JP2008303505A

JP2008303505A - ガラスチョップドストランドマット、その製造方法及び自動車成形天井材

Info

Publication number: JP2008303505A
Application number: JP2007152353A
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: 2007-06-08
Filing date: 2007-06-08
Publication date: 2008-12-18

Abstract

【課題】ＧＦＲＰ成形品となった後に高い剛性を確保でき、マットロールからマットを引き出した際にマットの損傷を防止でき、さらに構造部材として使用後の環境問題にも十分に対応できるガラスチョップドストランドマットと、その製造方法及びそのマットを使用する自動車成形天井材を提供する。
【解決手段】ガラスチョップドストランドマット１は、シート状に堆積したガラスチョップドストランドをポリ乳酸樹脂を含む結合剤により互いに結合したものである。ガラスチョップドストランドマット１の製造方法は、上記のガラスチョップドストランドをシート状に堆積して、その上に結合剤を散布し、結合剤を加熱熔融させた後に固化させてシート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合する。また自動車成形天井材は、上記のガラスチョップドストランドマット１が、発泡樹脂シートのすくなくとも片側に接着されている。
【選択図】図１

Description

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等の発泡樹脂シートの補強材として使用されるガラスチョップドストランドマットと、その製造方法及びそのガラスチョップドストランドマットを用いた自動車成形天井材に関する。

一般に無機ガラス繊維を切断し、マット状に成形されたガラスチョップドストランドマットは、その強度等の優れた性能のため様々な用途で使用されている。例えば浴槽、浄化槽等のＧＦＲＰ成形品の補強材等として種々の用途で用いられ、主にハンドレイアップ法と呼ばれる製造方法によって不飽和ポリエステル樹脂を含浸して成形する方法で多用されてきた。そして近年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も、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ものが開発されている。

このガラスチョップドストランドマットの具体的な製造方法は、次のようなものである。例えば調整された各種集束剤を０．１〜２質量％程度の付着量となるようにガラスフィラメントの表面に塗布して、多数本を集束することによって、単繊維直径が１１μｍ、ストランド番手が３５ｔｅｘ（あるいはテックスとも記述し、テックスは長さ１０００ｍ当たりのグラム単位での重量）のガラス長繊維のガラスストランドを製造する。このガラスストランドをその寸法が約５０ｍｍの寸法になるようにカッター等の切断装置で切断してガラスチョップドストランドとする。次いでこのガラスチョップドストランドを目付が３００〜９００ｇ／ｍ²となるように均等無秩序にシート状に堆積させて堆積物にする。そして、堆積物の上から結合剤として粉末ポリエステル樹脂を付着量が１〜６質量％となるように散布して加熱溶融後にプレス成形して冷却固化するか、あるいは樹脂乳化エマルジョンを付着量が１〜６質量％となるように塗布した後、乾燥して各ガラスストランド同士を接着する方法が採用される。

ガラスチョップドストランドマットを自動車成形天井材として利用する場合、自動車成形天井材の性能としては、剛性、寸法安定性、断熱性、あるいは遮音性等の性能に加え、自動車全体の重量を軽減するために、使用される材料は単位面積当たりの重量をなるべく小さくすることが要求される。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などの発泡樹脂シートと接着する場合に、フェノール、メラミン、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を使用することとなるが、この種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するという問題や、接着後に、マットと発泡樹脂シートや表皮との間で剥離が生じるという問題があるため、必ずマット裏面にまで接着剤を充分に浸透させる必要がある。

これまでにチョップドストランドマットの強度を向上しようという試みは種々行われてきており、例えば、特許文献１では、ガラスチョップドストランドの形態を規定することによって、搬送コンベヤからの崩落を防ぐだけの強度を実現できるとする発明が行われている。さらに特許文献２では、強熱減量値を大きくすることによって引張強度を１５０ｋｇｆ以上に大きくできるという発明が開示されている。また上記以外にも本発明者はガラス目や痘痕等と呼ばれる成形天井材の構造欠陥を減少させるため、目付や強度との因果関係についての研究を行っている。
特開平６−９３５４６号公報特許第３８４２４２５号公報

しかしながら、自動車成形天井材の重量を軽減し、かつ接着剤のマットへ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よいが、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を形成するストランドの分布が不均質な状態となり、マットの引張強度が低下したものとなる。その結果、マットを巻き芯に巻き取った後、その外層からマットを引っ張って解き出す途中でマットの破断の発生率が高くなり、マットの破断等に注意して作業することとなるため作業性が大幅に低下するという問題がある。

また、一般の軽量ガラス繊維補強材としては、直径が１５μｍから２４μｍ程度のガラスフィラメント（単繊維）を５０本から１００本程度束ね、連続繊維状態で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６μｍから１３μｍのガラスフィラメントを数十本から数百本程度束ね、長さ３ｍｍから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して、抄紙したガラスペーパーが知られている。しかしガラスコンティニアスストランドマットは、ガラスの原材料あたりの製造効率が低く、そのため高価であるという問題があり、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。

さらに、これまでに公開されたガラスチョップドストランドマットに係る発明に使用されている結合剤は、石油系の原料から合成された不飽和ポリエステル樹脂やポリ酢酸ビニル樹脂などであり、これらの樹脂をガラスチョップドストランドマットの結合剤として使用する場合には、使用済みのこれらの部材を燃焼焼却する際に多量の炭酸ガスが発生するため、地球温暖化の原因の一つとされている炭酸ガス削減効果が得られないという問題がある。また化石原料の将来的な枯渇を憂慮し、その使用量をなるべく抑制するという背景からも、それに替わるものが求められ続けている。このような状況の下、近年自動車産業では、製造される様々な自動車に搭載される各種の構造部品を全て見直して、いわゆる地球環境に優しいと一般に認識される構造部品を採用する動きが急速に拡がってきている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ＧＦＲＰ成形品となった後に必要とされる優れた剛性を確保することが可能であり、しかもマットロールからガラスチョップドストランドマットを引き出した際に、ガラスチョップドストランドマットが部分的に損傷する問題を防止することができ、さらに構造部材として使用された後の環境問題にも十分に対応することのできるガラスチョップドストランドマットと、その製造方法及びそのマットを使用する自動車成形天井材を提供することを課題とする。

本発明のガラスチョップドストランドマットは、シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤がポリ乳酸樹脂を含むものであることを特徴とする。

ここでシート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤がポリ乳酸樹脂を含むものであるとは、次のようなものである。すなわち、平板状に堆積された所定長のガラスチョップドストランドをそれぞれ互いに結合された状態とするために使用される結合剤として、トウモロコシ、ビート、イモ類あるいはサトウキビ等の植物から取り出された澱粉を発酵することで得られる乳酸をモノマーとして重合させて合成された生分解性を有するポリ乳酸（ＰＬＡ：ｐｏｌｙｌａｃｔｉｃａｃｉｄ又はｐｌｙｌａｃｔｉｄｅ、ポリラクチドとも呼ぶ）樹脂を主要成分として含有するものであることを意味している。

本発明者は、ガラスチョップドストランドマットに求められる多様で、しかも高い要求性能を逐一満足させることができるガラスチョップドストランドマットを探求する中で、ガラスチョップドストランドマットに使用する結合剤を選択する様々な評価を行った。植物由来原料を使用した結合剤について検討した結果、生分解性を有するポリ乳酸樹脂に注目し、ポリ乳酸樹脂を結合剤として使用することで従来から使用されている不飽和ポリエステル樹脂と遜色ない性能を発揮することができ、さらにそのポリ乳酸樹脂の性能を特定範囲内に限定することによって一層高い性能を得ることができることを見いだし、ここに提示するものである。

本発明では、結合剤に含有されるポリ乳酸樹脂の含有量は特に限定するものではなく、また他の添加成分を含有することを妨げるものではないが、ポリ乳酸樹脂の性能を充分に発揮させるためには、ポリ乳酸樹脂以外の成分は不飽和ポリエステル樹脂とすることが好ましい。そして好ましくはポリ乳酸樹脂と不飽和ポリエステル樹脂とが、結合剤の総質量に対して５割以上となっていれば、ガラスチョップドストランド同士の結合力を高め、しかも高い剛性を実現することができるので好ましい。

本発明のガラスチョップドストランドマットでは、ガラスチョップドストランドをシート状になるように堆積させる方法や、結合剤を使用してガラスチョップドストランドを互いに結合した状態にする方法については、どのような方法を採用しても本発明の所望の性能を実現することができるのであればよい。

また本発明のガラスチョップドストランドマットは、上述に加え結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−３（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであることを特徴とする。

ここで、結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであるとは次のようなものである。すなわち、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を互いに結合させるために使用される結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂の熱的性能として、１９９９年発行の日本工業規格ＪＩＳＫ７２０６「プラスチック−熱可塑性プラスチック−ビカット軟化温度（ＶＳＴ）試験方法」によって計測したビカット軟化温度の計測値が４０℃から６０℃の範囲内にあり、しかも１９９６年発行の日本工業規格ＪＩＳＫ７１９１−１「プラスチック−荷重たわみ温度の試験方法−第１部・通則」によって計測した荷重たわみ温度が４０℃から６０℃の範囲内にあって、さらに校正された示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用することによって、計測された吸発熱量を縦軸に温度を横軸に示すグラフ上にプロットアウトされた曲線上に融点と解釈することが可能な吸熱ピークを検出することができないという３つの条件を併せ持つことを意味している。

ＪＩＳＫ７２０６（１９９９）従うビカット軟化温度については、試験荷重１０Ｎで昇温速度５０℃／分の条件にて、針状圧子が試験片の表面から１ｍｍ侵入した時の伝熱媒体の温度を計測することによって決定することができるものである。

ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度については、１２０℃／時の加熱速度で加熱を行った時に試験片のたわみがＪＩＳＫ７１９１−２〜７１９１−３の標準たわみに達した時の温度を計測することによって決定されるものである。

結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないというのは、具体的に、次のような諸条件により計測を行うことによって検証することができる。すなわち示差走査熱量計の計測では、対照物質としては空のサンプルパンとし、被測定試料の量は５ｍｇで、窒素雰囲気条件で２００℃まで２０℃／分の条件で昇温し、計測された結果については、発熱あるいは吸熱量が縦軸、温度が横軸となるグラフ上に連続してプロットしたものとし、このプロット曲線の凹凸状態を目視観察し、そこに融点と解釈することのできる吸熱ピークが認められないか、あるいは困難な状態であることを意味している。結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、示差走査熱量計による計測で、融点が検出されないとは、このポリ乳酸樹脂の結晶化速度が非常に遅いために、この測定では検出困難であるか、あるいは非晶質であるほうがより安定性が高いためであると推測される。

本発明者は、結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂の融点が検出されない点について以下のように考えている。すなわち上記のような条件、すなわち窒素雰囲気条件で２００℃まで２０℃／分の加熱速度で加熱する間に融点が検出されないという条件を満足するのであれば、ガラスチョップドストランドマットを形成する際に結合剤が結晶化して樹脂が流動し難くなることがないので、複数のガラスチョップストランドが折り重なって形成される狭い間隙であっても結合剤がその間隙に円滑に流れ込み易く、シート状に堆積したガラスチョップドストランド同士を互いに強固に結合することができ、そのため堆積したガラスチョップドストランドの隅々まで均質に滲み込んだ状態となって均質な安定した強度を実現できる。これに対して、結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂の融点が上記の条件で検出される場合には、ガラスチョップドストランドの狭い間隙に樹脂が容易に流れ込むのが阻害されやすく、うまく結合されないガラスチョップドストランドが残留することになるのでガラスチョップドストランドマットの強度を安定した高い状態にすることができず、本発明には該当しないものとなる。

以上の点から、本発明のガラスチョップドストランドマットは、結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−３（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであれば、ガラスチョップドストランドマットは十分に強固な構造を有する状態となり、高い引張強さを示すものとなるので好ましい。

また本発明のガラスチョップドストランドマットは、上述に加え結合剤の付着量が６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるならば、ガラス繊維の紡糸からガラスチョップドストランドマットとする工程、さらにその使用時に至るまでのそれぞれの工程で、優れた性能を発揮するものである。

本発明で結合剤の付着量が６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるガラスチョップドストランドマットとは、ガラスチョップドストランドマットの結合剤の付着量が、ＪＩＳＲ３４２０（２００６）に記載された強熱減量の測定方法によって計測したチョップドストランドマットの強熱減量値からチョップドストランドマットの製造に使用したガラスケーキの強熱減量値を差し引くことによって６質量％から２５質量％の範囲内の値となり、かつそのチョップドストランドの長さ寸法が１０００ｍに相当するガラスストランドの質量を表す平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲内にあって、単位面積当たりのガラスチョップドストランドの質量に相当する目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるガラスチョップドストランドマットであることを表している。

結合剤の付着量が６質量％から２５質量％の範囲である点については、結合剤の付着量が６質量％未満では、ガラスチョップドストランドに十分な量の結合剤が付着していない状態になるため、ガラスチョップドストランドマットが十分な引張強さを有するものとならない。ガラスチョップドストランドマットが、十分な引っ張り強さでないと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、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を塗布するために、マットロールからマットを引き出す際や天井材を成形するために表皮（自動車の室内側）、ガラスチョップドストランドマット、発泡樹脂シート、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）の順に重ねるため、接着剤が塗布されたチョップドストランドマットにより形成されたマットロールからマットを順次引き出す際にチョップドストランドマットの目付けムラにより目付けが薄い部分からマットが断裂する、すなわち、ちぎれるといった問題が生じる場合があるため好ましくない。一方、結合剤の付着量が２５質量％を越える値になると、チョップドストランドマットの目付けムラで目付けが厚くなった部分が硬くなり、硬くなった部分が、シェードなどの深絞りを要するコーナー部の施工に使用される場合には、プレス時にチョップドストランドマットが十分に伸びず、ひけと呼ばれる表皮上のしわが生じ、外観上の欠陥となるので好ましくない。

また、ガラスチョップドストランドマットを構成するガラスチョップドストランドの平均ストランド番手が１０ｔｅｘより小さいガラスストランドを製造するためには、ストランド１本当たりのガラスフィラメントの集束本数を少なくする必要がある。このようなガラスストランドを製造する場合には、紡糸時に使用するブッシングのホール数を少なくするか、より多くのストランドに分糸することになる。ブッシングのホール数を少なくすると、１ブッシング当たりのガラス繊維の生産量が低下し、材料コストの上昇につながる。また、分糸数を増加すると紡糸時にストランドが切断されやすくなり、これも材料コストの上昇に繋がることになる。またストランド番手が小さくなるとストランドが軟らかくなりすぎ、自動車成形天井材に必要な剛性が得られなくなるという問題も生じる。一方、ガラスチョップドストランドマットの平均ストランド番手が３０ｔｅｘより大きくなると、ストランドの巾が広くなり、ストランドが硬くなって自動車成形天井の表皮にガラス目が発生する場合があるため好ましくない。本発明のガラスチョップドストランドマットを構成するガラスチョップドストランドの平均ストランド番手としては、１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲内にあれば、生産時及びマットの利用時に様々な問題が発生することがないので好ましい。

また、ガラスチョップドストランドマットの目付は単位面積当たりのガラスチョップドストランドの質量を表すものであるが、目付が５０ｇ／ｍ²より小さいとガラスチョップドストランドマットのストランド分布が不均一な状態と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操作を行う時にその途中でマットが破断する虞が多くなり、それを避けようとするとマットを解除する作業性が大幅に低下するという問題が生じる。一方で目付が２５０ｇ／ｍ²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させるという目的の達成が危ぶまれることになる。本発明のガラスチョップドストランドマットの目付としては、５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるならば、ガラスチョップドストランドの分布を均等な状態に維持しつつ、しかも自動車成形天井材のような軽量化を課題とする用途にも適用できるマットとすることができる。

本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法は、ガラスチョップドストランドをシート状に堆積してシート状堆積物を形成し、該シート状堆積物上に上記本発明のガラスチョップドストランドマットに用いる結合剤を散布し、散布後の結合剤を加熱熔融させた後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合することにより、上記の本発明のガラスチョップドストランドマットを製造するガラスチョップドストランドマットの製造方法であるため、これまでに蓄積された数多くの製造設備に関連する技術を生かすことができ、高い品位の本発明のガラスチョップドストランドマットを効率よく製造することができる。

ガラスチョップドストランドをシート状に堆積してシート状堆積物を形成する方法については、ガラスチョップドストランドを切断した直後にシート状に堆積してもよく、また一旦保管後にシート状に堆積してもよい。またシート状堆積物上に結合剤を散布する場合には、シートをベルトコンベア上に形成した後に、そこに結合剤を散布する方法であってもよく、またシートを形成しつつ、散布も同時に行うものであってもよい。散布後の結合剤加熱熔融させた後の固化についても、強制的にプレス成形して冷却固化しても、放冷固化するものであってもよい。

また本発明で、上記のガラスチョップドストランドマットを製造するというのは、所定材質となるように調整した溶融ガラスをブッシングから引き出して紡糸してガラス長繊維のストランドとし、得られた所定のストランド番手を有するガラスストランドを所定長に切断してガラスチョップドストランドとした後、上述した結合剤を使用してガラスチョップドストランドを互いに結合させてガラスチョップドストランドマットとすることを意味している。

本発明に係るガラスチョップドストランドを互いに結合させるための結合剤に含有させるポリ乳酸樹脂としては、どのような形態のものであってもよく、上述したようにどのような散布方法を採用するものであってもよい。すなわちその形態としては、粉末に限定されず、顆粒状、繊維状、シート状あるいはフィルム状等の種々の形態が可能である。また結合剤の散布状態を調整する具体的な方法としては、マットの上方より所定量の結合剤を供給ノズル等から流量を調整して供給するものが一般的である。いずれにせよ任意の散布方法を採用することによって、最終的な含有量のばらつきを解消することができるものであればよい。また、ポリ乳酸樹脂とポリ乳酸樹脂以外の樹脂を併用する方法は、両者を混合した後塗布してもよいし、あるいは両者を別々に塗布してもよい。

本発明の自動車成形天井材は、上記のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートのすくなくとも片側に接着されてなることを特徴とする。

ここで、上記のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートのすくなくとも片側に接着されてなるとは、本発明の成形材を実現するには自動車成形天井材を構成する発泡樹脂シートの少なくとも一方の表面について、本発明のガラスチョップドストランドマットすなわち、結合剤にポリ乳酸樹脂を含有するものを使用していることを特徴とするガラスチョップドストランドマット、好ましくは、結合剤のポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであり、さらに好ましくは強熱減量が６質量％から２５質量％の範囲内にあり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるガラスチョップドストランドマットが、接着された構成とすることを表している。発泡樹脂シートの一方の表面のみに採用する場合、他方の面に他の被覆材を使用するかどうかについては、特に限定するものではない。

また、本発明の自動車成形天井材は、発泡樹脂シートの片側のみに限らず、当然ではあるが、その両表面について上記の結合剤を付着した本発明のガラスチョップドストランドマットが接着された構成とするものであってもよい。また本発明は、天井材とは限らず天井以外の他の自動車用構造部材として使用することもできる。

本発明の自動車成形天井材を成形する際には、ガラスチョップドストランドマットと発泡樹脂シートとの接着には公知の接着方法を採用することができ、フェノール、メラミン、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を単独あるいは複数併用してガラスチョップドストランドマットに含浸させて使用することができる。

（１）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、シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤がポリ乳酸樹脂を含むものであるため、ＧＦＲＰ成形品が成形された後に必要となる高い剛性を確保することができ、マットロールからマットを引き出した際に、マットの部分的な損傷を防止することができ、さらにマット使用後に焼却する場合であっても、炭酸ガスの排出削減効果が得られるものである。

（２）また本発明のガラスチョップドストランドマットは、結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであるならば、チョップドストランドマットを製造するためにシート状に堆積したガラスチョップドストランドに散布した結合剤を加熱して溶融させた時に、結合剤の流動性が良く、複数のガラスチョップドストランド間の狭い間隙にまで流れ込み、隅々まで均質に滲み込んだ状態となるので、十分な接着強度を得ることができ、マット全体について強度分布のない均質な強度を実現できるものである。

（３）さらに本発明のガラスチョップドストランドマットは、結合剤の付着量が６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあれば、深絞り成形や様々な複雑な形状を有する自動車成形天井材の構成部材として利用することができ、汎用性が高く軽量な構成材料であって、優れた性能を安価に実現することができるものである。

（４）また本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法は、ガラスチョップドストランドをシート状に堆積してシート状堆積物を形成し、該シート状堆積物上に上記本発明のガラスチョップドストランドマットに用いる結合剤を散布し、散布後の結合剤を加熱熔融させた後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合することにより、上記本発明のガラスチョップドストランドマットを製造するものであるため、効率のよいガラスチョップドストランドマットの成形が可能であって、製造時に問題となる様々な欠陥を抑止した高い品位を有するガラスチョップドストランドマットを迅速かつ効率的に成形することが可能なものである。

（５）本発明の自動車成形天井材は、上記本発明のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートのすくなくとも片側に接着されてなるものであるため、多種多様なデザインが要求される各種の自動車成形天井材に容易に適用することができ、複雑な形状を有する天井材の場合であってもひけ等の欠陥が生じにくいものである。

以下、実施例に基づき、本発明のガラスチョップドストランドマットと、その製造方法、及び本発明のガラスチョップドストランドを使用した自動車用天井材について詳細に説明する。なお、図１は、本発明のガラスチョップドストランドマット１の部分斜視図で、図２は本発明のガラスチョップドストランドマット２の製造工程を示す説明図である。図２では、１９は、ガラスチョップドストランドマット（あるいはマットロール）、５は、ストランドを巻き取ったガラスケーキ、１０はガラスストランド、１０ａはガラスチョップドストランド、１０ｂはシート状堆積物、１１はチャンバー、１２は切断装置、１２ａはカッターローラー、１２ｂはゴムローラー、１３は第一搬送コンベア、１４は第二搬送コンベア、１５は散布機、１６は第三搬送コンベア、１７は加熱炉、１８は水冷ロール、１９はマットロール、２０は巻き取り機、Ｐは結合剤である。また下記の数１では、Ｌはガラスチョップドストランドの平均長さ、Ｗはガラスチョップドストランドの５０本の総質量をそれぞれ表している。

本発明のガラスチョップドストランドマットの一例は、図１に概略の斜視図を示すようなものであり、これは自動車成形天井材用途としてガラス長繊維より切断されて製造されている。このガラスチョップドストランドマット１は、そのガラス材質が、Ｅガラスよりなるものであり、ストランド番手が２０ｔｅｘで、マット目付が１０７ｇ／ｃｍ²であって、結合剤としてポリ乳酸樹脂を１１質量％の付着量となるように散布、熔融固化することでシート状に堆積したガラスチョップドストランド同士を結合させたものである。ここで使用したポリ乳酸樹脂は、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度が５８℃、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度が５５℃であり、ビカット軟化温度と荷重たわみ温度のいずれもが４０から６０℃の範囲にある。そしてこのポリ乳酸樹脂は、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を使用し、窒素雰囲気の不活性ガス雰囲気条件の下で２００℃まで２０℃／分の条件で昇温していき、計測された発熱あるいは吸熱量の測定値を縦軸、温度を横軸とするグラフ上にプロットし、こうして得られた曲線の凹凸状態を観察すると、そこに融点と解釈することのできる吸熱ピークが認められないものである。

次いで、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と、それによって得られる本発明の他のガラスチョップドストランドマットについて説明する。製造工程については、その主要箇所について、図２を参照しながら説明する。

まず、Ｅガラス材質の熔融ガラスが、１２００本のノズルを有する白金製ブッシングから引き出されて直径が１１．６μｍのガラスフィラメントとしてガラス繊維が成形される。この際、固形分５０質量％のポリ酢酸ビニルエマルジョンが６質量％、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが０．３質量％、第４級アンモニウム塩が０．５質量％、イオン交換水が９３．２質量％となるように調整した集束剤を、付着量が０．４質量％となるように、成形されたガラスフィラメントの表面に塗布する。こうして得られたガラスストランドは、カーボン製のシューによって１８分糸されて巻き取られ、図２に示すようなガラスケーキ５となる。その後このガラスケーキ５は、所定時間乾燥され、集束剤はガラスフィラメントの表面上に定着される。

次いで図２に示すように、この乾燥工程を終了したガラスケーキ５の内層からガラスストランド１０を連続的に解舒し、複数のカッターが配設された切断装置１２に送り込み、長さ５０ｍｍのチョップドストランド１０ａに切断する。この際、１８分糸されて巻き取られていた１２００本のガラスフィラメントからなるストランド１０は、１８本に分割された状態のチョップドストランド１０ａになる。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ガラスストランド１０は連続的に切断される。この切断装置１２は、チャンバー１１の天井部分に取り付けられており、５０ｍｍの寸法に切断されたチョップドストランド１０ａは、チャンバー１１の底部に配設された第一搬送コンベア１３上に落下することになる。

そして長さ５０ｍｍの寸法に切断されたガラスチョップドストランド１０ａは、第一搬送コンベア１３の上で均一になるように分散され、シート状に堆積された状態のシート状堆積物１０ｂとなった後に第一搬送コンベア１３によってチャンバー１１の外へと搬送される。次いでシート状堆積物１０ｂは次の第２の搬送コンベア１４上に搬送され、第二搬送コンベア１４上で移動するシート状堆積物１０ｂのガラスチョップドストランド１０ａの上に、散布機１５によって、ビカット軟化温度が５５℃、荷重たわみ温度が５２℃、示差走査熱量計（ＤＣＳ）による測定で融点が検出されないポリ乳酸樹脂をチョップドストランド１０ａの結合剤として付着量が例えば１２質量％となるように均一状態に調整して散布される。ビカット軟化温度、荷重たわみ温度、ＤＣＳ測定については前記したと同様の計測方法によるものである。

そしてベルトコンベア１４上に均一に分散されたガラスチョップドストランド１０ａと散布された結合剤Ｐとが互いに分散された状態が維持されたままで第二搬送コンベア１４から第三搬送コンベア１６へと搬送される。第三搬送コンベア１６の途中には、加熱炉１７が配置されており、粉末状の結合剤Ｐが散布されたガラスチョップドストランド１０ａのシート状堆積物１０ｂ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、散布された粉末状の結合剤Ｐが加熱されて軟化し、ガラスチョップドストランド１０ａの表面上で溶融状態となる。次いでこの軟化した結合剤Ｐが付着しているシート状堆積物１０ｂを、加熱炉１７の外部に移動させ、水冷ロール１８の間を通して冷却、プレスを行う。これにより溶融していた結合剤Ｐが固化されて、その後巻き取り機２０によって巻き取られて最終的に目付が１０７ｇ／ｍ²のガラスチョップドストランドマット２を巻き取ったマットロール１９が得られる。

こうして得られたガラスチョップドストランドマット２を使用して製造される自動車天井材についてその性能を調べる調査を行った。以下でその内容を説明する。

まず表１に示すように、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．５の計５種類の試料を作製した。すなわち表１のストランド番手となるＥガラス材質の所定の寸法を有し、所定のマット目付となるように調整したガラスチョップドストランドマット２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）、ガラスチョップドストランドマット２、発泡ポリウレタンシート、別のガラスチョップドストランドマット２及び保護シート（自動車の天井側）の順に重ね合わせてゆく。次いで、この積層物をその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、その状態でプレス成形を行う。最後に所定の形状にすると同時にその周囲をトリミングして整えた。

なお、ガラスチョップドストランドマット２中のストランド番手（ｔｅｘ）の測定は、チョップドストランドマット２を６２０℃で３０分間焼却した後、チョップドストランドマット１９を構成するストランド５０本を抜き取り、その平均長さＬ（ｍｍ）を測定した後、感量が０．１ｍｇ以下の秤を用いて５０本の総質量Ｗ（ｇ）を測定し、数１に示した式により算出することができる。この式は、ストランド長１０００ｍの重量を表すため、単位をｍｍ（ミリメートル）からｍ（メートル）に換算するものとなっている。

以上の手順によって作成された表１の各試料についての評価方法を以下詳細に示す。

ガラスチョップドストランドマットについては、ガラスチョップドストランドマットの結合剤の付着量について、ＪＩＳＲ３４２０（２００６）「ガラス繊維一般試験方法の７．３水分率及び強熱減量」に記載の方法によって計測したガラスチョップドストランドマットの強熱減量からガラスチョップドストランドの製造に使用したケーキの強熱減量を差し引くことにより求めた。引張強さについては、ＪＩＳＲ３４２０（２００６）「ガラス繊維一般試験方法の７．４引張強さ」に記載の方法で測定した。

またポリ乳酸樹脂については、前記したようにポリ乳酸樹脂のビカット軟化温度について、ＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に記載された方法によって、荷重たわみ温度について、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に記載された方法によって計測した。また示差走査熱量計測定は株式会社リガク製の示差走査熱量計ＴｈｅｒｍｏＰｌｕｓ２／ＤＳＣ８２３０を使用して上述した条件、すなわち示差走査熱量計の計測では、対照物質としては空のサンプルパンとし、被測定試料の量は５ｍｇで、窒素雰囲気条件で２００℃まで２０℃／分の条件で昇温するという条件に従い測定した。

また自動車成形天井材についての評価は、熟練者が１０枚の自動車成形天井材について、その表皮側にひけの発生した数量を目視観察によって検査を行った結果を表１に表す。

表１からも明らかなように実施例である試料Ｎｏ．１は、ストランド番手が２０ｔｅｘでマット目付が１０７ｇ／ｃｍ²、結合剤として本発明のポリ乳酸樹脂を使用し、その付着量が１２％の試料であるが、引張強さが１５０Ｎと十分あり、マットロールからガラスチョップドストランドマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、自動車成形天井材のひけによる不良は０枚であった。

また、試料Ｎｏ．２は、ストランド番手が１８ｔｅｘでマット目付が１３５ｇ／ｃｍ²、結合剤としては試料Ｎｏ．１と同じポリ乳酸樹脂を使用し、その付着量が１０％の試料であるが、引張強さが２２０Ｎと強く、マットロールからガラスチョップドストランドマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、天井材のひけによる不良は０枚であった。

さらに試料Ｎｏ．３から試料Ｎｏ．５の試料については、それぞれ試料Ｎｏ．３が、ストランド番手が２０ｔｅｘでマット目付が１０７ｇ／ｃｍ²、引張強さが１７０Ｎ、結合剤の付着量が１４％の試料、試料Ｎｏ．４が、ストランド番手が２２ｔｅｘでマット目付が１０５ｇ／ｃｍ²、引張強さが１８０Ｎ、結合剤の付着量が１７％の試料、試料Ｎｏ．５が、ストランド番手が１９ｔｅｘでマット目付が１００ｇ／ｃｍ²、引張強さが２００Ｎ、結合剤の付着量が２０％の試料であるが、何れもひけによる不良はすべて０枚であり、１５０Ｎ以上の十分な引張強さを有しているため、マットロールからガラスチョップドストランドマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、均質でしかも高い強度を有するものであった。

以上のように、本発明の軽量、高強度のガラスチョップドストランドマットとこのマットを採用した高剛性を有する自動車成形天井材は、結合剤が植物由来のポリ乳酸樹脂を含むものであるため、従来の石油系結合剤を用いたマットにはない炭酸ガスの排出抑制効果があり、天井材の外観品位についてもひけ不良の発生することのない優れた品位を有するものであることが明瞭になった。

本発明のガラスチョップドストランドマットは、その用途としてガラスチョップドストランドマットを使用して成形される自動車成形天井材として好適なものであるが、他にも電子工業等の各種精密ハウジング構成体や建築用材料、工業用途の各種構成部材等、種々の利用が可能であって、他の部材等と併用することによって所望の機能を実現することができるものである。

本発明のガラスチョップドストランドマットの部分斜視図。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。

符号の説明

１、２ガラスチョップドストランドマット
５ガラスケーキ
１０ガラスストランド
１０ａガラスチョップドストランド
１０ｂシート状堆積物
１１チャンバー
１２切断装置
１２ａカッターローラー
１２ｂゴムローラー
１３第一搬送コンベア
１４第二搬送コンベア
１５散布機
１６第三搬送コンベア
１７加熱炉
１８水冷ロール
１９マットロール
２０巻き取り機
Ｐ結合剤
Ｌガラスチョップドストランドの平均長さ
Ｗ５０本のガラスチョップドストランドの総質量

Claims

シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、
前記結合剤がポリ乳酸樹脂を含むものであることを特徴とするガラスチョップドストランドマット。
結合剤に含まれるポリ乳酸樹脂が、その熱特性としてＪＩＳＫ７２０６（１９９９）に従うビカット軟化温度と、ＪＩＳＫ７１９１−１（１９９６）に従う荷重たわみ温度とが、いずれも４０から６０℃の範囲にあり、示差走査熱量計による測定で融点を示す吸熱ピークが検出されないものであることを特徴とする請求項１に記載のガラスチョップドストランドマット。
結合剤の付着量が６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスチョップドストランドマット。
ガラスチョップドストランドをシート状に堆積してシート状堆積物を形成し、該シート状堆積物上に請求項１又は請求項２に記載の結合剤を散布し、散布後の結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合することにより、請求項１から請求項３の何れかに記載のガラスチョップドストランドマットを製造することを特徴とするガラスチョップドストランドマットの製造方法。
請求項１から請求項３の何れかに記載のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートのすくなくとも片側に接着されてなることを特徴とする自動車成形天井材。