JPH0261151A - 熱成形性複合材料及びその製造方法 - Google Patents

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、軽量であり、かつ吸音性に優れた熱成形性複
合材料、特に自動車用天井材の基材として好適に使用さ
れる熱成形性複合材料及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、自動車の内装材の一つである天井材の基材として
は、ダンボール、ガラス繊維強化熱硬化性樹脂シート等
が使用されていたが、ダンボールは熱賦形性が悪く、吸
音性がなく、また吸湿性を有しているので長期間使用し
ていると水分を吸って重くなったり、垂れを生じるとい
う欠点を有し、上記熱硬化性樹脂シートは熱賦形性悪く
、かつ重いという欠点を有している。

また、特開昭６０−８３８３２号公報には、無機繊維層
の両面に熱溶融性樹脂層を積層して基材を形成し、この
基材の樹脂層の表面に発泡体層を介して表皮を積層して
成る自動車天井材が提案されている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記公報に記載された基材は、無機繊維層の両
面に熱溶融性樹脂層が積層されているので、機械的強度
が大きく、かつ熱賦形性に優れてはいるが、基材の表面
に形成した樹脂層によって無機繊維層表面の細孔がかえ
って閉塞されることになり、そのため吸音性に劣ってい
るという欠点があった。従って、この基材を自動車の天
井材用基材として使用する場合には、上記したようにそ
の表面に吸音性に優れた発泡体層を積層することが必要
となっていた。

本発明は上記欠点を解決するものであり、その目的とす
るところは、軽量であり、また機械的強度、熱賦形性に
優れているのは勿論のこと、吸音性が優れており、たと
えば自動車用天井材の基材として好適に使用できる熱成
形性複合材料及びその製造方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の熱成形性複合材料は、無機繊維が熱可塑性樹脂
で相互に接合されており、空隙率が５０〜９９％である
略板状体であって、少なくとも表面部の熱可塑性樹脂に
は充填材が混入されていることを特徴としており、その
ことにより上記目的が達成される。

また、本発明の熱成形性複合材料の製造方法は、主とし
て無機繊維からなるマット状物に、充填材が混入された
熱可塑性樹脂フィルムを積層し、次いでこの積層体を該
熱可塑性樹脂フィルムの融点以上の温度に加熱すると共
に、積層体を圧縮し、次いで該熱可塑性樹脂フィルムの
融点以上の温度雰囲気下でその圧縮力を除去することを
特徴としており、そのことにより上記目的が達成される
。

本発明の熱成形性複合材料は、無機繊維が熱可塑性樹脂
で相互に接合されて略板状に形成されている。

上記無機繊維としては、たとえばガラス繊維、ロックウ
ール繊維等があげられ、その長さは後述するマット状物
の形成の容易さの点から５〜２００ｍｍが好ましく、５
０ｍｍ以上の繊維が７０重量％含まれているのがより好
ましい。また、無機繊維の直径は５〜３０μｍが好まし
く、より好ましくは７〜２０μｍである。無機繊維の直
径が小さくなり過ぎると、機械的強度が低下し、無機繊
維の直径が太き（なり過ぎると、得られるマット状物が
重くなって嵩密度が大きくなる。

上記熱可塑性樹脂は、多数の無機繊維を相互に結合し得
るものであればよく、たとえばポリエチレン、ポリプロ
ピレン、飽和ポリエステル、ポリアミド、ポリスチレン
、ポリビニルブチラール等があげられる。

このようにして無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に結合さ
れてなる熱成形性複合材料の内部は、三次元的な網状構
造を有し、連続した空隙が存在する多孔性となっており
、複合材料の空隙率は５０〜９９％である。また、熱成
形性複合材料の少なくとも表面部の熱可塑性樹脂には、
充填材が混入されている。充填材は熱可塑性樹脂中に均
一に分散して配置されているのが好ましく、また内部層
の熱可塑性樹脂に充填材が混入されていてもよい。

この充填材としては、たとえば炭酸カルシウム、タルク
、マイカ、ガラス粉末、金属粉、炭素粉等があげられ、
熱可塑性樹脂中の充填材の混入割合は４〜４０重量％が
好ましい。充填材の混入割合が４重量％未満では、得ら
れる熱成形性複合材料の吸音効果が小さく、充填材の混
入割合が４０重量％を超える場合には、熱可塑性樹脂中
に充填材を混入することが難しくなる。充填材の粒径は
小さい方が良（，５０μｍ以下が好ましい。充填材の粒
径が５０μｍを超える場合には熱可塑性樹脂中に充填材
を混入することが難しくなる。また、表面部には、内部
に比べて樹脂量が比較的多（緻密に形成された表面層が
形成されているのが好ましい。

上記熱成形性複合材料は、任意の方法で製造されてよい
が、次に本発明の製造方法を説明する。

本発明で使用されるマット状物の製造方法は、任意の方
法が採用されてよ（、たとえば、無機繊維をカードマシ
ンに供給し、解繊及び混繊してマット状物を製造する方
法があげられる。また、マット状物の機械的強度を向上
させるためにニードルパンチを施してもよく、ニードル
パンチは１　ｃ＋＋１当たり１〜１００箇所行われるの
が好ましく、より好ましくは１０〜５０箇所である。マ
ット状物の密度は大きくなると重くなり、小さくなると
機械的強度が低下するので、０．Ｏ１〜０．２ｇ７ｃｍ
３が好ましく、より好ましくは０．０３〜０．０７ｇ／
ｃｍ’である。

無機繊維相互の結合力を上げるために、前記熱可塑性樹
脂よりなる有機繊維又は有機粉末を添加することができ
る。有機繊維はマツ・ト状物を製造する際に添加するの
が好ましいが、有機粉末はマット状物を製造した後に散
布してもよい。有機繊維の長ざ及びその直径は無機繊維
と混繊して容易にマット状物を形成できる程度が好まし
い。有機繊維の長さは５〜２００　ｍが好ましく、より
好ましくは２０〜１００１ｕｆｆｌであり、有機繊維の
直径は３〜５０μｍが好ましく、より好ましくは２０〜
４０μｍである。また、有機粉末は乾燥粉末として使用
してもよく、あるいは粉末の分散液やエマルジョンの状
態で使用してもよい。また有機粉末の直径は、粉末状態
で添加され゛る際には５０〜１００メツシユが好ましく
、貧溶媒に分散された状態もしくはエマルジョンにして
添加される際には、それより小さ（でもよい。マット状
物に必要に応じて添加される有機繊維と無機繊維との重
量比は、５：１〜１：５の範囲に設定するのが好ましい
。この範囲より無機繊維の添加量が少なくなると、成形
品の耐熱性が劣り、無機繊維の添加量が多くなると無機
繊維相互の結合力が低下する傾向にある。

次に、このようにして得られたマット状物に、充填材が
混入された熱可塑性樹脂フィルムを積層する。熱可塑性
樹脂フィルムを積層する方法は、任意の方法が採用され
てよく、たとえばマット状物の両面又は片面に熱可塑性
樹脂フィルムを載置する方法、熱融着する方法、あるい
は熱可塑性樹脂フィルムを金型より押し出す際に、マッ
ト状物表面にラミネートする方法等があげられる。

上記熱可塑性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポ
リプロピレン、ポリスチレン、飽和ポリエステル、ポリ
アミド、ポリブチラール等の熱可塑性樹脂のフィルムが
あげられる。該熱可塑性樹脂フィルムの厚さは１０〜３
００　μｍが好ましく、熱可塑性樹脂フィルムの厚さが
厚くなり過ぎると重くなり、薄くなり過ぎると無機繊維
相互の結合力が低下すると共に、機械的強度が低下する
傾向にある。従って、上記したようにマット状物に有機
繊維や粉末を併用する場合には、その有機繊維や末によ
り無機繊維は相互に結合されるので、使用する熱可塑性
樹脂フィルムの厚さを薄くすることができる。また、有
機繊維もしくは粉末を併用する場合には、その溶融温度
と熱可塑性樹脂フィルムの溶融温度とが近いものを使用
するのが好ましい。

この熱可塑性樹脂フィルム中には、充填材が混入されて
いる。この充填材は熱可塑性樹脂フィルム中に均一に分
散されているのが好ましい。充填材としては、上記した
ようにたとえば炭酸カルシウム、タルク、マイカ、ガラ
ス粉末、金属粉、炭素粉等があげられ、熱可塑性樹脂フ
ィルム中の充填材の混入割合は４〜４０重量％が好まし
い。充填材の混入割合が４重量％未満では、得られる熱
成形性複合材料の吸音効果が小さく、充填材の混入割合
が４０重量％を超える場合には、熱可塑性樹脂フィルム
の成形性が難しい。充填材の粒径は小さい方が良（，５
０μｍ以下が好ましい。充填材の粒径が５０μｍを超え
る場合には熱可塑性樹脂フィルムが成形され難い。

次に、マット状物と熱可塑性樹脂フィルムとが積層され
た積層体を、熱可塑性樹脂フィルムの溶融温度以上の温
度に加熱する。上記加熱は熱可塑性樹脂フィルムを溶融
することにより、この溶融樹脂をマット状物中に含浸さ
せて無機繊維を相互に接着するものであり、加熱条件と
しては、熱可塑性樹脂フィルムの溶融温度より１０〜７
０°Ｃ高い温度で１〜１０分行うのが好ましい。また、
加熱方法は、任意の方法が採用されてよく、たとえば、
オーブンの中で該積層体の全体を加熱する方法、あるい
は遠赤外線ヒーター、赤外線ヒーター等による輻射加熱
方法等があげられる。

積層体は上記のようにして加熱された後、熱可塑性樹脂
フィルムが溶融した状態で圧縮される。

この圧縮方法は任意の方法が採用されてよく、たとえば
プレス圧縮、ロール圧縮等があげられる。

プレスで圧縮する際の圧力は０．１〜５０ｋｇ／　ｃｉ
が好ましく、より好ましくは１〜２０ｋｇ／　ｃｉであ
り、ロールで圧縮する際のロール間距離はマット状物の
厚みの１７５〜１／２０が好ましく、より好ましくは１
７８〜１／１５である。圧縮時間は１〜３０秒が好まし
い。また、圧縮する際に熱可塑性樹脂が冷却されて固化
するとマット状物の厚みが回復しなくなり空隙率が小さ
くなるので、プレス金型及びロールも所定温度に加熱さ
れているのが好ましい。

次いで、このようにして圧縮されたマット状物は、熱可
塑性樹脂フィルムの融点以上の温度雰囲気下で圧縮が解
除される。ここで、圧縮が解除されるとは、マット状物
に作用する圧力が無くなること及びマット状物が拡開さ
れることを意味する。

このように熱可塑性樹脂フィルムの融点以上の温度雰囲
気下でマット状物に作用する圧縮を解除することにより
、マット状物の厚みが回復する。具体的にマット状物の
圧縮が解除される操作を説明すると、溶融樹脂をマット
状物に含浸一体化させた後、熱可塑性樹脂フィルムの溶
融温度以上の温度でほぼ無加圧状態で所定時間保持する
ことにより、無機繊維の弾性復元力によって樹脂含浸マ
ット状物の厚みを元の状態へ回復させてもよく、又は溶
融樹脂をマット状物に含浸一体化させた後、このものを
熱可塑性樹脂フィルムの溶融温度以上の温度で加熱する
と共に、樹脂含浸マット状物の両側に、厚み拡張部材を
接着させた状態でマツ、・状物の厚み方向外方へその拡
張部材を移動させることにより、強制的に樹脂含浸マッ
ト状物の厚みを増加させてもよい。厚み拡張部材として
は、溶融した樹脂には接着するが、冷却した樹脂には接
着しないものが好ましく、たとえばテフロンシート、テ
フロン被覆鉄板、マイラーシート、ポリエステルフィル
ム、アルミ板等が用いられる。またこの厚み拡張部材を
マット状物の厚み方向へ移動させるには、たとえば真空
吸着装置を拡張部材の外面に吸着させて該真空吸着装置
を外側へ移動させることにより行うことができる。

上記加熱に要する時間は、マット状物の厚みがほぼ元の
厚みに回復するまで行うのがよく、一般には１０秒〜５
分行うのが好ましく、より好ましくは２０秒〜２分であ
る。厚みが回復された樹脂含浸マット状物は、次に冷却
されて本発明に係る熱成形性複合材料が得られる。この
冷却は常温の空気中に放置することによって行ってもよ
く、また冷風を吹きつけることによって行ってもよい。

このようにして空隙率が５０〜９９％である上記構成の
熱成形性複合材料が得られる。また、熱成形性複合材料
の表面部には、上記熱可塑性樹脂フィルムが溶融してな
る表面層が形成され、この表面層には充填材が充填され
ている。

次に、熱成形性複合材料の熱賦形方法を説明する。

熱成形性複合材料は加熱加圧することにより、容易に賦
形することができる。また、この熱成形性複合シートの
表面に発泡シートや化粧用表皮材等を積層接着した状態
で賦形しても良い。熟成形性複合材料を加熱するには、
赤外線ヒーターやオーブン等を用いることができ、熱可
塑性樹脂の融点以上に加熱する。この加熱時において、
熱成形性複合材料の表面層に混入された充填材を中心と
して細孔が形成されることとなる。これは、熱可塑性樹
脂の溶融時には、該樹脂の表面張力が、樹脂と充填材と
の接着力より大きくなるため、樹脂同志が凝集すること
により充填材を中心に小孔が形成され、また樹脂の溶融
時に表面層が収縮し、樹脂と充填材との界面で剥離が起
こるため、充填材部分で小孔が形成されるものと推察さ
れる。この場合、熱可塑性樹脂として延伸性の熱可塑性
樹脂フィルムを用いた場合には、加熱時に該樹脂が大き
く収縮するため充填材部分で細孔を形成する効果は大き
くなる。熟成形性複合材料の表面層に形成された細孔を
通して内部の空隙と外部は連通ずるようになり、従って
、熱成形性複合材料の表面に当たる音波は表面層の小孔
を通して内部の空隙に到達し、ここで効果的に減衰され
ることとなる。

このような熱成形性複合材料は、自動車、列車、航空機
等の移動機の天井材をはじめとする内装用基材や、建築
用材として使用することができる。

（実施例） 以下に本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

なお、本実施例において空隙率は次のようにして求めた
。まず、使用した樹脂及び無機繊維の平均比重ρを求め
る。

樹脂１ｇの比重をρ１とし、無機繊維１ｇの比重をρ２
とすると、 ρ＝（＋＋１）／（１／ρ１＋１／ρ２）＝　２／（１
／ρ、＋１／ρ２） となる。

次に、測定する試験体の厚さをｔｃｍ、大きさ１ボ当た
りの重量をｗｇとすると、 空隙率 Ｋ　＝１−　ｗ／　（１０，０ＯＯＸ　ｔ　Ｘ２／（１
／　ρｔ＋１／　１）　り　）となる。

従って、たとえばポリエチレン（比重０．９５）とガラ
ス繊維（比重２．５）とからなる厚さ７ｍｍ（０，７ｃ
ｍ）　、重量８００　ｇ　／　ｎｆの板状試験体の空隙
率は、１−８００／　（１０，０００Ｘ０．７Ｘ２／（
１１０，９５＋１／２．５））＝０．９１７　　（９１
，７％）となる。

（以下余白） 実覇Ｉ庄１ 長さ５０閤、直径１０μｍのガラス繊維からなるチョツ
プドストランドと、６デニール、５０ｉｕａ力ツト品の
ポリエステル繊維とを、重量比で３：１の割合で配合し
てカードマシンに供給し、解繊及び混繊して綿状物を得
た。次に、この綿状物にニードルパンチを打って厚さ９
　ｍｍ、目付１５００ｇ／ｍ”のマット状物を得た。ニ
ードルパンチ密度は２０箇所／ｃｒｌとした。

一方、粒径１０〜５０μｍの炭酸カルシウムを、高密度
ポリエチレンペレット（融点１３５°Ｃ，、？ｌｌ１５
）に５重量％混入し、このものをタンブラ−で混合し、
押出機のホッパーに投入し、Ｔダイで押し出し成形して
厚さ１００μｍの熱可塑性樹脂フィルムを得た。このフ
ィルムを顕微鏡で観察すると、炭酸カルシウムが均一に
分散していた。

次に、その熱可塑性樹脂フィルムを上記マット状物の両
面に積層し、この積層体を乾燥機に供給して２００°Ｃ
で３分間加熱した後、隙間１ｍｍの一対のロール間に通
すことにより圧縮した。次に、このものを再び乾燥機に
供給し、圧縮しない状態で２００°Ｃにて３０秒間保持
することによりその厚さを回復させ、その後冷却して厚
さ７　ｍｍの熱成形性複合材料を得た。得られた熱成形
性複合材料の空隙率は９３％であった。この複合材料の
表面には、炭酸カルシウムを含む樹脂の表面層がガラス
繊維と一体化した状態でフィルム状に形成されていた。

次に、得られた熱成形性複合材料を以下のようにして熱
賦形した。

熱成形性複合材料の表面を赤外線ヒーターで１６０℃ま
で加熱すると共に、プレスして厚さ５薗の平板に成形し
、その後、直ぐにこの平板に綿状のホットメルトフィル
ムとポリエステル製ニット　（厚さ２−）を重ね、この
ものを深さ１０ｍｍ、金型間距離５　ｍｍ、凹部の曲率
半径５ＩＩＩＩ１１の金型（金型温度は２５°Ｃ）に供
給し、０．０５〜１．０　ｋｇ／　ｃｔＡの圧力で２分
間プレス成形して厚さ７閣の成形品を得た。

得られた成形品の吸音率を垂直入射法（ＪＩＳ　Ａ１４
０５　、背面距離１０■）で測定した。その結果を第１
表に示した。

実Ｊｆ！ＪＬＬ−ユ汲工」１交医 第１表に示すように、熱可塑性樹脂フィルムに混入され
る炭酸カルシウムの含有量を変えた以外は、実施例１と
同様にして成形品を得た。得られた成形品の吸音率を実
施例１と同様にして測定した。

その結果を第１表に示した。

第１表の結果から、炭酸カルシウム等の充填材を熱可塑
性樹脂に混入することにより、成形品の吸音率が向上し
たことがわかる。

（発明の効果） このように、本発明の熱成形性複合材料は、無機繊維が
熱可塑性樹脂で相互に結合されており、空隙率が５０〜
９９％であるので、軽量であって、機械的強度が高く、
また熱賦形性に優れている。しかも、複合材料の少なく
とも表面部の熱可塑性樹脂には充填材が混入されている
ので、複合材料の熱賦形時には充填材を中心として多数
の細孔が形成され易くなり、従って表面の開口と内部の
空隙を吸音のために有効に利用することができ、自動車
用天井材をはじめとして吸音性に優れた内装材として好
適に使用することができる。また、従来のように表面に
発泡体層を特に設ける必要もなく表皮材の材料選択性に
も優れている。

又、本発明の製造方法により容易にかつ効率よく製造す
ることができる。

以上

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．　無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に接合されており
   、空隙率が５０〜９９％である略板状体であって、少な
   くとも表面部の熱可塑性樹脂には充填材が混入されてい
   ることを特徴とする熱成形性複合材料。
2. ２．　主として無機繊維からなるマット状物に、充填材
   が混入された熱可塑性樹脂フィルムを積層し、次いでこ
   の積層体を該熱可塑性樹脂フィルムの融点以上の温度に
   加熱すると共に、積層体を圧縮し、次いで該熱可塑性樹
   脂フィルムの融点以上の温度雰囲気下でその圧縮力を除
   去することを特徴とする熱成形性複合材料の製造方法。