JPS59156737A - 反応射出成形品のサンドイッチ構造体におけるスキン層とコア層の密度および厚さの設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本廃明は反応射出成形品のサンドイッチ構造体に関する
ものである。

〔従来技術〕

従来のサンドインチ構造状の発泡構造体は表面層の高密
度なスキン層と内部の低密度のコア層から構成されてい
る。平均密度を一定とした場合構造体としての曲げ強さ
が最大になるようなスキン層とコア層の組合わせは不明
であり、使用材料の節減等の構造体に関する最適設計の
指針がないという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記従来技術の問題点を鑑み、使用材料
を節減して省資諒をはかり、なおかつ曲げ特性が最適に
なるように形成した反応射出成形品のサンドインチ構造
体を提供するにある。

〔発明の概要〕

本発明は２つの破壊モード（引張り破壊。

座屈）に対して材料力学理論を適用し、座屈を含む曲げ
特性を得、この曲げ特性から均質発泡構造体゛よりも曲
げ強さが２倍以上になるように構造体の密度を設定して
高智度なスキン層と・低密度なコア層を有する反応射出
成形品の構造体を得ることにある。

〔発明の実施例〕

以下本発明の具体的実施例を図面を用いて説明する。

第１図にサンドイッチ構造状の発泡構造体が得られるポ
リウレタンの反応射出成形（Ｒｅａｃｔｉｏｎ　ＩｒＬ
）’ａｃｔｉｏｎ　Ｍｏｌｄｉｎｇ；以下ＲＩＭと略称
）の原理を示す。まず原液Ａ１と原液Ｂ２をミキシング
ヘッド３内で高速で衝突混合し、４０〜８０℃に保持さ
れた型４のキャビティ５内に射出すると化学反応により
自己発熱し、原液Ａの中に含まれる発泡剤のフレオンが
気化し発泡体が形成される。その際型壁面に接する部分
では型温か低い（４０〜８０Ｔ：、）ため、いったん気
化したフレオンが再び凝縮されるため高密度のスキン層
６が形成される。

そこで７に示したサンドインチ構造状の成形品が１シヨ
ツトで得られることになる。ここで８は低密度のコア層
である。

次に本発明で使用する材料について説明する。Ａ°液は
ポリオール、整泡剤９発泡剤、触媒からなり、Ｂ液はポ
リイソシアネートからなる。ところでポリオルは以下（
α）〜（ｃｌの三種類の化合物を混合する。

（α）脂肪族アミン系ポリオール この化合物は、脂肪族アミンと適量のアルキレンオキシ
ドとを環基性触媒存在下に付加反応させて得たものであ
り、モノエダノールアミン、トリエタノールアミン、エ
チレンジアミン、トリエチレンテトラミン。

アンモニア、ヘキザメチレンジアミン、ジエチレントリ
アミンなどにエチレンオキシド、グロビレンオキシド、
ブチレンオキシド、エピクロルヒドリンなど付加させた
ものである。付加反応で得た化合物は一種類もしくは二
種類以上混合して用いる。即ちＯＨ価４５０〜ＢＯＯＫ
ＯＨｍ！１乃で１分子内に３〜４個のＯＨ基を有するこ
の化合物はフレオンなどの発泡剤との相溶性が良好であ
る。

［ＡＩ芳香族アミン系ポリオール ４．４′−ジアミノジフェニルメタン１７）フルキレン
オキシド付加物でＯＨ価２８０〜６００ＫＯＨｍｇ／３
のものを用いる。この化合物は。

成形品の機械強度を向上させる作用を有する。

（Ｃ１一般のポリオール クリセリン、トリメチロールプロパン。

トリエタノールアミン、ジグクセリンショ糖。モノエタ
ノールアミン、エチレングリコール、ジアミノシフエー
ルメタントリレンジアミン、水、プロピレンゲリール、
ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ等の１分子内に２
〜３個の活性水素を有した化合物のアルキレンオキシド
付加物がある。即ちＯＨＨＳＯ３〜１００ＫＯＨｒｎｇ
／Ｈの１分子内に２〜３個の水酸基を有゛するポリオー
ル。

上記化合物は、成形品に伸びを持たせるのに有効である
。上記ｉｌｌの化合物と、上記（Ｃ１の化合物とで成形
品に強度と耐衝撃性を賦与する。

上記化合物（α）〜（Ｃ１の配合割合は、化合物（α）
２０〜６０Ｗｔチ、化合物（，６１３０〜６Ｑｗｔ％、
化合物（Ｃ１１０〜４０ｗｔ％である。配合割合が上記
範囲外になると成形品として必要な特性が得られない。

即ち化合物（α）が２０ｗｔ％以下になるとフレオンと
の相溶性が悪くなって液が分離し、構造体を成形する際
問題となる。また化合物（α）が６０ＷｔＩ％以上にな
ると上記構造体として強度が不足する。化合物（ｈｌが
５Ｑｗｔ％ｄ下になると上記構造体として強度が不足す
る。１だ化合物（Ｍが６０ｗｔ％以、上になるとフレオ
ンとの相溶性が悪くなって上記構造体を成形する際問題
となる。化合物ｆＣ１が１５ｗｔ％、以下になると伸び
が小となりもろくなり全体として上記構造体の強度不足
となる。また化合物ＩＣＩが４０ｗｔｑ６以上にな、る
と弾性率が小となり、靭性がなくなり。

全体として上記構造体の強度不足となる。

（＋ｌ整泡剤 アルキレンオキシド変形ポリジメチルシロキサン、フル
オリン系表面活性剤がある。

これら化合物は単独もしくは混合して使用する。配合割
合は、全ポリオール成分ｉｏ。

重量部に対して１〜５重量部である。

ｆｄ１発泡剤 Ｈ２Ｏや、トリクロロモノフルオロメタン。

シクロロンフルオロメタン、メチレンクロライド、トリ
クロロトリフルオロエタン。

テトラクロロジフルオロエタンの如き低沸点の有機液状
化合物を用いる。これらは単独もしくは混合して使用す
る。配合割合は、全ポリオール成分ｉｏｏ重量部に対し
て５〜４５重量部である。

ゲ）触媒 ジアザ−ビシクシ−アルケン′類１例えば１．４−ジア
ザビシクロ〔２，２，２〕オクタン（トリエチレンジア
ミン）、１，８−ジアザビシ２クロ（５＋　４　＊　０
　）−ウンデカン−７（ＤＢＵ）−ｔ、５−ジアザビシ
クロ（４１２１０）オクテン−５，１，８−ザアザビシ
クロ〔７，２，０〕ウンデセン−８１，４−ジアザビシ
クロ（３，３，０）オクテン−４，３−メチル−１，４
−ジアザビシクロ（３，３，０）オクテン−４，３，６
，７，７−テトラメチル−１，４−ジアザビシクロ（３
＋３ｔｏ）オクテン−４％　７，８．８−　）ジメチル
−１，５−ジアザビシクロＣ４，３，０）ノネン−５゜
１．８−ジアザビシクロ（７，３，０）トチセン８．１
．７−ジアザビシクロ（、４，３，０）ノネン−６，１
，７−ジアザビシクロ−（４，，４，０）デセン−５，
１，８−ジアザビシクロ（７，４゜０〕トリデセン−８
，１，８−ジアザビシクロ（５，Ｓ、０　）デセン−７
，９−メチル−１８−ジアザビシクロ〔５，３，ｏ〕デ
セン−７゜１．６−ジアザビシクロ（５，５，０）　）
リゾセン−６，１，７−ジアザビシフＣＩ　（６，５，
０）トリテセンー７，１．８−：）アザビシク日〔７，
５，０）テトラデセン−８，１，１０−ジアザビシフＯ
（７，３，０）ドデセン−９，１，１０−ジアザビシク
ロ（７，４，０）　）リゾセン−９，１，１４−ジアザ
ビシクロ（１１，３，０）ヘキサデセン−１３，１，１
４−ジアザビシクロ（１１，４゜０〕へブタデセン−１
５゜ アミン類例えばトリエチレンジアミン、ジメチルエタノ
ールアミン、モルホリン、ペビリジン。

これらのアミン類は、酸と反応させて塩として用いる。

なお、上記化合物は単独もしくは二種類以上混合し℃用
いる。配合割合は全ポリオールが１分１００重量部に対
して０．２〜１０重量部である。

具体的には第１表に示す組成音用いた。

け）ポリインシアネート ４４′−ジフェニルメタンジインシアネート（クルード
ＭＤＩ）カルボジイミドＭＤＩを用いる。これら化合物
は単独もしくは混合して使用する。

ポリイソシアネートｆｄ＋と、ポリオール（α）〜（Ｃ
１の混合物の配合割合は、イソシアネートインデックス
（イソシアネート化合物中に含まれるＮＣｑ基の数とポ
リオール中に含まれるＯＨの数の比）で０．９５〜１．
３０７１である。耐熱性の点でポリオール１００重量％
に対し１１０〜１９０重量％がよい。

その他車発明に使用できる素材としては、整泡剤（たと
えばアルキレンオキシド変成ボリジメチルシａキサン、
弗素化合物）、充填材（有機質や無機質のせんい、粉末
粒状物）。

顔料、染料、離燃化剤、酸化防止剤等があり。

これらをポリオール中またはポリインシアネート中に配
合して使用し得ることが確かめられた。

上記した成分から成る反応組成物を成形型に射出するに
は市販の反応射出成形機を用いればよい。

（以下余白） 第１表 ＊　フロピレンオキシド ＊＊＊１，８−ジアザビシフａ　（５，４，０）ウンデ
セン−７＊＊＊＊　４，４’−ジフェニルメタンジイソ
シアネート第２図はＲＩＭｆｙ５形品の６点曲げにより
破壊した状態を示す。９は通常のモードで負荷と反河側
のスキン層６が引張応力により破断したもの、また１０
はサンドイッチ描造体特有のモードで負荷側のスキンＮ
６が圧縮応力にまり座屈破壊したものである。

第３図は上記２つ、のモードがどのような条件下で発生
するかを示したものであり、成形品密度ρ、ｌｌを５５
ｏｚｇ／ｍ’一定にしたとき、スキン層密度ρ、スキン
膚さｔ、によって曲げ強さがどのように変化す乞かを試
算したものである。

すなわち、スキン層厚さｔ、も固定すれは。

スキン層＠匿ρ、が増加すると曲げ強さσＥ、ａｌｌは
増加する。しかしめる密度ρ、をビークとして今夏は逆
に減少していく。この理由はスキン層密度外が太きくな
ると成形品密度へ、１が一定のためコア層密度へは相対
的に小さくなるので、コア層でスキン層を支えきれなく
なり負荷側のスキン層が座屈するためである。

結局ＲＩＭ成形品のようなサンドインチ構造体において
は成形品密度Ｐ６１．を一足とした場合曲げ強さを最大
とする 第２表 スキン層密度ρ５とコア層密度ρ。の組合わせが存在す
ることになる。以上の結果をまとめてＲＩＭ成形品の曲
げ特性（曲げ弾性率Ｅ、、、　。

曲げ強さσＩ１．ａｌｌ　　）の予測式を第２図に示す
。

ここで予測式の算出にあたっては均質発泡構造体の曲げ
特性（Ｅ、σＢ）に関する次の実験式を用いている。

Ｅ　＝　ＥｏＣｐ／ｐｏ　）” σＢ＝σＢ−ｏ（ρｌｐ、　）’・９ ここでサフィックス１０・は無発泡体を示す。

また座屈に関しては別途実施した圧縮試験の結果からＷ
ｒｉｎｋｌｉｎｇ形であることがわかったので、これを
解析したＨＯ方らの理論式を利用した。

以上のことがらＲＩＭ成形品のようなサンドイッチ構造
体は、同じ密度をもつ均質構造体に比べ曲げ強さが大き
くなることが定量的に求まることがわかったのでその計
算結果を第４図に示す。

この図は成形品密度ρａｌｌを４０〜１２４０　ｋＩＩ
ＡｎＳの間で変えたとぎにサンドインチ構造体の曲げ強
さが同じ密度の均質栴遺体に比べ何倍になるかを示した
ものである。

その大きさを複合はりメリットＭと定義するとＭは成形
品密度ρａｌｌが約１００〜４００”’／瀞のときに最
大となることがわかっ、た。この複合はりメリットＭの
最大値Ｍｍａｘ　　を与えるパラメータα、βの値を第
５図に示す。

なおここでは具体的実施例としてポリウレタンのＲＩＭ
成形５品を取り上げたが、この発明はプラスチックに限
らず、セラミック、金属等を発泡させたような構造体に
ついても適用できるものであり、材料に制限はなく構造
状の特徴を規制するものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、断熱性の向上と材
料節減（軽量化）がはかれる。

すなわち従来は第２表に示したメリツＩＩＭが不明のた
めＲＩＭ成形品を断熱構造体として用いる場合断熱性（
熱伝給・、率の大きさ）から成形品密度を決めていた。

しかし本発明によれば断熱性から決めた成形品密度ρａ
ｌｌでの最大曲げ強さか予抑」できるようになったため
、成形品のｌ裂強度との対比からそのマージンが定量的
に明らかになり、もつと密度が小さくても良いことがわ
かった。具体的には成形品密度を約２０％小さくするこ
とができ断熱性が約２０俤同上し、洒料節減により価格
も約１０−安価になった。

なおスキン層の密度ρ３．厚さ１．は型の温度。

発泡剤（フレオン）の量を変えて制御した。

【図面の簡単な説明】

第′１図は本発明によるサンドインチ構造体の一実施例
を示す断面図、第２図は曲げ試験を終了したＲＩＭ成形
品の断面図、第３図、第４図。 第５図は本発明の根拠となる特性を示した図である。 ３・・・、ミキシング−＼ラド　６・・・スキン層８・
・・コア層 第３図 ７、ペン層名度　Ｆ’ｓ（とし亮３） 猶４図 第５１ 万策形ｏｏ　＠Ｊシニ　Ｊ’、ａ（ド３贋）手続補正書
（自発） 事件の表示 昭和　５８　　年特許願第　２９３０９　　　号発明の
名称　反応射出成ヴ杉品のサンドイッチ構造体補正をす
る者 Ｒ１との関イイ　特許出願人 名　　称　　　＋５１０１株式会？１　１１　　立　　
製　　イ乍　　所代　　　理　　　人 補正の内容 １、　明細壱牙４頁矛２行目「ポリオル」を「ポリオー
ル」と訂正する。 ２　明細書牙６頁矛１３行目・「１５ｗ１％」を「１０
Ｗｔ係」と訂正する。 ６　明細書矛６頁矛１９行目「変形」を「変性」と訂正
する。 ４、　明細書矛７頁牙１７行目及び牙１８行目「ウンデ
カン」を「ウンデセン」と訂正する。 ５　明細書矛９頁矛１５行目「ポリイソシアネート（ｄ
）」を「ポリイソシアネート（ｇ）Ｊと訂正する。 ６　明細書、４−９頁矛２０行目「１００重量％に対し
１１０〜１９０重量％」を「１００重量部に対し、１１
０〜１９０重量部」と訂正する。 Ｚ　明細書】・１０頁牙２行目「変成」を「変性」と訂
正する。 ８　明細書矛１１頁全部に示す矛１表を次の通り訂正す
る。 第１表 ＊　プロピレンオキシド ＊＊１，８−ジアザビシクロ（５，４，０）ウンデセン
−７＊＊＊　　４．’４’−ジフェニルメタンジイソシ
アネート９　明細書矛１２頁、１７１行目「成形品の」
を「成形品が」と訂正する。 １０　　明細書矛１２頁４１２行目「９」をｒ　（ａ）
　ｊと訂正する。 １１、明細書】・１２頁ｆｔ行目「１０」をｒ　（ｂ）
　Ｊと訂正する。 する。 １３、明細書矛１４頁矛４行目「第２図」を「第２表」
と訂正する。 １４　　図面中、第２図、第３図、及び第４図を別紙の
とおり訂正する。 茅　？囚 拓に ２ン亨ンＡイ」ヤＣぺ（戊ζ％す 矛４臼

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　高密度なスキン層と低密度なコア層からなる反応
   射出成形品のサンドインチ構造体において、これと同等
   な平均密度な宿する均質発泡構造体よりも曲は強さが２
   倍以上になるように筆記構造体の密度を設定して得られ
   るスキン層とコア層を有することを特徴とする反応射出
   成形品のサンドイツ・チ構造体。 ２、上記スキン層とコア層が同一材料からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の反応射出成形品の
   サンドインチ構造体。