JPH0280652A - 熱成形性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有し、た
とえば自動車用天井材等に好適に使用される熱成形性複
合材料の製造方法に関する。

（従来の技術） たとえば自動車用天井材等に使用される熱成形性複合材
料には、軽量で、剛性、耐熱性、吸音性、クツション性
、熱賦形性などの性能に優れていることが要求される。

この種の材料とじて、特開昭５２−３１１７５号公報に
は、無機繊維に熱可塑性樹脂繊維を混合して乾式ウェブ
を形成し、これを熱可塑性樹脂繊維の融点以上の温度に
加熱した後、冷間プレス型で圧縮成形した熱成形性複合
材料が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような熱成形性複合材料は、軽量であり
、また剛性、耐熱性、吸音性、クツション性、熱賦形性
などには比較的優れているものの、熱成形性複合材料の
取り扱い作業中に曲がりや折れが発生することがあり、
特に曲げ強度が低く、たとえば自動車用天井材の芯材と
して使用するには不十分である。

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、剛性、耐熱性、熱賦形性、吸音性
、クツション性、及び熱賦形性に優れている上に、曲げ
強度にも優れ、たとえば自動車用天井材の芯材等として
好適に使用される熱成形性複合材料の製造方法を提供す
ることにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の熱成形性複合材料の製造方法は、無機繊維と熱
可塑性樹脂繊維とを主な材料とし、ニードルパンチが施
されているマット状物の少なくとも片面に解繊されてい
る無機繊維と熱可塑性樹脂よりなる層を設け、上記熱可
塑性樹脂繊維及び熱可塑性樹脂の融点以上の温度で加熱
すると共に圧縮し、次いで熱可塑性樹脂繊維及び熱可塑
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、無機繊維と熱可塑性
樹脂繊維とを主な材料として形成されている。

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、５０ｍ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、綿状物が重くなって嵩密度が大きく
なる。

熱可塑性樹脂繊維は、マット状物中の無機繊維相互の結
合力を上げるために使用され、熱可塑性樹脂繊維として
は、たとえばポリエチレン、ボリブピレン、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
ール等の熱可塑性樹脂の繊維があげられる。熱可塑性樹
脂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、熱可塑性樹脂
繊維の長さは５〜２００胴が好ましく、より好ましくは
２０〜１００飾であり、直径は３〜５０μｍが好ましく
、より好ましくは２０〜４０ｕｍである。熱可塑性樹脂
繊維と無機繊維との配合割合は、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、重量比で
５：ｌ〜１：５の範囲に設定するのが好ましい。

上記マット状物の製造方法は、任意の方法が採用されて
よく、たとえば無機繊維及び熱可塑性樹脂繊維をカード
マシンに供給し、解繊及び混繊して綿状物を製造した後
ニードルパンチする方法があげられる。

また、マット状物には上記熱可塑性樹脂よりなる有機粉
末が添加されてもよい、有機粉末は綿状物を製造する際
に添加されてもよいが、綿状物を製造した後に添加され
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、また、綿状物には熱硬化
性樹脂繊維等の他の耐熱性繊維や粉末が配合されてもよ
い。

本発明では上記のマット状物゛は機械的強度を向上させ
るために、ニードルパンチが施されている。

ニードルパンチは綿状物の厚み方向に向かって多数箇所
施されているのが好ましく、このように、綿状物にニー
ドルパンチを多数箇所施すことにより、マット状物内部
の多数の無機繊維が厚み方向へ配向し、その結果、該マ
ット状物の厚み方向に対する強度（圧縮強度）が格段に
向上する。二ドルパンチの処理程度は、日付置駒４００
〜６００ｇ／ｍ”の綿状物において、針密度１０〜１５
０回／　ｃｎｉ、針深度５〜１５ｍｎ＋の範囲であるこ
とが好ましい。このようにして得られるマット状物の密
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〜Ｏ−１０ｇ／ｃｍ３である
。

本発明では、ニードルパンチで処理されたマット状物の
少なくとも片面に、解繊されている無機繊維と熱可塑性
樹脂よりなる層が設けられる。無機繊維と熱可塑性樹脂
よりなる層とをマット状物表面に設けるには、マット状
物の表面に無機繊維を積層し、その表面に熱可塑性樹脂
フィルムを積層してもよく、マット状物の表面に熱可塑
性樹脂フィルムを積層し、その表面に無機繊維を積層し
てもよく、無機繊維と熱可塑性樹脂繊維又は熱可塑性粉
末との混合物をマット状物の表面に積層してもよく、ま
たマット状物の表面に無機繊維を含有する熱可塑性樹脂
フィルムを積層してもよい。

無機繊維は、解繊されており、無配向状態となっている
。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、無機繊維の長さは２　ｍｍ−１０
０ｍ、直径は２１ｅｔｓ　〜３０ｐｒｉの範囲が好まし
い。また、熱可塑性樹脂としては、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があ
げられる。

又、熱可塑性樹脂フィルムを使用する際のフィルムの厚
さは１０〜３００μ論が好ましく、より好ましくは３０
〜２５０μｍである。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がマット状物の一部を構成し
ている場合には、その有機繊維や粉末により無機繊維は
相互に結着されるので、使用する熱可塑性樹脂フィルム
の厚さを薄くすることもできる。また、その場合には、
有機繊維および有機粉末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、上記マット状物の少なくとも片面に解繊されてい
る無機繊維と熱可塑性樹脂よりなる層が設けられてなる
積層体を、上記熱可塑性樹脂及び熱可塑性樹脂繊維の融
点以上の温度で加熱する。

加熱は熱可塑性樹脂及び熱可塑性樹脂繊維をそれぞれ溶
融することにより、各熱可塑性樹脂の溶融樹脂をマット
状物及び無機繊維に含浸させて該無機繊維とマット状物
を形成する無機繊維を熱可塑性樹脂を結着材として相互
に結合させるものである。上記加熱は、熱可塑性樹脂及
び熱可塑性樹脂繊維の融点より１０℃〜７０°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、たとえばオーブン中で上
記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、この加熱によって溶融し、この溶融樹脂によ
って無機繊維は相互に結合される。

上記溶融樹脂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、０６１〜５
０ｋｇ／　ｃｊが好ましく、より好ましくは０．２〜５
ｋｇ／ｄ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。

溶融樹脂の含浸方法の一例をあげると、たとえば上記積
層体全体をテフロン製のキャリアシートに挟み、このも
のを熱可塑性樹脂の融点以上に加熱した後、一対のロー
ルを通して圧縮し、熱可塑性樹脂をマット状物の内部へ
溶融含浸させる方法があげられる。また、上記キャリア
シートで挟まれた積層体全体をプレス成形機により圧縮
してもよい。

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
度に加熱された状態で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、たとえば上記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、上記圧縮前のマット状物の厚みの
５〜９割程度まで回復させるのが好ましく、通常マット
状物の嵩密度として０．０５〜（Ｌ２ｇ／ｃｄ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！−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、
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。

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、このようにして熱成形性複合材
料が得られる。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。

上記の各工程を経て得られた熱成形性複合材料は、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、全体にわたって無数の空隙を有するマッ
ト状の成形体である。この熱成形性複合材料の嵩密度は
０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ３が好ましい。

上記のように、マット状物にニードルパンチを施すこと
により、無機繊維をその厚み方向へ配向させることで、
得られる熱成形性複合材料の圧縮強度を向上することが
できる。ところが、このように、無機繊維を厚み方向へ
配向させた場合には、熱成形性複合材料の曲げ強度が低
下してしまう。

つまり、ニードルパンチ処理によってマット状物の厚み
方向に配向する無機繊維の比率が増えるために、相対的
にマット状物の水平方向に配向する無機繊維の比率が低
下して、マット状物の曲げの際に作用する水平方向の引
っ張り強度が大きく低下するのである。しかも、このマ
ット状物の曲げ強度の低下は、ニードルパンチ処理によ
って表面に形成された多数の針孔のため、熱成形性複合
材料の表面層が脆くなることも原因の一つと考えられる
。

ところが、本発明では、ニードルパンチ処理したマット
状物の表面に無機繊維が無配向状態で散布された無機繊
維層を設けた状態で、熱可塑性樹脂が含浸されているの
で、熱成形性複合材料の表面には無機繊維が無配向状態
で存在し、かつ無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に結合さ
れた表面層が形成されることになり、この表面層によっ
てマット状物の引っ張り強度が向上している。又、熱成
形性複合材料の内部には比較的圧縮に強い内部層が形成
され、表面部には引っ張りに強い表面層が形成されてい
るので、曲げ強度も向上している。

本発明により得られた熱成形性複合材料は、そのままで
最終製品とすることができる。また、平板状の熱成形性
複合材料を作成し、これを再加熱して所定形状に賦形成
形することもできる。熟成形性複合材料をたとえば自動
車用天井材の芯材として使用するには、賦形成形の際に
、熱成形性複合材料の表面にポリエチレン発泡体、ポリ
プロピレン発泡体、ポリ塩化ビニル発泡体、ポリウレタ
ン発泡体などの独立気泡又は連続気泡を有する発泡体を
介して、あるいは介せずに織布、不織布、塩化ビニルレ
ザーなどの化粧用表皮材を積層して一体的に賦形すれば
よい。

（実施例） 以下に本発明を実施例及び比較例を挙げて説明する。

次ＬＬＬＬ ガラス繊維（直径９μ晴、長さ５０　ａｍ　）と、高密
度ポリエチレン繊維（太さ６デニール、長さ２インチ、
融点１３５°Ｃ）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８ｇ／ｃｍ”の帯状
の綿状物を吐出させ、この綿状物をコンベア上で、搬送
方向に往復させて連続して折り畳み２５層に重ねた。こ
れに１ｄ当たり４０箇所の密度でニードルパンチを施し
、２００ｇ／ｍ”のマット状物を得た。ニードル針は市
販のフェルト針３２番手を用いた。

上記マット状物を２層に重ね、これに１ｃ１ｉ１当たり
、４０箇所の密度でニードルパンチを施し、４００ｇ７
ｍ”の積層体を得た。ニードル針は上記と同じ市販のフ
ェルト針３２番手を用いた。

次に、上記マット状物の片表面に解繊したガラス繊維（
直径９　ｕ　ｍ　、長さ５０　ｍｍ　）を１ボ当り１０
０ｇ無配向状態となるように散布し、散布されたガラス
繊維上及びマット状物の他面に厚さ約１００μ翔の高密
度ポリエチレンフィルム（融点１３５　’Ｃ）　ヲ積層
した。

この積層体を２００″Ｃのオーブンで３分間加熱し、こ
れをテフロンシートに挟み、２００°Ｃのプレス機で５
ｋｇ／ｃ＋ａの圧力で１５秒間圧縮し厚みを減少させ、
その後圧縮を解除すると共にその温度で３０秒間放置し
て厚みを増大させ、取り出して空冷して厚さ７ｍｍの平
板状の熱成形性複合材料を得た。

この熱成形性複合材料を２００°Ｃのオーブンで３分間
加熱した後、常温のプレス成形型に入れ、０．２ｋｇ／
　ｃｄの圧力で３０秒間圧縮して厚さ５ｎｎａの所望と
する形状に賦形した。

得られた成形体を切断して、厚さ５ＩＩＩ１１．５０ｓ
ａｍＸ１５０　ｆｆ１ｍの長方形状の試料片を作成し、
この試料片の曲げ強度をＪＩＳ　Ｋ７２２１に準拠して
測定した。なお、曲げ荷重は無機繊維層を設けた表面側
から加えた。また、試験数（ｎ）は４とし、その平均値
で示した。結果を表１に示した。

１施■呈 実施例１において、解繊したガラス繊維をマット状物表
面に散布する代わりに、ガラス繊維（太さ２デニール、
長さ１０　ｍ　）が４０重量％含まれる高密度ポリエチ
レンフィルム（融点１３５°Ｃ）を、マット状物の一方
の面に積層し、マット状物の他方の面にはガラス繊維が
含まれていない厚さ約ｌｏ。

μｍの高密度ポリエチレンフィルム（融点１３５°Ｃ）
を積層した以外は、実施例１と同じ条件で成形して熱成
形性複合材料を得、この熱成形性複合材料から実施例１
と同様の方法で各試験片を作成して、曲げ強度を測定し
た。その結果を表１に示した。

此ｍ 実施例１において、解繊したガラス繊維をマット状物表
面に散布しない以外は、実施例１と同じ条件で成形して
熱成形性複合材料を得、この熱成形性複合材料から実施
例１と同様の方法で各試験片を作成して、曲げ強度を測
定した。その結果を表１に示した。

（以下余白） 表１の結果から、実施例１及び２のようにマット状物の
表面に無機繊維層を設けることにより、曲げ強度及び曲
げ弾性率が向上したことが確認された。

（発明の効果） 本発明の熱成形性複合材料の構成は上述の通りなので、
軽量であり、かつ両性、耐熱性、吸音性、クツション性
、及び熱賦形性に優れており、自動車用天井材の芯材と
して好適に使用される。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．無機繊維と熱可塑性樹脂繊維とを主な材料とし、ニ
   ードルパンチが施されているマット状物の少なくとも片
   面に解繊されている無機繊維と熱可塑性樹脂よりなる層
   を設け、上記熱可塑性樹脂繊維及び熱可塑性樹脂の融点
   以上の温度で加熱すると共に圧縮し、次いで熱可塑性樹
   脂繊維及び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ることを特徴とする熱成形
   性複合材料の製造方法。