JP2008543603A - 曲げ剛性に優れた複合材シート - Google Patents

Abstract

本発明は、空隙量が５体積％未満であるガラス繊維強化ポリプロピレンからなる一つ又は二つの外層Ａと、空隙量が２０乃至８０体積％であるガラス繊維強化ポリプロピレンからなるコア層とを有する、曲げ剛性の強化された複合材シートに関する。

Description

本発明は、ガラス繊維強化ポリプロピレンの一つ又は二つの外層と、空隙を含むガラス繊維強化ポリピロピレンのコア層とからなる曲げ剛性の強い複合材シートに関する。

いわゆるＧＭＴシートと称されるガラス繊維強化ポリプロピレンの熱可塑的に成形可能である半製品シートは、成形部品、特に自動車の部品の製造において使用頻度が高まりつつある。それらは、ガラスマットシートとポリプロピレン溶融シートとを二重バンドプレスにて統合し、約１０００００Ｐａ（１バール）をはるかに超える圧力にて共に加圧することにより工業的な規模にて製造されている。通常は０．５乃至３ｍｍの厚みを有するそのような「プラスチックシート」は、高い靭性と硬度とを特徴とする。

特許文献１には繊維強化ＧＭＴシートが開示されており、同シートは、加熱した場合、ガラスマットの復元力により膨張し、かつ不規則に分布された空気孔を含んでいる。そのような膨張したＧＭＴシートは支持コアとみなされ、非膨張ＧＭＴホイルとともに加圧される。実施例１は、３０重量％のみのガラス繊維含量を有する膨張したシートを記載している。
ドイツ国特許出願公開第１９５２０４７７号

種々の用途において、特に建築産業の多くの領域において、ＧＭＴシートが薄くて曲げ剛性が強固ではないことは問題である。従って、本発明の目的は十分に安定で、しかも軽量である曲げ剛性の大きい（ｂｉｅｇｅｓｔｅｉｆｅ）複合材シートを提供することにある。

本発明の主題は、曲げ剛性の強化された複合材シートであり、同シートは、Ａ．ガラス含量が２０乃至６０重量％であり、かつ空隙量が５体積％未満であるガラス繊維強化ポリプロピレンから形成され、かつ０．５乃至５ｍｍの厚みを有する一つ又は二つの外層と、Ｂ．ガラス含量が３５乃至８０重量％であり、かつ空隙量が２０乃至８０体積％であるガラス繊維強化ポリプロピレンから形成され、かつ２乃至４０ｍｍの厚みを有するコア層と、からなり、コア層はポリプロピレン繊維とガラス繊維とを乾式混合し、混合した不織物をニードリングし、そして加熱プレスすることにより得られる。

層Ａとしては、厚みが０．５乃至５ｍｍ、好ましくは１乃至３ｍｍである、従来のＧＭＴシートを採用する。これらは、２０乃至６０重量％、好ましくは２５乃至５０重量％のガラス繊維を含んでいる。熱可塑性マトリックスはポリプロピレンであり、ドイツ工業規格（ＤＩＮ）５３７３５に従って２０乃至１５０ｇ／１０分のメルトフローインデックス（ＭＦＩ）（２３０℃、２．１６ｋｐ）を有することが好ましい。ガラス繊維は好ましくは無方向性であり、かつ１０乃至１００ｍｍ、特に２０乃至５０ｍｍである重量平均長を有する。しかしながら、シートの製造において、ガラス繊維織物、ガラス繊維不織布、及び無方向性繊維の層を組み合わせて使用することも可能である。いずれの場合においても、ポリプロピレン溶融物とともに浸漬される前に繊維はニードリングされ、それによりすぐに繊維マットは強固になり、かつ繊維はある程度まで分断される。製造工程は二重バンドプレスにて加圧する工程及び同時冷却工程を含むので、ＧＭＴシートは５体積％未満、好ましくは２体積％未満の空隙を含み、特に好ましくは空隙を全く含まない。

コア層Ｂはガラス含量が３５乃至８０重量％、好ましくは４０乃至７０重量％であるガラス繊維強化ポリプロピレンから構成されている。繊維は好ましくは無方向であり、かつニードリングされているが、不織物の形成及びそのニードリングにより、幾らかの繊維は、ｚ方向に整列されている。本発明に従って、コア層は空隙を含み、即ち、２０乃至８０体積％の空隙、好ましくは２５乃至７５体積％の空隙を含む。完成品である複合材材料のコア層は、２乃至４０ｍｍ、好ましくは３乃至３０ｍｍの厚みを有する。コア層用のシートは、本発明に従って、熱可塑性繊維及びガラス繊維を乾式混合し、混合された不織物をニードリングし、ポリプロピレンの軟化点を超える温度まで加熱し、かつ共に加圧することにより、製造される。好ましくは、加圧工程は二重バンドプレスにより連続的に実施され、特に加熱プレス機及び冷却プレス機を連続して使用することにより実施され、各工程において、混合された不織物は８００００Ｐａ（０．８バール）未満の圧力下で少なくとも３秒間加圧される。そのような工程については既に提唱されている。繊維を、例えば、カーディング工程又はエアレイド工程に従って混合した後、繊維が個々のフィラメントとして存在するようにガラス繊維束が開かれる。その結果、混合された不織物の加熱プレス時には、コア層に存在する空隙、即ち空気孔は規則的に分布され、よって膨張されたＧＴＭシートと比較して機械的特性が改善される。

好都合なことに、本発明の複合材シートは個々の層Ａ及びＢを重ねて不連続に積み上げて、１８０乃至２２０℃の温度、好ましくは１９０乃至２１０℃の温度で、５乃至５０分間、好ましくは１０乃至３０分間、１００００乃至１０００００Ｐａ（０．１乃至１バール）の圧力にて、プレス機にて共に加圧することにより調製され、層の順序はＡ−Ｂ−Ａであることが好ましい。

上記製造工程を使用して、空隙を含むシートが１０ｍｍまでの厚みを備えたもののみが形成されるという事実により、より厚みの大きな複合材シートを製造する必要のある場合には、加圧時にそのような空隙を含む複数のシートが互いに重ねて積み上げられる。複合材材料を製造する際、その表面は、機能的な層、例えばホイル（選択的に着色されている）、製織された織物、又は薄い不織物の層を同時に加圧することにより仕上げられる。表面に鉱物性の粒状物を押圧することも可能である。

繊維強化外層は、例えば、シール、光学的な改良、接着容易性等の目的のためにポリプロピレンホイルのような機能的な層を設けることができる。
織物、不織布及び指向された強化部を備えたその他の形状体が、極端に剛性である完全なサンドイッチ状態の複合材を提供するために、外層内に埋め込まれている。

従来のＧＭＴシートＡと比較して、本発明の複合材シートは曲げ剛性が大きいという利点を有し、釘及びネジの挿入に適している。外層を備えていない空隙を含むシートＢと比較して、それらは、滑らかであり、耐摩耗性であり、かつ防水性の表面を有し、かつより良好な剛性を備えるという利点を有する。

気泡又はハニカム構造を有するコア層と、ＧＭＴ外層と、からなる公知の複合材材料と比較して、本発明の複合材シートはより良好な押圧性と剪断強度とを有する。

本複合材シートの主たる応用分野は建築用の仕切り及び板材であり、チップボード及びベニヤ板の代替物として、家具の製造時にも使用される。

Claims (7)

1. 曲げ剛性の強化された複合材シートであって、前記複合材シートは、
   Ａ．ガラス含量が２０乃至６０重量％であり、かつ空隙量が５体積％未満であるガラス繊維強化ポリプロピレンから形成されるとともに０．５乃至５ｍｍの厚みを有する一つ又は二つの外層と、
   Ｂ．ガラス含量が３５乃至８０重量％であり、かつ空隙量が２０乃至８０体積％であるガラス繊維強化ポリプロピレンから形成されるとともに２乃至４０ｍｍの厚みを有するコア層と、からなり、
   前記コア層はポリプロピレン繊維とガラス繊維とを乾式混合し、混合した不織物をニードリングし、そして加熱プレスすることにより得られることを特徴とする、複合材シート。
2. 前記層Ａ中のガラス繊維は１０乃至１００ｍｍの平均長（重量平均）を有する無方向繊維のニードリングされたマットとして存在しているか、又は無方向繊維とともにニードリングされた織物又は不織布として存在していることを特徴とする、請求項１に記載の複合材シート。
3. 前記層Ｂ中のガラス繊維は、共にニードリングされた１０乃至６０ｍｍの平均長（重量平均）を有する無方向繊維であることを特徴とする、請求項１に記載の複合材シート。
4. Ａ−Ｂ−Ａという順序の層を有する、請求項１に記載の複合材シート。
5. 請求項１に記載の複合材シートであって、前記シートの一方又は両方の側に、ホイル、製織された織物、又は繊維不織物のような機能的な層を備える、複合材シート。
6. 請求項１に記載の複合材シートを形成する方法であって、前記複数の単層は１８０乃至２２０℃の温度にて５乃至５０分間、共に、プレス中にて不連続に加圧されることを特徴とする、方法。
7. 前記コア層Ｂは、各々が１乃至１０ｍｍの厚みを有する複数の単層を互いに積み重ねることにより構成されている、請求項６に記載の方法。