JP3303193B2 - 車体外板用の熱硬化性樹脂組成物、および車体外板 - Google Patents
車体外板用の熱硬化性樹脂組成物、および車体外板Info
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Description
性樹脂組成物に関し、更に詳細には、従来の金属材料を
プラスチック材料に代替するために一般的に用いられる
熱硬化性樹脂とは異る不飽和ポリエステル樹脂を基材と
し、充てん剤とガラス繊維補強(強化)剤を主成分とし
て、これに、ブタジエン系ゴム、低収縮剤、硬化剤、硬
化開始剤、はく離(離型)剤、増粘剤、及び通常の添加
剤を含有せしめた熱硬化性樹脂組成物であり、SMC
(Sheet Molding Compoundin
g)工法で車体外板を製造することにより、機械的物性
及び表面の外観特性が著しく優れた車体外板用の熱硬化
性樹脂組成物に関するものである。
からなる。この金属材料は、加工処理工程及び経済性の
面から見れば、プラスチック材料に比べて不利である。
特に、自動車の場合には、内外部の材料として主に用い
られる金属材料を、プラスチックに代替して軽量化しよ
うとする研究が活発に行われている。車体外板において
は、外部衝撃による耐衝撃性が重要な物性であるので、
上記の金属材料をプラスチック材料に代替するために
は、当該プラスチック材料が金属材料と同等以上の物性
を持たなければならない。
スチック材料として、熱硬化性樹脂組成物が注目を浴び
ている。その中で、特に繊維補強プラスチック(Fib
erReinforced Plastic,FRP)
が金属材料と同等以上の物性を有することが知られてい
る。上記の繊維補強プラスチックは、樹脂に補強材及び
充てん剤を含ませて機械的物性を画期的に増加させた熱
硬化性樹脂組成物であり、樹脂、補強材、及び充てん剤
等の種類及び含量により、その物性の調節が可能となる
ものである。
形の間に硬化反応が進行し、その物性は成形温度及び時
間等の条件下で変化する。従って、これを調節するのに
多くの困難があり、大量生産に適用しようとすると、高
度の技術と優れた成形機が必要となる。
ing compound)樹脂を成形と同時に硬化さ
せて製品を製造する方法が適用されている。前記SMC
樹脂とは、液状樹脂に、低収縮剤、増粘剤、硬化剤、顔
料等の添加剤と充てん剤を加えて、ガラス補強繊維を沈
殿(浸透)させて半硬化とした中間成形材料をいう。上
記SMC樹脂を利用した成形法は、自動化が容易であ
り、成形サイクルが短いので、他の工法に比べて大量生
産に有利である。しかしながら、自動車の外板に使用す
るには、表面品質及び体積安定性を満足させることがで
きない。
の金属材料をプラスチック材料に代替するにおいては、
車体外板をプラスチック材料に代替して実用化した例は
いまだなかった。この研究の一環として、本願発明者
は、繊維補強材料として代表される熱硬化性樹脂組成物
を利用して車体外板を製造し、金属材料と同等以上の物
性を追求するとともに、自動車の軽量化を目指すための
研究開発に努めた。その結果、不飽和ポリエステル樹脂
を基材とし、これに補強材及び充てん剤を主成分とする
熱硬化性樹脂組成物に、低収縮剤を加えて表面品質を向
上させ、ブタジエンゴム成分を使用して、柔軟性及び耐
衝撃性を向上させた熱硬化性樹脂組成物を得て、SMC
工法を利用することを可能にした。
により、表面状態値が等級“A”水準の成形品の製造が
可能となり、成形性及び機械的物性が優れ、表面品質が
向上した車体外板を製造して本発明を完成した。従っ
て、本発明の目的は、従来における自動車の車体外板を
強化プラスチックに代替するための、特定組成の熱硬化
性樹脂組成物を提供することにある。本発明の他の目的
は、SMC工法により製造した自動車の車体外板を提供
することにある。
ステル樹脂を基材とし、充てん剤とガラス繊維補強材を
主成分とし、これに添加剤が含まれている熱硬化性樹脂
組成物であり、5〜35重量%の不飽和ポリエステル樹
脂、20〜35重量%のガラス繊維補強材、30〜60
重量%の充てん剤、1〜20重量%の低収縮剤、1〜2
0重量%のブタジエン系ゴム、0.5〜35重量%のビ
ニル系単量体、0.01〜2重量%の硬化開始剤、0.
1〜5重量%のはく離剤、0.05〜10重量%の増粘
剤及び通常の添加剤として、顔料、熱安定剤、UV安定
剤、重合反応抑制剤の中から選ばれる1つ以上の成分が
0.05〜5重量%含まれていることを特徴とする。
MC(sheet moldingcompound)
工法によりシート形態の半硬化状態熱硬化性中間成形材
料とし、これを成形してなることを特徴とする車体外板
である。
に説明する。本発明の熱硬化性樹脂組成物よりSMC工
法により製造された車体外板は、耐衝撃性、耐掻き傷
(scratch resistace)性、及び表面
品質が優れ、材料の比重が低いことから、従来の車体外
板用として用いられる金属材料に代替することにより、
自動車の軽量化が可能となる。
とし、充てん剤とガラス繊維補強材を主成分とし、これ
に低収縮剤、ブタジエン系ゴム、ビニル系単量体、硬化
開始剤、はく離剤、増粘剤、及び通常の添加剤が含まれ
ている熱硬化性樹脂組成物をSMC工法によりシート状
の中間成形材料とし、これを自動車の車体外板用材料と
して使用することに関するものである。
説明すれば次のとおりである。先ず、本発明により基材
として使用される不飽和ポリエステル樹脂は、分子構造
内に二重結合が含まれているので、熱によって硬化し、
樹脂の物性が向上する。
(iso)系樹脂、オルト(ortho)系樹脂、テレ
(tere)系樹脂、変性ビスフェノール系樹脂、ビス
フェノール(bisphenol)系樹脂、及びビニル
エステル系樹脂の中から選ばれた単独、若しくは2つ以
上の混合物を、5〜30重量%、望ましくは10〜25
重量%使用する。
リエステルが含まれた混合組成物に均一に沈殿して機械
的物性を著しく向上させることが出来、その長さが0.
64〜5.08mmであるものを使用する。使用される
補強材の長さは、物性と密接な関係がある。すなわち、
その長さが極端に短ければ、機械的物性が低下する。逆
に、その長さが極端に長ければ、き裂発生の原因となる
虞がある。本発明で使用されるガラス繊維補強材の含量
は、全体組成に対して20〜35重量%、望ましくは2
5〜30重量%を使用する。その使用量が極端に少なけ
れば機械的物性が低下し、逆に、その使用量が極端に多
ければ価格競争力が低下して望ましくない。
用される成分から選ばれる。その例として、炭酸カルシ
ウム(CaCO3)、マイカ、タルク、クレー、シリカ
球(silica sphere)、及びセラミックビ
ーズ(ceramic bead)の中から選ばれた単
独、若しくは2つ以上の混合物を使用することができ
る。本発明で充てん剤の含量は、全体の組成に対して3
0〜60重量%、望ましくは40〜50重量%使用す
る。充てん剤の含量が多すぎると物性が低下し、極端に
少なければ経済的に望ましくない。
とにより、機械的物性と表面外観の特性、更に成形性等
の向上を目指している。この添加剤の例としては、低収
縮剤、ブタジエン系ゴム、ビニル系単量体、硬化開始
剤、はく離剤、増粘剤等が挙げられる。また、通常の添
加剤として、顔料、熱安定剤、UV安定剤、重合反応抑
制剤等が使用される。これらの添加剤や、通常の添加剤
の中で、いずれかの使用を省略しても所望の物性が得ら
れるが、望ましくは上記したすべての添加剤を使用す
る。
ow profile agent)は、一般的なSM
C製品が有している表面不良及び体積安定性の低下を改
良するために添加され、表面の平滑度(smoothn
ess)を向上させて、成形品の表面を鏡面(mirr
or−like surface)様とする役割を果た
す。低収縮剤は、基材として使用された不飽和ポリエス
テルと親和性が優れるように、分子内にエステル基(−
COO−)を含む高分子樹脂が用いられる。その中で、
ポリメチルメタアクリレート(PMMA)、ポリビニル
アセテート(PVAc)、飽和ポリエステル、及びポリ
ウレタンの中から選ばれる低収縮剤を、1〜20重量
%、望ましくは2.5〜10重量%使用する。上記の範
囲を外れると表面品質及び体積安定性が低下し、また、
経済的に望ましくない。
耐衝撃性及び柔軟性を向上させて、垂直車体外板への適
用が容易となるように添加され、アクリロニトリル−ブ
タジエン共重合体(NBR)、スチレン−ブタジエン共
重合体(SBS)、スチレン−エチレン−ブタジエン−
スチレン共重合体(SEBS)、末端基がカルボキシ酸
(カルボキシル酸基)として変性されたゴム及び上記の
変性されたゴムで製造されたエポキシ樹脂の中から選ば
れた単独、若しくは2つ以上の混合物が使用される。本
発明で、ブタジエン系ゴムは、1〜20重量%、望まし
くは3〜10重量%使用する。この範囲を外れると耐衝
撃性及び柔軟性が悪化する。
er)は硬化反応に用いられる。この例としては、スチ
レン、メチルメタアクリレート、ジビニルベンゼン(D
VB)、α−メチルスチレン、ビニルアセテート、アク
リレートの中から選ばれる1つ以上の成分が用いられ
る。上記の単量体と共に、硬化反応に用いられる硬化開
始剤(initiator)として、ペルオキシエステ
ル、ジアルキル過酸化物、アルキルアリール過酸化物、
ジアリール過酸化物、ペルオキシケタル、ケトン過酸化
物、及びアゾ化合物の中から選ばれたものを、0.01
〜2重量%、望ましくは0.1〜1重量%使用する。そ
の他、添加剤として脱型時の作業性を向上させるために
はく離剤を使用し、ステアリン酸亜鉛(zinc st
earate)若しくはステアリン酸カルシウム(ca
lcium stearate)等を0.1〜5重量
%、望ましくは0.5〜2重量%使用する。
うに、粘度を増加させる増粘剤(thickening
agent)として、CaO、Ca(OH)2、Mg
O、或いはMg(OH)2等を0.05〜10重量%、
望ましくは0.2〜5重量%使用する。更に、通常の添
加剤として、顔料(pigment)、熱安定剤、UV
安定剤、重合抑制剤(inhibitor)等を0.0
1〜5重量%、望ましくは0.05〜2重量%使用す
る。
成物を製造することができる。一方、本発明は、上記熱
硬化性樹脂組成物をSMC(sheet moldin
g compound)工法によりシート形態の半硬化
状態熱硬化性中間成形材料とし、これを成形してなる車
体外板を他の特徴としている。このSMC工法は、熱硬
化性複合材料を成形する方法である。先ず上下の運搬フ
ィルム(carrier film)上で樹脂組成物を
シート状にし、ドクタブレード(doctor bla
de)により一定の幅に切断し、次いで、ガラス繊維
を、回転チョッパ(rotary chopper)に
より一定の長さに切断してシートの間に沈殿させる。
(圧延)することにより、1〜5mmの厚さ、0.3〜
1.5mの幅を有するシート形態とした後、上記のシー
トを切断して金型に入れ、130〜150℃の温度、5
0〜70Kgf/cm2の圧力下で加熱・加圧しながら
硬化させることより成形品を得る。
場合には自動化が容易であり、成形サイクルが短いの
で、他の工法に比べて大量生産に有利であり、各種の物
性でも優れた特性の成形品を得ることができる。特に、
熱硬化性樹脂組成物に低収縮剤が含まれているので、S
MC工法の短所である表面不良を解消することができ、
DiffractoD−sight Numberで表
される表面状態値で、等級“A”水準の成形品を製造す
ることができる。上記Diffracto D−sig
ht Numberは、その値が低ければ、より鏡面に
近く、約120以下の値を持つと、等級“A”で表示さ
れる。
用し、SMC工法により製造された成形品の比重は、ガ
ラス繊維補強材、及び充てん剤の含量により異なるが
1.8〜1.95である。特に、高い表面品質及び耐衝
撃性が要求される車体外板に適用する場合には、従来に
おいて用いられて来た金属材料の厚さが、普通0.65
〜0.75mmであり、比重が7.8であるのに比べ
て、プラスチック材料を2.0〜2.5mmの厚さにし
て約15〜35%の軽量化を図ることができる。
C工法による成形品は、軽量化効果と共に、プラスチッ
クの優れた耐腐蝕性、耐衝撃性、及び耐へこみ(den
tresistance)性、および低速衝突時に、元
の形状に復元される非常に有利な特性を有するので、自
動車のフード、ドア、屋根、トランクリッドなどのよう
な車体外板の製造に効果的に適用することができる。こ
のような本発明を次の実施例に基づいて更に詳細に説明
する。なお、本実施例は本発明を詳細に説明するための
例示であり、本発明はこれらの例示に限定されるもので
はない。
び含量として約20Kgを、45℃の温度で30時間か
けて増粘させた後、300トンの圧力下において厚さが
3.0mmの平板形態のSMC樹脂を製造した。ここ
で、ガラス繊維補強材は、その長さが2.54mm;開
始剤は、t−ブチル過安息香酸塩;はく離剤はステアリ
ン酸亜鉛;増粘剤は、酸化カルシウム;また、充てん剤
は、炭酸カルシウムを使用した。
飽和ポリエステル樹脂としては、Aropol 504
11(Ashland)を、また低収縮剤としては増粘
剤及びスチレン単量体を含むAropol59079
(Ashland)を使用した。その成分の種類及び配
合比を次の表2に示す。
量を次の表3に示す。不飽和ポリエステル樹脂は、0S
−108(愛敬化学)を使用し;低収縮剤−1は、LP
V−40;低収縮剤−2は、ポリウレタン(PU)形態
の低収縮剤LPU−70(愛敬化学)を;また、他の成
分は、実施例のものと同様のものを使用した。
樹脂を硬化して、物性測定のため試験片を成形した。こ
の試験片を次の試験方法により測定した値を次の表4に
示す。 1.比重:ASTM 792 2.引張強さ:ASTM 638、I形、クロスヘッド
速度 = 5mm/分 3.屈曲強さ及び屈曲弾性率:ASTM 790,W×
L=25×75mm,クロスヘッド速度 = 1.3m
m/分 4.衝撃強さ:ASTM D256(アイゾット形) 5.表面品質:Diffracto D−sight値
比較例1〜4の組成物からの試験片は、その比重が1.
9と極端に低いので、鋼の代わりに車体外板として適用
した時に軽量化が可能である。実施例1〜8の試験片
は、高い衝撃強さを示し、低いDiffracto D
−sight値により表面品質が非常に優れ、前記等級
“A”の範囲内にあることが認められた。一方、比較例
1〜4の試験片は、ゴムの不使用により低い衝撃強さを
示し、特に比較例1ではゴム及び低収縮剤の不使用によ
り表面品質が極端に不良であった。比較例2の場合に
は、低収縮剤の使用により表面品質が向上したが、やは
り低い衝撃強さ、高い屈曲強さ及び屈曲特性が認められ
た。
リエステル樹脂を基材として使用し、ガラス繊維補強材
及び充てん剤を主成分とする樹脂組成物において、低収
縮剤及びポリブタジエン系ゴムが含まれている熱硬化性
樹脂組成物を製造した。
は、従来の金属材製品に比べて同等以上の衝撃強さ及び
高い表面品質を示し、次のような利点がある。第1に、
材料の比重が低いので、車体外板として適用すると、金
属材部品に比べて、約25〜35%の軽量化が可能であ
り、結果的に燃比向上、及び排気ガス減少等の改善が可
能である。特に、車体に装着される屋根パネル、サイド
外板、クオータパネル、フェンダ、ドア、フード、トラ
ンクリッド等のように、すべての車体外板を、本発明の
成形品に代替すれば、約20〜30Kgの軽量化が可能
である。第2に、耐掻き傷性及び耐衝撃性の物性が優
れ、車体外板として適用する際における商品性が向上
し、維持補修費用等を節減することが出来る。更に、プ
ラスチックを原料として使用することにより、耐腐蝕性
を根本的に解消することができる。第3に、金属に比し
優れた成形性により設計自由度が向上し、特に流線形等
の自由な形態の形成が容易となることから外観が向上
し、更に、空気抵抗係数の減少によって燃比がさらに向
上する。第4に、車体外板の場合、1つの部品当たり金
属材においては、最少3〜4セットの金型が必要である
が、本発明の技術を適用すれば1セットの金型として制
作が可能であることから、ハイブリッドカー及び燃料電
池自動車等のように特殊目的の少量量産車種に適用すれ
ば、50%以上の原価節減を図ることができる。第5
に、制作工程の改変により、要求特性や厚さを所望のま
まに変更することかできるので、選択的な仕様変更が容
易に実行でき、また、金型修正が容易であって、デザイ
ン変更を容易に行うことができる等の優れた効果を奏す
る。
Claims (12)
- 【請求項1】 不飽和ポリエステル樹脂を基材とし、充
てん剤とガラス繊維補強材を主成分として、これに添加
剤を含有する熱硬化性樹脂組成物において、5〜35重
量%の不飽和ポリエステル樹脂、20〜35重量%のガ
ラス繊維補強材、30〜60重量%の充てん剤、1〜2
0重量%の低収縮剤、1〜20重量%のブタジエン系ゴ
ム、0.5〜35重量%のビニル系単量体、0.01〜
2重量%の硬化開始剤、0.1〜5重量%のはく離剤、
0.05〜10重量%の増粘剤、及び通常の添加剤とし
て、顔料、熱安定剤、UV安定剤、重合反応抑制剤の中
から選ばれた1又は2以上の成分を0.05〜5重量%
含むことを特徴とする車体外板用の熱硬化性樹脂組成
物。 - 【請求項2】 上記の不飽和ポリエステル樹脂は、イソ
(iso)系樹脂、オルト(ortho)系樹脂、テレ
(tere)系樹脂、変性ビスフェノール系樹脂、ビス
フェノール系樹脂、及びビニルエステル系樹脂の中から
選ばれた1又は2以上の混合物であることを特徴とする
請求項1記載の車体外板用の熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項3】 上記のガラス繊維補強材は、その長さが
0.64〜5.08mmのガラス繊維であることを特徴
とする請求項1記載の車体外板用の熱硬化性樹脂組成
物。 - 【請求項4】 上記の充てん剤は、炭酸カルシウム(C
aCO3)、マイカ、タルク、クレー、シリカ球(si
lica sphere)及びセラミックビーズ(ce
ramic bead)の中から選ばれた1又は2以上
の混合物であることを特徴とする請求項1記載の車体外
板用の熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項5】 上記の低収縮剤は、エステル基(−CO
O−)を含む高分子樹脂であることを特徴とする請求項
1記載の車体外板用の熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項6】 上記の低収縮剤は、ポリメチルメタアク
リレート(PMMA)、ポリビニルアセテート(PVA
c)、飽和ポリエステル、及びポリウレタンの中から選
ばれることを特徴とする請求項5記載の車体外板用の熱
硬化性樹脂組成物。 - 【請求項7】 上記のブタジエン系ゴムは、アクリロニ
トリル−ブタジエン共重合体(NBR)、スチレン−ブ
タジエン共重合体(SBS)、スチレン−エチレン−ブ
タジエン−スチレン共重合体(SEBS)、末端基がカ
ルボキシ酸として変性されたゴム及び上記の変性された
ゴムで製造されたエポキシ樹脂の中から選ばれた1又は
2以上の混合物であることを特徴とする請求項1記載の
車体外板用の熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項8】 上記のビニル系単量体(monome
r)は、スチレン、メチルメタアクリレート、ジビニル
ベンゼン(DVB)、α−メチルスチレン、ビニルアセ
テート、アクリレートの中から選ばれた1又は2以上の
成分が含まれたことを特徴とする請求項1記載の車体外
板用の熱硬化性樹脂組成物。 - 【請求項9】 上記の硬化開始剤は、ペルオキシエステ
ル、ジアルキル過酸化物、アルキルアリール(ary
l)過酸化物、ジアリール過酸化物、ペルオキシケタ
ル、ケトン過酸化物、及びアゾ化合物の中から選ばれる
ことを特徴とする請求項1記載の車体外板用の熱硬化性
樹脂組成物。 - 【請求項10】 上記のはく離剤は、ステアリン酸亜鉛
(zinc stearate)、若しくはステアリン
酸カルシウム(calcium stearate)で
あることを特徴とする請求項1記載の車体外板用の熱硬
化性樹脂組成物。 - 【請求項11】 上記の増粘剤は、CaO、Ca(O
H)2、MgO、及びMg(OH)2の中から選ばれる
ことを特徴とする請求項1記載の車体外板用の熱硬化性
樹脂組成物。 - 【請求項12】 請求項1記載の熱硬化性樹脂組成物
を、SMC(sheet molding compo
und)工法によりシート形態の半硬化状態熱硬化性中
間成形材料とし、これを成形してなることを特徴とする
車体外板。
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