JPH0740503Y2 - 複合成形物の中間素材 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、多孔質コアを主とするサンドイッチ複合成形
物を成形する際に用いる新規な中間素材に関する。

［従来の技術］ 多孔質コアを主とする複合成形物は、軽量材料としてそ
のまま若しくは他の材料と組合せて各種の用途に用いら
れている。

かかる多孔質コアを主とする成形物は、通常、工業的に
は樹脂成形物の一種である。従来、これは工業的には発
泡性樹脂を用いて成形する方法、つまり、発泡成形によ
り製造されている。この方法は大別すると、加熱又は減
圧すると発泡する樹脂又は樹脂原料を金型に入れて成形
するか、これらの樹脂の特定のものを粒子状に発泡成形
し（一次発泡体）、これを金型に入れて更に膨張させ
（二次発泡）成形する方法に分けられる。これをサンド
イッチ複合材等の軽量構造体にする方法としては、発泡
成形物を表皮材料、例えば予め成形した繊維補強樹脂成
形物（以下、必要に応じてFRPと略称する）と貼り合わ
せるか、発泡成形物をプリプレグ等で覆って成形する
か、予め成形した外殻中空体に発泡性樹脂を注入して発
泡成形するのが普通である。

近年、これらの方法の改良方法として、樹脂類の発泡膨
張を用いた内圧成形や熱膨張性成形物を多孔質体の素材
として用いる方法も開発されている（例えば特開平1-25
5530号，特開昭63-162207号）。これらの方法を更に改
良した例として、本考案者等は、先に熱膨張性粒子と液
状の硬化性樹脂を用いたサンドイッチコア複合材の成形
方法を開発した（特願平1-179830号等）。これらの方法
でも成形時に液状の硬化途上の樹脂を取扱うため、作業
の煩雑さを残しており、これを改良するため、更に特定
の中間素材を用いる方法を提案した（特願平2-95069
号）。

［考案が解決しようとする課題］ 上記の中間素材は複合成形物の製造に有用ではあるが取
扱い性において若干の問題がある。

即ち、上記の中間素材は硬い板状か、硬化途上の柔軟成
形物のいずれかであるが、前者は取扱い性が悪く、後者
は液状樹脂原料からスタートすれば適当な物性に合せ難
いか、合せても変化しやすいという問題がある。

本考案は上記の中間素材をより一層使い易いものにする
ために改善を図るものである。

［課題を解決するための手段］ 本考案者等は上述の問題を改善すべく検討を重ね、新規
な中間素材を開発した。この中間素材は、一般には板状
であるが、取扱い上柔らかいことが好ましい。即ち、取
扱い時の破損，金型へのフィット性などから、取扱い時
に剛直なものでないほうが好ましい場合が多い。

かくして、本考案では、熱膨張性粒子を常温で固体であ
るエポキシ樹脂で固めた中間素材であって、成形時に金
型内の目的成形物の多孔質コアになる位置に設置し、加
熱してエポキシ樹脂を溶融又は軟化させると共に熱膨張
性粒子を膨張させ、この力を利用して熱膨張した粒子と
エポキシ樹脂を外殻内又は金型内所定箇所の隅々まで行
き汎らせて内圧成形する際に、該中間素材を塑性材料化
しようとするものである。

このため、本考案では該中間素材において、可塑剤であ
る無水フタル酸を、原料硬化剤を兼ねて加え、エポキシ
樹脂の硬化及び熱膨張性粒子が膨張が実質上生じない条
件でシート状（又は板状）等の所定形状としたものであ
る。無水フタル酸はエポキシ樹脂等の硬化剤として知ら
れており、可塑剤としても知られている。

第１図は、本考案に係るシート状の中間素材の１例を示
すが、マトリックスを形成するエポキシ樹脂及び無水フ
タル酸からなる樹脂組成物１中に熱膨張性粒子２が均一
に分散している。

本考案の中間素材を用いた成形方法では、金型又は外殻
内に挿入する固形の中間素材以外に液状の樹脂又はその
原料を用いる必要がなく、中間素材も柔軟で取扱い易
く、金型等へ入れるのも容易である。従って、この中間
素材からのコアと必要なら表皮FRPを同時に一体成形し
てサンドイッチ材を作る際の、生産性を大幅に向上せし
め得るものである。成形時には液状に戻った樹脂又はそ
の原料の一部を金型内から解放、排出するのが好ましい
場合があり、この手段により、成形時に樹脂の行き汎ら
ない場所、例えば、サンドイッチ材における補強材料プ
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、熱膨張粒子間の樹脂量を減らし、キャビティ内の
熱膨張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、成形時の圧力の解放操作をその目的に従
って付加することも出来る。

サンドイッチ複合材を作る場合、本考案の中間素材を用
いて得られる成形物は多孔質部のコアとFRPからなる表
皮が一体になった継目の無い成形物となる。該成形物中
に熱膨張粒子はブロックとして存在しても構わないが、
後述する第２図の如く均等に分散していることがより一
層望ましい。熱膨張性粒子を微小粒子とすることも好ま
しく、また、他の非膨張性中空粒子等と併用する場合に
は、これらと熱膨張性粒子とを十分に混合し分散させ
て、中間素材とすることが好ましい。

本考案の中間素材に用いられる熱膨張性粒子は、発泡剤
を包含した粒子、例えば（ａ）塩化ビニリデンでで発泡
剤を含んだ熱膨張性マイクロスフェアと呼ばれるもの等
の発泡膨張性粒子，（ｂ）汎用されているポリスチレン
等の発泡膨張性粒子，（ｃ）発泡成形した粒子，例えば
ポリエチレン，ポリプロピレン，ポリウレタン，ゴム等
の一次膨張粒子等、である。発泡成形熱膨張粒子の場合
には、成形した粒子を加圧加熱して固定した粒子等も含
まれる。

本考案では、これらに非膨張性の中空粒子を混合するこ
とも出来る。軽量多孔質体を得るのに、このような中空
粒子の併用は安価で便利なものである。経済性も含め好
ましい中空粒子としてはガラスバルーン，シラスバルー
ン等が挙げられる。このような中空粒子は、例えば膨張
後の熱膨張粒子より小さなものを用い、熱膨張粒子間に
存在する樹脂の一部を中空粒子で置きかえて、一層の軽
量化を図ることも出来る。例えば、熱膨張粒子が球状で
ある場合には上記中空粒子をその細密充填した場合の隙
間より小さな球とすれば、細密充填の空間に相当する樹
脂の置きかえが可能である。

一方、エポキシ樹脂としては、熱膨張性粒子が膨張（発
泡）してしまわない温度で軟化ないし溶融して流動性を
持つもので、重合開始するものが好ましく、重合が完了
する以前に熱膨張粒子が膨張することが必要である。こ
のような樹脂は熱膨張性粒子の選択次第で決められる
が、現状では通常は150℃程度以下で流動化〜重合開始
が起きるものが適当である。

エポキシ樹脂と無水フタル酸の比率は、原料としての組
成比率及び可塑剤としての所要量から決められる。エポ
キシ樹脂の選択も行うが、無水フタル酸以外の可塑化性
をあまり示さないものを併用することでも調節出来る。
一般に中間素材中の無水フタル酸の量はエポキシ樹脂10
0重量部当たり５〜70重量部である。この範囲を外れる
と可塑化効果及び硬化に不都合をもたらす。熱膨張性粒
子とエポキシ樹脂の比率は、コア部のシンタクチックフ
ォームとしての特性、発泡量と発泡時の型の内圧の所要
値等から決定されるが、エポキシ樹脂100重量部に対し
て、通常５〜40重量部が適当である。これより少ないと
発泡量不足、多いとサンドイッチ材化の際等に樹脂不足
をもたらす。

本考案の中間素材は、これら各成分を混合しプレス，押
出し等適宜の方法でシート状（又は板状）等任意の形状
となしたものである。この際、樹脂の全面的な硬化及び
粒子の実質的な熱膨張（発泡）が生じない成形条件を選
ぶ。しかし、樹脂は後の成形時に流動性示す限り若干ゲ
ル化しても構わない。

この中間素材を用いて繊維補強サンドイッチ複合材とす
る場合に使用する補強繊維は、無機繊維，有機繊維を問
わない。例えばガラス繊維，炭素繊維，ボロン繊維，炭
化ケイ素繊維，アルミナ繊維等の無機繊維、ポリエステ
ル，アラミド，ポリオレフィン，ナイロン，アリレート
等の有機合成繊維、綿，麻等の天然繊維等が単独又は組
合わせて用いられる。織物，編物のほか、ストランド，
ヤーン等としてたとえばフィラメントワインディングで
構成することも出来るし、短繊維のウェブ，マット等で
用いることも出来る。

また、サンドイッチ複合材とする場合には、通常、補強
繊維層に軽量弾性粒子が浸入しないことが好ましく、補
強繊維と中間素材と間に分離層を置くことが好ましい場
合がある。分離層としては熱膨張後の粒子を実質的に通
さず硬化性液状成形樹脂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、残りは上記液状
成形樹脂をも通さない材料からなるものを用いる。かか
る分離層の分離機能を構成するものとしては繊維シート
及び／又は多孔質シートが挙げられる。繊維シートとし
ては各種天然繊維，合成繊維，金属繊維，炭素又はセラ
ミックス等の無機繊維等の織布，編物，組物，不織布，
紙等が用いられる。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
粒子状発泡性樹脂の種類やその発泡性に応じて選択され
る。この分離層としてそれ自体補強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
トを用いることも出来る。これらのシートは、表面に色
彩や模様を施したものでもよい。さらにこの分離層とし
て容易に成形品の形状に合せ得るように伸縮性を有する
材料を選択することも出来る。

液状成形樹脂を通さない材料を構成するものとしては、
分離機能を有する部分で用いている材料とは異なった材
料とつなぎ合わせる以外に、分離機能有する部分で用い
ている繊維シート及び／又は多孔質シートを予め樹脂等
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得る場合には
融着処理により目開きをつぶしたもの、フイルム等を貼
付けたものなどがある。

補強用の繊維として、プリフォームを用いてもよい。実
質的に分離層を併用する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や編物のプリフォームも使
用できる。

かくして、第２図に例示する如く、繊維強化エポキシ樹
脂からなる表皮層3,3′、分離層4,4′及び硬化エポキシ
樹脂５中に発泡した熱膨張粒子６が分散したコア部から
なるサンドイッチ材が得られる。

［考案の効果］ 本考案により、取扱い性の良好な複合成形品の中間素材
が提供される。従って、この中間素材を用いることによ
り作業性良く良好なサンドイッチ複合材等が得られる。

［実施例］ 次に、本発明の実施例及び比較例をあげるが、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 松本油脂製薬（株）製の熱膨張性発泡性ビーズ「マツモ
トマイクロスフェアF-80SD」を入手した。この発泡性ビ
ーズは140℃以上で膨張を始め、約70倍まで膨張する。
（以後、これをF-80SDと略称する。） シェル製のエポキシ樹脂「エピコート1001」を100部、
及び硬化剤「エピコート348」を30部、無水フタル酸を3
0部混合した。これを樹脂組成物Ａとする。

F-80SDを20部、樹脂組成物Ａを100部、80℃で混合し
た。これを80℃に予熱しておいた金型に流し込み、直ち
に冷却した。金型を開いて、厚さ約3mmの薄板を得た。
得られた薄板を中間素材Ｂとする。この中間素材Ｂは、
可撓性を示し、取扱い性良好であった。

次に、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。この金型には上下の端にノズル
を設けた。一方、目開きの小さい日東紡製のガラス繊維
クロスWF-181-100BVを用意した。金型一杯のガラスクロ
スを２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10枚とを作り、大きい方の
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
り金型内部の上下端には、中間素材Ｂではなく、小さな
ガラスクロスを重ねて埋めて、この位置にはF-80SD粒子
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。次いで金型を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。これらはほぼ同時であっ
た。２時間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、表面がガラス繊維
強化エポキシ樹脂、内層がエポキシ樹脂に発泡粒子を分
散した良好な軽量複合サンドイッチ材が得られた。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発
泡粒子が均等に行き渡り、密度は0.54g/cm³であった。

実施例２ 実施例１と同様にしてF-80SD、樹脂Ａを準備した。

25mmφのエクストルーダーを用いて、F-80SD、樹脂組成
物Ａを混合して押し出した。該エクストルーダーは、ホ
ッパー下部を水冷し、以下無加熱ゾーン、50℃のゾー
ン、70℃のゾーンとし、ダイの温度を65℃とした。

得られた押出し混合物を厚さ3mmのシート状になし、中
間素材Ｃを得た。

一方、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１の日東紡製のガラス繊維クロスWF-180-1
00BVでありカーボンクロスは東レ製の炭素繊維織物C063
04である。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。

上記の厚さ3mmの中間素材Ｃを、ほぼ金型の概形に似
せ、小さめに切り取った。この中間素材を「ユニセルBT
-0404」の袋に入れ、ガラスクロスで挟んで金型に収め
た。

金型を真空に引き、次いで145℃のシリコンオイルの温
浴に入れた。それぞれのノズルに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。比重0.8の良
好なモデルが得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る中間素材の一例を示す。図におい
て１はエポキシ樹脂と無水フタル酸からなる樹脂組成
物、２は発泡性粒子である。 第２図は本考案の成形物を用いて成形したサンドイッチ
コア複合成形物の一例を示す断面図である。図において
3,3′は繊維強化エポキシ樹脂からなる表皮層、4,4′は
分離層、５はコア部のマトリックスを構成する硬化した
エポキシ樹脂、６は発泡した粒子である。

───────────────────────────────────────────────────── 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 63:00 105:04 Ｃ０８Ｌ 63:00

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】常温では固体であるが加熱すれば軟化又は
   液状化するエポキシ樹脂又はその原料に、無水フタル酸
   と熱膨張性粒子とが添加されており、これらを該粒子が
   未膨張状態のまま所定形状に成形してなることを特徴と
   する複合成形物の中間素材。
2. 【請求項２】エポキシ樹脂，無水フタル酸，熱膨張性粒
   子の他に、非膨張性の軽量中空粒子を含む請求項（１）
   に記載の複合成形品の中間素材。