JPH10128896A - 繊維強化樹脂積層成形体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 繊維強化の合成樹脂成形体について、繊維強
化熱可塑性樹脂中に連通気孔を形成した多孔質樹脂成形
体の有する強度と軽量性の特徴を保持しながら、成形体
の表面性状を改良し、水密的・気密的な用途に特に適し
た樹脂積層成形体を提供しようとするものである。 【解決手段】 ガラス単繊維とポリオレフィン系樹脂と
を含む連通多孔性の樹脂基材の表面に、繊維と熱硬化性
樹脂と骨材とを含むシートモールディングコンパウンド
を積層して加熱圧着して緻密な表層部を形成し、軽量性
と高い強度を併有し、且つ表面性状を良好にした繊維強
化樹脂積層成形体とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、繊維強化した合成
樹脂成形体について、繊維強化熱可塑性樹脂中に連通気
孔を形成した多孔質樹脂基材と、繊維強化した熱硬化性
樹脂の表層部とを積層一体とした樹脂積層成形体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術と課題】繊維補強樹脂による多孔質の樹脂
成形体は既に知られており、熱可塑性樹脂とガラス単繊
維とを均一配合して緻密なシートに加圧成形し、この緻
密なシートの加熱膨張と適当な圧縮成形とを行って多孔
質の樹脂成形体にしたものがある。

【０００３】特開昭６０−１７９２３４号公報には、粒
状ないし粉状の熱可塑性樹脂と高弾性率のガラス単繊維
との混合物から緻密な原料シートを形成し、この原料シ
ートを再加熱して多孔質の膨張シートにし、この膨張シ
ートを所望厚みに加圧成形して、連通気孔性の多孔質シ
ート成形体を得る技術が開示されている。この方法は、
この緻密な原料シートを再度加熱することにより、シー
ト中の樹脂を軟化させて、シート中に圧縮屈折したガラ
ス単繊維がその復原力によって伸びる際にシートを押し
広げて膨張させ、内部に多数の気孔を連通状態で形成さ
せるものである。そして、この膨張シートをプレス機等
により所望形状に加熱圧縮成形するが、この際に元の緻
密な原料シート厚みよりも幾らか厚く形成することによ
りその気孔率を制御して連通気孔性とし、このシート成
形体に通気性・通水性を確保し、ガラス繊維により曲げ
強度と耐衝撃強度を高め、多孔質として軽量化を図った
ものである。

【０００４】さらに、特開昭６０−１５８２２７号公報
には、成形用原料となる樹脂シート中にガラス単繊維を
均一に分散させるのを目的として、熱可塑性樹脂の粒体
とチョップドガラス単繊維と水と発泡剤とを混合して発
泡分散液を調製し、この分散液から、紙抄きの方法で、
ネット上にウェッブを抄造し、これから水分を分離して
乾燥させて、通気性シート構造体とする技術が開示され
ている。この通気性シート構造体は、さらに加熱加圧成
形して緻密なシート成形体にするものではあるが、上記
の多孔質シート成形体は、この緻密なシート成形体を原
料シートとして利用したもので、この緻密なシート成形
体を再加熱して得られた多孔質成形体は、再加熱の際の
膨張量が大きく、その強度の高いことが知られている。

【０００５】このような多孔質シート成形体は、機械的
強度と軽量性とを合わせ持つ点では優れているが、成形
体表面が粗雑であって、ガラス繊維が表面に露出して毛
羽立った状態であるので、そのままでは外装材などとし
ての利用は不適当であった。さらに、ポリオレフィン系
樹脂を使用した成形体は、その表面塗装が困難であり、
その表面性状を平滑で緻密に改善する必要があった。

【０００６】また、この多孔質シート成形体は、多数の
連通気孔による通気性・通水性を有するのが特徴である
が、成形体内部の連通気孔が表面に開口する場合には、
成形体に接した水などの液体が表裏に浸透することにな
り、水槽やその蓋などの用途に対しては、緻密性に欠け
るので、気密的・水密的な使用ができなかった。

【０００７】本発明は、このような繊維強化多孔質樹脂
成形体が有する強度と軽量性の特徴を保持しながら、成
形体の表面性状を改良し、水密的・気密的な用途に特に
適した樹脂積層成形体を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の繊維強化樹脂積
層成形体は、単繊維と熱可塑性樹脂とを含む多孔質樹脂
基材の表面に、繊維と熱硬化性樹脂を含む表層部を積層
一体として成ることを特徴とする。

【０００９】本発明においては、多孔質熱可塑性樹脂を
基材とし、その基材の表面に熱硬化性樹脂を被覆しかつ
反応硬化させて表層部とした繊維強化樹脂成形体であ
る。表層部は緻密な熱硬化性樹脂であり、その表面は綺
麗な仕上げ面とすることが容易であるので、基材による
強度と軽量性とともに表層部の良好で緻密な表面性状を
具備した積層成形体が可能になる。

【００１０】上記多孔質樹脂基材には、特に、ポリオレ
フィン系の樹脂にガラス繊維を含む連通気孔性の加熱成
形体が採用され、この場合には、積層する際の熱硬化性
樹脂が基材の表面に開口した気孔内部に含浸充足するの
で、熱硬化性樹脂の硬化後には両者間の接着力を大きく
することができ、熱硬化性樹脂表層部の緻密な面を成形
体の表面とすることができ、これにより、強度と軽量性
とを有し、且つ表面性状が良好で緻密な樹脂積層成形体
とすることができる。

【００１１】さらに、表層部をなす上記熱硬化性樹脂に
は、熱硬化性樹脂に繊維と必要により骨材とを含むシー
トモールディングコンパウンドが採用される。この場合
には、基材とシートモールディングコンパウンドとの両
者を加熱加圧して、基材表面上で熱硬化性樹脂を軟化な
いし溶融させて該表面を被覆し、次いで速やかに樹脂を
熱硬化させることによって、硬化した表層部を形成す
る。そして、熱硬化性樹脂は、熱加圧して積層する際
に、溶融軟化して基材の表面に開口した連通気孔の内部
に含浸して充足するので、熱硬化性樹脂の硬化後には両
者間の接着力が高くなるのである。

【００１２】一般に、ポリオレフィン系の樹脂は接着力
が低いのであるが、繊維強化熱硬化性樹脂材料にシート
モールディングコンパウンドを使用すると、これをポリ
オレフィン系樹脂の基材に対して加熱加圧して溶融さ
せ、多孔質樹脂基材の表面に接触充填し直ちに硬化させ
ることにより、基材と表層部との間の接着力を確保する
ことができるのである。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の繊維強化樹脂積層成形体
は、その構造を模式的に図１に示すが、繊維強化の多孔
質樹脂の基材１と繊維補強の熱硬化性樹脂表層部２０と
からなるものである。先ず、多孔質樹脂基材１は、熱可
塑性樹脂中に単繊維１３と気孔（不図示）を含有するも
のである。このような多孔質樹脂基材は、好ましくは、
上述のように、特開昭６０−１７９２３４号公報及び特
開昭６０−１５８２２７号公報に開示の技術が適用可能
であり、次のようにして形成したものが利用される。即
ち、熱可塑性樹脂の粉粒体と高弾性率の単繊維と発泡材
と水とを混合した分散液からネット上にシート状に抄い
てウェブとし、これを乾燥し、次いで、薄いシート状に
加圧成形して原料シートに成形する。この原料シートを
加熱して熱可塑性樹脂を軟化させ、ガラス単繊維の反発
により多孔質の膨張シートにし、これを加熱のままプレ
スまたはロールにより多数の気孔を保持でき且つ所望形
状で所望の厚みに圧縮成形して、多孔質樹脂基材にした
ものである。このような基材は、その積層成形体の用途
形状に応じて、シート状、板状、その他の形状、例え
ば、マンホール蓋状にしたものが使用される。

【００１４】熱可塑性樹脂には、ポリエチレン（ＰＥ）
やポリプロピレン（ＰＰ）などのオレフィン系樹脂、ポ
リエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテ
レフタレート（ＰＢＴ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、
ナイロン等があり、特に、ポリエチレン（ＰＥ）とポリ
プロピレン（ＰＰ）が好ましく採用される。

【００１５】熱可塑性樹脂に配合される繊維は、基材の
樹脂よりも弾性率の大きい高弾性率のものが使用され、
ガラス繊維、炭素繊維又は金属繊維が使用可能である
が、特にガラス繊維が好ましい。ガラス繊維には、単繊
維の線径５〜２０μｍ、長さ７〜５０ｍｍのものが好適
である。原料シート中にガラス単繊維２０〜６０％（重
量％）程度を配合しておくと、原料シートの加熱によ
り、大きく膨張した多孔性樹脂シートが得られ、その後
やや低温に下げてプレスによる再圧縮成形する過程で、
プレス成形性が良好となり、成形した基材全体に単繊維
と気孔とが均一に分配される。プレスにより成形シート
に補強用リブなどの突起部を構成する場合にも、リブな
ど肉厚の小さい部材中への単繊維の分配が容易になる。
その結果、単繊維による基材の強化と耐衝撃性、耐摩耗
性の改善の効果が積層成形体全体に及ぶようになる。

【００１６】他方、熱硬化性樹脂表層部は、未硬化の熱
硬化性樹脂と繊維とから成る混合物を基材表面に被覆し
て表面形成し且つ該熱硬化性樹脂を硬化させたものであ
る。このような混合物は、液状、ペースト状ないし液泥
状であってもよいが、最も好ましいのは、未硬化熱硬化
性樹脂と繊維と必要により適当な骨材とを混練して固形
状とし、特に、シート状などに予備的に成形されたシー
トモールディングコンパウンド（以下、ＳＭＣとい
う。）である。ＳＭＣは、一定温度以上に加熱すること
によりＳＭＣ中の未硬化樹脂成分が成形可能に軟化ない
し流動化して且つその温度で速やかに反応硬化するもの
が選ばれる。ＳＭＣは、シート状、板状又はブロック状
の形状のものを使用することができる。

【００１７】ＳＭＣを含めて繊維強化熱硬化性樹脂は、
未硬化熱硬化性樹脂として不飽和ポリエステル樹脂、エ
ポキシ樹脂、フェノール樹脂、ビニルエステル樹脂、ア
クリル樹脂などが選ばれ、これに重合開始剤ないし架橋
剤、硬化剤を含み、強化用の繊維としてガラス繊維、炭
素繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維などが配合さ
れ、必要ならば増粘剤と増量用の充填剤ないし骨材とが
配合されて混合され、予めシート状あるいはマット状に
成形したものが使用される。強化用繊維は、上記種類の
単線維であっもよいが、長繊維の繊維束であってもよ
く、またこの繊維束を織成した織布も使用できる。

【００１８】繊維強化熱硬化性樹脂シートは、多孔質樹
脂基材の表面に重積して、加熱しながらプレス又はロー
ルなどの加圧成形手段により押圧されて表層部が形成さ
れ、これにより積層体となる。この際の加熱温度は、多
孔質樹脂基材の変形温度（軟化温度）以下であって、表
層部の熱硬化性樹脂の成形温度以上であることが好まし
い。多孔質樹脂基材を軟化温度以上に加熱すると、多孔
質樹脂基材が変形したり、圧縮されて気孔が少なくなり
緻密化したりするのは好ましくない。従って、プレスな
どの加熱成形の際には、多孔質樹脂基材の軟化温度以下
での加熱によって、ＳＭＣなどの熱硬化性樹脂シートが
軟化ないし溶融して、多孔質樹脂基材の表面に密着しそ
のまま重合または架橋反応により硬化して表層部が成形
されるようにする。

【００１９】より具体的には、多孔質樹脂基材には、オ
レフィン系樹脂、特にポリプロピレン（ＰＰ）とガラス
繊維の組合せの多孔質シートが好ましく採用できる。こ
の場合、表層部の熱硬化性樹脂シートは、基材のポリプ
ロピレン（ＰＰ）の変形温度以下である６０〜１４０℃
程度の温度範囲で流動性と反応硬化性を有し、この温度
範囲で、１〜１０ｋｇｆ／ｃｍ² の低い圧力で充分な成
形性能を有するものが好ましい。このような熱硬化性樹
脂シートは、低温低圧ＳＭＣとして入手可能である。

【００２０】低温低圧ＳＭＣとしては、成形温度が６５
〜９５℃で成形圧力２〜１０ｋｇ／ｃｍ² 程度で成形性
良好なものが特に好ましい。このような低温低圧ＳＭＣ
の使用により、熱加圧成形の過程で、多孔質樹脂基材の
変形を招くことなく、熱硬化性樹脂表層部を成形し且つ
硬化させて表面硬化層を形成し、しかも、低圧で多孔質
樹脂基材の表面の気孔中に熱硬化性樹脂を浸入させて硬
化させるのことができる。そこで、多孔質樹脂基材のポ
リエチレン（ＰＥ）やポリプロピレン（ＰＰ）のような
表面被着性の良くない基材樹脂に対しても低温低圧ＳＭ
Ｃの熱硬化性樹脂表層部は溶融接着と気孔へのアンカー
効果によりその接着力を著しく高めることができるので
ある。

【００２１】積層成形においては、図２に例示するよう
に、加熱加圧可能なプレス成形機３等の金型３１、３２
の間に、多孔質樹脂基材１の表裏に熱硬化性樹脂シート
２、２を配置する。この例で、下側の金型３１には、型
面３１０の周囲に型枠３１１が突設形成されており、上
側の金型３２には、下側の金型３１の型枠３１１内に装
入される型面３２０が、周辺より突設して構成されたも
ので、多孔質樹脂基材１の表裏に熱硬化性樹脂シート
２、２を金型３１、３２間で加熱し加圧しながら昇温し
所定の温度に保持する。金型内で温度上昇とともに熱硬
化性樹脂シート２、２中の樹脂が溶融して流動化し、金
型３１、３２の型面と多孔質樹脂基材１との間で加圧さ
れて、多孔質樹脂基材１の当該表面に密着する。そし
て、該シート２の熱硬化性樹脂の重合反応が進行して硬
化し、図１に示すように（図１には、基材１中の気孔が
省略してある）、表層部２０となり、そのまま冷却し
て、表層部２０の表面に金型の型面３１０、３２０の形
状が賦形された積層成形体１０が得られる。こうして、
積層成形体１０は、多孔質樹脂基材１の芯部は多孔質で
あるが基材１の表面層には熱硬化性樹脂表層部２０が強
固に接着し、この表層部２０の表面２１が綺麗に仕上げ
られた積層成形体１０が得られる。

【００２２】本発明では、多孔質樹脂基材の片面だけで
なく両面にも熱硬化性樹脂表層部の表面を形成すること
ができ、また、積層成形体の縁端部の端面にも同様に熱
硬化性樹脂表層部を形成することも適宜なされる。これ
により、非透水性ないし遮水性を具備した板状の構造
物、パネル、蓋材として利用することができる。

【００２３】多孔質樹脂基材の裏面あるいは下面に予め
リブや周辺部の補強部材を一体形成しておき、これに熱
硬化性樹脂表層部を形成して、構造的に強化した積層成
形体とすることもなされる。本発明の積層成形体は、シ
ート、板やパネルとして広い用途に供される。さらに、
多孔質樹脂基材は、その加熱による膨張性を利用した優
れた成形性を有するので、一体にプレスにより、所望の
形状の構造物に成形して、上記の表面層を形成すること
により、例えば、水槽やマンホール用の蓋として、ある
いは、下水処理場その他のピットの蓋として利用でき
る。

【００２４】

【実施例】多孔質樹脂基材の成形のために、ポリプロピ
レンとガラス繊維とを混合した厚み５ｍｍの圧縮成形シ
ート（ケープラシート（株）製造の「ＫＰシート」）
を、２２０℃の温度に加熱して膨張させ、この膨張シー
トを４０〜６０℃の温度でプレスにより圧縮して、厚み
１２ｍｍの板状の多孔質樹脂加熱成形体を得た。

【００２５】この成形体を成形し多孔質樹脂基材（寸法
２５０×２５０ｍｍ）として、その両面に、厚み１．８
ｍｍの低温低圧ＳＭＣシート（武田薬品工業（株）製、
品名「セレクティー Ｒ−１０１」）を挟んで、加熱プ
レス機の片面平滑な上下金型の間に配置し、金型の蒸気
加熱により、８０℃に加熱し、８ｋｇｆ／ｃｍ² の圧力
で圧下し２５分保持して、厚み１４．６ｍｍの板状の積
層成形した。

【００２６】この板状積層成形体から試験片を採取し
て、ＪＩＳ Ａ１４０８に準拠して曲げ強度試験を行っ
た。比較材として、上記多孔質樹脂基材から試験片につ
いても同様の曲げ強度試験を行った。その結果を表１に
示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】表１から、本発明の積層体は、比較材に対
して、曲げ強さが大幅に改善されており、また、曲げ弾
性率も僅かながら大きくなっていることが判る。

【００２９】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂積層成形体は、繊
維強化熱可塑性樹脂の多孔質樹脂基材の表面に繊維補強
の熱硬化性樹脂表層部を加熱加圧して表層部を形成した
ので、表層の熱硬化性樹脂が多孔質樹脂基材の気孔内に
含浸充填することができ、積層成形体を強化することが
でき、軽量性と強靭性を兼ね備えた積層体を構成するこ
とができる。

【００３０】また、樹脂積層成形体は、繊維が露出した
多孔質樹脂基材の粗い表面を緻密な表層で被覆して綺麗
な表面とすることができ、また、積層成形体の気密性・
水密性を確保することができ、芯部に多孔質樹脂基材を
使用していながら密封機材としての利用が図れる。

【００３１】そして上記熱硬化性樹脂表層部に、繊維と
骨材と熱硬化性樹脂を含むシートモールディングコンパ
ウンド（ＳＭＣ）を利用することにより、多孔質樹脂基
材とシート状ないし板状のＳＭＣとを配置して加熱プレ
ス成形することができ、繊維強化樹脂積層成形体が簡便
にかつ量産的に形成できる効果を奏する。さらに、上記
多孔質樹脂基材に接着性の悪いオレフィン系の樹脂を含
む連通気孔性の加熱成形シートを使用する場合にも、シ
ート状のＳＭＣの使用により接着強度の大きい表層部を
形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の繊維強化樹脂積層成形体の概念的な断
面図。

【図２】本発明の繊維強化樹脂積層成形体を成形するた
めの金型内配置の断面図。

【符号の説明】

１０ 繊維強化樹脂積層成形体 １ 多孔質樹脂基材 ２０ 熱可塑性樹脂表層部 ２ 熱可塑性樹脂シート ３１ 金型 ３２ 金型

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単繊維と熱可塑性樹脂とを含む多孔質樹
   脂基材の表面に、繊維と熱硬化性樹脂とを含む表層部を
   加熱成形して積層一体とした繊維強化樹脂積層成形体。
2. 【請求項２】 上記多孔質樹脂基材が、高弾性率の上記
   単繊維と上記熱可塑性樹脂の粉粒体との混合物を加圧成
   形したシート状成形体を加熱膨張させて後加圧成形され
   て成る連通気孔性の加熱成形体である請求項１記載の繊
   維強化樹脂積層成形体。
3. 【請求項３】 上記単繊維がガラス繊維であり、上記熱
   可塑性樹脂がポリオレフィン系樹脂である請求項１又は
   ２記載の繊維強化樹脂成形体。
4. 【請求項４】 上記表層部が、繊維と熱硬化性樹脂とを
   含むシートモールディングコンパウンドから形成されて
   成る請求項１記載の繊維強化樹脂積層成形体。
5. 【請求項５】 上記表層部が、上記多孔質樹脂基材の軟
   化温度より低い温度で溶融し且つ硬化するシートモール
   ディングコンパウンドから形成されて成る請求項１記載
   の繊維強化樹脂積層成形体。