JPH0276725A - 複合材料の製造方法 - 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、また優れた吸音特性を存し、た
とえば自動車用天井材の芯材として好適に使用される複
合材料の製造方法に関する。

（従来の技術） 自動車用天井材に要求される性能の一つに、吸音特性が
上げられる。その特性としては１０００１１ｚから２０
００Ｈｚの周波数の音域でフラットな吸音特性を持つこ
とが望まれる。

従来、たとえば特開昭６１−１３２６６５号公報には、
不織布製マットに、成形可能な熱可塑性樹脂の水性エマ
ルジョンを塗布、含浸させたのち、水分を除去し、圧縮
して得られる成形材料が開示されている。また、特開昭
６２−４３３３６号公報には、不織布の一面に熱可塑性
樹脂膜を形成し、この熱可塑性樹脂膜の表面にガラス繊
維又はシートを積層してなる自動車内装材が開示されて
いる。

（発明が解決しようとする課題） ところが、前者のような成形材料では、俗に耳ざわ′り
とされる１０００１１ｚ付近の音の吸音特性が充分でな
い欠点がある。−これは、この成形材料は、その表裏面
に連通ずる連続気孔が形成されているために、高周波領
域での吸音特性は比較的良好であるが、低周波領域の音
を効果的に吸収することができないからと思われる。

後者のような自動車内装材においては、その表面の通気
性が劣るため、低周波領域の吸音特性は良好であるが、
高周波領域の吸音特性が極端に悪くなるという欠点があ
る。

本発明は上記欠点を解決するものであり、その目的は、
特に１０００１１ｚから２０００Ｈｚの周波数の音域に
おいて、良好な吸音特性を有する複合材料の製造方法を
提供することにある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の複合材料の製造方法は、主として無機繊維から
なるマット状物の少なくとも片表面に熱可塑性樹脂から
なるシート状物を積層し、この積層体を該熱可塑性樹脂
の融点以上の温度で加熱してシート状物を溶融させると
共に、積層体を圧縮して溶融樹脂をマット状物に含浸さ
せ、次に熱可塑性樹脂の融点以上の温度条件下で圧縮力
を解除して厚みを回復させた後冷却して複合体を作成し
、次に複合体を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加
熱した後、熱可塑性樹脂の融点より３０〜８０°Ｃ低い
温度に設定された金型に供給して複合体を嵩密度０．０
５〜０．２ｇ／　ｃｔＥまでプレス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。

本発明で使用されるマット状物は、無機繊維を主な材料
として形成されている。マット状物の製造方法は、任意
の方法が採用されてよく、たとえば無機繊維をカードマ
シンに供給し、解繊してマン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い。ニードルパンチ
はＩＣ１１！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、０．０１〜０．２ｇ／ｃｍ’が好
ましく、より好ましくは０．０３〜０．０７ｇ／ｃｍ３
である。

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、その長さはマット状物の形成の
容易さの点から３〜２００　ｍｍが好ましく、５０ＩＩ
Ｉ１１以上の繊維が７０重■％含まれているのがより好
ましい。また、無機繊維の直径は３〜３０μｍが好まし
く、より好ましくは５〜２０μｍ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
維の直径が大きくなり過ぎると、得られるマット状物が
重くなって嵩密度が大きくなる。

マット状物には、多数の無機繊維相互の結合力を上げる
ために、ポリエチレン、ポリエチレン、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
等の熱可塑性樹脂よりなる有機繊維や、有機粉末が添加
されてもよい。有機繊維の長さ及び直径は上記無機繊維
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
く、有機繊維の長さは５〜２００１ＭＩが好ましく、よ
り好ましくは２０〜１００　ｍｍ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１０〜４
０μｍである。

有機繊維はマッ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。有機粉末の粒径は、粉末状態で添加される場合に
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場合に
はそれより小さくてもよい。

このようにマット状物は無機繊維を主材料とするもので
あり、有機繊維及び有機粉末の添加量は無機繊維の添加
量以下とするのがよい。無機繊維の添加量が少なくなる
と耐熱性が低下し、多くなると無機繊維相互の結合力が
低下して機械的強度が低下するので、有機繊維の添加量
は、得られるマット状物の５〜３０重景％が好ましい。

本発明においては、上記マット状物に熱可塑性樹脂から
なるシート状物を積層する。シート状物はマット状物の
すくなくとも片面に積層されればよく、両面に積層して
もよい。シート状物を積層する方法は、任意の方法が採
用されてよく、たとえばマット状物の片面又は両面にシ
ート状物を載置する方法、熱融着する方法、あるいはシ
ート状物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。

上記シート状物としては、たとえばポリエチレン、ポリ
プロピレン、ポリスチレン、エチレン−酢酸ビニル共重
合体、飽和ポリエステル等の熱可塑性樹脂のフィルムが
あげられる。該シート状物の厚さは１０〜３００　μｍ
が好ましく、より好ましくは３０〜２５０　μｍである
。シート状物の厚さが厚くなり過ぎると重くなり、薄く
なり過ぎると機械的強度が低下する傾向にある。また、
有機繊維や有機粉末を併用する場合には、その有機繊維
や有機粉末により無機繊維は結合されるので、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、有機繊維や有機粉末を併用する場合には、それら
の溶融温度と熱可塑性樹脂フィルムの溶融温度が近いも
のを使用するのが好ましい。

次に、上記マット状物とシート状物とが積層されてなる
積層体を、シート状物の融点以上の温度に加熱する。上
記加熱はシート状物を溶融することにより、この溶融樹
脂をマット状物に含浸させて上記無機繊維を相互に結合
するものである。上記加熱条件としては、シート状物の
融点より１０℃〜７０℃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、たとえばオーブン中で積層体の全体を加熱する方
法、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。また、マット状物に上記有機繊
維や有機粉末が添加されている場合には、この加熱によ
ってこれらも溶融し、これらの熱可塑性樹脂によって無
機繊維は相互に結合される。

シート状物をマット状物に効果的に含浸させ、無機繊維
相互の結合力を上げるために、溶融樹脂のマット状物へ
の含浸時に圧縮される。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、ロール圧縮方法等があ
げられる。プレスで圧縮する際の条件は、０．１〜５０
ｋｇ／　ｃｕｔが好ましく、より好ましくは０．２〜５
ｋｇ／ａｆｌであり、ロールで圧縮する際の一対のロー
ル間距離はマット状物の厚みの１１５〜１／２０が好ま
しく、より好ましくは１／８〜１／１５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低下するので、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樹脂含浸マット状物
は、空隙率を上げるために熱可塑性樹脂の融点以上の温
度条件下で、上記圧縮が解除されてその厚みが回復され
る。マット状物の厚みを回復するには任意の方法が採用
されてよく、たとえば、樹脂含浸マット状物を樹脂の融
点以上の温度条件下でほぼ無加圧化状態で所定時間保持
することにより、主に無機繊維の弾性復元力によってマ
ット状物の厚みを元の状態へ回復させる。この厚みの回
復量は、通常マット状物の嵩密度として０゜０５〜０．
２ｇ／　ｃｆｆｌ程度まで回復させるのが望ましい。

マット状物の厚みの回復量が不足する場合は、次の方法
によってマット状物の厚みを増大してもよい。すなわち
、樹脂含浸マット状物を樹脂の融点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
配設し、溶融樹脂と該厚み拡張部材とを接着させた状態
でマット状物の厚み方向外方へ厚み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
大させる方法である。上記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
ものがよく、たとえばテフロンシート、テフロン被覆鉄
板、ポリエステルフィルム、アルミ板等を使用すること
ができる。この厚み拡張部材をマット状物の厚み方向外
方へ移動させるには、たとえば真空吸着装置を厚み拡張
部材に吸着させて真空吸着装置を外方へ移動させること
により、行うことができる。上記樹脂含浸マット状物の
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２秒〜５分行う
のが好ましく、より好ましくは５秒〜３分である。

これらの回復量が少ないと、後に続くプレス工程におい
て適当孔径の微細孔を表面に形成することが困難になる
。また、庶みの回復量が多すぎると、孔径が大きくなり
すぎ、得られる複合材料の吸音特性が悪くなる。

厚みが回復された樹脂含浸マット状物は、次に常温にま
で冷却されるのがよく、このようにして複合体が得られ
る。冷却は常温に放置、あるいは冷風を吹付けることに
よって行うことができる。

次に、上記複合体は、再び熱可塑性樹脂の融点以上に加
熱されて、該熱可塑性樹脂の融点より３０°Ｃ〜８０°
Ｃ低い温度に設定された金型に供給される。

そして、複合体は、その厚みの１００〜４０％厚みまで
プレスされるのがよく、このようにプレス成形して複合
材料が得られる。

複合体を加熱するには、赤外線ヒーターやオーブン等を
用いることができる。また、上記金型温度が上記範囲よ
り低い場合には、複合材料の表面層に細孔が形成され難
く、金型温度が上記範囲より高い場合には、複合材料が
充分に冷却されていないあで、複合材料を金型から取り
出し難い。

すなわち、複合材料が１０００Ｈｚ〜２０００［１ｚの
周波数の音域にて、高い吸音率、たとえば５０％以上の
吸音率を保持するためには、複合材料が適度の通気性を
をしていることが必要とされ、複合材料の表面に微細孔
が形成されることが必須条件となってくる。しかし、上
記したように金型で複合体をプレス成形する工程におい
て、複合体の表面部分は金型によって圧縮され、かつ急
激に冷却されるため複合体の表面には膜が形成されてし
まう。

ところが、上記のように金型温度を熱可塑性樹脂の融点
から３０°Ｃ〜８０°Ｃ低い温度に設定することによっ
て、複合体をプレス成形する際には、その複合体の表面
部が急に冷却されて樹脂膜がすく形成されるのを防ぐこ
とができ、複合体の表面部の樹脂膜が軟化している状態
を保つことができ、これにより、プレス成形時において
、複合体の表面の多数の箇所にて存在する軟化状態の樹
脂膜は、圧縮時のガラス繊維の動きに引っ張られて、破
れ易くなり、その結果表面層に多数の微細孔が形成され
るのである。

具体的な金型温度としては、複合体をプレス成形した後
、金型から取り出す際の強度を考えると、熱可塑性樹脂
の融点より３０°Ｃ以上低い温度が適当とされ、たとえ
ば、熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン（融点的１
３５°Ｃ）を用いる場合には、金型温度は６０°Ｃ〜１
００°Ｃの間に設定されるのが好ましく、ポリプロピレ
ン（融点的１６５°Ｃ）を用いる場合には、８５°Ｃ〜
１３０°Ｃの温度範囲に設定されるのが好ましい。

上記の各工程を経て得られた複合材料は、熱可塑性樹脂
を結着材として、無数の無機繊維が相互に部分的に結合
され、金体にわたって無数の空隙を有する不織布繊維マ
ット状の成形体であり、その嵩密度は０．０５〜０．２
ｇ／ｃｍ’である。複合材料の両表面には、上記したよ
うに内部の空隙に連通ずる多数の細孔が形成されている
。従って、この複合材料の表面に音波が入射した場合に
は、細孔を通して内部の空隙に入ることが可能となり、
音波が複合材料表面を反射することが少なくなる。そし
て、空隙に入った音波のエネルギーで無数の無機繊維が
振動され、熱エネルギーに変換されることで吸音性は著
しく向上される。このような複合材料は、自動車用天井
材の芯材をはじめ、軽量で、耐熱性、機械的強度、熱賦
形性等に優れた吸音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。

ス新ｌ津１ 長さ５０ＩＩＩＩ［ｌ〜２００ＩＩＩＩ１１、直径１０
μｍのガラス繊維と、長さ１ｍｍ、直径３０μ曙のポリ
エチレン繊維とを、重量比で２：１の割合でカードマシ
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３０箇所／ｃＩＩＮの割合
で施して、厚さ約１０　ｍｍ、重さ６００ｇ／ｍ”のマ
ント状物を得た。

次に、マット状物の両面に厚さ約１００μｍのポリエチ
レンフィルム（融点１３５°Ｃ）を積層して厚さ約１０
ｍｍ、重さ８００ｇ／＋ａ”の積層体を得た。

得られた積層体を熱風加熱炉に供給し、２００°Ｃで３
分間加熱した後、ロール間１ｍｍの一対のロール間を通
して圧縮し、次いで再度加熱炉に供給し、２００°Ｃで
３分間保持して厚さ７　ｍ＋ｎまで厚みを回復させた後
、冷却して複合体を得た（嵩密度０．１１ｇ／ｃｍ’）
。

得られた複合体の両面を２８０°Ｃの赤外線ヒーターで
３分間加熱し、金型間隔５ｍｍ、温度約８０°Ｃの金型
に供給し、０．０５〜１．０Ｋｇ／ｃｎｌの圧力で３０
秒プレスして厚さ５Ｉｎｆｆｌの複合材料を得た。この
複合材料の嵩密度は０．１５ｇ／ｃｍ３であった。

このようにして得られた複合材料の吸音率を垂直入射法
（ＪＩＳ　Ａｌ２Ｏ２背面距離１０　ｍｍ　）によって
測定した。その結果を表１に示した。

実施斑叉 実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を５５
°Ｃとした以外は、すべて実施例１と同様にして複合材
料を得た。

得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定
した。その結果を表１に示した。

災犯±主 実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を１０
０°Ｃとした以外は、すべて実施例１と同様にして複合
材料を得た。

得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定
した。その結果を表１に示した。

裏施開土 実施例１において、マット状物の片面にのみ厚さ１００
μｍのポリエチレンフィルムを２枚積層した以外は、実
施例１と同様にして複合材料を得た。

得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定
した。その結果を表１に示した。

ル較阻上 実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を２５
°Ｃとした以外は、実施例１と同様にして複合材料を得
た。得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして
測定した。その結果を表１に示した。

土較Ａ又 実施例１において、複合体のプレス時の金型間隔を２ｍ
ａ＋とじた以外は、実施例１と同条件にて複合材料を得
た。得られた複合材料の嵩密度は０．３７ｇ／ｃｍ”で
あった。また、複合材料の吸音率を実施例１と同様にし
て測定した。その結果を表１に示した。

（以下余白） 表１　　　　　垂直入射吸音率（％） 表１の結果から、比較例１のようにプレス成形する際の
金型温度が低過ぎる場合、及び比較例２のように、複合
材料の嵩密度が高過ぎる場合には、高周波領域における
吸音率が悪いが、実施例１〜４のようにプレス温度を上
記範囲内に設定し、複合体を嵩密度０．０５〜０．２ｇ
／ｃｍ”までプレスすることにより、吸音率が改善され
ることが確認された。

（発明の効果） このように、本発明によれば、軽量であり、機械的強度
が高く、また熱賦形性に優れ、しかも特に１０００Ｈｚ
から２０００Ｈｚの周波数の音域において、良好な吸音
特性を有する複合材料を得ることができ、この複合材料
はたとえば自動車用天井材の芯材等として好適に使用す
ることができる。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．主として無機繊維からなるマット状物の少なくとも
   片表面に熱可塑性樹脂からなるシート状物を積層し、こ
   の積層体を該熱可塑性樹脂の融点以上の温度で加熱して
   シート状物を溶融させると共に、積層体を圧縮して溶融
   樹脂をマット状物に含浸させ、次に熱可塑性樹脂の融点
   以上の温度条件下で圧縮力を解除して厚みを回復させた
   後冷却して複合体を作成し、次に複合体を前記熱可塑性
   樹脂の融点以上の温度に加熱した後、熱可塑性樹脂の融
   点より３０〜８０℃低い温度に設定された金型に供給し
   て複合体を嵩密度０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ＾２までプ
   レスすることを特徴とする複合材料の製造方法。