JP3545053B2

JP3545053B2 - 軽量スタンパブルシートの製造方法

Info

Publication number: JP3545053B2
Application number: JP18105494A
Authority: JP
Inventors: 祐一内田; 正文小松; 誠二花谷
Original assignee: JFE Chemical Corp
Current assignee: JFE Chemical Corp
Priority date: 1994-08-02
Filing date: 1994-08-02
Publication date: 2004-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-21
Also published as: JPH0839597A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、軽量かつ高剛性が要求される部材、特に自動車の内装材等に最適な軽量スタンパブルシートの製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
熱可塑性樹脂をマット状の強化繊維に含浸させた繊維強化熱可塑性樹脂複合材料、いわゆるスタンパブルシートが、近年急速に普及しつつある。その特徴は、比重が１．５以下と軽いこと、２００℃程度の温度を与えてやれば数分のサイクル時間で容易に種々の成形体にプレス加工できること、等である。
【０００３】
特に、特開昭６０−１５８２２７号公報に開示の抄紙法により調製されたガラス繊維と粒状の熱可塑性樹脂とからなるウエブに熱と圧力を加えた後、冷却して得られるスタンパブルシートは、ガラス繊維がほとんど単繊維の状態にまで開繊されているので、これを再度、熱可塑性樹脂の融点以上まで加熱すると、樹脂に拘束されていたガラス繊維がスプリングバックを起こし、厚み方向に均一に膨張した多孔質のスタンパブルシート、即ち軽量スタンパブルシートを得ることができる。
【０００４】
この軽量スタンパブルシートの特徴は、膨張前の通常のスタンパブルシートに比べ、軽い上に、同一重量当たりの耐荷重が大きく、たわみが小さいことにある。このように軽くかつ剛性に優れていることは、材料の使用量が少なくてすみ、低コスト化に大きく貢献する。
しかしながら、用途に応じて、軽量スタンパブルシートに、さらに引張強度、あるいは曲げ強度の増強が要求される場合がある。材料の曲げ特性の向上については、図２（ａ）に示すように、材料の内部に硬度の小さい成分（層）２、材料の表面層により硬度の大きい成分（層）１を導入する方法が一般に知られている。逆に、引張特性の向上については、図２（ｂ）に示すように、板厚方向における中心層に、より硬度の大きい成分（層）１を導入する方法が有効である。軽量スタンパブルシートの成形においては、曲げ強度を向上させる際の表面層、および引張強度を向上させる際の中心層として、膨張量を抑えて、空隙が少なく、靱性の高い層を導入する方法が有効である。
【０００５】
特公平２−４８４２３号公報に、軽量繊維強化樹脂シートの成形に際して、３枚以上のシートを積層し、しかも両外側に膨張量の小さいシートを、内側に膨張量の大きいシートを配置することで、曲げ剛性の向上を図る技術が見られる。しかしこの方法では、成形に際し少なくとも３枚のシートを用いるため、目付け１０００ｇ／ｍ^２の成形品を得るには、目付け３００ｇ／ｍ^２以下のウエブを製造しなければならない。抄紙法で製造されるこのような低目付けのウエブは、ハンドリングに充分な強度を有しておらず、実際の成形には適さない。
【０００６】
一方、軽量繊維強化樹脂シートの引張強度の増強を目的として、シートの両面を均一に加熱し、かつシートの中心部が軟化点以上に達しないように加熱を調節することによって、両面が膨張し、中心部分が圧縮されたまま硬度を保った状態のシートを得る技術が、特開昭６１−５０１３９８号公報に開示されている。しかし、この方法は成形時の加熱温度の制御、ひいては膨張しない中心部分の厚みの制御が困難である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、ハンドリングに適当なウエブの目付量が得られ、曲げ強度あるいは引張強度に優れた軽量スタンパブルシートを容易に得ることのできる軽量スタンパブルシートの製造方法を提案することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、鋭意研究の結果、抄紙法により、１枚のウエブで、その厚み方向に膨張量の異なるような構造を実現せしめれば、望みに応じて、曲げ特性あるいは引張特性を向上させた軽量スタンパブルシートが容易に得られることを見い出した。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づきなされたもので、ガラス繊維と粒状の熱可塑性樹脂とを空気の微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体に分散させた分散液を、移動する多孔性支持体上で連続的に抄くことによりシート状のウエブを調製し、このウエブを加熱加圧して固化させた後、樹脂の融点以上に再加熱し、その厚み方向に膨張させて密度0.4 〜1.0g/cm³で、ガラス繊維20〜70重量％と熱可塑性樹脂30〜80重量％とからなる多孔質の軽量スタンパブルシートを製造する方法において、該ウエブの抄造工程が、
(a) 該分散液中のガラス繊維含有率が0.2 〜4.0 重量％であり、かつ
(b) 該分散液を該多孔性支持体上で抄く際、空気の微小気泡を含む界面活性剤水溶液の該多孔性支持体の孔を通過する速度が毎秒４cm以上であり、かつ
(c) 該多孔性支持体の移動速度が毎分１〜10ｍであること
を特徴とする軽量スタンパブルシートの製造方法であり、また本発明は、上記方法により調製されたウエブを、その抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を内側に合わせて２枚積層し、樹脂の融点以上に再加熱してその厚み方向に膨張させ、曲げ強度を向上させた軽量スタンパブルシートの製造方法であり、また本発明は、上記方法により調製されたウエブを、その抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を外側にして２枚積層し、樹脂の融点以上に再加熱してその厚み方向に膨張させ、引張強度を向上させた軽量スタンパブルシートの製造方法である。
【００１０】
【作用】
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明でいう、１枚のウエブで、同一加熱温度での膨張量が厚み方向で異なるような構造とは、図１に示すような厚みｔ方向の断面構造を有するものである。即ち、ウエブの下層部分３は、ガラス繊維５がループ状に折り曲げられ、かつ３次元的に絡み合っているような構造をとり、上層部分４はガラス繊維５が真直で２次元方向にのみ配列しているような構造である。この下層部分３（以下高膨張層と称する）のような構造は、ガラス繊維５のスプリングバック量が極めて大きく、上層部分４（低膨張層と称する）に比べ膨張量が大きくなるのである。
【００１１】
このようなウエブを加熱加圧して固化させたシートを用いれば、高膨張層３同士を向かい合わせて２枚積層し、樹脂の融点以上に再加熱して厚みｔ方向に膨張させることにより、曲げ特性を向上させた軽量スタンパブルシートが得られるのである。また低膨張層４同士を向かい合わせて２枚積層して膨張させることで、引張特性を向上させた軽量スタンパブルシートが得られる。
【００１２】
通常、抄紙法によるスタンパブルシートのウエブは、特開昭６０−１５８２２７号公報に開示されているように、ガラス繊維と粒状の熱可塑性樹脂を空気の微小気泡を含む界面活性剤水溶液に分散させた分散液を、移動する多孔性支持体上で連続的に抄くことにより調製される。ここで、図１に示すような構造を有するウエブを調製するためには、以下に記す抄紙条件を実現することが重要である。
【００１３】
（ａ）上記分散液中のガラス繊維の含有率が、０．２〜４．０重量％の範囲を満たすことである。ガラス繊維含有率が０．２％未満では、分散液中のガラス繊維の交差が少なくなり、ウエブ中でのガラス繊維の３次元的絡み合いが発生しない。４．０％超では、分散液の濃度が高くなり、目付けの均一なウエブの製造が困難になる。
【００１４】
（ｂ）分散液を多孔性支持体上で抄く際、界面活性剤水溶液を毎秒４ｃｍ以上の速度で多孔性支持体を分離通過させなければならない。この速度未満では、ウエブ中でのガラス繊維のループ状の屈曲は生じない。
（ｃ）連続的抄紙において、多孔性支持体の移動速度が毎分１〜１０ｍでなければならない。毎分１０ｍ超では、ガラス繊維が多孔性支持体に沿って整列し、ループ状の屈曲が生じない。毎分１ｍ未満の移動速度は、生産性の面から実用的でない。
【００１５】
上記抄紙条件により調製されたウエブは、ウエブの多孔性支持体側の３０〜５０重量％が高膨張層３、さらにその上の層が低膨張層４を形成している。この構造は、ウエブを加熱加圧して固化させたシートにおいても失われることはない。この固化したシートを単独で、あるいは目的に応じて複数枚積層して、特公平２−４８４２３号公報に開示される方法で、任意の倍率に膨張させて軽量スタンパブルシートを得ることができる。
【００１６】
本発明の軽量スタンパブルシートの密度は０．４〜１．０ｇ／ｃｍ^３の範囲でなければならない。０．４ｇ／ｃｍ^３未満では、内部空隙の強度欠陥としての影響がより強く現れて、充分な剛性が発現しない。１．０ｇ／ｃｍ^３超であれば、通常のスタンパブルシートとの差がなくなり、軽量化効果は期待できない。
本発明で使用するガラス繊維の長さは、その補強効果を得、かつ界面活性剤含有水性媒体中での分散を確保する上で、６〜５０ｍｍが好ましい。ガラス繊維長が小さすぎると、充分な補強効果が得られない。ガラス繊維長が大きすぎると、水性媒体中でガラス繊維を分散させる工程において、ガラス繊維の凝集が生じ、膨張性の低下を招く。
【００１７】
ガラス繊維はウエブおよびシート中で、ガラス繊維と熱可塑性樹脂の重量比（繊維／樹脂）が２０／８０から７０／３０となるように用いられる。ガラス繊維の過剰の配合は、ウエブを加熱加圧して固化させる工程で、熱可塑性樹脂がガラス繊維中に均一に含浸するのが困難になる。また過少の配合は当然補強効果が少ない。
本発明で使用できる熱可塑性樹脂は例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、ポリ塩化ビニル等、ならびにこれらの樹脂を主成分とする共重合体やグラフト化合物およびブレンド物、例えば、エチレン−プロピレン共重合体、エチレン−塩化ビニル共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体等が挙げられる。
【００１８】
また、ガラス繊維と熱可塑性樹脂との密着性を向上させる目的で、接着性樹脂を用いてもよい。例えば、マトリクス樹脂がポリプロピレンの場合、接着性樹脂は無水マレイン酸、アクリル酸等で変性されたポリオレフィンや、ビスフェノールＡ型などのエポキシで変性された樹脂などが挙げられる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
（実施例１）
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．０８重量％水溶液に、ガラス繊維（平均長さ１３ｍｍ、径１１μｍ）と粒状ポリプロピレンを、該水溶液に対してそれぞれ０．４重量％、０．６重量％を加えて攪拌、起泡して分散液を調製した。この分散液を毎分４ｍで水平方向に移動する多孔性支持体（ポリエステル平織クロス、商品名プラネット、日本フィルコン製）上に連続的に注ぎ込み、上記水溶液が多孔性支持体で分離されて通過する速度が毎秒４ｃｍになるように抄紙し、目付け５００ｇ／ｍ^２のウエブを調製した。このウエブを乾燥後、２５×２５ｃｍの大きさに裁断し、それぞれを２１０℃で予熱した後、冷却盤間に配置し、５ｋｇ／ｃｍ^２の圧力で加圧して、固化した緻密なシートを得た。このシートを、抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を合わせて２枚積層し、２１０℃に加熱した平板金型（クリアランス２．０ｍｍ）の下型上に置き、５分経過後、金型を冷却して、膨張した多孔質の軽量スタンパブルシートＡ（目付け１０００ｇ／ｍ^２）を得た。このシートの曲げ試験、引張試験を行った結果を表１に示す。なお、密度は０．５０ｇ／ｃｍ^３であった。
（実施例２）
実施例１と同様に調製した固化した緻密なシート２枚を、抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を外側に向けて２枚積層し、実施例１と同様に金型内で膨張させて、軽量スタンパブルシートＢを得た。このシートの曲げ試験、引張試験を行った結果を表１に示す。なお、密度は０．５０ｇ／ｃｍ^３であった。
（比較例１）
実施例１と同様に調製した固化した緻密なシート２枚を、抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を同じ方向に向けて２枚積層し、実施例１と同様に金型内で膨張させて、軽量スタンパブルシートＣを得た。このシートの曲げ試験、引張試験を行った結果を表１に示す。なお、密度は０．５０ｇ／ｃｍ^３であった。
（比較例２）
ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム０．０８重量％水溶液に、ガラス繊維（平均長さ１３ｍｍ、径１１μｍ）を０．１重量％と粒状ポリプロピレンを０．２重量％加えて攪拌、起泡して分散液を調製した。この分散液を実施例１と同様の方法で抄紙して目付け５００ｇ／ｍ^２のウエブを調製し、実施例１と同様の方法で加熱加圧して、固化した緻密なシートを得た。このシートを、抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を内側に合わせて２枚積層し、２１０℃に加熱した平板金型（クリアランス３．７ｍｍ）の下型上に置き、５分経過後、金型を冷却して、膨張した多孔質の軽量スタンパブルシートＡ’を得た。このシートの曲げ試験、引張試験を行った結果を表１に示す。なお、密度は０．５０ｇ／ｃｍ^３であった。
（比較例３）
比較例２と同様に調製した固化した緻密なシート２枚を、抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を外側に向けて２枚積層し、実施例１と同様に金型内で膨張させて、軽量スタンパブルシートＢ’を得た。このシートの曲げ試験、引張試験を行った結果を表１に示す。なお、密度は０．５０ｇ／ｃｍ^３であった。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【発明の効果】
本発明により、曲げ強度あるいは引張特性に優れた軽量スタンパブルシートを容易に製造することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のウエブの厚み方向の断面構造を示す模式図である。
【図２】（ａ）は曲げ負荷、（ｂ）は引張負荷にそれぞれ強いシート材料の厚み方向の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１硬度の大きい層
２硬度の小さい層
３高膨張層（下層部分）
４低膨張層（上層部分）
５ガラス繊維
ｔ厚み

Claims

ガラス繊維と粒状の熱可塑性樹脂とを空気の微小気泡を含む界面活性剤含有水性媒体に分散させた分散液を、移動する多孔性支持体上で連続的に抄くことによりシート状のウエブを調製し、このウエブを加熱加圧して固化させた後、樹脂の融点以上に再加熱し、その厚み方向に膨張させて密度0.4 〜1.0g/cm³で、ガラス繊維20〜70重量％と熱可塑性樹脂30〜80重量％からなる多孔質の軽量スタンパブルシートを製造する方法において、該ウエブの抄造工程が、
(a) 該分散液中のガラス繊維含有率が0.2 〜4.0 重量％であり、かつ
(b) 該分散液を該多孔性支持体上で抄く際、空気の微小気泡を含む界面活性剤水溶液の該多孔性支持体の孔を通過する速度が毎秒４cm以上であり、かつ
(c) 該多孔性支持体の移動速度が毎分１〜10ｍであること
を特徴とする軽量スタンパブルシートの製造方法。
ウエブを、その抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を内側に合わせて２枚積層し、樹脂の融点以上に再加熱してその厚み方向に膨張させ、曲げ強度を向上させたことを特徴とする請求項１記載の軽量スタンパブルシートの製造方法。
ウエブを、その抄造工程時に多孔性支持体に接していた面を外側にして２枚積層し、樹脂の融点以上に再加熱してその厚み方向に膨張させ、引張強度を向上させたことを特徴とする請求項１記載の軽量スタンパブルシートの製造方法。