JP2000226443A - 導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体及びその製造方法並びに使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】形状記憶樹脂成形体を記憶した形状に復元させ
る場合や、一次成形体に可とう性を与えて所望の形状に
二次変形させる場合に、形状記憶樹脂成形体の温度を、
均一かつ迅速に回復可能温度まで加熱できるようにす
る。また、形状記憶樹脂成形体の機械的強度を強くす
る。 【解決手段】通電媒体及び強化材としての導電性連続繊
維１と、マトリックスとしての形状記憶樹脂２とから成
形体を構成するとともに、その導電性連続繊維１に少な
くとも２つの電極３を通電接続し、これら電極３を介し
て導電性連続繊維１に通電を行うようにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、導電性繊維強化形
状記憶樹脂成形体及びその製造方法並びに使用方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】形状記憶樹脂とは、あらかじめ任意の形
状を記憶させておき、低温領域では変形を受けるが、高
温になると記憶した元の形状に復元する材料のことを言
う。すなわち、形状記憶樹脂は、ある形状の成形体を別
の形状に塑性変形し、冷却してその形状を固定すること
ができ、加熱すると元の形状に復元する性質を有する樹
脂である。

【０００３】形状記憶樹脂としては、スチレン−ブタジ
エン−スチレンブロック共重合体（ＳＢＳ）、トランス
ポリイソプレン（ＴＰＩ）、ポリノルボルネン系樹脂、
ポリウレタン樹脂、ハイスチレン樹脂等が挙げられる。

【０００４】このような形状記憶樹脂に必要とされる特
性は、機械強度に優れているとともに、形状の繰り返し
回復性が良好で、回復速度が早く、しかも形状の崩れが
ないことである。このような特性に最も優れているのが
ノルボルネン型樹脂である。

【０００５】また、形状記憶樹脂において、変形あるい
は変形した形状から記憶した形状に復元させる手段とし
ては、従来、特開平２−２２５５１８号公報に開示され
ているように、加熱液体中での加熱、オーブン、ホツト
ブラスター、ヒートガン等による空気加熱、水蒸気加熱
などの方法が挙げられる。また、電気による加熱手段と
して、電熱チューブ、電気リボンによる加熱、あるいは
電気による発熱体を樹脂中に埋設するという方法が挙げ
られる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、空気加熱や
水蒸気加熱では部分的にしか加熱できない上に、加熱手
段を別途用意する必要がある。さらに、屋外、特に冬場
の作業には適さないという問題がある。また、加熱液体
中で加熱する場合には、加熱液体槽を用意する必要があ
るし、形状記憶樹脂を変形あるいは復元させた後に、液
体を除去する必要があり、手間がかかる。

【０００７】一方、電気による加熱手段を利用する場
合、電熱チューブや電熱リボンを形状記憶樹脂にセット
するのに手間がかかる。また、電気による発熱体を樹脂
中に埋設する場合、界面密着性が不良であれば機械的強
度が低下するし、均一に成形体全体を加熱する必要があ
るときには、発熱体を大量に埋設しなければならない。
さらに、発熱体が導電性粒子のような粒子状、または導
電性短繊維のような繊維状である場合、均一に分散させ
ることが難しく、分散性が悪い場合には局所加熱になっ
たり、導電性が極端に低下して発熱性が低下するか、あ
るいは発熱しないという問題がある。

【０００８】本発明はそのような実情に鑑みてなされた
もので、成形体を記憶した形状に復元させる場合や、一
次成形体に可とう性を与えて所望の形状に二次変形させ
る場合に、成形体の温度を均一かつ迅速に回復可能温度
まで上昇させることができ、しかも機械的強度が強い導
電性繊維強化形状記憶樹脂成形体と、そのような特性を
もつ導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の製造方法及び
使用方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の形状憶樹脂成形
体は、図１に例示するように、通電媒体及び強化材とし
ての導電性連続繊維１と、マトリックスとしての形状記
憶樹脂２とからなっており、その導電性連続繊維１に少
なくとも２つの電極３が通電接続されていることによっ
て特徴づけられる。

【００１０】本発明の形状記憶樹脂成形体によれば、導
電性連続繊維に電極を介して通電することにより、急速
に成形体を加熱することができるので、記憶した形状に
迅速に復元させることができる。また、一次成形体に可
とう性を与えて所望の形状に変形させることもできる。
このように、本発明の記憶樹脂成形体では、導電性連続
繊維が成形体の補強効果に加えて、通電発熱効果も発揮
することができる。

【００１１】なお、本発明の形状記憶樹脂成形体に用い
る形状記憶樹脂は、ポリノルボルネン系ポリマーが好ま
しく、特に、ポリジシクロペンタジエンであることがこ
とが好ましい。

【００１２】本発明の形状記憶樹脂成形体において、導
電性連続繊維は形状記憶樹脂の内部に存在している方が
好ましい。導電性連続繊維が成形体の表面から露出して
いると、通電時に感電等の危険が及ぶ可能性がある。

【００１３】導電性連続繊維の積層枚数及び目付につい
ては、成形体に必要な強度・弾性率に応じて適宜決定す
ればよい。また、導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体を
部分的に発熱させたい場合には、発熱させたい場所にの
み少なくとも２つの電極を導電接続した導電性連続繊維
を存在させればよい。

【００１４】本発明の形状記憶樹脂成形体において、電
極は、製造時に成形体と一体化してもよいし、後付けで
形成されていてもよいが、導電性連続繊維と導電接続さ
せる必要があるので、製造時に成形体と一体化するのが
好ましい。その理由は、後付けの場合、導電性連続繊維
と電極の密着不良により短絡する恐れがあり、また、電
極が導電性繊維と離れてしまうので、電気抵抗値が大き
くなって成形体を加熱できなくなる、という問題がある
ことによる。なお、電極を成形体内部に埋め込む場合に
は、導線（リード線）ごと埋め込んむ方が好ましい。

【００１５】本発明の形状記憶樹脂成形体において、電
極と導電性連続繊維とを導電接続する方法としては、導
電性連続繊維への電極の圧着等が挙げられる。なお、電
極の導電接続方法は、圧着法に限定されるものではな
く、本発明の記憶樹脂成形体を効率良く均一に加熱でき
るのであれば、任意の導電接続方法を採用することがで
きる。また、電極は、通常は２つ設ければ充分である
が、早く加熱したい場合や２箇所以上を部分的に加熱し
たい場合には、３つ以上の電極を設けてもよい。

【００１６】本発明の製造方法は、以上の特性を有する
導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の製造方法であっ
て、少なくとも２つの電極を導電接続してなる導電性連
続繊維を成形型内にセットした状態で、その成形型内
に、ノルボルネン型モノマーとその重合触媒とを含む重
合性反応液を供給して塊状開環重合させることによって
特徴づけられる。

【００１７】より具体的には、図２に示すように、あら
かじめリード線を含む２つの電極３を導電接続した導電
性連続繊維１を所定の寸法にカットし、成形型４内に載
置する（図２（Ａ））。次いで、型閉めを行って、ノル
ボルネン型モノマーとその重合触媒とを含む重合性反応
液５を成形型４内に射出する（図２（Ｂ））。この射出
から所定時間が経過する間において、重合性反応液５の
重合及び導電性連続繊維１への含浸が完了し、この後、
型開きを行うことにより、導電性連続繊維強化形状記憶
樹脂（ノルボルネン型ポリマー）成形体を得ることがで
きる。

【００１８】ここで、本発明に使用する形状記憶樹脂と
しては、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重
合体（ＳＢＳ）、トランスポリイソプレン（ＴＰＩ）、
ポリノルボルネン型樹脂、ポリウレタン樹脂、ハイスチ
レン樹脂等が挙げられる。

【００１９】その中でも機械的強度・耐熱性が高く、形
状の繰り返し反復性が良好で、回復速度が早く、形状の
崩れがないポリノルボルネン型樹脂が最も適している。
ポリノルボルネン型樹脂は、ノルボルネン型モノマーを
その重合触媒の存在下に塊状重合させることにより得る
ことができる。

【００２０】重合させるノルボルネン型モノマーとして
は、ノルボルネン、ノルボルネジエンなどの二環体のノ
ルボルネン系モノマー、ジシクロペンタジエンやジヒド
ロジシクロペンタジエンなどの三環体、テトラシクロド
デセンなどの四環体、トリシクロペンタジエンなどの五
環体、テトラシクロペンタジエンなどの七環体、これら
のアルキル置換体（例えばメチル、エチル、プロピル、
ブチル置換体など）、アルキリデン置換体（例えばエチ
リデン置換体）、アリール置換体（例えばフェニル、ト
リル置換体）などが挙げられる。

【００２１】成形品に強度・耐熱性を付与する場合、架
橋性モノマーを用いて架橋させればよい。その例として
は、反応性の二重結合を有する多環ノルボルネン系モノ
マーが挙げられ、具体的には、ジシクロペンタジエン、
テトラシクロペンタジエンなどが挙げられる。ここで、
ノルボルネン型モノマーと架橋性モノマーとが同一であ
る場合には、特に他の架橋性モノマーを使用する必要は
ない。

【００２２】ジシクロペンタジエンは、価格・反応性・
物性・入手の容易さの点から、ノルボルネン型モノマー
の中では好ましいと言える。

【００２３】これらのノルボルネン型モノマーは単独で
使用しても良いし、２種以上を混合して用いても良い。
また、ノルボルネン型モノマーと開環共重合可能なシク
ロブテン、シクロペンタジエンなどの単環シクロオレフ
ィンを、本発明の目的を損なわない範囲で使用しても差
し支えない。

【００２４】ノルボルネン型モノマーを塊状開環重合さ
せる重合触媒としては、メタセシス触媒が挙げられる。
メタセシス触媒については、まず、触媒と共触媒の併用
系が挙げられる。触媒としては、タングステン、モリブ
デン、タンタルなどのハロゲン化物、オキシハロゲン化
物、酸化物、有機アンモニウム塩などが挙げられる。ま
た、共触媒である活性剤としては、アルキルアルミニウ
ムハライド、アルコキシアルキルアルミニウムハライ
ド、アリールオキシアルキルアルミニウムハライド、有
機スズ化合物などが挙げられる。

【００２５】それ以外に、共触媒を用いずに、触媒単独
でノルボルネン型モノマーをメタセシス重合することが
可能な触媒があり、その例として、ビス（トリシクロヘ
キシルホスフィン）ベンジリデンルテニウムクロリドを
はじめとするルテニウム−カルベン錯体が挙げられる。

【００２６】以上のような形状記憶樹脂には、酸化防止
剤、充填材、着色剤、高分子改質剤、難燃剤などの各種
添加剤を配合しても良い。

【００２７】導電性連続繊維の種類としては、炭素繊
維、金属繊維、金属コーティングガラス繊維等の導電性
を有する繊維が挙げられる。

【００２８】また、導電性連続繊維の形態としては、ロ
ービング、ロービングクロス、チョップドストランドマ
ット、コンティニュアスマット、不織布等が挙げられ
る。これらは単独で用いてもよし、２つ以上を併用して
もよい。

【００２９】次に、本発明の導電性繊維強化形状記憶樹
脂成形体の使用方法を、以下に詳細に説明する。

【００３０】まず、導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体
が衝撃等の外部応力によって変形した場合、その成形体
に通電手段及び導電性連続繊維を介して通電する。この
通電により、形状記憶樹脂成形体の温度が上昇し、形状
回復温度以上になると元の形状に復元する。従って、こ
のような形状記憶樹脂成形体をある用途に使用し、衝撃
等による変形が起こった時には、すぐに現場で通電する
ことにより、記憶した形状に容易に復元させることがで
きる。また大掛かりな設備等も必要としない。

【００３１】ここで、通電する際の注意点としては、成
形体を構成する形状記憶樹脂の熱分解温度以上に温度が
上昇しないようにすることが挙げられる。また、形状記
憶樹脂成形体の固有抵抗は大きすぎても小さすぎても問
題があり、２〜９００Ωの範囲が好ましい。 ２Ω未満で
あれば電気抵抗が小さすぎて均一に発熱しない恐れがあ
り、９００Ωより大きくなると、消費電力が大きくな
り、実用的でない。

【００３２】他の使用方法として、まず、ある形状の金
型を用いて一次成形体（形状記憶樹脂成形体）を成形し
ておき、次いで、その一次成形体に導電性連続繊維を介
して通電し、熱変形温度以上に加熱して可とう性を与え
て変形させる、という方法を挙げることができ、このよ
うな方法を用いれば、簡単に所望の形状の二次成形体
（形状記憶樹脂成形体）を得ることができる。

【００３３】この方法のメリットとしては、複雑な金型
や機構を用いなくても、簡単な形状の安価な金型で一次
成形体を作製しておいて、通電発熱により二次変形させ
ることによって複雑な形状の製品を得られるので、工程
・設備の簡略化を図ることができることが挙げられる。
さらに、他の具体的な例を挙げると、ある形状で使用し
ている製品を、何らかの理由により別の形状に変形した
い場合にも、目的とする別の形状に迅速に変形させるこ
とも可能になる。

【００３４】なお、二次成形体に賦形する方法として
は、人手でも良いし、特定の治具・装置を用いてもよ
い。

【００３５】

【実施例】＜実施例１＞ モノマー１（Ａ液）：触媒及びジシクロペンタジエンよ
りなる溶液（商品名メトン：帝人メトン株式会社製） モノマー２（Ｂ液）：活性剤、活性調節剤及びジシクロ
ペンタジエンよりなる溶液（商品名メトン：帝人メトン
株式会社製） 繊維補強材：炭素繊維クロス（番手３１７ｇ/ ｍ² ） まず、７０℃に温調した反応射出成形用平板金型（容
積：３ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に、リード線
を含む電極を端部２箇所に圧着した炭素繊維クロスを２
プライセットし、リード線を金型の外部に突出させた状
態で金型を閉じた後、金型内に３０秒間窒素パージを行
った。

【００３６】次に、メタセシス触媒を含むジシクロペン
タジエンＡ液と、活性剤を含むジシクロペンタジエンＢ
液（触媒及び活性剤の化合物名は不明）とを混合比率が
１／１になるように、ＲＩＭ（Reaction injection Mol
ding）成形機にて金型内に注入した。そして、注入終了
より４分後に型開きを行い、炭素繊維強化ポリジシクロ
ペンタジエン製の平板（成形品）を得た。

【００３７】以上の成形で得られた成形品から出ている
２本のリード線を、電源に接続して、２０Ｖの通電によ
り１２０℃に加熱し、すぐに９０度の角度に折り曲げた
後、電源からリード線をはずして冷却した。次に、２本
のリード線を再び電源に接続して、２０Ｖの通電によ
り、１６０℃以上に発熱させたところ、９０度曲がった
状態から元の形状（平板）に復元することが確認でき
た。このとき、曲がった状態から元の平板形状に復元す
るまでに要した時間は２分であった。 ＜実施例２＞ウレタン系形状記憶樹脂（ガラス転移温
度：５５℃）を使用した。

【００３８】モノマー１（Ａ液）：ポリオール（商品名
ダイアリイ：三菱重工株式会社製） モノマー２（Ｂ液）：イソシアネート（商品名ダイアリ
イ：三菱重工株式会社製） 繊維補強材：炭素繊維クロス（番手３１７ｇ/ ｍ² ） まず、８０℃に温調した反応射出成形用平板金型（容
積：３ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に、リード線
を含む電極を端部２箇所に圧着した炭素繊維クロスを２
プライセットし、金型を閉じた後、ウレタン系形状記憶
樹脂のＡ液とＢ液とを混合比率が２／３になるように、
ＲＩＭ成形機にて金型内に注入した。注入終了より４時
間後に型開きを行い、炭素繊維強化ポリウレタン樹脂製
の平板（成形品）を得た。

【００３９】次に、得られた炭素繊維強化ポリウレタン
樹脂製の平板から出ている２本のリード線２本を電源に
接続して、２０Ｖの通電により５５℃に加熱し、すぐに
９０度の角度に折り曲げた後、電源からリード線をはず
して冷却した。次いで、２本のリード線を再び電源に接
続して、２０Ｖの通電により、５５℃以上に発熱させた
ところ、９０度曲がった状態から元の形状（平板）に復
元することが確認できた。このとき、曲がった状態から
元の平板形状に復元するまでに要した時間は１分であっ
た。 ＜比較例１＞ モノマー１（Ａ液）：触媒及びジシクロペンタジエンよ
りなる溶液（商品名メトン：帝人メトン株式会社製） モノマー２（Ｂ液）：活性剤、活性調節剤及びジシクロ
ペンタジエンよりなる溶液（商品名メトン：帝人メトン
株式会社製） ７０℃に温調した反応射出成形用平板金型（容積：３ｍ
ｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に、メタセシス触媒を
含むジシクロペンタジエンＡ液と、活性剤を含むジシク
ロペンタジエンＢ液（触媒及び活性剤の化合物名は不
明）とを混合比率が１／１になるように、ＲＩＭ成形機
にて注入した。注入終了より３分後に型開きを行い、ポ
リジシクロペンタジエン製の平板を得た。

【００４０】まず、この成形品を加熱オーブンに入れて
１２０℃に加熱し、すぐに９０度の角度に折り曲げ、冷
却した。次に、内部が２５℃になっているオーブンを１
６０℃まで加熱したが、昇温させるのに１５分かかっ
た。このオーブン内に９０℃に折り曲げた成形体を入
れ、９０度曲がった状態から元の形状（平板）に復元す
ることが確認できた。このとき、曲がった状態から元の
平板形状に復元するまでの時間は３分であった。形状を
復元するのに要した時間は合計１８分であった。 ＜比較例２＞ モノマー１（Ａ液）：触媒及びジシクロペンタジエンよ
りなる溶液（商品名メトン：帝人メトン株式会社製） モノマー２（Ｂ液）：活性剤、活性調節剤及びジシクロ
ペンタジエンよりなる溶液（商品名メトン：帝人メトン
株式会社製） 繊維補強材：炭素繊維クロス（番手３１７ｇ/ ｍ² ） まず、７０℃に温調した反応射出成形用平板金型（容
積：３ｍｍ×４００ｍｍ×４００ｍｍ）内に、炭素繊維
クロスを２プライセットして金型を閉じ、金型内に３０
秒間窒素パージを行った。

【００４１】次に、メタセシス触媒を含むジシクロペン
タジエンＡ液と、活性剤を含むジシクロペンタジエンＢ
液（触媒及び活性剤の化合物名は不明）とを混合比率が
１／１になるように、ＲＩＭ成形機にて金型内に注入し
た。注入終了より４分後に型開きを行い、炭素繊維強化
ポリジシクロペンタジエン製の平板を得た。

【００４２】次に、得られた成形品を加熱オーブンに入
れて１２０℃に加熱し、すぐに９０度の角度に折り曲げ
て冷却した。次いで、液温が２５℃になっているオイル
バスを１６０℃まで加熱した。この昇温には１０分を要
した。そして、オイルバスに９０℃に折り曲げた成形体
を入れ、９０度曲がった状態から元の形状（平板）に復
元することを確認した。曲がった状態から元の平板形状
に復元するまでの時間は３分であった。形状を復元する
のに要した時間は合計１３分であった。

【００４３】以上の実施例１と、比較例１及び比較例２
の各例で得られた成形品（平板）について、曲げ強度
（ＪＩＳ Ｋ ７０５５に準拠）、曲げ弾性率（ＪＩＳ
Ｋ７０５５に準拠）の各物性を評価した。その評価結
果を下記の表１に示す。

【００４４】

【表１】

【００４５】以上の結果から、導電性繊維を強化材のみ
ならず通電媒体として利用し、形状記憶樹脂成形体に通
電することにより、他の加熱方法に比べて迅速に、かつ
加熱装置等を用いることなく、変形した形状を復元させ
ることができること、及び通電加熱により形状記憶樹脂
成形体を可とう性がある状態として、外力を加えて所望
形状に変形させることが可能になることが確認できた。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
導電性連続繊維を強化材としてはもちろんのこと、導電
接続した電極を通じて電気を流し、通電媒体として利用
することにより、変形した形状を迅速に復元させること
ができる。また、一次成形体に通電により可とう性を与
えて、自由に所望の形状に賦形することができる。

【００４７】さらに、形状記憶樹脂成形体を他の手段で
加熱する場合のように、加熱槽やオーブン等の設備を必
要としないという利点がある。しかも、電源さえあれば
変形形状を簡単に復元できるので、本発明の形状記憶樹
脂成形体を、様々な場所で使用しても、その場所の環境
（屋外・冬季等）に左右されず、設置したままの状態で
復元させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の
一例を模式的に示す断面図である。

【図２】本発明の導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の
製造方法の一例の説明図である。

【符号の説明】 １ 導電性連続繊維 ２ 形状記憶樹脂 ３ 電極 ４ 成形型 ５ 重合性反応液

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F210 AA12 AD02 AD16 AE01 AE03 RA03 RA05 RC04 RG01 RG22 RG28 RG46 4J032 CA34 CA38 CA43 CA45 CD01 CD02 CD03 CD04 CD09 CE06 CE16 CE18 CF03 CG07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 通電媒体及び強化材としての導電性連続
   繊維と、マトリックスとしての形状記憶樹脂とからな
   り、その導電性連続繊維に少なくとも２つの電極が導電
   接続されていることを特徴とする導電性繊維強化形状記
   憶樹脂成形体。
2. 【請求項２】 形状記憶樹脂がノルボルネン型ポリマー
   であることを特徴とする請求項１記載の導電性繊維強化
   形状記憶樹脂成形体。
3. 【請求項３】 ノルボルネン型ポリマーがポリジシクロ
   ペンタジエンであることを特徴とする請求項２記載の導
   電性繊維強化形状記憶樹脂成形体。
4. 【請求項４】 少なくとも２つの電極を導電接続してな
   る導電性連続繊維を成形型内にセットした状態で、その
   成形型内に、ノルボルネン型モノマーとその重合触媒と
   を含む重合性反応液を供給して、塊状開環重合させるこ
   とを特徴とする導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の製
   造方法。
5. 【請求項５】 請求項１、２または３記載の導電性繊維
   強化形状記憶樹脂成形体が外部応力により変形した際
   に、その成形体の導電性連続繊維に電極を介して通電を
   行って、成形体の形状を回復させることを特徴とする導
   電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の使用方法。
6. 【請求項６】 請求項１、２または３記載の導電性繊維
   強化形状記憶樹脂成形体の導電性連続繊維に電極を介し
   て通電を行って成形体に可とう性を与え、この状態で成
   形体に外力を加えて所定の形状に賦形することを特徴と
   する導電性繊維強化形状記憶樹脂成形体の使用方法。