JP6457710B2 - ガラスチョップドストランドマット、及び自動車成形天井材 - Google Patents
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Description
なお、JIS R3420(1999)付属書13は、「テキスタイルガラス−マット−引張破断強さの測定方法」を規定しており、これは、1995年に第3版として発行されたISO 3342,Textile glass−Mats−Determination of tensile breaking force を翻訳し、技術的内容を変更することなく作成されたものである。
ガラスチョップドストランドをシート状に成形してなるガラスチョップドストランドマットであって、
幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあることにある。
この点、本構成のガラスチョップドストランドマットでは、ガラスチョップドストランドマットの幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあるため、ガラスチョップドストランドマットの幅方向及び長手方向の両方向において十分な柔軟性を確保することができる。また、幅方向における引張強度を断裂等の異常が発生しない程度に設定すれば、長手方向も必然的に十分な引張強度が得られる。その結果、柔軟性、及び引張強度をバランスよく両立したガラスチョップドストランドマットを実現することが可能となる。
前記幅方向の引張強度が、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験において、80N以上であることが好ましい。
単位面積当たりの前記ガラスチョップドストランドの質量である目付が、50〜150g/m2であることが好ましい。
ガラスチョップドストランドをシート状に成形してなるガラスチョップドストランドマットの製造方法であって、
分散状態にした前記ガラスチョップドストランドに対して、結合剤となる樹脂粉末を散布しながら連続的に搬送する第一搬送工程と、
前記樹脂粉末が付着した状態のガラスチョップドストランドを、前記樹脂粉末の融点より高い温度で加熱処理しながら連続的に搬送する第二搬送工程と、
を包含し、
前記第二搬送工程における搬送速度は、前記第一搬送工程における搬送速度よりも大きく、且つ、両者の差を3〜8m/分に設定し、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあることにある。
ガラスチョップドストランドをシート状に形成したガラスチョップドストランドマットを、柔軟性を有する母材シートの両面又は片面に積層してなる自動車成形天井材であって、
前記ガラスチョップドストランドマットは、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあることにある。
本発明に記載のガラスチョップドストランドマットを、柔軟性を有する母材シートの両面又は片面に積層する積層工程を包含することにある。
図1は、本発明に係るガラスチョップドストランドマットを製造するためのガラスチョップドストランドマット製造装置100(以下、単に「製造装置」と省略する。)の全体構成を示した概略図である。
本実施形態に係るガラスチョップドストランドマットは、ガラスチョップドストランドSの準備工程、分散配置工程、第一搬送工程、第二搬送工程、冷圧工程、及び巻取工程によって製造される。これらの工程のうち、第一搬送工程、及び第二搬送工程は、本発明独特の特徴を有しており、本発明に必須の工程となる。以下、夫々の工程について説明する。
ガラスチョップドストランドマットを製造する前段階として、ガラスチョップドストランドSを準備する。製造ラインに設置されたガラス溶融炉(図示せず)で、ガラス原料を加熱して高温の溶融ガラスを得る。このガラス原料は、Eガラス材質のガラス繊維を製造出来るように配合してある。溶融ガラスを清澄化・均質化した後、フィーダー(図示せず)を経てブッシング(図示せず)に流入させる。ブッシングのベースプレートには複数のブッシングノズルが設けられ、当該ブッシングノズルから吐出した溶融ガラスが繊維状のガラスモノフィラメントとして紡糸される。ガラスモノフィラメントは冷却後、集束剤を塗布され、複数本を束ねてガラス繊維Fとした後、ガラスケーキ1として巻き取られる。ガラスケーキ1から引き出されたガラス繊維Fは、チャンバー10の天井部に設置された切断機20に送り込まれ、長さ約50mmに切断される。このように、本実施形態では、ガラス繊維Fを切断してガラスチョップドストランドSとする準備工程を実施する。なお、ガラスチョップドストランドSの準備は、ガラスチョップドストランドマットの製造直前に行う必要はなく、予め製造しておいたものを使用しても構わない。その場合、例えば、フレキシブルコンテナ等の容器に収納してあるガラスチョップドストランドSを、チャンバー10内に直接投入する。
ガラスチョップドストランドの準備工程で得られたガラスチョップドストランドSは、チャンバー10内において分散コンベア30のベルト上に落下する。ガラスチョップドストランドSが堆積するベルトの下方には、吸引ダクト31及びブロア32からなる吸引装置33が配置され、ベルト上は負圧状態に維持されている。これにより、ガラスチョップドストランドSは、分散コンベア30のベルト上に略均一に分散配置された状態でベルト面に吸引されて安定し、周囲に飛散することはない。分散配置工程における搬送速度は、69m/分〜74m/分が好ましい。この範囲内であれば、ガラスチョップドストランドSを適切な厚みに堆積することができるとともに、ガラスチョップドストランドマットの製造時間を大幅に短縮することが可能となる。分散コンベア30のベルト上のガラスチョップドストランドSは、シート状に堆積した状態で、下流の次工程に搬送される。
シート状に堆積したガラスチョップドストランドSは、第一コンベア50に移動する。第一コンベア50の上方には、結合剤散布機40が設置されている。結合剤散布機40によって、ガラスチョップドストランドSの表面に結合剤(樹脂粉末)Aが散布される。ガラスチョップドストランドSに結合剤Aを添加することにより、後述の加熱処理を行うことでガラスチョップドストランドS同士が接着し、マットの形状を維持することができる。結合剤Aの種類としては、熱可塑性樹脂粉末が好適であり、例えば、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等)を使用することができる。その他、使用可能な熱可塑性樹脂粉末として、ナイロン、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等の樹脂粉末が挙げられる。
第二コンベア60には、ベルトを囲い込むように加熱炉70が設置されている。加熱炉70内の雰囲気温度はコンピューター11によって制御されており、散布する結合剤Aの種類に応じて、結合剤Aを構成する合成樹脂の融点以上の温度となるように適宜調整される。ただし、作業員がマニュアル操作により、加熱炉70の温度調整を行うようにすることも可能である。第二コンベア60のベルト上の結合剤Aが付着したガラスチョップドストランドSは、加熱炉70内を通過するときに加熱処理され、結合剤Aが軟化、溶融する。その結果、ガラスチョップドストランドS同士が接着された状態のガラスチョップドストランドS´(以下、加熱前のガラスチョップドストランドSと区別するため、加熱後のものをS´とする。)となる。第二コンベア60のベルトは、高温に晒されるため、金属等の耐熱性材料で構成される。
加熱処理されたガラスチョップドストランドS´をマット状態に加工するための冷圧工程は、第二コンベア60の下流に設置された冷圧ロール80において実行される。冷圧ロール80は、一対のロールで構成される。溶融状態の結合剤Aが付着したガラスチョップドストランドS´は、冷圧ロール80に搬送され、ニップ間を通過する。ガラスチョップドストランドS´は、冷圧ロール80を通過することで冷却、プレスされ、ガラスチョップドストランドS´同士が結合する。これにより、ガラスチョップドストランドマットMが生成する。冷圧ロール80は、空冷によりガラスチョップドストランドS´の冷却を行うものであるが、ロール内部に冷却水を通流させて強制冷却を行っても構わない。
巻取工程は、冷圧ロール80の後段に設置された巻取機90において実行される。プレスされたガラスチョップドストランドマットMは、巻取機90の巻芯に巻回され、ロール状の製品とされる。
本実施形態に係るガラスチョップドストランドマットMは、上述の製造方法における第一搬送工程及び第二搬送工程を経て完成するため、柔軟性、及び引張強度がバランスよく両立され、且つ軽量となっている。すなわち、このガラスチョップドストランドマットMは、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)が、0.73以上1.00未満に設定されたものとなる。上記引張強度比は、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験によって測定したガラスチョップドストランドマットMの幅方向及び長手方向の引張強度から求められる。JIS R3420(2006) 7.25は、以下のように規定されている。
7.25 マットの引張強さ マットの引張強さの試験方法について規定する。この方法は、チョップドストランドマットに適用するが、コンティニュアスフィラメントマットにも同様に適用できる。
7.25.1 原理 状態調節した規定の寸法の試験片を、記録計などの引張破断力を示す適切な装置によって引き伸ばす。破壊までいたった試験片を破断するのに要する最大力を、一般にニュートン(N)で表す。
7.25.2 試験用機械器具 試験用機械器具は、次のものを用いる。
a) 引張試験機 すべての試験機は、次のものから構成される。
1) 試料をつかむための適切な一対のクランプ。幅が160mmで最小深さが25mmのもの。クランプの面は平面で、かつ、平行であって、試験片の幅全体にわたって均一な圧力を与え、スリップを防止するようなものでなければならない。クランプはいかなるときにおいても、試験片に加えられた力の方向と一直線に並ぶことができるものでなければならない。クランプ間のはじめの距離は200mmとする。
2) 試験片に張力を加える手段
3) 試験片が支える力を連続的に指示又は記録する機構。この機構は、規定された試験速度で実用上慣性がなく、真の値の1%以内の精度で力を示すものでなければならない。推奨する機械は、引張速度定速形と定荷重定速形の2種類の試験機である。そのような試験機だけを利用するならば、それらは受渡当事者間の合意によって使用できるが、試験機が異なるタイプから得られた結果は、必ずしも比較はできない。
4) 示された力の最大誤差は、試験機が使用される範囲内のいかなる点においても、真の力の1%を超えてはならない。クランプ分離指示値の許容誤差は、2mmを超えてはならない。引張試験機の精度は、適切な特性をもった検定されたスプリングなどによって確かめなければならない。
b) 予備状態調節に適した雰囲気を作り出す装置
c) 標準試験室雰囲気を作り出し、保持する装置
d) 硬質型板
1) チョップドストランドマット用:幅150mm×長さ316mm又は幅300mm×長さ300mmのもの。
2) コンティニュアスストランドマット用:幅75mm×長さ316mmのもの。
e) 試料採取用具 ナイフ、はさみ、円形カッタなどからなる適切なもの。
f) ストップウォッチ
7.25.3 状態調節及び試験雰囲気
a) 状態調節 4.に規定する標準雰囲気で行う。(4.には、空気温度t:23℃、相対湿度U:50%が規定されている)
1) ロールは、16時間を標準とする。ただし、受渡当事者間の協定で、決めてもよい。
2) 試験片は、1時間とする。
b) 試験雰囲気 4.に規定する標準雰囲気で行う。
7.25.4 試験片 試験片を準備する前に、欠陥の認められないもので、できる限り損傷のないところが得られるように、マット両面から欠陥を除き、捨てる。この部分から少なくとも400mm幅の細片を切断する。この細片にしわが入らないよう最大限の注意を払って取り扱う。次に規定するカット細片についても同様の注意が必要である。型板を用いて、試料の主軸をマットの縦方向に平行にした幅150mm(又は75mm)×長さ316mmの必要な数の試験片を切り取る。試験片は平均に分布して、互いに等距離にあり、かつ、トリムしたマットの場合、縁から10mm以上離してマット316mm幅につき1試料を採取する。
− 最小5個の試料が使用される。
− 一つの細片から必要な数の試験片を採取することができない場合には、複数の細片からマット全体に試験片が平均的に分布されるように試験片を採取する。
− マットの単位面積当たりの質量が明確になっているマットから試料を切り取るのが便利である。
なお、製造仕様又は個別注文で他の方法による試験片の採取が要求されている場合には、その旨試験報告に記録する。
7.25.5 操作
a) クランプ間の距離を調節し、試験片の自由長さを200mmにする。
b) クランプ分離速度が200±10mm/min又は100±10mm/minになるように試験機の速度を調整する。
c) クランプが正しく一直線に並び、かつ、平行であることを確認する。試験片の縦軸が、引張テスタの張力軸に一致するように試験片をクランプに取り付ける。クランプを均一にしっかり締め、試験片が十分まっすぐになるように試験片に軽い張力を加える。引張テスタを始動させ、試験片を破断点まで伸ばす。試験片を破断するのに要した力をニュートン(N)で記録する。クランプの端から10mm以内で破断した試験片、又はクランプの中でスリップした試験片から得られた結果は除き、必要な数の試験片を試験する(7.25.4参照)。試験の割れは、明確な破断ではないので試験報告にその旨記録する。
7.25.6 結果の表し方 各々の試験片から得られた値をニュートン(N)で表し、マットの引張破断力として1Nに丸めて表す。標準偏差及び平均値の信頼水準を表す。
図2は、本発明に係るガラスチョップドストランドマットMを用いて製作した自動車成形天井材200の部分断面図である。
本実施形態に係る自動車成形天井材200は、図2に示すように、表皮材91(自動車の室内側)、第一のガラスチョップドストランドマットM、発泡ウレタンシート92、第二のガラスチョップドストランドマットM、及び裏皮材93(自動車のボディ側)から構成される。自動車成形天井材200に包含されているガラスチョップドストランドマットMは、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあり、柔軟性、及び引張強度がバランスよく両立され、且つ軽量となっている。このガラスチョップドストランドマットMを、柔軟性を有する発泡ウレタンシート92の両面に積層することで、自動車成形天井材200にプレス加工する際に、ヒケ等の成形不良は発生しない。従って、本実施形態に係る自動車成形天井材200は、当該ガラスチョップドストランドマットMを使用することで、高強度でありながら、軽量化を実現できる。また、例えば、複雑な形状の自動車成形天井材であっても、成形加工を良好に行うことができる結果、優れたデザイン性を獲得することが可能となる。
実施例1〜4のガラスチョップドストランドマットは、図1の製造装置100と同タイプの製造装置を使用し、上記の実施形態において記載した内容と同一の工程によって製造した。目付が同一である実施例1、実施例2、及び実施例4においては、単位時間あたりの切断機20によるガラス繊維Fの切断量(ガラスチョップドストランドSの生産量)、及び単位時間あたりの結合剤散布機40による結合剤Aの散布量は同一である。
実施例1〜4の製造条件、及び試験結果を以下の表1に示す。
(1)本実施例に係るガラスチョップドストランドマットは、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)が実施例1では0.74、実施例2では0.78、実施例3では0.73、実施例4では0.90であり、全ての実施例において0.73〜1.00の範囲内であった。
(2)本実施例に係るガラスチョップドストランドマットは、成形加工をする場合に破断や成形不良が発生しない程度の、十分な引張強度を有していた。
(3)目付が同一である場合、速度差が大きい程、長手方向における引張強度が大きくなった。
(4)目付が同一である場合、速度差が大きい程、幅方向の引張強度と長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)が小さくなった。
(5)目付が同一である場合、幅方向における引張強度については、速度差による明確な影響は確認されなかった。
(6)目付が異なる場合、速度差の大小に関わらず目付が大きい方が、幅方向及び長手方向における引張強度、及び引張強度比(幅方向/長手方向)が大きくなった。
20 切断機
30 分散コンベア
40 結合剤散布機
50 第一コンベア
60 第二コンベア
70 加熱炉
80 冷圧ロール
90 巻取機
91 表皮材
92 発泡ウレタンシート
93 裏皮材
100 ガラスチョップドストランドマット製造装置
200 自動車成形天井材
F ガラス繊維
S,S´ ガラスチョップドストランド
A 結合剤(樹脂粉末)
M ガラスチョップドストランドマット
Claims (4)
- ガラスチョップドストランドをシート状に成形してなるガラスチョップドストランドマットであって、
当該ガラスチョップドストランドマットを構成する前記ガラスチョップドストランドは配向性を有し、前記ガラスチョップドストランドが配向する方向を長手方向とし、前記ガラスチョップドストランドマットのシート内で前記長手方向と直交する方向を幅方向として、
前記幅方向の引張強度と前記長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあり、
前記幅方向の引張強度が、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験において、109〜136Nであり、
前記長手方向の引張強度が、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験において、149〜175Nであり、
単位面積当たりの前記ガラスチョップドストランドの質量である目付が、50〜150g/m2であるガラスチョップドストランドマット。 - 単位面積当たりの前記ガラスチョップドストランドの質量である目付が、70〜140g/m2である請求項1に記載のガラスチョップドストランドマット。
- ガラスチョップドストランドをシート状に成形してなるガラスチョップドストランドマットを、柔軟性を有する母材シートの両面又は片面に積層してなる自動車成形天井材であって、
前記ガラスチョップドストランドマットを構成する前記ガラスチョップドストランドは配向性を有し、前記ガラスチョップドストランドが配向する方向を長手方向とし、前記ガラスチョップドストランドマットのシート内で前記長手方向と直交する方向を幅方向として、
前記ガラスチョップドストランドマットは、前記幅方向の引張強度と前記長手方向の引張強度との比(幅方向/長手方向)を、0.73以上1.00未満に設定してあり、
前記ガラスチョップドストランドマットは、前記幅方向の引張強度が、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験において、109〜136Nであり、
前記ガラスチョップドストランドマットは、前記長手方向の引張強度が、日本工業規格(JIS R3420(2006) 7.25)に従う試験体の幅が150mmの引張破断試験において、149〜175Nであり、
前記ガラスチョップドストランドマットは、単位面積当たりの前記ガラスチョップドストランドの質量である目付が、50〜150g/m2である自動車成形天井材。 - 単位面積当たりの前記ガラスチョップドストランドの質量である目付が、70〜140g/m2である請求項3に記載の自動車成形天井材。
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