JPH0740490A - 繊維強化樹脂複合体 - Google Patents

繊維強化樹脂複合体

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JPH0740490A
JPH0740490A JP18595993A JP18595993A JPH0740490A JP H0740490 A JPH0740490 A JP H0740490A JP 18595993 A JP18595993 A JP 18595993A JP 18595993 A JP18595993 A JP 18595993A JP H0740490 A JPH0740490 A JP H0740490A
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JP
Japan
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layer
fiber
resin
elastic modulus
skin
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JP18595993A
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English (en)
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Hajime Naito
一 内藤
Akihiro Ueda
明弘 上田
Mitsuo Okubo
光夫 大久保
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 芯材層1と表皮層2との間に発生するせん断
応力を緩和し、更に各層間の密着性を充分に確保した、
従来よりも高い強度の繊維強化樹脂複合体を提供する。 【構成】 合成樹脂発泡体からなる芯材層1の外層側
に、2層以上で構成され、そのうちの1層以上は繊維強
化樹脂層である表皮層2を積層した繊維強化樹脂複合体
であって、前記表皮層2の各層10,11,12の引張
弾性率は、前記芯材層1の引張弾性率より高く、更に外
層側にある層ほど引張弾性率が順次高くなっており、前
記表皮層2の各層10,11,12間には薄い合成樹脂
層9が設けてなる繊維強化樹脂複合体。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維で強化されていて
もよい合成樹脂発泡体からなる芯材層の外層側に、繊維
強化樹脂層を含む表皮層を積層してなる繊維強化樹脂複
合体に関する。
【従来の技術】
【0002】軽量であってかつ高い強度を有する繊維強
化樹脂複合体を得るために、従来から軽量芯材の周囲に
繊維強化樹脂層からなる表皮層を設けた構造とすること
が行われてきた。そして、この表皮層は例えば引き抜き
成形法によって形成された単一層により構成されていた
(特開昭56−17245号公報参照)。
【0003】しかしながら、合成樹脂発泡体を芯材とす
る上記繊維強化樹脂複合体を引き抜き成形法で製造する
場合、合成樹脂発泡体からなる芯材と繊維強化樹脂層か
らなる表皮層との間には引張弾性率に大きな差があるた
め、引き抜きに際して引張弾性率が低い芯材が大きく伸
び、引張弾性率が高い表皮層が伸びないことから、芯材
と表皮層との間に大きなせん断応力が内在したまま成形
されることになる。その結果、この残留せん断応力に起
因して繊維強化樹脂複合体そのものの強度が低下すると
いう欠点を有していた。
【0004】本発明者らの知見によれば、このような欠
点は、表皮層の弾性率が大きくなるほど顕著となり、例
えば、表皮層に炭素繊維強化樹脂(CFRP)を用いた
場合には、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)単体と比較
してその強度が2/3程度に低くなる。このような強度
低下は、引き抜き成形法に限らず、芯材層と表皮層との
間に加工に起因するせん断力が働く場合に程度の差はあ
っても生じる。例えば、ハンドレアップ成形、プレス成
形、反応射出(RI)成形又はフィラメントワインディ
ング(FW)成形でも同様の現象が生じる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に鑑み、
繊維強化樹脂複合体の芯材層と表皮層との引張弾性率の
差に起因する強度低下を防止し、芯材層の強度を活かし
た高強度の繊維強化樹脂複合体を得ることが本発明の目
的である。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項1記載の繊維強化樹脂複合体は、繊維で強化されてい
てもよい合成樹脂発泡体からなる芯材層の外層側に、2
層以上で構成され、そのうちの1層以上は繊維強化樹脂
層である表皮層を積層した繊維強化樹脂複合体であっ
て、前記表皮層の各層の引張弾性率は、前記芯材層の引
張弾性率より高く、更に外層側にある層ほど引張弾性率
が順次高くなっており、前記表皮層の各層間に薄い合成
樹脂層が設けられていることを特徴とするものである。
また、請求項2記載の繊維強化樹脂複合体は、前記表皮
層のうち芯材層に接する層が、実質的に繊維で強化され
ていない樹脂層であることを特徴とするものである。
【0007】芯材層1の合成樹脂発泡体としては、、例
えば、ポリウレタン、フェノール、ウレタン−フェノー
ル等の熱硬化性発泡樹脂若しくはポリプロピレン等の熱
可塑性発泡樹脂、又はこれらをガラスチョップド短繊維
やガラスロービング長繊維で補強したものが用いられ
る。この芯材層1の引張弾性率は、通常、芯材層1が繊
維で強化されている場合は100kg/mm2 〜600
kg/mm2 とされ、繊維で強化されていない場合は、
100kg/mm2 以下とされる。また、合成樹脂発泡
体の発泡倍率は、3〜30倍程度である。3倍未満であ
ると、引張弾性率が100kg/mm2 を越える。30
倍を越えると、引張弾性率が低くなりすぎる。
【0008】本発明繊維強化樹脂複合体の例における要
部断面を示す図1,2において、表皮層2,3における
繊維強化樹脂層11,12,13,14の樹脂は、不飽
和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等
の熱硬化性樹脂を用いることができる。その強化繊維と
しては、低引張弾性率のものとして、ナイロン、ビニロ
ン繊維等を用いることができ、中引張弾性率のものとし
て、ガラス繊維等を用いることができ、高引張弾性率の
ものとして、カーボン繊維(CF)、アラミド繊維(A
F)、ボロン繊維、アルミナ繊維等を用いることができ
る。そして、外層側に位置する層ほど引張弾性率が高い
強化繊維を用いた繊維強化樹脂層として、引張弾性率が
芯材層1より高く、外層側ほど順次高くなるように引張
弾性率の差を設ける。このとき、最外層に炭素繊維(C
F)、ボロン繊維、アラミド繊維等のように引張弾性率
が10000kg/mm2 以上と非常に高いものを用い
る場合には、弾性率格差を考慮してその内側層に2層以
上設けて、段階的な弾性率格差を設けるのが望ましい。
【0009】また、このような繊維強化樹脂層の繊維形
態としては、ロービング、クロス、チョップドストラン
ドマット、コンティニアスマット等を用いることができ
るが、強度の関係からはロービングとマットとを併用し
て用いるのが望ましく、その中でもロービングの占める
比率が30〜90%であるものが望ましい。これ以上で
あると縦割れが生じやすくなり、これ以下であると、特
に高強度繊維の場合には補強の意味がなくなる。さらに
繊維強化樹脂層中の繊維体積含有率は、20〜80%で
あるのが望ましい。これ以上であると、樹脂割れが生じ
て望ましくなく、またこれ以下だと補強効果がなくな
る。
【0010】表皮層2若しくは3の各層間の薄い合成樹
脂層9は、0.1〜0.5mm程度の厚さとするのが望
ましい。この合成樹脂層9の樹脂は各層に用いた樹脂と
同じものを用いることが好ましい。また合成樹脂層9
は、通常、合成樹脂製繊維の織布若しくは不織布に更に
熱硬化性樹脂液を付着含浸させるか、その周囲に供給し
た後、加熱熱硬化して形成される。
【0011】表皮層2のうち芯材層1に接する層であっ
て実質的に繊維で強化されていない樹脂層10の樹脂と
しては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェ
ノール樹脂等の熱硬化性樹脂の他、ポリプロピレン、ア
クリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体等の極
性を有せず不飽和ポリエステル樹脂等の熱硬化性樹脂と
親和性の高い熱可塑性樹脂が望ましく用いられる。塩化
ビニル樹脂等の熱硬化性樹脂に対する親和性の悪い熱可
塑性樹脂は好ましくない。この樹脂層10の樹脂の引張
弾性率は150〜500kg/mm2 程度が望ましい。
また樹脂層10の厚みは1.5〜5mm程度が望まし
い。なお、一般に、熱可塑性樹脂は他との密着性が悪い
ために、各層の樹脂に熱可塑性樹脂を用いるときにはプ
ライマーを表面に塗っておくことが望ましい。
【0012】
【作用】芯材層に積層された表皮層を2層以上にし、そ
の引張弾性率を順次高くしていくと、芯材層から表皮層
の外層側へと引張弾性率の分布が生じ、芯材層と表皮層
の最内層との間に生じるせん断応力を緩和する作用を奏
する。
【0013】表皮層における各層間の薄い樹脂層は、各
層における強化繊維の補強形態が異なる場合に、界面の
繊維が密接し、ミクロ的な範囲で集中する応力が発生す
るのを防止すると共に、各層間の接着層としても働く。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。以下
に述べる実施例及び比較例については、つぎの材料を用
いた。表皮層用樹脂として、イソフタル酸系不飽和ポリ
エステル樹脂(スチレン40重量%含有,100重量
部)、硬化剤として、t−ブチルパーオキシベンゾエー
ト(1.4重量部)、強化繊維としては、ガラス繊維
(GF)として、ガラスロービング#4450、コンテ
ニュアスマット#450、炭素繊維(CF)として、東
レ「T−300 12Kロービング」、東レ「T−30
0 クロス」、PP繊維として、帝国産業社製「タフラ
イト」(50デニール)、充填剤としては、炭酸カルシ
ウム(10重量部)、芯材層用樹脂としては、大和エラ
ストマー社製10倍発泡ポリウレタン、積水化学工業社
製ガラス長繊維強化発泡ポリウレタン「エスロンネオラ
ンバーFFU−50」を用いた。
【0015】以上の材料を用いて、後述する方法によ
り、芯材厚み20mm、表皮層厚み5mm、製品厚み3
0mm、製品幅200mm、製品長さ2000mmの製
品を作成した。作成した製品の斜視図を図4に示す。1
は芯材層、2(3)は表皮層である。また、表皮層には
2種類あり、図1に示す表皮層2は、第1層10、第2
層11、第3層12とからなり、各層間と芯材層1との
間に薄い樹脂層9が設けられている。図2に示す表皮層
3は、第1層13、第2層14とからなり、各層間と芯
材層1との間に薄い樹脂層9が設けられている。
【0016】成形方法は図3に示すような引き抜き成形
法によった。即ち、連続強化繊維15,25を熱硬化性
樹脂液16,26に浸して表皮層を形成することとなる
樹脂含浸連続繊維17,18を形成し、芯材1と共にイ
ンフィードプレート7に通して、芯材1の周囲に他の繊
維基材と共に繊維17,18を配設しつつ、筒状加熱金
型8(全長1000mm)の中に引き込み、引き取り装
置6で繊維強化樹脂複合体4を引き取った。なお、表層
の各繊維強化樹脂層の繊維体積含有率が50%となるよ
うに繊維量を調節した。
【0017】実施例1 引取速度30cm/分、金型温度120℃とし、要部断
面が図1,4に示される複合体を得た。 芯材層1:10倍発泡ポリウレタン(引張弾性率 10
kg/mm2 ) 表皮層2: 第1層10 PP板(厚さ1.5mm)両面に大日本イ
ンキ社製ウレタン系プライマーDM610を塗布した。
(引張弾性率 180kg/mm2 ) 第2層11 PPロービング繊維により強化された不飽
和ポリエステル樹脂層 厚さ1.5mm(引張弾性率700kg/mm2 ) 第3層12 GFロービング(内側)−GFマット(外
側)により強化された不飽和ポリエステル樹脂層 厚さ
2mm マット:ロービング=1:3(重量比) (引張弾性率 2500kg/mm2 ) 各層間に不織布(日本バイリーン社製飽和ポリエステル
不織布OL150)を挿入し、更に不飽和ポリエステル
樹脂を供給(飽和ポリエステル:不飽和ポリエステル=
3:7)した後硬化させ、0.3mmの樹脂層9を設け
た。
【0018】実施例2 引取速度40cm/分、金型温度150℃とし、要部断
面図が図2,4に示される複合体を得た。 芯材層1:ガラス長繊維強化発泡ポリウレタン(引張弾
性率 500kg/mm 2 ) 表皮層3: 第1層13 GFロービングにより強化された不飽和ポ
リエステル樹脂層、厚さ1.5mm(引張弾性率 35
00kg/mm2 ) 第2層14 CFロービング及びCFクロスにより強化
された不飽和ポリエステル樹脂層、厚さ3.5mm ロービング:クロス=1:4(重量比) (引張弾性率 8000kg/mm2 ) 各層間に実施例1と同様の0.3mmの樹脂層9を設け
た。
【0019】比較例1 引取速度30cm/分、金型温度120℃とした。 芯材層:10倍発泡ポリウレタン(引張弾性率 10k
g/mm2 ) 表皮層:GFRP ロービング−マットにより強化され
た不飽和ポリエステル樹脂層、厚さ5mm マット:ロービング=1:5(重量比) (引張弾性率 2800kg/mm2
【0020】比較例2 引取速度40cm/分、金型温度150℃とした。 芯材層:ガラス長繊維強化発泡ポリウレタン(引張弾性
率 500kg/mm2) 表皮層:CFRP ロービング−クロスにより強化され
た不飽和ポリエステル樹脂層、厚さ5mm クロス:ロービング=1:5(重量比) (引張弾性率 1000kg/mm2
【0021】比較例3 引取速度40cm/分、金型温度150℃とした。飽和
ポリエステル繊維不織布と不飽和ポリエステルとから形
成された樹脂層9を全く設けなかった以外は、実施例2
と同様にして、同様の層構成の複合体を得た。なお、上
記の引張弾性率は、各実施例比較例の各層構成と同様の
構成の試料を別途作成し、JISK7113「プラスチ
ックの引張試験方法」(但し、発泡ポリウレタン及びガ
ラス繊維強化発泡ポリウレタンは、JISK7221)
に準拠して測定した。以上をJISK7105に従っ
て、曲げ評価を行った。結果を表1に示す。
【0022】
【表1】
【0023】
【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂複合体は、芯材層
に積層された表皮層を2層以上にし、芯材層から各層の
外層側へとその厚み方向に引張弾性率の分布を持たせる
ようにした為、且つ、各層間に薄い合成樹脂層を設けた
ことにより芯材層と表皮層との間に発生するせん断応力
を緩和することができるようになり、更に各層間の密着
性を充分に確保することができるようになり、芯材強度
が活かされて、従来よりも高い強度を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例1で製造した繊維強化樹脂複合体の要部
の断面図。
【図2】実施例2で製造した繊維強化樹脂複合体の要部
の断面図。
【図3】実施例1,2の成形のプロセスを示す図。
【図4】実施例で製造した繊維強化樹脂複合体の斜視
図。
【符号の説明】
1 芯材層 2,3 表皮層 4 繊維強化樹脂複合体 9 合成樹脂層 10 第1層(PP層) 11 第2層(PPロービング強化層) 12 第3層(GF強化層) 13 第1層(GFロービング強化層) 14 第2層(CF強化層)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 繊維で強化されていてもよい合成樹脂発
    泡体からなる芯材層の外層側に、2層以上で構成され、
    そのうちの1層以上は繊維強化樹脂層である表皮層を積
    層した繊維強化樹脂複合体であって、前記表皮層の各層
    の引張弾性率は、前記芯材層の引張弾性率より高く、更
    に外層側にある層ほど引張弾性率が順次高くなってお
    り、前記表皮層の各層間に薄い合成樹脂層が設けられて
    いることを特徴とする繊維強化樹脂複合体。
  2. 【請求項2】 表皮層のうち芯材層に接する層が、実質
    的に繊維で強化されていない樹脂層である請求項1記載
    の繊維強化樹脂複合体。
JP18595993A 1993-07-28 1993-07-28 繊維強化樹脂複合体 Pending JPH0740490A (ja)

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