JP2016191183A - 複合成形用基材、ならびに複合成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂繊維を含む繊維シートを複合成形用シート基材として作製し、この複合成形用シート基材を、熱可塑性樹脂繊維が溶融または軟化する温度にて加熱することにより、セルロース系繊維を強化繊維として含み、熱可塑性樹脂がマトリックスである、複合成形体を得る。
【選択図】なし
Description
本発明は別の要旨において、再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記再生セルロース繊維の繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である、複合成形体を提供する。
本発明はさらに別の要旨において、
繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材を作製すること、および
前記複合成形用基材を、前記熱可塑性樹脂が溶融または軟化する温度にて加熱すること
を含む、複合成形体の製造方法を提供する。
強化繊維としてセルロース繊維を用いる場合、麻またはバンブーリネン(竹繊維)のような天然繊維がしばしば選択される。天然繊維の繊維径および繊維長は一定の範囲に限定される傾向にあるため、天然繊維を強化繊維として用いた複合成形体における、繊維径および繊維長と補強効果との関係は詳細には検討されていない。人工的に製造され、繊維径および繊維長の調整が比較的容易な再生セルロース繊維(例えば、ビスコースレーヨン)を強化繊維として用いることは、それ自体あまり検討がなされておらず、特許文献2のように加工機への供給性を考慮して極めて短い繊維長のものを用いること(例えば、特許文献2)、あるいは再生セルロース繊維を圧縮成形により圧密体として供給する手法が提案されているにすぎない。
本発明の複合成形用基材および複合成形体においては、補強用繊維として再生セルロース繊維が含まれる。再生セルロース繊維は、天然のセルロースを化学薬品で処理して溶解したのち、繊維の形に成形する方法で得られる繊維を指す。具体的には、ビスコースレーヨン、ポリノジック、銅アンモニアレーヨン(商品名「キュプラ」で販売されているものを含む)、アセテート、溶剤紡糸セルロース繊維(商品名「テンセル」および「リヨセル」で販売されているものを含む)等が、再生セルロース繊維として挙げられる。本発明においては、ビスコースレーヨンが好ましく用いられる。ビスコースレーヨンは、上記繊度のものが市販されていること、あるいは上記繊度のものを製造条件等の調整により比較的容易に得られることに加えて、繊維の周面に細かい襞状の凹凸を有し、熱可塑性樹脂との接触面積が大きく、熱可塑性樹脂との間で高い界面強度を示しやすいことから、好ましく用いられる。尤も、複合成形体の機械的特性(引張強度および曲げ強度等)は、補強用繊維の単繊維強度が大きいほど、より向上する傾向にあるので、補強効果の点からは、ポリノジックおよび溶剤紡糸セルロース繊維も好ましく用いられる。
熱可塑性樹脂は、複合成形体においてマトリックスとなるものである。熱可塑性樹脂は、加熱により溶融または軟化し、その状態で所望の形状に加工することが可能で、加工後は冷却することにより固化する。熱可塑性樹脂が溶融または軟化してから固化するまでの時間は、熱硬化性樹脂の固化に要する時間(その流動性が一旦高くなった後、硬化するまでの時間)よりも短い。また、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂とは異なり、一旦成形した後も、熱を加えることによって再成形することが可能である。そのため、熱可塑性樹脂をマトリックスとすることにより、高い生産効率で複合成形体を製造することができ、また、加工性に優れた複合成形体を得ることができる。
本発明の複合成形用基材は、熱可塑性樹脂を繊維の形態で含む繊維シート(以下、「複合成形用シート基材」または「シート基材」とも呼ぶ)の形態で提供することができる。シート基材を構成する熱可塑性樹脂繊維は、後述するとおり、シート基材の形態に応じて選択された繊度および繊維長を有する。熱可塑性樹脂繊維の繊度が小さいほど、これを溶融または軟化させたときに、熱可塑性樹脂が再生セルロース間に浸透しやすい。一方、繊度が小さい繊維は取り扱い性が悪く、紡績糸または不織布の製造効率を低下させることがある。したがって、熱可塑性樹脂繊維の繊度は、再生セルロース繊維間への浸透性およびシート基材の製造容易性(シート基材の製造に用いる紡績糸等の製造容易性を含む)を考慮して、適宜選択される。
あるいは、熱可塑性樹脂繊維は、単一繊維であっても、あるいは複合繊維であっても、中空繊維の形態であってよい。
本発明の複合成形用基材は、上記において説明した繊度および繊維長を有する再生セルロース繊維、および上記において説明した熱可塑性樹脂を含む。複合成形用基材は、熱可塑性樹脂を繊維として含む場合には、繊維シートとして提供される。繊維シートの形態の基材については後述する。
本発明の複合成形用シート基材は、上記所定の繊度および繊維長を有する再生セルロース繊維と、熱可塑性樹脂から成る繊維とを含む繊維シートである。このシート基材を加熱すると、熱可塑性樹脂繊維のみが溶融または軟化して、再生セルロース繊維間に浸透し、その後、冷却されることにより固化して、繊維を固定するマトリックスとなる。
シート基材を不織布とする場合、不織布は、再生セルロース繊維と熱可塑性樹脂繊維とを用いて繊維ウェブを作製した後、繊維を接着させる及び/または交絡させて一体化させることにより製造される。繊維ウェブの形態は特に限定されず、パラレルウェブ、クロスウェブ、セミランダムウェブおよびランダムウェブ等のカードウェブ、エアレイウェブ、湿式抄紙ウェブ、ならびにスパンボンドウェブ等から選択されるいずれの形態であってもよい。
いずれの繊維ウェブを作製する場合においても、再生セルロース繊維の繊度は、0.1dtex以上、1.0dtex未満である。熱可塑性樹脂繊維の繊度は、例えば、0.5dtex〜50dtexとしてよい。
本発明の複合成形体は、熱可塑性樹脂がマトリックスであり、上記所定の繊度および繊維長を有する再生セルロース繊維により強化された繊維強化複合成形体であるともいえる。繊維により強化される物性は、引張強度、曲げ強度、および衝撃強度(特にシャルピー衝撃値)等から選択される機械的物性の少なくとも一つである。再生セルロース繊維の添加により少なくとも一つの機械的物性の向上が認められる複合成形体は繊維強化複合成形体である。
本発明の複合成形体は、繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材を作製すること、および複合成形用基材を、熱可塑性樹脂が溶融または軟化する温度にて加熱することを含む製造方法によって製造される。ここでは、その製造方法の一形態として、上記シート基材を用いた製造方法を説明する。本実施形態は、シート基材を作製すること、およびシート基材を熱可塑性樹脂繊維が溶融または軟化する温度にて加熱することを含む。
織物または編物の形態のシート基材は、再生セルロース繊維と熱可塑性樹脂繊維の混紡糸等を通常の方法により織成または編成することにより作製できる。
本発明の複合成形体は、宇宙および航空機用資材、船舶用資材、車両(自動車および自転車含む)用資材、スポーツ用品用資材、OA機器用資材、電子機器用資材、工業資材、タンクおよび容器類の資材、雑貨類用資材、ならびに建設資材として使用することができる。具体的には、本発明の複合成形体は、自動車の内装材および吸音材、スーツケース本体、およびパーソナルコンピュータ、携帯電話、コピー機、複合機、ゲーム機などの筐体を構成するのに適している。
再生セルロース繊維A:
繊度0.6dtex、繊維長32mmのビスコースレーヨン(商品名ソフレイ、ダイワボウレーヨン(株)製)、捲縮数12.0個/25mm、単繊維強度2.4cN/dtex。
再生セルロース繊維B:
繊度1.4dtex、繊維長38mmのビスコースレーヨン(商品名コロナ、ダイワボウレーヨン(株)製)、捲縮数11.5個/25mm、単繊維強度2.5cN/dtex。
ポリ乳酸(PLA)繊維:
繊度3.3dtex、繊維長51mmのポリ乳酸繊維を用意した。このポリ乳酸繊維は次の方法により製造した。融点175℃のポリ乳酸を紡糸温度230℃の条件にて溶融紡糸して、繊度9.9dtexの紡糸フィラメントを得た。次いで、紡糸フィラメントを、80℃の温水中で3倍に延伸して繊度3.3dtexとした後、繊維処理剤を付与し、さらに、スタッフィングボックス型クリンパーにて15個/25mmの捲縮を付与し、乾燥させた後、51mmの繊維長に切断した。このポリ乳酸繊維は、3cN/dtexの単繊維強度を有していた。
ポリカーボネート(PC)繊維:
繊度6.7dtex、繊維長64mmのポリカーボネート繊維を用意した。このポリカーボネート繊維は次の方法により製造した。ポリカーボネート(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)社製、M7020J)を紡糸温度300℃の条件にて溶融紡糸して、繊度6.7dtexの紡糸フィラメントを得た。繊維処理剤を付与し、さらに、スタッフィングボックス型クリンパーにて15個/25mmの捲縮を付与し、乾燥させた後、64mmの繊維長に切断した。このポリカーボネート繊維は、2.5cN/dtexの単繊維強度を有していた。
再生セルロース繊維A40質量%と、ポリ乳酸繊維60質量%とを混合して、セミランダムカード機及びクロスレイヤーにより、積層ウェブを得た。このウェブを、40番手の針を用いて、針深度10mm、密度130本/cm2の条件で、ニードルパンチ処理に付して、厚み1.0mmのニードルパンチ不織布を得た。この不織布を、熱プレス機を用いて、温度200℃および圧力3MPaの条件にて加熱および加圧処理に付し、熱可塑性樹脂繊維が完全に溶融したシート状の複合成形体を得た。
再生セルロース繊維A40質量%と、ポリカーボネート繊維60質量%とを混合して、セミランダムカード機及びクロスレイヤーにより、積層ウェブを得た。このウェブを、40番手の針を用いて、針深度10mm、密度130本/cm2の条件で、ニードルパンチ処理に付して、厚み1.0mmのニードルパンチ不織布を得た。この不織布を、熱プレス機を用いて、温度200℃および圧力3MPaの条件にて加熱および加圧処理に付し、熱可塑性樹脂繊維が完全に溶融していないシート状の複合成形体を得た。
再生セルロース繊維B40質量%と、ポリ乳酸繊維60質量%とを混合して、実施例1と同様の手順で繊維ウェブを作製し、当該繊維ウェブから熱可塑性樹脂繊維が完全に溶融したシート状の複合成形体を製造した。
再生セルロース繊維B40質量%と、ポリカーボネート繊維60質量%とを混合して、実施例2と同様の手順で繊維ウェブを作製し、当該繊維ウェブから熱可塑性樹脂繊維が完全に溶融していないシート状の複合成形体を製造した。
試料を15cm×15cmにカットして、その重さを測定して求めた。
(厚み)
不織布の厚み測定機(商品名“THICKNESS GAUGE”、モデル:CR−60A、株式会社大栄科学精器製作所製)を用い、JIS L 1096に準じて試料1cm2あたり20gの荷重を加えた状態で測定した。
(比容積)
目付と厚みから計算して求めた。
JIS L 1096に準じ、幅5cm、長さ15cmの試料片をチャックの間隔が10cmとなるように把持し、定速伸長型引張試験機(商品名:テンシロン UCT−1T オリエンテック株式会社製)を用いて引張速度30cm/分で試料片を伸長し、破断時の荷重値及び伸長率をそれぞれ破断強力、破断伸度として測定した。
(裂断長)
引張強度および目付から、下記の式により算出した。
裂断長(km)=[引張強度(N/5cm)/9.8)×1000]/[引張強度の測定試料の幅(mm)×目付(g/m2)]
(態様1)
再生セルロース繊維および熱可塑性樹脂を含む、複合成形用基材であって、前記再生セルロース繊維の繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である、複合成形用基材。
(態様2)
基材が不織布であり、前記熱可塑性樹脂が熱可塑性樹脂繊維として含まれる、態様1の複合成形用基材。
(態様3)
前記熱可塑性樹脂繊維が、ポリカーボネート繊維、ポリ乳酸繊維、ポリプロピレン繊維、およびポリメチルペンテン繊維から選択される、1または複数の繊維である、態様2の複合成形用基材。
(態様4)
再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記再生セルロース繊維の繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である、複合成形体。
(態様5)
前記熱可塑性樹脂が、ポリカーボネート、ポリ乳酸、ポリプロピレン、およびポリメチルペンテンから選択される、1または複数の樹脂である、態様4の複合成形体。
(態様6)
スタンパブルシートである、態様4または5の複合成形体。
(態様7)
態様6のスタンパブルシートである複合成形体を、さらに成形することにより得られた複合成形体。
(態様8)
繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材を作製すること、および
前記複合成形用基材を、前記熱可塑性樹脂が溶融または軟化する温度にて加熱すること
を含む、複合成形体の製造方法。
(態様9)
前記複合成形用基材が前記熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂繊維として含む繊維シートであり、繊維シートを加圧してシート状の複合成形体を得ることをさらに含む、態様8の複合成形体の製造方法。
(態様10)
態様9の方法で製造したシート状の複合成形体をスタンパブルシートとして、当該スタンパブルシートを所定の形状に成形することを含む、複合成形体の製造方法。
Claims (9)
- 再生セルロース繊維および熱可塑性樹脂を含む、複合成形用基材であって、前記再生セルロース繊維の繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である、複合成形用基材。
- 基材が不織布であり、前記熱可塑性樹脂が熱可塑性樹脂繊維として含まれる、請求項1に記載の複合成形用基材。
- 前記熱可塑性樹脂繊維が、ポリカーボネート繊維、ポリ乳酸繊維、ポリプロピレン繊維、およびポリメチルペンテン繊維から選択される、1または複数の繊維である、請求項2に記載の複合成形用基材。
- 再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記再生セルロース繊維の繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である、複合成形体。
- スタンパブルシートである、請求項4に記載の複合成形体。
- 請求項5に記載のスタンパブルシートである複合成形体を、さらに成形することにより得られた複合成形体。
- 繊度が0.1dtex以上、1.0dtex未満であり、繊維長が1.0mm以上である再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材を作製すること、および
前記複合成形用基材を、前記熱可塑性樹脂が溶融または軟化する温度にて加熱すること
を含む、複合成形体の製造方法。 - 前記複合成形用基材が前記熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂繊維として含む繊維シートであり、繊維シートを加圧してシート状の複合成形体を得ることをさらに含む、請求項7に記載の複合成形体の製造方法。
- 請求項7に記載の方法で製造したシート状の複合成形体をスタンパブルシートとして、当該スタンパブルシートを所定の形状に成形することを含む、複合成形体の製造方法。
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