JP6550644B2 - 複合成形用基材、ならびに複合成形体およびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は別の要旨において、再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記熱可塑性樹脂として、ポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含む、複合成形体を提供する。
本発明はさらに別の要旨において、
再生セルロース繊維、ならびに熱可塑性樹脂としてポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含む複合成形用基材を作製すること、および
前記複合成形用基材を、ポリカーボネートおよびポリ乳酸の少なくとも一部が溶融または軟化する温度にて加熱すること
を含む、複合成形体の製造方法を提供する。
上記のとおり、環境により配慮した複合成形体を提供するには、強化繊維のみならず、マトリックス成分にも植物等の生物に由来する原料(バイオマス原料)を用いることが望ましい。ポリ乳酸は、バイオマスから製造される樹脂として広く知られ、これを用いた製品も既に市販されている。そこで、本発明者らは、マトリックス成分の少なくとも一部をポリ乳酸とすることによって、複合成形体に占めるバイオマス原料の割合を高くすることを検討した。
本発明の複合成形用基材および複合成形体においては、補強用繊維として再生セルロース繊維が含まれる。再生セルロース繊維は、天然のセルロースを化学薬品で処理して溶解したのち、繊維の形に成形する方法で得られる繊維を指す。再生セルロース繊維は、バイオマス原料から製造されるものであり、かつ一定の繊度および繊維長を有するものとして得ることが容易であるから、好ましく用いられる。具体的には、ビスコースレーヨン、ポリノジック、銅アンモニアレーヨン(商品名「キュプラ」で販売されているものを含む)、アセテート、溶剤紡糸セルロース繊維(商品名「テンセル」および「リヨセル」で販売されているものを含む)等が、再生セルロース繊維として挙げられる。ビスコースレーヨンは、入手が容易であることに加えて、繊維の周面に細かい襞状の凹凸を有し、熱可塑性樹脂との接触面積が大きく、熱可塑性樹脂との間で高い界面強度を示しやすいことから、本発明において好ましく用いられる。尤も、複合成形体の機械的特性(引張強度および曲げ強度等)は、補強用繊維の単繊維強度が大きいほど、より向上する傾向にあるので、補強効果の点からは、ポリノジックおよび溶剤紡糸セルロース繊維も好ましく用いられる。
熱可塑性樹脂は、複合成形体においてマトリックスとなるものである。熱可塑性樹脂は、加熱により溶融または軟化し、その状態で所望の形状に加工することが可能で、加工後は冷却することにより固化する。熱可塑性樹脂が溶融または軟化してから固化するまでの時間は、熱硬化性樹脂の固化に要する時間(その流動性が一旦高くなった後、硬化するまでの時間)よりも短い。また、熱可塑性樹脂は、熱硬化性樹脂とは異なり、一旦成形した後も、熱を加えることによって再成形することが可能である。そのため、熱可塑性樹脂をマトリックスとすることにより、高い生産効率で複合成形体を製造することができ、また、加工性に優れた複合成形体を得ることができる。
本発明の複合成形用基材は、熱可塑性樹脂を繊維の形態で含む繊維シート(以下、「複合成形用シート基材」または「シート基材」とも呼ぶ)の形態で提供することができる。シート基材を構成する熱可塑性樹脂繊維は、後述するとおり、シート基材の形態に応じて選択された繊度および繊維長を有する。熱可塑性樹脂繊維の繊度が小さいほど、これを溶融または軟化させたときに、熱可塑性樹脂が再生セルロース間に浸透しやすい。一方、繊度が小さい繊維は取り扱い性が悪く、紡績糸または不織布の製造効率を低下させることがある。したがって、熱可塑性樹脂繊維の繊度は、再生セルロース繊維間への浸透性およびシート基材の製造容易性(シート基材の製造に用いる紡績糸等の製造容易性を含む)を考慮して、適宜選択される。
あるいは、熱可塑性樹脂繊維は、単一繊維であっても、あるいは複合繊維であっても、中空繊維の形態であってよい。
本発明の複合成形用基材は、上記において説明した再生セルロース繊維、および上記において説明した熱可塑性樹脂を含む。複合成形用基材は、熱可塑性樹脂を繊維として含む場合には、繊維シートとして提供される。繊維シートの形態の基材については後述する。
本発明の複合成形用シート基材は、再生セルロース繊維と、熱可塑性樹脂から成る繊維とを含む繊維シートである。このシート基材を加熱すると、熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部が溶融または軟化して、再生セルロース繊維間に浸透し、その後、冷却されることにより固化して、繊維を固定するマトリックスとなる。シート基材は、熱可塑性樹脂繊維として、少なくともポリカーボネート繊維およびポリ乳酸繊維を含む。
シート基材を不織布とする場合、不織布は、再生セルロース繊維と熱可塑性樹脂繊維とを用いて繊維ウェブを作製した後、繊維を接着させる及び/または交絡させて一体化させることにより製造される。繊維ウェブの形態は特に限定されず、パラレルウェブ、クロスウェブ、セミランダムウェブおよびランダムウェブ等のカードウェブ、エアレイウェブ、湿式抄紙ウェブ、ならびにスパンボンドウェブ等から選択されるいずれの形態であってもよい。
本発明の複合成形体は、少なくともポリカーボネートおよびポリ乳酸を含む熱可塑性樹脂がマトリックスであり、再生セルロース繊維により強化された繊維強化複合成形体であるともいえる。繊維により強化される物性は、引張強度、曲げ強度、および衝撃強度(特にシャルピー衝撃値)等から選択される機械的物性の少なくとも一つである。再生セルロース繊維の添加により少なくとも一つの機械的物性の向上が認められる複合成形体は繊維強化複合成形体である。
本発明の複合成形体は、再生セルロース繊維、および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材を作製すること、および複合成形用基材を、熱可塑性樹脂の少なくとも一部が溶融または軟化する温度にて加熱することを含む製造方法によって製造される。ここでは、その製造方法の一形態として、上記シート基材を用いた製造方法を説明する。本実施形態は、シート基材を作製すること、およびシート基材を熱可塑性樹脂繊維が溶融または軟化する温度にて加熱することを含む。
織物または編物の形態のシート基材は、再生セルロース繊維と熱可塑性樹脂繊維の混紡糸等を通常の方法により織成または編成することにより作製できる。
本発明の複合成形体は、宇宙および航空機用資材、船舶用資材、車両(自動車および自転車含む)用資材、スポーツ用品用資材、OA機器用資材、電子機器用資材、工業資材、タンクおよび容器類の資材、雑貨類用資材、ならびに建設資材として使用することができる。具体的には、本発明の複合成形体は、自動車の内装材および吸音材、スーツケース本体、およびパーソナルコンピュータ、携帯電話、コピー機、複合機、ゲーム機などの筐体を構成するのに適している。
再生セルロース繊維:
繊度1.7dtex、繊維長51mmのビスコースレーヨンであって、難燃剤として芳香族リン酸エステルを含有する難燃再生セルロース繊維を用意した(商品 DFG、ダイワボウレーヨン(株)製)、捲縮数11.8個/25mm、単繊維強度2.18cN/dtex、限界酸素指数29)。
ポリカーボネート繊維:
繊度6.7dtex、繊維長64mmのポリカーボネート繊維を用意した。このポリカーボネート繊維は次の方法により製造した。ポリカーボネート(三菱エンジニアリングプラスチックス(株)社製、M7020J)を紡糸温度300℃の条件にて溶融紡糸して、繊度6.7dtexの紡糸フィラメントを得た。繊維処理剤を付与し、さらに、スタッフィングボックス型クリンパーにて15個/25mmの捲縮を付与し、乾燥させた後、64mmの繊維長に切断した。このポリカーボネート繊維は、2.5cN/dtexの単繊維強度を有していた。
繊度3.3dtex、繊維長51mmのポリ乳酸繊維を用意した。このポリ乳酸繊維は次の方法により製造した。融点175℃のポリ乳酸を紡糸温度230℃の条件にて溶融紡糸して、繊度9.9dtexの紡糸フィラメントを得た。次いで、紡糸フィラメントを、80℃の温水中で3倍に延伸して繊度3.3dtexとした後、繊維処理剤を付与し、さらに、スタッフィングボックス型クリンパーにて15個/25mmの捲縮を付与し、乾燥させた後、51mmの繊維長に切断した。このポリ乳酸繊維は、3cN/dtexの単繊維強度を有していた。
再生セルロース繊維40質量%と、ポリカーボネート繊維30質量%と、ポリ乳酸繊維30質量%とを混合して(ポリカーボネート:ポリ乳酸=5:5(質量比)、ローラーカード機により、目付376g/m2のカードウェブを得た。このウェブを、40番手の針を用いて、針深度10mm、密度130本/cm2の条件で、ニードルパンチ処理に付して、厚み1.1mmのニードルパンチ不織布を得た。この不織布を、熱プレス機を用いて、温度200℃および圧力3MPaの条件にて加熱および加圧処理に付し、シート状の複合成形体を得た。
再生セルロース繊維40質量%と、ポリカーボネート繊維60質量%とを混合して、実施例1と同様の手順で繊維ウェブを作製し、当該ウェブから不織布を作製した。この不織布を、熱板プレス機を用いて、温度200℃および圧力3MPaの条件にて加熱および加圧処理に付し、シート状の複合成形体を得た。
再生セルロース繊維40質量%と、ポリ乳酸繊維60質量%とを混合して、実施例1と同様の手順で繊維ウェブを作製し、当該繊維ウェブから不織布を作製した。この不織布を、熱プレス機を用いて、温度200℃および圧力3MPaの条件にて加熱および加圧処理に付し、シート状の複合成形体を得た。
試料を15cm×15cmにカットして、その重さを測定して求めた。
(厚み)
不織布の厚み測定機(商品名“THICKNESS GAUGE”、モデル:CR−60A、株式会社大栄科学精器製作所製)を用い、JIS L 1096に準じて試料1cm2あたり20gの荷重を加えた状態で測定した。
(比容積)
目付と厚みから計算して求めた。
JIS L 1096に準じ、幅5cm、長さ15cmの試料片をチャックの間隔が10cmとなるように把持し、定速伸長型引張試験機(商品名:テンシロン UCT−1T オリエンテック株式会社製)を用いて引張速度30cm/分で試料片を伸長し、破断時の荷重値及び伸長率をそれぞれ破断強力、破断伸度として測定した。
(裂断長)
引張強度および目付から、下記の式により算出した。
裂断長(km)=[引張強度(N/5cm)/9.8)×1000]/[引張強度の測定試料の幅(mm)×目付(g/m2)]
(態様1)
再生セルロース繊維および熱可塑性樹脂を含む複合成形用基材であって、前記熱可塑性樹脂として、ポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含む、複合成形用基材。
(態様2)
基材が不織布であり、前記熱可塑性樹脂が熱可塑性樹脂繊維として含まれる、態様1の複合成形用基材。
(態様3)
再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記熱可塑性樹脂として、ポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含む、複合成形体。
(態様4)
再生セルロース繊維、ならびに熱可塑性樹としてポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含む複合成形用基材を作製すること、および
前記複合成形用基材を、ポリカーボネートおよびポリ乳酸の少なくとも一部が溶融または軟化する温度にて加熱すること
を含む、複合成形体の製造方法。
(態様5)
前記複合成形用基材を加熱する温度を、ポリカーボネートのガラス転移温度以上であり、かつ再生セルロース繊維の分解温度よりも低い温度とする、態様4の複合成形体の製造方法。
(態様6)
前記複合成形用基材を加圧することをさらに含む、態様4または5の複合成形体の製造方法。
(態様7)
前記複合成形用基材が前記熱可塑性樹脂を熱可塑性樹脂繊維として含む繊維シートであり、繊維シートを加圧してシート状の複合成形体を得ることをさらに含む、態様4または5の複合成形体の製造方法。
Claims (8)
- 再生セルロース繊維および熱可塑性樹脂繊維を含む複合成形用不織布であって、前記熱可塑性樹脂繊維としてポリカーボネート繊維およびポリ乳酸繊維を少なくとも含む、複合成形用不織布。
- 前記再生セルロース繊維の繊維長が20〜70mmである、請求項1に記載の複合成形用不織布。
- 前記ポリカーボネート繊維の繊度が0.5〜10dtexである、請求項1または2に記載の複合成形用不織布。
- 前記熱可塑性樹脂繊維が均一に混合している、請求項1〜3のいずれか1項に記載の複合成形用不織布。
- 前記再生セルロース繊維と前記熱可塑性樹脂繊維が均一に混合している、請求項4に記載の複合成形用不織布。
- 再生セルロース繊維が強化繊維として含まれ、熱可塑性樹脂がマトリックスとして含まれる複合成形体であって、前記再生セルロース繊維の繊維長が20〜70mmであり、前記熱可塑性樹脂としてポリカーボネートおよびポリ乳酸を少なくとも含み、少なくとも前記ポリ乳酸が繊維形状を有していない、複合成形体。
- 再生セルロース繊維、ならびに熱可塑性樹脂繊維としてポリカーボネート繊維およびポリ乳酸繊維を少なくとも含む複合成形用不織布を作製すること、および前記複合成形用不織布を加熱することを含み、
前記複合成形用不織布を加熱する温度を、ポリカーボネートのガラス転移温度以上であり、かつ再生セルロース分解温度よりも低い温度とし、
前記複合成形用不織布を加熱する際にさらに加圧することを含み、
前記加熱および前記加圧により、少なくともポリ乳酸繊維の繊維形状を失わせる、
複合成形体の製造方法。 - 前記再生セルロース繊維の繊維長が20〜70mmである、請求項7記載の複合成形体の製造方法。
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