JP5462696B2

JP5462696B2 - 複合繊維体の成形方法および成形型

Info

Publication number: JP5462696B2
Application number: JP2010101036A
Authority: JP
Inventors: 忠和成富
Original assignee: Kasai Kogyo Co Ltd
Current assignee: Kasai Kogyo Co Ltd
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-04-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2030-04-26
Also published as: JP2011230328A

Description

本発明は、天然繊維，化学繊維や、熱可塑性繊維からなる主繊維と、バインダーとしてこれよりも低融点の熱可塑性繊維とが不織状に交絡，混合した複合繊維体の成形方法、より詳しくは、厚み方向で高密度層と低密度層とに密度変化した複合繊維体の成形方法、および成形型に関する。

厚み方向で高密度層と低密度層とに密度変化した複合繊維体は、例えば、自動車のダッシュインシュレータやルーフトリム等の吸音性内装材として用いられる。

吸音性内装材に代表されるダッシュインシュレータは、一側面を低密度層とし他側面を高密度層とした２層構造体として構成され、低密度層をダッシュパネルの車室内側の側面に密接させて重合配置し、高密度層が車室内に露出した状態でクリップ等の止着部材により取付けられる。

このダッシュインシュレータは、一般的には予め所定形状に熱プレス成形された高密度繊維体を適宜の接着剤を介して低密度繊維体に積層し、これを加熱成形型により所定形状，所定厚みに熱プレス成形した積層構造体として構成される。

ダッシュインシュレータは、ダッシュパネル面に密着した低密度層でエンジンルーム側の騒音を吸収し、車室内に露出した高密度層の保形機能により所要の取付剛性が確保されるが、この高密度層でもエンジンルーム側からの騒音の遮断および車室側の騒音を吸収して音の反射を抑制し、総合的に車室内の静粛性を高められる吸音効果が求められている。

ところが、ダッシュインシュレータが前述のように低密度繊維体と高密度繊維体との積層構造体であると、これらの繊維体の密度変化が急激なため、車室内に露出した高密度繊維体による車室内騒音の反射量が大きくなって、ダッシュインシュレータの吸音性能を阻害することが指摘されている。

また、低密度繊維体と高密度繊維体との積層構造体の製造には、前述の様に２回の熱プレス成形が必要な為コストが高くなる。

一方、近年では例えば特許文献１に示されているように、主繊維と熱可塑性結合材からなるバインダーとを混合した成形材料を、該バインダーの軟化溶融温度に加熱してプレスし、その際に成形材料の片面を高温下でプレスし、他方の面を低温下でプレスすることにより、両面の密度が異なる板状に成形する技術が提案されている。

特開２００１−３２２１３７号公報

特許文献１の技術によれば、厚み方向で高密度層と低密度層とに密度変化し、その密度の変化勾配が緩やかな板状の繊維体が成形可能である。

しかし、高密度層と低密度層の厚み方向の密度分布をコントロールするために一方の金型温度を高温にし、他方の金型に高温と低温の温度分布を持たせている。この方法では、金型のコストが高くなり、また、細い密度分布のコントロールが困難である。

そこで、本発明は要求される吸音特性に対応して、高密度層と低密度層の厚み方向の密度分布および厚み分布が多様に変化した繊維成形体を容易に得ることができる複合繊維体の成形方法および成形型を提供するものである。

本発明の複合繊維体の成形方法は、主繊維と、これよりも低融点の熱可塑性繊維からなるバインダーとが混合した繊維集合体を成形素材とし、この成形素材を加熱型により一側面を圧縮成形加工に必要な温度に加熱した状態で圧縮して、成形素材の一側面側に高密度層を、他側面側に低密度層を形成する方法であって、加熱した型の他方の型を加熱した型温度より低温に保ち、型面に断熱材により型材料と熱伝導率が異なる部分を設定することにより、成型素材の加熱状態を部分的に変えることを特徴としている。

また、本発明の複合繊維体の加熱型は、主繊維と、これよりも低融点の熱可塑性繊維からなるバインダーとが混合した繊維集合体を成形素材とし、この成形素材の一側面を圧縮成形加工に必要な温度に加熱した状態で圧縮して、成形素材の一側面側に高密度層を、他側面側に低密度層を形成する加熱型であって、加熱型の少なくとも一方の型面に、部分的に断熱材を配置して、該型面の熱伝導率を部分的に異ならせたことを特徴としている。

本発明の複合繊維体の成形方法および加熱型によれば、型面の断熱材配置部分では成形素材の加熱状態が部分的に変わって、高密度層と低密度層の厚み方向の密度分布が変化した複合繊維体を容易に得ることができる。この高密度層と低密度層の厚み方向の密度分布、および厚み分布は、断熱材の厚み，型面からの突出高，熱伝導率等によって様々であり、従って、吸音特性の要求に応じて高密度層と低密度層の厚み方向の密度分布，厚み分布が多様に変化した複合繊維体を容易に得ることができる。

本発明の成形方法の一実施形態を示す工程図。本発明の成形方法に用いられる成形型の変形例を示す断面説明図。断熱材の変形例を示す断面図。

以下、本発明の一実施形態を図面と共に詳述する。

図１は本発明の方法の一実施形態を示し、高密度層と低密度層との２層構造の複合繊維体１の成形素材１Ａの片面を加熱して所定の温度分布に加熱する加熱型２と、この成形素材１Ａを、高密度層１ａと低密度層１ｂとに所定の厚み方向の密度分布，厚み分布に加圧成形する成形型３とが用いられている。

本発明における複合繊維体とは、天然繊維，化学繊維や、適宜の熱可塑性繊維からなる主繊維と、これよりも低融点の適宜の熱可塑性繊維とが不織状に交絡，混合した成形繊維体を意味する。また、その成形素材とは、上述の主繊維と、これよりも低融点の前記熱可塑性繊維をバインダーとして用いて、これら主繊維とバインダーとを任意の配合割合で混合した繊維集合体を意味している。

この第１実施形態では上型２Ａとして、加熱温度調整が可能なホットプレートが用いられ、型面が成形素材１Ａの上面側の圧縮成形加工に必要な温度、即ち、成形素材１Ａに用いられるバインダー（熱可塑性繊維）の融点以上の高温の加工温度Ｔ_１となるように加熱調整されている。

一方、下型２Ｂは、金型内に冷却風，冷却水等の冷媒が流通可能となっており、成形素材１Ａを加圧して予備加熱した際に、型面が成形素材１Ａに用いられるバインダー（熱可塑性繊維）の融点よりも低い非加工温度Ｔ_２を維持するように温度管理されている。

また、下型２Ｂの型面の所要部位には、複数の断熱材４、例えば３つの断熱材４ａ〜４ｃが配置され、型面の熱伝導率を部分的に異ならせている。断熱材４ａ〜４ｃは成形素材１Ａの温度分布コントロールコアとして用いられ、何れも型面から突出配置されている。従って、断熱材４ａ〜４ｃは、成形素材１Ａの加圧成形荷重に十分に対抗可能な強度・剛性を備え、熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・ｋ以下、望ましくは１Ｗ／ｍ・ｋの物性を備えた断熱材料が用いられる。また、本実施形態では、断熱材４ａ，４ｂ，４ｃの配設部分で、複合繊維体１の高密度層１ａと低密度層１ｂの厚み方向の密度分布および厚み分布を異ならせるために、４ａ〜４ｃの順に型面からの突出高、および厚みが小さく設定されている。

図１に示す工程（ａ）において、高温に加熱調整された上型２Ａと、低温に管理された下型２Ｂとの間に成形素材１Ａが挿入されると、工程（ｂ）において上型２Ａの加熱下で成形素材１Ａが所定時間加圧，圧縮されて予備加熱される。

このとき、成形素材１Ａの上面側は加工温度Ｔ_１に加熱されるが、断熱材４ａ〜４ｃの配置部分では、下型２Ｂの型面の一般部よりも熱伝導率が小さいため、成形素材１Ａの上面側の加熱は下型２Ｂへの熱伝達による熱損失が抑えられた状態で行われる。

従って、上型２Ａの型面と断熱材４ａ，４ｂ，４ｃとで挟まれた各部分では厚み方向での温度分布が異なり、他の部分に比べ、バインダー（熱可塑性繊維）の融点以上の高温加工温度Ｔ_１の厚み方向での範囲が広く（厚く）なる。断熱材４ａ，４ｂ，４ｃは、この順で型面突出高、および厚みが小さく設定されているため、型面と断熱材４ａとの間、型面と断熱材４ｂとの間、および型面と断熱材４ｃとの間では、この順に高温加工温度Ｔ_１以上のなる厚み方向の範囲（厚み）が少なくなる。

従って、成形素材１Ａが上述の加熱下で加圧されることにより、成形素材１Ａの加工温度Ｔ_１に高温保持された上面側が圧縮加工され、非加工温度Ｔ_２に低温保持された下面側は自己復元性を有しているため、成形素材１Ａは図１（ｃ）に示すように下面側が断熱材４ａ，４ｂ，４ｃの部分で、それらの突出高，突出形状に見合った大きさの凹部形状になる。

図１（ｃ）は、この予備加熱された成形素材１Ａの温度分布状態を示しており、突出高，厚みの大きい断熱材４ａに対応する部分では、厚みの全体に加工温度Ｔ_１が分布する。一方、突出高，厚みの小さい断熱材４ｂ，４ｃに対応する部分では、成形素材１Ａの厚み方向で、加工温度Ｔ_１の分布の下側に非加工温度Ｔ_２が分布するようになるが、この非加工温度Ｔ_２の分布量は、断熱材４ｂに対応する部分よりも断熱材４ｃに対応する部分の方が大きくなっている。

この予備加熱された成形素材１Ａにおける加工温度Ｔ_１と非加工温度Ｔ_２の分布は、複合繊維体１の高密度層１ａと低密度層１ｂの分布に直接関係し、この分布量は上型２Ａ，下型２Ｂの温度と、予備加熱時の型クリアランスと、断熱材４ａ〜４ｃの厚みおよび突出量と、断熱材４ａ〜４ｃの熱伝導率と、予備加熱時の加圧・加熱時間と、をパラメータとして任意にコントロールされる。

このように、図１（ｂ）の工程で予備加熱された成形素材１Ａは、その厚み方向の温度分布Ｔ_１，Ｔ_２を保持させた状態で、即ち、加熱型２を型開きして、図１（ｃ）に示す予備加熱された成形素材１Ａを取り出した後、速やかに図１の（ｄ）に示す工程において、成形型３によってコールドプレスされる。

図１（ｄ）の工程で成形素材１Ａをコールドプレスすることにより、加工温度Ｔ_１の分布層が所要の厚みに圧縮，冷却されて高密度層１ａが形成され、非加工温度Ｔ_２の分布層が低密度層１ｂとしてそのまま残る。

従って、この成形型３による成形素材１Ａのコールドプレス終了後、上型３Ａと下型３Ｂとを型開きして成形品を取り出せば、図１（ｅ）に示すように非加工温度Ｔ_２の分布層が自体の弾性により復元して、所要厚みの高密度層１ａと低密度層１ｂとが厚み方向に分布し、かつ、断熱材４ａ〜４ｂに相当する部分で、これらの高密度層１ａと低密度層１ｂの厚み方向の密度分布，厚み分布が多様に変化した複合繊維体１を得ることができる。

図２は、第１実施形態の成形方法に使用された加熱型２の変形例を示している。

この変形例では、断熱材４を付設した下型２Ｂを、基体２Ｂ_１と、型面に部分的に断熱材４が配置され、基体２Ｂ_１に対して着脱可能な型面構成体２Ｂ_２と、で構成されている。

このように、断熱材４の付設部分を型面構成体２Ｂ_２としてセパレート構造とすることにより、複数種類の密度分布の異なる複合繊維体１の成形を行う場合、型面構成体２Ｂ_２を交換することによって容易に対応することができる。

図３は、断熱材４の変形例を示しており、断熱材４の頂面に補強材５を備えている。

加熱型２に用いられる断熱材４は、断熱性能はもとより、耐摩耗性と、高い強度・剛性が要求される。断熱材４の単体でこれら全ての要求を満たす材料は非常に高価となってしまうが、断熱材４の頂面に補強材５を取付けることにより、コスト的に有利に前述の要求を満たすことが可能となる。この補強材５として、容積比熱が、２，５００，０００Ｊ／ｍ^３・ｋの高強度・剛性材料であることが望ましい。

なお、前記実施形態では断熱材４を加熱型２の下型２Ｂに設けているが、上型２Ａに、もしくは上型２Ａと下型２Ｂの両方に設けることも可能である。

また、断熱材４は金型の型面から突出配置した例を示したが、これは型面と面一に整合して用いることも可能である。

更に、加熱型２は成形素材１Ａを厚み方向に所定の温度分布に加熱するものであるが、実施形態で述べたように該加熱型２により成形素材１Ａを予備賦形することも可能である。

１…複合繊維体
１Ａ…成形素材
１ａ…高密度層
１ｂ…低密度層
２…加熱型
２Ａ…上型
２Ｂ…下型
２Ｂ_１…基体
２Ｂ_２…型面構成体
３…成型型
４…断熱材
５…補強材

Claims

主繊維と、これよりも低融点の熱可塑性繊維からなるバインダーとが混合した繊維集合体を成形素材とし、
前記成形素材を加熱型により一側面を圧縮成形加工に必要な温度に加熱した状態で圧縮して、前記成形素材の一側面側に高密度層を、他側面側に低密度層を形成する方法であって、
前記加熱型の少なくとも一方の型面に、断熱材により型材料と熱伝導率が異なる部分を設定することにより、前記成形素材の加熱状態を部分的に変えることを特徴とする複合繊維体の成形方法。
主繊維と、これよりも低融点の熱可塑性繊維からなるバインダーとが混合した繊維集合体を成形素材とし、
前記成形素材の一側面を圧縮成形加工に必要な温度に加熱した状態で圧縮して、前記成形素材の一側面側に高密度層を、他側面側に低密度層を形成する加熱型であって、
前記加熱型の少なくとも一方の型面に、部分的に断熱材を配置して、該型面の熱伝導率を部分的に異ならせたことを特徴とする複合繊維体の加熱型。
前記加熱型の少なくとも一方の金型が、基体と、型面に部分的に断熱材が配置され、前記基体に対して着脱可能な型面構成体と、を備えたことを特徴とする請求項２に記載の複合繊維体の加熱型。
前記断熱材は、その頂面に補強材を備えていることを特徴とする請求項２または３に記載の複合繊維体の加熱型。