JPH02219615A - 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、主として無機繊維を骨格とし、この無機繊維
が熱可塑性樹脂を主成分とする結着材で結合されてなる
熱成形性複合材料を連続して得ることができる熱成形性
複合材料の製造方法に関する。

（従来の技術） 従来、熱成形性複合材料を製造するには、高弾性を有す
る強化用繊維と熱可塑性プラスチック材料からなるシー
ト状物を加熱することにより、プラスチック材料を溶融
させて上記強化繊維の応力を除去することでシート状物
を膨張させた後、圧縮成形する方法が提案されている（
特開昭６２−１６１５２９号公報）。

この方法によれば、強化繊維の弾性復元力を利用してシ
ート状物の厚みを増加させることができるので、圧縮成
形の際に成形性よく複合材料を成形することができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、従来の方法では、シート状物の厚さを回
復させるために、強化繊維の復元力のみによって行って
いるので、熱のかかり具合い等によって製品内で、ある
いは製品毎に厚さが異なるという欠点があり、しかもシ
ート状物の空隙率をさらに上げることはできなかった。

従って、得られたシート状物をそのまま、例えば吸音部
材や断熱部材等に利用しようとすれば、それらの特性が
不十分であると共に、より軽量化を図ることはできなか
った。

本発明は上記の欠点に鑑みてなされたものであり、厚み
を制御することができて厚みのバラツキを少な（するこ
とができ、しかもより空隙率の高い熱成形性複合材料を
連続して得ることができる熱成形性複合材料の製造方法
を提供することを目的とする。

（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、熱可塑性樹脂
が溶融状態では接着し、固体状態では剥離する性質を有
し、磁石に吸着可能な部材で形成された一対の移送ベル
ト間に、熱可塑性樹脂を主成分とする結着材と無機繊維
とを有するマット状物を供給して該熱可塑性樹脂の融点
以上の温度に加熱する工程と、両移送ベルトを圧縮装置
でその両性面側から圧縮することによりマット状物を圧
縮する工程と、該圧縮装置より移送ベルトの移送方向後
方位置にて両移送ベルトの外側にそれぞれ配設された一
対の磁石で移送ベルトをそれぞれ吸着することにより、
一対の移送ベルト間の間隔を拡げて圧縮されたマット状
物の厚みを増大させる工程と、移送ベルトを冷却してマ
ット状物を両移送ベルトの内面から剥離させる工程と、
を包含しており、そのことにより上記目的が達成される
。

〔マット状物の作成〕

マット状物は、熱可塑性樹脂を主成分とする結着材と無
機繊維とを有している。

本発明において使用する無機繊維としては、ガラス繊維
、ロックウール、セラミック繊維、炭素繊維等の１種ま
たは２種以上があげられ、中でもガラス繊維が好ましい
。無機繊維は、例えば、多数のフィラメントが束ねられ
た無機繊維ストランドを解繊することによって得られた
ものが好ましい。無機繊維の長さはマット状物の形成の
容易さの点から５〜２０Ｇ＋ａｍが好ましく、より好ま
しくは１０〜１００ＩＩＩＩｉである。特に、長さ５０
ｍｍ以上のものが７０重量％含まれているのが好ましい
。また、その太さは細くなると機械的強度が低下し、太
くなると重≦たってかさ密度が大きくなるので、５〜３
０μ踵の範囲が好ましく、より好ましくは７〜２０μｍ
である。

無機繊維を部分的に結合する結着材は、ポリエチレン、
ポリプロピレン、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、ポリウレタン等の熱
可塑性樹脂を主成分とするものである。この結着材の形
態は繊維、粉末、フィルム等任意の形態が可能であり、
熱成形性複合材料を製造する際の方法によってそれぞれ
好適な形態で使用される。

結着材が繊維として使用される場合には、無機繊維とと
もに混繊してマット状物が形成される。

例えば、無機繊維ストランドをカードマシンに供給し、
ストランドをフィラメント状に解繊し、熱可塑性樹脂樹
脂繊維とともに混繊してマット状物が製造される。熱可
塑性樹脂繊維の寸法は、このマット状物の形成性の点か
らその長さは５〜２００重量が好ましく、より好ましく
は２０〜１００ｍｍであり、太さは３〜５０μｍが好ま
しく、より好ましくは２０〜４０μｍである。

結着材が粉体として使用される場合には、繊維状の結着
材と同じように無機繊維とともに用いられてマット状物
が形成され、あるいは上記無機繊維にてマットが形成さ
れた後に空気噴射等によりマットに圧入することにより
保持させてマット状物が形成される。また、無機繊維も
しくは無機繊維と熱可塑性樹脂繊維からマットを形成し
た後、該マットに熱可塑性樹脂粉末の分散液やエマルジ
ョンを散布して乾燥してもよい。熱可塑性樹脂粉末の直
径は、それが粉末状態で添加される際には５０〜１００
メツシユが好ましい。また、粉末を分散された状態もし
くはエマルシコンとして添加される際には直径はもっと
小さ（てもよい。

結着材がフィルムとして使用される場合には主に無機繊
維からなるマットに積層することにより、マット状物が
形成される。

結着材は上記形態の異なるものを併用してもよい。例え
ば、無機繊維単独または該無機繊維と繊維状及び／また
は粉末状の熱可塑性樹脂結着材とからマットを形成し、
該マットの少なくとも一方の面に、−枚または複数枚の
熱可塑性樹脂フィルムを積層してマット状物を形成して
もよい。異なる形態の結着材を混合して用いる場合には
、それら結着材の溶融温度はなるべく近似しているのが
好ましい。

上記無機繊維と結着材の比率は、結着材の量が少なくな
ると結合部分が少なくなって熱成形性複合材料の機械的
強度が低下し、逆に多くなると空隙率が低下するので、
結着材として熱可塑性樹脂フィルムを用いる場合には重
量比でマット状物全重量の１／１０〜２／１が好ましく
、結着材とじて熱可塑性樹脂の繊維または粉末を用いる
場合には１１５〜４／１が好ましい。

このようにして得られたマット状物の密度は大きくなる
と重くなり、小さ（なると機械的強度が低下するので、
０．０１〜０２ｇ／ｃ＋＊３が好ましく、より好ましく
は０．０３〜０．０７ｇ／ｃ＋ｍ”である。また全体と
しての空隙率は７０〜９８％が好ましい。また、強度を
高めるためにニードルパンチを施してもよく、ニードル
パンチは１　ｃｍ”当り１〜５０箇所行われるのが好ま
しい。

〔熟成形性複合材料の製造〕

次に、本発明の熱成形性複合材料の製造方法を説明する
。

本発明は第１図に示す装置を用いて行うことができる。

この装置は、上下一対配設された無限帯状の移送ベルト
１ａＳｌｂを有する移送装置１と、加熱装置２と、圧縮
装置３と、移送ベルトの拡開装置４と、冷却装置５と、
を備えている。

上記各移送ベルトｌａ、ｉｔ）は、駆動ロールｌＯ及び
複数の案内ロール１１．１１・・・の周りに巻回されて
おり、駆動ロールｌＯの駆動によって回転移動するよう
に構成されている。各移送ベルトｌａ、　ｌｂには略直
線状の移送部１２ａ、　１２ｂが対向するよう設けられ
、一対の移送ベルトｌａ、　ｉｂの移送部１２ａＳ１２
ｂ間にはマット状物の供給部１３が形成されている。そ
して、この移送部１２ａ、　１２ｂはそれぞれ同方向（
矢印へ方向）へ移動するようになっている。

移送ベル）ｌａ、ｌｂは溶融した熱可塑性樹脂が接着し
、固化した状態の熱可塑性樹脂が接着せず、かつ磁石に
吸着する部材で形成されており、例えば鉄、ニッケルを
主成分とするベルト基材の外面にテフロン、シリコン等
の離型剤をコーティングしたものや、ベルト基材の外面
にアルミ薄板を被覆したもの等を使用することができる
。

上記加熱装置２は上記移送装置１内に供給されたマット
状物の熱可塑性樹脂を加熱できるように、その加熱温度
はマット状物に使用する熱可塑性樹脂の溶融温度以上あ
るいは溶融温度付近に設定されている。加熱装置２は乾
燥器の熱風で全体を加熱する方式のものや、遠赤外ヒー
ター、赤外線ヒーター等による輻射加熱方式のものが好
ましく用いられる。

上記圧縮装置３は上下に小間隙を介して配設された上押
圧ロール３ａと下押圧ロール３ｂとを有している。上下
押圧ロール３ａｓ　３ｂはそれぞれ多数のロールを有し
、上ロール３ａと下ロール３ｂ間の間隙は、この上下ロ
ール３ａ、　３ｂ間を通過するマット状物に０６５〜３
０にｇ／ｃＩ１２の圧力が作用するように設定されてい
る。この押圧ロール３ａ、　３ｂを加熱ロールで形成し
、ここでマット状物の加熱と圧縮とを同時に行うように
してもよい。なお、圧縮装置３として、押圧ロールに代
えて無限軌道装置で構成してもよい。

この圧縮装置３の移送方向後方位置には移送ベルトの拡
開装置４が配設されている。拡開装置４は複数のロール
からなる上案内ロール４ａと下案内ロール４ｂ及び磁石
６ａｓ　６ｂとを有している。

上記上案内ロール４ａと下案内ロール４ｂ間の間隙は上
記上下圧縮ロール３ａ、３ｂ間の間隔より大きく設定さ
れており、従って、一対の移送ベル）ｌａｓｉｂ間ノ間
隔間圧間隔−ル３ａ、　３ｂから案内ロール４ａ。

４ｂ側へいくにつれて次第に広がるようになっている。

この上下案内ロール４ａ、　４ｂ間の間隔は熱成形性複
合材料の所望とする厚さに略一致するように設定されて
いる。また、各案内ロール４ａｓ　４ｂのうち、最先の
ロール４ａ’、４ｂ’は上下移動調整自在な調整ロール
となっており、この調整ロール４ａ”、４ｂ°間の間隔
を変えることにより、熱成形性複合材料の厚みを緩やか
に大きくすることができる。

上記磁石６ａ、　６ｂとしては電磁石や永久磁石を使用
することができるが、特に電磁石がその吸着力を調整で
きるので好ましい。また、高温で使用するためその磁石
６ａ、　６ｂの周囲に冷却コイルを巻回して冷却するの
が好ましい。

拡開装置４の移送ベル）Ｉａ、ｌｂの移送方向後方位置
には冷却装置５が配設されている。冷却装置５は各移送
ベル）ｌａＳｌｂの外側にそれぞれ配設されており、各
移送ベルトｌａ、　ｌｂを冷却できるようになっている
。冷却装置５としては空冷式、または水冷式のいずれで
もよい。

次に、上記構成の装置を用いて本発明の熱成形性複合材
料の製造方法を説明する。

上記で得られたマット状物を第１図で示した一対の移送
ベル）ｌａ、Ｌｂ間の供給部１３に供給する。

両移送ベルトｌａｓ　ｉｂの移動に伴ってマット状物が
圧縮装置３の所へ移送される間に、マット状物は加熱装
置２により加熱される。加熱装置２の加熱温度はマット
状物の熱可塑性樹脂が全て溶融する以上の温度が好まし
く、例えば、熱可塑性樹脂の溶融温度より１０〜７０℃
高い温度で１〜１０分加熱するのが好ましい。なお、マ
ット状物をこの移送装置１へ供給する前に予備加熱して
いてもよい。

このようにして結着材が溶融状態にあるマット状物は熱
可塑性樹脂の溶融温度以上の温度において圧縮装置３で
圧縮される。この圧縮により結着材はマット状物の繊維
間に充分含浸することになる。ここでの圧縮強度は０．
５〜３０Ｋｇ／ｃｍ２が好ましい。

圧縮強度が上記範囲より低過ぎると樹脂の含浸が不十分
となり、圧力が上記範囲より高過ぎるとその圧力で無機
繊維が破損するおそれがある。また、圧縮する際に熱可
塑性樹脂が冷却されて固化されると次の工程でマット状
物の厚みが回復しなくなるので、押圧ロール３ａ、　３
ｂも加熱されているのが好ましい。

次に、このマット状物は移送ベルトｌａｓ　ｌｂの移動
に伴って拡開装置４まで移送される。ここで、上側の移
送ベル）ｌａは上側の磁石６ａに吸着されるため；こ上
側の案内ロール４ａに案内されなが移動し、下側の移送
ベルトｌｂは下側の磁石６ｂに吸着されるために下側の
案内ロール４ｂに案内されながら移動する。従って、移
送ベルトｌａｓ　ｌｂは移動に伴って両移送ベルト１ａ
、　Ｌｂ間の間隔が次第に拡開されることになり、その
結果側移送ベルトｌａ、　ｌｂの内面に接着するマット
状物は次第にその厚みが増大させられる。

次いで、各移送ベル）ｌａ、ｌｂ及びマット状物は冷却
装置５により冷却され、マット状物の結着材は固化して
移送ベルトｌａ、　Ｌｂに接着しなくなり、固化したマ
ット状物は移送ベル）ｌａ、ｌｂより剥離することがで
き、このようにして熱成形性複合材料が取り出される。

得られた熱成形性複合材料は、無機繊維同志がその交差
部において結着材で結合されており、マット状物全体に
亘って多数の空隙を有し、かつマット状物の表面には内
部の空隙に連通ずる多数の細孔が形成されている。この
熱成形性複合材料は熱賦形性が良好であり、プレス等の
簡単な加工手段によって所望とする形状に容易に成形さ
れ、金型の曲率によ（沿つた曲率を有する成形体を得る
ことができる。熱成形性複合材料の厚さは用途により適
宜決定されればよいが、一般には４〜２００ｍ１であり
、特に自動車用天井材として用いる場合は４〜１２■ｍ
が好ましい。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明する。

Ｌ息災 以下に示すマット状物から第１図に示す装置を用いて熱
成形性複合材料を製造した。装置における条件は以下の
通りとした。

マット状物ニガラス繊維（直径１１μｍ、長さ５０ｍｍ
）とポリプロピレン繊維（直径１８μｍ、長さ５０ｍｍ
、融点１６５℃）を重量比４対１の割合で解繊及び混繊
し、ニードルパンチ（２０箇所／ｃ＋ｎ２）を施して厚
み７ｍ１Ａｓ幅１４００ｍｍのマットを作成した。この
マットの密度は０．５ｇ／ａｍ３であり、そのうちガラ
ス繊維の密度は０．４ｇ／ｃｍ３、ポリプロピレン繊維
の密度はＯ，Ｉｇ／ｃ＋＊’であった。次に、このマッ
トの両面に厚さ１１０μｍＢ　、幅１４５０ｍｍのポリ
エチレンフィルム（融点１３５℃）をそれぞれ−枚積層
してマット状物を得た。

移送ベルト二幅１５００１１１１！１％厚さ１ｍｍの鉄
板の外表面に％　幅１５００ａｍ、厚さ１ｍｍのアルミ
板をリベット止めしたものを使用した。

加熱装置＝２２０℃に加熱された熱風炉であり、圧縮装
置まで１．５分を要した。マット状物は２００℃に達し
ていた。

圧縮装置二上下の圧縮ロールは５本のロールからなり、
各ロールの径は３００１１１１１％　ロール軸１００ｍ
＋＊。

ロール表面１７００ｍｍであり、上下圧縮ロール間のク
リアランスは４５＋＊ｍとして。従って、上記２枚の移
送ベルトの厚みは４■であるから、マット状物は０．５
＋ｎｌこ圧縮される。

拡開装置：磁力は０．５にｇ／ｃｍ２も鉄製のものを使
用した。調整ロール間の間隔は７ｍｍに設定した。

冷却装置：空冷（外気温２５℃）とした。

上記装置において、移送ベルトが反転するところで、熱
成形性複合材料が移送ベルト表面から剥離した。

得られた熱成形性複合材料の幅は１４００ｍｍであり、
長さは１８００ｍ簡に切断した。熱成形性複合材料の厚
みは７ｔａｌｓ密度はＱ、　Ｉｇ／ａｍ３、空隙率は９
３％であった。また厚みのばらつきをノギスで測定した
ところ７■の設定に対し、２０点の計測値は６．５〜７
．１ｍｍの範囲に全点食まれていた。

嵐蝮皿 実施例と同様のマット状物を、プレスに供給し、２２０
℃に加熱し圧縮した後、２５℃まで冷却ロールで冷却し
て厚さ約０．４＋ａ＋ａの複合材料を得た。冷却ロール
は実施例の冷却装置の箇所に設け、マット状物を圧縮し
ながら冷却した。冷却ロールの圧力は３１［ｇ／ａｍで
あった。

次に、このものをプレス成形するために２００℃に加熱
したところ、その厚みが増大した熱成形性複合材料が得
られた。熱成形性複合材料の厚みを２０点計測したとこ
ろ、最大５．３ｍｍ５最小３．１ｍｍであり、計測点２
０点の平均厚みは４．４ｍｒｘであった。また、熱成形
性複合材料の密度はＯ，１６ｇ７０ｍ３、空隙率は８９
％であった。

以上のように本発明で得られた熱成形性複合材料は製品
厚みが一定でばらつきが少ないことが確認された。

（発明の効果） このように、本発明は熱可塑性樹脂の溶融状態にあるマ
ット状物を磁石を用いた拡開装置で強制的に拡開してい
るので、空隙率の高い熱成形性複合材料を得ることがで
きると共に、その厚みは拡開装置で規制することができ
るので、厚みのバラツキが少ない熱成形性複合材料を連
続して得ることができる。

得られた熱成形性複合材料は、無機繊維が熱可塑性樹脂
結着材により部分的に結合されているため、充分な強度
、耐熱性を有すると共に、従来のものに比べて高い空隙
率が達成され、またより軽量化を図ることができる。

４、　　　の、　なＭ■ 第１図は本発明に用いられる装置の概略図である。

１・・・移送装置、ｌａｓ　ｌｂ・・・移送ベルト、２
・・・加熱装置、３・・・圧縮装置、４・・・拡開装置
、５・・・冷却装置、６ａ、　６ｂ・・・磁石。

以上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱可塑性樹脂が溶融状態では接着し、固体状態では
   剥離する性質を有し、磁石に吸着可能な部材で形成され
   た一対の移送ベルト間に、熱可塑性樹脂を主成分とする
   結着材と無機繊維とを有するマット状物を供給して該熱
   可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱する工程と、 該熱可塑性樹脂の溶融温度以上の温度で、両移送ベルト
   を圧縮装置でその両外面側から圧縮することによりマッ
   ト状物を圧縮する工程と、 該圧縮装置より移送ベルトの移送方向後方位置にて両移
   送ベルトの外側にそれぞれ配設された一対の磁石で移送
   ベルトをそれぞれ吸着することにより一対の移送ベルト
   間の間隔を拡げて圧縮されたマット状物の厚みを増大さ
   せる工程と、 移送ベルトを冷却してマット状物を両移送ベルトの内面
   から剥離させる工程と、 を包含する熱成形性複合材料の製造方法。