JPS6172529A - 複合材料の製法 - 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】 産業上の利用分野 本発明は車輌、自動車、航空機、スポーツ用品等の分野
において、有用な軽量で強度の大きい複合材料の新規な
製法に関する。

従来技術 上記した車輌等の分野におし・ては軽量で強度の大きい
複合材料の利用が関心事となっており複雑な形状を有す
る材料乞どのように成形するかが問題となっている。

従来、高性能複合材の成形は所望の形状を有する金属製
等の治具を作成し、その上に繊維及び樹脂からなるプリ
プレグを積層し、フィルム製バッグ等で被覆し、フィル
ム製バッグ内を減圧とし、プリプレグを治具に密着させ
ながら外部より加圧すると共に加熱してプリプレグを反
応固化せしめしかる後に治具からプリプレグを剥離した
り、中空のものでは冶具をひき抜いて複合材料成形物を
うる方法が一般的に行われている。

発明が解決しようとしている問題点 上記の従来技術においては、例えば中空の円柱のよ５な
多面抱束体成形物や中心部にふ（らみを持つ形状の成形
物は、成形後に治具を抜き取ることが不可能であった。

この為に成形物に形状の制約をうけるか或いは成形体を
分割して製造ししかるのちに接合する方た 法が採用されているが生産性や接合に伴う信頼性に難点
があった。

本発明は、重量増加を出来るだけ抑えかつ複雑な形状の
複合材料成形品を容易に製造することの出来る方法乞提
供する。

問題点を解決する為の手段 前記した問題点は、成形用治具が高比重であり成形後取
りはずすことが必要である点に根本的原因がある。

本発明者は、成形用治具の代替えとして軽量の発泡体を
使用すれば成形後芯材を取りはずさなくとも重量増加の
少なし・高性能複合材料を得る事が出来る点に着目して
種々の検討を行った結果、フェノール樹脂発泡体な芯材
として使用することにより前記した問題点を解決するこ
とが出来ることを見い出し本発明を完成させた。

即ち本発明は、フェノール樹脂発泡体乞芯材とし、その
表面に繊維及び熱硬化樹脂バインダーか４　　　らなる
プリプレグＺ積層し、フィルム製バッグで被覆し芯材及
びプリプレグ側を減圧とし、フィルム製バッグの外部か
ら空気圧をかけ加熱し、プリプレグを反応固化せしめる
ことン特徴とする複合材料の製法である。

本発明の特徴は、高性能複合材料の芯材としてフェノー
ル樹脂発泡体を使用することが特徴であるが、次にフェ
ノール樹脂発泡体を使用する意義について説明する。

フェノール樹脂発泡体！使用する意義 フェノール樹脂発泡体は、耐熱性に秀れており、１５０
’Ｃ以上の温度条件においても殆んど熱変形を起こさな
い為、通常のプリプレグの硬化条件である１３０〜２０
０℃の温度下でも殆んど変形せず寸法精度の高い高性能
複合材料を成形することが可能である。他の有機発泡体
例えばウレタンフオームやスチレンフオームは上記した
条件下では変形又は溶融し使用することが出来ない。又
軽量の無機発泡体は耐熱性は充分であるが、通常比重が
０．６以上であり本発明の目的にそぐわない。

フェノール樹脂発泡体は、低比重で高い圧縮強度７有し
ており圧縮強度は比重を変えることにより自由に調節可
能であり、従って加圧条件等の複合材製造条件に適した
フェノール樹脂発泡体を選択ｆることか可能であり、複
合材の重量を軽（することが可能である。

又、フェノール樹脂発泡体は、非常に秀れた耐火性を有
しており、直火にさらされても炭化するのみで火炎を拡
大しない。従って成形された複合材を他の部材と接合す
る場合等において近辺で火気を使用しても安全であると
云う長所を有している。

次に本発明の要件について詳しく説明する。

フェノール樹脂発泡体には、フェノールとホルムアルデ
ヒドとをアルカリ触媒下に反応させて得られろレゾール
樹脂に発泡剤、界面活性剤又は整泡剤、硬化剤を添加し
て発泡硬化せしめて得られる発泡体（以後レゾールフオ
ームと記す）と、フェノールとホルムアルデヒドとを酸
触媒下に反応させて得られるノボラック樹脂に発泡剤、
必要に応じて界面活性剤、硬化剤を添加して発泡硬化せ
しめて得られる発泡体（以後ノボラックフオームと記す
）の２種類があるが本発明に使用するフェノール樹脂発
泡体はレゾールフオーム、ノボラックフオームのし・ず
れも使用することが出来る。

またフェノール樹脂発泡体の有する前述した長所、即ち
秀れた耐熱性、低比重で複合材料製造条件を満足する圧
縮強度、耐火性を損うことが無い限りにおいて、他の物
質、例えば尿素樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の
熱硬化樹脂や熱可塑性樹脂、無機フィラー、パーライト
等の中空微粒子等により変性又は上記した物質が添加さ
れたフェノール樹脂発泡体を使用しても良い。

本発明に使用するフェノール樹脂発泡体の密度は４　Ｃ
１〜２００に９／ｍ’、好ましくは５０〜１５０　Ｋ９
／ｃｒｉｌである。密度４０　Ｋｇ／　ｍ’以下のフェ
ノール樹脂発泡体は、圧縮強度が３　Ｋｇ／ｃｒｄ以下
であり通常の成形条件下では変形を起こし精度の高い高
性能複合材が得られない。又２０Ｋｔｉ／ｍ’以上の密
度のものは軽量化と云う本発明の目的にそぐわない。通
常の成形に於ては５〜５０　Ｋｔｉ／ｃｒ！の圧力が加
えられるのでこれらの条件乞満足する為にフェノール樹
脂発泡体の密度は５０〜１５０　Ｋｇ７　ｍ’であるこ
とが好ましい。芯材のフェノール樹脂発泡体の成形は予
かしめ大きなブロック状の発泡体を成形しておき所望の
形状に切削する方法や所望の形状の空隙部を有する型枠
乞製造し、その中にフェノール樹脂発泡体の原料ン入れ
て発泡硬化せしめて成形する方法等の採用が可能である
。

本発明に使用する繊維及び熱硬化樹脂からなるプリプレ
グとしては、従来から公知の各種プリプレグを用いるこ
とか出来る。即ち繊維材料としては例えばカーボンファ
イバー、グラスファイバー、アラミドファイバー、アル
ミナファイバー、ボロンファイバー、炭化硅素ファイバ
ー等の如き高い強度と弾性率を有するファイバーが用い
られ、又熱硬化樹脂としては、例えばエポキシｔＭｆ脂
、イミド樹脂、ポリエステル樹脂、フェノール樹脂等が
必要に応じてその硬化剤又は硬化助剤と併用して用いら
れる。

ｄ　　　プリプレグ中の繊維含有量は通常６０〜７０容
量％であり特に５０〜６５％が好ましい。

上記のプリプレグは、上記繊維材料を一方向に並べたも
の、マント状にしたもの、クロスに編んだもの、更には
多次元に編んだもの等の種々の形状にて用いられ、繊維
間には上記の熱硬化桓１脂が含浸され、これらの熱硬化
耐脂は通常未反応又は部分的反応状態にて存在し、成形
時の加圧および加熱操作により流動賦形されると共に熱
硬化反応が完結される。

上記のプリプレグは、所望の形状のフェノール樹脂発泡
体の芯材上に適宜裁断し所望の枚数ヲ積層する。

而して、積層の際には芯材に巻きつげる形で積層しても
よ（、又成形後の複合材料の強度の方向性暑制御する為
に積層の方向を適宜選択することが出来る。

次に積層されたプリプレグをフィルム製バッグ即ち薄い
フィルムで製造された気密性のある袋でおおい、フィル
ム製バッグ内を減圧にして芯材及・ヱ びプリプレグ間の完気乞抜き、オートクレーブ中より更
に詳しく説明する。

２をフィルム製バッグ６内に挿入した模式図である。図
中の４は空気層７示し５は真空ポンプに連結される排気
口である。

熟 図＼は、上記したフィルム製バッグ内を排気口へ ５を通じて減圧しながら外部より加熱・加圧して硬化せ
しめる工程の模式図である。６は加熱・加圧用オートク
レーブ、７は真空ポンプを示す。フィルム製バッグ内の
空気及び揮発分が直空ポンプ７により排気口５乞通じて
排気されると同時に外部から加圧される為、フィルム製
バッグ、プリプレグ、芯材が密着された状態でプリプレ
グ内の熱硬化樹脂の流動及び硬化が進行し所望の形状の
複合材が得られる。

フィルム製バッグの材質は気体透過性が低く成形時の温
度に耐えかつ成形体表面の曲面に密着しかつ成形後容易
には（離出来れば材料は限定されないが、ポリアミド系
フィルム等が好ましいものとして用いられる。

オートクレーブ中の圧力は通常３〜５０Ｋｒ／ｌｒ！好
ましくは５〜２０　Ｋｐ／ｃ屑で加熱温度はプリプレグ
に用いられる熱硬化樹脂の種類に依存するが通常１３０
〜２００℃、好ましくは１５０〜１８０°Ｃであり、又
加熱時間はポストキュアーも含め１〜１０時間が一般的
である。

このよ５にしてフェノール樹脂発泡体を芯材とし、オー
トクレーブにて積層硬化せしめろ本発明の複合材料の製
法により、複雑形状でかつ軽量、難燃の複合材料を得ろ
ことかできろ。又芯材として使用するフェノール樹脂発
泡体は、切削加工性に秀れている為、成形後芯材を必要
に応じて一部又は全体χブラスト処理やドリル等乞使甲
して取り除いて更に軽量化することも可能である。

以下実施例を示し本発明を具体的に説明する。

実施例 実施例に使用するフェノール樹脂発泡体の製造方法は次
の通りである。フェノール５７６　Ｍ　ｆｒ　部、５７
％ホルマリン３７８重量部、４０％力性ンーグ水溶液１
０重量部を環流冷却器付き反応釜に仕込み８５〜９５°
Ｃで１時間反応させた後、減圧濃縮して不揮発分７５％
、粘度４０ボイズ／２５°Ｃのレゾール鋼脂ビ得た。

このレゾール用脂１００重量部に対して、日本ユニカー
社製、ＮＵ’ＣシリコーンＬ−５３５０（商品名）′？
：１重量部、三井７０ロ天ミカル社製フレオ／１１３（
商品名）を１０〜２重量部、及び６０％硫酸７重量部を
添加して高速攪拌機により充分混合した後、５時間放置
して表１に記したフェノール樹脂発泡体７得た。

表−１ 実施例１ フェノール１剥脂発泡体Ａを直径１０．０ｃｙｘ長さ５
０．０ｔ−Ｉｎの円柱形に切り出し、その外表面に平織
カーボン拳クロスにエポキシ闇脂としてジグリシジルエ
ーテルビスフェノールＡと硬化剤としてジンアンジアミ
ドとを含浸したガラス・クロス含有率５０容量％のプリ
プレグ７４層レイアップした。

このレイアップされた円柱を厚さ５０μの６−ナイロン
フィルムにより製造された袋の中に挿入した後袋内乞真
空ポンプにより５０ｘｘＨ？以下の減圧下に保ちながら
上記した袋を温度１４０℃、圧力３に９／ｃｎｉのオー
トクレーブ中に約３時間放置して芯材と１体化された複
合材？得た。得られた複合材の直径は１１．４ｃ１ｎ、
長さ５１．４０の円柱形であり変形等は認められなかっ
た。

実施例２ フェノール樹脂発泡体Ｂ乞直径１０．０ｃｒｎ、長さ５
０．０口の円柱形に切り出し、その外表面に平織カーボ
ン・クロスにエポキシ樹脂としてテトラグリシジル４．
４′ジアミノジフエニルメタンと硬化剤としてアミノジ
フェニルスルフォンとを含浸した。

カーボン繊維含有量６０容量％のプリプレグ２４層レイ
アップした。このレイアップされた円柱を厚さ５０μの
６−ナイロンフィルムにより製造された袋の中に挿入し
た後袋内乞真空ポンプにより５０ｘｘＨ？以下の減圧下
に保ちながら上記した袋を温度１８０°Ｃ１圧力１０Ｋ
ｇ／ｃｍのオートクレーブ中に５時間放置して芯材と１
体化された複合材を得た。

得られた複合材は変形等の異常は認められず、直径１１
．４ｃＴｎ、長さ５１．４ｃＩｎの円筒形の形状に成形
されていた。

実施例６ フエノール樹脂発泡体Ｃ乞直径１０．０ｃｒｎ、長さ５
０．０ｍの円柱状に切り出し、その外表面に平織カーボ
ン・クロスにビスマレイミド・ジメチレンアニリン付加
物とビスフェノールＡジグリシジルエーテルを主成分と
するマトリックス材ｆ！４Ｖ含浸させたカーボン繊維含
有量６０容量％のプリプレグを６層に積層した。この積
層された円柱を厚さ５０μの６−ナイロンにより製造さ
れた袋の中に挿入した後袋内？真空ポンプにより５０ａ
ｘＨ９以下の減圧下に保ちながら上記した袋７１８０℃
、圧力２０Ｋｑ／ａｄのオートクレーブ中で５時間加熱
した後、成形品を２２０℃で６時間加熱して完全硬化さ
せて、芯材と１体化された複合材を得た。得られた複合
材は変形等の異常は認められず直径１２．１ｃＴｎ、長
さ５２．１側の円柱形であった。

得られた複合材を直径ＩＯ，２１ｃｒｎ、長さ２５．０
ｃｒＩＴの円柱状に切断し、ドリルによって直径９０．
ｃｍ、長さ２５．０ｃｍの円柱状にフェノール樹脂発泡
体を切削して取り除いた。切削による変形等は認められ
ず、複合材の形状は変化しなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、フェノール鋼脂発泡体からなる芯材（左側は
斜投象図、右側はその断面図を示す、以下同様）、第２
図は、上記芯材にプリプレグを積層した模式図、第３図
は、プリプレグが積層されたフェノール樹脂発泡体欠フ
ィルム製パンダに挿入した模式図、および第４図は、上
記したフィルム製バッグ内を真空ポンプにより減圧にし
ながら外部より加熱加圧してプリプレグを硬化せしめる
工程の模式図２表わす。 １・・・・・・フェノール樹脂発泡体芯材、２・・・・
・・プリプレグ、３・・・・・・フィルム製バッグ、４
・・・・・・空気層、５・・・・・・排気口、６・・・
・・・オートクレーブ、７・・・・・　真空ポンプ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. フェノール樹脂発泡体１を芯材とし、その表面に繊維及
   び熱硬化樹脂バインダーからなるプリプレグ２を積層し
   、これをフィルム製バッグ３で被覆し、芯材及びプリプ
   レグ側を減圧とし、フィルム製バッグを外部加圧すると
   共に加熱してプリプレグを反応固化せしめることを特徴
   とする複合材料の製法。