JP2006342437A - ウェブ、スタンパブルシートおよびスタンパブルシート膨張成形品ならびにこれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子を、微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体中に均一に分散させた泡液を調製し、この泡液を抄造してウェブとし、その後、そのウェブを加熱し、加圧し、冷却してスタンパブルシートとし、さらにそのスタンパブルシートを加熱し、前記加熱膨張性粒子を膨張させてから成形し、冷却してスタンパブルシートの膨張成形品を製造する方法において、上記抄造の際に、吸引によって脱泡して加熱膨張性粒子をウェブのいずれか一方の面側に偏在させることにより、膨張成形品のいずれか一方の面側に加熱膨張性粒子を偏在させたスタンパブルシート膨張成形品を得る。
【選択図】 図1
Description
すなわち、泡抄造法では、泡の表面に加熱膨張性粒子が保持され、該粒子が泡液中に均一に分散している。つまり、泡抄造法は、加熱膨張性粒子を凝集させることなく分散することができる。そのため、膨張成形品の表面には、加熱膨張性粒子の凝集による凹凸がほとんど発生しない。また、泡抄造法では、直径が十数μmで長さが数十mmの強化繊維と、直径が数百μm程度の熱可塑性樹脂粒子を、抄造したウェブの厚み、幅方向で均一に分散させることができる。しかし、直径が数十μm程度の加熱膨張性粒子が分散した泡液を抄造した場合には、抄紙スクリーン側すなわち脱泡吸引する側に加熱膨張性粒子が偏在し、その反対側には加熱膨張性粒子がほとんど存在しないウェブが得られることがわかった。これは粒子が小さいために、脱泡吸引力によって、加熱膨張性粒子が抄紙スクリーン側に偏るためと考えられる。そして、このように加熱膨張性粒子が一方の面側に偏在したウェブを用いてスタンパブルシートを製造した場合、あるいはさらにそれを用いて膨張成形品を製造した場合には、ウェブの加熱膨張性粒子の分布状態がそのまま継承される。そのため、最終的に得られる膨張成形品は、加熱膨張性粒子がほとんど存在しない面側は、加熱膨張性粒子が多く存在する面側よりも比重が大きく、高密度となるので、圧縮強度が強くなり、曲げ強度も向上する。さらに、高密度な層が表面に存在する膨張成形品は、吸音特性もより向上する。本発明は、上記知見に基くものである。
本発明のウェブは、強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子からなり、後述する泡抄造法で製造することにより、強化繊維および熱可塑性樹脂は、ウェブの厚さ方向でほぼ同じ比率で分布しているが、加熱膨張性粒子は、ウェブの一方の面側に偏在した構造となっている。すなわち、加熱膨張性粒子は、ウェブの一方の表面近傍に多く存在し、そこから内部にいくに従って少なくなり、反対の表面近傍では加熱膨張性粒子はほとんど存在しない状態となっている。
本発明で用いる強化繊維は、無機繊維、有機繊維のいずれを用いてもよく、これらを複合または混合した繊維を用いてもよい。使用できる繊維としては、例えば、無機繊維としては、ガラス繊維、炭素繊維、ボロン繊維、ステンレス繊維やその他の金属繊維および鉱物繊維などを、また、有機繊維としては、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、麻等の天然繊維などを挙げることができる。また、これらの1種または2種以上を組み合わせても使用してもよい。なお、膨張成形品に高い補強効果を付与する観点からは、有機繊維よりも無機繊維の方が好ましく、中でも、強度を重視する場合には、炭素繊維を用いることが好ましい。一方、コストの面からは、ガラス繊維を用いることが好ましく、また、焼却しても残渣が残らないというサーマルリサイクルの観点からは、有機繊維が好ましい。
本発明で用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタールなど、あるいはエチレン−塩化ビニル共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、EPM、EPDMなどの熱可塑性エラストマーなどを1種または2種以上組み合わせて用いることができる。これらの中でも、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン系樹脂は、強度、剛性および成形性に優れている点で好ましく、特にポリプロピレンは、これらの特性のバランスに優れ、低価格であることからより好ましい。さらに、ポリプロピレンの中でも、JIS K 6921−2:1997に規定された条件で測定されたMFR(メルトフローレイト、但し、230℃、21.17N)が、l〜200g/10分の範囲のものが好ましく、10〜150g/10分の範囲のものがより好ましい。
本発明で用いる加熱膨張性粒子とは、ある温度以上に加熱された時に、軟化したシェルがコアの気化膨張する圧力によって膨張する特性を有するものである。本発明は、ウェブ、スタンパブルシートおよびその膨張成形品を構成する材料として、この加熱膨張性粒子を用いるところに大きな特徴がある。この加熱膨張性粒子を用いることで、強化繊維のスプリングバック作用単独の場合よりも、より大きな膨張量を確保できるので、より低密度化が可能となり、軽量で剛性のある膨張成形品を得ることができる。
先ず、本発明のウェブ等の目付量は、100〜1000g/m2の範囲であることが好ましい。ウェブの目付量が100g/m2未満では、膨張成形品とした時に、十分な厚みが得られず、剛性も低下するからであり、一方、1000g/m2超では、膨張成形品の軽量化が困難となるからである。より好ましい目付量は100〜700g/m2の範囲であり、さらに好ましくは100〜500g/m2である。
本発明に係るウェブの製造方法は、分散液である微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体中に、強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子を分散させた泡液を抄造して製造するところに特徴がある。上記原料を泡液ではなく、増粘剤や凝集剤を含まない水中に分散、混合した場合には、強化繊維、熱可塑性樹脂、加熱膨張性粒子のそれぞれの比重が異なるため、原料が混合中に分離して不均一な分散状態になったり、また、脱水するときに粒子径の小さい加熱膨張性粒子がウェブを通過して歩留りが低下したりする。なお、増粘剤や凝集剤を含む水中に分散混合した場合には、前述したように、加熱膨張性粒子が凝集してしまう。一方、泡液を使用すると、泡の表面に強化繊維、熱可塑性樹脂、加熱膨張性粒子が保持され、泡液中に均一に分散するため、分散液の輸送中にも分離が起こらない。
本発明のスタンパブルシートは、上記泡抄造により得たウェブを、熱可塑性樹脂の軟化点または融点以上でかつ加熱膨張性粒子が最大膨張をしない条件下(温度と時間)で加熱し、加圧した後、冷却固化することにより、熱可塑性樹脂を溶融させてマトリックスを形成させ、分散している強化繊維と加熱膨張性粒子とを溶融固化した熱可塑性樹脂により十分に接着、結合させることにより製造する。ここで、上記最大膨張をしない条件(温度と時間)とは、前述した条件と同じである。熱可塑性樹脂の融点以上とする理由は、融点未満では、熱可塑性樹脂が強化繊維と加熱膨張性粒子とに十分に融着せず、必要な強度が得られないからであり、一方、加熱膨張性粒子が最大膨張しない条件下で加熱するのは、この加熱工程で加熱膨張性粒子を最大膨張させてしまうと、スタンパブルシートのハンドリング性が低下するだけでなく、スタンパブルシート製造時の圧縮により加熱膨張性粒子が潰れてしまい、その後の膨張成形品の製造に必要な膨張性が得られない場合があるからである。
本発明の膨張成形品は、上記のようにして作製したスタンパブルシートを、熱可塑性樹脂の軟化温度もしくは融点および加熱膨張性粒子の膨張開始温度の以上に加熱し、上記熱可塑性樹脂を軟化または溶融させると共に加熱膨張性粒子を膨張させ、その後、この膨張シートを金型内に供給して金型を閉じ、金型クリアランスを調整して成形し、その後、冷却して固化することにより製造する。
該ウェブの断面を顕微鏡観察したところ、強化繊維と熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子が分散していると共に、該加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側のウェブ表面近傍に多く存在し、そこから内部に行くに従い減少し、反対側のウェブ表面近傍には加熱膨張性粒子はほとんど存在していなかった。
上記スタンパブルシートの断面を顕微鏡観察したところ、熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に強化繊維と加熱膨張性粒子が分散した構造を呈しているが、ウェブと同様、加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側の表面近傍に多く存在しており、内部に行くに従い少なくなり、反対側の表面近傍にはほとんど存在していなかった。
この膨張成形品の断面を顕微鏡観察したところ、強化繊維と膨張した加熱膨張性粒子が熱可塑性樹脂で接着され、分散した構造を呈しているが、ウェブ、スタンパブルシートと同様、加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側の膨張成形品表面近傍に多く存在し、内部に行くに従い少なくなり、反対側の表面近傍にはほとんど存在していなかった。
また、別途、このスタンパブルシートを遠赤外線加熱炉で190℃の温度まで加熱し、無拘束の状態で膨張させ、自然冷却して膨張シートを作製し、その膨張シートの両面を観察したところ、両表面とも凹凸が無く、平滑であった。この膨張シートの厚みは10.4mmであった。
さらに、JIS A 1405:1998に準拠して、加熱膨張性粒子の少ない面側、即ち、高密度面側の表面に対して垂直に音波を入射し、背後空気層0mmの状態で垂直入射吸音率の測定を行った。
上記スタンパブルシートの断面を顕微鏡観察したところ、スタンパブルシートの両表面には、(高密度)樹脂層が存在しており、その樹脂層の内部は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に強化繊維と加熱膨張性粒子が分散した構造となっているが、該加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側に多く存在し、反対側にはほとんど存在していなかった。
また、上記スタンパブルシートを遠赤外線加熱炉で190℃まで加熱し、無拘束の状態で膨張させ、自然冷却して膨張シートを作製したところ、膨張シートの両表面とも凹凸が無く、平滑であった。この膨張シートの厚みは10.6mmであった。
該膨張成形品の断面を顕微鏡観察したところ、膨張成形品の両表面には(高密度)樹脂層が存在すると共に、その樹脂層の内部は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に強化繊維と膨張した加熱膨張性粒子が分散した構造となっているが、該加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側に多く存在し、反対側にはほとんど存在していなかった。
また、上記膨張成形品について、実施例1と同様にして、3点曲げ試験および垂直入射吸音率の測定を行った。
この膨張成形品の表皮を手で剥がしたところ、表皮の部分で破れが起こり、表皮は十分に接着していることが確認された。
また、この膨張成形品の断面を顕微鏡観察したところ、膨張成形品の多孔質支持体側表面には(高密度)樹脂層が、その反対側表面には表皮層と(高密度)樹脂層が存在しており、その樹脂層の内部は、熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に強化繊維と膨張した加熱膨張性粒子が分散した構造となっているが、該加熱膨張性粒子は、多孔質支持体側に多く存在しており、反対側にはほとんど存在していなかった。
さらに、上記膨張成形品について、実施例1と同様にして、3点曲げ試験および垂直入射吸音率の測定を行った。
このウェブの断面を顕微鏡観察したところ、強化繊維は均一に分散していたが、加熱膨張性粒子は凝集してフロックを形成しており、そのフロックが厚み方向に均一に分散していた。
また、スタンパブルシート、膨張成形品の断面を顕微鏡観察したところ、ウェブと同様に、加熱膨張性粒子が凝集してフロックを形成しており、そのフロックが厚み方向に均一に分散していた。
また、上記スタンパブルシートを遠赤外線加熱炉で190℃まで加熱し、無拘束の状態で膨張させ、自然冷却して膨張シートを作製したところ、該膨張シートは加熱膨張性粒子が凝集しているため両表面とも凹凸が激しかった。また、この膨張シートの厚みは9.2mmでしかなかった。
次に、上記ウェブサンプルを、アクリルスチレン系エマルジョンの固形分濃度が1mass%、加熱膨張性粒子が20mass%の溶液に浸漬し、ロールで圧縮し、内部まで加熱膨張性粒子を均一に含浸させて、加熱膨張性粒子が2.7g残存するように調節した。このウェブを120℃で乾燥して、炭素繊維が160g/m2、繊維状ポリプロピレンが240g/m2、加熱膨張性粒子が30g/m2からなるウェブを作製した。
このウェブの断面を顕微鏡観察したところ、炭素繊維、繊維状ポリプロピレンおよび加熱膨張性粒子は、厚み方向で均一に分散していた。
上記スタンパブルシート、膨張成形品の断面を顕微鏡観察したところ、ウェブと同様に、強化繊維および加熱膨張性粒子は、厚み方向で均一に分布していた。
また、膨張成形品の表面には、ニードルパンチによる針痕が残存していた。
さらに、この膨張成形品について、実施例1と同様にして、3点曲げ試験および垂直入射吸音率の測定を行った。
Claims (6)
- 熱可塑性樹脂、強化繊維および加熱膨張性粒子を分散含有するウェブであって、該ウェブに含まれる加熱膨張性粒子がいずれか一方の面側に偏在していることを特徴とするウェブ。
- 熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に、強化繊維および加熱膨張性粒子を分散含有するスタンパブルシートであって、該スタンパブルシートに含まれる加熱膨張性粒子がいずれか一方の面側に偏在していることを特徴とするスタンパブルシート。
- 強化繊維および膨張した加熱膨張性粒子が、熱可塑性樹脂で接着され、分散したスタンパブルシートの膨張成形品であって、該膨張成形品に含まれる加熱膨張性粒子がいずれか一方の面側に偏在していることを特徴とするスタンパブルシート膨張成形品。
- 強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子を、微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体中に均一に分散させた泡液を調製し、この泡液を抄造することによってウェブを製造する方法において、抄造の際に、吸引によって脱泡して加熱膨張性粒子をウェブのいずれか一方の面側に偏在させることを特徴とするウェブの製造方法。
- 強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子を、微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体中に均一に分散させた泡液を調製し、この泡液を抄造してウェブとし、その後、そのウェブを加熱し、加圧し、冷却して、熱可塑性樹脂からなるマトリックス中に強化繊維および加熱膨張性粒子が分散したスタンパブルシートを製造する方法において、上記抄造の際に、吸引によって脱泡して加熱膨張性粒子をウェブのいずれか一方の面側に偏在させることにより、スタンパブルシートのいずれか一方の面側に加熱膨張性粒子を偏在させることを特徴とするスタンパブルシートの製造方法。
- 強化繊維、熱可塑性樹脂および加熱膨張性粒子を、微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体中に均一に分散させた泡液を調製し、この泡液を抄造してウェブとし、その後、そのウェブを加熱し、加圧し、冷却してスタンパブルシートとし、さらにそのスタンパブルシートを加熱し、前記加熱膨張性粒子を膨張させてから成形し、冷却することにより、強化繊維および膨張した加熱膨張性粒子が熱可塑性樹脂で接着されて分散したスタンパブルシートの膨張成形品を製造する方法において、上記抄造の際に、吸引によって脱泡して加熱膨張性粒子をウェブのいずれか一方の面側に偏在させることにより、膨張成形品のいずれか一方の面側に加熱膨張性粒子を偏在させることを特徴とするスタンパブルシート膨張成形品の製造方法。
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