JPH06134878A - 複合成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】表面品質の優れた、芯部に発泡コアを有するＦ
ＲＰ複合成形品を製造する。 【構成】強化繊維シートの如き表層部形成用の材料及び
／又は目開きの小さい織物、不織布等の分離層を配置
し、その内側の部分に発泡性樹脂及び液状成形樹脂の混
合物を入れ、金型を閉じて加熱成形することにより発砲
コアを有する成形品を製造するに際し、成形の進行に沿
って成形の途中で外部から加えるプレス圧を、初めは低
く調整し、液状成形樹脂が硬化する前に高めることによ
り、少なくとも樹脂からなる表層部と発泡コアからなる
芯部を有する軽量で剛性を有する表面品質の良好なＦＲ
Ｐ複合成形品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複合成形品の製造方法に
関するものである。更に詳しくは、（ｉ）繊維状補強材
を含有する樹脂層よりなる表層部及び（ｉｉ）発泡性樹
脂を含有する軽量な芯部からなる一体化された複合成形
品を効率的に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】芯部に発泡コアを有するＦＲＰ複合成形
品は、軽量性と強靭性に優れているため、スポーツ用品
分野、自動車・電車・航空機・船舶など輸送機器の構造
材、内外装部材、医療機器、通信機器など極めて広い用
途がある。

【０００３】このような芯部に発泡コアを有するＦＲＰ
複合成形品の製造としては、例えば芯部に発泡コアを予
め成形し、これを強化材としての織布で包んだ後、改め
て型に挿入し、液状成形樹脂を注入して外殻を形成する
方法（特開昭５５−８２６１２号、特開昭６１−２７９
５１７号参照）、あるいは、外殻のＦＲＰを予め成形し
ておき、その中心部の空隙内に発泡性ウレタン樹脂等を
注入して空隙内で発泡させる方法等が知られている。

【０００４】しかしながら、上記の技術はいずれも、
（ア）複合成形品を得るための工程が多岐にわたり操作
が繁雑であり、そのため成形品の生産効率が低くコスト
高になるという欠点を有していたり、（イ）得られた複
合成形品の強度や外観が不満足であったり、また（ウ）
複合成形品の形状や大きさが制限される、という欠点を
有している。

【０００５】これに対して、本発明者らが先に特開平３
−１８３５１１号、特開平３−１８０３２９号、特開平
３−４５３１５号、特開平３−２８８６２９号、特開平
４−２７５３２号等において提案した、発泡性樹脂と液
状樹脂を使用し、発泡コアと繊維状補強材を含有する樹
脂層よりなる表層部を同時に成形する方法は、上記の欠
点を改善したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この成形法に
おいては、発泡性樹脂、液状樹脂、複合成形品の形状や
温度などを試行錯誤で適切な範囲に選定しなければ、結
果として表層部の樹脂層が不足するなどの不都合が生じ
る場合がある。

【０００７】本発明者らは、上記の問題を解決して、外
観の優れた複合成形品を安定して得るために、鋭意研究
の結果、本発明に到達したものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも液
状成形樹脂により所定の形状に成形された表層部及び発
泡コアからなる芯部を有する複合成形品を製造するに当
たり、（ａ）成形用の型内に、表層部形成用の材料を設
置すること、（ｂ）成形後の発泡コアとなる部分に、少
なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂を存在させるこ
と、（ｃ）型を閉じた後、型の所定領域を十分高い温度
まで加熱すること及び／又は上記液状成形樹脂の反応熱
による温度上昇により、コア部に位置する発泡性樹脂を
加熱発泡させて体積膨張を生じさせ、これにより表層部
形成材料を型の内部制約面に対して押し付けること、
（ｄ）加熱発泡により表層部形成材料を型の内部制約面
に対して押し付ける圧力が充分高まった時点で、外部か
ら加えるプレス圧Ｐａが、下記の式［Ｉ］を満足するよ
うに外部から加えるプレス圧を調整すること、

【０００９】

【数３】 Ｐｑ ＜ Ｐａ ＜ Ｐｍｎ − Ｐｏ ［Ｉ］ （ただし、Ｐｍｎは最大内部発生圧のバラツキの下限、
Ｐｏは成形型の上型自体の重量によって下型に加わる面
圧、Ｐｑは成形型の上型と下型とのパーティングライン
が開き過ぎて液状成形樹脂が大量に漏れ出さないだけの
限界圧である） （ｅ）しかる後、液状成形樹脂が硬化する前に、外部か
ら加えるプレス圧Ｐｂが下記の式［ＩＩ］を満足するよ
うに外部から加えるプレス圧を高めること、

【００１０】

【数４】 Ｐｂ ＞ Ｐｍｘ − Ｐｏ ［ＩＩＩ］ （ただし、Ｐｍｘは最大内部発生圧のバラツキの上限、
Ｐｏは成形型の上型自体の重量によって下型に加わる面
圧である） （ｅ）液状成形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
るもので、特に、上記（ｄ）および（ｅ）工程におい
て、外部から加えるプレス圧を少なくとも上記Ｐａ、Ｐ
ｂのように２段階にわたって制御することを最大の特徴
とする。

【００１１】本発明方法では、まず成形用の型を用意す
る。この型は成形温度に応じ、金型、木型、樹脂型等の
うちから適宜選択して使用される。この型内、即ち、こ
の型のキャビティ内壁面に沿って、表層部を構成する補
強繊維材料及び／又は分離層を一層又は複数層設置す
る。

【００１２】ここで補強繊維材料としては、高強度、高
モジュラスの炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ア
リレート繊維の織物、編物、組物、不織布、一方向繊維
配列シートなどが好ましく使用される。

【００１３】また、分離層としては、熱膨張後の発泡性
樹脂を実質的に通さず液状成形樹脂は通す分離機能を有
する部分が少なくともその一部又は全部を構成し、残り
は液状成形樹脂をも通さない材料からなるものが用いら
れる。かかる分離層の分離機能を発現し得るものとし
て、例えば、目開きの小さい繊維シート及び／又は多孔
質シートがあげられる。分離層用の繊維シートとして
は、各種天然繊維、合成繊維、無機繊維等の織布、編
物、組物、不織布、紙等が用いられ、多孔質シートとし
ては、連通気孔を有するシート又はフィルムであって、
ポリウレタン、ポリスチレンあるいはポリプピレン等の
フォームシートや延伸、抽出又は凝固法などでつくるポ
リエチレン、ポリプロピレンあるいはポリスルホン等の
多孔膜が用いられる。その目開きは、発泡性樹脂の種類
や発泡性に応じて、これらが通過しない範囲のものが選
択される。この分離層としてそれ自体補強材としての機
能を有するガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の目
開きの小さいシートを用いることもできる。この場合
は、分離層自体が表層部の補強材を兼ねる。また、この
分離層として容易に成形品の形状にあわせうるように伸
縮性を有する材料を選択することもできる。

【００１４】分離層としては、一部が液状成形樹脂を通
さない材料で構成されたものでもよい。例えば、分離機
能を有する材料からなる部分とその部分で用いている材
料とは異なった材料とをつなぎあわせる以外に、分離機
能を有する繊維シート及び／又は多孔質シートの一部を
予め樹脂でその目開きを封止処理したもの、繊維シート
がポリピレン繊維など加熱処理により融着させうる場合
は融着処理により一部の目開きをつぶしたもの、一部に
フィルム等を貼り付けたもの、などがある。

【００１５】上記の分離層の代わりにあるいは分離層と
重ねて、分離機能の乏しい補強用の繊維シートやプリフ
ォームを併用してもよい。この場合は補強用繊維シート
やプリフォームの目開きは自由に選択できる。例えば一
方向繊維配列プリプレグや三次元織物／編物のプリフォ
ームも使用でき、分離層を用いない場合は、これらが表
層部成形材料となる。

【００１６】また、分離層及び／又は補強繊維材料（補
強用の繊維シートやプリフォーム等）を予めプリプレグ
の形で樹脂処理しておくことも分離層が目的とする機能
を失わない限り可能である。

【００１７】本発明方法では、上記のように表層部形成
材料、例えば補強繊維シート及び／又は分離層を、キャ
ビティ内壁面に沿って設置した型内において発泡コアが
形成されるべき部分に、発泡性樹脂と液状成形樹脂と、
必要に応じてさらに後述の第三成分、を入れる。上記成
分は、混合して流動性を有している場合にはあらかじめ
混合物としておいて供給することが好ましい。

【００１８】供給に際しては、型を開いた状態で大気圧
下のままで供給してもよいが、型を閉じ減圧真空にして
供給すると、該混合物が型内のすみずみまで均一に行き
わたり、かつ必要に応じて設けた分離層で分離された該
混合物からの液状成形樹脂が該分離層の繊維質シートの
内部に入り、繊維質部分における空隙部をなくすことが
出来る。

【００１９】しかし、発泡性樹脂や第三成分の量が多く
なると、混合物は流動性の少ない塊状体乃至は固型物に
なることも多く、その場合は該塊状体を型を開いた状態
で供給したり、固型物状にして挿入することができる。

【００２０】ここで用いる発泡性樹脂としては、加熱に
より体積が少なくとも２倍、好ましくは３〜６倍、さら
に好ましくは６倍以上に増大するものであり、使用する
成形用の液状樹脂に溶解しないものである。また発泡空
間部に液状樹脂が入らないためには発泡が独立気泡とな
るものが用いられる。

【００２１】かかる発泡性樹脂としては、例えばポリウ
レタン、フェノール、ポリウレア、メラミン、ポリイミ
ド等の硬化型フォームやその前駆体、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリスチ
レン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＰＯ、ポリア
ミド、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ポリイミド等の熱可
塑性樹脂からなるものが挙げられる。

【００２２】かかる発泡性樹脂の発泡は、発泡剤分解
法、溶剤気散法、化学反応法、気体混入法等いずれの方
法も適用できる。この中で発泡剤分解法や溶剤気散法が
好ましく用いられる。

【００２３】発泡性樹脂として特に好ましいものは、
「マイクロスフェアー」、「エクスパンセル」、「エス
レンビーズ」等の商品名で知られる熱膨張性又は発泡性
の物質を内包する熱膨張性樹脂粒子である。かかる樹脂
粒子の例は先に挙げた特開平４−２７５３２号に詳しく
記載されている。

【００２４】一方、液状成形樹脂としては、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、硬
化性ジシクロペンタジエン樹脂、非発泡性ウレタン樹脂
等一般によく知られている硬化性の液状成形樹脂が好ま
しく用いられる。

【００２５】発泡性樹脂と液状成形樹脂の混合物には、
上記二成分以外にさらに第三成分としてシリカバルー
ン、シラスルバルーンのような非膨張性の無機中空粒子
を混入してもよい。これらの無機中空粒子は、分離層を
基本的に浸過しないものが用いられる。

【００２６】また、成形品の強度を上げるため、更に炭
素繊維、アラミド繊維や、シリコーンカーバイド、チタ
ン酸カリ、ボロン等の短繊維やウィスカーなども加える
ことが出来、また、必要に応じ顔料等を添加することも
出来る。いずれにせよ、各成分を成形後の発泡コア部の
密度が０．８ｇ／ｃｍ³ 以下となるように配合するのが
適当である。

【００２７】さらに、回収再利用を考慮してＦＲＰ成形
品の破砕物を添加することも可能である。この場合は発
泡コア部の密度が０．８ｇ／ｃｍ³ 以上になっても経済
効果次第で利用価値のある場合がある。

【００２８】型内に上記混合物を注入あるいは詰め込む
量は、発泡性樹脂の配合率、加熱時の体積膨張率を考慮
して、適宣選定すべきであり、先に挙げた特開平４−２
７５３２号に詳しく記載されている。

【００２９】本発明方法では、次に、この型を外部から
加熱するかもしくは液状樹脂の硬化発熱又はその両方に
よって昇温させ、型のキャビティ内にある発泡性樹脂を
発泡等により体積膨張させる。

【００３０】発泡性樹脂の体積膨張を液状成形樹脂が流
動性を保っている状態で起こさせることにより、発泡性
樹脂の膨張圧力で分離層及び／又はその他の表層部形成
材料が型の内部制約面に押し付けられ、該制約面に沿っ
た外形を形成させると同時に、液状成形樹脂が分離層及
び／又はその他の表皮層形成材料に浸透し、その一部は
該材料を通り抜け成形品の表面層を形成する。樹脂の過
剰分は型の貯り部分に集めるか、ベントから抜き出され
る。

【００３１】本発明方法では、この際、加熱発泡により
表層部形成材料を型の内部制約面に対して押し付ける圧
力が充分高まった時点で、外部から加えるプレス圧（Ｐ
ａ）を、最大内部発生圧のバラツキの下限（Ｐｍｎ）か
ら成形型の上型自体の重量によって下型に加わる面圧
（Ｐｏ）を差し引いた値より小であり、かつ、成形型の
上型と下型とのパーティングラインが開き過ぎて液状成
形樹脂が大量に漏れ出さないだけの限界圧（Ｐｑ）より
大きい圧力となるように、外部から加えるプレス圧（Ｐ
ａ）を調整する。

【００３２】成形時の内部発生圧は、発泡性樹脂の膨張
圧や成形温度に依存しする。例えば松本油脂製薬社の
「マツモトマイクロスフェアー・Ｆ−８０ＳＤ」を用い
た場合で内部発生圧は最大３〜１０ｋｇ／ｃｍ² とな
る。即ち、この場合は、最大内部発生圧は上記の範囲で
バラツキを有することになる。なお、内部発生圧が外部
から加えるプレス圧と成形型の上型自体の重量によって
下型に加わる面圧の和と比べてあまりに高すぎる場合、
上型の持ち上がりが大きくなり、上下型のパーティング
ラインが開き過ぎて樹脂が大量に漏れ出す場合があり、
このような事態が発生することは好ましくない。したが
って、上記プレス圧（Ｐａ）は、この点を配慮して調整
すべきである。

【００３３】その後、液状成形樹脂が硬化する前に、外
部から加えるプレス圧（Ｐｂ）が、最大内部発生圧のバ
ラツキの上限（Ｐｍｘ）から成形型の上型自体の重量に
よって下型に加わる面圧（Ｐｏ）を差し引いた値より大
となるように、外部から加えるプレス圧を高め、やが
て、液状成形樹脂が硬化して所望の複合成形品を得る。

【００３４】上述の如く本発明の方法は、成形時に外部
から一定のプレス圧を加えるのではなく、発泡性樹脂の
膨張圧と外部から加えるプレス圧の関係を利用して、成
形の進行に沿って成形の途中で外部から加えるプレス圧
を低い圧力から高い圧力に変化させることを基本的な特
徴にしている。

【００３５】こうしたプレス圧の調整により、発泡性樹
脂の膨張圧の高まりにより分離層及び／又はその他の表
面形成材料が型の内部制約面に押し付けて、該制約面に
沿った外形を形成される際、内部発生圧によって型の上
型が微小量持ち上げられることにより形成される成形品
の外形が微小量大きくなる。この後、液状成形樹脂が硬
化する前にプレス圧を高い圧力に変化させることで型の
上型が微小量持ち上げられた分だけ外形は逆に押さえ付
けられる。この操作により分離層及び／又はその他の表
皮層形成材料に浸透し、その一部は該材料を通り抜け成
形品の表面層を形成していた液状成形樹脂の表皮層形成
材料への含浸性や通り抜け度合いが向上する。

【００３６】

【発明の効果】この結果、本発明方法で得られた複合成
形品は、従来法のようにに外部から加えるプレス圧で成
形型を初めから十分締め付けた場合と比べて、その表面
品質が大幅に改善され、良好な表面性の要求される成形
品を製造することが可能となる。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、これらは本発明を説明するためのものであって、こ
れらの実施例により本発明が限定されるものではない。
なお、実施例中の部は特に断りのない限り、重量部であ
る。

【００３８】

【実施例１】発泡性樹脂粒子「マツモトマイクロスフェ
アＦ−８２Ｄ」（松本油脂製薬（株）製）を入手した。
この発泡性樹脂粒子は１０５℃で発泡膨脹するものであ
る。一方、ガラスマット（旭ファイバーグラス製Ｍ８６
０９−３００）を入手した。このクロスは、目付け約３
００ｇ／ｍ² である。また、液状成形樹脂として、エポ
キシ樹脂を準備した。即ち、油化シェル製の「エピコー
ト８２８」とイソロホンジアミン（硬化剤）である。さ
らに、分離層となるユニセル（株）製のポリエステルを
主とした不織布「ユニセルＢＴ６０５Ｗ」を入手した。

【００３９】上記「エピコート８２８」を１００部とイ
ソホロンジアミンを２８部及び発泡性樹脂粒子３８部、
ガラスビーズ１８部を混合した。この混合物をスラリー
Ａとする。

【００４０】また、成形用の型として、内寸法３００ｍ
ｍ×２１０ｍｍ、厚みが１０ｍｍで上下共にジャケット
で加熱が出来る構造の金型を用意し、この金型を所定の
圧力で締め付けることのできる型締め機に取り付けた。

【００４１】次いで、予め取り切っておいたガラスマッ
ト、分離層及びスラリーＡをガラスマット／分離層／ス
ラリーＡ／分離層／ガラスマットの順に金型内に納め
た。そして、上型側に接するガラスマットの中央部表面
に圧力センサーを取り付けた。次に、型締め圧力が０．
６ｋｇ／ｃｍ² になるように金型を閉じて調節した。こ
の状態で、金型のジャケットに１５０℃の熱媒体を通し
た。

【００４２】約４０秒後に内部温度が１１０℃に達した
時点で、型締め圧力が１０ｋｇ／ｃｍ² になるように圧
力を増加させた。

【００４３】内部温度が最高温度に達した時、内部発生
圧力は７．８ｋｇ／ｃｍ² の最高値を示した。この時点
から１０分後に冷却のため、３０℃の冷却用の熱媒体に
切り替えた。冷却後、型を開いて成形品を取り出した。

【００４４】得られた成形品は、表面に小さなボイドが
なくガラス繊維の痩腐跡による微小の凹凸やうねりのな
い表面平滑性の優れた成形品であった。また成形品の寸
法も金型の寸法通りであり目標の平均比重０．４５ｇ／
ｃｍ² であった。

【００４５】

【比較例１】実施例１と同様に樹脂、ガラスマット、分
離層、スラリーＡ、金型を準備した。次いで、予め切り
取っておいたガラスマット、分離層及びスラリーＡを、
ガラスマット／分離層／スラリーＡ／分離層／ガラスマ
ットの順に金型内に納めた。

【００４６】金型を閉じて型締め圧力を１０ｋｇ／ｃｍ
² になるように調節した。そして、実施例１と同様に加
熱、硬化、冷却して成形品を得た。

【００４７】得られた成形品は、表面に大きなボイドが
局所的に存在していた。また成形品の寸法は金型通りで
あったが、平均比重は０．５６／ｃｍ² となり目標値よ
り重いものとなった。

【００４８】

【比較例２】実施例１と同様に樹脂、ガラスマット、分
離層、スラリーＡ、金型を準備した。次いで予め切り取
っておいたガラスマット、分離層及びスラリーＡを、ガ
ラスマット／分離層／スラリーＡ／分離層膜／ガラスマ
ットの順に金型内に納めた。

【００４９】金型を閉じて型締め圧力を１ｋｇ／ｃｍ²
になるように調節した。そして、実施例１と同様に加
熱、硬化、冷却して成形品を得た。

【００５０】得られた成形品の表面には、全面に小さい
ボイド及び局所的に大きなボイドが存在し、板厚みは目
標の１０ｍｍに対して約１１．５ｍｍとなっていた。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２９Ｋ 105:08 Ｂ２９Ｌ 9:00 4Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも液状成形樹脂により所定の形状
   に成形された表層部及び発泡コアからなる芯部を有する
   複合成形品を製造するに当たり、（ａ）成形用の型内
   に、表層部形成用の材料を設置すること、（ｂ）成形後
   の発泡コアとなる部分に、少なくとも発泡性樹脂及び液
   状成形樹脂を存在させること、（ｃ）型を閉じた後、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
   上記液状成形樹脂の反応熱による温度上昇により、コア
   部に位置する発泡性樹脂を加熱発泡させて体積膨張を生
   じさせ、これにより表層部形成用の材料を型の内部制約
   面に対して押し付けること、（ｄ）加熱発泡により表層
   部形成用の材料を型の内部制約面に対して押し付ける圧
   力が充分高まった時点で、外部から加えるプレス圧（Ｐ
   ａ）が、下記の式［Ｉ］を満足する範囲 【数１】 Ｐｑ ＜ Ｐａ ＜ Ｐｍｎ − Ｐｏ ［Ｉ］ （ただし、式中の、Ｐｍｎは最大内部発生圧のバラツキ
   の下限、Ｐｏは成形型の上型自体の重量によって下型に
   加わる面圧、Ｐｑは成形型の上型と下型とのパーティン
   グラインが開き過ぎて液状成形樹脂が大量に漏れ出さな
   いだけの限界圧である）となるように外部から加えるプ
   レス圧を調整すること、（ｅ）しかる後、その後液状成
   形樹脂が硬化する前に、外部から加えるプレス圧（Ｐ
   ｂ）を、下記の式［ＩＩ］を満足する範囲 【数２】 Ｐｂ ＞ Ｐｍｘ − Ｐｏ ［ＩＩ］ （ただし、式中の、Ｐｍｘは最大内部発生圧のバラツキ
   の上限、Ｐｏは成形型の上型自体の重量によって下型に
   加わる面圧である）となるように外部から加えるプレス
   圧を高めること、（ｆ）液状成形樹脂を硬化させるこ
   と、そして、（ｇ）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。