JPH06143441A - 複合成形品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】芯部に発泡コアを有するＦＲＰ複合成形品を短
い成形サイクルで製造する。 【構成】成形用の型内に、強化繊維シートの如き表層部
形成用の材料及び／又は目開きの小さい織物、不織布等
の分離層を配置し、その内側のコアとなる部分に特定温
度に予熱した発泡性樹脂と液状成形樹脂との混合物を供
給し、金型を閉じて加熱成形することにより、少なくと
も樹脂からなる表層部と発泡コアからなる芯部を有する
軽量で剛性を有する有用なＦＲＰ複合成形品を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複合成形品の製造方法に
関するものである。更に詳しくは、繊維状補強材を含有
する樹脂層（ＦＲＰ層）よりなる表層部及び気泡を含有
する樹脂からなる軽量な芯部（発泡コア）から構成さ
れ、かつ全体が一体化された複合成形品を生産性良く効
率的に製造する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】芯部に発泡コアを有するＦＲＰ複合成形
品は、軽量性と強靭性に優れているためスポーツ用品分
野、自動車・電車・航空機・船舶など輸送機器の構造
材、内外装部材、医療機器、通信機器など極めて広い用
途がある。

【０００３】芯部に発泡コアを有するＦＲＰ複合成形品
の製造としては、例えば、芯部となる発泡コアを予め成
形し、これを強化材としての織布で包んだ後、改めて型
に挿入し、液状成形樹脂システムを注入して外殻を形成
する方法（特開昭５５−８２６１２号、特開昭６１−２
７９５１７号参照）、あるいは外殻のＦＲＰを予め成形
しておき、その中心部の空隙内に発泡性ウレタン樹脂等
を注入して空隙内で発泡させる方法等が知られている。

【０００４】しかしながら、上記の技術はいずれも、複
合成形品を得るための工程が多岐にわたり操作が繁雑で
あり、そのため成形品の生産効率が低くコスト高になる
という欠点を有している。これに対して、特開平３−１
８３５１１号、特開平３−１８０３２９号、特開平３−
４５３１５号、特開平３−２８８６２９号、特開平４−
２７５３２号等に提案された、発泡性樹脂と液状成形樹
脂とを使用し、発泡コアと繊維状補強材を含有する樹脂
層よりなる表層部とを同時に成形する方法は上記の欠点
を改善したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この成形法に
おいても、より一層の生産効率を高めることは非常に重
要であり、本発明者らは、生産効率を高めるために成形
サイクルを短縮する方法を鋭意研究の結果、本発明に到
達したものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも液
状成形樹脂システムにより所定の形状に成形された表層
部及び発泡コアからなる芯部を有する複合成形品を製造
するに当たり、（ａ）成形用の型内に、表層部形成用の
材料を設置すること、（ｂ）成形後の発泡コアとなる部
分に、少なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂システム
を含む混合物を５０℃以上でかつ発泡性樹脂が体積膨張
を生じる温度以下の温度に予熱して供給すること、
（ｃ）型を閉じた後、型の所定領域を十分高い温度まで
加熱すること及び／又は上記液状成形樹脂システムの反
応熱による温度上昇により、コア部に位置する発泡性樹
脂を加熱発泡させて体積膨張を生じさせ、これにより表
層部形成材料を型の内部制約面に対して押し付けるこ
と、（ｄ）液状成形樹脂システムを硬化させること、そ
して、（ｅ）得られた複合成形品を型から取り出すこ
と、を特徴とするもので、特に、上記（ｂ）工程におい
て、成形後の発泡コアとなる部分に、少なくとも発泡性
樹脂と液状成形樹脂システムとを含む混合物を５０℃以
上でかつ発泡性樹脂が体積膨張を生じる温度以下の温度
に予熱して供給することを最大の特徴とするものであ
る。

【０００７】本発明の方法では、まず成形用の型を用意
する。この型は成形温度に応じ、金型、木型、樹脂型等
のうちから適宜選択して使用される。成型時、この成形
用の型の所定領域を、常温以上でかつ得られる複合成形
品を型から取り出す際に変形しない温度以下に予熱する
ことが好ましい。

【０００８】この型内、すなわちこの型のキャビティ内
壁面に沿って表層部を構成する補強繊維材料及び／又は
分離層を一層又は複数層設置する。

【０００９】ここで補強繊維材料としては、高強度高モ
ジュラス繊維、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、シリコ
ンカーバイド繊維、アラミド繊維等からなる織物、編み
物、不織布あるいは一方向繊維配列シート等が好ましく
使用される。

【００１０】一方、分離層としては、熱膨張後の発泡性
樹脂を実質的に通さず液状成形樹脂システムは通す分離
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、残りは液状成形樹脂システムをも通さない材料から
なるものを用いる。

【００１１】かかる分離層の分離機能を発現し得るもの
として、例えば、目開きの小さい繊維シート及び／又は
多孔質シートがあげられる。分離層用の繊維シートとし
ては、各種天然繊維、合成繊維、無機繊維等の織布、編
物、組物、不織布、紙等が用いられ、多孔質シートとし
ては連通気孔を有するシート又はフィルムであって、ポ
リウレタン、ポリスチレンあるいはポリプピレン等のフ
ォームシートや延伸、抽出又は凝固法などでつくるポリ
エチレン、ポリプロピレンあるいはポリスルホン等の多
孔膜が用いられる。その目開きは、発泡性樹脂の種類や
発泡性に応じて、これらが通過しない範囲のものが選択
される。この分離層としてそれ自体補強材としての機能
を有するガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維等の目開
きの小さいシートを用いることもできる。この場合は、
分離層自体が表層部の補強材を兼ねる。また、この分離
層として容易に成形品の形状にあわ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。

【００１２】分離層としては、一部が液状成形樹脂シス
テムを通さない材料で構成されたものでもよい。例え
ば、分離機能を有する材料からなる部分とその部分で用
いている材料とは異なった材料とをつなぎあわせる以外
に、分離機能を有する繊維シート及び／又は多孔質シー
トの一部を予め樹脂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
着させうる場合は融着処理により一部の目開きをつぶし
たもの、一部にフィルム等を貼り付けたものなどがあ
る。

【００１３】上記の分離層の代わりにあるいは分離層と
重ねて、分離機能の乏しい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／編物のプリフォー
ムも使用でき、分離層を用いない場合は、これらが表層
部成形材料となる。

【００１４】また、分離層及び／又は上記表層部成形材
料（補強用の繊維シートやプリフォーム等）を予めプリ
プレグの形で樹脂処理しておくことも可能である。

【００１５】本発明の方法では、上記のように例えば分
離層及び／又は補強用繊維シートをキャビティ内壁面に
沿って設置した型内における分離層及び／又は補強用繊
維シートに囲まれた、発泡コアが形成されるべき部分
に、発泡性樹脂と液状成形樹脂システムと、必要に応じ
て後述の第三成分を入れる。

【００１６】上記各成分は、型内の所定箇所に供給する
際にあらかじめ混合物としておく場合と供給直前に混合
する場合がある。

【００１７】本発明方法で用いる発泡性樹脂としては、
加熱により体積が少なくとも２倍、好ましくは３〜６
倍、更に好ましくは６倍以上に増大するものでもあり、
使用する成形用の液状樹脂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ためには発泡が独立
気泡となるものが用いられる。

【００１８】かかる発泡性樹脂としては、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
ド等の硬化型フォームやその前駆体、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリルニトリル、ポリスチ
レン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ＰＰＯ、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。

【００１９】かかる発泡性樹脂の発泡は、発泡剤分解
法、溶剤気散法、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剤気散法が
好ましく用いられる。

【００２０】発泡性樹脂として特に好ましいものは、
「マイクロスフェアー」、「エクスパンセル」、「エス
レンビーズ」等の商品名で知られる熱膨張性又は発泡性
の物質を内包する熱膨張性樹脂粒子である。かかる樹脂
粒子の例は先に挙げた特開平４−２７５３２号公報に詳
しく記載されている。

【００２１】一方、液状成形樹脂システムとしては、エ
ポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル
樹脂、硬化性ジシクロペンタジエン樹脂、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システ
ムが好ましく用いられる。

【００２２】本発明では、発泡性樹脂と液状成形樹脂シ
ステムとからスラリー状あるいはペースト状等の混合物
を調製するが、この混合物には、上記二成分以外にさら
に第三成分としてシリカバルーン、シラスバルーンのよ
うな非膨張性の無機中空粒子を混入してもよい。これら
の無機中空粒子は、分離層を基本的に浸過しないものが
用いられる。

【００２３】また、成形品の強度を上げるため、更に炭
素繊維、アラミド繊維や、シリコーンカーバイド、チタ
ン酸カリ、ボロン等の短繊維やウィスカーなども加える
ことが出来、必要に応じ顔料等を添加することも出来
る。いずれにせよ、各成分を成形後の発泡コア部の密度
が０．８ｇ／ｃｍ³ 以下となるように配合するのが適当
である。

【００２４】さらに、回収再利用を考慮してＦＲＰ成形
品の破砕物を添加することも出来る。この場合は、発泡
コア部の密度が０．８ｇ／ｃｍ³ 以上になっても経済効
果次第で利用価値のある場合がある。

【００２５】型内に上記混合物を供給する量は、発泡性
樹脂の配合率、加熱時の体積膨張率を考慮して、適宣選
定すべきであり、この点は先に挙げた特開平４−２７５
３２号公報に詳しく記載されている。

【００２６】本発明方法では、成型サイクルを短縮する
ために、上記の混合物を、５０℃以上でかつ発泡性樹脂
が体積膨張を生じる温度以下の温度に予熱して供給す
る。成形サイクルの上では予熱温度は高い方が好ましい
が、あまりに高い温度では供給している間に発泡性樹脂
の体積膨張が始まり、型を閉じる時点では溢れ出す場合
があり、溢れ出すことが成形操作に支障となっては不都
合である。

【００２７】混合物を予熱した状態で安定させるため
に、液状成形樹脂システムのうち、液状成形樹脂とその
硬化剤、またはウレタン樹脂システムのような場合のイ
ソシアネートとポリオールのように混合により反応を開
始するものを、供給直前まで混合しないでおくことは有
効であり、そのような方法が推奨される。

【００２８】混合物は、供給時点の量が体積基準で出来
上がった複合成形品の体積の４０〜９５％であることが
望ましい。４０％以下の場合は混合物の持ち込む熱量及
び反応により生じる発熱量が不十分になりやすく、かつ
型の所定領域からの伝熱も少なく、さらに体積膨張によ
り置換する必要のある気層部の占める割合が大きく出来
上がった成形品にボイドが多くなる傾向がある。更に極
端な場合は，成形品の下型に面した側で含浸不良がみら
れる。一方、９５％以上の場合は、発泡粒子の体積膨張
の余地が少なく、出来上がった成形品の芯部の軽量化が
充分でない場合がみられる。

【００２９】型内に供給された混合物は、液状成形樹脂
システムの反応が始まり反応熱による発熱及び／又は型
の所定領域からの伝熱により十分高い温度まで加熱され
ることで、液状成形樹脂システムが流動性を保っている
状態で発泡性樹脂の膨張が起こる。かくして、発泡性樹
脂の膨張圧力で分離層及び／又はその他の表面形成材料
が型の内部制約面に押し付けられ、該制約面に沿った外
形を形成すると同時に、液状成形樹脂システムが分離層
及び／又はその他の表皮層形成材料に浸透し、かつその
一部は該材料を通り抜け成形品の表面層を形成する。樹
脂の過剰分は型の貯り部分に集めるか、ベントから抜き
出される。

【００３０】一般に、ここで述べたような少なくとも発
泡性樹脂、液状成形樹脂システムの混合物を調製する場
合、空気や窒素などの非凝縮性ガスが多く含まれ易い。
これらの非凝縮性ガスは液状成形樹脂システムに随伴し
て分離層及び／又はその他の表皮層形成材料に浸透し、
その一部は該材料を通り抜け成形品の表面層を形成しボ
イドなどの原因となる。とくに成形サイクルを短縮する
場合、この過程も早くなるので取り残されて成形品中や
表層面にボイドとして残りやすい。このため、成形品中
や表層面のボイドを防ぐために、供給する時点で混合物
中にできるだけ非凝縮性ガスが含まれないようにするこ
とが望ましい。したがって、混合物の調製時、混合物中
にできるだけ非凝縮性ガスが含まれないように調製する
か、あるいはいったん調製した混合物を脱泡処理して混
合物中に含まれる非凝縮性ガスを除去するのが好まし
い。

【００３１】かくして、型内で発泡性樹脂の膨張と同時
並行的に液状成形樹脂システムの硬化が進み、充分硬化
した段階で得られた複合成形品を型から取り出す。

【００３２】型内の成形品が適当に冷えていない場合、
得られた複合成形品を型から取り出す際に変形すること
があるので、これを防ぐために型の所定領域を液状成形
樹脂システムの熱変形温度以下に下げる必要がある。

【００３３】成形サイクル中に型の所定領域の温度を上
げ下げする操作は極力少なくすることが好ましく、発泡
性樹脂、液状成形樹脂システムの混合物を供給する温度
条件次第では液状成形樹脂システムの反応熱による発熱
だけで所定領域の温度を一定にして成形することができ
る。

【００３４】上述の如く本発明の方法は成形後の発泡コ
アとなる部分に、少なくとも発泡性樹脂、液状成形樹脂
システムの混合物を供給する条件をできるだけ厳密に管
理することで効率的に成形を進めるものであり、その手
段として、供給する混合物を５０℃以上でかつ発泡性樹
脂が体積膨張を生じる温度以下の温度に予熱して供給す
ることを基本的な特徴としているが、この際、（ア）供
給する混合物を構成する液状成形樹脂システムのうち液
状成形樹脂とその硬化剤又はウレタン樹脂システムのよ
うな場合イソシアネートとポリオールのように混合によ
り反応を開始するものを供給直前まで混合しないでおく
こと、（イ）混合物の供給時点の量を体積基準で出来上
がった複合成形品の体積の４０〜９５％とすること、
（ウ）供給する時点で混合物中にできるだけ非凝縮性ガ
スが含まれないようにすること、のいずれか１つ以上を
実施してもよい。

【００３５】この結果、本発明方法では、大幅な成形サ
イクルの短縮を達成することが可能となり生産性の向上
を達成することができる。

【００３６】

【発明の効果】以上の如く本発明方法によれば、表層ぶ
に補強材を含む緻密な硬化樹脂層があり芯部に発泡樹脂
層があるＦＲＰ複合成形品を、安定して短時間に製造す
ることが可能となる。しかも、得られるＦＲＰ複合成形
品の表面性は良好であり、この成形品は各種の用途に有
用である。

【００３７】

【実施例】以下、本発明を実施例により詳細に説明する
が、これらは本発明を説明するためのものであって、こ
れらの実施例により本発明が限定されるものではない。

【００３８】なお、例中に単に「部」とあるは特に断ら
ない限り重量部を表わす。

【００３９】

【実施例１〜３及び比較例１〜２】補強繊維材料とし
て、目付け約３００ｇ／ｍ² のガラスマット（旭ファイ
バーグラス社製Ｍ８６０９−３００）を入手した。ま
た、液状樹脂システムとしてエポキシ樹脂を準備した。
油化シェル社製の「エピコート８２８」とイソホロンジ
アミン（硬化剤）、「エピキュアＴ」である。

【００４０】分離層としてユニセル社製のポリエステル
を主とした不織布「ユニセルＢＴ６０５Ｗ」を入手し
た。そして発泡性樹脂として松本油脂製薬社製の「マツ
モトマイクロスフェアーＦ−８２Ｄ」を入手した。この
樹脂微粒子は１０５℃で発泡膨張するものである。さら
に、第三成分として旭硝子社製シリカバルーンＱ−ＣＥ
Ｌを入手した 上記の「エピコート８２８」１００部、イソホロンジア
ミン１２部、「エピキュアＴ」１０部、発泡性樹脂４０
部、シリカバルーン１５部を混合した。これを混合物Ａ
とする。一方、「エピコート８２８」１００部、イソホ
ロンジアミン１２部、「エピキュアＴ」１０部、発泡性
樹脂３０部、シリカバルーン５部を混合した。これを混
合物Ｂとする。

【００４１】一方、成型用の型として、加熱冷却ができ
るように熱媒体を通せるジャケット持った上下１対の内
寸法が幅２１０ｍｍ、長さ３００ｍｍ、厚み１０ｍｍの
金型を準備した。

【００４２】そして、キャビティ内壁面の温度を８０℃
保った金型内に、補強繊維材料（ガラスマット）と分離
層（不織布）を敷き、その上に、予め表１に示す温度及
び量の混合物Ａを速やかに供給した。混合物Ａ中に混入
している空気等の不活性ガスについては実施例３のみ減
圧下で予め除去したものを用いた。

【００４３】次いで、直ちに分離層、補強繊維材料を混
合物の層を覆うように金型内に納めて、金型を閉じ、表
１に示す温度条件で金型を加熱し成形を行った。

【００４４】これらの実験における成形条件、成形所要
時間と得られた成形品の表面性などを表１にまとめて示
す。なお、実施例１〜２が実施例３に比べて成形所要時
間が長いのは加熱したために金型の冷却に時間を要した
ためである。

【００４５】

【表１】

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも液状成形樹脂システムにより
   所定の形状に成形された表層部及び発泡コアからなる芯
   部を有する複合成形品を製造するに当たり、（ａ）成形
   用の型内に、表層部形成用の材料を設置すること、
   （ｂ）成形後の発泡コアとなる部分に、少なくとも発泡
   性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む混合物を、５０
   ℃以上でかつ発泡性樹脂が体積膨張を生じる温度以下の
   温度に予熱して供給すること、（ｃ）型を閉じた後、型
   の所定領域を十分高い温度まで加熱すること及び／又は
   上記液状成形樹脂システムの反応熱による温度上昇によ
   り、コア部に位置する発泡性樹脂を加熱発泡させて体積
   膨張を生じさせ、これにより表層部形成材料を型の内部
   制約面に対して押し付けること、（ｄ）液状成形樹脂シ
   ステムを硬化させること、そして、（ｅ）得られた複合
   成形品を型から取り出すこと、を特徴とする複合成形品
   の製造方法。
2. 【請求項２】 少なくとも液状成形樹脂システムにより
   所定の形状に成形された表層部及び発泡コアからなる芯
   部を有する複合成形品を製造するに当たり、（ａ）成形
   用の型の所定領域を、常温以上でかつ得られる複合成形
   品を型から取り出す際に変形しない温度以下に予熱する
   こと、（ｂ）型内に、表層部形成用の材料を設置するこ
   と、（ｃ）成形後の発泡コアとなる部分に、少なくとも
   発泡性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む混合物を５
   ０℃以上でかつ発泡性樹脂が体積膨張を生じる温度以下
   の温度に予熱して供給すること、（ｄ）型を閉じた後、
   型の所定領域の温度を積極的に高める操作をすることな
   く上記液状成形樹脂システムの反応熱による温度上昇に
   より、コア部に位置する発泡性樹脂を加熱発泡させて体
   積膨張を生じさせ、これにより表層部形成材料を型の内
   部制約面に対して押し付けること、（ｅ）液状成形樹脂
   システムを硬化させること、そして、（ｆ）得られた複
   合成形品を型から取り出すこと、を特徴とする複合成形
   品の製造方法。
3. 【請求項３】 成形後の発泡コアとなる部分に供給する
   少なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む
   混合物のうち、液状成形樹脂システムを構成する液状成
   形樹脂とその硬化剤とを、供給直前に混合する請求項１
   〜２のいずれかに記載の製造方法。
4. 【請求項４】 成形後の発泡コアとなる部分に供給する
   少なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む
   混合物を、該混合物中に空気や窒素などの非凝縮性ガス
   が含まれない状態で供給する請求項１〜３のいずれかに
   記載の製造方法。
5. 【請求項５】 成形後の発泡コアとなる部分に供給する
   少なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む
   混合物から減圧真空により空気や窒素などの非凝縮性ガ
   スの混入防止乃至は除去を行う請求項１〜３のいずれか
   に記載の製造方法。
6. 【請求項６】成形後の発泡コアとなる部分に供給する少
   なくとも発泡性樹脂及び液状成形樹脂システムを含む混
   合物は、供給時点の量が体積基準で出来上がった複合成
   形品の体積の４０〜９５％とする請求項１〜５のいずれ
   かに記載の製造方法。