JP4830166B2

JP4830166B2 - 無機繊維シートとその製造方法

Info

Publication number: JP4830166B2
Application number: JP2001089766A
Authority: JP
Inventors: 和央杉山; 康典福島; 尚孝山本; 信雄八木
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: JP2002283486A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両、自動車、航空機、建築物等の断熱材、吸音材や、それらの表面材として使用するための無機繊維シートとその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、無機繊維シートには、ガラス繊維を単独又は有機繊維とともに解繊、混合したものを所定の厚みのマット状に形成し、ニードルパンチ方式により繊維を絡ませ、フェルト状に成型されたものがある。また、ガラス繊維、ロックウール等の無機繊維に熱硬化性樹脂をバインダーとして添加後、熱硬化炉や熱プレスで加熱成型してマット又はボード状に成型されたものがある。
【０００３】
しかしながら、前者のガラス繊維を原料としたシートは、結合材を使用しないで繊維の絡みのみで結合されているため、引張り強度が低く伸びやすいうえに、ほつれが生じてガラス繊維が飛散し、皮膚に付着するとチクチクするといった欠点がある。また、熱硬化性樹脂を使用した後者は、柔軟性に乏しく屈曲部に使用し難く、切断加工が困難といった欠点がある。そして、両者とも撥水、撥油性を付与するには、予め撥水、撥油処理された不織布やフェルトを接着剤により貼り合わせる必要があったが、その接着剤層のために製品の吸音特性低下する欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、繊維が短くショットを含むためニードルパンチによる成形が困難とされていたロックウールを主材として使用し、熱硬化性樹脂バインダーを使用することなく、引張り強度が高く、繊維のほつれが生じにくい無機繊維シートとその製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、少なくともロックウール、ガラス繊維及び芯鞘型ポリエステル繊維からなる繊維状バインダーが混合状態で不規則に配向され、且つ繊維の絡みと繊維状バインダーで繊維間が結合された無機繊維マットの表面に、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m ² の有機繊維不織布からなる柔軟繊維製表皮材を有し、無機繊維マットが、脱ショットされたロックウール１００重量部、ガラス繊維５〜５０重量部及び繊維状バインダー５〜８０重量部を含有し、且つこれらの合計が無機繊維マットの８０重量％以上であり、無機繊維マットと柔軟繊維製表皮材とはニードリング後、繊維状バインダーの融点以上の温度での熱圧成形することによる繊維の絡みと繊維状バインダーで一体化されていることを特徴とする無機繊維シートである。
【０００６】
前記無機繊維シートにおいて、無機繊維芯材は、脱ショットされたロックウール１００重量部、ガラス繊維５〜５０重量部及び繊維状バインダー５〜８０重量部を含有し、且つこれらの合計が無機繊維マットの８０重量％以上であり、繊維状バインダーは、芯鞘型ポリエステル繊維であり、柔軟繊維製表皮材は、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m²の有機繊維不織布であることがよい。
【０００７】
また、本発明は、少なくともロックウール、ガラス繊維及び繊維状バインダーが混合状態で不規則に配向された無機繊維マットの表面に、柔軟繊維製表皮材をニードリングにより張り合わせた後、繊維状バインダーの融点以上の温度で熱圧成形することを特徴とする無機繊維シートの製造方法である。
【０００８】
更に、本発明は、ロックウール（ショット含有）１００重量部、ガラス繊維４〜３５重量部及び芯鞘型ポリエステル繊維４〜６０重量部を混合し、これを解繊混合すると共に脱ショットして無機繊維マットを製造し、この無機繊維マットの表面に、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m²の有機繊維不織布をニードリングにより張り合わせた後、芯鞘型ポリエステル繊維の鞘の融点以上の温度で熱圧成形することを特徴とする無機繊維シートの製造方法である。
【０００９】
以下、本発明の無機繊維シートについて、その製造方法とあわせて詳細に説明する。
本発明の無機繊維シートは、無機繊維芯材（詳細は後述）と柔軟繊維製表皮材（詳細は後述）を積層してなり、それらは繊維の絡みと繊維状バインダーとで強固に結合されたものである。
【００１０】
まず、無機繊維芯材としては、必須繊維として脱ショットされたロックウール、ガラス繊維及び繊維状バインダーを含有し、且つこれらが混合状態で不規則に配向された無機繊維マットを用いる。この無機繊維マットは、前記の組成と形態を有するものであればよく、例えば、ロックウール、ガラス繊維及び繊維状バインダーを所定割合に混合し、この混合物を解繊混合すると共にロックウールを脱ショットすることによって製造することができる。
【００１１】
必須繊維であるロックウールは、高炉スラグ、電気炉スラグ等の各種冶金スラグや、玄武岩、輝緑岩等の天然岩石や、あるいはこれらの混合物を電気炉やキュポラなどで溶融し、これを遠心力及び／又は加圧気体で製綿して得られる。ロックウールには、ショットと称される未繊維化の粒状物が多量に含まれ、このショットが加工時に脱落して周辺を汚染するうえ、製品の軽量性、断熱性、吸音性、触感などを損なう。本発明で用いるロックウールは、可能な限りショットを除去し、ショット含有率２０％以下とすることがよい。したがって、原料ロックウールとして予め脱ショットされたロックウールを用いるか、あるいは通常のロックウールを使用して繊維マット製造工程で脱ショットする必要があるが、好ましくは後者である。
【００１２】
また、必須繊維としてロックウールに混合するガラス繊維としては、例えばグラスファイバー、ガラスウールなどが挙げられ、その繊維長は５〜１５０mm程度、好ましくは１０〜１００mm程度がよい。また、繊維径１０μm以上の通常のガラス繊維を用いると、手で触れた際にチクチクするが、繊維径３〜９μm程度の細径ガラス繊維を用いると、チクチクがなくなり、加工作業者や施工作業者にとって好ましい。このガラス繊維は、吸音性や断熱性を高めると共に弾力性を与え、腰のある無機繊維シートが得られる。脱ショットされたロックウール１００重量部に対するガラス繊維の割合は、５〜５０重量部程度、好ましくは１０〜４０重量部程度がよい。
【００１３】
さらに、無機繊維マットには、繊維状バインダーを含有させることが必要である。繊維状バインダーは、常温では弾性を有し塑性を示さないが、加熱すると塑性を示し、その融点以上では融解して繊維間を融着し、冷却すると弾性のある繊維にもどり繊維間を結合する。繊維状バインダーの融点は、原料繊維の融点又は耐熱温度より低い温度、１１０〜２００℃程度であることがよい。このような繊維状バインダーとしては、例えば低融点ポリエステル繊維、低融点ポリアミド繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維等の熱可塑性樹脂繊維の１種又は２種以上が挙げられ、好ましくは、軟化点の異なる複数の熱可塑性樹脂で構成された芯鞘型のポリエステル繊維である。脱ショットされたロックウール１００重量部に対する繊維状バインダーの割合は、５〜８０重量部程度、好ましくは１０〜４０重量部程度がよい。繊維状バインダーが５重量部より少ないと結合強度の点で充分な性能が得られず、８０重量部を超えると可燃性が増す。
【００１４】
なお、必要に応じて、前記必須繊維に繊維状バインダー以外の有機繊維を混合してもよい。このような有機繊維としては、例えばポリエステル繊維（ＰＥＴ）、ポリアミド繊維（ナイロン）、ポリアクリロニトリル繊維（ＰＡＮ）、ＰＶＡ繊維（ビニロン）等の合成繊維や、レーヨン等の化学繊維や、木綿、麻、ジュート、羊毛等の天然繊維、あるいはこれらの反毛などの１種又は２種以上が挙げられる。これらのうち、耐熱性が良好なポリエステル繊維（ＰＥＴ）が好ましい。有機繊維を混合すると、成形品の強度を高め、使用済み成形品のリサイクルが容易になる。有機繊維を混合する場合、その割合は全繊維の２０重量％以下がよい。
【００１５】
本発明で用いる無機繊維マットは、ロックウール（ショット含有）１００重量部、ガラス繊維４〜３５重量部及び繊維状バインダー４〜６０重量部を混合し、これを解繊混合すると共に脱ショットし、これをマット状に集積すると、必須繊維が前記割合の無機繊維マットが得られる。無機繊維マットは、必須繊維が混合状態で不規則に配向されていることが必要であり、繊維が層状に配置されただけのものでは、ハンドリングできず、最終工程で熱圧成形しても繊維間を強固に結合することができない。本発明で用いる無機繊維マットは、必須繊維の含有量が８０重量％以上、厚さが０．８〜１０mm程度、面密度が５０〜２００g/m²程度のものがよい。
【００１６】
次に、前記無機繊維マットの表面に、柔軟繊維製表皮材をニードリング及び熱圧成形によって積層し、本発明の無機繊維シートを製造する。柔軟繊維製表皮材は、無機繊維繊維マットの表面となる側に積層すればよいが、必要に応じて、両面に積層することもできる。
【００１７】
本発明で用いる柔軟繊維製表皮材は、少なくとも無機繊維マット原料のロックウールやガラス繊維より柔軟性が優れ、且つ熱圧成形温度では完全には溶融しないものである。そして、ニードリング可能な有機又は無機繊維製の不織布や織布などであればいずれも使用可能である。好ましくは、合成繊維、再生繊維、天然繊維等の有機繊維やガラス繊維等の無機繊維を用いてフリースを形成し、このフリースを熱、バインダー、ニードルパンチ、水流などによって結合させた不織布である。好ましい有機繊維としては、例えばポリエステル系繊維、ナイロン系繊維、ポリオレフィン系繊維ビニロン系繊維、アクリル系繊維、レーヨン系繊維などの１種又は２種以上が挙げられる。
【００１８】
有機繊維不織布を用いる場合、その目付は製品の引張り強度、撥液性能、燃焼性の観点から、１５〜１５０g/m²、好ましくは３０〜１００g/m²である。また、有機繊維不織布は、そのままでも使用できるが、耐水性と耐油性を改善することが好ましく、このため、柔軟繊維製表皮材に公知の撥水剤や撥油剤を塗布することがよい。このような性能を付与する薬剤としては、フッ素系やシリコン系のものが挙げられる。
【００１９】
次に、無機繊維マットと表皮材との積層は、ニードリングと熱圧成形の両方で行う。まず、両者を重ね合わせ、これをニードリングして張り合わせる。ニードリングにより表皮材繊維がマット繊維にループ状に絡み、層間剥離強度が改善された積層物が得られる。このニードリングした積層物は、振動や永年使用により剥がれやすくなり、耐久性に乏しい。
【００２０】
本発明は、ニードリングにより得られた積層物を、それに含有される繊維状バインダーの融点以上の温度で熱圧成形する。このような温度に加熱すると、マット表面近傍に存在する繊維状バインダーが融解して両者を接着し、またマット内部の繊維状バインダーが融解してマット自体が塑性を示し、金型形状に成形することができる。繊維状バインダーとして芯鞘型ポリエステル繊維を用いる場合、加熱温度は鞘のポリエステルの融点以上の温度とすることがよい。
【００２１】
ニードリングに加え更に熱圧成形することによって、表皮材と無機繊維マットとは強固に結合し、軽量で引張り強度が高く、耐久性のある無機繊維シートを製造することができる。なお、必要に応じて、繊維マットの裏側に他の吸音材を積層することも可能である。
【００２２】
前記方法により製造された無機繊維シートは、必須繊維としてロックウール、ガラス繊維及び繊維状バインダーを含有し、これらが混合状態で不規則に配向され、且つ繊維の絡みと繊維状バインダーで繊維間が結合された無機繊維芯材と、柔軟繊維製表皮材とが、該芯材及び該表皮材の繊維同士の絡みと繊維状バインダーで一体的に結合されているので、従来の吸音材や断熱材に較べて、薄くて軽量のものから厚手で面密度が中庸程度のものなど、その使用目的に応じた厚さや面密度の異なるもの、例えば、厚さが０.８〜５mm、面密度が５０〜３００g/m²のものを製造することができる。
【００２３】
【実施例】
実施例１
ロックウール粒状綿１００重量部に対し、ガラス繊維１０重量部及び繊維状バインダー（芯鞘型ポリエステルファイバーバインダーユニチカ株式会社製メルティ４０８０融点１１０℃、４デニール、繊維長５１mm）１０重量部の割合で解繊機に連続的に供給し、混合解繊すると共にロックウールを脱ショットし、解繊物をネットコンベアに集積して層状の無機繊維マットを形成した。
次に、無機繊維マットにポリエステル不織布（東洋紡株式会社製目付け４０g/m² 撥水・撥油処理済）を重ね合わせ、ニードリングマシンでこれらをニードリングした。最後に、ニードリング物を金型温度１８０℃、成形時間１分間で熱圧成形して無機繊維シートを製造した。得られた無機繊維シートは、脱ショットされたロックウール１００重量部に対しガラス繊維が約１５重量部、繊維状バインダーが約１５重量部であり、厚さが１.５mm、面密度が１５０g/m²であった。
[引張り強度試験]
無機繊維シート、及び比較のため撥水・撥油・難燃処理されたポリエステル繊維不織布（ＰＥＴ不織布目付１００g/m²について、チャック間２００mm、幅５０mm、引張り速度１００mm/minで引張り強度を評価した結果を表１に示す。
[剥離強度試験]
無機繊維シート、及び比較のため上記ポリエステル繊維不織布について、４０mm角の鋼製ブロックを両側に接着し、引張り速度１０mm/minで剥離強度を評価した結果を同じく表１に示す。
[耐燃焼性試験]
無機繊維シート、及び比較のため上記ポリエステル繊維不織布について、ＪＩＳＤ１２０１「自動車室内用有機資材の燃焼性試験方法」に基づき耐燃焼性を評価した結果を表２に示す。なお、ＪＩＳＤ１２０１の評価基準は次のとおりである。
ＳＥ：試験片に着火するが時間測定線（端末より３８mm）に達しないで消火
ＳＥ／ＢＲ：試験片に着火し時間測定線を越えるが時間測定線より５１mm以内でかつ６０秒以内に消火しないもの、又は５１mm以上燃焼するが２５４mmに達しないで消火
以上のＳＥを自消性と判定
【００２４】
比較例１
ニードリング物を金型温度１８０℃、成形時間１分間で熱圧成形しない他は、実施例１と同様にして無機繊維シート（ニードリング物）を得た。この無機繊維シートは、厚さが１.７mm、面密度１４５g/m²であった。この無機繊維シートの引張り強度試験及び剥離強度試験結果を表１、耐燃焼性試験結果を表２に示す。
【００２５】
【表１】

【００２６】
【表２】

【００２７】
【発明の効果】
本発明は、少なくとも脱ショットされたロックウール、ガラス繊維及び繊維状バインダーが混合状態で不規則に配向された無機繊維芯材の表面に、繊維製表皮材をニードリング及び熱圧成形により一体的に積層してなるものであり、薄くて軽いものから厚手で面密度が中庸程度のものまで、引張り強度が高く、繊維のほつれが生じにくく、また撥水、撥油性に優れた無機繊維シートを得ることができた。

Claims

少なくともロックウール、ガラス繊維及び芯鞘型ポリエステル繊維からなる繊維状バインダーが混合状態で不規則に配向され、且つ繊維の絡みと繊維状バインダーで繊維間が結合された無機繊維マットの表面に、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m ² の有機繊維不織布からなる柔軟繊維製表皮材を有し、無機繊維マットが、脱ショットされたロックウール１００重量部、ガラス繊維５〜５０重量部及び繊維状バインダー５〜８０重量部を含有し、且つこれらの合計が無機繊維マットの８０重量％以上であり、無機繊維マットと柔軟繊維製表皮材とはニードリング後、繊維状バインダーの融点以上の温度での熱圧成形することによる繊維の絡みと繊維状バインダーで一体化されていることを特徴とする無機繊維シート。
少なくともロックウール、ガラス繊維及び芯鞘型ポリエステル繊維からなる繊維状バインダーが混合状態で不規則に配向され、且つ繊維の絡みと繊維状バインダーで繊維間が結合された無機繊維マットであって、脱ショットされたロックウール１００重量部、ガラス繊維５〜５０重量部及び繊維状バインダー５〜８０重量部を含有し、且つこれらの合計が８０重量％以上である無機繊維マットの表面に、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m ² の有機繊維不織布からなる柔軟繊維製表皮材をニードリングにより張り合わせた後、繊維状バインダーの融点以上の温度で熱圧成形することを特徴とする無機繊維シートの製造方法。
ロックウール（ショット含有）１００重量部、ガラス繊維４〜３５重量部及び芯鞘型ポリエステル繊維４〜６０重量部を混合し、これを解繊混合すると共に脱ショットして無機繊維マットを製造し、この無機繊維マットの表面に、予め撥水・撥油処理された目付１５〜１５０g/m²の有機繊維不織布をニードリングにより張り合わせた後、芯鞘型ポリエステル繊維の鞘の融点以上の温度で熱圧成形することを特徴とする無機繊維シートの製造方法。