JPH03155903A

JPH03155903A - エポキシ樹脂合成木材

Info

Publication number: JPH03155903A
Application number: JP29389389A
Authority: JP
Inventors: Yahachiro Matsushita; 松下　弥八郎; Hidehiko Sano; 佐野　秀彦
Original assignee: I T W KK
Current assignee: I T W KK
Priority date: 1989-11-14
Filing date: 1989-11-14
Publication date: 1991-07-03

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、切削時に切り屑が長く切削できるエポキシ樹
脂合成木材に関する。

〔従来の技術〕

近年、木材の需要は増大する一方であるが、反面、供給
の方は自然環境の保護の立場で制限を受けるため、木材
代用としての合成木材の必要性はますます高くなってき
ている。従来、合成木材としては発泡倍率１．１〜４倍
程度のプラスチックス低発泡製品が押出成型、射出成型
で造られ、木材類似の外観を備えること利用して、電化
製品、家具、容器等に広く使用されている。このほかに
、切削加工機による切削、切断、穴あけ等の加工を必須
とする金型のマスターモデル用のワーカプルボード（ま
たはブロック）と称される合成木材があり、自動車、電
気工業等の型加工の分野で広く使用されている。マスタ
ーモデル用の合成木材は切削加工がし易いことのほかに
、ひけやそりがなく、寸法安定性の良い事か必要とされ
ている。

この要求に対応し得る合成本利用素材として、エポキシ
樹脂がある。エポキシ樹脂は熱硬化性樹脂のなかでは、
フェノール樹脂、尿素樹脂のように、硬化後の製品にも
ろさがない。しかし、熱硬化性樹脂特有の硬さが有るた
め、合成木材として使用する際、切削時に唯一の難点を
有している。

即ち、切削時には、約１．　ｍｍ程度の粉状にしか切削
できなく、そのため作業場が粉塵におおわれ、特別な防
塵対策を必要とすることである。

これに対して、エポキシ樹脂の主剤側（ビスフェノール
Ａジグリシジルエーテル型エポキシ樹脂）に柔軟性を有
し、反応基（エポキシ基）を有する可撓性付与剤を混合
するか、または、硬化剤であるアミンにポリアミド（パ
ーザミド）等を使用することにより、硬化後の製品の硬
度を下げる方法で対処することが行われてきた。

また、繊維を合成樹脂に混合することは一般的である。

繊維を合成樹脂に使用する目的は、合成樹脂の機械的強
度である引っ張り、曲げ等の強度や耐衝撃性等の向上を
図れる以外に、耐熱性の向上や寸法安定性の向−Ｌ等を
目的として使用されている。そのため、ガラス繊維が中
心となっている。ガラス繊維は長繊維やマット、織物の
ほかに短繊維も使用されている。合成繊維は、ガラス繊
維に比較すると伸びが大きく、熱可塑性樹脂に混合使用
することによる利点が少ないためその使用例は少ない。

熱硬化性樹脂は一部の物を除いて、硬い反面、もろさが
あるので、このもろさを解消するために合成繊維が使用
されている。この合成樹脂の例としては、フェノール樹
脂、尿素樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。しかし、
熱硬化性樹脂でもエポキシ樹脂は樹脂自体、強靭性が高
いので、ガラス繊維を使用するときを除けば、合成繊維
を特別に短繊維の形で使用する必要はなく、短繊維の形
で使用する場合に考えられることは、耐衝撃性の向上を
目的とする場合である。エポキシ樹脂に合成繊維を積層
して使用されている例には、エポキシ樹脂積層板がある
。これに対しては服部氏（垣内弘編「エポキシ樹脂」、
第４０１頁、昭和４７年昭晃堂）は次の様に述べており
、これはエポキシ樹脂複合材に対する代表的な知見とい
える。

［エポキシ樹脂積層板用として使用される合成繊維には
ポリエステル系繊維、アクリル系繊維、ポリアミド系繊
維等がある。これらの共通の性質として繊維自身の強度
は大きいが破壊に至るまでの伸びが樹脂と比較してはる
かに大きいということである。したがって、基材として
の補強効果はほとんどない。また熱的に弱く温度によっ
て寸法が変化し易いという欠点がある。このため構造材
料としての価値はないが、電気絶縁用としては一部にガ
ラス繊維を併用してその欠点を補い特徴のあるすぐれた
材料を得ている」。

以上のように、エポキシ樹脂に合成繊維を使用する必要
性は存在しなかった。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、前述したように、硬化後のエポキシ樹脂
の硬度を下げる方法では、使用する可撓性付与剤または
ポリアミド等の硬化剤を多く使用しないと、硬度を下げ
ることはできない。これらの原料は、汎用の主剤や注型
用硬化剤のような汎用の硬化剤に比較すると、高価なも
のが多く、物によっては、２倍近い価格となっている。

また、硬度を下げると線膨脹係数が高くなってしまう欠
点を有する。合成木材を扱う作業場では、夏期の場合、
４０℃を越す場所も多く、線膨脹係数が大きいものでは
、温度差が大きいと、そりやひけ等の発生の原因となる
。従って、線膨脹係数の値は低い程良く、重要な評価の
数値に挙げられる。

さらには、エポキシ樹脂が合成木材の素材として好まれ
るのは、ヤング率の高いことからくる、平板全体のそり
防止の観点がある。

また、一般に、天然木材の比重は０．５〜０．６の範囲
のものが多く、合成木材の場合も移動や切削時の扱いが
容易であるように、出来るだけ軽くした比重１．０以下
の合成木材が当業者の間で好まれている。

〔課題を解決するための手段並びに実施例〕本発明者等
は、従来の合成木材の欠点を克服すべく検討した結果、
エポキシ樹脂に有機充填剤若しくは有機充填剤と無機充
填剤の両方を含有し、硬化後のエポキシ樹脂が比重１．
１０以下となるエポキシ樹脂複合体に、繊維径１００μ
ｍ以下で繊維長２０ｍｍ以下の合成繊維を充填剤を除い
たエポキシ樹脂に対して重量で２０％以下含有させたエ
ポキシ樹脂合成木材を見い出し、本発明を完成させたも
のである。

本発明に用いる有機充填剤としては、フェノール樹脂、
ポリ塩化ビニール（Ｐ　Ｖ　Ｃ）、ポリエステル、ポリ
アクリロニトリル、ポリスチレン、ポリアクリル酸エス
テル、ポリカーボネート及びＡＢＳうちの一つ又は複数
を使用することができる。これらは粉体もしくは発泡体
粉末として使用するものである。これらのうち、フェノ
ール樹脂はエポキシ樹脂複合体を形成した際に好ましい
比重の複合体を得ることができたり、線膨張係数が悪く
ならない等の利点を有しているのでその使用が好ましい
。このフェノール樹脂発泡体粉末としては、フェノール
バルン（比重０．３、ユニオンカーバイト社品名Ｂｊｏ
、　０８４０．４３μ）などを挙げることができる。

本発明に使用したＰｖＣ粉末の比重は、１．４２である
がエポキシレジン１００重量部に対して、ＰＶＣ粉末を
１００重量部使用した注型製品の比重は約１．０５であ
った。使用したエポキシ樹脂の硬化後の比重は１．１０
であるから計算上は１．２４となるが、気泡を含んだ結
果である。しかし、見かけ上は均一な断面形状を示して
いた。

フェノールバルンを重量で１０〜２０重量部、ＰｖＣを
５０〜１００重量部を、エポキシレジン１００重量部に
使用した場合の比重は０．７〜０．９となり、合成木材
として手頃な比重となる。しかも安価なＰｖＣの使用に
より、高価なフェノールバルンの使用を、原価的に補う
ことができる利点を生ずる。なお、エポキシ樹脂の硬化
後の比重は使用する硬化剤の種類や使用量によって異な
るが、１．１０から１．２０の範囲といえる。

本発明は切削加工刃の損傷を防ぐため、従来使用された
無機充填剤のガラスバルーンを有機充填剤と置き代えた
ものであるが、加工刃の損傷を生じない程度に、若干の
ガラスバルーン等の無機充填剤を有機充填剤と併用する
ことは差し支えない。

本発明では、合成繊維を必要不可欠な立場で使用するも
のである。有機充填剤の使用単独でも、カッターナイフ
で切削すると、微細な切り屑として落ちてくる。このと
きの切り屑の長さは約１ｍｍから始まっている。従って
、この１ｍｍの切り終わる迄に繊維が存在すると、繊維
は切断され易いので、繊維を確実に切断し、そこでまた
次の１ｍｍ迄の切断への出発点となる。このような状態
が次々に連結して行けば、バトンを渡すように切断が続
いていくことになり、従って、エンドレスの切り屑が得
られることになる。

一方、合成繊維が存在すると、エポキシ樹脂全体のヤン
グ率は次式で与えられている。

Ｅ　　＝Ｅ　　Ｖ　　＋Ｅ　　Ｖ　　　−−−−−（１
）ｃ　　　　ｆｆ　　　　ｍｍここで、ｆは繊維、ｍはマトリックスであるエポキシ樹
脂を表し、Ｅはヤング率、■は容積分率、Ｅｏは複合体
のヤング率を表す。

一般に繊維は延伸により、ヤング率は高められるのでＥ
ｆ＞ＥｍであるからＥ。＞Ｅｍとなり繊維を入れること
でエポキシ複合体のヤング率は減少することはない。従
って、硬度を下げることでヤング率が下がる従来の方法
と異なり、本発明の結果では、エポキシ樹脂の有する利
点を害さないで、しかも唯一の欠点を解消できることに
なる。

上述したように理論上駒１ｍｍの間に繊維が存在すると
、本発明の目的であるエンドレスの切り屑が可能となる
ので、このときの繊維の使用濃度を求めると次のように
なる。

第１図に示したように、１ｃｍの立方体の底面に１ｍｍ
間隔に繊維を置き、乙方向に梯子状に繊維を積み重ねた
ときの繊維重量（Ｗ）を求める。繊維長を１ＩＩＩＩ１
１１繊維半径をγμｍ１繊維比重をρ、１ｃｍ０の立方体に含まれる繊維をｎ本とすると、Ｗ−ρπγ−
Ｉ！ｎとなる。

１２．５ここで、ｌ＝３ｍｍｓ　７　＝　　２　１’ｍｚ　Ｏ＝
１．３８のテトロン繊維についてＷを求める。

１ｃｍの立方体の底面にある繊維の本数は、１０本Ｘ１
０＝　１００本。

勾３．３３本。

従って、ｎ−＝３．３３Ｘ１００＝　３３３　（本）、
’、　　Ｗ＝１．３８Ｘ３．１４Ｘ（里−Ｘ１０’ｃｍ
）”Ｘ（３Ｘ１０−　ｃ＋ｎ）Ｘ３３３’；１．７Ｘ１
０　’　（ｇ）＝　２ｘｌＯ−’　（ｇ）１ｃｍの立方体のエポキシ複合体の重量を１ｇとすると
、重量濃度で約０．０２％となる。実際には、１ｍｍ間
隔に繊維が１本部合良（置かれることはないので、１０
倍の濃度としたときは約０．２％の繊維濃度であれば良
いことになる。

このように僅かな繊維の使用量でも、エンドレスの切り
屑効果が期待できた。事実、エポキシレジ２１００重量
部に対して、ｐｖｃ　１００重量部の配合比で、テトロ
ン繊維３闘長、１．５デニール（１２，５μｍ）　（帝
人社、ＴＭ　０４　Ｎ　）を使用したときの切削テスト
では、１２２１００重量部に対して、１重量部でもエン
ドレスの切り屑効果が得られた。しかし、ざっくりした
切り易い感じは４重量部以」二から顕著に現れた。使用
可能な合成繊維は、ポリエステル系繊維（テトロン）、
ポリアミド系繊維（６−ナイロン）、ポリアクリロニト
リル系繊維、レーヨン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリ
エチレン繊維、ビニロン繊維、ポリビニールアルコール
繊維等がある。

合成繊維は後述するように、熱膨張の挙動か有機充填剤
と異なるので、ポリアミド系繊維、ポリプロピレン繊維
、ポリエチレン繊維も製品の線膨張係数に悪い影響を与
えないため、使用することができる。エポキシレジンへ
の合成繊維の使用量は使用量を増加させると、より切削
し易い感じは出てくるか、顕著な差はなく、むしろ繊維
による製品表面の毛羽立ちが目立つようになる。エポキ
１２２１２２８０重量部に対して２０重量部である、すなわ
ち０．２〜２０重量％の範囲での使用が良い。繊維長は
短い程、未反応時の液状エポキシ樹脂に混合し易いので
、１〜２０ｍｍの範囲での使用が良い。繊維径も余り太
くなると、製品の表面が綺麗に仕上がらないので、３〜
１００μｍの範囲での使用が良好である。

合成繊維の使用効果には、他に８０℃付近からの線膨張
係数を下げる働きがある。エポキシ樹脂硬化物は有機ま
たは無機充填剤を含有していても、６０℃付近のエポキ
シ２次転移点を過ぎるころから、さらに線膨張係数が上
がる現象を示す。

合成繊維は製造中に延伸を受けているので、ある温度か
ら顕著な収縮を始める。発生した収縮はエポキシ樹脂複
合体の熱による伸びを抑制するので、線膨張係数は上胃
せずに下降を始めることになる。例えば、テトロン繊維
をレジン１００重量部に対して、１０重量部、ＰｖＣは
１００重量部の製品では８０℃前後から線膨張係数は下
がりはじめ８５℃では２０％近く低い値を示した。線膨
張係数が低くなることは、製品の寸法安定性上大変好ま
しい現象である。

本発明の合成木材の製法は以下のように行う。

エポキシ樹脂にアミン等の硬化剤を混合した樹脂液に、
所定の繊維と有機充填剤の粉末をミキサーにかけて、均
一に混合し、離型剤を塗布した金型に注型する。真空脱
泡して極端に大きな空気泡を取り除いて、１昼夜放置硬
化させる。さらに、６０℃で３時間後硬化させてから、
脱型する。常温硬化の場合は、脂肪族ポリアミン、ある
いは変形脂肪族ポリアミン（アダクトアミン）を使用す
る。６０℃〜７０℃の昇温で硬化を促進させることもで
きる。なお、繊維を樹脂液に混合する場合、均一に混合
させるのは困難な場合が多いが、ヘキサン等の非溶媒で
樹脂を分散させて行うと混合し易くなる。

比較例表１はエポキシ樹脂（ビスフェノールＡ型）に柔軟性を
付与する油変性エポキシ（ニー、シー、アール社Ｒ１４
１８）を混合したときの切り屑の効果を３４調べたものである。

硬度は可撓性付与剤の使用星に応じて、減少しており、
また、切り屑の長さ（事務用カッターナイフでサンプル
を削り、１０ケの長さの最低と最高の長さを示した）も
硬度の減少に応じて、若干の改善が認められる。しかし
、この程度では、前述したエポキシ樹脂合成木材のもつ
利点を失う代償の方が大であり、改良とはいえない。

なお、表１のテストサンプルは、エポキシ樹脂側１００
重量部に対して、変性ポリアミン硬化剤（大日本インキ
社ＥＸＢ−３５３）２０重量部を混合した樹脂液（以下
レジンと称する）１００重量部に対して、ポリ塩化ビニ
ール粉末を１００重量部混合後、テスト型に注型し、真
空脱泡して、室温で２４時間硬化させ、さらに６０℃で
３時間、後硬化処理したものである。

麦」− 可撓性付与剤の効果＊硬度測定はゴム硬度計（高滓製作所、■Ｓ型）を使用
した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、合成木材として手頃な比重を有し、し
かも安価なＰｖＣの使用により、高価なフェノールバル
ンの使用を原価的に補うことができる利点を生じること
ができるものである。

更に、僅かな量の繊維を使用することで、従来の細かい
切り屑から、エンドレスの切り屑でもっ１５６て切断作業を行うことができる等、極めて実用性の高い
効果を発揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は１ｃｍの立方体の内の繊維をならべたときの説
明図である。ｌは繊維長、Ｘ５ＹＳｚは軸方向を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エポキシ樹脂に有機充填剤若しくは有機充填剤と
無機充填剤の両方を含有し、硬化後のエポキシ樹脂が比
重１．１０以下となるエポキシ樹脂複合体に、繊維径１
００μｍ以下で繊維長２０ｍｍ以下の合成繊維を充填剤
を除いたエポキシ樹脂に対して重量で２０％以下含有さ
せることを特徴とするエポキシ樹脂合成木材。
（２）有機充填剤はフェノール樹脂、ポリ塩化ビニール
（ＰＶＣ）、ポリエステル、ポリアクリロニトリル、ポ
リスチレン、ポリアクリル酸エステル、ポリカーボネー
ト及びＡＢＳうちの一つ又は複数よりなる特許請求の範
囲第１項記載のエポキシ樹脂合成木材。
（３）合成繊維はポリエステル繊維、ポリアミド繊維、
ポリアクリロニトリル繊維、レーヨン繊維、ポリプロピ
レン繊維、ポリエチレン繊維、ビニロン繊維又はポリビ
ニールアルコール繊維よりなる特許請求の範囲第１項記
載のエポキシ樹脂合成木材。