JP2003276023A - 複合線材、スワールマットおよびスワールシート - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 極めて軽量性であるにもかかわらず、それ自
体で優れた強度および復元性を有する芯材または面材を
形成し得る複合線材を提供すること。 【解決手段】 強化繊維が実質的に同一方向に並列して
配置された長繊維強化熱可塑性樹脂からなる線材を芯線
とし、その外周の長手方向に沿って少なくとも１本の熱
溶融性繊維または糸が配置されてなることを特徴とする
複合線材。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、スワールマットや
スワールシートの形成に有用な複合線材、該複合線材か
らなるスワールマットおよびスワールシートに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、車輌材料、電気電子部品、建
築材料、土木資材、産業資材などを構成する軽量芯材と
しては、ハニカム、発泡体、多孔繊維強化樹脂（ＦＲ
Ｐ）、多孔繊維強化熱可塑性樹脂（ＦＲＴＰ）、グラス
ウールやロックウールなどの無機繊維マットおよび多孔
有機繊維マットなどが知られている。上記材料は、それ
ぞれに特徴を有しているが、例えば、ハニカム、発泡
体、多孔ＦＲＰ、多孔ＦＲＴＰおよび無機繊維マットな
どは、芯材としての柔軟性が劣り、多孔有機繊維マット
は剛性が劣る。また、多孔ＦＲＰや多孔ＦＲＴＰでは、
軽量性が劣るものであった。

【０００３】また、上記の如き芯材は、その表面強度や
剛度が劣ることから、その表面を補強するとともに、芯
材の意匠性を向上させるといった目的で、該芯材の表面
にガラス繊維、炭素繊維或いは有機繊維などからなる織
布や不織布を表皮材として接着させたものが用いられて
きた。しかしながら、前記織布や不織布では、接着剤な
どを用いて芯材と一体化する必要があり、加工上の手間
を要した。

【０００４】上記芯材の面剛性を高めるために、ＦＲＴ
Ｐシートを補強面材としたものが、特開平２−３２８４
２号公報などに提案されている。前記公報に開示された
面材は、使用する樹脂が熱可塑性樹脂のため、脆性が小
さく扱い性に優れ、母材と熱圧着することにより一体化
が可能であり加工性に優れるものである。

【０００５】しかしながら、前記公報などの面材のう
ち、フィルムを積層したものでは、母材に接着する際に
フクレやシワなどが発生する場合が生じるといった問題
を有していた。また、前記公報などのフィルムを積層し
ない網状物の面材では、一方向繊維強化熱可塑性樹脂線
材を引き揃えて格子状に積層した面材や、一方向繊維強
化熱可塑性樹脂線材を織った面材では、一方向に配向す
る繊維強化熱可塑性樹脂線材の間隔を狭くして密にすれ
ば、強度が向上するものの面材を芯材の形状に追従させ
にくいといった問題を有していた。

【０００６】また、一方向に配向する繊維強化熱可塑性
樹脂線材の間隔を広くして疎にすれば、面材を芯材の形
状に追従させ易くなるものの、面材の強度低下や強度の
ばらつきが生じるといった問題を有していた。さらに前
記線材やテープ材をカットしたものを散布堆積させて面
材を作成する方法が考えられるが、軽量で高強度にする
ためには比較的長い線材を必要とし、前記線材長を長く
すればするほど、線材が異方向でランダムに分散せずに
配向が生じ、面材強度のばらつきが生じる場合があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って本発明は、極め
て軽量性であるにもかかわらず、それ自体で優れた強度
および復元性を有する芯材を形成し得る複合線材を提供
することである。また、本発明の他の目的は、上記複合
線材からなり、極めて軽量性であるにもかかわらず、そ
れ自体で優れた強度および復元性を有する芯材を提供す
ることである。さらに本発明は、容易に作成しやすく、
取扱性が良好であるとともに、芯材との接着性や加工性
に優れ、低目付け量で軽量であるにもかかわらず、面剛
性を向上し、かつ強度のばらつきの少ないシートを安価
に提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的は以下の本発明
によって達成される。すなわち、本発明は、強化繊維が
実質的に同一方向に並列して配置された長繊維強化熱可
塑性樹脂からなる線材（以下単に「線材」という）を芯
線とし、その外周の長手方向に沿って少なくとも１本の
熱溶融性繊維または糸（以下単に「熱溶融性繊維」とい
う）が配置されてなることを特徴とする複合線材を提供
する。

【０００９】また、本発明は、上記の複合線材を少なく
とも含む長繊維強化熱可塑性樹脂からなる複数本の線材
が三次元方向に絡み合って湾曲しており、上記複合線材
同士または複合線材と他の線材との交点の少なくとも一
部が熱融着していることを特徴とするスワールマット、
およびその製造方法を提供する。

【００１０】また、本発明は、前記複合線材を少なくと
も含む長繊維強化熱可塑性樹脂からなる複数本の線材が
平面方向に絡み合って湾曲しており、上記複合線材同士
または複合線材と他の線材との交点の少なくとも一部が
熱融着していることを特徴とするスワールシート、およ
びその製造方法を提供する。

【００１１】

【発明の実施の形態】次に好ましい実施の形態を挙げて
本発明をさらに詳しく説明する。図１および図２は、本
発明の好ましい実施形態の複合線材の構成を図解的に説
明する図である。図１ｃに示す複合線材は、図１ａに示
す線材を芯線とし、その外周の長手方向に沿って熱溶融
性繊維からなる鞘線（図１ｂ）が配置されてなることを
特徴としている。なお、図１ｃにおいて芯線と鞘線とは
離れて記載されているが、実際には両者は密着してい
る。

【００１２】図２に示す実施の形態は、本発明の複合線
材が、芯線の周囲に熱溶融性繊維がループ状に巻き付け
られている形態を示している。図１および図２に示す如
き本発明の複合線材においては、少なくとも熱溶融性繊
維が溶融する温度に加熱されると、芯線と熱溶融性繊維
とが同一の樹脂からなっていたとしても、加熱温度にお
いてより細い方の熱溶融性繊維が熱により収縮し、図１
ｄおよび図２（ｄ）に示すように、複合線材を三次元方
向に無秩序に湾曲（スワール）させる。これを放冷若し
くは冷却すると、その湾曲形状を維持して固定される。

【００１３】上記の如き複合線材を複数本ランダムまた
は適当に配列させて、所定の温度に加熱すると、図３に
示す如く複合線材の交点において、溶融した熱溶融性繊
維または軟化した線材が互いに融着して、冷却するとそ
の交点が固定されるとともに、湾曲した複合線材の全体
が固定される。

【００１４】上記本発明で使用する線材（芯線）は、強
化繊維、例えば、ガラス繊維を一方向に引き揃えて、該
ガラス繊維中に熱可塑性樹脂を溶融含浸または被覆させ
て得られるものであり、上記ガラス繊維は線材とほぼ同
一長でかつ線材の長手方向に実質的に配置されている。

【００１５】上記線材において使用するガラス繊維の径
は特に限定はしないが９〜１７μｍであることが好まし
い。ガラス繊維の径が９μｍ未満であると同一のガラス
繊維含有率とした場合、ガラス繊維の表面積が大きくな
り、一方、ガラス繊維の径が１７μｍを越えると、得ら
れるマットまたはシートの機械的物性が劣り好ましくな
い。

【００１６】線材中のガラス繊維含有率は、２５〜６０
ｖｏｌ％であり、３０〜５０ｖｏｌ％であることがより
好ましい。前記ガラス繊維含有率が２５ｖｏｌ％未満で
あると、線材としてのメリットが希薄となり、一方、前
記ガラス繊維含有率が６０ｖｏｌ％を越えると、線材中
のガラス繊維の分散性が劣り好ましくない。

【００１７】線材に使用する熱可塑性樹脂としては、特
に限定はなく一般に市販されている種々のものが使用可
能である。例えば、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド
系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリカーボネート系樹
脂、ポリフェニレンサルファイド系樹脂、ポリスチレン
系樹脂などが挙げられる。

【００１８】ガラス繊維に対する含浸性、コストおよび
物性の点からは、ポリオレフィン系樹脂、ポリアミド系
樹脂、ポリエステル系樹脂が本発明において好適であ
り、ポリオレフィン系樹脂としては、例えば、ポリプロ
ピレン、ポリエチレンなど；ポリアミド系樹脂として
は、例えば、ナイロン６，６、ナイロン６、ナイロン１
２、ＭＸＤナイロンなど；ポリエステル系樹脂として
は、例えば、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレ
ンテレフタレートなどが挙げられ、これらの樹脂を用い
ることが本発明においては特に好ましい。これらの樹脂
には着色剤、変性剤、酸化防止剤および耐紫外線剤など
の添加剤や、炭酸カルシウム、タルク、マイカなどのフ
ィラーを混合して用いても差し支えない。

【００１９】上記線材を作製する方法は、ガラス繊維を
集束してなるガラス繊維ストランドを溶融樹脂含浸槽に
送り込み、溶融含浸法により樹脂をガラス繊維ストラン
ド中に含浸させた後、１本または複数本のガラス繊維ス
トランドを１個のノズルにより引き抜いた後、リールな
どに巻き取っておくことが好ましい。

【００２０】上記線材は、その平均径が０．１〜１．５
ｍｍまたはテックス番手３００〜２０，０００であるこ
とが好ましい。線材の径が０．１ｍｍ未満であると、線
材自体または該線材を用いて得られるマットまたはシー
トの生産性が劣り、また、得られるマットまたはシート
の剛性が不十分である。一方、前記線材の径が１．５ｍ
ｍを越えると、マットまたはシートの製造時に線材の湾
曲性が劣り、所望の形状のマットやシートが得にくい。

【００２１】本発明では上記線材の外周の長手方向に添
って少なくとも１本の熱溶融性繊維が配設されるが、該
繊維の熱可塑性樹脂としては、前記線材のマトリックス
樹脂と同様な樹脂が使用でき、特にポリプロピレンやナ
イロン系の熱溶融性繊維が好ましい。また、熱溶融性繊
維のテックス番手または平均径は、前記芯線のテックス
番手または平均径よりも小さくすることが望ましい。以
上の熱溶融性繊維は、テックス番手１．５〜１００であ
ることが好ましい。

【００２２】本発明においてマットまたはシートの製造
に使用する複合線材の長さは特に限定はないが、短すぎ
ると形成されたマットまたはシートの引っ張り強度など
が劣り、また、長すぎると取扱い上不便であるので、好
ましい長さは約３〜３０ｃｍ程度である。

【００２３】すなわち、本発明の複合線材を用いてスワ
ールマットまたはシートを作成する際に、上記繊維の溶
融温度に加熱することによって、線材よりも細い熱溶融
性繊維が先に加熱収縮および溶融し、温度調整が容易
で、適度に線材を湾曲させることができるとともに、熱
溶融性繊維が湾曲した線材の交点において接着剤とな
り、湾曲した線材を強固に固定することができる。

【００２４】上記熱溶融性繊維を前記線材（芯線）に配
設する方法は特に限定されず、例えば。線材の周囲に長
手方向に平行に複数の熱溶融性繊維を適当な手段で固定
してもよいし、各種編み機を用いて線材の周囲に、図１
ｃに示す如く鎖編状に編み付けてもよいし、さらに図２
ｃに示すように前記線材の周囲に熱溶融性繊維をループ
状に巻き付けてもよい。このような鎖編みやループ編み
はニット分野で使用されている自動編み機を用いること
により容易に形成することができる。

【００２５】線材の周囲に配設する熱溶融性繊維の量
は、線材および熱溶融性繊維の太さにもよるが、熱溶融
性繊維の質量は線材の質量の約０．５〜２０質量％程度
である。熱溶融性繊維の量が少なすぎると、線材が湾曲
しにくく、湾曲したとしても線材の固定力が不足する、
また、多過ぎると不経済である。

【００２６】次に上記本発明の複合線材の用途について
説明するが、下記に例示の用途は１例に過ぎず、本発明
の複合線材の用途は下記用途に限定されるものではな
い。図４は、本発明の複合線材を用いてスワールマット
の製造を説明する図である。図４に示すように、上型、
下型および２枚の通気性側板からなる成形用型内に前記
複数本の複合線材を装入し、一方の側板から少なくとも
熱溶融性繊維が収縮および溶融する温度であって、線材
が吹き飛ばない程度の風速（０．５〜２ｍ／ｓ）の熱風
を吹き込み、熱溶融性繊維を収縮および溶融させると、
複合線材は、図３に示すように三次元的に湾曲し、その
交点で融着して、型内を均一に満たし、型のキャビティ
内面と同一外形状のスワールマットに成形される。

【００２７】上記方法によれば、高価な設備を要するこ
となく、上型、下型および側板のサイズまたは形状を変
化させるのみで、所望の形状のスワールマットが簡単な
操作で連続的に成形可能である。また、使用する複合線
材の量によって得られるスワールマットの空隙率が自由
に変更できる。好ましい複合線材の使用量は、スワール
マットの密度として、１０〜１５０ｋｇ／ｍ³である。
密度が低過ぎると得られるスワールマットの強度が不足
する。一方、密度が高すぎると得られるスワールマット
の軽量性およびコストメリットが失われる。

【００２８】なお、以上のスワールマットの製造方法は
１例であり、図４に示すような装置において、熱風の送
風は下型および／または上型から行ない、排気は側面か
ら行なってもよく、さらに上型および／または下型を上
下動可動にして、キャビティの厚みを調整し、得られる
スワールマットの厚みを１個の装置で変更できるように
してもよい。なお、前記複合線材は単独で使用してもよ
いが、複合線材を複合されていない線材と併用すること
も可能である。

【００２９】次に前記複合線材を用いる本発明のスワー
ルシートの製造方法の１例を説明する。図５に示すよう
に上下動可能な上型と側面に排気孔を有し、底面に熱風
送風孔を有する浅い箱状下型からなる成形機を用いる。
下型内に前記複合線材の適当量をランダム若しくは所定
の配置で装入する。次いで上型を適当な位置まで下降さ
せてキャビティを形成する。下型の送風孔より適当な温
度の熱風を吹き込み、複合線材を構成している少なくと
も熱溶融性繊維を加熱収縮溶融させる。この加熱によっ
て複合線材は三次元方向に湾曲し、キャビティ内を充満
する。次いで上型を下降させて湾曲した複合線材をプレ
スする。放冷若しくは空冷した後、上型を上昇させ、図
６にその平面を示す如きプレスされて複合線材が平面方
向に絡み合って成形されたスワールシートが得られる。

【００３０】上記方法によれば、高価な設備を要するこ
となく、上型および下型のサイズまたは形状を変化させ
るのみで、所望の厚みおよび形状のスワールシートが簡
単な操作で連続的に成形可能である。また、使用する複
合線材の量によって得られるスワールシートの空隙率が
自由に変更できる。好ましい複合線材の使用量は、スワ
ールシートの目付量として、５０〜１，０００ｇ／ｍ²
である。目付量が低過ぎると得られるスワールシートの
強度が不足する。一方、目付量が高すぎると得られるス
ワールシートの軽量性およびコストメリットが失われ
る。

【００３１】なお、以上の製造方法は１例であり、図５
に示すような装置を使用せず、単に複合線材を熱板上で
湾曲させ、湾曲した複合線材を熱板でプレスしても同様
に本発明のスワールシートが得られる。なお、上記方法
において、前記複合線材は単独で使用してもよいが、複
合線材を、複合されていない線材と併用することも可能
である。

【００３２】

【実施例】次に実施例および比較例を挙げて本発明をさ
らに具体的に説明する。 （実施例１）平均径１３μｍのモノフィラメントを用い
て、スプリットをかけずに集束本数を６００本とした１
本のガラス繊維ストランドを、酸変性した溶融ポリプロ
ピレン（溶融温度２６０℃）中に導入し、溶融含浸を行
った後、内径０．４９ｍｍのノズルから５０ｍ／ｍｉｎ
の速度で引き抜き、ほぼ断面円形の線材をリールに巻き
取った。得られた線材の平均径は０．４９ｍｍ、ガラス
繊維含有率は５２ｖｏｌ％、含浸率はｎ＝５の平均値で
１００％であった。ｎは測定個数を表わす（以下同
じ）。この線材の外周に、鎖編み機を用いてポリプロピ
レン繊維糸（太さ１３．５ｄｔｅｘ）を、図１に示すよ
うに編み込み、本発明の複合線材を得た。該複合線材に
おける線材（Ａ）とポリプロピレン繊維（Ｂ）との質量
比は、Ａ：Ｂ＝１００：６であった。

【００３３】上記複合線材を長さ２０ｃｍの長さに切断
し、図４に示す如き成形機（キャビティー容積＝縦４０
ｃｍ、横４０ｃｍ、深さ３ｃｍ）に、３００ｇの量を装
入した後、型を閉じ、送風孔から温度２００℃の熱風を
風速約１．０ｍ／ｓ、流量約０．４８ｍ³／ｍｉｎで３
０秒間吹き込んだ。その後脱型して上記キャビティの内
寸法と同一外寸法を有する密度６３ｋｇ／ｍ³のスワー
ルマットが得られた。このスワールマットは複合線材が
三次元方向にランダムにかつ均一に分布しており、複合
線材の交点は接着していた。交点以外の線材の表面には
ポリプロピレン繊維の溶融物が付着していた。得られた
スワールマットの２０％歪みにおける圧縮強度は０．４
５ＭＰａ、６０％歪みにおける圧縮強度は１．１７ＭＰ
ａ、また、６０％歪みにおける圧縮回復率は１００％で
あり、荷重を取り除くと直ちに元の形状に復元した。

【００３４】（実施例２）実施例１の複合されていない
線材に、編み機を用いてポリプロプレン繊維糸（太さ２
７．０ｄｔｅｘ）を、図２に示すように巻き付け、本発
明の複合線材を得た。該複合線材における線材（Ａ）と
ポリプロピレン繊維（Ｂ）との質量比は、Ａ：Ｂ＝１０
０：８であった。

【００３５】上記複合線材を長さ９ｃｍの長さに切断
し、図５に示す如き成形機（キャビティー容積＝縦４０
ｃｍ、横４０ｃｍ、深さ３ｃｍ）に、４０ｇの量を装入
した後、型を閉じ、送風孔から温度２００℃の熱風を風
速約１．０ｍ／ｓ、流量０．４８ｍ³／ｍｉｎで３０秒
間吹き込んだ。その後上型を降下させて０．５ｋｇｆ／
ｃｍ²の圧力で１０秒間プレスし、放冷後脱型して上記
キャビティの内寸法と同一外寸法を有する目付量２５０
ｇ／ｍ²、厚み０．３ｍｍのスワールシートが得られ
た。このスワールシートは複合線材がランダムにかつ均
一に分布しており、複合線材の交点は接着していた。交
点以外の線材の表面にはポリプロピレン繊維の溶融物が
付着していた。

【００３６】次に、このシートを密度０．０３７ｇ／ｃ
ｍ³および厚さ３．０ｍｍの架橋型発泡ポリプロピレン
からなる母材の両面に組み合わせて２００℃に加熱した
平板プレスを用いて０．５ｋｇｆ／ｃｍ²の圧力で３０
秒間プレスし、次いで同じ圧力で冷間プレスを３０秒間
行い、目付量６１０ｇ／ｍ²、厚み３．０ｍｍの平板が
得られた。なお、加熱、冷却ともプレス上下の型のクリ
アランスは３．０ｍｍとした。得られた平板から長さ１
５０ｍｍおよび幅５０ｍｍの試験片を切り出し、ｎ＝６
で最大曲げ荷重の測定を行ったところ、最大曲げ荷重は
１４．８Ｎであった。

【００３７】（比較例１）実施例１の複合されていない
線材を長さ３ｃｍの長さに切断し、実施例２と同様の方
法で、２５０ｇ／ｍ²、厚み０．３ｍｍのシートを得
た。このシートは線材がランダムにかつ均一に分布して
おり、線材の交点は接着していた。次いでこのシートを
実施例２と同様の方法で、母材に組み合わせて平板を得
た。得られた平板から長さ１５０ｍｍおよび幅５０ｍｍ
の試験片を切り出し、ｎ＝６で最大曲げ荷重の測定を行
ったところ、最大曲げ荷重は１１．６Ｎであった。

【００３８】

【発明の効果】以上の如き本発明によれば、極めて軽量
性であるにもかかわらず、それ自体で優れた強度および
復元性を有するスワールマットやスワールシートを形成
し得る複合線材；および極めて軽量性であるにもかかわ
らず、それ自体で優れた強度および復元性を有するスワ
ールマットおよびスワールシートを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の複合線材と、加熱による複合線材の
湾曲を説明する図。

【図２】 本発明の複合線材と、加熱による複合線材の
湾曲を説明する図。

【図３】 本発明の複合線材の結合を説明する図。

【図４】 本発明のスワールマットの製造方法を説明す
る図。

【図５】 本発明のスワールシートの製造方法を説明す
る図。

【図６】 本発明のスワールシートの平面を説明する
図。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4F072 AA04 AA08 AB04 AB09 AB14 AB22 AB33 AD04 AD05 AD37 AD41 AD44 AD46 AH04 AH13 AH19 AH31 AJ04 AK06 AK14 AL02 AL11 AL17 4L036 MA04 MA33 MA34 MA39 RA25 UA07

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 強化繊維が実質的に同一方向に並列して
   配置された長繊維強化熱可塑性樹脂からなる線材を芯線
   とし、その外周の長手方向に沿って少なくとも１本の熱
   溶融性繊維または糸が配置されてなることを特徴とする
   複合線材。
2. 【請求項２】 前記芯線のテックス番手または平均径
   が、前記熱溶融性繊維または糸のテックス番手または平
   均径よりも大きい請求項１に記載の複合線材。
3. 【請求項３】 前記芯線が、平均径０．１〜１．５ｍｍ
   またはテックス番手３００〜２０，０００である請求項
   １または２に記載の複合線材。
4. 【請求項４】 前記熱溶融性繊維または糸が、テックス
   番手１．５〜１００である請求項１〜３何れか１項に記
   載の複合線材。
5. 【請求項５】 前記熱溶融性繊維または糸が、前記芯線
   に沿って芯線表面に鎖編状に配置されている請求項１〜
   ４の何れか１項に記載の複合線材。
6. 【請求項６】 請求項１〜５の何れか１項に記載の複合
   線材を少なくとも含む長繊維強化熱可塑性樹脂からなる
   複数本の線材が三次元方向に絡み合って湾曲しており、
   上記複合線材同士または複合線材と他の線材との交点の
   少なくとも一部が熱融着していることを特徴とするスワ
   ールマット。
7. 【請求項７】 密度が、１０〜１５０ｋｇ／ｍ³である
   請求項６に記載のスワールマット。
8. 【請求項８】 請求項１〜５の何れか１項に記載の複合
   線材を少なくとも含む長繊維強化熱可塑性樹脂からなる
   複数本の線材が平面方向に絡み合って湾曲しており、上
   記複合線材同士または複合線材と他の線材との交点の少
   なくとも一部が熱融着していることを特徴とするスワー
   ルシート。
9. 【請求項９】 目付量が、５０〜１，０００ｇ／ｍ²で
   ある請求項８に記載のスワールシート。
10. 【請求項１０】 請求項１〜５の何れか１項に記載の複
    合線材を少なくとも含む長繊維強化熱可塑性樹脂からな
    る複数本の線材を所定の形状の型内に装入し、次いで加
    熱して上記複数本の線材を三次元方向に絡み合って湾曲
    および融着させることを特徴とするスワールマットの製
    造方法。
11. 【請求項１１】 請求項１〜５の何れか１項に記載の複
    合線材を少なくとも含む長繊維強化熱可塑性樹脂からな
    る複数本の線材を型内に装入し、次いで加熱して上記複
    数本の線材を平面方向に絡み合って湾曲させ、所定の厚
    みに押圧することを特徴とするスワールシートの製造方
    法。