JP7228242B2

JP7228242B2 - 複合成形体及びその製造方法

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Publication number: JP7228242B2
Application number: JP2019168354A
Authority: JP
Inventors: 久樹小川
Original assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Current assignee: NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO., LTD.
Priority date: 2019-09-17
Filing date: 2019-09-17
Publication date: 2023-02-24
Anticipated expiration: 2039-09-17
Also published as: JP2021045856A; WO2021053864A1

Description

本発明は、複合成形体及びその製造方法に関し、例えば自動車ボディアンダーカバーやエンジンアンダーカバーやモーターカバーに取着して使用するのに適した複合成形体に係るものである。

自動車ボディアンダーカバーやエンジンアンダーカバーは、ボディ下方の気流を制御して空力特性を向上させたり、エンジン音の放出を低減したり、ロードノイズの侵入を低減したりすることを主目的として設けられているが、飛び石の飛散から機器を保護する副次効果も認められる。

近年、ハイブリッド自動車（ＨＶ）、プラグインハイブリッド自動車（ＰＨＶ）、燃料電池自動車（ＦＣＶ）、電気自動車（ＥＶ）等のように、電気モーターのみによる走行を一時的に又は終始行う自動車が増えてきている。電気モーターのみによる走行中は、エンジンによる走行中と比べて静かであるが、その分ロードノイズが気になるとか、高周波ないし低周波のモーター音も気になるという意見がある。

そこで、自動車ボディアンダーカバーやエンジンアンダーカバー等による防音効果がますます注目されており、これらのアンダーカバーに取着する複合成形体として次の例がある。
・特許文献１には、繊維補強樹脂製のアンダーカバーの路面側表面に、オレフィン系樹脂等の補強層と不織布層とを積層してなる吸音材を貼着することが開示されている。
・特許文献２には、繊維補強樹脂製の基材層の路面側表面に、成形時の加熱工程で溶融する繊維と溶融しない繊維とを混合した不織布層を圧縮成形により積層することが開示されている。

特許第５１１４３０６号公報特開２０１２－２４５９２５号公報

特許文献１の吸音材は、オレフィン系樹脂等の補強層が、複合成形体の形状を保持するとともに、不織布層を保護する。しかし、その形状保持性と保護性は十分とはいえず、複合成形体が変形したり、飛び石が当たったときに不織布層の繊維が剥離したりする心配があった。

特許文献２の不織布層は、溶融する繊維が溶融しない繊維を固着して、不織布層の形状を保持する。しかし、その形状保持性は十分とはいえず、不織布層が変形する心配があった。また、溶融しない繊維を保護するものがないので、飛び石が当たったときに不織布層の繊維が剥離することは避けられなかった。また、不織布層が水を含んで重くなるという問題もあった。

また、近年、排ガス基準が厳しくなり、強度は維持しつつ軽量化と吸音性の同時向上が求められてきた。そこで、本発明の目的は、吸音性と軽量性に優れるだけでなく、さらに形状保持性、繊維剥離防止性及び防水性にも優れる複合成形体を提供することにある。

＜１＞複合成形体
吸音層と、該吸音層の両表面又は片表面に積層された補強層とを含み構成された複合成形体であって、
吸音層は、無機繊維からなる不織布と該無機繊維に付着した層中熱可塑性樹脂とを含み、
補強層は、補強用繊維からなる不織布と該補強用繊維間に含浸したポリウレア樹脂とを含み、
層中熱可塑性樹脂は、無機繊維間を結合しているとともに、無機繊維と補強用繊維とを結合していることを特徴とする複合成形体。

ここで、無機繊維と補強用繊維とは、吸音層と補強層との間の層間熱可塑性樹脂によっても結合している態様とすることができる。

＜２＞複合成形体の製造方法
無機繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる不織布の両表面又は片表面に、補強用繊維からなる不織布を重ねるとともに、補強用繊維からなる不織布にイソシアネートとアミンとを順不同又は同時に塗布してなる積層体を作製する積層ステップと、
積層体を加熱することにより、熱可塑性樹脂繊維を溶融した層中熱可塑性樹脂にするとともに、イソシアネートとアミンとの反応を促進してポリウレア樹脂を生成させる加熱ステップと、
積層体を冷却することにより固化した層中熱可塑性樹脂で、無機繊維間を結合するとともに、無機繊維と補強用繊維とを結合する冷却ステップと
を含むことを特徴とする複合成形体の製造方法。

ここで、積層ステップでは、無機繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる不織布と、補強用繊維からなる不織布との間に、熱可塑性樹脂フィルムを挟み、
加熱ステップでは、熱可塑性樹脂フィルムを溶融した層間熱可塑性樹脂にし、
冷却ステップでは、固化した層間熱可塑性樹脂によっても、無機繊維と補強用繊維とを結合する態様とすることができる。

［作用］
無機繊維からなる不織布と該無機繊維に付着した層中熱可塑性樹脂とを含む吸音層が、優れた吸音性を発揮する。
補強用繊維からなる不織布と該補強用繊維間に含浸したポリウレア樹脂とを含む補強層が、優れた防水性を発揮する。
また、吸音層と補強層とが相俟って、優れた軽量性、形状保持性、繊維剥離防止性を発揮する。特に、補強層は、含浸したポリウレア樹脂により高い強度を有しているため、複合成形体の形状を強力に保持するとともに、飛び石が当たったときに、補強層自身の補強用繊維が剥離せず、かつ、吸音層の無機繊維を強力に保護してその剥離を防止する。

本発明の複合成形体は、吸音性と軽量性に優れるだけでなく、さらに形状保持性、繊維剥離防止性及び防水性にも優れる。

図１は実施例１の複合成形体を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図、（ｃ）はＩｃ矢示部の拡大断面図である。図２は同複合成形体の製造における積層ステップを示し、（ａ）はIIａ矢示部の拡大断面図、（ｂ）～（ｄ）は正面図である。図３は複合成形体の製造における加熱ステップ～冷却ステップを示し、（ａ）～（ｅ）は第１製法の正面図、（ｆ）～（ｈ）は第２製法の正面図、（ｉ）（ｊ）は第３製法の正面図である。図４の（ａ）は実施例２の複合成形体の断面図、（ｂ）は同複合成形体の積層ステップの正面図である。図５の（ａ）は実施例３の複合成形体の断面図、（ｂ）は実施例４の複合成形体の断面図である。図６は実施例１～４の複合成形体の用途を示す自動車の側面図である。

［１］吸音層について
無機繊維の材質としては、特に限定されないが、ガラス、セラミック、ロックウール、バサルト、カーボン等を例示でき、一種でもよいし、二種以上の混合でもよいが、低コストで高吸音性という点でガラスのみ又はガラスを主体（最多成分）とするものが好ましい。

熱可塑性樹脂繊維の材質としては、特に限定されないが、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエステル（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリアミド（ＰＡ）等を例示でき、一種でもよいし、二種以上の混合でもよい。
吸音層は、熱可塑性樹脂繊維がすべて溶融して層中熱可塑性樹脂となった態様でもよいし、一種又は一部の熱可塑性樹脂繊維が溶融して層中熱可塑性樹脂となり、他種又は残部の熱可塑性樹脂繊維が溶融せずに繊維状を維持している態様でもよい。

無機繊維と熱可塑性樹脂繊維との混合重量比率（加熱前）は、特に限定されないが、１０：９０～９０：１０が好ましく、３０：７０～７０：３０がより好ましい。
無機繊維と熱可塑性樹脂繊維とからなる不織布の目付は、特に限定されないが、３００～３０００ｇ／ｍ² が好ましく、５００～２０００ｇ／ｍ² がより好ましい。

［２］補強層について
補強用繊維の材質としては、特に限定されないが、無機繊維、有機繊維等を例示でき、一種でもよいし、二種以上の混合でもよい。。

無機繊維としては、ガラス、セラミック、ロックウール、バサルト、カーボン、金属繊維等を例示できるが、低コストで高吸音性という点でガラスのみ又はガラスを主体（最多成分）とするものが好ましい。

有機繊維としては、ＰＰ、ポリエステル（ＰＥＴ等）、ＰＡ、ポリカーボネート（ＰＣ）、アクリル、有機天然繊維等を例示できるが、加熱時に上記吸音層用の熱可塑性樹脂繊維が溶融しても、補強層用の有機繊維は溶融しないよう、有機繊維は熱可塑性樹脂繊維よりも融点の高いものが好ましい。
補強用繊維からなる不織布（含浸前）の目付は、特に限定されないが、１００～５００ｇ／ｍ² が好ましく、２００～４００ｇ／ｍ² がより好ましい。

イソシアネートの塗布量は、特に限定されないが、補強用繊維からなる不織布の目付が１００～５００ｇ／ｍ²であるとき、イソシアネートの塗布量は１０～５０ｇ／ｍ²が好ましい。
アミンの塗布量は、［イソシアネートのＮＣＯ基］／［アミンのＮＨ₂ 基］のモル比が約１（好ましくは０．９～１．１）となる塗布量とすることが好ましい。

［４］加熱等
加熱ステップにおける積層体の加熱の方法は、特に限定されないが、熱した物体（金型、平板プレス等）を当てることによる加熱、熱風による加熱、恒温槽内における加熱等を例示できる。

また、加熱ステップにおいて又は加熱ステップの後であって熱可塑性樹脂が固化する前において、積層体を積層方向に圧縮することができる。圧縮の方法としては、金型や平板プレスによる圧縮を例示できる。

さらに、前記積層体を前記圧縮と同時に三次元形状に賦形することができる。賦形の方法としては、金型による圧縮を例示できる。

［５］用途
本発明の複合成形体の用途は、特に限定されないが、自動車用としては、エンジンアンダーカバー、（電気自動車の）モーターアンダーカバー、ボディアンダーカバー、デッキボード、ラゲッジマット、シートバック等を例示でき、その他の機械用としては、騒音を発する機械の防音カバー等を例示できる。
また、本発明の複合成形体は、複合成形体単体で用いることができ、また、複合成形体を樹脂、金属等からなる基材に添わせたり貼り付けたりして用いることもできる。

以下、本発明を具体化した実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例で記す材料、構造、数値は例示であって、発明の趣旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

［実施例１］
図１に示す実施例１の複合成形体１は、吸音層２と、該吸音層２の両表面に積層された補強層６とを含み構成されている。

吸音層２は、無機繊維３からなる不織布と該無機繊維３に付着した層中熱可塑性樹脂５とから構成されている。無機繊維３はガラス繊維である。無機繊維３からなる不織布は、後述するように目付１０００ｇ／ｍ² のマット状の不織布由来である。層中熱可塑性樹脂５は、後述するように、熱可塑性樹脂繊維４としてのＰＰ樹脂繊維が溶融してから固化したＰＰ樹脂である。

補強層６は、補強用繊維７からなる不織布と該補強用繊維７間に含浸したポリウレア樹脂１０とから構成されている。補強用繊維７からなる不織布としては、ガラスチョップドストランドマット（ＧＣＳＭ）が用いられている。

層中熱可塑性樹脂５は、無機繊維３間を結合しているとともに、無機繊維３と補強用繊維７とを結合している。

この複合成形体１は、例えば次のような第１製法、第２製法又は第３製法で、製造することができる。

１．第１製法
（１）積層ステップ
図２（ａ）に示すように、吸音層２用の無機繊維３と熱可塑性樹脂繊維４とからなる不織布１１として、ガラス繊維とＰＰ繊維とが重量比で５０：５０で混綿されてなる、目付１０００ｇ／ｍ² のマット状の不織布を用いた。なお、この不織布１１に、例えばＰＥＴ繊維を少量（例えば３～１０％）入れてもよい。また、この不織布１１は、ニードルパンチ加工してもよい。
図２（ｂ）（ｃ）に示すように、この不織布１１の両表面に、補強層６用の補強用繊維７からなる不織布１２（上記のとおりＧＣＳＭ）を重ねるとともに、該不織布１２にイソシアネート８をローラー塗布した。重ねと塗布は順不同である。
図２（ｄ）に示すように、次の加熱ステップの直前に、不織布１２にアミン９をスプレー塗布し、以上により積層体１３を作製した。イソシアネート８の塗布とアミン９の塗布は順不同又は同時である。

（２）加熱ステップ
図３（ａ）（ｂ）に示すように、積層体１３を、例えば２００～２５０℃に加熱した平板プレス２０により挟み圧縮して加熱することにより、熱可塑性樹脂繊維４を溶融した層中熱可塑性樹脂５にするとともに、イソシアネート８とアミン９との反応を促進してポリウレア樹脂１０を生成させた。

（３）冷却ステップ
図３（ｃ）（ｄ）に示すように、積層体１３を、例えば６０℃以下に冷却した金型２１により挟み圧縮して冷却することにより、固化した層中熱可塑性樹脂５で、無機繊維３間を結合するとともに、無機繊維３と補強用繊維７とを結合した。なお、この冷却の初期においては、ポリウレア樹脂１０は上記反応の途中であって半硬化状態のため、積層体１３は金型２１により圧縮と同時に三次元形状に賦形された。
図３（ｅ）に示すように、金型２１を開いて、製造された複合成形体１を取り出した。

２．第２製法
（１）積層ステップ
積層ステップは第１製法と共通である。

（２）加熱ステップ
図３（ｆ）に示すように、積層体１３を、例えば２００～２５０℃に加熱した金型２２により挟み圧縮して加熱することにより、熱可塑性樹脂繊維４を溶融した層中熱可塑性樹脂５にするとともに、イソシアネート８とアミン９との反応を促進してポリウレア樹脂１０を生成させた。積層体１３は、同金型２２により圧縮と同時に三次元形状に賦形された。

（３）冷却ステップ
図３（ｇ）に示すように、積層体１３を、例えば６０℃以下に温度低下させた同金型２２に保持して冷却することにより、固化した層中熱可塑性樹脂５で、無機繊維３間を結合するとともに、無機繊維３と補強用繊維７とを結合した。
図３（ｈ）に示すように、金型を開いて、製造された複合成形体１を取り出した。

３．第３製法
（１）積層ステップ
積層ステップは第１製法と共通である。

（２）加熱ステップ
図３（ｉ）に示すように、積層体１３を、熱風シャワー２３により加熱することにより、熱可塑性樹脂繊維４を溶融した層中熱可塑性樹脂５にするとともに、イソシアネート８とアミン９との反応を促進してポリウレア樹脂１０を生成させた。積層体１３は圧縮しない。

（３）冷却ステップ
図３（ｊ）に示すように、積層体１３を、自然冷却することにより、固化した層中熱可塑性樹脂５で、無機繊維３間を結合するとともに、無機繊維３と補強用繊維７とを結合した。

［実施例２］
図４（ａ）に示す実施例２の複合成形体１は、吸音層２の無機繊維と補強層６の補強用繊維とが（実施例１のように層中熱可塑性樹脂５により結合しているのに加え）吸音層２と補強層６との間に設けられた膜状の層間熱可塑性樹脂１５によっても結合している点において実施例１と相違し、その他は実施例１と共通である。
実施例２の製造は、図４（ｂ）に示すように、積層ステップにおいて、不織布１１と不織布１２との間に熱可塑性樹脂フィルム１４を挟んで行う。そして、加熱ステップでは、熱可塑性樹脂フィルム１４を溶融した層間熱可塑性樹脂１５にし、冷却ステップでは、固化した層間熱可塑性樹脂１５によっても、無機繊維と補強用繊維とを結合する。熱可塑性樹脂フィルム１４としては、例えば市販のホットメルトフィルムを使用することができる。

［実施例３］
図５（ａ）に示す実施例３の複合成形体１は、一方（又は両方の）補強層６に、表皮１６を例えば実施例２と同様の層間熱可塑性樹脂１５により接合した点においてのみ実施例１と相違し、その他は実施例１と共通である。表皮１６としては、特に限定されないが、ポリエステル繊維不織布、ポリエステル繊維とＰＰ繊維の混合不織布等を例示できる。層間熱可塑性樹脂１５は、実施例２と同様に熱可塑性樹脂フィルム１４を使用して設けることができる。

［実施例４］
図５（ｂ）に示す実施例４の複合成形体１は、吸音層２が、実施例１のようなマット状の不織布由来ではなく、ガラス繊維とＰＰ繊維との混綿で目付１０００ｇ／ｍ² のシート状の不織布由来である点においてのみ実施例１と相違し、その他は実施例１と共通である。

以上のように構成された実施例１～４の複合成形体１は、例えば、図６に示すように、自動車のエンジンアンダーカバー３１、ボディアンダーカバー３２、デッキボード３３、シートバック３４等として使用することができる。

本発明の複合成形体１は、吸音性と軽量性に優れるだけでなく、さらに形状保持性、繊維剥離防止性及び防水性にも優れる。エンジンアンダーカバー、ボディアンダーカバーとして使用した場合、飛び石が当たっても繊維の剥離を防止できる。

１複合成形体
２吸音層
３無機繊維
４熱可塑性樹脂繊維
５層中熱可塑性樹脂
６補強層
７補強用繊維
８イソシアネート
９アミン
１０ポリウレア樹脂
１１不織布
１２不織布
１３積層体
１４熱可塑性樹脂フィルム
１５層間熱可塑性樹脂
１６表皮
２０平板プレス
２１金型
２１同金型
２２金型
２２同金型
２３熱風シャワー
３１エンジンアンダーカバー
３２ボディアンダーカバー
３３デッキボード
３４シートバック

Claims

吸音層（２）と、該吸音層（２）の両表面又は片表面に積層された補強層（６）とを含み構成された複合成形体（１）であって、
吸音層（２）は、無機繊維（３）からなる不織布と該無機繊維（３）に付着した層中熱可塑性樹脂（５）とを含み、
補強層（６）は、補強用繊維（７）からなる不織布と該補強用繊維（７）間に含浸したポリウレア樹脂（１０）とを含み、
層中熱可塑性樹脂（５）は、無機繊維（３）間を結合しているとともに、無機繊維（３）と補強用繊維（７）とを結合していることを特徴とする複合成形体。
無機繊維（３）と補強用繊維（７）とは、吸音層（２）と補強層（６）との間の層間熱可塑性樹脂（１５）によっても結合している請求項１記載の複合成形体。
無機繊維（３）と熱可塑性樹脂繊維（４）とからなる不織布（１１）の両表面又は片表面に、補強用繊維（７）からなる不織布（１２）を重ねるとともに、補強用繊維（７）からなる不織布（１２）にイソシアネート（８）とアミン（９）とを順不同又は同時に塗布してなる積層体（１３）を作製する積層ステップと、
積層体（１３）を加熱することにより、熱可塑性樹脂繊維（４）を溶融した層中熱可塑性樹脂（５）にするとともに、イソシアネート（８）とアミン（９）との反応を促進してポリウレア樹脂（１０）を生成させる加熱ステップと、
積層体（１３）を冷却することにより固化した層中熱可塑性樹脂（５）によって、無機繊維（３）間を結合するとともに、無機繊維（３）と補強用繊維（７）とを結合する冷却ステップとを含むことを特徴とする複合成形体の製造方法。
積層ステップでは、無機繊維（３）と熱可塑性樹脂繊維（４）とからなる不織布（１１）と、補強用繊維（７）からなる不織布（１２）との間に、熱可塑性樹脂フィルム（１４）を挟み、
加熱ステップでは、熱可塑性樹脂フィルム（１４）を溶融した層間熱可塑性樹脂（１５）にし、
冷却ステップでは、固化した層間熱可塑性樹脂（１５）によっても、無機繊維（３）と補強用繊維（７）とを結合する請求項３記載の複合成形体の製造方法。
加熱ステップにおいて又は加熱ステップの後であって層中熱可塑性樹脂（５）が固化する前において、積層体（１３）を積層方向に圧縮する請求項３又は４記載の複合成形体の製造方法。
積層体（１３）を圧縮と同時に三次元形状に賦形する請求項５記載の複合成形体の製造方法。