JPH03199044A - 合成樹脂製構造材 - 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） この発明は、軽量で断熱性にすぐれ、且つ強度の大きい
合成樹脂製構造材に関するものである。

（従来の技術） 合成樹脂は軽量で腐蝕し難い特性を持っているので、古
くから構造材として用いようとの試みがなされた。しか
し、合成樹脂は一般に強度に乏しい欠点を持っている。

そこで、これを補なうために、合成樹脂中にガラス繊維
又は炭素繊維を混入して、繊維補強樹脂とすることが行
われた。繊維補強樹脂は確かに強度と剛性とに富んでい
るが、反面ガラスや炭素を含むために、軽量であるとい
う長所が失なわれるに至った。

これを改良するために、特開平１−１５６０５１号公報
は、合成樹脂製の発泡体を基材とし、その片面又は両面
に繊維で補強されたレゾルシン系樹脂の層を設けること
を提案している。しかし、そこでは合成樹脂製の発泡体
として、ポリスチレン発泡体や軟質ポリウレタン発泡体
の使用が考えられているだけであった。ところが、これ
らの発泡体は、もともと軟質であるか、又は硬質である
としても１００℃で軟化するものである上に、レゾルシ
ン系樹脂は加圧しながら１００℃以上に加熱しなければ
樹脂層を形成しないから、結局この提案では、発泡体に
もとの形を維持させたまま繊維補強層を接着させること
ができない。従って、この提案によっては強靭で軽量な
合威樹脂製構造材を得ることができなかった。そこで、
さらに改良された構造材の出現が要望された。

（発明が解決しようとする課題） この発明は、軽量で断熱性にすぐれ、且つ強度の大きい
合成樹脂製構造材を提供しようとしてなされたものであ
る。

（課題解決のための手段） この発明者は、発泡体を構成する樹脂がポリスチレンや
軟質ポリウレタンである場合には、レゾルシン系樹脂を
硬化させるために加熱すると、発泡体が変形してもとの
形を保持できなくなるが、発泡体を構成する樹脂として
熱可塑性ポリエステル樹脂を用いれば、レゾルシン系樹
脂その他の熱硬化性樹脂を硬化させるような温度に加熱
しても、発泡体が変形するに至らないことを見出した。

ここで、熱可塑性ポリエステル樹脂（以下、ＰＡＴとい
う）とは、芳香族ジカルボン酸と二価アルコールとの間
で、縮合反応を起こさせて作られた高分子量の鎖状ポリ
エステルである。その代表的なものは、テレフタール酸
とエチレングリコールとの縮合により生成されたポリエ
チレンテレフタレートである。

また、この発明者は、レゾルシン系樹脂に限らず、広く
熱硬化性樹脂の未硬化物をＦＡＴ発泡体の表面に接触さ
せて、熱硬化性樹脂を加熱し硬化させると、熱硬化性樹
脂が発泡体表面の気泡による凹凸と馴染んで、熱硬化性
樹脂がＦＡＴ発泡体に強く接着するに至ることを見出し
た。さらに、この発明者は、熱硬化性樹脂中に、ガラス
繊維などの補強用繊維を加えておくと、得られた成形体
は、繊維によって強化されて、ここに強靭な成形体の得
られることを見出した。この発明は、このような知見に
基づいてなされたものである。

（発明要旨） この発明は、　　ＦＡＴ発泡体の少なくとも一面に、繊
維を含んだ未硬化の熱硬化性樹脂を接触させ、熱硬化性
樹脂を硬化させてなる合成樹脂製構造材に関するもので
ある。

この発明で用いられるＦＡＴは、前述のように、芳香族
ジカルボン酸と二価アルコールとから作られた高分子量
の鎖状ポリエステルである。芳香族ジカルボン酸として
は、テレフタール酸のほかに、イソフタール酸、２．６
−す７タレンジカルボン酸、ジフェニルエーテルジカル
ボン酸、ジフェニルスルホンジカルボン酸、ジフェノキ
シジカルボン酸を用いることができる。また、二価アル
コールとしては、エチレングリコールのほかに、トリメ
チレングリコール、テトラメチレングリコール、ネオベ
ンチレンゲリコール、ヘキサメ゛チレングリコール、シ
クロヘキサンジメチロール、トリシクロデカンジメチロ
ール、２．２−ビス（４−β−ヒドロキシエトキシフェ
ニル）プロノ）１ン、４．４’−ビス（β−ヒドロキシ
エトキシ）ジフェニルスルホン、ジエチレングリコール
を用いることができる。このようなＦＡＴは市販されて
いる。この発明では、市販されているＦＡＴを用いるこ
とができる。

ＦＡＴは発泡させにくい樹脂だとされている。

その理由は、ＦＡＴが結晶性の樹脂であって、これを加
熱して行くと、急激に軟化して粘度の低い液体となるか
らである。すなわち、ＦＡＴは発泡に適した粘度を示す
温度範囲が狭く、従ってよく発泡適温に維持することが
困難であり、また粘度が低くなると、発泡剤として働く
ガスをすぐに散逸させてしまうからである。ＦＡＴ発泡
体が、般に広く知られていないのは、この理由による。

しかし、発泡の困難性は、その後の改良によって徐々に
解消されつつある。例えばＦＡＴにジェポキシ化合物を
混合したり、周期律表の第１ａ族又は第ｒ１ａ族に属す
る金属の化合物を加えたりすることによって、発泡の困
難は徐々に打開されつつある。またＦＡＴに、ピロメリ
ット酸無水物のような酸二無水物や、ジグリシジルテレ
フタレートのようなエポキシ化合物や、炭酸ナトリウム
などを加えて、ＦＡＴの溶融特性を改善することによっ
て発泡が容易にされつつある。

ＦＡＴ発泡体の最も簡単な製造方法は、ＦＡＴを押出発
泡させる方法である。それには、ＦＡＴを押出機に入れ
、ＦＡＴを加熱して溶融し、溶融したＦＡＴに発泡剤を
圧入し、押出機の先端にスリット状の押出孔を設けた口
金を付設し、押出孔からＦＡＴを大気中に押し出せばよ
い。押出孔がスリット状であれば、ＦＡＴはシート状を
なして押し出され、比較的よく発泡して数倍に発泡した
ものとなる。

構造材を目的とする場合には、ＦＡＴは、さほど大きく
発泡していることを必要とされないのが普通である。従
って、上述のような数倍に発泡したシートで、充分に使
用に耐える。しかし、大きく発泡したものを使用するこ
とを妨げない。

発泡剤としては、色々なものを使用することができる。

大別すると、ＦＡＴの軟化点以上の温度で分解してガス
を発生する固体化合物や、加熱するとＰＡＴ内で気化す
る液体又は気体や、加圧下でＦＡＴに溶解させ得る不活
性な気体など、その何れをも用いることができる。上記
の固体化合物は、例えばアゾジカルボンアミド、ジニト
ロソペンタメチレンテトラミン、ヒドラゾカルボンアミ
ド、重炭酸ナトリウムなどである。上記の気化する液体
又は気体は、例えばヘキサン、ペンタン、ブタンのよう
な飽和脂肪族炭化水素類、シクロヘキサンのような脂環
族炭化水素類、ベンゼン、キシレンのような芳香族炭化
水素類、塩化メチレン、フレオン（登録商標）のような
ハロゲン化炭化水素類である。不活性な気体は、例えば
二酸化炭素、窒素などである。そのほか、発泡剤として
は、特開昭５９−１３５２３７号公報が教えるように、
高分子量の鎖状芳香族ポリカーボネートを用いることも
できる。

熱硬化性樹脂としては、種々のものを用いることができ
る。例えば、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、
フェノール樹脂を用いることができる。これらの樹脂は
何れも未硬化な状態のもので、粉末又は液状を呈するも
のを用いる。

不飽和ポリエステル樹脂とは、不飽和および飽和のジカ
ルボン酸と二価のアルコールとの縮合反応によって得ら
れる樹脂（ベースレジン）に、ビニル系単量体を溶解し
た熱硬化性樹脂である。ベースレジンの主鎖には不飽和
基が含まれており、これとビニル系単量体とが共重合反
応を起して架橋し、硬化する。ジカルボン酸としては無
水マレイン酸、無水フタル酸が多く用いられ、二価アル
コールトシてはエチレングリコール、プロピレングリコ
ールが用いられ、ビニル系単量体としてはスチレンが用
いられる。この樹脂の未硬化物は、粉末状又は低粘度の
液体として得られる。

不飽和ポリエステル樹脂は、これに過酸化ベンゾイルの
ような有機過酸化物を加えて、加熱すると硬化して固い
樹脂を生成する。このとき、ジメチルアニリンやナフテ
ン酸コバルトのような硬化促進剤を加えると、加熱を要
しないで硬化する。

また、この樹脂は加圧しなくても層を形成する。

エポキシ樹脂は、分子内に２個以上のエポキシ基を有す
る樹脂である。この樹脂は、ビスフェノールＡ型のもの
、環状脂肪族のもの、ポリブタジェンから誘導されたも
のなど、種々の類型のものに分類されるが、そのうちで
はビスフェノールＡ型のものが多く用いられている。こ
れは、一般式で表わされる樹脂である。ここで、ｎ−ｏ
−１２の整数である。ｎの数によって液状のものから固
状のものまで各段階のものがある。これがエポキシ樹脂
の未硬化物である。

エポキシ樹脂の未硬化物に硬化剤を加えると、硬化して
固い樹脂を生成する。硬化剤としては脂肪族ジアミン、
芳香族ジアミン、芳香族酸無水物、脂肪族ポリアミドな
どを使用することができる。

脂肪族ポリアミンを加えると加熱しなくても常湿で硬化
させることができ、芳香族ジアミン又は芳香族酸無水物
を加えたときは加熱して硬化させる。

硬化は圧力を加えて行うこともできるが、また圧力を加
えないで常圧下で行うこともできる。

フェノール樹脂は、フェノールとホルムアルデヒドとの
反応によって作られる樹脂である。そのとき使用する触
媒によって化学構造の異なる２種類の樹脂が得られる。

アルカリを触媒として得られる樹脂をレゾールと呼び、
酸を触媒として得られる樹脂を７ボラツクと呼んで区別
している。レゾールは、初め液状を呈するが、これをさ
らに加熱すると固状となる。／ボラックは脆い固体であ
るが、これにヘキサメチレンテトラミンを硬化剤として
さらに加熱すると、硬化して固い樹脂を生成する。

この発明では、熱硬化性樹脂を補強するために、繊維を
用いる。繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、芳香族
ポリアミド繊維、金属繊維、チタン酸カリウム繊維、炭
化ケイ素繊維などを用いることができる。ｍ維の太さは
、数ミクロンないし数拾ミクロンとされ、繊維の長さは
、必要に応じて色々な長さのものを用いることができる
。また繊維の状態は、単繊維であってもよいが、またヤ
ーン、ストランド、ロービング、チョップトストランド
、マット、クロスなど、その何れであってもよい。

繊維を含んだ未硬化の熱硬化性樹脂は、繊維と脂とを混
合することによって容易にこれを作ることができる。硬
化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂を用いる場合に
は、シートモールデイング用フンバウンドと呼ばれ、一
般にＳＭ＋Ｏと略称されているものをそのまま用いるこ
とができる。

この発明に係る構造材は、ＦＡＴ発泡体上に繊維含有の
熱硬化性樹脂を接触させ、その後はａｔ脂を硬化させる
だけで、これを作ることができる。

発泡体上には格別の接着剤を用いる必要がない。

但し、熱硬化性樹脂を硬化させるのに加熱が必要とされ
るときは、加熱し、また加圧が必要とされるときはプレ
スに入れて加圧する。しかし、ＦＡＴ発泡体は、通常２
００℃までの温度で軟化しないから、熱硬化性樹脂を硬
化させるために加熱する程度では変形しない。また、Ｆ
ＡＴ発泡体は、僅かな圧力が加えられた程度では殆んど
変形しないから、樹脂の硬化時に加圧しても殆んど変形
しない。かりに強く加圧しても、ＦＡＴ発泡体は弾性変
形するだけで、発泡構造を失うには至らない。

こうして、繊維含有樹脂とＦＡＴ発泡体とが一体になっ
た構造材を、容易且つ確実に作ることができる。

ｌＩＡ維含有樹脂は、ＦＡＴ発泡体の片面だけに付設さ
れていてもよいが、また両面に付設され、繊維含有ｓｕ
ｎがＦＡＴ発泡体を中に挾んで、サンドインチ構造とな
っていてもよい。

（発明の効果） この発明によれば、　発泡体の材料としてＰＡＴを用い
たので、ＰＡＴが２００℃亥では軟化しないほどの耐熱
性を持つために、この表面で熱硬化性樹脂を硬化させて
も、発泡体が発泡構造を失うに至らず、従って　発泡体
上に直接熱硬化性樹脂層を設けることができる。しかも
、この場合１０発泡体が表面に気泡に基づく凹凸を持っ
ているから、熱硬化性樹脂が発泡体　と強く接着するこ
ととなり、従って得られた製品では剥離し難くなってい
る。また、熱硬化性樹脂は繊維を含んでいるから、繊維
で補強され、充分な機械的強度を持ったものとなってい
る。しかも、それを作るのに、格別の接着剤が必要とさ
れないから、その製造が容易である。その上に、こうし
て作られた製品は、ＦＡＴ発泡体を含んでいるから、そ
れだけ軽量にされており、また断熱性に富んでおり、さ
らにＦＡＴ発泡体も繊維含有熱硬化性樹脂も何れも充分
な耐熱性と機械的強度を持っているから、製品全体は、
軽量で断熱性に富み、高強度のものとなっている。従っ
て、この製品は、構造材として使用するに適しており、
自動車、航空機、船舶などの構造材として使用するに好
適である。

（実　施　例） 以下に、実施例と比較例とを挙げて、この発明に係る構
造材のすぐれている所以を具体的に説明する。以下で単
に部というのは、重量部を意味している。

実施例１ （ＰＡＴ発泡体の製造） ＰＡＴとしては、極限粘度が０．８１のポリエチレンテ
レフタレートペレフト（奇人社製、ＴＲ８５８０）１０
０部を用い、これを露点−２０°Ｃで、温度１６０°Ｃ
の熱風で５時間乾燥させたのち、これにピロメリット酸
無水物０．３部と、炭酸ナトリウム０、１部（何れもＦ
ＡＴの粘度調整剤）と、タルク粉末０．６部（気泡調整
剤）とを加え、この混合物をタンブラ−にいれてよく混
合したのち、これを押出機に入れた。

押出機は、シリンダー温度を２７４−２８７°Ｃとし、
口金温度を２７７°Ｃとした。また、シリング−の途中
から、発泡剤としてブタンを約１．０部の割合で圧入し
た。

押出機の先端には、円環状細隙を持った口金を取り付け
、円環状細隙からブタンを含んだＦＡＴを円筒状に押し
出し、ＦＡＴを発泡させながら円筒状マンドレルの上を
進行させて、発泡シートを作った。その後、これを切り
開いて平坦なシートとして、ロール状に巻き取った。得
られた発泡シートは、密度が０．２６２ｇ／ｃＴＡ、厚
みが１．４５ｍｍで、幅が６４０ｍｍであった。

（繊維含有熱硬化性樹脂） 繊維含有熱硬化性樹脂として、ＳＭＣ（大日本インキ化
学社製、ＤＩＣＭＡＴ　２４５４Ａ）を用いた。

（Ｉ造材の製造） 上記ＳＭＣＭＣ１５Ｏ＋平方の間に２００ｍ＋＋平方の
ＦＡＴ発泡体を挟み、この量ね合わせ物を型枠内に置い
た。型枠は、厚みが２ｍで、−辺が２５０ｍの正方形の
金属板中に、−辺が２００ｍの正方形を打ち抜いて作ら
れたもので、幅が２５ｍの四角枠から戒るものであった
。この型枠と共に上記の重ね合わせ物をプレスに入れ、
３０ｋｇ／ｃｄの圧力を加えながら、１５０°Ｃで５分
間加熱した。こうして構造材を得た。

構造材は、厚みが２．７１１Ｉ１１で密度が１．１７　
ｇ／ａｊであった。厚みが型枠の厚みよりも大きくなっ
たのは、ＦＡＴ発泡体がプレスから取り出したとき、さ
らに発泡したためである。

構造材の曲げ強度をＪＩＳ　Ｋ　７２０３に従って測定
したところ、曲げ荷重が９．６４ｋｇｆであり、たわみ
量が１４．６鴫であった。また、ＳＭＣとＦＡＴ発泡体
との界面で剥がそうとしたところ、容易に剥がれず、無
理に剥がすとＦＡＴ発泡体が破壊した。

実施例２ １ｒｒｒあたりの重量（以下、坪量という）が３００ｇ
のガラス繊維製マット（富士ファイバーグラス社製、Ｆ
ＥＭ−３００−０４）　１５０　ｍ平方とフェノール樹
脂（旭有機材社製、ＰＦ−００１５、粘度５３００　Ｃ
Ｐ／２５’Ｃ）５２ｇ、硬化剤（同上社製、ＡＤ−１４
）　４　ｇを実施例１で用いたＦＡＴ発泡体の両面に配
置して重ね合わせ物を作り、これを型枠内に入れた。型
枠としては、厚みが５１！！ｌで一辺が１８０ｍｍの正
方形の金属板中に、−辺が１５０国の正方形を打ち抜い
て作られたもので、幅が１５ｍｍの四角枠から成るもの
を用いた。この型枠とともに上記の重ね合わせ物をプレ
スに入れ３０ｋｇ／ｄの圧力を加えながら、８０°Ｃで
３０分間加熱した。こうして構造材を得た。

構造材は、厚みが５．８閣で密度が０．８８　ｇ／ｃ４
であった。実施例１と同様に曲げ荷重を測定したところ
、２７．７ｋｇｆであって、たわみ量が６．９ｍであっ
た。

この積層品も界面で剥がそうとしたところ、ＰＡＴ発泡
体が破壊するまで剥がすことができなかった。接着性は
極めて良好であった。

比較例１ 実施例１で用いたＦＡＴ発泡体の代わりに、坪量２００
ｇ、厚み１．８５ｍの耐熱性ポリスチレン発泡体を用い
ることとした以外は、実施例１と全く同様に実施したと
ころ、ポリスチレン発泡体は溶融して発泡体としての原
形を止めていなかった。

比較例２ 実施例１で用いたＦＡＴ発泡体の代わりに、坪１５６７
　ｇＳｒ！ｉ−み０．７−のポリプロピレン樹脂発泡体
を用いることとした以外は、実施例１と全く同様に実施
したところ、ポリプロピレン樹脂発泡体は何等変形して
いなかったが、界面の接着性が悪く容易に剥離した。

比較例３ 実施例２で用いたＦＡＴ発泡体の代わりに、坪量２００
　ｇＳ厚み１．８５ｍｔａのポリスチレン発泡体を用い
ることとした以外は、実施例２と全く同様に実施したと
ころ、ポリスチレン樹脂発泡体しよ何等変形していなか
ったが、界面の接着性が悪く容易に剥離した。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 熱可塑性ポリエステル系樹脂の発泡体の少なくとも一面
   に、繊維を含んだ未硬化の熱硬化性樹脂を接触させ、熱
   硬化性樹脂を硬化させてなる合成樹脂製構造材。