JPH11348161A

JPH11348161A - 複合材料

Info

Publication number: JPH11348161A
Application number: JP15297698A
Authority: JP
Inventors: Koji Motoi; 孝治本居
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1998-06-02
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】より圧縮強度や釘打ち性能の向上が望め、長期
的な層間接着性に優れた複合材料を提供することを目的
としている。【解決手段】充填材と熱硬化性樹脂とからなり、充填材
が５０容量％を越え９５容量％以下の割合で含まれた芯
層と、この芯層の少なくとも厚み方向の一方の面を被覆
するように積層された長手方向に平行な長繊維によって
補強された熱硬化性樹脂発泡体からなる表面層とを備え
ている構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複合材料に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】外観的に天然木材と類似しており、また
物性的に天然木材と同等以上の性能を示す繊維強化され
た熱硬化性発泡樹脂成形品が建材、構造部材、枕木、水
回り板材等の構造体として使用されている。従来のこの
種の熱硬化性発泡樹脂成形品は、特公昭５２−２４２１
号公報や特開平５−２３７９４７号公報等に開示されて
いるように、板状または棒状の成形品本体が、熱硬化性
発泡樹脂液を発泡硬化させて形成されていて、この成形
品本体内に長繊維のガラス繊維が補強繊維として長手方
向に引き揃えられて略平行に並んで分散されている。

【０００３】しかし、上記従来の熱硬化性発泡樹脂成形
品は、補強繊維が長手方向に引き揃えられて成形品本体
内に略平行に並んで分散されているため、長手方向に直
交する曲げ力に対し十分な強度を備えているのである
が、たとえば、釘打ちなどの際に補強繊維に平行な方向
にひびや割れが生じやすいあるいは釘の引抜き強度が低
いと言う欠点がある。

【０００４】そこで、５０重量％以下の充填材が分散さ
れた熱硬化性樹脂発泡体からなる芯層の表面に、補強繊
維が長手方向に引き揃えられて略平行に並んで分散され
ている熱硬化性樹脂発泡体からなる表面層が積層された
複合材料が提案されている（特開平５−１３８７９７号
公報参照）。すなわち、この複合材料の場合、圧縮強度
の優れた芯層を表面層で挟んだサンドイッチ構造にする
ことによって圧縮強度や釘打ち性能を改善しようとして
いる。

【０００５】しかしながら、この複合材料の場合、図５
に示すように、芯層１００を構成する充填材２００と充
填材２００との間に熱硬化性樹脂層３００が存在するた
め、圧縮強度や釘打ち性能の向上が不十分であるととも
に、芯層の線膨張率が高く、環境温度の高低により長手
方向（表面層長繊維の配向方向）において表面層と芯層
の界面に歪みが生じ、長期的な層間接着性の信頼性が低
いと言う問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
事情に鑑みて、より圧縮強度や釘打ち性能の向上が望
め、長期的な層間接着性に優れた複合材料を提供するこ
とを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる複合材料
は、このような目的を達成するために、充填材と熱硬化
性樹脂とからなり、充填材が５０容量％を越え９５容量
％以下の割合で含まれた芯層と、この芯層の少なくとも
厚み方向の一方の面を被覆するように積層された長手方
向に平行な長繊維によって補強された熱硬化性樹脂発泡
体からなる表面層とを備えている構成とした。

【０００８】〔芯層について〕芯層に使用される熱硬化
性樹脂としては、特に限定されないが、たとえば、ポリ
ウレタン樹脂，フェノール樹脂，ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂等の反応前には、液体または粉体の樹脂であ
り、発泡するものであってもよい。

【０００９】充填材の添加量が、５０容量％を越えて、
９５容量％以下に限定される理由は、充填材の添加量が
５０容量％以下となると、充填材と充填材との間に熱硬
化性樹脂層が存在して充填材と充填材とが直接接触しな
いため、圧縮強度および釘打ち性能が不十分となり、９
５容量％を越えると、芯層が脆くなり、曲げ強度が低下
するからである。

【００１０】充填材は、請求項２のように、芯層中に５
０重量％以上含まれていることが好ましく、請求項３の
ように、無機粉粒体、汚泥乾燥粉粒体、繊維強化樹脂粉
砕品からなる群より選ばれた少なくとも１種であること
が好ましい。また、充填材は、表面材に使用される長繊
維の熱膨張率に近いものを用いることが好ましい。

【００１１】無機粉粒体としては、岩石粉砕物，ガラス
粒粉，珪酸カルシウム，セメントコンクリート粉砕物，
珪砂等の無定型粒体、セリサイト，ウォラストナイト等
の無機短繊維粉体、膨張頁岩，フライアッシュの中空粉
等の気泡を有した無機粒体、炭酸カルシウム，フライア
ッシュ等の粒径の比較的小なる無機粉体などが挙げられ
る。

【００１２】汚泥乾燥粉粒体としては、汚泥処理場から
発生する高温乾燥固形分が挙げられる。繊維強化樹脂粉
砕品としては、繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）粉砕
物、繊維強化硬質発泡ウレタン粉砕物などが挙げられ
る。

【００１３】また、曲げ応力に対してより破壊し難い複
合材料とするためには、芯層の弾性率と厚みの積を、表
面層の弾性率と厚みその積以下にすることが好ましい。

【００１４】〔表面層について〕表面層に使用される熱
硬化性樹脂発泡体としては、熱分解型発泡剤やフロン等
の溶解性発泡剤、反応硬化時に気体が副生成するものを
含む熱硬化性発泡樹脂液からなる硬質または半硬質ポリ
ウレタンフォーム、フェノールフォーム、低倍率ポリエ
ステルフォームが挙げられる。

【００１５】特にポリウレタンフォームは、比較的高い
機械強度を有し、発泡時に独立気泡を形成するために非
吸水性に優れると言う特徴があり好適に使用される。長
繊維とは、補強繊維としての機能を有していれば、その
形状が限定されず、たとえば、モノフィラメント，フィ
ブリル（髭状の繊維が突き出た物）化繊維素，織り糸等
が挙げられ、その材質は、ガラス，炭素，合成樹脂など
の有機物等が挙げられ、ガラスあるいは炭素が補強硬化
が大きく好適である。

【００１６】本発明の複合材料は、バッチ式で製造して
もよいし、連続的に製造しても構わない。バッチ式の製
造方法としては、たとえば、特開平５−１３８７９７号
公報に開示されているように、芯層となる予備成形体あ
るいは表面層となる予備成形体を予備成形し、この予備
成形体を金型内にセットしたのち、予備成形体が硬化す
る前に、表面層あるいは芯層となる長繊維と熱硬化性樹
脂、または、充填材と熱硬化性樹脂の混合物あるいは成
形体を金型内に充填し、熱硬化性樹脂を加熱硬化させる
方法が挙げられる。

【００１７】一方、連続式の製造方法としては、補強繊
維となる多数の長繊維を所定の間隔に引き揃えながら一
方向に進行させ、進行途中で引き揃えられた長繊維群の
上方から、熱硬化性発泡樹脂液を振りかけたのち、各長
繊維を構成する繊維と繊維との間に、振りかけられた熱
硬化性発泡樹脂液を含浸させる。

【００１８】そして、この熱硬化性発泡樹脂液が各長繊
維に含浸された長繊維群の中央部に、押出賦形型を臨ま
せ、この押出賦形型から長繊維群で囲繞されるように芯
層となる充填材と熱硬化性樹脂の混合物を賦形しながら
連続的に押し出したのち、筒状の成形用通路に導入し、
成形用通路内で熱硬化性樹脂を熱硬化させて、芯層と表
面層とを同時に成形する方法が挙げられる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を、
図面を参照しつつ詳しく説明する。図１は本発明にかか
る複合材料の１つの実施の形態をあらわしている。

【００２０】図１に示すように、この複合材料１は、芯
層２と表面層３とを備えている。芯層２は、無機粉粒
体、汚泥乾燥粉粒体、繊維強化樹脂粉砕品からなる群よ
り選ばれた少なくとも１種の充填材が、５０容量％を越
えて９５容量％以下の割合で含まれた熱硬化性樹脂で形
成されている。

【００２１】表面層３は、芯層２を周囲から囲繞するよ
うに芯層２に一体に設けられていて、長繊維５が長手方
向に略平行に配置された熱硬化性樹脂発泡体で形成され
ている。

【００２２】つぎに、図２に示す製造装置を用いたこの
複合材料１の製造方法を詳しく説明する。図２に示すよ
うに、この製造装置４は、吐出機４１と、含浸装置４２
と、連続ニーダー４３と、賦形型４４と、成形用通路４
５と、引取り機４６とを備えている。

【００２３】吐出機４１は、原料タンク（図示せず）か
ら送られてきた熱硬化性樹脂原料を混合して得た熱硬化
性発泡樹脂液５９を連続的に吐出して、引き揃えられつ
つ成形用通路４５を通って引取り機４６側に連続的に引
き取られる長繊維群５５の上に振りかけるようになって
いる。含浸装置４２は、含浸板４２ａとこの含浸板４２
ａを受ける含浸台（図示せず）とを備え、熱硬化性発泡
樹脂液５９が振りかけられた長繊維群５５を含浸台と含
浸板４２ａとの間で揉み、各繊維と繊維との間に均等に
熱硬化性発泡樹脂液５９を含浸させるようになってい
る。

【００２４】連続ニーダー４３は、芯層２を形成する熱
硬化性発泡樹脂液と充填材とを混合し混合原料とすると
ともに、この混合原料を連続的に賦形型４４へ送るよう
になっている。賦形型４４は、連続ニーダー４３から送
り込まれた混合原料を所定の連続的に賦形して賦形物を
含浸装置４２と成形用通路４５との間で長繊維群５５の
中央部に芯層形成用の賦形物５８として連続的に送り込
むようになっている。

【００２５】成形用通路４５は、駆動手段によって同一
方向に回転駆動する４つの無端ベルト４５ａ（図では２
つしかあらわれていない）を組み合わせて断面矩形に形
成されているとともに、図示していないが、加熱装置を
備え、成形用通路４５内へ連続して送り込まれる長繊維
５に含浸された熱硬化性発泡樹脂液５９および賦形物５
８中の熱硬化性発泡樹脂液をそれぞれ発泡硬化させて図
１に示すような断面形状の芯層２および表面層３を備え
た複合材料１として連続的に送り出すようになってい
る。

【００２６】引取り機４６は、この複合材料１を一定速
度で引き取るようになっている。

【００２７】以上のようにして得られた複合材料１は、
表面層３が熱硬化性樹脂内に長繊維５を長手方向に平行
に並べた状態に形成されているので、釘等が容易に打ち
込め、長手方向の曲げ強度にも優れている。また、芯層
２が、充填材を５０容量％を越え９５容量％以下の割合
で含んでいるため、図３に示すように、隣接する充填材
２２同士が接触した状態で熱硬化性樹脂２１によって接
着されている。

【００２８】したがって、圧縮に対しては芯層２の変形
が小さく、表面層３に依存するため、表面層３の圧縮比
例限界を下回ることがなく、総合的に見て圧縮強度に優
れているとともに、芯層２の充填材２２によって釘抜き
性能が向上する。すなわち、充填材２２が密であるた
め、充填材２２と熱硬化性樹脂２１によって引抜き抵抗
力が大きくなり、引抜き強度が大きくなる。

【００２９】さらに、充填材２２として、無機粉粒体、
汚泥乾燥粉粒体、繊維強化樹脂粉砕品が用いられている
ので、充填材の熱膨張率が熱硬化性樹脂の約１／１０程
度となり、芯層２とガラス繊維で補強された表面層３と
熱膨張率が近くなる。したがって、環境温度に大きな温
度変化が生じても表面層と芯層の界面に歪みが生じず、
長期的な層間接着性の信頼性が高い。

【００３０】図４は、本発明にかかる複合材料の他の実
施の形態をあらわしている。図４に示すように、この複
合材料６は、充填材と熱硬化性樹脂とからなり、充填材
を５０容量％を越え９５容量％以下の割合で含んでいる
芯層７と、芯層７の上下面に沿ってそれぞれ長手方向に
平行な長繊維で強化された熱硬化性樹脂発泡体からなる
表面層８とを備えたサンドイッチ構造になっている。

【００３１】この複合材料６は、まず、充填材と熱硬化
性発泡樹脂液とからなり、充填材を５０容量％を越え９
５容量％以下の割合で含んでいる混合物を注型金型に充
填して芯層形状に賦形したのち、この賦形物を硬化前に
表面層となる繊維で強化された熱硬化性樹脂発泡板で挟
み込み、この状態で型内で賦形物を加熱硬化させて得る
ようになっている。

【００３２】本発明にかかる複合材料は、上記の実施の
形態に限定されない。たとえば、上記の実施の形態の製
造装置４では、長繊維群５５の上から熱硬化性発泡樹脂
液５９を振りかけたのち、含浸装置４２で含浸させるよ
うになっていたが、長繊維群５５を熱硬化性発泡樹脂液
中に浸漬させるようにしても構わなし、バンクを設けた
２つのロールを通過させて含浸させるようにしても構わ
ない。

【００３３】

【実施例】以下に、本発明の実施例をより詳しく説明す
る。

【００３４】（実施例１）以下の熱硬化性発泡樹脂液お
よび充填材からなる１６０×１００mmの大きさの断面を
有する芯層の周囲を囲繞するように、以下の長繊維およ
び熱硬化性発泡樹脂液からなる表面層を備えた２００×
１４０mmの大きさの断面を有する複合材料を図２に示す
製造装置で製造した。なお、賦形型から押し出された賦
形物の断面は、１６０×１００mmであった。

【００３５】〔芯層〕・熱硬化性発泡樹脂液（３０容量％）イソ系不飽和ポリエステル１００重量部２０ｐｏｉｓｅｔ−ブチルパーオキシベンゾエイト１重量部・充填材（７０容量％，重量換算で８５重量％）３号珪砂

【００３６】〔表面層〕・熱硬化性発泡樹脂液ジフェニルメタンジイソシアネート１２０重量部プロピレンオキサイド付加ポリエーテル１００重量部（水酸基価４１０，官能基４）シリコーンオイル整泡材１重量部水１重量部ジブチル錫ラウリレート触媒０．５重量部・長繊維Ｅガラス繊維ロービング（繊維径９μｍのモノフィラメント収束体２００本のストランドを６０本集めたもの）

【００３７】（実施例２）断面の大きさが２００×１０
０mmの以下の配合で芯層を注型成形によって予め賦形し
たのち、未硬化状態で以下の配合で表面層をはり合わせ
て断面の大きさが２００×１４０mmの複合材料を得た。

【００３８】〔芯層〕・熱硬化性発泡樹脂液（３０容量％）ジフェニルメタンジイソシアネート１４０重量部ポリオール１００重量部（住友バイエルウレタン社製、スミフェノン3900 水酸基価３５）シリコーンオイル整泡剤１重量部水１重量部ジブチル錫ラウリレート触媒０．５重量部・充填材（７０容量％）ウレタン樹脂発泡体とガラス長繊維（約２０重量％）からなる繊維強化樹脂製品の粉砕品６０重量部とフライアッシュ中空品４０重量部の混合物

【００３９】〔表面層〕・熱硬化性発泡樹脂液ジフェニルメタンジイソシアネート１２０重量部プロピレンオキサイド付加ポリエーテル１００重量部（水酸基価４１０，官能基４）シリコーンオイル整泡剤１重量部水１重量部ジブチル錫ラウリレート触媒０．５重量部・長繊維Ｅガラス繊維ロービング（繊維径９μｍのモノフィラメント収束体２００本のストランドを６０本集めたもの）

【００４０】（比較例１）実施例２の熱硬化性発泡樹脂
液にタルク粉を５０重量％（体積換算して２５容量％）
の割合で混合した以外は、実施例２と同様にして複合材
料を得た。（比較例２）充填材として３号珪砂に代えてタルク粉を
９６容量％（重量換算で９８重量％）添加した以外は、
実施例１と同様にして複合材料を得た。

【００４１】上記実施例１，２および比較例１，２で得
られた複合材料の曲げ強度、圧縮比例限界、釘打ち性
能、および芯層と表面層の線膨張率の比（芯層／表面
層）を調べその結果を表１に示した。なお、曲げ強度お
よび圧縮比例限界は、ＪＩＳＺ２１０１の方法、線
膨張率の比は、ＪＩＳＫ６９１１の方法に準じて測
定した。また、釘打ち性能については、各複合材の幅方
向中央にねじ穴（φ４mm）を穿設し、このねじ穴にボル
ト（Ｍ６）をねじ込みこのボルトの引抜き強さを調べ
た。

【００４２】

【表１】

【００４３】表１から本発明の複合材料が、曲げ強度、
圧縮特性および釘打ち性能に優れるとともに、芯層と表
面層との熱膨張差が少なく環境温度の変化によって芯層
と表面層とが剥離せず、耐久性に優れていることがわか
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明にかかる複合材料は、以上のよう
に構成されているので、より圧縮強度や釘打ち性能の向
上が望める。特に、請求項３のようにすれば、芯層と表
面層との熱膨張率がより近くなる。したがって、環境温
度に大きな温度変化が生じても表面層と芯層の界面に歪
みが生じず、長期的な層間接着性の信頼性が高いものと
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる複合材料の１つの実施の形態を
あらわし、その縦断面図である。

【図２】図１の複合材料の製造装置を模式的にあらわす
模式図である。

【図３】図１の複合材料の芯層の断面を拡大して模式的
にあらわす模式図である。

【図４】本発明にかかる複合材料の他の実施の形態であ
らわし、その縦断面図である。

【図５】従来の複合材料の芯層の断面を拡大して模式的
にあらわす模式図である。

【符号の説明】

１，６複合材料２，７芯層３，８表面層５長繊維２２充填材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】充填材と熱硬化性樹脂とからなり、充填材
が５０容量％を越え９５容量％以下の割合で含まれた芯
層と、この芯層の少なくとも厚み方向の一方の面を被覆
するように積層された長手方向に平行な長繊維によって
補強された熱硬化性樹脂発泡体からなる表面層とを備え
ている複合材料。
【請求項２】充填材が、芯層中に５０重量％以上含まれ
ている請求項１に記載の複合材料。
【請求項３】充填材が、無機粉粒体、汚泥乾燥粉粒体、
繊維強化樹脂粉砕品からなる群より選ばれた少なくとも
１種である請求項１または請求項２に記載の複合材料。