JPH04278335A - 軽量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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、近年盛んに用いられて
いる多孔質コアを含む軽量複合樹脂成形物の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】多孔質コアを主とする樹脂成形物は、軽
量材料として、そのまま若しくは他の材料と組み合わせ
て、例えばサンドイッチ材として、航空宇宙用材料、ス
ポーツ用品、その他の分野に、近年盛んに用いられてい
る。

【０００３】かかる多孔質成形物は、従来、工業的には
発泡性樹脂を用いて成形、つまり、発泡成形されている
。この方法は大別すると、加熱又は減圧すると発泡する
樹脂又はその原料を金型にいれて成形する方法、これら
の樹脂の特定のものを粒子状に発泡成形し（一次発泡体
）、これを金型に入れて更に膨張させ（二次発泡）成形
する方法とがある。

【０００４】これをサンドイッチ材等の軽量構造体にす
る方法としては、発泡成形物を表皮材料例えば予め成形
した繊維補強樹脂成形物（以下、必要に応じてＦＲＰと
略称する）と貼り合わせるか、発泡成形物をプリプレグ
等で覆って成形するか、予め成形した外殻中空体に発泡
性樹脂を注入して発泡成形するのが普通である。

【０００５】近年、これらの方法の改良方法として、発
泡膨張を用いた内圧成形や熱膨張性成形物を多孔質体の
素材として用いる方法も提案されている。（例えば特開
平１−２５５５３０号、特開昭６３−１６２２０７号）
。

【０００６】これらの方法を更に改良した方法として、
本発明者らは、先に、加熱により発泡膨張可能な粒子（
熱膨張バルーン）と液状の硬化性樹脂を用いたサンドイ
ッチ材の成形方法を提案した。この方法はそれまでに知
られた方法に比べ有利な方法であるが、成形時に発泡膨
張して軽量化した粒子が樹脂中で浮上して偏在化するな
どの問題を残しており、全ての場合に好適とは言い難い
。

【０００７】また、フォームコア、シンタクチックコア
を用いた成形物は、コアの強度や接着が成形物の物性に
影響を与え、成形物の形状次第では物性上の問題を残し
ているため、補強等の対策が講じられている（例えば特
開平１−１１０９４３号、特開平１−１１０９４４号、
実開平２−１０４２２６号等）。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、加熱により
発泡膨張可能な粒子を利用してサンドイッチ材を成形す
るに際して、該粒子の発泡浮上を抑制し、均一な多孔質
コア層を有し、同時にコア層が効果的に補強されている
軽量複合樹脂成形物を安価に且つ容易に製造しようとす
るものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記の
課題は、加熱により発泡膨張可能な粒子をフイブリッド
と共に抄造した紙をつくり、これに樹脂を含浸させるか
、又は上記紙の少くとも片面に樹脂をあるいは樹脂を含
む補強繊維を存在させて、成形用の型に入れるか、ある
いは上記紙に必要に応じ補強繊維を積層して型に入れ、
該型内に樹脂を注入した後、加熱成形し、型内で上記紙
に含まれる上記粒子を発泡膨張させるとともに樹脂を固
化させることにより、発泡膨張した粒子（気泡）を含む
軽量コア層を有する樹脂成形物を製造する方法により達
成される。

【００１０】加熱により発泡膨張可能な粒子を用いて多
孔質のシンタクチックフォームコアを成形する方法は良
く知られている。しかしながら発泡膨張して軽量化した
粒子は樹脂中で浮上し易く、しばしば発泡粒子の分布が
均一にならなかったり、或いは意図した位置に落ちつか
なかったりする。本発明は多孔質コアを形成するに当り
、上記粒子とともにフイブリッドを用い、該フイブリッ
ドにより上記粒子の位置を定めようとするものである。 これと同時に、フイブリッドは粒子やミルドファイバー
等よりも補強効果が優れており、多孔質コア中にフイブ
リッドを存在させることにより該コアの強度向上をはか
るものである。

【００１１】ここで言う「フイブリッド」とは、特公昭
３５−１１８５１号公報、特公昭３７−５７３２号公報
、特開昭５１−９６５２８号公報等に記載の抄紙原料と
なる沈澱法による合成パルプ状物及び天然の抄紙原料を
意味する。

【００１２】特公昭３５−１１８５１号、特公昭３７−
５７３２号によるフイブリッドの場合、叩解度（濾水度
）はショッパーリグラー法基準で１０乃至８０、好まし
くは２０乃至６０のものを用いる。叩解度が小さなもの
を用いれば紙の強度と発泡粒子の固定が不良になり、大
きすぎると成形時の樹脂含浸が難しくなったり抄紙が困
難になったりする。加熱による発泡膨張可能な粒子と樹
脂と混合して成形する場合には叩解度は小さい方が好ま
しい場合が多い。

【００１３】フイブリッドにする重合体としては、ポリ
エステル、ポリアミド殊にアラミド、ポリアクリロニト
リル、等があげられる。

【００１４】一方、加熱により発泡膨張する粒子（以下
「発泡性粒子」と略称する）としては、ポリ塩化ビニリ
デンを主とした炭化水素やハロゲン化合物を含んだ例え
ば松本油脂製薬社の「マイクロスフェア」やエクスパン
セル社の「エクスパンセル」、ポリスチレンと発泡剤か
らなる積水化成品社の「エスレンビーズ」等があげられ
る。発泡剤を含んだ樹脂の粉砕物例えばＡＢＳ樹脂に発
泡剤を加えた共和化成社の「ポリスレン」の粉末等も用
いることができる。また無機発泡剤を用いてもよい。こ
れらの粒子は、加熱により発泡し体積率で１０％以上に
膨張し得る平均粒径１ｍｍ以下の粒子が好ましい。しか
しながら、発泡膨張により気泡を生ずるものでも差しつ
かえない。

【００１５】本発明方法では、まず、上述の如きフイブ
リッドを抄紙原料として、これに発泡性粒子を抄き込ん
だ紙を製造するが、この際、抄紙原料としてフイブリッ
ドのほかに短繊維を併用してもよい。

【００１６】かかる短繊維は、ポリエステル、ポリアミ
ド殊にアラミド、ポリアクリロニトリル、ポリオレフィ
ン等の合成繊維、綿、麻等の天然繊維、ガラス繊維、炭
素繊維、アルミナ繊維等の無機繊維の短いステープルが
用いられる。短繊維を混抄すると、抄造した紙に樹脂を
含浸することが容易となるので、得られた紙に樹脂を含
浸して成形する場合には特に効果的である。

【００１７】フイブリッドと発泡性粒子との割合は、概
ねフイブリッド／発泡性粒子の重量比が１／１０ないし
１／０．１程度とするのが好ましく、フイブリッド／短
繊維の割合は重量比で１／５ないし１／０．２程度が好
ましい。但し、実用に際してはフイブリッドを用いる主
たる目的、つまり補強か、発泡性粒子の浮上阻止か、気
泡の合一防止か又は短繊維を含むプリフォームの形成か
等で好適範囲が異なるので、適宜選定すべきである。例
えば短繊維を含むプリフォームを形成する場合には発泡
性粒子と短繊維の和の０．０５倍程度のフイブリッドで
もよい場合もある。補強を主とする場合には短繊維とフ
イブリッドの和を成形物体積と樹脂量で決めるのが普通
である。

【００１８】これらを抄紙する場合には、水等に分散さ
せて通常の抄紙技術で実施でき、かくして、発泡性粒子
を含む紙、具体的には該粒子をフイブリッドで包んだ状
態の紙を得ることができる。この際、他の補強材料等、
例えば無機粉末、粒子等を混合することもできる。

【００１９】成形物の形状と構成にもよるが、抄造され
た紙は発泡膨張成形に用いるものであるので、成形に際
して少なくとも１０％は体積膨張するものであることが
好ましい。特に好ましくは５０％以上の体積膨張するも
のであることが好ましい。

【００２０】上述の如き発泡性粒子を含む紙は、本発明
方法における中間素材となり、本発明方法では、少くと
も上記の紙と樹脂とを用い、成形用の型し（以下、「金
型」という）により成形する。

【００２１】成形用の樹脂は、熱硬化性、熱可塑性の何
れであることも出来、多くの場合、液状又は半硬化した
熱硬化性樹脂であることが好ましい。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
ステル樹脂などがあげられる。しかし、ポリアミド、フ
ェノキシ樹脂等の熱可塑性樹脂も用いられる。かかる樹
脂は成形が可能である限り、ポリマーの前駆体、モノマ
ーであってもよい。

【００２２】本発明方法では成形に際して上記の紙とと
もに補強繊維を併用することができる。該補強繊維とし
ては、ポリエステル特にポリアリレート繊維、ポリアミ
ド殊にアラミド繊維、ポリアクリロニトリル繊維、ポリ
オレフィン特に高重合度ポリエチレンと呼ばれる繊維等
の合成繊維、綿、麻等の天然繊維、ガラス繊維、炭素繊
維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維等の無機繊維及びこれ
らの混合物の織物、編み物、ウエブ、不織布等があげら
れる。特に弾性率と強度に優れたものであることが好ま
しい。

【００２３】本発明方法によれば紙すなわち中間素材は
そのまま、もしくは樹脂を含浸して、必要により、その
少くとも一面に補強繊維や樹脂を積層して、つまりプリ
プレグや樹脂を含浸した補強材料等と積層して、金型に
入れて成形する。金型は密閉型が好ましいが非密閉型で
も用いられる。

【００２４】本発明方法では、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金型の内面に貼付け、これに上記中
間素材を重ねて貼合わせ、次いで樹脂を含浸したガラス
クロスを重ねて貼り、場合によってはこれをくりかえし
、型を閉じて加熱し、発泡硬化させる。

【００２５】紙すなわち中間素材と補強繊維を積層して
金型に収めてから、金型内へ樹脂を注入して加熱成形し
てもよい。

【００２６】紙すなわち中間素材の適当な位置に１個又
は複数個の孔を開けて用いれば成形後の発泡部の適当な
位置に樹脂による上下の連結点（樹脂柱）が設けられ、
さらに補強が出来、このようにして得られる成形物は従
来の成形物にない特色を持たせることも出来る。

【００２７】成形時には、紙中に含まれる発泡性粒子の
発泡膨張温度以上に加熱して、該粒子を発泡膨張させ、
その圧力を利用した内圧成形を行うが、この際、樹脂は
実質上液状であることが必要である。かくして、粒子の
発泡膨張による内圧によって、成形すべき上記紙又は上
記積層物が金型の内面に押しつけられると共に、樹脂が
成形物の全般に行きわたって固化（硬化）し、良好な軽
量複合成形物が形成される。

【００２８】

【発明の効果】本発明方法により、フイブリッドで構成
されたセルを持つ軽量構造材料若しくはフイブリッドで
補強された軽量構造材料を比較的容易、かつ安価に得る
ことが出来る。

【００２９】そして、本発明方法により得られる成形物
は、フイブリッドと発泡した粒子（気泡）を含む樹脂層
（コア部）とこれらを含まない樹脂層（スキン層）から
なる成形物、更にスキン層を繊維で補強した成形物、更
にフイブリッドと発泡した粒子（気泡）を含む樹脂層（
コア部）に樹脂のみからなる部分を設けた成形物となり
、その構成の設計次第で、良好な物性すなわち適度の軽
量性と圧壊等に強い、優れた物性の成形物となすことが
出来る。

【００３０】かくして得られた成形物は、板状のみなら
ず棒状その他種々の形状をとることができ、例えば各種
構造材料、航空機や車輌の部品、スポーツ用品、電気製
品のハウジング等の広い分野に使用することができる。

【００３１】

【実施例】次に実施例をあげて本発明を詳細に説明する
。これらは本発明の説明を行うためのものであり、本発
明を限定するものではない。以下の実施例中において、
「部」とあるは特に断らない限り重量部である。

【００３２】

【実施例１】ポリメタフェニレンイソフタルアミドを主
とした樹脂のフイブリッドを特公昭５９−４７６９５号
に示される装置を用いて製造した。このフイブリッドは
特公昭３５−１１８５１号、特公昭３７−５７３２号に
記載のものである。このフイブリッドの叩解度は５１度
（ＳＲ）であった。

【００３３】このフイブリッド５０部と松本油脂製薬（
株）製の「マイクロスフェアＦ−３０Ｄ」の５０部とを
混合してタッピースタンダードマシンで抄紙した。得ら
れた紙を中間素材Ａと呼ぶ。

【００３４】一方、油化シェル製のエポキシ樹脂「エピ
コート８０７」の１００部と「エポメートＹＬＨ００６
」の３１部を混合した。これを混合樹脂Ａと呼ぶ。

【００３５】次いで、２枚のアルミニウム板と「テフロ
ン」で金型を作った。これは２枚のアルミニウム板の間
に「テフロン」のスペーサーを挾んだものである。大き
さはほぼ１８０ｍｍ×２００ｍｍ、厚さは３ｍｍ（スペ
ーサー厚みによる）である。この金型の一方にノズルを
設けた。

【００３６】この金型よりやや小さめに前記中間素材Ａ
を２枚切取った。切取った中間素材Ａは混合樹脂Ａに浸
漬し、混合樹脂Ａを充分に含浸させた。

【００３７】樹脂を含浸させた２枚の中間素材を積層し
て金型に収め、金型を閉じて８５℃の油浴に入れた。約
１時間後に金型を油浴から取り出した。この際、過剰の
樹脂は金型のノズルから排出した。但し、途中からノズ
ルは閉じた。

【００３８】金型を冷却後、金型から成形物を取り出し
た。得られた複合成形物はフイブリッド、発泡膨張した
粒子及びこれらをつなぐ樹脂からなる多孔質軽量コア層
と樹脂のみからなるスキン層からなり、良好な外見と、
相応の強度をもっていた。この複合成形物の比重は約０
．７２、曲げ強度は４．２ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率は５
１９ｋｇ／ｍｍ２　であった。

【００３９】

【実施例２】ポリメタフェニレンイソフタルアミドを主
とした樹脂のフイブリッドを特公昭５９−４７６９５号
に示される装置を用い製造した。このフイブリッドは特
公昭３５−１１８５１号、特公昭３７−５７３２号に記
載のものである。このフイブリッドの叩解度は４５度（
ＳＲ）であった。

【００４０】このフイブリッド５０部と松本油脂製薬（
株）製の「マイクロスフェアＦ−３０Ｄ」の５０部とを
混合してタッピースタンダードマシンで抄紙した。これ
を中間素材Ｂと呼ぶ。

【００４１】一方、油化シェル製のエポキシ樹脂「エピ
コート８０７」の１００部と「エポメートＹＬＨ００６
」の３１部を混合した。これを混合樹脂Ｂと呼ぶ。

【００４２】２枚のアルミニウム板と「テフロン」で金
型を作った。実施例１と同様なものであり、２枚のアル
ミニウム板の間に「テフロン」のスペーサーを挾んだも
のである。大きさはほぼ１８０ｍｍ×２００ｍｍ、厚さ
は３ｍｍ（スペーサー厚みによる）である。この金型の
一方にノズルを設けた。

【００４３】この金型よりやや小さめに前記中間素材を
２枚切取った。また、金型に合わせて、目付け約５００
ｇ／ｍ２　のガラスクロス（旭ファイバーグラス製ＭＳ
２５３−１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ）を２枚切り取っ
た。

【００４４】このガラスクロスの両面にユニセル（株）
の不織布「ユニセルＢＴ０４０４」を重ね、前記の混合
樹脂Ｂを塗布した。

【００４５】中間素材Ｂは混合樹脂Ｂに浸漬し、混合樹
脂Ｂを充分に含浸させた。

【００４６】樹脂を含浸させた２枚のガラスクロスの間
に混合樹脂Ｂを含浸した２枚の中間素材Ｂを積層して金
型に収めた。

【００４７】金型を閉じて８５℃の油浴に入れた。約１
時間後に油浴から取り出した。この際、過剰の樹脂は金
型のノズルから排出した。但し、途中からノズルは閉じ
た。

【００４８】金型を冷却後、金型から成形物を取り出し
た。得られた成形物は中心部にフイブリッド、発泡膨張
した粒子及びこれらをつなぐ樹脂からなる多孔質軽量コ
ア層を有し、その両側にガラス繊維で補強した樹脂（Ｆ
ＲＰ）からなるスキン層を有し、良好な外見と、相応の
強度をもっていた。成形物の比重は約０．８２３、曲げ
試験の結果、強度は１２．８ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率は
６２７ｋｇ／ｍｍ２　、引っ張り試験の結果、強度は５
．１ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率は１３６ｋｇ／ｍｍ２　で
あった。

【００４９】

【実施例３】実施例１において、切り取った中間素材Ａ
に列間隔１０ｍｍにて千鳥配列に３ｍｍφの孔を開けた
。全く同様にして、但し中間素材の孔の位置をずらして
孔を開けたものを積層して金型に収めて成形した。

【００５０】得られた成形物は良好な外見と、相応の強
度をもっていた。比重は約０．８８、曲げ強度は６．２
ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率は５４６ｋｇ／ｍｍ２　であっ
た。

【００５１】

【実施例４】実施例２において、切り取ったガラス繊維
クロスを３枚とし、中間素材Ｂと交互に重ねて金型に収
め、同様に成形した。

【００５２】得られた成形物は良好な外見と、相応の強
度をもっていた。比重は約１．０１、曲げ強度は１７．
０ｋｇ／ｍｍ２　、弾性率は７１２ｋｇ／ｍｍ２　であ
った。

【００５３】

【実施例５】実施例１と同じポリメタフェニレンイソフ
タルアミドを主とした樹脂のフイブリッドを準備した。 この叩解度は５１度（ＳＲ）であった。

【００５４】市販の発泡性ＡＢＳ樹脂チップ（永和化成
製「ポリスレン」）を低温で粉砕した。この粉末５０部
と上記のフイブリッド２５部と２ｍｍにカッしたポリメ
タフェニレンイソフタルアミドを主とした繊維（帝人製
「コーネックス」）を２５部混合してタッピースタンダ
ードマシンで抄紙した。これを中間素材Ｃと呼ぶ。

【００５５】油化シェル製のエポキシ樹脂「エピコート
８２８」１００部とエンドメチレンテトラヒドロ無水フ
タル酸８０部を混合した。これを混合樹脂Ｃと呼ぶ。

【００５６】２枚のアルミニウム板と「テフロン」で金
型を作った。２枚のアルミニウム板の間に「テフロン」
のスペーサーを挾んだものである。大きさはほぼ１８０
ｍｍ×２００ｍｍ、厚さは３ｍｍ（スペーサー厚みによ
る）である。金型の一方にノズルを設けた。

【００５７】この金型よりやや小さめに前記中間素材Ｃ
を４枚切取った。中間素材Ｃは混合樹脂Ｃに浸漬し、混
合樹脂Ｃを充分に含浸させた。

【００５８】実施例２と同じガラスクロス（旭ファイバ
ーグラス製ＭＳ２５３−１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ）
を入手し、これを金型に合わせて２枚切り取り、これに
混合樹脂Ｃを充分に含浸させた。

【００５９】２枚のガラスクロスの間に４枚の樹脂を含
浸した中間素材Ｃを挾んで積層して金型におさめた。金
型を閉じて２２０℃の油浴に入れた。約２時間後に金型
を油浴から取り出した。この際、過剰の樹脂は金型のノ
ズルから排出した。但し、途中からノズルは閉じた。

【００６０】冷却後、金型から成形物を取り出した。得
られた成形物の比重は０．８５、曲げ強度は１０．４ｋ
ｇ／ｍｍ２　、弾性率は４５６ｋｇ／ｍｍ２　であった
。

【００６１】

【実施例６】ＡＢＳ樹脂１００部にアゾジカルボンアミ
ドを４部添加してチップとして低温で粉砕した。

【００６２】クラフトパルプ１００部を十分に分散させ
た水中に上記の粉末を１００部加えて十分に混合し、タ
ッピーダードマシンで抄紙した。これを中間素材Ｄと呼
ぶ。

【００６３】油化シェル製のエポキシ樹脂「エピコート
８２８」１００部とジアミノジフェニルスルフォン３５
部を混合した。これを混合樹脂Ｄと呼ぶ。

【００６４】実施例１と同様に２枚のアルミニウム板と
「テフロン」で金型を作った。２枚のアルミニウム板の
間に「テフロン」のスペーサーを挾んだものである。大
きさはほぼ１８０ｍｍ×２００ｍｍ、厚さは３ｍｍ（ス
ペーサー厚みによる）である。金型の一方にノズルを設
けた。

【００６５】この金型よりやや小さめに前記中間素材Ｄ
を４枚切取った。中間素材Ｄは混合樹脂Ｄに浸漬し、混
合樹脂Ｄを充分に含浸させた。

【００６６】実施例２と同じガラスクロス（旭ファイバ
ーグラス製ＭＳ２５３−１０４０−２ＮＴ−１０ＦＳ）
を金型に合わせて２枚切り取り、これに混合樹脂Ｄを十
分に含浸させた。

【００６７】２枚のガラスクロスの間に４枚の樹脂を含
浸した中間素材Ｄを挾んで積層して金型におさめた。

【００６８】金型を閉じて１８０℃の油浴に入れた。約
２時間後に金型を油浴から取り出した。この際、過剰の
樹脂は金型のノズルから排出した。但し、途中からノズ
ルは閉じた。

【００６９】冷却後、成形物を取り出した。得られた成
形物の比重は０．７８、曲げ強度６．７ｋｇ／ｍｍ２　
、弾性率は３８２ｋｇ／ｍｍ２　であった。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱により発泡膨張可能な粒子をフイブリ
   ッドを用いて抄き込んだ紙に樹脂を含浸させるか又は上
   記紙の少くとも片面に樹脂を存在させ、それを成形用の
   型に入れて加熱成形し、型内で上記紙に含まれる上記粒
   子を発泡膨張させるとともに樹脂を固化させることによ
   り、発泡膨張した粒子とフイブリッドとを含む軽量複合
   成形物を製造することを特徴とする方法。
2. 【請求項２】加熱により発泡膨張可能な粒子を抄き込ん
   だ紙が、上記粒子、フイブリッド及び短繊維を混抄した
   ものである請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】加熱により発泡膨張可能な粒子を抄き込ん
   だ紙の少くとも片面に樹脂とともに補強繊維を配して型
   に入れ、加熱成形する請求項１又は２に記載の方法。
4. 【請求項４】加熱により発泡膨張可能な粒子をフイブリ
   ッドを用いて抄き込んだ紙と補強繊維とを積層して成形
   用の型に入れ、樹脂を注入して加熱成形し、型内で上記
   紙に含まれる上記粒子を発泡膨張させるとともに樹脂を
   固化させることにより、発泡膨張した粒子とフイブリッ
   ドとを含む多孔質層と繊維補強樹脂層とからなる軽量複
   合成形物を製造することを特徴とする方法。
5. 【請求項５】加熱により発泡膨張可能な粒子をフイブリ
   ッドを用いて抄き込んだ紙に孔をあけて用いる請求項１
   〜４のいずれかに記載の方法。