JPH0622963B2

JPH0622963B2 - 合成樹脂製構造材

Info

Publication number: JPH0622963B2
Application number: JP34425089A
Authority: JP
Inventors: 多計之滝; 正敏石橋
Original assignee: Sekisui Plastics Co Ltd
Current assignee: Sekisui Kasei Co Ltd
Priority date: 1989-12-27
Filing date: 1989-12-27
Publication date: 1994-03-30
Anticipated expiration: 2009-03-30
Also published as: JPH03199044A; ZA9010414B

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は、軽量で断熱性にすぐれ、且つ強度の大きい
合成樹脂製構造材に関するものである。

（従来の技術）合成樹脂は軽量で腐蝕し難い特性を持つているので、古
くから構造材として用いようとの試みがなされた。しか
し、合成樹脂は一般に強度に乏しい欠点を持つている。
そこで、これを補なうために、合成樹脂中にガラス繊維
又は炭素繊維を混入して、繊維補強樹脂とすることが行
われた。繊維補強樹脂は確かに強度と剛性とに富んでい
るが、反面ガラスや炭素を含むために、軽量であるとい
う長所が失なわれるに至つた。

これを改良するために、特開平１−１５６０５１号公報
は、合成樹脂製の発泡体を基材とし、その片面又は両面
に繊維で補強されたレゾルシン系樹脂の層を設けること
を提案している。しかし、そこでは合成樹脂製の発泡体
として、ポリスチレン発泡体や軟質ポリウレタン発泡体
の使用が考えられているだけであつた。ところが、これ
らの発泡体は、もともと軟質であるか、又は硬質である
としても１００℃で軟化するものである上に、レゾルシ
ン系樹脂は加圧しながら１００℃以上に加熱しなければ
樹脂層を形成しないから、結局この提案では、発泡体に
もとの形を維持させたまま繊維補強層を接着させること
ができない。従つて、この提案によつては強靭で軽量な
合成樹脂製構造材を得ることができなかつた。そこで、
さらに改良された構造材の出現が要望された。

（発明が解決しようとする課題）この発明は、軽量で断熱性にすぐれ、且つ強度の大きい
合成樹脂製構造材を提供しようとしてなされたものであ
る。

（課題解決のための手段）この発明者は、発泡体を構成する樹脂がポリスチレンや
軟質ポリウレタンである場合には、レゾルシン系樹脂を
硬化させるために加熱すると、発泡体が変形してもとの
形を保持できなくなるが、発泡体を構成する樹脂として
熱可塑性ポリエステル樹脂を用いれば、レゾルシン系樹
脂その他の熱硬化性樹脂を硬化させるような温度に加熱
しても、発泡体が変形するに至らないことを見出した。

ここで、熱可塑性ポリエステル樹脂（以下、ＰＡＴとい
う）とは、芳香族ジカルボン酸と二価アルコールとの間
で、縮合反応を起こさせて作られた高分子量の鎖状ポリ
エステルである。その代表的なものは、テレフタール酸
とエチレングリコールとの縮合により生成されたポリエ
チレンテレフタレートである。

また、この発明者は、レゾルシン系樹脂に限らず、広く
熱硬化性樹脂の未硬化物をＰＡＴ発泡体の表面に接触さ
せて、熱硬化性樹脂を加熱し硬化させると、熱硬化性樹
脂が発泡体表面の気泡による凹凸と馴染んで、熱硬化性
樹脂がＰＡＴ発泡体に強く接着するに至ることを見出し
た。さらに、この発明者は、熱硬化性樹脂中に、ガラス
繊維などの補強用繊維を加えておくと、得られた成形体
は、繊維によつて強化されて、ここに強靭な成形体の得
られることを見出した。この発明は、このような知見に
基づいてなされたものである。

（発明要旨）この発明は、ＰＡＴ発泡体の少なくとも一面に、繊維を
含んだ未硬化の熱硬化性樹脂を接触させ、熱硬化性樹脂
を硬化させてなる合成樹脂製構造材に関するものであ
る。

この発明で用いられるＰＡＴは、前述のように、芳香族
ジカルボン酸と二価アルコールとから作られた高分子量
の鎖状ポリエステルである。芳香族ジカルボン酸として
は、テレフタレート酸のほかに、イソフタール酸、２、
６−ナフタレンジカルボン酸、ジフエニルエーテルジカ
ルボン酸、ジフエニルスルホンジカルボン酸、ジフエノ
キシジカルボン酸を用いることができる。また、二価ア
ルコールとしては、エチレングリコールのほかに、トリ
メチレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオ
ペンチレングリコール、ヘキサメチレングリコール、シ
クロヘキサンジメチロール、トリシクロデカンジメチロ
ール、２、２−ビス（４−β−ヒドロキシエトキシフエ
ニル）プロパン、４、４′−ビス（β−ヒドロキシエト
キシ）ジフエニルスルホン、ジエチレングリコールを用
いることができる。このようなＰＡＴは市販されてい
る。この発明では、市販されているＰＡＴを用いること
ができる。

ＰＡＴは発泡させにくい樹脂だとされている。その理由
は、ＰＡＴが結晶性の樹脂であつて、これを加熱して行
くと、急激に軟化して粘度の低い液体となるからであ
る。すなわち、ＰＡＴは発泡に適した粘度を示す温度範
囲が狭く、従つてよく発泡温度に維持することが困難で
あり、また粘度が低くなると、発泡剤として働くガスを
すぐに散逸させてしまうからである。ＰＡＴ発泡体が、
一般に広く知られていないのは、この理由による。

しかし、発泡の困難性は、その後の改良によつて徐々に
解消されつつある。例えばＰＡＴにジエポキシ化合物を
混合したり、周期律表の第Ｉａ族又は第IIａ族に属する
金属の化合物を加えたりすることによつて、発泡の困難
は徐々に打開されつつある。またＰＡＴに、ピロメリツ
ト酸無水物のような酸二無水物や、ジグリシジルテレフ
タレートのようなエポキシ化合物や、炭酸ナトリウムな
どを加えて、ＰＡＴの溶融特性を改善することによつて
発泡が容易にされつつある。

ＰＡＴ発泡体の最も簡単な製造方法は、ＰＡＴを押出発
泡させる方法である。それには、ＰＡＴを押出機に入
れ、ＰＡＴを加熱して溶融し、溶融したＰＡＴに発泡剤
を圧入し、押出機の先端にスリツト状の押出孔を設けた
口金を付設し、押出孔からＰＡＴを大気中に押し出せば
よい。押出孔がスリツト状であれば、ＰＡＴはシート状
をなして押し出され、比較的よく発泡して数倍に発泡し
たものとなる。

構造材を目的とする場合には、ＰＡＴは、さほど大きく
発泡していることを必要とされないのが普通である。従
つて、上述のような数倍に発泡したシートで、充分に使
用に耐える。しかし、大きく発泡したものを使用するこ
とを妨げない。

発泡剤としては、色々なものを使用することができる。
大別すると、ＰＡＴの軟化点以上の温度で分解してガス
を発生する固体化合物や、加熱するとＰＡＴ内で気化す
る液体又は気体や、加圧下でＰＡＴに溶解させ得る不活
性な気体など、その何れをも用いることができる。上記
の固体化合物は、例えばアゾジカルボンアミド、ジニト
ロソペンタメチレンテトラミン、ヒドラゾカルボンアミ
ド、重炭酸ナトリウムなどである。上記の気化する液体
又は気体は、例えばヘキサン、ペンタン、ブタンのよう
な飽和脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンのような脂環
族炭化水素類、ベンゼン、キシレンのような芳香族炭化
水素類、塩化メチレン、フレオン（登録商標）のような
ハロゲン化炭化水素類である。不活性な気体は、例えば
二酸化炭素、窒素などである。そのほか、発泡剤として
は、特開昭５９−１３５２３７号公報が教えるように、
高分子量の鎖状芳香族ポリカーボネートを用いることも
できる。

熱硬化性樹脂としては、種々のものを用いることができ
る。例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フエノール樹脂を用いることができる。これらの樹脂は
何れも未硬化な状態のもので、粉末又は液状を呈するも
のを用いる。

不飽和ポリエステル樹脂とは、不飽和および飽和のジカ
ルボン酸と二価のアルコールとの縮合反応によつて得ら
れる樹脂（ベースレジン）に、ビニル系単量体を溶解し
た熱硬化性樹脂である。ベースレジンの主鎖には不飽和
基が含まれており、これとビニル系単量体とが共重合反
応を起して架橋し、硬化する。ジカルボン酸としては無
水マレイン酸、無水フタル酸が多く用いられ、二価アル
コールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコ
ールが用いられ、ビニル系単量体としてはスチレンが用
いられる。この樹脂の未硬化物は、粉末状又は低粘度の
液体として得られる。

不飽和ポリエステル樹脂は、これに過酸化ベンゾイルの
ような有機過酸化物を加えて、加熱すると硬化して固い
樹脂を生成する。このとき、ジメチルアニリンやナフテ
ン酸コバルトのような硬化促進剤を加えると、加熱を要
しないで硬化する。また、この樹脂は加圧しなくても層
を形成する。

エポキシ樹脂は、分子内に２個以上のエポキシ基を有す
る樹脂である。この樹脂は、ビスフエノールＡ型のも
の、環状脂肪族のもの、ポリブタジエンから誘導された
ものなど、種々の類型のものに分類されるが、そのうち
ではビスフエノールＡ型のものが多く用いられている。
これは、一般式で表わされる樹脂である。ここで、ｎ＝０−１２の整数
である。ｎの数によつて液状のものから固状のものまで
各段階のものがある。これがエポキシ樹脂の未硬化物で
ある。

エポキシ樹脂の未硬化物に硬化剤を加えると、硬化して
固い樹脂を生成する。硬化剤としては脂肪族ジアミン、
芳香族ジアミン、芳香族酸無水物、脂肪族ポリアミドな
どを使用することができる。脂肪族ポリアミンを加える
と加熱しなくても常温で硬化させることができ、芳香族
ジアミン又は芳香族酸無水物を加えたときは加熱して硬
化させる。硬化は圧力を加えて行うこともできるが、ま
た圧力を加えないで常圧下で行うこともできる。

フエノール樹脂は、フエノールとホルムアルデヒドとの
反応によつて作られる樹脂である。そのとき使用する触
媒につつて化学構造の異なる２種類の樹脂が得られる。
アルカリを触媒として得られる樹脂をレゾールと呼び、
酸を触媒として得られる樹脂をノボラツクと呼んで区別
している。レゾールは、初め液状を呈するが、これをさ
らに加熱すると固状となる。ノボラツクは脆い固体であ
るが、これにヘキサメチレンテトラミンを硬化剤として
さらに加熱すると、硬化して固い樹脂を生成する。

この発明では、熱硬化性樹脂を補強するために、繊維を
用いる。繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族
ポリアミド繊維、金属繊維、チタン酸カリウム繊維、炭
化ケイ素繊維などを用いることができる。繊維の太さ
は、数ミクロンないし数拾ミクロンとされ、繊維の長さ
は、必要に応じて色々な長さのものを用いることができ
る。また繊維の状態は、単繊維であつてもよいが、また
ヤーン、ストランド、ロービング、チヨツプトストラン
ド、マツト、クロスなど、その何れであつてもよい。

繊維を含んだ未硬化の熱硬化性樹脂は、繊維と脂とを
混合することによつて容易にこれを作ることができる。
硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂を用いる場合
には、シートモールデイング用コンパウンドと呼ばれ、
一般にＳＭＣと略称されているものをそのまま用いるこ
とができる。

この発明に係る構造材は、ＰＡＴ発泡体上に繊維含有の
熱硬化性樹脂を接触させ、その後は樹脂を硬化させるだ
けで、これを作ることができる。発泡体上には格別の接
着剤を用いる必要がない。但し、熱硬化性樹脂を硬化さ
せるのに加熱が必要とされるときは、加熱し、また加圧
が必要とされるときはプレスに入れて加圧する。しか
し、ＰＡＴ発泡体は、通常２００℃までの温度で軟化し
ないから、熱硬化性樹脂を硬化させるために加熱する程
度では変形しない。また、ＰＡＴ発泡体は、僅かな圧力
が加えられた程度では殆んど変形しないから、樹脂の硬
化時に加圧しても殆んど変形しない。かりに強く加圧し
ても、ＰＡＴ発泡体は弾性変形するだけで、発泡構造を
失うには至らない。こうして、繊維含有樹脂とＰＡＴ発
泡体とが一体になつた構造材を、容易且つ確実に作るこ
とができる。

繊維含有樹脂は、ＰＡＴ発泡体の片面だけに付設されて
いてもよいが、また両面に付設され、繊維含有樹脂がＰ
ＡＴ発泡体を中に挾んで、サンドイツチ構造となつてい
てもよい。

（発明の効果）この発明によれば、発泡体の材料としてＰＡＴを用いた
ので、ＰＡＴが２００℃までは軟化しないほどの耐熱性
を持つために、この表面で熱硬化性樹脂を硬化させて
も、発泡体が発泡構造を失うに至らず、従つて発泡体上
に直接熱硬化性樹脂層を設けることができる。しかも、
この場合、発泡体が表面に気泡に基づく凹凸を持つてい
るから、熱硬化性樹脂が発泡体と強く接着することとな
り、従つて得られた製品では剥離し難くなつている。ま
た、熱硬化性樹脂は繊維を含んでいるから、繊維で補強
され、充分な機械的強度を持つたものとなつている。し
かも、それを作るのに、格別の接着剤が必要とされない
から、その製造が容易である。その上に、こうして作ら
れた製品は、ＰＡＴ発泡体を含んでいるから、それだけ
軽量にされており、また断熱性に富んでおり、さらにＰ
ＡＴ発泡体も繊維含有熱硬化性樹脂も何れも充分な耐熱
性と機械的強度を持つているから、製品全体は、軽量で
断熱性に富み、高強度のものとなつている。従つて、こ
の製品は、構造材として使用するに適しており、自動
車、航空機、船舶などの構造材として使用するに好適で
ある。

（実施例）以下に、実施例と比較例とを挙げて、この発明に係る構
造材のすぐれている所以を具体的に説明する。以下で単
に部というのは、重量部を意味している。

実施例１（ＰＡＴ発泡体の製造）ＰＡＴとしては、極限粘度が０．８１のポリエチレンテ
レフタレートペレット（帝人社製、TR 8580）１００部
を用い、これを露点−２０℃で、温度１６０℃の熱風で
５時間乾燥させたのち、これにピロメリット酸無水物
０．３部と、炭酸ナトリウム０．１部（何れもＰＡＴの
粘度調整剤）と、タルク粉末０．６部（気泡調整剤）と
を加え、この混合物をタンブラーにいれてよく混合した
のち、これを押出機に入れた。

押出機は、シリンダー温度を２７４−２８７℃とし、口
金温度を２７７℃とした。また、シリンダーの途中か
ら、発泡剤としてブタンを約１．０部の割合で圧入し
た。

押出機の先端には、円環状細隙を持った口金を取り付
け、円環状細隙からブタンを含んだＰＡＴを円筒状に押
し出し、ＰＡＴを発泡させながら円筒状マンドレルの上
を進行させて、発泡シートを作った。その後、これを切
り開いて平坦なシートとして、ロール状に巻き取った。
得られた発泡シートは、密度が０．２６２g/cm²、厚み
が１．４５mmで、幅が６４０mmであった。

（繊維含有熱硬化性樹脂）繊維含有熱硬化性樹脂として、ＳＭＣ（大日本インキ化
学社製、DIC MAT 2454A）を用いた。

（構造材の製造）上記ＳＭＣ１５０mm平方の間に２００mm平方のＰＡＴ発
泡体を挟み、この重ね合わせ物を型枠内に置いた。型枠
は、厚みが２mmで、一辺が２５０mmの正方形の金属板中
に、一辺が２００mmの正方形を打ち抜いて作られたもの
で、幅が２５mmの四角枠から成るものであった。この型
枠と共に上記の重ね合わせ物をプレスに入れ、３０kg／
cm²の圧力を加えながら、１５０℃で５分間加熱した。
こうして構造材を得た。

構造材は、厚みが２．７mmで密度が１．１７g/cm²であ
った。厚みが型枠の厚みよりも大きくなったのは、ＰＡ
Ｔ発泡体がプレスから取り出したとき、さらに発泡した
ためである。

構造材の曲げ強度はJIS K 7203に従って測定したとこ
ろ、曲げ荷重が９．６４kgfであり、たわみ量が１４．
６mmであった。また、ＳＭＣとＰＡＴ発泡体との界面で
剥がそうとしたところ、容易に剥がれず、無理に剥がす
とＰＡＴ発泡体が破壊した。

実施例２１m²あたりの重量（以下、秤量という）が３００ｇのガ
ラス繊維製マット（富士ファイバーグラス社製、FEM-30
0-04）１５０mm平方とフェノール樹脂（旭有機材社製、
PF-0015、粘度５３００CP/25℃）５２ｇ、硬化剤（同
上社製、 AD-14）４ｇを実施例１で用いたＰＡＴ発泡体
の両面に配置して重ね合わせ物を作り、これも型枠内に
入れた。型枠としては、厚みが５mmで一辺が１８０mmの
正方形の金属板中に、一辺が１５０mmの正方形を打ち抜
いて作られたもので、幅が１５mmの四角枠から成るもの
を用いた。この型枠とともに上記の重ね合わせ物をプレ
スに入れ３０kg／cm²の圧力を加えながら、８０℃で３
０分間加熱した。こうして構造材を得た。

構造材は、厚みが５．８mmで密度が０．８８g/cm²であ
った。実施例１と同様に曲げ荷重を測定したところ、２
７．７kgfであって、たわみ量が６．９mmであった。

この積層品も界面で剥がそうとしたところ、ＰＡＴ発泡
体が破壊するまで剥がすことができなかった。接着性は
極めて良好であった。

比較例１実施例１で用いたＰＡＴ発泡体の代わりに、坪量２００
ｇ、厚み１．８５mmの耐熱性ポリスチレン発泡体を用い
ることとした以外は、実施例１と全く同様に実施したと
ころ、ポリスチレン発泡体は溶融して発泡体としての原
形を止めていなかった。

比較例２実施例１で用いたＰＡＴ発泡体の代わりに、坪量５６７
ｇ、厚み０．７mmのポリプロピレン樹脂発泡体を用いる
こととした以外は、実施例１と全く同様に実施したとこ
ろ、ポリプロピレン樹脂発泡体は何等変形していなかっ
たが、界面の接着性が悪く容易に剥離した。

比較例３実施例２で用いたＰＡＴ発泡体の代わりに、坪量２００
ｇ、厚み１．８５mmのポリスチレン発泡体を用いること
とした以外は、実施例２と全く同様に実施したところ、
ポリスチレン樹脂発泡体は何等変形していなかったが、
界面の接着性が悪く容易に剥離した。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱可塑性ポリエステル系樹脂の発泡体の少
なくとも一面に、繊維を含んだ未硬化の熱硬化性樹脂を
接触させ、熱硬化性樹脂を硬化させてなる合成樹脂製構
造材。