JPH03500515A - 強化高分子複合体 - 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】 ′ッ　１ 強化高分子複合体 発明の背景 本発明は強化高分子物品の製造、特に、三次元の高モジユラス界面で構造的に結 合されているポリウレタンコアーおよびポリウレタンスキン層よりなる連続成形 複合体に関する。

コアーにすぐれた強度を与えるために一体強化を行った発泡ポリウレタン製品は 回分操作によっても連続操作によっても成形されている。゛たとえば、米国特許 第４，１６３，８２４号および同第４．０７３，８４０号に無作為配向繊維フィ ラメントがコアー中に散在している繊維強化発泡物品の製造方法ならびに装置が 開示されている。これは実質的に均一の密度の発泡製品を生成する。別の回分操 作が米国特許第４，１３０，６１４号に開示されており、該特許では織りガラス マットが発泡製品の表裏両面を強化して、該ガラスマットは低密度の内部コアー を包囲する高密度の外部発泡層中に完全に捕捉されている。大部分の表面は外部 発泡層に付着するフィルム層を含むことができる。同様の物質は米国特許第３． ８９５．１５９号にも開示されており、該特許ではガラス繊維が少なくとも１つ の無泡表面層中に埋没されている。連続操作が発泡製品、特に積層発泡体製造用 に開示されている。たとえば、米国特許第３．６８６．０４７号、同４，４９６ ．６２５号、同第４．５５５．４４２号、同再３０．９８４号、同第３，１４２ ．８６４号、および同第３．９０３．３４６号は、箔、フィルム等の材料の構造 フェーシングシートを開放発泡処理の間に内部発泡コアーに積層させる連続発泡 積層物を開示している。

上記の発泡体強化法においては、成る物理的特性を改良すると、他の特性が改良 されない。積層物は、発泡コアー単独と比較して曲げ強さおよびある程度は縦方 向の圧縮強さが向上する。

しかし、発泡体と積層体との間には付着結合しか作用せず、機械的結合さえも働 かない。従って、このことは、特に高繰返し荷重下にあっては、比較的弱いせん 断界面を与える。このような物品は界面において破壊しやすく、その結果生成物 の一体性を失う。前記の限界を考えると、耐力部材としてすぐれた静的ならびに 動的特性を有し、現在の熱硬化化学の範囲内ですぐれた設計融通性を備えかつ連 続操作で正確に製造しうる強化高分子複合体システムを提供することが望ましい と思われる。

発明の要約 本発明は、静的のみならず動的用途の耐力部材として広く用いられている従来の 強化発泡体の前記欠点を克服する強化発泡複合体を提供する。特に、該複合体シ ステムは、圧縮強さ、曲げ強さおよび衝撃強さの点で、木材または木材代替品よ りも性能がすぐれている。

もっとも広範な態様において、本発明は、構造上、三次元の高モジユラスストラ ンド物質界面を内部ならびに外部高分子基質の中に組み込むことによる強化発泡 複合体の連続製造方法を提供する。該方法は連続キャビティを通して連続ストラ ンドまたはマットを引張り、同時に外面に被覆を置き、内部に発泡コアーを置き 、三次元配列をなす高モジュラアスチョップトストランドおよび連続ストランド よりなる界面で被覆をコアーに結び付けるように考案されている。この方法は連 続操作で所定の断面形状に合わせた強化高分子複合体をつくる。

より詳細は、該方法は径路を横断する複数の連続金型を提供する。金型は所定の 断面形状の開口キャビティを形成する対向面を有している。連続的な薄い、屈曲 可能な離型フィルムが金型にいっしょに送り込まれ、キャビティを形成する対向 面を覆う。硬質ポリウレタンのような第一の不揮発性液状熱硬化性高分子組成物 の薄い被覆をそれぞれの離型フィルムの内向面上に適用する。複数のガラス繊維 のような連続ガラスストランドを離型フィルムとともに該径路に沿って送り込み 、各被覆上にわずかに適用する。ガラス繊維のような短かい高モジュラスチョン プトストランドの無作為配列を連続ガラス上に横断層状に散在させ、連続ガラス ストランドのみならずチョツプドガラスストランドを少なくとも１部両方の組成 物によって湿潤させる。

イソシアナート−ウレタンのような第２の発泡可能な不揮発性液状熱硬化性高分 子組成物をストランドの内向面間の空間に散在させる。被覆は外部スキン層で２ 、速に固化し、他方その残余は整合後まで被覆がストランドを湿潤させ、ストラ ンドに浸透させるように粘稠状態を保つ。従ってガラスは両組酸物によって一部 湿潤される。その結果、ストランドは両組酸物間の界面に捕捉される。少な（と も１部はストランドに浸透し、両方の組成物中にチョップトストランドの端部を 埋没させて、構造上被覆をコアーと一体化させる高モジュラスの三次元ガラス網 目を形成させるのに十分な発泡剤を第２の反応体組成物中に準備する。

図面の簡単な説明 本発明の前記の態様および他の利点ならびに長所は下記添付図面と照し合わせて 好適な態様の詳細な説明を読めば明かとなろう。

第１図は、本発明による強化発泡複合体の連続製造方法の略側面図である。

第２図は第１図の方法によって製造した複合体の断面図である。

第３図は第１図に示した方法中の種々の反応帯域を示す略図である。

第４図は複合体用金型セグメントの横断面図である。

第５図は複合体の破壊部の断面図である。

第６図は実際ならびに予測される複合体のたわみ対負荷を関連づけるグラフであ る。

好適な態様の詳細な説明 図面、特に第１図および第２図について説明すると、全体的に数字１２で示す連 続流延機中で強化発泡複合体１０を製造する方法が示しである。第２図でさらに 詳細に図示する複合体１０は、外面２２ならびに内面基質２４よりなるスキン１ ２０、高モジユラスストランド２８の無作為配列を含む内部コアー２６、および 全体的に参照番号３０で示し、機械的ならびに化学的にコアー２６をスキンＮ２ ０に結合させて一体構造とする高モジユラスストランドの三次元網目の成型構造 体よりなる。詳細に後述するように、網目３０は、縦方向に配設される連続スト ランド３２および無作為に横方向に配設されるチョップトストランドＮ３４より なり、ストランド３４の一部３６の端部をスキン層２０ならびにコアー２６中に 埋没させている。

上記複合体１０の製造方法は概略第１回に示しである。第１図中で１対の対向す る連続金型４０．４２は全体的に入口端４６および出口端４８の間の水平経路４ ４を横断する。金型４０．４２は、第５図に示すように、所定の断面形状の経路 ４４に沿って細長い開口水平キャビティ５２を形成する対向内面５０を有してい る。後に明かになるように、金型４０．４２は対称形であるにせよないにせよ所 望の形状の断面を形成するように作ることができる。さらに、ベル１−４０．４ ２は周期的に一時進行を止めて所定の不連続長さの複合体を生成することができ る。該方法は、後にさらに詳細に例示するように、組成物、回度、厚さ、幅、弾 性率ならびにスキン層の厚さを含む作業管理によって広範囲の形状の所望の強度 性状を有する製品を予測しうるように製造しやすい。

１対の連続的な薄い、屈曲可能な離型フィルム６０．６２は型４０゜４２と共に 送られ、キャビティ５２を形成する対向内面５０上に重なる。薄い上部被覆６４ ならびに下部被覆６５をそれぞれ各離型フィルム６０．６２の内向面上に適用す る。複数の高モジユラス連続ストランド６６、６８をフィルム６０．６２ととも に縦方向に前記径路４４に沿い、被覆６４上に供給する。連続ガラスストランド ６６、６８は、被覆６４によって一部湿潤されるように軽く引張る。無作為配列 の高モジユラスチョップトストランド７０．７１を被覆６４の下流の連続ガラス ストランド上に層状に散在させる。発泡可能なコアー７４はチョツプドガラスス トランド７０．７１の層の内向面間の空間に散在させる。既述の態様において、 スキン層２は高密度ウレタンで、コアー７４は金型４０．４２の対向面５０．５ １の形状にフィルム６０．６２を一致させるのに十分な容量の発泡マトリックス をもたらすのに十分な比率のポリオール、触媒システム、充填剤ならびに発泡剤 を含むウレタン配合物である。ストランドはモノフィラメントガラス繊維である 。

被覆およびコアーに適当なポリマーの例はポリウレタン類、ポリエステル類、ポ リアミド類、エポキシ類、アクリル類、シリコーン類、フェノール類および他の 類似の不揮発性液状モノマーである。高モジユラスストランドの例はガラス繊維 、炭素繊維および高弾性率を有する他のストランド物質である。ストランドは、 ストランドと基質との間の接着を促進するために好ましくは通常被覆する。適当 な充填剤には炭酸カルシウム、アルミナ三水和物、雲母、硫酸カルシウム、タル ク、ケイ酸カルシウム、シリカならびに他の同様な比較的廉価な有機および無機 の物質がある。

より詳細には、機械１２は金型４０．４２の形状によって予め定められる断面に 合わせた連続長さの複合体１０を製造する。機械１２の出口端４８の直後で３ベ ルト速度に同調させた剪断機またはのこぎりのような適当な切断装置によって、 複合体１０を所望の長さに切断することができる。切断装置は、一定または可変 の長さに合わせて連続的に複合体１０を切断するように手動または自動的に制御 することができる。

プロセス１２は、第３図に示すように、それぞれ最終製品の一体性にとって重要 な３つの基本的な反応帯域よりなる。すなわち、成分を運び初期反応を行わせる 帯域Ａ、次の化学反応を進行させる帯域Ｂ、および複合体を硬化させる帯域Ｃで ある。

好適な態様の連続金型４０．４２は旋回心細で相互に連結されたセグメントの連 続軌道よりなる。第４図について説明すると、個々のセグメントは所望の形状の 内面５０．５１でそれぞれ機械にかげられる。上部金型４２はローラー８２によ って回転可能なように支持されている。下部金型４０は同様にローラー８６によ って回転可能なように支持されている。上部金型４２は全体的に帯域Ｂおよび帯 域Ｃと同一の広がりを有する。下部金型４０は全体的に帯域ＡからＣまでと同一 の広がりを有する。金型４０．４２は帯域Ｂおよび帯域Ｃに接して、入口端４６ と出口端４８との間に開口成形キャビティ５２を設ける。金型４０．４２は油圧 または機械で一方に片寄らせて、プロセス中に遭遇する発泡圧力下で閉鎖状態を 保つことができる。

金型４０．４２は通常の電気的駆動装置ならびに制御装置（図示せず）に連結さ れて、同一ではあるか調整可能な速度で金型をいっしょに駆動させることができ る。好ましくはそして後に明かになるように、ベルトの速度は、成分ならびに付 随する処理条件の変動に関連してプロセスを制御するために、通常のように駆動 装置によって可変的に制御することができる。

金型４０．４２の内面は離型フィルム６０．６２によって複合体の反応体成分か ら隔離される。下部離型フィルム６０は下部金型ベルト４０の入口ローラー８６ に近接する供給ロール９０に回転可能なように支持されている。上部離型フィル ム６２は上部金型ベルト４２の上方で入口ローラー８２の下流の供給ロール９２ に回転可能なように支持されている。離型フィルム６０．６２は、隣接する金型 区分の締付負荷下の金型４０．４２によって処理装置内を動かされる。

上部離型フィルム６２は成形キャビティ５２の出口端４８に近接して位置する巻 取りロール９４で成型複合体から剥ぎ取られる。下部離型フィルム６０は成型キ ャビティ５２の出口端に近接して位置する下部巻取りロール９６で成型複合体か ら剥ぎ取られる。

プロセス１２は工業的態様においては、金型４０．４２はＪ番式に相互に連結し た金型セグメントの連続鎖よりなる。セグメントの界面が横断分割面を形成する ので、離型フィルム６０．６２は反グが著しく除かれる。該フィルムは複合体の 強度には必要ないので、該フィルムは出口端で容易に除去可能なように複合体お よび金型のいずれにも非付着性である。記述の態様ではポリエチレンフィルムを 用いる。しかし、装飾的目的または強度の向上のために、フィルムを複合体１０ に付着性にさせて、フィルム除去の必要性をなくすことができることは理解され よう。

また、金型４０．４２は一体成型金型のキャビティ表面を有するベルト状の連続 品であることができることも理解されよう。たとえば、押出された屈曲可能な物 質を両端を突き合わせて接合して、所望の長さおよび形状のベルトを形成させる ことができる。また、該ベルトをセグメントのすべてまたは１部の上に重ねるこ とができることも理解されよう。

被覆２０は２成分系熱硬化性配合物で、分配へラド１００で下部供給ロール９０ に接する下部離型フィルム６０に、また分配ヘッド１０２で上部供給ロール９２ に接する上部離型フィルムに通用される。スキン層２０は、所望の複合体特性に よって、剛体かまたは発泡体であることができる。被覆成分は容量形ポンプによ って、供給タンク１０４．１０６から供給管路を経て分配ヘッド１００．　１０ ２に送られ、該ポンプにより複合体規格に従って計量された多様の成分供給を行 なう。添加物は供給タンク１０８からポンプ１０７によって配合することができ る。

下部連続ガラスストランド６６は、遠隔に位置し、集合的に図示した複数のスプ ール１１０から束とならで、下部分配ヘッド１００の直ぐ下流の位置で下部被覆 ６５上に通用される。上部連続ガラスストランド６８は、遠隔に位置し集合的に 図示した複数のスプール１１２から束となって、上部分配ヘッド１０２の直ぐ下 流の位置で上部被覆６４上に適用される。

代表的な適当な連続ストランド物質は、１ボンド当り２５０ヤードのロービング 状で供給されるサーチインテート社の製品Ｎα６２５−１１である。

下層のチョツプドガラスストランド７０はプロセスから離れて位置するスプール １１４から束となって供給される。該束は細断装置１１６を通って進み、垂直シ ュート１１８を経て下部被覆６５上に無作為配列で直接供給される。上層のチョ ツプドガラスストランド７１は、これも工程から離れて位置するスプール１２０ から束となって供給され、細断装置１２２を通って進み、垂直シュート１２４を 経てコア７４の上面に無作為配列で直接供給される。より詳細には、連続ガラス ストランド束は細断装置に送られ、シュートを通って無作為配列の横断配向に重 力落下する。細断装置はストランドを約１インチ乃至約２．５インチの不連続の 長さに切断するのに有効である。この長さ範囲は１インチ以下というさらに短か いガラスの長さと比べればコアーの強度に実質的に寄与する。これに関連して、 匹敵するコアー強度を与えるには７５％にも足りないガラスが必要であることが 認められている。

チョツプドガラスストランドの下部被覆６５およびコアー２６の上面への重力落 下は、コアーと被覆との間の構造界面中の三次元配向を改善させる。

代表的な、適当なチョツプドガラスストランド物質は、１ボンド当り２０７ヤー ドの連続ストランドロービング状で供給されるサーチインチイード社の製品Ｎｃ ｔ２９０である。チョツプドガラスストランド７０．７１の層の密度は、重なり およびそれから生じる堆積を最小限にするように、０．０２　ｌｂ／Ｓ、Ｆ、乃 至０．０８　Ｉｂ／ｓ、ｆ、、好ましくは約０．０４　ｌｂ／Ｓ、Ｆ、に制御す る。云いかえれば、堆積するチョップトストランドが多すぎると、チョツプドグ ラスは反応物によって完全には潤滑されない。その結果、負荷、特に繰返し負荷 の下では、被覆２０とコアー２６との間で離層が容易に生じることがある。これ に反して、堆積するチョツプド物質が少なすぎる場合には、コアーが発泡または ふくらむと、コアー２６は被覆２０中に散在して、チョップトストランドが分離 して、複合体１０の外面に突出しやすくなりすぎる。核晶は弱いボードを生成す るだけでなく、また美的にも好ましくない。さらに、かつさらに詳細に後記する ように、チョップトストランドの１部は横断平面から向きを変えて、その端部を 被覆のみならずコアー中にも埋没させる。このことは三次元綱目３０を形成し、 それによって複合体の強度を著しく増大させる。より詳細には、チョツプドガラ スは無作為に散在しているので、若干のストランドは連続ガラスに対して傾むく が、他のストランドは連続ガラス中に捕捉され、発泡作用によって上方に向く。

若干のストランドは泡の上昇作用によって１部はコアー２６中に運ばれ、被覆２ ２が連続ガラスを湿潤させる際に被覆２２の中に押し込まれる。

複合体１０の外面にマツｉ・またはフェルトのような不連続の予備成形成分を使 用する場合には、チョツプドガラスはそれにも拘らず被覆とコアーとの離隔を保 持するのに役立つことも理解されよう。被覆およびコアーの複合体の曲げ強さは 被覆の弾性率およびその厚さに関係するので、低密度コアーを被覆に近づけない ようにすることはそのモジュラスを最大にする。

連続ストランド６６、６８は、テンションロール（図示せず）によって、被覆に 露出しているストランド表面を潤滑させるのに十分ではあるが、ストランド中に 被覆物質を押出させるかまたは被覆中に大部分を埋没させるのには不十分な程度 に軽くテンションがかけられる。

帯域ＢおよびＣ中の金型４０．４２は囲い１３０によって包囲されている。囲い １３０の内部は略図で示したコイル加熱および／または冷却要素１３２によって 加熱または冷却される。この温度制御は、金型を加熱して、後記の目的に被覆が 固化する目的を制御するための温度に保持する。

概ね上記のように、プロセスに特に関連して、フィルム６０゜６２は金型にも被 覆にも非付着性である。硬質熱硬化性被覆および鋼鉄製金型および１５０乃至１ ６０″Ｆのプロセス操作温度の場合には、フィルムならびに金型ライナーとして 低密度ポリエチレンフィルムを用いるのが好ましい。プロセス中により高い反応 温度に遭遇する場合には、より高融点のフィルムを選択することができる。さら に、フィルムが積層物として装飾または強度が所望される場合には、フィルムは 被覆には付着性でなければならないが、明かに金型には非付着性でなければなら ない。被覆は、少量の界面活性剤、および顔料を有する高密度の不揮発性液状熱 硬化性ポリマーであるのが望ましい。発泡性被覆の場合には、上記反応物ととも に充填剤を添加することができる。これらの成分配合およびその関連反応は技術 的に周知である。ポリウレタン配合およびポリエステル配合を下記第１表に例示 する。

第１表 代表的な被覆配合 （重量部） Ａ　ポリオール　１００．０　１００．ＯＢ　イソシアナート　１０１．２　１ ０１．２Ｃ界面活性剤　０．０１１　．０１１ Ｄ　充填剤　０．０　１００．Ｏ Ｅ　触媒　０．０００７　０．０００９Ａ　−Ｐｌｕｒａｃｏｌ　ＮｃＬ９７５ ポリオール　ＢＡＳＦ製Ｂ−商品１１Ｍ２０ｓ　ＢＡＳＦ社製 Ｃ−商品ＩＤｃ−１９３ダウ社製 Ｄ−アルミニウム三水和物　アルケム社製Ｅ−商品１１Ｔ−１２エアープロダク ツ社製２、　ポリエステル ｙｌｉｉ　ｍ生 Ａ　ポリエステル樹脂　１００．０ Ｂ　触媒１１．０ ＣＲ料１１．０ Ｄ　顔料２　１０．０ Ｅ　充填剤１　３０．０ Ｆ　充填剤２　３０．０ Ｇ　触媒２２．０ Ａ　−Ａｒｏｐｏｌ　８４３８フンシ工ランドケミカル社製Ｂ−オクタン酸コバ ルト　バートンプラスチック社製Ｃ−二酸化チタン Ｄ−カーボンブラック Ｅ−炭酸カルシウム Ｆ−アルミナ三水和物 Ｇ−Ｍ、Ｅ、に、ペルオキシドＬｕｐｅｒｓｏｌ　Ｄ）１０−９、ルシドールペ ンワールトケミカル社製 コアーは被覆に用いられる種類の熱硬化性ポリマーならびに界面活性剤、発泡荊 および触媒システムよりなる周知の種類の発泡システムである。前記の方法によ るポリウレタン配合ならびにポリエステル配合の代表的なコアー配合（重量部単 位）を下記第■ベて電動機１５０によって油圧的に駆動し、計量した成分の比率 が同一のままであるように共通のスプライン軸１５２によって同時に時間を調整 し、それによってベルト速度につり合うように流出物を送り出す。該方法に用い るのに適当な計量ポンプの実例は米国特許第３，９２０．２２３号および同第４ ，３３９，２３３号に開示されている。

使用する発泡剤、界面活性剤、充填剤および触媒のほかに、難燃剤や顔料のよう な他の成分をミキシングヘンド１３８で添加することができる。

第１図はミキシングヘンドに送る５つの流量計を示す。これらの流量計は前記の 容積式のものであって、共通の電動機および軸によって駆動される。それぞれの ストロークはプロセス操作中変更させることができる。このストロークの調整は 個々の計量器の制御を可能にする。このように供給速度に影響を及ぼさないで化 学的比率を変えることができる。

第■表に示す配合の場合には、計量器１４０ａはミクシングヘッドに送るポリオ ール、充填剤、界面活性剤および触媒を含有するプレミックス配合物である。計 量器１４０ｂは泡を発生させるための水とポリオールとの混合物を供給する。計 量器１４０ｃは流れ触媒を供給する。その他の計量器は他の所望の添加物を供給 するのに用いることができる。個々の計量器は洗浄が容易で、システム全体に対 する個々の成分制御ができるようになっている。

代表的なポリウレタン配合の場合には、比率は計量器１４０ａが１００部、計量 器１４０ｂが３部および計量器１４０ｃが２．７部である。配合に対して正しい 比率の有効成分を供給するように、これらの計量器を検量して、配合物を計量す る。計量器は、有効成分の供給比率が計量器全体の約５０％となるように、ポリ オール混合物中の有効成分濃度を維持するために計量される。

特定の配合物の成分に対しては、ヒドロキシル価を用いて各計量配合物１００部 当９に必要なイソシアナートを動的に計算することが特に重要である。校正曲線 と各計量器のイソシアナーＦのストロークから読み取った直接の体積を用いて所 望の比率に調整する。

上記の代表的な配合およびその変形については、Ｉ　ｌｂ／ｃ、ｆ。

乃至１６０／ｌｂ／ｃ、ｆ、の密度を有するコアーおよび最高２５０　ｌｂ／ｃ 、ｆ。

の密度を有する被覆を用いて広範囲の製品をつくることができる。発泡コアーと 硬質被覆との前記の代表的好適配合に対しては、３／４ｉｎ、の複合体は下記の 第■表に示す規格値を有すると思われる。

第■表 代表的な規格値 上皿 被覆　、２６　．０４　１．２　１１．８　５．３ストランド　、１４　．０１ 　２．５　６．４　１．３チヨツプド　、０５　．００５　２．５　２．３　． ０７工皿 チョツプド　、０５　．００５　２．５　２．３　．０７ストランド　、１４　 ．０１　２．５　６．４　１．３被覆　、２６　．０４　１．２　１１．８　５ ．３密度；スキン眉、１１２　ｌｂ／ｃ、ｆ。

コアー、２５　ｌｂ／ｃ、ｆ。

まげ強さを特に考慮すると、連続ストランド６６、６８は無方向性であるので、 縦方向のみの弾性率に寄与することが理解されよう。チョップトストランド７０ ．７１は主として、横方向すなわち交差ウェブ方向の強さのみならず被覆２０を コアー２６に結び付ける強さを生じる。このことは曲げ強さの著しく向上した複 合体を生じさせる。

たとえば、チョツプドガラスがないと、３７４インチのボードのモジュラスは、 コアーすなわち典型的な２５　ｌｂ／ｃ、ｆ、物質の場合約７０．０００ｐｓｉ に等しい。しかし、チョツプドガラス界面が入ると１．０８　ｌｂ／ｓ、ｆ、の 堆積レベルの場合、曲げ弾性率は通常１．５００，０ＯＯｐｓｉを超える。−縦 方向の連続ガラスストランドを適用した交叉ストランド方向性のマットはボード の横方向の弾性率を生じる。

スキン層２０とコアー２６との間およびそれぞれの中にチョツプドガラスを堆積 させるとスキン層２０とコアー２６との化学的結合ならびに機械的結合を実質的 に強化する。一端がコアー２６の中に、かつ他端が被覆２０の中に埋没するスト ランドは、繰返し負荷の間に一体性を保つのに効果的である。この効果を第５図 にさらに明瞭に図示する。たわんでいる間は、スキン層とコアーとの界面に、複 合体内の破壊の形式によって示されるようにスキン層を引き離すように働く剪断 力がある。より詳細には、コアーを剪断変形させ、その結果スキン層をコアーか ら離層させることによって複合体は破壊する。このような破壊は、たわみによる ひずみがコアーの中で成る決定的なレベルに達する場合に生じる。このことは、 被覆のモジュラスおよび網目が極めて高いので被覆が破壊しないうちにコアーが 剪断作用で破壊することを示す。

たわんでいる間、複合体１０の上部は圧縮されるが、下部は引張られる。圧縮の 間、チョツプドガラスは高強度の被覆が低強度、低密度のコアーから分離するの を阻止する一列の高強度固定材として作用する。このことを上記第■表の比較事 例で示す。

第■表 複合体の曲げ強さ １、コアーのみ　１１０．０００　１．０　３０　０．００５４３、複合体　１ ，７００，０００　１．０　３０　０．０１０４事例１は均質な部品を形成させ るために４．２倍発泡させた６５％充填剤入りウレタンコアー。

事例２は事例１と同様であるが、金型中で発泡作用によってコアー表面に３／１ ６ｉｎ、の開口部を有するガラス繊維マットを圧入添加した。

事例３は事例１と同様であるが、チョツプドガラスコアーおよび連続ガラスなら びにチョップトガラスによって形成された三次元界面をもつ高密度スキン層を有 する。試験はすべて４ｉｎ、　Ｘ１２ｉｎ、　Ｘ１ｉｎ、の成形部品を用いて中 心距離９インチで行った。

事例２のガラスマットに関して、モジュラスが事例１の純粋のコアーよりも増大 することを指摘しておく。この場合には、スキン層とコアーとの界面におけるひ ずみが供試密度に対して圧縮強さが極限値に達したときに部品は破壊した。炭酸 カルシウム６５％充填ウレタンの場合に、破壊時のひずみは、８３　ｌｂ／ｃ、 ｆ。

の密度の場合ノ０．０６ｉｎから２５１ｂ／ｃ、ｆ、（７）密度の場合＋７）、 ００４ｉｎニ及び、３０　ｌｂ／ｃ、ｆ、の場合にはひずみが、００５ｉｎであ る。

マットは発泡コアーの性質を改善し、破壊時のひずみを大きくするのに役立つこ とは注目に値する。被覆の外面で、ひずみが、００７４のときに、部品はコアー の中の亀裂をともなって破壊し、離層を生じた。この試験において、被覆は視覚 的に略々、１２５インチであることが確められた。このことは、後に示すように めた。１０２インチという理論計算と極めて密接に関連している。また、このこ とは、コアー外側のチョツプドガラスが１．００５９インチにおける予測された コアーの破壊から見て、コアー上にスキン層の混成綱目を形成していることを示 す。

事例３においては、被覆は連続ガラスストランドおよびチョツプドガラスストラ ンドの外側に前記のように適用したウレタン被覆であった。被覆はストランドお よびチョツプドガラスに浸透した。しかし、被覆はガラス界面によってコアーと は実質的に離隔されたままであった。このことはチョツプドガラスストランドの 架橋によってコアーに結合された硬いＩＷＩＪ性のスキン層を生成させた。

事例３は事例２と同様の形式で被覆した。すなわち、コアーの剪断破壊及びその 結果の被覆の離層。視覚検査の結果は、複合体の外層は被覆、被覆に埋没したス トランドガラスおよび被覆内面に埋没したチョツプドガラスよりなることを示し た。しかし、離層は、チョツプドガラスが界面を強化したことを示す事例２の場 合のようには明示できなかった。事例３では、コアーの破壊はチョップトガラス がスキン層と粗い網目を有しており、極限値が生じたと思われる領域の近（でコ アーの外面に向って生じた。

コアーとスキン層を橋かけさせる代りにチョツプドガラスをすべてコアーの中に 入れると、事例１の結果に対する事例２の結果によって明かなように曲げ性を若 干向上させる。しかし、いずれの場合にも、スキン層に亀裂が容易に生じた。こ れは、ストランドガラスの場合にはスキン層がストランドの横方向に弱いために 生じるものであって、マットを用いた場合にはコアーによって破壊された。従っ て、チョツプドガラスがすべてスキン層中にとどまっている場合には、ストラン ドガラスに垂直なスキン層の強度は強められるが、スキン層とコアーとの界面は さらに弱められる。それ故、曲げつつある部品は、スキン層に対する泡の付着に よってスキン層は辛うじて保持されているので、きわめて低負荷で破壊する。こ のことは、曲げられている間に圧縮される複合体の上面については特に重要であ る。

上記の結果は、本発明によってつくられる生成物、特に長いスパンに関して曲げ 性能を設計し、予測するのに用いることができる方程式に役立つ。短かいスパン の場合には、剪断によるたわみを明かにするのに別の方程式が必要であろう。後 記の方程式の妥当性を示すために、曲げ試験用に２つの試料を調製した。各試料 について、４．２倍のコアーの発泡に相当するコアー物質の密度は２４　ｌｂ／ ｓ、ｆ、であった。ウレタン被覆を６４ガラスストランド（モジュラスｌ０ＸＩ Ｏ’　ｐｓｉ）の上部に、２６　ｌｂ／ｓ、ｆ、の速度でコアー外面に１．０５ インチの厚さに適用した。チョツプドガラスとスキン層との一体化橋かけ結合は 、０４　ｌｂ／ｓ、ｆ、という適用速度で裂断した。

第１の部品は３／４　Ｘ　１２インチという形状であった。第２の部品は１×１ ２インチであった。両部品は、スパン中央に荷重をかけ、４８インチの中心間隔 で支持して曲げ試験を行った。この支持長さは破壊形式が曲げのみであって剪断 ではないことを確実にするために選定した。試験結果の図示を第６図に示す。

これらの結果に基づいて、曲げ強さを２つの方程式から予測することができる。

ｔ （式中、ｄはコアーの限界たわみ、インチ単位；ｅは破壊がコアーの最外面で始 まる場合のコアー内の限界ひずみ：Ｌはコアーの厚さ、インチ単位；Ｌはスパン の距離、インチ単位。）（この方程式は試験数値および計算値の比較で示される ように一点荷重およびスパンについて適用可能である。）（２）　ｄ＝　Ｐｘｌ ｘＬ”ｘ　１ ２４　ｈｂ　Ｅ、ｔ。

（式中、ｄは複合体の限界たわみ、インチ単位；Ｐはスパン中央の負荷、ポンド 単位；ｈは複合体の厚さ、インチ単位：ｂは複合体の幅、インチ単位；Ｅはスキ ン層の弾性率、ｐｓ＋単位；ｔはスキン層の厚さ、インチ単位。） これらの結果から、負荷とたわみはゼロからコアーが亀裂を生じる限界たわみま で直線的な関係にあることがわかる。チョツプドガラスがコアーとスキン層とを 結び合せているので、負荷が離層をひき起すほどになるまでたわみは継続する。

前記の結果およびパラメーターの感度より、生成物の再現性は部品、スキン層、 コアーの厚さ、部品の幅、コアーおよびスキン層の密度；および組成のプロセス 管理に基づいて予測可能であることがわかる。

プロセスの操作 図示した装置において、ならびにそれに関連して実施される前記代表的配合に対 して、囲み１３０の中にベル）４０．４２を駆動させるために、先ず駆動装置の 電圧を印加する。金型に十分な油圧を与えて、発泡圧力下で型締めを維持させる 。金型速度は、駆動力が成形される複合体を出口端４８に向って連続的にライン を進ませつつ金型充填速度を一定に保つように制御する。

要素１３２は金型を約１５０乃至１６０°Ｆに予熱するのに十分な熱を与えるた めに電圧を印加する。金型温度はプラスチックフィルムを溶融することなく所望 のスキン表面を生じさせるのに最適な温度を与えるように厳害に制御する。被覆 ７４が１２０″Ｆ以下で入って来ると、前記範囲内の温度によってフィルム−被 覆界面に直ちにスキンが形成される。複合体１０が下流に進むにつれて、金型か ら被覆６４に熱が移行して、反応を完了するまで進行させる。被覆がスキンを形 成しないうちにコアー７４が発泡する場合には、コアー７４は連続ガラスおよび チョツプドガラスを外方の被覆の中に押込んで、スキンの崩壊をひき起す。この ことは幾分表面欠陥および物理的性質の低下をもたらす。

これに関連して、被覆が囲み１３０の中に移行する際に被覆がガラスを湿潤させ ることが重要である。下部ストランドガラスは機械に入らないうちに湿潤される 。上部ガラスは、コアー物質の重量によってストランドガラスが被覆中に押込ま れるときに湿潤される。

一旦被覆がスキンを固めると、コアーは浮上を開始することができる。前述のよ うに、発泡が多すぎるか少なすぎるかは寸法安定性にとって重大である。この発 熱反応は金型キャビティ温度を上げて、第３図に示すように、帯域Ａ内で被覆の スキン化をひき起させるのに有効である。操作中、これらの条件を維持するため に加熱および冷却を与える。反応が発熱であるので、成る操作条件下では冷却を 必要とする。定常操作条件の下では、１５５乃至１６０°Ｆの温度範囲と排出コ アーの約１７０乃至１８０°Ｆの温度が好ましい。適切な計測による金型温度の 監視および出口温度の監視は反応が計画通り進行しているという実質的な表示を 与える。温度がこの範囲内に保たれなければ、特に低温の場合に、被覆の孔、コ アーのブローホール、および完全コアー充填の不足によって示される不良品質の 複合体をもたらすように製品の一体性が欠ける。操作の始動時に短時間遭遇する 該範囲を越える温度低下は化学および機械的操作の変動の表われである。

前述のように、上限はフィルムの融点を示し、それを上回った場合には製品また は金型への付着を生じるであろう。

さらに、金型温度が一定に保たれないと、コアーと被覆との重要な反応の均衡が 保たれない。たとえば、コアーが発泡を完了しない間に被覆の早期に固化した場 合には、外面被覆は金型の形状に一致しないであろう。逆に、コアーが発泡する まで、被覆が未硬化の状態にあるならば、被覆は分裂してコアーの貫入をもたら す。このことは強度を弱め、被覆外面の美的外観を損う。

第３図に示すように、装置の入口端で、被覆６４．６５を直接、ポリエチレン金 型ライナーフィルム６０．６２に適用する。被覆の厚さはベル）４０．４２の速 度および被覆物質の供給速度によって決定される。この点で被覆は２．０００乃 至１０，０００センチポアズの範囲の粘度を有し、該粘度は供給タンクまたは供 給管路において間接加熱方法で制御することができる。

離型フィルムは、フィルムと被覆の組合せが好適な約１００°Ｆの温度で機械に 入るように室温下にある。一旦、フィルムと被覆が加熱された金型に接触すると 、温度が象、速に上がり、自己スキン化が始まって被覆の粘度はさらに急速に上 昇する。２つの被覆を適用した後、連続ストランドおよび／またはガラス繊維マ ットを被覆に適用し、チョツプドガラスを下部被覆および泡の上面に付着させる 。上述のように、スキン化が始まるまでは、ガラスは被覆層に浸透できない。

被覆後ガラス上にコアー７４を適用する。この予備発泡物は約２０ｆｔ／ｌｌ１ ｉｎ、のライン速度で金型４０．４２に入り、コアーは帯ＭＡ内で１２乃至１５ 秒で発泡しはじめる。発泡は帯域Ｂ内で４０乃至５０秒で完了する。発泡によっ て２つの反応組成物によるガラス繊維のぬれと該界面における強化抱合が生じる 。

触媒の濃度および種類が反応速度を制御し、プロセス中の種々の配合物を適応さ せることは理解されよう。たとえば、被覆配合中の１０％の減少は反応時間を２ ０秒延長させる。同様の増加は反応時間を１０乃至１５秒短縮させる。それにも 拘らず、帯域Ａ内で被覆に対し制御する重要な事柄はフィルム上への被覆の適正 な流れ、ガラスの表面ぬれおよび金型に対するスキン化反応の開始を行うことで ある。コアーに関して、帯３−ｉ　Ａ内で制御すべき事柄はコアー反応物のなめ らかな流れ、下部ガラスマットのぬれおよび金型の必要性に対する被覆の順応を 確めることである。より詳細には、低粘度の被覆は少なくとも連続ガラスストラ ンドをぬらし、かつチョツプドガラスの近くに浸透する。

帯域Ｂ内で、発泡体は十分に反応して金型を満たす。この時間内に、泡が十分に 上昇しきらない場合には、孔、軟点、および空隙が見出される。また、必然的な 寸法管理の低下もある。

泡が余りに多く上昇する場合には、泡はもとに戻り金型から離れて余分のはみ出 しを生じることがある。このことは複合体を機械から抜き取るのに要する力を増 大させる。過度の場合には、過剰の発泡が金型４０．４２の機能停止をもたらす ことがある。

所望の密度、クリーム時間、ゲル化時間、および上昇速度は、通常のウレタン化 学によって帯域Ｂ内で制御される。この制御の基本をなすのは発泡剤、触媒およ びイソシアナートの計量である。

帯域Ｂ内で、コアーの発泡が過多であるかまたは不十分な場合には製品寸法が変 ることがある。（１）触媒を発泡させる水対過剰のイソシアナートの比率および （２）ベルト上へのコアーの流れの関係、および（３）ベルト速度を制御するこ とによって、適正な発泡が得られる。所望の小さな均一の気泡を得るために、水 と触媒の比率も制御する。水対触媒の比率がつり合っていない場合には、部品は 金型を満たすが、気泡が大きくなり過ぎて、圧縮強さおよび曲げ強さを低下させ る結果になる。

発泡剤は水を含むので、原料に吸収された水分の変動は重要な変数である。水は ポリウレタンよりも約５．０００倍も反応性があるので、吸収された水分の極（ 僅かな変動が発泡条件を著しく変化させる。吸収された水は主として環境条件に よるものであり、従ってそれに反応して絶えず変動しつつある。経済的理由から 炭酸カルシウムは好ましい充填剤であるけれども、その、含水量は外界温度にお いて約０．１％から０．５％にわたり広範に変化する。これによって、これらの 変動を補整するために配合調整が必要である。吸収した水分を発泡剤として用い 、必要水分の不足分を計量器を通して補足的に供給するように配合全体を調整す ることによって必要な調整を行うことができる。

配合中の含水量に関する制御は、機械から排出される部品の硬度のみならずその 寸法を監視することによって行うことができる。吸収した全水分量が一定の補足 水分に対して漸減する場合には、発泡の度合が漸減してその影響は寸法の変化に よって認められる。この場合には、製品を規格値に戻すために水および触媒をさ らに加えなければならない、このことは、補足的な水分および触媒を流出させる ように計量器を調整し、それにより正しい比率を与えることによって達成される 。全般的な成分規格は、最終製品に一連の好ましい性状を付与するように製品開 発によって確立されるけれども、それにも拘らず、成形製品が直ちに皮を張り、 機械を出る以前に硬化しており、それによって出口端で最終寸法が拘束されるよ うに触媒を調整しなければならない。帯域Ｃ内では、反応物は一部硬化して硬質 被覆および指触乾燥して硬質である硬化発泡体となり、複合体１０が完成して、 切り離し作業の準備ができる。最終硬化は貯蔵中に行われる。

単に付着結合だけでない化学結合がガラス界面に形成されていることを確めるこ とが極めて重要である。このことは、コアーが被覆と反応するように発泡中被覆 は反応状態すなわち粘稠相にあることを必要とする。従って、コアーはスキン層 が固化する直前に発泡しなくてはならず、固化よりあまり早すぎても遅すぎても いけない。

さらに界面に関しては、チョツプドガラスが構造境界を形成し、製品のモジュラ スを示すのでその量が重要である。チョツプドガラスが過多であると、コアーを 一方の側に発泡させ、スキン層を他方の側で固化させて、その間の化学結合はほ とんど全くない。破壊形式からチョツプドガラスが湿潤されていないことがわか る。他方、ガラスが過少であると、チョツプドガラスはストランドガラスに接触 して、それを界面にする。本発明によれば、強度のもツとも大きい製品は、被覆 がストランドガラスを湿潤させる時間を有する場合に得られ、かつ若干のチョッ プトガラスをスキン層の中に閉じ込めており、コアーよりも先にスキン層が一層 形成さていて、コアーが上昇してスキン層に接触するときにはスキン層はその中 に一部を包含していることを示す。

１フィート当りの重量を一定に保って、金型を満たし、かつ各帯域内で前記のよ うに行うために、物質の変動を補整するように配合を動的に変更する。このこと はイソシアナートおよびそれに伴うヒドロキシル価に関係する種々の物質に対し て周知のことである。

既述のように、炭酸カルシウムのような充填剤は注入水のみならず発泡剤として 働く吸収水分を含むことがある。該物質を事前に乾燥しなければ、水分、イソシ アナートレベルおよび触媒レベルを動的に変動さることによって補整を行わなけ ればならない。

このような動的制御は、プロセスの適正な操作上重要である。

いいかえると、成分すべての回分混合が成る場合には好ましい製品を生成するこ とができるが、定常状態の製品品質を得るのは不可能ではないにしても困難であ る。実際は回分操作はベルト速度、金型温度、およびイソシアナート／ポリオー ル比によってのみプロセス制御が可能である。

上記態様の種々の変形は当業者には明かであろう。従って、本発明の範囲は添付 特許請求の範囲によって限定されるだけである。

ＦＩＧ、４ ＦＩＧ、５ ゛　（負荷） ＦＩＧ、６ 国際調査報告

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. １．第１の高分子組成物のフォームコアー；前記コアーを包囲する第２の高分子 組成物のスキン層；前記コアーを前記スキン層に化学的ならびに機械的に結合さ せる三次元界面であって、該コアーの外面および該スキン層の内面の近傍にほぼ 均等に間隔を置いて周辺に配置された連続縦方向ストランドと、前記縦方向スト ランドに無作為に接触する第１のチョップトストランドおよび前記コアーに対し て傾斜した第２のチョップトストランドからなる横断層とからなる三次元界面； よりなる強化高分子複合体。
2. ２．第３のチョップトストランドが前記コアー中に無作為に散在している請求の 範囲第１項記載の高強度発泡複合体。
3. ３．前記第３のチョップトストランドが約１インチ乃至２１／２インチの長さを 有する請求の範囲第２項記載の複合体。
4. ４．前記第１の高分子組成物が不揮発性液状モノマー、界面活性剤および触媒系 からなる反応体混合物によって形成される請求の範囲第１項記載の複合体。
5. ５．前記不揮発性液状モノマーがポリウレタン、ポリエステル、ポリアミド、エ ポキシ化合物およびアクリルよりなる群から選ばれる請求の範囲第４項記載の複 合体。
6. ６．前記第１および第２のチョップトストランドが約０．０２ポンド／平方フィ ートから約０．８８ポンド／平方フィートの間で堆積している請求の範囲第１項 記載の複合体。
7. ７．前記第１の高分子組成物が、硬化して剛性のスキン層をもたらすのに十分な 触媒とともにポリオールとイソシアナートの反応物混合物を含む硬質ポリオール 組成物よりなる請求の範囲第１項記載の複合体。
8. ８．前記第２の高分子組成物が、硬化して硬質の発泡組成物となるのに十分な比 率のポリオール、充填剤、発泡剤および触媒からなる請求の範囲第１項記載の複 合体。
9. ９．ａ．強化高分子複合体に相当する所定断面を有するキャビティを断面に形成 する内面を有する金型装置を用意し、ｂ．前記金型装置に実質的に不粘着の屈曲 可能な手段を与え、 ｃ．前記屈曲可能な手段に第１の熱硬化性反応体組成物の被覆を適用し、 ｄ．前記被覆が粘稠状態にある間に、前記被覆で該ストランドを少なくとも一部 湿潤させるのに十分な圧力でもって高モジュラス物質の連続ストランドを前記被 覆上に適用し、ｅ．前記連携ストランドおよび前記チョップトストランドの上に 発泡可能な熱硬化性反応体組成物を適用し、ｆ．前記連続ストランド上に高モジ ュラス物質のチョップトストランドを無作為配置で堆積させ、ｇ．前記被覆およ び前記ストランドをその上に有する前記ライナー手段を前記キャビティ内に移し 、ｈ．前記発泡可能な熱硬化性反応体組成物の発泡圧力が、実質的に前記キャビ ティ内で生じ、かつ（１）両方の熱硬化性反応体組成物で前記ストランドを少な くとも一部湿潤させ；（２）前記チョップトストランドの一部を前記反応体組成 物の両方に埋没させ、それによって前記の両方の熱硬化反応体組成物を架橋させ る三次元の高モジュラスをもたらし；かつ（３）前記内面に従って前記ライナー 手段を押し込んで前記キャビティを完全に満す；のに効果的であるように、前記 熱硬化性反応体組成物の反応を制御して、複合体を形成させ、 ｉ．前記キャビティを出る前に、前記複合体の寸法保全性を保つのに十分なだけ 前記反応体を硬化させる、上記工程よりなる強化高分子縮合体の製造方法。
10. １０．前記キャビティの下流で前記複合体から前記ライナー手段を除去する工程 （ｊ）を含む請求の範囲第９項記載の方法。
11. １１．前記第１の熱硬化性反応体組成物は、硬化して硬質のスキン層を生じるの に十分な触媒とともにポリオールおよびイソシアナート反応物の反応体混合物で ある請求の範囲第９項記載の方法。
12. １２．前記第１の熱硬化性反応体組成物が充填剤を含む請求の範囲第９項記載の 方法。
13. １３．前記充填剤がアルミニウム三水和物、炭酸カルシウム、雲母、硫酸カルシ ウム、タルク、ケイ酸カルシウム、およびシリカよりなる群から選ばれる請求の 範囲第９項記載の方法。
14. １４．前記第２の熱硬化性反応体組成物は、キャビティ内で発泡反応を行うのに 十分な比率のポリオール、充填剤、発泡剤および触媒よりなる請求の範囲第９項 記載の方法。