JPH0712614B2

JPH0712614B2 - 複合成形物の製造法及びそれに用いる中間素材

Info

Publication number: JPH0712614B2
Application number: JP32067790A
Authority: JP
Inventors: 至郎山本; 正隆井上
Original assignee: Teijin Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1989-12-07
Filing date: 1990-11-27
Publication date: 1995-02-15
Anticipated expiration: 2010-02-15
Also published as: JPH0427531A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は複合成形品の製造法及びその中間素材に関する
ものである。更に詳しくは繊維質補強材を含有する合成
樹脂層よりなる表層部及び気泡含有粒子を含有する合成
樹脂層よりなる芯部とから主としてなる一体化された複
合成形品の製造法並びにその方法において使用する中間
素材に関するものである。

〈従来の技術〉芯部が発泡で構成され、表層部が繊維強化樹脂（FRP）
で構成された複合成形品は、軽量性及び強靱性に優れて
いるため、各種の分野に実用化され、さらに改良された
成形品及び製造法が提案されている。

前記した構造を有する複合成形品の製法としては、例え
ば（ｉ）芯部の発泡コアを予め成形しておき、この成形
体を補強材としての織布で包んだ後、成形用の型に挿入
し、次いで型内へ液状成形樹脂を注入して表層部を形成
させ、複合成形品を型から取り出す方法、或いは表層部
となる部材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などを注入し、その空隙内で発泡し
た芯部を形成させることによって複合成形品を得る方法
等が知られている。更にこれらの改良法もいくつか提案
されている（例えば、特開昭63-162207号公報，特公昭5
0-39107号公報，特開昭63-15835号公報，特開昭48-5596
6号公報，特開昭48-58062号公報，実公昭62-24521号公
報参照）。

しかしながら、前記の従来公知の技術は、いずれも
（ｉ）複合成形品を得る工程が多岐にわたり操作が煩雑
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たり、（ii）得られた複合成
形品の強度や外観が不満足であったり、また（iii）製
造し得る複合成形品の形状や大きさが実質上制限される
という欠点を有していた。

〈発明が解決しようとする課題〉そこで本発明の第１の目的は、表層部及び気泡含有粒子
を含む芯部（コア部分）より実質的に形成されるサンド
イッチ複合成形物を比較的簡単な操作で得ることが出来
る方法を提供することにある。

本発明の第２の目的は、熱膨張性のフォームや粒子を用
いることなく、生産効率が優れた、殊に成形機当りの複
合成形物の生産性が高い方法を提供することにある。

本発明の他の目的は軽量で、物理的に高い強度を有し且
つ外観が優れた構造を有する複合成形物の製造方法を提
供することにある。

本発明のさらに他の目的は形状や大きさを任意に選択し
うる複合成形物の製造方法を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は上記の製造方法において使用
するに適した中間素材を提供にすることにある。

〈課題を解決するための手段〉本発明者らの研究によれば、上述した目的は、以下に述
べる本発明の方法及びその中間素材によって達成され
る。

すなわち、本発明の方法は、繊維質補強材を含有する合
成樹脂の相よりなる表層部と気泡含有粒子を含有する合
成樹脂の相よりなる芯部とを有するサンドイッチ状複合
成形物を製造するに当り、成形用の型内に繊維質補強材
を配置し、その内側の成形物の芯部となるべき位置に少
くとも成形時には流動化し得る合成樹脂と圧縮された軽
量弾性体粒子とを共存せしめ、型内を加熱することによ
り上記合成樹脂を流動化させるとともに上記軽量弾性体
粒子の大きさを回復させ、しかる後上記合成樹脂を固化
させることを特徴とする複合成形物の製造法である。

そして、かかる本発明方法における代表的な実施態様と
して、ａ）成形用の型内に該型の内壁面に近接して繊維質補
強材を配置し、その内側の成形物の芯部となるべき位置
に成形時に溶融流動化し得る固体の合成樹脂と圧縮され
た軽量弾性体粒子の混合物を入れ、実質上型を閉じた状
態にて型内を加熱することにより、型内で上記合成樹脂
を流動化させるとともに上記軽量弾性体粒子の大きさを
回復させ、しかる後上記合成樹脂を固化させることを特
徴とする製造法、及びｂ）成形用の型内に該型の内壁面に近接して繊維質補
強材を配置し、その内側の成形物の芯部となるべき位置
に、成形時に溶融流動化し得る固体の合成樹脂相の中に
多数の圧縮された軽量弾性体粒子が分散している予備成
形体を配置し、実質上型を閉じた状態にて型内を加熱す
ることにより型内で上記成形体を構成する合成樹脂を溶
融流動化させるとともに合成樹脂中に分散している上記
軽量弾性体粒子の大きさを回復させ、しかる後上記合成
樹脂を固化させることを特徴とする製造法、があげられる。

そして、好ましい実施態様としては、上記の各方法にお
いて、ａ）成形時に流動化し得る合成樹脂及び圧縮され
た軽量弾性体粒子とが共存する部分と繊維質補強材が存
在する部分との間に、流動化した合成樹脂は通すが軽量
弾性体粒子は通さない分離層を介在させる方法、及び
ｂ）成形物の芯部となるべき位置に配置する予備成形体
として、成形時に流動化し得る合成樹脂中に圧縮した軽
量弾性体粒子が分散した主体部と流動化した合成樹脂は
通すが軽量弾性体粒子は通さない分離層からなる表層部
とを有する成形体を使用する方法、がある。

上記本発明方法にあっては、昇温により圧縮された軽量
弾性体粒子の圧縮開放を型内で行なわせ、かくすること
によって該粒子の体積膨張を生じさせ、この体積膨張の
力を最大限に且つ有効に利用して内圧成形を行う点に最
大の特徴を有している。

すなわち、前記粒子の体積膨張による力は、該粒子又は
その集合体をとり囲む繊維質補強材又はそれと後述する
分離層とを、その外方に向って型の内壁面方向へ押し付
ける力及び補強材で囲まれた部分の内部において圧縮開
放された軽量弾性体粒子の粒子間が互いに緻密にコア部
分を形成する力に直接作用する。さらに前記粒子の体積
膨張によって、型内に存在する流動性の合成樹脂は、分
離層がある場合はそれを介して外側へ移動し、繊維質補
強材中への浸透及び／又は粒子集合体中への浸透が充分
に行なわれ、緻密な表層部及び芯部の形成が達成され
る。

かくして、本発明方法によれば下記の利点を有する複合
成形品が得られる。

（ｉ）繊維質補強材を含有する合成樹脂層よりなる
表層部が成形品の表面全体に亘って均質且つ緊密に形成
される。そしてこの表層部には気泡含有粒子は事実上存
在しない。

（ii）該表層部中には、実質的に軽量弾性体粒子は
存在しないので形成された表層部は緻密な構造を有し、
得られた成形品は物理的強度が高く且つ優れた外観を有
している。

（iii）成形品内部において、気泡含有粒子と合成樹
脂とが互いに隙間なくつまった芯部が形成される。

（iv）密閉された型内において前記表層部と芯部が形
成されるので、該表層部と芯部とは同じ合成樹脂の連通
によって強固に一体化された構造を形成する。

次に本発明の成形方法について更に詳細に説明する。

本発明の成形方法は、実質的に密閉された型内で事実上
一工程で行なわれる。その際使用される型は、成形時に
実質的に密閉することが可能であり、成形圧力及び温度
に耐えうるものであればよく、通常ハンドレイ法,RTM法
（Resin Transfer Molding法）、又はRIM法（Reaction
Injection Molding法）などの成形法に使用される型が
使用可能である。型の材質としては、金属，木材，セラ
ミックス或いは樹脂のいずれであっても差支えない。

本発明方法の利点は、前述したように、軽量弾性体粒子
の圧縮開放によってこれら粒子の体積膨張を行なわせ、
その体積膨張の力を、最大限に且つ硬化的に働かせるこ
とによって達成されその効果は分離層の存在により助長
される。

そのため、分離層の使用は本発明の目的達成のために好
ましい態様である。

かくして本発明において分離層は、圧縮された軽量弾性
体粒子を実質的に通過しないが成形時における溶融等で
流動化した合成樹脂を通過しうるものであることが必要
である。

さらに分離層として望まれる性能は、前記粒子の集合体
の体積膨張の結果、その圧力に耐えうるものであること
である。体積膨張の結果、分離層が破れたり、或いは穴
が開いて、軽量弾性体粒子が分離層を通過すると、表面
性の良好な複合成形物を得ることが困難となることがあ
る。

前記した性能を達成するため、分離層の目開き、或いは
孔の大きさは圧縮状態での軽量弾性体粒子の大きさ及び
形状に基いて選択されるべきである。

圧縮された軽量弾性体粒子が通過しうる分離層を使用す
ると、表層部に気泡含有粒子が含まれることになり、こ
の結果、得られた複合成形物は満足すべき強度を有しな
かったり、また外観が劣悪なものとなり商品価値が低く
なる。

分離層の材料としては、具体的には織物，編物，不織
布，ウェブ，紙，金網又は多孔質シートが挙げられる。
多孔質シートとしては連通気孔を有するものであり、ポ
リウレタン，ポリスチレン、あるいはポリプロピレン等
のフォームシートや延伸，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、使用する粒子の種類や大きさ
に応じて選択される。これらのうち、好ましいものは織
物，編物，不織布又はウェブであり、これらの素材は合
成樹脂，天然繊維又は無機繊維のいずれであってもよ
い。

分離層は、その構造も圧縮された軽量弾性体粒子を実質
的に通過させないものであることが望まれる。すなわち
分離層の構造は、成形に使用される型の構造や目的とす
る複合成形物の構造或いは形状に依存して決められる。
一般には袋構造体或いは面状構造体であり。袋構造体が
特に好ましい。上記袋構造体或いは面状構造体は、その
全体が分離層である必要はなく、成形時流動化した樹脂
は通すが圧縮された軽量弾性体粒子を実質的に通過させ
ない限り、一部が他の材質、例えばフイルム，膜，微多
孔膜などで構成されていてもよい。

本発明の成形方法において、分離層は表層部を形成する
繊維質補強材と一体化された構造材料であることができ
る。この一体化された構造材料を使用することは、本発
明方法の好ましい実施態様の１つである。典型的な一体
化された構造材料は、前述した分離層としての機能を、
少なくともその表面部有する繊維質補強材である。

表層部を形成する繊維質補強材については、後に詳しく
説明するが、この補強材として例えば織物，編物，不織
布或いはウェブなどを使用した場合、その内側表面部分
（すなわち圧縮された軽量弾性体粒子の集合体が接触す
る面）において、実質的にこれら粒子を通過しないもの
であれば、その補強材自体が分離層としての機能を有し
ており、分離層を兼ねることができる。このような繊維
質補強材を使用する場合、わざわざ別個に分離層を設け
る必要はない。しかし分離層と繊維質補強材とは別個に
連携して使用することもできるし、また積層して一体化
して使用することもできる。

本発明方法による複合成形物の表層部を形成する繊維質
補強材は、一般にプラスチックの強化のために使用され
る繊維材料が使用される。かかる繊維質補強材の素材と
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が好ましい。これらに単独で又は２
種以上併用することができる。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
繊維なども使用することができる。これら繊維は短繊維
であっても長繊維であってもよく、またウイスカーであ
ってもよいが、長繊維特に連続繊維が好ましい。

これら繊維質補強材は一般には繊維構造体として使用さ
れる。すなわち、この補強材は織物（平織り，スダレ織
り，綾織りなど），編物，不織布,UD糸（一方向配列フ
ィラメント）又はウェブであるのが有利である。

短繊維或いはウイスカー（例えばシリコンカーバイトウ
イスカー，炭素ウイスカー，Si₃N₄ウイスカーなど）
は、それ自体としては表層部における補強材として使用
することは適当ではないが、ウェブや不織布の一部の形
態として使用することができる。

本発明の目的とする複合成形物において、芯部に含まれ
る気泡含有粒子は、成形において圧縮された軽量弾性体
粒子の圧縮を開放することにより形成される。

かかる軽量弾性体粒子としては未圧縮において（常圧に
おいて）約50μｍ〜約10mmの平均粒径、好ましくは約50
0μｍ〜約5mmの平均粒径を有するものが好適である。こ
の軽量弾性体粒子は、圧縮により圧縮前時に比べて体積
が約10％〜約100％回復するもの、好適には約20％〜約6
0％回復するものが使用される。

この軽量弾性体粒子を形成する重合体としてはポリオレ
フィン，ポリウレタン又はゴムが好ましい例として示さ
れる。かかる軽量弾性体粒子としては、例えばJSP社製
のポリプロピレンビース（例えばPB-MG15P）という商品
名で市販されており、これらをそのまま使用することが
可能である。

また、当然であるが、中空の弾性粒子でもよく、実質上
中実の弾性粒子でもよい。なかでも、一個の粒子中に多
数の中空部を有する粒子が好ましい。発泡成形軽量弾性
粒子の場合には、所謂連続気孔発泡体でも良いが、独立
気泡発泡体であることが好ましい。粒子内に樹脂が浸透
すると、加熱軟化ないし溶融時に弾性回復するのに時間
がかかり、作業性が低下するからである。かかる粒子の
製法自体は、例えば特開平1-234212号，同1-275104号等
に記載されている。粒子が熱膨張性を有する場合は、し
ばらく放置して実質上熱膨張性が失われた状態にして使
用するのが良い。

また、本発明方法においては、圧縮した軽量弾性粒子の
表面を熱可塑性樹脂等で固めて圧縮状態を固定した粒子
を使用することもできる。かかる粒子は常温では小さい
粒子状で取扱い性が良好であり、かつ加熱により上記樹
脂が溶けて弾性回復しほぼ元の大きさに戻るので工業上
有利に使用することができる。

前記軽量弾性体粒子には、これに加熱や圧縮開放によっ
て実質的に体積膨張しない非膨張性中空粒子を混合して
使用することができる。この非膨張性中空粒子もまた分
離層を実質的に通過しないものである必要がある。この
非膨張性中空粒子を前記弾性粒子に混合して使用する
と、成形操作が容易となり、また得られた複合成形物は
一層強靱性及び剛性が優れたものとなる。

前記非膨張性中空粒子としては、無機中空粒子或いは発
泡済の有機発泡粒子のいずれであってもよいが、一般に
は無機中空粒子が好適である。非膨張性無機中空粒子と
しては、例えばガラスバルーン，シリカバルーン及びシ
ラスバルーンが挙げられ、これらは平均粒径が約１μｍ
〜約1mm、好ましくは約５μｍ〜約0.5mmのものが望まし
い。軽量弾性体粒子と非膨張性発泡粒子との混合割合は
重量で10:1〜1:5、好ましくは9:1〜1:3の範囲が望まし
い。

本発明の目的とする複合成形物の製造において、表層部
及び芯部に使用される合成樹脂は、大別して熱硬化性樹
脂と熱可塑性樹脂に分けられる。これらはいずれも、そ
の前駆体であってもよく、本発明ではこれらを含めて合
成樹脂と総称する。これらの樹脂は成形時に溶融するか
或いは流動性を示すものである限り、一般に成形用樹脂
として使用されるものであればよい。熱硬化性樹脂又は
その前駆体としては、成形の結果重合反応及び／又は架
橋反応によって硬化し固体の樹脂を与えるものであり、
一般には常温で液状のものが有利である。前駆体とは、
モノマー及びプレポリマーを意味するものとする。熱硬
化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂，ポリウレタン
樹脂，不飽和ポリエステル樹脂又はポリビニルエステル
樹脂が好ましい。また場合によっては硬化型のポリシク
ロオレフィン樹脂も使用しうる。

熱硬化性樹脂は、通常使用されるように、樹脂又はその
前駆体（例えば原料モノマー）中に硬化剤及び／又は促
進剤を組合せて用いられるが、本発明も同様に、これら
を組合せて使用することが出来、またその方が有利であ
る。

一方、熱可塑性樹脂としては、成形温度において溶融し
流動しうるものであれば、通常成形用に使用されるもの
が使用される。流動性を示す温度が約70℃〜約230℃の
範囲、好ましくは約80℃〜約200℃の範囲の熱可塑性樹
脂を使用するのが望ましい。

熱可塑性樹脂の具体例としては、ポリオレフィン（例え
ばポリエチレン，ポリプロピレン），ポリスチレン，液
晶ポリアリレート樹脂，フェノキシ樹脂，ポリ塩化ビニ
ル，ポリオキシアルキレンが挙げられるが、これらのう
ちポリオレフィン，ポリスチレン，液晶ポリアリレート
樹脂又はフェノキシ樹脂が好ましい。また場合によって
は、熱可塑性樹脂になりうるプレポリマーも使用でき
る。

本発明の成形方法を実施するに当っては、先ず型の内壁
面に沿って繊維質補強剤を配置し、好ましくはさらにそ
の内側に分離層を設置する。分離層と繊維質補強材が一
体化されている場合、典型的には分離層の機能を有する
繊維質補強剤を使用する場合には、その一体化物を型の
内壁面に、分離層としての機能を有する面が内側（中心
部）となるように全面に配置すればよい。

分離層及び繊維質補強材をどのように配置するかは目的
とする複合成形物の形状，大きさ，物性及び用途などに
依存して決められる。

前述したように本発明の成形方法は、成形過程におい
て、圧縮された軽量弾性体粒子の集合体の体積膨張を効
果的に利用するので、前記粒子の集合体の体積膨張が分
離層を型の内面に向って全体に押し付けられるように分
離層及び繊維質補強材を配置すべきである。

また当然のことながら、複合成形物の表層部中に気泡含
有粒子が入らないように、分離層を型の形状に応じて配
置するのが好適である。分離層が圧縮された軽量弾性体
粒子を実質的に通過しない性能を有していたとしても、
型内において、分離層の配置が不完全であるために、そ
の周辺の一部からこれら粒子が流れて表層部へ移動する
ことは望ましくない。

例えば、棒状又は円柱状の成形物を製造しようとする場
合、この成形物の形状に合致して分離層及び繊維質補強
材を袋構造体（中空筒形状）にして型内壁面に配置すれ
ばよい。また平板の成形物を製造しようとする場合に
は、型の内壁面に分離層及び繊維状補強剤を全体に貼り
つけるように配置すればよい。その場合分離層は袋構造
体とすることができる。

また、平板や表裏のある面状の成形物の場合、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
場合、他の側は、分離層を設けない例、分離層の代わり
に液状成形樹脂をも通さないフイルムなどの材料を設置
する例、分離層を設置する例などがありうるが、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イルムを設置し、裏面側に
ガラス繊維の織物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。高剛
性を要する構造材として平板を成形する場合は、両面に
分離層を設け、更にそれぞれの分離層と型の内面の間に
繊維質補強材を配置すればよい。

前記したように、型内に分離層及び繊維質補強材を配置
した後、軽量弾性体粒子は、分離層の型内面と反対の位
置、分離層が袋構造体の場合はその内部に用意される。
殊に分離層が袋構造体の場合、予め型外においてその内
に軽量弾性粒子を入れて置くこともできる。該軽量弾性
体粒子は型を閉じる前に型内に入れておいた方が望まし
い。

本発明の目的とする複合成形物において合成樹脂を型内
に配置もしくは供給する方法は、いくつかの方法があ
り、大別すると下記（ａ）〜（ｃ）の方法がある。

（ａ）合成樹脂を分離層及び繊維質補強材と混合もし
くは含浸しておく方法（ｂ）合成樹脂を軽量弾性体粒子と混合しておく方法（ｃ）合成樹脂を、型を閉じて後、型内に注入する方
法これら（ａ）〜（ｃ）の方法は、それぞれ単独もしくは
２つ以上の任意の組合せであることができる。

上記（ａ）〜（ｃ）のいずれを採用するかは、合成樹脂
の種類、とりわけ合成樹脂が熱可塑性樹脂であるか或い
は熱硬化性樹脂のいずれであるかによって主として左右
される。

熱硬化性樹脂又はその前駆体が常温で液体である場合に
は、前記（ａ），（ｂ），（ｃ）又はこれらの組合せが
採用しうるが、好ましくは（ａ）が有利である。すなわ
ち液状である熱硬化性樹脂又はその前駆体を分離層及び
繊維補強材中に、主として繊維質補強材中に予め含浸さ
せておいて型の中に配置し、次いで軽量弾性体粒子を配
置して型を閉じ昇温して成形する方法が有利である。こ
の場合、熱硬化性樹脂（又はその前駆体）は、軽量弾性
体粒子の圧縮開放に従って、その一部が繊維質補強材中
から分離層を通過し、前記粒子の集合体中へ含浸し、型
全体に樹脂成分が行きわたることになる。

一方熱硬化性樹脂又はその前駆体が常温で固体であっ
て、成形時の温度では流動化しうるものである場合に
は、前記（ａ），（ｂ）又はそれらの組合せが採用され
る。その１つの方法は具体的には、熱硬化性樹脂又はそ
の前駆体の固定粉末を予め軽量弾性体粒子と混合して得
られた混合体を型内の所定の位置に配置して成形する方
法である。この方法では型の加熱によって樹脂成分が流
動化し前記粒子の集合体の体積膨張に従って芯部の形成
と共にその一部が分離膜を通して繊維補強材中へ流れ表
層部が形成される。

この方法の別の改良法は、型外で予め圧縮された軽量弾
性体粒子を分散して含有し且つ前記樹脂成分をマトリッ
クスとする固形の予備成形体（中間素材）を作ってお
き、これを軽量弾性体粒子と樹脂の混合体として利用す
る方法である。この一体化された固形の混合体たる中間
素材を型内の所定の位置に配置して型を閉じて加熱する
と、固形の混合体中のマトリックス樹脂成分が流動化し
て圧縮された軽量弾性体粒子が圧縮から開放されて体積
膨張し、それと共に芯部が形成され、樹脂成分の一部が
分離膜を通過して繊維補強材中へ流れ表層部が形成され
る。

この中間素材は、冷却すれば固化する加熱溶融した樹脂
と軽量弾性粒子とを混合し、該混合物を加圧して混合物
中の軽量弾性粒子を圧縮する方法、もしくは該軽量弾性
粒子を型内で圧縮しながら該型内へ冷却すれば固化する
液状の樹脂を注入し、冷却して該樹脂を固化させること
により製造される。

この中間素材には、軽量弾性粒子のほかに、更に前述し
た非弾性中空粒子を併用することもできる。このような
中空粒子は、例えば軽量弾性粒子より小さなものとし
て、軽量弾性粒子間の樹脂の一部をこれで置きかえるこ
とにより、一層の軽量化を図ることが出来る。例えば、
軽量弾性体が球状である場合には、その最密充填した場
合の隙間より小さな球として、最密充填の空間に位置す
る樹脂の一部を置きかえることも可能である。また、最
終成形物において、軽量弾性粒子は互いに密接せず、隣
接粒子間に樹脂が介在するのが好ましい場合が多く、上
記中空体の併用はこれを容易にするという効果も期待で
きる。

一方、マトリックス樹脂は成形物の成形樹脂となるもの
で、室温で固体，加熱により軟化又は液体の硬化性樹脂
が用いられる。後者としてはエポキシ樹脂，不飽和ポリ
エステル樹脂，ジシクロベンタジエン樹脂，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が好
ましく用いられる。なお、反応性の樹脂の場合には、そ
の重合体の前駆体又は原料であってもよい。

熱可塑性樹脂としては軽量弾性粒子が弾性を失わない温
度で軟化ないし溶融した流動性を持つものが必要で、通
常は150℃以下の融点をもつものである。このような樹
脂としては、ポリオレフィン樹脂，ポリスチレン樹脂，
フェノキシ樹脂，一部の液晶樹脂等が好ましく用いられ
る。低分子量の熱硬化性樹脂等もこれに入る。これらの
樹脂の範囲は、軽量弾性粒子の開発が進めば広がり、当
然、熱可塑性樹脂の開発でも広がる。

この実施態様では、上述の如き軽量中空弾性体粒子を圧
縮して常温で固体であるマトリックス樹脂で固めた予備
成形体すなわち中間素材を、目的成形物の多孔質コアに
なる位置に設置し、加熱して上記樹脂を溶融又は軟化さ
せ、軽量弾性粒子の形状，大きさを回復，膨張させ、こ
の力を利用して軽量弾性粒子の充填層の外側に液状の樹
脂の一部を押し出し、膨張回復力で内圧成形しようとす
るものである。従って、粒子の弾性膨張により一種の内
圧成形を行い所定の領域に樹脂を行き汎らせることがで
き、同時に固体状の中間素材を用いて簡便にサンドイッ
チ材その他の軽量成形物を作ることができるので、生産
性を向上せしめ得るものである。

成形時に液状になったマトリックス樹脂の一部を解放，
放出するのが好ましい場合があり、かかる方法は、樹脂
の行き汎らない場所、特に予め併用した補強材料プリフ
ォーム等の樹脂の注入不良な部分にも樹脂を行き汎ら
せ、軽量弾性粒子間の樹脂量を減らし、キャビティ内の
軽量弾性粒子の存在のバラツキを補正するのにも役立て
られる。従って圧力の解放をその目的に従って実施する
ことも出来る。

得られる成形物のコア部は、多孔質部の孔内を軽量弾性
体で埋めたものになる。従って、軽量弾性粒子はブロッ
クとして存在しても構わないが、均等に分散しているこ
とがより一層望ましい。また、軽量弾性粒子を発泡成型
した小粒子とすることや、他の中空粒子と併用する場合
には、これらと例えば発泡成形した軽量弾性粒子を十分
に混合し分散させることが好ましい。

本発明方法において、合成樹脂成分が熱可塑性樹脂であ
る場合は、好ましくは前記（ａ）又は（ｂ）、特に好ま
しくは（ｂ）の方法が採用される。この（ｂ）方法を具
体的に説明すると、基本的には常温で固定であり且つ成
形時の温度では流動しうる熱硬化性樹脂又はその前駆体
を合成樹脂成分として使用する前記方法と同様の方法で
ある。すなわち、その１つは、熱可塑性樹脂（成形時の
温度では流動化しうるものが使用される）の固体粉末を
軽量弾性粒子と予め混合して得られた混合体を型内の所
定の位置に配置する方法であり、また他の改良法は、予
め型外で圧縮された軽量弾性粒子を分散して含み且つ熱
可塑性樹脂成分をマトリックスとする固形の予備成形体
（中間素材）を作っておき、これを利用する方法であ
る。

いずれの方法においても型内に存在せしめられる繊維質
補強材，合成樹脂，軽量弾性粒子及びその他分離層等の
量及び割合は、目的とする複合成形物の形状，用途など
によって、種々変えることができる。しかし必要なこと
は、型内において、前記した各成分の量が成形時におい
て軽量弾性粒子が体積膨張した後、空隙部が存在しない
ような量であることである。

殊に本発明では複合成形物が下記（ａ）〜（ｅ）の組成
となるように繊維状補強材，合成樹脂成分，軽量弾性粒
子及び分離層その他添加材を選択して使用するのが望ま
しい。

（ａ）複合成形物における芯部が存在する実質的部分
において芯部が約30〜約95（容量）％、好ましくは約40
％〜約90％を占めること（ｂ）芯部における比重が約0.05〜0.8g/ml、好まし
くは約0.1〜0.6g/mlであること（ｃ）芯部における合成樹脂成分の割合が約15〜70
（容量）％、好ましくは約20〜50％を占めること（ｄ）表層部において繊維質補強材及び分離層は約30
〜80（容量）％、好ましくは約30〜60％を占めること（ｅ）表層部においては軽量弾性粒子が実質的に存在
しないこと本発明の成形方法は前述したように型内に各成分を仕込
み、型を外部から加熱するか、熱硬化性樹脂を用いた場
合その硬化発熱が起る場合にはその発熱によって若しく
はそれらは両方によって型内の温度を昇温させて、先ず
軽量弾性粒子の圧力を開放させて、これら粒子の集合体
の体積膨張を起させる。これら粒子が分散して含有する
合成樹脂マトリックスの予備成形体を使用する場合に
は、このマトリックス成分を流動化させてこれら粒子の
集合体の体積膨張を起させる。

この際、これら粒子の集合体の体積膨張が起っている
間、少なくとも合成樹脂成分は流動性を保持しているこ
とが必要である。かくして前記粒子の集合体の体積膨張
により分離層が型の内面方向へ押し付けられると共に、
合成樹脂成分の流れが分離層を介して内側（芯部）から
外部（型内壁面）へ或いは外部から内部へ起る。

かくして緻密な表層部が形成され、また軽量弾性粒子と
合成樹脂よりなる芯部が形成され、さらに表層部と芯部
が分離層を介して同じ合成樹脂によって連通して強固に
一体化された複合成形物が得られる。

一方成形に当って、合成樹脂成分の過剰分を型の貯り部
分に集めるか又はベントから抜いた後、合成樹脂を硬化
させるか或いは冷却して固化せしめる。次いで型を開い
て形成された複合成形物が常法に従って型から取り出さ
れ、必要に応じて仕上されて製品とすることができる。
さらに得られた複合成形物はオーブン中でポストキュア
ーすることも可能である。

中間素材を用いる方法では、まず中間素材を成型する。
すなわち、軽量弾性粒子と、この粒子が弾性を維持出来
る温度で軟化ないし溶融しうる常温で固体の樹脂を混合
して加熱することにより後者を溶解し、これを加圧して
軽量弾性粒子を圧縮し、得られた板状物をそのまま冷却
固化して中間素材となる予備成形体とする。

次いで、成型用の型を用意する。この型の内壁面に沿っ
て、必要に応じて分離層となるシートを設置する。補強
繊維層を別途加えるか又は分離層のシートを補強繊維で
構成する。場合により型のベント口に織物等を配して樹
脂の導出部とすることも出来る。補強繊維層又は分離層
間に上記中間素材を置き、型を閉じる。

この型はガス・液抜きを持ち、このノズルと型本体との
間に、軽量弾性粒子を通さず液状の樹脂は通す手段を設
けている。ここで、必須ではないが、型内を真空にする
ことが好ましい。これにより、樹脂が行き汎りやすくな
る。そのまま（真空にした場合にはこれを保って）加熱
する。好ましくは中間素材のマトリックス樹脂が軟化、
溶融し、型から溢流することを確める。次いで、好まし
くは圧力の一部を解放し、中間素材中の圧縮した軽量弾
性粒子を回復膨張させ、液状の樹脂の一部を溢流させノ
ズルを閉じる。熱可塑性樹脂ならそのまま、熱硬化性樹
脂なら樹脂が硬化した後、冷却し成形物を取出す。

かくして、本発明によれば軽量で強靱性を有する複合成
形品が実質上一工程で得られる。

［発明の効果］以上の如き本発明によれば、軽量で強靱な複合成形品を
生産性良く低コストで製造することができる。得られる
複合成形品は、例えばカヌーパドル，マスト，方向舵，
ウィンドサーフィン方向舵（スケグ），人力水中翼艇，
スキー（板，ポール），ホッケースティック，野球用バ
ット，スポークのない車輪，自転車のフレーム，スケー
トボード等のスポーツ用品分野、自動車（乗用車，バ
ス，トラック）等のスポイラー，ドライブシャフト，内
外装品，車輌のドア，構造部材（CF,GF）等の車輌分
野、熱交換器の鏡板，エアコン，コンプレッサーブレー
ド，攪拌翼，電気絶縁材サポートビーム，フィッティン
グ類等の産業分野、車椅子（ハンドリム，側パネル）,X
線投影用テーブル，義手，義足等の医療器具分野、及
び、プロペラ，座席，家具，コントロールサーフェス,2
次構造材，衛星放送用アンテナのリフレクター等の広い
用途に有効に使用できる。

そして、本発明方法により、発泡性樹脂のような熱膨張
性材料を使用することなく、良好な表面を持った、軽量
のハニカム材等の構造材料が得られる。

本発明の当初の目的は軽量弾性体を用いた、熱膨張性の
粒子やフォームを要しない、多孔質を内層とした複合成
形物の製造であった。然しながら、本発明方法を現実に
実施してみると、ガラスバルーン等の無機中空粒子を併
用して成形する熱膨張成形の場合より寧ろ製品の軽量化
がはかられていることが見出された。これは一般にポリ
プロピレン発泡体等弾性粒子の比重が、現状の無機中空
粒子より低比重に作られるからと考えられる。また、多
少の反発力が弾性体に残存する成形物でも、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
体は特に問題を起こさないことも確認された。

［実施例］次に、本発明の実施例及び比較例を挙げるが、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
いかぎり各例中の「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」100部、及び
硬化剤「エピメートYLH006」31部を混合した。これを液
状樹脂Ａとする。

一方、軽量弾性粒子として市販のポリプロピレンビーズ
PB-MG15Pを入手した。これをしばらく放置して、熱膨張
しないものにした。その嵩比重は約0.05g/cm²であっ
た。このビーズを36部準備した。

最大幅120mm,最大長さ350mm,最大厚さ14mmの、舵状のモ
デルを作る雄型２個の金型を準備した。金型の上下には
ノズルを設けた。この金型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-0404」
を金型に合わせて袋状になし、その中に上記のポリプロ
ピレンビーズを収め、シールした。

ポリプロピレンビーズを収めた袋を中心に、ガラスクロ
スで覆い、金型内に収めて型を閉じた。この金型に窒素
圧をかけ、内圧を1.5kg/cm²とした。そのまま、この金
型内にエポキシ樹脂を押し込んだ。樹脂は下方から圧入
し、上方のノズルから溢れさせた。ノズルを微開し、樹
脂が出てくるうちにノズルを閉じた。

樹脂の入った金型を70℃の温浴に入れ、樹脂を硬化させ
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の良好なモデルが得られた。

実施例２日本ユピカ製の不飽和ポリエステル樹脂、硬化剤及び促
進剤、「ユピカＸ−314」を100部、「ルパゾール224」
（パーオキサイド）を１部、PRM（コバルト触媒）を0.5
部、混合した。これを液状樹脂Ｂとする。

実施例１と同じポリプロピレン発泡成形粒子を３部、旭
硝子製の無機中空バルーンM28を１部、混合した。これ
を混合物Ｃとする。

実施例１と同じポリエステル／ポリプロピレン不織布
「ユニセル」で金型の内寸に合わせてやや小さ目の袋を
作った。この袋に混合物Ｃを詰めた。

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。上下の端にノズルを設けた。金型一般
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Ｃの袋詰め／ガラスクロスの順で金型に入れた。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。

この金型に実施例１と全く同様にして液状樹脂Ｂを押し
こんだ。これを70℃の温浴に入れた。

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。表面がガラス繊維強化ポリエステル、内
層がポリプロピレン発泡体とポリエステルである軽量で
良好なサンドイッチ材が得られた。このサンドイッチ材
は曲げ強度6.2kg/mm²，弾性率880kg/mm²であった。

実施例３（株）JSPのポリプロピレンビーズPB-MG15Pを入手し
た。これを放置して、熱膨張しないものにした。この嵩
比重は約0.05g/cm²であった。これは圧縮により縮小
し、圧力解放により復元する性質を有する粒子である。
これをPPBとする。

シェル製のエポキシ樹脂及び硬化剤、「エピコート100
1」（これ自体は熱可塑性である）70部、「エピコート3
48」30部、無水フタル酸30部、「エポメートYLH185」を
１部、80℃で混合した。これを熱熔融性樹脂Ａとする。

PPB50部、樹脂A100部を80℃で混合し、80℃に予熱した
金型に入れ、7.5kg/cm²の圧力をかけて圧縮し、直ちに
冷却固化した。金型を開いて、厚さ約5mmの薄板を得
た。この薄板を中間素材Ｂとする。

アルミニウムの板２枚の間に、「テフロン」（登録商標
名）の枠を挟んだ金型を作り、上下の端にノズルを設け
た。日東紡製のガラス繊維クロスWF-181-100BVを用い
て、金型一杯のガラスクロスを２枚及び長さを金型に合
せ、幅をノズルを覆うサイズにした短冊状ガラスクロス
10枚を作った。大きなガラスクロスを用いて、ガラスク
ロス／中間素材B/ガラスクロスの順で金型に入れた。ノ
ズルを覆う位置つまり上下端は中間素材Ｂではなく、小
さなガラスクロスを重ねてうめてこの位置にはポリプロ
ピレンビーズが入らないようにした。双方のノズルを用
いて金型内部を真空にした。次いで金型ごと145℃のシ
リコン油浴に入れ加熱した。少量の樹脂とガスをノズル
の位置に溢流させ、逐次ノズルを閉鎖した。ほぼ同時で
あった。１時間加熱後に金型を温浴から取りだし、冷却
して金型から成形物を取りだした。かくして、正面がガ
ラス繊維強化エポキシ樹脂、内層がエポキシ樹脂に発泡
ポリプロピレンを分散した良好なサンドイッチ複合材が
得られた。得られた成形物は小さなガラスクロスを入れ
た部分以外はポリプロピレン成形物が均等に行き渡り、
密度は0.52g/cm²であった。また、この成形物の曲げ強
度は3.3kg/mm²，弾性率は397kg/mm²であった。

実施例４実施例３と同様にしてPPB,樹脂Ａ及び中間素材Ｂを準備
した。

最大幅120mm,最大長さ350mm,最大厚さ14mmの、舵状のモ
デルを作る雄型２個の金型を準備した。金型の上下には
ノズルを設けた。この金型に合わせたガラスクロス４葉
及びカーボンクロス２葉も準備した。ガラスクロスは実
施例３と同様の日東紡製のガラス繊維クロスWF-181-100
BVでありカーボンクロスは東レ製の炭素繊維織物C06304
である。一方、ユニセル（株）製のポリエステル不織布
「ユニセルBT-0404」を金型に合わせて袋にした。

上記中間素材Ｂを概略金型の内形に合わせやや小さめに
切り取った。この中間素材を「ユニセル」の袋に入れ、
ガラスクロスで挟んで金型に収めた。

金型内を真空に引き、160℃のシリコンオイルの温浴に
入れた。それぞれのノズルから樹脂とガスが出るのを確
認してからノズルを閉じた。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。その結果、比重
0.8の良好なモデルが得られた。

実施例５断面20mm×20mm,長さ500mmである金型を用意した。その
両端にノズルを設けた。

実施例３と同様にしてPPB,樹脂A,中間素材Ｂを準備し
た。ただし中間素材Ｂを棒状に切り取った。

実施例４で用いたポリエステル不織布「ユニセルBT-040
4」で周囲80mmの筒を作り、上記の棒状の中間素材Ｂを
詰めた。

中間素材Ｂを収めたユニセルの筒を、炭素繊維のブレー
ド２層とガラス繊維のブレード１層で覆った。用いたブ
レードは、炭素繊維ブレードは、「トレカＴ−3964」，
「トレカＴ−3484」，ガラス繊維ブレードは「アトキン
スアンドピァース」＃9273である。Ｔ−3484,＃927
3,T−3964の順で重ねた。

これを前記の金型内に収め、金型を閉じた。金型を水平
にし、一旦、真空ポンプで金型内を減圧しほぼ真空にし
た。実施例3,4と同様にして150℃の温浴に入れ、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。表面が炭素
繊維／ガラス繊維強化エポキシ樹脂、内層がエポキシ樹
脂とポリプロピレンの発泡体である、軽量角材が得られ
た。この角材の表皮を含んだ比重は0.56g/cm³であっ
た。

実施例６東都化成（株）製のフェノキシ樹脂「フェノトートYB-5
0」を入手した。この樹脂の流動点は150℃以下で、溶融
すると比較的低粘度になるものである。

一方、合成ゴム発泡成形物（粒子）試作品を入手した。
この発泡粒子は比重約0.8で160℃でも数時間は使用に耐
えることを確めた。この発泡粒子を３部、旭硝子製の無
機中空バルーンM28を１部、混合した。さらに、これと
フェノキシ樹脂５部を混合し、150℃で10kg/cm²まで加
圧してそのまま冷却した。これを中間素材Ｃとする。

アルミニウムの板２枚の間に、「テフロン（登録商標
名）」の枠を挟んだ金型を作った。上下の端にノズルを
設けた。金型一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枚を作り、実施例１と同様のポリエステル／ポリプロ
ピレン不織布「ユニセル」で金型の内寸に合わせてやや
小さ目の袋を作った。この袋に中間素材Ｃをほぼ金型の
クロスを除いた部分の大きさに合わせて切り取って収め
た。

大きなガラスクロスを用いて、ガラスクロス／中間素材
Ｃの袋詰め／ガラスクロスの順で金型に入れた。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。そして、これを160℃の温浴に入れた。

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。表面がガラス繊維強化フェノキシ樹脂、
内層が合成ゴム発泡体を含むフェノキシ樹脂である軽量
で良好なサンドイッチ材が得られた。

実施例７実施例３で用いたエポキシ樹脂「エピコート1001」はそ
れ自身、流動点80℃以下の熱可塑性を示す樹脂である。
この樹脂のみを用いて同様な試作を行った。

樹脂を「エピコート1001」としてPPBとともに100対100
の比で混合し、80℃で溶融した後7.5kg/cm²に加圧して
シート状の中間素材Ｄを作り、ガラスクロスに挟んで金
型に収め、145℃の温浴に入れ、加熱した。得られたサ
ンプルは実施例１と同様で、比重は0.45g/cm³であっ
た。「エピコート1001」を100部、PPBを100部とガラス
ビーズM28を50部混合した場合には比重0.42であり、さ
らに軽量になった。

実施例８この実施例は角棒を作る例である。

断面20mm×20mm,長さ500mmの金型を作り、両端にノズル
を設けた。シェル製のエポキシ樹脂「エピコート807」
を100部、硬化材「エポメートYLH006」を31部混合し
た。これを樹脂Ａとする。樹脂の量は393部である。市
販のポリプロピレンビーズPB-MG15Pを入手した。これを
暫く放置して、熱膨張しないものにした。そのかさ比重
は約0.05g/cm³であった。弾性があり、圧縮しても回復
する。このビーズを10部準備した。

「ユニセルBT0404」で周囲80mmの筒を作り、上記のポリ
プロピレンビーズの1/2を詰めた。

ポリプロピレンビーズを入れた「ユニセル」の筒を炭素
繊維のブレード２層とガラス繊維のブレード１層で覆っ
た。用いたブレードは、「トレカＴ−3964」及び「トレ
カＴ−3484」、ガラス繊維ブレードは「アトキンスア
ンドピアース」＃9273である。これらをＴ−3484、＃
9273、Ｔ−3964の順で重ねた。

これを前記の金型に収め、ポリプロピレンビーズの残部
を押し込み、ユニセルの筒と金型を閉じた。

金型を水平にし、一旦、真空ポンプで減圧してほぼ真空
となし、窒素で加圧した。そのまま液状樹脂Ａを注入
し、樹脂が溢流したことを確めて注入をやめた。

70℃の温浴に入れ、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、表面が炭素／ガラス繊維強化エポ
キシ樹脂、内層がエポキシ樹脂とポリプロピレンの発泡
体である、軽量角材が得られた。表皮を含んだ比重は0.
56g/cm²であった。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ２９Ｋ 33:00 63:00 67:00 75:00 105:04 105:06 Ｂ２９Ｌ 9:00

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維質補強材を含有する合成樹脂の相より
なる表層部と気泡含有粒子を含有する合成樹脂の相より
なる芯部とを有するサンドイッチ状複合成形物を製造す
るに当り、成形用の型内に繊維質補強材を配置し、その
内側の成形物の芯部となるべき位置に少くとも成形時に
は流動化し得る合成樹脂と圧縮された軽量弾性粒子とを
共存せしめ、型内を加熱することにより上記合成樹脂を
流動化させるとともに上記軽量弾性粒子の大きさを回復
させ、しかる後上記合成樹脂を固化させることを特徴と
する複合成形物の製造法。
【請求項２】成形用の型内に該型の内壁面に近接して繊
維質補強材を配置し、その内側の成形物の芯部となるべ
き位置に成形時に溶融流動化し得る固体の合成樹脂と圧
縮された軽量弾性粒子の混合物を入れ、実質上型を閉じ
た状態にて型内を加熱することにより型内で上記合成樹
脂を流動化させるとともに上記軽量弾性粒子の大きさを
回復させ、しかる後上記合成樹脂の固化させることを特
徴とする請求項１に記載の製造法。
【請求項３】成形用の型内に該型の内壁面に近接して繊
維質補強材を配置し、その内側の成形物の芯部となるべ
き位置に、成形時に溶融流動化し得る固体の合成樹脂相
の中に多数の圧縮された軽量弾性粒子が分散している予
備成形体を配置し、実質状型を閉じた状態にて型内を加
熱することにより型内で上記予備成形体を構成する合成
樹脂を溶融流動化させるとともに合成樹脂中に分散して
いる上記軽量弾性粒子の大きさを回復させしかる後上記
合成樹脂を固化させることを特徴とする請求項１に記載
の製造法。
【請求項４】成形時に流動化し得る合成樹脂及び圧縮さ
れた軽量弾性粒子とが共存する部分と繊維質補強材が存
在する部分との間に、流動化した合成樹脂は通すが軽量
弾性粒子は通さない分離層を介在させることを特徴とす
る請求項1,2又は３に記載の製造法。
【請求項５】成形物の芯部となるべき位置に配置する予
備成形体として、成形時に流動化し得る合成樹脂中に圧
縮された軽量弾性粒子が分散した主体部と流動化した合
成樹脂は通すが軽量弾性粒子は通さない分離層からなる
表層部とを有する成形体を使用することを特徴とする請
求項３又は４に記載の製造法。
【請求項６】合成樹脂が成形温度において溶融する熱可
塑性樹脂である請求項１〜５のいずれかに記載の製造
法。
【請求項７】合成樹脂が少くとも成形温度において流動
性を示す熱硬化性樹脂である請求項１〜５のいずれかに
記載の製造法。
【請求項８】熱硬化性樹脂が室温において実質上固体の
樹脂である請求項７記載の製造法。
【請求項９】軽量弾性体粒子を含む混合物又は予備成形
体が、さらに非膨張性無機中空粒子をも含有するもので
ある請求項１〜８のいずれかに記載の製造法。
【請求項１０】分離層が、袋構造体でありかつ袋構造体
中に圧縮された軽量弾性体粒子を含有しさらに合成樹脂
を含有する請求項１〜９のいずれかに記載の製造法。
【請求項１１】加熱により流動化する固体の合成樹脂を
マトリックスとし、該マトリックス樹脂にて多数の圧縮
された軽量弾性体粒子を接着して一体化した予備成形体
であって、且つ該成形体を加熱してマトリックス樹脂を
流動化させることにより圧縮した軽量弾性体粒子の大き
さが回復し得るようにしたことを特徴とする請求項１〜
10に記載の方法において使用する中間素材。