JP4367994B2 - パルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法に関し、特にパネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとを接着剤を用いることなく一体化した複合材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特開平９−１９５４４０号公報に、パネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルが開示されている。
かかるパルプ繊維パネルは、例えば、木材繊維、再生紙等の原料を強力な攪拌力によりパルプ化し、水分濃度９９％程度のパルプ繊維含有スラリーとした後、該スラリーを、図６に示した多孔性キャリア５１と、該多孔性キャリア５１の板面に幾何学的に配置固定された複数のエラストマーパッド５２とから構成された型枠５０上に打設し、該型枠５０の上・下方向からの平盤によるプレス（プリプレス）及び型枠５０の下面からの吸引により脱水し、スラリーを水分濃度５０％程度の脱水ケーキとした後、型枠５０をホットプレスに搬送し、加熱下において型枠５０に対して垂直方向の圧力を加えることにより脱水ケーキを加熱圧縮成形し、水分濃度８％程度の成形品とすることにより製造される。
【０００３】
このようにして製造されたパルプ繊維パネルは、図７に示したような複数のリブにより構成される亀甲状の開口セル格子６１と、該格子６１の一方の開口部を覆う連続的な平板６２と、他方の開口部の一部を覆うフランジ６３とが、緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパネルとなり、該パルプ繊維パネル６０は、軽量で且つ高強度のパネルとなり、住宅用部材、建具或いは家具等の幅広い用途が考えられ、古紙等のリサイクル資源の有効活用を図れる製品と期待されている。
【０００４】
一方、繊維強化プラスチックは、プラスチックのもつ成形性、耐蝕性及び低コストなどの利点に繊維を加えて耐久性をもたせたもので、１９４５年頃に開発されたガラス繊維で強化されたガラス繊維強化プラスチックをはじめとして、近年においては、比弾性率、比強度の優れたボロン繊維、炭素繊維、アラミド繊維、ケイ素繊維などの高性能強化繊維を使用した繊維強化プラスチックも出現している。
【０００５】
ガラス繊維強化プラスチックでは、無アルカリのホウケイ酸ガラス繊維を不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂などのマトリックスに混入したものが浴槽、ヘルメット、ボートに、また短繊維をナイロン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドなどの所謂エンプラに混入したものなどが構造材料として用いられている。また、建築分野においては、種々のパネルやボードの表面に耐久性を向上させることを目的としてこの繊維強化プラスチック製品を接着剤等を用いて貼り付けたものが存在する。
【０００６】
これらの繊維強化プラスチック製品の製法は、ハンドレイアップ法、スプレイアップ法、バキュームバック法、加圧バック法、オートークレーブ法、レジントランスファー法、圧縮成形法など、種々の方法が考案されているが、基本的にはガラス繊維等の強化材へのマトリックスの含浸、含浸した強化材とマトリックスとを決められた形にする賦形、そして、これを安定化する硬化の３要素を何らかの形で取り入れた製法と成っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、上記した開口セル格子を有するパルプ繊維パネルの更なる需要を喚起するため、劣化や気泡の取り込みによる剥がれが懸念される接着剤を用いることなく、上記した従来より存在する繊維強化プラスチックとの複合化を図り、パルプ繊維パネルの有する上記した利点と繊維強化プラスチックの利点とを併せ持つ、新規な複合材を容易に製造できる方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した目的を達成すべく種々の試験・研究を重ねた結果、パルプ繊維パネルの表面は未硬化状態の繊維強化プラスチック中のマトリックスが浸透し易く、繊維強化プラスチックの硬化後においては両者が強固に密着固定した状態となること、また、未硬化状態の繊維強化プラスチック中に存在するマトリックスの強化材への含浸不良などによる気泡は、加圧された際に近くに非加圧部分があればそこに抜け、加圧部分には気泡孔が形成されないことに着目し、本発明を完成させた。
【０００９】
即ち、本発明は、未硬化状態の繊維強化プラスチック層の上方に、パネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルを載置し、両材料を一体化するパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法であって、上記未硬化状態の繊維強化プラスチック層が、強化材である不織布にマトリックスである樹脂を含浸させた繊維強化プラスチック層であり、上記パルプ繊維パネルが、複数のリブにより構成される開口セル格子と、該格子の一方の開口部を覆う連続的な平板と、他方の開口部の一部を覆うフランジとが緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパルプ繊維パネルであり、前記パルプ繊維パネルのフランジを有する開口セル格子側パネル面が前記繊維強化プラスチック層側を向く状態で載置し、上下方向から０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ ² の圧力を加えて両材料を圧着した状態で前記繊維強化プラスチック層を硬化させるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法とした。
【００１０】
上記した本発明にかかる製造方法によれば、パルプ繊維パネルのパネル面に、接着剤を使用することなく繊維強化プラスチック層を強固に密着固定した状態で形成することができ、しかも、繊維強化プラスチック層の形成方向は、パルプ繊維パネルの開口セル格子側パネル面としたため、未硬化状態の繊維強化プラスチック中に存在する気泡はパルプ繊維パネルとの非接触部分、即ちパルプ繊維パネルの開口セル格子内に抜け、両者の接触部分には気泡孔が形成されず、気泡孔による接合不良のないパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材を容易に提供できる。
【００１１】
このようにして製造されたパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材は、パルプ繊維パネルの軽量性と言う利点を備えつつ、繊維強化プラスチックとの複合化によって強度、耐水性及び意匠性が向上した製品となり、精密機械搬送用ケース、天井吊り下げ用或いはコンサートツアー用等の軽量性を要求されるスピーカー部材、自動車，列車，航空機等の内部隔壁、更にはスタジオ（舞台），店舗等のディスプレイに好適に使用でき、特に、軽量性を要求される輸送・物流資材としての搬送用ケースなどにおいては非常に有用な材料となる。
【００１２】
ここで、本発明において言うパネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルとは、木材繊維、再生紙等のパルプ原料を使用し、複数のリブにより構成される開口セル格子と、該格子の一方の開口部を覆う連続的な平板と、他方の開口部の一部を覆うフランジとが、緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパネルである。
【００１３】
また、本発明においてパルプ繊維パネルと複合化を図る繊維強化プラスチックは、強化材としてホウケイ酸ガラス繊維を使用し、マトリックスとして不飽和ポリエステルやエポキシ樹脂などを使用した一般的なガラス繊維強化プラスチックをはじめ、強化材としてボロン繊維、炭素繊維、アラミド繊維或いはケイ素繊維などの高性能強化繊維を使用し、またマトリックスとしてナイロン、ポリカーボネート、ポリフェニレンオキサイドなどの所謂エンプラを使用したものとしても良い。
【００１４】
また、本発明における上記パルプ繊維パネルと未硬化状態の繊維強化プラスチック層との圧着は、プレス機などを使用して上下方向から０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ²の圧力を加えて両材料を圧着させれば良い。
【００１５】
また、本発明によって製造するパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材は、パルプ繊維パネルの軽量性を損なわないために、繊維強化プラスチック層の板厚が、全板厚の２０％以下の複合材とすることが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、上記した本発明にかかる複合材の製造方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
先ず、型枠上に繊維強化プラスチック層を形成する。
この繊維強化プラスチック層の形成は、本実施の形態においては強化材としてホウケイ酸ガラス繊維の不織布を使用し、マトリックスとして不飽和ポリエステルを使用したのものにつき説明するが、この強化材及びマトリックスを使用した繊維強化プラスチックに本発明が限定されるものではない。
【００１８】
先ず、不飽和ポリエステル（日立化成株式会社製 品番：ＰＳ２１００）に、硬化剤であるメチルエチレンケント過酸化物（日本油脂株式会社製 品番：パーメックＮ）を０．５〜２．０重量％、顔料であるポリエステル樹脂トナー（東京インキ株式会社 品番：ＰＣＮ６３０２）を０．７〜１．０重量％添加混合し、この混合物をマトリックスＡとして、図１（ａ）に示したように離型剤が塗布された板状の型枠１の上に直ちに塗布し、その上に図１（ｂ）に示したように強化材Ｂであるホウケイ酸ガラス繊維の不織布（日東紡株式会社製 品番：ＭＣ−４５０）を載置し、その上方に再びマトリックスＡを、図１（ｃ）に示したようにローラー２によって塗布することを繰り返すことにより、マトリックスＡを強化材Ｂに十分に含浸させた、図１（ｄ）に示した未硬化状態の強化材含有率２５〜３５重量％の繊維強化プラスチック層Ｐを型枠１上に形成した。
【００１９】
その後、この繊維強化プラスチック層Ｐの上方に、直ちにパルプ繊維パネルＸを載置した。
このパルプ繊維パネルＸは、図７に示したような従来より存在するパネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネル６０を使用した。即ち、図７に示したような複数のリブにより構成される亀甲状の開口セル格子６１と、該格子６１の一方の開口部を覆う連続的な平板６２と、他方の開口部の一部を覆うフランジ６３とが、緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパネルであり、該パネルＸのかさ比重は約０．２５であり、曲げ強度は約４０ｋｇｆ／ｃｍ^２ であった。
【００２０】
上記パルプ繊維パネルＸを、図２（ａ）に示したようにその開口セル格子６１の開口側パネル面が未硬化状態の上記繊維強化プラスチック層Ｐ側を向く状態で載置し、型枠１をプレス機３に搬送し、上下方向から０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ^２ の圧力を加えることによりパルプ繊維パネルＸを、図２（ｂ）に示したように未硬化状態の繊維強化プラスチック層Ｐに圧着させ、この状態で繊維強化プラスチック層Ｐが硬化するまで常温で３〜６時間放置した。
【００２１】
このパルプ繊維パネルＸと未硬化状態の繊維強化プラスチック層Ｐとの圧着下における硬化までの放置により、繊維強化プラスチック層Ｐ内のマトリックスＡの一部は、接触するパルプ繊維パネルＸの表面に徐々に浸透し、界面が連続的となることから繊維強化プラスチック層Ｐの硬化後においては両者が強固に密着固定した状態となる。また、未硬化状態の繊維強化プラスチック層Ｐ内に存在する気泡は、図３に示したようにパルプ繊維パネルＸとの非接触部分、即ちパルプ繊維パネルＸの開口セル格子６１内に抜け、両者の接触部分となる開口セル格子６１の一部を覆うフランジ６３の表面には気泡孔が形成されず、接合不良が生じない。
【００２２】
なお、パルプ繊維パネルＸを圧着させるのは、本発明においては強化材である繊維が存在する繊維強化プラスチック層Ｐであるため、パルプ繊維パネルＸの圧着によって未硬化状態のマトリックスＡが全てパルプ繊維パネルＸとの非接触部分に押し出されてしまうことはなく、パルプ繊維パネルＸの開口セル格子６１の開口側パネル面を塞ぐ連続的な平板である繊維強化プラスチック層Ｐが存在する状態で硬化が進行する。
【００２３】
上記パルプ繊維パネルＸと未硬化状態の繊維強化プラスチック層Ｐとの圧着下における硬化が終了した後、プレス機３から取り出し、型枠１から脱型すると、図２（ｃ）に示したようなパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材Ｚが製造できた。
この複合材Ｚは、図２（ｃ）或いは図４に示したように、パルプ繊維パネルＸの開口セル格子６１の開口側パネル面に繊維強化プラスチック層Ｐが密着固定したパネルとなり、該複合材Ｚのかさ比重は約０．３５であり、曲げ強度は約２００ｋｇｆ／ｃｍ^２ と、高強度の製品となった。また、形成した繊維強化プラスチ
ック層Ｐは半透明のものであったため、パルプ繊維パネルＸの開口セル格子６１の亀甲形状が繊維強化プラスチック層Ｐ側のパネル面に現れ、意匠的にも優れたパネルとなった。
【００２４】
この得られたパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材Ｚを使用し、図５に示したようなコンサート等において使用する機材を搬送するケース１０を製造したところ、従来の化粧合板を使用したケースに比して極めて軽量で、且つパルプ繊維パネルの亀甲形状の開口セル格子が半透明の繊維強化プラスチック層を介して外部から見え、意匠性の優れたケースとなった。
【００２５】
以上、本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法の一実施の形態を説明したが、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【００２６】
例えば、上記実施の形態において使用したパルプ繊維パネル、及び繊維強化プラスチックは一例に過ぎず、例えば、パルプ繊維パネルとしては、そのパネル面に重量を軽減するための開口セル格子が存在するパネルであれば、その製法及び形状を問わず本発明において使用でき、また、繊維強化プラスチックとしては、不飽和ポリエステルと言う熱硬化性樹脂をマトリックスとして使用した繊維強化プラスチックに限らず、他の熱硬化性樹脂、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂などであっても良く、また、ナイロン、ポリカーボネートなどの熱可塑性樹脂をマトリックスとして使用した繊維強化プラスチックであっても良い。但し、熱可塑性樹脂をマトリックスとして使用した繊維強化プラスチックを使用する場合には、未硬化状態の繊維強化プラスチック層を形成するために、加熱工程が必須となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上、説明した本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法は、未硬化状態の繊維強化プラスチック層の上方に、パネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルを載置し、両材料を一体化するパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法であって、上記未硬化状態の繊維強化プラスチック層が、強化材である不織布にマトリックスである樹脂を含浸させた繊維強化プラスチック層であり、上記パルプ繊維パネルが、複数のリブにより構成される開口セル格子と、該格子の一方の開口部を覆う連続的な平板と、他方の開口部の一部を覆うフランジとが緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパルプ繊維パネルであり、前記パルプ繊維パネルのフランジを有する開口セル格子側パネル面が前記繊維強化プラスチック層側を向く状態で載置し、上下方向から０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ ² の圧力を加えて両材料を圧着した状態で前記繊維強化プラスチック層を硬化させることに特徴を有するものであり、これにより、パルプ繊維パネルの有する利点と繊維強化プラスチックの利点とを併せ持つ、新規なパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材を、接着剤を使用することなく容易に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造工程中、未硬化状態の繊維強化プラスチック層を形成する工程の一実施の形態を示した図であり、（ａ）は型枠上にマトリックスを塗布した状態、（ｂ）は塗布したマトリックスの上方に強化材を載置した状態、（ｃ）は強化材の上方に更にマトリックスを塗布し、ローラーによってマトリックスを強化材に含浸させた状態、（ｄ）は型枠上に形成された未硬化状態の繊維強化プラスチック層を各々示した概念図である。
【図２】本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造工程中、パルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合化工程の一実施の形態を示した図であり、（ａ）は型枠上に形成された未硬化状態の繊維強化プラスチック層の上方にパルプ繊維パネルを載置した状態、（ｂ）は型枠上の両材料をプレス機によって圧着した状態、（ｃ）は製造されたパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材を各々示した概念図である。
【図３】図２（ｂ）に示したプレス機による圧着工程におけるパルプ繊維パネルと未硬化状態の繊維強化プラスチック層の状態を拡大して示した概念図である。
【図４】本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法によって得られた複合材の一例を示した斜視図である。
【図５】本発明にかかる製造方法によって得られた複合材を用いて作った搬送用ケースを示した斜視図である。
【図６】パルプ繊維パネルの製造に使用される型枠の一例を示した斜視図である。
【図７】本発明にかかるパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法に使用されるパルプ繊維パネルの一例を示した斜視図である。
【符号の説明】
１ 型枠
２ ローラー
３ プレス機
１０ 搬送用ケース
Ａ マトリックス
Ｂ 強化材
Ｐ 未硬化状態の繊維強化プラスチック層
Ｘ パルプ繊維パネル
Ｚ パルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材

Claims (2)

1. 未硬化状態の繊維強化プラスチック層の上方に、パネル面に開口セル格子を有するパルプ繊維パネルを載置し、両材料を一体化するパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法であって、上記未硬化状態の繊維強化プラスチック層が、強化材である不織布にマトリックスである樹脂を含浸させた繊維強化プラスチック層であり、上記パルプ繊維パネルが、複数のリブにより構成される開口セル格子と、該格子の一方の開口部を覆う連続的な平板と、他方の開口部の一部を覆うフランジとが緻密な圧縮パルプ繊維により一体成形された構造のパルプ繊維パネルであり、前記パルプ繊維パネルのフランジを有する開口セル格子側パネル面が前記繊維強化プラスチック層側を向く状態で載置し、上下方向から０．２〜０．５ｋｇ／ｃｍ ² の圧力を加えて両材料を圧着した状態で前記繊維強化プラスチック層を硬化させることを特徴とする、パルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法。
2. 上記未硬化状態の繊維強化プラスチック層が、強化材含有率２５〜３５重量％であることを特徴とする、請求項１記載のパルプ繊維パネルと繊維強化プラスチックとの複合材の製造方法。

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