JP2007530320A - 表面被覆を有する繊維強化熱可塑性プラスチックシート - Google Patents

Abstract

熱可塑性材料と、多孔質コア層の総重量に基づいて、約２０重量％〜約８０重量％の繊維とを含む少なくとも１つの多孔質コア層と、コア層の表面を被覆する少なくとも１つの外皮とを含む複合シート材料。外皮は、熱可塑性膜、繊維ベースのスクリム、不織布および織布のうちの少なくとも１つを含む。

Description

本発明は、一般に、多孔質繊維強化熱可塑性ポリマー複合材シートに関し、より具体的には、火炎拡散の低減、煙濃度の低減、放熱の低減、ガス放出の低減のうちの少なくとも１つを実現できる、表面被覆を有する多孔質繊維強化熱可塑性ポリマー複合材シートに関する。

多孔質繊維強化熱可塑性プラスチック複合材シートは、特許文献１および特許文献２に記載されており、繊維強化熱可塑性プラスチックシートは商品に成形するのが容易なため、製品製造業界において、多種多様の用途に用いられている。例えば、熱プレス成形、圧縮成形および熱成形等の公知の技術は、繊維強化熱可塑性プラスチックシートから商品を良好に形成するのに用いられてきた。
米国特許第４，９７８，４８９号明細書 米国特許第４，６７０，３３１号明細書

繊維強化熱可塑性プラスチックシートは多様な用途のために様々な性能検査を受ける。例えば、繊維強化熱可塑性プラスチックシートの火炎拡散特性、煙濃度特性、ガス放出特性は、形成された商品が火災等の火炎性の事象を受ける可能性がある環境で使用される場合に重要である。安全上のため、繊維強化熱可塑性プラスチックシート製品の火炎、煙および毒性能力を改善する必要がある。

一つの態様においては、少なくとも１つの熱可塑性プラスチック材料と、多孔質コア層の総重量に基づく約２０重量％から約８０重量％の繊維と、少なくとも１つの外皮とを含む少なくとも１つの該多孔質コア層を含む複合シート材料が提供される。各外皮は、少なくとも１つの多孔質コア層の表面の少なくとも一部を覆う。外皮は、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維ベースのスクリム、不織布および織物のうちの少なくとも１つを含み、外皮は、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する。

別の態様においては、多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの製造方法が提供される。この方法では、熱可塑性プラスチック材料と約２０重量％〜約８０重量％の繊維とを含む少なくとも１つの多孔質コア層を有する多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成する。また、この方法では、少なくとも１つの外皮を、多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの表面に積層する。各外皮は、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維ベースのスクリム、不織布および織物のうちの少なくとも１つを含み、その外皮は、多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの火炎特性、煙特性、放熱特性、ガス放出特性のうちの少なくとも１つを向上させるために、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する。

他の態様においては、熱可塑性樹脂と接合された不連続繊維を含む透過性コアを含む複合シート材料が提供される。この透過性コアは、約０．２ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、かつ表面領域を含む。また、複合シート材料は、表面領域に隣接して付着層を含む。この付着層は、ＩＳＯ４５８９に従って測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する材料を含む。

以下、火炎拡散、煙濃度、放熱およびガス放出が低減された多層多孔質繊維強化熱可塑性複合シートについて詳細に説明する。例示的な実施形態において、多層多孔質繊維強化熱可塑性シートは、１つ以上の熱可塑性材料と、熱可塑性材料中に分散された、約２０重量％〜約８０重量％の繊維とから形成されている１つ以上の多孔質コア層を含む。コア層の少なくとも一方の面は、接着層または結合層の使用を伴ってまたは伴わずに、熱および／または圧力の下でコア層に積層された外皮によって覆われている。外皮の材料は、火災性の事象に曝された場合に、少なくとも部分的に、複合シートの火炎拡散、放熱、煙濃度およびガス放出を所望に低減するように選定される。また、取扱い、成型性および最終用途性能は、異なる熱可塑性材料および／または異なる繊維を有する２つ以上の多孔質コア層を一緒に積層することにより、改善することができる。さらに、外皮は、性能特性に影響を及ぼすように、コア層の間に積層することができる。加えて、成型性および成形性は、少なくとも１つの外皮をコア層の表面に積層することにより改善することができ、この場合、外皮は、繊維ベースのスクリム、不織布および織物のうちの少なくとも１つである。

図面について説明すると、図１は、１つの多孔質コア層１２と、コア層１２の外側面１８および２０に積層された外皮１４および１６とを含む例示的な繊維強化熱可塑性複合シート１０の断面図である。一実施形態において、複合シート１０は、約０．５ｍｍ〜約５０ｍｍの厚さを有し、別の実施形態においては、約０．５ｍｍ〜約２５ｍｍの厚さを有する。また、外皮１４および１６は、それぞれ、一実施形態において、約２５μｍ〜約５ｍｍの厚さを、別の実施形態においては、約２５μｍ〜約２．５ｍｍの厚さを有する。

コア層１２は、１つ以上の熱可塑性樹脂により、少なくとも部分的に一体に保持された強化用繊維からなるランダムな交差によって形成されたオープンセル構造からなる繊維ウェブで形成されており、この場合、多孔質コア層１２の気孔率は、一般に、コア層１２の全容積の約５％〜約９５％、特に、約３０％〜約８０％である。別の実施形態においては、多孔質コア層１２は、１つ以上の熱可塑性樹脂により、少なくとも部分的に一体に保持された強化用繊維からなるランダムな交差によって形成されたオープンセル構造からなり、この場合、セル構造の約４０％〜約１００％は開かれており、空気およびガスの流れを可能にする。コア層１２は、一実施形態においては、約０．２ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を、別の実施形態においては、約０．３ｇｍ／ｃｃ〜約１．０ｇｍ／ｃｃの密度を有する。コア層１２は、公知の製造プロセス、例えば、ウェットレイドプロセス、エアーレイドプロセス、乾式混合プロセス、カーディングおよびニードルプロセス、および不織布製品を製造するのに用いられている公知の他のプロセスを用いて形成される。このような製造プロセスの組合せも有用である。コア層１２は、高引張り弾性率および約７〜２００ｍｍの平均長を有する約２０〜約８０重量％の繊維と、約２０〜約８０重量％の全体的に、または実質的に固結されていない繊維状または粒子状の熱可塑性材料とを含み、この場合、重量％はコア層１２の総重量に基づいている。別の実施形態においては、コア層は約３５〜約５５重量％の繊維を含む。繊維ウェブは、プラスチック材料を実質的に軟化させるために、コア層１２上の熱可塑性樹脂のガラス転移温度以上に加熱され、１つ以上の固結装置、例えば、ニップローラ、カレンダーローラ、二重ベルトラミネータ、間欠プレス、多段プレス、オートクレーブ、およびプラスチック材料が繊維を流し、水に浸すことができるような、シートおよび繊維の積層および固結に用いられる他のそのような装置を通過する。固結装置内の固結要素間のギャップは、完全に固結される場合、固結されていない繊維ウェブのギャップよりも小さく、かつ繊維ウェブのギャップよりも大きい寸法に設定され、それによって、繊維ウェブがローラを通過した後に膨張し、かつ実質的に透過性のままであることを可能にする。一実施形態において、ギャップは、繊維ウェブを完全に固結すべき場合、繊維ウェブの寸法よりも約５％〜約１０％大きい寸法に設定される。完全に固結した繊維ウェブとは、完全に圧縮されかつ実質的に隙間のない繊維ウェブを意味する。完全に固結した繊維ウェブは、５％未満の気孔率を有し、無視可能なオープンセル構造を有することになる。

高引張り弾性率とは、上記繊維ウェブ構造から形成することができる固結したシートの引張り弾性率よりも実質的に高い引張り弾性率を意味する。このカテゴリーに分類される繊維は、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、グラファイト繊維、炭素繊維、セラミック繊維、およびＫｅｖｌａｒ ａｎｄ Ｎｏｍｅｘという商品名で販売されているアラミド繊維等の繊維を含み、また一般に、室温および室内圧力で約１０，０００メガパスカルを超える引張り係数を有するいかなる繊維も含む。

粒子状プラスチック材料は、製造中に、上記繊維ウェブ構造の結合力を高めるために含めることができる合成樹脂短繊維を含む。ボンディングは、繊維ウェブ構造内のプラスチック材料の熱特性を用いることにより実施される。繊維ウェブ構造は、その熱可塑性成分を、その表面において、隣接する粒子および繊維に対して融合するために、十分に加熱される。

一実施形態において、より短い繊維は、最終的な成形品において、適切な強化を実現できないため、個々の強化繊維は、概して約７ｍｍより短くすべきではない。また、このような繊維は、製造プロセスにおいて、取扱いが難しいため、概して約２００ｍｍより長くすべきではない。

一実施形態においては、ガラス繊維が用いられ、また、構造上の強度を比較するため、ガラス繊維は約７〜約２２ミクロンの平均直径を有する。７ミクロン未満の直径の繊維は浮揚しやすく、環境安全衛生上の問題を生じる可能性がある。約２２ミクロンよりも大きい直径の繊維は製造プロセスにおいて取扱うのが難しく、成形後にプラスチック母材を有効に強化しない。

一実施形態において、熱可塑性材料は少なくとも部分的に粒子状形態である。 適当な熱可塑性プラスチックは限定するものではないが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、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、ポリブチレンテラクロレート、ポリ塩化ビニル、これらの材料の可塑物、非可塑物および混合物、または、他の高分子材料を含む。他の適当な熱可塑性プラスチックは限定するものではないが、ポリアリレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリエーテルイミド、アクリロニトリルブチルアクリレートスチレンポリマー、非晶質ナイロン、ポリアリレンエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルスルホン、ポリエーテルスルホン、液晶性ポリマー、ＰＡＲＭＡＸ（登録商標）として商業的に知られているポリ(１，４フェニレン)化合物、Ｂａｙｅｒ社のＡＰＥＣ(登録商標)ＰＣ、高温ナイロンおよびシリコーン等の高熱ポリカーボネート、ならびにこれらの材料の合金および混合物または他の高分子材料を含む。好ましくは、熱可塑性材料は、ＩＳＯ４５８９の検査方法に従って測定した場合に、約２２より大きい限界酸素指数（ｌｉｍｉｔｅｄ ｏｘｙｇｅｎ ｉｎｄｅｘ；ＬＯＩ）を有する。水によって化学的に侵されない、および化学的または熱的に分解することなく、融解および／または成形を可能にするように、熱によって十分に軟化させることができるいかなる熱可塑性樹脂も用いることができることが期待される。

一実施形態において、プラスチック粒子は過度に細かい必要はないが、約１．５ｍｍよりも粗い粒子は、均質な構造を形成するために、成形プロセス中に十分に流れないという点で不十分である。より大きな粒子を使用すると、固結したときの曲げ弾性率が低下する可能性がある。一実施形態において該プラスチック粒子は約１ｍｍ以下のサイズである。

図１について説明すると、外皮１４および１６は、約２００℃〜約４２５℃の処理温度に耐えることができる材料から形成される。外皮１４および１６は、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維強化スクリムおよび織布または不織布材とすることができる。ＩＳＯ４５８９の検査方法に従って測定した約２２より大きいＬＯＩを有し、熱可塑性材料の混合物を含むいかなる適当な熱可塑性材料も、熱可塑性膜、例えば、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリアリルスルホンおよびこれらの組合せを形成するのに用いることができる。スクリムを形成するための適当な繊維は、限定するものではないが、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、無機繊維、金属繊維、金属化合成繊維、金属化無機繊維およびこれらの組合せを含む。好ましくは、該スクリムを形成する際に用いる繊維は、ＩＳＯ４５８９の検査方法に従って測定した約２２より大きいＬＯＩを有する。

一実施形態において、無機塗料は、石こう泥、炭酸カルシウムペースト、モルタルおよびコンクリートのうちの少なくとも１つからなる層を含む。繊維ベースのスクリムは、ウェットレイドプロセス、エアーレイドプロセス、スパンボンドプロセスおよびスパンレースプロセスを介して製造された軽量の不織布被覆材料を含む。繊維ベースのスクリムは、例えば、ガラス、カーボン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリ（ｐ−フェニレンベンゾビスオキサゾール、ポリエーテルイミド、ポリフェニレンサルファイド等を含む。該不織布は、熱可塑性材料、熱硬化性バインダ、無機繊維、金属繊維、金属化無機繊維および金属化合成繊維を含む。

外皮１４および１６は、接着剤または結合層の使用を伴う、または伴わない熱および／または圧力を用いて、例えば、ニップローラまたは積層機を用いて何らかの適当な積層プロセスによってコア層１２に積層される。外皮１４および１６はコア層１２が形成された後そのコア層に積層され、また一実施形態において、外皮１４および１６は、コア層が所定の大きさのシートに切断される前にそのコア層に積層される。別の実施形態においては、外皮１４および１６は、コア層１２がシート状に切断された後にそのコア層に積層される。一実施形態において、積層プロセスの温度は、外皮およびコア層の熱可塑性樹脂のガラス転移温度よりも高く、例えば、約１００℃より高い。別の実施形態においては、外皮１４および１６は熱硬化性接着剤を用いて室温および室内圧力でコア層１２に接合される。

図２は、コア層３２および３４と、コア層３２および３４に積層された外皮３６、３８および４０とを含む別の例示的な繊維強化熱可塑性プラスチックシート３０の断面図である。具体的には、コア層３２は、第１の面４２と第２の面４４とを含み、コア層３４は、第１の面４６と第２の面４８とを含む。コア層３２および３４は、コア層３２の第２の面４４が、コア層３４の第１の面４６と隣接するように配置されている。外皮３６は、コア層３２の第１の面４２を覆って配置されており、外皮３８は、コア層３４の第２の面４８を覆って配置されており、外皮４０は、コア層３２の第２の面４４と、コア層３４の第１の面４６との間に配置されている。コア層３２および３４と、外皮３６、３８および４０は、繊維強化熱可塑性プラスチックシート３０を構成するように、一体に積層されている。

上述したコア層１２と同様に、コア層３２および３４は、高引張り弾性率を有する、約２０〜約８０重量％の繊維と、約２０〜約８０重量％の熱可塑性プラスチック材料とを含む。コア層３２の熱可塑性プラスチック材料および／または該繊維は、シート３０の所望の特性により、コア層３４の熱可塑性プラスチック材料および／または該繊維と同じとする、または、異ならせることができる。

外皮３６、３８および４０は、上述した外皮１４および１６と同様に、約２００℃〜約４２５℃の処理温度に耐えることができる材料から形成されている。外皮３６、３８および４０は、熱可塑性膜、繊維強化スクリム、および織布または不織布材料とすることができる。外皮３６、３８および４０は、同じ材料で形成することができ、または、シート３０の所望の特性により、異なる材料で形成することができる。

別の実施形態において、シート３０は、コア層３２とコア層３４との間に積層された外皮４０を含まない。さらに別の実施形態においては、シート３０の外側面のうちの一方のみが、外皮、および／またはコア層３２とコア層３４との間に積層された外皮を含む。さらに別の実施形態において、シート３０は、外皮、または、コア層３２の第２の面４４およびコア層３４の第１の面４６の少なくとも一部を被覆する、コア層３２とコア層３４との間に積層された外皮４０を含む。

図３は、多孔性コア層６２、６４、６６と、コア層６２、６４、６６に積層された外皮６８、７０、７２、７４とを含む他の例示的な繊維強化熱可塑性プラスチックシート６０の断面図である。具体的には、コア層６２は第１の面７６と第２の面７８を含み、コア層６４は第１の面８０と第２の面８２を含み、コア層６６は第１の面８４と第２の面８６を含む。コア層６２、６４、６６は、コア層６２の第２の面７８がコア層６４の第１の面８０に隣接し、かつコア層６４の第２の面８２がコア層６６の第１の面８４に隣接するように配置されている。外皮６８はコア層６２の第１の面７６を覆って配置されており、外皮７０はコア層６６の第２の面８６を覆って配置されており、外皮７２はコア層６２の第２の面７８とコア層６４の第１の面８０との間に配置されており、外皮７４はコア層６４の第２の面８２とコア層６６の第１の面８４との間に配置されている。コア層６２、６４、６６、および外皮６８、７０、７２、７４は、繊維強化熱可塑性プラスチックシート６０を構成するように一体に積層されている。

コア層６２、６４、６６は、上述したコア層１２と同様に、高引張り弾性率を有する、約２０〜約８０重量％の繊維と、約２０〜約８０重量％の１つ以上の熱可塑性プラスチック材料とを含む。各コア層６２、６４、６６の該熱可塑性プラスチック材料および／または該繊維は、シート６０の所望の特性により、互いのコア層の該熱可塑性プラスチック材料および／または該繊維と同じとし、または、異ならせることができる。

外皮６８、７０、７２、７４は、上述した外皮１４および１６と同様に、約２００℃〜約４２５℃の処理温度に耐えることができる材料で形成される。外皮６８、７０、７２、７４は、熱可塑性膜、繊維強化スクリム、および織布または不織布材料とすることができる。外皮６８、７０、７２、７４は同じ材料で形成することができ、または、シート６０の所望の特性により異なる材料で形成することができる。別の実施形態において、シート６０は、外皮６８、７０、７２、７４のうちの１つ以上であって、４つ全てではない外皮を含む。別の実施形態においては、シート６０は、コア層６２、６４、６６の上記面の少なくとも一部を覆う外皮６８、７０、７２、７４のうちの１つ以上を含む。

上述した多孔質繊維強化熱可塑性複合シートは限定するものではないが、インフラ、航空機、列車および軍艦の側壁パネル、天井パネル、貨物船、オフィスの間仕切り、エレベータシャフトの裏当て、天井タイル、照明設備用の埋め込みハウジング、および現在、ハニカムサンドイッチ構造、熱可塑性プラスチックシートおよびＦＲＰを用いて製造されている他のこのような用途を構築する際に用いることができる。複合シートは、例えば、加圧成形、熱成形、熱プレス、真空成形、圧縮成形およびオートクレーブを含む、当技術分野において公知の方法を用いて様々な商品に成形することができる。高い剛性対重量比、深絞り部を備えて熱成形される能力、寿命末期のリサイクル性、音響効果および好ましい低火炎拡散指数、放熱、煙密度およびガス放出特性の組合せは、多孔質繊維強化熱可塑性複合材を現在使用されている製品よりもより好ましい製品にする。

例示のためだけに提示されており、かつ本発明の範囲を限定しようとするものではない以下の実施例を参照して、本発明をさらに説明する。別に指し示されていない限り、全ての量は重量部で記載されている。

比較サンプルの火炎、煙およびガス放出を比較する比較例はサンプルＡを指し示し、本発明の実施形態の例示的なサンプルはサンプルＢおよびＣを指し示す。サンプルＡは、ＵＬＴＥＭという商標でＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能なポリエーテルイミドと、ＬＥＸＡＮという商標でＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な、臭素ベースの難燃添加剤を含有するビスフェノールＡポリカーボネート樹脂との混合物から形成された多孔質繊維強化シートであり、これらの樹脂は、５％および５５％の重量比で混合されている。混合樹脂は、１６ミクロンの公称繊維径と、１２．７ｍｍの平均長とを有する約４０重量％のガラス繊維を含む多孔質繊維強化シート中に分散されている。サンプルＢは、本発明の実施形態による、ＵＬＴＥＭという商標でＧｅｎｅｒａｌ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な７６ミクロン厚のポリエーテルイミド膜が積層されたサンプルＡの多孔質繊維強化シートである。サンプルＣは、本発明の実施形態による、外面に積層されたＫＥＶＬＡＲという商標でＥ．Ｉ．ｄｕ Ｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｎｙから入手可能な２７ｇ／ｍ^２のアラミドスクリムが積層されたサンプルＡの多孔質繊維強化シートである。サンプルＤは８ミル厚のポリプロピレン膜が積層されたサンプルＡの多孔質繊維強化シートである。サンプルＤは１７のＬＯＩを有する積層ポリプロピレン膜を含む比較サンプルである。結果を以下の表１および表２に示す。

サンプルＥ、すなわち、それぞれ２５％の重量比のポリエーテルイミド樹脂およびポリカーボネート樹脂と、直径が１６ミクロンで長さが１２．７ｍｍの５０重量％のガラス繊維との混合物から形成された多孔質繊維強化シート、サンプルＦ、すなわち、直径が１６ミクロンで長さが１２．７ｍｍの４０重量％のガラス繊維と結合した重量比５％および５５％のポリエーテルイミドおよび環境に優しい難燃剤ベースのポリカーボネート樹脂の混合物から形成された多孔質繊維強化シート、サンプルＧ、すなわち、ポリカーボネート樹脂と、直径が１６ミクロンで長さが１２．７ｍｍの５０重量％のガラス繊維とから形成された多孔質繊維強化シート、サンプルＨ、すなわち、ポリプロピレンと、直径が１６ミクロンで長さが１２．７ｍｍの５５重量％のガラス繊維とから形成された多孔質繊維強化シート、サンプルＩ、すなわち、ポリアリレンエーテル樹脂と、５０重量％のガラス繊維とから形成された多孔質繊維強化シート、およびサンプルＪ、すなわち、それぞれ、重量比３３％および１７％で結合したポリカーボネートおよびポリブチレンテレフタレートと、直径が１６ミクロンで長さが１２．７ｍｍの５０重量％のガラス繊維の混合物から形成された多孔質繊維強化シートの火炎特性および煙特性を比較する比較実施例テストを、以下の表３に示す。

サンプルＡ〜Ｊのための繊維強化熱可塑性プラスチックシートは、英国特許第１１２９７５７号明細書および同第１３２９４０９号明細書に記載されているウェットレイド製紙プロセスを用いて作成した。該繊維強化熱可塑性プラスチックシートはさらに、該シートを部分的に固結させ、かつ該樹脂で該繊維を濡らすように、３２５℃および２バールで、二重ベルトラミネータ内で熱および圧力にさらされる。サンプルＢは、上述した条件下で、二重ベルトラミネータを用いて、サンプルＡと同じ繊維強化熱可塑性プラスチックシートであるが、７５μｍ厚のポリエーテルイミド膜が表面を被覆しているシートから作成した。サンプルＣは、上述した条件下で、二重ベルトラミネータを用いて、サンプルＡと同じ繊維強化熱可塑性プラスチックシートであるが、２７ｇ／ｍ^２のアラミドスクリムが該表面を被覆しているシートから作成した。サンプルＤは、上述した条件下で、二重ベルトラミネータを用いて、サンプルＡと同じ繊維強化熱可塑性プラスチックシートであるが、８ミル厚のポリプロピレン膜が該表面を被覆しているシートから作成した。

火炎特性は、放射熱源と、放射熱エネルギ源を用いた、物質の表面燃焼性に対する標準的方法であるＡＳＴＭ法Ｅ−１６２−０２Ａに準拠するサンプル物質の傾斜試料とを用いて測定した。火炎拡散指数は、火炎の進行速度と、テスト用の物質による放熱速度とから得た。重要な基準は、火炎拡散指数（ｆｌａｍｅ ｓｐｒｅａｄ ｉｎｄｅｘ；ＦＳＩ）と滴下／燃焼の滴下観察とである。内装材に対する旅客バス用途の米国およびカナダの要件は、火炎滴下物なしで３５以下のＦＳＩである。アンダーライターズ・ラボラトリー（Ｕｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ；ＵＬ）は、１０平方フィートより大きいパーツは、ＵＬからのリスティングを得るために、２００以下のＦＳＩを有しなくてはならないことを要求する。

煙特性は、固体材料により生成された煙の特定の光学濃度に対する標準検査方法であるＡＳＴＭ法Ｅ−６６２−０３に従って、閉塞されたチャンバ内で、テスト試料を火炎状態および非火炎状態にさらすことによって測定した。光透過率測定を行って、テスト期間中に生成された煙の特定の光学濃度を計算するのに用いた。重要な基準は、放射炉または放射炉プラス多数の炎にさらしたサンプルにより生じた煙の光学濃度（Ｄ_Ｓ）である。光学濃度は、概して２０分間の対時間でプロットする。最大光学濃度およびこの最大値に達する時間は、重要な出力である。米国およびカナダの鉄道規定、およびいくつかの米国およびカナダのバスのガイドラインは、１．５分で１００以下の最大Ｄ_Ｓ、４分で２００以下の最大Ｄ_Ｓを設定している。国際航空規定は、多くの内装用途に対して、４分で２００以下のＤ_Ｓを設定している。

また、毒性および火に対するＦＡＡ要件も、ボーイング社により開発されたＦＡＡ検査ＢＳＳ−７２３９、およびＦＡＲ２５．８５３（ａ）別表Ｆ、パートIV（ＯＳＵ６５／６５）熱量計に従って測定した。

航空機の客室内装の大部分は、典型的には、上述したＡＳＴＭ Ｅ１６２およびＡＳＴＭ Ｅ６６２、ならびに４分で２００の最大Ｄ_Ｓを満たす必要があるであろう。従来、プラスチックに対する難しい検査は、ＯＳＵ６５／６５放熱テストであった。このテストでは、テスト材料が、放熱源を画成するように露出され、熱量計測定値が記録される。重要な基準は、６５ｋＷ／ｍ^２を超えるべきではない、５分間のテスト中の平均最大放熱と、６５ｋＷ−分／ｍ^２を超えるべきではない、該テストの最初の２分間に放熱された平均総熱量である。

６０秒の垂直燃焼試験において、パーツは、小規模の裸火に６０秒間さらされ、重要な基準は、１５０ｍｍ以下の燃焼距離、１５秒以下の残炎時間、および３秒以下の滴下物燃焼時間である。

上記のテスト結果は、サンプルＢのポリエーテルイミド外皮を有し、サンプルＣのアラミドスクリムを有する繊維強化熱可塑性プラスチックシートが、サンプルＡよりも優る低減された火炎拡散指数Ｆ_Ｓ、低減された煙濃度Ｄ_Ｓ、低減された放熱および低減されたガス放出を呈することを示す。表１に示すように、サンプルＢおよびＣは、サンプルＡのテスト結果よりも優れているテスト結果を呈する。例えば、サンプルＢおよびＣは、Ｆ_Ｓが１０であったサンプルＡよりも低い火炎拡散指数５．５および６．０をそれぞれ呈した。特に、サンプルＢおよびＣは、ＡＳＴＭ Ｅ−１６２、ＡＳＴＭ Ｅ−６６２、ＦＡＲ２５．８５３（ａ）による試験、および６０秒垂直燃焼試験に対して、より低いテスト結果を呈した。唯一の例外は、サンプルＣの４分煙濃度Ｄ_Ｓの結果である。たった１７のＬＯＩを有する熱可塑性膜を含んだ比較例Ｄは、２００より大きい火炎拡散指数Ｆ_Ｓを呈し、また、火炎滴下物を呈した。さらにサンプルＥ〜Ｊの各々は、サンプルＢおよびＣの火炎拡散指数Ｆ_Ｓおよび４分煙濃度Ｄ_Ｓよりも著しく高い、火炎拡散指数Ｆ_Ｓおよび４分煙濃度Ｄ_Ｓの少なくとも一方を呈する。

本発明を様々な特定の実施形態に関して説明したが、当業者は、本発明をクレームの趣旨および範囲内で、変更を加えて実施できることを認めるであろう。

本発明の実施形態による例示的な繊維強化熱可塑性プラスチックシートの断面図である。 本発明の別の実施形態による例示的な繊維強化熱可塑性プラスチックシートの断面図である。 本発明の他の実施形態による例示的な繊維強化熱可塑性プラスチックシートの断面図である。

Claims (39)

1. 少なくとも１つの熱可塑性材料と、多孔質コア層の総重量に基づく、約２０重量％〜約８０重量％の繊維とを備える少なくとも１つの前記多孔質コア層と、
   前記少なくとも１つの多孔質コア層の表面の少なくとも一部を被覆する少なくとも１つの外皮であって、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維ベースのスクリム、不織布および織布のうちの少なくとも１つを含み、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する外皮と、
   を備える複合シート材料。
2. 前記熱可塑性膜が、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリ（１，４−フェニレン）、ポリカーボネート、ナイロンおよびシリコーンのうちの少なくとも１つを備える、請求項２に記載の複合シート材料。
3. 前記繊維ベースのスクリムが、ガラス繊維、アラミド繊維、グラファイト繊維、炭素繊維、無機鉱物繊維、金属繊維、金属化合成繊維および金属化無機繊維のうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の複合シート材料。
4. 前記繊維ベースのスクリムが、ポリアクリロニトリル、ｐ−アラミド、ｍ−アラミド、ポリ（ｐ−フェニレン２，６，ベンゾビスオキサゾール）、ポリエーテルイミドおよびポリフェニレンサルファイドのうちの少なくとも１つを備える、請求項３に記載の複合シート材料。
5. 前記熱硬化性塗料が、不飽和ポリウレタン、ビニルエステル、フェノールおよびエポキシのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の複合シート材料。
6. 前記無機塗料が、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｎ、ＴｉおよびＡｌから選択される陽イオンを含む鉱物を備える、請求項１に記載の複合シート材料。
7. 前記無機塗料が、石こう、炭酸カルシウムおよびモルタルのうちの少なくとも１つを備える、請求項６に記載の複合シート材料。
8. 第１の面および第２の面を有する第１の多孔質コア層と、前記第１の面および第２の面の少なくとも一方の一部を被覆する少なくとも１つの外皮とを備える、請求項１に記載の複合シート材料。
9. 各々が第１および第２の面を備える第１および第２の多孔質コア層であって、前記第１のコア層の前記第２の面が、前記第２のコア層の前記第１の面に隣接して配置されている、前記第１および第２の多孔質コア層と、
   前記第１のコア層の前記第１および第２の面、および前記第２のコア層の前記第１および第２の面のうちの少なくとも一方の少なくとも一部を被覆する少なくとも１つの外皮と、
   を備える、請求項１に記載の複合シート材料。
10. 前記第１の多孔質コア層が、前記第２の多孔質コア層とは異なる熱可塑性材料および前記第２の多孔質コア層とは異なる繊維のうちの少なくとも一方を備える、請求項９に記載の複合シート材料。
11. 各々が第１および第２の面を備える第１、第２および第３の多孔質コア層であって、前記第１のコア層の前記第２の面が、前記第２のコア層の前記第１の面に隣接して配置されており、前記第２のコア層の前記第２の面が、前記第３のコア層の前記第１の面に隣接して配置されている、前記第１、第２および第３の多孔質コア層と、
    前記第１のコア層の前記第１および第２の面、前記第２のコア層の前記第１および第２の面、および前記第３のコア層の前記第１および第２の面のうちの少なくとも一つを被覆する少なくとも１つの外皮と、
    を備える、請求項１に記載の複合シート材料。
12. 前記多孔質コア層のうちの１つが、前記他の層の少なくとも一方とは異なる熱可塑性材料および異なる繊維のうちの少なくとも一方を備える、請求項１１に記載の複合シート材料。
13. 多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの製造方法であって、
    熱可塑性材料と、約２０重量％〜約８０重量％の繊維とを含む少なくとも１つの多孔質コア層を備える多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップと、
    前記多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの一つの面に少なくとも１つの外皮を積層するステップであって、各外皮が、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維ベースのスクリム、不織布および織布のうちの少なくとも１つを備え、前記多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートの火炎特性、煙特性、放熱特性およびガス放出特性のうちの少なくとも１つを向上させるために、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有するステップと、
    を含む方法。
14. 前記熱可塑性膜が、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリ（１，４−フェニレン）、ポリカーボネート、ナイロンおよびシリコーンのうちの少なくとも１つを備える、請求項１３に記載の方法。
15. 前記繊維ベースのスクリムが、ガラス繊維、アラミド繊維、グラファイト繊維、炭素繊維、無機鉱物繊維、金属繊維、金属化合成繊維および金属化無機繊維のうちの少なくとも１つを備える、請求項１３に記載の方法。
16. 前記繊維ベースのスクリムが、ポリアクリロニトリル、ｐ−アラミド、ｍ−アラミド、ポリ（ｐ−フェニレン２，６，ベンゾビスオキサゾール）、ポリエーテルイミドおよびポリフェニレンサルファイドのうちの少なくとも１つを備える、請求項１５に記載の方法。
17. 前記熱硬化性塗料が、不飽和ポリウレタン、ビニルエステル、フェノールおよびエポキシのうちの少なくとも１つを備える、請求項１３に記載の方法。
18. 前記無機塗料が、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｎ、ＴｉおよびＡｌから選択される陽イオンを含む鉱物を備える、請求項１３に記載の方法。
19. 前記無機塗料が、石こう、炭酸カルシウムおよびモルタルのうちの少なくとも１つを備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップが、第１の面および第２の面を有する第１の多孔質コア層を備える多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップを含み、前記少なくとも１つの外皮を積層するステップが、前記第１および第２の面のうちの少なくとも一方を被覆する少なくとも１つの外皮を積層するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
21. 前記多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップが、各々が第１および第２の面を有する第１および第２の多孔質コア層を備える多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップを含み、、前記第１のコア層の前記第２の面が、前記第２のコア層の前記第１の面に隣接して配置されており、前記少なくとも１つの外皮を積層するステップが、前記第１のコア層の前記第１および第２の面、および前記第２のコア層の前記第１および第２の面のうちの少なくとも一方を被覆する少なくとも１つの外皮を積層するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
22. 前記多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップが、各々が第１および第２の面を有する第１、第２および第３の多孔質コア層を備える多孔質繊維強化熱可塑性プラスチックシートを形成するステップを含み、前記第１のコア層の前記第２の面が、前記第２のコア層の前記第１の面に隣接して配置されており、前記第２のコア層の前記第２の面が、前記第３のコア層の前記第１の面に隣接して配置されており、前記少なくとも１つの外皮を積層するステップが、前記第１のコア層の前記第１および第２の面、前記第２のコア層の前記第１および第２の面、および前記第３のコア層の前記第１および第２の面のうちの少なくとも１つを被覆する少なくとも１つの外皮を積層するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
23. 前記外皮が、繊維ベースのスクリム、不織布および織布のうちの少なくとも１つを備える、請求項１３に記載の方法。
24. 熱可塑性樹脂と一緒に接合された不連続繊維を備える透過性コアであって、約０．２ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、表面領域を含む透過性コアと、
    前記表面領域に隣接する接着層であって、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する材料を含む前記接着層と、
    を備える、複合シート材料。
25. 前記透過性コアが、オープンセル構造を有する、請求項２４に記載の複合シート材料。
26. 前記透過性コアが、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、グラファイト繊維、炭素繊維、セラミック繊維およびアラミド繊維のうちの少なくとも１つを備える、請求項２４に記載の複合シート材料。
27. 前記透過性コアが、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、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、ポリブチレンテラクロレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレンエーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、熱可塑性ポリエステル、ポリエーテルイミド、アクリロニトリルブチルアクリレートスチレンポリマー、非晶質ナイロン、ポリアリレンエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリルスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリ（１，４フェニレン）化合物、シリコーンおよびこれらの混合物からなる群から選択される熱可塑性樹脂を備える、請求項２４に記載の複合シート材料。
28. 前記コアが、約２０重量％〜約８０重量％の繊維と、約２０重量％〜約８０重量％の熱可塑性樹脂とを備える、請求項２４に記載の複合シート材料。
29. 前記コアが、約３５重量％〜約５５重量％の繊維と、約４５重量％〜約６５重量％の熱可塑性樹脂とを備える、請求項２４に記載の複合シート材料。
30. 前記複合材料が、ＡＳＴＭ Ｅ６６２に従って試験したときに、約２００未満の４分煙濃度Ｄ_Ｓを有する、請求項２４に記載の複合シート材料。
31. 約０．５ｍｍ〜約２５ｍｍの厚さを有する、請求項２６に記載の複合シート材料。
32. 前記接着層が、約２５μｍ〜約２．５ｍｍの厚さを有する、請求項２６に記載の複合シート材料。
33. 前記接着層が、熱可塑性膜、弾性膜、金属箔、熱硬化性塗料、無機塗料、繊維ベースのスクリム、不織布および織布のうちの少なくとも１つを備え、前記外皮が、ＩＳＯ４５８９で測定した約２２より大きい限界酸素指数を有する、請求項２６に記載の複合シート材料。
34. 前記熱可塑性膜が、ポリエーテルイミド、ポリエーテルケトン、ポリエーテル・エーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリアリレンスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリアミドイミド、ポリ（１，４フェニレン）、ポリカーボネート、ナイロンおよびシリコーンのうちの少なくとも１つを備える、請求項３３に記載の複合シート材料。
35. 前記繊維ベースのスクリムが、ガラス繊維、アラミド繊維、グラファイト繊維、炭素繊維、無機鉱物繊維、金属繊維、金属化合成繊維および金属化無機繊維のうちの少なくとも１つを備える、請求項３３に記載の複合シート材料。
36. 前記繊維ベースのスクリムが、ポリアクリロニトリル、ｐ−アラミド、ｍ−アラミド、ポリ（ｐ−フェニレン２，６，ベンゾビスオキサゾール）、ポリエーテルイミドおよびポリフェニレンサルファイドのうちの少なくとも１つを備える、請求項３３に記載の複合シート材料。
37. 前記熱硬化性塗料が、不飽和ポリウレタン、ビニルエステル、フェノールおよびエポキシのうちの少なくとも１つを備える、請求項３３に記載の複合材料。
38. 前記無機塗料が、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂａ、Ｓｉ、Ｚｎ、ＴｉおよびＡｌから選択される陽イオンを含む鉱物からなる、請求項３３に記載の複合材料。
39. 前記無機塗料が、石こう、炭酸カルシウムおよびモルタルのうちの少なくとも１つを備える、請求項３８に記載の複合材料。

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