JP3421196B2 - 樹脂成形品の補強構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、比較的剛性の小さ
い樹脂成形品の内部に金属材料製等の補強材を埋設して
補強した樹脂成形品の補強構造に関し、特に大型で高い
剛性が要求される樹脂成形品に使用して好適な樹脂成形
品の補強構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】樹脂成形品は、鋼材等に比べ軽量で耐食
性に優れているという利点を有し、例えばジシクロペン
タジエン（ＤＣＰＤ）等のノルボルネン系モノマーを主
成分とする樹脂を用いて反応射出成形法（Reaction Inj
ection Molding）を行なうことによって、かなり大きな
構造物も成形できるようになってきている。しかし、樹
脂成形品は一般に剛性が低く、前記樹脂による成形品に
あっては、曲げ弾性率が鋼材材料に比べて二桁も小さ
い。

【０００３】このため、かかる樹脂によって、力の掛か
る部分に使用する樹脂成形品を製造する際には、この内
部に金属材料製等の剛性の高い補強材を埋設して、樹脂
成形品全体として充分な複合強度を有するように補強す
ることが広く行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例えば
前述のように、ジシクロペンタジエンを主成分とする樹
脂による反応射出成形法によって、内部に補強材を埋設
した樹脂成形品を製造すると、樹脂層と補強材との間の
接着性が極めて低いため、両者は接着することなく互い
に物理的に密着しているにすぎない状態となる。このた
め、樹脂成形品に曲げモーメントが作用すると、樹脂層
と補強材との接触面（界面）に滑りが発生して、補強材
としての働きが減殺されてしまうという問題があった。

【０００５】かかる現象を防止するために、樹脂層と補
強材との双方に対して接着性を有する接着剤を介在させ
て両者を接着させることも行われているが、接着の信頼
性に問題があって、重要な構造部材には使えない状況で
あった。

【０００６】本発明は、上記課題に鑑み、接着剤を使用
することなく、樹脂層と該樹脂層の内部に埋設した補強
材との間の密着度を高めて両者の間の滑りの発生を抑制
し、補強材の補強作用を維持して全体としての複合強度
を高めるようにした樹脂成形品の補強構造を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は上記課題を解
決するためになされたもので、請求項１に記載の発明
は、内部に補強材を配置したモールド内にノルボルネン
系モノマーを主成分とする樹脂を射出して反応射出成形
法により成形した、大型で高い剛性が要求される樹脂成
形品を補強する補強構造であって、前記補強材は、内部
に直径が１０〜２０ｍｍの複数の貫通穴を設けるととも
に、これらの各貫通穴間の距離を貫通穴の直径の６〜２
０倍に設定した板状体で構成されて樹脂成形品の内部に
長さ方向の全長に亘って埋設されていることを特徴とす
る樹脂成形品の補強構造である。

【０００８】このように構成した本発明によれば、反応
射出成形の際に補強材の内部に設けた貫通穴内に入り込
んで硬化した樹脂によって、樹脂層と補強材との間の密
着度を増大させることができる。例えば樹脂成形体に曲
げモーメントが作用すると、貫通穴内に入り込んで硬化
した樹脂に、補強材との界面に沿ってせん断力が作用す
るが、貫通穴の直径が１０〜２０ｍｍであるため、この
せん断力に対して十分な強度を有する。しかも、前記各
貫通穴間の補強材表面に沿った最短距離を貫通穴の直径
の６〜２０倍に設定することにより、補強材自体の強度
も維持されて、全体としての複合強度を高めることがで
きる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記貫通穴間の
距離を貫通穴の直径の８〜１５倍に設定したことを特徴
とする請求項１記載の樹脂成形品の補強構造である。こ
のように構成することにより、例えば樹脂成形品として
の曲げ強度を１５％以上増加させることができる。

【００１０】請求項３に記載の発明は、前記ノルボルネ
ン系モノマーとして、ジシクロペンタジエンを使用した
ことを特徴とする請求項１または２記載の樹脂成形品の
補強構造である。このように構成することにより、かな
り大型でかつ補強材によって確実に補強された樹脂成形
品を得て、巨大構造物や大型機械等のプラスチック化に
貢献することができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明に係る樹脂成形品の補強構造の
実施例を図面を参照して説明する。図１において、樹脂
成形品１は断面が正方形の角柱状に形成され、樹脂層２
ａ，２ｂの内部に埋設した角筒状の補強材３によって補
強されており、これは、三環体ノルボルネン系モノマー
の一種であるジシクロペンタジエンを主原料とした反応
射出成形法により成形したものである。

【００１２】樹脂素材としては、ジシクロペンタジエン
の他に、ヒドロジシクロペンタジエンなどのごとき三環
体ノルボルネン系モノマー、テトラシクロドデセンなど
のごとき四環体ノルボルネン系モノマー、トリシクロペ
ンタジエンなどのごとき五環体ノルボルネン系モノマ
ー、テトラシクロペンタジエンなどのごとき七環体ノル
ボルネン系モノマー、更にはこれらのアルキル置換体や
アルキリデン置換体のうちの２種類以上を液状樹脂原料
として使用することができる。

【００１３】この２種類以上の液状樹脂原料を混合室に
導入し、混合すると同時に密閉された成形金型等に射出
することによって、樹脂成形品が成形される。これらの
原料成分には高度な化学的活性があり、これらの液状原
料は、成形型内等で急速に重合固化して弾性力または剛
性のあるポリマーを形成する。

【００１４】ノルボルネン系モノマーは、例えば天然ゴ
ム、ポリブタジエン、ポリイソプレン、スチレン−ブタ
ジエン共重合体、スチレンブタジエンスチレンブロック
共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共
重合体、これらのブロック共重合体の水素化物、エチレ
ン−プロピレン−ジエン共重合体、ポリクロロプレン、
アクリルニトリル−ブタジエン共重合体などのエラスト
マー、好ましくは炭化水素エラストマーによって改質さ
れている。

【００１５】これらのエラストマーの配合割合は、適宜
定め得るが、通常はモノマー１００重量部に対し、３〜
１２重量％、好ましくは５〜１０重量％である。エラス
トマーの配合量が少ないと伸びが減少し、一方、エラス
トマーの配合量が増加すると伸びは大きくなるが、反
面、曲げ弾性率が低下して必要な剛性を保てなくなる。

【００１６】また、上記ノルボルネン系モノマーの１種
以上と共に開環重合し得る２−ノルボルネンや５−メチ
ル−２−ノルボルネン、５−エチリデン−２−ノルボル
ネン系モノマー、あるいはシクロブテン、シクロペンテ
ン、シクロペンタジエン、シクロオクテン、シクロドデ
センなどの単環シクロオレフィンなどを、本発明の目的
を損なわない範囲で使用することもできる。

【００１７】反応に際しては、充填剤、顔料、着色剤、
酸化防止剤等の種々の添加剤を配合することにより、特
性を改質することが出来る。これらの添加剤は、予め反
応原液のいずれか一方又は双方に混合される。充填剤に
は、ガラス短繊維、ガラス粒子、カーボンブラック、タ
ルク、炭酸カルシウム、雲母などの無機質充填剤があ
る。酸化防止剤としては、フェノール系、リン系、アミ
ン系など各種のプラスチック・ゴム用酸化防止剤があ
る。これらの酸化防止剤は、単独で用いてもよいが、併
用することもできる。配合割合は、ノルボルネン系ポリ
マーに対し０．５重量％以上、好ましくは１〜３重量％
程度である。

【００１８】補強材３は、樹脂成形品１の内部に長さ方
向に全長に亘って埋設され、この実施例では、肉厚ｔが
３．２ｍｍで外形寸法Ａが５０ｍｍ×５０ｍｍの正方形
の角筒材で構成されている。補強材３の各面の幅方向中
央には複数の貫通穴４が長さ方向に所定のピッチで形成
されている。この補強材３の内側の樹脂層２ａと外周面
樹脂層２ｂは貫通穴４内の樹脂柱２ｃにより連結して一
体の樹脂成形体を構成している。外周面側の樹脂層２ｂ
は厚さ１０ｍｍに設定されている。

【００１９】各貫通穴４の直径Ｄは、１０ｍｍ（Ｄ＝１
０ｍｍ）に設定され、また長手方向に隣接する貫通穴
４，４間の強材表面に沿った最短距離Ｌは、貫通穴４の
直径Ｄの１０倍の１００ｍｍ（Ｌ＝１００ｍｍ＝１０
Ｄ）に設定されている。

【００２０】このような樹脂成形品１は、成形型内に予
め補強材３を配置した状態で液状樹脂原料を射出して反
応射出成形させて製造している。これにより、液状樹脂
原料が補強材３の内外空間と各貫通穴４内にそれぞれ入
り込んで硬化し、上記のような内外の樹脂層２ａ，２ｂ
とこれらを繋ぐ複数の樹脂柱２ｃが形成される。この樹
脂柱２ｃによって内外の樹脂層２ａ，２ｂが一体に結合
され、従って、これらと補強材３との密着度も維持され
る。結果として補強材３と樹脂層が一体となった高い強
度を持つ樹脂成形品１が製造される。

【００２１】これは、樹脂層２と補強材３との接着性が
低くても、補強材３の内部に設けた貫通穴４内に入り込
んで硬化した樹脂柱２ｃが樹脂層２ａ，２ｂと補強材３
とを物理的に結合して、両者の界面における滑りの発生
を防止するからである。これにより、樹脂成形体１全体
としての曲げ、引っ張り、捻れなどの変形に対する強度
が増大するようになっている。

【００２２】この発明の効果を示す試験について図２及
び図３を参照してさらに説明する。図２は、図１に示す
樹脂成形品１（及び比較材）の曲げ強度の試験を行うた
めのアムスラー試験機の原理を示すものであり、図３は
その時の実験結果を示すグラフである。比較材として
は、実施例の補強材３と同一寸法であって貫通穴４が形
成されていないものを用い、さらに参考例として軽量鉄
骨である補強材３自体の試験も行った。

【００２３】アムスラー試験機は、スパンを１０００ｍ
ｍとした一対の受け台６，６の上にテストピース５を両
持ち状態で水平に置き、このスパンの中央、即ち受け台
６から５００ｍｍ離れた位置に荷重Ｐを掛けるようにし
たものであり、加圧端７の半径は２０ｍｍに設定されて
いる。

【００２４】図３を見ると、実施例と比較例では、荷重
が３０００ｋｇｆに達する迄はほぼ同じ経過をたどる。
しかし、これを超えると、実施例ではさらに荷重と撓み
量が対応して増加しているのに対して、比較例では撓み
量だけが増大している。これは、樹脂成形品１に曲げモ
ーメントが作用した結果、樹脂層２ａ，２ｂと補強材３
との界面に沿ってせん断力が発生して、両者が剥離した
結果と考えられる。一方、本発明の樹脂成形品１では、
樹脂柱２ｃが樹脂層２ａ，２ｂと補強材３とを結合し
て、このような剥離を防止し、結果として３７５０ｋｇ
ｆの荷重に耐えることができ、比較例に対して２０％以
上の強度上昇が得られている。

【００２５】以上のような補強のメカニズムを考慮する
と、貫通穴４の中の樹脂柱２ａは、曲げ変形に伴うせん
断力によって容易に破断してしまうことがない強度を有
する必要がある。一方、この樹脂柱２ａの太さを過度に
大きくしたり、数を増やすと補強材３の強度の低下につ
ながる。発明者らの実験によれば、樹脂柱２ａの径、つ
まり補強材３の貫通穴４の直径Ｄは１０〜２０ｍｍ程度
であれば強度的に充分であり、また実用上妥当であるこ
とが分かった。

【００２６】一方、貫通穴４の分布の最適値を求めるた
め、図１に示す実施例において、各貫通穴４間の補強材
３の表面に沿った最短距離Ｌを変化させた複数の樹脂成
形品を成形し、これらの各樹脂成形品を図２に示す試験
機によって曲げ強度の試験を行った時の、歪み量８０ｍ
ｍにおける曲げ荷重の増加の割合を調べた。この結果を
図４に示す。

【００２７】この図４に示すグラフから、各貫通穴４間
の補強材３の表面に沿った最短距離Ｌを貫通穴４の直径
の６〜２０倍に設定すると樹脂成形体としての曲げ強度
を比較例に対して１０％以上向上させることができるこ
とが分かった。さらに、ＬをＤの８〜１５倍に設定する
ことにより、歪み量が８０ｍｍにおける曲げ強度を１５
％以上向上させることができることが分かった。

【００２８】図５は、他の実施例の補強材を示すもの
で、この実施例は、補強材１３として、いわゆるアイビ
ームを使用し、このアイビーム（補強材１３）のフラン
ジ部及びウェブ部に貫通穴１４を設けたものである。

【００２９】図６は、更に他の実施例の補強材を示すも
ので、この実施例は、補強材２３として、円筒状のパイ
プを使用し、このパイプの周壁部に貫通穴２４を設けた
ものである。

【００３０】ここに、貫通穴１４，２４の直径Ｄは、１
０ｍｍ〜２０ｍｍに、また各貫通穴１４，２４どうしの
補強材１３，２３の表面に沿った最短距離Ｌは、貫通穴
１４，２４の直径の６〜２０倍、好ましくは８〜１５倍
にそれぞれ設定されている。

【００３１】なお、各実施例において、あまり細い補強
材に貫通穴を設けると、補強材の強度が落ち、樹脂成形
品としての強度が低下してしまうため、例えば図１に示
す実施例にあっては、１辺の長さが５０ｍｍ以上、図５
に示す実施例にあっては、フランジ幅及びウェブ高さが
共に５０ｍｍ以上、図６に示す実施例にあっては、円周
方向に沿った長さが５０ｍｍ以上であることが望まし
く、また各長さは、貫通穴の直径の５倍以上であること
が望ましい。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、反応射出成形の際に補強材の内部に設けた貫通穴内
に入り込んで硬化した樹脂によって、樹脂層と該樹脂層
の内部に埋設した補強材との間の密着度を高めて両者の
間での滑りの発生を抑制することができる。貫通穴の直
径を１０〜２０ｍｍに、貫通穴間の補強材表面に沿った
最短距離を貫通穴の直径の６〜２０倍、好ましくは８〜
１５倍にそれぞれ設定することによって、補強材として
の十分な強度を確保して、樹脂成形体としての剛性を高
めることができる。これによって、巨大構造部や大型機
械等の軽量化及び耐食性の優れたプラスチック化を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の端面を断面で示す一部を切
除した斜視図である。

【図２】曲げ強度を測定するアムスラー試験機の原理図
である。

【図３】曲げ強度を測定した結果における荷重と歪みと
の関係を示すグラフである。

【図４】貫通穴間の補強材の表面に沿った最短距離（穴
の間隔）を変化させて曲げ強度を測定した結果における
曲げ荷重の増加の割合と穴の間隔との関係を示すグラフ
である。

【図５】本発明の他の実施例を示す補強材の斜視図であ
る。

【図６】本発明の更に他の実施例を示す補強材の斜視図
である。

【符号の説明】

１ 樹脂成形品 ２ａ，２ｂ 樹脂層 ２ｃ 樹脂柱 ３，１３，２３ 補強材 ４，１４，２４ 同貫通穴

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に補強材を配置したモールド内にノ
   ルボルネン系モノマーを主成分とする樹脂を射出して反
   応射出成形法により成形した、大型で高い剛性が要求さ
   れる樹脂成形品を補強する補強構造であって、 前記補強材は、内部に直径が１０〜２０ｍｍの複数の貫
   通穴を設けるとともに、これらの各貫通穴間の距離を貫
   通穴の直径の６〜２０倍に設定した板状体で構成されて
   樹脂成形品の内部に長さ方向の全長に亘って埋設されて
   いることを特徴とする樹脂成形品の補強構造。
2. 【請求項２】 前記貫通穴間の距離を貫通穴の直径の８
   〜１５倍に設定したことを特徴とする請求項１記載の樹
   脂成形品の補強構造。
3. 【請求項３】 前記ノルボルネン系モノマーとして、ジ
   シクロペンタジエンを使用したことを特徴とする請求項
   １または２記載の樹脂成形品の補強構造。