特許 6125706 ＦＲＰ成型複合体及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6125706

(24)【登録日】2017年4月14日

(45)【発行日】2017年5月10日

(54)【発明の名称】ＦＲＰ成型複合体及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C08J 5/24 20060101AFI20170424BHJP

   C08J 9/33 20060101ALI20170424BHJP

   B32B 5/22 20060101ALI20170424BHJP

【ＦＩ】

   C08J5/24

   C08J9/33

   B32B5/22

【請求項の数】9

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2016-243429(P2016-243429)

(22)【出願日】2016年12月15日

【審査請求日】2016年12月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516377717

【氏名又は名称】株式会社クルス

(74)【代理人】

【識別番号】110000198

【氏名又は名称】特許業務法人湘洋内外特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗栖 熈

【審査官】 増永 淳司

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−２０５６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９０５８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６０１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−１１３９３０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０６−０２５６３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ０８Ｊ ５／２４

Ｂ３２Ｂ ５／２２

Ｃ０８Ｊ ９／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発泡スチロールと、エポキシ樹脂硬化物とを混合して含む芯材と、
前記芯材の周囲を被覆した繊維強化樹脂と、
を含むＦＲＰ成型複合体。

【請求項2】

前記発泡スチロールの平均粒子径は、１〜５ｍｍである、請求項１に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項3】

複数の前記芯材が含まれ、前記芯材が一括被覆されている、請求項１又は２に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項4】

複数の前記芯材が略並行に配置されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項5】

前記芯材は、表面に凹状の流通溝を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項6】

前記繊維強化樹脂は、ポリエステルを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項7】

前記繊維強化樹脂は、エポキシ樹脂を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項8】

前記ＦＲＰ成型複合体の厚みは、１５ｍｍ以上である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体。

【請求項9】

発泡スチロールと、エポキシ樹脂とを混合し、硬化させることで芯材を得る工程と、
前記芯材の周囲をＦＲＰ前駆体で被覆し、硬化させることにより、ＦＲＰ成型複合体を得る工程と、
を含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＦＲＰ成型複合体の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＦＲＰ成型複合体及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics）は軽量かつ高強度であり、多様な用途に用いられている。ＦＲＰに関して、例えば、特許文献１には、高精度なＦＲＰ成型を行うことが可能なＦＲＰ成型方法として、グルテンを含む密封用パテを用いて型を密封し、内部を吸引して樹脂を注入する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５９７２４９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ＦＲＰ成型では、５ｍｍ以上の厚みのあるものを作製することは、繰り返しの塗布作業、発熱等の影響により、容易ではない。また、厚くすると、重量が増すため、成型の自由度が制限され、取扱いが難しくなる。

【0005】

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、ＦＲＰ成型体でありながら、所望の厚みがあり、成型の自由度が高く、表面の美麗性に優れた成型体を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、発泡スチロールと、エポキシ樹脂硬化物とを含む芯材を用いることを発案し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は以下のとおりである。

【0007】

本発明に係るＦＲＰ成型複合体は、発泡スチロールと、エポキシ樹脂硬化物とを混合して含む芯材と、芯材の周囲を被覆した繊維強化樹脂と、を含むＦＲＰ成型複合体である。
前記発泡スチロールの平均粒子径は、１〜５ｍｍであってもよい。
前記ＦＲＰ成型複合体は、複数の前記芯材が含まれ、前記芯材が一括被覆されていてもよい。
前記ＦＲＰ成型複合体は、複数の前記芯材が略並行に配置されていてもよい。
前記芯材は、表面に凹状の流通溝を備えてもよい。
前記繊維強化樹脂は、ポリエステルを含んでいてもよい。
前記繊維強化樹脂は、エポキシ樹脂を含んでいてもよい。

【0008】

また、本発明に係るＦＲＰ成型複合体の製造方法は、発泡スチロールと、エポキシ樹脂とを混合し、硬化させることで芯材を得る工程と、芯材の周囲をＦＲＰ前駆体で被覆し、硬化させることにより、ＦＲＰ成型複合体を得る工程と、を含む、ＦＲＰ成型複合体の製造方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、ＦＲＰ成型体でありながら、所望の厚みがあり、成型の自由度が高く、表面の美麗性に優れた成型体を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体の概略斜視図である。

【図2】本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体における一次成型体の概略斜視図である。

【図3】一次成型体の拡大断面図である。

【図4】本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体の製造方法における割り型を用いた一態様の簡略断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明を実施するための形態（以下、単に「本実施形態」という。）について、必要に応じて図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の本実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明を以下の内容に限定する趣旨ではない。そして、本発明は、その要旨の範囲内で適宜に変形して実施できる。なお、図面中、上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。更に、図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。また、本明細書において、「略」を付した用語は、当業者の技術常識の範囲内でその「略」を除いた用語の意味を示すものであり、「略」を除いた意味自体をも含むものとする。

【0012】

（ＦＲＰ成型複合体）
図１は、本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体の概略斜視図である。本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体Ａは、発泡スチロール３と、エポキシ樹脂硬化物４とを含む芯材Ｂと、芯材Ｂの周囲を被覆した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）５と、を含むＦＲＰ成型複合体である。ＦＲＰ成型複合体Ａは、発泡スチロール３とエポキシ樹脂硬化物４とを含む芯材Ｂを一次成型体とし、これをＦＲＰで被覆したものである。

【0013】

ＦＲＰ成型複合体Ａの厚みは、１５ｍｍ以上とすることができる。通常のＦＲＰ成型では、発熱等の影響から５ｍｍ以上のものを作製することは難しいが、本実施形態によれば、芯材Ｂの組み合わせ数等を調整することによって、１５ｍｍ以上の厚みのＦＲＰ成型体を得ることができる。

【0014】

図２は、本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体における一次成型体の概略斜視図であり、図３は同一次成型体の拡大断面図である。芯材Ｂは、複数の発泡スチロール３の表面がエポキシ硬化物４を介して接着されている。なお、本実施形態では、芯材Ｂの表面の少なくとも一部をＦＲＰ５が被覆していればよく、芯材Ｂの全表面をＦＲＰ５が被覆していなくてもよく、所望する用途に応じて適宜設計選択できる。

【0015】

芯材Ｂには、その表面に、凹状の流通溝４５が複数設けられている。例えば、間隔をおいて、縦方向又は横方向にそれぞれ一周するように、複数の流通溝４５が設けられている。この流通溝４５は、後述するように、製造時に、ＦＲＰの樹脂が侵入しやすくするために設けられる。

【0016】

発泡スチロール３の原料についても特に限定されず、公知のものを使用できる。発泡スチロール３の具体例としては、例えば、ビーズ法発泡スチロール（ＥＰＳ）、発泡ポリスチレンシート（ＰＳＰ）、押出発泡ポリスチレン（ＸＰＳ）等が挙げられる。さらに、発泡剤等の公知の添加剤を含有していてもよい。

【0017】

発泡スチロール３の形状は特に限定されず、例えば、粒状（ペレットやビーズ等と呼ばれることもある）であることが好ましい（図２、図３参照）。発泡スチロール３が粒状である場合、その粒子径は、成型複合体の外観美麗の観点や取扱いの容易性から、１〜１５ｍｍであることが好ましく、１〜１０ｍｍであることがより好ましい。平均粒子径は、１〜５ｍｍであることが好ましく、１〜３ｍｍであることがより好ましく、１〜２ｍｍであることが更に好ましい。

【0018】

ここでいう平均粒子径は、Ｄ_５０で表現される値である。具体的には、ロータップ型篩振とう機を用いて、篩目開き４．００ｍｍ、３．３５ｍｍ、２．８０ｍｍ、２．３６ｍｍ、２．００ｍｍ、１．７０ｍｍ、１．４０ｍｍ、１．１８ｍｍ、１．００ｍｍ、０．８５ｍｍ、０．７１ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．５０ｍｍ、０．４２５ｍｍ、０．３５５ｍｍ、０．３００ｍｍ、０．２５０ｍｍ、０．２１２ｍｍ及び０．１８０ｍｍのＪＩＳ標準篩（ＪＩＳ Ｚ８８０１−１：２００６）で分級し、その結果から累積重量分布曲線を作成し、累積重量が５０％となる粒子径（メディアン径）を平均粒子径とする。

【0019】

エポキシ樹脂硬化物４は、発泡スチロール３を接着可能なものであればよい。エポキシ樹脂硬化物４は、主剤であるエポキシ樹脂を硬化剤等によって硬化したものである。

【0020】

エポキシ樹脂としては、特に限定されず、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、グリシジルエステル型エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂（クレゾールノボラック型、フェノールノボラック型等）、環状脂肪族型エポキシ樹脂、難燃性エポキシ樹脂、イソシアヌレート系エポキシ樹脂等が挙げられる。

【0021】

硬化剤としては、特に限定されず、アミン系硬化剤（ジエチレントリアミンやトリアチレンテトラミン等の脂肪族ポリアミン等）、酸無水物系硬化剤（テトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水メチルナジック酸、無水ピロメリット酸等）、イミダゾール系硬化剤、ポリアミド系硬化剤等が挙げられる。これらの中でも、ＦＲＰ成型複合体Ａの物性向上の観点から、アミン系硬化剤が好ましい。

【0022】

本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体Ａは、複数の芯材Ｂが含まれ、これら芯材ＢがＦＲＰ５によって一括被覆された態様とすることができる（図１参照）。これにより、成型体の形状選択の自由度を高めることができる。

【0023】

芯材Ｂの数は、ＦＲＰ成型複合体Ａとして所望する形状や強度のバランス等を考慮して、自由に選択することができる。例えば、図１に示すＦＲＰ成型複合体Ａは、５個の芯材ＢをＦＲＰ５により被覆したものである。複数の芯材Ｂを纏めて一括して被覆してものであっても良いし、それぞれを被覆しつつ全体が被覆されたものであってもよい。

【0024】

複数の芯材ＢをＦＲＰ５によって被覆する場合、複数の芯材Ｂは略並行に配置されている態様とすることができる。複数の芯材Ｂをかかる配置とすることで、高い強度を維持しながら、大型な成型体（板状、柱状等の成型体）とすることができる。

【0025】

ＦＲＰ５は、繊維を樹脂（繊維強化樹脂）に混入・含浸させた複合材料であればよく、その種類は特に限定されない。繊維の種類は、特に限定されず、ガラス繊維、炭素繊維、有機繊維（アラミド繊維、ポリエチレン繊維、ザイロン繊維、ボロン繊維等）等を使用できる。そして、繊維の形状は、特に限定されず、裁断した繊維を均一に繊維強化樹脂に混入・含浸させたものであってもよいし、繊維に方向性をもたせたまま繊維強化樹脂に混入・含浸させたものであってもよい。

【0026】

ＦＲＰ５に含まれる繊維強化樹脂の種類は、特に限定されず、ポリエステル、ビニルエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、熱可塑性樹脂（プロピレン、ポリカーボネート等）等を使用できる。これらの中でも、不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂であれば、より高い強度を備えたものとなる。

【0027】

ポリエステルは、エポキシ樹脂硬化物４に含まれるエポキシ樹脂に対する耐溶解性が高い。そのため、ポリエステルを含むＦＲＰは、発泡スチロールによって侵されることを効果的に抑制でき、成型体の設計の自由度、表面の美麗性、寸法精度等が一層良好となる。ポリエステルの種類は特に限定されず、公知のものを使用できる。

【0028】

ＦＲＰ５には、その他必要に応じて、各種硬化剤、硬化促進剤、顔料、充填剤等を含有させてもよい。

【0029】

ＦＲＰ５の具体例としては、例えば、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰ、ＡＦＲＰ、ＤＦＲＰ、ＢＦＲＰ等が挙げられる。これらの中でも、ＧＦＲＰ、ＣＦＲＰが好ましい。

【0030】

本実施形態によれば芯材として発泡スチロールを用いたＦＲＰ成型複合体でありながら、発泡スチロールがＦＲＰの含有成分に侵されることを抑制できる。そのため、発泡スチロールのような軽量かつ大型な芯材を用いることができ、肉厚な成型体とすることができる。その好適な態様として、ＦＲＰ成型複合体Ａの厚みは、１５ｍｍ以上とすることができる。ここでいう厚みとは、ＦＲＰ成型複合体Ａの厚み方向の厚さをいう。

【0031】

（製造方法）
本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体の好適な製造方法は、発泡スチロールペレットと、エポキシ樹脂とを混合し、硬化させることで芯材を得る第一工程と、芯材の周囲をＦＲＰ前駆体で被覆し、硬化させることにより、ＦＲＰ成型複合体を得る第二工程と、を含む、ＦＲＰ成型複合体の製造方法である。

【0032】

まず、発泡スチロールペレットと、エポキシ樹脂とを混合し、硬化させることで芯材Ｂを得る（第一工程）。発泡スチロール（例えば、ペレットやビーズ等の粒状発泡スチロール）を、エポキシ系接着剤としてエポキシ樹脂を用いて硬化・接着させることで、芯材Ｂを得ることができる。エポキシ系接着剤としては、上述したエポキシ硬化物として公知のものを使用でき、例えば、液状のエポキシ樹脂（主剤）を、ポリアミン系硬化剤によって化学反応（架橋）させることで硬化させる２液系接着剤等が挙げられる。

【0033】

この際、流通溝４５が形成されるように、流通溝４５に相当する位置に凸状のリブが形成された型を用いることができる。その型に、発泡スチロールペレットと、エポキシ樹脂とを混合したものを入れ硬化させる。

【0034】

次に、芯材Ｂの周囲をＦＲＰ前駆体で被覆し、硬化させることにより、ＦＲＰ成型複合体Ａを得る（第二工程）。ここでいうＦＲＰ前駆体とは、ＦＲＰを構成する繊維（ガラス繊維、炭素繊維等）に樹脂（ポリエステル等）を含浸させたものをいい、例えばプリプレグ等が挙げられる。ＦＲＰ前駆体が硬化することでＦＲＰ５となり、芯材Ｂの外周に接着して被覆する。

【0035】

第二工程では、例えば、割り型を用いて行うことができる。図４は、本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体の製造方法において割り型を用いた際の一態様の簡略断面図である。割り型Ｃは、上部型１と本体型２とからなる。上部型１は、芯材（一次成型体）ＢとＦＲＰ前駆体がセットされる割り型内部を減圧する強真空吸引口７及び弱真空吸引口８を備える。

【0036】

本体型２は、樹脂注入口１０と樹脂排出口９を備える。本体型２の型枠内部に強度強化用の繊維を兼ねたＦＲＰ前駆体を配置し、続いて芯材Ｂを配置する。ＦＲＰ前駆体としては、例えば、繊維強化樹脂（ポリエステル等）とガラス繊維シート（ガラスマット、ロービングクロス、ガラスクロス等）を用いることができる。そして、上部型１と本体型２とが接する密封代（しろ）としてパテ６を塗布する。パテ６を塗布することで、型枠内部において芯材Ｂを重ねた場合でも隙間を確保できる。この隙間が注入された樹脂（不図示）が通る通路の役目を果たし、途中で止まることなく、樹脂を全体に行き渡らせることが容易となる。

【0037】

このように準備された本体型２に上部型１をかぶせた後、まず、強真空吸引口７から強真空吸引を開始する。強真空吸引は、樹脂注入口１０からの樹脂の注入が終了するまで行う。これにより、型枠内部の空間の密封を確実なものとすることができる。

【0038】

次に、弱真空吸引口８から弱真空吸引を開始する。これにより、型枠内部の空間は減圧され、樹脂注入口１０から徐々に樹脂が内部へと流れ込み、全体に行き渡る。芯材Ｂには流通溝４５が形成されているので、樹脂が行き渡り易い。その観点から、樹脂注入口１０に近い位置に流通溝４５が位置するように、配置されるのが好ましい。また、樹脂の流れを促進するため、隣り合う芯材Ｂのそれぞれの流通溝４５が近接していることが好ましい。注入された樹脂の行き渡り状況（充填状況）に応じて、弱真空吸引の吸引力を調整することが好ましい。

【0039】

本実施形態に係る製造方法において、強真空吸引により密封代を、弱吸引部分により成型方内部を別々に吸引することで、より確実に、精緻な成型を行うことが可能となる。

【0040】

なお、本実施形態に係る製造方法は上記に限定されるものではなく、代替物の使用、修正例及び変形例を適宜採用することができる。例えば、流通溝４５は必須の構成ではなく、その形状、数、設置位置等は限定されず、適宜好適な態様を選択できる。

【0041】

本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体Ａは、所望の厚みがあり、成型の自由度が高く、表面の美麗性に優れる。さらに、安価、軽量でありながら、耐久性にも優れる。よって、本実施形態に係るＦＲＰ成型複合体Ａは、建物の壁や柱、間仕切り等の建材や、テーブル、椅子、タンス等の家具等に用いられる建材家具用部材として、好適に用いることができる。

【実施例】

【0042】

以下の実施例及び比較例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例により何ら限定されるものではない。

【0043】

１．芯材（一次成型体）の作製
粒状の発泡スチロールに対して、エポキシ樹脂（商品名「ＡＷ１０６」：ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、長瀬産業株式会社製）と、硬化剤（商品名「ＨＶ９５３Ｕ」：ポリアミドアミン、長瀬産業株式会社製）を混合し、流通溝を形成するためのリブを設けた型に入れ、直方体形状の芯材Ｂ（図２等参照）を得た。

【0044】

２．（ＦＲＰ成型複合体（二次成型体）の作製
まず、図４に示す割り型Ｃの本体型２の型枠内部に、ガラス繊維シートを配置し、そこへ、５個の芯材Ｂを並べて配置し、さらにガラス繊維シートで覆った。そして、上部型１と本体型２との接合箇所にパテ（グルテンパテ）６を塗布した。

【0045】

次に、強真空吸引口７から強真空吸引を行い、弱真空吸引口８から弱真空吸引を行いつつ、樹脂注入口１０から樹脂（商品名「ＦＲＰ用ポリベスト」、サンデーペイント株式会社製）を供給した。そして、硬化後に、本体型２から一体成型体を取り出し、厚みが４０ｍｍの直方体形状のＦＲＰ成型複合体Ａを得た。

【符号の説明】

【0046】

１・・・上部型、２・・・本体型、３・・・発泡スチロール、４・・・エポキシ樹脂（硬化物）、５・・・ＦＲＰ、６・・・パテ、７・・・強真空吸引口、８・・・弱真空吸引口、９・・・樹脂排出口、１０・・・樹脂注入口、４５・・・流通溝、Ａ・・・ＦＲＰ成型複合体（二次成型体）、Ｂ・・・芯材（一次成型体）、Ｃ・・・割り型

【要約】

【課題】ＦＲＰ成型体でありながら、所望の厚みがあり、成型の自由度が高く、表面の美麗性に優れた成型体を提供すること。
【解決手段】発泡スチロール３と、エポキシ樹脂硬化物４とを含む芯材Ｂと、芯材の周囲を被覆した繊維強化樹脂（ＦＲＰ）５と、を含むＦＲＰ成型複合体Ａとすること。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】