JP2004277951A

JP2004277951A - ガラスチョップドストランドマット及びそれを用いた自動車成形天井材

Info

Publication number: JP2004277951A
Application number: JP2003073103A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Hatta; 克彦八田
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【目的】プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端面に切れ残ったガラスチョップドストランドがなく、端部の補修を必要としないガラスチョップドストランドマットと、それを用いた自動車成形天井材を提供することを目的とする。
【構成】本発明のガラスチョップドストランドマットは、単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなり、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰという）の補強材や自動車成形天井材料等の発泡ポリウレタンの補強材として用いられるガラスチョップドストランドマット及びそれを用いた自動車成形天井材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスチョップドストランドマットは、多数本のガラスフィラメントの表面に集束剤を付着量が０．１〜２重量％程度となるように塗布し、これらを集束することによって得られたガラスストランドを所定長に切断してなるガラスチョップドストランドの多数本を、均等無秩序にシート状に堆積した後、その上から結合剤として、粉末ポリエステル樹脂を散布し、次いでこれらの粉末ポリエステル樹脂を加熱溶融してからプレス成形し、冷却固化させたり、あるいはシート状堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布後、乾燥することによって製造される。
【０００３】
通常、ガラスチョップドストランドマットを製造する場合、単繊維直径１１μｍ、ストランド番手が４５テックス（テックスは、長さ１０００ｍ当たりのグラム単位での質量を表す。）のガラスストランドを約５０ｍｍの長さに切断した後、目付が３００〜９００ｇ／ｍ^２となるように均等無秩序に堆積した後、粉末ポリエステル樹脂を、付着量が１〜６重量％となるように散布してから加熱溶融した後、冷却固化したり、あるいは樹脂を乳化したエマルジョンを、付着量が１〜６重量％となるように塗布した後、乾燥することによって、各ガラスストランド同士を接着する方法が採られる。
【０００４】
従来よりガラスチョップドストランドマットは、浴槽、浄化槽等のＧＦＲＰ成形品の補強材として用いられ、主にハンドレイアップ法と呼ばれる不飽和ポリエステル樹脂を含浸、成形する方法に多用されてきたが、近年では、これまで段ボールやフェルト等で成形されていた自動車成形天井材の代替として、発泡ポリウレタンシートの両表面にガラスチョップドストランドマットを接着することによって、その剛性や寸法安定性を向上させた自動車成形天井材が開発されている。
【０００５】
ところで自動車成形天井材には、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性等の特性が必要とされるが、これ以外にも、自動車全体の重量を軽減することを目的として、単位面積当たりの重量が大きくならないことが要求される。またガラスチョップドストランドマットを発泡ポリウレタンシートと接着する際、フェノール、メラミン、イソシアネート等の接着剤を使用するが、その接着剤がガラスチョップドストランドマットの裏面まで浸透しないと、成形された自動車成形天井材の剛性が不足したり、接着後に、発泡ポリウレタンシートからガラスチョップドストランドマットが剥がれ落ちることがあるため、必ずマット裏面まで接着剤を浸透させる必要がある。
【０００６】
自動車成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上させるためには、ガラスチョップドストランドマットの目付を小さくすれば良いが、目付が小さくなるほど、ガラスチョップドストランドマット内のガラスチョップドストランドの分布が不均一になってマットの引張強度が低下し、マットを巻き芯に巻き取った後、その外層から引っ張ってほどき出す時に途中で破断しやすくなるため、作業性が大幅に低下するという問題がある。
【０００７】
また軽量のガラス繊維補強材としては、直径が１５〜２４μｍ程度のガラスフィラメント（単繊維）を５０〜１００本程度束ねた後、連続繊維状態で渦状に堆積させたガラスコンティニアスストランドマットや、直径が６〜１３μｍのガラスフィラメントを数十本から数百本束ねた後、長さ３〜２５ｍｍに切断したガラスチョップドストランドを白水中でモノフィラメントに分散させ、抄紙したガラスペーパーが知られているが、ガラスコンティニアスストランドマットは、その製造効率が低く、その価格が高いという問題があり、またガラスペーパーは、ガラス繊維がモノフィラメント状態であるため、補強効果が小さく、自動車成形天井材としては剛性が不足するという問題がある。
【０００８】
このため、自動車成形天井材には、安価で、充分な剛性を有するガラスチョップドストランドマットが使用されている。例えば、その代表的なものとして、単繊維直径１０〜１２μｍ、ストランド平均番手１０〜４０テックスのガラスストランドを約５０ｍｍの長さに切断したガラスチョップドストランドを、目付が８０〜２００ｇ／ｍ^２となるように均等無秩序に堆積し、粉末ポリエステル樹脂を、付着量が１０〜２５質量％となるように散布してから加熱溶融した後、冷却固化したり、あるいは樹脂を乳化したエマルジョンを、付着量が１０〜２５質量％となるように塗布し、乾燥することによって、各ガラスストランド同士を接着することにより得られたガラスチョップドストランドがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平１１−２２９２５５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
通常、自動車成形天井材は、ガラスチョップドストランドマットにフェノール、メラミン、イソシアネート等の接着剤を含浸させた後、表皮材（自動車の室内側）、接着剤を含浸させたガラスチョップドストランドマット、発泡ポリウレタン、接着剤を含浸させたガラスチョップドストランドマット及び保護シート（自動車の天井側）の順に積層し、自動車の天井の形状に合わせてプレス成形した後、所定の寸法に切断することによって作製される。
【００１１】
しかしながら、自動車成形天井材に、特許文献１のガラスチョップドストランドマットを用いると、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、ガラスチョップドストランドが切れ残り、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドが存在し、端部の補修が必要となるという問題点があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端面に切れ残ったガラスチョップドストランドがなく、端部の補修を必要としないガラスチョップドストランドマットと、それを用いた自動車成形天井材を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく、種々の実験を行った結果、ループ強度が小さいガラスストランドを用いることによって、上記目的を達成することができることを見いだし、本発明を提案するに到った。
【００１４】
すなわち本発明のガラスチョップドストランドマットは、単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなり、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明の自動車成形天井材は、発泡ポリウレタンシートの両表面に、単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなり、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であるガラスチョップドストランドマットが接着されてなることを特徴とする。
【００１６】
【作用】
本発明のガラスチョップドストランドマットにおいて、ガラスチョップドストランドの単繊維直径を１３．１〜２０μｍに限定した理由は、単繊維直径が１３．１μｍよりも小さいと、ガラスストランドのループ強度が大きくなり、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、ガラスチョップドストランドが切れにくくなって、自動車成形天井材の端面に切れ残ったガラスチョップドストランドが存在するようになるためである。また、単繊維直径が２０μｍよりも大きいと、ガラスチョップドストランドが硬くなり、プレス成形した後、自動車成形天井材の表皮を破ってガラスチョップドストランドが表面に出る虞があるためである。単繊維直径の好ましい範囲は、１３．１〜１８μｍである。
【００１７】
また、ガラスチョップドストランドの平均ストランド番手を、１０〜３０テックスに限定した理由は、平均ストランド番手を１０テックスよりも小さくするには、紡糸時に使用するブッシングホール数を少なくするか、分糸数を増加させる必要があるが、ブッシングホール数を少なくすると、１ブッシングあたりの生産量が減少し、また、分糸数を増加させると、紡糸時に切断しやすく、共に材料コストの上昇につながるためである。また、平均ストランド番手が３０テックスよりも大きいと、ストランドが太くなり、ガラスチョップドストランドマット内のガラスチョップドストランドの分布が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生し、またプレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断する際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドが存在し、端部の補修が必要となるためである。
【００１８】
また、ガラスチョップドストランドマットの目付を５０〜１５０ｇ／ｍ^２に限定した理由は、目付が５０ｇ／ｍ^２より小さいと、マットに穴あきが発生しやすくなると共に、マットの引張強度が極端に低下するためである。一方、目付が１５０ｇ／ｍ^２より大きいと、自動車成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上するという所期の目的を達成し難くなる。
【００１９】
従って本発明のガラスチョップドストランドマットは、軽量で、接着剤が浸透しやすく、しかも高い引張強度を有しており、このようなマットに接着剤を浸透させ、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着し、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断する際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドがなく、端部の補修を必要とせず、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性の特性を満足し、軽量の自動車成形天井材が得られる。
【００２０】
また、本発明のガラスチョップドストランドマットは、強熱減量が６〜２０質量％であると、マットの引張強度が高いため好ましい。すなわち、強熱減量が６質量％よりも少ないと、マットを構成するガラスチョップドストランド同士の結合力が弱くなり、２０質量％よりも多いと、ガラスチョップドストランドの堆積物に結合剤を多量に付着させる必要があるため、粉末ポリエステル樹脂の散布量が極めて多くなり、製造コストが大幅に上昇するためである。この製造コストの上昇は、ガラスチョップドストランドの堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布する場合でも、エマルジョンの散布量が多くなるため、同様に起こる。強熱減量の好ましい範囲は、１０〜１６質量％である。
【００２１】
また、本発明においては、ガラスチョップドストランドの長さを３０〜１５０ｍｍとすることが好ましい。
【００２２】
すなわちストランド長が、３０ｍｍより短いと、ガラスチョップドストランドマットの引張強度が低下しやすく、１５０ｍｍより長いと、マットを構成するガラスチョップドストランドの分布が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生しやすくなる。
【００２３】
尚、ガラスストランド同士を結合させるための結合剤は、粉末ポリエステル樹脂に限定されず、その形態は、繊維状、シート状、フィルム状等であっても良く、またポリエステル以外に、ポリプロピレン、酢酸ビニル、アクリル、エポキシ等の樹脂素材も使用可能である。
【００２４】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。尚、図１は、ガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。図２は、ループ強度の測定方法の説明図である。
【００２５】
まず直径１３．５μｍのガラスフィラメントに集束剤（固形分５０質量％のポリ酢酸ビニルエマルジョンを６質量％、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを０．３質量％、第４級アンモニウム塩を０．５質量％、イオン交換水を９３．２質量％）を付着量が０．４質量％となるように塗布した後、６１本集束させることによってストランド（番手２２テックス）としてから、巻き取り、ガラスケーキを得た後、所定時間乾燥した。
【００２６】
次に、図１に示すように、乾燥されたケーキの内層からガラスストランド１０を解舒し、チャンバー１１の天井部分に取り付けられた複数個の切断機１２に送り込み、所定長に切断した。各切断機１２は、カッターローラー１２ａとゴムローラー１２ｂから構成され、互いに回転するカッターローラー１２ａとゴムローラー１２ｂの間にガラスストランド１０が送り込まれることによって切断される。
【００２７】
チャンバー１１の底部には、第１の搬送コンベア１３が配置され、長さ５０ｍｍに切断されたガラスストランド１０を、第１の搬送コンベア１３の上で均一になるように分散、シート状に堆積してからチャンバー１１の外へ搬送し、次の第２の搬送コンベア１４に搬送した。第２の搬送コンベア１４上で移動するガラスチョップドストランド上に散布機１５によって粉末ポリエステル樹脂（花王株式会社製ニュートラック５１４）を、付着量が１２質量％となるように均一に散布した後、次の第３の搬送コンベア１６に搬送した。第３の搬送コンベア１６の途中には、加熱炉１７が配置され、粉末ポリエステル樹脂が散布されたガラスチョップドストランドのシート状堆積物が、加熱炉１７中に移動して所定温度で加熱されることによって、粉末ポリエステル樹脂が軟化、溶融した。次いでこのガラスチョップドストランドを、加熱炉１７の外部に移動した後、水冷ロール１８の間を通して冷却、プレスを行い、これにより溶融していた粉末ポリエステル樹脂が固化し、実施例１のガラスチョップドストランドマット１９（目付１００ｇ／ｍ^２）が作製され、その後、巻き取り機２０によって巻き取った。
【００２８】
こうして得られた実施例１のガラスチョップドストランドマット１９にイソシアネート系の接着剤を含浸させた後、表皮（自動車の室内側）、接着剤を含浸させたガラスチョップドストランドマット、発泡ポリウレタンシート、接着剤を含浸させたガラスチョップドストランドマット及び保護シート（自動車の天井側）の順に重ね合わせ、周囲に超硬刃を取り付けた成形天井の形状をしたプレス型に入れ、所定の形状にプレス成形すると同時に周囲をトリミング（切断）して自動車成形天井材を作製した。この自動車成形天井材の端部には、切れ残ったガラスチョップドストランドはなかった。
【００２９】
次に、実施例１とは、ガラスチョップドストランドの単繊維直径、集束本数（平均ストランド番手）、マット目付が異なるガラスチョップドストランドマットを各種作製し、ガラスストランドのループ強度を測定するとともに、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドの本数を測定し、その結果を、実施例１と共に表１に示した。
【００３０】
【表１】

【００３１】
表１から明らかなように、実施例１〜６は、使用したガラスストランドのループ強度が０．５２Ｎ以下と低かったため、いずれもプレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドはなかった。
【００３２】
それに対し、比較例１、２は、ガラスストランドのループ強度はそれぞれ０．５８Ｎ、０．６０Ｎと高かったため、共にプレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドが多かった。
【００３３】
尚、ガラスチョップドストランドマット中の平均ストランド番手（テックス）は、マットを構成するガラスストランドを２０本抜き取り、それらの長さ（Ｌｍｍ）を測定した後、感量が０．１ｍｇ以下の秤を用いて一本毎に重量（Ｗｇ）を測定し、次式により算出した値を平均することによって求めた。
【００３４】
【数１】

【００３５】
またガラスチョップドストランドマットの目付と強熱減量は、ＪＩＳＲ３４２０に基づいて測定した。すなわち、ガラスチョップドストランドマットの目付（ｇ／ｍ^２）は、マットから約３００×３００ｍｍの大きさに切リ取った９枚の試験片を用いて求めた目付の平均値とした。尚、それぞれの目付は、各試験片の質量と面積から算出した。また、強熱減量は、マットから約３００×３００ｍｍの大きさに切り取った９枚の試験片から求めた強熱減量の平均値とした。尚、それぞれの強熱減量は、まず、試験片を、１１０℃で１時間乾燥した後、デシケータに入れて室温まで放冷してその質量を正確に量る。次に、これを６２５℃に保ったマッフル炉で９０分間加熱する。その後、マッフル炉から取り出し、デシケータに入れて室温まで放冷してその質量を量る。強熱減量は、これらの質量を用いて算出した。
【００３６】
ガラスストランドのループ強度は、平均ストランド番手２０テックスに換算した最大破壊荷重とし、次のようにして求めた。
【００３７】
図２に示すように、１ｍを８等分したガラスストランドのうち２本のガラスストランド２１、２２を、ループ状にして絡め、ストランド端部２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを台紙２３に接着剤２４で貼り付け、引張試験機を用いて３００ｍｍ／分の速度で台紙２３を矢印方向に引張り、ｎ＝４の最大破壊荷重の平均値を算出する。その最大破壊荷重の平均値と、１ｍのガラスストランドの質量を測定して求めた実測ストランド番手を用いて、次式に従ってループ強度を求めた。
【００３８】
【数２】

【００３９】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスチョップドストランドマットは、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であるため、自動車成形天井材の重量を軽減することができると共に、裏面まで接着剤が浸透しやすく、また単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されているため、ガラスチョップドストランドが容易に切断しやすく、プレス成形して所定の寸法の自動車成形天井材に切断した際、端部に切れ残ったガラスチョップドストランドがない。そのため、作業性に優れ、自動車成形天井材を安価に製造することが可能である。
【００４０】
また、このようなガラスチョップドストランドマットが、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着されてなる自動車成形天井材は、端部を修正する必要がなく、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性に優れ、軽量である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。
【図２】ループ強度の測定方法の説明図である。
【符号の説明】
１０ガラスストランド
１１チャンバー
１２切断機
１３第１の搬送コンベア
１４第２の搬送コンベア
１５散布機
１６第３の搬送コンベア
１７加熱炉
１８水冷ロール
１９ガラスチョップドストランドマット
２０巻き取り機
２１、２２ガラスストランド
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂストランド端部
２３台紙
２４接着剤

Claims

単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなり、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であるガラスチョップドストランドマット。
発泡ポリウレタンシートの両表面に、単繊維直径が１３．１〜２０μｍであり、平均ストランド番手が１０〜３０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなり、目付が５０〜１５０ｇ／ｍ^２であるガラスチョップドストランドマットが接着されてなる自動車成形天井材。