JPH11240013A - 熱硬化性成形材料、及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量であり且つ機械強度及び耐摩耗性に優れた
樹脂製の成型体を精巧且つ確実に製造できる熱硬化性成
型材料を提供すること。 【解決手段】熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成分
とする熱硬化性成型材料であって、前記強化繊維の含有
割合が、前記成型材料全体当たり１５〜６０重量％の範
囲内であること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は熱硬化性成形材料と
その製造方法に関するものであり、より詳しくは軽量で
あり且つ機械強度及び耐摩耗性に優れた樹脂製の成形体
を精巧且つ確実に製造できる熱硬化性成形材料、及びそ
製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、かかる熱硬化性成形材料として、
例えば、 フェノール樹脂等に代表される合成樹脂に、ガラス繊
維、アラミド繊維等の強化繊維とカーボン粉末とを混合
混練して、ペレット状に形成したものが公知であり、う
ちいくつかは市販されている。

【０００３】一方、 アスペスト紙等のシート状の基材にフェノール樹脂ワ
ニスを含浸乾燥して、含浸させた熱硬化性樹脂を半硬化
状態（Ｂステージ）としたシート形状のもの 熱硬化性樹脂粉末と強化繊維とを必須成分とし、必要
に応じて更にカーボン粉末とを、液中に分散させて抄造
した抄造シートも公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記
の熱硬化性成形材料にあっては、これを使用して成形さ
れる成形体の機械強度及び耐摩耗性の向上を図るべく強
化繊維の含有量を大きくしたいのだが、全体当たりに対
する含有割合を１０〜１５重量％以上にすると、熱硬化
性樹脂と強化繊維を均質に混合混練できないので、例え
ば、成形材料として形成できないとか、仮に成形材料ら
しく形成したとしても得られた成形材料は各成形材料毎
に質的に相違するので、機械強度及び耐摩耗性に優れた
成形体を成形できないという問題があった。

【０００５】上記の熱硬化性成形材料は、長尺のシー
ト状基材にフェノール樹脂ワニスを含浸乾燥し移送する
工程でシート状基材に張力がかけられており、この張力
が歪みとしてプリプレグに残るためこれを使用して成形
された成形体には反りやねじれの変形が発生しやすいと
いう問題があった。

【０００６】また、樹脂ワニスに例えばカーボン粉末の
ごとき滑り剤を添加してシート状基材への含浸を行ない
たいのだが、カーボン粉末が樹脂ワニスに均一に分散し
ないため、カーボン粉末を添加して製造することができ
なかった。そのため、ある程度の物理強度は保持してい
るものの、摺動性が悪いという問題があった。

【０００７】上記及びの熱硬化性成形材料による
と、これらはいずれも所謂抄造シートであるから、最終
製品たる成形体がある程度の厚みを有するものである
と、この厚みを確保すべく、シート状の基材の複数枚を
重ね合わせすることになる。すなわち、抄造シートを皺
がよらないよう一枚一枚揃えて積み重ねる作業には膨大
な工数を要するために誠に面倒でその作業性が悪く、成
形体を複雑な形状に加工できないとか、例えば細い穴を
成形できないとか細部を精巧に成形できない等の問題が
あった。

【０００８】また、硬化剤や離型剤等を配合することが
できないから、成形性や離型効率が悪くて作業効率を低
下させる原因となっていた。

【０００９】さらに、これらを原材料として成形された
成形体は、その中に含まれる強化繊維の全てが同一の平
面方向に揃って配向されることになり、多方向に向け複
雑に絡み合わせできないから、当初期待した通りの強度
や耐摩耗性をもった成形品を得難いことに加えて、線膨
張係数が大きく、吸湿性が高く、耐熱性が劣り、しかも
細部形状を精巧に成形できないとか、寸法精度の確保が
困難である等の問題があった。

【００１０】さらにまた、上記及びの熱硬化性成形
材料を無駄なく全て使用するためには、例えばプレス抜
きして残る抄造シートの残材（打抜き屑）を液中に浸漬
してほぐし、再度抄造し直す必要があった。

【００１１】本発明は、このような実状に鑑み鋭意創案
されたものであって、その目的とするところは、特に
は、軽量であり且つ機械強度及び耐摩耗性に優れた樹脂
製の成形体を精巧且つ確実に製造できる熱硬化性成形材
料とその製造方法を提供して、叙上の諸問題を解消せん
とするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、まず、請求項１に係る発明の採った手段は、「熱
硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成分とする熱硬化性
成形材料であって前記強化繊維の含有割合が、前記成形
材料全体当たり１５〜６０重量％の範囲内であることを
特徴とする熱硬化性成形材料」である。

【００１３】すなわち、この請求項１に係る熱硬化性成
形材料は、熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成分と
するものであるが、強化繊維が１５〜６０重量％含有さ
れていることを特徴とするものである。そして、この熱
硬化性成形材料は、軽量であり且つ機械強度及び耐摩耗
性に優れた樹脂製の成形体を、精巧且つ確実に製造でき
るものである。

【００１４】この請求項１に係る熱硬化性成形材料で
は、その中に、強化繊維が１５〜６０重量％含有されて
いることが必要である。その理由は、もし、強化繊維の
量が１５％より少ない材料によって成形した成形品に
は、十分な機械強度を補償することができないからであ
る。また、強化繊維の量が６０％より多いと、熱硬化性
樹脂と強化繊維を均質に混合混練できないだけでなく、
このような材料によって成形した成形品に十分な機械的
強度を補償することができないからである。

【００１５】この熱硬化性成形材料は、例えば後述する
製造方法によって強化繊維が均等に存在したものとなっ
ているから、これを使用して成形された成形品には、反
りやねじれが存在しないものとなる。また、強化繊維が
均等に存在したものであるということは、機械的強度に
優れたものであるということである。

【００１６】この熱硬化性成形材料の中に含有された強
化繊維は、芳香族ポリアミド繊維、超高強力ポリエチレ
ン繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、ガラス
繊維炭化ケイ素繊維であることが好ましい。その理由
は、これらの繊維が成形品の強度を補償または確保する
ために非常によい材料であり、また熱硬化性樹脂に対す
る絡みが非常に良好だからである。

【００１７】以上の課題を解決するために、請求項３に
係る発明の採った手段は、「熱硬化性樹脂と強化繊維を
主たる含有成分とする熱硬化性成形材料の製造方法であ
って、前記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを主たる成分
とする抄造シートを小片化し、得られる小片を、前記熱
硬化性樹脂のゲル化温度以上であって且つ前記熱硬化性
樹脂の硬化温度以下の温度範囲にて加熱し、これらの小
片に適宜の溶剤を加えて撹拌することにより、これをフ
レーク形状、ペレット形状、グラニュール形状、又はチ
ップ形状のいずれかに形成する工程、を経ることを特徴
とする熱硬化性成形材料の製造方法」である。

【００１８】すなわち、この請求項３に係る熱硬化性成
形材料の製造方法は、上記請求項１または２に係る熱硬
化性成形材料を具体的に製造する方法なのであるが、前
記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを主たる成分とするシ
ートを抄造しておき、この抄造シートを、裁断や破砕等
の手段によって小片化することが必要である。その理由
は、熱硬化性樹脂と強化繊維とが、水を媒体として均一
に分布させることができるからである。

【００１９】そして、以上のようにして得られた小片
を、前記熱硬化性樹脂のゲル化温度以上であって且つ前
記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度範囲にて加熱する
のであるが、その必要があるのは、前記熱硬化性樹脂を
ゲル化させて、次のような形状に形成し易くするためで
ある。

【００２０】これらの加熱した小片に適宜の溶剤を加え
てこれを撹拌することにより、フレーク形状、ペレット
形状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれかに
形成するのである。このような形状にするのは、本発明
に係る熱硬化性成形材料による成形品の成形作業を行い
易くするためである。

【００２１】従って、この請求項３に係る製造方法によ
れば、強化繊維が均等に分散された熱硬化性成形材料を
製造することができるのであり、完成された材料毎の物
理的特性を均質なものとすることができ、この製造方法
によって製造した熱硬化性成形材料を使用して成形品を
成形した場合、その成形品は、機械強度及び耐磨耗性に
優れたものとなるのである。

【００２２】以上の請求項３に係る製造方法によれば、
従来一般的に行われていた製造方法に比して、強化繊維
に対する樹脂の重ね塗り作業を行う等の作業を省略する
ことができるだけでなく、強化繊維と熱硬化性樹脂との
均等分散化を簡単に行うことができ、最終的には、反り
やねじれを生じさせないで、軽量であり且つ機械強度及
び耐摩耗性に優れた樹脂製の成形体を、精巧且つ確実に
製造できる熱硬化性成形材料を提供できることになるの
である。

【００２３】また、請求項４に記載の発明のように、前
記抄造シートは、抄造した前記強化繊維に、前記熱硬化
性樹脂を含浸して形成したものであってもよい。このよ
うにした場合には、熱硬化性樹脂と強化繊維とを水中等
において分散させる必要がなくなり、より均質な熱硬化
性成形材料を製造することができる。勿論、請求項５に
係る発明のように、前記抄造シートを、抄造した前記強
化繊維に前記熱硬化性樹脂を塗布して形成して実施して
もよい。

【００２４】強化繊維を均等に分散させるという意味で
は、請求項６に係る発明のように、前記強化繊維の小塊
を形成して、この小塊に前記熱硬化性樹脂を含浸させ、
ついで、前記熱硬化性樹脂のゲル化温度以上であって且
つ前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度範囲にてこの
小塊を加熱する。そして、これをフレーク形状、ペレッ
ト形状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれか
に形成して、熱硬化性成形材料を製造することもよい。

【００２５】前記熱硬化性樹脂を含浸させた強化繊維の
小塊は、請求項７に係る発明のように、前記熱硬化性樹
脂と前記強化繊維とを含有する縣濁液をホモジェネート
することにより、玉小片とするように実施してもよい。
勿論、得られた玉小片は、前記フレーク形状、ペレット
形状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれかに
形成すればよい。

【００２６】上記強化繊維は、前記熱硬化性成形材料全
体当たり１５〜６０重量％の割合で配合されることが、
上記の請求項３〜７のいずれかの製造方法によって製造
される熱硬化性成形材の、成形品としたときの成形品の
強度等を有効な者とすることができる。

【００２７】勿論、上記の請求項３〜７のいずれかの製
造方法において、請求項９の発明のように、前記強化繊
維が、芳香族ポリアミド繊維、超高強力ポリエチレン繊
維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、ガラス繊
維、炭化ケイ素繊維であることが有利である。

【００２８】

【発明の実施の形態】次に、上記各請求項に係る発明
を、実施の形態に基づいて説明するが、請求項１または
２に係る熱硬化性成形材料は、請求項３〜請求項９に係
る製造方法によって製造されるものであるため、以下で
は、製造方法を中心にして説明する。

【００２９】まず、主たる含有成分の一つである熱硬化
性樹脂であるが、これにはフェノール樹脂、ポリエステ
ル樹脂、エポキシ樹脂、ジアリルフタレート樹脂が採用
される。一方、強化繊維は、芳香族ポリアミド繊維、超
高強力ポリエチレン繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アル
ミナ繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維等が採用され
る。

【００３０】これらの強化繊維は、これを分散液中に投
入する際の繊維長が１．０ｍｍ〜６．０ｍｍ程度となる
ようにしておくことが好ましい。その理由は、分散液中
での分散を均等にするためと、これらの強化繊維に対す
る熱硬化性樹脂の付着を良好にするためである。勿論、
これらの強化繊維は、その含有割合が、前記成形材料全
体当たり１５〜６０重量％の範囲内となるように調整し
ておくことが重要である。

【００３１】さて、以上のような熱硬化性樹脂と強化繊
維を主たる成分とする抄造シートを抄造するのである
が、この抄造は、水を分散液とした一般的な抄造方法に
よって行えばよい。得られた抄造シートは、これを剪断
機等に掛けて細断することにより、平均面積が１ｃｍ²
〜１０ｃｍ²となるように小片化するのである。細断す
べき抄造シートは、シート状に抄造した強化繊維に、熱
硬化性樹脂を含浸または塗布して形成して実施してもよ
い。

【００３２】得られた小片は、これを前記熱硬化性樹脂
のゲル化温度以上であって且つ前記熱硬化性樹脂の硬化
温度以下の温度範囲にて加熱し、さらに適宜の溶剤を加
えて撹拌することにより、これをフレーク形状、ペレッ
ト形状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれか
に形成するのである。この場合に使用される溶剤は、各
小片を上記のような形状にし易くするためのものであ
る。

【００３３】このように、フレーク形状、ペレット形
状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれかに形
成した熱硬化性成形材料のための小片は、前記強化繊維
の小塊に前記熱硬化性樹脂を含浸させて形成してもよい
し、前記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを含有する縣濁
液をホモジェネートして玉小片となしてもよい。

【００３４】次に、以下の配合例に係る実施例１と実施
例２の強度試験を、強度測定機（株式会社島津製作所製
の万能試験機）によって、次の従来例と比較して行った
結果以下の通りであった。 比較例；市販インジェクション材であるフェノール樹脂
に、ガラス繊維を５５ｗ％添加したものを採用した。

【００３５】以上のような配合をしたものを水分散させ
て抄造シートを制作し、それぞれ平均面積が４ｃｍ²と
なる小片化を行い、これらをミキサーで撹拌することに
より、それぞれが直径３ｍｍで長さが７ｍｍ程度の「ピ
ン」形状のものを制作した。このピン形状のものを上記
強度試験機に掛けて、強度を測定したとろろ、以下の結
果を得た。

【００３６】

【発明の効果】以上、詳述した通り、まず請求項１に係
る発明においては、「熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる
含有成分とする熱硬化性成形材料であって、前記強化繊
維の含有割合が、前記成形材料全体当たり１５〜６０重
量％の範囲内であること」にその構成上の特徴があり、
これにより、軽量であり且つ機械強度及び耐摩耗性に優
れた樹脂製の成形体を精巧且つ確実に製造できる熱硬化
性成形材料を提供することができるのである。特に、前
記強化繊維を、芳香族ポリアミド繊維、超高強力ポリエ
チレン繊維、炭素繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、ガ
ラス繊維、炭化ケイ素繊維とした場合には、上記効果を
より一層確かなものとすることができる。

【００３７】本発明に係る熱硬化性成形材料にあって
は、熱硬化性樹脂と強化繊維を均質に混合混練できて強
化繊維の含有量を大きくできたのであり、各成形材料毎
に質的に均質化することができて、これを使用して成形
される成形体の機械強度及び耐摩耗性の向上を図ること
ができるのである。

【００３８】また、請求項３に係る発明においては、
「熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成分とする熱硬
化性成形材料の製造方法であって、前記熱硬化性樹脂と
前記強化繊維とを主たる成分とする抄造シートを小片化
し、得られる小片を、前記熱硬化性樹脂のゲル化温度以
上であって且つ前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度
範囲にて加熱し、これらの小片に適宜の溶剤を加えて撹
拌することにより、これをフレーク形状、ペレット形
状、グラニュール形状、又はチップ形状のいずれかに形
成する工程、を経ること」にその構成上の特徴があり、
これにより、熱硬化性樹脂と強化繊維を均質に混合混練
できて強化繊維の含有量を大きくできた熱硬化性成形材
料を製造することができるのであり、各成形材料毎に質
的に均質化することができ、結果的に、軽量であり且つ
機械強度及び耐摩耗性に優れた樹脂製の成形体を精巧且
つ確実に製造できる熱硬化性成形材料を提供することが
できるのである。

【００３９】そして、前記抄造シートを、抄造した前記
強化繊維に、前記熱硬化性樹脂を含浸して形成したり、
抄造した前記強化繊維に前記熱硬化性樹脂を塗布して形
成したりすれば、細断前の抄造シートを簡単に製造する
ことができて、上記効果をより確実なものとすることが
できるのである。

【００４０】また、請求項６に係る製造方法のように、
上記小片を、前記強化繊維の小塊に前記熱硬化性樹脂を
含浸させて形成したり、あるいは請求項７の発明のよう
に、上記小片を、前記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを
含有する縣濁液をホモジェネートして玉小片となして形
成するようにすれば、上記小片を簡単に製造することが
できて、上記効果をより確実なものとすることができる
のである。

【００４１】勿論、前記強化繊維の含有割合は、前記熱
硬化性成形材料全体当たり１５〜６０重量％の範囲内と
なるように配合したから、熱硬化性樹脂と強化繊維を均
質に混合混練できて強化繊維の含有量を大きくできた熱
硬化性成形材料を製造することができるのであり、各成
形材料毎に質的に均質化することができ、結果的に、軽
量であり且つ機械強度及び耐摩耗性に優れた樹脂製の成
形体を精巧且つ確実に製造できる熱硬化性成形材料を提
供することができるのである。

【００４２】以上の本発明に係る熱硬化性成形材料の製
造方法、及びこれによって製造された熱硬化性成形材料
によれば、次のような優れた具体的効果を発揮すること
ができる。

【００４３】本発明に係る熱硬化性成形材料の製造方法
によれば、長尺のシート状基材が必要になることはな
く、この長尺シート状基材に樹脂を含浸乾燥し移送する
工程も必要がなく、従って張力がかけられこともない。
このため、張力が歪みとして本発明に係る熱硬化性成形
材料に残ることもなく、これを使用して成形された成形
体には反りやねじれの変形は全く発生しない。

【００４４】本発明に係る熱硬化性成形材料の製造方法
によれば、熱硬化性樹脂にカーボン粉末、フッソ樹脂粉
末、フッソ樹脂チップ、モリブデン粉末、あるいはチタ
ン酸カリウムウイスタのごとき滑り剤を添加しても、こ
れらを均一に分散させることができる。

【００４５】従来の熱硬化性成形材料によると、これら
はいずれも所謂抄造シートであるから、最終製品たる成
形体がある程度の厚みを有するものであると、この厚み
を確保すべく、シート状の基材の複数枚を重ね合わせす
ることになって、抄造シートを皺がよらないよう一枚一
枚揃えて積み重ねる作業には膨大な工数を要するために
誠に面倒でその作業性が悪く、成形体を複雑な形状に加
工できないとか、例えば細い穴を成形できないとか細部
を精巧に成形できない等の問題があったのであるが、本
発明に係る熱硬化性成形材料の製造方法によれば、これ
らの問題は全く生じないことになる。

【００４６】さらに、本発明に係る熱硬化性成形材料の
製造方法によれば、中に含まれる強化繊維の配向方向を
ランダムなものとすることができて、各強化繊維を多方
向に向け複雑に絡み合わせることができる。従って、本
発明に係る製造方法によって製造された熱硬化性成形材
料は、当初期待した通りの強度や耐摩耗性をもった成形
品を得ることができるのであり、この成形品を、線膨張
係数が小さくて変形しにくく、吸湿性が低くて変質し難
くて耐熱性が優れ、しかも細部形状を精巧に成形できる
ことになるのである。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成
   分とする熱硬化性成形材料であって、 前記強化繊維の含有割合が、前記成形材料全体当たり１
   ５〜６０重量％の範囲内であることを特徴とする熱硬化
   性成形材料。
2. 【請求項２】 前記強化繊維が、芳香族ポリアミド繊
   維、超高強力ポリエチレン繊維、炭素繊維、ボロン繊
   維、アルミナ繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維である
   ことを特徴とする請求項１に記載の熱硬化性成形材料。
3. 【請求項３】 熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成
   分とする熱硬化性成形材料の製造方法であって、 前記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを主たる成分とする
   抄造シートを小片化し、 得られる小片を、前記熱硬化性樹脂のゲル化温度以上で
   あって且つ前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度範囲
   にて加熱し、 これらの小片に適宜の溶剤を加えて撹拌することによ
   り、これをフレーク形状、ペレット形状、グラニュール
   形状、又はチップ形状のいずれかに形成する工程、 を経ることを特徴とする熱硬化性成形材料の製造方法。
4. 【請求項４】 前記抄造シートは、抄造した前記強化繊
   維に、前記熱硬化性樹脂を含浸して形成したことを特徴
   とする請求項３に記載の熱硬化性成形材料の製造方法。
5. 【請求項５】 前記抄造シートは、抄造した前記強化繊
   維に前記熱硬化性樹脂を塗布して形成したことを特徴と
   する請求項３に記載の熱硬化性成形材料の製造方法。
6. 【請求項６】 熱硬化性樹脂と強化繊維を主たる含有成
   分とする熱硬化性成形材料の製造方法であって、 前記強化繊維の小塊に前記熱硬化性樹脂を含浸させ、 ついで、前記熱硬化性樹脂のゲル化温度以上であって且
   つ前記熱硬化性樹脂の硬化温度以下の温度範囲にて加熱
   し、 これをフレーク形状、ペレット形状、グラニュール形
   状、又はチップ形状のいずれかに形成する工程、 を経ることを特徴とする熱硬化性成形材料の製造方法。
7. 【請求項７】 前記熱硬化性樹脂と前記強化繊維とを含
   有する縣濁液をホモジェネートして玉小片となし、 得られる玉小片を、前記フレーク形状、ペレット形状、
   グラニュール形状、又はチップ形状のいずれかに形成し
   たことを特徴とする請求項３に記載の熱硬化性成形材料
   の製造方法。
8. 【請求項８】 前記強化繊維の含有割合が、前記熱硬化
   性成形材料全体当たり１５〜６０重量％の範囲内となる
   ように配合されることを特徴とする請求項３〜７のいず
   れかに記載の熱硬化性成形材料の製造方法。
9. 【請求項９】 前記強化繊維が、芳香族ポリアミド繊
   維、超高強力ポリエチレン繊維、炭素繊維、ボロン繊
   維、アルミナ繊維、ガラス繊維、炭化ケイ素繊維である
   ことを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の熱硬
   化性成形材料の製造方法。