JP2017193155A - 高性能疲労抵抗や高断熱特性を持つガラス繊維強化樹脂発泡体を適用した運送体用構造体およびその製造方法 - Google Patents

高性能疲労抵抗や高断熱特性を持つガラス繊維強化樹脂発泡体を適用した運送体用構造体およびその製造方法 Download PDF

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Seung Woo Lee
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Abstract

【課題】芯材部の発泡樹脂体と表面材である繊維強化複合材の界面の接着力を増強させ、高性能疲労抵抗や高断熱特性を備えた運送体用構造体及びその製造方法の提供。【解決手段】芯材を形成する判形状の発泡樹脂体２１、発泡樹脂体２１の厚さ方向の片側又は両側に位置した表面材４０を形成する繊維強化複合層及び発泡樹脂体２１と繊維強化複合層の間に芯材と表面材４０の基層３０からなり、基層３０は発泡樹脂体内２１に多数のガラス繊維１１が挿入され、夫々のガラス繊維１１と発泡樹脂体２１の長さ方向が成す角が45度を超え、90度以下を満足するガラス繊維の割合が全体のガラス繊維の70%以上である運送体用構造体１。【効果】芯部分の発泡樹脂体２１と表面部の繊維強化複合材間の結合力が増強されて屈曲疲労性能が改善され、発泡樹脂体２１内に挿入されたガラス繊維１１が厚さ方向に配向されて屈曲最大荷重が大きく、荷重時の歪み量が少くなる。【選択図】図１

Description

本発明はガラス強化繊維を含む発泡樹脂体が適用された運送体用構造体およびその製造方法に関するもので、さらに具体的には芯材部の発泡樹脂体に物理的、化学的に表面処理を通じて、発泡樹脂体内に厚さ方向に配向されたガラス繊維を発泡樹脂体の上の一定の高さで露出させ、ガラス繊維が露出された発泡樹脂体や繊維強化複合材の一体化の成形時に、露出されたガラス繊維によって発泡樹脂体と繊維強化複合材間の結合力増加を通じた疲労抵抗性能が優秀な運送体用構造体およびその製造方法に関するものである。
一般的にポリウレタンフォームはポリオールとジイソシアン酸塩で作られるスポンジ上の多孔質物質として、軟質・硬質の二つの種類があるところ、軟質のポリウレタンフォームは、マットレスと同じクッション材で使用され、硬質のポリウレタンフォームは主に断熱材として使用される。
従来技術による連続式ストランドのマットが含まれたポリウレタンフォームの製造方法はアミンにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール15-35重量%、スクロースにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール15-35重量%、ペンタエリトリトールにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール25-40重量%、グリセリンにプロピレン酸化物を添加して得たポリオール10-30重量%の成分からなるポリオール成分と;官能基数2.6-3.0であるポリメリックMDIを使用し、平均NCO重量%が29-32重量%であるイソシアネート成分を反応割合がイソシアネートのNCOとポリオールのOHの比であるNCO/OHが1.0-1.4になるように混合して反応させる原液の製造段階が先において行われる。
以降、水、カルボン酸などのフルオル炭素系発泡剤または二酸化炭素、空気のような不活性気体が使用される発泡剤と、トリエチルアミンやトリプロピルアミン、トリイソプロパノールアミン、トリブチルアミンなどのアミン系ウレタン化触媒と、有機シリコン系化合物のポリアルキルレン・グリコールシリコン共重合体が含まれてガラス繊維の連続式ストランドマットと含浸させる。
この時、上記連続式ストランドマットは2階以上の積層体を上部が開放されたコンベアに連続、供給し、この積層体に上記の原液を均等に注入することにより、原液の内部に連続式ストランドマットが含まれるようにする。
そして、連続式ストランドマットに噴射された原料を30-80秒程度維持し、フォーム反応が起こるようにする。
ここで、上記連続式ストランドマットは25ミクロン以下のフィラメントが固形粉末上にポリエステルまたはアクリル接着剤によって結合されることによって形成される。上記ポリエステルまたはアクリル接着剤の使用量は、マットの状態の形状を維持する範囲内で最小化されるようにストランドマット重量の0.5-3重量%が使用されるのが一般的である。
一方、特許文献１には発泡剤、反応触媒やその他の添加剤が含まれ、ポリオール成分とイソシアネート成分を反応させる原液生産段階と、上記の原液に繊毛上のガラス繊維多数が重ねられて出来上がった連続式ストランドマットを添加するポリウレタンフォーム製造段階が含まれるポリウレタンフォーム製造方法において;上記連続式ストランドマットはそれぞれの繊毛上、ガラス繊維の間の接着力が弱化されてストランドマットのが増大するようにする体積の増大の段階が履行され、上記ポリウレタンフォーム製造段階に移送されるようにしたのを特徴とする連続式ストランドのマットが含まれたガラス繊維の強化ポリウレタンフォーム製造方法が開示されている。
一方、本出願人'韓国カーボン'によって開発された大韓民国、公開特許第10-2013-0004795号にはアミンにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール、トルエンジアミンにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール、テレフタル酸とフタル酸にジエチレングリコールとディープでピルレン・グリコールの縮合反応によって得られるポリオール、無水フタル酸とアジピン酸にジエチレングリコールとディープでピルレン・グリコールの縮合反応によって得たポリオール、ソルビトルにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオール、エチレンジアミンにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオールやグリセリンにプロピレン酸化物とエチレン酸化物を添加して得たポリオールで構成されたポリオールから少なくとも5つのポリオールを選択して製造された合成ポリオールにメティルレンディフェニルジイソシアネート(MDI)または重合体イソシアネート(PMDI)を反応させ発泡されたポリウレタン・フォームが開示されている。
ただし、上記公開特許はポリウレタンフォームが小さな厚さで優秀な断熱性能を持ち得る技術に重点を置いたものとして、表面材と芯材間の結合力の低下によって表面材と芯材間の剥離や強度低下問題を解決する具体的な技術が開示されていなかったのである。
また、従来には、運送体用構造体の屈曲疲労抵抗性能に関する技術が開示されていなかたのである。
大韓民国登録特許 第10-0416834号 大韓民国登録特許 第10-0696188号
ゆえに本発明は、上記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は芯材部の発泡樹脂体と表面材である繊維強化複合材の界面の接着力を増強させ、高性能疲労抵抗や高断熱特性を備えた運送体用構造体およびその製造方法を提供するものである。
上記の目的を達成するために、本発明による運送体用サンドイッチ構造体は芯材(コア)を形成する判形状の発泡樹脂体；上記発泡樹脂体の厚さ方向の片側もしくは両側に位置した表面材を形成する繊維強化複合層;および上記発泡樹脂体と繊維強化複合層の間に芯材と表面材の結合層で出来上がり、上記発泡樹脂体内には多数のガラス繊維が挿入され、上記それぞれのガラス繊維と、上記発泡樹脂体の長さ方向が成す角の大きさが45度を超過して、90度以下を満足するガラス繊維の割合が全体のガラス繊維の70%以上であり、上記のガラス繊維の一方または両方の末端が全体的に発泡樹脂体上に露出され、露出されたガラス繊維が結合層及び繊維強化複合材に含浸および結合されており、上記のガラス繊維の露出された部分の高さが0.5〜10mmで、屈曲疲労抵抗性能が100,000以上であることを特徴としている。また、上記繊維強化複合材に使用される強化繊維はガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維や合成纎維からなる群から選択された1種または2種以上の繊維であり、上記の強化繊維の形態は織物(weaving fabric)、一方向の織物(uni-directional fabric)、連続ストランドマット(continuous strand mat)、チョップドストランドマット(chopped strand mat)及びバルキーマット(bulky mat)からなる群から選択された1種または2種以上の形態であることを特徴とする。
また、本発明は多数のガラス繊維を型上に設けている段階:上記多数のガラス繊維に発泡樹脂を塗布する段階:上記発泡樹脂を発泡させ、内部にガラス繊維が挿入された発泡樹脂体を製造する段階:上記発泡樹脂体を所定の厚さを持つように縦方向にスライス(slicing)する段階:上記のスライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端に物理的または化学的処理を通じて上記発泡樹脂体末端部分の発泡樹脂を除去する段階;および上記発泡樹脂体上に露出されたガラス繊維が繊維強化複合層に含浸なるように、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)および繊維強化複合層(表面材)を一体に成形する段階を含む運送体用サンドイッチ構造体の製造方法を提供する。
本発明の適切な実施例によると、上記発泡樹脂体の製造時使用される強化ガラス繊維の形態は連続ストランドマット、チョップドストランドマット、バルキーマット、織物及び一方向の織物からなる群から選択された1種または2種以上のもので、上記発泡樹脂体の製造時使用される発泡樹脂はポリウレタン樹脂、ポリイソシアヌレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂やフェノール樹脂からなる群から選択された1種または2種以上の発泡樹脂であることを特徴とする。この時、上記のスライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端部分の発泡樹脂を除去する物理的方法は、切断機を使用して切断程度を調整する方法及びブラシ、またはのみを使用する方法からなる群から選択された1種の方法とする。
また、上記スライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端部分の発泡樹脂を除去する化学的方法は、上記スライスされた発泡樹脂体片側や両側に、炭化水素系、ハロゲン化炭化水素、アルコール類、アルデヒド類、エーテル、エステル類、ケトン類及びグリコールエーテル系化合物からなる群から選択された1種または2種以上の有機化学溶剤を処理することを特徴としている。
また、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)、繊維強化複合層(表面材)を一体で成形するため、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体と繊維強化複合層の間に、接着剤を使用して接着する方法及び上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体に繊維強化複合層を積層して合成樹脂を注入する方法の中から選択された1種の方法による。この時、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)と繊維強化複合層(表面材)を積層して合成樹脂を注入する方法はハンドレイアップ、樹脂トランスファー成形、注入成形、オートクレーブ成形、真空バッグ成形やプレス圧縮成形からなる群から選択された1種または2種以上の方法の一つであり、上記の一体化成形用合成樹脂は不飽和のポリエステルの樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂及びABS樹脂からなる群から選択された1種または2種以上の樹脂であることを特徴とする。
また、本発明は、上記運送体用サンドイッチ構造体または芯材のための発泡樹脂体をノッチカットにより細かく切断し、複数の切断された片をドーナツ型(Ｏ型)、アーチ型(⊂型)及び円形からなる群から選択された1種の形で接着または一体化成形して曲面形状に加工した運送体用サンドイッチ構造体を提供する。
以上のような構成の本発明による運送体用サンドイッチ構造体は芯部分の発泡樹脂体と表面部の繊維強化複合材間の結合力が増強されて屈曲疲労性能が改善される効果がある。
また、本発明による運送体用サンドイッチ構造体は、発泡樹脂体内に挿入されたガラス繊維が厚さ方向に配向されて屈曲最大荷重が大きく、荷重時の歪み量が少ない効果がある。
また、本発明による運送体用サンドイッチ構造体は製造された発泡樹脂体を従来と違うように縦方向にスライスする簡単な工程を通じて物性が優秀な発泡樹脂運送体用構造体を製造できる効果がある。
本発明による運送体用サンドイッチ構造体の一例を示した断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法の一例を図示する工程図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1ないしS3段階が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1ないしS3段階が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1ないしS3段階が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1ないしS3段階が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS4段階が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS5段階で物理的処理工程が行われる工程を図示する断面図である。 本発明による運送体用サンドイッチ構造体または芯材のための発泡樹脂体を各用途によってドーナツ型、アーチ型、円形の曲面の形で加工する過程を示す工程図である。 本発明による垂直方向にガラス繊維が露出された樹脂発泡体を撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの断面図を撮影した比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの断面図を撮影した比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの断面図を撮影した比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの断面図を撮影した比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの断面図を撮影した比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルと界面を接着した形状に対する比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルと界面を接着した形状に対する比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルと界面を接着した形状に対する比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルと界面を接着した形状に対する比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルと界面を接着した形状に対する比較の写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲評価後に、表面材と芯材間の界面剥離の程度を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲評価後に、表面材と芯材間の界面剥離の程度を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲評価後に、表面材と芯材間の界面剥離の程度を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲評価後に、表面材と芯材間の界面剥離の程度を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲評価後に、表面材と芯材間の界面剥離の程度を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲疲労抵抗性能評価、パネルの破断形状を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲疲労抵抗性能評価、パネルの破断形状を比較するため、撮影した写真である。 実施例および比較例によって製造された各パネルの屈曲疲労抵抗性能評価、パネルの破断形状を比較するため、撮影した写真である。
発明の望ましい実施例について添付された図面を参照してより具体的に説明している。
図1は本発明による運送体用サンドイッチ構造体の一例を示している断面図で、図7は本発明による垂直方向にガラス繊維が露出された樹脂発泡体を撮影した写真である。
図1、図7を参照すると、本発明による運送用サンドイッチ構造体はシート形状の発泡樹脂体(芯材)と、上記発泡樹脂体内に形成される多数のガラス繊維と発泡樹脂体外面に形成される芯材と表面材の基層と上記の基層の外面に形成される繊維強化複合材(表面材)を含むことができる。そして、発泡樹脂体に挿入されたガラス繊維が全体的に発泡樹脂体上に露出されて、露出されたガラス繊維が上記の基層および繊維強化複合層に含浸され、発泡樹脂体(芯材)と繊維強化複合層(表面材)間の結合力が増加されて断熱性と屈曲疲労の抵抗が改善され、バス、乗用車などの車両の内装及び外装材などで使用することができる。
本発明による発泡樹脂体は発泡樹脂、例えば、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリウレタン、フェノールなどに発泡剤を混合してフォーム(foam)を形成したものである。
上記発泡樹脂体の中でポリウレタンフォームはポリオール(polyol)と、ポリイソシアネート(polyisocyanate)や発泡剤などを主原料として発泡成形したものとして、断熱性、ち密性及び加工性が優秀で、断熱材として使用するのが望ましい。
本発明による多数のガラス繊維は、上記発泡樹脂体内に挿入形成されることとして、発泡樹脂体の物性を向上させる役割をする。
例えば、屈曲最大荷重及び荷重に対する歪み量の場合、ガラス繊維が厚さ方向に挿入された本発明の発泡樹脂運送体用サンドイッチ構造体はガラス繊維が長さ(水平)方向と配向されたポリウレタンフォームやガラス繊維がないポリウレタンフォームに比べて優れている。
一方、本発明によるガラス繊維は平均的な配向方向が厚さ方向のことを特徴とする。
これを座標で説明すると、xy平面上に位置して、z軸方向の厚さを持つ板形状の発泡樹脂体について上記多数のガラス繊維は平均的な配向方向がz軸方向に配列されたのである。ここで配向方向は、上記発泡樹脂体の長さ方向(x、y軸)で厚さ方向(z軸)に建てられるほどだと解釈できる。
具体的には、それぞれのガラス繊維の平均的な配向度を算出するために、任意に10個のガラス繊維を選択し、選択されたガラス繊維と、上記発泡樹脂体の長さ方向(x、y軸)が成す角の大きさを測定したとき、測定された角の大きさが45°を超過して、90°以下を満足するガラス繊維の個数を数えて(counting)、ガラス繊維の平均的な配向度を導出した。たとえば、選択された10個のガラス繊維中8つのガラス繊維が上記の条件を満足すれば、平均的な配向度は80%だと定義される。
本発明による運送体用サンドイッチ構造体にとって、上記のような方法でガラス繊維の配向度を導出した時70%以上が導出された。ただし、それぞれのガラス繊維が角を正確に測定することができる棒の形で行われたようではなく、やや無秩序に曲げられるという点を考慮して解釈しなければならないだろう。
上記のような方法で導出されたガラス繊維の配向度が70%未満であれば、屈曲最大荷重の物性が十分に良くない問題がある。
このようにガラス繊維が縦方向はない厚さ方向に配列されるために、屈曲最大荷重及び荷重に対する歪み量のような物性が著しく増加することになる。
一方、本発明による運送体用サンドイッチ構造体は発泡樹脂体フォームの表面に物理的・化学的処理工程を通じてガラス繊維の間の間隙を詰めている発泡樹脂体表面付近の発泡樹脂を除去して多数のガラス繊維が発泡樹脂体フォームの表面にさらされていることを特徴としている。
図1に図示されたとおり、発泡樹脂体フォームの表面に全体的に一定の高さに露出されたガラス繊維によって、表面材と芯材の一体化成形の際、露出された繊維が表面材である繊維強化複合材に浸透してサンドイッチ構造体の表面材と芯材間の結合力が増加されるというメリットがある。
上記のガラス繊維の露出された部分の高さは0.5mm以上10mm以下の範囲が望ましい。 上記の露出した部分の高さが0.5mmより小さい場合、芯材と表面材間の界面の接着力が悪化して、10mmを超過する場合、加工性が落ちる問題があった。
本発明による運送体用サンドイッチ構造体は屈曲疲労抵抗の性能(ASTM C393)が100,000cycle(3HZ、423kgf)以上、階間接着強度が3MPa(ASTM C297)以上、屈曲最大荷重が500kgf(ASTM C393)以上のものを特徴となっているが、既存のサンドイッチ構造体と比較した時、屈曲疲労抵抗性能が2倍以上向上されて、階間接着強度も2倍以上向上されて表面材と芯材間の剥離や強度低下に卓越した効果がある。
一方、本発明による繊維強化複合層はガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維や合成纎維からなる群から選択された1種または2種以上の繊維であり、上記の強化繊維の形態は織物(weaving fabric)、一方向の織物(uni-directional fabric)、連続ストランドマット(continuous strand mat)、チョップドストランドマット(chopped strand mat)及びバルキーマット(bulky mat)からなる群から選択された1種または2種以上の形態である。
そして、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の基層は、上記発泡樹脂体の外面に形成されることとして、不飽和のポリエステルの樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂及びABSからなる群から選択された1種または2種以上の合成樹脂が注入されることを例示することができる。
以下では添付された図面を参照して本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法を詳しく説明する。
図2は、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法の一例を図示する工程で、図3は本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1ないしS3段階が行われる工程を図示する断面図で、図4は、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS4段階が行われる工程を図示する断面図であり、図5は、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS5段階で物理的処理工程が行われる工程を図示する断面図である。
図2ないし図5を参照すると、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法は多数のガラス繊維を型上に設けている段階(S1)と、上記多数のガラス繊維に発泡樹脂を塗布する段階と(S2)、上記発泡樹脂を発泡させ、内部にガラス繊維が挿入された発泡樹脂体を製造する段階(S3)及び上記発泡樹脂体を所定の厚さを持つように縦方向にスライス (slicing)する段階と(S4)、上記スライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端に物理的・化学的処理を通じて上記発泡樹脂体末端部分の発泡樹脂を取り除くことで、ガラス繊維を発泡樹脂体の上に露出させる段階と(S5)、上記発泡樹脂体上に露出されたガラス繊維が繊維強化複合層に含浸なるように、接着剤や合成樹脂を使用して上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)および繊維強化複合層(表面材)を一体で成形化する段階(S6)を含むことができる。
上記S1段階のガラス繊維は強化ガラス繊維で、その形は連続ストランドマット、チョップドストランドマット、バルキーマット、織物及び一方向の織物からなる群から選択された1種または2種以上の形が選択でき、望ましくはガラス長繊維で行われ、ガラス長繊維ストランドマット(10)(Glass Continuous Strand Mat)であることを例示することができる(図3a、3b参照)。
上記のガラス長繊維はフィラメントの直径が3μｍないし30μｍなモノフィラメント100個、または30,000個が結束して形成されて、こじれていない状態またはやや複雑な状態であるストランド(strand)であることを例示することができる。そしてガラス長繊維ストランドマットは1つのストランドのカウントが50ないし2,000 texであることを例示することができる。
他の実施例として、9μｍないし13μｍのガラスヤーン(glass yarn)または10〜24μｍのロービング(roving)を一定長さ、例えば、5〜10cmに切断したガラスの短繊維を使用することもできる。
ただし、ガラスの短繊維の場合にはガラス繊維の配向性ないし方向性を制御しにくい問題がある。なぜなら、ガラスの短繊維の場合には発泡樹脂が発泡され、長繊維に比べて動きが自由なために望む方向に配向されていないためである。
それに対して、ガラス長繊維は連続的に延長されているために型の底に置かれた状態で発泡が行われる場合の長さ(水平)方向の配向性を維持できるメリットがある。
一方、上記S3段階で発泡樹脂(20)が発泡され、上記のガラス繊維(11)は、厚さ方向に広がるようになる。つまり、発泡が行われれば、型(M1)の下部に密集していたガラス繊維は、発泡が行われ、発泡樹脂の応力によって上部に表示されるので、発泡が完了すれば、発泡樹脂体(21)内に挿入されたガラス繊維(11)は上下にくまなく分布することになる。
発泡樹脂体を製造するための発泡樹脂は、ポリウレタン樹脂、ポリイソシアヌレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂やフェノール樹脂からなる群から選択された1種または2種以上の樹脂である。
上記S4段階では発泡樹脂体を縦方向にスライスすることにより、ガラス繊維がスライスされた発泡樹脂体の厚さ方向に配向する(図4参照)。
上記S5段階では発泡樹脂体の表面に物理的・化学的処理を行うことにより、発泡樹脂体内のガラス繊維が発泡樹脂体上に露出されるようにする。
この時、物理的処理方法は、発泡樹脂体のスライスの際に使用する切断機(Saw、knife、wheel)を使用して切断程度を調整しながら、発泡樹脂体の表面を切断したり、図5に図示されたとおり、発泡樹脂体の表面をブラシ(Brush)またはのみ(chisel)を使用して発泡樹脂体の表面の発泡樹脂を除去することができる(図5参照)。
そして化学的処理方法は、上記発泡樹脂体の片方または両側に、炭化水素系、ハロゲン化炭化水素、アルコール類、アルデヒド類、エーテル、エステル類、ケトン類及びグリコールエーテル系化合物からなる群から選択された1種または2種以上の有機化学溶剤を使用して発泡樹脂体フォームの表面の発泡樹脂を除去することになる。
そして、上記S6段階では上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)の一面または両面に繊維強化複合材を積層し、上記発泡樹脂体や繊維強化複合材を接着剤を使用したり、合成樹脂を注入して一体に成形するものとして、ここで使用される合成樹脂では不飽和のポリエステルの樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂及びABS樹脂などを例示することができる。
そして、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)と繊維強化複合材(表面材)の結合のために合成樹脂を注入する方法としては、ハンドレイアップ、樹脂トランスファー成形、注入成形、オートクレーブ成形、真空バッグ成形、プレス圧縮成形からなる群から選択された1種または2種以上の方法によることが望ましい。
上記のような方法で製造された運送体用サンドイッチ構造体または芯材のための発泡樹脂体は各用途によってドーナツ型(Ｏ型)、アーチ型(⊂型)、円形の曲面の形で加工することもできる。図6は曲面型の運送体用サンドイッチ構造体を加工する過程を示す工程図である。図6を参照すれば、運送体用サンドイッチ構造体をノッチカットにより細かく切断し、複数の切断された片をドーナツ型(Ｏ型)またはアーチ型(⊂型)または円形の形で接着し、曲面形状に加工できることが図示されている。また、芯材のための発泡樹脂体をノッチカットにより細かく切断し、複数の切断片をドーナツ型(Ｏ型)、アーチ型(⊂型)、円形の曲面型で接着または配列した後、表面材である繊維強化複合材と一体化成形して、各用途によってドーナツ型(Ｏ型)、アーチ型(⊂型)、円形の曲面型の運送体用サンドイッチ構造体で加工できることが図示されている。
このように運送体用サンドイッチ構造体または芯材のための発泡樹脂体を加工することにより、さまざまな用途に合わせて様々な形の運送体用サンドイッチ構造体を製造できる利点がある。
以下では、本発明による運送体用サンドイッチ構造体およびその製造方法の望ましい実施例を通じてより詳細に説明する。
（実施例）
1.S1の段階およびS2段階
図3a、3bは、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS1段階ないしS2段階が行われる工程を図示する断面図で、図3a、3bを参照すると、ガラス長繊維で行われたGCSM(Glass Continuous Strand Mat)を型上においてポリウレタンを上記GCSM上に塗布する。
2.S3段階
図3cは本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS3段階が行われる工程を図示する断面図で、図3cを参照すれば、上記GCSM上に塗布されたポリウレタンと所定の発泡剤の作用によってポリウレタンが発泡されて発泡樹脂体を製造する。
3.S4段階
図4は、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS4段階が行われる工程を図示する断面図で、図4を参照すれば、製造された発泡樹脂体を縦方向に30mm間隔でスライスする。
4.S5段階
図5は、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の製造方法のS5段階の物理的処理工程が行われる工程を図示する断面図で、図5を参照すれば、製造された発泡樹脂フォームの表面にガラス繊維が露出されるように切断機又は回転ブラシを使用して発泡樹脂フォームの発泡樹脂を取り除くことで、発泡樹脂フォームの表面にガラス繊維が平均2mmさらされるようにする。
5.S6段階
ガラス繊維が露出された発泡樹脂体の両面に末端が発泡樹脂体上に露出されたガラス繊維のメッシュ(Glass Mesh)と繊維強化複合材料のためのガラス繊維織物(Glass fabric)を積層とビニールエステル樹脂で一体に成形して厚さが36mmの運送体用サンドイッチ構造体の製造を完了しており、その物性は以下[表1]に記載した。
（比較例1）
芯材に発泡樹脂体フォームを適用する代わりに、従来の運送体用サンドイッチ構造体の芯材(コアとして使用されるAl Honeycomb core(Core size 3/8インチ、Alの厚さ70μｍ)を適用して、上記、実施例1のS6段階と同様の方法で運送体用サンドイッチ構造体を製造しており、その物性は以下[表1]に記載した。
（比較例2）
S5段階を省略して発泡樹脂体フォームの表面に物理的・化学的処理する工程を除いては、上記、実施例1と同じ方法で運送体用サンドイッチ構造体を製造しており、その物性は以下[表1]に記載した。
（比較例3）
製造された発泡樹脂体を横方向にスライスしてガラス繊維が長さ(水平)方向に配向されるようにした。以降、上記スライスされた発泡樹脂体の両面に繊維強化ボクハプジェヨンガラス繊維織物を積層し、ビニールエステル樹脂で一体に成形して厚さが36mmの運送体用サンドイッチ構造体の製造を完了しており、その物性は以下[表1]に記載した。
（比較例4）
S1の段階およびS2段階を省略してGCSM(ガラス繊維)なくポリウレタンだけを発泡させた後、上記発泡樹脂体をスライスした。スライスされた発泡樹脂体の両面に繊維強化複合材料のためのガラス繊維織物を積層とビニールエステル樹脂で一体に成形して厚さが36mmの運送体用サンドイッチ構造体の製造を完了しており、その物性は以下[表1]に記載した。
実施例および比較例によって製造されたサンドイッチ構造体の断面形状は図8aないし図8eに図示されている。
物性の評価方法
(a)圧縮最大強度
圧縮最大強度は、発泡の方向に対して垂直または水平に発泡試験片の高さの10%を圧縮して強度を測定したものである。圧縮最大強度=圧縮力(荷重)/断面積であり、ASTM D1621によって測定した。
(b)階間接着強度
階間接着強度は、発泡の方向に対して垂直または水平にローディングブロックで接着した後、引張方向に切断が行われる実験である。階間接着強度=接着力(荷重)/断面積であり、ASTM C297によって測定した。
(c)屈曲最大荷重
屈曲最大荷重は、サンドイッチ構造体の積層方向に曲げ試験を実施することで、破断が成し遂げている時までの最大荷重を測定したものである。 ASTM C393によって測定した。
(d)屈曲最大変位
屈曲最大変位は、サンドイッチ構造体の積層方向に曲げ試験を実施することで、破断が成し遂げている時までの最大延伸を測定したものである。 ASTM C393によって測定した。
(e)屈曲疲労抵抗性能
屈曲疲労抵抗性能試験はASTM C393試験をベースとし、基準となる試験片の最大荷重90%の荷重として反復的に力を加えて試験片が破断なる時まで実験された反復された回数を示す。
(f)断熱性能
断熱性能は物体の熱伝導率を測定することで、熱伝導率は熱流計法を利用して材料の熱伝導率を測定した。 ASTM C518の規格によって高温と低温プレート(Plate)の間に材料を入れて熱流束センサーを通じて熱伝導率を測定した。
物性の評価結果、実施例および比較例1ないし4はその厚さが同一であるが、圧縮強度と屈曲最大荷重の点において、本発明によって製造された実施例が比較例1、3、4に比べて優秀さを知ることができる。図10aないし図10eを参照すれば、実施例は514.8kgfの屈曲荷重にも芯材の形状に変化がないことが観察される反面(図10a)、比較例1は469.8kgfの荷重によって芯材が破断された形状を見ることができ(図10b)、比較例2の場合503.8kgfの屈曲荷重によって表面材と芯材間の界面剥離現象が起きたのを観察することができる(図10c)。
特に、本発明の実施例によって製作された運送体用サンドイッチ構造体は、屈曲疲労抵抗性能面において、芯材にAl Honeycomb coreが適用された従来の運送体用サンドイッチ構造体である比較例1に比べてその性能が53倍以上も優秀で、発泡樹脂体を縦方向にスライスした後ガラス繊維を露出させなかった比較例2に比べて2倍以上優れていることが分かっているなど屈曲疲労抵抗性能が非常に向上したのを確認することができる。
図11aないし図11cを参照すると、3Hz、423kgfの応力下で、実施例は107,587 cycle荷重を受けており、芯材の局部的な破断に止まった反面(図11a)、比較例1は1,999 cycle荷重を受けて、芯材が破断されており(図11b)、比較例2は46,926 cycle荷重を受けて、表面材と芯材間の界面はく離が起きただけでなく、芯材が破断されたのを観察することができる(図11c)。比較例3および比較例4は、荷重が到達する前に破断の現象が起き、屈曲疲労抵抗の性能を評価できなかった。
断熱性能の場合、本発明の実施例によって製作された運送体用サンドイッチ構造体は、芯材にAl Honeycomg coreが適用された従来の運送体用サンドイッチ構造体である比較例1に比べて20倍程度優秀で、残りの比較例と比較して断熱性能が似ていた。
以上で説明された本発明は、例示的なものに過ぎず、本発明が属する技術分野の通常の知識を持った者ならばこれから、多様な変形や均等な他の実施例が可能だという点をよく知ることができるだろう。このため、本発明は、上記の詳細な説明で言及される形だけに限定されることはないことを理解することができるだろう。 したがって、本発明の真の技術的保護範囲は添付された特許請求の範囲の技術的思想によって決定されるべきものである。また、本発明は添付された請求範囲によって定義される本発明の精神とその範囲内にある全ての変形物と均等物や代替物を含むものと理解されなければならない。
1:運送体用構造体、10:ガラス長繊維マット、11:ガラス繊維、20:発泡樹脂、21:発泡樹脂体、30:芯材と表面材の基層、40:表面材、B:回転ブラシ、M1:型。
上記の目的を達成するために、本発明による運送体用サンドイッチ構造体は芯材(コア)を形成する判形状の発泡樹脂体、上記発泡樹脂体の厚さ方向の片側もしくは両側に位置した表面材を形成する繊維強化複合層、および上記発泡樹脂体と繊維強化複合層の間に芯材と表面材の結合層を含み、上記発泡樹脂体内には多数のガラス繊維が挿入され、上記それぞれのガラス繊維と、上記発泡樹脂体の長さ方向が成す角の大きさが45度を超過して、90度以下を満足するガラス繊維の割合が全体のガラス繊維の70%以上であり、上記のガラス繊維の一方または両方の末端が全体的に発泡樹脂体上に露出され、露出されたガラス繊維が結合層及び繊維強化複合材に含浸および結合されており、上記のガラス繊維の露出された部分の高さが0.5〜10mmで、屈曲疲労抵抗性能が100,000以上であることを特徴としている。また、上記繊維強化複合材に使用される強化繊維はガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維や合成纎維からなる群から選択された1種または2種以上の繊維であり、上記の強化繊維の形態は織物(weaving fabric)、一方向の織物(uni-directional fabric)、連続ストランドマット(continuous strand mat)、チョップドストランドマット(chopped strand mat)及びバルキーマット(bulky mat)からなる群から選択された1種または2種以上の形態であることを特徴とする。
また、本発明は多数のガラス繊維を型上に設けている段階、上記多数のガラス繊維に発泡樹脂を塗布する段階、上記発泡樹脂を発泡させ、内部にガラス繊維が挿入された発泡樹脂体を製造する段階、上記発泡樹脂体を所定の厚さを持つように縦方向にスライス(slicing)する段階、上記のスライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端に物理的または化学的処理を通じて上記発泡樹脂体末端部分の発泡樹脂を除去する段階、および上記発泡樹脂体上に露出されたガラス繊維が繊維強化複合層に含浸なるように、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)および繊維強化複合層(表面材)を一体に成形する段階を含む運送体用サンドイッチ構造体の製造方法を提供する。
図1、図7を参照すると、本発明による運送用サンドイッチ構造体はシート形状の発泡樹脂体(芯材)と、上記発泡樹脂体内に形成される多数のガラス繊維と発泡樹脂体外面に形成される芯材と表面材の結合層と上記の結合層の外面に形成される繊維強化複合材(表面材)を含むことができる。そして、発泡樹脂体に挿入されたガラス繊維が全体的に発泡樹脂体上に露出されて、露出されたガラス繊維が上記の結合層および繊維強化複合層に含浸され、発泡樹脂体(芯材)と繊維強化複合層(表面材)間の結合力が増加されて断熱性と屈曲疲労の抵抗が改善され、バス、乗用車などの車両の内装及び外装材などで使用することができる。
そして、本発明による運送体用サンドイッチ構造体の結合層は、上記発泡樹脂体の外面に形成されることとして、不飽和のポリエステルの樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂及びABSからなる群から選択された1種または2種以上の合成樹脂が注入されることを例示することができる。
1:運送体用構造体、10:ガラス長繊維マット、11:ガラス繊維、20:発泡樹脂、21:発泡樹脂体、30:芯材と表面材の結合層、40:表面材、B:回転ブラシ、M1:型。

Claims (11)

  1. 芯材(コア)を形成する判形状の発泡樹脂体;
    上記発泡樹脂体の厚さ方向の片側もしくは両側側に位置した表面材を形成する繊維強化複合層;や
    上記発泡樹脂体と繊維強化複合層の間に芯材と表面材の基層で行われて、
    上記発泡樹脂体内には多数のガラス繊維が挿入され、
    上記それぞれのガラス繊維と、上記発泡樹脂体の長さ方向が成す角の大きさが45度を超過して、90度以下を満足するガラス繊維の割合が全体のガラス繊維の70%以上であり、
    上記のガラス繊維の一方または両方の末端が全体的に発泡樹脂体上に露出されて、露出されたガラス繊維が基層および繊維強化複合層に含浸および結合されたことを特徴とする運送体用サンドイッチ構造体。
  2. 上記のガラス繊維の露出した部分の高さが0.5〜10mmである請求項１記載の運送体用サンドイッチ構造体。
  3. 屈曲疲労抵抗性能が100,000以上であることを特徴とする請求項１記載の運送体用サンドイッチ構造体。
  4. 上記繊維強化複合層に使用される強化繊維はガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維や合成纎維からなる群から選択された1種または2種以上の繊維であり、上記の強化繊維の形態は織物、一方向の織物、連続ストランドマット、チョップドストランドマット及びバルキーマットからなる群から選択された1種または2種以上の形態であることを特徴とする請求項１記載の運送体用サンドイッチ構造体。
  5. 多数のガラス繊維を型上に設けている段階;
    上記多数のガラス繊維に発泡樹脂を塗布する段階;
    上記発泡樹脂を発泡させ、内部にガラス繊維が挿入された発泡樹脂体を製造する段階;
    上記発泡樹脂体を所定の厚さを持つように縦方向にスライスする段階;
    上記スライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端に物理的または化学的処理を通じて上記発泡樹脂体末端部分の発泡樹脂を除去する段階;や
    上記発泡樹脂体上に露出されたガラス繊維が繊維強化複合層に含浸なるように、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)および繊維強化複合層(表面材)を一体に成形する段階;を含む運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  6. 上記発泡樹脂体の製造時使用される強化ガラス繊維の形態は連続ストランドマット、チョップドストランドマット、バルキーマット、織物及び一方向の織物からなる群から選択された1種または2種以上のもので、上記発泡樹脂体の製造時使用される発泡樹脂はポリウレタン樹脂、ポリイソシアヌレート樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリエチレン樹脂やフェノール樹脂からなる群から選択された1種または2種以上の発泡樹脂であることを特徴とする請求項５記載の運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  7. 上記スライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端部分の発泡樹脂を除去する物理的方法は、切断機を使用して切断程度を調整する方法及びブラシ、またはのみを使用する方法からなる群から選択された1種の方法であることを特徴とする請求項５記載の運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  8. 上記スライスされた発泡樹脂体の一方または両方の末端部分の発泡樹脂を除去する化学的方法は、上記スライスされた発泡樹脂体片側や両側に、炭化水素系、ハロゲン化炭化水素、アルコール類、アルデヒド類、エーテル、エステル類、ケトン類及びグリコールエーテル系化合物からなる群から選択された1種または2種以上の有機化学溶剤を処理することを特徴とする請求項５記載の運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  9. 上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)、繊維強化複合層(表面材)を一体で成形するため、上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体と繊維強化複合層の間に、接着剤を使用して接着する方法及び上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体に繊維強化複合層を積層して合成樹脂を注入する方法からなる群から選択された1種の方法であることを特徴とする請求項５記載の運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  10. 上記のガラス繊維が露出された発泡樹脂体(芯材)と繊維強化複合層(表面材)を積層して合成樹脂を注入する方法はハンドレイアップ、樹脂トランスファー成形、注入成形、オートクレーブ成形、真空バッグ成形やプレス圧縮成形からなる群から選択された1種または2種以上の方法の一つであり、上記の一体化成形用合成樹脂は不飽和のポリエステルの樹脂、ビニールエステル樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポリエチレン樹脂、ナイロン樹脂、ポリアセタール樹脂、塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂及びABS樹脂からなる群から選択された1種または2種以上の樹脂のことを特徴とする請求項９記載の運送体用サンドイッチ構造体の製造方法。
  11. 請求項５〜１０のいずれか１項記載の方法で製造された上記運送体用サンドイッチ構造体または芯材のための発泡樹脂体をノッチカットにより細かく切断し、複数の切断された片をドーナツ型(Ｏ型)、アーチ型(⊂型)及び円形からなる群から選択された1種の形で接着または一体化成形して曲面形状に加工した運送体用サンドイッチ構造体。
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