JPH0489207A - 補強された複合材料用プリフォーム - 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、複合材料の成形に供する新規な中間素材の製
造法に関する。さらに詳しくは、各種の構造部材、スポ
ーツ用品、を機・電子製品のハウジングなどに利用でき
る複合材料のＳ−ＲＩ　Ｍ（Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　Ｒ
ｅａｃｔｉｏｎ　Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｕｌｄｉｎ
ｇ）ＨＳ−ＲＴＭ　（Ｈｉｇｈ−３ｐｅｅｄ　Ｒｅ５ｉ
ｎ　ＴｒａｎｓｆｅｒＭｏｕｌｄｉｎｇ）成形に使用で
きる補強されたプリフォームに関する。

［従来技術］ 例えば、ガラス繊維からなる３次元編物を補強材と熱硬
化性樹脂とからのＲＴＭ及びＳ−ＲＩ　Ｍは公知である
。５−ＲＩ’ＭやＨ３−ＲＴＭなどのように高い注入速
度を適用したりあるいはガラス繊維の使用量の多いいわ
ゆる高■ｆ領域で成形しようとすると、樹脂注入時の圧
力が大きくなる。

その結果、編み構造が柔軟性であることに起因して、注
入口付近など圧力が高くなる部分から変形が始まり満足
な成形体が得られないことがある。

チョツプドストランドマットを始めプリフォームに軽い
形態保持性を付与する目的で熱可塑性のポリマーを散布
することは汎〈実施されているが、補強目的には充分で
なく上記のように高い注入速度には対応できない。

［発明の目的］ 本発明の目的は、ガラス繊維などの補強繊維からなる３
次元編物を接着用ポリマーからなる種々の形態のバイン
ダーにより接着・補強することにより、変形が起こり易
い部位を強化してなる有用な補強用プリフォームを提供
することにある。接着用のポリマーとしては、各種の熱
可塑性ポリマー及び／′又は熱硬化性ポリマーを使用す
ることができる。

［発明の構成］ 本発明者らは上述の目的を達成すべく鋭意研究の結果、
このような３次元編物の構造に起因する易変形性を適当
なレベルになるように補強することにより上記の目的が
実現できることを知見し本発明に到達した。

即ち、本発明は、実質的に編み構造からなる補強繊維３
次元プリフォームに、バインダー用ポリマーからなるス
プリットフィルム状、目の粗い布状又は繊維状からなる
形態群から選ばれるバインダー成分により、接着・補強
した複合材料用のプリフォームであって、その補強の程
度が下記の式を満足することを特徴とする補強されたプ
リフォームである。

■ ［上式のし。、Ｌは上記と同義］ 以下に本発明に係るプリフォームの構成及びその製造法
について詳述する。

本発明において補強繊維３次元プリフォームとは、編み
構造を有している立体形状の補強用プリフォームを総称
する。また、編み構造に他の補強構造、例えば一方向補
強繊維や織物などを組み合わせたものも、本発明の３次
元プリフォームの一つとして使用できる。

かかるプリフォームを構成する補強繊維としては、編み
糸として使用可能な各種の高モジュラス繊維を使用する
ことができる。代表的な補強用繊維を次に列記するが、
もっとも好ましいものはガラス繊維である。

・無機繊維 ガラス繊維、炭素繊維、シリコンカーバイト繊維、シリ
コンナイトライド繊維、その他の各種セラミックス繊維 ・金属繊維 銅繊維、ステンレス繊維など ・有機繊維 アラミド繊維、ボリアリレート繊維、ポリビニルアルコ
ール繊維、ボリアゾール繊維、高モジユラスポリエチレ
ン繊維など 上述の補強繊維、特にガラス繊維を使用して調製された
３次元編物をプリフォームとして使用する。本発明の３
次元編み物からなるプリフォームは緯（横）編み方式に
よって製造することができる。総組の基本組織としては
、通常下記の四原組織が提案されている（テキスタイル
リサーチ懇話会編、理工新社刊、ニットに関する２４章
参照）：・平編（Ｐｌａｉｎ　５ｔｉｔｃｈ、　Ｊｅｒ
ｓｅｙ　５ｔｉｔｃｈ）・リブ編又はゴム編（Ｒｉｂ　
５ｔｉｔｃｈ）・両面編（Ｉｎｔｅｒｌｉｃｋ　５ｔｉ
ｔｃｈ）・パール＠　（Ｐｅａｒｌ　５ｔｉｔｃｈ）こ
のような緯メリヤス四原組織を基本に総組変化組織とい
われる応用組織が主要なものでも２０種以上知られてお
り、必要に応じて本発明の３次元編物に採用することが
できる。

代表的な総組変化組織を下記に示す： 形状の成形体をＲＴＭ法によって製造するための補強体
として使用した技術として、例えば、特開昭６１−１９
４３２号、同６２−２７９９２９号、同６２−２７６０
５５号などを挙げることができる。

一方、本発明に使用するバインダー成分を構成するポリ
マーは各種の熱可塑性ポリマー及び／′又は熱硬化性ポ
リマーの中から必要な接着力を有するものを選定する。

この選定に当っては、プリフォームを使用する条件にも
よるが、通常成形時の到達最高温度付近で融着力を保持
できる融点以上のものの中から選択することが重要であ
る。即ち、熱可塑性ポリマーの中から選定する場合には
、セットされる金型温度や硬化発熱で到達する最高温度
以上でその接着・補強力を保持できる必要がある。一方
、熱硬化性ポリマー中から採用する場合には、接着界面
が作業中に加わる熱的・機械的外力などによって壊れな
い程度の靭性を保有している必要がある。

各種ポリマーの中から適当する熱的・機械的接着力を有
するものを選定することができるが、下記の熱可塑性ポ
リマーは接着性以外に軽い熱プレスなどにより、プリフ
ォームに形状保持性を付与することが可能であることが
知られているので（Ｔｈｅｒｍｏ−ｆｏｒｍａｂｌｅ）
、本発明において好ましく使用することができる。

・ポリオレフィン系 ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール。

酢酸ビニル、ポリスチレン（ＰＳ）、ＰＭＭＡなどのア
クリル樹脂、ＡＡＳ、ＡＥＳ、ＡＳ、ＡＢＳ、ＡＣ３，
ＭＢＳ、クマロン樹脂、アイオノマー樹脂、ポリビニル
エーテル、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマー
ル、ポリメチルペンテン、ポリブタジェン、ポリイソプ
レンなどの各種ゴム系のポリマー。熱可塑系のフッ素樹
脂、シリコン樹脂。さらに、これらのポリオレフィンの
ハロゲン化ポリマーや２成分以上の共重合、ブロックコ
ポリマー、ポリマーアロイなと。

さらにいわゆるホットメルト型のポリマーとして各種の
コポリマーが本発明に適用できる。代表的なものとして
、エチレン−メチルアクリレートコポリマー、エチレン
−ビニルアセテートコポリマー及び各種のアイオノマー
系樹脂を挙げることができる。

・ポリエステル及び／′又はポリカーボネート系各種ホ
ットメルト用コポリエステル、ポリエチレンテレフタレ
ート、ポリブチレンテレフタレート、ビスフェノールＡ
のイソー／テレーフタレート、各種ポリエステルエラス
トマー類、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネー
ト。

・ポリアミド系 ナイロン−６、ナイロン−６６、ナイロン−４６゜ナイ
ロン−１１，ナイロン−１２，各種脂肪族共重合ナイロ
ン、ナイロンＭＸＤＡ、ナイロン−６Ｉ。

６下などの半芳香族ナイロン、各種芳香族コポリアミド
など。

・その他のエンジニアリングポリマー類フェノキシ樹脂
、ポリアセタール、ポリエチレンオキサイド、ポリアミ
ドイミド、ポリエステルイミド、ポリエーテルイミドな
と。

本発明においてバインダー成分は、上述の如き熱可塑性
ポリマーあるいは熱硬化性ポリマーからなり、スプリッ
トフィルム状、目の粗いｍ　ＷａＳ状あるいは繊維状か
らなる形態群から選ばれるバインダー成分を使用するこ
とができる。

以下、それぞれの形態について説明する。

・スプリットフィルム状ポリマー 上記の熱可塑性ポリマーからなるスプリットフィルム（
割布〉は市販されており入手可能である。

かかるフィルムを適宜裁断して、３次元編物の表層、内
層などに適宜配置した後、必要に応じて低圧の熱プレス
などを施して本発明の補強されたプリフォームを作成す
ることができる。このようなフィルム状ポリマーとして
は、フィルムもしくはリボン状のポリマーから得られる
ポリエチレンなどのスプリットフィルム（割布）が知ら
れており、本発明に好ましく適用できる。このようなス
プリットフィルムは通常のフィルムと異なり、成形特補
強した３次元プリフォーム（編物）への液状樹脂の透過
性が良好である。

・目の粗い布 上記の熱可塑性ポリマーからなる繊維を用いて、織成又
は編成した目の粗′い布あるいはマット、不織布、ネッ
ト等も有用である。これをスプリットフィルムと同様の
方法で本発明のプリフォームの作成に使用できる。繊維
は長繊維、短繊維のいずれでもよい。このように目の粗
い布も、成形時の樹脂透過性が良好である。

・繊維状ポリマー 繊維自体をバインダーとして用いるときは、補強繊維の
３次元編物を作成する際に、交編笠によりプリフォーム
中に編み込み、加熱する方法が好ましい。このような繊
維状のバインダーは３次元編物中に均一に分布させるこ
とができるので、本発明において好ましい態様の−っで
ある。

本発明のプリフォームは、その補強のく形態保持性〉程
度が下記の式を満足することが必要であ≦１．０５　　
　　　　　・・・［工］Ｌ。

上記式［工］の補強レベル以下、即ち、＞　１．０５で
は、プリフォームが依然として変り。

形しやすくなっており、満足な成形体が得られないこと
が多い。

また、本発明のプリフォームはＳ−ＲＩ　Ｍなどに使用
するために樹脂の含浸性が良好であることが要求される
。このため、不必要に過度な補強より含浸性を著しく損
なうことは避ける必要がある。

また、この含浸性の低下が注入圧の上昇を招き、結局補
強レベルのアップが必要になるという悪循環になること
があり、要は前記式［工］に示した範囲内での適正な接
着補強の度合が必要である。

本発明のプリフォームを上式［■］を満足するように接
着補強するには、熱可塑性ポリマー及び／′又は熱硬化
性ポリマーを３次元編物に対して、適当量を適当部位に
配合して固定することができる。熱可塑性ポリマーの好
適な配合量は、補強する部位の補強繊維成分（３次元編
物）に対して、３〜１５重ｉ％であり、さらに好ましく
は４〜８重１％である。

バインダー成分の量が５％未満では、３次元織物の補強
（形態固定）の効果が乏しく１５％を超えると成形時の
樹脂含浸性が悪化するので好ましくない。

補強部位は、シート状形態のプリフォームを例にとると
、片面９両面あるいは注入口付近のとくに変形しやすい
ところなど、目的と成形条件とくに注入速度により好適
なところを選択することができる。

上記の方法による接着補強に加えて、本発明のプリフォ
ームの補強には、適当なステッチ糸を併用することもで
きる。

本発明の補強されたプリフォームからは、種々のＳ−Ｒ
ＩＭ、Ｈ３−ＲＴＭ成形方法により、有用な複合材料成
形体を提供することができる。このような液状樹脂を用
いる成形においては、注入場所、注入口数、注入方向を
適性に選択して、本発明の補強されたプリフォームが成
形品の形態て実質的に変形を残さず製造できるように、
成形時の諸条件を選択することが重要である。

［発明の効果］ 上述の本発明のプリフォームからは成形時の変形が無く
、該プリフォームは、各種形状の平板はもちろん、箱型
、半球状など種々の立体形態を有する耐衝撃性などの力
学特性に優れた成形体を製造できる。また、本発明のプ
リフォームは取扱性が容易であり、成形型に合わせて成
形条件を適当に選択することができる。本発明のプリフ
ォームから得られる複合材料成形品は、補強繊維の分布
が良好で耐衝撃性などの機械的特性に優れている。

［実施例］ 以下に本発明を実施例によって詳述する。実施例中、３
次元編み物について下記の略号を使用する： ３次元ａｉ！１ＩＩＲＩＸＩ　　ｒｉｂ（英国コートル
ズ社製）目付＝　１２２０３次元編物ＲＩ　　ＩＸＩ　
　ｒｉｂ　１ｎｌａｙ（英国コートルズ社製）目付＝　
１２８０３次元編物ｌ　編物ｎｔｅｒｌｏｃｋ （英国コートルズ社製）目付＝　１２７０３次元編物Ｊ
　編物ｅｒｓｅ７１ｉｎｋ（英国コートルズ社製）目付
−１３８０実施例１：繊維状の熱可塑性ポリマーによる
接着補強 ガラス繊維からなる上記の３次元編物Ｒ，Ｉ。

Ｊの各シート状プリフォームの両表面にそれぞれポリエ
チレン割布（目付２０ｇ／ｒｒｆ）を片面２枚づつ（両
面で４枚）を載せ１２０℃Ｘ　１　ｋｇ／ｃｄで加熱・
圧着し接着補強されたプリフォームを作成した。

得られたプリフォームを幅２５圃、長さ１４０ｍに切取
り、７０℃の加熱オーブン中で３０分加熱した後、５０
０ｇの荷重下にＬ　／　Ｌ　ｏを測定すると、いずれも
１．０５以下であった。

実施例２ニブリフオームの５−ＲＩ蘭 実施例１で調製した３次元ｗＴｉ物ＲＩとマトリックス
樹脂として常温で粘度３０ｃｐｓの日本エピ力■製のビ
ニルエステル樹脂「ネオボール８２６５Ｊを用いてＳ−
ＲＩ　Ｍを実施した。即ち、’−’ｔ＝１０％になるよ
うに金型にプリフォームをセットした後、窒素雲囲気中
で金型の磐面中央から注入速度１００ｔ／’秒で金型内
への樹脂注入・硬化反応を行った。

得られた平板サンプルには、樹脂注入による変形が実質
的に起こっていなかった。

比較例１ 実施例２と全く同様にして、プリフォームのみを実施例
１の接着・補強処理をしないものを用いた。得られた平
板サンプルには、樹脂注入により、注入口付近のプリフ
ォームの編目が拡大し、またプリフォームが中心線から
両側に折り畳まれるように変形していた。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）実質的に編み構造からなる補強繊維３次元プリフ
   ォームに、バインダー用ポリマーからなるスプリットフ
   ィルム状、目の粗い布状又は繊維状からなる形態群から
   選ばれるバインダー成分により、その補強の程度が下記
   の［ I ］式を満足するように接着・補強されているこ
   とを特徴とする補強された複合材料用プリフォーム：Ｌ
   ／Ｌ＿０≦１．０５・・・［ I ］ ［上記式において、Ｌ＿０、Ｌは下記の長さを表す。 Ｌ＿０：常温で測定した測定方法の初期の長さＬ：使用
   金型温度で、プリフオームに１ｃｍ幅当り２００ｇの荷
   重をかけた時の長さ］
2. （２）補強されたプリフォーム中に存在するバインダー
   成分の量が３〜１５重量％である請求項（１）に記載の
   補強された複合材料用プリフォーム。