JP2006001035A - ポリプロピレン系樹脂積層成形材及びその積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】高い強度を有するとともに、軽量で機械的特性、リサイクル性、成形性、接着性等の諸性能に優れ、コストアップを抑制することができるポリプロピレン系樹脂積層成形材及びその積層体を提供する。
【解決手段】ポリプロピレン系樹脂を含む構造体を積層するためのポリプロピレン系樹脂積層成形材であって、ポリプロピレン系樹脂を芯成分とし、芯成分よりも融点の低いポリプロピレン系樹脂を鞘成分とする鞘芯構造のポリプロピレン系繊維を含有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ポリプロピレン系繊維を含有するポリプロピレン系樹脂積層成形材及びその積層体に関する。

従来、繊維強化熱可塑性樹脂複合材料（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ，ＦＲＴＰ）としては、例えば、ポリプロピレン樹脂を連続ガラス繊維マットで強化したシート状の複合材料がある。このような複合材料は、（i）熱硬化性樹脂をマトリックスとしたＳＭＣ（Ｓｈｅｅｔ Ｍｏｌｄｉｎｇ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）或いは鉄などの金属板等と比較すると軽量であること、（ii）ポリプロピレン樹脂がマトリックスであるため、耐薬品性が良好で、金属のように錆びないこと、（iii）スタンピング成形が可能であること、（iv）連続繊維を使用しているため、ＧＦＲＰ（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃ）射出成形品と比較すると、曲げ強度、衝撃強度等に優れていること、等から自動車部品、産業資材等多方面に渡り使用されている。

また、高延伸されたポリプロピレン繊維（或いはテープ）集合体の表面を溶解して、圧縮しながら互いの繊維（或いはテープ）同士を溶着させ、そのまま冷却することにより得られるポリプロピレン樹脂単一のシート状物がある。このようなシート状物は、ポリプロピレン樹脂単一製品であるため、リサイクル性に優れるだけでなく、機械的特性、成形性に優れている。

上記のようなＦＲＴＰシートは、ポリプロピレン樹脂製ハニカムコアや発泡板等に積層することで、軽量且つリサイクル性、機械的特性等に有利な構造板が得られる。

しかしながら、前述のポリプロピレン樹脂を連続ガラス繊維マットで強化したシート状物は、ガラス繊維を使用しているため、リサイクル等廃棄物の処理方法に問題がある。

また、前述のポリプロピレン樹脂単一のシート状物は、ガラス繊維強化ポリプロピレンシートに代わる材料として期待されているが、このシートをポリプロピレン樹脂製ハニカムコアや発泡板等に積層する際、加熱による溶着を行うと、高延伸されたポリプロピレン繊維（或いはテープ）の歪みが開放されるため、収縮してしまう。これを解決する手段としては、（ア）シートと板との間に低融点且つ接着性の良好なフィルムを挿入して熱溶着する、（イ）接着剤を使用する、（ウ）超音波溶着、等が挙げられる。

ところが、（ア）については、接着性は良好であるものの、フィルムを挿入することにより、重量が嵩むことや、コストアップになる。また、（イ）については、接着性は良好であるものの、接着剤を使用することでリサイクル性が損なわれるし、コストアップになる。さらに、（ウ）については、溶着条件の設定が困難である（接着性を向上させるために超音波溶着機のホーン圧力を上げると、扱う板の種類によっては破壊してしまう。）ことや、超音波溶着機の特性上、ホーンの最大幅は、２００ｍｍ程度となるため、広幅の構造板には対抗できない。対抗するためには、超音波溶着機を何台も使用しなければならず、コストアップにつながる等、いずれにしても有効な解決手段とは言い難い。

そこで、本発明は、高い強度を有するとともに、軽量で機械的特性、リサイクル性、成形性、接着性等の諸性能に優れ、コストアップを抑制することができるポリプロピレン系樹脂積層成形材及びその積層体を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、ポリプロピレン系樹脂を含む構造体を積層するためのポリプロピレン系樹脂積層成形材であって、ポリプロピレン系樹脂を芯成分とし、芯成分よりも融点の低いポリプロピレン系樹脂を鞘成分とする鞘芯構造のポリプロピレン系繊維を含有することを特徴とする。ポリプロピレン系樹脂積層成形材には、ポリプロピレン系樹脂積層シート、ポリプロピレン系樹脂積層フィルム等を含む。

また、本発明のポリプロピレン系樹脂積層成形材において、芯成分は、ホモポリプロピレン系樹脂であり、且つ鞘成分は、共重合ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とし、さらに、芯成分と鞘成分との融点差が２０℃以上であることを特徴としてもよい。

また、本発明の積層体は、ポリプロピレン系樹脂積層成形材で構造体を積層することによって成形されたことを特徴とする。

本発明によれば、ポリプロピレン系樹脂を含む構造体について、高い強度を有するとともに、軽量でリサイクル性、機械的特性、成形性、接着性等の諸性能に優れ、コストアップを抑制することができる。

＝＝＝本発明の実施形態＝＝＝
本発明の実施形態におけるポリプロピレン系樹脂積層体は、ポリプロピレン樹脂を芯材とし、芯材よりも融点の低いポリプロピレン樹脂を鞘材とした鞘芯構造のポリプロピレン繊維を使用して得られた織布を、ポリプロピレン樹脂製ハニカムコアや発泡板等のコア材に熱溶着により積層されたものである（構造板）。

以下、このような構成の本発明を実施するための積層用シート（原料，芯／鞘成分比率，繊維の製造方法，織物形態）、コア材原料及び形態、並びに積層方法について、各々説明する。

＜積層用シート＞
（原料）
芯成分をホモポリプロピレン樹脂とし、鞘成分を芯成分樹脂の融点より２０℃以上低いエチレンプロピレン、エチレン−１ブテン−プロピレン等の２元、３元共重合ポリプロピレン樹脂とする。尚、芯成分と鞘成分との融点差が２０℃未満である場合、この線状複合材を熱賦形する際、芯成分まで溶融し、形状を保持できなくなる。

（芯／鞘成分比率）
芯成分と鞘成分の断面積比（芯／鞘）は、９／１から１／９の間であればよく、特に限定されるものではないが、引張物性および構造板との接着性の点で、６／４から４／６の範囲であることが望ましい。積層時の接着強度を向上させたいときには、マトリックス成分である鞘比率を上げ、構造板の強度を向上させたいときには、芯比率を上げればよい。

（繊維の製造方法）
まず、定法の複合紡糸設備及び芯鞘型複合紡糸ノズルを用い未延伸糸を得る。この時、ノズルのホール数は２０から５００ホールとする。この未延伸糸フィラメントを集束し、鞘成分の融点以上、芯成分の融点以下の温度に設定した高圧蒸気延伸槽内を通過させ、延伸倍率１０倍以上の設定でローラー延伸を行い、延伸と共に鞘成分を溶融させることで繊維間を融合させ、トータル繊度１１０から５，５００ｄｔｅｘの延伸融合複合繊維を得る。なお、延伸融合複合繊維は引張強度が４．０ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが望ましい。

（織物形態）
上記のような方法で得られた延伸融合複合繊維を使用し、定法にて、平織、綾織、２軸平織、３軸平織等の織布とする。織物形態は、特に限定されるものではない。

＜コア材原料＞
コア材の原材料となる熱可塑性樹脂としては、ホモポリプロピレン、ランダムポリプロピレン、ブロック状ポリプロピレン等のポリプロピレン系樹脂とする。
また、コア材の形態については、特に限定されるものではなく、ソリッド板、発泡板、ハニカムコア等前述原料で製造可能なものであればよい。

＜積層方法＞
上記方法により得られた織布を加熱ロール等を使用して鞘成分を溶融させた後、ロール或いはラミネーター等を使用して加圧しながらコア材に積層する。コア材はその形状を保持できる程度の予熱を行うことで、より接着強度は向上する。

＝＝＝本発明の実施例及び比較例＝＝＝
＜実施例＞
本発明の実施例では、芯成分をホモポリプロピレンとし（ＳＡ０２，日本ポリプロ製，ＭＦＲ＝２０，Ｑ値＝３．５）、鞘成分をブロック状コポリプロピレン（ＰＭ９４０Ｍ，サンアロマー製，ＭＦＲ＝３０，エチレン添加量５．０％）として、鞘芯比率５０／５０、φ０．６−１５０ホールノズルを使用し、ノズル温度２４０℃、引き取り速度２３ｍ／ｍｉｎにて紡糸を行い、未延伸糸を得た。その後さらに、高圧蒸気延伸槽（１５０℃）、延伸速度３００ｍ／ｍｉｎにて延伸し、延伸倍率１３．０倍、トータル繊度１，３００ｄｔｅｘの延伸融合複合繊維を得た。この延伸融合複合繊維を使用し、定法にて目付２５０ｇ／ｍ^２の平織布を作製した。

また、真空成形用のポリプロピレンシート（エコロＮシート４０９６，ロンビック製，目付５００ｇ／ｍ^２）を使用し、規則的に円錐台形状ピン（ピン上底φ２，下底φ６，ピン間隔２ｍｍ，ピン高さ６ｍｍ）が配置されたエンボスロール二基を使用して上下同時に連続真空成形を行い、且つ成形直後に突起体先端を再加熱することで、互いの凸部頂点で接触させて融着し、目付１，０００ｇ／ｍ^２のコア材を得た。

そして、上記平織布を加熱ロールにて鞘成分を溶融させ、８０℃にて予熱したコア材の表裏に加熱しながら貼り合わせ、厚み１２．５ｍｍ、目付１，５００ｇ／ｍ^２の積層板１０を得た。

図１は、このようにして得られた積層板１０を示す概略側面図であり、ポリプロピレン樹脂を芯材１１とし、芯材１１よりも融点の低いポリプロピレン樹脂を鞘材１２とした鞘芯構造のポリプロピレン繊維を使用して得られた織布（積層用シート）１が、ポリプロピレン樹脂製ハニカムコアや発泡板等のコア材２に熱溶着により積層されていることがわかる。尚。同図に示すように、コア材２に設けられた上下の突起体２１は、互いの凸部頂点で接触している。

さらに、この積層板を巾５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍに切り取り、３点曲げ試験を行い、曲げ破壊荷重及び試験により得られた荷重−たわみ曲線の直線部分から１ｃｍ撓んだ時に荷重を求め、曲げ弾性勾配を算出した。

＜比較例１＞
高延伸されたホモポリプロピレン繊維集合体（平織布；ｂｐ社製，ＣＵＲＶ）の表面を融解して、圧縮しながら互いの繊維同士を溶着させ、そのまま冷却することにより得られた目付２５０ｇ／ｍ^２の平織布を、上記と同様のコア材の表裏に超音波溶着機を使用して貼り合わせ、厚み１２．５ｍｍ、目付１，５００ｇ／ｍ^２の積層板を得た後、同様の方法にて曲げ破壊荷重及び曲げ弾性勾配を算出した。

＜比較例２＞
高延伸されたホモポリプロピレン繊維集合体（平織布；ｂｐ社製，ＣＵＲＶ）の表面を融解して、圧縮しながら互いの繊維同士を溶着させ、そのまま冷却することにより得られた目付２５０ｇ／ｍ^２の平織布を、上記と同様のコア材に同様の方法にて貼り合わせ試験を行った結果、織布が収縮し、接着できなかった。

＜比較例３＞
上記と同様のコア材と同組成の目付２５０ｇ／ｍ^２のホモポリプロピレンシートをコア材の表裏に溶着し、厚み１２．５ｍｍ、目付１，５００ｇ／ｍ^２の積層板を得た後、同様の方法にて曲げ破壊荷重及び曲げ弾性勾配を算出した。

以下、このようにして算出された本発明の実施例及び比較例１、比較例２，比較例３の曲げ試験結果を表１に示す。

表１に示すように、本発明の実施例によれば、比較例１，比較例２，比較例３と比べ、曲げ破壊荷重（２２７Ｎ）, 曲げ弾性勾配(７２０Ｎ／ｃｍ)がいずれも高い値となり、良好な曲げ試験結果が得られたことがわかる。

本発明の実施例における積層板を示す概略側面図である。

符号の説明

１ 織布（積層用シート）
２ コア材
１０ 積層板
１１ 芯材
１２ 鞘材
２１ 突起体

Claims (4)

1. ポリプロピレン系樹脂を含む構造体を積層するためのポリプロピレン系樹脂積層成形材であって、
   ポリプロピレン系樹脂を芯成分とし、
   該芯成分よりも融点の低いポリプロピレン系樹脂を鞘成分とする鞘芯構造のポリプロピレン系繊維を含有することを特徴とするポリプロピレン系樹脂積層成形材。
2. 前記芯成分は、ホモポリプロピレン系樹脂であり、
   且つ前記鞘成分は、共重合ポリプロピレン系樹脂であることを特徴とする請求項１に記載のポリプロピレン系樹脂積層成形材。
3. 前記芯成分と前記鞘成分との融点差が２０℃以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のポリプロピレン系樹脂積層成形材。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のポリプロピレン系樹脂積層成形材で前記構造体を積層することによって成形されたことを特徴とする積層体。
   
   

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