JPH04241935A - 平板状の軽量構造体の製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は平板状の軽量な構造体を
製造する方法に関するものである。更に詳しくは、表層
部が繊維強化樹脂（ＦＲＰ）であり中心部が軽量な層で
あるサンドイッチ構造をもつ平板状の積層構造体を連続
的又は断続的に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】住宅などの建築物や航空機、鉄道、自動
車、船などの輸送車両やコンテナーの構造パネルとして
種々のものが知られている。その中で軽量性、遮音性、
断熱性などの特徴を有するものとして、芯体としてフォ
ームを用い、その両側にガラス繊維などの繊維で強化さ
れた不飽和ポリエステルやエポキシのような熱硬化性樹
脂の表層を有する構造パネルがある。

【０００３】従来から良く知られている技術として、強
化繊維のプリプレグの間に板状の硬質フォームを挾んで
圧縮成形する方法があるが、圧縮成形によるため、プレ
スされる面に圧力分布ができ、芯体と強化繊維の界面で
の接着が十分ではない部分ができて品質にバラツキがで
やすい。さらに十分な曲げ強さを得るためには十分では
なく、特公昭５４−１４１５６号公報に記載のように、
この種のパネルの構造上の強度を増加させるために芯体
に硬い部材を補強部材として納める試みが行われている
が、この部材と芯体との接着を確実に行うのが困難であ
り、パネルの製作が複雑になる。

【０００４】また、ハニカムサンドイッチ構造体のハニ
カムの空隙部に液状の発泡硬化性樹脂を充填する方法（
特公昭６０−２１５４０号）が知られている。この場合
、液状の発泡硬化性樹脂がフォームを構成すると共に繊
維質シートに含浸することになるが、このため繊維質シ
ートとして特に含浸性のよい素材を選択する必要があり
、表面層の機械的物性が犠牲にされるのみならず、発泡
による気体が繊維表面にボイドとなって残るため構造体
の強度が低くなる上に、繊維質シートに含浸させるため
の必要な圧力を維持するために自由発泡に比べて形成さ
れるフォーム部の比重が重くなり、成形されたパネルは
軽量性が重要な用途には難がある。更に、ポリウレタン
などの液状の発泡硬化樹脂は注入中に発泡するので、繊
維質シートでハニカム材を押さえて閉空間を形成する以
前に、空隙部から溢れる等のトラブルが起こりやすい。

【０００５】さらに、ハニカムサンドイッチ構造体のハ
ニカムの空隙部に、未発泡ポリスチレン・ビーズなどの
発泡性熱可塑性樹脂粒子を充填する方法も知られている
が、この場合、繊維質シートを事前にプリプレグとして
処理しておいてハニカムと接着するようにする必要があ
る。空隙部に充填した発泡性熱可塑性樹脂粒子の膨張前
に繊維質シートとハニカム材を押さえて閉空間とすると
、発泡性熱可塑性樹脂粒子の膨張に際して気体の逃げ場
がなくなるというトラブルが生じる。空隙部に充填した
発泡性熱可塑性樹脂粒子が膨張しつつある条件では、繊
維質シートでハニカム材を押さえて閉空間を形成する以
前に空隙部から溢れるトラブルが起こりやすい。さらに
この場合も繊維質シート（プリプレグ）とフォームの十
分な接着を得るために必要な圧力を維持するために自由
発泡に比べて形成されるフォーム部の比重は重くなり、
成形されたパネルは軽量性が重要な用途には難がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
を解決し、軽量で十分な曲げ強さを持った、平板形状の
構造体を、簡単に、安定した品質のものを、効率的に製
造することの出来る方法を提供しようとするものである
。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題は、平板状の
軽量な構造体を製造するに際して、（ａ）並送されつつ
ある上下の繊維質シートの間の空隙に軽量の固形物を納
めた仕切り部材を設置すること、（ｂ）熱膨張性樹脂粒
子と液状の熱硬化性樹脂の混合物を上記繊維質シートお
よび／または軽量の固形物に塗布すること、（ｃ）上下
の繊維質シートにより軽量の固形物を納めた仕切り部材
を挟持して加熱するゾーンを持った成形部に導き、該成
形部での加熱による熱膨張性樹脂粒子の膨張により、上
下の繊維質シートと仕切部材とで囲まれた閉空間を満た
すとともに、熱硬化性樹脂の一部を上下の繊維質シート
に浸透させて表層部に至らしめ、硬化させること、を特
徴とする本発明の方法によって達成される。

【０００８】次に、図面を参照しながら、本発明方法の
具体的な実施態様を２例挙げて説明するが、本発明の範
囲はこれらに限定されるものではない。

【０００９】図１は本発明の方法の一実施態様を示す工
程の概略図である。図１において、成形素材である下側
の繊維質シート（１）がロールより引き出されて下側コ
ンベア（１１）に提供され、熱膨張性樹脂粒子と液状の
熱硬化性樹脂の混合物が注入機（２２）のノズルを経て
繊維質シート（１）の上に塗布される。次に、軽量の固
形物をその中に納めた複数の仕切り部材（３）が、供給
機（２１）により、この繊維質シート（１）の上に並ぶ
よう逐次セットされる。引続き、仕切り部材（３）の上
に熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物が注
入機（２３）のノズルを経て塗布される。

【００１０】次いで、上側の繊維質シート（２）がロー
ルより引き出されて、仕切り部材（３）の上に被せた状
態で上側のコンベア（１２）でプレスされながら成形部
の加熱ゾーン（１３）に送られる。加熱ゾーン（１３）
での加熱により前に塗布した熱膨張性樹脂粒子が膨張し
たのち固化すると同時に熱硬化性樹脂が硬化するが、そ
の際熱硬化性樹脂の少なくともその一部が上記粒子の膨
張による圧力にて上下の繊維質シートに浸透し、表層部
に至って硬化し、平板形状の軽量構造体（４）となって
成形部より出てきて、図示されていない引取り装置によ
り引き取られ、必要なら耳となる両端をカットしたうえ
で定尺に切断される。上記の仕切り部材（３）は、図３
に示すように、該仕切り部材の中に繊維マット（３ａ）
とプラスチックスフォームの如き軽量の固形物（３ｂ）
とを内蔵している。

【００１１】成形部の加熱ゾーン（１３）は、上・下面
がエンドレスベルトで構成されているだけのものでよい
が、成形により硬化した樹脂などがバリとなって出てく
るのが問題になる場合は、特公昭６０−２１５４０号に
記載されているような、入口および出口を有し、その断
面形状が板状となるように形成された筒状の通路であり
、該通路の壁面は上・下面および左・右側面がエンドレ
スベルトで構成されているものが用い得る。

【００１２】本発明方法では、加熱ゾーンの後（下流側
）に成形体の温度を下げるために、必要に応じて冷却ゾ
ーン（図示せず）が設けられてもよい。

【００１３】図２は本発明の他の実施態様を示す工程の
概略図である。図２において、下側の繊維質シート（５
１）がロールより引き出され、下側コンベア（６１）に
供給され、熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混
合物が注入機（７２）のノズルを経てシートの上に塗布
される。次に、供給機（７１）を用いて、図４に示すよ
うな構成の仕切り部材（５３）がこの繊維質シートの上
に逐次セットされる。そして各仕切り部材（５３）の空
隙のそれぞれに、ロボット（７４）を用いて直方体にカ
ットされた比重０．０５のポリイミド・フォームの如き
軽量固形物が納められる。仕切り部材（５３）の上にも
、熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物が注
入機（７４）のノズルを経て塗布される。上側の繊維質
シート（５２）がロールより引き出されて、上側のコン
ベア（６２）により下側の繊維質シートの上に被せた状
態とされ、加熱・冷却機能を有し、得るべき積層体の厚
みを一定にするための厚み制御機能のあるプレス成形装
置（６３）で加熱と共にプレスされる。この加熱により
、熱膨張性樹脂粒子が膨張したのち熱硬化樹脂が硬化し
て成形体となるが、この際、上記粒子の膨張による内圧
により、熱硬化性樹脂の少なくともその一部が上下の繊
維質シートに浸透して表層部に至って硬化した平板形状
の軽量構造体（５４）となって、プレス成形装置（６３
）より出てきて引取り装置（６４）により引き取られ、
必要なら耳となる両端をカットしたうえで定尺に切断さ
れる。

【００１４】製品の構造体は、引取り装置（６４）と上
下のコンベア（６１）、（６２）の連動により引き出し
、あるいはその他の方法によって移動させられ、プレス
成形装置（６３）が閉じている間は停止し、開いている
間に移動する。移動距離はプレス成形装置（６３）のプ
レス板の流れ方向の有効長さより短めが好ましい。プレ
ス成形装置（６３）は閉じた時点で加熱するように働き
、成形が終わった時点からは冷却を始めるような温度調
節を行う。成形された平板状構造体が冷却され取り出し
ても品質が安定した状態となった時点でプレス成形装置
（６３）が開き構造体が移動する。

【００１５】なお、本発明では、必要に応じてプレス成
形装置（６３）の手前（上流側）に予熱装置を設け、こ
こで熱膨張性樹脂粒子が膨張する寸前の温度まで昇温し
ておき、プレス成形の時間を短縮することもできる。

【００１６】本発明方法で用いられる熱膨張樹脂粒子と
は、加熱により短時間で体積膨張をする樹脂粒子であり
、例えば発泡性の熱可塑性樹脂粒子として知られるポリ
スチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリオレフィン、ポリ
フェニレンオキサイドやそれらの共重合体などの粒子、
多孔性の弾性粒子を加圧して圧縮し表面を熱により軟化
、溶融または液状の熱可塑性樹脂に溶解する樹脂でコー
ティングしたものなどが用いられるが、これらに限定さ
れるものではない。

【００１７】これらの熱膨張性樹脂粒子と共に成形体の
機械的特性を改善したり、難燃性を付与したりする目的
で、ガラスバルーン、シラスバルーンなどの無機中空粒
子やミルドガラス、シリコンカーバイト・ウィスカー、
マイカ、鉄粉、炭酸カルシウム、硅砂などの短繊維、粉
粒体、液体などの添加物を加えることもできる。

【００１８】一方、本発明方法で用いられる液状の熱硬
化性樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ポリビニルエステル樹脂、ポ
リイミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド樹脂などが
あげられるが、これらに限定されるものではない。この
樹脂は室温で液状のものが好ましいが、成形温度で液状
となるものであれば固体状（粒子、粉末等）のものでも
よい。

【００１９】熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂と
の混合物を塗布するには、上下の繊維質シートの仕切り
部材と接する側（内側）に塗布するか、あるいは、軽量
の固形物を納めた仕切り部材の表面に塗布する。これら
の手段は併用することも可能である。要は、成形時に上
下の繊維質シートと軽量の固形物を入れた仕切り部材と
の両接合部近傍に上記混合物が存在するように塗布すれ
ばよい。塗布の方法としては、散布、ローラコーティン
グ、刷毛による塗布等任意の手段が採用し得る。

【００２０】また、繊維質シートとしては、補強材とし
ての機能を有するものとして知られているものが用いら
れ、具体的な素材としては、ガラス繊維、炭素繊維、シ
リコン・カーバイト繊維、金属繊維、アラミド繊維、ポ
リアリレート繊維、ポリオレフィン繊維およびこれらの
２種以上の混合繊維が好ましい。これら繊維の他に、ポ
リエステル繊維、ポリアミド繊維、ビスコース繊維、天
然繊維または石綿なども使用することができる。これら
の繊維は短繊維であっても長繊維であっもよく、またウ
イスカーであってもよいが、長繊維とくに連続繊維が好
ましい。これらは織物、編物、不織布、ロービング、ウ
エッブ、マット、紙などのシート形態で用いられる。

【００２１】本発明方法では、上下の繊維質シートとし
て、上記繊維質シートをそれぞれ単独で用いることもで
きるが、他種の繊維質シートを積層して使用することも
でき、繊維質シートと他のシートとを積層して使用する
こともできる。

【００２２】シートを２層以上に積層する場合、上下の
繊維質シートの少くとも一方における熱膨張性樹脂粒子
と液状の熱硬化性樹脂の混合物と接する面側に、膨張後
の熱膨張性樹脂粒子を実質上通さないが液状の熱硬化性
樹脂は通す多孔質シートを配しておくことにより、液状
の熱硬化性樹脂のみを強化材を構成する繊維質シートに
浸透させて表層部に至らしめ、硬化させることで、成形
体の表層部を熱膨張性樹脂粒子を含まない緻密な繊維強
化樹脂とすることができ、製品に高度の機械特性が特に
要求される場合に対処することもできる。この多孔質シ
ートとして目開きの小さい織物、編物、不織布、ウエッ
ブ、紙、金網または多孔質膜が用いられる。

【００２３】更に、上下の繊維質シートのそれぞれ又は
一方に熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物
と接する反対面側のそれぞれ又は一方にフィルムを配し
ておくこともできる。

【００２４】フィルムとしては、本発明方法により、平
板形状の軽量構造体となってプレスより出てきた際に、
コンベアからの離型性を良くして、かつ製品を保護する
離型フィルムや、製品の表層になる予め印刷したフィル
ムや、製品として好まれる素材で、用いた熱硬化性樹脂
との接着性がすぐれたものがある。フィルムの素材とし
てはプラスチックやアルミ、鉄などの金属や紙、布の表
面に樹脂コーティングしたものなどを必要に応じて選択
することができる。

【００２５】本発明において使用する仕切り部材の構造
としては、補強の効果がより多く期待できる細かい仕切
りを有するものは、仕切られた各区画に入る平板状の軽
量の固形物のサイズが小さくなるため、取扱いが面倒に
なる場合がある。したがって、板状のものであれば仕切
りが六角形のいわゆるハニカム芯材のほか、図４の如き
縦横に区画を仕切るものなどの中から選択できる。

【００２６】仕切り部材としては、その素材の種類は特
に制限されるものではなく、素材としては紙、プラスチ
ック、アルミのような金属、木などが用いられる。

【００２７】仕切り部材として好ましい条件は、できあ
がった平板形状の軽量構造体において、両表層の強化材
が仕切り部材でコア部分を貫いて上下接続されることで
ある。このため、仕切り部材の高さは空隙部を埋めた軽
量の固形物の高さと同等か、より高いことが好ましい。

【００２８】仕切り部材に納める軽量の固形物としては
、有機、無機、金属を問わず、フォーム、中空体、バル
サのような軽量木材から適宜選択することができる。 さらにこの固形物は仕切り部材の区画毎に一個と限らず
複数個であってもよい。また、その形状も区画の形状と
一致しなくてもよい。

【００２９】成形される構造体の軽量化が特に重要な場
合は、固形物自体ができるだけ軽い（例えば比重が０．
２以下である）ことが重要であり、さらに熱膨張性樹脂
粒子が膨張することによって発生する膨張圧で液状の熱
硬化性樹脂が内部の中心部まで浸透すると、より多くの
液状の熱硬化性樹脂を必要とし、重量が増やすので、浸
透しにくい構造のものが好ましい。フォームの場合、独
立気泡を持ったフォームが連続気泡を持つフォームより
も好ましい。しかしながらこれらは必須条件ではない。

【００３０】製品となった構造体に部分的に必要な機能
を付与する必要がある場合、例えばパネルとして用い、
特定な部位にネジを捩じ込みたい場合、図３の如く、該
当する位置の仕切り部材の空隙に軽量の固形物の代わり
に繊維マットや３次元織物や編物など適切な素材を入れ
ることができる。特別な集中荷重がかかる場合には該当
する位置の仕切り部材の空隙に限って金属を挿入して補
強することもできる。

【００３１】また、成形時に側面から熱膨張性樹脂粒子
が膨張することにより、置換された空隙内に存在した空
気や発生する気体を伴った熱硬化性樹脂を滲み出し、バ
リとなって運転中にトラブル起こすことを防止するため
に、例えばガラス繊維を高密度に編んだブレードを正方
形断面とし、網目を完全に潰さない程度に保ちながら樹
脂で硬化させて、強度をもたせたうえで溢流防止の帯状
材として上下の繊維質シートのいずれかの両側面に設け
ることができる。このようにすれば内側に接したブレー
ド面から、気体を伴った熱硬化性樹脂が滲み出てブレー
ドの内部に止まることで目的を達成できる。成形後この
部分を耳として切断し取り除く。

【００３２】

【発明の効果】上述の如く本発明の方法によれば、成形
に当り熱膨張性樹脂粒子の膨張圧を利用して熱膨張性樹
脂粒子と熱硬化性樹脂の混合物を上下の繊維質シート間
及びシート内に存在する空隙を満たした上で、内圧で上
下の強化繊維部分を成形部の壁面に押し付けて、熱硬化
性樹脂の一部を上下の繊維質シートに含浸させるので、
全体に均一な力が作用して、強固な結合を得ることがで
きる。特に上下の繊維質シートの熱膨張性樹脂粒子と液
状の熱硬化性樹脂の混合物と接する面側に、膨張後の熱
膨張性樹脂粒子を実質上通さないが液状の熱硬化性樹脂
は通す多孔質シートを積層しておく場合は、上下の繊維
質シートは強化繊維の密度の高い緻密なＦＲＰとなる。

【００３３】かくして、本発明によれば、軽量で機械的
性質の優れた板状構造体で、必要に応じて部分的に性能
を付与したものを、単純な工程で、目的とした安定した
品質のものを、連続的または断続的に製造することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の一実施態様を例示する工程概略図

【図２】本発明方法の他の実施態様を例示する工程概略
図

【図３】軽量の固形物を内蔵する仕切り部材の例を示す
平面図

【図４】軽量の固形物を未内蔵の他の仕切り部材の例を
示す平面図

【符号の説明】

１，２，５１，５２　　繊維質シート ３　　軽量の固形物を内蔵する仕切り部材３ａ　　繊維
マット ３ｂ　　軽量の固形物であるフォーム ４　　平板形状・軽量構造体 １１，６１　　下側コンベア １２，６２　　上側コンベア １３　　加熱ゾーン ２１，７１　　仕切り部材供給機 ２２，２３，７２，７３　　熱膨張性粒子と熱硬化性樹
脂の注入機 ５１，５２　　繊維質シート ５３　　区画内が空洞の仕切り部材 ６３　　プレス成形装置 ６４　　引取り装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平板状の軽量な構造体を製造するに際して
   、（ａ）並送されつつある上下の繊維質シートの間の空
   隙に軽量の固形物を納めた仕切り部材を設置すること、
   （ｂ）熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物
   を上記繊維質シートおよび／または軽量の固形物に塗布
   すること、（ｃ）上下の繊維質シートにより軽量の固形
   物を納めた仕切り部材を挟持して加熱するゾーンを備え
   た成形部に導き、該成形部での加熱による熱膨張性樹脂
   粒子の膨張により、上下の繊維質シートと仕切り部材で
   囲まれた閉空間を満たすとともに、熱硬化性樹脂の一部
   を上下の繊維質シートに浸透させて表層部に至らしめ、
   硬化させることを特徴とする製造方法。
2. 【請求項２】上下の繊維質シートにおける熱膨張性樹脂
   粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物と接する面側に、膨
   張後の熱膨張性樹脂粒子を実質上通さないが液状の熱硬
   化性樹脂は通す多孔質シートを配しておくことを特徴と
   する請求項１記載の製造方法。
3. 【請求項３】上下の繊維質シートのそれぞれ又は一方に
   おける熱膨張性樹脂粒子と液状の熱硬化性樹脂の混合物
   と接しない側に、フィルムを配しておくことを特徴とす
   る請求項１または請求項２記載の製造方法。
4. 【請求項４】繊維質シートの間の空隙に挾む軽量の固形
   物の比重が０．２以下であり、かつ液状の熱硬化性樹脂
   が内部の中心部まで浸透しにくい構造のものであること
   を特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の
   製造方法。
5. 【請求項５】仕切り部材の特定な部位に、軽量の固形物
   の代わりに、繊維マットや３次元織物や編物などの素材
   を入れることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項
   ３または請求項４記載の製造方法。