JPH02124947A - 繊維強化熱可塑性一体フォーム及びその製法 - Google Patents

繊維強化熱可塑性一体フォーム及びその製法

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JPH02124947A
JPH02124947A JP1112389A JP11238989A JPH02124947A JP H02124947 A JPH02124947 A JP H02124947A JP 1112389 A JP1112389 A JP 1112389A JP 11238989 A JP11238989 A JP 11238989A JP H02124947 A JPH02124947 A JP H02124947A
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fiber
foam
reinforced
mat
weight
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JP1112389A
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Heinz Weber
ハインツ、ヴェーバー
Gerhard Bleckmann
ゲールハルト、ブレックマン
Gerhard Dembek
ゲールハルト、デムベック
Gerd Ehrmann
ゲルト、エールマン
Gerhard Heinz
ゲールハルト、ハインツ
Lothar Schlemmer
ロータル、シュレマー
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Original Assignee
BASF SE
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、繊維マットで強化された熱可塑性一体成形フ
オームに関する。
従来の技術 繊維マット、特にガラス繊維マットで強化された熱可塑
性樹脂は、多種多様な目的のための成形品、例えば自動
車座席、シェル、エンジンケーシング、音響機器、ケー
ス及び同種のものを製造するために工業において有効に
使用されるようになった。これらの成形品は、繊維マッ
トを熱可塑性樹脂の溶融物とプレス加工することにより
製造される。複合材料を任意の型内で加熱しかつプレス
することにより任意の成形体に加工することができる。
熱可塑性一体フオーム、即ちシールされた周辺部を有す
る熱可塑性樹脂は、家具、ケーシングを製造するため、
又は自動車工業分野、運輸、建築及びスポーツ用品工業
において使用するために工業において確固たる位置を有
するようになった。これらのフオームは、熱可塑性樹脂
から、加熱すると発泡ガスを分離する化学的発泡剤を添
加することにより、押出成形又は射出成形によって製造
される。
発明が解決しようとする課題 本発明の課題は、繊維強化熱可塑性樹脂をベースとする
公知の複合材料の密度を、機械的強度を十分に維持した
上で低下させることであった。多面では、本発明の課題
は、熱可塑性一体フオームに一層高い剛性及び強度を付
与することであった。更に、簡単な製造技術及び加工技
術と結び付いた、低い密度、優れた断熱能、高い強度及
び高い表面品質を有する外皮、高い曲げ強さ、機械的衝
撃に対する高いエネルギー吸収、低下せしめられた熱膨
張及びクリープ傾向及び好ましい燃焼挙動により優れて
いる複合材料を提供することであった。
課題を解決するための手段 前記課題は、マット状の強化繊維を含有するシールされ
た周辺部を有する熱可塑性一体フオームによって解決さ
れる。
従って、本発明の対象は、少なくとも50M翼の平均長
さを何するマット状の強化繊維2〜60重量%を含有す
る、厚さが0.05〜1.5mmある、シールされた周
辺部を有する50〜500 kg/m3の密度を有する
繊維強化熱可塑性一体フオームである。
更に 本発明の対象は、繊維強化熱可塑性−体フオーム
を製造する方法であり、該方法は、繊維マットを発泡剤
含有熱可塑性重合体の溶融物と一緒に加圧下にプレス成
形し、その際溶融物の発泡を阻止し、引続き繊維強化し
た発泡剤含有重合体を軟化点よりも高い温度で発泡させ
かつフオームの硬化後に周辺部を軟化点よりも高い温度
で新たにシールすることを特徴とする特許 7〜50vの長さのガラス繊維を含有するガラス繊維強
化成形体が公知である。該成形体の周辺部はシールされ
ていない。
国際公開第84−03095号明細書から、3〜25m
mの長さの強化繊維10〜55重M%を含有する、ポリ
エチレン、ボエイエーテルイミド又はポリ(エーテル)
スルホンをベースとする架橋したフオームが公知である
。該フオームの周辺部はシールされていない。
本発明による一層フォームは、50〜500kg/11
s1特ニ1 0 0 〜3 5 0kg/m3、有利ニ
ハ100〜2 5 0 kg/m”の密度を有する。該
一層フォームはシールされた周辺部を有する。一般に0
、05〜1,511、有利には0.2〜0.9m鷹の厚
さを有する周辺部の密度は、コア領域の密度の1.5〜
20倍、有利には2〜lO倍である。周辺部からコア領
域までの密度低下は、漸進的に行われていてもよい。周
辺部を新たにシールすることにより、急激な密度低下が
惹起される。その際には、サンドイプチ構造を得ること
ができる。その際には、外皮は未発泡材料と同じ密度を
有することができる。
本発明による一層フォームのベースは、熱可塑性樹脂で
ある。熱可塑性樹脂の選択は、一層フォームの所望の温
度安定性に基づき行う。適当な熱可塑性樹脂は、ポリオ
レフィン、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、スチ
レン1■合体、例えばポリスチレン、ポリ−α−メチル
スチレン、スチレン単位少なくとも50重q%を含有す
る共重合体例えばスチレン−アクリルニトリル共重合体
、ABS.ASA及びその他のゴム含有ポリスチレンの
タイプの耐衝撃性ポリスチレン、ボリアミド、例えばナ
イロン6、ナイロン6.6、ナイロン4.6、ナイロン
12及びナイロン6.l2、芳香族ポリカーボネート例
えばビスフェノール八一ポリヵーボネート、芳香族ポリ
エーテルスルホン、例えばビスフェノールΔ及び/又は
ビスフェノールSとp。
p′−ノクロルジフェニルスルホンとをアルカリ金属の
存在下に重縮合させることにより得られたポリ(エーテ
ル)スルホン、ポリフェニレンエーテル、例えばポリ−
2,6−シメチルフエニレンオキシド、ポリフェニレン
スルフィド・1シびに前記熱可塑性樹脂の混合物である
。熱可塑性樹脂の選択は、場合によりその燃焼特性に基
づき行う。良好な耐火性を達成するためには、芳香族ポ
リエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリ
カーボネート又は更にポリアミドが有利である。
新規の一層フオームは、マット状の強化繊維2〜50重
ら1%、有利には5〜30重bt%、特にlO〜25市
量%を含有する。繊維マットとしては、ランダムに敷設
されたエンドレス繊維、整列されていない分布を有する
ステープル繊維又は完全にもしくは部分的に整列された
エンドレス繊維又は切断された繊維からなる組織化され
た平面状成形体が該当する。100〜1209/1の面
積当り重量を有する繊維マットはエンドレスの整列され
ていない繊維からなる繊維マットが有利である。繊維マ
ットは固定されていなくともよい。しかし、これらはま
た重合体結合剤により又は機械的結合技術、例えば縫製
、縫合もしくはキルチングにより固定されていてもよい
。繊維としては、例えば炭素繊維、金属繊維、芳香族ポ
リアミドからなる繊維及び特にガラス繊維が使用される
。個々の繊維は、般に8〜15μmの直径及び少なくと
650xm。
有利には少なくとも250 amの平均長さを有する。
個々の繊維の代わりに、場合により多数の単一繊維から
なる接着した束を使用するこができる。繊維マットは一
般に弾性挙動を呈する。
これらは圧縮により緻密化することができかつ放圧の際
にその初期の厚さを取り戻す。更に、これらは好ましく
は膨張可能である、即ち熱可塑性樹脂の発泡の際に発泡
性熱可塑性樹脂と同様に膨張する、従ってフオームはそ
の全厚さに亙って均一な繊維分布を有する。均一な形状
分布は、なかんずく熱可塑性樹脂に対して高t1相容性
を有する僅かに結合された繊維において達成される。そ
の際、膨張するフオームは繊維を連行する。他面、繊維
はまた発泡する重合体を漸進的に固定する。膨張は制御
されて進行する繊維の付着は、適当に選択したサイズに
より改丹することができる。
また、金属繊維もしくは金属化された炭素繊維を用いて
、その厚さに関して、電磁作用に対するシールド材料と
して使用される極めて剛性の複合物を製造することがで
きる。
特に繊維強化ポリアミドフオームの場合には、繊維は環
境湿気に依存する寸法変化を誠少さ仕る。
一般に、発泡性サブストレート内に埋設された繊維は強
度の核形成作用を示すことが判明している。繊維添加物
又はその他の芽晶形成剤が存在しなければ、粗い気泡状
の不均一なフオームが生成する。核形成効果は、短いガ
ラス繊維(0,2〜9.13mm)を添加すると特に顕
著である。
一層フオームは、その他に常用の添加物、例えば染料、
顔料、静電気帯電防止剤、滑剤、防火剤及び芽晶形成剤
を含有することができる。
繊維マットで強化した一層フオームを製造するには、繊
維マットを熱可塑性樹脂の発泡剤含有溶融物と一緒に、
咳溶融物の発泡が阻止される圧力でプレスする。
発泡剤としては、使用熱可塑性樹脂の溶融温度未満の温
度で沸騰しかつ溶融温度で熱可塑性樹脂中に加圧下に可
溶性である低沸点液体を使用する。適当な発泡剤は、例
えば4〜8個の炭素原子を有する脂肪族及び脂環式炭化
水素、例えばブタン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキ
サン、ヘプタン、オクタン;6〜8個の炭素原子を有す
る芳香族炭化水素、例えばベンゼン、トルエン、キシレ
ン;2〜4個の炭素原子を何するアルコール、例えばエ
タノール、プロバノ−ル、i−プロパツール、ブタノー
ル;3〜5個の炭素原子を有するケトン、例えばアセト
ンメチルエチルケトン及びジエチルケトン:4〜6個の
炭素原子を有する環式エーテル、例えばジエチルエーテ
ル及びジイソプロピルエーテル:4〜6個の炭素原子を
有するエステル、例えば酢酸エチル、プロピオン酸メチ
ル、酢酸プロピル及び酢酸ブチル;1〜2個の炭素原子
を有するクロル炭化水素、例えば塩化メチレン、クロロ
ホルム、ジクロルエタン、トリクロルエタン及びクロル
ベンゼン:水:並びに前記物質の混合物である。
発泡剤は、熱可塑性樹脂に対して、一般に4〜30重量
%、有利には4〜25重M%、特に8〜■8重量%の量
で使用する。最適な発泡剤及び最適な量は、その都度の
熱可塑性樹脂に対して簡単な実験により確認することが
できる。
ポリオレフィン及びスチレン重合体を発泡させるために
最適な発泡剤は、脂肪族炭化水素及びハロゲン化炭化水
素である。ポリアミドを使用する際には、脂肪族炭化水
素の他にアルコール及び特に水が有利であることが判明
した。芳香族ポリカーボネート、ポリエーテルスルホン
、ポリフェニレンエーテル及びポリフェニレンスルフィ
ドは、クロル炭化水素、アルコール、ケトン、エーテル
又はエステルを使用して発泡させるのが有利である。
フオームを製造するには、繊維マット強化した発泡剤含
有重合体を混合物の軟化点を上回る温度で発泡させる。
フオームの硬化後に、周辺部を新たに軟化点を上回る温
度で、例えば加熱式プレスを用いてフオームをその体積
の90〜25%、有利には80〜40%まで圧縮するこ
とにより、シールする。
フオームは、公知方法で多種多様な被覆厚さで、例えば
木材、メラミン樹脂プレスプレートからなるもの、プラ
スチック又は金属からなるシート又はプレートで積層す
ることができる。
100〜300 y/m” (ガラスに対して)の面積
当り重量を有する樹脂含浸ガラス繊維織物ら適当である
被覆層との複合は、常法で圧感又は溶融型接着剤により
行うことができる。しばしば、積層体を前記のような助
剤を用いずに、重合体の軟化点を上回る温度で、直接的
に別の処理工程で実施した周辺部のシールと組み合わせ
ることらできる。
例えば未含浸のガラス繊維織物を第1工程と同時に強化
作用繊維マット及び発泡剤含有重合体と一緒に圧縮する
と、−層簡単に積層体を製造することができる。
実施例 次に、実施例により本発明の詳細な説明する例1 発泡剤としてペンタン5重量%の含量を有するパール状
の市販の膨張可能なポリスチレンを、耐圧性の型内で1
10℃で厚さ1 amのプレートに圧縮しかつ引続き室
温で冷却した。加熱及び冷却可能な、耐圧性の浸漬エツ
ジ型内で、11mの厚さの発泡剤含aポリスチレンプレ
ート及び少なくとも25011の繊維長さを有する30
09/1の面積当り市へtのガラス繊維マット(個々の
繊維の直径11 μa、 Gevetex社のTyp 
U314/300)を装入した。プレス機械を閉鎖しか
つ40バールの圧力下に120〜140℃に加熱した。
その際、発泡剤含有ポリスチレン溶融物は一緒に圧縮さ
れたガラス繊維マットに均一に浸透した。プレス型を解
放する際に、プレートは1311の厚さの繊維強化フオ
ームに発泡した。冷却した後に、フオームを150℃で
短時間プレスすることにより11m+11の厚さに圧縮
したマットの形のガラス繊維12重量%を含有する、1
80 kg/m”の厚さのプレート状の一層フオームが
得られた。
コアの密度は134 kg/la3であった。表面は欠
陥のない平滑性を有していた。該複合材料は、約0.3
xrxの厚さの、十分に緻密な表面層を有し、その密度
は540 kg/@”であった。
該一体フオームの曲げ強さは、DIN53423に基づ
き測定して、4.3Mpaであった。
実施例2 55の粘度数(25℃、N−メチルピロリドンI 34
9/I O0ct3で測定)のポリエーテルスルホン(
0−CaH4−3ow−Csllt)n及び同じ量のメ
チルエチルケトンを、ゲルが形成されるまで相互に分散
させ、過剰のメチルエチルケトンを分離しかつニーダ内
でゲルを芽品形成剤としてステアリン酸アルミニウム1
重量%を添加して50℃で均一にしかつ100℃未満の
温度で2amの厚さのプレートまで圧縮した。該プレー
トを3日間貯蔵した後に、メチルエチルケトンの含r1
1は13重量%であった。該混合物のガラス転移温度は
、DSCに刈上き測定して70℃であったプレートプレ
ス内で、メヂルエチルケトン12重量%の含量を有する
ポリエーテルスルホンのJ、8JIJlの厚さのプレー
トを2つのガラス繊維?、Fト(面積当り重量300 
g7am” 、GevcLex社のTyl) [814
、繊維直径11μm、平均繊維長さ〉250μm)の間
に220℃でプレスした。冷却及び離型後に、厚さ2x
zのフオーム状半製品が得られた。
前記半製品をプレートプレス内で200℃に加熱した。
プレスを解放した後に、発泡により約18mmの厚さの
フオームプレートが得られたその際同時に、発泡剤は十
分に飛散した。ガラス繊維ストランドはフオーム体内に
均一に分配されていた。260℃で短期間断たにプレス
することにより、周辺部をソールした。このシールによ
り、繊維は良好に周辺層の重合体内に良好に埋設されて
いた。ガラス繊維29重量%を合釘する、280 kg
/m’ (7) 密1f’t 有t ル、8.411の
厚さの繊維強化一体フオームプレートが得られた。DI
N53421に基づく10%の圧縮率での圧応力は、0
.46MPaであり、DIN53423に基づく曲げ強
さはlo、311Paであった。周辺部は、0.8mm
の厚さを有しており、DIN53457に基づき測定し
た曲げE−弾性率は823 MPaであった。
前記と同様に操作するが、但し18zxから弔に12.
3xmの厚さに圧縮した場合には、一体フオームの密度
は200 kg/m3であった。圧応力は0 、5 M
Pa、曲げ強さは5 、9 MPaであった。
コア帯域の密度は124 k’i/rm3であった。0
゜611度の周辺部は、650 kg/m3の密度を有
していた。曲げ−E−弾性率は393 MPaであった
例3 実施例2に記載と同様fこ、メヂルエチルケトン12重
量%の含量を有するポリエーテルスルホンからなる2枚
の1.Oyiの厚さのプレートを両者の間に挿入された
ガラス繊維マット(300g/l″)と−緒に220℃
で圧縮した。生じた2、1xzの厚さのフオーム状半製
品をプレートプレス内で200℃に加熱した。プレスを
解放した後に、埋め込まれたガラス繊維1■重t4%の
ために尚粗い、平滑でない表面を有する、2211mの
厚さのフオームプレートが得られた。
この不均一体をプレス内で260℃で短時間平滑化した
後に、該プレートは約0.05%mの厚さのシールされ
た周辺部を有していた。全かさ密度は97 kLi/l
s”、耐圧性は0.71 MPa、曲げ強さはl 、I
 MPaであった。
これらの平滑化した粗製フオームプレートはプレス内で
260℃で任意に圧縮することができた。この際、厚さ
及び密度が増大した、強度にシールされた周辺部が生じ
、一方コア帯域は殆ど変化しなかった。圧縮度を増大す
るに伴実施例 3a b C 厚さ  全 (mx)   周辺部 22      15.1   10.0約0.05 
 0.7  0.9 密度  全 Ckg/mつ周辺部 圧応力(io%)(MPa) (DIN53421) 0.71 0.68 0.55 曲げ強さ(MPa ) (DIN43423) 1.1     2.8     7.7曲げ−E−弾
性率(MPa) (DIN53457−B4) DIN52612に基づき10℃で測定した一層フオー
ム3bの熱伝導率は、0.040W/dであった。35
X35X1.5cmの寸法を有する、得られたプレート
3bは、22cmの直径を有する(長手軸方向で切断し
た)半割円筒体に加熱加工することができた。この加工
は、凹面状の台座及び凸面状のボンデを有する240℃
に加熱したプレス型で行った。離型前に、180℃に冷
却した。
例4 2輪スクリュウ押出機内で、1時間当り340℃でポリ
エーテルスルホン15重量部(粘度数55)並びにステ
アリン酸アルミニウム0゜15部を溶融させ、1時間当
りアセトン2,2重量部を計量供給し、発泡剤含有溶融
物を105℃に冷却しかつフラットダイを介して排出し
た。生じた帯材は僅かに発泡しているにすぎずかっ尚ア
セトン11重量%を含有していた。該帯材を80℃でカ
レンダを介して引き出しかつ平滑にした。
11重量%の発泡剤を含mを有する311Rの厚さのプ
レートを、プレートプレス内で2つのガラス繊維マット
(面積当り重量450 g/m”、Gevetex社の
Typ 13814/45G)の間に220℃でプレス
した。ガラス繊維割合は16%であった発泡剤含有の繊
維マット強化材料を200℃で24 amの厚さのフオ
ームプレートに発泡させかつフオームの硬化後に260
℃で15mmに圧縮した。
得られた一層フオームは、密度158 ky/la’コ
ア密度119に9/la”  0.511の周辺部の密
度610 kg/la3を有し、かつ以下の機械的特性
を示した 10%の圧縮率での圧応力0.68 MPa、曲げ強さ
3.4 MPa。
例4a(比較実験) メチルエチルケトン12重量%の含量を有するポリスル
ホンからなる、1,4111の厚さのプレートを、プレ
ートプレス中で170℃で発泡させかつ260℃で短時
間平滑化した。固定作用ガラス繊維マットが存在するこ
とにより、発泡は配向されずに進行しかつ制御困難であ
った約0.05gmの周辺部を有する、102 kg/
m3の全密度の17.2mmの厚さの大きな気泡状のフ
オームプレートが得られた。
例5 例3におけると同様に操作したが、但しこの場合には3
00ν/Cのガラス繊維マットの代わりに700 ge
m”の面積当り重量を有する縫製したガラス繊維フェル
トを使用した。この際、260℃で260℃でシールし
た後に、30重量%のガラス繊維割合及び0.8svの
厚さのシールされた周辺部を有する9、7amの厚さの
一層フオームプレートが得られた。密度は310&9/
s’lO%及び15%の圧縮率での圧応力はそれぞれ0
.83及び1.2311Pa、曲げ強さは19關Paで
あった。
例6 196℃の溶融粘度(DIN53736、方法A)を有
するコポリアミド6/66 (85/15)の顆粒を、
220℃で1MI&のプレートにプレスした。このよう
な2つのプレートの間に300 gem”の面積当り重
量を有するガラス繊維マットを挿入しかっこの構造物を
前記温度で新たに2111の厚さのガラス繊維含有プレ
ートに圧縮した。これらのプレートを水/エタノール混
合物(1:1)中で70℃で2日間貯蔵したその際、該
プレートは重量を+4.5%増大しかつ175℃に加熱
したプレス内で11m1+の厚さのガラス繊維含有粗製
プレートに発泡させた。プレス内で220℃でシールし
た後に、320 kg/m”の全かさ密度を有する、7
111の厚さの繊維強化一体フオームプレートが得られ
た。
0.511の周辺部は、670 kg/la’の密度を
有していた。
未発泡のガラス繊維含有プレートを水中で80℃で10
時間貯蔵した場合、該プレートは9.7重量%増大した
。これらを180℃で8111の厚さの粗製プレートに
発泡させた。プレス内で220℃でシールした後に、ガ
ラス繊維1162重量%を含有する、51Nの厚さの一
層フオームプレートが生じた。標準気候(23℃/相対
空気湿度50%)で測定した、そのかさ密度は380 
kg/la3、曲げ強さは9 、6 MPaであった例
7 例3のガラス繊維マットの代わりに、50g/11宜の
面積当りiTj litのポリアラミド−繊維フェルト
のネードル? (need 1ona)KR52(Ba
y 、 Iol l r i 1zrabriken、
 (Hfingen)を使用し、かつ前記のように0.
/mmの厚さのシールした周辺部及び3重41%の繊維
割合を有する5、811の厚さの一層フオームプレート
を製造した。密度は220M/m3%圧応力は0 、7
 MPa及び曲げ強さは9゜2 MPaであった。
メチルエチルケトン12重量%の含量を有するポリエー
テルスルホンからなる2枚のI xytの厚さのプレー
トを、両者の間に挿入した、200 gin”の面積当
り重量を有する鉄綿絡み繊維フリースと一緒に250℃
でプレスした。鉄繊維長さはIO〜150zi+、直径
は70μ−及び重量割合は43重量%であった。
プレス内で200℃で発泡させかつ引続き260℃で5
.5ms+の厚さの繊維含有一体フオームプレートにシ
ールした。シールした周辺部は0.6mmであった。圧
力は660 kg/la3、圧応力1 、1 MPaで
あった。磁界内でのシールド作用は30Mtlzで28
dBであった。
例9 ポリカーボネート顆粒(Anic社からの5INVET
:粘度数0.7 [d12/9] 、塩化メチレン中2
5℃で測定)から、200℃でImmの厚さのプレート
をプレスした。このような2枚のプレートの間に、30
0 gin”の面積当り重量のガラス繊維マットを挿入
しかっこの構造体を210℃で半製品にプレスした。こ
の16.5重量%のガラス繊維含h1を有する半製品を
、容量比6:4のアセトン/塩化メチレンの混合物中に
室温で3日間貯蔵した。この際、重量は30%増大した
。発泡剤含有プレートを、プレートプレス内で170℃
で発泡しかつ引続き190℃で61111の厚さのガラ
ス繊維含有一体フオームプレートにシールした。
密度は360 kg/m3、圧応力は0.65 MPa
曲げ強さは5 .7MPaであった。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、少なくとも50mmの平均長さを有するマット状の
    強化繊維2〜60重量%を含有する、厚さが0.05〜
    1.5mmある、シールされた周辺部を有する50〜5
    00kg/m^3の密度を有する繊維強化熱可塑性一体
    フォーム。 2、フォームがポリオレフィン、スチレン重合体、ポリ
    アミド、芳香族ポリカーボネート、芳香族ポリエーテル
    スルホン、ポリフェニレンエーテル及び/又はポリフェ
    ニレンスルフィドからなる請求項1記載の繊維強化一体
    フォーム。 3、マット状の強化繊維が、ガラス、炭素、芳香族ポリ
    アミド及び/又は金属からなる請求項1又は2記載の繊
    維金属一体フォーム。 4、請求項1記載の繊維強化熱可塑性一体フォームを製
    造する方法において、繊維マットを発泡剤含有熱可塑性
    重合体の溶融物と一緒に加圧下にプレス成形し、その際
    溶融物の発泡を阻止し、引続き繊維強化した発泡剤含有
    重合体を軟化点よりも高い温度で発泡させかつフォーム
    の硬化後に周辺部を軟化点よりも高い温度で新たにシー
    ルすることを特徴とする繊維強化熱可塑性一体フォーム
    の製法。
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