JPH10128792A - 繊維強化樹脂複合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軽量、高剛性、高強度の性能を有する繊維強
化樹脂複合体を製造する方法であって、強化繊維への樹
脂の含浸が充分であり、かつボイドがない良好な成形体
を得ることができる方法を提供する。 【解決手段】 繊維強化樹脂複合体の製造方法は、反応
射出成形用金型3 内に、マット状強化繊維11と、これよ
りも樹脂流通性の高いマット状体12もしくは網状体とを
積層して収める。ついで金型3 を開いた状態で反応性発
泡原料樹脂13を金型3 内に射出し、原料樹脂の射出完了
から樹脂のライズタイムまでの間の時間の１／３以下の
時間に型締めを完了することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化樹脂複合
体の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近時、軽量、高剛性、高強度の性能が要
求される部材として、繊維強化樹脂成形体が注目されて
いる。繊維強化樹脂成形体は種々の成形方法により得る
ことができるが、その一方法にＳ−ＲＩＭがあげられ
る。

【０００３】Ｓ−ＲＩＭとは、繊維強化材を金型内に配
した状態で２種類以上の低分子かつ低粘度の液状モノマ
ーを圧力下にミキシングヘッドで混合し、密閉形内に射
出し、金型内で重合反応を完結させて、成形品を得る成
形方法である。

【０００４】Ｓ−ＲＩＭにおいて、繊維強化樹脂成形体
の前記性能を向上させるために、繊維強化材に予め樹脂
を塗って含浸させておいてから、反応性発泡原料樹脂を
金型内に射出する方法が提案されている（特開平２−２
１５５１０号公報参照）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来法によれば、反応性発泡原料樹脂をマット状強
化繊維に含浸させた後、金型を締めて射出を行なう時間
を必要とするため、特に反応性の速いウレタン樹脂で
は、射出充填前に、マット状強化繊維に塗布した樹脂が
先に硬化し、その部分にウエルドラインが生じるという
問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記の従来技術の問題を
解決し、強化繊維への樹脂の含浸が充分であり、かつボ
イドがない良好な成形体を得ることができる、繊維強化
樹脂複合体の製造方法を提供しようとするにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するために、反応射出成形用金型内に、１または複
数のマット状強化繊維と、マット状強化繊維よりも樹脂
流通性の高い１または複数のマット状体もしくは網状体
とを積層して収めた後、金型を開いた状態で反応性発泡
原料樹脂を金型内に射出することにより、反応性発泡原
料樹脂をマット状体もしくは網状体の樹脂流通空間にま
たはマット状強化繊維とマット状体もしくは網状体によ
り形成された樹脂流通空間に浸入せしめるとともに、樹
脂流通空間に浸入した反応性発泡原料樹脂をマット状強
化繊維に含浸せしめる繊維強化樹脂複合体の製造方法で
あって、反応性発泡原料樹脂の射出完了から樹脂のライ
ズタイムまでの間の時間の１／３以下の時間に型締めを
完了することを特徴とするものである。

【０００８】上記において、反応性発泡原料樹脂のライ
ズタイムとは、例えばウレタン樹脂はポリオールとイソ
シアネートの２液混合により得られるが、このような反
応性発泡原料樹脂の混合を始めてから泡化して最高の高
さに達するまでの時間をいう（図１参照）。

【０００９】またマット状強化繊維としては、繊維形態
としてはチョップドストランドマット、コンティニアス
マット、クロスマットなどのマット状にされたものが用
いられ、強化繊維の材質としては代表的なものとして
は、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが好適に
用いられる。

【００１０】マット状強化繊維の１枚当たりの目付け
は、通常３００〜９００ｇ／ｍ² のものが用いられる。

【００１１】マット状体および網状体としては、上記マ
ット状強化繊維よりも樹脂流通性の高いものが用いられ
る。通常、マット状体は、それ自体が樹脂流通空間を有
し、網状体では、網状体とマット状強化繊維とにより樹
脂流通空間が形成されるが、特殊な製品では逆の場合も
ある。樹脂流通空間は、反応性原料樹脂がマット状強化
繊維に比べて流動抵抗が少ない状態で通過しうる。

【００１２】マット状体および網状体は、繊維強化樹脂
複合体の強度を高めるものが好ましいが、必ずしもそう
でなくてもよい。

【００１３】マット状体の具体例としては、ポリプロピ
レン、ポリエチレン、ナイロンなどの合成繊維が不規則
あるいは規則的に絡み合った比較的目の粗いマットがあ
げられる。網状体の具体例としては、金網があげられ
る。

【００１４】マット状体や網状体がない場合、３００ｇ
／ｍ² を超える目付けのマット状強化繊維では原料樹脂
の含浸が困難になる。

【００１５】反応性原料樹脂の具体例としては、イソシ
アネートとポリオールを混合するウレタン樹脂、ビスフ
ェノールＡ型樹脂と酸無水物系硬化剤を混合するエポキ
シ樹脂、ジシクロペンタジエン樹脂等があげられる。

【００１６】これらの樹脂の中で最も一般的なものは、
ポリウレタン樹脂である。本発明においてもポリウレタ
ン樹脂を中心に説明する。

【００１７】ポリウレタン樹脂の成分であるイソシアネ
ートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポ
リメチレンポリフェニレンポリイソシアネート、トリレ
ンジイソシアネート、シクロヘキシルイソシアネート、
ヘキサメチレンジイソシアネートなどがあげられる。さ
らにこれらを変性したものであっても良い。

【００１８】ポリウレタン樹脂のいま１つの成分である
ポリオールとしては、エチレングリコール、プロピレン
グリコール、ジエチレングリコール、グリセリン、トリ
メチロールプロパン、ヘキサントリオール、ジグリセリ
ン、ソルビトールなどがあげられる。

【００１９】泡化触媒としては、トリメチレンジアミ
ン、ジメチルベンジルアミン、テトラメチルヘキサメチ
レンジアミンなどの第３級アミン、ジエタノールアミ
ン、ジメチルアミノエタノールなどのアルカノールアミ
ンがあげられる。

【００２０】ゲル化触媒としては、ジブチル錫ジラウレ
ート、オクタン酸錫、ジブチル錫ジアセテートなどの有
機金属化合物が用いられる。

【００２１】樹脂の発泡によるライズカーブは上記の泡
化、ゲル化触媒の配合具合により泡化の立ち上がりの時
間や勾配を調製することができる。

【００２２】発泡剤としては、水あるいは酸とポリイシ
シアネートとの反応から発生する炭酸ガスの他、低沸点
の炭化水素、ハロゲン化炭化水素、窒素ガス、空気など
があげられる。

【００２３】その他、必要に応じて、内部離形剤、気泡
調製剤、安定剤、耐候剤、着色剤などを添加する。

【００２４】成形にあたっては、１枚のマット状強化繊
維上に、該マット状強化繊維よりも樹脂流通性の高いマ
ット状体あるいは網状体を積層したり、２枚のマット状
強化繊維の間に１枚のマット状体あるいは網状体を挾ん
だり、マット状強化繊維とマット状体あるいは網状体と
を交互に積層するものである。強度を上げる場合には、
マット状強化繊維を複数枚重ねて、上記の構成により積
層しても良い。

【００２５】マット状体の作り方としては特に制限はな
いが、例えば図２に示すような装置を用いて、以下のよ
うな方法により製造することができる。

【００２６】すなわち、同図において、押出し機(21)の
複数のノズル(22)から溶融したポリプロピレン樹脂を線
状体(23)に押し出し降下させ、その下方で３枚の振動板
(24)を、相互に異なるタイミングで押出し方向に対して
直角に振動させることにより、未硬化状態の線状体(23)
を屈曲させ、隣り合う線状体(23)同士の接触部分を互い
に融着させることによりマット状体(25)を形成し、これ
を一対の引き取りロール(26)(26)により冷却水槽(27)内
に引き取って、マット状体(25)を製造するものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図３〜図
５を参照して説明する。

【００２８】図５に示す箱状繊維強化樹脂複合体（Ａ）
を、図３と図４に示すプレス機すなわち成形装置を用い
て成形する。

【００２９】箱状繊維強化樹脂複合体（Ａ）は、上方が
開口した箱状本体(1) と、これの側壁上端部に連なる鍔
部(2) とよりなるものである。

【００３０】成形装置の反応射出成形用金型(3) は例え
ばアルミニウム製で、可動雄型(4)と固定雌型(5) とよ
りなり、図示しないミキシングヘッドから雄型(4) 中央
部のゲート(6) を通じて、キャビティ(7) 内に反応性発
泡原料樹脂(13)が射出されるようになっている。

【００３１】本発明の繊維強化樹脂複合体の製造方法
は、例えば以下の順序で実施する。

【００３２】１．まずはじめに、金型(3) の固定雌型
(5) 内に、マット状強化繊維、およびマット状強化繊維
よりも樹脂流通性の高いマット状体あるいは網状体を積
層して収める。

【００３３】図３と図４においては、１枚のマット状強
化繊維(11)上に、マット状体(12)が積層されているが、
その他、２枚のマット状強化繊維(11)の間に、１枚のマ
ット状体(12)あるいは網状体を挾んだり、マット状強化
繊維(11)と、マット状強化繊維(11)よりも樹脂流通性の
高いマット状体(12)あるいは網状体とを交互に積層して
も良い（図示略）。

【００３４】なお、これらのマット状強化繊維(11)、マ
ット状体(12)あるいは網状体よりなる強化材は、事前に
積層しても、金型(3) 内で積層しても良い。

【００３５】２．つぎに、金型(3) を型締めするが、こ
のとき、金型(3) を完全に締め切らず、少なくとも成形
体の厚み分は開けておき、完全締切の状態から、好まし
くは１０〜１００ｍｍ程度開いたところで雄型(4) を停
止させる。

【００３６】ここで、金型(3) の開き具合は、１００ｍ
ｍ以上開いても効果に差異はなく、かえって型締めに時
間がかゝり、樹脂漏れの危険を伴う場合があるので、好
ましくない。

【００３７】３．そしてつぎに、このように金型(3) を
開いた状態で、反応性発泡原料樹脂(13)を、雄型(4) 中
央部のゲート(6) より雌型(5) の凹部内に射出し、原料
樹脂(13)をマット状体(12)もしくは網状体の樹脂流通空
間に、またはマット状強化繊維(11)とマット状体(12)も
しくは網状体により形成された樹脂流通空間に浸入せし
めるとともに、樹脂流通空間に浸入した反応性発泡原料
樹脂(13)をマット状強化繊維(11)に含浸せしめる。

【００３８】４．射出の完了後、型締めを行なうが、予
備実験にて得た射出完了から樹脂のライズタイムまでの
間の時間の１／３以下の時間内に、さらに好ましくは、
樹脂の発泡開始以後ライズタイムの１／４以下の時間内
に、完全に型を締め切るようにする。このとき、キャビ
ティ(7) 内の空気が成形体である箱状繊維強化樹脂複合
体（Ａ）内に巻き込まれないように外へ排出される。

【００３９】なおここで、樹脂の射出完了以前に型を締
め切ってしまうと、キャビティ(7)の脱気がうまくいか
ず、成形体内に空気が閉じ込められ、例えば図６に示す
ように、繊維強化樹脂複合体（Ｂ）の一部に樹脂が含浸
せず、欠肉部(10)が生じるので、好ましくない。

【００４０】これに対し、樹脂の射出完了から樹脂のラ
イズタイムまでの間の時間の１／３以後に完全な型締め
を行なうと、この時点で樹脂が発泡しすぎてしまい、締
め切りにより、樹脂が金型(3) から吹き出してしまうお
それがあるので、好ましくない。

【００４１】例えば、所望の成形体の樹脂発泡倍率がＸ
倍であるならば、上記図１における液高さが、射出完了
時のＸ倍以下である間に、金型(3) を完全に締め切るの
が好ましい。

【００４２】５．そして最後に、反応性発泡原料樹脂(1
3)を発泡硬化させて、金型(3) から図５に示す繊維強化
樹脂複合体（Ａ）を取り出す。

【００４３】（作用）本発明の方法によれば、金型(3)
を開いた状態で反応性発泡原料樹脂(13)を射出し、射出
完了から樹脂のライズタイムまでの間の時間の１／３以
下の時間に型締めを完了することにより、樹脂が強化材
に染み込むと同時にキャビティ(7) 内の空気がうまく排
出され、ボイドや欠肉の無い良好な繊維強化樹脂複合体
（Ａ）を得ることができる。

【００４４】なお、反応性発泡原料樹脂(13)の発泡によ
る体積増加と金型(3) の型閉めによるキャビティ容積の
減少を精度良く等しく設定しておくと、キャビティ(7)
内のエアの脱気がスムーズになり、好都合である。

【００４５】

【実施例】つぎに、この発明の実施例を比較例とともに
説明する。

【００４６】実施例１ 図３に示す金型(3) を用い、図５に示す箱状繊維強化樹
脂複合体（Ａ）を成形するにあたり、温水で７０℃に加
熱した金型(3) の雌型(5) 内に、２枚のマット状強化繊
維(11)間に１枚のポリプロピレン製マット状体(12)を挾
んだ状態で載置して収めた。

【００４７】ここで、マット状強化繊維(11)としては、
ガラスコンティニアスマット（旭ファイバーグラス社
製、Ｍ８６０９、６００ｇ／ｍ² ）を用いた。

【００４８】マット状体(12)は、前記図２に示す装置を
用いて成形したポリプロピレン製マット状体（繊維径
０．６ｍｍ、厚み１０ｍｍ）を用いた。

【００４９】つぎに、図３に示すように、金型(3) を完
全型締めの状態から５０ｍｍ浮かし、この状態で反応性
発泡原料樹脂(13)を注入した。

【００５０】反応性発泡原料樹脂(13)として用いたポリ
ウレタン樹脂は、ポリオール（住友バイエルウレタン社
製ＳＢＵポリオールＨ５２３）１００重量部、およびイ
ソシアネート（住友バイエルウレタン社製、ＳＢＵイソ
シアネート０３８９）１８０重量部を、ミキシングヘッ
ドにより混合したものである。

【００５１】型温、液温その他の条件をそろえた予備実
験により、この反応性発泡原料ポリウレタン樹脂(13)の
ライズタイムが６０秒であったので、射出完了から該樹
脂のライズタイムまでの間の時間の１／３以下の時間で
ある１５秒で、図４に示すように、完全型締めを行なっ
た。

【００５２】なお、成形体の樹脂発泡倍率は、所望する
成形体体積の１／２の樹脂をチャージすることにより、
２倍に設定した。予備実験では、１５秒では２倍未満の
体積膨張であることを確認済みであった。

【００５３】また金型(3) の温度は７０℃、型締め圧を
６ｋｇ／ｃｍ² 、および保圧時間を７分とした。

【００５４】そして最後に、反応性発泡原料ポリウレタ
ン樹脂(13)を発泡硬化させて、金型(3) から図５に示す
繊維強化樹脂複合体（Ａ）を取り出した。

【００５５】この結果、型締め時に反応性発泡原料ポリ
ウレタン樹脂(13)の漏れは全く無く、かつ反応性発泡原
料樹脂(13)が強化材に染み込むと同時にキャビティ(7)
内の空気がうまく排出され、ボイドや欠肉の無い良好な
繊維強化樹脂複合体（Ａ）を得ることができた。

【００５６】実施例２ 下記以外は実施例１と同様にして箱状繊維強化樹脂複合
体を成形した。

【００５７】マット状体(12)の代わりに、網状体（図示
略）として、４メッシュ、線径１．０ｍｍで平織の金網
を用いて、これを２枚重ねたものを２枚のマット状強化
繊維(11)で挟んで積層した。

【００５８】得られた箱状繊維強化樹脂複合体（Ａ）
は、実施例１の場合と同様に、ボイドや欠肉の無い良好
なものであった。

【００５９】比較例１ 下記以外は実施例１と同様にして箱状繊維強化樹脂複合
体を成形した。

【００６０】すなわち、金型(3) の完全型締めを、射出
完了から２５秒の時点で行なった。

【００６１】その結果、型締めと同時に、発泡膨張した
樹脂が金型(3) から溢れ出て、所望する樹脂量の成形体
を得ることができなかった。

【００６２】比較例２ 下記以外は実施例１と同様にして箱状繊維強化樹脂複合
体を成形した。

【００６３】すなわち、射出完了以前に型締めを完了し
た。つまり、射出しながら型締めを行なった。

【００６４】その結果、図６に示すように、流動末端で
ある鍔部(2) に原料樹脂未含浸部(10)が存在する不良品
が得られた。

【００６５】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂複合体の製造方法
は、上述のように、金型を開いた状態で反応性発泡原料
樹脂を射出し、原料樹脂の射出完了から樹脂のライズタ
イムまでの間の時間の１／３以下の時間に型締めを完了
することにより、強化繊維への樹脂の含浸が充分であ
り、かつボイドがない良好な成形体を得ることができる
という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】反応性発泡原料樹脂の射出完了から樹脂のライ
ズタイムまでのライズカーブを示す曲線図である。

【図２】マット状体の製造装置の概略断面図である。

【図３】本発明の方法を実施する成形装置の金型の断面
図で、反応性発泡原料樹脂の射出前に雄型を所定位置で
停止させた状態を示している。

【図４】同金型の断面図で、射出の完了後における完全
型締めの状態を示している。

【図５】本発明の方法により得られる箱状繊維強化樹脂
複合体の斜視図である。

【図６】比較例２で得られた繊維強化樹脂複合体の斜視
図である。

【符号の説明】

Ａ 箱状繊維強化樹脂複合体 １ 本体 ２ 鍔部 ３ 成形装置 ４ 雄型 ５ 雌型 ６ ゲート ７ キャビティ １１ マット状強化繊維 １２ マット状体 １３ 反応性発泡原料樹脂 ２１ 押出し機 ２２ ノズル ２３ 線状体 ２４ 振動板 ２５ マット状体 ２６ 引き取りロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｌ 9:00

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応射出成形用金型内に、１または複数
   のマット状強化繊維と、マット状強化繊維よりも樹脂流
   通性の高い１または複数のマット状体もしくは網状体と
   を積層して収めた後、金型を開いた状態で反応性発泡原
   料樹脂を金型内に射出することにより、反応性発泡原料
   樹脂をマット状体もしくは網状体の樹脂流通空間にまた
   はマット状強化繊維とマット状体もしくは網状体により
   形成された樹脂流通空間に浸入せしめるとともに、樹脂
   流通空間に浸入した反応性発泡原料樹脂をマット状強化
   繊維に含浸せしめる繊維強化樹脂複合体の製造方法であ
   って、反応性発泡原料樹脂の射出完了から樹脂のライズ
   タイムまでの間の時間の１／３以下の時間に型締めを完
   了することを特徴とする、繊維強化樹脂複合体の製造方
   法。