JPH0324943A

JPH0324943A - サンドイッチ繊維強化プラスチック成形品

Info

Publication number: JPH0324943A
Application number: JP15997089A
Authority: JP
Inventors: Yoshiro Kimura; 吉朗木村; Akiyoshi Yamada; 山田　章義; Kiyotaka Nakai; 清隆中井; Masahiro Narita; 雅浩成田
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Dainippon Ink and Chemicals Co Ltd
Current assignee: DIC Corp; Aisin Corp
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1991-02-01

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、それぞれ特異な構或のシートモールディング
コンパウンド（以下、ＳＭＣと略す）を組み合わせプレ
ス成形して得られる軽量・高強度なサンドイッチ構造の
繊維強化プラスチック成形品に関するものである。

「従来の技術」周知のように、繊維強化熱硬化性樹脂（以下、ＦＲＰと
略す）は、金属（特に鉄）に比べ軽量で、強度、耐食性
に優れる等、多くの特徴を有しており、バスタブ、浄化
槽、パイプ、ボード、椅子、各種自動車部品等、多岐に
亙って使用されている。

このようなＦＲＰの戊形方法には多くの種類があるが、
その一つにプレス成形法がある。この方法は、予め所定
の温度に加熱されたプレス用金型内にＦＲＰ材料を投入
し、加圧・硬化させる方注であり、ＦＲＰ材料として、
液状樹脂を用いる場合と、ＳＭＣ等の成形材料を用いる
場合とがある。

この内、戊形材料を用いたブレス或形法は、材料ロスが
少ない、生産性が高い、作業環境が良い等、他のＦＲＰ
成形法に比べ、多くの長所を有し、ＦＲＰｆｆ形品の生
産に広く用いられている。

このように、ＳＭＣは多くの長所を有しているが、アル
ミニウム等の軽金属よりも比剛性に劣るため、剛性設計
されている自動車の内・外装部品、例えば、サンルーフ
ハウジング等のＳＭＣ化を図る場合、軽量化メリットが
でないという問題点がある。そのため、従来より、中空
状の軽量充填材を利用して低比重Ｓ　Ｍ　Ｃの開発が行
われている。

しかしながら、中空状の軽量充填材を増量すれば、低比
重化は図れるが、機械的物性（特に、曲げ弾性率）の低
下が著しくなるという欠点があり、アルミニウム並の比
剛性を有するまでには至っていない。ＳＭＣ用強化材と
して一般に用いられているガラス繊維よりも高張力な繊
維、例えばカーボン繊維、アラミド繊維等を用いれば、
上記低比重ＳＭＣの高強度化が可能であるが、価格的な
実用性において難がある。本発明者らは、このような機
械的物性に劣る低比重ＳＭＣを補強するために高強度Ｓ
ＭＣを併用し、高強度ＳＭＣ／低比重ＳＭＣ／高強度Ｓ
ＭＣのようにサンドイッチ状に構成することで、比剛性
を高めた成形品を発明し、先に出願した。そして、一つ
のＳＭＣの一方の面が低比重ＳＭＣ、他方の面が高強度
ＳＭＣの特性を具備した特定のＳＭＣを用いてプレス成
形することにより、さらに、接着性の向上、薄肉化、等
の性能向上を図った成形品を発明し、これも先に出願し
た（特願昭６３−５４０５５号）。

「発明が解決しようとする課題」前記特願昭６３−５４０５５号は、『片面が中空状の軽
量充填剤を含有していないＳＭＣ　（Ａ）層から構成さ
れるとともに、他方の面が中空状の軽量充填剤を含有す
るＳＭＣ　（Ｂ）層から構或されてなり、上記（Ａ）層
および（Ｂ）層が強固に一体化されているＳＭＣＪ、及
びこのＳＭＣ２枚を軽量層である（Ｂ）層同士重ね合わ
せてブレス或形した構成のサンドイッチ構造の戎形品の
発明が示されている。

この先願の技術では、軽量層（Ｂ）は、層内が樹脂と主
に中空状軽量充填材とからなっているため、補強効果に
劣るものである。そのため軽量層（Ｂ）は、大型戊形品
を作る場合、層内において剥離およびクラックを生じや
すい傾向にある。万、剥離やクラックが生じると、サン
ドイッチ構造が破れ、材料が持つ高強度効果がなくなっ
てしまう。また、軽量層が露出した場合、その部分の強
度は低いものとなってしまう。このことは、当黙のこと
ながら、製品において、強度上の信頼性を損なうことに
なる。

「課題を解決するための手段」本発明の課題は、前記従来の問題点を解決することにあ
る。本発明は、この課題を解決するために、軽量層内に
おいて、中空状軽量充填材のみでなく、フレーク状ある
いは繊維状の充填材を併用することを特徴とするもので
ある。

すなわち、本発明は、第１図に示すように、表面を構成
する一方の層が中空状の軽量充填材を有していないＳＭ
Ｃ　（Ａ）層から構成されるとともに、他の層が中空状
の軽量充填材１を含有するＳＭＣ　（Ｂ）層から構成さ
れてなり、上記（Ａ）層および（Ｂ）層が強固に一体化
されているＳＭＣを２枚用いて（Ｂ）層同士を重ねてな
るサンドイッチ繊維強化プラスチック成形品において、
中空状の軽量充填材が含有されている上記（Ｂ）層にさ
らに繊維状またはフレーク状充填材２が含有されている
ことを特徴とするサンドイッチ繊維強化或形品である。

なお、図中符号３はＳＭＣを構或する層中のガラス繊維
強化材を示すものである。

さらに、本発明においては、（Ｂ）層中の繊維状または
フレーク状充填材２の配合量が中空状軽量充填材ｌの１
００部に対して好ましくは１〜３００重量部、より好ま
しくは５〜２００重量部であり、その長さが好ましくは
０．０５〜６　．　０　ｍｍ，より好ましくは０．１〜
３　．　０　ｍｍであることが望ましい構成である。

本発明のＳＭＣで用いる中空状の軽量充填材とは、好ま
しくは、比重０．１〜０．７の微小なブラスチノク、ガ
ラス等の中空体であり、特に好ましくは１００ｋｇ／ｃ
ｍ”以上の耐圧強度を有するガラス中空体である。

ＳＭＣ　（Ａ）層は、この軽量充填材を含まない熱硬化
性樹脂と、繊維強化材、例えばガラス繊維等、好ましく
はチヲノブドガラスストランドとを含むものである。

この（Ａ）層の熱硬化性樹脂とは、（Ｂ）層との一体化
の上から（Ｂ）層に用いる熱硬化性樹脂と同種同一のも
のが好ましく、それらは、例えば、エホキシ樹脂、不飽
和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂であり、好ま
しくは不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂で
ある。

この（Ａ）層における繊維強化材の含有量は、好ましく
は３０体積％以上、さらに好ましくは３５〜５５体積％
である。３０体積％より少ないと、成形品とした時に強
度の点から表面層に適さない。この繊維強化材として好
ましく用いられるチョップドガラスストランドとは、好
ましくは直径５〜３０μのガラスフィラメントを５０〜
１０００本程度集束させたがラスストランドを１７８〜
４インチの長さでカットしたもので、特に繊維長さ１７
２〜２インチのものである。

ＳＭＣ　（Ｂ）層は、前記軽量充填材を好ましくは１５
体積％以上、さらに好ましくは２０〜５０体積％含有せ
しめたもので、他に前記熱硬化性樹脂と前記繊維強化材
と含むものである。

この（Ｂ）層における熱硬化性樹脂の含有量は、好まし
くは１０〜８０体積％である。なお、この熱硬化性樹脂
には、目的に応じて、硬化剤、離型剤、着色剤、低収縮
剤、難燃剤、増粘剤、充填材およびその他公知の添加剤
を添加混合してもよい。

また、この（Ｂ）層における繊維強化材の含有量は、５
〜４０体積％が好ましい。

本発明の特徴は、前記組或の（Ｂ）層にさらに繊維状ま
たはフレーク状充填材を含有したことにある。この繊維
状充填材とは、例えば、ウィスヵー、ガラス繊維等であ
り、好ましくはガラス繊維のミルドファイバーであり、
フレーク状充填材トしては金属、ガラス、雲母などであ
り、ガラスフレークが好ましい。これらの（Ｂ）層中に
おける配合量は、前記中空状軽量充填材１００部に対し
て１〜１５０部であり、その長さは０．０５〜６．０ｍ
ｍであることが望ましい構成である。

なお、本発明において、（Ａ）層および（Ｂ）層に用い
る繊維強化材としては、２種以上のものを混合して用い
ても良い。

また、本発明の成形品を構成するＳＭＣは、従来公知の
ＳＭＣ製造装置を用いて容易に製造することができる。

図面によりその一例を示して説明する。第２図は、ＳＭ
Ｃの製造装置の一例を示す概略図である。本発明では、
まず樹脂タンク４に中空状の軽量充填材ｌおよび繊維状
またはフレーク状充填材２を混合・含有する不飽和ポリ
エステル樹脂等の樹脂ペースト０を仕込み、樹脂タンク
６に不飽和ポリエステル樹脂または／およびビニルエス
テル樹脂ペースト７を仕込む。なお、樹脂ペースト５お
よび７には、必要に応してそれぞれ更にその他の硬化剤
、離型剤、着色剤、低収縮剤、難燃剤、増粘剤、充填剤
、フレーク状あるいは繊維状の補強剤、およびその他公
知の添加剤等をいずれも混合してもよい。樹脂タンク４
から供給された樹脂ペースト５をドクターナイフ８によ
り熱可塑性フィルム（例えば、ポリエチレンフィルム等
）９の内面上に塗布して樹脂層を形或し、樹脂タンク６
から供給された樹脂ペースト７をドクター１イ７１０に
より熱可塑性フィルム（例えば、ポリエチレンフィルム
）１１の内面上に塗布した後、その上にロービングｌ２
をローヒ；ングカッター１３で切断して得られたチョッ
プドガラスストランドｌ４を散布してフィルム１１内面
上に樹脂７とチヨノブドガラスストランドｌ４との混合
層を形戊し、次いで上記２枚の熱可塑性フィルム９およ
ヒ＋１ノ内面同士を重ね合わせて脱泡・含浸ロール１５
にて含浸し、巻取りロールｌ６により巻取り、熟或を行
い、ＳＭＣを得る。

なお、樹脂タンク４に樹脂ペースト７を仕込むとともに
、樹脂タンク６に樹脂ペースト５を仕込んで、上記と同
様にしてＳＭＣを得ることもできる。

第３図は、ＳＭＣの断面概略図であり、前記ドクターナ
イフ８および１０で樹脂ペースト５および７の塗布量を
それぞれ調整すれば、低比重ＳＭＣと高強度ＳＭＣの特
性を有する面の構成比率（層の厚み）を任意に変更する
ことが可能である。

なお、上記説明においては、低比重ＳＭＣを構成する樹
脂ペースト５中に予め繊維状またはフレーク状充填材２
を混合するようにしたが、この方法に限らず、特に充填
材の長さがＩｎ＋＋＋＋を大きく越えるような場合には
、充填材の分散性を考慮して前記フィルム９に樹脂ペー
スト５を塗布した後、その上に前記繊維状またはフレー
ク状充填材２を散布するようにしてもよい。

また、熱可塑性フィルムｌ１の内面上に樹脂と繊維強化
材との混合層を形戊するのに、フィルムｌ１の内面上に
樹脂ペースト７をドクターナイフ１０により塗布し、そ
の上にロービング１２をロービングカッター１３で切断
して得られたチヨノブドガラスストランドｌ４を散布す
ることにより行ったが、本発明品を構成するＳＭＣの製
造方法は、この方法に限られない。この他に以下の方法
が考えられる。

（ａ）　　まず、フィルム内面上にチョップドガラスス
トランド（繊維強化材）を散布し、この上に樹脂液をカ
ーテンコート、シャワーコート、噴ＦＥなどの方法によ
り均一にコートして含浸させることにより樹脂と繊維強
化材との混合層をフィルム上に形成する。

（ｂ）　　チョップドガラスストランド（繊維強化材）
と樹脂液とを混合しながらフィルム内面上に供給し、ロ
ールにて均一層とすることにより樹脂と繊維強化材との
混合層をフィルム上に形成する。

（Ｃ）　　ガラス繊維シート材（ｗ４維強化材）を樹脂
ペースト貯留槽中を通過させて、シート材に樹脂を含浸
させ、この樹脂含浸シ一ト材をフィルムの内面上に積層
することにより樹脂と繊維強化材との混合層（樹脂含浸
シ一ト材）をフィルム上に形成する。

第４図に、前記のようにして得られるＳＭＣの（Ａ）（
Ｂ）層の界面の拡大断面図を示したが、チョップドガラ
スストランドＩ４を介して２種類の樹脂ペーストの含浸
が平衡に達する部分、すなわち低比重ＳＭＣ　（Ｂ）層
と高強度ＳＭＣ　（Ａ）層の特性を有する部分の界面は
、同じチョップドガラスストランド１４、さらには繊維
状またはフレーク状充填材２を互いに共有した状態であ
るために、強固一体化されていることがわかる。

次に、前記ＳＭＣをプレス或形して得られる軽量・高強
度なサンドイッチ構造の本発明成形品について説明する
。第５図に示すように、例えば、前記ＳＭＣの中空状の
軽量充填材を含有する（Ｂ）層（低比重ＳＭＣの特性を
有する面）同士が内側になるように２枚重ね合わせてプ
レス成形することにより軽量・高強度なサンドイッチ構
造の本発明或形品を得ることができる。この本発明の戊
形品は、低比重ＳＭＣと高強ＩＪ（Ｓ　ＭＣの界面が強
固一体化され、さらに低比重ＳＭＣ層（軽量層）が繊維
状またはフレーク状充填材により強化されたＳＭＣを用
いるため、従来の高強度ＳＭＣ／低比重ＳＭＣ／高強度
ＳＭＣサンドイッチ構造の戊形品の欠点である低比重Ｓ
ＭＣと高強度ＳＭＣの界面剥離の発生や低比重ＳＭＣ層
内における剥離およびクラックを防止することができ、
更に、板厚２１以下の薄肉化も容易に図れるものである
。この成形品のプレス成形条件は、通常のＳＭＣのプレ
ス成形条件と同様に、温度が４０〜１８００Ｃ，圧力が
１０〜２　００ｋ　ｇ／ｃｍ”，加圧時間が１〜６０分
間の範囲であるが、使用するＳＭＣの組戒内容や成形品
の形状、大きさ等により適宜条件を選択すればよい。

「作用」本発明を構或するＳＭＣは、これまでの方法の欠点であ
った低比重ＳＭＣと高強度ＳＭＣの界面密着性を大幅に
改善するとともに、低比重ＳＭＣ層内における剥離およ
びクラックを防止して補強効果の優れたものとなってお
り、また、板厚２１以下の薄肉化も可能となっている。

その結果、より一層の高強度成形品が得られ、万一、軽
量層（Ｂ）が表面に出てきた場合の補強効果も充分に得
ることができる。したがって、本発明の成形品は、アル
ミニウムよりも比剛性および戊形自由性に優れ、自動車
の内・外装部品、住宅用パネル、ハウジング、工業用部
品、レジャー用品、電子・電気機器部品等、多岐に亙っ
て使用することができる。

「実施例」以下、本発明を実施例により具体的に説明する。

（実施例ｌ　）充填材、低収縮化材など公知の添加材を配合した不飽和
ポリエステル樹脂コンパウンドを使用シ、表層コンパウ
ンドには、１インチのチョップドガラスストランドを５
９．４体積％含浸させ、内層コンパウンドには、軽量中
空状充填材（比重約０．５）を４０．６体積％とミルド
ファイバー（長さ約０　．　２　ｉｆｆＩ，直径１３μ
ｍ）を１０体積％を含浸させ、軽量層である低比重ＳＭ
Ｃ層（Ｂ）と高強度ＳＭＣ層（Ａ）とを有するＳＭＣ　
（ＸＯ−ＲＭ−９１・−２５、大日本インキ化学工業株
式会社製）を２枚用いて第１図に示すように（Ｂ）層同
士を内面として貼り合わせ、それを用いて第６図に示し
たサンルーフハウジングｌ７の戊形を行った。この実施
例のＳＭＣの組戊は表１に示した。

成形条件は、金型上型が１４５℃、下型１４０℃、成形
圧力１　０　０　Ｋｇｒ／ｃｍ”、保圧時間４分間とし
た。

成形後、第６図の斜線個所より試験片（２５Ｘ６０Ｘ２
．５ｍｍ）　　１　７個を切り出し、断面観察および強
度試験を行った。断面観察は、金属顕微鏡にて軽量層（
Ｂ）内に存在する剥離の有無を調査し、その発生率を算
出した。

また、断面観察後、スパン４０１をとり、曲げ速度Ｉ　
Ｉｌｍ／ｓｉｎとし、３点曲げ試験を行い、強度測定を
行った。そして、軽量層が流れ込みやすいバイブ部５の
強度測定を行った。試験方法は第７図（ａ）（ｂ）に示
すように、パイプ部ｌ８の根元から１５ａ＋ｅの位置を
押圧具ｌ９により負荷速度１０ＩＩｌｆｆｉ／ＩＩＩｉ
ｎにて押した。この試験評価の結果は表２に示した。

（実施例２）サンドイッチ構造ＳＭＣにおいて、表層（Ａ）は実施例
ｌと同じとし、内層（Ｂ）に軽量中空状充填材（比重０
．５）を４５．６体積％とガラスフレーク（厚さ約５μ
、約０　．　５　ｍｍ角鱗片状）を５体積％含浸したＳ
ＭＣ　（ＸＯ−ＲＭ−９　１−２６、大日本インキ化学
工業株式会社製）を使用し、実施例１と同様な条件で成
形および試験評価を行った。本実施例のＳＭＣの組或は
表１に示した。また、試験評価の結果は、表２に示した
。

（実施例３　）サンドイッチ構造ＳＭＣにおいて、表層（Ａ）は実施例
１と同じとし、内層（Ｂ）に軽量中空状充填材（比重０
．５）を４５．６体積％とミルドファイバー（長さ約０
．２１、直径約１３μｌｌ）を５体積％含浸したＳＭＣ
　（ＸＯ−ＲＭ−９　１−２　７、大日本インキ化学工
業株式会社製）を使用し、実施例１と同様な条件で成形
および試験評価を行った。本実施例のＳＭＣの組成は表
１に示した。また、試験評価の結果は、表２に示した。

（比較例）サンドイッチ構造ＳＭＣにおいて、表層は実施例ｌと同
じとし、内層に軽量中空状充填材（比重０．５）を５０
．６体積％含浸ＬたＳＭＣ　（ＸＯ−ＲＭ−９１−．２
８、大日本インキ化学工業株式会社製）を使用し、実施
例１と同様な条件で戊形および試験評価を行った。本比
較例のＳＭＣの組成は表１に示した。また、試験評価の
結果は表２に示した。

表２から明らかなように、本発明品では層間剥離の発生
は全くなく、各強度値も比較例に比べ、すべて高い値を
示し、本発明品の性能の高さを確認することができた。

（以下、余白）「発明の効果」以上説明したように、本発明によれば、繊維強化プラス
チック或形品において、特に軽量層内における剥離の発
生を防止することにより、信頼できる強度が得られ、ま
た、複雑形状部において、軽量層が表面に出てきても、
充填材により補強されているため、充分な強度が得られ
るものである。

したがって、本発明の成形品は、アルミニウムよりも比
剛性および或形自由性に優れ、自動車の内・外装部品、
住宅用パネル、ハウジング、工業用部品、レジャー用品
、電子・電気機器部品等、多岐に亙って使用することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に用いたＳＭＣの断面構成図、第２図は
同ＳＭＣの製造装置の概略構成図、第３図は同ＳＭＣの
部分断面図、第４図は同ＳＭＣの界面の部分拡大断面図
、第５図は同ＳＭＣによる成形品と戊形法を示す図、第
６図は実施例および比較例において戊形した成形品の平
面形状を示す図、第７図（ａ）（ｂ）はそれぞれ成形品
の強度の評価方法の説明図である。（Ａ）・・・表面となる一方の層（高強度ＳＭＣ層）、
（Ｂ）・・・他方の層（軽量層、低比重ＳＭＣ層）、ｌ
・・・中空状軽量充填材、２・・・繊維状またはフレー
ク状充填材、３・・・ガラス繊維強化材、４，６・・・
樹脂夕冫ク、５，７・・・樹脂ペースト、８，１０・・
・ドクターナイフ、９，’１１・・・熱可塑性フィルム
、１２・・・ロービンク、ｌ３・・・ロービンクカッタ
ーｌ４・・・チゴップドストランド、ｌ５・・・脱泡・
含浸ロール、１６・・・巻取りロール、１７・・・戊形
品、１８・・・成形品のパイプ部、ｌ９・・・強度試験
用の押圧具。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）表面を構成する一方の層が中空状の軽量充填材を
含有していないシートモールディングコンパウンド（Ａ
）層から構成されるとともに、他方の層が中空状の軽量
充填剤を含有するシートモールディングコンパウンド（
Ｂ）層から構成されてなり、上記（Ａ）層および（Ｂ）
層が強固に一体化されているシートモールディングコン
パウンドにより構成されたサンドイッチ繊維強化プラス
チック成形品において、中空状の軽量充填材が含有されている上記（Ｂ）層にさらに繊維状またはフレーク状充填材が含有
されていることを特徴とするサンドイッチ繊維強化プラ
スチック成形品。
（２）（Ｂ）層中の繊維状またはフレーク状充填材の配
合量が中空状軽量充填材１００部に対して１〜３００部
であり、その長さが０．０５〜６．０ｍｍである請求項
１記載のサンドイッチ繊維強化プラスチック成形品。