JP2009527626A - 繊維強化発泡体構造 - Google Patents
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Abstract
繊維強化発泡体構造の前駆体は、強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を有するベースベールを包含する。前記ベースベールは約３５〜約４００ｇ／ｍ２の単位面積当たり質量を有する。さらに前記ベースベールは、約２０〜約２００ｇ／ｍ２の量の発泡性バインダーで含浸されている。
Description
本発明は一般的には、発泡体構造の分野に、より詳細にはコンフォーマブル(conformable)繊維強化発泡体構造、その発泡体構造の前駆体およびその製造方法に関する。
例えば自動車工業用のヘッドライナー、絶縁部材およびアンダーボディ保護部材として有用な発泡体構造は、いくつかの性能基準を満たさなければならない。例えば、このような構造は、所望の音響特性を発揮して、消音をもたらさなければならない。これらはまた、幅広い温度範囲にわたって、寸法安定性、剛性および強度を示さなければならない。難燃性も、望ましい特性である。車両の燃料節約に不利な影響を及ぼすことがないか、車両の重心を上げて、性能に不利な影響を及ぼすことがないように、これらの特性全てが、比較的低質量の材料でもたらされなければならないことが重要である。
本発明は、車両用途のために望ましい性能特性を満たすか、上回るコンフォーマブル繊維強化発泡体構造に関する。
繊維強化発泡体構造の前駆体を提供する。前駆体は、強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を有するベースベールを包含する。ベースベールは、約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する。さらにベースベールは、約２０〜約２００ｇ／ｍ2の量の発泡性バインダーで含浸されている。強化繊維は、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、セラミック繊維およびこれらの混合物からなる群から選択することができる。強化繊維は、約６．０〜約３８．０ｍｍの長さにチョッピングされていて、約６．５〜約２３．０μｍ（ミクロン）の直径を有する。強化繊維は、微細繊維および粗大繊維の混合物からなってもよい。
ベールバインダーは、熱可塑性バインダーである。ベールバインダーは、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、コポリエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択することができる。ベールバインダーは、約０．５〜約１５．０ｍｍの長さおよび約１〜約５のデニールを有する繊維を含んでよい。ベールバインダー繊維は、複合繊維を包含してよい。加えて、または代わりに、ベールバインダーは、約１０〜約５０μｍ（ミクロン）の粒子を有する粉末を含んでよい。
発泡性バインダーは、発泡性微小球およびエマルションまたは溶液バインダーを含む。エマルションまたは溶液バインダーは、エチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、スチレンブタジエンゴム、セルロース、デンプン、ユリアホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、アクリル、フルオロカーボンおよびこれらの混合物からなる群から選択される。発泡性微小球は、発泡剤を導入されている熱可塑性樹脂材料を含む。全体で、前駆体は、約１００〜約２００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する。
本発明の追加の態様では、本発明は、前駆体から成形されるか、他の方法で製造される繊維強化発泡体構造に関する。
本発明のさらに他の態様では、前駆体および強化繊維構造の両方を調製する方法を提供する。この方法は、強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を包含するベースベール（ここで、前記ベースベールは約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する）を形成する工程を含む。加えて、方法は、ベースベールに、約２０〜約２００ｇ／ｍ2の量の発泡性バインダーを含浸させて、前駆体を生じさせる工程を包含する。さらに方法は、発泡性バインダーを活性化し、前記繊維強化発泡体構造を作るように、含浸されたベースベールまたは前駆体を成形する工程を包含する。
以下の記載では、本発明の好ましい実施形態が、本発明を実施するために最も適している一様式を説明することにより簡単に図示および記載されている。理解されるように、本発明は、他の異なる実施形態が可能であり、そのいくつかの詳細は、本発明から全く逸脱することなく、様々な明らかな態様で変更が可能である。したがって、図面および明細書は、本質的に例示と見なされ、制限とは見なされない。
本明細書の一部に導入され、それを形成している添付の図面は、本発明のいくつかの態様を図示しており、明細書と共に、ある種の本発明の原理を説明するために役立つ。
図１に図示されているように、本発明は、繊維強化発泡体構造の前駆体１０に関する。前駆体１０は、不織繊維ベースベール１２を含み、これは、少なくとも一方の面１４で、発泡性微小球およびエマルションまたは溶液バインダーを包含する発泡性バインダー調合物１６を含浸されている。
本明細書で使用される場合、「ベースベール(base veil)」との用語は、ウェットレイド(wet-laid)プロセスに従い製造された、混ざり合った(intermingled)されているランダム配向強化繊維の織物(web)を指している。本発明のベースベールはまた、ウェットレイドプロセスに従い製造された「シート」または「マット」を包含してもよい。
本明細書で使用される場合、「含浸する」または「含浸される」は、発泡性バインダーを繊維ベールに一体化させる手段を指している。含浸方法は、発泡性バインダーを繊維ベールに一体化または導入するために適切な任意の方法により行うことができる。本発明では、発泡性バインダーを、二次含浸工程の間にベースベールに含浸させる。詳細には、発泡性バインダーを好ましくは、形成の後に、第一乾燥機をベールが通過した後に行われる満液式ニップセクション(flooded nipsection)で含浸させる。
本発明の「微小球」は、熱可塑性樹脂材料の粒子であり、これは、化学的または物理的発泡剤（例えばイソブタン、イソペンタン）をその中に導入されていてよく、加熱の間に発泡する。本発明の微小球は、約４０〜約１５０μｍ（ミクロン）の発泡直径を有する。
ベースベール１２は、強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を包含する。さらに、ベースベール１２は、約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する。前駆体１０は、約１００〜約２００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する。
ベースベール１２の強化繊維は典型的には、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、セラミック繊維およびこれらの混合物からなる群から選択される。しかしながら、強化繊維として有用であると知られている任意の有機または無機繊維を利用することができることを理解すべきである。ガラス繊維を使用する場合、これらは、これらに限られないがＥガラス、Ａガラス、Ｃガラス、Ｄガラス、Ｓガラス、Ｓ２ガラスおよびＲガラスを包含する当分野で知られている実質的に任意の種類であってよい。典型的には、強化繊維はチョッピングされていて、約６．０〜約３８．０ｍｍの長さおよび約６．５〜約２３．０μｍ（ミクロン）の直径を有する。チョップド繊維は、個別の繊維、フィラメントまたはストランドであってよい。強化繊維は、微細繊維および粗大繊維の混合物からなってもよい。
ベースベール１２で利用されるベールバインダーは典型的には、熱可塑性バインダーである。ベールバインダーは、これらに限られないが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、コポリエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択することができる。ベールバインダーは典型的には、約０．５〜約１５．０ｍｍの長さおよび約１〜約５のデニールを有する繊維を含む。ベールバインダー繊維は、望ましい場合には複合繊維の形態をとることもできる。代わりに、または加えて、ベールバインダーは、１０〜約５０μｍ（ミクロン）の粒子を有する粉末を含んでもよい。
発泡性バインダー調合物１６は典型的には、発泡性微小球およびエマルションまたは溶液バインダーを含む。そのエマルションまたは溶液バインダーは、これらに限られないがエチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、スチレンブタジエンゴム、セルロース、デンプン、ユリアホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、アクリル、フルオロカーボンおよびこれらの混合物を包含する材料の群から選択することができる。微小球の熱可塑性樹脂は、これらに限られないが、アクリロニトリル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリジンおよびこれらの混合物を包含する材料の群から選択することができる。本発明で有用な微小球製品には、Ｅｘｐａｎｃｅｌ ０５４ＷＵ、Ｅｘｐａｎｃｅｌ ４６１ＷＵおよびＥｘｐａｎｃｅｌ ９３０ＤＵが包含される。微小球は、約４０〜約１５０μｍ（ミクロン）の発泡直径を有する。
発泡性バインダー調合物１６はさらに、顔料、抗菌剤および難燃剤などの有用な充填剤を包含することもできる。有用な難燃剤には、これらに限られないが、アルミニウム三水和物、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウムおよびこれらの混合物が包含される。
本発明の前駆体１０を作成するプロセスが、図２に図示されている。図示されているウェットレイプロセスでは、繊維ブレンド、ベールバインダーおよび水を混合タンク５０で攪拌して、水性繊維スラリーを得る。繊維ブレンドは、フィラメントとして使用する。水性スラリーを製造するための追加要素は、当分野で知られているように加えることができる。例えば、静電防止剤、疎水または撥水剤、カップリング剤、顔料、界面活性剤、消泡剤、着色剤および充填剤は、ベールバインダーと共にスラリーに供給することができる。
図２に図示されているように、水性繊維スラリーを、混合タンク５０から適切な形成装置５２へ移す。形成装置５２は例えば、傾斜ワイヤ形成機、ワイヤシリンダ、Ｆｏｕｄｒｉｎｉｅｒ機、Ｓｔｅｖｅｎｓ Ｆｏｒｍｅｒ、Ｒｏｔｏ Ｆｏｒｍｅｒ Ｉｎｖｅｒ ＦｏｒｍｅｒまたはＶｅｎｔｉ Ｆｏｒｍｅｒ機上の移動スクリーンまたは形成ワイヤの形態をとってよい。好ましくは、ベースベール１２の形成は、傾斜ワイヤ形成機上である。水性繊維スラリー中の繊維および追加スラリー要素は、それ自体絡み合って、形成装置５２上で新たに調製されたベースベール１２になる一方で、過剰な水はそこから分離される。脱水工程を、水切り、真空などの任意の知られている方法により行うことができる。脱水および真空後のベールの水含分は好ましくは、約４０〜約７０％の範囲である。
ベースベール１２を形成した後、ベールを運搬ベルト５４に移す。ベルト５４は、ベースベール１２を、水を実質的に除去するための手段５６に運ぶ。回転／通過空気乾燥機または炉、加熱ドラム乾燥機、赤外線加熱源、熱風送風機、マイクロ波放出源などの使用を包含する既知のウェブ乾燥方法により、水の除去を行うことができる。水を除去するために、少なくとも１つの乾燥方法が必要であるが、これらの方法の複数を組み合わせて使用して、水を除去し、ウェットレイド繊維ベール１２を乾燥させることもできる。乾燥機の温度は、出発時の約８０℃から、第１乾燥プロセスの終了時の約２００℃までの範囲であってよい。空気速度は、約０．５〜１ｍ／秒の範囲であってよい。乾燥の間に、ベールバインダーが、強化繊維に結合して、ベースベール１２を予備結合する。
次いで、ベースベール１２の面１４に、バインダー調合物１６を含浸させる。ベースベール１２の面１４を含浸させるために適した任意の方法を使用することができる。例えば、適切な方法には、Ｆｏｕｌａｒｄアプリケーター、浸漬ロール、満液式ニップなどのサイズプレス５８を使用することが包含される。他の追加薬剤またはコーティング剤を施与することができるが、好ましくは、バインダー調合物１６のみを、ベースベール１２と接触させる。ベースベール１２の面１４にバインダー調合物１６を含浸させた後は、含浸された繊維ベール１０の乾燥および圧密である。このように、たった今、含浸されたベールまたは前駆体１０を第２乾燥機６０で乾燥させるが、これは好ましくは、エアフロート炉である。典型的には、調合物１６中の微小球が発泡することを回避するために、乾燥温度は、約１２０℃を超えない。次いで、生じた前駆体１０をワインダー６２に集める。
本発明の前駆体は、これらに限られないが、ヘッドライナー、ボンネットライナー、絶縁部材またはアンダーボディ保護部材用などのいくつかの車両用途を包含するいくつかの用途で使用することができる。軽量、音響特性、強度、寸法安定性および剛性により、本発明の前駆体１０は、このような用途に特に有用である。
さらに特には、前駆体１０の所望の長さを巻出し、金型に装填する。次いで、前駆体１０を、微小球を活性化して、発泡させるために十分な約１２０℃の温度で成形して、所望の形態にする。前駆体１０は発泡して、金型を繊維強化発泡体構造で充満させる。次いで、生じた部材をクエンチまたは冷却して、さらなる発泡を防止し、その後、金型から外す。
本発明の好ましい実施形態に関する前記の記載は、説明および記載の目的で提示されている。網羅的であろうとするか、本発明を開示されている正確な形態に限定使用とするものではない。前記の教示を考慮すれば、明白な変更または変化が可能である。例えば、ワインダー６２に巻き取られる前駆体１０を調製する代わりに、含浸されたベースベール１２から部材を直接成形することが可能である。さらに特には、含浸に続いて、所望の長さのベールを、金型に直接置いて、微小球を活性化させて発泡させるために十分な温度に加熱して、材料が金型を満たすようにする。クエンチし、発泡温度未満に冷却した後に、金型を開けて、完成部材を外す。
本発明の原理およびその実際の用途の最良の説明を提供するために、実施形態を選択および記載したが、これらにより、当業者であれば、本発明を様々な実施形態で、また様々な変更を伴って、考慮されている特定の使用に合うように利用することができるであろう。公平、合法および公正に権利を有する広さに従って解釈すれば、このような変更および変化は、添付の請求項により決定される本発明の範囲内である。図面および好ましい実施形態は、請求項の通常の意味ならびにその公平および広い解釈を何ら制限するものでも、制限するつもりのものでもない。
１０ 前駆体
１２ 繊維ベースベール
１４ 面１４
１６ バインダー調合物１６
５０ 混合タンク
５２ 形成装置
５４ 運搬ベルト
５６ 水を実質的に除去するための手段
５８ サイズプレス
６０ 第２乾燥機
６２ ワインダー
１２ 繊維ベースベール
１４ 面１４
１６ バインダー調合物１６
５０ 混合タンク
５２ 形成装置
５４ 運搬ベルト
５６ 水を実質的に除去するための手段
５８ サイズプレス
６０ 第２乾燥機
６２ ワインダー
Claims (22)
- 繊維強化発泡体構造の前駆体であって、
強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を包含するベースベールを含み、ここで、前記ベースベールは約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有し、
前記ベースベールが、約２０〜約２００ｇ／ｍ2の量の発泡性バインダーで含浸されている前駆体。 - 前記強化繊維が、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、セラミック繊維およびこれらの混合物からなる群から選択されている請求項１に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが熱可塑性バインダーである請求項２に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、コポリエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択されている請求項３に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが約０．５〜約１５．０ｍｍの長さおよび約１〜約５のデニールを有する繊維を含む請求項４に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダー繊維が複合繊維である請求項５に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが、約１０〜約５０μｍの粒子を有する粉末を含む請求項４に記載の前駆体。
- 前記強化繊維がチョッピングされていて、約６．０〜約３８．０ｍｍの長さおよび約６．５〜約２３．０μｍの直径を有するか、微細繊維および粗大繊維の混合物からなる請求項４に記載の前駆体。
- 前記発泡性バインダーが、発泡性微小球およびエマルションまたは溶液バインダーを含む請求項８に記載の前駆体。
- 前記エマルションまたは溶液バインダーが、エチレン酢酸ビニル、ポリビニルアルコール、ポリウレタン、スチレンブタジエンゴム、セルロース、デンプン、ユリアホルムアルデヒド、メラミンホルムアルデヒド、アクリル、フルオロカーボンおよびこれらの混合物からなる群から選択されている請求項９に記載の前駆体。
- 前記発泡性微小球が、発泡剤を導入されている熱可塑性樹脂材料を含む請求項１０に記載の前駆体。
- 前記前駆体が約１００〜約２００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する請求項９に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが熱可塑性バインダーである請求項１に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、コポリエステルおよびこれらの混合物からなる群から選択されている請求項１に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが、約０．５〜約１５ｍｍの長さおよび約１〜約５のデニールを有する繊維を含む請求項１４に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダー繊維が複合繊維である請求項１５に記載の前駆体。
- 前記ベールバインダーが約１０〜約５０μｍの粒子を有する粉末を含む請求項１４に記載の前駆体。
- 前記発泡性バインダーが発泡性微小球およびエマルションまたは溶液バインダーを含む請求項１４に記載の前駆体。
- 前記前駆体が約１００〜約２００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する請求項１に記載の前駆体。
- 繊維強化発泡体構造の前駆体を調製する方法であって：
強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を包含するベースベールを形成する工程、ここで、前記ベースベールは約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する；及び
前記ベースベールに、約２０〜約２００ｇ／ｍ2の量の発泡性バインダーを含浸させる工程、
を含む方法。 - 請求項１に記載の前駆体から製造される繊維強化発泡体構造。
- 繊維強化発泡体構造を調製する方法であって：
強化繊維約５０〜約７５質量％およびベールバインダー約５０〜約２５質量％を包含するベースベールを形成する工程、ここで、前記ベースベールは約３５〜約４００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を有する；
前記ベースベールに、約２０〜約２００ｇ／ｍ2の量の発泡性バインダーを含浸させる工程；及び
前記発泡性バインダーを発泡させ、前記繊維強化発泡体構造を形成するために十分な温度で、前記の含浸されたベースベールを成形する工程、
を含む方法。
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