JP4053120B2

JP4053120B2 - 車両用部品の製造方法

Info

Publication number: JP4053120B2
Application number: JP32827797A
Authority: JP
Inventors: 正男吉野
Original assignee: 株式会社ネオックスラボ
Priority date: 1997-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 2008-02-27
Anticipated expiration: 2017-11-28
Also published as: JPH11158313A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、発泡して高い剛性を発揮することのできる発泡性成形体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、多様なプラスチックから各種発泡体が形成されてきている。発泡体は、本来的に軽量であり、また、空間充填性があるために、充填材として用いられることが多い。例えば、自動車のピラー等の中空状部を充填するのに用いられて、風切り音を防止したり、遮音性を高めたりするのに使用されている。
【０００３】
特に、発泡体をこのような内部充填材として用いる場合、予め所定形状に発泡された発泡体を予定された被充填空間に詰め込むようにするのは、大変な手間を要する。
そこで、現在、被充填空間内に、所定形状に成形した発泡性の成形体（以下、発泡性成形体という。）を、取り付けて、この状態で被充填空間を備えた部材ごと加熱して、内部にある発泡性成形体を発泡させて被充填空間を発泡体で充填することが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このようにして、発泡性成形体を用いることにより、比較的容易に、充填空間を発泡体で充填することができるようになってきている。
しかしながら、現在のところ、このような空間充填性を備えた発泡性成形体は、遮音や振動防止を目的として使用されているに過ぎない。例えば、車両等に要求される安全性を確保するための衝撃吸収材等として使用可能な剛性を発揮する発泡体を得ることのできる発泡性成形体は見いだされていない。
そこで、本発明では、良好な剛性を発揮しうる発泡体を得ることのできる発泡性成形体を得ることを、その目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、剛性を発揮できる熱硬化性樹脂としてエポキシ樹脂について、発泡性成形体として得ることができるかどうかについて検討した結果、本発明を完成した。
すなわち、本発明の第１発明は、まずエポキシ当量が１０００〜２５００のエポキシ樹脂、硬化剤及び発泡剤を混練したのち、得られた混練物を、８０℃〜１３０℃で加熱して成形形状に成形する。そして、得られた発泡性成形体を車両用部品の中空状部にセットし、１４０℃〜２００℃の温度範囲に設定の加熱炉を通過させることで、前記車両用部品の塗装の焼き付けを行うとともに、前記エポキシ樹脂の溶融、発泡及び硬化を行うことを特徴とする車両用部品の製造方法である。
【０００６】
この発泡性成形体は、加熱されることにより、発泡剤が分解して、多孔構造が形成されると同時に硬化して熱硬化性樹脂の発泡体となる。エポキシ樹脂を樹脂成分として含有するので、エポキシ樹脂の特性を備える発泡体を得ることができる。すなわち、機械的特性、化学的特性、電気的特性に優れており、かつ軽量な熱硬化樹脂の発泡体を得ることができる。予め所定形状の発泡性成形体に成形されているので、取り扱いが容易であり、発泡体を得る際の工程作業性が良好である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の発泡性成形体は、エポキシ樹脂を樹脂成分として含有する。
本発明の発泡成形体において用いることのできるエポキシ樹脂は、エポキシ当量が３００〜４０００ｇである。エポキシ当量が３００ｇよりも小さいと、反応性が高いため、硬化反応時において焼けを起こすことにより発泡体の物性低下を引き起こす。また、反応性の高さ及び融点の低さから、成形が困難であること、発泡性成形体としての使用寿命が短くなること、使用できる硬化剤が制限される、等の不都合がある。
また、エポキシ当量が４０００ｇよりも大きいと、反応性が低くなるため、硬化の信頼性に欠け、発泡体の硬さや接着性も低下する。また、かかるエポキシ当量のものは、融点が高いため、発泡性成形体の製造時における添加剤との混合を高い温度で行う必要があり、高温で分解しない添加剤を選択しなければならなくなり、使用できる添加剤が制限されるという不都合がある。
これに対し、エポキシ当量が３００〜４０００ｇの場合には、かかる不都合もなく、適切な硬化反応性と融点を備えるため、発泡性成形体の製造に都合がよく、かつ良好な剛性の発泡体を得ることができる。
エポキシ当量は、より好ましくは、５００〜２５００ｇである。
【０００８】
このようなエポキシ当量の範囲のエポキシ樹脂であれば、特に、エポキシ樹脂の種類を問わずに使用できる。ビスフェノールタイプ、ノボラックタイプ等のエポキシ樹脂を使用することができる。具体的には、東都化成（株）製のエポトート、油化シェルエポキシ社製のエピコート等を使用することができる。
【０００９】
硬化剤は、エポキシ樹脂を硬化させることのできるものである。また、本発明で用いる硬化剤は、エポキシ樹脂の融点以上のある温度域において、このエポキシ樹脂と硬化反応することなく存在されうる必要がある。硬化剤は、硬化反応性を維持した状態で発泡性成形体中に存在される必要があるからであり、このためには、発泡性成形体の製造時、具体的には、混練時、成形時等におけるエポキシ樹脂の溶融時にも、硬化反応性が維持されて存在されなければならないからである。ここで、エポキシ樹脂と硬化反応することなく、とは、実質的にエポキシ樹脂と硬化反応しないことを意味するものである。したがって、エポキシ樹脂と硬化反応しない状態のみならず、エポキシ樹脂を半硬化するような硬化反応状態をも包含する。
なお、本発明で使用する硬化剤は、エポキシ樹脂の融点以上の温度域のうちの一部の温度域で、エポキシ樹脂と硬化反応することなく存在し、他の一部の温度域ではエポキシ樹脂と硬化反応するものである。
【００１０】
また、硬化剤は、エポキシ樹脂との室温での反応性が低いことが好ましい。発泡性成形体の使用寿命を長く維持するのに好ましいからである。また、使用するエポキシ樹脂との関係において、硬化反応が急激に進行しない硬化剤を選択するのが好ましい。急激な硬化反応の進行は、発泡を妨げる場合もあるからである。具体的には、１００℃〜２００℃の硬化反応温度を有する硬化剤を用いることが好ましい。より好ましくは、１３０℃から１８０℃の硬化反応温度である。
エポキシ当量が３００〜４０００ｇのエポキシ樹脂と、硬化温度が１００〜２００℃の硬化剤を用いると、発泡性成形体のの使用寿命を、６ヶ月以上とすることができる。
【００１１】
このような硬化剤としては、具体的には、アミキュア（味の素製）、ジシアンジアミド等のアミン系硬化剤、キュアゾール（四国化成製）、エピキュア（油化シェル製）等のイミダゾール系硬化剤、３フッ化モノエチルアミンコンプレックスなどを用いることができる。
硬化剤は、エポキシ樹脂のエポキシ当量等によってその使用量が異なるが、エポキシ樹脂１００重量部に対して、１〜２５重量部の割合で使用するのが好ましい、より好ましくは、１〜１０重量部である。
【００１２】
発泡剤は、エポキシ樹脂の融点以上において分解し、発泡するものである。さらに、本発明で用いる発泡剤は、発泡性成形体の製造時においては、すなわち、使用する硬化剤を含んでいるエポキシ樹脂の溶融状態において、分解することなく存在されうる発泡剤である。発泡性成形体を製造する際において、発泡可能性を維持して、エポキシ樹脂及び硬化剤と混練され成形される必要があるからである。前述のように、このエポキシ樹脂の溶融状態とは、実質的にエポキシ樹脂と硬化剤とが硬化反応していない溶融状態であれば足りる。また、発泡剤は、実質的に分解することなく存在されるものであればよい。したがって、発泡剤が分解していない、とは、未分解の状態のみならず、半分解の状態も包含する。
しかし、硬化剤を含んだエポキシ樹脂の溶融状態において、発泡剤が未分解の状態あるいは、未分解に近い状態で存在されうる発泡剤を選択することが好ましい。
【００１３】
硬化剤との関係において、所定の加熱温度において、発泡硬化するような発泡剤が選択される。具体的には、硬化剤がエポキシ樹脂を硬化させることのできる温度範囲と発泡剤が分解して発泡する温度範囲とが重複している必要がある。完全に重複する必要はなく、一部重複していれば足りる。
具体的には、分解温度が、１００℃以上のものが好ましく、より好ましくは、１２０℃以上の発泡剤である。
【００１４】
このような発泡剤としては、有機分解型発泡剤を好ましく用いることができる。例えば、アゾジカルボンアミド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、パラトルエンスルホニルヒドラジド、４，４’−オキシベンゼンスルホニルヒドラジド等を用いることができる。
発泡剤は、発泡倍率が２〜１０倍になるように、より好ましくは、２〜６倍になるように、添加されるのが好ましい。
また、発泡剤は、エポキシ樹脂１００重量部に対して、０．５〜１５重量部加えるのが好ましく、より好ましくは、０．５〜１０重量部である。
【００１５】
本発明の発泡性成形体には、エポキシ樹脂、硬化剤、発泡剤以外にも、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の他の樹脂成分、炭酸カルシウム、タルク、マイカ等の無機添加剤、反応性希釈剤、硬化促進剤、発泡助剤、難燃剤、着色剤、ガラス、金属、セラミックスを主成分とする補強材料（粉末状、チップ状、ファイバー状、ビーズ状等）等、各種添加剤を添加することができる。
【００１６】
熱可塑性樹脂を使用すると、得られる発泡体は熱硬化性樹脂のみを用いた場合に比べて柔軟なものとなり、質的に異なった発泡体を得ることができる。
ただし、添加剤として熱可塑性樹脂を添加することができる。かかる樹脂としては、ポリエチレン、ポリ酢酸ビニル、エチレンとアルキルアクリレートの共重合体である。エチレンとアルキルアクリレートとの共重合体としては、エチレンメチルアクリレートポリマー、エチレンエチルアクリレートポリマー、エチレンブチルアクリレートポリマー等、アルキル基の炭素数が１から４程度のアルキルアクリレートとエチレンとの共重合体が好ましい。
熱可塑性樹脂は、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
【００１７】
また、これらの熱可塑性樹脂を用いる場合には、重合性モノマーを添加することができる。重合性モノマーとしては、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート等がある。
【００１８】
また、エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂も添加することができる。エポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂としては、ポリエステル樹脂やメラミン樹脂、ユリア樹脂、フェノール樹脂等を挙げることができる。これらのエポキシ樹脂以外の熱硬化性樹脂を用いる場合には、それぞれに適した硬化剤を添加する。
【００１９】
ガラス、金属、セラミックスを主成分とする補強材料（粉末状、チップ状、ファイバー状、ビーズ状等）を添加することにより、より高い剛性の付与された発泡体を得ることができる。
これらの補強材料の添加量は、樹脂成分１００重量部に対して、１〜３００重量部が好ましく、より好ましくは、１〜１００重量部である。
【００２０】
これらの発泡性成形体の配合成分を用いて、発泡性成形体を製造するには、エポキシ樹脂を加熱して溶融し、この溶融状態のエポキシ樹脂に硬化剤、発泡剤、その他の添加剤を添加して、混練する。
この混練時の加熱温度は、７０〜１３０℃が好ましい。より好ましくは、８０〜１２０℃である。
次いで、この混合物をペレット状、顆粒状、シート状、あるいは棒状に成形して発泡性成形体とする。成形時の加熱温度は、８０〜１３０℃が好ましい。より好ましくは、８０〜１２０℃である。
なお、エポキシ樹脂以外の樹脂成分を添加する場合には、その樹脂の融点あるいは軟化点以上に加熱して、混練し、成形する。また、その樹脂の架橋や硬化が実質的に生じないように加熱する。
発泡性成形体の製造時においては、実質的に発泡剤が分解せず、及び、エポキシ樹脂が実質的に硬化剤と硬化反応しないように、発泡性成形体は製造される。
さらに、これらの発泡性成形体を使用して押出成形機、射出成形機、圧縮成型機等により、必要とされる形状に成形加工を加えて発泡性成形体とすることもできる。
【００２１】
得られた発泡性成形体を加熱すると、発泡・硬化して、発泡体が得られる。
加熱発泡硬化温度は、発泡剤の分解温度以上であり、また、エポキシ樹脂の融点以上である。また、他の樹脂成分を含有している場合には、さらに、その融点や軟化点以上である。好ましくは、１２０〜２００℃であり、より好ましくは、１３０〜１９０℃である。
【００２２】
本発明の発泡性成形体は、エポキシ樹脂を含有することから、軽量で、剛性が高く、金属やガラスとの密着性がよい発泡体が得られる。また、エポキシ樹脂の優れた摩擦特性、電気特性、成形性を備えた発泡体を得ることができる。
本発明の発泡性成形体によって得られた発泡体の剛性は、圧縮強度が２００〜２０００ｋｇｆであり、衝撃吸収材、構造材として十分に機能するものである。なお、圧縮強度は、５０×５０×５０ｍｍの試験片を、圧縮試験機を用いて直径９０ｍｍの円柱により圧縮を行うことにより測定できる。試験片を圧縮できた最大値を圧縮強度とする。
本発明の発泡性成形体においては、硬化反応が反応発熱型である。したがって、一定の熱が加われば、硬化反応は開始され、その後加熱が不十分だったり、不均一であったりしても、発泡・硬化反応は、連鎖的に進行し、完全に発泡・硬化が達成されるようになっている。したがって、現場発泡にも有用である。
【００２３】
本発明の発泡性成形体は、所望の形状を持った成型品として得られた成形材料である。そのため、取り扱い性、運搬性、使用性に優れている。
また、本発明の発泡性成形体は、良好な保存性を有し、エポキシ当量が３００〜４０００ｇのエポキシ樹脂と、硬化温度が１００〜２００℃の硬化剤を用いると、その使用寿命を、６ヶ月以上とすることもできる。
【００２４】
この発泡性成形体を用いて、自動車等の車両部材や各種部材の中空状部を充填する。
この発泡性成形体は、所望の形状に成形できるので、部材の中空状部の形状に倣って成形することができ、中空状部を充填するのに適している。そして、この発泡性成形体をセットした中空状部を有する車両部材を加熱炉を通過させることによって、エポキシ樹脂の溶融、発泡・硬化が達成され、中空状部が完全に充填される。
このようなエポキシ樹脂発泡体が充填された車両部材は、軽量で、吸音性、遮音性、振動防止性に優れるのみならず、剛性を発揮しうるため衝撃吸収性に優れており、今までにない構造体を構成することができる。発泡成形体の加熱工程は、たとえば、部材の塗装の焼き付け工程（通常１４０〜２００℃）において同時に達成されうる。
【００２５】
また、この発泡性成形体は、このような特性から、住宅や家電製品等の充填材、吸音材、遮音材、振動防止材、構造材、難燃性材等に適した発泡体を形成するのに好ましく用いられる。また、この発泡性成形体は、予め、所定形状の発泡体として使用するのみでなく、現場発泡で、簡易に装着できる発泡体としても広く使用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の発泡性成形体は、エポキシ樹脂を含有することから、良好な剛性を発揮する発泡体を得ることができる。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明を具体例を示して具体的に説明する。
表１に示す、３種の配合で３種の発泡性成形体を製造し、発泡体を得た。
【表１】

【００２８】
配合１の発泡性成形体の製造にあたっては、７０℃でエポキシ樹脂を溶融し、これに硬化剤、発泡剤及びタルクを所定量添加し、混練し、混合物を押出成形機より押し出してペレット化した。
また、配合２の発泡性成形体においては、９５℃でエポキシ樹脂を溶融し、混練し、混合物を押出成形機より押し出してペレット化した。
配合３の発泡性成形体においては、８５℃でエポキシ樹脂を溶融し、混練し、混合物を押出成形機より押し出してペレット化した。
【００２９】
これらの押し出しペレットを、１００℃の条件で射出成形機により10mm×100mm ×50mmのシート形状に成形した。
【００３０】
得られた３種の発泡性成形体について、１７０℃のオーブンにて約１５分間加熱した。この結果、配合１〜３の発泡性成形体から、発泡体Ａ〜Ｃを得た。これらの発泡体Ａ〜Ｃは、発泡率がそれぞれ、６倍、４倍、４．５倍であった。また、これらの発泡体の密度は、それぞれ、０．２５、０．３０、０．３０であった。
【００３１】
得られた３種の発泡体につき、５０mm×５０mm×５０mm角の試験片を切り出し、圧縮試験機により直径９０ｍｍの円柱で圧縮し、圧縮できた最大値を圧縮強度とすることにより、得られた圧縮強度を剛性値とした。その結果を以下に示す。
【００３２】
発泡体の種類剛性値Kgf
発泡体Ａ 400
発泡体Ｂ 500
発泡体Ｃ 1200
【００３３】
配合１〜３の発泡性成形体について、室温（２３±２℃）で６ヶ月放置した後、同様の条件で発泡させたところ、いずれの発泡体も製造直後の発泡倍率と同等の発泡倍率を呈した。また、いずれの発泡体についても、製造直後の剛性値と同等の剛性値を呈した。
この結果から、発泡性成形体Ａ〜Ｃは、室温において少なくとも６ヶ月以上の使用寿命があり、発泡倍率及び剛性とも維持されることがわかった。
しかし、エポキシ樹脂の融点以上において、エポキシ樹脂と硬化反応しない状態、あるいはかかる未反応状態に近い状態として存在されうる硬化剤を選択することが好ましい。

Claims

エポキシ当量が１０００〜２５００のエポキシ樹脂、硬化剤及び発泡剤を混練して得られた混練物を、８０℃〜１３０℃で加熱して成形形状に成形し、得られた発泡性成形体を車両用部品の中空状部にセットし、１４０℃〜２００℃の温度範囲に設定の加熱炉を通過させることで、前記車両用部品の塗装の焼き付けを行うとともに、前記エポキシ樹脂の溶融、発泡及び硬化を行うことを特徴とする車両用部品の製造方法。