JPH04151238A - 軽量複合成形物及びその製造方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、航空宇宙材料、スポーツ用品、その他に特に
近年盛んに用いられている軽量複合成形物及びその製造
方法に関する。

［従来の技術］ 従来、軽量成形物はハニカムコア、サンドインチ材等が
用いられている。ハニカムコアは軽量で圧縮強度が大き
いが、遮音性に乏しい欠点があった。サンドイツチ材は
軽量にすれば圧縮強度に乏しくなる。

近年、軽量性と遮音性から、ハニカムコアのセルを発泡
フオームで埋めた材料が用いられている。

しかし、コストパーフォーマンス等から、サンドインチ
材が好んで用いられている。これは発泡した硬質のフオ
ームに繊維強化樹脂層を貼合わせるものであり、同様に
手間のかかるものである。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明において解決しようとする課題は、安価に、容易
に、ハニカムコアに類似する機能を持った新規材料を提
供することである。

［課題を解決するための手段］ 本発明者はこれらの課題の解決に努め、製造しやすく、
安価な代替品を発明した。即ち、本発明は、樹脂と補強
繊維からなる２以上の繊維強化樹脂の層を、多数の樹脂
柱でつないであり、層間の樹脂柱以外の部分は発泡体で
埋めであることを特徴とする軽量複合成形物である。

第１図は本発明の成形物の一例を示す縦断面図であり、
１は補強ｔＭ雑織物、２はそのマトリックス樹脂でこれ
らが上下の繊維強化樹脂層を形成している。３は層間を
つなぐ樹脂柱、４は層間に充填されている発泡体である
。第２図は別の成形物の例を示す横断面図であり、３は
樹脂柱、４は発泡体である。

本発明における樹脂柱３は、第２図の如くほぼ規則的に
配列させて位置させてもよいが、成形物の物性から、ラ
ンダムな位置にあることが好ましい。樹脂柱３のランダ
ム配置は成形物の任意の方向に荷重、負荷がかかった場
合に、常に同様な物性であるために好ましい分布条件で
ある。樹脂柱３は円柱であっても良いが、軽量化と物性
を満足させるためには、樹脂柱は円柱でないことが一層
好ましく、更に層面と平行な面における樹脂柱の断面が
直角な二方向において長さが異なることが好ましい。ま
た、この樹脂柱断面の長軸の方向はランダムであること
が好ましい。

この樹脂柱３は、表層である樹脂と補強繊維からなる層
（以下ＦＲＰと略称）のマトリックス樹脂２と同一であ
る樹脂を用いることが好ましく、少なくとも互いに相溶
性であることが大切である。

この樹脂は熱硬化性、熱可塑性の何れであることも出来
、表層のＦＲＰを構成するマトリックス樹脂と異なって
いてもかまわない。

多くの場合、双方の樹脂が熱硬化性であることが好まし
いことが普通であり、表層のＦＲＰを構成するマトリッ
クス樹脂と樹脂柱の樹脂は同一であることが好ましいの
が普通である。このような樹脂には、エポキシ樹脂、不
飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂などが挙げ
られる。

樹脂柱の間に充填されている発泡体（フオーム）は硬質
でも良いが、軟質弾性体であることが好ましい。軟質弾
性体であれば、ある程度成形が自由に出来るためである
。またこの発泡体は気泡内に樹脂が浸透しない独立気泡
のものが好ましい。樹脂柱は断面が正方形、矩形である
必要はなく、第２図の如きＹ字形やし字形、十字形、＊
字型その他の任意の形が用いられる。ここの樹脂柱の断
面積は１ｍｍ２以上が好ましく、その上限は成形物の大
きさによって決められる。８Ａ脂柱全体が占める面積は
全断面の１０〜５０％が適当である。

ＦＲＰの補強材料は無機繊組、例えばガラス繊維、炭素
繊維、アルミナ繊維その他用化珪素繊維等や、有機繊維
、例えばアラミド繊維、アリレートＩｎ、ポリエステル
繊維、ポリアミド繊組、ポリオレフィン繊維、ポリビニ
ルアルコール繊頼。

ポリアクリロニトリル１１等が挙げられる。この他、綿
、麻等の天然ｉ１Ｍでもよい。その形態は第１図の如き
織物に限らず、編物、不織布、一方向配列フィラント等
でもよい。

このような成形物は、例えば多数の孔の開いている発泡
体のシートと補強繊維からなるシートと、樹脂から成形
することができる。

このような成形物を得る方法としては、例えば多数の孔
の開いているフオームシート（発泡体シート）としてポ
リウレタン、ポリオレフィン、ゴム系統例えばポリブタ
ジェン等全ての弾性軟質フオームを用いる方法がある。

このようなフオームシートは成形物の多少の凹凸には対
応できるので、一般には均一な厚さのものを用いる。成
形物によっては凹凸、厚さに大きな差がある場合もあり
、このような場合などには予め厚さの違うフオームを用
いることも好ましい場合がある。このシートに孔（貫通
孔）を開ける。

この孔の断面形状は通常長方形ないしは長円形であるが
、Ｙ字型、１字型、十字型、＊字型なと断面形状の孔も
用いられる。この形は一定でなくともよい。開ける位置
と方向はランダムであることが好ましい。これは成形物
の曲げ物性等を任意の位置でほぼ同じにするために好ま
しい方法である。

具体的には乱数表等を用いて定めるが、好ましくはコン
ピューターで乱数を発生させながら定めるか、更には計
算機制卸されている工作機械で位置と方向を決めながら
設計ないしは製作を行うことが出来る。

本発明方法では、このように孔を開けたフオームシート
と樹脂を含浸した補強材料を積層して金形にいれて成形
する。金形は密閉型が好ましいが非密閉型でも用いられ
る。例えば樹脂特に柔らかな樹脂（例えば未硬化の不飽
和ポリエステル樹脂）を含浸したガラスクロスを型に貼
付け、これに孔を開けたフオームシートを重ねて貼合わ
せ、次いで樹脂を含浸したガラスクロスを重ねて貼り、
その状態で硬化させる。密閉金形の場合には、例えば上
記の方法に更に金形を被せて加圧圧縮して成形する。こ
れでフオームシートを金形くつまり成形物）に合わせて
成形することが出来る。

本発明方法では、補強材料と孔を開けたフオームシート
を密閉した金形に入れ、液状の樹脂を注入して硬化させ
る方法も採用できる。この方法は特にある程度の生産を
繰り返す場合に有効である。

補強材料は一般には織物、不織布、ウェブ等であるが、
液状の樹脂の導入通路を兼ねることが出来る。このよう
な方法では、液状樹脂としてエポキシ樹脂、不飽和ポリ
エステル樹脂などのはかに、ジシクロペンタジェン樹脂
等を用いることも好ましい。このような場合にはｓｌ脂
の注入速度（つまりは粘度〉が低く、反応速度がある程
度高いことが生産上好ましいためである。

［発明の効果１ 以上の如き本発明によれば、安価に且つ容易にハニカム
コア類似のサンドインチ複合成形物が提供され、このも
のは各種構造材料、スポーツ用品等として好適である。

［実施例］ 次に実施例をあげて本発明の詳細な説明する。

これらは本発明の例示を行うものであり、本発明を制約
するものではない。

実施例１及び比較例１ ポリオレフィンの独立気泡を有する軟質フオームシート
（福井化成製「エサノン」）を入手した。

厚さ３１程度、比重は約０．１程度である。

ガラスクロス（旭ファイバーグラスＨＭ８２５３Ｅ　−
１０４０−２Ｎ　Ｔ　−＋ＯＦ　Ｓ　）を入手した。目
付的５００ｙ　／　ｒｄである。

エポキシ樹脂として油化シェル製の「エピコート　８０
７」と［エポメートＹＬＨ００６Ｊ　　（硬化剤）を用
意した。

２枚のアルミニウム板と１テフロン」で金型を作った。

これｔよ２枚のアルミニウム板の間に「テフロン」のス
ペーサーを挾むものである。大きさはほぼ１８０ｍ１　
ｘ２００ｍｍ　、厚さは３ｍｍ（スペーサー厚みによる
）である。

この金型に合わせてオレフィンフオームシートを切取り
、これに千鳥状に、間隔２０■おきに直経５ｍｍの孔を
開けた。

「エピコート　８０７Ｊ　　１００部と１エポメートＹ
ＬＨ００６Ｊ　３１部を混合した。これを液状樹脂Ａと
する。

金型に合わせてガラスクロスを２枚切りとった。

これに液状樹脂Ａを充分に含浸させ、樹脂含浸ガラスク
ロス／孔開きフオームシート／樹脂含浸ガラスクロスの
順に金型に納めた。この際、余分の樹脂は排出した。

金型を閉じて　１００℃の油浴に入れて加熱し、約１時
間後に油浴から取り出した。冷却後、成形物を取り出し
た。得られた成形物は良好な外見と、相応の強度を有す
るサンドインチ複合成形物であり、その比重は約０．４
２　、曲げ強度は３．２ｋｇ／ａｊ、弾性率は２４０ｋ
Ｑ　／−であった。

オレフィンフオームシートに孔を開けずに、同様にして
成形した結果は、きわめて弱い成形物が臀られ、サンド
イツチ材ではあったが評価に類する行為に耐え難いもの
であった。

実施例２ 実施例１と同様のエポキシ樹脂、オレフィンフオームシ
ート、補強ガラスクロス、金型を準備した。

フオームシートに幅１．５１、長さ１０ＩＩｌｆｆｉ程
度の孔をランダムに開けた。実施例１と同様に、ａ１脂
含浸ガラスクロス／孔開きフオームシート／樹脂含浸ガ
ラスクロスの順に金型に納めた。この際、余分の樹脂は
排出した。

金型を閉じて１００℃の油浴に入れた。約１時間後に油
浴から取り出した。冷却後、成形物を取り出した。得ら
れたサンドイッチ複合成形物は良好な外見と、相応の強
度＜　　３．２ｋＯ／ａｊ）と弾性率（３７４ｋｇ／　
ｉｊ　）を示した。

実施例３ 実施例１と同様のオレフィンフオームシート。

補強ガラスクロス、金型を準備した。ただし、金型には
ノズルを設け、排気等が出来るようにした。

シクロペンタジェンの重合原料と触媒（早入バーキュレ
ス製「メトン」）を準備した。

金型にガラスクロス／孔開きフオームシート／ガラスク
ロスの順で収めた。孔開きフオームシートは予めシクロ
ペンタジェンで洗っておいた。

金型を閉じてから真空ポンプで金型内を脱気し、窒素を
注入することを繰り返した。その後、金型内へ樹脂〈メ
トン原液）を注入した。ノズルから余分の樹脂が排出さ
れるのを確認して、注入を止めた。

約１０分後、冷却してから金型を開いて成形物を取り出
した。所期のサンドイッチ複合成形物が得られた。

実施例４ 本例は廿リングボード用のフィン（スケグ）を作った例
を示す。

まず、フィンの形に合わせた樹脂型を常法で作った。そ
の大きさは最大幅１２０■、最大段３５０ｍｍ、最大厚
さ１４ｍｍである。

また、実施例１と同様のエポキシ樹脂を準備しＩこ　。

東し製のｆｆｌ　ｉ　ＩＩＨＴ−４００のクロスと早入
製のアラミドｗＸｇｒテクノーラ」のクロス、及び日東
紡製のガラスクロスＷ　Ｆ　−１８１−＋００Ｂ　Ｖを
準備した。

金型に合わせて炭素繊維クロスとアラミド９０２６１枚
、ガラスクロス２枚を一組とした２組のセットを金型に
合わせて作った。

福井化成製のオレフィンフオームシート「エサノン」を
準備した。厚さは約１０１ｍ１１１である。金型より小
さめにオレフィンフオームシートを切取り、３　＋ｕｘ
　１５＋＋ｍの孔をランダムに開けた。この孔あけで、
全体の約１／３程度を切りとった。

補強材料のセットの間に孔を開けたフオームシートを挾
み、金型に収めた。フオームシートの部は押しつぶして
いる。

金型内部を真空ポンプで排気し、金型内へ準備したエポ
キシ樹脂を注入した。過剰なｓｌ脂が溢れるのを！［し
、排出が済んだことを確かめてから金型のノズルを閉じ
た。

この金型を９０℃の油浴に入れて加熱した。１時間後に
取り出し、冷却して金型を開いて成形物を得た。良好な
゛スケグ″が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の複合成形物の一例を示す縦断面図、第
２図は伯の例を示す横断面図である。 １・・・補強繊維織物 ２・・・マトリックス樹脂 ３・・・樹脂柱 ４・・・発泡体 第２図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）樹脂と補強繊維からなる２以上の繊維強化樹脂層
   が、多数の樹脂柱を介してつながれており、該層間の樹
   脂柱以外の部分は発泡体が充填されていることを特徴と
   する軽量複合成形物。
2. （２）繊維強化樹脂層間の多数の樹脂柱がランダムに配
   置されていることを特徴とする請求項（１）に記載の軽
   量複合成形物。
3. （３）繊維強化樹脂層間の樹脂柱の断面が該層の面と平
   行な面における直角２方向において長さが異なることを
   特徴とする請求項（１）又は（２）に記載の軽量複合成
   形物。
4. （４）各樹脂柱断面の長軸がランダムな方向に向いてい
   ることを特徴とする請求項（１）、（２）又は（３）記
   載の軽量複合成形物。
5. （５）個々の樹脂柱の平均断面積が１ｍｍ＾２以上であ
   り、かつ樹脂柱の断面積の合計が発泡体と樹脂柱との断
   面積の合計に対し１０〜５０％であることを特徴とする
   請求項（１）、（２）、（３）又は（４）に記載の複合
   成形物。
6. （６）金形に、多数の孔の開いている発泡体のシートを
   はさみ込むように補強繊維からなるシートを積層して挿
   入し、液状の樹脂を注入して成形することを特徴とする
   軽量複合材料の製造方法。
7. （７）金形に、多数の孔の開いている発泡体のシートを
   はさみ込むように液状の樹脂を含浸した補強繊維からな
   るシートを積層して挿入して成形することを特徴とする
   軽量複合材料の製造方法。
8. （８）液状の樹脂が未硬化の熱硬化性樹脂であることを
   特徴とする請求項（６）又は（７）に記載の軽量複合成
   形物の製造方法。
9. （９）発泡体シートが軟質発泡体であることを特徴とす
   る請求項（６）又は（７）に記載の軽量複合成形物の製
   造方法。
10. （１０）発泡体シートが主として独立気泡を含むもので
    あることを特徴とする請求項（６）、（７）又は（９）
    に記載の軽量複合成形物の製造方法。