JP2008519174A - 天然繊維を含む複合熱可塑性シート - Google Patents

Abstract

少なくとも１つの熱可塑性材料および多孔質コアの全重量の約２０重量パーセント〜約８０重量パーセントの天然繊維を含む多孔質コアを含むある例示としての実施形態の複合シート材。天然繊維は、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は多孔性の繊維強化熱可塑性ポリマー・シートに関し、特に、天然繊維を含む多孔性の繊維強化熱可塑性ポリマー・シートに関する。

特許文献１及び特許文献２には、多孔性の繊維強化熱可塑性シートが記載されているが、繊維強化熱可塑性シートは容易に物品に成形することができるために、製品製造業界で多数の種々の用途に使用されている。繊維強化熱可塑性シートから物品をうまく形成するために、例えば、熱スタンピング、圧縮成形、熱成形のような周知の技術が使用されてきた。
米国特許第４，９７８，４８９号 米国特許第４，６７０，３３１号

多孔性繊維強化熱可塑性シートは、場合によっては、自動車や大量輸送車両あるいは商業ビルや民間のビルを含むビル内で使用するための装飾用内装パネルに形成される。これらの化粧パネルはその寿命が来たときに焼却しようとしても焼却することができない。それはガラス繊維強化材を含んでいるからである。

ある態様においては、本発明は複合シート材を提供する。この複合シート材は、熱可塑性樹脂により一緒に結合されている不連続な天然繊維を含む浸透性コアを含む。この浸透性コアは、約０．１ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、表面領域を含む。

他の態様においては、本発明は多孔質コアを含む複合シート材を提供する。この多孔質コアは、少なくとも１つの熱可塑性材料および多孔質コアの全重量の約２０重量パーセント〜約８０重量パーセントの天然繊維を含む。この天然繊維は、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む。

他の態様においては、本発明は多孔性の天然繊維強化熱可塑性シートを製造するための方法を提供する。この方法は、分散混合物を形成するために、攪拌した水性泡に平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの天然繊維と熱可塑性樹脂粉末粒子を添加するステップと、天然繊維および熱可塑性樹脂の粒子の分散混合物をワイヤメッシュ上に置くステップと、ウェブを形成するために水を排出するステップと、ウェブを熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より高い温度に加熱するステップと、複合シートの容積の約１パーセント〜約９５パーセントの隙間を有する多孔性の熱可塑性複合シートを形成するために、ウェブを所定の厚さに圧縮するステップとを含む。

強化材として天然繊維を含む多孔性複合熱可塑性シートについて、以下に詳細に説明する。天然繊維は、水性泡において分散性が高く排水特性が優れている種々のものから選択される。天然繊維強化材は、例えば、ガラス繊維強化材を有する複合シートと比較した場合、寿命が来たときの燃焼の際に有害物質を出さないし、リサイクルすることができるという環境上の利点を有する。天然繊維強化材を使用すれば、ガラス繊維よりも重量を軽くすることもできる。

図面を参照すると、図１は、第１の面１４および第２の面１６を有する多孔質コア１２を含む例示としての複合熱可塑性シート１０の概略断面図である。装飾表皮１８が第１の面１４に接着される。他の実施形態の場合には、表皮および／またはバリヤ層が第２の面１６に接着される。

コア１２は、１つまたは複数の熱可塑性樹脂により、少なくとも一部を、一緒に保持されている強化天然繊維上をランダムに横切ることにより形成された連続気泡構造（ｏｐｅｎ ｃｅｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）からできているウェブから形成される。この場合、多孔質コア１２の空隙含有量は、一般に、コア１２の全容積の約１％〜約９５％の範囲であり、特に約３０％〜約８０％の範囲である。他の実施形態の場合には、多孔質コア１２は、１つまたは複数の熱可塑性樹脂により、少なくとも一部を、一緒に保持されている強化繊維上をランダムに横切ることにより形成された連続気泡構造からできている。この場合、セル構造の約４０％〜約１００％は開いていて、空気および気体が通り抜けることができる。一実施形態の場合には、コア１２は、約０．１ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、他の実施形態の場合には、約０．３ｇｍ／ｃｃ〜約１．０ｇｍ／ｃｃの密度を有する。コア１２は、例えば、湿式堆積（ｗｅｔ ｌａｉｄ）工程、エアレイド工程、ドライブレンド工程、カーディングおよびニードル工程、および不織製品を製造するために使用される他の周知の工程のような周知の製造工程により形成される。このような製造工程の組合せも使用することができる。

コア１２は、平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの約２０重量％〜約８０重量％の天然繊維と、約２０重量％〜約８０重量％の完全にまたは実質的に硬化していない繊維状のまたは微粒子状の熱可塑性材料を含む。この場合、重量百分率はコア１２の全重量をベースにしている。他の実施形態の場合には、コア１２は、約３０重量％〜約５５重量％の天然繊維を含む。他の実施形態の場合には、コア１２は、平均長さが約５ｍｍ〜約２５ｍｍの天然繊維を含む。適当な天然繊維としては、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、コイア繊維、およびこれらの混合物等があるが、これらに限定されない。

例示としての実施形態の場合には、平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの天然繊維が、例えば、ポリプロピレン粉末のような熱可塑性粉末粒子と一緒に、界面活性剤を含むことができる攪拌した水性泡に加えられる。水性泡内で天然繊維および熱可塑性粉末の分散混合物を形成するために、十分長い時間これらの成分が攪拌される。次に、分散混合物は、例えば、ワイヤメッシュのような任意の適当な支持構造上に置かれ、次にウェブを形成しているワイヤメッシュを通して水が排出される。ウェブは乾燥され、熱可塑性粉末の軟化温度より高い温度に加熱される。次に、ウェブは冷却され、約１％〜約９５％の空隙含有量を有する複合熱シートを形成するために所定の厚さに圧縮される。他の実施形態の場合には、水性泡も結合材（ｂｉｎｄｅｒ ｍａｔｅｒｉａｌ）を含む。

ウェブは、コア１２上の熱可塑性樹脂の軟化温度以上の温度に加熱され、それによりプラスチック材料は実質的に軟化し、例えば、カレンダー・ロール、ダブルベルト・ラミネータ、位置合わせプレス（ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｐｒｅｓｓ）、多段プレス機、オートクレーブのような１つまたは複数の強化デバイス、およびシートおよび布帛の積層および強化のために使用する他のこのようなデバイスを通過し、それによりプラスチック材料は流動することができ、繊維にしみ込むことができる。強化デバイス内の強化要素間のギャップは、強化していないウェブの寸法よりは小さく、完全に強化した場合には、ウェブの寸法よりは大きく設定され、そのためウェブは延びることができ、ローラを通過した後でも実質的に浸透性を維持する。一実施形態の場合には、ギャップは、完全に強化する場合には、ウェブの寸法より約５％〜約１０％大きい寸法に設定される。完全に強化したウェブという用語は、完全に圧縮され、ほとんど空隙を含まないウェブを意味する。完全に強化されたウェブの空隙含有量は５％未満であり、無視できる連続気泡構造を有する。

他の実施形態の場合には、コア１２は、また、剛性を強化し、ロフティングを改善するために最大約１０％の無機繊維を含む。この無機繊維は、例えば、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、鉱物繊維、バサルト繊維、無機繊維、アラミド繊維、およびこれらの混合物を含むことができる。

微粒子プラスチック材料は、製造中にウェブ構造の結合力を強化するために内蔵させることができる短めのプラスチック繊維を含む。接着は、ウェブ構造内のプラスチック材料の熱特性を使用することにより行われる。その表面のところで、隣接する粒子および繊維に熱可塑性成分を溶融させるために、ウェブ構造は十分加熱される。

一実施形態の場合には、個々の強化繊維は平均して約５ｍｍより短くてはいけない。何故なら、これより繊維が短いと、一般的に、最終成形物品を適切に補強できないからである。また、繊維は平均して約５０ｍｍより長くてはいけない。何故なら、このように長い繊維は、製造工程中の取り扱いが難しくなるからである。

一実施形態の場合には、構造を強化するために、天然繊維は、約７〜約２２ミクロンの平均直径を有する。約７ミクロンより短い直径の繊維は、容易に空気中に浮遊し、環境上の健康および安全に関する問題を引き起こす恐れがある。約２２ミクロンより大きな直径の繊維は、製造工程中の取り扱いが難しくなり、成形後、プラスチック・マトリックスを効率的に補強しない。

一実施形態の場合には、熱可塑性材料の少なくとも一部は、微粒子の形をしている。適当な熱可塑性樹脂としては、ポリメチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンを含むポリオレフィン；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、およびポリプロピレンテレフタレートを含むポリエステル；ポリブチレンテラクロレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒａｃｈｌｏｒａｔｅ）；およびポリ塩化ビニル（可塑化および非可塑化両方）；ポリメチル・メタクリレートを含むアクリル樹脂；およびこれらの材料相互の混合物；または他の高分子材料があるがこれらに限定されない。他の適当な熱可塑性樹脂としては、ポリアリレン・エーテル、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、非晶質ナイロンならびに合金、およびこれらの材料相互の混合物、または他の高分子材料があるが、これらに限定されない。水に化学的に侵されない、また化学的または熱的に分解しないでも溶融および／または成形することができるように、熱により十分軟化することができる任意の熱可塑性樹脂を使用することができることが予想される。

熱可塑性の粒子は、それほど細かくなくてもよいが、約１．５ｍｍより大きい粒子は、等質の構造を形成するための成形工程中十分な流動性を持たないので望ましくない。もっと大きな粒子を使用した場合には、硬化した場合、材料の曲げ係数が小さくなる恐れがある。

上記の強化材として天然繊維を含む多孔性複合熱可塑性シートは、ビルのインフラストラクチャ、自動車のヘッドライナ、ドア・モジュール、側壁パネル、天井パネル、貨物輸送船、オフィス用パーティション、および現在ポリウレタンフォーム、ポリエステル繊維充填多層複合体、および熱可塑性シートでできている他のこのような用途に使用することができるが、用途はこれらに限定されない。強化材として天然繊維を含む多孔性複合熱可塑性シートは、例えば、圧力成形、熱成形、熱スタンピング、真空成形、圧縮成形およびオートクレーブ処理のような当業者であれば周知の方法により種々の製品に成形することができる。天然繊維強化材は、例えば、ガラス繊維強化材を有する複合シートと比較した場合、寿命が来たときに燃焼の際に有害物質を出さないし、リサイクルすることができるという環境上の利点を有する。天然繊維強化材を使用すれば、ガラス繊維よりも重量を軽くすることができる。

種々の特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者であれば本発明の精神および範囲から逸脱することなしに本発明を修正することができることを理解することができるだろう。

本発明のある実施形態による複合プラスチック・シートの断面図である。

Claims (26)

1. 熱可塑性樹脂により一緒に結合している不連続な天然繊維を含む浸透性コアを含み、前記浸透性コアが、約０．１ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、前記浸透性コアが表面領域を含む複合シート材。
2. 前記天然繊維が、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の複合シート。
3. 前記浸透性コアが、前記浸透性コアの全容積の約１パーセント〜約９５パーセントの空隙含有量を含む連続気泡構造を有する、請求項１に記載の複合シート材。
4. 前記浸透性コアが、ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、ポリエステル、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、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、およびこれらの混合物からなるグループから選択した熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の複合シート材。
5. 前記コアが、約２０〜約８０重量パーセントの前記天然繊維、および約２０〜約８０重量パーセントの前記熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の複合シート材。
6. 前記コアが、約３５〜約５５重量パーセントの前記天然繊維と、約４５〜約６５重量パーセントの前記熱可塑性樹脂とを含む請求項１に記載の複合シート材。
7. 約０．５ｍｍ〜約５０ｍｍの厚さを有する請求項１に記載の複合シート材。
8. 前記表面領域に隣接する接着層をさらに含む請求項１に記載の複合シート材。
9. 前記接着層が約２５ミクロンから約２．５ｍｍの厚さを有する請求項８に記載の複合シート材。
10. 前記接着隣接層が、熱可塑性フィルム、エラストマー・フィルム、金属箔、熱硬化性コーティング、無機コーティング、繊維系スクリム、不織布、および織物のうちの少なくとも１つを含む請求項８に記載の複合シート材。
11. 前記浸透性コアが、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維、無機繊維、およびアラミド繊維のうちの少なくとも１つをさらに含む、請求項２に記載の複合シート材。
12. 少なくとも１つの熱可塑性材料および前記多孔質コア層の全重量の約２０重量パーセント〜約８０重量パーセントの天然繊維を含む多孔質コアを含み、前記天然繊維が、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む複合シート材。
13. 前記多孔質コアが、前記多孔質コアの全容積の約１パーセント〜約９５パーセントの空隙含有量を含む連続気泡構造を有する、請求項１２に記載の複合シート材。
14. 前記多孔質コアが、ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、ポリエステル、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、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、およびこれらの混合物からなるグループから選択した熱可塑性樹脂を含む、請求項１２に記載の複合シート材。
15. 前記多孔質コアが、約３５〜約５５重量パーセントの前記天然繊維と、約４５〜約６５重量パーセントの前記熱可塑性樹脂とを含む、請求項１２に記載の複合シート材。
16. 約０．５ｍｍ〜約５０ｍｍの厚さを有する請求項１２に記載の複合シート材。
17. 少なくとも１つの表皮をさらに含み、前記各表皮が前記多孔質コア層の表面の少なくとも一部を覆っていて、前記表皮が熱可塑性フィルム、エラストマー・フィルム、金属箔、熱硬化性コーティング、無機コーティング、繊維系スクリム、不織布、および織物のうちの少なくとも１つを含む請求項１２に記載の複合シート材。
18. 前記多孔質コアが、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維、無機繊維、アラミド繊維のうちの少なくとも１つをさらに含む請求項１２に記載の複合シート材。
19. 多孔性の天然繊維強化熱可塑性シートを製造するための方法であって、
    分散混合物を形成するために、平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの天然繊維および熱可塑性樹脂粉末粒子を攪拌した水性泡に加えるステップと、
    ワイヤメッシュ上に天然繊維と熱可塑性樹脂の粒子の前記分散混合物を置くステップと、
    ウェブを形成するために水を排出するステップと、
    前記ウェブを前記熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より高い温度に加熱するステップと、
    約１パーセント〜約９５パーセントの空隙含有量を有する多孔性の熱可塑性複合シートを形成するために、前記ウェブを所定の厚さに圧縮するステップとを含む方法。
20. 前記天然繊維が、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。
21. 前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、ポリエステル、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、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、およびこれらの混合物のうちの少なくとも１つを含む請求項１９に記載の方法。
22. 前記多孔性の熱可塑性複合シートが、約２０〜約８０重量パーセントの天然繊維と、約２０〜約８０重量パーセントの熱可塑性樹脂とを含む請求項１９に記載の方法。
23. 前記多孔性の熱可塑性複合シートが、約３５〜約５５重量パーセントの天然繊維と、約４５〜約６５重量パーセントの熱可塑性樹脂とを含む請求項１９に記載の方法。
24. 前記多孔性の熱可塑性複合シートの表面の少なくとも一部に表皮を接着するステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。
25. 前記表皮が、熱可塑性フィルム、エラストマー・フィルム、金属箔、熱硬化性コーティング、無機コーティング、繊維系スクリム、不織布、および織布のうちの少なくとも１つを含む請求項２４に記載の方法。
26. 金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、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つを前記攪拌した水性泡に添加するステップをさらに含む請求項１９に記載の方法。

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