JP6305714B2

JP6305714B2 - 熱可塑性積層シート及びその製造方法

Info

Publication number: JP6305714B2
Application number: JP2013196847A
Authority: JP
Inventors: 明粕谷
Original assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Current assignee: Kurashiki Spinning Co Ltd
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2018-04-04
Anticipated expiration: 2033-09-24
Also published as: JP2015063019A

Description

本発明は、内層（コア層）の両表面に炭素織物層を一体化した熱可塑性積層シート及びその製造方法に関する。

従来から、炭素繊維やアラミド繊維などの強化繊維織物を複数枚積層したり、発泡体シートなどと一体化した積層体は知られている。特許文献１には、発泡体からなる内層（コア層）シートの表面に炭素繊維織物層を一体化した積層シートは提案されている。また、特許文献２には炭素繊維表面にエポキシ樹脂をサイジング剤として塗布し、熱硬化性樹脂との接着強度を高めることが提案されている。さらに、特許文献３には炭素繊維と熱硬化性樹脂の片面に熱可塑性樹脂層を積層し、真空成形することが提案されている。

特開２０１２−０９６４８２号公報特開２０１３−１１６９９８号公報特開２００９−１８４２３９号公報

しかし、従来の積層体は炭素繊維に熱硬化性樹脂を積層しており、成形時に熱硬化させるための硬化時間が必要で、成形時間が長くかかり、成形コストが高いという問題があった。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、層間剥離がなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高く、成形コストも安価な熱可塑性積層シート及びその製造方法を提供する。

本発明の熱可塑性積層シートは、内層の両表面に接着層を介して織物層が貼り合わされ、前記織物層のいずれか一方の表層に接着層を介してポリプロピレン系樹脂層がさらに積層一体化された積層シートであって、前記内層はポリプロピレンシート又はプロピレンを含む非発泡ポリプロピレン系シートであり、前記織物層は炭素繊維織物であり、前記接着層は熱融着ポリオレフィン系フィルムであり、前記炭素繊維織物以外は熱可塑性であることを特徴とする。

本発明の熱可塑性積層シートの製造方法は、前記の熱可塑性積層シートの製造方法であって、内層と、その両表面に接着用フィルムと、その両表面に炭素繊維織物層を配置して加熱加圧し、次いで冷却し、前記炭素繊維織物層のいずれか一方の表層に熱融着ポリオレフィン系フィルムからなる接着層を介してポリプロピレン系樹脂層をさらに積層一体化することを特徴とする。

本発明は、積層シートを構成する内層及び接着層がオレフィン系樹脂であるため、成形コストを安価にすると同時に、層間剥離がなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高い熱可塑性積層シートを提供できる。また、この積層シートは熱可塑性であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等に好適で、安価な成形体とすることもできる。本発明の製造方法は、効率よく合理的に本発明の積層シートを製造できる。

図１は本発明の一実施態様の積層シートの模式的断面図である。図２は本発明の別の実施態様の積層シートの模式的断面図である。図３は本発明の一実施態様における積層シートの製造装置を示す模式的断面図である。図４は本発明の一実施態様の積層シートを真空成形した成形体の模式的斜視図である。

本発明の積層シートは、内層（コア層）の両表面に接着層を介して炭素繊維織物層が貼り合わされた積層シートである。内層（コア層）はポリプロピレンシート又はプロピレンを含むオレフィン系シートである。この内層（コア層）シートはフィルムであっても良い。ポリプロピレンシート又はポリプロピレンを含むシートは、実用的に物理的特性を満足する分野があり、コストも安い利点がある。さらに、接着層として熱融着ポリオレフィン系フィルムを使用することにより、内層（コア層）と炭素繊維織物層との加熱加圧接着が可能となり、積層一体化しやすい。

内層（コア層）は非発泡ポリプロピレン系シートを使用するのが好ましい。非発泡ポリプロピレン系シートはプレス成形によっても内層（コア層）が潰れることはなく、真空成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等も容易にできる。

内層（コア層）はプロピレン-エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）であるのが好ましい。ＲＰＰはプロピレンユニットが５０モル％を超え、エチレンユニットが５０モル％未満のランダムコポリマーで、融点は１３５〜１５０℃であり、一般的に市販されている。ＲＰＰは熱融着性に優れる利点がある。内層（コア層）の好ましい厚さは０．１〜２ｍｍであり、より好ましくは０．２〜１．５ｍｍである。

熱融着ポリオレフィン系フィルムは低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）であるのが好ましい。ＬＬＤＰＥは熱加工性、接着性、透明性に優れる。

炭素繊維織物は平織、綾織（斜文織）、朱子織、その他の変化織など、どのような組織の織物であっても良い。炭素繊維織物の単位面積当たりの重量(目付)は５０〜５００g/m²の範囲が好ましい。

本発明の積層シートは、炭素繊維織物層のいずれか一方の表層に接着層を介してポリプロピレン系樹脂層をさらに備えても良い。このようにするとポリプロピレン系樹脂層で覆われた板状体のシートとすることができ、成形体としての応用範囲も広くなる。

さらに本発明の積層シートは、内層（コア層）と炭素繊維織物層の間に多軸繊維シートを加えることもできる。多軸繊維シートは倉敷紡績株式会社製、商品名“クラマス”を挙げることができる。一例として多軸繊維の方向は０°／＋６０°／−６０°、１平方メートル当たりの重量（目付け）は３５０ｇ／ｍ²であり、トータル繊度１８５０deci texのＰＰフィラメントを多数本使用し、ステッチ糸としてポリエチレンテレフタレート糸を使用した多軸繊維シートがある。

本発明の積層シートの製造方法は、内層と、その両表面に接着用フィルムと、その両表面に炭素繊維織物層を配置して加熱加圧し、次いで冷却する。一例として、内層と、その両表面に接着用フィルムと、その両表面に炭素繊維織物層を配置して連続的に熱プレスし、引き続き連続的に冷却し、積層シートを連続的に製造する。熱プレス工程の雰囲気温度は１５０〜１９０℃が好ましく、さらに好ましくは１６０〜１８０℃である。加圧力は１ＭＰａ程度が好ましい。加熱時間は０．５〜５分間が好ましく、さらに好ましくは１〜４分間である。冷却工程の時間は０．５〜５分間が好ましく、さらに好ましくは１〜４分間である。冷却温度は３０℃程度以下になるまでが好ましい。成形後の積層シート全体の厚みは０．５〜５ｍｍが好ましい。連続的方法は大量生産に好ましい。

本発明の製造方法は前記連続法に限らず、１回ごとの加熱加圧プレスと冷却法によっても製造できる。サンプルを作製したり、小規模に製造する際にはこの方法で十分である。この方法の製造条件も前記連続法と同様である。

次に図面を用いて説明する。以下の図面において、同一符号は同一部を示す。図１は本発明の一実施態様の積層シートの模式的断面図である。この積層シート６は、内層１の両表面に接着層２ａ，２Ｂを介して炭素繊維織物層３ａ，３ｂが貼り合わされ一体化されている。

図２は本発明の別の実施態様の積層シートの模式的断面図である。この積層シート７は、内層１の両表面に接着層２ａ，２Ｂを介して炭素繊維織物層３ａ，３ｂと、さらに接着層４ａ，４ｂを介してポリプロピレン系樹脂層（表皮層）５ａ，５ｂが積層一体化されている。表皮層は透明とし、内部の炭素繊維織物の織模様の外観とすることもできる。また、表皮層には様々な模様を印刷したり着色することもできる。

図３は本発明の一実施態様における積層シートの製造装置１０を示す模式的断面図である。この積層シートの製造装置１０は、原料シートの供給ロール１４，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂと、加熱加圧領域２０と、冷却領域２１から構成され、全体は連続的に動く。まず内層（コア）は供給ロール１４ａ，１４ｂから、接着用フィルムは供給ロール１５ａ，１５ｂから、炭素繊維織物は供給ロール１６ａ，１６ｂからそれぞれ加圧ロール１７ａ，１７ｂに供給される。加圧ロール１７ａ，１７ｂ及び２２ａ，２２ｂには金属製板１８，１９がエンドレス状に組み込まれており、まず加熱加圧領域２０で加圧加熱される。次に、冷却領域２１では冷却用エアーが矢印ａから供給され矢印ｂから排出されることにより冷却される。効率の良い冷却をする場合は、冷却用エアーに加えて冷却領域２１に水冷パイプを配置して冷却する。加圧ロール２２ａ，２２ｂから取り出された積層シート２３は所定の長さにカットされる。

図４は本発明の一実施態様の積層シートを真空成形した成形体の模式的斜視図である。横の最大長さ２６０ｍｍ，奥行きの最大長さ１７０ｍｍ，高さ５００ｍｍの成形体の例である。この積層シートは深絞り成形できる利点がある。さらに、この積層シートは熱可塑性であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等において、成形サイクルが短く、加工コストも安価である。

以下実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜曲げ弾性率と曲げ応力の測定方法＞
ＪＩＳＫ７１７１に準拠した３点曲げ試験で測定した。試験片サイズは幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。押さえジグの形状はＲ５、支点の形状はＲ２、支点間隔２４ｍｍとした。

（実施例１（参考例））
＜内層（コア層）＞
内層（コア層）として市販のランダムタイプポリプロピレン（ＲＰＰ）シート、融点１４５℃、厚み５００μｍ、単位面積当たりの重量４５０ｇ／ｍ²を使用した。
＜炭素繊維織物＞
炭素繊維織物層として平織物、単位面積当たりの重量（目付）は６５ｇ／ｍ²を用いた。
＜接着フィルム＞
市販の低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、融点１１０℃、厚み３０μｍ、単位面積当たりの重量２７ｇ／ｍ²を使用した。
＜積層シートの作成＞
内層（コア層）の両面に接着フィルムと炭素繊維織物をこの順番に積層し、温度１７０℃、圧力１Ｍｐａ、１分間プレス成形し、その後室温（２７℃）まで冷却した。これにより接着フィルムを溶着させて全体を一体化し、積層シートを得た。この積層シートの模式的断面図は図１に示すとおりである。

得られた積層シートの曲げ弾性率と曲げ応力を表１にまとめて示す。

（実施例２（参考例））
炭素繊維織物層として平織物、単位面積当たりの重量（目付）は１３０ｇ／ｍ²を用いた以外は実施例１と同様に実施した。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。

（実施例３）
実施例１における炭素繊維織物層の外側に実施例１に記載した接着フィルムを載せ、その上に表皮層としてホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ，融点１６０℃）：２５wt%とランダムタイプポリプロピレン（ＲＰＰ，融点１４５℃）：７５wt%をブレンドした厚み２００μｍ、単位面積当たりの重量１８０ｇ／ｍ²を積層した以外は実施例１と同様に実施した。この積層シートの模式的断面図は図２に示すとおりである。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。

（比較例１）
比較例１として実施例１の内層（コア層）の物性を表１にまとめて示す。なお、各例の曲げ弾性率及び曲げ応力のデータはＭＤ（長さ方向）のデータである。

表１から明らかなとおり、本発明の実施例品は曲げ弾性率と曲げ応力が高く、層間剥離はなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高い積層シートであった。また、この積層シートは熱可塑性であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等に好適で、安価な成形体であった。さらに、炭素繊維織物層は熱融着ポリオレフィン系フィルムを介して内層に接着しているため、織物の美しい織柄がそのまま積層シートの表面に現れる成形体とすることができた。

本発明の積層シートを用いた成形品は、自動車部品、自動車内装品、家電製品、医療用保護具、スーツケース、容器、棚、パレット、パネル、バッグ、自動倉庫用スリーブボックス、ドア、ロール回収用長尺ボックス、畳の芯材、展示ブース様壁材、Ｔボード（トラック用当て板）、簡易テーブルセット等の民生用積層品に適用できる。

１内層（コア層）
２ａ，２ｂ接着層
３ａ，３ｂ炭素繊維織物層
４ａ，４ｂ接着層
５ａ，５ｂ表皮層
６，７，２３積層シート
１０積層シート製造装置
１４ａ，１４ｂ，１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ供給ロール
１７ａ，１７ｂ，２２ａ，２２ｂ加圧ロール
１８，１９金属製板
２０加熱加圧領域
２１冷却領域

Claims

内層の両表面に接着層を介して織物層が貼り合わされ、前記織物層のいずれか一方の表層に接着層を介してポリプロピレン系樹脂層がさらに積層一体化された積層シートであって、
前記内層はポリプロピレンシート又はプロピレンを含む非発泡ポリプロピレン系シートであり、
前記織物層は炭素繊維織物であり、
前記接着層は熱融着ポリオレフィン系フィルムであり、
前記炭素繊維織物以外は熱可塑性であることを特徴とする熱可塑性積層シート。
前記内層はプロピレン-エチレンランダムコポリマーである請求項１に記載の熱可塑性積層シート。
前記熱融着ポリオレフィン系フィルムは低密度ポリエチレンである請求項１又は２に記載の熱可塑性積層シート。
前記織物層のいずれか一方の表層に接着層を介して積層一体化されたポリプロピレン系樹脂層は透明である請求項１〜３のいずれかに記載の熱可塑性積層シート。
請求項１〜４のいずれかに記載の熱可塑性積層シートの製造方法であって、
内層と、その両表面に接着用フィルムと、その両表面に炭素繊維織物層を配置して加熱加圧し、次いで冷却し、
前記炭素繊維織物層のいずれか一方の表層に熱融着ポリオレフィン系フィルムからなる接着層を介してポリプロピレン系樹脂層をさらに積層一体化することを特徴とする熱可塑性積層シートの製造方法。