(57)【要約】【課題】本発明の課題は、繊維強化プラスチックの表面の平滑性を向上することでその意匠性を向上することである。【解決手段】本発明に係る熱硬化性樹脂成形体は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体であって、前記成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体であって、前記熱硬化性樹脂成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあることを特徴とする熱硬化性樹脂成形体。
【請求項２】
前記繊維状強化材が、有機繊維を含有する請求項１に記載の熱硬化性樹脂成形体。
【請求項３】
前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙが、３０ｐｐｍ／℃より大きい請求項１又は２に記載の熱硬化性樹脂成形体。
【請求項４】
繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる熱硬化性樹脂成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあることを特徴とする熱硬化性樹脂組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体、及びこの熱硬化性樹脂成形体を製造するために用いられる熱硬化性樹脂組成物に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化プラスチック（ＦＲＰ）は、繊維状強化材を含んでいることから、軽量かつ高強度である（特許文献１参照）。このため、繊維強化プラスチックは、従来プラスチックが使用されていた用途に加え、金属が使用されていた用途など、様々な分野で採用されている。繊維状強化材としては、ガラス繊維が最も一般的であり、その形状は、短繊維、織物、不織布状など、様々である。
【０００３】
近年、繊維強化プラスチックの更なる用途拡大が試みられており、例えば浴槽などへの適用が期待されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−１４４４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、繊維強化材を含有する熱硬化性樹脂組成物を加熱硬化させることで、その成形体である繊維強化プラスチックを得る場合、繊維強化プラスチックの表面には細かい凹凸が形成されやすいため、表面が平滑な繊維強化プラスチックを得ることは難しかった。このため、繊維強化プラスチックは、例えば高い意匠性が求められる高価格品には適用されにくく、そのため、繊維強化プラスチックの用途が限られてしまっていた。
【０００６】
本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その課題は、繊維強化プラスチックの表面の平滑性を向上することでその意匠性を向上することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る熱硬化性樹脂成形体は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体であって、前記熱硬化性樹脂成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る熱硬化性樹脂組成物は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる熱硬化性樹脂成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体の表面平滑性を向上することができ、これによりこの成形体の意匠性を向上することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の第１の態様に係る熱硬化性樹脂成形体は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂成形体（以下、成形体という）であって、前記成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にある。
【００１１】
本態様によれば、繊維状強化材を含有する成形体（繊維強化プラスチック）の表面平滑性を向上することができる。これにより、成形体の意匠性を向上することができる。
【００１２】
本態様の作用は、次のような機序により生じると考えられる。
【００１３】
繊維強化プラスチックの表面に細かい凹凸が生じるのは、繊維強化プラスチック中の繊維状強化材の形状が、繊維強化プラスチックの表面に浮き出るためである。特に、熱硬化性樹脂と繊維状強化材とを含有する組成物を加熱硬化することによって繊維強化プラスチックが製造される場合、繊維強化プラスチックが冷却される過程で生じる熱収縮によって、繊維強化プラスチックの表面の凹凸の程度が顕著となってしまう。
【００１４】
しかし、本態様では、成形体の線膨張係数Ｘと、繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にあるために、成形体が冷却される際に生じる成形体全体に生じる熱収縮量と、繊維状強化材の熱収縮量との差が小さくなる。このため、成形体の表面の凹凸の程度が大きくなることが、抑制され、それによって、成形体の表面平滑性が、向上する。
【００１５】
本発明の第２の態様に係る成形体では、第１の態様において、前記繊維状強化材が、有機繊維を含有する。
【００１６】
この場合、成形体の強度を向上しながら、その軽量化も達成することができる。また、成形体中の有機成分の割合を高くすることができ、このため、成形体のリサイクルが容易となる。更に、成形体の線膨張係数Ｘを、有機繊維の線膨張係数と近似させることが容易となり、成形体の線膨張係数Ｘと繊維状強化材の線膨張係数Ｙとを０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係に調整することが容易となる。
【００１７】
本発明の第３の態様に係る成形体では、第１又は第２の態様において、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙが、３０ｐｐｍ／℃より大きい。
【００１８】
本態様では、成形体の線膨張係数Ｘを、繊維状強化材の線膨張係数Ｙと近似させることが容易となり、成形体の線膨張係数Ｘと繊維状強化材の線膨張係数Ｙとを０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係に調整することが容易となる。
【００１９】
本発明の第４の態様に係る熱硬化性樹脂組成物は、繊維状強化材を含有する熱硬化性樹脂組成物であって、前記熱硬化性樹脂組成物を硬化して得られる成形体の線膨張係数Ｘと、前記繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが、０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係にある。
【００２０】
以下、本発明の実施形態について、更に詳しく説明する。
【００２１】
本実施形態に係る熱硬化性樹脂組成物は、熱硬化性樹脂成分及び繊維状強化材を含有する。この熱硬化性樹脂組成物は、更に必要に応じて無機充填材を含有してもよい。
【００２２】
熱硬化性樹脂成分は、例えば（メタ）アクリル化合物、架橋性ビニル単量体、及びラジカル開始剤を含有することができる。
【００２３】
（メタ）アクリル化合物は、（メタ）アクリロイル基を有する化合物であれば、特に制限されない。（メタ）アクリル化合物は、例えば（メタ）アクリル酸；（メタ）アクリル酸メチル、（メタ）アクリル酸エチル、（メタ）アクリル酸ブチル、（メタ）アクリル酸シクロヘキシル、（メタ）アクリル酸２−エチルヘキシル、（メタ）アクリル酸ｎ−オクチル、（メタ）アクリル酸ドデシル、（メタ）アクリル酸ステアリルなどの（メタ）アクリル酸アルキルエステル類；（メタ）アクリル酸ベンジルなどの（メタ）アクリル酸アリールエステル類；（メタ）アクリル酸２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸グリシジル、（メタ）アクリル酸２−アミノエチル、γ−（メタクリロイルオキシプロピル）トリメトキシシランなどの（メタ）アクリル酸置換基含有アルキルエステル類；並びに（メタ）アクリル酸メトキシエチル、（メタ）アクリル酸のエチレンオキサイド付加物などの（メタ）アクリル酸誘導体類から選択される、一種以上を含有することができる。尚、“（メタ）アクリル”とは、“アクリル”及び“メタクリル”の総称である。
【００２４】
（メタ）アクリル化合物は、好ましくは、メチル基、エチル基等の低分子量のアルコール残基を有する（メタ）アクリル酸エステルを含有する。例えば、（メタ）アクリル化合物は、好ましくは、（メタ）アクリル酸メチル及び（メタ）アクリル酸エチルから選ばれる少なくとも一種を含有する。この場合、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化反応性が特に高くなる。このため成形体の生産性が向上する。また、成形体のガラス転移温度が向上する。
【００２５】
架橋性ビニル単量体は、エチレン性不飽和基を一分子中に少なくとも二つ有する化合物であり、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化反応性を向上することで、成形体の耐熱性、光沢、耐衝撃性等の機械的特性などを向上するために、用いられる。この化合物におけるエチレン性不飽和基は、ビニル基、ビニリデン基、ビニレン基の、いずれでもよい。エチレン性不飽和基を一分子中に少なくとも二つ有する化合物としては、（メタ）アクリル酸と多官能不飽和単量体との多価エステル、多官能性不飽和単量体等が、挙げられる。多価エステルを得るために使用される多官能不飽和単量体としては、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、１，３−ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、１，６−ヘキサンジオール、テトラメチロールメタン、ジメチロールエタン、トリメチロールエタン、ジメチロールプロパン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどが、挙げられる。多価エステルの具体例としては、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、プロピレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ネオペンチルグリコールジメタクリレート、ヘキサンジオールジメタクリレート、トリメチロールプロパントリメタクリレート、エチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、プロピレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ヘキサンジオールジアクリレート、トリメチロールプロパントリアクリレート、ジビニルベンゼン、ジアリールフタレート、ジアリールマレート、ジビニルアジペート、アリールアクリレート、アリールメタクリレート、トリアリールシアヌレート、トリアリールイソシアヌレートなどが、挙げられる。多官能性不飽和単量体の具体例としては、ジビニルベンゼン、トリアリルイソシアヌレートなどが、挙げられる。これらの化合物のうち、一種のみが用いられても、二種以上が併用されてもよい。
【００２６】
熱硬化性樹脂組成物中の、エチレン性不飽和基を一分子中に少なくとも二つ有する化合物の割合は、適宜設定されるが、例えば熱硬化性樹脂組成物中の熱硬化性樹脂成分全量に対して、０．５質量％以上３質量％以下の範囲であることが好ましい。
【００２７】
ラジカル開始剤は、例えば、ベンゾイルパーオキサイド、ジラウロイルパーオキサイド、メチルエチルケトンパーオキサイド、ｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシオクトエート、ｔ−ブチルパーオキシベンゾエート、クメンヒドロパーオキサイド、シクロヘキサノンパーオキサイド、ジクミルパーオキサイド、ビス（４−ｔ−ブチルシクロヘキシル）パーオキシジカーボネート等の有機過酸化物；並びに２，２−アゾビスイソブチロニトリル、２−フェニルアゾ−２，４−ジメチルー４−メトキシバレロニトリル等のアゾ化合物から選択される、一種以上の化合物を含有することができる。
【００２８】
ラジカル開始剤の１０時間半減期温度は、７０〜１００℃であることが好ましい。この場合、熱硬化性樹脂組成物の熱硬化反応性が特に良好になる。また、熱硬化性樹脂組成物からの原材料モノマー等の揮発が抑制される。更に、熱硬化性樹脂組成物の保存性が良好となる。このようなラジカル開始剤の例としては、ｔ−ブチルパーオキシー２−エチルヘキサノエート、ｔ−ブチルパーオキシラウレート、ｔ−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート等が挙げられる。
【００２９】
熱硬化性樹脂組成物中の、ラジカル開始剤の割合は、熱硬化性樹脂組成物の組成に応じ、良好な熱硬化反応性が確保されるように、或いは所望する（メタ）アクリル化合物の重合体の重量平均分子量が達成されるように、適宜設定される。例えばラジカル開始剤の割合が、熱硬化性樹脂成分全量に対して０．１５質量％以上、２質量％以下の範囲であることが好ましい。
【００３０】
尚、熱硬化性樹脂成分の組成は、上記に限られない。例えば、熱硬化性樹脂成分は、不飽和ポリエステル、スチレン等の架橋剤、及びラジカル開始剤を含有してもよい。また、熱硬化性樹脂成分は、これら以外の種々の熱硬化性樹脂、硬化剤、硬化促進剤等を含有してもよい。
【００３１】
無機充填材は、例えば酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム、シリカ、炭酸カルシウム、及び水酸化アルミニウムから選択される一種以上を含有することができる。無機充填材には、分散安定性の向上、熱硬化性樹脂成分との密着性の向上などの目的のために、シランカップリング剤などで表面処理が施されていてもよい。
【００３２】
熱硬化性樹脂組成物中の、無機充填材の割合は、熱硬化性樹脂組成物中の各種モノマーの配合量、熱硬化性樹脂組成物の成形方法等に応じて、適宜調整される。例えば無機充填材の割合は、熱硬化性樹脂成分に対して１００質量％以上、２５０質量％以下の範囲であることが好ましい。
【００３３】
繊維状強化材は、ガラス繊維等の無機繊維と、有機繊維とのうち、少なくとも一方を含有することができる。特に繊維強化材が有機繊維を含有すると、成形体の強度を向上しながら、その軽量化も達成することができる。また、成形体中の有機成分の割合を高くすることができるため、成形体を再利用する場合に、成形体から無機成分と有機成分とを分離する手間を削減することができ、このため、成形体のリサイクルが容易となる。
【００３４】
また、繊維状強化材の線膨張係数Ｙが、３０ｐｐｍ／℃より大きいことが好ましい。この場合、繊維状強化材の線膨張係数Ｙと、熱硬化性樹脂成分の硬化物の線膨張係数との差が小さくなり、このため、繊維状強化材の線膨張係数Ｙと成形体の線膨張係数Ｘとを近似させやすくなる。この繊維状強化材の線膨張係数Ｙは、特に３０ｐｐｍ／℃以上１２０ｐｐｍ／℃以下の範囲であることが好ましい。
【００３５】
上記観点によれば、繊維強化材は、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、アクリル繊維、及びポリイミド繊維から選ばれる少なくとも一種を含有することが好ましい。特に、繊維状強化材がポリプロピレン繊維を含有する場合、成形体の曲げ強度等の機械的強度が非常に高くなる。
【００３６】
また、熱硬化性樹脂成分が（メタ）アクリル化合物を含有する場合に、繊維強化材がポリプロピレン繊維とアクリル繊維のうち少なくとも一方を含有すると、熱硬化性樹脂成分の硬化物と繊維状強化材との屈折率が近似することで、成形体の透明感が高くなり、このため成形体の意匠性が更に向上する。
【００３７】
熱硬化性樹脂組成物中の繊維強化材の割合は、熱硬化性樹脂組成物中の各種モノマーの種類、配合量、熱硬化性樹脂組成物の成型方法等に応じて、適宜調整される。例えば繊維状強化材の割合は、熱硬化性樹脂成分全量に対して２０〜１３０質量％の範囲である。
【００３８】
また、本実施形態に係る熱硬化性樹脂組成物は、必要に応じて、酸化防止剤、光安定化剤、低収縮剤、トナーなどの各種添加剤を更に含有してもよい。
【００３９】
熱硬化性樹脂組成物における熱硬化性樹脂成分の組成と繊維状強化材の種類との組み合わせは、成形体の線膨張係数Ｘと繊維状強化材の線膨張係数Ｙとが０．５≦Ｘ／Ｙ≦２の関係を満たすように、適宜設定される。また、熱硬化性樹脂組成物がシリカ等の無機充填材を含有する場合には、無機充填材の割合を増大させることで成形体の線膨張係数Ｘを低減し、或いは無機充填材の割合を減少させることで成形体の線膨張係数Ｘを増大させることで、所望のＸ／Ｙの値を達成することができる。
【００４０】
本実施形態に係る熱硬化性樹脂組成物を成形し、更に熱硬化させることで、成形体が得られる。成形方法としては、特に制限されないが、注型法、プレス成形法などが採用され得る。成形時には、粘度調整のために、必要に応じて熱硬化性樹脂組成物にアクリル化合物の重合体、高分子増粘剤等を含有させてもよい。また、成形温度は、熱硬化性樹脂成分の組成に応じて適宜設定されるが、例えば熱硬化性樹脂成分が（メタ）アクリル化合物を含有する場合は、６０〜１８０℃の範囲であることが好ましく、９０〜１５０℃の範囲であれば更に好ましい。また、必要に応じて、アフターキュアリングを施してもよい。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４２】
［実施例１〜５、比較例１〜２］
後掲の表に示す原料を配合することで、熱硬化性樹脂組成物を調製した。この熱硬化性樹脂組成物を平板上に展開してから軽く加圧することで、シート状に成形した。
【００４３】
上型と下型とから構成される金型を用意し、上型と下型との間に、シート状の熱硬化性樹脂組成物を挟んだ。この上型及び下型から熱硬化性樹脂組成物へ約４．９ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ2）の保持圧をかけながら、上型の温度を１２０℃、下型の温度を１４０℃に設定して、熱硬化性樹脂組成物を２０分間加熱加圧成形した。これにより、熱硬化性樹脂組成物を硬化させて、成形体を得た。
【００４４】
各実施例及び比較例において得られた成形体の線膨張係数Ｘの値、及び各実施例及び比較例で用いた繊維状強化剤材の線膨張係数Ｙの値を、表１に示す。これらの線膨張係数は、セイコーインスツル社製の熱・応力・歪測定装置（ＥＸＳＴＡＲ  ＴＭＡ／ＳＳ６０００）を用いて、温度範囲２５〜１４０℃、昇温速度５℃／ｍｉｎの条件で、測定した。
【００４５】
［評価］
各実施例及び比較例で得られた成形体の写像性を、スガ試験機社製の写像性測定器（型番ＩＣＭ−１）を用い、ＪＩＳ  Ｈ  ８６８６に準拠し、反射角度４５°、櫛幅２ｍｍの条件で測定した。
【００４６】
また、成形体の算術平均高さ（Ｒａ）を、ミツトヨ社製のサーフテスト（型番ＳＪ３０１）を用いて測定した。
【００４７】
また、成形体の、波長５５０ｎｍの光の透過率を、日立製作所社製の分光光度計（型番Ｕ−４０００）を用いて測定した。
【００４８】
また、成形体の曲げ強度を、島津製作所社製のオートグラフ（型番ＡＧ−Ｘ）を用い、ＪＩＳ  Ｋ  ７１７１に準拠して、ヘッドスピード２ｍｍ／ｍｉｎ、荷重１０ｋＮ、支点間距離を試料厚みの１６倍とする条件で、測定した。
【００４９】
これらの結果を、下記表１に示す。この結果によると、実施例１〜５で得られた成形体の表面は、写像性が高く、表面粗さが小さいことから、非常に平滑性の高いことがわかる。特に、繊維状強化材としてポリプロピレン繊維やアクリル繊維を用いた場合、マトリクス樹脂と繊維の屈折率が近いことから透明感が高く、アクリル特有の透明性を活かした成形体が得られる。また、繊維状強化材としてポリプロピレン繊維を用いた場合、強度の高い成形体が得られる。
【００５０】
一方、比較例１で得られた成形体は写像性が低く、表面粗さが大きいことから、表面の平滑性の低いものである。また、比較例２で得られた成形体は、繊維状強化材との熱膨張率の差が大きいため、表面平滑性の低いものとなった。
【００５１】
【表１】
2014087945.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、意匠性に優れかつ強度の高い成形体を得るために有用である。