JP3842425B2 - ガラスチョップドストランドマット - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス繊維強化プラスチック(以下、GFRPという)の補強材や自動車成形天井材料等の発泡ポリウレタンの補強材として用いられるガラスチョップドストランドマット及びそれを用いた自動車成形天井材に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ガラスチョップドストランドマットは、多数本のガラスフィラメントの表面に集束剤を付着量が0.1〜2重量%程度となるように塗布し、これらを集束することによって得られたガラスストランドを所定長に切断してなるガラスチョップドストランドの多数本を、均等無秩序にシート状に堆積した後、その上から結合剤として、粉末ポリエステル樹脂を散布し、次いでこれらの粉末ポリエステル樹脂を加熱溶融してからプレス成形し、冷却固化させたり、あるいはシート状堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布後、乾燥することによって製造される。
【0003】
通常、ガラスチョップドストランドマットを製造する場合、ストランド番手が40〜60テックス(テックスは長さ1000m当たりのグラム単位での重量)のガラスストランドを約50mmの長さに切断した後、目付が300〜900g/m2 となるように均等無秩序に堆積した後、粉末ポリエステル樹脂を、付着量が1〜6重量%となるように散布してから加熱溶融した後、冷却固化したり、あるいは樹脂を乳化したエマルジョンを、付着量が1〜6重量%となるように塗布した後、乾燥することによって、各ガラスストランド同士を接着する方法が採られる。
【0004】
従来よりガラスチョップドストランドマットは、浴槽、浄化槽等のGFRP成形品の補強材として用いられ、主にハンドレイアップ法と呼ばれる不飽和ポリエステル樹脂を含浸、成形する方法に多用されてきたが、近年では、これまで段ボールやフェルト等で成形されていた自動車成形天井材として、発泡ポリウレタンシートの両表面にガラスチョップドストランドマットを接着することによって、その剛性や寸法安定性を向上させたものが開発されつつある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで自動車成形天井材には、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性等の特性が必要とされるが、これ以外にも、自動車全体の重量を軽減することを目的として、単位面積当たりの重量が大きくならないことが要求される。またガラスチョップドストランドマットを発泡ポリウレタンシートと接着する際、フェノール、メラミン、イソシアネート等の接着剤を使用するが、その接着剤がガラスチョップドストランドマットの裏面まで浸透しないと、成形された自動車成形天井材の剛性が不足したり、接着後に、マットからガラスチョップドストランドが剥がれ落ちることがあるため、必ずマット裏面まで接着剤を浸透させる必要がある。
【0006】
成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上させるためには、ガラスチョップドストランドマットの目付を小さくすれば良いが、目付が小さくなるほど、ガラスチョップドストランドマットのストランド分布が不均一になってマットの引っ張り強度が低下し、マットを巻き芯に巻き取った後、その外層から引っ張ってほどき出す時に途中で破断しやすくなるため、作業性が大幅に低下するという問題がある。
【0007】
また軽量のガラス繊維補強材としては、直径が15〜24μm程度のガラスフィラメント(単繊維)を50〜100本程度束ねた後、連続繊維状態で渦状に堆積させたガラスコンティニアスストランドマットや、直径が6〜13μmのガラスフィラメントを数十本から数百本束ねた後、長さ3〜25mmに切断したガラスチョップドストランドを白水中でモノフィラメントに分散させ、抄紙したガラスペーパーが知られているが、ガラスコンティニアスストランドマットは、その製造効率が低く、その価格が高いという問題があり、またガラスペーパーは、ガラス繊維がモノフィラメント状態であるため、補強効果が小さく、自動車成形天井材としては剛性が不足するという問題がある。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、目付が小さいため、自動車成形天井材の重量を軽減することができ、裏面まで接着剤が浸透しやすく、しかもマットを引っ張ってほどき出す時に、途中で破断することがないため、作業性に優れたガラスチョップドストランドマットと、それを用いた自動車成形天井材を提供することを目的とするものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく、種々の実験を行った結果、従来のガラスチョップドストランドマットの強熱減量は、6重量%以下であるが、これを10重量%以上にすることによって、マットの目付を200g/m2 以下にしても、高い引っ張り強度が得られることを見いだし、本発明を提案するに到った。
【0010】
本発明者等の知見によると、マットの強熱減量は、使用するガラスフィラメントに塗布する集束剤の付着量と、シート状堆積物に散布される結合剤の付着量によって決定されるが、従来品のような目付が300g/m2 以上と大きいマットの場合、単位面積当たりのストランド本数が多いため、結合剤の作用によってストランド同士が接着すると共にストランド同士が絡み合うことによっても良好な結合状態が保たれるため、結合剤の使用量が少なくても、所望の引っ張り強度を得ることができる。
【0011】
しかしながらマットの目付を200g/m2 以下にすると、これを構成するストランド同士の絡み合いが極端に少なくなるため、所望の引っ張り強度を得るためには、結合剤の作用によってストランド同士の接着力を高めた状態にする必要があり、この状態は、マットの強熱減量を10重量%以上にすることによって得られる。
【0012】
すなわち本発明のガラスチョップドストランドマットは、目付が80〜200g/m2であり、JIS R3420に基づいて測定した強熱減量が10〜25重量%であることを特徴とする。
【0013】
また本発明のガラスチョップドストランドマットは、好ましくは、平均ストランド番手が、10〜40テックスのガラスチョップドストランドから構成され、長さ30〜150mmのガラスチョップドストランドから構成される。
【0014】
さらに本発明の自動車成形天井材は、発泡ポリウレタンシートの両表面に、目付が80〜200g/m2 であり、強熱減量が10〜25重量%であるガラスチョップドストランドマットが接着されてなることを特徴とする。
【0015】
【作用】
本発明において、ガラスチョップドストランドマットの目付を80〜200g/m2 に限定した理由は、目付が80g/m2 より小さいと、マットに穴あきが発生しやすくなると共に、マットの引っ張り強度が極端に低下するためである。一方、目付が200g/m2 より大きいと、自動車成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上するという所期の目的を達成し難くなる。
【0016】
また強熱減量を10〜25重量に限定した理由は、強熱減量が10重量%より小さいと、マットを構成するガラスストランド同士の結合力が弱くなり、マットの引っ張り強度が低下するためである。一方、強熱減量を25重量%より大きくするには、ガラスストランドの堆積物に結合剤を多量に付着させる必要があるため、粉末ポリエステル樹脂の散布量が極めて多くなり、製造コストが大幅に上昇するためである。この製造コストの上昇は、ガラスストランドの堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布する場合でも、エマルジョンの散布量が多くなるため、同様に起こる。強熱減量の好ましい範囲は、11〜22重量%である。
【0017】
従って本発明のガラスチョップドストランドマットは、軽量で、接着剤が浸透しやすく、しかも高い引っ張り強度を有しており、このようなマットに接着剤を浸透させ、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着すると、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性の特性を満足し、軽量の自動車成形天井材が得られる。
【0018】
また本発明においては、使用するガラスチョップドストランドの平均ストランド番手を10〜40テックスとすることが好ましい。
【0019】
すなわち平均ストランド番手が10テックスより小さいガラスストランドを得るには、直径の非常に小さなガラスフィラメントを紡糸したり、ストランド1本当たりのガラスフィラメントの集束本数を少なくする必要があるが、このようなガラスフィラメントやガラスストランドを製造する場合、紡糸時に切断しやすく、材料コストの上昇につながるため好ましくない。また40テックスより大きいガラスストランドは、ストランドが太いため、ストランド分布が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生したり、マットの引っ張り強度が低下しやすいため好ましくない。
【0020】
さらに本発明においては、ガラスチョップドストランドの長さを30〜150mmとすることが好ましい。
【0021】
すなわちストランド長が、30mmより短いと、ガラスチョップドストランドマットの引っ張り強度が低下しやすく、150mmより長いと、マットを構成するガラスストランドの分散が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生しやすくなる。
【0022】
尚、ガラスストランド同士を結合させるための結合剤は、粉末ポリエステル樹脂に限定されず、その形態は、繊維状、シート状、フィルム状等であっても良く、またポリエステル以外に、ポリプロピレン、酢酸ビニル、アクリル、エポキシ等の樹脂素材も使用可能である。
【0023】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。尚、図1は、ガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。
【0024】
まず直径11μmのガラスフィラメントに集束剤(固形分50重量%のポリ酢酸ビニルエマルジョンを6重量%、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを0.3重量%、第4級アンモニウム塩を0.5重量%、イオン交換水を93.2重量%)を付着量が0.4重量%となるように塗布した後、80本集束させることによってストランド(番手20テックス)としてから、巻き取り、ガラスケーキを得た後、所定時間乾燥した。
【0025】
この乾燥されたケーキの内層からガラスストランド10を解舒し、チャンバー11の天井部分に取り付けられた複数個の切断機12に送り込み、所定長に切断した。各切断機12は、カッターローラー12aとゴムローラー12bから構成され、互いに回転するカッターローラー12aとゴムローラー12bの間にガラスストランド10が送り込まれることによって切断される。
【0026】
チャンバー11の底部には、第1の搬送コンベア13が配置され、長さ50mmに切断されたガラスストランド10を、第1の搬送コンベア13の上で均一になるように分散、シート状に堆積してからチャンバー11の外へ搬送し、次の第2の搬送コンベア14に搬送した。第2の搬送コンベア14上で移動するガラスチョップドストランド上に散布機15によって粉末ポリエステル樹脂(花王株式会社製ニュートラック514)を、付着量が15重量%となるように均一に散布した後、次の第3の搬送コンベア16に搬送した。第3の搬送コンベア16の途中には、加熱炉17が配置され、粉末ポリエステル樹脂が散布されたガラスチョップドストランドのシート状堆積物が、加熱炉17中に移動して所定温度で加熱されることによって、粉末ポリエステル樹脂が軟化、溶融した。次いでこのガラスチョップドストランドを、加熱炉17の外部に移動した後、水冷ロール18の間を通して冷却、プレスを行い、これにより溶融していた粉末ポリエステル樹脂が固化し、ガラスチョップドストランドマット19(目付120g/m2 )が作製され、その後、巻き取り機20によって巻き取った。
【0027】
こうして得られたガラスチョップドストランドマット19(試料No.1)の強熱減量を測定したところ、15重量%であり、また引っ張り強度を測定したところ、263kgfと所望の高い値を示した。
【0028】
次に、この試料No.1とは、ガラスフィラメントの直径、集束本数(ストランド番手)、ストランド長、マット目付、強熱減量が異なるガラスチョップドストランドマットを各種作製し、得られたガラスチョップドストランドマット(試料No.2〜74)の引っ張り強度を測定し、その結果を、試料No.1と共に表1〜11に示した。
【0029】
【表1】
【0030】
【表2】
【0031】
【表3】
【0032】
【表4】
【0033】
【表5】
【0034】
【表6】
【0035】
【表7】
【0036】
【表8】
【0037】
【表9】
【0038】
【表10】
【0039】
【表11】
【0040】
表から明らかなように、実施例である試料No.1〜70のガラスチョップドストランドマットは、いずれも引っ張り強度が160kgf以上と高かった。
【0041】
それに対し、比較例である試料No.71、72の各ガラスチョップドストランドマットは、目付が小さいため、穴あきが認められ、引っ張り強度に劣っていた。また試料No.73、74の各ガラスチョップドストランドマットは、強熱減量が低いため、ガラスチョップドストランド同士の結合力が弱く、やはり引っ張り強度に劣っていた。
【0042】
尚、ガラスチョップドストランドマット中のストランド番手(テックス)の測定は、マットを構成するストランドを抜き取り、その長さ(Lmm)を測定した後、感量が0.1mg以下の秤を用いて重量(Wg)を測定し、次式により算出することができる。
【0043】
【数1】
【0044】
またガラスチョップドストランドマットの目付と強熱減量は、JIS R3420に基づいて測定した。
【0045】
さらにマットの引っ張り強度は、引っ張り試験機を使用し、チャック間距離1260mmにて、1.26m幅のガラスチョップドストランドマットを200mm/分の速さで引っ張り、マットが破断するまでの最大荷重を測定したものであり、この値が150kgf以上であれば、予め巻き芯に巻き取られたマットを引っ張ってほどき出しても、途中で破断することはない。
【0046】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスチョップドストランドマットは、目付が200g/m2 以下と小さいため、自動車成形天井材の重量を軽減することができると共に、裏面まで接着剤が浸透しやすく、また150kgf以上の高い引っ張り強度を有するため、作業性に優れ、しかも安価に製造することが可能である。
【0047】
また、このようなガラスチョップドストランドマットが、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着されてなる自動車成形天井材は、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性に優れ、軽量である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
10 ガラスストランド
11 チャンバー
12 切断機
13 第1の搬送コンベア
14 第2の搬送コンベア
15 散布機
16 第3の搬送コンベア
17 加熱炉
18 水冷ロール
19 ガラスチョップドストランドマット
20 巻き取り機
Claims (4)
- 目付が80〜200g/m2であり、JIS R3420に基づいて測定した強熱減量が10〜25重量%であることを特徴とするガラスチョップドストランドマット。
- 平均ストランド番手が10〜40テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなることを特徴とする請求項1記載のガラスチョップドストランドマット。
- 長さが30〜150mmのガラスチョップドストランドから構成されてなることを特徴とする請求項1記載のガラスチョップドストランドマット。
- チャック間距離1260mmにて、1.26mの幅のガラスチョップドストランドマットを200mm/分の速さで引っ張り、マットが破断するまでの最大荷重が、150kgf以上であることを特徴とする請求項1記載のガラスチョップドストランドマット。
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JP4896198A Expired - Lifetime JP3842425B2 (ja) | 1998-02-12 | 1998-02-12 | ガラスチョップドストランドマット |
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-
1998
- 1998-02-12 JP JP4896198A patent/JP3842425B2/ja not_active Expired - Lifetime
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