JPH0625957A - 強化ポリオレフィンシートの製造に好適なマットおよびその製造法 - Google Patents

強化ポリオレフィンシートの製造に好適なマットおよびその製造法

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JPH0625957A
JPH0625957A JP3355111A JP35511191A JPH0625957A JP H0625957 A JPH0625957 A JP H0625957A JP 3355111 A JP3355111 A JP 3355111A JP 35511191 A JP35511191 A JP 35511191A JP H0625957 A JPH0625957 A JP H0625957A
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ジャンカルロ、ブラカ
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ジャンピエトロ、グイデッティ
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 機械及び装置部品、特に自動車及び航空産業
に於ける部品、耐久包装材料の製造に係る熱成形工程の
向上、並びに該製品の提供。 【構成】 (a) 少なくとも1種類のオレフィンポリマ
ーの繊維30〜80重量%と、(b) 無機補強繊維およ
び融点または軟化点が(a) に記載された繊維よりも高い
熱可塑性ポリマーから製造された繊維から選択される、
長さが5〜220mmである繊維束20〜70重量%と
を含んで成るマット。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】本発明は、ポリオレフィンと補強繊維とか
ら成るマット、このマットの製造法、およびこのマット
によって製造されるシートおよび熱成形品に関する。
【0002】ポリオレフィンと補強繊維とから作られる
製品の分野において、各種の製品および方法が、当該技
術分野において知られている。アイ・シー・アイ(I.C.
I.)の英国特許第1,200,342号明細書(196
7年)およびフランス国特許第1,603,824号明
細書(1967年)によれば、熱可塑性の強化製品は、
ポリエチレン、ポリプロピレン、塩化ビニルポリマーお
よびコポリマー、アクリロニトリルポリマーおよびコポ
リマー、ポリエステル、ポリアミド、ガラス、アスベス
トなどから作られる繊維の混合物を調製することによっ
て製造される。この混合物は、カーディングまたはペー
パー湿式法、およびニードルパンチングのような従来の
方法を用いることによってマットに加工され、次いでこ
れらをプレス、カレンダーまたは他の一般的に用いられ
る装置において加熱/圧縮を施す。
【0003】U.O.P.の欧州特許出願公開第EP−
A−O 133,199号明細書(1983年)には、
熱可塑性繊維のマットの間に、ガラス繊維、アスベスト
繊維、鉱物繊維、炭素繊維、金属繊維から成る補強材料
を、炭酸カルシウム、カーボンブラック、無水マレイン
酸またはアクリル酸から成る粉末材料、過酸化物と共に
配置することによって製造される、シートまたは強化成
形品に加工するのに好適な材料が記載されている。
【0004】強化製品の製造のための更に別の方法がコ
ートゥルズ(Courtaulds)の英国特許第2,105,24
7号明細書(1982年)に記載されており、この方法
によれば、熱可塑性強化製品は、ガラス繊維、鉱物繊
維、セラミック繊維、金属繊維および芳香族ポリアミド
繊維から作られる補強繊維を熱成形することによって製
造され、これらの繊維は先ず熱可塑性ポリマー繊維を巻
き付けることによって包む。
【0005】前記のI.C.I.の2つの特許明細書
は、両方共、補強繊維を熱可塑性ポリマーから作られた
繊維と混合する前に、熱可塑性ポリマーで被覆すること
によって、物理的および機械的特性が改良された最終生
成物が製造されるということを強調している。
【0006】前記のU.O.P.の特許明細書によれ
ば、補強繊維用のコーティング材料(過酸化物と無水マ
レイン酸およびアクリル酸)によりマトリックス/補強
材の接着が改良されるため、製品の物理的および機械的
特性が改良される。
【0007】強化熱可塑性製品は、接着剤をコーティン
グしたガラス繊維と不飽和酸のグラフトによって官能化
したオレフィンポリマーであって粉末状または顆粒状で
用いられるものとの混合物を熱成形することによっても
製造される。同様に住友化学の特開昭53−102,9
49号公報によれば、強化プラスチック材料がガラス繊
維で強化したポリプロピレンとアクリル酸をグラフトす
ることによって官能化したポリプロピレンとの混合物を
熱成形することによって製造され、用いられるガラス繊
維はエポキシ樹脂およびγ−アミノプロピルトリメトキ
シシランで予めコーティングしておいたものである。
【0008】出光石油化学の特開昭53−124,55
8号公報によれば、強化プラスチック材料が、アクリル
酸をグラフトすることによって官能化したポリプロピレ
ンとシランをコーティングしたガラス繊維との混合物を
熱成形することによって得られる。住友化学の特開昭5
3−130,743号公報によれば、結晶性ポリオレフ
ィン、ガラス繊維および不飽和酸をグラフトすることに
よって官能化したプロピレン/エチレンコポリマーから
強化プラスチック材料が得られる。
【0009】それ故、ポリオレフィン強化シートおよび
製品は、基本的に、ポリオレフィン繊維と補強繊維との
混合物であって、後者の補強繊維は熱可塑性ポリマー、
または、無水マレイン酸またはアクリル酸と過酸化物を
コーティングしたものから製造されるニードルパンチン
グしたマット、または粉末状または顆粒状のポリオレフ
ィンと補強繊維との混合物であって、不飽和酸のグラフ
トによって官能化したポリオレフィンの存在下にて接着
剤(アルコキシシラン)をコーティングしたもの、を熱
成形することによって製造される。
【0010】繊維の混合物を用いる既知の方法による欠
点は、混合およびニードルパンチングの後に補強繊維が
高水準の物理的および機械的特性を有する製品を提供す
ることができる長さを保持するようなマットを製造する
ことが困難なことである。
【0011】補強繊維と不飽和酸をグラフトすることに
よって官能化した粉末または顆粒状のオレフィンポリマ
ーとの混合物の使用に基づく既知の方法では、工程中に
官能価したポリオレフィンが用いられる装置の金属に、
特に熱成形中に強力に接着することにより問題が生じ
る。
【0012】他方、繊維マットの熱成形によって製造し
たシートは、補強繊維を粉末状または顆粒状のポリオレ
フィンと混合することによって製造されるシートに比べ
て優れた物理的および機械的特性を示す。
【0013】本発明は、ポリオレフィン繊維と補強繊維
とから作られるマットであって、補強繊維が混合および
ニードルパンチングの後にも適当な長さを保持するよう
なマットを製造する方法を提供する。
【0014】該マットから製造されるシートにおける優
れた物理的および機械的特性が並びに該マット自体容易
に加工されるという事実は極めて興味深いことである。
【0015】更に、もう一つの態様では、補強繊維は別
々の繊維ではなく束(bunch) の形態で用いられるので、
前記のマットから製造されるシートの幾つかの重要な物
理的および機械的特性、例えば耐衝撃性および熱変形温
度が更に改良される。
【0016】本発明のマットは、(a) 少なくとも1種
類のオレフィンポリマーからなる繊維30〜80重量
%、好ましくは40〜80重量%、最も好ましくは50
〜80重量%と、(b) 無機補強繊維および融点または
軟化点が(a) に記載された繊維よりも高い熱可塑性ポリ
マーから製造された繊維から選択される繊維束であっ
て、この束(b) の長さが5〜220mm、好ましくは2
0〜150mmであるもの20〜70重量%、好ましく
は20〜60重量%、最も好ましくは20〜50重量%
とを含んで成る。
【0017】束および個々の繊維の直径は特に重要では
ないが、それぞれ0.10mm〜0.60mmおよび1
0μm〜20μmの範囲にあるのが好適である。
【0018】マットが、例えばそれから製造されるシー
トを熱成形することによって特定の複雑な形状を有する
製品の製造に用いられるときには、種々の異なる長さを
有する補強繊維束を用いるのが好ましい。
【0019】別々の繊維の形態ではなく前記の長さの束
の形態での補強繊維を使用すると、前記のマットから製
造されるシートの熱成形段階中の加工性もかなり向上す
る。実際に、個々の繊維はシート内部に三次元網目を形
成する傾向があるので、強化ポリオレフィン材料のラン
ニングを遅くし、補強繊維からポリオレフィンマトリッ
クスが分離する傾向を有する。この現象は、複雑な形態
を有する製品を熱成形によって製造することが所望なと
きには、特に明らかである。
【0020】製造される製品の物理および機械的特性
は、補強繊維が不均質に分布するので均一ではない。
【0021】最後に、補強繊維の三次元網目構造を有す
るということはシートの伸長面に直角な繊維の存在を意
味するが、かかる繊維はその相対的な長さによりシート
形成段階中に曲がる。このような曲がった繊維は、シー
トを熱成形の前に加熱する時に伸長する傾向があり、シ
ート自身に好ましくない膨脹が生じ、その表面外観が低
下する。対照的に、本発明のマットおよびそれから製造
されるシートでは、補強繊維の三次元網目構造を形成す
る傾向が減少する。
【0022】補強繊維(b) はマットおよびシートの通常
の厚さに比して比較的長いので、前記の束は主として、
マットおよびシートの平面すなわち延長平面に平行な方
向に配向する。
【0023】この配向は、補強繊維束およびポリオレフ
ィン繊維の落下を基本とする後述の混合手法によっても
促進される。
【0024】本発明のマットの製造法は、下記の操作工
程: 1. 繊維(a) と繊維束(b) を前記の重量比で含んで成
る混合物の調製、 2. 繊維束(b) を解かないような混合装置を用いる、
前記混合物からのマットの調製、および 3. マットのニードルパンチングを含んで成る。
【0025】シートおよび製品は、前記のマットから熱
成形によって調製することができる。繊維束(b) を解か
ない混合装置の例は、カーディングなしで操作する織物
混合装置である。前記の方法を用いると、補強繊維束
(b) の長さが実質的に減少しないマットを生じる。それ
故、所望な長さの束を用いることで十分である。
【0026】更に詳細には、本発明によるマットの製造
は、繊維(a) および繊維束(b) を落下させてその上に堆
積させる水平なコンベヤーベルトを用いることによって
行うことができる。
【0027】この方法で製造される混合物を、水平なコ
ンベヤーベルト上にそれらを落下させ、堆積させること
によってマットを製造する混合装置に移す。マットを次
に、マット1cm当たり30〜70、好ましくは40〜
50回のニードルパンチングを行う。
【0028】落下付着法では、マットが水平なコンベヤ
ーベルト上を移動する方向に垂直な方向に補強繊維束
(b) の好ましい配向が行われる。この配向は、下記の実
施例に示されるように、前記のマットから製造されるシ
ートに明らかに見出され、ある種の機械的特性の等方性
を生じる。
【0029】このような等方性を回避することが望まし
いときには、混合装置を繊維(a) および繊維の束(b) を
撹拌するための追加のユニットで改質することで十分で
ある。前記の装置は、例えば機械的または空気作用によ
るものであってもよく、且つ織物タイプミキサーでは、
マットを水平なコンベヤーベルト上に付着させる供給ユ
ニットの出口に挿入することができる。
【0030】繊維(a) の例は、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、プロピレンを主として含むプロピレン/エチレ
ン結晶性コポリマー、またはそれらの混合物から作られ
た繊維である。本発明によれば、繊維(a) は連続した
糸、ステープル、トウ、不織マットの形状で用いられ、
添加剤を含むことができる。
【0031】特に、例えば1種類以上のフェノール性酸
化防止剤の適量を、好ましくはラウリルチオジプロピオ
ネートのようなチオエステル、および合成ヒドロタルサ
イト(SHT)のような抗酸(antiacids)と組み合わせ
て加えることによって繊維(a) を構成するポリオレフィ
ンを酸化現象に対して安定化させることが好適である。
フェノール性酸化防止剤の例は、トリス(4−t−ブチ
ル−3−ヒドロキシ−2,6−ジメチルベンジル)−s
−トリアジン−2,4,6−(1H,3H,5H)トリ
オン;カルシウム=ビ[モノエチル(3,5−ジ−te
rt−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ホスフェー
ト];1,3,5−トリス(3,5−ジ−tert−ブ
チル−4−ヒドロキシベンジル)−s−トリアジン−
2,4,6(1H,3H,5H)トリオン;1,3,5
−トリメチル−2,4,6−トリス(3,5−ジ−te
rt−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)ベンゼン;ペ
ンタエリスリチル−テトラ[3−(3,5−ジ−ter
t−ブチル−4−ヒドロキシフェニル)プロピオネー
ト]である。
【0032】前記のポリオレフィンのメルトインデック
スの値の好ましい範囲は10〜70g/10分である。
分子量分布は好ましくはMw/Mn<4の値に制限され
る。
【0033】束(b) を構成する繊維の例は、ガラス繊
維、金属繊維、炭素繊維、芳香族ポリアミド繊維および
芳香族ポリエステル繊維である。ガラス繊維が好まし
い。
【0034】シートの調製および製造に用いられる金型
へのポリオレフィンマトリックスの接着を回避しつつ、
強化シートの該ポリオレフィンマトリックスへの繊維束
(b)の接着を増加させるために、1種類以上のシラン相
溶化剤を繊維束(b) に加えることが好適である。
【0035】前記のシラン相溶化剤は、繊維束(b) の重
量に対して0.01%〜2%の量で用いるのが好まし
い。シラン相溶化剤の例は、一般式 R−Si(ORI )(ORII)(ORIII ) (I) (式中、Rは1〜18個の炭素原子を有する飽和または
不飽和炭化水素基であり、RI 、RIIおよびRIII は互
いに同一または異なるものであり、1〜30個の炭素原
子および場合により1個以上のヘテロ原子、好ましくは
硫黄またはリンを有する線形または分岐したアルキルで
ある)を有する化合物である。
【0036】一般式(I) によって表わされる化合物の例
は、ビニルトリエトキシシラン、アリルトリメトキシシ
ラン、イソプロピルトリメトキシシランおよびイソプロ
ピルトリエトキシシランである。シラン相溶化剤の外
に、アゾ化合物および有機過酸化物のようなフリーラジ
カル発生剤を用いることができる。
【0037】本発明のマットは、そのまま市販すること
ができる半製品を構成し、またはこれを好ましくはプレ
ス、カレンダーまたは同様な装置中で加圧下で熱成形す
ることによってシートおよび各種の製品へ加工すること
ができる。
【0038】熱成形の温度は、特に繊維束(b) がポリマ
ー材料、例えば芳香族ポリアミドおよびポリエステルか
ら作られているときには、少なくとも繊維(a) の軟化点
または融点に等しく且つ繊維束(b) の軟化点または融点
を下回るものでなければならない。
【0039】本発明の目的である熱成形した生成物から
成る製品は、機械および装置部品、特に自動車および航
空産業における部品の製造、特に耐久性の包装材料の製
造および同様な用途に用いられる。
【0040】そのままの、あるいはタール、ビチューメ
ン、ポリマー材料などを含浸させたニードルパンチング
したマットは、防水性の音および熱吸収性の外装材料に
用いることができる。
【0041】本発明の実施において、発明の精神および
目的から離反することなく各種の変化または変更を行う
ことができる。下記の幾つかの例は本発明を例示するも
のであるが、その範囲を制限するものではない。
【0042】例1 この例では、トリミングした束の形状であって、フィラ
メントの直径=13μmであり、総カウント数が600
tex、長さ=50mmであって、1重量%の量のビニ
ルトリエトキシシランをコーティングしたガラス補強繊
維を用いる。繊維束30重量%の量を、ポリプロピレン
繊維とコンベヤーベルト上に落下堆積させることによっ
て混合する。フロックの形態のポリプロピレン繊維はポ
リプロピレンを紡糸および延伸することによって製造
し、そのフィラメントのカウント=5.6dtex、強
度=3.8g/dtex、最大伸び=75%である。繊
維に用いられるポリプロピレンは、沸騰n−ヘプタンで
の抽出残渣=98.3重量%、灰分56ppm、メルト
インデックス(ASTM D 1238)=18g/1
0分である。このように製造される混合物を、織物タイ
プミキサー中で均一に混合するが、このミキサーは垂直
コンベヤーベルトと前記のベルトの方向と反対に回転す
るロールを備え、これは共に表面に垂直に配置している
ボルトを備えている。織物ミキサーの出口では、混合物
は繊維のランダムな配向を生じる撹拌装置を通過し、水
平のコンベヤーベルト上に落下することによって付着す
る。この方法は1cm当たり40ニードルパンチを有す
るニードルパンチングしたマットを製造する。ニードル
パンチングしたマットは重量が1100g/mである
が、プレス中で温度230℃および圧50気圧で加圧す
ることによってシートに加工する。製造されたシートは
下記の特性を有する: 厚み(mm):3.7、 強化繊維含量(重量):30%、 比重:1.11g/cm、 破断強さ(MPa)(ASTM標準 D−882):7
5、 最大伸び(%)(ASTM標準 D−882):4、 曲げ強さ(MPa)(ASTM標準 D−790):1
20、 曲げ弾性率(MPa)(ASTM標準 D−790):
4000、 衝撃強さ(Izod)(J/m)(ASTM標準D−2
56、23℃):400、 加熱下での変形点(℃)(ASTM標準D−648):
157。 シートを赤外オーブンで約220℃の温度で5分間加熱
することによって加工性試験も施す。この過程で、シー
トの厚みは元の3.7mmから約5mmへ変化する。加
熱したストリップを成形して、厚みが3mmの平らな製
品を製造するが、これは幅が2mmで高さが5mmのリ
ブを有する。前記の製品をリブに沿って切断することに
よって、衝撃強さ試験用のサンプルを得るが、この試験
により、剛化効果によって、リブのガラス繊維による充
填の均一性をチェックする。これは、ASTM D−2
56、23℃によるアイゾット試験通りに、前記のサン
プルを用いて、破断エネルギーを測定して行う。1.6
Jの値が得られる。
【0043】比較例 ガラス繊維の束を織物ミキサーで処理する前にカーディ
ングによって破壊して開くこと以外は、例1と同じ方法
を行う。製造されたシートは下記の特性を示す。 厚み(mm):3.7、 強化繊維含量(重量):30%、 比重:1.12g/cm、 破断強さ(MPa):80、 最大伸び(%):3.5、 曲げ強さ(MPa):120、 曲げ弾性率(MPa):5000、 衝撃強さ(Izod)(J/m):250、 加熱下での変形点(℃):153。 220℃での加熱試験では、シートの厚みは最初の3.
7mmから約15mmまで変化する。リブについての衝
撃強さ試験では、0.6Jの値が得られる。
【0044】例2 この方法は、メルトインデックスが60g/10分のポ
リプロピレン繊維を用い、沸騰n−ヘプタン中での抽出
残渣=98.3重量%、灰分=5ppmであることを除
いて、例1と同じである。製造されるシートは下記の特
性を示す。 厚み(mm):3.7、 強化繊維含量(重量):30%、 比重:1.11g/cm、 破断強さ(MPa):75、 最大伸び(%):3.5、 曲げ強さ(MPa):120、 曲げ弾性率(MPa):4200、 衝撃強さ(Izod)(J/m):400、 加熱下での変形点(℃):156。 220℃での加熱試験では、シートの厚みは最初の3.
7mmから約5mmまで変化する。リブの衝撃強さ試験
では、1.8Jの値が得られる。
【0045】例3 この方法は、長さが110mmであるガラス繊維の束を
用いることを除いて、例2と同じである。製造されるシ
ートは下記の特性を示す。 厚み(mm):3.7、 強化繊維含量(重量):30%、 比重:1.11g/cm、 破断強さ(MPa):78、 最大伸び(%):3.5、 曲げ強さ(MPa):125、 曲げ弾性率(MPa):4600、 衝撃強さ(Izod)(J/m):650、 加熱下での変形点(℃):159。 220℃での加熱試験では、シートの厚みは最初の3.
7mmから約5mmまで変化する。リブの衝撃強さ試験
では、1.6Jの値が得られる。
【0046】例4 この方法は、40重量%の量のガラス繊維の束を用い
て、織物ミキサーの出口における撹拌装置を取り去って
いることを除いて、例3と同じである。製造されるシー
トは下記の特性を示す。 厚み(mm):3.7、 強化繊維含量(重量):40%、 比重:1.22g/cm、 破断強さ(MPa):80、 破断強さ(MPa):135、 最大伸び(%):3、 最大伸び(%):4、 曲げ強さ(MPa):120、 曲げ強さ(MPa):140、 曲げ弾性率(MPa):4350、 曲げ弾性率(MPa):6200、 衝撃強さ(Izod)(J/m):550、 衝撃強さ(Izod)(J/m):950、 加熱下での変形点(℃):160。 脚注: 1. シートの(水平なコンベヤーベルト上の
マットの移動方向に平行な)縦方向に行った測定。 2. シートの(縦方向に垂直な)幅方向に行った測
定。 220℃での加熱試験では、シートの厚みは最初の3.
7mmから約5mmまで変化する。リブの衝撃強さ試験
では、2.05Jの値が得られる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C08J 5/04 7310−4F D01G 25/00 E 7152−3B // B29K 105:06 (72)発明者 ジャンピエトロ、グイデッティ イタリー国フェララ、ビア、ドッソ、ドッ シ、5 (72)発明者 セルジオ、レッテルッチ イタリー国テルニ、ビア、デル、カプリオ ロ、43

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a) 少なくとも1種類のオレフィンポリ
    マーの繊維30〜80重量%と、 (b) 無機補強繊維および融点または軟化点が(a) に記
    載された繊維よりも高い熱可塑性ポリマーから製造され
    た繊維から選択される、長さが5〜220mmである繊
    維束20〜70重量%とを含んで成るマット。
  2. 【請求項2】繊維束(b) がガラス繊維から成る、請求項
    1に記載のマット。
  3. 【請求項3】繊維束(b) が主としてマットの平面に平行
    な方向に配向している、請求項1に記載のマット。
  4. 【請求項4】1種類以上のシラン相溶化剤の0.01〜
    2重量%の量を繊維束(b) に加える、請求項1に記載の
    マット。
  5. 【請求項5】シラン相溶化剤が、一般式 R−Si(ORI )(ORII)(ORIII ) (I) (式中、Rは1〜18個の炭素原子を有する飽和または
    不飽和炭化水素基であり、RI 、RIIおよびRIII は互
    いに同一または異なるものであり、1〜30個の炭素原
    子および場合により1個以上のヘテロ原子を有する線形
    または分岐したアルキルである)を有する化合物から選
    択される、請求項4に記載のマット。
  6. 【請求項6】少なくとも1種類のオレフィンポリマーが
    ポリエチレン、ポリプロピレン、プロピレン/エチレン
    結晶性コポリマーから成る群から選択される、請求項1
    に記載のマット。
  7. 【請求項7】下記の操作工程: (1)(a)30〜80重量%の量の少なくとも1種類のオレ
    フィンポリマーの繊維と、(b) 20〜70重量%の量
    の、無機補強繊維と熱可塑性ポリマーであって融点また
    は軟化点が(a) に記載した繊維よりも高いものから製造
    される繊維とから成る群から選択される長さが5〜22
    0mmの繊維束とを含む混合物の調製、(2) 繊維束
    (b) を解かないような混合装置を用いる、上記混合物か
    らのマットの調製、および(3) マットのステッチング
    を含んで成る、請求項1に記載のマットの製造方法。
  8. 【請求項8】工程(3) においてマットに40〜50スト
    ローク/cmを施す、請求項7に記載の方法。
  9. 【請求項9】請求項1に記載のマットから製造される熱
    成形シートおよび製品。
JP3355111A 1990-12-20 1991-12-20 強化ポリオレフィンシートの製造に好適なマットおよびその製造法 Pending JPH0625957A (ja)

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