強用繊維は、従来の蓄光式熱硬化性複合積層体の補強材料として用いられる。

従来の蓄光式熱硬化性複合積層体を製造する時は、熱硬化性樹脂、蓄光材料、添加剤、硬化剤、促進剤を均等に混ぜてコロイドを形成し、該コロイドを均等に補強用繊維に塗布して、プリプレグを形成する。そして、プリプレグの層体を、配列された繊維の方向に沿って積層し、得られた構造体（予備成形体）を、加熱された金型に入れて、熱と圧力を同時にかけて、前記コロイドを補強用繊維の隙間に進入させ、さらに架橋反応によって固化し、該プリプレグを半硬化状態とする。これはいわゆるベータ段階であり、この段階においては、架橋反応により、熱硬化性樹脂の粘度が増加し始めるが、完全に硬化する前に中断させ、このベータ段階でのプリプレグを冷却し、形を整え、剥離紙で被覆する。最後に、製品が求められる形状、ポリマの種類、繊維の種類によって、し所要時間１０〜６０分、加工温度１２０〜１８０℃で前記プリプレグを熱圧成形する。

しかしながら、従来の蓄光式熱硬化性複合積層体は、蓄光及び発光の機能を有するとは言え、製作過程中に樹脂及びプリプレグ等の原料を加工する前に固まってしまうことを防ぐ為に、低温（＜−１５℃）で保存しなければならなく、保存条件はかなり厳しいので、生産コストの増加に繋がってしまう。また、プリプレグ基材には粘着性を有することから、プリプレグ基材同士又は周囲の物にくっつくのを防ぐために、剥離紙で包装しなければならないので、製造時間やコストが増加してしまい、更に、従来の熱硬化性複合積層体は、その特性により、一旦加熱してしまうと再加工できない。また、加熱、加圧後の従来の蓄光式熱硬化性複合積層体は、その層間破裂強度が不足（０．１〜１KJ/m2）していることから、従来の蓄光式熱硬化性複合積層体は改良の必要があった。

特願2017-219616号明細書

従来の蓄光式熱硬化性複合積層体は、保存が困難で、且つ剥離紙で包装する必要があり、その上、再利用が不可能で、靭性不足等の問題があった。本考案は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、熱可塑性樹脂を利用することによって、生産中に低温保存の必要がなく、剥離紙での包装も不要であり、更に、完成品は、加工した後でも再利用可能であるので、熱硬化性樹脂より高い靭性を有する蓄光式熱可塑性複合積層体およびその製造方法を提供することができる。

上記の目的を達成するため、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体は、ポリマ基材と該ポリマ基材と結合してなる補強用繊維を有する、少なくとも一つの層体を備える、蓄光式熱可塑性複合積層体であって、前記ポリマ基材は、熱可塑性樹脂と発光性化合物で構成され、前記発光性化合物は、前記熱可塑性樹脂の内部に分布すると共に、該熱可塑性樹脂の内部に分布している顆粒を有し、前記補強用繊維は、前記少なくとも一つの層体のポリマ基材と組み合わされることを特徴とする。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体における、前記熱可塑性樹脂が半結晶性及び非結晶性ポリマを含むことを特徴としてもよい。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体における、前記発光性化合物が硫化物、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩及び希土類硫黄酸化物からなる複数の顆粒で構成されることを特徴としてもよい。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体における、前記補強用繊維が複数の繊維を有し、該繊維が炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維及び高分子繊維等を含み、該繊維の形態が短繊維、長繊維、連続繊維、又は織り繊維等であることを特徴としてもよい。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体は、前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置されることを特徴としてもよい。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体における、前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置され、いずれかの隣り合う層体の間に角度を有することを特徴としてもよい。

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体は、前記各層体が同一の厚さ或は異なる厚さを持つことを特徴としてもよい。

本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体によれば、少なくとも以下の利点を有する。
第一に、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体は、熱可塑性樹脂を、ポリマ基材の原料のひとつとすることで、本考案は、製造する際に低温設備を提供しなくても常温で熱可塑性樹脂とプリプレグを保存でき、また、該熱可塑性樹脂で構成されているプリプレグの表面は、乾燥しており粘着性を有しないことから、生産中に剥離紙で包装しなくてもよいので、生産時間やコストも削減でき、その上、熱圧成形の所要時間（５分以下）が従来の熱硬化性樹脂の所要時間（１０〜６０分）より短いので、生産効率も向上される。
第二に、熱可塑性樹脂の特性によると、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体は、固まってしまったら再び加熱すれば再加工できるので、再利用及び環境保護に寄与する。
第三に、熱可塑性樹脂で構成された蓄光式熱可塑性複合積層体は、層間破裂強度が１〜１０KJ/m²であり、従来の蓄光式熱硬化性複合積層体より高いことから、本考案は、効率的に前記蓄光式熱硬化性複合積層体の構造を改善できるので、活用範囲を広げることができる。

本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体の側面視断面図である。 本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体の側面視部分拡大断面図である。 本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体の上面図である。 本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体の製造工程の流れ示すフローチャートである。

以下、本考案の実施の形態による蓄光式熱可塑性複合積層体について、図面に基づいて説明する。

図１〜図３に示すように、本考案の蓄光式熱可塑性複合積層体は、少なくとも一つの層体１０を有し、該層体１０は、熱可塑性ポリマ（基材）と該熱可塑性ポリマ（基材）とが結合してなる、方向性を有する連続繊維補強材(繊維)４０を備え、該少なくとも一つの層体１０の熱可塑性ポリマ（基材）は、熱可塑性ポリマ２０と発光性化合物３０を有し、そのうち熱可塑性ポリマ２０は、半結晶性ポリマ又は非結晶性ポリマであってもよく、該発光性化合物３０は、硫化物、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩、又は希土類硫黄酸化物の粉末であって、前記熱可塑性ポリマ２０と混合されると共に、希土類アルミン酸塩で構成される複数の顆粒を有し、該複数の顆粒の中心粒子のサイズ（Ｄ５０（これは対象物の質量基準での５０％粒径を直径とすること））は、１０〜８０マイクロメートル（μm）である。

前記ポリマ（基材）は、可塑剤及び他の添加剤をさらに含むことが好ましい。ここでの可塑剤が、樹脂の粘度を下げることにより、前記熱可塑性ポリマ２０と発光性化合物３０との混合を促進することで、該熱可塑性ポリマ２０と発光性化合物３０の複数の顆粒を、前記方向性を有する連続繊維補強材(繊維)４０と適切に組み合わせることができる。尚、前記他の添加剤は、抗酸化剤（ポリマ基材の抗酸化力を高める）、分散剤（発光性化合物３０を均等にポリマ基材に分布させる）、カップリング剤（該ポリマ基材と方向性を有する連続繊維補強材(繊維)４０との間の結合性を高める）、或はそれらの混合物であってもよい。

図４に示すように、本実施例によれば、前記熱可塑性ポリマ２０、発光性化合物３０、可塑剤及び他の添加剤を均等に調合することで、前記熱可塑性ポリマ（基材）から蓄光式熱可塑性樹脂を得る。つまり、前記蓄光式熱可塑性複合積層体を製造する最初のステップは、調合である。尚、前記熱可塑性ポリマ２０、発光性化合物３０、可塑剤及び他の添加剤のそれぞれの質量の比率は、５０〜９５％、５〜５０％、０〜６０％及び０〜１０％である。

前記方向性を有する連続繊維補強材(繊維)４０は、複数の連続繊維を有し、該連続繊維は、炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維及び高分子繊維等を含むことが好ましく、該連続繊維の形態は、短繊維、長繊維、連続繊維、又は織り繊維等であってもよい。また、製造する時は、前記蓄光式熱可塑性樹脂を、前記複数の連続繊維に均等に塗布し、熱と圧力を加えることで、該複数の連続繊維の隙間に進入させる。

前記蓄光式の熱可塑性樹脂は、ガラス転移温度（非結晶性ポリマの場合）または融点温度（半結晶性ポリマの場合）を超えると溶融し、その温度でのポリマは、繊維補強材に均一かつ完全に含浸する流動性を有し、その粘度はかなり低い。その後、、ガラス転移温度（非結晶性ポリマの場合）または融点温度（半結晶性ポリマの場合）より低い温度に冷却すると、前記蓄光式熱可塑性複合積層体のプリプレグが形成される。前記の方法は、図４に示す、製造方法の第２ステップの含浸である。次に、製品の形状、ポリマの種類、繊維の種類等に基づいて、加工温度１４０〜３００℃の環境で、熱圧成形を５分以下行い、前記プリプレグを熱圧成形し、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体を完成させる。

また、図１及び図２に示すように、前記蓄光式熱可塑性複合積層体は、三つの層体１０を有し、それら層体１０は、上下に重なるように設置される。更に、図３に示すように、前記蓄光式熱可塑性複合積層体は、複数の層体１０を有し、それら層体１０は、上下に重なるように設置され、いずれかの隣り合う層体１０の間に角度を有する。尚、前記層体１０は、同一の厚さであっても、異なる厚さであってもよい。

上述の技術により、本考案の蓄光式熱可塑性複合積層体は、熱可塑性ポリマ２０をポリマ基材の原料の一つとすることで、プリプレグをいつまでも常温で保存できる。また、前記熱可塑性ポリマ２０で構成されているプリプレグの表面は、乾燥しており、粘着性を有しなく、くっつくことはないことから、製造中に、剥離紙で包装せずに済むので、製造時間やコストを削減できる。

また、熱可塑性ポリマ２０の特性によると、本考案の蓄光式熱可塑性複合積層体は、熱圧成形工程で固めた後、再び加熱することにより再加工できるので、再利用及び環境保護に寄与する。また、熱圧成形の所要時間（５分以下）は、従来の熱硬化性樹脂の所要時間（１０〜６０分）よりも短いので、生産効率を向上させることができる。

更に、熱可塑性ポリマ２０で構成された蓄光式熱可塑性複合積層体は、その層間破裂強度が１〜１０KJ/m²であるので、従来の、蓄光式の発光する熱硬化性複合積層体よりも高く、その引張強度は３００?以上であり、弾性率は１７?以上であり、発光時間は１２時間以上である。よって、本考案は有効的に構造の靭性を改善でき、且つ活用できる範囲も拡大できるので、生産効率の向上や、再加工できる利点を有する。

以上の説明は、本考案の好ましい実施形態に過ぎず、本考案に対して限定を行うものではない。本考案については、比較的好ましい実施形態をもって上記のとおり開示したが、これは本考案を限定するものではなく、すべての当業者が、本考案の技術構想を逸脱しない範囲において、本考案の技術の本質に基づいて上記の実施形態に対して行ういかなる簡単な修正、変更及び修飾もすべて本考案の技術構想の範囲内にある。

１０層体
２０熱可塑性樹脂
３０発光性化合物
４０繊維

また、本考案に係る蓄光式熱可塑性複合積層体における、前記補強用繊維が複数の繊維を有し、該繊維が炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維及び高分子繊維を含み、該繊維の形態が短繊維、長繊維、連続繊維、又は織り繊維であることを特徴としてもよい。

Claims (12)

1. ポリマ基材と該ポリマ基材と結合してなる補強用繊維を有する、少なくとも一つの層体を備える、蓄光式熱可塑性複合積層体であって、
   前記ポリマ基材は、熱可塑性樹脂と発光性化合物で構成され、
   前記発光性化合物は、前記熱可塑性樹脂の内部に分布すると共に、該熱可塑性樹脂の内部に分布している顆粒を有し、前記補強用繊維は、前記少なくとも一つの層体のポリマ基材と組み合わされることを特徴とする蓄光式熱可塑性複合積層体。
2. 前記熱可塑性樹脂が半結晶性及び非結晶性ポリマを含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
3. 前記発光性化合物が硫化物、希土類アルミン酸塩、希土類ケイ酸塩及び希土類硫黄酸化物からなる複数の顆粒で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
4. 前記補強用繊維が複数の繊維を有し、該繊維が炭素繊維、ガラス繊維、鉱物繊維及び高分子繊維等を含み、該繊維の形態が短繊維、長繊維、連続繊維、又は織り繊維等であることを特徴とする請求項３に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
5. 前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置されることを特徴とする請求項４に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
6. 前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
7. 前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置され、いずれかの隣り合う層体の間に角度を有することを特徴とする請求項４に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
8. 前記蓄光式熱可塑性複合積層体が複数の層体で構成され、該層体が上下に重なるように設置され、いずれかの隣り合う層体の間に角度を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
9. 前記各層体が同一の厚さ或は異なる厚さを持つことを特徴とする請求項５に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
10. 前記各層体が同一の厚さ或は異なる厚さを持つことを特徴とする請求項６に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
11. 前記各層体が同一の厚さ或は異なる厚さを持つことを特徴とする請求項７に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。
12. 前記各層体が同一の厚さ或は異なる厚さを持つことを特徴とする請求項８に記載の蓄光式熱可塑性複合積層体。