JPH07276357A - 成形用積層材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を有する
層を少なくとも１層は有した複数層から成る積層材では
あるが、短時間での成形が可能であり、種々の形状への
賦形性にも優れており、しかも成形物の表面性が良く、
気泡などの発生をも防ぎ、強度、剛性の高い安定した複
雑形状の製品を高効率で作製することのできる成形用積
層材を提供する。 【構成】 成形用積層材は、熱硬化性樹脂を有する層２
を少なくとも１層は有した複数層からなる積層体からな
り、この積層体は熱処理が施こされ、熱硬化性樹脂が半
硬化状態とされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軽量で且つ強度及び剛
性の点でも安定した成形物を作製することができ、しか
も成形性に優れ、複雑形状の成形物を高効率で生産する
ことのできる成形用積層材に関するものである。本発明
の成形用積層材は、例えばゴルフクラブ、自転車のハン
ドル或いはフレームなどの種々のスポーツレジャー用品
として、又は、自動車産業を始め各種の産業における機
械部品として使用される複雑な形状をした管状、棒状或
いは板状部材を作製するのに好適に用いられる。

【０００２】

【従来の技術】近年、スポーツレジャー用品として、又
は、自動車産業を始め各種の産業における機械部品とし
て、軽量であり、しかも機械的強度が大であると言う理
由から繊維強化複合材、或いは用途に応じて種々の材料
を積層して構成された複合材などが広く使用されてい
る。

【０００３】例えば、繊維強化複合材からなる製品は、
ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維、金属繊維などの強化
繊維にマトリクス樹脂を含浸して作製されたプリプレグ
を所定形状に賦形して作製されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このとき、プリプレグ
が、マトリクス樹脂として熱可塑性樹脂を使用した場合
には、たとえ冷間プレス成形であっても所定形状への成
形時に樹脂流れが生じ、賦形後の製品の表面性を劣化さ
せ、特に、賦形性を向上させるために加熱した場合に
は、製品内における樹脂の片寄り、気泡の発生をもたら
すことがあった。これは、製品の強度或いは剛性を不安
定なものとし、問題である。

【０００５】このような問題は、特に、成形物の機械的
物性の向上は、マトリクス樹脂として、エポキシ樹脂の
ような熱硬化性樹脂を使用することにより解決すること
ができるが、この場合には、プリプレグを所定形状に成
形した後、マトリクス樹脂を熱硬化するための熱処理工
程が必須となり、そのために、数時間が必要とされ、成
形サイクルが長くなると言う問題、更には複雑な形状の
成形が困難であるか場合によっては不可能であるという
問題があった。又、熱硬化性樹脂をマトリクス樹脂とし
て使用したプリプレグは、その取扱い及び保管時に起こ
るマトリクス樹脂の自然硬化を防止するために相当の注
意を払わねばならず、取扱い性においても問題を有して
いる。

【０００６】従って、本発明の目的は、エポキシ樹脂の
ような熱硬化性樹脂を有する層を少なくとも１層は有し
た複数層から成る積層材ではあるが、短時間での成形が
可能であり、種々の形状への賦形性にも優れており、し
かも成形物の表面性が良く、気泡などの発生をも防ぎ、
強度、剛性の高い安定した複雑形状の製品を高効率にて
作製することのできる成形用積層材を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は本発明に係る
成形用積層材にて達成される。要約すれば、本発明は、
熱硬化性樹脂を有する層を少なくとも１層は有した複数
層からなる積層体を作製し、そしてこの積層体に熱処理
を施し、前記熱硬化性樹脂を半硬化状態としたことを特
徴とする成形用積層材である。

【０００８】本発明の実施態様は次の通りである。 （１）成形用積層材は、熱硬化性樹脂の硬化度が５０〜
９５％及びガラス転移温度（Ｔｇ）が７０〜１００℃で
ある。 （２）積層体は、マトリクス樹脂として熱硬化性樹脂を
有した繊維強化プリプレグを少なくとも１層有する。 （３）積層体は、表面材と、コア材と、この表面材とコ
ア材とを接合する熱硬化性樹脂からなる接着剤層とを有
する。 （４）成形用積層材は、管状、棒状或いは板状とされ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明に係る成形用積層材を図面に則
して更に詳しく説明する。

【００１０】図１の本発明の成形用積層材１の第１の実
施例を示す。本実施例では、積層体としては、マトリク
ス樹脂として熱硬化性樹脂を使用した繊維強化プリプレ
グ２が使用される。本発明によれば、このプリプレグ２
が２枚以上積層され、次いで、加熱処理により予備硬
化、即ち、半硬化される。

【００１１】上記繊維強化プリプレグ２は、当業者に周
知のものでよく、例えば、強化繊維は、炭素繊維、ガラ
ス繊維、ボロン繊維、アルミナ繊維、炭化珪素繊維、窒
化珪素繊維などの無機繊維；アラミド繊維、ポリアリレ
ート繊維、ポリエチレン繊維などの有機繊維；或は、チ
タン繊維、アモルファス繊維、ステンレススチール繊維
などの金属繊維などを１種使用しても良く、或いは複数
種をハイブリッドの形態にて使用することもできる。
又、繊維強化プリプレグ２は、これら強化繊維をクロス
（織布）の形態にて有することもできる。

【００１２】マトリクス樹脂としては、エポキシ樹脂、
不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ジアリル
フタレート樹脂、フェノール樹脂などの熱硬化性樹脂が
使用される。又、更に、所望の硬化温度を得るに適した
硬化剤その他の付与剤、例えば可撓性付与剤などが適当
に添加される。

【００１３】好ましい一例を挙げれば、マトリクス樹脂
としてはエポキシ樹脂が好ましく、使用可能のエポキシ
樹脂としては、例えば、（１）グリシジルエーテル系エ
ポキシ樹脂（ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓ系エポキシ樹
脂、ノボラック系エポキシ樹脂、臭素化ビスフェノール
Ａ系エポキシ樹脂）；（２）環式脂肪族エポキシ樹脂；
（３）グリシジルエステル系エポキシ樹脂；（４）グリ
シジルアミン系エポキシ樹脂；（５）複素環式エポキシ
樹脂；その他種々のエポキシ樹脂から選択される１種又
は複数種が使用され、特に、ビスフェノールＡ、Ｆ、Ｓ
グリシジルアミン系エポキシ樹脂が好適に使用される。
又、硬化剤としてはアミン系硬化剤、例えばジシアンジ
アミド（ＤＩＣＹ）、ジアミノジフェニルスルフォン
（ＤＤＳ）、ジアミノジフェニルメタン（ＤＤＭ）；酸
無水物系、例えばヘキサヒドロ無水フタル酸（ＨＨＰ
Ａ）、メチルへキサヒドロ無水フタル酸（ＭＨＨＰＡ）
などが使用されるが、特にアミン系硬化剤が好適に使用
される。

【００１４】又、プリプレグ２における強化繊維とマト
リクス樹脂の配合割合は任意に調整し得るが、一般に、
重量％で、強化繊維：マトリクス樹脂＝（４０〜８
０）：（２０〜６０）とされる。又、各プリプレグの厚
さは、通常３０〜３００μｍ程度とされるであろう。

【００１５】本発明に従えば、上述したように、このよ
うにして作製された繊維強化プリプレグが２枚以上積層
され、そして、半硬化される。本発明にて「半硬化」と
は、積層されたプリプレグ２（硬化度１０％以下、ガラ
ス転移温度３０℃以下）を所定の温度、例えば６０〜１
００℃にて４０〜０．５時間、予備加熱し、その後室温
以下に冷却した時に、この積層体が、５０〜９５％の硬
化度及び７０〜１００℃のガラス転移温度（Ｔｇ）を有
する状態を言う。硬化度が５０％より小さいと、成形に
時間がかかりすぎ成形効率が悪くなる。硬化度が５０％
より大きいと、成形性が悪くなり複雑な成形物の成形が
困難となる。ガラス転移温度が７０℃より小さいと、完
全に硬化しても成形品の物性が十分発現できない。ガラ
ス転移温度が１００℃より大きいと、成形温度を高くし
なければならないという問題が生ずる。

【００１６】これに対して、このような積層プリプレグ
を、例えば２００℃、０．５時間の熱処理を施し、完全
に硬化した場合には、この硬化済積層材は、硬化度が１
００％、ガラス転移温度（Ｔｇ）は１００℃を越える。

【００１７】本発明に係る成形用積層材１は、上述から
も理解されるように、通常、室温状態にて保管していれ
ば、自己形状保持能を有し、且つ自然硬化により後成形
不可となるようなこともなく、極めて取扱い性に優れて
いる。

【００１８】又、本発明に係る成形用積層材１は、その
後、所望時に、成形及び完全硬化工程に供することがで
きる。

【００１９】本発明の成形用積層材１は、ガラス転移温
度（Ｔｇ）以上の温度に、例えば、Ｔｇ＋（０〜５０
℃）程度の温度にまで加熱することにより軟化させるこ
とができる。従って、成形時には、加熱して軟化させる
ことにより、例え複雑な形状の金型などにも容易に適合
させてセットすることができ、そのために、複雑形状の
成形物をも作製することが可能である。

【００２０】次いで、この金型にセットされた成形用積
層材を、そのガラス転移温度Ｔｇ＋（５０〜１５０℃）
程度の温度にまで加熱することにより、この積層体は完
全に硬化する。

【００２１】図２（Ａ）には、本発明の成形用積層材１
の第２の実施例を示す。上記第１の実施例では、成形用
積層材１は、全てが繊維強化プリプレグ２にて形成され
ていたが、本発明はこれに限定されるものではない。つ
まり、この第２の実施例では、積層体としては、第１の
実施例と同様の繊維強化プリプレグ２と、コア材４とが
使用される。コア材４としては、任意の材料を使用する
ことができ、例えば、厚さ０．５〜５ｍｍ程度のウレタ
ン断熱材、各種発泡材料、フェルト材、熱可塑性フィル
ムなどとすることができる。勿論、繊維強化プリプレグ
２は１層である必要はなく、複数層設けることもでき、
又、コア材４の両面に配置し、コア材４を間にサンドイ
ッチするような構成とすることもできる。

【００２２】図２（Ｂ）には、本発明の成形用積層材１
の第３の実施例を示す。上記第１及び第２の実施例で
は、積層体として繊維強化プリプレグ２が少なくとも１
層は使用されていたが、この実施例では、積層体として
繊維強化プリプレグ２は含まれておらず、クロス材のよ
うな表面材６と、熱硬化製樹脂からなる接着剤層８と、
コア材４とにて構成される。従って、成形用積層材１
は、接着剤層８を介して表面材６がコア材４に接合され
た構成となる。勿論、表面材は、コア材の両面に配置
し、コア材を間にサンドイッチするような構成とするこ
ともできる。

【００２３】上記各実施例で、本発明の成形用積層材１
は板状とされたが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば所定の断面形状を有した棒状とすることも
でき、更には、例えば図３に示すように、管状とするこ
ともできる。

【００２４】図３に示す管状の成形用積層材１を作製す
る場合には、例えば細長のマンドレルに繊維強化プリプ
レグ２を連続して所望層巻き付けるか、或いは、カット
されたプリプレグを所望枚数巻き付けた後、その上にテ
ーピングを施して巻き締めを行なう。次いで、このプリ
プレグ積層体を、上述したように、所定の温度、例えば
６０〜１００℃にて４０〜０．５時間、予備加熱し、半
硬化させる。その後室温以下に冷却した後、マンドレル
から取外し、テープを除去する。これによって、５０〜
９５％の硬化度及び７０〜１００℃のガラス転移温度
（Ｔｇ）を有した管状の成形用積層材１が提供される。

【００２５】又、本発明に係るこの管状の成形用積層材
も又、その後、所望時に、成形工程に供することができ
る。成形時には、この成形用積層材１は、ガラス転移温
度（Ｔｇ）以上の温度に、例えば、Ｔｇ＋（０〜５０
℃）程度の温度にまで加熱することにより軟化させるこ
とができ、従って、金型などに問題なくセットすること
ができ、異形断面などの複雑形状の成形をも可能であ
る。次いで、例えば、この成形用積層材のガラス転移温
度Ｔｇ＋（５０〜１５０℃）程度の温度にまで加熱する
ことにより、この積層体は完全に硬化する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る成形
用積層材は、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂を有す
る層を少なくとも１層は有した複数層から成る積層材で
はあるが、積層体に熱処理を行ない、熱硬化性樹脂を半
硬化状態とした構成とされるために、短時間での成形が
可能であり、又、種々の形状への賦形性にも優れてお
り、しかも成形物の表面性が良く、気泡などの発生をも
防ぎ、強度、剛性の高い安定した複雑形状の成形物を高
効率にて作製することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る成形用積層材の一実施例を示す斜
視図である。

【図２】本発明に係る成形用積層材の他の実施例を示す
正面図である。

【図３】本発明に係る成形用積層材の更に他の実施例を
示す正面図である。

【符号の説明】

１ 成形用積層材 ２ 繊維強化プリプレグ ４ コア材 ６ 表面材 ８ 熱硬化性樹脂層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱硬化性樹脂を有する層を少なくとも１
   層は有した複数層からなる積層体に熱処理を施し、前記
   熱硬化性樹脂を半硬化状態としたことを特徴とする成形
   用積層材。