JPH04241931A - 複合成形品の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、近年盛んに用いられて
いる、多孔質コアを内層とし繊維補強樹脂複合材料を外
殻とする複合成形品を製造する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】発泡樹脂（フォーム）等の多孔質コアを
内層とし、繊維補強複合材料（以下、ＦＲＰと略称する
ことがある）を外殻とする複合成形品は、軽量材料とし
て、繊維強化樹脂複合材料を外殻とし内層をハニカムコ
アとした成形品の変形改良として開発され、スポーツ用
品、航空機、自動車その他の分野に用いられている。か
かる繊維補強複合材料（ＦＲＰ）を外殻とし多孔質コア
（通常、発泡樹脂成形物）を内層とする複合成形品は、
その外殻を成形し（例えば内圧成形）発泡成形されるか
、芯部の多孔質コアを予め成形してこれを補強材として
の織物で包んだ後、改めて型に挿入し、液状樹脂を注入
して成形する方法により製造されている。

【０００３】最近、内層を硬質発泡樹脂で成形し、その
外側に補強繊維を置き、型に入れ、硬質発泡体（フォー
ムコア）と型の間に樹脂を入れて加熱し、硬質発泡体を
再膨張させ、補強繊維層に十分に樹脂を押し込み、一気
に内圧成形する方法（ＴＥＲＴＭ法；熱膨張性トランス
ファ成形法＝特開昭６３−１６２２０７号記載）等が考
えられている。しかしながら、この方法は内層となるフ
ォームコアを成形する必要がある。

【０００４】別の合理的な成形方法として、金型に補強
用の繊維シートを入れ、この中に発泡樹脂を注入して表
皮ＦＲＰと芯材フォームコアを一気に成形する方法が考
えられている。しかしながら、この方法では表皮ＦＲＰ
に気泡が入り易く、成形物の強度等に問題を起こし易い
。

【０００５】本発明者らは、上述の如き従来法の問題を
解決する方法として、金型内に補強用の繊維シートを設
置し、その内側、すなわち該シートに囲まれる領域に、
熱膨張性の粒子と液状の硬化性樹脂を入れ、金型を加熱
することにより熱膨張性粒子を膨張させて、その内圧に
よって液状の樹脂を補強用の繊維シートを金型内面に押
しつけるとともに樹脂を該シートに浸透させ少なくとも
その一部を表層に至らしめて硬化させることにより、一
挙に複合成形品を製造する方法を提案した（特願平１−
３２４２６０号）。

【０００６】この方法によれば、効率的に繊維補強樹脂
からなる表層部と多孔質コア（シンタクチックフォーム
コア）からなる芯部とが一体に成形された複合成形品が
得られるが、この成形品は用途によっては強度が十分で
なく、また成形時に表層部にまで熱膨張した粒子が入り
込んで成形品の外観を悪化させることがある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、さきに本発
明者らが提案した成形品の製造方法における上述の問題
を解決しようとするものであり、芯部の多孔質コア（シ
ンタクチックフォームコア）及び表層部の長繊維を主と
する織編物、ウェブ等と硬化樹脂からなる繊維補強樹脂
を、ウィスカー、短繊維あるいは微細粉末で補強すると
ともに、成形品の外観も改善しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述の課題は、少なくと
も繊維補強樹脂により所定の形状に成形された表層部及
び多孔質の芯部からなる複合成形品を製造するに当たり
、（ａ）成形用の金型内に、繊維質シートからなる補強
層を設置すること、（ｂ）補強層となる上記繊維質シー
ト内部及び／又はその内側に、ウィスカー、短繊維及び
／又は微細粒子、並びに熱膨張性粒子及び／又は発泡性
樹脂、並びに液状の硬化性樹脂を存在させること、（ｃ
）実質的に金型を閉じた状態で該金型の所定領域を十分
高い温度まで加熱すること及び／又は上記樹脂の反応熱
により、熱膨張粒子を加熱させて体積膨張を生じさせ、
これにより少なくともウィスカー、短繊維又は微細粉末
の一部を補強層となる繊維質シートの内部に押し込むこ
と、（ｄ）上記の熱膨張粒子の膨脹により、補強層とな
る繊維質シート及び／又はその内側の樹脂を金型内面に
対して押しつけるとともに、液状樹脂及びその原料の少
なくとも一部を補強層を通過させて表面に至らしめるこ
と、（ｅ）液状樹脂を硬化させること、そして、（ｆ）
得られた複合成形品を型から取り出すこと、を特徴とす
る本発明の方法によって解決される。

【０００９】本発明方法では、ウィスカー、短繊維及び
／又は微細粉末（以下、ウィスカー等と略称することが
ある）と、熱膨張性粒子及び／又は発泡性樹脂（以下、
熱膨張性粒子等ということがある）と液状の硬化性樹脂
を繊維質シートからなる補強材料で包んで金型に入れ、
金型を閉じた後、金型を加熱して上記粒子を膨張（発泡
）させ、ウィスカー等を液状硬化性樹脂と共に補強繊維
に押し込み、表皮を長繊維とウィスカー等で補強したＦ
ＲＰ、芯材をウィスカー等で補強したフォームコア（シ
ンタクチックフォームコア）としたサンドイッチ材を一
気に成形する。この際、金型の適所、例えば上端にノズ
ルを設け、成形時に過剰の樹脂は金型外に排出する。

【００１０】この方法においても、過剰量の液状硬化性
樹脂を他の素材とともに繊維質シートで包み、発泡、膨
張に際して過剰な樹脂を金型から排出することが好まし
い。

【００１１】本発明方法では、熱膨張性粒子等と液状の
硬化性樹脂を含む組成物中にウィスカー等を混入してお
くことにより、成形時にウィスカー等が繊維質シートか
らなる補強材料に所謂プリコートされるため、気泡や膨
張粒子は補強材表面には至り難く、仮に入っても、過剰
の樹脂が補強材料層を通過するので、表面に存在する気
泡や膨脹粒子は持ち去ってくれる。補強材料層の繊維質
シートに対するウィスカー等の組み合わせ選択次第で、
補強層のウィスカー等の割合は実質零からほぼ任意に選
択できる。

【００１２】換言すれば、発泡（膨張）による内圧によ
りウィスカー等を補強材料である繊維質シート内へ押し
込むこと、このウィスカー等の繊維質シートへのプリコ
ートで熱膨張性粒子等を繊維質シート内に留め易くする
こと、発泡（膨張）による内圧により繊維質シートに樹
脂を押し込みＦＲＰとすること、同様にこの内圧による
内圧成形を行うこと、が単一操作で為されてしまうこと
に本発明方法の最大の特徴がある。

【００１３】本発明方法で用いる繊維質シートは、主と
して補強用長繊維からなる織物、編物、不織布が好適で
あり、多孔質薄葉体でもよい。補強用繊維の種類は成形
品に要求される性質、用途、コスト等に応じて選択され
るが、一般に、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、
ポリエステル（特にポリエチレンテレフタレート）繊維
、ポリアミド（ナイロン）繊維、ポリオレフィン繊維、
ポリ塩化ビニリデン繊維等が挙げられる。また、繊維質
シートとして天然繊維、例えば木綿の織物、編物、不織
布や紙等も用いられる。

【００１４】本発明方法では、これらの繊維質シートを
２層以上積層して使用することもできる。この場合、最
外側の（すなわち金型内面と接する側の）繊維質シート
よりもその内側（すなわち成形品の中心側）に位置する
繊維質シートの目開きを小さくすることが好ましい。し
かしながら、本発明では、各繊維質シートの目開きは自
由に選択でき、特に目開きの小さいものを使用すること
は必要でない。

【００１５】本発明方法で用いるウィスカー、短繊維又
は微細粉末としては、炭素、炭化ケイ素、窒化ケイ素、
アルミナ、チタン酸カリウム等のウィスカー（好ましく
は短径１〜数μｍ程度のもの）、ガラス繊維、炭素繊維
、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリオレフィン繊
維等の短繊維、特にミルドファイバーが用いられ、微粉
末（好ましくは平均粒径１〜数μｍ程度のもの）を用い
てもよい。これらの素材は強度、弾性率等を改善しうる
材料であれば特に限定はないが、高弾性率の素材、特に
繊維質シートよりも高弾性の素材であることが好ましい
。これらの使用量は樹脂の使用量に対して５〜２０重量
％が適当である。

【００１６】本発明において使用する熱膨張性粒子、発
泡性樹脂としては、加熱により発泡膨張する粒子、例え
ばダウケミカル社、松本油脂製薬（株）の「マイクロス
フェア」、エクスパンセル社の「エクスパンセル」、積
水化成品（株）の「エスレンビーズ」のような熱可塑性
樹脂の表皮と膨張する有機物からなる粒子、ＪＳＰ（株
）のポリオレフィンビーズＰＢ−ＭＧ１５Ｐ等のような
二次膨張可能な一次発泡ビーズが挙げられる。共和化成
（株）の「ポリスレン」のように発泡材料を溶かし込ん
だ熱可塑性樹脂、炭酸水素ナトリウムのような無機発泡
剤も上記粒子の代りに用いられる。

【００１７】液状の硬化性樹脂としては、一般の液状硬
化性樹脂の他、発泡材を兼ねた樹脂が挙げられる。後者
には発泡性の液状硬化性樹脂、つまり加熱重合に際して
一部が分解してガスを発生するもの、ガスを発生する原
料例えばアゾジカルボンアミドを配合したもの、ガスを
発生する物質を封じ込んだ粒子を配合したもの等の懸濁
物が用いられる。これら両者に汎って用いる液状樹脂と
しては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニ
ルエステル樹脂が好ましい。フェノール樹脂、ポリウレ
タン樹脂、ポリアミド樹脂、シクロペンタジエン樹脂等
でもよい。本発明ではこれらの樹脂の前駆体又は原料（
モノマー）を用いることもでき、これをも含めて「硬化
性樹脂」と総称する。本発明では不必要に過大でない限
り、これらの樹脂の溶媒を併用することもでき、これら
の樹脂と相溶性のある熱可塑性の樹脂、例えばポリ塩化
ビニル樹脂等を併用することもできる。樹脂は少なくと
も成形温度において液状であり、熱膨張粒子の膨脹温度
、発泡性樹脂の発泡開始温度以上で硬化が完了するもの
から選択する。したがって、上述の条件を満足する限り
室温では固体状の樹脂であっても構わない。

【００１８】本発明方法では、熱膨張性粒子あるいは発
泡性樹脂と共に非膨張性の中空体粒子を使用することが
できる。熱膨張性粒子等と共に併用することが可能なか
かる中空体粒子としては、例えば無機の中空バルーン、
つまりシリカバルーン、ガラスバルーン、シラスバルー
ン等が挙げられる。商品としては、例えば旭硝子（株）
のＱ−Ｃｅｌｌ−５２５や、日本フィライト社の「フィ
ライト」等が挙げられ、有機中空体としてはエクスパン
セル社の「エクスパンセルＤＥ」等が挙げられる。これ
らの粒子は平均粒径１０〜数十μｍ程度のものが好まし
い。

【００１９】本発明方法では、既に述べた如く、実質的
に補強用繊維質シートで、熱膨張粒子（発泡材）等を、
そして少なくとも発泡成形開始時に液状の樹脂と、ウィ
スカー、短繊維又は微細粒子と、場合によっては非膨張
性の中空体粒子その他を覆い、金型に収めた状態で、加
熱、発泡成形する。

【００２０】本発明方法においては、これらの素材は全
てを同時に金型に収めることは必須ではない。例えば、
金型に補強材となる繊維質シートの袋等の補強材料を収
め、この繊維質シート袋の中に熱膨張性粒子（発泡材）
等を、発泡成形開始時に液状の樹脂と、ウィスカー、短
繊維又は微細粉末と、場合によっては中空体粒子その他
必要な添加剤等を混合して注入して金型を閉じて発泡成
形することもできるし、金型に、熱膨張性粒子（発泡材
）、ウィスカー又は微細粉末と、場合によっては中空体
粒子を補強繊維シート袋の中に収めたものを入れて、金
型を閉じ、例えばノズルから液状の樹脂を注入して、加
熱、発泡、硬化し成形することもできる。これらの場合
に、金型にはノズルを付し、金型内の空気等を予め（真
空に引く等で）排除しておくことも好ましく、また、多
くの場合には過剰の樹脂をノズルから排出することが好
ましい。

【００２１】成形するに際して、ウィスカー等と熱膨脹
性粒子等を覆った繊維質シートに予め樹脂を含浸して金
型に入れてもよく、補強繊維織物や不織布、ウェブ等を
金型に入れ、樹脂を塗布し、これにウィスカー等と熱膨
脹性粒子等を入れてもよい。補強繊維織物や不織布、ウ
ェブ等を金型に入れ、発泡性樹脂等にウィスカーを分散
させたものを塗布することもできる。この場合にも金型
を閉じた時点で予め金型内を真空にすることが好ましい
。液状硬化性樹脂を選択するに当って、この真空にする
場合は、注入に際して樹脂が発泡しないものを選ぶこと
が好ましい。

【００２２】成形が完了するまで金型のノズルをゆるめ
ておけば比較的軽いものが得られ、ノズルを閉じれば比
較的重いものが得られる。この方法は目的とする成形品
に応じて多孔質層の量を選定するための有用な手段であ
る。

【００２３】成形品の形状は、金型の形状によって決ま
るが、板状のみならず柱状、筒状、その他の種々の形状
とすることができる。金型の材質は金属に限定されず、
樹脂、木材、セラミックス等でもよい。

【００２４】以上述べた本発明方法によれば、中心部（
芯材部）のシンタクチックフォームコア層がウィスカー
等で補強され、しかも表層部のＦＲＰ層にもこれらが存
在して補強効果が増強された強靭なサンドイッチ材状の
軽量複合成形品を一挙に製造することができる。

【００２５】そして、本発明方法により得られる複合成
形品は、建築、車輌、航空機等の構造材料や部品、スポ
ーツ用品等の分野に幅広く使用することができる。

【００２６】

【実施例】次に、本発明の実施例を説明するが、本発明
はこれにより限定されるものではない。なお、特に断り
のないかぎり各例中の「部」は重量部である。

【００２７】

【実施例１】シェル製のエポキシ樹脂及び硬化剤、「エ
ピコート８０７」１００部と「エポメートＹＬＨ００６
」３３部を混合した。これを樹脂Ａとする。

【００２８】松本油脂製薬（株）製の「マイクロスフェ
アＦ−３０Ｄ」２０部と宇部興産（株）製の窒化ケイ素
ウィスカーＳＮ−ＷＢ２０部を、上記の樹脂Ａ１００部
と混合した。得られたものを混合物Ｂとする。

【００２９】次に、アルミ製の平板を２枚と「テフロン
」製のスペーサーを用いて両端部に液抜きを設けた金型
を作成した。この金型のスペーサーの厚みは５ｍｍとし
た。

【００３０】日東紡製のガラス繊維クロスＷＦ−１８１
−１００ＢＶ（朱子織り）を金型に合わせて２枚切り取
った。樹脂Ａを一方の金型内面に薄く塗布し、この金型
に合わせて、上記のガラスクロスを収めた。上下のノズ
ルの位置に上記のガラスクロスを１２枚、幅２０ｍｍに
切って収めた後、金型内のガラスクロスで囲まれた部分
に混合物Ｂを入れた。他方の金型に樹脂Ａを塗布し、同
様に同じ構成のシートをガラスクロス層を外にして実質
的に貼り付けて収め、これを裏返して混合物Ｂを入れた
方の金型の上に載せた。金型を閉じ、過剰の樹脂と空気
を排出しながら８５℃の温浴に入れ、加熱した。当初、
過剰な樹脂は白濁していたが、やがて、透明になった。 １時間後に金型を温浴から取り出し、冷却して金型から
成形品を取り出した。得られたサンプルは厚さ５ｍｍ、
密度０．７６ｇ／ｃｍ２　で表面直下にはガラスクロス
が、これ以外の部分にウィスカーと発泡バルーンが存在
するエポキシ樹脂一体成形物であった。

【００３１】

【実施例２及び比較例１】実施例１と同様に、日東紡製
のガラス繊維クロスＷＦ−１８１−１００ＢＶと共に、
ユニセル（株）製の不織布「ユニセル」（目の粗い特注
品）を併用して成形を行った。

【００３２】また、実施例１と同様に金型及び樹脂Ａ、
混合物Ｂを用意した。金型のスペーサーは３ｍｍ厚とし
た。ガラスクロスと不織布を重ね、樹脂Ａを浸み込ませ
、ガラスクロス面を金型内面側にして金型に収めた。 次いで金型内へ混合物Ｂを入れ、その上にガラスクロス
と不織布を重ね、これに樹脂Ａを浸み込ませたものを不
織布面を混合物側として重ね、更にもう一方の金型を重
ねた。

【００３３】他は全く同様にして成形し、一体成形品を
得た。この際排出してくる樹脂は当初白濁したが、直ぐ
に濁りはなくなった。得られたサンプルの曲げ試験結果
は、強度１４．４ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率９８７ｋｇ／
ｍｍ２　であった。

【００３４】比較のため、混合物Ｂの代わりに樹脂Ａ１
００部に「マイクロスフェアＦ−３０Ｄ」２０部を混合
しただけの混合物Ｃを用い、「ユニセル」特注品の代わ
りにガラスクロスＢＴ−０９０８を用いて、試作したも
のは、強度１０．１ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率５９３ｋｇ
／ｍｍ２　であった。

【００３５】

【実施例３及び比較例２】日東紡製のガラス繊維クロス
ＷＦ−１８１−１００ＢＶ（朱子織り）の代わりに、旭
ファイバーグラス製のガラス繊維クロスＭＳ２５３Ｅ−
１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ（平織り）を用い、実施例
２と全く同様にして成形した。加熱に際して、当初は白
濁した余分の樹脂が流出し、直ぐに透明になった。得ら
れた成形品の曲げ試験結果は、強度１１．８ｋｇ／ｍｍ
２　、弾性率７８５ｋｇ／ｍｍ２　であった。

【００３６】比較例１と同様に混合物を混合物Ｃとし、
不織布は用いずに、その他は実施例３と全く同様な操作
を行った。流出する過剰の樹脂は、最後まで白濁してい
た。

【００３７】

【実施例４】実施例１において、窒化ケイ素ウィスカー
の代わりにイビデン（株）社製の炭化ケイ素微粉末「ウ
ルトラファイン」を用いたところ、同様に良好な成形品
が得られた。試作物の曲げ弾性率は１，２４０ｋｇ／ｍ
ｍ２　になった。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも繊維補強樹脂により所定の形状
   に成形された表層部及び多孔質の芯部からなる複合成形
   品を製造するに当たり、（ａ）成形用の金型内に、繊維
   質シートからなる補強層を設置すること、（ｂ）補強層
   となる上記繊維質シート内部及び／又はその内側に、ウ
   ィスカー、短繊維及び／又は微細粒子、並びに熱膨張性
   粒子及び／又は発泡性樹脂、並びに液状の硬化性樹脂を
   存在させること、（ｃ）実質的に金型を閉じた状態で該
   金型の所定領域を十分高い温度まで加熱すること及び／
   又は上記樹脂の反応熱により、熱膨張粒子を加熱させて
   体積膨張を生じさせ、これにより少なくともウィスカー
   、短繊維又は微細粉末の一部を補強層となる繊維質シー
   トの内部に押し込むこと、（ｄ）上記の熱膨張粒子の膨
   脹により、補強層となる繊維質シート内部及び／又はそ
   の内側の樹脂を金型内面に対して押しつけるとともに、
   液状樹脂の少なくとも一部を補強層を通過させて表面に
   至らしめること、（ｅ）液状樹脂を硬化させること、そ
   して、（ｆ）得られた複合成形品を型から取り出すこと
   、を特徴とする複合成形品の製造方法。
2. 【請求項２】熱膨張性粒子及び／又は発泡性樹脂並びに
   液状の樹脂の代わりに、発泡性の液状硬化樹脂を用いる
   ことを特徴とする請求項１記載の複合成形品の製造方法
   。
3. 【請求項３】補強層となる繊維質シートが少なくとも２
   層以上で構成され、最外側繊維質シートよりもその内側
   にある少なくとも１層に目開きが小さいシートを配する
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の複合成形品の製
   造方法。
4. 【請求項４】ウィスカー、短繊維又は微細粉末が繊維質
   シートより弾性率が高いことを特徴とする請求項１，２
   又は３記載の複合成形品の製造方法。
5. 【請求項５】繊維質シート内部及び／又はその内側に、
   ウィスカー、短繊維及び／又は微細粉末、並びに熱膨張
   性粒子及び／又は発泡性樹脂、並びに液状の樹脂ととも
   に、非膨張性中空体粒子を存在させることを特徴とする
   請求項１，２，３又は４記載の複合成形品の製造方法。