JPH03180329A - 軽量複合成形物の製造方法 - 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、多孔質コアを主体とし、表層部は硬化した成
形樹脂からなる軽量な複合成形物の製造方法に関する。

［従来の技術］ 通常、合成樹脂成形物の一種である多孔質成形物は、従
来、工業的には発泡成形により製造されていた。これを
サンドイツチ材等、軽量ＩＩ遺体にする方法としては、
発泡成形物を７リプレグ等で覆って成形するか、予め成
形した外殻中空体に発泡性樹脂を注入して発泡成形する
のが普通である。

近年、発泡膨張を用いた内圧成形が考案され（特開昭６
３−１６２２０７号等〉、更に本発明者らは発泡性樹脂
粒子と硬化性液状樹脂を使用し多孔質コアと繊維補強樹
脂表面とを同時に成形する新規な方法を開発し提案した
〈例えば特願平１−１７９８３０号〉。

［発明が解決しようとする課題］ 芯部が多孔質からなり表面が繊維補強樹脂複合材料によ
り所定の形状に成形された複合成形物を発泡性樹脂等の
熱膨張性樹脂を用いて一体成形するこれらの成形法は効
率的で優れたものである。

しかしながら、熱膨張性樹脂は所定の温度まで、その温
度に対して所定の時間だけ膨張して、例えば金型内で若
干時間膨張圧力を保ち、以後、膨張圧力が低下するのが
普通である。例えば特開平１−２５５５３０号公報第８
ページの第９図、第１０図はこの一例を示したものであ
り、この他でも、例えば発泡性樹脂粒子（ＦＭＣ−００
３・００４）のカタログ等にも記載されている。従って
、これらの成形方法では、熱膨張性樹脂、硬化性樹脂、
成形物の形態を適当に選ばないと、熱膨張性樹脂の膨張
が終わっても硬化性樹脂が硬化せず、熱膨張性樹脂の膨
張終了後収縮し始めてから硬化性樹脂が硬化し、結果と
して硬化性樹脂が不足した部分を含む成形物が得られる
等の問題が生じる。この問題は成形物の厚さが増えると
、特に現われ易い。

［課題を解決するための手段］ 本発明者らは、これらの問題を解決すべく鋭意研究の結
果、熱膨張性の発泡性樹脂粒子と共に非熱膨張性の軽量
弾性体粒子を併用することを考え、本発明に到達した。

すなわち、本発明は少なくとも硬化した成形樹脂により
所定の形状に成形された表層部、多孔質からなる芯部、
及び表層部と芯部との間に介在する分離層を有する軽量
複合成形物を製造するに当り、 （ａ）成形用の型内に、熱ｍ張後の発泡性樹脂粒子及び
非熱膨張性軽量弾性粒子を実質的に通さないが硬化性の
液状成形樹脂及び／又はその原料を通す分離層を設置す
ること、 ｆｂ）分離層に囲まれた、成形後の発泡コアとなる領域
に、発泡性樹脂粒子と非熱膨張性軽量弾性粒子と更に必
要に応じ硬化性樹脂を存在させること、 （ｃ）必要に応じ、型内に液状の硬化性樹脂を注入する
こと、 （ｄ）型の所定領域を充分高い温度まで加熱すること及
び／又は上記樹脂原料の反応熱による温度上昇により、
発泡性樹脂粒子を加熱発泡させて体積は張を生じさせ、
これにより分離層を型の内面に対して押しつけるととも
に硬化性の液状成形樹脂及び／又はその原料を分離層に
浸透させかつ少なくともその一部を該分離層を通過させ
て表層部に至らせること、 （ｅ）上記液状成形樹脂及び／又はその原料を硬化させ
ること、そして、 （ｆ）得られた複合成形物を型から取り出すこと、を特
徴とする軽量複合成形物の製造方法である。

本発明では、発泡性樹脂の熱による発泡膨張を利用して
成形物に内圧をかけながら成形を行うに際して、この膨
張により共存する軽量弾性体粒子を圧縮し、樹脂の硬化
が進まないうちに膨張した発泡性樹脂粒子が収縮し始め
たら、系内の圧力変化（圧力低下）によりこの軽量弾性
体粒子を膨張させて全体としての膨脹力を補おうとする
ものである。例えば、硬化未完了のサンドイツチ材の多
孔質の孔の幾つかを弾性体で埋めておき、初期の成形に
際して圧縮し、他の孔が収縮し始めて金型内の圧力が低
下した際にこれを膨張させて補おうとするものである。

従って、発泡性樹脂粒子からなる熱膨張体と粒子状軽量
弾性体とは均等に分散し、混在していることが望ましい
。例えば、熱膨張体を発泡性バルーンとし、軽量弾性体
を発泡成形した小粒子とすることなどは好ましい実施態
様である。

本発明に用いられる軽量弾性体粒子は発泡成形した粒子
、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン
等の気泡を含む軽量粒子であって、これを圧縮した場合
に縮小し圧力を解放した場合にほぼ原形に戻るが熱によ
ってさらに発泡膨張することのない粒子である。また、
当然であるが、該粒子は弾性の中空バルーン等であって
もよい。

この弾性粒子は比重が０．５以下のものが好ましい。

さらにこれに非弾性の中空体を混合することもできる。

軽量の多孔質体を得る上で、このような非弾性の中空体
は安価で便利なものである。経済性も考慮するとこのよ
うな中空体としてガラスバルーン、シラスバルーン等が
好ましい。

一方、分離層としては、熱膨張後の発泡性樹脂粒子を実
質的に通さず硬化性液状成形樹脂は通す分離機能を有す
る部分が少なくともその一部又は全部を構成し、残りは
上記液状成形樹脂をも通さない材料からなるものを用い
る。

かかる分離層の分離機能を構成するものとしては、繊維
シート及び／又は多孔質シートが挙げられる。繊維シー
トとしては、各種天然繊維、合成繊維、金属繊維、炭素
又はセラミックス等の無機繊維等の織布、編み物、組み
物、不織布、紙等が用いられる、多孔質シートとしては
連通気孔を有する膜またはフィルム状のものであり、ポ
リウレタン、ポリスチレン、あるいはポリプロピレン等
のフオームシートや延伸、抽出又は凝固法などでつくる
ポリプロピレンあるいはポリスルフォン等の多孔膜が用
いられる。その目開きは、使用する発泡性樹脂粒子の種
類やその発泡性に応じて選択される。この分離層にそれ
自体補強機能を有するガラス繊維、炭素繊維、アラミド
繊維等のシートを用いることもできる。これらのシート
は、表面に色彩や模様を施したものでもよい。さらにこ
の分離層として容易に目的成形物の形状に合せうるよう
に伸縮性を有する材料を選択することもできる。

分離層の一部を構成することのある液状成形樹脂を通さ
ない材料を構成するものとしては、分離機能を有する部
分を構成する材料とは異なった材料とつなぎ合わせる以
外に、分離機能を有する部分で用いている繊維シート及
び／又は多孔質シートを予め樹脂等でその目開きを封止
処理したもの、繊維シートがポリプロピレン繊維など加
熱処理により融着させ得る場合には融着処理により目開
きをつぶしたもの、フィルム等を貼付けたものなどがあ
る。

また、分離層に重ねて補強用の繊維シートやプリフォー
ムを併用してもよい。この場合は補強用繊維シートやプ
リフォームの目開きは自由に選択でき、例えば一方向繊
維配列プリプレグや三次元織物や編み物のプリフォーム
も使用できる。

また、分離層及び／又は補強用の繊維シートやプリフォ
ームを予めプリプレグの形で樹脂処理しておくことも該
分離層が本発明で目的とする機能を失わない限り可能で
ある。

なお、平板や表裏のある面状の成形物を製造する場合、
分離層は型の内面の一方の側だけに設置することもでき
る。このケースでは、他の側は、分離層を設けない場合
や分離層の代わりに液状成形樹脂も通さないフィルム等
の材料を設置する場合などがあるが、目的に応じて選択
すればよい。

例えば、自動二輪車のカウリングの場合、表面側に印刷
したフィルムを設置し、裏面側にガラス繊維の分離層を
用いることで、成形後表面側を塗装しデカールを貼る作
業を簡略化できる。

ここで用いる発泡性樹脂粒子としては、加熱により体積
が少なくとも２倍、好ましくは３倍、更に好ましくは６
倍以上に増大するものであり、成形に使用する樹脂等に
溶解しないものである。また、発泡空間部に液状樹脂が
入らないように、発泡が独立気泡となるものが好ましい
。かかる発泡性樹脂粒子の素材としては、例えばポリウ
レタン、フェノール、ポリウレア、メラミン、ポリイミ
ド等の硬化型フオームやその前駆体、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリエチレン、Ｐ
ＰＯ、ポリアミド、ポリカーボネート、ＰＢＴ、ポリイ
ミド等の熱可塑性樹脂が挙げられる。かかる発泡性樹脂
粒子の発泡は発泡剤分解法、溶剤揮散法、化学反応法、
気体混入法等いずれの方法も適用できる。この中で発泡
剤分解法や溶媒揮散法が好ましく用いられる。

本発明方法において、発泡性樹脂は微細な粒子にして液
状硬化性樹脂と混合させて用いることもできる。この場
合には微細になればなるほど得られる成形物の品質が高
まるので好ましい。これは、併用する軽量弾性粒子も同
様である。かかる意味で、発泡性樹脂粒子としては、中
空状の熱膨張樹脂粒子、すなわち、加熱によって体積が
少なくとも２倍、好ましくは３倍以上に増大する樹脂粒
子が好ましく、例えば加熱により発泡してマイクロカプ
セル化する低沸点炭化水素を内包したポリ塩化ビニリデ
ン粒子等が特に好適に使用される。

一方、成形樹脂としては熱可塑性樹脂も用いろれるが、
硬化性の液状樹脂が好ましく、エポキシ樹脂、不飽和ポ
リエステル樹脂、ジシクロペンタジェン樹脂、非発泡性
ウレタン樹脂等一般によく知られている液状成形樹脂が
好ましく用いられる。

以下、工程を追って、発泡性（熱膨張性〉樹脂粒子と非
熱膨張性の軽量弾性粒子とを併用することを最大の特徴
とする、本発明方法を詳細に説明する。

本発明によれば、まず成形用の型を用意する。

この型は、成形温度等に応じて、材料を選択する。

所謂狭義の金型、木型、樹脂型等のうちから適宜選択し
て使用される、型の内面に沿って、上述の分離層となる
シートを設置する。該シートの他に、補強繊維を別途加
えるか、又は分離層自体を補強繊維で構成する。この分
離層は剥離用のシートを兼ねることもできる。場合によ
り多孔質シートとして例えば織物等を加えて樹脂の導出
部とすることもできる。

この型は、ガス・液抜き用のノズルを持ち、このノズル
と型本体との間に、軽量弾性粒子と発泡性樹脂粒子を通
さず液状の樹脂及びその原料を通す装置を設けている。

この型に軽量弾性粒子と発泡性樹脂粒子と、必要に応じ
中空バルーンと硬化性樹脂を詰め、空間を残して型を閉
じる。この際、型内を真空にすることが好ましい。次に
、この型内に液状の硬化性樹脂及び／又はその原料を導
入する。好ましくは該樹脂及びその原料が溢流すること
を確めて導入を止める。型の上方のノズルを開いたまま
加熱し、発泡性樹脂粒子を膨張させると、分離層は型の
内面に押しつけられ、かつ液状の樹脂及び／又はその原
料は分離層内に浸透しその一部は外側の成形物表層部に
至る。そして液状の硬化性樹脂及び／又はその原料をノ
ズルから溢流させながら硬化する。必要ならば途中で溢
流を止めるためノズルを閉じる。弾性粒子は発泡性樹脂
の発泡による圧力により一たん縮小するが、発泡が頂点
をすぎ発泡粒子の縮小が生じるとそれを補うように弾性
粒子が膨張し、成形物に樹脂の不足部を生ずるのを防止
するように働く。樹脂の硬化後に冷却して、型より成形
物を取り出す。液状の硬化性樹脂は例えば補強繊維シー
トに多量に含ませておき、注入を省略することもできる
。

［発明の効果］ 本発明方法により、良好な表面を持った、軽量のハニカ
ム材等の構造材料として有用な複合成形物が得られる。

即ち、発泡性樹脂粒子を加熱膨張させて内圧をかける成
形において、該発泡性樹脂粒子及びマトリックスとなる
硬化性樹脂の収縮がおきても成形物表面や特定部分に硬
化樹脂が不足することもなく、成形工程や成形物の品質
安定性も良好である。

本発明の当初の目的は発泡性樹脂粒子等の、成形完了前
の収縮の発生に対する対策であった。しかしながら、本
発明方法を現実に実施してみると、ガラスバルーン等中
空体の無機中空体を添加して成形する場合よりむしろ成
形物の軽量化がはかられている。これは、一般に弾性粒
子として用いるポリプロピレン発泡体等の比重が無機中
空体より低比重に作られるからと考えられる。また、多
少の反発力を弾性粒子に残存している成形物でも、コア
セルに当る樹脂の硬化が完了すれば、その中に包蔵され
る弾性粒子は成形物の変形等の問題を起こさないことも
確認された。

［実方拒例コ 次に、本発明の実施例及び比較例をあげて説明するが、
本発明はこれにより限定されるものではない。尚、特に
断りのないかぎり各間中の「部」は重量部である。

実施例１ シェル製のエポキシ樹脂「エピコート８０７」、硬化剤
「エボメートＹＬＨＯＯ７Ｊを３１部混合した。これを
液状硬化性樹脂Ａとする。

一方、ポリプロピレンに分散剤、発泡剤くフレオン１２
）及び水を加え、加熱、加圧した。これを低圧帯に放出
して発泡粒子を得た。この粒子は、内部に多数の気泡を
含むが更に熱しても実質上の発泡はなく、かつ圧縮によ
り縮小し圧力の解除によって復元する弾性粒子であった
。

液状硬化性樹脂Ａ１００部中に発泡性樹脂粒子として松
本油脂製の発泡バルーン「マイクロスフェア−Ｊ　Ｆ−
３０Ｄを４４部、上記の弾性粒子（ポリプロピレンビー
ズ〉を１０部混合した。得られたものを発泡性混合物Ｂ
とする。

ポリエチレンテレフタレート繊維とポリプロピレンの繊
維で作られた長繊維不織布「ユニセル」を用い、後述の
金型の内寸に合わせてやや小さ目の袋を作った。この袋
の中に発泡性混合！ＩＩＪＢを詰めた。

一方、アルミニウムの板２枚の間に、「テフロン」の枠
を挟んだ金型を作った。この金型には上下の端にノズル
を設けた。金型−杯のガラスクロスを６枚と長さを金型
に合せ、幅をノズルを覆うサイズにした短冊状ガラスク
ロス８枚とを作り、大きなガラスクロスを用いて、ガラ
スクロス／発泡混合物Ｂの袋詰め／ガラスクロスの順で
金型に入れた。一方、小さなガラスクロスを重ねてノズ
ルを覆う位置つまり上下端を埋めた。上方のノズルを用
いて金型内部を真空にした。次いで液状硬化性樹脂Ａを
下方のノズルより圧入し、上方のノズルから溢れること
を確認した。暫く放置してから金型を７０℃の温水浴中
に入れ加熱して発泡バルーンを発泡膨張させ、内圧が正
になってからノズルを微開した。内圧を６Ｋｇ／ａｉｌ
に保ちながら硬化性樹脂を抜きつつ硬化させた。

１時間後に温浴から取りだし、冷却して金型から成形物
を取りだした。かくして、表面がガラス繊維強化エポキ
シ樹脂、内層がエポキシ樹脂の発泡体である軽量で良好
なサンドイッチ状構造材が得られた。この操作を繰返し
た結果も全て同様で、成形物平均比重は０．５２であっ
た。

比較のため、上記ポリプロピレンビーズの代わりに、旭
硝子製のガラスピーズＱ−Ｃｅｌｌ　５７５を２２部用
いたものは中央部に樹脂の足りないものが３０％でき、
成形物の平均比重は０．６２であった。

くなお、ポリプロピレンビーズ１０部とガラスピーズＱ
−Ｃｅｌｌ　５７５２２部は、同じ容積である。）実施
例２ 実施例１と同様にして液状樹脂Ａを準備した。

但し樹脂の総量は５７５部である。一方、弾性粒子であ
るポリプロピレンビーズＰＢ−ＭＧ１５Ｐを入手した。

この粒子は嵩比重的０．０５ｇ／−であり、これを８部
準備した。一方、松本油脂製の発泡バルーンＦ−３０Ｄ
を４８部準備した。

最大幅１２０ｍｍ　、最大長さ３５０ｍｍ　、　ｔＩｌ
、大厚さ１４ｍｍの、蛇状のモデルを作る雄型２個の金
型を作成した。金型の上下にはそれぞれノズルを設けた
。この金型の内寸に合わせたガラスクロス６葉も準備し
た。ポリエステル不織布「ユニセルＢＴ−０４０４Ｊを
金型内寸に合わせて袋状となし、これに上記のポリプロ
ピレンビーズと発泡バルーンを収め、シールした。

ポリプロピレンビーズと発泡バルーンを収めた袋を中心
に、ガラスクロスで覆い、金型に収めて閉じた。この金
型内部を真空に引き、前記の液状硬化性樹脂（エポキシ
樹脂）を下方のノズルから圧入し、上方のノズルから溢
れさせた。

硬化性樹脂の入った金型を７０℃の温浴に入れ、発泡バ
ルーンを発泡膨張させ、液状樹脂を流出させた。流出が
続くうちにノズルを閉じた。１時間保持後、温浴から取
りだし、冷却して成形物を取りだした。比重０．８の良
好な複合成形物が得られた。

比較のため、ポリプロピレンビーズの代わりに、旭硝子
製のガラスピーズＭ２８を２４部用いたものを、同様に
成形したところ、成形物の一番肉厚の部分の表面は硬化
樹脂が不足していた。（このガラスピーズ量は、体積基
準でポリプロピレンビーズと同じである。） また、ポリプロピレンビーズ及び松本油脂製の発泡バル
ーンの代わりに、ポリスチレンの膨張ビーズのみを用い
たものも同様に成形した。得られた成形物は一番厚い部
分の表面の樹脂が不足していた。

実施例３ 根土工業製インシアネートＣ−４６を１００部、東洋ゴ
ム製ソフランＲ１１０９−５０ＦＳを８０部の割合で混
合した原料を用いて第１の金型で成形した。得られた発
泡成形物をコア材とする。

一方、実施例１と同様に、「エピコート８０７」と「エ
ポメートＹＬＨＯＯ６Ｊとを重量比１００対３１の割合
で混合した硬化性液状樹脂を作った。

実施例１と同様にポリエチレンテレフタレートとポリプ
ロピレンの繊維で作った長繊維不織布「ユニセルＪ　Ｂ
Ｔ４０４０を用い、これで上記コア材を中心に、ポリプ
ロピレンビーズ１０部、実施例１で用いた松本油脂製の
発泡バルーン「マイクロスフェア−Ｊ　Ｆ−３０Ｄ　４
４部を包んで第２の金型の内寸に合わせてやや小さ目の
袋を作った。

この包みを日東紡製のガラスクロスＷＥ−１８１−１０
０ＢＶで包んだ。これを第２の金型に収めた。この金型
に設けた上方のノズルを用いて金型内部を真空にした。

次いで、液状硬化性樹脂を下方のノズルより導入し、上
方のノズルから溢れることを確認した。

次いで、実施例１と全く同様にして第２金型を温浴に入
れ、樹脂を抜きながら、硬化させた。１時間後に温浴か
ら取りだし、冷却して金型から成形物を取りだした。か
くして、表面がガラス繊維強化エポキシ樹脂、内層がポ
リウレタン、ポリプロピレン、エポキシ樹脂の発泡体で
ある軽量で良好なサンドイッチ状構造材が得られた。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少くとも硬化した成形樹脂により所定の形状に成
   形された表層部、多孔質からなる芯部、及び表層部と芯
   部との間に介在する分離層を有する軽量複合成形物を製
   造するに当り、 （ａ）成形用の型内に、熱膨張後の発泡性樹脂粒子及び
   非熱膨張性軽量弾性粒子を実質的に通さないが硬化性の
   液状成形樹脂及び／又はその原料を通す分離層を設置す
   ること、 （ｂ）分離層に囲まれた、成形後の発泡コアとなる領域
   に、発泡性樹脂粒子と非熱膨張性軽量弾性粒子と更に必
   要に応じ硬化性樹脂を存在させること、 （ｃ）必要に応じ、型内に液状の硬化性樹脂を注入する
   こと、 （ｄ）型の所定領域を充分高い温度まで加熱すること及
   び／又は上記樹脂原料の反応熱による温度上昇により、
   発泡性樹脂粒子を加熱発泡させて体積膨張を生じさせ、
   これにより分離層を型の内面に対して押しつけるととも
   に硬化性の液状成形樹脂及び／又はその原料を分離層に
   浸透させかつ少なくともその一部を該分離層を通過させ
   て表層部に至らせこと、 （ｅ）上記液状成形樹脂及び／又はその原料を硬化させ
   ること、そして、 （ｆ）得られた複合成形物を型から取り出すこと、を特
   徴とする軽量複合成形物の製造方法。
2. （２）発泡性樹脂粒子が、中空状の熱膨張性樹脂粒子で
   あることを特徴とする請求項（１）に記載の製造方法。
3. （３）分離層が、少なくともその一部又は全部が熱膨張
   後の発泡性樹脂粒子を通さないが硬化性の液状成形樹脂
   は通す性質を有する繊維質シート及び／又は多孔質シー
   トで構成され、残りは上記液状樹脂をも通さない材料か
   らなることを特徴とする請求項（１）又は（２）に記載
   の製造方法。