JP2020006686A - Ｒｔｍ成形品 - Google Patents

Abstract

【課題】用いられるコア材の収縮を抑えて、外観を向上させたＲＴＭ成形品の提供。【解決手段】コア材７を繊維強化樹脂層５により覆ったＲＴＭ成形品において、コア材７を、熱可塑性発泡樹脂製の複数のコア本体１１と、それぞれのコア本体１１を覆う強化繊維含有の熱硬化性樹脂製のシェル１３とにより構成するＲＴＭ成形品３。【選択図】図３

Description

本発明は、ＲＴＭ成形品に関するものである。

例えば、特許文献１には、ＲＴＭ成形により、発泡体からなるコア材を繊維強化樹脂層で覆ったＲＴＭ成形品が開示されている。ＲＴＭ成形では、金型のキャビティに、強化繊維により覆われたコア材を収容する。そして、液状のマトリクス樹脂を加圧注入することで強化繊維にマトリクス樹脂を含浸させる。

特開２００５−６７０２１号公報

しかし、特許文献１のものでは、例えばマトリクス樹脂を加圧注入するときに、コア材の発泡体が、圧力により収縮することがある。コア材が収縮すると、キャビティの外周縁に隙間が発生し、マトリクス樹脂がこの隙間に多く流れる。このため、ＲＴＭ成形品の外周縁では、マトリクス樹脂が肉厚になりヒケが生じやすくなる。一方、ＲＴＭ成形品の中央側の部分では、マトリクス樹脂が強化繊維に十分に含浸せず、強化繊維が露出してしまうおそれがある。したがって、ＲＴＭ成形品の外観が悪くなるおそれがあった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、コア材の収縮を抑えて、ＲＴＭ成形品の外観を向上させるようにすることにある。

前記の目的を達成するために、この発明では、コア材の発泡体を熱硬化性樹脂のシェルにより覆うこととした。

具体的には、第１の発明は、コア材を繊維強化樹脂層により覆ったＲＴＭ成形品であって、前記コア材は、熱可塑性発泡樹脂製の複数のコア本体と、それぞれの該コア本体を覆う強化繊維含有の熱硬化性樹脂製のシェルとを備えることを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、前記コア本体の熱可塑性発泡樹脂は、ポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂であり、前記シェルの強化繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維で、熱硬化性樹脂は、ビニルエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂であることを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、前記シェルに、無機粒子が含まれていることを特徴とする。

第４の発明は、第１〜第３の発明のいずれか１つにおいて、前記コア材は、１２０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が８０ＭＰａ以上であることを特徴とする。

第１の発明によれば、コア材をなす複数のコア本体がシェルに覆われているので、コア本体の収縮を抑制できる。また、コア材の内部にシェルによる骨組構造が形成されるので、コア材全体としての耐圧縮性を高めることができる。したがって、コア材の収縮を抑えて、外観を向上できる。

第２の発明によれば、コア本体を安価な材料で構成してコア材の収縮を抑制できる。

第３の発明によれば、シェルの強度を向上させて、コア材の収縮をさらに抑制できる。

第４の発明によれば、例えばＲＴＭ成形時での１２０℃の環境におけるコア材の収縮を抑制できる。

本発明の実施形態に係るルーフパネルを備える乗用車を示す側面図である。 ルーフパネルの斜視図である。 図２のIII−III線断面図である。 コア材と強化繊維基材とを金型にセットする前の状態を示す工程図である。 コア材と強化繊維基材とを金型にセットした状態を示す工程図である。 マトリクス樹脂を金型に注入した状態を示す工程図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

〈全体構成〉
図１は乗用車１を示す。この乗用車１は、車体ルーフ部の外面部を構成するルーフパネル３を備えている。ルーフパネル３は、本発明の実施形態に係るＲＴＭ成形品を構成している。ルーフパネル３は、図２にも示すように、板状に形成され、車幅方向両端部が下方に向けて湾曲した形状であり、表面（意匠面）が上方及び車幅方向外側に向けられている。

図３に示すように、ルーフパネル３は、後述するＲＴＭ成形方法により成形されたＲＴＭ成形品である。ルーフパネル３は、コア材７と、コア材７を覆う繊維強化樹脂層５とを備えている。

〈コア材〉
コア材７は、多数の粒状のコア本体１１の集合体である。コア材７は、多数のコア本体１１と、それぞれのコア本体１１を覆うシェル１３とからなる。詳しくは、多数のコア本体１１は、互いに間隔を空けてシェル１３に埋め込まれた状態になっている。コア材７は、１２０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が８０ＭＰａ以上であることが好ましく、さらに好ましくは１００ＭＰａ以上である。

コア本体１１は、熱可塑性発泡樹脂からなる。具体的に、熱可塑性発泡樹脂としては、例えば、ポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂の発泡体が挙げられる。コア本体１１は、球体や楕円体、円柱等の粒状に形成されている。各コア本体１１の粒径は、同じであってもよく、異なっていてもよい。コア本体１１の粒径は、例えば２ｍｍである。

シェル１３は、強化繊維及び無機粒子を含有した熱硬化性樹脂からなる。具体的に、強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、及びセルロース等の有機繊維のうちから選ばれる１種以上の短繊維が挙げられる。無機粒子としては、例えば、シラスバルーン、タルク、炭酸カルシウム等が挙げられる。熱硬化性樹脂としては、例えば、ビニルエス
テル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂が挙げられる。

図示は省略するが、コア材７は、コア本体１１を形成する粒状の熱可塑性発泡樹脂を、シェル１３を形成する熱硬化性樹脂で覆った多数の複合粒子により製造される。

具体的に、まず、熱硬化性樹脂と硬化剤（アミン系硬化剤）とを混合して熱硬化性樹脂混合液を調製する。次に、粒状の熱可塑性発泡樹脂の表面に熱硬化性樹脂混合液、強化繊維及び無機粒子を塗布し、複合粒子を製造する。

複合粒子の嵩密度は、例えば８５ｋｇ／ｍ^３であり、見掛け密度は例えば１５５ｋｇ／ｍ^３である。複合粒子の熱硬化性樹脂は、未硬化状態である。

次いで、複合粒子を金型に充填し、厚み方向に５０％圧縮した後、加熱し、熱硬化性樹脂を完全に硬化、または、半硬化状態とすることで複合粒子同士を接着させる。

以上により、複数のコア本体１１と各コア本体１１を覆うシェル１３とを備えるコア材７（例えば密度が１７０ｋｇ／ｍ^３）を製造する。

また、コア材７には、後述するマトリクス樹脂１５がシェル１３内部へ侵入することを防ぐため、表面にシール層（図示せず）を設けても良い。この場合、シール層はビニルエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂等からなる樹脂フィルムによるラッピング、または、ビニルエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂等
からなるコーティング剤の塗布等により形成される。さらにこのシール層は、１２０℃の貯蔵弾性率が１ＧＰａ以上であることが好ましい。

〈繊維強化樹脂層〉
繊維強化樹脂層５は、コア材７の外面を覆うもので、ルーフパネル３の表面及び側面では、全体に形成されている。また、ルーフパネル３の裏面に、インサートされたビス等の取付部材（図示省略）が設けられている場合がある。この場合、ルーフパネル３の裏面において、繊維強化樹脂層５は、取付部材を除いた部分に形成されている。すなわち、繊維強化樹脂層５は、取付部材には形成されていない。このようにして、繊維強化樹脂層５は、コア材７を覆っている。繊維強化樹脂層５は、強化繊維基材１７とマトリクス樹脂１５とからなる。

強化繊維基材１７は、コア材７を覆うように設けられている。強化繊維基材１７は、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、又はセルロース等の有機繊維からなるシート材である。

マトリクス樹脂１５は、強化繊維基材１７に含浸されていると共に強化繊維基材１７の周囲にそれを内部に埋め込むように形成されている。すなわち、強化繊維基材１７は、マトリクス樹脂１５内に埋設されている。マトリクス樹脂１５としては、例えば、エポキシ系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ウレタン樹脂等の熱硬化性樹脂が挙げられる。

〈ルーフパネルの製造方法〉
以下に、前記構成のルーフパネル３をＲＴＭ成形により製造する手順を図４〜図６により説明する。

まず、図４に示すように、金型３０、コア材７及び２枚の強化繊維基材１７を準備する。金型３０は、上型３１と下型３３とからなる。上型３１にはコア３２が形成されている。上型３１の中央部にはゲート３１ａが形成されている。下型３３には、キャビティ３４が形成されている。コア材７は、中央部に貫通孔７ａを備えている。各強化繊維基材１７は、コア材７の表面及び裏面よりも面積が大きいものである。

次に、図５に示すように、コア材７の上下に強化繊維基材１７を配置して、コア材７をキャビティ３４に収容する。上下の強化繊維基材１７は、互いの周縁部１７ａが重ね合わされる。このことにより、コア材７は、強化繊維基材１７に覆われる。コア材７は、貫通孔７ａが上型３１のゲート３１ａと一致するように収容される。

次に、キャビティ３４内を減圧し、図６に示すように、注入機３５によりゲート３１ａからキャビティ３４内へ溶融したマトリクス樹脂１５の溶融樹脂を加圧注入して、マトリクス樹脂１５を強化繊維基材１７に含浸させる。コア材７の中央部に貫通孔７ａが形成されているので、溶融樹脂は、貫通孔７ａを通ってコア材７の下面にも流れやすい。そして、１２０℃になるようにキャビティ３４内を加熱して、マトリクス樹脂１５を硬化させる。以上によりルーフパネル３を製造する。

尚、熱硬化性樹脂を半硬化状態で製造したコア材７を用いる場合、上記マトリクス樹脂１５を硬化させる時の加熱によって半硬化状態の熱硬化性樹脂は完全に硬化する。この場合、コア材７とマトリクス樹脂１５とがより強く接着する。

〈実施形態の効果〉
したがって、本実施形態によれば、ルーフパネル３において、コア材７をなす複数のコア本体１１の各々がシェル１３に覆われているので、ＲＴＭ成形時の圧力によるコア本体１１の収縮を抑制できる。また、コア材７の内部にシェル１３による骨組構造が形成され、シェル１３の一部がコア本体１１間に介在してシェル１３の外殻部分を補強するので、コア材７全体としての耐圧縮性を高めることができる。したがって、コア材７の収縮によりキャビティ３４の外周縁に隙間が生じることを抑制して、ルーフパネル３の外観を向上できる。

また、コア材７は、ポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂から構成されている。このため、コア本体１１として、スーパーエンジニアリングプラスチック等の高価な材料を用いることなく、コア材７の収縮を抑制できる。

さらに、シェル１３に無機粒子が含まれている。このため、シェル１３の強度を向上させて、コア材７の収縮をさらに抑制できる。

また、コア材７は、１２０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が８０ＭＰａ以上である。このため、ＲＴＭ成形時において、マトリクス樹脂１５を硬化させるためにキャビティ３４内の温度を１２０℃にしても、コア材７の収縮を抑制できる。また、成形後のルーフパネル３の１２０℃における強度を高くすることができる。

（その他の実施形態）
前記実施形態では、本発明を車両のルーフパネル３に適用したが、軽量で外観の見栄えが求められる他の製品に適用してもよい。例えば、ドアやボンネット等の車両の外板部品、Ｂピラー、サイドシル、フロアパン等の車両のボデー部品、建材やバスタブ等、車両用部品以外の製品に適用してもよい。

繊維強化樹脂層５は、コア材７の表面及び裏面の全体を覆ってもよい。

本発明は、例えば乗用車用車体外側パネル材等のＲＴＭ成形品の外観を向上できて有用である。

３ ルーフパネル（ＲＴＭ成形品）
５ 繊維強化樹脂層
７ コア材
１１ コア本体
１３ シェル

Claims (4)

1. コア材（7）を繊維強化樹脂層（5）により覆ったＲＴＭ成形品であって、
   前記コア材（7）は、熱可塑性発泡樹脂製の複数のコア本体（11）と、それぞれの該コ
   ア本体（11）を覆う強化繊維含有の熱硬化性樹脂製のシェル（13）とを備えることを特徴とするＲＴＭ成形品。
2. 請求項１において、
   前記コア本体（11）の熱可塑性発泡樹脂は、ポリエステル系樹脂又はポリアミド系樹脂であり、
   前記シェル（13）の強化繊維は、ガラス繊維又は炭素繊維で、熱硬化性樹脂は、ビニルエステル系樹脂、フェノール系樹脂、ウレタン系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂又はエポキシ系樹脂であることを特徴とするＲＴＭ成形品。
3. 請求項１又は２において、
   前記シェル（13）に、無機粒子が含まれていることを特徴とするＲＴＭ成形品。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   前記コア材（7）は、１２０℃における貯蔵弾性率Ｅ’が８０ＭＰａ以上であることを
   特徴とするＲＴＭ成形品。

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