JP2016104843A - 繊維強化プラスチック成形体用シートおよびその成形方法 - Google Patents
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Abstract
Description
不織布を用いた繊維強化プラスチック成形体の場合、不織布にマトリックスとなる樹脂を含浸させ、加熱加圧処理することが一般的である。樹脂として熱可塑性樹脂を使用した場合、熱硬化性樹脂を使用する場合に比べ、加熱加圧処理前の繊維強化プラスチック成形体用シートの保存管理が容易であり、長期保管ができるという利点を有する。また、成形加工が容易であり、加熱加圧処理を行うことにより成形加工品を成形することができるという利点も有している。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
パルプ繊維と、熱可塑性樹脂繊維を含むマトリックス樹脂繊維を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートであって、パルプ繊維の含有量が質量比で全体の51%以上であり、且つ熱可塑性樹脂繊維の融点が200℃以下であって、前記繊維強化プラスチック成形体用シートは、加熱圧縮成形後の密度が1.0〜1.5g/cm3となる繊維強化プラスチック成形体を形成し得ることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体用シート。
[2]
前記パルプ繊維の含有量が質量比で全体の60%以上としたことを特徴とする、前記[1]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[3]
前記パルプ繊維のろ水度がJIS P 8121−2:2 パルプ −ろ水度試験方法− 第2部:カナダ標準ろ水度法で規定されるカナディアンスタンダードフリーネスで800ml以下としたことを特徴とする、前記[1]または[2]に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[4]
前記、熱可塑性樹脂がポリ乳酸、エチレンビニルアルコール共重合体、非晶質PET、ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレンおよびポリエチレンから選ばれる一種の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする、前記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[5]
前記、熱可塑性樹脂が、融点が130℃以上の熱可塑性樹脂である、前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
[6]
前記、[1]〜[5]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱圧縮成形する成形方法であって、加熱圧縮成形温度が前記、熱可塑性樹脂の融点の±20℃以内である成形方法。
[7]
前記、[1]〜[5]のいずれかに記載の繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱圧縮成形する成形方法であって、加熱圧縮成形温度が180℃以下である成形方法。
本発明で使用される熱可塑性樹脂としては特に限定されるものではないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、ポリスチレン、PETなどのポリエステル、アクリロニトリルースチレン共重合体、ABS、ポリ塩化ビニル、ポリ(メタ)アクリル酸アルキルエステル、ポリフッ化ビニリデン、ナイロン12、ポリアセタール、ポリカーボネート、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート等が挙げられ、なかでも、ポリ乳酸、エチレン−ビニルアルコール共重合体、非晶質PET(低融点PET)、ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレン、およびポリエチレンが好ましく、特に、エチレンビニルアルコール共重合体、非晶質PET(低融点PET)、および ポリ乳酸が、融点(150〜180℃)の面と溶融した場合のパルプ繊維との濡れ性に優れており、成形加工品の強度が得られやすいため好ましい。
本発明では、熱可塑性樹脂繊維は、一定の長さにカットされたチョップドストランドであることが好ましい。このような形態とすることにより、繊維強化プラスチック成形体用シート中で、熱可塑性樹脂繊維を均一に分布させることができる。
湿式法を用いて繊維強化プラスチック成形体用シートを製造する際には、熱可塑性樹脂繊維、パルプ繊維、必要に応じて、バインダー、填料、製紙薬品等を溶媒(通常は水)中に分散させ、その後溶媒を除去してウェブを形成する方法(湿式不織布法)が採用される。
填料としては、例えばカオリン、焼成カオリン、炭酸カルシウム、硫酸カルシウム、硫酸バリウム、二酸化チタン、タルク、酸化亜鉛、アルミナ、炭酸マグネシウム、酸化マグネシウム、シリカ、ホワイトカーボン、ベントナイト、ゼオライト、セリサイト及びスメクタイト等の鉱物顔料、並びにポリスチレン系樹脂、尿素系樹脂、メラミン系樹脂、アクリル系樹脂及び塩化ビニリデン系樹脂等の有機顔料が挙げられる。
カーディング法は、繊維塊を機械的に梳りながら均一なシート状のウェブを形成させる方法であり、繊維長のやや長い短繊維を用いる場合に好適な方法である。また、エアレイド法は、空気中で解繊した熱可塑性樹脂繊維、パルプ繊維および必要に応じて熱融着性樹脂粒子を気流中で均一に混合した原料繊維などを含む気流を、下側にサクションボックスを備えたメッシュ状無端ベルト上に吐出してエアレイドウェブを形成するようなウェブ形成工程を経る乾式不織布の製造方法である。
乾式法で形成されたウェブは、以下に示すような繊維結合工程によってシート化される。繊維結合工程としては、例えば、ニードルパンチ法のようにウェブ面に垂直方向に針を通すことにより熱可塑性樹脂繊維やパルプ繊維を互いに交絡させてシートを形成させる方法があり、限定されるものではないが、カーディング法によるウェブ形成方法と組み合わせて好ましく用いられる。また、加熱により乾式法ウェブに配合された熱融着性接着剤を融着させて原料繊維を結合する工程(サーマルボンド法)、得られた乾式法ウェブに接着剤を付与して原料繊維を結合する工程(ケミカルボンド法)、あるいはサーマルボンド法とケミカルボンド法を組み合わせた方法(マルチボンド法)を採用することができる。
乾式法において、ウェブを形成する繊維を結合してシートを形成するために、サーマルボンド法やマルチボンド法が採用される場合には、粒子状あるいは繊維状の熱融着性接着剤が使用される。粒子状の熱融着性接着剤としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル低融点ポリエチレンテレフタレート、低融点ポリアミド、低融点ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネートなどの熱融着性の樹脂粒子が用いられ、原料繊維と混合あるいは形成された繊維ウェブ上に付与した後、加熱処理することにより原料繊維を結合させる。繊維状の熱融着性接着剤としては、低融点ポリエチレンテレフタレート、低融点ポリ乳酸、ポリブチレンサクシネート、ポリエチレンテレフタレート(PET)、などのポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、低融点ポリアミド、アクリル樹脂系、酢酸ビニル系(PVAc)の樹脂類からなるものを採用することが出来る。
また、熱融着性合成繊維としては、融点の異なる2種類の樹脂を複合化させて得られ、繊維の表面のみが溶融する芯鞘型構造の熱融着性複合合成繊維も好ましく用いることが出来る。芯鞘型構造の熱融着性複合合成繊維は、融点の高い樹脂からなる芯の外周上に、融点の低い樹脂からなる鞘が形成された構造を有し、具体的には、融点が異なる2種の樹脂を組み合わせた形態(PET/PET複合繊維、PE/PE複合繊維、PP/PP複合繊維、PE/PET複合繊維、PP/PET複合繊維、PE/PP複合繊維、PVAc/PET複合繊維、ポリブチレンサクシネート/ポリ乳酸複合繊維等)が挙げられる。
また、ウェブを形成する繊維の結合にケミカルボンド法が用いられる場合、繊維同士を固着させるために使用されるバインダーは、必要に応じて適宜選択可能であり、たとえば、デンプン、カゼイン、アルギン酸ナトリウム、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロースナトリウム塩、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリアクリル酸ソーダ等の溶液タイプのバインダーや、ポリアクリル酸エステル、アクリル・スチレン共重合体、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、アクリルニトリル・ブタジエン共重合体、メチルメタアクリレート・ブタジエン共重合体、尿素−メラミン樹脂、スチレン・ブタジエン共重合体ラテックス等のエマルジョンタイプのバインダー等が使用可能である。本発明の繊維強化プラスチック成形体用シートに使用されるバインダーは、繊維、粉体、顆粒状、溶液あるいはエマルジョンなど、種々の形態を用いることが出来、上記例示のうち一種に限定されず、適宜、二種以上を併用することも出来る。
また、繊維強化プラスチック成形体の曲げ強度は、100MPa以上であることが好ましく、150MPa以上であることがさらに好ましい。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)の調製)
5kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を100g添加した後、ポリ乳酸繊維(商品名:PL01、繊維太さ約40μm、繊維長:3mm、ユニチカ社製)を25g添加し、撹拌して分散させて、0.5%のポリ乳酸繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液5.2kgを投入して混合撹拌して、ポリ乳酸:パルプ(49:51)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)を得た。
手漉き機を用いて、上記繊維強化プラスチック成形体シートスラリーの調製で得られたスラリーを手漉きして、110℃のシリンダードライヤーで乾燥させて、坪量150g/m2の繊維強化プラスチック成形体用シート(A)を得た。
30tプレス機(東洋精機工業社製)を用いて、上記繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーのシート化で得られたシートを9枚積層して、常温のホットプレスに挿入して1MPaの加圧下で170℃まで昇温した後10MPaまで加圧した。この状態で20分間保持した後、10分かけて30℃まで冷却して厚み1000μm、密度1.35g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(A)を得た。
実施例1の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーの調製において、0.5%のポリ乳酸繊維分散液の使用量を3kgとし、0.5%NBKPの分散液の使用量を7kgとしてポリ乳酸:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(B)を調製した。さらに実施例1の繊維強化プラスチック成形体の成形加工において、170℃での保持圧力を20MPaとした以外は実施例1と同様にして、厚み1000μm、密度1.35g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(B)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーの調製において、0.5%のポリ乳酸繊維分散液の使用量を2kgとし、0.5%NBKPの分散液の使用量を8kgとしてポリ乳酸:パルプ(20:80)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(C)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(C)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーの調製において、0.5%のポリ乳酸繊維分散液の使用量を1kgとし、0.5%NBKPの分散液の使用量を9kgとしてポリ乳酸:パルプ(10:90)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(D)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1098μm、密度1.23g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(D)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーの調製において、0.5%のポリ乳酸繊維分散液を使用せず、NBKP分散液のみを用いた繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(E)を調整した以外は実施例2と同様にして、厚み1107μm、密度1.22g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(E)を得た。
実施例1の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリーの調製において、0.5%のポリ乳酸繊維分散液の使用量を9kgとし、0.5%NBKPの分散液の使用量を1kgとしてポリ乳酸:パルプ(90:10)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(F)を調製した以外は実施例1と同様にして、厚み1063μm、密度1.27g/cm3の繊維強化プラスチック成形体を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(G)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後、ポリ乳酸繊維(商品名:PL−01、融点170℃、繊維太さ15μm、繊維長:5mm、ユニチカ社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%のポリ乳酸繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、ポリ乳酸:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(G)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(G)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(G)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(H)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後エチレンビニルアルコール共重合体繊維(商品名:S030、融点170℃、繊維太さ9μm、繊維長:5mm、クラレ社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%のエチレンビニルアルコール共重合体繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、エチレンビニルアルコール共重合体繊維:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(H)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(H)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(H)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(I)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後、低融点PET繊維(商品名:N701Y、融点130℃、繊維太さ23μm、繊維長:5mm、クラレ社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%の低融点PET繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、低融点PET繊維:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(I)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(I)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(I)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(J)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後、ポリプロピレン繊維(商品名:PZ、融点160℃、繊維太さ15μm、繊維長:10mm、ダイワボウポリテック社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%のポリプロピレン繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、ポリプロピレン繊維:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(J)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(J)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(J)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(K)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後、酸変性ポリプロピレン繊維(商品名:PZ−AD、融点160℃、繊維太さ15μm、繊維長:5mm、ダイワボウポリテック社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%の酸変性ポリプロピレン繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、酸変性ポリプロピレン繊維:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(K)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(K)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(K)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(L)の調製)
3kgの水中にポリアクリルアミド系のアニオン凝集剤(商品名:スミフロックFA−40、住友化学社製)の0.03%液を60g添加した後、ポリエチレン繊維(商品名:EST−8、融点130℃、繊維太さ20μm、繊維長:0.9mm、三井化学社製)を15g添加し、撹拌して分散させて、0.5%のポリエチレン繊維分散液を得た。さらにNBKP(ろ水度:480ml)の0.5%分散液7kgを投入して混合撹拌して、ポリエチレン繊維:パルプ(30:70)の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(L)を得た。
実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(A)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シートスラリー(L)を調製した以外は実施例2と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(L)を得た。
(繊維強化プラスチック成形体用シート(M)の作製)
走行する無端のメッシュ状コンベア上に坪量14g/m2のティシュを繰り出し、その上に、パルプ(NBKP)とポリ乳酸繊維(商品名:PL01、融点170℃、繊維太さ15μm、繊維長:5mm、ユニチカ社製)とPET/PET芯/鞘型複合繊維(商品名:テトロン、繊維太さ15μm、繊維長:5mm、帝人ファイバー社製)を7:2.5:0.5の質量比で配合し、空気中で均一に混合して調製した原料繊維を、エアレイド方式のウェブフォーミング機により空気流とともに落下堆積させてウェブを形成した。
次いで、形成されたウェブ上にティッシュを繰り出し、温度140℃のスルーエアードライヤーを通過させ、坪量150g/m2の乾式不織布シートを作製した後、表裏面のティッシュを剥ぎ取り、繊維強化プラスチック成形体用シート(M)とした。実施例2の繊維強化プラスチック成形体用シート(B)に代えて繊維強化プラスチック成形体用シート(M)を使用した以外は実施例2と同様にして、厚み1000μm、密度1.35g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(M)を得た。
実施例11の繊維強化プラスチック成形体用シートの作製において、パルプ(NBKP)とポリ乳酸/ポリブチレンサクシネート芯鞘繊維(商品名:NBF(KK)PL、融点100℃、繊維太さ18μm、繊維長:5mm、ダイワボウポリテック社製)を7:3の質量比で配合し、空気中で均一に混合して調製した原料繊維を用いて繊維強化プラスチック成形体用シート(N)を作製した以外は、実施例11と同様にして、厚み1015μm、密度1.33g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(N)を得た。
実施例11の繊維強化プラスチック成形体用シートの作製において、パルプ(NBKP)とエチレンビニルアルコール共重合体繊維(商品名:S030、融点170℃繊維太さ約9μm、繊維長:5mm、クラレ社製)、ポリ乳酸/ポリブチレンサクシネート芯鞘繊維(NBF(KK)PL、融点100℃繊維太さ約18μm、繊維長:5mm、ダイワボウポリテック社製)を7:2:1の質量比で配合し、空気中で均一に混合して調製した原料繊維を用いて繊維強化プラスチック成形体用シート(O)を作製した以外は実施例11と同様にして、厚み1023μm、密度1.32g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(O)を得た。
実施例11の繊維強化プラスチック成形体用シートの作製において、パルプ(NBKP)とPE/PP芯/鞘型複合繊維(商品名:ETC、融点130℃、繊維太さ13μm、繊維長5mm、チッソ株式会社製)を6:4の質量比で配合し、空気中で均一に混合して調製した原料繊維を用いて繊維強化プラスチック成形体用シート(P)を作製した以外は実施例10と同様にして、厚み1174μm、密度1.15g/cm3の繊維強化プラスチック成形体(P)を得た。
<曲げ強度、曲げ弾性率の測定>
得られた繊維強化プラスチック成形体を、JIS K 7074に準じた曲げ試験を行った結果を表1、表2および表3に示す。
また、表2のうち、熱可塑性樹脂繊維が、特に好ましいポリ乳酸繊維、エチレンビニルアルコール共重合体、あるいは低融点PET繊維である、実施例5〜7は、曲げ強度、曲げ弾性率ともに充分な強度を示している。 また、酸変性PPは、強度がやや低いものの、曲げ強度が100MPaを超え、また曲げ弾性率が10GPaを超えており、十分な強度を示している。 PPは、酸変性PPに比べ、強度が低くなった。融点がさらに低く、パルプ繊維に対する濡れ性が低いポリエチレン繊維では、さらに強度が低くなった。
Claims (7)
- パルプ繊維と、熱可塑性樹脂繊維を含むマトリックス樹脂繊維を含有する繊維強化プラスチック成形体用シートであって、パルプ繊維の含有量が質量比で全体の51%以上であり、且つ熱可塑性樹脂繊維の融点が200℃以下であって、前記繊維強化プラスチック成形体用シートは、加熱圧縮成形後の密度が1.0〜1.5g/cm3となる繊維強化プラスチック成形体を形成し得ることを特徴とする繊維強化プラスチック成形体用シート。
- 前記パルプ繊維の含有量が質量比で全体の60%以上としたことを特徴とする請求項1に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
- 前記パルプ繊維のろ水度がJIS P 8121−2:2 パルプ −ろ水度試験方法− 第2部:カナダ標準ろ水度法で規定されるカナディアンスタンダードフリーネスで800ml以下としたことを特徴とする請求項1または2に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
- 前記、熱可塑性樹脂がポリ乳酸、エチレンビニルアルコール共重合体、非晶質PET、ポリプロピレン、酸変性ポリプロピレンおよびポリエチレンから選ばれる一種の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
- 前記、熱可塑性樹脂が、融点が130℃以上の熱可塑性樹脂である請求項1〜4のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シート。
- 前記、請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱圧縮成形する成形方法であって、加熱圧縮成形温度が前記、熱可塑性樹脂の融点の±20℃以内である成形方法。
- 前記、請求項1〜5のいずれか1項に記載の繊維強化プラスチック成形体用シートを加熱圧縮成形する成形方法であって、加熱圧縮成形温度が180℃以下である成形方法。
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