JPH04369530A - 軽量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、芯部が発泡部材（フォ
ームコア）からなりその外側のスキン層が繊維補強硬化
樹脂層からなる軽量複合成形品を製造する方法に関する
ものである。更に詳しくは、芯部となる発泡部材の外表
面に補強繊維体を配置して金型に入れた後、該発泡部材
の軟化点以上に加熱して該発泡部材を膨脹させ、しかる
後に、金型内へ液状の硬化性樹脂を注入して、硬化させ
ることにより、効率的に良好な外観・品質を有する軽量
複合成形品、即ち芯部が発泡部材で表層部又はその近傍
に繊維補強複合材料（ＦＲＰ）を配した軽量サンドイッ
チ材、を製造する方法に関するものであり、特に、レジ
ャー用品、スポーツグッズ、各種構造用材料等に有効に
利用される高品質の軽量複合成形品を効率良く製造する
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】芯部に発泡部材（フォームコア）を有し
その外側のスキン層が繊維補強樹脂（ＦＲＰ）層からな
る軽量複合成形品の成形方法の一つとして、熱膨脹性樹
脂トランスファー成形法（ｔｈｅｒｍａｌ　ｅｘｐａｎ
ｓｉｏｎ　ｒｅｓｉｎ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｍｏｌｄｉ
ｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ）が提案されている（特開昭６３
−１６２２０７　号）。

【０００３】この方法は、予め、発泡樹脂組成物を型に
注入して成形するか又はスラブ法や押し出し法等により
形成した発泡部材を切削加工した熱膨脹性の発泡部材（
予備成形フォームコア）の外表面に補強繊維体を配置・
積層したプリフォームを金型内に入れ、金型を閉じた後
、該発泡部材の軟化点よりも低い温度で液状熱硬化性樹
脂を金型内へ注入した後、該金型を加熱して内部の発泡
部材を膨脹させ、その圧力で補強繊維体を金型内壁面に
押し付け余分な樹脂を金型の外に排出させてから、金型
内の樹脂を硬化させて、芯部に発泡部材（フォームコア
）を有しその外側に繊維補強樹脂（ＦＲＰ）層を主体と
するスキン層を有する軽量の複合成形品を製造する方法
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の製造方法においては、金型内における補強
繊維体の充填部を均一にすることが困難なため、注入し
た樹脂の流れが不均一になり、空気が樹脂に取り囲まれ
て成形品中に気泡の生ずる原因になる。また、加熱によ
り発泡部材が膨脹するときに発泡部材の一部が壊れ発泡
部材中のガスが流出して気泡を生じたり、あるいは発泡
部材とスキン層との層間にガスが溜まり、成形品におけ
る界面剥離の原因になる。

【０００５】さらに、上記の方法では、発泡部材が膨脹
するためには充填した補強繊維体を圧縮する力と樹脂の
一部を金型の外に排出するための力が必要であるから、
大きな膨脹力を持った発泡部材が必要となる。また、加
熱により樹脂がゲル化する前に発泡部材の膨脹を完了さ
せておく必要があり、使用できる樹脂の種類が限定され
るとともに常に適切な加熱条件を設定しなければならな
いという困難が伴う。そして、これらの理由により、上
記の方法では、発泡部材が十分に膨脹しないでスキン層
が期待通りに薄くならないことが多く、成形品の軽量化
が十分に達成されない。

【０００６】スキン層を薄くするためには金型内に入れ
る発泡部材の寸法をできるだけ大きくする方法が考えら
れるが、そうすると金型の合わせ面に発泡部材に積層し
た補強繊維体の一部がはみだし、金型締め付け時及び仕
上げ加工時に繊維を切断してしまい、その結果、成形品
の著しい強度低下を生ずる。また、金型が十分に閉まら
ず、所定のものとは寸法の異なった成形品になってしま
い、商品機能が無くなってしまうという問題点もある。

【０００７】このため、上記の方法にあっては、工業的
に実施する上で、上述した諸問題を解決することが必要
である。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、金型内に入れ
たプリフォームの発泡部材を膨脹させた後に、金型内へ
液状熱硬化性樹脂を注入し、該樹脂を硬化させることに
より、上述の問題を一挙に解決したものである。

【０００９】すなわち、本発明の軽量複合成形品の成形
方法では、発泡が抑制された熱膨脹性発泡部材又はスラ
ブ法等で成形された熱膨脹性発泡部材の外表面の全部又
は一部に補強繊維体を配置・積層したプリフォームを金
型に入れ、金型を閉じた後に、上記発泡部材をその軟化
点以上に加熱して金型内で発泡部材を膨脹させ、この膨
脹力を利用して補強繊維体を金型の内壁面へ強く押し付
けることにより、発泡部材、補強繊維体及び金型内壁面
が互いに相対的移動のできない状態になるとともに補強
繊維体層の空隙率が低下・均一化した後、金型内へ液状
の硬化性樹脂を注入し、金型内で該樹脂を硬化させて、
芯部が発泡部材であり表層部又はその近傍に繊維補強硬
化樹脂層を有する複合成形品とする。

【００１０】本発明方法において、芯部を構成する発泡
部材としては、発泡性樹脂組成物を室温〜１００℃の金
型へ圧入し発泡度を調整して成形された独立気泡を有す
る発泡部材から選ぶことが出来る。かかる発泡部材とし
ては、各種の樹脂組成物よりなる発泡部材が使用される
が、いずれの場合も該部材の成形時に発泡を抑制して、
後で軟化点以上の温度に加熱することによってさらに発
泡し体積膨脹する性質（熱膨脹性）を有するものを使用
する。

【００１１】かかる発泡部材の材質としては、例えばポ
リウレタン、ポリ塩化ビニル、ポリイミド等の樹脂組成
物があげられる。発泡部材の密度、形状等は目的とする
成形品の性質や形状に応じて適宜選定される。発泡部材
の大きさは通常、金型のキャビティの内寸よりもいくら
か小さ目とする。発泡部材の成形は任意の方法で行うこ
とができ、成形後にさらに切削加工を施して所定形状と
してもよい。

【００１２】発泡部材の外表面の全部又は一部を覆うよ
うに配置する補強繊維体としては、ガラス繊維、炭素繊
維、セラミックス繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊
維、ナイロン繊維等の１種及び／又は２種以上を組み合
わせて構成したクロス、ブレード、一方向配列繊維シー
ト状物、不織布、マット等を単独であるいは２種以上組
み合わせて用いることができる。

【００１３】補強繊維体の配置は、目的とする成形品の
形態や要求される性質に応じて異なるが、例えば、発泡
部材の全外表面を補強繊維体で覆ってもよく、またシー
ト状発泡部材の場合はその上下に積層してもよい。

【００１４】本発明方法では、発泡部材及び補強繊維体
で構成したプリフォームを金型内に入れ、金型を閉じた
後、加熱してプリフォームを構成する発泡部材を膨脹さ
せ、しかる後、金型内に液状硬化性樹脂を注入する。注
入は通常、金型に設けたノズルから樹脂を圧入すること
により行う。

【００１５】液状硬化性樹脂は、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、フェノール樹
脂、硬化性ジシクロペンタジエン樹脂等の加熱又は反応
により硬化する液状硬化性樹脂又はその前駆体から、製
品の要求性能に応じて選択して用いることが出来る。こ
の樹脂には必要に応じ各種の添加剤（例えば、硬化促進
剤、着色防止剤）を含んでもよい。

【００１６】なお、本発明方法では、液状硬化性樹脂を
金型内へ注入する時、金型内を減圧にすれば、より効果
的に脱気できるので好ましい。

【００１７】なお、ここでいう「金型」とは、成形用の
型を総称し、その材質は金属に限定されず、セラミック
ス、樹脂、木材等の型でもよい。

【００１８】

【作用】本発明方法においては、金型内で、発泡部材を
軟化点以上に加熱昇温し、発泡部材を膨脹させるので、
予め金型のキャビティよりやや小さい寸法の発泡部材を
作り、その周りに必要な力学特性を付与させるための補
強繊維体を配置して、金型内に容易に装填できる程度の
大きさのプリフォームとなし、金型の合わせ面における
補強繊維のはみ出し又は挟み込みを防止する。また、発
泡部材の膨脹時には未だ樹脂が注入されていないので、
発泡部材の膨脹に対する抵抗はプリフォームの断面変化
、補強繊維の緊張によるもののみとなり、発泡部材の膨
脹力が小さくても十分に金型内で膨脹させることができ
る。

【００１９】このようにして、発泡部材の膨脹力により
補強繊維体が十分に金型内壁面に押し付けられるので、
補強繊維層の空隙率が低下・均一化され、樹脂注入時の
流動抵抗が均一化されて補強繊維層に均等に樹脂が浸入
し、該層内に含まれる空気の排除が容易に行なわれる。 更に、樹脂の加熱硬化時に発泡部材は金型と補強繊維体
とにより拘束されており発泡部材の変形は殆ど生じない
ので、発泡部材からの独立気泡の破壊によるガス流出が
防止でき、スキン層が薄くて繊維含有率が高く、しかも
気泡の無い、更には発泡部材とスキン層との界面剥離が
無い、表面性の優れた強固な軽量複合成形品が得られる
。

【００２０】複合成形品の形態は、その用途に応じて、
板状、棒状、柱状、リング状、その他適宜の形態を選ぶ
ことができる。また、補強繊維体の最外層として模様あ
るいは色彩を有するクロス類を配置すると、意匠効果の
ある表面をもつ複合成形品が得られる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一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。

【００２２】

【実施例１】発泡部材として、ポリエーテル系のポリオ
ールとメタフェニレンジイソシアネート系のイソシアネ
ートとを１００：１２２の重量比で混合撹拌し計量して
、予め所定温度に予熱された型に注入してフォーム密度
１５０ｋｇ／ｍ３　の硬質ウレタンフォームを成形した
。 この硬質ウレタンフォーム成形時には発泡を抑制し、後
の加熱により該ウレタンフォームが更に膨脹し得るよう
に調整した。

【００２３】この熱膨脹性硬質ウレタンフォームの外表
面に、炭素繊維の網組体を３層積層して、プリフォーム
を作成した。次に、このプリフォームを上下２分割方式
の金型に入れ、上下を合せて金型を閉じてから、金型ご
と１５０℃に加温した電気オーブンに入れて３０分間保
持し、プリフォーム中の硬質ウレタンフォームを膨脹さ
せた。その後電気オーブンから取り出し、８０℃迄冷却
した。

【００２４】一方、ビスフェノールＦ系のエポキシ樹脂
１００重量部と変性アミン系硬化剤３５重量部とを混合
撹拌し、減圧脱泡して液状熱硬化樹脂を調製し、これを
金型に設けたノズルを通じて冷却した金型内へ圧送・注
入した。次いで該金型を１２０℃で１時間加熱して樹脂
を硬化させた後、室温迄冷却して金型を開き、成形品を
取り出した。

【００２５】この成形品は、芯部（コア層）が硬質ポリ
ウレタンフォーム、スキン層が炭素繊維強化エポキシ樹
脂からなるサンドイッチ構造のものであり、スキン層の
補強繊維体の体積含有率（Ｖｆ　）が６２％と高く軽量
性にすぐれたものであった。そして、該成形品の外観に
は気泡もなく、断面観察結果においても界面剥離は見ら
れなかった。

【００２６】また、本実施例では金型キャビティよりも
０．９ｍｍ小さいプリフォームを作成したたため操作性
良く金型にプリフォームを入れることが出来、金型を閉
じる際の上下の金型の合わせ面に補強繊維体がはみ出す
こともなかった。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、発泡部
材の外表面に補強繊維体を配置したプリフォームを金型
内に入れ、金型を閉じ、該発泡部材の軟化点以上に加熱
して膨脹させた後に、金型内へ液状熱硬化性樹脂を注入
するので、発泡部材の膨脹に必要な温度、時間を樹脂特
性に関係なく自由に設定することができる。更に、発泡
部材が金型のキャビティ内で十分に膨脹するため、金型
のキャビティよりも膨脹量だけ寸法の小さいプリフォー
ムを用いれば良く、また、金型を閉じる際に金型の合わ
せ面に補強繊維体を挟み込むことがなく、寸法精度の良
い成形品が得られる。しかも、液状の硬化性樹脂の注入
後は発泡部材が金型内壁面と補強繊維体とで拘束されて
いるために寸法変化が殆ど無いので、発泡部材の独立気
泡が壊れてガスが流出することが無くなり、スキン層の
ボイド発生や発泡部材とスキン層の層間剥離が防止でき
、軽量で表面性の優れた軽量複合成形品が得られるとい
う効果がある。

【００２８】したがって、本発明方法により製造される
種々の形態の軽量複合成形品は、レジャー用品、スポー
ツ用品、各種構造部材等の分野で有効に使用することが
できる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】熱膨脹性発泡部材の外表面の全体又は一部
   に補強繊維体を配置したプリフォームを金型内に入れ、
   金型を閉じた後、該プリフォームを該発泡部材の軟化点
   以上の温度に加熱して該発泡部材を膨脹させ、しかる後
   、金型内へ液状の硬化性樹脂を注入し、該樹脂を硬化さ
   せることを特徴とする軽量複合成形品の製造方法。