JP3290035B2 - 繊維強化熱可塑性シート - Google Patents

繊維強化熱可塑性シート

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JP3290035B2
JP3290035B2 JP22816894A JP22816894A JP3290035B2 JP 3290035 B2 JP3290035 B2 JP 3290035B2 JP 22816894 A JP22816894 A JP 22816894A JP 22816894 A JP22816894 A JP 22816894A JP 3290035 B2 JP3290035 B2 JP 3290035B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、繊維強化シートの熱可
塑性複合材料、特にガラスマット強化熱可塑性半完成シ
ート材料（ＧＭＴ）に関する。これらの熱可塑性複合材
料は、自動車部品のような、広範囲の用途においてスチ
ールと熱硬化性樹脂に基づく複合材料をますます置き換
えつつある。典型的な例は、騒音遮蔽材、電池用トレ
ー、座席構造部材、バンパービーム、ダッシュボード支
持材およびフロントエンドパネルである。
【０００２】
【従来の技術】半完成シート材料の完成部品への加工は
熱流動成形（「型押」）によってなされる。この方法に
よる場合、材料は先ず熱に、次いで圧力に付される。前
以って切断された素材、即ちブランクが一般に、熱可塑
性樹脂の融点より十分に高い温度に予熱される。造形
は、材料を金型キャビティの端に押入するために速型締
プレスを使用して常温成形法で行なわれる。
【０００３】深く薄いリブ、アンダーカット等を含めて
複雑な形状を実現できるが、それにはガラスマットの易
動度と熱可塑性樹脂の流動性との間に良好なバランスが
必要になる。
【０００４】ガラスマットは、典型的には、ニードリン
グ機でのエンドレスガラス繊維ストランドおよび／また
はチョップドガラス繊維ストランドの機械的結合により
製造されるが、ステープルファイバーも使用することが
できる。ニードリングは、ガラス繊維ストランドを機械
的に結合してある特定のレベルの一体性を達成し、そし
てガラスマットを更なる処理のために取り扱い可能とす
るために、多数のさかとげのあるニードル（ｂａｒｂｅ
ｄ ｎｅｅｄｌｅ）で連続ガラス繊維ストランドおよび
／またはチョップドガラス繊維ストランドに刺し穴をあ
ける（ｐｕｎｃｔｕｒｉｎｇ）ことから成る。同時に、
ガラス繊維ストランドは一部は単フィラメントに分割さ
れ、ガラス繊維の一部は破断される。このことがニード
リングプロセスをして平均のガラス繊維長およびガラス
マットの易動度を制御するよう適合させるのを可能にす
る。
【０００５】ガラスマットの性質は、それより製造され
る半完成複合シートの性能、特に半完成複合シートの流
動性、および成形部品の表面におけるガラス繊維の可視
性に関する完成部品の表面外観に対して重要である。各
ガラス繊維ストランドマットの２つの主表面から突き出
ている繊維末端は、ガラスマットの性質に影響を及ぼす
重大な因子であることが認められている。
【０００６】ガラス繊維ストランドマットの表面から突
き出ているそのような繊維末端は、しばしば「スパイク
（ｓｐｉｋｅｓ）」と称される。ガラスマット表面のス
パイク数は、一般に、刺し穴あけ頻度および／または単
位表面積当りの刺し穴の数を増加させるガラスマットの
線速度を調節することによって増加させることができ
る。ガラスマットの表面上のスパイク数は、多数のさか
とげ（ｂａｒｂ）を持つニードルを使用するか、または
特異な形状のさかとげによって増加させることもでき
る。しかし、繊維破断の量もまた単フィラメントの柔軟
性およびガラス繊維ストランド上のコーティングのタイ
プのような他の因子によって決まる。
【０００７】ニードリングされたガラス繊維ストランド
マットは、一方の側から、または両側から刺し穴をあけ
ることにより製造することができる。後者の場合、両面
ニードリング機を使用することができ、またガラスマッ
トを１面ニードリング機に２回通すことによっても製造
することができる。例えばイギリス特許第２０８８８２
８２号明細書に記載されるように、ガラスマットが一方
の側からのニードリングにより製造される場合、ガラス
マットの一方の側は相対称に滑らか、すなわちスパイク
は低密度で存在するだけであるが、他方の面には著しく
高密度のスパイクが存在する。上面から底面へ刺し穴を
あける場合、通常の逆とげを持つニードルが使用される
ときは多数のスパイクを有するガラスマット表面がガラ
スマットの底面側となり、また逆の逆とげニードルが使
用されるときはガラスマット表面がその上面側となる。
【０００８】１面ニードリング機を適用する場合は、ニ
ードリングのパラメータを注意深く最適化することによ
って、ガラス繊維ストランドをガラスマットの全厚さに
わたって単繊維フィラメントに分裂させることができる
だけでなく、適度に良好な流動性およびガラスマットの
易動性も達成することができるが、その場合、一般的に
は、深い刺し穴あけの深さを選択しなければならない。
結果として、ガラスマットの一方の側から突き出ている
ガラス繊維末端は、特に、高い比表面積重量のガラスマ
ットにおいて非常に長くなる。このことは非常に多数の
用途に対して満足な結果を与えるが、含浸は半完成複合
シートの外側表面に向かって配向した「長スパイク表
面」の面を持つそのガラスマットにしか可能とならない
（イギリス特許第２０８８８２８２号明細書）。それ
は、非対称積層半完成シート材料には、内側に指向する
長スパイクの分離力（ｓｅｐａｒａｔｉｎｇ ｆｏｒｃ
ｅ）に基因して、加熱時に離層する傾向があるからであ
る。
【０００９】半完成複合シートの外側表面に向かって配
向した両長スパイク表面は、しかしながら、両表面が長
スパイクにより粗い外観のものとなるという欠点を有す
る。
【００１０】更に、１面ニードリングによっては、短ス
パイクを持つと共に、均質なマット構造を有し、そして
フィラメントに分裂したガラスマットを製造することは
できない。
【００１１】両面からのニードリングによれば、それ以
上の自由度が得られ、より均質なガラス繊維ストランド
が製造できる。対称的にニードリングされたガラスマッ
トを使用する普通の方法が例えばヨーロッパ特許第０３
１９８３２号明細書に記載されている。対称的にニード
リングされたガラス繊維ストランドマットには、マット
の両主表面上のスパイクの長さを独立に制御することが
できず、そのため特定の製品の必要条件を満足する柔軟
性並びに半完成複合シートおよびそれより製造された成
形部品の性質の制御が制限される、と言う重大な欠点が
ある。
【００１２】例えば、より良好な流動性を望むならば、
離層する傾向もまた高まってしまう。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従っ
て、ガラスマットの両主表面から突き出る繊維未満の数
および長さをよく管理、制御することにより制御された
性質を持つ繊維強化半完成熱可塑性シート材料を提供す
ることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】この目的は、補強要素と
して非対称の、両面がニードリングされたガラス繊維マ
ットを使用することにより達成される。
【００１５】１面がニードリングされたマットに比べ
て、両面がニードリングされた非対称ガラスマットを使
用することの主な利点は、マットの構造およびストラン
ドの単フィラメントへの分裂に関して、マットの各面に
おけるスパイクの数および長さについて完全な制御およ
び著しく増加した自由度を持つ、より均質なガラスマッ
トが製造できることである。
【００１６】両面がニードリングされた対称マットに比
べて、両面がニードリングされた非対称ガラスマットを
使用することの主な利点は、ガラスマットの両面上に本
質的に同一のスパイク密度を維持しながら、ガラスマッ
ト表面上のスパイクの長さをガラスマットの各面につい
て独立に制御できることである。スパイクの長さおよび
スパイクの密度は、ガラスマットの含浸が、図面によっ
て示されるように、二つの異なる構成によって行なうこ
とができるように選ぶことができる。
【００１７】
【実施例】図面は２種類の異なる積層堆積板を示す。主
な必要条件は、その堆積を加工の困難性、特に積層板素
材のそりおよび非等方性流動挙動を避けるために対称と
すべきことである。
【００１８】二つの可能な対称配置の利点は特定の用途
の必要条件によって決まり、また最善の加工ライン（予
熱設備）の選択に影響を及ぼす。
【００１９】図１は、前記ガラスマット製の半完成複合
シートの内側へ向けて配向した「長スパイク表面」の面
を持つ本発明に係る半完成材料を示す。外側面上のより
短いスパイクは、成形部材の素材荷重領域に樹脂の豊富
な表面を提供し、これが改善された表面外観を与える。
ガラスマットの１面上の短スパイクは、浅い刺し穴あけ
深さを適用することにより、またはニードリング面の一
つに対し調節されたさかとげ位置を持つニードルを使用
することにより実現することができる。本発明の一つの
新規な特徴は、マットの一体性、制御された繊維の破
断、ガラスマット易動度および圧縮性に関して最適のガ
ラスマット特性を実現するための総合的なニードリング
要件が、典型的には、ガラスマットの他方の面により深
い刺し穴あけ深さを適用することによって満足され、か
くしてガラスマットのその面上により長いスパイクが作
り出されると言うことである。
【００２０】ガラス繊維マットは両面がニードリングさ
れているから、長スパイクの長さは、依然として、ほぼ
同じ特徴、すなわち流動性を持つ１面がニードリングさ
れたマットのそれよりも小さい。
【００２１】従って、本発明に係る半完成複合シート
は、同じ堆積様式の１面ニードリング製品よりも加熱時
の離層傾向が低い。
【００２２】この半完成複合シートは赤外線炉中での予
熱に特に適している。
【００２３】短／短−外向き配向スパイクを持つこの配
置で、成形部品に改善された表面外観が得られる。この
性質は量で表わすのは困難であるが、拡大する用途の種
類に対し決定的な役割を演じる。その背景の理論は、例
えばマットのニードリングの強さに妥協する必要なし
に、加熱された素材面上に非常に短かいスパイク（例え
ば、約１ｍｍぐらい）を有せしめるべくガラスマットの
構造を最適にするためにこの方法は細かく合わせること
を可能にするということである。加熱された素材表面上
の短かいスパイクは、成形部材表面上の目に見えるガラ
ス繊維の存在を防ぐことに貢献する。
【００２４】このような半完成材料は高品質の、繊維を
ほとんど含まない表面を必要とする自動車の内部装備品
および半構造部材に特に適している。
【００２５】図２は、前記のガラスマット製半完成複合
シートの外側へ向けて配向された「長スパイク表面」の
面を持つ本発明に係る半完成材料を示す。内側面上のよ
り短かいスパイクは、外側面上のより長いスパイクと組
み合わさって、前記ガラスマット製の半完成複合シート
の流動性を著しく向上させることが証明された。内側面
上のより短かいスパイクは、特に高温および高い空気速
度で作動している循環式エアオーブン中で、重合体マト
リックスの融点より高い温度で予熱する間に複合シート
が著しく改良された一体性を保っていることを意味す
る。外側面上のより長いスパイクは、金型内に加熱され
た複合シートを置いたあとの急速な冷却を防止する。し
かしながら、１面ニードリングマットに所望の一体性を
達成するためにしばしば必要であった長過ぎるスパイク
は、予熱工程の間に複合シート表面の過熱を防止するた
めには避けるべきである。
【００２６】長／長−外側配向スパイクを持つ配置は、
例えば、向上した流動成形性、所定の金型を満たすのに
１０〜２０％ぐらい低い成形圧要件でよいと言う向上し
た流動成形性をもたらす。このことは成形業者にとって
非常に重大なことである。
【００２７】長／長−外向き配向スパイクを持つそのよ
うな半完成製品は、複雑な形状寸法および／または非常
に薄い壁肉厚に基因して、金型を完全に満たすのに「易
流動性」材料を必要とする目に見えない部品に特に適し
ている。
【００２８】スパイク密度とも称せられる、ガラスマッ
ト表面から突き出るガラス繊維の末端数は、いろいろな
用途のニーズに適するように合わせることができる。マ
ットの両面上のスパイク数に関して広い範囲にわたる製
品は、ニードリング条件を調節することによって制御さ
れる、本発明において概説された基準内で製造すること
ができる。
【００２９】いくつかのパラメーターの通常の値を以下
に概説する：ガラス繊維表面重量： 典型的には、２００〜１５００ｇ
／ｍ2 。
【００３０】スパイクの長さ：スパイクの長さを測定す
るための基準レベルは、実際上は、容易には規定されな
い。しかし、次のデータが有用な指針となろう： 「長い」：典型的には、６〜８ｍｍ（平均） 「短い」：典型的には、１〜４ｍｍ 最小差３ｍｍ（平均）。
【００３１】スパイク密度：これも量で表わすのがいく
ぶん困難である。スパイク密度は刺し穴あけ密度により
決まるが、ガラスマットはより多い単繊維フィラメント
からなるガラス繊維ストランドにより製造されるから、
スパイクの「束」が形成される。典型的な刺し穴あけ密
度は各面から２０〜４０／ｃｍ2 であるが（両面ニード
リング）、最高６０／ｃｍ2 までもまた実行可能であ
る。
【００３２】ガラスマット特性 ガラスマットの引張り強度が、一般に、ＧＭＴの製造お
よび加工において使用するためのガラスマットの適合性
を規定する重要な特性として使用される。概括的に述べ
ると、その目的は取扱い要件（最小１０〜１５Ｎ／１０
０ｍｍ）と、流動成形の間は高いガラスマット易動度、
すなわち低いマット引張り強度が必要なこととの間で妥
協をはかることである。
【００３３】６００ｇ／ｍ2 のマット重量に対する典型
的な値：１０〜４０Ｎ／１００ｍｍ、標準的には２０Ｎ
／１００ｍｍ。
【００３４】例えば、次の特性：マット重量約６００ｇ
／ｍｍ2 、両面上で同じスパイク密度、平均スパイク長
さ：一方の面上で約１〜２ｍｍ、他方の面上で約６〜８
ｍｍを持つ、ニードリングされた、チョップドガラス繊
維ストランドの２枚のマットからなる、繊維強化シート
熱可塑性複合半完成材料（ＧＭＴ）が適当である。熱可
塑性樹脂としてのポリプロピレンにより含浸すると（繊
維−マット間に１９００ｇ／ｍ2 、各表面上に５００ｇ
／ｍ2 ）、３０重量％のガラス含量を持つ３．７ｍｍの
厚さの半完成複合シートが得られる。
【００３５】ポリプロピレンは好ましい熱可塑性樹脂で
あるけれども、例えばポリアミド類（ＰＡ）、ポリケト
ン類、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブ
チレンテレフタレート（ＰＢＴ）のような他の熱可塑性
樹脂、並びにそれらのおよび／またはポリプロピレンと
の混合物もまた適している。
【００３６】
【発明の効果】ガラスマットの「長スパイク表面」の側
が内側に向いているならば、樹脂の豊富な、高品質の表
面が得られる。このような半完成シート材料は赤外線炉
中での予熱に特に適している。
【００３７】ガラスマットの「長スパイク表面」の側が
外側に向いているならば、非常に良好な流動性が実現さ
れる。このような半完成シート材料は循環式熱エアオー
ブン中での予熱に特に適している。
【００３８】このような繊維強化熱可塑性半完成シート
材料は、自動車の内部装備品およびさまざまな工業用途
における半構造部材に適しており、従って内側に配向し
た「長スパイク表面」の側は、非常に高品質の表面外観
を必要とする用途に好ましく使用され、また外側に配向
した「長スパイク表面」の側は、非常に薄い（＜２ｍ
ｍ）肉厚を有する部品または複雑な部品に好ましく使用
される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は内側へ向かって配向した「長スパイク表
面」の面を持つ本発明に係るガラスマット製半完成複合
シート材料の説明図である。
【図２】図２は外側へ向かって配向した「長スパイク表
面」の面を持つ本発明に係るガラスマット製半完成複合
シート材料の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｂ２９Ｋ 309:08 Ｂ２９Ｌ 31:58 Ｂ２９Ｌ 31:58 Ｃ０８Ｌ 23:12 Ｃ０８Ｌ 23:12 Ｂ２９Ｃ 67/14 Ｘ (73)特許権者 594158529 Ｉｍ Ｌｅｎｚｈａｒｄ 1997，ＣＨ− 5600 Ｌｅｎｚｂｕｒｇ，Ｓｗｉｔｚｅ ｒｌａｎｄ (56)参考文献 特開 昭63−257625（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−272636（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C08J 5/04 - 5/10 C08J 5/24 B29B 11/16 B29B 15/08 - 15/14 ＷＰＩ／Ｌ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ニードリングされた連続ガラス繊維スト
    ランドおよび／またはチョップドガラス繊維ストランド
    の少なくとも２枚のマットを含み、該マットの各々は二
    つの面から非対称の様式でニードリングされ、そのため
    前記マットの２つのマット主表面から突き出ている繊維
    末端の本数は事実上同じであるが、各マットの第１主表
    面から突き出ている前記繊維末端の長さは前記マットの
    反対側の第２主表面から突き出ている繊維末端の長さよ
    りも実質的に長くなっている、繊維強化シートの熱可塑
    性複合半完成材料。
  2. 【請求項２】 ガラス繊維マットが、該マットの一つの
    主表面では表面から突き出ている繊維末端の平均長さが
    ２ｍｍ未満であり、これに対して該マットの他の主表面
    では表面から突き出ている繊維末端の平均長さが６ｍｍ
    より大で、かつ１０ｍｍ未満となるようにニードリング
    されている、請求項１に記載の繊維強化シートの熱可塑
    性複合半完成材料。
  3. 【請求項３】 ガラス繊維マットが、該ガラスマットの
    「長スパイク表面」が内側に配向するように熱可塑性樹
    脂で含浸されている、請求項１または２に記載の繊維強
    化シートの熱可塑性複合半完成材料。
  4. 【請求項４】 ガラス繊維マットが、該ガラスマットの
    「長スパイク表面」が外側に配向するように熱可塑性樹
    脂で含浸されている、請求項１または２に記載の繊維強
    化シートの熱可塑性複合半完成材料。
  5. 【請求項５】 ガラス繊維マットの各々が２００〜１５
    ００ｇ／ｍ2 の比表面積重量を有する、請求項１〜４の
    いずれか１項に記載の繊維強化シートの熱可塑性複合半
    完成材料。
  6. 【請求項６】 熱可塑性樹脂がポリプロピレンである、
    請求項１〜５のいずれか１項記載の繊維強化シートの熱
    可塑性複合半完成材料。
  7. 【請求項７】 １パスにて表面からおよび底面からニー
    ドリングを遂行する両面ニードリング機を使用してガラ
    ス繊維マットをニードリングし、そして該マットを熱可
    塑性樹脂で含浸する工程を含む、請求項１〜６のいずれ
    か１項に記載の繊維強化シートの熱可塑性複合半完成材
    料の製造法。
  8. 【請求項８】 各ガラス繊維マットの２つの主表面から
    突き出ている繊維末端の相違する長さを、ニードリング
    装置に関連して表面側からと底面側からのニードリング
    を相違する刺し穴の深さで行うことにより実現する、請
    求項７に記載の方法。
  9. 【請求項９】 各ガラス繊維マットの２つの主表面から
    突き出ている繊維末端の相違する長さを、上面側ニード
    リングおよび底面側ニードリングのために位置がいろい
    ろに異なる逆とげをもつニードルを使用して実現する、
    請求項７に記載の方法。
  10. 【請求項１０】 繊維強化シートの熱可塑性複合半完成
    材料を赤外線炉および／または循環式エアオーブン中で
    予熱されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか
    １項に記載の繊維強化シートの熱可塑性複合半完成材料
    を使用して完成材料を製造する方法。
  11. 【請求項１１】 請求項３に記載の材料を赤外線炉中で
    予熱される、請求項１０に記載の方法。
  12. 【請求項１２】 請求項４に記載の材料を循環式エアオ
    ーブン中で予熱される、請求項１０に記載の方法。
  13. 【請求項１３】 高品質の表面外観を必要とする自動車
    の内部装備品および半構造部品のための請求項１〜６の
    いずれか１項に記載の繊維強化シートの熱可塑性複合材
    料の使用する方法。
  14. 【請求項１４】 形状が複雑なことおよび／または壁の
    肉厚が非常に薄いことに基因して金型を完全に充填する
    ためには「易流動性」材料が必要となる見えない部品の
    ための、請求項１〜６のいずれか１項に記載の繊維強化
    シートの熱可塑性複合材料の使用する方法。
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