JPH0791758B2 - 熱成形性複合材料の製造方法 - Google Patents

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の芯材として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の芯材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、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
料として、たとえば特開昭60−83832号公報には、ガラ
ス繊維などの無機繊維層の両面にポリエチレンなどの合
成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材を積層して成る熱成形性
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、特に吸音性
が低く、また曲げ強度も充分でなく、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、及び吸
音性と曲げ強度に優れ、特に自動車用天井材に適した熱
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、無機繊維を主
な材料として形成されるマット状物の少なくとも片側表
面に、熱可塑性樹脂からなる第１のシート状物を介して
該第１のシート状物より高融点の熱可塑性樹脂からなる
第２のシート状物を積層し、次いでこの積層体を第２の
シート状物の融点以上の温度で加熱して第１及び第２の
シート状物をそれぞれ溶融させると共に、積層体を圧縮
して該第１シート状物及び第２シート状物の溶融樹脂を
マット状物に含浸させ、次に該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、無機繊維を主な材料
として形成されたものである。無機繊維としは、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５〜200mmが好
ましく、50mm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。無為繊維の直
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。

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、たとえば無機繊維をカードマシンに供給し、解繊
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
チを施してもよい。ニードルパンチは1cm²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/cm³が好ましく、より好ましくは0.03〜0.10g/cm³で
ある。

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、ポリプピレン、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５〜200mmが好ましく、より好ま
しくは20〜100mm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10〜40μｍである。

有機繊維の添加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メッシュが好ましく、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、無機繊維と有機繊
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。

本発明においては、上記マット状物の片面又は両面に熱
可塑性樹脂からなる第１のシート状物と、該第１のシー
ト状物より融点の高い熱可塑性樹脂からなる第２のシー
ト状物とを、第２のシート状物が外側に位置するように
積層する。第１及び第２の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
の両面又は片面に第１及び第２のシート状物を載置する
方法、熱融着する方法、あるいは第１及び第２のシート
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。

上記第１及び第２の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、第１のシート状物と第２のシ
ート状物との組み合わせは、たとえばポリエチレフィル
ムとポリプロピレンフィルム、低密度ポリエチレンフィ
ルムと高密度ポリエチレンフィルム、ポリエチレンフィ
ルムとポリエステルフィルム、ポリプロピレンフィルム
とポリエステルフィルム、ポリエチレンフィルムとナイ
ロンフィルム、ポリプロピレンフィルムとナイロンフィ
ルム等の組み合わせがあげられる。第１及び第２のシー
ト状物の厚さはそれぞれ10〜300μｍが好ましく、より
好ましくは30〜250μｍである。第１及び第２のシート
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、
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、上記マット状物と第１及び第２のシート状物とが
積層されてなる積層体を、第２のシート状物の融点以上
の温度で加熱する。上記加熱は第１及び第２のシート状
物をそれぞれ溶融することにより、第１及び第２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、第２のシー
ト状物の融点より５℃〜70℃高い温度で１〜10分行うの
が好ましく、さらに好ましい加熱温度は第２のシート状
物の融点より10℃〜50℃高い温度である。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
合されることになる。

第１及び第２のシート状物の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、0.1〜50kg/cm²が好ましく、より好まし
くは0.1〜5kg/cm²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1/5〜1/20が好まし
く、より好ましくは1/8〜1/15である。圧縮時間は１〜3
0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増大するには、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
樹脂を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〜
0.2kg/cm³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、テフトン被覆鉄板、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１秒〜５分行うのが好ましく、より好
ましくは２秒〜30秒である。

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、第２のシート状物の融点より高い温度で
積層体を加熱、圧縮することにより、第１のシート状物
の溶融樹脂の粘度が下がり、該溶融樹脂の流動性が非常
に増すのに対して、第２のシート状物の溶融樹脂の粘度
は第１のシート状物の溶融樹脂ほど低下するものではな
い。従って、上記圧縮時に、第１のシート状物の溶融樹
脂はマット状物の内部までよく含浸することにより、無
機繊維の結着材として働き、無機繊維を強固に結合する
ことができる。また、第２のシート状物の溶融樹脂は、
マット状物の内部へ含浸し難いために主にマット状物の
表面部に溜まり、マット状物の表面には比較的樹脂の割
合の多い表面層が形成される。従って、熱可塑性樹脂が
密に存在する表面層が形成された熱成形性複合材料は、
熱可塑性樹脂が均一に分布している複合材料に比べて、
特にその曲げ強度が向上されると共に、吸音特性にも優
れている。

また、一般に使用されるガラス繊維多孔質では、高周波
領域ほどその吸音率が高くなり、低周波領域の吸音特性
が悪いことが欠点となっている。ところが、本発明で得
られた熱成形性複合材料では、表面層に分布する熱可塑
性樹脂によってマット状物に形成されている通気性を適
度に抑制することができ、熱成形性複合材料全体とし
は、板状に振動する形態をとることが可能となり、その
結果共鳴現象によって低周波領域においても高い吸音特
性を示すのである。つまり、本発明によって得られる熱
成形性複合材料は、低周波領域から高周波領域まで広い
音域において高い吸音特性を有し、自動車用天井材の芯
材として好適に使用される。

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。熱成形性複合材料を自動車用天井
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してもよい。このよう
に発泡体や化粧用表皮材を積層して一体的に賦形するに
は、マット状物に積層する第２のシート状物の外面に熱
溶融性の接着剤層を設けておくと、得られる熱成形性複
合材料の表面の熱接着性が向上し、発泡体や化粧用表皮
材に対する接着性が良好となる。

（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。

実施例１ 長さ50mm〜200mm、直径10μｍのガラス繊維と、長さ40
〜200mm、直径30μｍのポリエチレン繊維とを、重量比
で65:35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/cm²の割合で打って、厚さ10mm、重さ約500g/m
²のマット状物を得た。次に、マット状物の両面に、厚
さ約100μｍの高密度ポリエチレンフィルム（融点135
℃）と、厚さ約50μｍのポリプロピレンフィルム（融点
165℃）とを、ポリプロピレンフィルムが外側に位置す
るように積層して厚さ約10mm、重さ約800g/m²の積層体
を得た。

得られた積層体を熱風加熱炉に供給し、190℃で３分間
加熱した後、ロール間1mmの一対のロールに通して圧縮
し、次いで再度加熱炉に供給し、190℃で３分間保持し
て厚さ7mmまで厚みを回復させた後、冷却して嵩密度0.1
5g/cm³の熱成形性複合材料を得た。

得られた熱成形性複合材料を切断して、厚さ6mm、50mm
×150mm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に準じて測定した。また、得られた
熱成形性複合材料を切断して、厚さ6mm、500mm×500mm
の試料片を作成し、この試料片の吸音率を垂直入射法
（JIS A1405 背面距離10mm）によって測定した。その結
果を表１に示した。なお、試験数（ｎ）は４とし、その
平均値で示した。

実施例２ マット状物の一方の面に、厚さ約100μｍの高密度ポリ
エチレンフィルム（融点135℃）と、厚さ約50μｍのポ
リプロピレンフィルム（融点165℃）とを、ポリプロピ
レンフィルムが外側に位置するように積層し、マット状
物の他方の面に、厚さ約100μｍの高密度ポリエチレン
フィルム（融点135℃）のみを重ねた以外は、実施例１
と同様の方法で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料片を作成し
て、曲げ強度と吸音率を測定した。

ただし、曲げ試験においては、ポリプロピレンフィルム
を積層した側から荷重を加えた。また、垂直入射法によ
る吸音率測定試験においては、ポリプロピレンフィルム
を積層した側から音波を入射して試験した。その結果を
表１に示した。

比較例１ マット状物の両面に、厚さ約150μｍの高密度ポリエチ
レンフィルム（融点135℃）を積層した以外は、実施例
１と同様の方法で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と同様に方法で各試料片を作成し
て、曲げ強度と吸音率を測定した。その結果を表１に示
した。

（発明の効果） このように、本発明は上記のような構成であるので、軽
量であり、かつ剛性、耐熱性、熱賦形性に優れている上
に、吸音性と曲げ強度に優れた熱成形性複合材料を得る
ことができ、この熱成形性複合材料は特に自動車用天井
材の芯材に好適に使用される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】無機繊維を主な材料として形成されるマッ
   ト状物の少なくとも片側表面に、熱可塑性樹脂からなる
   第１のシート状物を介して該第１のシート状物より高融
   点の熱可塑性樹脂からなる第２のシート状物を積層し、
   次いでこの積層体を第２のシート状物の融点以上の温度
   で加熱して第１及び第２のシート状物をそれぞれ溶融さ
   せると共に、積層体を圧縮して該第１シート状物及び第
   ２シート状物の溶融樹脂をマット状物に含浸させ、次に
   該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。