JPH05245960A - 軽量構造材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量であり、かつ成形による強度の低下を起
こすことのない軽量構造材料の提供。 【構成】 繊維材料と熱硬化性樹脂とからなり、かつ連
続的なトラス状の凹凸を有するシート材料Ａが、該シー
ト材料Ａの凸部で、繊維材料または繊維材料と熱硬化性
樹脂とからなるほぼ平坦なシート材料Ｂと接着されてな
る軽量構造材料。繊維材料と熱硬化性樹脂とからなり、
かつ連続的なトラス状の凹凸を有するシート材料Ａが、
該シート材料Ａの凸部で、繊維材料または繊維材料と熱
硬化性樹脂とからなり、かつシート材料Ａよりも浅い連
続的なトラス状の凹凸を有するシート材料Ｃと接着され
てなる軽量構造材料。上記軽量構造材料を所望の形状に
成形した成形体。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に、自動車、飛行
機、電車などの軽量化を要求される乗物の天井や、ドア
の内張り、床などに用いられ、各種成形内装材として優
れた特性を発揮する軽量構造材料に関する。また、本発
明の軽量構造材料は、これら乗物のほかにも、電気製
品、家具など軽量部材を必要とする用途にも応用され得
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車等の内装材として、解繊し
た綿布と樹脂とを混合し加熱加圧成形したレジンマット
成形体や、段ボール構造体、発泡プラスチック構造体な
どが使用され、あるいは検討されてきた。これらの構造
体は、快適な居住空間をつくり、かつ工業生産に見合う
生産コストと、強度特性、寸法安定性を持ち合わせてい
なくてはならない。さらに最近では、安全上の理由か
ら、有害ガスを出さないことが求められたり、あるいは
地球環境の保護のために、排気ガス低減の手段としての
軽量化が強く求められている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この様な要求
に対し、従来のレジンマット成形体、段ボール構造体、
発泡プラスチック構造体等は、充分満足するものではな
いのが現状である。例えば、レジンマット成形体は、成
形性には優れるものの、軽量性が劣ること及び寸法安定
性が劣ることなどの欠点を有する。発泡プラスチック
は、やはり軽量性には優れるものの、強度が弱いこと、
耐熱性が劣ること、燃焼時のガス発生が多いことなどの
欠点を有していた。

【０００４】さらに、段ボール構造体は、軽量ではある
ものの、成形後の断面形状を観察すると、曲面のコーナ
ー部に潰れ（成形性不良）が生じ、部分的な強度低下を
もたらし、曲面を有する形状に成形することがほとんど
不可能であった。その原因の１つは、段ボール中芯の波
形が一方向であるために、段ボール構造体としたときに
この段ボール中芯が強度の異方性を示すためであると思
われる。もう一つの理由は、表面のライナーが伸びの少
ない一般のクラフト紙であるために、成形時の寸法変化
に追随できないためと考えられる。

【０００５】段ボール構造体は、この様に成形性が悪い
という欠点のほか、耐水性が弱く、そのため吸湿時には
寸法変化を起こし反りを起こしたり、極端な強度低下を
もたらしたりという状態になりやすい。しかし、段ボー
ル構造体はこれらの欠点を有しながらも、その内部に大
量の空気を含有し軽量であるという利点がある。

【０００６】ところで、異方性のないボードあるいは柔
軟な緩衝材として、トラス状の凹凸を有するシートが知
られている〔特開昭５０─２６６９４号公報、同５１─
７２７３号公報、同５１─７２７４号公報、同５１─７
２７５号公報〕。しかし、これら公報に記載の発明は、
良好な成形性と強度とを有する軽量構造材料を提供する
ものではない。即ち、これらの材料は成形加工はできる
ものの、強度の点で不十分であった。さらに、特開昭５
１─７２７３号公報には、熱可塑性のポリオレフィン系
合成パルプを配合することが記されてる。しかし、熱可
塑性樹脂を用いたのでは、成形後に十分な剛性を得るこ
とができなかった。

【０００７】そこで本発明の目的は、段ボール構造体と
同様に軽量であり、かつ成形による強度の低下を起こす
ことのない、成形性及び強度の点で優れた軽量構造材料
を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の態様は、
繊維材料と熱硬化性樹脂とからなり、かつ連続的なトラ
ス状の凹凸を有するシート材料Ａが、該シート材料Ａの
凸部で、繊維材料または繊維材料と熱硬化性樹脂とから
なるほぼ平坦なシート材料Ｂと接着されてなる軽量構造
材料に関する。

【０００９】本発明の第２の態様は、繊維材料と熱硬化
性樹脂とからなり、かつ連続的なトラス状の凹凸を有す
るシート材料Ａが、該シート材料Ａの凸部で、繊維材料
または繊維材料と熱硬化性樹脂とからなりかつシート材
料Ａよりも浅い連続的なトラス状の凹凸を有するシート
材料Ｃと接着されてなる軽量構造材料に関する。

【００１０】以下、本発明について説明する。本発明で
用いるシート材料Ａは、連続的なトラス状の凹凸を有
し、かつ繊維材料と熱硬化性樹脂とから構成されてい
る。

【００１１】本発明において、トラス状とは、シートの
縦横両方向、即ちほぼ直交する二方向の波形またはジグ
ザグ形を意味し、連続的なトラス状の凹凸を有するシー
トの例を図１に示す。トラス状の凹凸を有するシート及
びその製造方法については、特開昭５０─２６６９４号
公報、同５１─７２７３号公報、同５１─７２７４号公
報、同５１─７２７５号公報に開示されている。

【００１２】熱硬化性樹脂としては特に制限はないが、
フェノール樹脂が剛性、強度、繊維との接着性、などの
点から特に有効である。その外の樹脂として、アルキッ
ド樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、尿素樹脂なども
有効である。また、必要により、これらの樹脂の複数を
併用することもできる。熱硬化性樹脂は、加熱成形時に
伸びを持たせることができる加熱流動性を有し、軽量構
造材料を成形する際の成形性を向上させることができ
る。即ち、未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂は、トラス
構造への成形時は加熱により十分な流動性を示し、かつ
加熱成形後は樹脂の硬化反応により十分な剛性と強度を
発現する。

【００１３】繊維材料としてはセルロース繊維、コット
ンリンターなどの天然繊維や、アクリル繊維、ポリエス
テル繊維、ポリ塩化ビニル繊維などの合成繊維、ガラス
繊維、セラミック繊維、ロック繊維などの無機繊維を使
用し得る。これらの繊維の選択条件は、成形深さ、剛
度、強度、耐熱性、寸法安定性など、製品形状、要求物
性により１種または複数種最適なものを選択することに
より、上記熱硬化性樹脂の効果をさらに高めることがで
きる。尚、天然繊維、合成繊維及び無機繊維の三種の繊
維を混合したものは、シート強度、成形性、寸法安定性
などの観点から、特に望ましい。

【００１４】熱硬化性樹脂と繊維材料との比率は、重量
比で２０：８０〜７０：３０とすることが適当である。
熱硬化性樹脂が少な過ぎると、シート材料Ｂまたはシー
ト材料Ｃとの接着性が悪くなり、また熱硬化性樹脂が多
過ぎると、成形時の作業性が悪くなる傾向がある。

【００１５】繊維材料と未硬化又は半硬化の熱硬化性樹
脂とは、軽量構造材料に成形する前のシート形成時に予
め混合されシート化されたものでもよいし、あるいは繊
維材料のみ予めシート化しておいて、水または有機溶剤
に溶解した未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂ワニスを含
浸添加するものでもよい。特に、繊維材料の湿式抄紙時
に、非イオン性凝集剤及びカチオン性凝集剤の存在下、
粉末の未硬化又は半硬化の熱硬化性樹脂を抄き込む方法
で製造することが、粉末の未硬化又は半硬化の熱硬化性
樹脂を効率良く定着させることができるため適当であ
る。

【００１６】尚、繊維材料のみのシートの形成方法につ
いても、抄紙法による湿式でも水を使わない乾式でもど
ちらでもよく、制限するものではない。

【００１７】本発明で用いるシート材料Ｂは、繊維材料
のみ、または繊維材料と熱硬化性樹脂とからなるほぼ平
坦なシートである。シート材料Ｂで用いる繊維材料及び
熱硬化性樹脂は、前記シート材料Ａに用いたものを用い
ることができる。但し、シート材料Ｂで用いる繊維材料
又は繊維材料及び熱硬化性樹脂は、シート材料Ａで用い
た繊維材料及び熱硬化性樹脂と同一の材料でも異なる材
料でも良い。さらに熱硬化性樹脂と繊維材料との比率
は、シート材料Ａとの接着性及び成形時の作業性等を考
慮して、重量比で０：１００〜７０：３０とすることが
適当である。

【００１８】本発明の第１の態様の軽量構造材料は、シ
ート材料Ａの凸部で、シート材料Ａとシート材料Ｂとを
接着したものである。シート材料Ａとシート材料Ｂとの
接着は、シート材料Ａ内に含まれる未硬化又は半硬化の
熱硬化性樹脂の溶融により行うことができる。あるい
は、シート材料Ａとシート材料Ｂの接着部に、例えば、
オレフィン系のホットメルト接着層を設けることによ
り、接着強度を向上させることもできる（図７参照）。
尚、ホットメルト接着層は、シート材料Ａ及び／又はシ
ート材料Ｂの相対する面の両面または片面に設けるか、
あるいは、シート材料Ａのトラス状構造の凸部付近に設
けることもできる。

【００１９】ホットメルト接着剤としては、エチレン−
酢酸ビニル共重合体、スチレン系共重合体、ポリエチレ
ン、ポりアミド、ポリエステル、ポリプロピレン等のベ
ースボリマーに粘着付与剤、可塑剤、軟化剤、充填剤、
ワックス類、酸化防止剤等の助剤を適宜含有するオレフ
ィン系のホットメルト接着剤を例示できる。

【００２０】本発明の第１の態様の軽量構造材料は、少
なくとも１つのシート材料Ａと少なくとも１つのシート
材料Ｂとを積層接着したものである（図２）。例えば、
１つのシート材料Ａを中芯とし、その両面に２つのシー
ト材料Ｂを積層接着したもの（図３）や、２以上のシー
ト材料Ａと２以上のシート材料Ｂとを交互に積層接着し
た軽量構造材料（図４）を提供することもできる。

【００２１】シート材料Ａとシート材料Ｂとを積層接着
した軽量構造材料の形成（シート材料の接着）は、目的
形状への成形と同時に行われる。即ち、シート材料Ａ及
びシート材料Ｂを一層もしくは二層以上積層したもの
を、プレス成形機などで金型間にはさみ、加熱加圧下で
成形することにより目的形状の軽量構造材料を得ること
ができる。

【００２２】このようにして得られた軽量構造材料は、
成形ボードとしての曲げ剛性、曲げ強度、圧縮強度を十
分高めたものである。さらに、平坦なシート材料Ｂの面
は表面が平坦なものが得られる。

【００２３】さらに、本発明の第２の態様は、シート材
料Ａと、シート材料Ａのトラス状の凹凸より浅い連続的
なトラス状の凹凸を成形をしたシート材料Ｃとを接着し
たものである。

【００２４】シート材料Ｃは、シート材料Ｂと同様に繊
維材料又は繊維材料及び熱硬化型樹脂とから構成されて
いる。材料としては、前記のものと同様のものを使用で
きる。また、トラス状の凹凸の意味もシート材料Ａと同
様である。但し、シート材料Ｃのトラス状の凹凸は、シ
ート材料Ａのトラス状の凹凸よりも、凹凸の度合いの小
さいものである。凹凸の度合いの小さいトラス状の凹凸
のシート材料Ｃは、シート材料Ａと同様の方法により得
ることができる。また、シート材料Ｃのトラス状の凹凸
のピッチは、シート材料Ａのトラス状の凹凸と同一でも
異なっても（大きくても、小さくても）良い。

【００２５】本発明の第２の態様の軽量構造材料は、シ
ート材料Ａの凸部で、シート材料Ａとシート材料Ｃとを
接着したものである。シート材料Ｃのシート材料Ａとの
接触部は、任意であり、凸部であっても凹部であって
も、それ以外であってもよい。シート材料Ａとシート材
料Ｃとの接着は、シート材料Ａ又はシート材料Ａ及びシ
ート材料Ｃ内に含まれる未硬化又は半硬化の熱硬化性樹
脂の溶融により行うことができる。あるいは、シート材
料Ａとシート材料Ｃの接着部に、例えば、オレフィン系
のホットメルト接着層を設けることにより、接着強度を
向上させることもできる。尚、ホットメルト接着層は、
シート材料Ａ及び／又はシート材料Ｃの相対する面の両
面または片面に設けるか、あるいは、シート材料Ａのト
ラス状構造の凸部付近に設けることもできる。

【００２６】尚、シート材料Ａとシート材料Ｃとの組合
せの場合、浅いトラス状の凹凸を有するシート材料Ｃを
内側にし、シート材料Ｃより深いトラス状の凹凸を有す
るシート材料Ａを外側にすれば、曲げ成形が容易になる
という利点がある。

【００２７】本発明の第２の態様の軽量構造材料は、少
なくとも１つのシート材料Ａと少なくとも１つのシート
材料Ｃとを積層接着したものである（図５）。例えば、
１つのシート材料Ａを中芯とし、その両面に２つのシー
ト材料Ｃを積層接着したものや、２以上のシート材料Ａ
と２以上のシート材料Ｃとを交互に積層接着した軽量構
造材料（図６）を提供することもできる。

【００２８】シート材料Ａとシート材料Ｃとを積層接着
した軽量構造材料の形成（シート材料の接着）は、目的
形状への成形と同時に行われる。即ち、シート材料Ａ及
びシート材料Ｃを一層もしくは二層以上積層したもの
を、プレス成形機などで金型間にはさみ、加熱加圧下で
成形することにより目的形状の軽量構造材料を得ること
ができる。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに説明す
る。

【００３０】実施例１ 繊維材料としてセルロース繊維とガラス繊維を含み、さ
らに半硬化状のフェノール樹脂粉末を３０％含む厚さ
０．５ミリのシートを作成した（シート材料Ｂ）。この
シートを、段高２ミリのトラス状の連続成形加熱ロール
間を通過させ、シート材料Ａを得た。このシート材料Ａ
を２枚の上記未成形のシート材料Ｂの間に重ね合わせた
（シート材料Ｂ−シート材料Ａ−シート材料Ｂの積
層）。この積層体を端部絞り深さ２ｃｍの曲面形状を有
する加熱金型間に挿入し、１０分間成形プレスし、厚さ
２ｍｍの軽量成形体を得た。この際、成形性は良好であ
った。得られた軽量構造材料は、４５０ｇ／ｍ² の面積
重量を有し、十分な軽量性を有していた。さらに、その
曲げ剛性は、縦が１７ｋｇｆｃｍ、横が１５ｋｇｆｃｍ
であり、曲げ強度は、縦が０．７ｋｇ・ｆ、横が０．６
ｋｇ・ｆであり、強度も十分なものであった。

【００３１】実施例２ 繊維材料としてセルロース繊維とガラス繊維を含み、さ
らに半硬化状のフェノール樹脂粉末を３０％含む厚さ
０．５ミリのシートを作成し、このシートを、段高３ミ
リのトラス状の連続成形加熱ロール間を通過させ、成形
シート（シート材料Ａ）を得た。また、０．５ミリのク
ラフト紙を、段高０．５ミリの浅いトラス状の連続成形
加熱ロール間を通過させ、シート材料Ｃを得た。シート
材料Ａを２枚の上記シート材料Ｃの間に重ね合わた（シ
ート材料Ｃ−シート材料Ａ−シート材料Ｃの積層）。こ
の積層体を、絞り深さ３ｃｍの曲面形状を有する加熱金
型間に挿入し、１０分間成形プレスし、厚さ３ｍｍの軽
量成形体を得た。この際、成形性は良好であった。得ら
れた軽量構造材料は、６００ｇ／ｍ² の面積重量を有
し、十分な軽量性を有していた。さらに、その曲げ剛性
は、縦が２８ｋｇｆｃｍ、横が２８ｋｇｆｃｍであり、
曲げ強度は、縦が１．２ｋｇ・ｆ、横が１．１ｋｇ・ｆ
であり、強度も十分なものであった。

【００３２】実施例３ 繊維材料としてセルロース繊維とガラス繊維を含み、さ
らに半硬化状のフェノール樹脂粉末を３０％含む厚さ
０．５ミリのシートを作成した（シート材料Ｂ）。この
シートを、段高２ミリのトラス状の連続成形加熱ロール
間を通過させ、シート材料Ａを得た。このシート材料Ａ
の両面の段頂部分（凸部の頂上部）にホットメルト型接
着剤を少量塗布し、２枚の上記未成形のシート材料Ｂの
間に重ね合わせた（シート材料Ｂ−シート材料Ａ−シー
ト材料Ｂの積層）。この積層体を端部絞り深さ２ｃｍの
曲面形状を有する加熱金型間に挿入し、１０分間成形プ
レスし、厚さ２ｍｍの軽量成形体を得た。この際、成形
性は良好であった。得られた軽量構造材料は、４５０ｇ
／ｍ² の面積重量を有し、十分な軽量性を有していた。
さらに、その曲げ剛性は、縦が１７ｋｇｆｃｍ、横が１
６ｋｇｆｃｍであり、曲げ強度は、縦が０．８ｋｇ・
ｆ、横が０．７ｋｇ・ｆであり、強度も十分なものであ
った。

【００３３】実施例４ 繊維材料としてセルロース繊維とガラス繊維を含み、さ
らに半硬化状のフェノール樹脂粉末を３０％含む厚さ
０．５ミリのシートを作成し、このシートを、段高３ミ
リのトラス状の連続成形加熱ロール間を通過させ、成形
シート（シート材料Ａ）を得た。また、０．５ミリのク
ラフト紙を、段高０．５ミリの浅いトラス状の連続成形
加熱ロール間を通過させ、シート材料Ｃを得た。シート
材料Ａの両面の段頂部分（凸部の頂上部）にホットメル
ト型接着剤を少量塗布し、２枚の上記シート材料Ｃの間
に重ね合わせた（シート材料Ｃ−シート材料Ａ−シート
材料Ｃの積層）。この積層体を、絞り深さ３ｃｍの曲面
形状を有する加熱金型間に挿入し、１０分間成形プレス
し、厚さ３ｍｍの軽量成形体を得た。この際、成形性は
良好であった。得られた軽量構造材料は、６００ｇ／ｍ
² の面積重量を有し、十分な軽量性を有していた。さら
に、その曲げ剛性は、縦が２９ｋｇｆｃｍ、横が２８ｋ
ｇｆｃｍであり、曲げ強度は、縦が１．１ｋｇ・ｆ、横
が１．１ｋｇ・ｆであり、強度も十分なものであった。

【００３４】実施例５ 実施例３で得たのと同様の、シート材料Ｂを３枚とシー
ト材料Ａを２枚とを積層してシート材料Ｂ−シート材料
Ａ−シート材料Ｂ−シート材料Ａ−シート材料Ｂの積層
体とし、この積層体を、実施例２と同様にして成形プレ
スし、厚さ３ｍｍの軽量成形体を得た。この際、成形性
は良好であった。得られた軽量構造材料は、６００ｇ／
ｍ² の面積重量を有し、十分な軽量性を有していた。さ
らに、その曲げ剛性は、縦が３０ｋｇｆｃｍ、横が２８
ｋｇｆｃｍであり、曲げ強度は、縦が１．１ｋｇ・ｆ、
横が１．０ｋｇ・ｆであり、強度も十分なものであっ
た。

【００３５】比較例 ０．５ｍｍ厚さのライナーと厚さ３ｍｍに成形した中芯
からなる段ボールを、端部絞り深さ２ｃｍの曲面形状を
有する加熱金型間に挿入し、１０分間成形プレスし、厚
さ２．８ｍｍの成形体を得た。得られた成形体は、７３
０ｇ／ｍ² の面積重量を有していた。しかし、成形性は
良くなく、成形コーナー部に潰れを生じ、明らかに強度
欠陥部となった。さらに、曲げ剛性は、縦が３４ｋｇｆ
ｃｍ、横が１７ｋｇｆｃｍであり、曲げ強度は、縦が
１．２ｋｇ・ｆ、横が１．０ｋｇ・ｆであり、剛性に方
向性があり、不十分なものであった。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、曲げ剛性、強度、軽量
性に優れた軽量構造材料を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続的なトラス状の凹凸を有するシートの斜視
図。

【図２】本発明の第１の態様の軽量構造材料の断面説明
図。

【図３】本発明の第１の態様の軽量構造材料の断面説明
図。

【図４】本発明の第１の態様の軽量構造材料の断面説明
図。

【図５】本発明の第２の態様の軽量構造材料の断面説明
図。

【図６】本発明の第２の態様の軽量構造材料の断面説明
図。

【図７】本発明の第１の態様のホットメルト接着剤を用
いた軽量構造材料の断面説明図。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 繊維材料と熱硬化性樹脂とからなり、か
   つ連続的なトラス状の凹凸を有するシート材料Ａが、該
   シート材料Ａの凸部で、繊維材料または繊維材料と熱硬
   化性樹脂とからなるほぼ平坦なシート材料Ｂと接着され
   てなる軽量構造材料。
2. 【請求項２】 ２以上のシート材料Ａと２以上のシート
   材料Ｂとが交互に積層してなる請求項１記載の軽量構造
   材料。
3. 【請求項３】 繊維材料と熱硬化性樹脂とからなり、か
   つ連続的なトラス状の凹凸を有するシート材料Ａが、該
   シート材料Ａの凸部で、繊維材料または繊維材料と熱硬
   化性樹脂とからなりかつシート材料Ａよりも浅い連続的
   なトラス状の凹凸を有するシート材料Ｃと接着されてな
   る軽量構造材料。
4. 【請求項４】 ２以上のシート材料Ａと２以上のシート
   材料Ｃとが交互に積層してなる請求項３記載の軽量構造
   材料。
5. 【請求項５】 第１項〜第４項のいずれか一項に記載の
   軽量構造材料を所望の形状に成形した成形体。