JP2776615B2 - 多孔性複合材料の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車用天井材として好適に用いられる多
孔性複合材料の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 一般に、自動車用天井材には、軽量で、剛性、耐熱
性、吸音性、成形性等の性能に優れた材料が要求され
る。

従来より、この種の材料の製造方法としては、例えば
特開昭64−77664号公報に示すような方法が知られてい
る。すなわち、この方法は、無機繊維を主体とするマッ
ト状物の両面に熱可塑性樹脂フィルムを積層して積層シ
ートとする。この積層シートの両面に、上記熱可塑性樹
脂が溶融状態では融着するが非溶融状態では接着しない
板状体を積層する。ついで、熱可塑性樹脂の溶融温度以
上の温度に加熱して熱可塑性樹脂を溶融した状態で加圧
圧縮した後、解圧する。そして、熱可塑性樹脂が溶融し
た状態で拡開し、積層シートの厚みを増大させた後、冷
却する。その後、板状体を剥離して複合材料を得るもの
である。

そして、このような複合材料は、その表面に、塩化ビ
ニルレザー、不織布等の化粧用表皮材を積層することに
よって使用される。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来は、複合材料の製造工程と、化粧用
表皮材の積層工程とを分離して行っていたので、生産性
が劣るといった不都合を生じていた。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたもので、複合材
料の製造と化粧用表皮材の被覆とを同時に行う多孔性複
合材料の製造方法を提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明の多孔性複合材料の製造方法は、無機繊維が樹
脂材料によって多数の空隙を有する状態で結着された中
心層と、前記樹脂材料が粘性状態になる温度より高温度
で固体状態を保持するシート状材料から成る表面層とか
らなる多孔性複合材料の製造方法であって、無機繊維お
よび樹脂材料を、２枚のシート状材料に挟み、前記樹脂
材料が粘性状態になる温度以上で且つ前記シート状材料
が固体状態を保持する温度で加熱し、前記シート状材料
の両外面から圧力を加えて前記樹脂材料を前記無機繊維
に含浸させた後、前記シート状材料の両外面を拡開する
ことにより、無機繊維と樹脂材料とからなる中心層を多
孔化させるとともに、該中心層の両外面にシート状材料
からなる表面層を融着一体化させるものである。

上記無機繊維としては、たとえばガラス繊維ロックウ
ール、セラミック繊維、炭素繊維等があげられ、その長
さは中心層の成形体の形成性の点から10〜200mmが好ま
しく50mm以上のものが70重量％以上含まれているのがよ
り好ましい。又、その太さは細くなると機械的強度が低
下し、太くなると重くなって嵩密度が小さくなるので３
〜30μｍが好ましく、より好ましくは５〜20μｍであ
る。

上記樹脂材料は無機繊維同士を結着しうるものであれ
ばよく、たとえば、ポリエチレン、ポリプロピレン、飽
和ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリビニ
ルブチラール、ポリウレタン等の熱可塑性樹脂があげら
れる。

樹脂材料の形態は繊維、粉末、溶液、サスペンジョ
ン、エマルジョン、フィルム等任意の形態が使用可能で
あり、本発明の多孔性複合材料を製造する際の方法によ
ってそれぞれ好適な形態で使用される。

上記無機繊維と樹脂材料の比率は、樹脂材料の量が少
なくなると結合部分が少なくなり、中心層の機械的強度
が低下し、逆に多くなると空隙率が低下するので重量比
で1:4〜4:1が好ましい。

上記表面層は、中心層に用いた前記樹脂が溶融状態に
なる温度よりも高温度で固体状態を保持する物質からな
り、例えば、中心層にPEやPPを用いた場合に対しては表
面層はポリアミド,PET,PBT等があげられる。又、中心層
に樹脂を用い、表面層に紙や鉄，アルミ，銅などの金属
板やポリエステル不織布や織布を用いることができる。

次に、本発明の多孔性複合材料の製造方法の一例を示
す。

まず、２枚のシート状材料間に無機繊維と樹脂材料と
を挟む。

この際、無機繊維は、マット状に形成しておく。この
マット状に形成する方法としては、たとえば無機繊維を
カードマシンに供給し、解繊、混繊しマット状に製造す
る等、任意の方法が採用される。

また、無機繊維を接着するためやマット状物の嵩密度
を上げるために、ポリエチレン、ポリプロピレン、不飽
和ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン、ポリビニ
ルブチラール等の熱可塑性樹脂よりなる有機繊維や有機
粉末が添加されてもよい。有機繊維の添加はマット状物
を製造する際に添加するのが好ましいが、有機粉末はマ
ット状物を製造する際でもよいしマット状物を製造した
後に散布してもよい。また、有機粉末は粉末として使用
されてもよいし、粉末の分散液やエマルジョンとして使
用されてもよい。有機繊維の長さ及び直径は無機繊維と
混繊してマット状物を形成する際の形成性がすぐれてい
るのが好ましいので、長さは５〜200mmが好ましく、よ
り好ましくは20〜100mmであり、太さは３〜50μｍが好
ましく、より好ましくは20〜40μｍである。さらに、有
機粉末の直径は粉末状態で添加される際には50〜100メ
ッシュが好ましく、貧溶媒に分散された状態もしくはエ
マルジョンにして添加される際にはもっと小さくてもよ
い。

なお、マット状物の機械的強度を向上させるためにニ
ードルパンチを施こしてもよく、ニードルパンチは1cm²
当たり10〜60個所行われるのが好ましい。

マット状物の密度は大きくなると重くなり、小さくな
ると機械的強度が低下するので0.01〜0.2g/cm²が好まし
く、より好ましくは0.03〜0.07g/cm²である。また、全
体としての空隙率は70〜98％が好ましい。さらに、マッ
ト状物の厚さは用途により適宜決定されれはよいが、一
般には２〜200mmである。

一方、樹脂材料は、熱可塑性樹脂フィルムシートを、
マット状の無機繊維の片面または両面に積層することに
よって供給する。

上記熱可塑性樹脂フイルムとしては、ポリエチレン、
ポリプロピレン、ポリスチレン、不飽和ポリエステル、
ポリウレタン、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル
等の熱可塑性樹脂のフイルムがあげられる。なお、有機
繊維もしくは粉末を接着剤としてマット状物に添加する
際には溶融温度の近いものを使用するのが好ましい。

熱可塑性樹脂フイルムの厚さは厚くなると重くなり、
薄くなると機械的強度が低下するので50〜500μｍが好
ましく、より好ましくは70〜300μｍである。また、有
機繊維や粉末を接着剤として併用する際には有機繊維や
粉末により無機繊維は接着されるので熱可塑性樹脂フイ
ルムの厚さを薄くすることができる。

熱可塑性樹脂フイルムを積層する方法は任意の方法が
採用されてよく、たとえば単に載置する方法、熱融着す
る方法、押出ラミネートする方法等があげられる。

そして、樹脂材料が溶融状態になる温度以上で且つ前
記シート状材料が固体状態を保持する温度で加熱し、シ
ート状材料の両外面から圧力を加えて樹脂材料を無機繊
維に含浸させる。

この際、加熱する方法は任意の方法が採用されてよ
く、たとえば熱風加熱方法、赤外線ヒーター、遠赤外線
ヒーターなどによる輻射加熱方法等があげられる。

また、圧力を加える方法も任意の方法が採用されてよ
く、たとえばプレスする方法、ロールで圧縮する方法等
があげられる。プレス圧力は0.1〜20kg/cm²であって、
中心層と表面層とを合わせた全体の厚みの4/5以下圧縮
されるのが好ましく、圧縮時間は数秒あればよい。ま
た、ロールで圧縮する際にはロール間を、中心層と表面
層とを合わせた全体の厚みの4/5〜1/20に設定するのが
好ましい。

この際、溶融した熱可塑性樹脂は、加圧圧縮されるこ
とによって無機繊維中に含浸される。次に解圧すると積
層シートは元の厚さに回復しようとするが無機繊維は一
度押しつぶされているので充分に回復しない。

そこで、熱可塑性樹脂が溶融した状態で表面層材料の
両外面を拡開することにより、無機繊維と樹脂材料とか
らなる中心層の厚みを増大させ多孔化するとともに、該
中心層の両外面にシート状材料からなる表面層を融着一
体化し、その後冷却する。

すると、中心層材料は表面層材料に融着しているから
厚みが回復され嵩高くなる。なお、この際、熱可塑性樹
脂は溶融しているので無機繊維や接着部分が破断するこ
とはない。

拡開の方法は、たとえば表面層材料の両端を持って行
ってもよいし、真空吸引によって反対方向に引張しても
よい。

冷却は放冷であってもよいし冷風を吹き付けてもよ
い。なお、拡開しつつあるときも冷却してよいが、その
場合は拡開が終了するまで熱可塑性樹脂が溶融している
ように条件を設定する必要がある。

冷却して熱可塑性樹脂を固化させることで、目的の複
合材料を得る。

（作用） 本発明の多孔性複合材料の製造方法は、無機繊維およ
び樹脂材料を、２枚のシート状材料に挟み、前記樹脂材
料が溶融状態になる温度以上で且つ前記シート状材料が
固体状態を保持する温度で加熱し、前記シート状材料の
両外面から圧力を加えて前記樹脂材料を前記無機繊維に
含浸させた後、前記シート状材料の両外面を拡開する。
これにより、無機繊維と樹脂材料とからなる中心層が多
数の空隙を有する状態で結着されるとともに、該中心層
の両外面にシート状材料からなる表面層が融着一体化す
ることとなる。

〔第１実施例〕 長さ40〜200mm、直径９〜13μｍのガラス繊維をカー
ドマシンに供給し、混繊してマット状にし、1cm²当たり
20箇所ニードルパンチを行って厚さ10mm、重さ600g/m²
のマット状物を得た。ついで、その両面にポリエチレン
シート（厚さ100μｍ、重さ100g/m²）を積層して積層シ
ートを得た。得られた積層シートの両面に厚さ50mmのわ
ら半紙を積層し、200℃で３分間加熱した。そして、ク
リアランスが1.3mmで、200℃に加熱したロールで10cm/
秒の速度で圧縮し、200℃に保って両表面層材料を両端
から0.5mm/秒の速度で真空吸引して拡開し、積層シート
の厚みを9mmまで回復した後、３分間空冷して多孔性複
合材料を得た。

こうして得られた複合材料を200℃のオーブンで２分
間加熱した後、30℃の金型で1kg/cm²の圧縮力で１分間
圧縮し、第１図に示すように段差Ｄを形成した多孔性複
合材料の成形体１を得た。金型は最小肉厚部が3.0mm、
肉厚部が8.0mm、凹部の曲率半径が5mmであり、得られた
成形体１は長さL1800mm、幅W900mm、段差D20mmであっ
た。

第２図に示すように、この成形体１を幅50mmの長板状
に切断して試験片10とした。そして、これを100mm間隔
Ａで保持し、その中心位置の上方から荷重Ｇを加え、該
試験片10が折れる寸前の曲げ荷重（kg/5cm幅）を測定し
た。結果を表１に示す。

〔第２実施例〕 上記第１実施例のわら半紙に代えて、厚さ約2mm（300
g/m²）のポリエステル不織布を用い、その他を上記第１
実施例と同様にして多孔性複合材料を得た。また、上記
第１実施例同様に成形体を成形し、曲げ荷重を測定し
た。結果を表１に示す。

〔第３実施例〕 上記第１実施例のわら半紙に代えて、厚さ30μｍのア
ルミ箔を用い、その他を上記第１実施例と同様にして多
孔性複合材料を得た。また、上記第１実施例の圧縮力を
1kg/cm²から7kg/cm²に変更し、その他を上記第１実施例
と同様にして成形体を成形し、曲げ荷重を測定した。結
果を表１に示す。

〔比較例〕

上記第１実施例のわら半紙を用いず、その他を上記第
１実施例と同様にして多孔性複合材料を得た。また、上
記第１実施例同様に成形体を成形し、曲げ荷重を測定し
た。結果を表１に示す。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によると、無機繊維と樹脂
材料とからなる中心層が多数の空隙を有する状態で結着
されるとともに、該中心層の両外面にシート状材料から
なる表面層が融着一体化することとなるので、軽量で、
剛性、耐熱性、賦形性に優れ、特に曲げ強さが著しく向
上した多孔性複合材料を容易に製造することができる。

また、両表面層が融着一体化した状態で製造されるた
め無機繊維の飛散がほとんど無く、環境衛生的にも優れ
ている。

さらに、両表面層が紙、合成繊維織布、不織布の場
合、加熱後賦形プレスして所定の形状に成形可能である
し、金属板の場合特に加熱しなくても賦形成形可能であ
る。もちろん加熱して中心層を溶融した方が賦形は容易
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、第１実施例ないし第３実施例において成形さ
れる多孔性複合材料からなる成形体の全体構成の概略を
示す斜視図、第２図は同成形体を用いて行った曲げ荷重
試験の方法を示す概略図である。 １……成形体（多孔性複合材料の製造方法）

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機繊維が樹脂材料によって多数の空隙を
   有する状態で結着された中心層と、前記樹脂材料が溶融
   状態になる温度より高温度で固体状態を保持するシート
   状材料から成る表面層とからなる多孔性複合材料の製造
   方法であって、 無機繊維および樹脂材料を、２枚のシート状材料に挟
   み、前記樹脂材料が溶融状態になる温度以上で且つ前記
   シート状材料が固体状態を保持する温度で加熱し、前記
   シート状材料の両外面から圧力を加えて前記樹脂材料を
   前記無機繊維に含浸させた後、前記シート状材料の両外
   面を拡開することにより、無機繊維と樹脂材料とからな
   る中心層を多孔化させるとともに、該中心層の両外面に
   シート状材料からなる表面層を融着一体化させることを
   特徴とする多孔性複合材料の製造方法。