JPS6056115B2 - 補強材 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は板材の補強として軽量化に寄与する補強材
に関する。

従来、自動車においては、車体鋼板に種々の補強がな
されている。

たとえば、ループ、フエンダ、フード、トランク、クオ
ーターパネル、ドア部のように比較的広くて平担な形状
でありながら薄い外板にあつては、構造上外力に対して
適度な剛性を具備させる必要から金属補強部材からなる
内板をスポット熔接や接着剤により外板に貼りつける手
法がとられている。しかし、この方法では、金属補強部
材の重量が重く、車体の軽量化に基づいて設計された外
板の薄板化に逆行し、重量増加、コストアップになり、
さらに取りつけ工程が複雑化するなどの欠点を有してい
た。 また、例えは実開昭５５−１０１６５吋公報に示
されているように、車体外板の防振と補強を兼ねて、ア
スファルトゴム、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノ
ール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの高分子材料を
外板の裏側に相当な厚みでかつ相当な面積に塗布ないし
貼りつける方法も知られている。

この方法では、剛性強さは厚さの３乗に一比例するとい
われ、したがつて厚さを大にすることにより剛性強さを
増大てきる効果が得られるが、樹脂量の増大による重量
増加、コストアップとなるなど前記金属補強部材と同様
の欠点を有している。この発明は、かかる従来の実状に
鑑みてなされたもので、軽量安価て被装着物の剛性を著
るしく向上させる補強材を提供することを目的としたも
ので、厚み方向の中心から一面側に偏在する繊維基材を
持つた未硬化ないし半硬化状の熱硬化性補強樹脂シート
（以下、補強樹脂シートという）における前記繊維基材
偏在側に、当該シートより細巾に形成されかつ前記シー
トが硬化する前にシートにビード状膨出部を形成するビ
ード形成材を添着させ、前記ビード形成材の巾より広く
張り出した前記シートの繊維基材偏在側の裾部が被装着
物への装着面をなすようにした補強材をその構成とする
ものてある。

以下、この発明を図面に基づいて説明する。

第１図および第２図は、この発明に係る補強材の一実施
例を示すものて、補強材１は厚み方向の中心から一面側
に偏在する繊維基材２をもつた未硬化ないし半硬化て可
撓性を有するプリプレグ状態に調製された熱硬化性樹脂
例えばエポキシ系の補強樹脂シート３と、この補強樹脂
シート３の繊維基材偏在側面に添着された発泡性樹脂シ
ートより成るビード形成材４とから成り、このビード形
成材４は補強樹脂シート３よりも細巾に形成されている
。ヒート形成材４の巾よりはみ出した補強樹脂シートの
繊維基材偏在側の裾部３ａ，３ａ−が、被装着物例えは
自動車のドア外板５の裏面５ａへの装着面を構成してい
る。補強材１は、第２図て示すように、装着面３ａ，３
ａをドア外板５の裏面５ａに貼布装着され、装着後加熱
することにより、補強樹脂シート３は一時的に粘度が下
つてドア外板５に装着面３ａ，３ａが更に密着する一方
、ビード形成材４は発泡して断面が大きくなり、補強樹
脂シート３が装着面３ａのつけ根３ｃ，３ｃから押し上
げられ、硬化する前にビード状膨出部３ｂが形成さ．れ
、さらに時間を経て加熱が進むと補強樹脂シート３は硬
化し、第３図に示す状態となる。

つぎに、補強材１における繊維基材２、補強樹脂シート
３およびビード形成材４につき、さらに詳しく説明する
。

まづ、補強樹脂シート３は、た・とえば、適宜の熱硬化
性樹脂に加熱活性硬化剤を配合し、されに必要に応じて
各種の添加剤を加えてなる熱硬化性樹脂組成物を、常法
に準じて未硬化ないし半硬化の状態にシート成形し、こ
れと繊維基材２とをこの基材２がシートの厚み方向の中
心から一面側に位置するような加圧状態であるいは厚み
の異なる成形シート間に基材を介在させて融着一体化さ
せることによりつることができる。上記に用いられる熱
硬化性樹脂としては、グリシジルエーテル型、グリシジ
ルエステル型、グリシジルアミン型、線状脂肪族エポキ
サイド型、脂環族エポキサイド型などの各種エポキシ樹
脂が金属板に対する接着性などの面で望ましい。しかノ
し、他の熱硬化性樹脂、たとえばメラミン系、ポリエス
テル系、フェノール系、ウレア系などの樹脂を使用する
こともてきる。この熱硬化性樹脂に配合する加熱活性硬
化剤としては、加熱により硬化作用を発揮する通常の硬
化剤でよく、一般に８０〜２００℃の温度範囲て活性で
あれば充分で、たとえばエポキシ樹脂の硬化剤としては
、ジシアンジアミド、４●４″−ジアミノジフェニルス
ルホン、２−ｎ−ヘプタデシルイミダゾールのようなイ
ミダゾール誘導体、イソフタル酸ジヒドラジド、Ｎ−Ｎ
ージアルキル尿素誘導体、Ｎ−Ｎージアルキルチオ尿素
誘導体などが用いられる。

その使用量は、エポキシ樹脂１０唾量部に対して通常１
〜１５重量部の割合でよい。熱硬化性樹脂組成物中には
、上記成分のほか、組成物にシート成形が可能な程度に
凝集力を持たせ、また、タレ防止のためにあるいは溶融
粘度を下げぬれ性を向上させるためなどの目的で各種の
添加剤が必要に応じて配合される。たとえば、シート成
形能を向上させる目的で、ポリビニルブチラール、ポリ
アミド、ポリアミド誘導体、ポリエステル、ポリスルホ
ン、ポリケトン、ビスフェノールＡとエピクロルヒドリ
ンとより誘導される高分子量のエポキシ樹脂などの熱可
塑性樹脂、またブタジエン−アクリロニトリル共重合体
ないしその誘導体の如きゴム成分などを配合できる。

これらの使用量は、熱硬化性樹脂１００重量部に対して
５〜１０鍾量部程度とするのがよい。さらに溶融粘度を
下げ、ぬれ性を向上させる目的で、ブチルグリシジルエ
ーテル、長鎖アルコールのモノグリシジルエーテルなど
の反応性希釈剤、ジオクチルフタレートの如きフタル酸
系可塑剤、トリクレンジフオスフエートの如きりん酸系
可塑剤などを配合てきる。これらの量は、熱硬化性樹脂
１０唾量部に対して通常５〜３睡量部程度とするのがよ
い。また組成物のタレ防止の目的で炭酸カルシューム、
タルク、アスベスト粉、けい酸類、カーボンブラック、
コロイダルシリカなどの充填剤を用いることができる。

このとき充填剤の添加量は、該充填剤を配合した熱硬化
性樹脂組成物を用いて本発明の補強材を作り、これをド
ア外板等の補強用としたとき、加熱硬化後に該板等との
接着力を損なわない程度用いるように配慮される。タレ
防止一の目的には上記充填剤のうちアスベスト粉が好適
に使用され、その使用量は、好ましくは組成物中のポリ
マー成分（即ち熱硬化性樹脂および場合により使用され
る熱可塑性樹脂、ゴム成分の総量）１叩重量部当り２〜
２呼量部とされる。さらに、補強樹脂シート３における
繊維基材２としては、ガラス繊維やアスベスト繊維など
の無機質繊維布、麻、綿、ナイロン、ポリエステル、ポ
リプロピレンなどの有機質繊維布、ポリエステル繊維、
ポリプロピレン繊維などからなる不織布−の如きシート
状繊維基材などがある。

これらのなかてとくに好ましいものは無機質繊維布であ
り、その代表的なものがガラス繊維布である。この発明
において繊維基材として織布を用いる場合、その空隙率
は７０％以下のものとするのが好ましい。

空隙率とは織布の平面面積をａとし、この平面面積中に
占める繊維の平面面積をｂとするとき、品×１００（％
）で示される値を意味する。

補強樹脂シート３の厚みは、補強箇所や補強目的などに
よつて異なるが、一般には０．１〜４０Ｔｍ１好適には
０．３〜２０Ｔｎ！ｎとするのがよい。また、この補強
樹脂シート３は、ドア外板５などへの仮接着上、常温て
粘着性を有していることが望ましい。つぎに、ビード形
成材４としての発泡性樹脂シートは、これに含まれる発
泡剤の分解温度以上に加熱したときに発泡する性質を有
するものであつて、このシート上に設けられる前記の補
強樹脂シート３が、ビード形成材４の少なくとも巾方向
における両側でドア外板５などの裏面に密着しうるよう
に、上記シート３より細巾に成形されてなるものである
。このような発泡性樹脂シートは、たとえば、熱硬化性
または熱可塑性の各種ポリマー発泡剤および必要に応じ
て発泡助剤、硬化剤、硬化促進剤、架橋剤、架橋助剤、
充填剤、着色剤、安定剤などを配合し、この配合物をミ
キシングロールなどによつて混練したのち、発泡剤が分
解しない（僅かに分解する程度ならよい）温度条件下で
、常法に準じてシート成形することによりつくることが
できる。

上記に用いる熱硬化性または熱可塑性のポリマーとして
は、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂
の如き熱硬化性樹脂や、ポリエチレン、エチレンー酢酸
ビニル共重合体、接着性ポリオレフィンなどがあり、ま
た、発泡剤としては、補強樹脂シート３の加熱硬化時に
発泡しかつシート成形時に発泡しないものであればよく
、たとえば、アゾ系化合物、ニトロソ系化合物、ヒドラ
ジツド系化合物などがある。

上記の発泡性樹脂シートの厚みは、通常０．２〜５Ｔｎ
１好ましくは０．５〜２７ｍ程度のものであり、また、
加熱ごの発泡倍率が実用上２〜３０ｆ８とされたもので
あることが望ましい。

つぎに、補強材１の硬化工程についてさらに詳述すると
、ドア外板５などに補強材１を、たとえば第２図の如く
密着させ、加熱することにより補強樹脂シート３を軟化
流動させると同時に発泡性樹脂シートを発泡させ、この
発泡完了ごにシート３の硬化を完了させる。

これによつて、第３図に示されるように、発泡による膨
張力でビード状の膨出部３ｂを有する繊維強化樹脂層を
形成する。ノこのとき、補強樹脂シートの一定温度下に
おけるゲル化時間を、同温度での発泡性樹脂シートの発
泡完了時間よりも１〜２吟程度長くなるよう配慮してお
くことが好ましい。加熱手段は、通常の加熱方法、たと
えば熱風循７環式の加熱炉、赤外線加熱炉、高周波誘導
加熱炉などを用いる方法を採用できる。

また、自動車の製造ラインにおける車体の塗料焼付工程
において同時に加熱することも可能である。このような
発泡硬化において、補強樹脂シートフ３は加熱初期の段
階で一旦軟化流動するが、これがビード形成材４の発泡
による膨張力て外側に押し上げられたとき、そのつけ根
部３ｃ近傍で樹脂分が繊維基材２から離脱しドア外板５
などに粘着ないし流下しようとする挙動を示す。

ところが、繊維基材２がシート３の厚み方向の中心から
一面側つまりドア外板面側に偏在されていることから、
この基材２によつて上述の如き粘着、流下による離脱が
抑えられ、この抑制状態で硬化が進むためにつけ根部３
ｃ近傍での薄肉化ないし樹脂の欠落を生じない。したが
つて、硬化完了ごには全体に亘つてほぼ均質厚みの繊維
強化樹脂層が形成されることになり、これに設けられた
前記ビード状の膨出部３ｂとこの内部の発泡層との働ら
きと相俟つて、ドア外板５の補強効果が極めて大となり
、より改善された強度ないし剛性が得られる。

このように、この発明においては、補強樹脂シートとこ
のシートより細巾にされたビード形成材とを用いて補強
材を構成するに当たり、上記の補強樹脂シートとして繊
維基材が厚み方向の中心から偏在されたタイプのものを
使用し、かつこのシートの繊維基材偏在側にビード形成
材を添着させたものてあるから、この補強材の繊維基材
偏在側を装着物に密着させて硬化を行なわせることによ
り、この硬化時に膨出部のつけ根部近傍て薄肉化ないし
樹脂の脱落を生じさせるおそれがなく、より信頼性の高
い補強材を提供することができる。

なお、この発明の補強材は、すでに述べた自動車のドア
外板の如き鋼板に限られることなく、各一種の車輌、電
気冷蔵庫、洗たく機など家電製品のケースなど一般に薄
板とされた金属板に対し、広く適用することができる。
以下に、この発明の実施例を記載してより具体的に説明
する。

なお、以下において部とあるは重！量部を意味するもの
とする。実施例 エピコート＃８２８（油化シェル社製のビスフェノール
Ａ型液状エポキシ樹脂）功部、エピコート＃１００４（
油化シェル社製のビスフェノールＡ型固△形エポキシ樹
脂）加部、バイロン＃５００（東洋紡社製のポリエステ
ル樹脂）４０部、キユアゾール２■−ＡＺＩＮＥ（四国
化成社製のエポキシ樹脂用潜在硬化剤）３部、ジシアン
ジアミド（日本カーバイド社製のエポキシ樹脂潜在硬化
剤）５部、タクルク３（２）、アスベスト粉１部よりな
るエポキシ樹脂組成物を、通常のミキシングロールにて
混練りしたのち、熱ブレスにて０．ｇ１Ｔ１ｍと０．３
順の厚さにシート成形した。

ついで、両シート間にガラス繊維布（日東紡績社製のＷ
Ｅ２ｌＤｌＯ４）を介装し、三者を一体にラミネートす
ることにより、ガラス繊維布が一面側に偏在したエポキ
シ樹脂シートすなわち補強エポキシ樹脂シートを得た。
別に、エチレンー酢酸ビニル共重合体（三井ポリケミカ
ル社製のエバフレツクスＰ−２８０７）１００部、発泡
剤（永和化成社製のＦＥ−９）６部をミキシングロール
にて均一に混練りし、ペレタイザーにてペレット化した
のち、押出成形機にて、押ノ出温度１２０℃の条件でシ
ート成形して、厚さ１７ｒｒＩｎの発泡性樹脂シート（
すなわちビード形成材）を得た。

つぎに、前記の補強エポキシ樹脂シートを５ｃｍ巾に切
断し、そのガラス繊維布偏在側に、１Ｃ１ｎ巾に切断し
た上記の発泡性樹脂シートを貼り合わせて補強材とした
。

この補強材を、ガラス繊維布偏在側、つまり発泡性樹脂
シート側が内側となるように０．７７ｍ厚さの鋼板に圧
着し、しかるのち、１５０℃の雰囲気中で６紛間加熱し
て鋼板面に強力に固着させた。この加熱により、発泡層
と繊維強化樹脂層とこの層に形成された凸状（ビード状
）の膨出部を持つた第３図に示される如き補強層を設け
た。

また、加熱中の膨出部つけ根部付近の樹脂の離脱は少な
く、ガラス繊維布より内側の樹脂が鋼板面に僅かにたれ
落ちないし粘着する程度であり、外観も良好であつた。
このようにして補強した鋼板を試験片として、下記の如
き強度試験を行なつたところ、最大曲げ応力が５０ｋ９
／５０ＴｎＩｎ巾となり、補強措置をなんら施こしてい
ない鋼板単独の最大曲げ応力が８ｋ９／５０順巾であつ
たのに対し非常にすぐれた補強効果が得られていること
が判つた。

〈強度試験法〉 先端間の距離１０Ｗ！ｌで平行に配置させた、先端が曲
率半径５７７１７！の逆Ｕ字型断面を呈する２枚の垂直
平板（巾５０ｍ）を有する支持台で、巾５０Ｗｒ１ｎに
された試験片を水平に支持し、その中央部に上部から曲
率半径１０ｗｎのＵ字型断面を呈する垂直平板（巾５０
ｗｎ）で荷重を加えたときの最大曲け応力（Ｋ９／５０
ｒｍ巾）を測定した。

比較例 実施例で示したエポキシ樹脂組成物を、熱ブレス１．２
ｗｎ厚にシート成形したのち、その一面側にガラス繊維
布（実施例と同じもの）を重ねて一体にラミネートした
。

この補強エポキシ樹脂シートを５ｃｍ巾に切断し、その
ガラス繊維布の反対面側に、１ｃｍ巾に切断した実施例
て示した発泡性樹脂シートを貼り合わせて補強材とした
。この補強材を、発泡性樹脂シートが内側となるように
、０．７ＴｎＩｎ厚さの鋼板に圧着し、しかるのち、１
５０′Ｃの雰囲気中で６０分間加熱することにより、第
３図に示される如き補強層を形成した。

この場合、加熱中に膨出部のつけ根部付近の樹脂の離脱
が目立ち、半分以上の樹脂が鋼板面に粘着ないし流下し
、外観も不良であつた。また、このようにして得られた
補強鋼板の強度試験を前記同様にして行なつたところ、
最大曲げ応力は３５ｋ９／５０順巾程度となり、また、
膨出部つけ根部付近で座屈し、実施例に較べて強度的に
劣つていた。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の補強材の一実施例を示す斜視図、第
２図は補強材の加熱前の装着状態を示す断面図、第３図
は加熱後の状態を示す断面図である。 １・・・・・・補強材、２・・・・・・繊維基材、３・
・・・・・補強樹脂シート、３ａ・・・・・・装着面、
３ｂ・・・・・ゼード状膨出部、４・・・・・・ビード
形成材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 厚み方向の中心から一面側に偏在する繊維基材を持
   つた未硬化ないし半硬化状の熱硬化性補強樹脂シートに
   おける前記繊維基材偏在側に、当該シートより細巾に形
   成されかつ前記シートが硬化する前にシートにビード状
   膨出部を形成するビード形成材を添着させ、前記ビード
   形成材の巾より広く張り出した前記シートの繊維基材偏
   在側の裾部が装着面を形成することを特徴とする補強材
   。 ２ 繊維基材がガラス繊維布である特許請求の範囲第１
   項記載の補強材。