JPH01317730A - 複合成形物の製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＬＩＬへ吐ｌ丸艷 本発明は、熱膨張性フオームから棒状の複合成形品を製
造する方法に関し、更に詳しくは熱膨張性トランスファ
ー成形において補強１１１Ｍ体の選択により機械的機能
に制御された棒状部材を得るための改良に関する。

従来の技術 最近開発された熱膨張性樹脂トランスファー成形法（ｔ
ｈｅｒｍａｌ　ｅｘｐａｎｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｎ　ｔｒ
ａｎｓｆｅｒｗｏｌｄｉｎａ　ｐｒｏｃｅｓｓ）は、熱
弾性硬質フオーム（発泡コア）を所定形状に成形するこ
と、予備成形フオームコアを補強繊維体で包むこと、そ
の内部制約面が最終成形物の形状を形成しかつ前記予備
成形フォームコアの選択領域を加熱可能な型のキャビテ
ィ（空洞）内に、前記の包まれた予備成形フォームコア
を置くこと、予備成形フオームコアの周りに包まれた補
強繊維体を包囲しかつ湿潤化するように液状熱硬化性樹
脂を注入すること、型の所定領域を十分高い温度まで選
択的に加熱することにより型の加熱領域の影響下の硬質
フオームコアを膨張させ、これによりフオームコアの補
強繊維体包囲面を型の内部制約面に対して押しつけるこ
と、成形工程を完了するように硬質フオームコアの加熱
を終了させること、および型を冷却して成形物を型から
取出すことからなる複合成形品（複合成形部材）の成形
方法であり、通常の複合成形法に比べて幾つかの有利な
点を有している。

この方法の主な利点は、複雑な形状の成形物を容易にか
つ安価に製造できることにあり、木材。

金属または多くのプラスチック材料から製造するのに不
適かまたは実用的でない新製品の製造にもこの方法が使
用可能であることである。更にこの熱膨張性樹脂トラン
スファー成形法は、軽量材料を有効に利用して、軽量で
高強度および高剛性を有するサンドイッチコア製品を製
造するのに経済性の点でも魅力的な方法である。このよ
うに、この方法は極めて広範囲に種々の設計でかつ異な
る形状を有する部品や部材の製造に適用され、例えば航
空機、原動機付または原動機なしの乗物、遊戯施設、ス
ポーツ用品などの構造部品等に適用しても、この方法自
身有効である。

発明が解決しようとする課題 本発明は上述の如き熱膨張性樹脂トランスファー成形法
の利点を更に強化すべくなされたものである。

すなわち、上述のように熱膨張性樹脂トランスファー成
形法は軽量および高剛性を有するサンドイッチコア製品
を製造するのに経済性の点できわめて有利な方法であり
、その特性に加えて更に別の機能を発揮させ得れば製品
の価値は益々上ることとなる。本発明はこの点に鑑みな
されたものである。

課題を解決する手段 本発明は、上述の目的を達成するもので、熱弾性硬質フ
オーム（発泡コア）を所定形状に成形すること、予備成
形フオームコアを補強繊維体で包むこと、その内部制約
面が最終成形物の形状を形成しかつ前記予備成形フオー
ムコアの選択領域を加熱可能な型内に、前記の包まれた
予備成形フオームコアを置くこと、予備成形フオームコ
アの周りに包まれた補強繊維体を包囲しかつ湿潤化する
ように、液状熱硬化性樹脂を注入すること、型の所定領
域を十分高い温度まで選択的に加熱することにより型の
加熱領域の影響下の硬質フオームコアを膨張させ、これ
によりフオームコアの補強繊維体包囲面を型の内部制約
面に対して押しつけること、成形工程を完了するように
硬質フオームコアの加熱を終了させること、および型を
冷却して成形物を型から取出すことからなる複合成形物
の製造方法において、前記補強４１Ｉｔ体を２種以上組
合せ、例えば一方を一方向性強化材、他方を織上げ（プ
レート）強化材とし、長手方向の熱線膨張率および／又
は曲げ弾性率の制御された棒状物を得ることを特徴とす
るものである。

本発明の前提とする熱膨張性樹脂トランスファー成形法
（以下、ＴＥＲＴＭ法と略称することがある）の第１段
階では、熱弾性硬質フオーム（発泡コア）が所定の形状
に成形（予備成形）される。

発泡コア（硬質フオーム）は、通常、直接成形または熱
による圧縮成形により成形されて予備成形フオームコア
となる。

次いで、この予備成形フオームコアは補強用繊維体で包
みこまれる。

該コア形成用のポリマーは、最終製品の加熱撓み温度、
最終製品に要求される重量、コスト、および所要のサイ
クル時間などを考慮して選択されるが、一般に、高温で
は熱膨張し、一方常温では安定であるような材料でなけ
ればならない。適当なコア材料用ポリマーとしては、ポ
リ塩化ビニール、特定のポリウレタンやポリイミド等が
あげられる。これらのポリマーには種々の添加剤（例え
ば顔料、充填剤、補強用短繊維など）を含んでも差しつ
かえない。

予備成形コアを補強繊維体の内に包み込んだのち、それ
は型のキャビティー内に置かれる。

包まれたコアの寸法を型のキャビティーの内側寸法より
やや小さめにして、構造体が型のキャビティー内で少し
空隙を有するほどに調整することが望ましい。

包まれたコアが型内に配置されると、低粘度の熱硬化性
樹脂が型内に注入され、これにより補強用繊維体および
コアは熱硬化性樹脂により包囲され、かつ湿潤化される
。

熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂が好ましいが、不
飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂等のその他の
熱硬化性樹脂も用いられる。

樹脂の注入に続いて型が加熱される。熱は型から熱硬化
性樹脂を介してフォームコアへ伝達される。コア湿度が
コア材料の膨張温度に到達するとフオームコアは膨張し
、これによりコアの包まれた表面は型の制約面に押しつ
けられる。

型の中へ注入される熱硬化性樹脂は、フオームが十分に
膨張して型内面に押しつけられ、型内に設けられた空気
扱きを介して型から゛余剰の樹脂をすべて排除するまで
の十分長い時間、液状を保持していなければならない。

フオームコアが膨張し、熱硬化性樹脂が成形後、次に、
型は冷却され、成形物は型から取出される。ポリイミド
は一般に約１４９℃〜２０５℃の範囲の温度で膨張し、
ポリ塩化ビニル樹脂は一般に約り０４℃〜約１６３℃の
範囲の温度で膨張し、ポリウレタン樹脂は約６５℃〜１
０７℃の範囲の温度で膨張するので、ポリマーに応じて
加熱温度が選定される。

かかる熱膨張性樹脂トランスファー成形法（ＴＥＲＴＭ
法）は、マクシミリアン・ウェアによって開発され、先
に特願昭６１−３０３５６０号にて提案されたそれ自体
新規な成形法であるが、本発明はその中で最も重要な役
割を果す補強繊維体に着目し、棒状成形物を成形するに
当り２種以上の補強繊維体を組合せて使用することによ
り、出来上った製品に所望の物性（特に曲げ弾性率、熱
線膨張率）を付与しようとするものである。

以下、図面を参照しながら、本発明による改良を更に詳
しく説明する。

第１図は本発明を実施した結果の棒状成形物の一例を示
す。図示のものは熱弾性硬質フォームコア１（以下、発
泡コアと称する）の周りに第１の補強繊維体２として一
方向性強化材を、更に第２の補強繊維体３として繊維方
向が±４５°となった織上げ（以下、プレートと称する
）を、製品の表面性状を左右する最外層に第３の補強繊
維体４を、それぞれ配している。

ＴＥＲＴＭ法では上述の如く加熱成形時に発泡コアの膨
張圧により液状熱硬化性樹脂が補強ＩＩＮを完全に湿潤
させるとともに成形用金型内面に補強繊維体を含む樹脂
層を強く押しつけるので、補強繊維体の厚みに対応した
補強繊維体の層が出来、その体積含有率が補強繊維体の
種類・構造によりある程度予想しうる。

第１図に示した態様では、第１の補強Ｉｌ１体２が一方
向性強化材で棒状物の長手方向に配向しているため、該
強化材の棒状物での空間位置１体積含有率により棒状物
の曲げ弾性率は大きく左右される。

一方この補強繊維体２は発泡コアで外側へ押圧される為
、補強繊維体２の外側に存する他の補強１１１体３およ
び４の厚みより補強繊維体２の金型内での空間位置が定
まり、補強繊維体２の構造により体積含有率が定まる。

この結果該補強１１１１ｉ体２の構造（一方向強化材を
均等に配するか、適当に間隔をおいて配するか等により
繊維体全体としての厚みが異なる）により体積含有率が
、外側の繊維補強体の厚みにより棒状物での空間位置が
定まり、棒状物の曲げ弾性率を制御しうろこととなる。

また、補強１１１体３は補強繊維体２を外側から包み補
強繊維体２内での剥離防止及び棒状物の捩り剛性を発現
するが、曲げ剛性自体には大きく寄与しない。

炭素繊維、アラミド繊維の１ｌｌｉ方向の熱線膨張率は
一般に負であり、本実施例の補強繊維体２のように一方
向強化材で繊維の体積含有率が高い時は出来た複合材料
全体の熱線膨張率は負となることが多い。体積含有率が
低い場合あるいは繊維方向と角度の大きい方向の熱線膨
張率は樹脂の正の熱線膨張率が優勢となり、複合材料全
体の熱線膨張率は正となる。

従って、炭素繊維を用いて本実施例のように一方向強化
材の補強繊維体２と±４５°の繊維方向よりなるプレー
トの補強！Ｉ維体３を組合せて使う場合、それらの割合
により棒状物全体の熱線膨張率が決定される。熱線膨張
率は、曲げ弾性率と異なり補強繊維体２の空間位置に関
係なく決定することができ、曲げ弾性率とはある程度独
立に制御しうる。

以上の例では、一方向強化材とプレートとの組合せで説
明してきたが、補強繊維体が何であろうとＴＥＲＴＭ法
で補強繊維体が金型へ押圧される本質に変りはなく、用
途・機能に応じて種々の組合せが設計者の裁量で決定し
うる。

繊維の種類としては炭素Ｉ維、アラミド繊維。

ガラス繊維、ポリエステル繊維、金属繊維あるいはセラ
ミック繊維（アルミナ、ＳｔＣ等）が使用でき、これら
の組合せたものも適宜使用できる。

強化形態としては、一方向強化材、織物、織上げ（プレ
ート）マット及び不織布が使用出来る。織物にはスダレ
織のように非常に方向性の強いものも使用可能であり、
不織布は実施例の補強繊維体４のように表面性状をよく
する目的でも使われ、いわゆるベールもこの目的に使用
される。

かかる方法により曲げ弾性率および／または熱線膨張率
の制御された棒状物が得られるが、この棒状物を使った
治具あるいは構造物は温度に対する寸法安定性が良好で
かつ軽量なる利点があり非常に有益なものである。従っ
て、補強繊維体を巧みに選定すれば熱線膨張率が零の棒
状物も得られる。これらを光学系構造物として用いると
光軸の変化が温度で左右されないこととなり種々の科学
的長所をもたらす。また、負の膨張率の棒状物と通常の
正の膨張率をもつ棒状物の直列的接続を用いれば、全体
として膨張率の小さなあるいは長さ割合を適宜室めれば
膨張率が零の棒状物が得られる。

以上は角型の断面形状の例を示したが、円形あるいはＴ
ＥＲＴＭ法が適用出来る任意の断面形状を有する棒状物
に本発明が適用できることは勿論である。

本発明にかかる棒状物の他の用途例としては、第２図に
示される様に内部の硬質フオームコア１に中空円筒物１
０．１１を挿入した構造物兼用でかつ保温機能をもった
棒状物がある。中空円筒物１０はいわゆる導管として使
用し内部に電線を通し、中空円筒物１１は液体輸送管で
あり、配管、配線に要するスペースが不要でかつ配管支
持材、保温材の不要な長所を有する。

中空円筒物を硬質フォームコア内に挿入するに際し、長
尺物では成形前に硬質フオームコアを半割とか部分的に
スリットをいれて挿入することが好ましく、短尺物の用
途では成形後ドリル等の機械加工で所望の位置に穿孔し
挿入することで十分である。

以上の如き本発明方法によれば、組合せる補強繊維体の
種類や形状を選択することにより、任意の性質１機能を
もった棒状物を容易に製造することが出来、本発明方法
は工業的にきわめて有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる棒状物の実施態様の一例を示す
図で、第２図は中空円筒物を棒状体に挿入した実施例を
示す。 １・・・熱弾性硬質フォームコア（発泡コア）２．３・
・・補強１！Ｉｌｉ体 １０、１１・・・中空円筒物 特許出願人　帝　人　株　式　会　社 手続補正書（成） 昭和６３年１０月７日 特貫午庁長宮殿 １、事件の表示 特願昭　６３　−　１４８３３８　　Ｎ２、発明の名称 複合成形物の製造法 １ｒｙｒ ［

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱弾性硬質フォーム（発泡コア）を所定形状に成
   形すること、予備成形フォームコアを補強繊維体で包む
   こと、その内部制約面が最終成形物の形状を形成しかつ
   前記予備成形フォームコアの選択領域を加熱可能な型内
   に、前記の包まれた予備成形フォームコアを置くこと、
   予備成形フォームコアの周りに包まれた補強繊維体を包
   囲しかつ湿潤化するように液状熱硬化性樹脂を注入する
   こと、型の所定領域を十分高い温度まで選択的に加熱す
   ることにより型内で上記硬質フォームコアを膨張させ、
   これによりフォームコアの補強繊維体包囲面を型の内部
   制約面に対して押しつけること、成形工程を完了するよ
   うに硬質フォームコアの加熱を終了させること、および
   型を冷却して成形物を型から取出すことからなる複合成
   形物の製造法において、前記補強繊維体を２種以上組合
   せ、長手方向の熱線膨張率および／又は曲げ弾性率の制
   御された棒状物を得ることを特徴とする熱膨張性樹脂ト
   ランスファー成形による複合成形品の製造法。
2. （２）補強繊維体の１つが一方向性強化材、他の１つが
   織上げ（プレート）強化材であることを特徴とする請求
   項（１）に記載の製造法。
3. （３）補強繊維体が炭素繊維、アラミド繊維、ガラス繊
   維、ポリエステル繊維、金属繊維の少なくとも一種以上
   からなることを特徴とする請求項（１）または（２）に
   記載の製造法。
4. （４）補強繊維体が炭素繊維、ガラス繊維またはアラミ
   ド繊維のいずれか一種よりなることを特徴とする請求項
   （２）または（３）に記載の製造法。
5. （５）補強繊維体が炭素繊維で、織上げ強化材の繊維方
   向が棒状物長手方向軸に対して±４５°方向となってい
   ることを特徴とする請求項（４）に記載の製造法。
6. （６）前記予備成形フォームコアに少なくとも１本以上
   の中空円筒物を挿入することを特徴とする請求項（１）
   〜（５）のいずれかに記載の製造法。
7. （７）予備成形フォームコアの膨張前に中空円筒物を予
   備成形フォームコアに挿入しその後成形を実施すること
   を特徴とする請求項（６）記載の製造法。
8. （８）棒状物の成形完了後予備成形フォームコアに機械
   加工をした長穴に中空円筒物を挿入することを特徴とす
   る請求項（６）又は（７）記載の製造法。