JPH10166467A - 軽量複層樹脂製品の連続成形法および連続成形装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内層が気泡含有樹脂層、外層が繊維強化熱硬
化性樹脂層で夫々構成された軽量複層樹脂製品を、生産
性よく連続的に製造することのできる技術を確立するこ
と。 【解決手段】 内層が気泡または多孔質材含有樹脂層、
外層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構成された複層樹
脂製品を引抜き成形法によって製造する際に、強化用繊
維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形状に規制し
た状態で硬化を進めると共に、その外層によって囲まれ
る内部空間に発泡性樹脂液を供給し、該樹脂液を発泡さ
せつつ固化させて内部空間を充満させながら連続的に引
き抜く。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内層が気泡含有樹
脂層、外層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構成された
複層樹脂製品を、生産性よく連続的に製造することので
きる方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】熱硬化性樹脂をガラス繊維等の強化用繊
維で強化した複合製品は、所謂繊維強化樹脂（ＦＲＰ）
製品として様々の分野で広く活用されている。そして該
ＦＲＰ製品のうち横断面形状が円形状、楕円状、矩形
状、Ｔ字状、Ｕ字状、平板状、波板状の如く比較的単純
な形状のものでは、加熱機構を備えた引抜き成形装置を
使用し、その入口側から、強化用繊維と熱硬化性樹脂の
複合材料を連続的に送り込み、該成形装置で熱硬化性樹
脂を加熱硬化させると共に成形しながら、該成形装置の
出口側から硬化成形体を連続的に引抜くことにより、長
尺ＦＲＰ材として連続的に効率よく製造する方法が採用
されている。

【０００３】また、上記の様な引抜き成形装置の入口部
内面側に中子を設置しておき、該中子によって内面を規
制しながら加熱成形と引抜きを行なうことにより、横断
面形状がＯ字状やロ字状等の中空長尺製品を製造する方
法も知られている。

【０００４】これらの方法によって製造される中実タイ
プおよび中空タイプの長尺ＦＲＰ製品は、その用途や要
求特性によって使い分けられるが、中実タイプのＦＲＰ
製品は優れた曲げ強度や耐圧縮強度等を有している反
面、軽量性に問題があり、一方中空タイプのＦＲＰ製品
は肉厚を変えて中空度を調整することによって軽量化を
図ることができる反面、曲げ強度や耐圧縮性不足が否め
ない。

【０００５】そこで、上記中実製品と中空製品の折衷製
品として、中実製品の中空部に気泡含有樹脂層を設ける
ことにより、軽量性と強度特性を兼ね備えたＦＲＰ製品
が開発された。このタイプのＦＲＰ製品は、内層を構成
する気泡含有樹脂層によって軽量化が増進されると共
に、該気泡含有樹脂層の存在により、中空製品に比べる
と曲げ強度や耐圧縮強度なども大幅に高められ、また外
層の肉厚を変えて気泡含有樹脂層の比率を調整すること
により、使用目的に応じた強度や軽量性を確保できると
言う利点も得られる。

【０００６】この様に、内層として気泡含有樹脂層を設
けたＦＲＰ製品を製造する方法としては、例えば特表平
２−５０３７７２号公報に開示された様な方法が提案さ
れている。

【０００７】この方法は、引抜き成形装置の上流側に設
けたプレダイフォーマーおよびダイステーションで気泡
を含有する内層部を予め形成しておき、引き続いてフォ
ーミングダイセクションに導いてその外周側に熱硬化性
樹脂を注入し熱硬化させて外層を成形しつつ引き抜いて
いく方法であり、連続化を可能にした技術として評価さ
れる。

【０００８】ところがこの方法は、以下に示す様な点で
なお改善の余地を残している。 内層の形成と外層の成形・硬化を逐次的に行なう方法
であり、生産ラインが長くなると共に生産速度も遅くな
ることが懸念される。 内層を形成した後、格別の芯合せ手段もなくその外側
に熱硬化性樹脂を注入して外層を形成する方法であり、
外層の厚みが部分的に不均一になる恐れがある。 上記公報の第１図には、強化繊維クロスの内側に、ブ
ロワーにより粒状押込み材を充填しつつダイステーショ
ンへ誘導し、外面側から含浸用樹脂を注入して含浸硬化
させながら引抜いていく方法を開示しているが、この方
法では、内層全体へ樹脂を含浸させるのにかなりの高圧
と時間を要し、圧力や時間が不足する場合は、含浸不足
により強度欠陥を生じることが懸念される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な課
題の改善を期してなされたものであって、その目的は、
内層を、気泡あるいは多孔質材を含有させることによっ
て軽量化された樹脂層、外層を繊維強化熱硬化性樹脂層
によって夫々構成された複層樹脂製品を製造するに際
し、前記公報に開示の技術に懸念される様な問題点を改
善し、生産ラインの短縮と生産性の向上を図り、外層厚
みの不均一や含浸不足等の問題を生じることなく、安定
して高品質の軽量化された複層樹脂製品を得ることので
きる方法および装置を提供しようとするものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明の方法とは、内層が気泡含有樹脂層、外
層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構成された複層樹脂
製品を、引抜き成形法によって製造する方法において、 強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形
状に規制した状態で硬化を進めると共に、その外層によ
って囲まれる内部空間に発泡性樹脂液を供給し、該発泡
性樹脂液を発泡させつつ固化させて内部空間を充満させ
ながら引き抜き、あるいは 強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形
状に規制した状態で硬化を進めると共に、その外層によ
って囲まれる内部空間に、気泡または多孔質材を含む樹
脂液を供給し、該樹脂液を硬化もしくは固化させつつ内
側空間を充満させながら引き抜くところに要旨を有する
軽量複合樹脂製品の連続成形法である。

【００１１】また本発明に係る連続成形装置とは、内層
が気泡または多孔質材含有樹脂層、外層が繊維強化熱硬
化性樹脂層で夫々構成された複層樹脂製品を製造する為
の引抜き型連続成形装置であって、前記外層形状に規制
して成形する加熱機構付き外型と、該外型の入口部内側
に、該外型内面との間に前記外層形状に対応した隙間を
あけて配置される中子を備え、該中子には、前記内層を
構成する樹脂材を、外層形状によって囲まれる内部空間
に向けて供給する供給手段が設けられ、好ましくは更に
冷却機構が設けられているところに要旨が存在する。

【００１２】

【発明の実施の形態】上記の様に本発明では、内層が気
泡含有樹脂層、外層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構
成された複層樹脂製品を、引抜き成形法によって製造す
る際に、 強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形
状に規制した状態で硬化を進めると共に、その外層によ
って囲まれる内部空間に発泡性樹脂液を供給し、該発泡
性樹脂液を発泡させつつ固化させて内部空間を充満させ
ながら引き抜き、あるいは 強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形
状に規制した状態で硬化を進めると共に、その外層によ
って囲まれる内部空間に、気泡または多孔質材を含む樹
脂液を供給し、該樹脂液を硬化もしくは固化させつつ内
側空間を充満させながら引き抜くところに要旨を有して
おり、外層を構成する強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合
材料の加熱硬化と、内層を構成する発泡性樹脂の供給、
発泡、固化を同時並行的に行ない、あるいは、内層を構
成する気泡または多孔質材含有樹脂の供給と加熱硬化
（または冷却固化）を同時並行的に行ない、上記外層形
状によって囲まれる内部空間に内層構成材を充満させな
がら引き抜くことにより、連続生産ラインの短縮と生産
速度の向上を図ることが可能となる。

【００１３】しかも本発明の装置を使用すれば、引抜き
装置に設けた加熱手段により該装置の内面側から、外層
を構成する強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料の加熱
硬化が行なわれ、該複合材料の加熱硬化が進行してか
ら、内層を構成する発泡性樹脂あるいは気泡（または多
孔質材）含有熱硬化性樹脂の充填と加熱発泡もしくは熱
硬化が進むことになり、外層の好ましくない厚み不均一
や内層側の含浸不足等を生じる恐れもなく、強度欠陥な
どのないＦＲＰ製品を効率よく連続的に製造することが
可能となる。

【００１４】以下、本発明の一実施例を示す図面を参照
しながら、本発明の具体的な構成や作用効果などについ
て詳述するが、本発明はもとより図示例に限定されるも
のではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に
変更を加えて実施することも可能であり、それらは全て
本発明の技術的範囲に包含される。

【００１５】図１は、本発明の代表的な連続成形装置と
連続成形法を例示する概略説明図であり、図中１は外
型、２は中子、３ａ，３ｂはツーリングガイド、４は内
層用樹脂槽、５は発泡性樹脂液（または気泡もしくは多
孔質材含有樹脂）よりなる内層形成用樹脂液、６は外層
用含浸樹脂槽、７は熱硬化性樹脂液よりなる外層用含浸
樹脂液、８は引抜き製品、９は強化用繊維を夫々示して
いる。

【００１６】図示する装置を用いて本発明を実施するに
当たっては、図面の右側から繰り出されてくる強化用繊
維（長繊維群、ネット、クロス等）９を、図示しない浸
漬ガイド等により外層用含浸樹脂槽６内の含浸用樹脂液
７に浸漬して含浸し、図示しない絞りローラ等を経た
後、ツーリングガイド３ａ，３ｂを経て引抜き成形装置
における外型１の入口部１ａへ導かれる。なお強化用繊
維９は、最終成形品の形状に応じてその少なくとも外面
側全域に十分配置され得る様、図示例では前記入口部１
ａの全域に行き渡る様に上下・左右から供給できる様に
しており、その供給位置は、最終成形品の断面形状に応
じて任意に選定すべきである。

【００１７】そして、外型１の上記入口部１ａには、図
示する如く中子２が、外型１の成形面（内周面）との間
に、外層形状に対応した隙間をあけて芯合わせされた状
態で挿通されており、この隙間に外層用含浸樹脂液７の
含浸された強化用繊維９が導かれることになる。

【００１８】上記中子２には、図１（ａ）の拡大断面図
でその代表例を示す如く軸芯部を貫通して、発泡性樹脂
液（または気泡もしくは多孔質材含有樹脂液）よりなる
内層用樹脂液５を供給するための供給孔２ａが、樹脂液
供給手段として設けられると共に、好ましくはその先端
部に外周方向へ向かう分岐路２ｂが設けられており、こ
れらにより内層用樹脂液５が、外層によって囲まれる内
部空間全体に万遍なく行き渡り易くなる様に構成されて
いる。２ｃは中子２の昇温を防止するため必要により設
けられる水などの冷媒流路であり、内層用樹脂液として
加熱発泡性樹脂あるいは熱硬化性樹脂液を使用したとき
に、中子２が昇温し供給孔２ａや分岐路２ｂ内で内層用
樹脂液５が発泡したり或は硬化して流路閉塞を起こすの
を防止するのに好ましく設けられる。

【００１９】中子２に設けられた上記供給孔２ａの後端
は、連結管１０を介して内層用樹脂槽４に接続され、そ
の先端は内層用樹脂液５内に浸漬開口されている。そし
て図示例では、該内層用樹脂槽４を密封構造とし、加圧
空気吹込み管１１により該槽４内の内層用樹脂液５の液
面を加圧することによって、該樹脂液５を連結管１０か
ら中子２内の樹脂液供給孔２ａおよび分岐路２ｂを通し
て、中子２の先端から吐出できる様に構成されている。

【００２０】外型１においては、前述の如くその入口部
１ａに挿通された中子２との間に、熱硬化性樹脂液を含
浸した強化用繊維９が供給され、該外型１に内蔵された
加熱手段１ｃによる加熱により熱硬化しつつ、該装置１
内面側の成形面に沿って引き抜かれながら成形され、且
つその内側には、前述の如く中子２の先端から吐出され
る内層用樹脂液５が圧入され、前記加熱手段１ｃからの
熱、更にはその外層側で硬化反応の進んでいる熱硬化性
樹脂の反応熱を受け、内層用樹脂液５として発泡性樹脂
液を使用した場合は、中子先端から吐出された後直ちに
発泡し、外層形状によって囲まれる内部空間に充満さ
れ、また気泡または多孔質材含有熱硬化性樹脂液を使用
した場合は、上記内部空間に充満されると共に外周側か
ら熱を受けて硬化が進行する。

【００２１】従って、内層用樹脂として熱硬化性樹脂を
用いた場合は、中子からの吐出後加熱硬化反応を進めな
がら、また熱可塑性樹脂を使用した場合は外型の後半部
で冷却固化させながら、図１の左方向へ引き抜いていく
と、図１（ｂ）に拡大して示す如く、繊維強化樹脂８ａ
を外層とし、内側に気泡（または多孔質材）含有樹脂８
ｂよりなる内層が複合一体化され、軽量化された複層樹
脂製品を連続的に製造することが可能となる。

【００２２】このとき、上記の様に内層用樹脂液５の充
填と発泡、また熱硬化性樹脂を用いた場合の硬化反応
は、中子２と外型１の成形面（内面）の間に供給されて
引き抜かれていく強化用繊維９に含浸された熱硬化性樹
脂の硬化反応が進んだ後に始まるので、繊維強化樹脂８
ａによって構成される外層の肉厚が円周方向で不均一に
なる様な恐れはなく、しかも、その後に発泡して固化
し、あるいは吐出後加熱硬化することによって形成され
る気泡（または多孔質材）含有樹脂８ｂよりなる内層
は、外層と強固に接合一体化することになる。また図１
（ａ）で説明した様に、中子２に水冷機構等を付加して
冷却しながら引抜きを行なえば、供給孔２ａや分岐路２
ｂ内で内層用樹脂液５の加熱発泡、あるいは加熱硬化が
起こって流路閉塞を起こす恐れもなくなり、しかも加熱
発泡反応あるいは加熱硬化反応を、外層を構成する熱硬
化性樹脂の硬化よりも確実に遅らせることができるので
好ましい。

【００２３】尚、内層用樹脂液４として気泡（または多
孔質材）含有樹脂液を用いた場合、気泡（または多孔質
材）を含有しているのでその粘性は比較的高いが、圧入
後の体積膨張はそれほど起こらない。一方、発泡性樹脂
液を用いた場合、その粘性は比較的低いが、中子２の先
端から吐出された後の加熱により発泡して急激な体積膨
張を起こす。従って、これら樹脂液の粘性と体積膨張の
程度に応じて、引き取り速度とバランスさせながら適当
な圧力で送給することにより、前記外型の内面側で硬化
する外層の内側に隙間なく気泡含有樹脂層を充満させる
ことができる。これら内層構成樹脂液の圧入手段として
図１では、圧縮空気を利用した加圧を利用したが、圧入
方法には一切制限がなく、例えば液送ポンプ、スラリー
ポンプ、スクリュー式送給装置など、公知の送給手段を
適宜選択して採用することができる。

【００２４】また図１では、引抜き成形製品として円筒
状の外層の内部に気泡含有樹脂が充満された横断面形状
のものを示したが、その形状はもとより図示したものに
制限される訳ではなく、楕円形、矩形、平板状、波板
状、Ｕ字形、Ｔ字形、その他の異形断面形状のものであ
っても良い。図２（Ａ）〜（Ｅ）は、それら断面形状の
具体例を示したものであり、図２（Ａ）は略正方形状、
図２（Ｂ）は長方形状、図２（Ｃ）は平板状、図２
（Ｄ）はＴ字状、図２（Ｅ）は両面波形状の例を示して
いる。これら横断面形状の製品を得るには、それぞれの
形状に応じた成形面形状を有する外型を使用すると共
に、中子についても各気泡含有樹脂層の横断面形状に応
じた形状のものを使用すればよい。また図２（Ｃ）〜
（Ｅ）に示す如く、気泡含有樹脂層を複数に分割した状
態で形成するには、該分割形成数に応じた数と形状の複
数の中子を外型の入口側に設置し、図１の方法に準じ
て、各中子を通して内層構成樹脂液を供給して発泡、硬
化もしくは固化させれば良く、それらを工夫することに
よって、必要に応じた任意の断面形状のＦＲＰ樹脂製品
を得ることができる。

【００２５】尚、上記外型１の内面の成形面および中子
２の外周面は、熱硬化性樹脂と直接接触する為に引き抜
き工程で接着し、引き取りを円滑に行なえなくなること
が懸念されるが、上記外型１の内面や中子２の外面にク
ロムメッキ処理あるいはテフロンコーティング処理等を
施すことによって離型性を高めておけば、この様な懸念
も解消される。また、外層用含浸樹脂中に内部離型剤を
混入させておくことも、引き抜きを円滑に遂行する上で
好ましい。

【００２６】本発明において、外層の強化材として用い
られる強化用繊維の種類には一切制限がなく、ガラス繊
維、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維（アルミ
ナ、ジルコニア、窒化けい素など）、複合繊維（ホウ素
−タングステン、炭化けい素−タングステンなど）、天
然繊維やアラミド繊維など天然もしくは合成の各種有機
繊維など、強化作用を有する繊維であればどの様なもの
であっても構わず、用途や要求特性に応じて適宜使い分
けられ、必要によっては２種以上の繊維を複合して使用
することも可能であるが、コストや強化作用などの観点
から最も一般的なのはガラス繊維や炭素繊維である。こ
れらの繊維は、長繊維のロービング、テープ、クロス、
マット等として用いることができる。

【００２７】また、上記強化繊維に含浸される熱硬化性
樹脂の種類も特に制限されないが、代表的なものとして
は不飽和ポリエステル系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノ
ール系樹脂、シリコーン系樹脂、ビニルエステル系樹
脂、アリール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂など
が好ましいものとして推奨される。

【００２８】一方内層を構成する樹脂としては、前述の
如く気泡（または多孔質材）含有樹脂あるいは発泡性樹
脂が使用されるが、これらの樹脂としては熱可塑性、熱
硬化性の如何を問わず使用可能であり、熱硬化性樹脂と
しては、前記外層構成樹脂として例示した様な熱硬化性
樹脂が再び好ましいものとして例示され、熱可塑性樹脂
としてはポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポ
リアミド系樹脂、飽和ポリエステル系樹脂、アクリル系
樹脂、ポリアセタール系樹脂、ポリカーボネート系樹
脂、ポリブチレン−テレフタレート系樹脂、ポリフェニ
レンサルファイド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹
脂等が例示される。熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂のいず
れを選択するかは、目的とするＦＲＰ製品の用途や要求
特性等を考慮して決定すればよいが、特に好ましいのは
熱硬化性樹脂である。その理由は、熱硬化性樹脂を使用
した方が強度の高いものが得られ易く、しかも未硬化状
態では低粘性であるので内層用樹脂としての供給が容易
であり、且つ外層側からの加熱によって内層部の硬化を
短時間で進めることができるからである。

【００２９】また、上記内層構成用樹脂として気泡（ま
たは多孔質材）含有樹脂を使用する場合の気泡構成材と
しては、シラス等の多孔質無機物微粒子、マイクロバル
ーン（ガラスバルーン、セラミックスバルーン、カーボ
ンバルーン等の無機質バルーン；スチレン樹脂バルー
ン、フェノール樹脂バルーン、アクリロニトリル−メチ
ルメタクリレート共重合体バルーン等の有機質バルー
ン；更には有機系樹脂バルーンに金属コーティングを施
した特殊マイクロバルーンなど）等が使用されるが、熱
硬化性樹脂液を用いてその圧入直前もしくは圧入時に気
泡を巻き込ませ、硬化時にこれらの気泡を巻き込んだま
まで硬化させることも可能である。

【００３０】また発泡性樹脂液としては、それ自身が加
熱硬化時に縮重合反応を起こして気泡を発生する例えば
ポリウレタン系樹脂等の他、液状炭化水素を封入した有
機樹脂バルーンを発泡剤として樹脂液中に分散させてお
き、充填後におけるバルーンの加熱によって、内部に封
入されたガス成分の体積膨張を利用して発泡させること
も有効である。特に本発明を実施するに当たっては、発
泡剤を熱硬化性樹脂内へ均一に分散さしめ、全体に渡っ
て均一に発泡を起こさせる意味から、加熱発泡タイプの
発泡剤を選択使用することが望ましい。

【００３１】尚、上記外層構成樹脂液あるいは内層構成
樹脂液には、必要に応じて他の添加剤、例えば硬化促進
もしくは抑制剤、酸化防止剤、安定剤、難燃剤、粘性調
整剤、着色剤、充填剤などを適量含有させることも可能
である。

【００３２】

【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、外
層を繊維強化樹脂層で被包され、内部が気泡（または多
孔質材）含有樹脂で充満されて軽量化された複層樹脂製
品を、比較的短い生産ラインで効率よく連続生産するこ
とが可能となった。しかも本発明の装置または方法を採
用すると、外層を構成する繊維強化樹脂層が硬化した
後、あるいは少なくともある程度硬化が進んだ後に内層
用樹脂の充填、発泡、硬化若しくは固化が行なわれるの
で、外層厚みの好ましくない不均一や含浸不足等の問題
を生じることもなく、安定して高品質の軽量化された複
層樹脂製品を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置および成形法を例示する概略説明
図である。

【図２】本発明によって得られる軽量化された複層樹脂
製品を例示する横断面図である。

【符号の説明】

１ 外型 ２ 中子 ３ａ，３ｂ ツーリングガイド ４ 内層用樹脂槽 ５ 内層用樹脂液 ６ 外層用含浸樹脂槽 ７ 外層用含浸樹脂液 ８ 引抜き製品 ９ 強化用繊維

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内層が気泡含有樹脂層、外層が繊維強化
   熱硬化性樹脂層で夫々構成された複層樹脂製品を、引抜
   き成形法によって製造する方法において、強化用繊維と
   熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層形状に規制した状
   態で硬化を進めると共に、その外層によって囲まれる内
   部空間に発泡性樹脂液を供給し、該発泡性樹脂液を発泡
   させつつ固化させて内部空間を充満させながら引き抜く
   ことを特徴とする軽量複層樹脂製品の連続成形法。
2. 【請求項２】 内層が気泡または多孔質材含有樹脂層、
   外層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構成された複層樹
   脂製品を、引抜き成形法によって製造する方法におい
   て、強化用繊維と熱硬化性樹脂の複合材料を、前記外層
   形状に規制した状態で硬化を進めると共に、その外層に
   よって囲まれる内部空間に、気泡または多孔質材を含む
   樹脂液を供給し、該樹脂液を硬化もしくは固化させつつ
   内側空間を充満させながら引き抜くことを特徴とする軽
   量複合樹脂製品の連続成形法。
3. 【請求項３】 内層が気泡または多孔質材含有樹脂層、
   外層が繊維強化熱硬化性樹脂層で夫々構成された複層樹
   脂製品を製造する為の引抜き型連続成形装置であって、
   前記外層形状に規制して成形する加熱機構付き外型と、
   該外型の入口部内側に、該外型内面との間に前記外層形
   状に対応した隙間をあけて配置される中子を備え、該中
   子には、前記内層を構成する樹脂材を、外層形状によっ
   て囲まれる内部空間に向けて供給する供給手段が設けら
   れていることを特徴とする複層樹脂製品の連続成形装
   置。
4. 【請求項４】 前記中子には、冷却機構が設けられてい
   る請求項３記載の連続成形装置。