KR101168194B1 - 웹, 스탬퍼블 시트 및 스탬퍼블 시트 팽창 성형품 - Google Patents

Abstract

경량이고 흡음 특성이 우수할 뿐만 아니라, 표면성상이나 기계적 강도도 우수한 팽창 성형품과, 이 제조에 사용하기에 바람직한 웹, 스탬퍼블 시트 그리고 그들의 제조 방법을 제안한다. 그 해결 수단으로서, 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자를, 미소 기포를 포함하는 계면 활성제 함유 수성 매체 중에 균일하게 분산시킨 포액을 조제하고, 이 포액을 초조하여 웹으로 하고, 그 후, 그 웹을 가열하고, 가압하고, 냉각시켜 스탬퍼블 시트로 하고, 다시 그 스탬퍼블 시트를 가열하여, 상기 가열 팽창성 입자를 팽창시키고 나서 성형하고, 냉각시켜 스탬퍼블 시트의 팽창 성형품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 초조시에, 흡인에 의해 탈포시켜, 가열 팽창성 입자를 웹의 어느 일방의 면측에 편재시킴으로써, 팽창 성형품의 어느 일방의 면측에 가열 팽창성 입자를 편재시킨다.

Description

웹, 스탬퍼블 시트 및 스탬퍼블 시트 팽창 성형품 그리고 이들의 제조 방법{WEB, STAMPABLE SHEET, EXPANSION-MOLDED STAMPABLE SHEET, AND PROCESS FOR PRODUCING THESE}

관련 출원의 기재

본 출원은 2005년 6월 7일에 출원된 일본특허출원 제2005－166414호를 기초출원으로 하며, 우선권을 주장하는 출원이다.

기술분야

본 발명은 경량이고 흡음 특성이 우수하기 때문에, 자동차의 내장재나 엔진 커버 등 외에, 건재 분야에서의 흡음재나 방음벽 등으로서도 사용되고 있는 스탬퍼블 시트 팽창 성형품과, 이 제조에 사용하기에 바람직한 웹, 스탬퍼블 시트, 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

스탬퍼블 시트는 유리 섬유나 탄소 섬유 등의 강화 섬유와 열가소성 수지 등으로 이루어지는 복합 재료이고, 가열 팽창시킨 후 프레스하여 대형 부재를 성형하는데 적합한 시트 형상 소재이다. 이 스탬퍼블 시트의 제조 방법으로는, 예를 들어, 강화 섬유와 열가소성 수지 등을, 물에 계면 활성제를 첨가하여 미소 기포를 포함하게 한 포액 (泡液) 등의 매체 중에 분산시켜, 이 분산액을 초조 (抄造) 하 는, 즉, 기포 분산액을 초지 스크린 상에 붓고, 탈포시킴으로써, 부직포 형상의 퇴적물 (웹) 을 얻고, 그 후, 이 웹을 가열하고, 가압하고, 냉각 고화시키는 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 일본특허공보 소55－009119호 참조).

스탬퍼블 시트는 가열하면, 열가소성 수지가 용융됨과 동시에, 그 두께가 강화 섬유가 갖는 스프링 백의 작용에 의해, 가압되기 전의 웹의 두께까지 복원되려고 하는 성질이 있다. 그리고, 그 스탬퍼블 시트를 가열하고 팽창시키고 나서 프레스 성형하고, 공극을 적정량 남긴 다공질의 성형품으로 함으로써, 높은 강성을 가짐과 함께, 흡음 특성도 우수한 팽창 성형품을 얻을 수 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 소60－179234호 참조).

상기 팽창 성형품은 랜덤 방향으로 배향된 강화 섬유끼리가 교락 (交絡) 하고, 용융, 고화된 열가소성 수지에 의해 고착, 결합된 3 차원의 망상 구조를 갖는 다공질체로 되어 있다. 이러한 팽창 성형품의 강성은 탄성률과 두께의 3 승의 곱에 비례한다는 점에서, 그 강성을 높이기 위해서는 탄성률을 높이거나, 그 두께를 두껍게 하는 것이 유효하다.

팽창 성형품의 두께를 늘리려면, 소재가 되는 웹의 두께를 늘리는 방법, 웹의 팽창성을 높이는 방법이 있다. 그러나, 웹의 두께를 늘리는 것은, 중량 증가를 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또, 스탬퍼블 시트의 팽창성은, 강화 섬유의 스프링 백의 작용에 의존하기 때문에, 그 팽창성을 높이기에는 한계가 있다.

따라서, 스탬퍼블 시트 중에, 가열함으로써 팽창하는 성질을 갖는 가열 팽창 성 입자를 혼합하고, 이것을 가열, 팽창시켜, 시트의 두께를 강제적으로 두껍게 하는 기술이 제안되어 있다 (예를 들어, 일본 공개특허공보 제2000－328494호, 일본 공개특허공보 평10－072798호, 일본 공개특허공보 평02－045135호 참조). 여기서, 상기 가열 팽창성 입자란, 직경이 수십 ㎛ 정도인 코어 쉘형의 구조를 한 입자가 일반적이며, 코어는 액상의 탄화수소, 쉘은 가스 배리어성을 갖는 열가소성 수지로 이루어지고, 이것을 가열하면, 탄화수소가 기화 팽창됨과 함께, 열가소성 수지가 연화되어, 직경이 수백 ㎛ 정도인 구 형상으로 팽창되는 것이다.

발명의 개시

예를 들어, 특허 문헌 3 및 4 에는 강화 섬유, 열가소성 수지 입자 및 가열 팽창성 입자를, 응집제, 증점제가 첨가된 수중에 분산시켜, 초조하는 기술이 개시되어 있다. 상기 응집제는, 가열 팽창성 입자를 응집시켜, 초조시에 가열 팽창성 입자가 초지 (抄紙) 스크린의 망상으로부터 배출되는 것을 방지하기 위해서 첨가되고 있다. 그러나, 이 기술로 얻어지는 스탬퍼블 시트는, 가열 팽창성 입자가 응집되어 있기 때문에, 이것을 가열하여 팽창 성형품으로 했을 경우에는, 응집 부분만이 크게 팽창되어 팽창 성형품 표면의 요철이 심해지고, 표면성상이 악화됨과 함께, 가열 팽창성 입자의 응집 부분 밀도가 저하되기 때문에, 팽창 성형품의 강도도 저하된다는 문제점이 발생한다.

또, 특허 문헌 5 에는, 가열 팽창성 입자를 분산시킨 용액 중에, 니들링 처리를 실시한 웹을 침지시켜서, 가열 팽창성 입자를 웹 중에 균일하게 분산시키는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 기술은 웹에 니들링 처리를 실시하기 때문에, 그 팽창 성형품에도 바늘 흔적이 잔존하고, 그 바늘 흔적을 기점으로 하여 좌굴 (座屈) 이 발생하기 쉬워, 기계적 강도가 열화된다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 목적은 경량이고 흡음 특성이 우수할 뿐만 아니라, 표면성상이나 기계적 강도도 우수한 스탬퍼블 시트 팽창 성형품과, 이 제조에 사용하기에 바람직한 웹, 스탬퍼블 시트 그리고 그들의 제조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 종래 기술이 가지고 있는 상기 문제점을 해결하기 위해서, 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 웹 중에 함유되는 가열 팽창성 입자의 두께 방향의 분포를, 기포 초조법을 사용하여 적정히 제어함으로써, 상기 과제를 해결할 수 있다는 것을 알아내었다.

즉, 기포 초조법에서는, 기포의 표면에 가열 팽창성 입자가 유지되고, 그 입자가 포액 중에 균일하게 분산되어 있다. 즉, 기포 초조법은 가열 팽창성 입자를 응집시키지 않고 분산시킬 수 있다. 그 때문에, 팽창 성형품의 표면에는, 가열 팽창성 입자의 응집에 의한 요철이 거의 발생하지 않는다. 또, 기포 초조법에서는, 직경이 수십 ㎛ 이고, 길이가 수십 ㎜ 인 강화 섬유와, 직경이 수백 ㎛ 정도인 열가소성 수지 입자를, 초조한 웹의 두께, 폭 방향으로 균일하게 분산시킬 수 있다. 그러나, 직경이 수십 ㎛ 정도인 가열 팽창성 입자가 분산된 포액을 초조했을 경우에는, 초지 스크린측, 즉, 탈포 흡인되는 측에 가열 팽창성 입자가 편재되고, 그 반대 측에는 가열 팽창성 입자가 거의 존재하지 않는 웹이 얻어진다는 것을 알 수 있었다. 이것은 입자가 작기 때문에, 탈포 흡인력에 의해, 가열 팽창성 입자가 초지 스크린측에 편재되기 때문이라고 생각된다. 그리고, 이와 같이 가열 팽창성 입자가 일방의 면측에 편재된 웹을 사용하여 스탬퍼블 시트를 제조했을 경우, 또는 다시 그것을 사용하여 팽창 성형품을 제조했을 경우에는, 웹의 가열 팽창성 입자의 분포 상태가 그대로 계승된다. 그 때문에, 최종적으로 얻어지는 팽창 성형품은, 가열 팽창성 입자가 거의 존재하지 않는 면측은, 가열 팽창성 입자가 많이 존재하는 면측보다 비중이 커서 고밀도가 되기 때문에, 압축 강도가 강해지고, 굽힘 강도도 향상된다. 또한, 고밀도인 층이 표면에 존재하는 팽창 성형품은, 흡음 특성도 보다 향상된다. 본 발명은 상기 지견에 기초한 것이다.

즉, 본 발명은 열가소성 수지, 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자를 분산 함유하는 웹으로서, 그 웹에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 웹이다. 바람직하게는, 상기 웹은 기포 초조법으로 제조된 웹 (기포 초조 웹) 이다.

또, 본 발명은 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에, 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자를 분산 함유하는 스탬퍼블 시트로서, 그 스탬퍼블 시트에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트이다. 바람직하게는, 상기 스탬퍼블 시트는 기포 초조 웹을 가열, 가압, 냉각시켜 얻은 스탬퍼블 시트 (기포 초조 스탬퍼블 시트) 이다.

또, 본 발명은 강화 섬유 및 팽창된 가열 팽창성 입자가, 열가소성 수지로 접착되고, 분산된 스탬퍼블 시트의 팽창 성형품으로서, 그 팽창 성형품에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트 팽창 성형품이다. 바람직하게는, 상기 스탬퍼블 시트 팽창 성형품은, 기포 초조 스탬퍼블 시트를, 가열, 성형, 냉각시켜 얻은 스탬퍼블 시트 팽창 성형품 (기포 초조 스탬퍼블 시트 팽창 성형품) 이다.

또, 본 발명은 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자를, 미소 기포를 포함하는 계면 활성제 함유 수성 매체 중에 균일하게 분산시킨 포액을 조제하고, 이 포액을 초조함으로써 웹을 제조하는 방법에 있어서, 초조시에, 흡인에 의해 탈포시켜, 가열 팽창성 입자를 웹의 어느 일방의 면측에 편재시키는 것을 특징으로 하는 웹의 제조 방법을 제안한다.

또, 본 발명은 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자를, 미소 기포를 포함하는 계면 활성제 함유 수성 매체 중에 균일하게 분산시킨 포액을 조제하고, 이 포액을 초조하여 웹으로 하고, 그 후, 그 웹을 가열하고, 가압하고, 냉각시켜, 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자가 분산된 스탬퍼블 시트를 제조하는 방법에 있어서, 상기 초조시에, 흡인에 의해 탈포시켜, 가열 팽창성 입자를 웹의 어느 일방의 면측에 편재시킴으로써, 스탬퍼블 시트의 어느 일방의 면측에 가열 팽창성 입자를 편재시키는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트의 제조 방법이다.

또, 본 발명은, 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자를, 미소 기포를 포함하는 계면 활성제 함유 수성 매체 중에 균일하게 분산시킨 포액을 조제하고, 이 포액을 초조하여 웹으로 하고, 그 후, 그 웹을 가열하고, 가압하고, 냉각시켜 스탬퍼블 시트로 하고, 다시 그 스탬퍼블 시트를 가열하여, 상기 가열 팽창성 입자를 팽창시키고 나서 성형하고, 냉각시킴으로써, 강화 섬유 및 팽창된 가열 팽창성 입자가 열가소성 수지로 접착되어 분산된 스탬퍼블 시트의 팽창 성형품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 초조시에, 흡인에 의해 탈포시켜, 가열 팽창성 입자를 웹의 어느 일방의 면측에 편재시킴으로써, 팽창 성형품의 어느 일방의 면측에 가열 팽창성 입자를 편재시키는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트 팽창 성형품의 제조 방법이다.

본 발명에 의하면, 경량이고 표면성상이 우수할 뿐만 아니라, 굽힘 강도나 강성 등의 기계적 강도가 우수한 스탬퍼블 시트 팽창 성형품을 얻을 수 있다.

도 1 은, 스탬퍼블 시트 팽창 성형품의 흡음 특성을 비교하여 나타낸 그래프이다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

본 발명은, 스탬퍼블 시트의 팽창 성형품을 제조할 때에, 기포 초조법을 사용하여 소재가 되는 웹을 제작하고, 그 웹 중에 함유되는 가열 팽창성 입자를 일방의 면측에 편재시킴으로써, 가열 팽창성 입자를 많이 함유하는 면측의 공극률을 보다 많게 하고, 가열 팽창성 입자를 적게 함유하는 면측의 공극률을 보다 낮게 하여 고밀도화시키고, 이로써, 전체적인 팽창성을 높인 후, 팽창 성형품의 기계적 강도와 흡음 특성을 향상시킴과 함께, 표면성상도 개선시킨 것에 특징이 있다. 이 하, 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 관련되는 웹, 스탬퍼블 시트 및 스탬퍼블 시트 팽창 성형품의 구조 (이하, 간단하게 「팽창 성형품」이라고도 칭한다) 에 대해 설명한다.

본 발명의 웹은, 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자로 이루어지고, 후술하는 기포 초조법으로 제조함으로써, 강화 섬유 및 열가소성 수지는, 웹의 두께 방향으로 거의 동일한 비율로 분포되어 있으나, 가열 팽창성 입자는, 웹의 일방의 면측에 편재된 구조로 되어 있다. 즉, 가열 팽창성 입자는, 웹의 일방의 표면 근방에 많이 존재하고, 거기에서 내부로 감에 따라 적어져서, 반대의 표면 근방에서는 가열 팽창성 입자는 거의 존재하지 않는 상태로 되어 있다.

상기 웹을 가열, 가압하고, 냉각시켜 얻어지는 본 발명의 스탬퍼블 시트는, 상기 가열, 냉각에 의해 용융 고화된 열가소성 수지가 매트릭스를 구성하고, 그 중에 강화 섬유와 가열 팽창성 입자가 분산된 구조로 되어 있다. 그러나, 본 발명의 스탬퍼블 시트는, 상기 웹의 가열 팽창성 입자의 분포 상태가 거의 그대로 계승되기 때문에, 스탬퍼블 시트 중의 가열 팽창성 입자는, 일방의 표면 근방에 많이 존재하고, 거기에서 내부로 감에 따라 적어져서, 반대측의 표면 근방에서는 거의 존재하지 않는 분포를 나타낸다.

동일하게, 상기 스탬퍼블 시트를 팽창 성형하여 얻어지는 팽창 성형품도, 상기 웹의 가열 팽창성 입자의 분포 상태가 거의 그대로 계승된다. 즉, 본 발명의 팽창 성형품은, 강화 섬유와 팽창된 가열 팽창성 입자가, 용융 고화된 열가소성 수지로 접착되고, 분산된 다공질의 구조로 되어 있으며, 그 가열 팽창성 입자는, 팽창 성형품의 일방의 표면 근방에 많이 존재하고 있고, 거기에서 내부로 감에 따라 적어져서, 반대측의 표면 근방에는 가열 팽창성 입자는 거의 존재하지 않는다. 그 결과, 본 발명의 팽창 성형품은, 가열 팽창성 입자가 적은 면측은, 가열 팽창성 입자가 많은 면측과 비교하여, 표면이 평활하고, 게다가 비중이 커서 고밀도가 되기 때문에, 굽힘 강도나 강성 등의 기계적 특성이 향상됨과 함께, 흡음 특성도 우수한 것이 된다.

다음으로, 본 발명의 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품을 구성하는 강화 섬유, 열가소성 수지 및 열팽창성 입자에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용하는 강화 섬유는, 무기 섬유, 유기 섬유 중 어느 것을 사용해도 되고, 이들을 복합 또는 혼합한 섬유를 사용해도 된다. 사용할 수 있는 섬유로는, 예를 들어, 무기 섬유로는, 유리 섬유, 탄소 섬유, 보론 섬유, 스테인리스 섬유나 그 외의 금속 섬유 및 광물 섬유 등을, 또는, 유기 섬유로는, 아라미드 섬유, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 삼 등의 천연 섬유 등을 들 수 있다. 또, 이들의 1 종 또는 2 종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 팽창 성형품에 높은 보강 효과를 부여하는 관점에서는, 유기 섬유보다 무기 섬유의 쪽이 바람직하고, 그 중에서도, 강도를 중시하는 경우에는 탄소 섬유를 사용하는 것이 바람직하다. 한편, 비용면에서는, 유리 섬유를 사용하는 것이 바람직하고, 또한, 소각해도 잔사가 남지 않는다는 서멀 리사이클의 관점에서는, 유기 섬유가 바람직하다.

상기 강화 섬유의 평균 직경은, 스탬퍼블 시트의 보강 효과와 팽창성을 충분 히 확보한다는 관점에서는, 3 ～ 50㎛Ø 인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3 ～ 30㎛Ø 이다. 상기 범위의 평균 직경의 강화 섬유를 사용함으로써, 초조시의 가열 팽창성 입자의 수율을 향상시킬 수도 있다. 또한, 강화 섬유의 스프링 백과 가열 팽창성 입자의 팽창성 상승 효과에 의한 팽창량 증대를 기대하는 경우에는, 평균 직경이 100 ～ 1000㎛Ø 인 강화 섬유와 그 섬유 사이를 충전하는 역할을 하는 평균 직경이 3 ～ 50㎛Ø 인 강화 섬유를 혼합한 것을 사용해도 된다. 또, 강화 섬유의 평균 길이는, 보강 효과, 팽창성, 성형성을 충분히 확보한다는 관점에서는, 3 ～ 100㎜ 의 범위인 것이 바람직하다. 또, 웹을 초조하는 공정의 전 단계에서, 열가소성 수지와 강화 섬유를 보다 균일하게 분산시킨다는 관점에서는, 강화 섬유의 평균 길이는 3 ～ 50㎜ 의 범위인 것이 보다 바람직하다. 또한, 상기 평균 직경이나 평균 길이는, 사용하기 전의 강화 섬유 또는 웹, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품의 강화 섬유의 직경과 길이를, 현미경 등을 사용하여 50 개 정도측정하여 얻은 값을 평균한 것이다. 또한, 강화 섬유는 웹, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품을 600℃ 정도의 온도에서 소성시킨 후, 현미경 등을 사용하여 관찰해도 된다.

본 발명에서 사용하는 상기 강화 섬유는, 커플링제 또는 수속제(收束劑)에 의한 표면 처리가 실시된 것인 것이 바람직하다. 특히, 강화 섬유와 열가소성 수지의 젖음성이나 접착성을 향상시키기 위해서는, 실란커플링제에 의한 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 상기 실란커플링제로는, 비닐실란계, 아미노실란계, 에폭시실란계, 메타크릴실란계, 클로로실란계, 메르캅토실란계 등의 커플링제를 사 용할 수 있다. 실란커플링제에 의한 강화 섬유의 표면 처리는, 강화 섬유를 교반하면서 실란커플링제 용액을 분무하는 방법이나, 커플링제 용액 중에 강화 섬유를 침지시키는 방법 등, 공지된 방법으로 실시할 수 있다. 또한, 상기 실란커플링제의 처리량은, 처리하는 강화 섬유의 질량에 대해서 0.001 ～ 0.3mass％ 인 것이 바람직하다. 0.001mass％ 미만에서는, 실란커플링제의 효과가 작아, 강화 섬유와 열가소성 수지의 충분한 접착 강도가 얻어지지 않고, 한편 0.3mass％ 를 초과하면, 실란커플링제의 효과가 포화되기 때문이다. 보다 바람직하게는 0.005 ～ 0.2mass％ 의 범위이다.

또, 본 발명에서 사용하는 강화 섬유는, 스탬퍼블 시트의 강도와 팽창성을 높이기 위해서, 단섬유로 해섬 (解纖) 한 것이 바람직하고, 그러기 위해서는 상기 강화 섬유를 수용성의 수속제로 처리하는 것이 바람직하다. 이 수속제로는, 폴리에틸렌옥사이드계나 폴리비닐알코올계의 수용성 수지 등을 사용할 수 있다. 수속제의 처리량은, 처리하는 강화 섬유의 질량에 대해 2mass％ 이하, 바람직하게는 1mass％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 2mass％ 를 초과하면, 초조 공정에서의 섬유 해섬이 어려워지기 때문이다. 또한, 처리량의 하한은 0.05mass％ 정도이다. 처리량이 지나치게 적으면, 핸들링성이 악화된다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 열가소성 수지에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용하는 열가소성 수지로는, 예를 들어, 폴리에틸렌이나 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리아세탈 등, 또는 에틸렌 - 염화비닐 공 중합체, 에틸렌 - 아세트산비닐 공중합체, 스티렌 - 부타디엔 - 아크릴로니트릴 공중합체, EPM, EPDM 등의 열가소성 엘라스토머 등을 1 종 또는 2 종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서도, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지는, 강도, 강성 및 성형성이 우수하다는 점에서 바람직하고, 특히 폴리프로필렌은 이들 특성의 밸런스가 우수하고, 저가격인 점에서 보다 바람직하다. 또한, 폴리프로필렌 중에서도 JIS K6921－2 ： 1997 에 규정된 조건에서 측정된 MFR (멜트 플로우 레이트, 단, 230℃, 21.17N) 이, 1 ～ 200g/10 분의 범위인 것이 바람직하고, 10 ～ 150g/10 분인 범위인 것이 보다 바람직하다.

또한, 열가소성 수지와 강화 섬유의 접착성을 향상시키기 위해서, 열가소성 수지를 불포화 카르복실산, 불포화 카르복실산 무수물 등의 산, 에폭시 화합물 등, 여러 가지 화합물로 변성 처리한 것을 미변성의 열가소성 수지와 병용할 수 있다. 변성 처리는, 예를 들어, 폴리프로필렌에 말레산, 무수 말레산, 아크릴산 등을 그래프트 공중합함으로써 실시할 수 있다. 변성 처리한 것으로는, 특히 강도 향상의 점에서는, 분자 내에 산무수물기, 카르복실기 등의 변성기를 갖는 것이 바람직하다.

열가소성 수지는, 그 형상으로는, 분말이나 펠릿, 플레이크 등의 입자상인 것, 또는 섬유상인 것을 사용할 수 있다. 웹의 핸들링성이나 가열 팽창성 입자의 생산성을 향상시킨다는 관점, 그리고, 스탬퍼블 시트를 제조할 때, 용융된 열가소성 수지와 강화 섬유를 충분히 얽히게 하여, 강도와 강성을 향상시킨다는 관점에서는, 섬유상인 것을 입자상인 것과 병용하는 것이 바람직하다. 여기서, 입자 상인 것을 사용하는 경우에는, 평균 입자 직경이 100 ～ 2000㎛Ø 인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 스탬퍼블 시트 중에 균일 분산시킨다는 관점에서는, 100 ～ 1000㎛Ø 인 것이 보다 바람직하다. 한편, 섬유상인 것을 병용하는 경우에는, 평균 직경이 1 ～ 50㎛Ø, 평균 길이가 1 ～ 50㎜ 인 것을 사용하는 것이 바람직하고, 포액 중에서 균일 분산시킨다는 관점에서는, 평균 길이가 1 ～ 30㎜ 인 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 본 발명에서 사용하는 가열 팽창성 입자에 대해 설명한다.

본 발명에서 사용하는 가열 팽창성 입자란, 특정 온도 이상으로 가열되었을 때에, 연화된 쉘이 코어의 기화 팽창되는 압력에 의해 팽창되는 특성을 갖는 것이다. 본 발명은 웹, 스탬퍼블 시트 및 그 팽창 성형품을 구성하는 재료로서, 이 가열 팽창성 입자를 사용하는 점에 큰 특징이 있다. 이 가열 팽창성 입자를 사용함으로써, 강화 섬유의 스프링 백 작용 단독인 경우보다, 보다 큰 팽창량을 확보할 수 있기 때문에, 보다 저밀도화가 가능해져서, 경량이고 강성이 있는 팽창 성형품을 얻을 수 있다.

본 발명에서는, 가열 팽창성 입자로서 공지된 것을 사용할 수 있는데, 특히, 코어가 액상인 탄화수소이고, 이것을 가스 배리어성을 갖는 열가소성 수지로 이루어지는 쉘에서 내포한 코어 쉘형의 가열 팽창성 입자가 바람직하다. 통상적으로, 코어에 사용되는 탄화수소는, 쉘의 열가소성 수지의 연화점보다 저비점인 것이 사용되고, 예를 들어, 이소부탄, 펜탄, 헥산 등의 비점이 150℃ 이하인 탄화수소류나 에테르류를 들 수 있다. 또, 쉘을 형성하는 열가소성 수지로는, 예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 - 프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 메타크릴 수지, ABS 수지, 에틸렌 - 아세트산비닐 공중합체, 폴리아미드 수지, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리우레탄, 폴리아세탈, 폴리페닐렌술파이드, 불소 수지 등, 공지된 열가소성 수지를 들 수 있다. 특히 바람직한 것으로는, 코어가 이소부탄, 펜탄, 헥산 등의 액상인 탄화수소로 이루어지고, 쉘이 아크릴로니트릴 공중합체, 폴리염화비닐리덴 등의 열가소성 수지로 이루어지는 가열 팽창성 입자가 있다.

가열 팽창성 입자의 평균 직경은 가열 팽창 전에 5 ～ 200㎛Ø 인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10㎛Ø 이상 100㎛Ø 미만, 더욱 바람직하게는 20㎛Ø 이상 100㎛Ø 미만이다. 팽창 전의 입자 직경이 5㎛Ø 미만이면, 초조시에 강화 섬유의 간극을 통과하여 탈락되기 쉬워, 생산성이 저하된다. 한편, 200㎛Ø 를 초과하면, 팽창 후의 가열 팽창성 입자의 크기가 지나치게 커서 팽창 성형품의 두께가 불균일해지거나, 표면 품질의 악화를 초래하거나 하기 때문이다. 또한, 가열 팽창성 입자는, 팽창되었을 때의 평균 직경이 10 ～ 2000㎛Ø 가 되는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 ～ 1000㎛Ø 인 것이다. 팽창 후의 가열 팽창성 입자의 평균 직경이 지나치게 작으면, 스탬퍼블 시트를 팽창시키는데 필요한 가열 팽창성 입자의 양 (수) 이 다량으로 된다. 한편, 팽창 후의 평균 직경이 지나치게 크면, 팽창 성형품의 표면에 요철이 발생하여, 표면성상을 악화시킨다. 또한, 상기 팽창 후의 가열 팽창성 입자의 평균 직경은, 팽창 성형품 중의 가열 팽창성 입자를, 광학 현미경 등으로 50 개 정도 관찰하여, 측정한 직경을 평균한 값 을 말한다.

상기 서술한 바와 같이, 가열 팽창성 입자는, 특정 온도 이상으로 가열되면, 연화된 쉘이 코어의 기화 팽창되는 압력에 의해 팽창을 개시한다. 본 발명에서는, 이 온도를 팽창 개시 온도라고 하고, 가열 팽창성 입자를 10℃／분으로 승온시켰을 때에, 가열 팽창성 입자의 입자 직경이 급격하게 커지기 시작하는 온도로 정의한다. 본 발명이 사용하는 가열 팽창성 입자는, 팽창 개시 온도는 120℃ 이상인 것이 바람직하고, 130 ～ 230℃ 인 것이 보다 바람직하다. 팽창 개시 온도가 120℃ 미만에서는, 가열 팽창성 입자 자체의 내열성이 열화되고, 또, 초조된 웹의 건조 온도를 극단적으로 낮출 필요가 있어, 건조에 장시간을 필요로 하기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 팽창 개시 온도가 230℃ 를 초과하면, 팽창시키기 위한 가열 온도가 지나치게 고온이 되어, 열가소성 수지의 열화를 초래할 가능성이 있다.

상기 가열 팽창성 입자의 팽창 개시 온도는, 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지의 융점과의 차이가 작은 것이 바람직하다. 가열 팽창성 입자의 팽창 개시 온도가, 열가소성 수지의 융점보다 지나치게 낮으면, 열가소성 수지가 용융되어 강화 섬유의 둘레로 유동하고, 부착되기 전에 가열 팽창성 입자가 지나치게 팽창하게 되어 바람직하지 않다. 한편, 팽창 개시 온도가 지나치게 높으면, 충분한 팽창 두께를 얻기 위해서는 고온으로 가열할 필요가 있어, 열가소성 수지를 열화시킬 가능성이 있기 때문이다. 따라서, 가열 팽창성 입자의 팽창 개시 온도와 매트릭스를 구성하는 열가소성 수지의 융점의 차이는, ±30℃ 이내인 것이 바람직하다.

또, 상기 가열 팽창성 입자는 최대 팽창 온도가, 열가소성 수지의 융점보다 높은 것이 바람직하고, 그 온도차는 50℃ 이내인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 상기 최대 팽창 온도란, 가열 팽창성 입자를 10℃／분으로 승온시켰을 때에, 가열 팽창성 입자의 입경이 최대가 되는 온도를 말한다. 최대 팽창 온도가 열가소성 수지의 융점보다 지나치게 높으면, 충분한 팽창성을 얻기 위해서는, 높은 온도로 가열할 필요가 있어, 열가소성 수지를 열화시킬 우려가 있기 때문이다.

다음으로, 본 발명의 웹의 겉보기 중량, 및 웹, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품을 구성하는 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자의 배합률에 대해 설명한다.

먼저, 본 발명의 웹 등의 겉보기 중량은, 100 ～ 1000g/㎡ 의 범위인 것이 바람직하다. 웹의 겉보기 중량이 100g/㎡ 미만에서는, 팽창 성형품으로 했을 때에 충분한 두께가 얻어지지 않아, 강성도 저하되기 때문이며, 한편, 1000g/㎡ 를 초과하면, 팽창 성형품의 경량화가 곤란해지기 때문이다. 보다 바람직한 겉보기 중량은 100 ～ 700g/㎡ 의 범위이고, 더욱 바람직하게는 100 ～ 500g/㎡ 이다.

다음으로, 본 발명의 웹 등을 구성하는 강화 섬유와 열가소성 수지의 배합률은, 사용하는 강화 섬유와 열가소성 수지의 비중이나, 다른 첨가제나 착색제의 함유량에 따라서도 상이하지만, 굽힘 강도 (좌굴 강도) 나 굽힘 탄성률 (탄성 구배) 등의 기계적 강도가 높은 팽창 성형품을 얻기 위해서는, 강화 섬유 / 열가소성 수지가 질량비로 3/97 ～ 60/30 의 범위인 것이 바람직하다.

또, 본 발명의 웹 등을 구성하는 가열 팽창성 입자의 함유량은, 강화 섬유와 열가소성 수지의 합계 100 질량부에 대해서, 1 ～ 40 질량부인 것이 바람직하다. 1 질량부 미만에서는, 팽창성 향상 효과가 나타나지 않고, 한편, 40 질량부를 초과하면, 팽창성 향상 효과가 지나치게 커져서, 팽창 성형품의 내부뿐만 아니라 표면층까지도 저밀도화되어, 강성이나 내좌굴성이 저하된다.

또한, 본 발명의 웹 등은, 상기한 열가소성 수지, 강화 섬유, 가열 팽창성 입자 외에, 산화 방지제, 내광 안정제, 금속 불활성화제, 난연제, 카본블랙, VOC 흡착제, VOC 분해제, 소취제 등의 첨가제나 착색제, 유기 결합제 등을 요구에 따라 함유시킬 수 있다. 또, 상기 첨가제나 착색제는, 예를 들어, 강화 섬유나 열가소성 수지에 미리 코팅해 두거나, 혼합시에 배합하거나, 웹에 스프레이 등으로 분무하여 첨가시킴으로써 함유시켜도 된다.

다음으로, 본 발명에 관련되는 웹, 스탬퍼블 시트 및 팽창 성형품을 제조하는 방법에 대해 설명한다.

본 발명에 관련되는 웹의 제조 방법은, 분산액인 미소 기포를 포함하는 계면 활성제 함유 수성 매체 중에, 강화 섬유, 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자를 분산시킨 포액을 초조하여 제조하는 것에 특징이 있다. 상기 원료를 포액이 아닌 증점제나 응집제를 함유하지 않는 수중에 분산, 혼합했을 경우에는, 강화 섬유, 열가소성 수지, 가열 팽창성 입자 각각의 비중이 상이하기 때문에, 원료가 혼합 중에 분리되어 불균일한 분산 상태가 되거나 또는, 탈수할 때에 입자 직경이 작은 가열 팽창성 입자가 웹을 통과하여 수율이 저하된다. 또한, 증점제나 응집제를 함유하는 수중에 분산 혼합했을 경우에는, 전술한 바와 같이, 가열 팽창성 입자가 응집 된다. 한편, 포액을 사용하면, 기포의 표면에 강화 섬유, 열가소성 수지, 가열 팽창성 입자가 유지되어 포액 중에 균일하게 분산되기 때문에, 분산액의 수송 중에도 분리가 발생하지 않는다.

본 발명에 있어서의 웹의 제조는, 강화 섬유, 열가소성 수지, 가열 팽창성 입자를 함유하는 분산액 (포액) 을, 초지 스크린과 같은 다공성 지지체 상에 붓고, 다공성 지지체의 하방으로부터 흡인하여 탈포시키고, 분산액 중의 고형분을 다공성 지지체 상에 퇴적시킴으로써 실시된다. 열가소성 수지가, 분말이나 펠릿, 플레이크 등의 입자상인 경우, 열가소성 수지나 가열 팽창성 입자가 강화 섬유의 필터 효과에 의해 여과되어, 웹 중에 잔존한다. 이때, 가열 팽창성 입자의 입자 직경은, 열가소성 수지보다 작기 때문에, 가열 팽창성 입자는 다공성 지지체측에 퇴적되어, 편재되기 쉬워진다. 즉, 다공성 지지체측의 표면 근방에는, 가열 팽창성 입자가 많이 존재하고, 거기에서 내부로 감에 따라 가열 팽창성 입자는 적어져서, 반대측의 표면 근방에서는, 가열 팽창성 입자가 거의 존재하지 않는 웹이 얻어진다.

상기 기포 초조법에서 사용하는 계면 활성제로는, 음이온계, 비이온계, 양이온계 중 어느 것을 사용해도 된다. 특히, 도데실벤젤술폰산나트륨, 야자유 지방산 디에탄올아미드 등은, 강화 섬유와 열가소성 수지를 주성분으로 하는 원료를, 매체 중에 균일하게 분산시킨다는 효과면에 있어서 우수하기 때문에, 바람직하게 사용할 수 있다.

상기 기포 초조하여 얻어진 웹은, 가열 팽창성 입자가 최대 팽창하지 않는 조건하 (온도와 시간) 에서 건조시킨다. 즉, 웹 중의 가열 팽창성 입자를 건조 단계에서 최대 팽창시키면, 웹의 핸들링성이 저하될 뿐만 아니라, 스탬퍼블 시트를 제조할 때의 압축시에 가열 팽창성 입자가 부서지기 때문에, 그 후 팽창 성형품을 제조할 때의 스탬퍼블 시트의 팽창성이 불충분해지는 경우가 있기 때문이다.

가열 팽창성 입자가 최대 팽창되려면, 어느 일정한 열량이 필요하다. 따라서, 가열 팽창성 입자를 최대 팽창시키지 않기 위해서는, 건조시의 투입 열량이 그 일정한 열량 미만이 되도록, 가열 온도와 시간을 제어할 필요가 있다. 구체적으로는, 건조를 위한 가열 온도는, 최대 팽창 온도로부터 30℃ 이하로 하고, 가열 시간은, 가열 온도가 최대 팽창 온도 이하일 때는,｛2×(최대 팽창 온도 - 팽창 개시 온도)｝분 이내로 하고, 가열 온도가 최대 팽창 온도보다 높을 때는,｛300 / (가열 온도 - 최대 팽창 온도)｝분 이내 또한｛2×(최대 팽창 온도 - 팽창 개시 온도)｝분 이내로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 기포 초조하여 얻은 웹에, 유기 결합제를 함유하는 에멀션이나 수용액을 스프레이 분무 또는 롤코터로 도포하고, 그 반대면측으로부터 진공 흡인 등으로 함침시켰을 경우에는, 웹을 건조시켰을 때에 강화 섬유, 열가소성 수지, 가열 팽창성 입자가 효율적으로 부착되기 때문에, 수율이 향상될 뿐만 아니라, 핸들링성이 향상되고, 생산 효율도 향상되기 때문에 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 스탬퍼블 시트의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 스탬퍼블 시트는, 상기 기포 초조에 의해 얻은 웹을, 열가소성 수지의 연화점 또는 융점 이상에서, 또한 가열 팽창성 입자가 최대 팽창을 하지 않는 조건하 (온도와 시간) 에서 가열하고, 가압한 후, 냉각 고화시킴으로써, 열가소성 수지를 용융시켜 매트릭스를 형성시키고, 분산되어 있는 강화 섬유와 가열 팽창성 입자를 용융 고화시킨 열가소성 수지에 의해 충분히 접착, 결합시킴으로써 제조한다. 여기서, 상기 최대 팽창을 하지 않는 조건 (온도와 시간) 이란, 전술한 조건과 동일하다. 열가소성 수지의 융점 이상으로 하는 이유는, 융점 미만에서는, 열가소성 수지가 강화 섬유와 가열 팽창성 입자에 충분히 융착되지 않아, 필요한 강도가 얻어지지 않기 때문이며, 한편, 가열 팽창성 입자가 최대 팽창하지 않는 조건하에서 가열하는 것은, 이 가열 공정에서 가열 팽창성 입자를 최대 팽창시키면, 스탬퍼블 시트의 핸들링성이 저하될 뿐만 아니라, 스탬퍼블 시트 제조시의 압축에 의해 가열 팽창성 입자가 부서져서, 그 후의 팽창 성형품의 제조에 필요한 팽창성이 얻어지지 않는 경우가 있기 때문이다.

웹을 가열하고, 열가소성 수지를 용융시키고 나서 가압하여 스탬퍼블 시트를 제조할 때의 가압 조건은, 스탬퍼블 시트의 비중이 0.3 이상이 되도록 압축하는 것이 바람직하다. 0.3 미만에서는, 열가소성 수지의 유동성이 불충분하고, 매트릭스인 열가소성 수지 중에 강화 섬유와 가열 팽창성 입자가 분산된 구조를 형성할 수 없기 때문이다. 보다 바람직하게는 비중 0.4 이상이다. 단, 지나치게 압축하면, 강화 섬유를 절손 (折損) 시키거나, 시트 겉보기 중량이 작아질 (시트 면적이 커져서 두께가 얇아질) 가능성이 있기 때문에, 공극률이 제로가 되는 압력 이하에서 압축하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 스탬퍼블 시트의 제조 방법에 있어서는, 상기 웹의 가압은, 열가소성 수지를 용융시킨 후에 실시해도 되고, 가열과 가압을 동시에 실시해도 된다. 가압 방법은, 배치식의 간헐 프레스법, 테플론이나 스틸의 벨트를 사용한 연속 프레스법, 롤 프레스법 등이 있는데, 어느 방법을 사용해도 된다. 스탬퍼블 시트의 핸들링성을 높이기 위해서는, 열가소성 수지가 용융되고 있는 동안에 가압하고, 그 후, 제하 (除荷) 하여 팽창시키고, 가압시보다 두꺼운 상태에서 냉각시켜도 된다. 또한, 웹의 건조와 가열을 동시에 실시하고, 계속해서 가압을 실시하는 방법이 제조 효율도 좋고, 경제적이다.

다음으로, 본 발명에 관련되는 팽창 성형품의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 팽창 성형품은, 상기와 같이 하여 제작한 스탬퍼블 시트를, 열가소성 수지의 연화 온도 또는 융점 및 가열 팽창성 입자의 팽창 개시 온도 이상으로 가열하고, 상기 열가소성 수지를 연화 또는 용융시킴과 함께 가열 팽창성 입자를 팽창시키고, 그 후, 이 팽창 시트를 금형 내에 공급하여 금형을 닫고, 금형 클리어런스를 조정하여 성형하며, 그 후, 냉각시켜 고화시킴으로써 제조한다.

팽창 성형품의 비중은, 전체적으로 0.03 이상 0.2 이하로 하는 것이 바람직하다. 비중이 0.03 미만에서는, 팽창 성형품의 내좌굴성이 저하되는 경우가 있기 때문이고, 한편, 0.2 를 초과하면, 필요한 강성을 얻기 위해서는 두께를 크게 할 필요가 있어, 경량화를 달성할 수 없는 경우가 있기 때문에 있다. 또, 본 발명의 팽창 성형품은, 전체 비중을 0.2 이하로 한 후, 그 주위에 비중이 0.2 를 초과하는 외주부를 형성하는 것이 보다 바람직하다. 비중이 0.2 이상인 외주부를 가짐으로써, 가열 팽창성 입자의 탈락을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 찢어짐 강도가 향상되어, 성형품 전체가 부러지기 어려워지기 때문이다.

또한, 본 발명의 팽창 성형품은, 상기 팽창 시트를 금형 내에 공급할 때에, 의장성을 갖는 표피재를, 가열 팽창성 입자가 거의 존재하지 않는 면측에 적층시키고, 팽창 성형과 표피재의 접착을 동시에 실시하여, 표피가 접착된 팽창 성형품을 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 팽창 성형품은, 내좌굴성이나 강성 등의 강도 특성이나, 흡음 특성을 보다 개선시키기 위해서, 팽창 성형품의 적어도 어느 일방의 면에, 고밀도 수지층을 형성해도 된다. 상기 고밀도 수지층이란, 팽창 성형품의 내층부보다 공극률이 적은, 또는 공극이 존재하지 않는 수지층을 말한다.

고밀도 수지층을 형성하는 방법으로는, 종래부터 공지된 기술을 사용할 수 있다. 예를 들어, 웹, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품의 적어도 어느 일방의 표면에, 고밀도 수지층을 형성하는 수지를 함유하는 액을 함침시키는 방법이나 용융된 고밀도 수지를 시트 형상으로 압출하여 적층시키는 방법, 고밀도 수지제의 수지 시트를 적층시켜 형성하는 방법 등이 바람직하다. 그 중에서도, 수지 시트를 적층시키는 방법은, 웹, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품 중 어느 것에라도 적층시키기 쉬워 바람직하다. 수지 시트의 두께로는, 중량 증가를 억제하기 위해서, 200㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 20 ～ 150㎛ 이다. 여기서, 상기 수지 시트는, 폴리프로필렌이나 나일론, 직사슬형 폴리에틸렌 등으로 이루어지는 시트, 또는 그들을 2 층 이상으로 겹쳐 쌓은 다층 필름이어도 된다. 또, 상기 시트에는, 흡음성을 얻기 위해서 니들 펀치나 슬릿 등으로 관통 구멍을 형성한 것이어도 된다.

실시예 1

분산액으로서, 1.5 리터의 물에 계면 활성제인 도데실벤젠술폰산나트륨을 0.5g/l 첨가하고, 교반하여 미소 기포를 포함하는 포액을 조정하고, 이 포액 중에, 표 1 에 나타낸 강화 섬유 (탄소 섬유, 평균 직경 7㎛, 평균 길이 13㎛) 및 열가소성 수지 (입자상 폴리프로필렌, 평균 입경 300㎛Ø) 를, 건조 질량으로 표 2 에 나타낸 배합률로 투입하고, 추가로 가열 팽창성 입자를 투입하여, 10 분간 교반하여 분산시켰다. 이어서, 이 포액을 초조기에 붓고, 흡인, 탈포시켜, 강화 섬유 및 열가소성 수지의 합계 겉보기 중량이 400g/㎡, 가열 팽창성 입자의 겉보기 중량이 30g/㎡ 인 웹 (기포 초조 웹) 을 제작하였다. 또한, 초조할 때의 다공질 지지체는, 개구 구멍이 0.1 × 0.2㎜ 인 것을 사용하였다.

그 웹의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 강화 섬유와 열가소성 수지 및 가열 팽창성 입자가 분산되어 있음과 함께, 그 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체측의 웹 표면 근방에 많이 존재하고, 거기에서 내부로 감에 따라 감소되어, 반대측의 웹 표면 근방에는 가열 팽창성 입자는 거의 존재하지 않았다.

다음으로, 상기와 같이 하여 제작한 웹을, 120℃ 의 온도에서 90 분간 건조시키고 나서, 180℃ 의 프레스판 사이에 배치하고, 가열 팽창성 입자가 최대 팽창되지 않도록, 0.1㎫ 의 압력에서 2 분간 프레스하였다. 이 때의 프레스판 사이의 클리어런스는 1㎜ 이고, 웹은 비중 0.43 까지 압축되었다. 계속해서, 가열 가압된 웹을 냉각반 사이에 배치하고, 3㎜ 의 클리어런스를 형성하여 냉각반을 닫 고, 냉각시켜 스탬퍼블 시트 (기포 초조 스탬퍼블 시트) 를 제조하였다.

상기 스탬퍼블 시트의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에 강화 섬유와 가열 팽창성 입자가 분산된 구조를 나타내고 있었는데, 웹과 동일하게, 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체측의 표면 근방에 많이 존재하고, 내부로 감에 따라 적어져서, 반대측의 표면 근방에는 거의 존재하지 않았다.

다음으로, 이 스탬퍼블 시트를, 원적외선 가열로에서 190℃ 까지 가열하고, 열가소성 수지 (폴리프로필렌) 를 용융시켜, 가열 팽창성 입자를 팽창시키고 나서, 클리어런스를 5㎜ 로 설정한 금형 상에 두고, 압축, 냉각시켜, 팽창 성형품을 제조하였다.

이 팽창 성형품의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 강화 섬유와 팽창된 가열 팽창성 입자가 열가소성 수지로 접착되어, 분산된 구조를 나타내고 있는데, 웹, 스탬퍼블 시트와 동일하게, 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체측의 팽창 성형품 표면 근방에 많이 존재하고, 내부로 감에 따라 적어져서, 반대측의 표면 근방에는 거의 존재하지 않았다.

또, 별도로, 이 스탬퍼블 시트를 원적외선 가열로에서 190℃ 의 온도까지 가열하고, 무구속 상태에서 팽창시키고, 자연 냉각시켜 팽창 시트를 제조하고, 그 팽창 시트의 양면을 관찰한 결과, 양 표면 모두 요철이 없고 평활하였다. 이 팽창 시트의 두께는 10.4㎜ 였다.

계속해서, 상기 팽창 성형품으로부터, 길이 150㎜, 폭 50㎜ 의 시험편을 채 취하여, 스팬 100㎜, 크로스 헤드 스피드 50㎜/분으로, 가열 팽창성 입자가 적은 면측, 즉, 고밀도면측으로부터 하중을 가해 3 점 굽힘 시험을 실시하고, 좌굴될 때까지의 최대 하중과, 하중 - 변위 곡선의 초기 경사로부터 구해지는 탄성 구배를 측정하였다.

또한, JIS A1405 : 1998 에 준거하여, 가열 팽창성 입자가 적은 면측, 즉, 고밀도면측의 표면에 대해서 수직으로 음파를 입사시켜, 배후 공기층 0㎜ 상태에서 수직 입사 흡음률의 측정을 실시하였다.

실시예 2

실시예 1 에서 제작한 웹을, 가열 팽창성 입자가 최대 팽창되지 않도록, 180℃ 에서 5 분간 가열하고 열가소성 수지를 용융시키고 나서, 웹의 다공질 지지체측의 면에는, 폴리프로필렌 / 나일론 2 층 필름 (폴리프로필렌 (PP)： 두께 40㎛, 융점 165℃, MFR 8g/10 분, 나일론 (PA)： 두께 25㎛, 융점 220℃) 을, 폴리프로필렌이 웹측이 되도록 적층시키고, 웹의 타방의 면에는, 니들 펀치에 의해 직경 1㎜ 의 구멍을 5 개/c㎡ 로 전체면에 가공한 직사슬형 폴리에틸렌/폴리프로필렌 2 층 필름 (직사슬형 폴리에틸렌 (LLDPE)： 두께 50㎛, 융점 120℃, MFR 8g/10 분, 폴리프로필렌： 두께 40㎛, 융점 165℃, MFR 8g/10 분) 을, 폴리프로필렌이 웹측이 되도록 적층시키고, 계속해서 이것을 클리어런스 1.2㎜ 로 설정한 롤 사이에 통과시켜 압축하여, 비중 0.36 의 스탬퍼블 시트를 제조하였다. 또한, 상기 PP 의 MFR 은, JIS K6921－2：1997 에 준거하여, 230℃, 21.17N 의 조건에서 측정한 값이고, 또, LLDPE 의 MFR 은, JIS K6922－2：1997 에 준거하여, 190℃, 21.17N 의 조건에서 측정한 값이다.

상기 스탬퍼블 시트의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 스탬퍼블 시트의 양 표면에는, (고밀도) 수지층이 존재하고, 그 수지층의 내부는, 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에 강화 섬유와 가열 팽창성 입자가 분산된 구조로 되어 있었는데, 그 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체 측에 많이 존재하고, 반대측에는 거의 존재하지 않았다.

또, 상기 스탬퍼블 시트를 원적외선 가열로에서 190℃ 까지 가열하고, 무구속 상태에서 팽창시키고, 자연 냉각시켜 팽창 시트를 제조한 결과, 팽창 시트의 양 표면 모두 요철이 없고 평활하였다. 이 팽창 시트의 두께는 10.6㎜ 였다.

다음으로, 상기와 같이 하여 얻은 스탬퍼블 시트를, 원적외선 가열로에서 190℃ 로 가열하여 팽창시키고, 클리어런스를 6㎜ 로 설정한 금형을 사용하여 성형하여, 팽창 성형품을 얻었다.

그 팽창 성형품의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 팽창 성형품의 양 표면에는 (고밀도) 수지층이 존재함과 함께, 그 수지층의 내부는, 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에 강화 섬유와 팽창된 가열 팽창성 입자가 분산된 구조로 되어 있었는데, 그 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체 측에 많이 존재하고, 반대측에는 거의 존재하지 않았다.

또, 상기 팽창 성형품에 대해, 실시예 1 과 동일하게 하여, 3 점 굽힘 시험 및 수직 입사 흡음률의 측정을 실시하였다.

실시예 3

실시예 2 에서 제작한 스탬퍼블 시트를, 원적외선 가열로에서 190℃ 까지 가열하여 팽창시키고 나서, 직사슬형 폴리에틸렌 (LLDPE) 필름을 적층시킨 면측 (다공질 지지체측과는 반대면측) 에, 표피로서 폴리에스테르제 부직포 (겉보기 중량 200g/㎡, 두께 2㎜) 를 추가로 적층시키고, 그 후, 클리어런스를 8㎜ 로 설정한 금형을 사용해 팽창 성형을 실시하여, 표피가 접착된 팽창 성형품을 얻었다.

이 팽창 성형품의 표피를 손으로 박리한 결과, 표피 부분에서 찢어짐이 발생하여, 표피는 충분히 접착되어 있다는 것이 확인되었다.

또, 이 팽창 성형품의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 팽창 성형품의 다공질 지지체측 표면에는 (고밀도) 수지층이, 그 반대측 표면에는 표피층과 (고밀도) 수지층이 존재하고, 그 수지층의 내부는, 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에 강화 섬유와 팽창된 가열 팽창성 입자가 분산된 구조로 되어 있었는데, 그 가열 팽창성 입자는, 다공질 지지체측에 많이 존재하고, 반대측에는 거의 존재하지 않았다.

또한, 상기 팽창 성형품에 대해, 실시예 1 과 동일하게 하여, 3 점 굽힘 시험 및 수직 입사 흡음률 측정을 실시하였다.

실시예 4

비교예로서, 상기 실시예 1 에서 사용한 포액 대신, 응집제로서 0.5mass％ 의 폴리아크릴아미드 10g 과 증점제로서 잔탄검 0.05g 을 1.5 리터의 물에 첨가한 미소 기포를 포함하지 않는 수용액을 분산액으로서 사용하고, 이 분산액에 탄소 섬유와 폴리프로필렌을 표 2 에 나타낸 배합률로 투입하고, 추가로 가열 팽창성 입자를 투입하여, 실시예 1 과 동일하게, 합계 겉보기 중량이 400g/㎡ 이고, 가열 팽창성 입자의 겉보기 중량이 30g/㎡ 인 웹을 제작하였다.

이 웹의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 강화 섬유는 균일하게 분산되어 있었지만, 가열 팽창성 입자는 응집되어 플록을 형성하고 있고, 그 플록이 두께 방향으로 균일하게 분산되어 있었다.

다음으로, 이 웹을 사용하고, 실시예 1 과 동일하게 하여, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품을 제조하고, 실시예 1 과 동일하게, 3 점 굽힘 시험 및 수직 입사 흡음률 측정을 실시하였다.

또, 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 웹과 동일하게, 가열 팽창성 입자가 응집되어 플록을 형성하고 있고, 그 플록이 두께 방향으로 균일하게 분산되어 있었다.

또, 상기 스탬퍼블 시트를 원적외선 가열로에서 190℃ 까지 가열하고, 무구속 상태에서 팽창시키고, 자연 냉각시켜 팽창 시트를 제작한 결과, 그 팽창 시트는 가열 팽창성 입자가 응집되어 있기 때문에 양 표면 모두 요철이 심하였다. 또, 이 팽창 시트의 두께는 9.2㎜ 에 지나지 않았다.

실시예 5

비교예로서, 강화 섬유 (탄소 섬유 (평균 직경 7㎛, 평균 길이 40㎜), 열가소성 수지 (섬유상 폴리프로필렌 (평균 직경 17㎛, 평균 길이 20㎜)) 를, 표 2 에 나타낸 배합률로 카드 머신에 공급하여, 해섬, 혼합하고, 그 후, 니들 펀치기 (펠트 바늘 25 번) 로 20 점/c㎡ 의 니들링을 실시하여, 400g/㎡ 웹을 제작하고, 그 웹으로부터 300 × 300㎜ 의 샘플을 채취하였다.

다음으로, 상기 웹 샘플을, 아크릴스티렌계 에멀션의 고형분 농도가 1mass％, 가열 팽창성 입자가 20mass％ 인 용액에 침지시켜, 롤로 압축하고, 내부까지 가열 팽창성 입자를 균일하게 함침시켜서, 가열 팽창성 입자가 2.7g 잔존하도록 조절하였다. 이 웹을 120℃ 에서 건조시켜, 탄소 섬유가 160g/㎡, 섬유상 폴리프로필렌이 240g/㎡, 가열 팽창성 입자가 30g/㎡ 로 이루어지는 웹을 제조하였다.

이 웹의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 탄소 섬유, 섬유상 폴리프로필렌 및 가열 팽창성 입자는 두께 방향으로 균일하게 분산되어 있었다.

다음으로, 상기 웹을 180℃ 에서 5 분간 가열하여 폴리프로필렌을 용융시키고, 실시예 2 와 동일하게, 웹의 일방의 면에는, 폴리프로필렌 / 나일론 2 층 필름 (폴리프로필렌 (PP)：두께 40㎛, 융점 165℃, MFR 8g/10 분, 나일론 (PA)：두께 25㎛, 융점 220℃) 을 폴리프로필렌이 웹측이 되도록 적층시키고, 웹의 반대면측에는 니들 펀치에 의해 직경 1㎜Ø 의 구멍을 5 개/㎠ 로 전체면에 가공한 직사슬형 폴리에틸렌 / 폴리프로필렌 2 층 필름 (직사슬형 폴리에틸렌 (LLDPE)：두께 50㎛, 융점 120℃, MFR 8g/10 분, 폴리프로필렌：두께 40㎛, 융점 165℃, MFR 8g/10 분) 을, 폴리프로필렌이 웹측이 되도록 적층시키고, 이것을 클리어런스 1.2㎜ 로 설정한 롤 사이에 통과시켜 압축하여, 비중 0.36 의 스탬퍼블 시트를 제조하였다.

그 후, 상기와 같이 하여 얻은 스탬퍼블 시트를, 원적외선 가열로에서 190℃ 로 가열하고, 클리어런스를 6㎜ 로 설정한 금형을 사용하여 팽창 성형을 실시하였지만, 본 스탬퍼블 시트는, 니들 펀치에 의해 탄소 섬유끼리가 강고하게 서로 얽혀있기 때문에, 팽창량이 작아, 4.8㎜ 의 팽창 성형품 밖에 얻어지지 않았다.

상기 스탬퍼블 시트, 팽창 성형품의 단면을 현미경으로 관찰한 결과, 웹과 동일하게, 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자는, 두께 방향으로 균일하게 분포되어 있었다.

또, 팽창 성형품의 표면에는, 니들 펀치에 의한 바늘 흔적이 잔존하였다.

또한, 이 팽창 성형품에 대해, 실시예 1 과 동일하게 하여, 3 점 굽힘 시험 및 수직 입사 흡음률의 측정을 실시하였다.

상기 실시예 1 ～ 5 에서 실시한 3 점 굽힘 시험의 결과를 표 2 중에 병기하여 나타내었다. 이 결과로부터, 본 발명예 (실시예 1 ～ 3) 에서는, 최대 하중 및 탄성 구배 모두 높은 값이 얻어졌다. 이에 반하여, 가열 팽창성 입자가 응집되어 균일하게 분포되어 있는 실시예 4 의 비교예, 및 가열 팽창성 입자가 균일하게 분포되고, 팽창 성형품의 표면에 바늘 흔적이 잔존하는 실시예 5 의 비교예에서는, 충분한 굽힘 강도와 강성을 얻을 수 없다.

또, 상기 실시예 1 ～ 5 에서 실시한 수직 입사 흡음률의 측정 결과를 도 1 에 나타내었다. 도 1 로부터, 가열 팽창성 입자가 일방의 면측에 편재되고, 표면에 고밀도인 층을 갖는 본 발명의 팽창 성형품 (실시예 1 ～ 3) 은, 가열 팽창성 입자가 균일하게 분포되고, 표면에 고밀도인 층을 가지지 않는 비교예의 팽창 성형품 (실시예 4, 5) 보다, 흡음 특성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

본 발명의 팽창 성형품은, 경량이고 흡음 특성이 우수한 것 외에, 기계적 강도나 표면성상도 우수하기 때문에, 자동차 분야나 건재 분야뿐만 아니라, 가전 제품 분야에도 적용할 수 있다.

Claims (6)

1. 열가소성 수지, 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자를 분산 함유하는 웹으로서, 그 웹에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 웹.
2. 열가소성 수지로 이루어지는 매트릭스 중에, 강화 섬유 및 가열 팽창성 입자를 분산 함유하는 스탬퍼블 시트로서, 그 스탬퍼블 시트에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트.
3. 강화 섬유 및 팽창된 가열 팽창성 입자가 열가소성 수지로 접착되고, 분산된 스탬퍼블 시트의 팽창 성형품으로서, 그 팽창 성형품에 함유되는 가열 팽창성 입자가 어느 일방의 면측에 편재되어 있는 것을 특징으로 하는 스탬퍼블 시트 팽창 성형품.
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