JPS6334809B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は繊維で強化された樹脂発泡体の製造方
法に関し、さらに詳しくは、ポリウレタンフオー
ムやポリエステルフオームの如き樹脂発泡体中
に、無機質又は有機質の繊維が比較的多量に且つ
均一に分散した繊維強化樹脂発泡体の製造方法に
関する。 ポリウレタンフオーム、ポリスチレンフオー
ム、ポリエステルフオーム等の樹脂発泡体は、断
熱性が大きく、軽量で、遮音・吸音性に富んでい
る等の特性に優れ、断熱材、防音材等として広範
に使用されている。しかしながら反面、かかる樹
脂発泡体は概して、機械的強度、寸法安定性、難
燃性等の物性が充分でなく、例えば建築資材にお
ける強力メンバーのように高強度、高寸法安定
性、高難燃性等の優れた物性が要求される分野で
は満足に使用することができないという欠点があ
る。 かかる欠点を改善する１つの方法として、通常
のFRP（繊維強化プラスチツク）と同様に、樹脂
発泡体に、ガラス繊維、炭素繊維、ポリエステル
繊維、ポリアミド繊維、ポリオレフイン繊維等の
補強用繊維を配合し、該樹脂発泡体の圧縮強さ、
曲げ強さなどの機械的強度を向上させ、線膨張係
数を低下させることが考えられる。 ところが、ポリウレタンフオーム、ポリイソシ
アヌレートフオーム、ポリエステルフオームの如
き樹脂発泡体は、通常、少なくとも２成分以上の
発泡体原液を混合し、重合、縮合又は重縮合反応
及びガス生成を行なわせることにより形成される
が、この発泡体原液に対し発泡体の強化に役立つ
だけの充分量の補強用繊維を均一に配合するため
には、非常に大きな技術的困難を伴う。例えば、
発泡体原液に補強用繊維を単に添加すると、その
粘度が著るしく高くなり、各成分の均一な混合が
非常に困難となり、満足できる発泡体を得ること
は実際上不可能となる。また、補強用繊維の添加
量を減らし、上記の如き物性の向上効果を犠性に
したとしても、繊維を含有する液状成分を緊密に
混合することはかなり困難で、均一な分散を達成
するためには繊維長を極端に短かくする必要があ
るが、それでは補強用繊維の添加という本来の目
的が達成できない。 樹脂発泡体中に補強用繊維を混入する際の上記
の如き技術的困難を回避するため、従来、例え
ば、特公昭47−8386号公報では、長さ10mm以上の
繊維フイラメントを空気流で吹き飛ばし、ランダ
ムウエツブを形成するまでの間に、ウレタン発泡
原液を噴射せしめて繊維フイラメントに対してウ
レタン発泡原液を実質的に均一に施与した後、該
ウレタン発泡原液を発泡膨張させることにより、
ウレタンフオーム中に繊維を均一に分布させるこ
とを提案している。しかしながら、この特公昭47
−8386号公報に記載の方法によつて得られる繊維
―ウレタンフオーム複合体は、気泡が不均一で粗
大な気泡を含有しやすく、繊維がフオーム中に偏
在する傾向があり、表面が平滑で均一な厚さの製
品が得られない等の欠点を有し、しかも該方法は
繁雑な設備を必要とする上に、連続長繊維状の繊
維をウレタンフオームに配合する場合には適用す
ることができないという欠点もある。 また、特公昭48−30137号公報には、多数の長
繊維を平行に取揃えて連続的に進行させ、これに
樹脂発泡体原液を含浸し、かくして得られた原液
含浸繊維束が進行する先に、成形用筒状体を設置
し、該繊維束が該筒状体内を、上記原液のクリー
ムタイムから発泡を完了するまでの間滞留するよ
うな速度で進行させることにより、繊維補強発泡
樹脂成形体を連続的に製造する方法が開示されて
いる。しかし、この方法によつて製造される樹脂
発泡体は一軸方向にのみ強化され、繊維による発
泡体の強化機能は著るしく限定され、用途も制限
される。さらにこの方法では、連続状長繊維の束
を連続的に供給し、膨脹しつつある原液含浸繊維
束を成形用筒体内に連続的に通すための特殊で複
雑な装置を必要とし、経済的に極めて不利であ
る。 そこで、本発明者らは、補強用繊維が均一に充
分量分散しており、繊維で高度に強化された樹脂
発泡体を、極めて簡単な方法で製造する方法を提
供することを目的として鋭意研究を行なつた。 その結果、上記の目的は、嵩高な繊維集合体
を、その空隙体積が含浸すべき樹脂発泡体原液の
体積と実質的に等しくなるまで圧縮し、該圧縮さ
れた繊維集合体の空隙を該樹脂発泡体原液で実質
的に完全に満たし、次いで、該樹脂発泡体原液を
含浸した繊維集合体を加圧下にその自由発泡速度
より小さい速度で発泡させ且つ硬化させることを
特徴とする繊維強化樹脂発泡体の製造方法により
達成されることを見い出し、本発明を完成するに
至つた。 以下本発明の方法をさらに詳細に説明する。 本発明の方法の第１段階は、嵩高な繊維集合体
を、その空隙体積が含浸すべき樹脂発泡体原液の
体積と実質的に等しくなるまで圧縮し、該圧縮さ
れた繊維集合体の空隙を該樹脂発泡体原液で実質
的に完全に満たすことから成る。 この第１段階で使用する「嵩高な繊維集合体」
は、連続長繊維、短繊維、紡績糸又はこれらの混
合物から成ることができ、これら繊維又は糸は単
にゆるく交絡しているだでよく、或いは含浸され
た樹脂発泡体原液の発泡を実質的にさまたげるこ
とがない程度に且つ相対位置が容易に変りうる状
態で粗に接着又は交編織されていることができ
る。 かかる繊維集合体を構成する繊維は特に制限さ
れるものではなく、広い範囲から選ぶことがで
き、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アスベスト
繊維、金属繊維、セラミツク繊維等の無機質繊
維；綿、麻、しゆろ、ヤシ、竹、絹、羊毛等の天
然の有機質繊維；レーヨン、ポリエステル、ポリ
アミド、ポリアクリル、ポリオレフイン、ビニロ
ン、塩化ビニル、塩化ビニリデン、テフロン等の
再成又は合成の有機質繊維等が包含され、これら
繊維はそれぞれ単独で又は２種以上混合して使用
することができる。 かかる繊維は一般に含浸すべき樹脂発泡体原液
に対して親和性の良好なものが好ましく、繊維長
としては少なくとも２mm以上、好ましくは５mm以
上のものが適しており、また、繊維の太さとして
は通常１〜10000デニール、好ましくは10〜2000
デニール程度のものが好適である。 また、上記繊維集合体の形態は厳密に制約され
るものではなく種々の形態をとり得ることがで
き、例えば、綿状、フリース状又は不織布状等の
如く単に繊維が集合、交絡した形態；不織シー
ト、不織ウエブ、ネツト状物、目の粗い編織布等
を複数枚重ね合せた形態などが挙げられる。 該繊維集合体は充分な嵩高性を有していること
が望ましく、一般には少なくとも0.5、好ましく
は0.7以上、さらに好ましくは0.9以上の空隙率を
有するのが有利である。ここで、「空隙率」とは
問題としている繊維集合体の全見掛体積に占める
該繊維集合体中の外部と通じている空間の体積の
割合をいい、下記式によつて算出することができ
る値をいう。 空隙率＝繊維集合体中の外部と通じている空間の体
積／繊維集合体の全見掛体積 本発明に従えば、上記の嵩高な繊維集合体を圧
縮し且つ該繊維集合体に樹脂発泡体原液を含浸し
て、圧縮された状態の該繊維集合体の空隙が該樹
脂発泡体原液で実質的に完全に満たされるように
する。 該繊維集合体の圧縮の程度は、原料の繊維集合
体を構成する繊維の密度、含浸すべき樹脂発泡体
原液の密度、最終の繊維強化樹脂発泡体に要求さ
れる強化繊維の含有率等によつて異なるが、いず
れにしても、該繊維集合体の空隙体積が含浸すべ
き樹脂発泡体原液の体積と実質的に等しくなるま
で圧縮することが必要である。 含浸しうる樹脂発泡体原液としては、始めは液
状であつて、徐々に自発的に反応し且つ発泡して
硬化した樹脂発泡体を形成するものが包含され、
例えば、ポリエステル樹脂発泡体生成用のプレポ
リマー；ポリウレタン樹脂発泡体生成用のポリイ
ソシアネート成分とポリオール成分及び触媒、発
泡剤等の助成分との混合液；ポリイソシアヌレー
ト樹脂発泡体生成用のポリイソシアネート成分と
触媒、発泡剤等の助成分及び必要に応じて、ポリ
オールやエポキシ等の変性剤成分との混合液等が
挙げられ、中でも、ポリウレタン樹脂発泡体原液
及びポリイソシアヌレート樹脂発泡体原液は、泡
化膨脹の速度、膨脹倍率等を広範囲に自由に変え
ることができ、また、繊維集合体への含浸に適し
た粘度範囲の組成のものが容易に得られるので、
本発明の目的に好適であり、本発明の方法は繊維
で強化された硬質ポリウレタンフオーム及び硬質
ポリイソシアヌレートフオームの製造に特に適し
ている。 かかる樹脂発泡体原液の調製はそれ自体周知の
方法で行なうことができ、例えば岩田敬治著「ポ
リウレタン樹脂」（日刊工業新聞社発行）、ブリジ
ストンタイヤ（株）技術本部及び日本トレーデイ
ング（株）企画部共編「ポリウレタン」（槙書店
発行）等の文献に記載されている常法に従つて行
なうことができるが、本発明において好適なポリ
ウレタン樹脂発泡体原液及びポリイソシアヌレー
ト樹脂発泡体原液の組成及び調製法につき、以下
さらに具体的に説明する。 (1) ポリウレタン樹脂発泡体原液 ポリイソシアネート成分とポリオール成分に
更に発泡剤及びウレタン化触媒を必須成分とし
て混合することにより調製される。該ポリイソ
シアネート成分としては、ポリウレタンの製造
に際して通常使用されるポリイソシアネート化
合物はいずれも使用することができ、例えば、
脂肪族系、芳香族系又は芳香族置換脂肪族系の
ポリイソシアネート化合物が包含され、具体的
には、４，4′―ジフエニルメタンジイソシアネ
ート及びそのアルキル同族体、２，４―又は
２，６―トルイレンジイソシアネート及びその
異性体混合物、１，５―ナフチレンジイソシア
ネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、デ
カメチレンジイソシアネート、ｍ―キシリレン
ジイソシアネート、など；或いは１分子あたり
３個以上のイソシアネート基を含有する同族体
を含む粗トルイレンポリイソシアネート及び粗
ジフエニルメタンジイソシアネート等を例示す
ることができる。さらに、上記した如きポリイ
ソシアネート化合物の過剰量をポリヒドロキシ
化合物と反応させることによつて得られる活性
なイソシアネート基を有するプレポリマー；或
いはかかるプレポリマーを上記ポリイソシアネ
ート化合物と混合することにより得られるセミ
プレポリマーを使用することもできる。 一方、ポリオール成分もまた、ポリウレタン
の製造に際して通常使用されるポリオール化合
物はいずれも使用可能であり、例えば水酸基を
２個以上有する主として線状又は分岐鎖状のポ
リエーテルポリオール、ポリエステルポリオー
ル、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタ
ールポリオール及びこれらの混合物より成る一
般に水酸基当量が100〜3000の範囲内で、１分
子中に存在する水酸基数が２〜８個の範囲内の
ものが適している。周知のように、かかるポリ
オール化合物中官能基数の低いものは軟質系の
ポリウレタンフオームを与え、一方官能基数の
高いものは硬質系のポリウレタンフオームを与
える。また、ポリオール成分として、上記以外
に、ビニル化合物やジエン化合物（例：ポリス
チレン、ポリアクリルニトリル、ポリ塩化ビニ
ル、ポリブタジエン）の末端に水酸基が置換さ
れたもの、並びにエチレングリコール、プロピ
レングリコール、ブタンジオール、グリセリン
等の一般に架橋剤と呼ばれている低分子量ポリ
オールも使用できる。 以上に述べたポリイソシアネート成分とポリ
オール成分に発泡剤とウレタン化触媒を加えて
単に混合することによりポリウレタンフオーム
原液を調製することができる。この混合は例え
ば容器に計量した各成分を撹拌棒により手又は
電動モーター等のような動力を用いて混合する
ことができ、更には、通常、発泡機と呼ばれる
原液の計量及び混合が機械化されている装置等
を用いて行なうこともできる。この混合時にお
けるポリイソシアネート成分とポリオール成分
との混合割合は一般に、ポリイソシアネート成
分が混合原液中に存在するポリオール成分及び
必要に応じて混入せしめるその他の活性水素化
合物の活性水素原子の総量に対して少なくとも
化学量論的に必要な量存在するような割合とす
ることができる。 該ポリウレタンフオーム原液に用いる発泡剤
としては、例えば水、低沸点炭化水素（例：ブ
タン、ペンタン、ヘキサンなど）、低沸点ハロ
ゲン化炭化水素（例：メチレンクロライド、モ
ノクロロジフルオロメタン、トリクロロモノフ
ルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、ジ
クロルテトラフルオロエタン、トリクロロトリ
フルオロエタンなど）等が単独で又は組合せて
使用され、また、触媒としては、例えばトリエ
チレンジアミン、トリエチルアミン、ジメチル
エタノールアミン、ジメチルシクロヘキシルア
ミン、テトラメチルエチレンジアミン、ジメチ
ルベンジルアミン、モルホリン等の第三級アミ
ン類；第一錫ジラウレートの如き錫化合物が使
用される。 さらに、ポリウレタンフオーム原液中には、
通常のごとく、必要に応じて、架橋剤、界面活
性剤、難燃剤、その他の添加剤を含ませること
ができる。架橋剤としては例えば、エチレング
リコール、プロピレングリコール、プロパンジ
オール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、
ジプロピレングリコール、グリセリン等が挙げ
られ、界面活性剤には、ポリジメチルシロキサ
ンとアルキレンオキシドとのブロツク共重合体
が主として使われ、これにはSH―193（トーレ
シリコン社）、Ｌ―5420（日本ユニカー社）、
YF3063（東芝シリコン社）、Ｆ―305（信越化学）
等が挙げられる。これらの各成分は通常使用さ
れている量で用いることができ、原液の重量を
基準にして、例えば発泡剤は約1.0〜40重量％
の範囲で、触媒は約0.1〜約５重量％の範囲で、
架橋剤は約0.1〜約10重量％の範囲で、そして
界面活性剤は約0.5〜約2.0重量％の範囲で使用
できる。 さらに必要に応じて、ポリウレタンフオーム
原液には、他の添加剤として、例えば難燃剤
〔例：ハロゲン化燐酸エステル、ハロゲン化パ
ラフイン、三塩化アンチモン、など〕、酸化防
止剤〔例：UOP―38、UOP―288（日本揮発油
社製）〕、紫外線吸収剤〔例：イルガノツクス
1010（ガイギー社製）〕、顔料〔例：カーボンブ
ラツク、ポリトンブルー、ポリトングリーン
（大日本インキ社製）〕、更に原液の繊維層への
浸透性を妨げない程度に充填剤〔例：木粉、ガ
ラス粉末、ガラスマイクロバルーン、グラフア
イト、水和アルミナ〕等を含ませるようにして
もよい。 (2) ポリイソシアヌレート樹脂発泡体原液 ポリイソシアヌレート樹脂発泡体原液は、組
成的には、前記ポリウレタンフオーム原液から
ポリオール成分を省略し、その代りに必須成分
としてイソシアネートの三量化触媒を導入した
ものであり、主としてイソシアヌレート結合を
形成することによつて硬化するタイプの樹脂原
液である。 かくして、用いうる三量化触媒としては、例
えば、脂肪族カルボン酸のアルカリ金属塩
（例：オクタン酸カリウム）、芳香族カルボン酸
のアルカリ金属塩（例：安息香酸カリウム）、
有機強塩基〔例：２，４，６―トリス―（ジメ
チルアミノメチル）フエノール、２，４，６―
トリス―（ジエチルアミノメチル）フエノー
ル、Ｎ，N′，N″―トリス―（ジメチルアミノ
プロピル）―sym―ヘキサヒドロトリアジン、
ペンジルトリメチルアンモニウムオキシド、ナ
トリウムメトキシド〕などが挙げられるが、こ
れらに限られるものではなく他の通常の三量化
触媒も使用可能である。これら三量化触媒の使
用量はせまい範囲に制限されるものではない
が、一般に該原液の重量を基準にして、約0.1
〜約10重量％の範囲内が好適である。 また、該ポリイソシアヌレートフオーム原液
には、必要に応じて、ポリオール化合物又はエ
ポキシ化合物を添加し、ウレタン結合を生ぜし
めることにより、生ずるポリイソシアヌレート
フオームの脆さを改善することが可能である。
このような目的に使用し得るポリオール化合物
としては例えば、グリセリンにプロピレンオキ
シド及び必要によりエチレンオキシドを一部付
加させ末端に第二級もしくは第一級水酸基をも
たせた水酸基当量が100〜2000の３官能性ポリ
エーテルポリオール、主として蔗糖にプロピレ
ンオキシドを付加させた水酸基当量が100〜150
のポリエーテルポリオール、主としてソルビト
ールにプロピレンオキシドを付加させた水酸基
当量が100〜150のポリエーテルポリオール、脂
肪族又は及び芳香族アミン化合物にプロピレン
オキシドを付加させた３〜８官能性で水酸基当
量が70〜1000のポリエーテルポリオール等が挙
げられ、またエポキシ化合物には、例えばビス
フエノールＡのエピクロルヒドリン付加物等が
挙げられる。これらポリオール化合物又はエポ
キシ化合物の配合量は、使用するポリイソシア
ネートの当量に対して５〜30％当量の割合で用
いるのが好ましいが、しかしこの範囲に限定さ
れるものではない。 以上に述べたポリウレタン及びポリイソシアヌ
レート樹脂発泡体原液は、前記した原液各成分の
混合により、反応成分の種類にもよるが、一般に
常温で既に硬化反応が徐々に進行する。 実質的な反応が生起するまでの時間は、原液成
分の種類や周囲温度等に応じてかなり異なり、一
概にいうことはできないが、大体常温で30秒〜５
分であることが好ましい。 上記の如き樹脂発泡体原液は、前記嵩高な繊維
集合体の圧縮の前又は後のいずれかの段階に、該
繊維集合体中に含浸せしめられる。要するに、圧
縮された状態の繊維集合体の空隙が樹脂発泡体原
液でほぼ完全に満たされていればよい。この含浸
はそれ自体公知の種類の方法によつて行なうこと
ができ、例えば、圧縮前の繊維集合体に樹脂発泡
体原液を添加し、次いで所望の圧縮度まで圧縮す
る方法；嵩高な繊維集合体を適当な型内で圧縮
し、しかる後樹脂発泡体原液を圧入する方法；嵩
高な繊維集合体を閉じた型内で圧縮し、該型内を
減圧に保持しつつ樹脂発泡体原液を注入する方法
等を用いて行なうことができる。その際に重要な
ことは、圧縮された状態の繊維集合体中に存在す
る空隙の実質的にすべてが樹脂発泡体原液で置換
され、圧縮された繊維集合体中に樹脂発泡体原液
で満たされていない空間が実質的に残存しないよ
うにすることである。ここで「実質的に」なる語
は、最終の樹脂発泡体に対して実用上問題となら
ない程度で、未置換の空隙が残存することを許容
しうる意味で用いるものであり、通常、圧縮され
た繊維集合体の空隙の全体積の20％以下、好まし
くは10％以下が樹脂発泡体原液で満たされていな
くても実際上支障はない。 なお、用いた繊維集合体が樹脂発泡体原液に対
する濡れが悪い場合には、該繊維集合体を予め樹
脂発泡体原液との親和性を高めるための予備処
理、例えば界面活性剤による処理、乾燥処理、繊
維によつては溶剤による脱脂処理等に付すること
ができる。 また、上記の樹脂発泡体原液は、圧縮された繊
維集合体中に存在する空隙（空間）が該樹脂発泡
体原液で実質的に完全に満たされるまでは流動性
を保持していることが必要であるが、繊維集合体
の含浸はごく短時間に行なうことができるので、
通常使用されている樹脂発泡体原液を使用する限
り殆んど問題がない。 前述したように、繊維集合体の圧縮の程度は、
原料の繊維集合体を構成する繊維の密度、含浸す
べき樹脂発泡体原液の密度、最終の繊維強化樹脂
発泡体の繊維含有率等に依存するが、これらの特
性から、当業者であれば、必要とされる繊維集合
体の圧縮の程度は容易に決定することができる。
例えば、原料の繊維集合体を構成する繊維の密度
をdg、含浸すべき樹脂発泡体原液の密度をdl、そ
して最終製品である繊維強化樹脂発泡体に望まれ
る繊維含有率（重量分率）をrgとすれば、該繊維
集合体の圧縮後の空隙率vgは下記式(2)で表わす
ことができる。すなわち、 rg＝（１−vg）dg／vgdl＋（１−vg）dg …(1) であるから、 vg＝（１−rg）dg／（１−rg）dg＋rgdl …(2) そこで、一例として、密度dgが2.5ｇ/cm³のガラ
ス繊維からなる繊維集合体及び密度dlが1.2ｇ/cm³
のポリウレタン樹脂発泡体原液を用いた場合を例
にとつて、これら数値を式(1)に代入すると、 rg＝2.5（１−vg）／1.2vg＋2.5（１−vg）＝2.5（１−
vg）／2.5−1.3vg…(3) となり、これを変形すると、 （rg−2.5／1.3）（vg−2.5／1.3）＝３／1.3² …(4) となる。この式(4)をvgを縦軸とし、rgを横軸と
する直交座標上に作図すれば、その軌跡は添付の
第１図に示すような双曲線の一部となる。 従つて今、最終製品としてガラス繊維含有率rg
が0.4の繊維強化樹脂発泡体を製造しようとして
いるとすれば、第１図から、原料の繊維集合体は
空隙率（vg）が0.76になるまで圧縮しなければな
らないことがわかる。 従つて上記具体例においては、繊維集合体とし
て空隙率が0.76より大きいものを選び、その繊維
集合体を空隙率が0.76になるまで圧縮すればよ
い。他方、原料として空隙率がちようど0.76の繊
維集合体を用いる場合には、圧縮することなく、
そのまま樹脂発泡体原液を含浸すればよいことに
なる。しかし反対に、空隙率が0.76より小さい繊
維集合体は上記具体例の場合には使用することが
できない。 なお、本明細書においては、「嵩高な繊維集合
体を、その空隙体積が含浸すべき樹脂発泡体原液
の体積と実質的に等しくなるまで圧縮する」とい
う表現には、原料の、嵩高な繊維集合体の空隙率
と圧縮後の繊維集合体に望まれる空隙率とがちよ
うど一致し、特に圧縮操作を必要としないような
例外的な場合をも包含する意味で使用することを
了解されたい。 本発明の方法において使用する嵩高な繊維集合
体の空隙率は特に制限されるものではなく、圧縮
後の空隙率と同じかまたはそれ以上の空隙率をも
つものであれば、任意のものを使用することがで
きるが、圧縮された段階で空隙率が一般に0.5〜
0.9、好ましくは0.6〜0.8になるようなものが適し
ている。 上記の如く樹脂発泡体原液を含浸した繊維集合
体は、本発明の第２段階において、加圧下にその
自由発泡速度より小さい速度で泡化膨脹及び硬化
せしめられる。ここで「自由発泡速度」とは、常
圧下で大きな開口部を有する容器もしくは袋の中
で自由に発泡させる場合のように、泡化膨脹中の
樹脂に外圧が殆んどかからない状態で膨脹させた
時の発泡速度をいい、本発明においては、この自
由発泡速度より発泡速度が小さくなるように負荷
をかけながら、上記含浸した繊維集合体を泡化膨
脹させる。これにより、含浸された樹脂発泡体原
液の泡化膨脹に伴なつて圧縮された繊維集合体も
一緒に膨脹し、樹脂発泡体内に強化繊維が均一に
分散した発泡体製品が得られる。 樹脂発泡体原液の泡化膨脹及び硬化は通常常温
において行なうことができ、或いは必要に応じて
加熱しながら行なつてもよいが、泡化膨脹及び硬
化それ自体は通常の方法で行なうことができ、何
ら特別に考慮を払う必要はない。 この泡化膨脹及び硬化時において含浸された繊
維集合体にかける圧力は、用いる繊維集合体及
び／又は樹脂発泡体の種類や最終製品に望まれる
発泡倍率等により異なるが、一般には、繊維集合
体の弾性回復力より大きく且つ樹脂発泡体原液の
膨脹力より小さい範囲で広範に変えることがで
き、これにより最終製品の発泡体の密度及び／又
は発泡倍率を制御することが可能となる。特に本
発明において、弾性回復力が小さい繊維集合体を
用いて比較的低密度の複合体を得たい場合には、
10ｇ/cm²程度のわずかな圧力で充分であり、逆に、
弾性回復力が大きい繊維集合体を用いたり又は自
由発泡倍率の大きい樹脂原液を用いて高密度の複
合体を得たい場合には、２〜３Kg/cm²程度の圧力
をかけなければならない場合もあるが、いずれに
しろ作業性面からは圧力が低い方が好ましく、通
常目的にあつた発泡倍率の樹脂原液を選ぶことに
より0.5Kg/cm²以下に抑えることが好ましい。 また、該含浸された繊維集合体にかける圧力
は、泡化膨脹の間一定に保持してもよく、或いは
膨脹速度がほぼ一定になるように圧力を調節して
もよい。 樹脂発泡体原液が含浸された繊維集合体の泡化
膨脹は、該樹脂発泡体原液成分のガス発生の停
止、温度上昇の停止等によつて終了するが、最終
製品に望まれる密度や発泡倍率によつて予め設定
した膨脹率で膨脹をとめたい場合には、泡化膨脹
を機械的に拘束することにより停止させるように
してもよい。これによつて寸法精度の高い発泡体
製品を得ることができる。 このように泡化膨脹した樹脂発泡体は、次いで
必要に応じて、常温又は加温下に熟成して硬化を
完了せしめることができる。 かくして繊維で効果的に強化された樹脂発泡体
製品を得ることができる。本発明の方法に従え
ば、樹脂発泡体製品の密度は、樹脂発泡体原液の
発泡倍率及び繊維集合体の全発泡倍率を適当に調
節することにより、所望に応じて自由に変えるこ
とができる。 例えば、樹脂発泡体原液の発泡倍率をEfとし、
最終製品の繊維強化樹脂発泡体の見掛密度をdtと
することにより、最終製品の全発泡倍率Etは下
記式(5)で表わされる。 なお、発泡倍率Ef及び全発泡倍率Etは次の意
味を有する。 Ef＝発泡後の樹脂のみの見掛体積／樹脂原液の体積 Et＝繊維強化樹脂発泡体の体積／発泡前の圧縮時の樹
脂発泡体原液と繊維集合体との合計の体積 Et＝vgdl＋（１−vg）dg／dt …(5) 式(5)に前記式(2)を代入すると、 Et＝dgdl／dt｛（１−rg）dg＋rgdl｝ …(6) となる。また、 Et＝vg・Ef＋（１−vg） …(7) であるから、この式(7)に前記式(2)を代入すると、 Ef＝Et＋（Et−１）rg・dl／（１−rg）dg …(8) が導かれる。 そこで、前述の具体例におけるように、密度
dgが2.5ｇ/cm³のガラス繊維からなる繊維集合体及
び密度dlが1.2ｇ/cm³のポリウレタン樹脂発泡体を
用いた場合を例にとつて、これら数値を上記式(6)
に代入すると、 Et＝2.5×1.2／dt｛2.5（１−rg）＋1.2rg｝ ＝３／dt（2.5−1.3rg） …(9) となり、Etとrgの関係は添付の第２図に示すよ
うな双曲線の一部として図示できる。 さらに、式(8)に上記数値を代入すると、 Ef＝Et＋1.2（Et−１）rg／2.5（１−rg） ＝Et＋（Et−１）1.2rg／2.5（１−rg）…(10) となり、EfとEtとの関係は添付の第３図に示す
ような直線で表わすことができる。 かくして、ガラス繊維含有率（rg）が0.4で且
つ見掛密度（dt）が0.3ｇ/cm³のガラス繊維強化ポ
リウレタン樹脂発泡体を所望とする場合には、前
述したように、第１図より、ガラス繊維からなる
繊維集合体は空隙率が0.76になるまで圧縮しなけ
ればならず、また、第２図より、最終発泡体製品
の密度を0.3ｇ/cm³にするためには、最終発泡体製
品の全発泡倍率が5.0倍となるように、前記の泡
化膨脹を調節する必要があり、そのためには第３
図より、ポリウレタン樹脂発泡体原液として少く
とも自由発泡倍率が6.3倍以上のものを使用しな
ければならない。 一般に、樹脂発泡体原液の発泡倍率は約３〜約
20の範囲で変えることができるから、得られる繊
維強化樹脂発泡体の全発泡倍率は約２〜約15の範
囲とすることができ、それによつて見掛密度が大
体0.08〜0.8ｇ/cm³の範囲内にある繊維強化樹脂発
泡体が得られる。 また、本発明の方法によれば、繊維含有率の非
常に少ない繊維強化樹脂発泡体から繊維含有率の
非常に多い繊維強化樹脂発泡体に至るまで、所望
に応じて自由に製造することができるが、一般に
用いた樹脂発泡体原液の重量を基準にして約20〜
約200重量％、好ましくは約40〜約100重量％の繊
維含有率を有するものが好適に提案される。 次に本発明の方法を添付図面の第４図及び第５
図に示した実施態様にもとずいてさらに説明す
る。 第４図は本発明の方法をバツチ式に実施する場
合の一態様を図示したもので、先ず第４図Ａに示
すように、適当な凹型１を用意し、その中に補強
用の繊維集合体２を均一に分散するようにならし
て入れる。次いで第４図Ｂに示すように、繊維集
合体２の表面上に、所定量の樹脂発泡体原液３を
できるだけ一様に拡散するようにふりかけ、直ち
に型１の開合部にちようど嵌合する蓋４をはめ込
み、蓋４に負荷Ｐをかけて、繊維集合体２の空隙
体積が添加した樹脂発泡体原液３の体積とほぼ同
じになるまで圧縮し〔第４図Ｃ〕、繊維集合体２
の空隙が樹脂発泡体原液でほぼ完全に満たされる
ようにする。次いで負荷Ｐを減らすと、樹脂発泡
体原液の泡化膨脹が開始し、それに伴つて繊維集
合体も一緒に膨脹する。所定の全発泡倍率に達し
たら膨脹を停止させ〔第４図Ｄ〕、その状態で硬
化熟成する。 別法として、第４図Ａのように凹型１の底に繊
維集合体２を均一に分散するようにならして入
れ、次いで型１に蓋４をはめ込み、蓋４を加圧Ｐ
して繊維集合体２を所定の空隙率になるまで圧縮
する〔第４図B′〕。しかる後凹型１の底に設けた
孔より樹脂発泡体原液３を圧入し、繊維集合体２
の空隙を実質的に完全に満たし〔第４図C′〕、加
圧Ｐを弱めて、樹脂発泡体原液３の泡化膨脹を行
わせ、次いで硬化熟成する〔第４図Ｄ〕。 これにより、補強用繊維が発泡体中に均一に分
散した繊維強化樹脂発泡体が得られる。 第５図は本発明の方法を連続的に行なう場合の
一態様を図示したものであり、ベルトコンベア１
０上にまず樹脂発泡体の下表面となりうるシート
１１をロール１２から供給し、次いでシート１１
上に繊維移送管１３より繊維を排出し繊維集合体
１４の層を形成させ、さらに樹脂発泡体原液ノズ
ル１５より繊維集合体１４の層上に樹脂発泡体原
液１６をふりかける。しかる後、樹脂発泡体の上
表面となりうるシート１７をロール１８から供給
して繊維集合体１４の層をサンドウイツチ状には
さむようにし、さらに圧縮ローラ１９によつて、
樹脂発泡体原液１６がふりかけられた繊維集合体
１４の層を圧縮して、該ふりかけられた樹脂発泡
体原液が繊維集合体の空隙をほぼ完全に過不足な
く満たすようにする。次いで樹脂発泡体原液が含
浸された繊維集合体はベルトコンベア１０と上部
コンベア２０との間に通されそこで所定厚になる
まで泡化膨脹し硬化し、でき上つた繊維強化樹脂
発泡体２１はカツター２２で所定の長さにカツト
される。これにより、繊維強化樹脂発泡体を連続
的に製造することができる。 本発明の方法により得られる発泡体の少なくと
も一面には、適当な表面材を貼着することがで
き、前述のバツチ式では型内に表面材を予め入れ
ておくことにより表面材を提供することができ、
また上記連続式ではシート１１及び１７が表面材
となる。表面材としては、セルロース紙、グラス
ペーパー、金属板、プラスチツクフイルム等任意
のものが使用でき、これによつて繊維強化樹脂発
泡体の美観を高め、また、サンドウイツチ構造効
果によりさらに強度が向上した製品を得ることが
できる。 以上述べたとおり、本発明の方法によれば、繊
維で強化された樹脂発泡体製品を極めて簡単に得
ることができ、しかも繊維の含有率も少ないもの
から非常に多いものまで自由に変えることがで
き、産業上極めて有利である。 しかも、本発明の方法により得られた樹脂発泡
体は、補強用繊維が該発泡体内に均一に分散して
おり、非常に高い機械強度を有し、且つ熱伝導率
及び比重が小く、しかも寸法安定性にも非常に優
れている。 しかして、本発明の方法により得られる繊維強
化樹脂発泡体は、機械的強度、断熱性、軽量性を
要求される分野における強度部材として非常に高
い価値を有するものである。 次に実施例を掲げて本発明をさらに説明する。 実施例 １ 本実施例は第４図に示すバツチ式態様で繊維強
化樹脂発泡体を製造する場合の具体例である。 内面積200×200mm、深さ50mmの凹型の金属製金
型内の底に先ず厚さ0.15mm、秤量35ｇ/m²、大き
さ200×200mmのガラス繊維サーフエスマツト（日
本バイリーン製；ガラス不織布EP―4025）を一
枚置き、その上に厚さ２mm、秤量450ｇ/m²、大き
さ200×200mmのガラス長繊維ストランドマツト
（旭フアイバーグラス製；グラスロン・コンテイ
ニユアスストランドマツトＭ―8600―450）を８
層重ねて置いた。次いで、この繊維マツト層上
に、下記組成のＡ、B2液を混合して得た下記性
状のポリウレタンフオーム原液220ｇを素早く注
ぎ込み、その上に前記と同じガラス長繊維サーフ
エスマツトを一枚重ねて、凹型にちようど嵌合す
る大きさで且つ重さが５Kgの金属製プレートを置
き、第４図Ｃに示す如くプレスにて金属プレート
全面に２トン（５Kg/cm²）の圧力を加えて内容物
を圧縮した。 組成 重量部 ＜Ａ液＞ ポリオール（三洋化成製；HR―450P）
30.7 〃 ポリオール（旭電化製；クワドロール）
5.0 〃 トリエチレンジアミン 0.06 〃 水 0.2 〃 整泡剤（トーレシリコンSH―193） 1.0 〃 フレオン―11 10.0 〃 ＜Ｂ液＞ クルードジフエニルメタンジイソシアネート
（住友バイエルウレタン製；44V―20）
53.0 〃 ポリウレタンフオーム原液の反応速度及び発
泡倍率（20℃） クリームタイム：50秒 ライズタイム：４分 原液比重：1.2ｇ/cm³ 自由発泡倍率：30倍 原液を注いでから圧縮終了までに要した時間は
約15秒であつた。この圧縮によりポリウレタンフ
オーム原液は繊維マツト層中に浸透し同時に型内
の空気は嵌合部の隙間から押し出され、最終的に
繊維マツト層の厚さは5.2mmとなつた。次いで直
ちにプレスを開放し金属プレートにかけた圧力を
除去して、繊維マツト層を金属プレートの荷重の
みの圧力（12.5ｇ/cm²）下に保持すると、繊維マ
ツト層は金属プレートを持ち上げつつ徐々に泡化
膨脹した。膨脹を開始してから約30秒後に厚さが
25mmに達した。 ここで金属プレートを固定し、室温のまま30分
間放置した。30分後に型内から繊維強化ポリウレ
タンフオームを取出した。このものは均一な外観
を有し、かつ内部にはガラス繊維が均一に分散さ
れており、空孔等の欠陥は全く認められなかつ
た。寸法は200×200×25mmで、総重量は353ｇで
あつた。使用したガラス繊維の総重量は145ｇで
あつたので、ポリウレタンフオームの重量は208
ｇであることが分る。ポリウレタンフオーム原液
の注入量220ｇとの差は、金属プレートの嵌合部
からパリとなつてロスになつた分に相当すると思
われる。 従つて、製品のガラス繊維含有率は41.1％であ
る。第３図より、ガラス繊維含有率が0.41で密度
が0.35ｇ/cm³の場合、前述したように全発泡倍率
が4.9倍であれば、発泡前の圧縮時にポリウレタ
ンフオーム原液がガラス繊維層の空隙を実質的に
満たしていたことになる。 本実施例では、圧縮時の厚みが5.2mmであつた
から、これから発泡倍率を計算すると25／5.2＝
4.8倍となり、上記計算値とよく一致し、圧縮時
にポリウレタンフオーム原液がガラス繊維マツト
層中の空隙を実質的に完全に満たしていたといえ
る。 本実施例で得られた繊維強化樹脂発泡体の物理
的特性の測定結果は後記表にまとめて示す。 比較例 １ 繊維マツト層の圧縮を不充分に行なう以外前記
実施例１と全く同様の操作を行つた。即ち、金属
プレート全面に0.4トン（１Kg/cm²）の圧力を加え
て繊維マツト層を圧縮した。この圧縮で繊維マツ
ト層の厚みは6.5mmとなつたが、上記圧縮の程度
では、実施例１で計算した如く、繊維マツト層の
空隙がポリウレタンフオーム原液で実質的に完全
には満たされていないことが分る。得られたガラ
ス繊維強化ポリウレタンフオームは四隅にポリウ
レタン樹脂成分の浸透していない部分がみられる
とともに内部にもところどころに小豆大の欠陥部
分がみられた。 比較例 ２ 下記の点を除いて前記実施例１と全く同様に操
作した。 即ち、圧縮終了後、金属プレートを10秒以内に
強制的に25mm厚みまで持ち上げて拘束した。 本実施例はポリウレタンフオーム原液の自由発
泡速度より速い速度で金属プレートを持ち上げる
ことにより負圧下で発泡させた場合の状況を知る
目的で行つたものである。その結果は、金属プレ
ートの嵌合部から空気を吸い込んだため、得られ
た繊維強化ポリウレタンフオームの上表面に空気
だまりがみられ、良好な外観のものは得られなか
つた。また、繊維強化ポリウレタンフオームの断
面をみると、上部には小さなボイドが多く、繊維
層は下部に偏在する傾向がみられ、実施例１に比
較して繊維の分散性が悪かつた。 比較例 ３ 200×200mmの内面積を持つた金型（実施例１で
用いてものと同様）に厚さ２m/m秤量450ｇ/m³
のガラス長繊維ストランドマツトを８層重ねてお
いた。このマツト層の上から、実施例１記載の
Ａ、B2液を混合したポリウレタンフオーム原液
250ｇを注ぎ込み、200×200mmの金属プレート
（５Kg）を25m/mの位置に拘束し、そのまま30分
間放置して成型物を取出した。 得られた成型物の外観は上面中央部付近に空気
だまりと思われる凹部が発生した。また、成型物
の切断面には数箇所の小豆大の欠陥があつた。ガ
ラス繊維の分散性を調べると、成型物の上面に多
く、下面の方は少なかつた。 比較例 ４ 比較例３と同様にして成型物を作つた。ただ
し、ガラスマツトを、14層重ね、ガラスマツトの
高さを30m/mになるようにして原液250ｇを注ぎ
込んだ。 得られた成型物の外観は成型物の下面にポリウ
レタン樹脂が浸透してないガラス繊維の部分が見
られた。また、上面中央部に凹部が数個発生して
いた。成形物の切断面を調べると、下面付近には
欠陥が多く、しかも下面までウレタン樹脂が到達
していない部分があつた。 実施例 ２ ガラス繊維サーフエスマツト及びガラス繊維ス
トランドマツトの代りに下記の繊維集合体を用い
る以外、実施例１と全く同様の操作で繊維強化ポ
リウレタンフオームをつくつた。 繊維集合体：サラン―ロツク（三幸毛糸紡績製；
800〜1000デニルの塩化ビニリデン
単繊維からなる三次元状繊維集合
体、目付1.5Kg/m²、厚み25mm、大き
さ200×200mm） 得られた繊維強化ポリウレタンフオームは均一
な外観を有し、かつ内部は塩化ビニリデン単繊維
が３次元状に均一に分散しており、大きな空孔等
の欠陥は全く認められなかつた。 このものの物理的性質の測定結果は後記の表に
まとめて示す。 実施例 ３ 実施例１で用いたと同様の金型で深さが150mm
のものを用い、繊維集合体として下記のコイヤー
ロツクを３枚重ね合わせたものを用い、且つポリ
ウレタンフオーム原液の注入量を260ｇに増量し
た以外、実施例１と全く同様の操作を繰返した。 繊維集合体：コイヤーロツク（三幸毛糸紡績製；
ヤシ繊維からなる三次元状繊維集合
体、目付1.3Kg/m²、厚み50mm、大き
さ200×200mm） 得られた繊維強化ポリウレタンフオームは均一
な外観を有し、かつ内部はヤシ繊維が主として平
面方向に均一に分散しており、大きな空孔等の欠
陥は全く認められなかつた。このものは通常の木
工用ののこぎり、カンナで容易に加工でき、木材
と全く同様に取り扱うことが可能であつた。しか
も合板と同程度の釘打ち性が認められた。 このものの物理的特性は後記表にまとめて示
す。 実施例 ４ 実施例１で用いたのと同じ金型内に、繊維集合
体として先ずフイラメントの径13μ、カツト長６
mmのガラスチヨツプドストランド（日東紡績製；
チヨツプストランドCS6PE）105ｇを均一に分散
させた。次いで、実施例１と同じポリウレタンフ
オーム原液260ｇを素早く注ぎ込み、以後実施例
１と全く同様に操作した。 得られたガラス繊維強化ポリウレタンフオーム
は均一な外観を有し、内部にはガラス短繊維が均
一に分散しており、そしてスキン層は比較的緻密
でサンドイツチ構造状であつた。内部には大きな
空孔等の欠陥は全く認められなかつた。このもの
の物理性特性は後記表にまとめて示す。 実施例 ５ 実施例１と同様の操作を繰り返したが、ただし
樹脂発泡体原液として下記組成及び性状のポリイ
ソシアヌレート発泡用原液を用い、更に硬化条件
を下記のように変更して行なつた。得られたガラ
ス繊維強化ポリイソシアヌレート発泡体は、均一
な外観を有し、かつ内部にはガラス繊維が均一に
分散しており、空孔等の欠陥は認められなかつ
た。このものの物理的特性は後記表にまとめて示
す。 ポリイソシアヌレートフオーム原液の組成及び性
状 組成 重量部 ＜Ａ液＞２，４，６―トリス―（ジメチルアミ
ノメチル）フエノール 3.0 整泡剤（トーレシリコンSH―193） 1.0 フレオン―11 10.0 ＜Ｂ液＞クルードジフエニルメタンジイソシア
ネート（住友バイエルウレタン製44V―
20） 86.0 反応速度及び発泡倍率（20℃） クリームタイム：40秒 ライズタイム：４分 原液比重：1.2ｇ/cm³ 自由発泡倍率：30倍 硬化条件 室温放置30分後、金型を密閉したまま280℃で
１時間加熱した。その後室温まで自然冷却するの
を待つて中味を取り出した。 実施例 ６ 内面積400×300mm、深さ30mmで底部の中心に口
径７mmの原液注入口を有する凹型の金属製金型内
に、繊維集合体として先ず実施例１と同様の大き
さ400×300mmのガラス繊維サーフエスマツトを置
き、その上に厚さ２mm、秤量600ｇ/m²、大きさ
400×300mmのガラス長繊維ストランドマツト（旭
フアイバーグラス製；グラスロン・コンテイニユ
アスストランドマツトＭ―8600―600）を４層重
ねておき、更にその上に前記と同様のガラス繊維
サーフエスマツトをのせた。この時ガラス繊維層
の総重量は29.2ｇとなつた。次いで、この上にこ
の凹型にちようど嵌合する大きさで厚さ25mm、重
量20Kgの金属製プレートを嵌合するように置き、
50トンプレスにて繊維層の厚みが５mmとなるまで
圧縮した。次いで、金型底部にとりつけた注入口
より実施例１と同じポリウレタンフオーム原液
を、高圧発泡機（KRAUSS MAFFEI社製PU―
160）を用い下記条件下で圧入した。 吐出量：18Kg/min 注入圧：５Kg/cm² 注入時間：2.0sec 圧入後、プレスの型締力をゼロにして、ガラス
繊維層を金属プレートの荷重（16.6ｇ/cm²）及び
プレスの自由上昇抗力（150ｇ/cm²）のみに保持し
た。金属プレートは徐々に膨脹し、膨脹開始後約
50秒で中味の厚さが20mmに達した。ここで再びプ
レスに圧力を加え金属プレートの位置を拘束し
た。30分後にプレスを開放し、金型内から繊維強
化ポリウレタンフオームを取出した。 このものは実施例１で得られたものと同様に、
均一な外観を有し、かつ内部にはガラス繊維が均
一に分散しており、空孔等の欠陥は全く認められ
なかつた。このものの寸法は400×300×20mmで、
総重量は867ｇであつた。使用したガラス繊維の
総重量が292ｇであつたので、ポリウレタン樹脂
のみの重量は575ｇであることが分る。ポリウレ
タンフオーム原液の注入に要した時間が20秒であ
るから、吐出量から計算すると、600ｇ注入した
ことになるが、バリ等も含めて考えるとほぼ全量
注入できたと考えられる。 従つてガラス繊維含有率は33.7％となる。尚、
実際の注入量の計算は、予め第１図及び前述の関
係式より算出して行つた。即ち、圧縮時の全容積
は40×30×0.5cm＝600cm³であり且つガラス繊維総
重量は292ｇであるから、空隙率は前記式(1)より 600−292／2.5／600＝0.805 となる。従つて、第１図よりガラス繊維含有率は
0.335となるから、ポリウレタンフオーム原液は
292×0.665／0.335≒580ｇ注入すればよいことになる。 これを吐出秒数に換算すると580／18000×60＝1.93秒 となる。実際には注入口までのロス及びバリが生
ずるのでこれらを考慮して、上記実施例では0.07
秒増の2.0秒に注入量を設定したわけである。 本実施例で得られた繊維強化ポリウレタンフオ
ームの物理的特性を測定した結果を下記表にまと
めて示す。 【表】

【図面の簡単な説明】

第１図は繊維集合体の圧縮時の空隙率と最終製
品の繊維強化樹脂発泡体の繊維含有率との関係を
示すグラフの一例であり、第２図は最終製品の繊
維強化樹脂発泡体の全発泡倍率と繊維含有率との
関係を示すグラフの一例であり、第３図は樹脂発
泡体原液の発泡倍率と最終製品の繊維強化樹脂発
泡体の全発泡倍率の関係を示すグラフの一例であ
り、第４図は本発明の方法をバツチ式に操作する
場合の工程図であり、第５図は本発明の方法を連
続的に実施する場合の装置の省略である。 第４図中、１…凹型、２…繊維集合体、３…樹
脂発泡体原液、４…蓋。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 嵩高な繊維集合体を、その空隙体積が含浸す
   べき樹脂発泡体原液の体積と実質的に等しくなる
   まで圧縮し、該圧縮された繊維集合体の空隙を該
   樹脂発泡体原液で実質的に完全に満たし、次い
   で、該樹脂発泡体原液を含浸した繊維集合体を加
   圧下にその自由発泡速度より小さい速度で発泡さ
   せ且つ硬化させることを特徴とする繊維強化樹脂
   発泡体の製造方法。