JPH0253948A - 熱成形性複合材料 - 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、かつ吸音性に優れた熱成形性複
合材料、特に自動車用天井材の基材として好適に使用さ
れる熱成形性複合材料に関する。

（従来の技術） 自動車の内装材の一つである天井材の基材としては、ダ
ンボール、ガラス繊維強化熱硬化性樹脂シート等が使用
されているが、ダンボールは熱賦形性が悪く、吸音性が
なく、また吸湿性を有しているので長期間使用している
と水分を吸って重くなったり、垂れを生じるという欠点
を有し、上記熱硬化性樹脂シートは熱賦１形性が悪く、
かつ重いという欠点を有している。

また、特公昭６１−１７２６１号公報には、基材と表皮
材との間に繊維網状のホットメルトシート接着剤を介し
て吸音性表皮材を接着し、接着後に接着剤層の空隙率が
２０〜８０％になるようにした自動車用天井材が提案さ
れている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記公報に記載された天井材は、空隙率が２０
〜８０％である接着剤層を介して吸音性表皮材を接着し
ているために、高周波領域の音は比較的良好に吸収する
ことはできるが、低周波領域での吸音率は低下し、自動
車から発生される低周波領域の音を有効に減衰すること
ができない欠点があった。

従って、従来の天井材では、表皮材として吸音性に優れ
たウレタンフオーム等を用いることが必要となり、他の
表皮材を使用すると吸音性が著しく低下するものであっ
た。

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、軽量であり、また熱賦形性に優れているの
は勿論のこと、特に低周波領域での吸音性が優れている
と共に、表皮材の材料選択性にも優れている熱成形性複
合材料を旋供することにある。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の熱成形性複合材料は、無機繊維が熱可塑性樹脂
で相互に接合されてなり、空隙率が５０〜９９％である
マット状物の片面に、実質的に貫通孔を有さない熱接着
性樹脂層が略全面に接着されてい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
としてマットに形成され、熱可塑性樹脂によって相互に
接合されたものである。

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、その長さはマットの形成の容易さ
の点から５〜２００　ｍｍ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５〜３０μｍが好ましく、より好ま
しくは７〜２０μｍ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、得られるマット状物が重くなって嵩
密度が大きくなる。

上記熱可塑性樹脂は、多数の無機繊維を相互に結合する
ものであればよく、たとえば、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等があげられ、これら熱可塑性
樹脂よりなる有機繊維、有機粉末及びフィルムとして使
用される。有機繊維の添加はマットを製造する際に添加
するのが好ましいが、有機粉末はマットを製造した後に
散布してもよい。また、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形
態で使用してもよい。有機繊維の長さ及びその直径は無
機繊維と混繊して容易にマットを形成できる程度が好ま
しい。すなわち、有機繊維の長さは５〜２００　ｍｍが
好ましく、より好ましくは２０〜１００　ｍｍ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２０〜４０μｍである。また、有機粉末の直径は、
粉末状態で添加される際には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
にして添加される際には、それより小さくてもよい。

上記熱可塑性樹脂フィルムの厚さは１０〜３００μｍが
好ましく、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結合されるので
、使用する熱可塑性樹脂フィルムの厚さを薄くすること
ができる。

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融温度が近いもの
を使用するのが好ましい。

熱可塑性樹脂よりなる繊維と粉末及びフィルムは少なく
とも一種が添加され、二種以上が併用されてもよく、そ
の添加量は少なくなると、無機繊維同志の接着が少なく
なり、逆に多くなると無機繊維の量が少なくなって複合
材料にした際に、機械的強度が低下するので、無ａ繊維
との重量比で１＝５〜５：１が好ましい。

上記マットの製造方法は、任意の方法が採用されてよく
、たとえば、無機繊維及び必要に応じて有機繊維をカー
ドマシンに供給し、解繊、混繊しマットを製造する方法
があげられる。また、マット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く、ニードルパンチ
はｌ　ｃｉ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。マットの密
度は大きくなると重（なり、小さ（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０．０３−０．０７ｇ／ｃｍ３である
。

熱可塑性樹脂フィルムを積層する方法は、任意の方法が
採用されてよく、たとえば、マットの両面又は片面に熱
可塑性樹脂フィルムを載置する方法、熱融着する方法、
あるいは熱可塑性樹脂フィルムを金型より押し出す際に
、マット表面にラミネートする方法等があげられる。熱
可塑性樹脂で無機繊維を相互に接合するには、上記マッ
トを加熱し、熱可塑性樹脂を溶融すればよい。

上記加熱条件としては、熱可塑性樹脂の溶融温度より１
０〜７０″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、オーブン中で積層体の全体を加熱する方法、ある
いは遠赤外線ヒーター、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、熱可塑性樹脂フィルムを使用する場合や、より接
合を密にする場合には、圧縮されるのが好ましく、圧縮
すると溶融した熱可塑性樹脂フィルムはマット中に含浸
され無機繊維が相互に接合される。

上記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、ロール圧縮等があげられる。

プレスで圧縮する際の圧力は０．１〜１０ｋｇ／ｃ１１
１が好ましく、より好ましくは３〜４ｋｇ／ａｌｌであ
り、ロールで圧縮する際のロール間距離はマットの厚み
の１１５〜ｌ／２０が好ましく、より好ましくは１／８
〜１／１５である。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の厚みが回復しなくなり、
空隙率が小さくなるので、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。

このようにして圧縮されたマットは、空隙率を上げるた
めに、次に圧縮が解除されると共に、熱可塑性樹脂の溶
融温度以上の温度に加熱されてその厚みが回復されるの
が好ましい。マットの厚みを回復するには、たとえば、
次の二つの方法によって行うことができる。その一つは
、マットを熱可塑性樹脂の溶融温度以上の温度条件下で
ほぼ無加圧状態で所定時間保持することにより、無機繊
維の弾性復元力によってマットの厚みを元の状態へ回復
させるものであり、他の方法はマットを熱可塑性樹脂の
溶融温度以上の温度条件下で加熱すると共に、マットの
両側に厚み拡張部材を配設し、溶融樹脂とこの拡張部材
とを接着させた状態でマットの厚み方向外方へ拡張部材
を移動させることにより、強制的にマットの厚みを増加
させるものである。上記厚み拡張部材としては、溶融し
た樹脂に接着するが、冷却した樹脂とは接着しないもの
が好ましく、たとえば、テフロンシート、テフロン被覆
鉄板、マイラーシート、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
拡張部材に吸着させて真空吸着装置を外側へ移動させる
ことにより行うことができる。

上記加熱に要する時間は、マット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１０秒〜５分行
うのが好ましく、より好ましくは２０秒〜２分である。

厚みが回復されたマットは、次に冷却されてマット状物
が得られる。マットの冷却は、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。

得られたマット状物の内部は、三次元的な網状構造を有
し、連続した空隙が存在する多孔性となっており、空隙
率は５０〜９９％である。また、マット状物の表面には
、内部に比べて比較的樹脂量が多く無機繊維と樹脂とが
一体化された表面層が形成されているのが好ましい。

このマット状物の片面には実質的に貫通孔を有さない熱
接着性樹脂層が略全面に亘って接着されている。上記熱
接着性樹脂層としては、従来ホットメルト型接着剤とし
て使用されている任意のものが使用でき、たとえば、ポ
リオレフィン系、ポリアミド系、ポリエステル系、ポリ
ウレタン系の接着剤があげられる。該樹脂層は厚さが１
０〜１００μｍのものが好ましい。樹脂層の厚さが１０
μｍ未満の場合には接着力が低く、樹脂層の厚さが１０
０μｍを超える場合には、後述するように熱成形した際
に樹脂層に開口が形成され難くなる。

マット状物の表面に樹脂層を設けるには、たとえば、次
のようにして行うことができる。

■マット状物表面を熱接着性樹脂の融点以上に加熱し、
このマット状物表面に熱接着性樹脂を積層してロール等
で圧着する。

■マット状物に熱接着性樹脂フィルムを積層し、赤外線
ヒーターや熱風吹付けにより加熱し、次にロール等で圧
着する。

二のようにマット状物の表面に熱接着性樹脂層を接着し
て熱成形性複合材料が構成され、複合材料は加熱加圧す
ることにより、容易に賦形することができる。また、こ
の熱成形性複合材料の表面に発泡シートや化粧用表皮材
等を積層接着した状態で賦形しても良い。

熱成形性複合材料を賦形するには、たとえば、以下の方
法によって行うことができる。

複合材料を赤外線ヒーターやオーブン等で表面温度が熱
接着性樹脂の融点以上の温度になるように加熱する。次
に、熱接着性樹脂層上に表皮材を積層する。その後、こ
の積層体をプレスにて所定形状に成形する。その際のプ
レス圧は０．１〜２ｋｇ／　ｃ＋ｆｉ　、プレス温度は
常温〜８０°Ｃが好ましい。このように、複合材料を加
熱すると、樹脂層が溶融し、その溶融した樹脂が表面張
力によって無機繊維の周囲へ凝集するようになり、その
結果マット状物の表面には多数の開口が形成されるので
ある。

具体例を揚げて説明すると、上記マット状物の表面に、
着色された融点が１２０°Ｃのナイロンフィルムを熱接
着して熱成形性複合材料を作成し、この複合材料を１６
０°Ｃ１１８０°Ｃ１２００°Ｃ１２２０″Ｃにそれぞ
れ加熱し、熱接着性樹脂フィルムがその熱で溶融した後
の表面状態を５０倍の顕微鏡で観察した。その結果、加
熱前では無機繊維の表面に存在していた熱接着性樹脂は
溶融してマット状物の無機繊維に沿って凝集し、多数の
開口が形成されていることが観察された。また、顕微鏡
写真観察により、統計的にその開口率は加熱温度１６０
″Ｃで１％、１８０°ｃ　テ２．５％、２００°Ｃテア
、５％、２２０°ｃで１５％であることが確認された。

そして、その開口を通してマット状物内部の空隙と外部
とが連通ずるようになり、従って、熱成形性複合材料の
表面に当たる音波は、表面層の開口を通して内部の空隙
に到達し、表面層及び内部空隙で効果的に減衰されるこ
ととなる。

なお、上記熱成形性複合材料の樹脂層には、強制的に、
たとえば、針等で小孔を多数形成しておいても良い。こ
のようにすれば、熱成形性複合材料の加熱時に、小孔を
中心として上記現象により開口が形成され易くなり、開
口率を上げることができる。この場合、樹脂層に形成さ
れる小孔の直径は、０．１〜３＋ｎｍ、その開口率は０
．５〜１５％が好ましい。また、複合材料の加熱によっ
て樹脂層の開口率はやや増加するので、最終的に得られ
る製品における樹脂層の開口率が１〜２０％となるよう
に調整することが好ましい。この樹脂層の開口率が１％
未満の場合には製品の吸音率を高める効果が小さいもの
であり、特に高周波領域における吸音率が低下する。ま
た、樹脂層の開口率が２０％を超える場合には、高周波
領域での吸音率を高めることはできるが、特にＩＫＩＩ
Ｚ付近の低周波領域での吸音率が低下する。これは、マ
ット状物表面の孔（大きさ、開口率）が樹脂層によって
適切な範囲で制御されるためであると思われる。

このような熱成形性複合材料は、自動車、列車、航空機
等の移動機の内装用基材、建築用内装材等として使用す
ることができる。

（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。

なお、本実施例において空隙率は次のようにして求めた
。まず、使用した樹脂及び無機繊維の平均比重ρを求め
る。

樹脂１ｇの比重をρ１とし、無機繊維１ｇの比重をρ２
とすると、 ρ−（１＋１）／（１／ρ１＋１／ρ２）−２／（１／
ρ１＋１／ρ２） となる。

次に、測定する試験体の厚さをｔｃ＋＋＋、大きさ１Ｍ
当たりの重量をｗｇとすると、 空隙率 Ｋ　＝１　　ｗ／　（１０，０００ｘ　ｔ　ｘ２／　（
１／　ρ＋　＋　１／　０ｇ）　）となる。

従って、たとえばポリエチレン（比重０．９５）とガラ
ス繊維（比重２．５）とからなる厚さ７ｍｍ（０，７ｃ
ｍ）、重量８００　ｇ　／ボの板状試験体の空隙率は、
１−８００／　　（１０，０００Ｘ０．７Ｘ２／（１１
０，９５＋　１／２．５））＝０．９１７　　（９１，
７％）となる。

また、開口率は次のようにして測定した。電子顕微鏡で
低倍率（４０倍）の表面写真をとり、開口を、円、三角
形、四角形等に近似して面積を求め、その開口の総面積
を撮影面積で除して開口率を求め、写真１０枚（１０ケ
所）の平均で示した。

尖旌開よ 長さ５０ｍｍ、直径１０μｍのガラス繊維からなるチョ
ツプドストランドと、６デニール、５０ｍｍカット品の
ポリエチレン繊維とを、重量比で２：１の割合で配合し
て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打って目付は
量５００ｇ／ｍ２のマットを得た。ニードルパンチ密度
は２０箇所／　ＣＴｌ１とした。

次に、このマットの両側に厚み１００μｍの高密度ポリ
エチレンフィルムを積層し、さらにこのポリエチレンフ
ィルムの外側に、厚み１００μｍのガラス繊維強化ポリ
テトラフルオロエチレンシートを積層し、この積層体を
乾燥機に供給して２００°Ｃで３分間加熱し、このもの
をクリアランスが１．３ｍｍで、２００°Ｃに加熱され
たロールに１０ｃｍ７秒の速度で通すことにより圧縮し
た。次に、２００″Ｃに保った状態でガラス繊維強化ポ
リテトラフルオロエチレンシートを両側から０．５　ｍ
ｍ７秒の速度で真空吸引してシート間が９鵬まで拡開し
、その後３分間空冷し、次いでシートを剥離して厚さ９
ｍｍのマット状物を得た。

次に、得られたマット状物の片面に厚み７０μｍで融点
が１２０°Ｃのナイロンフィルムを熱接着することによ
り樹脂層を設けて熱成形性複合材料を得た。次いで、こ
の複合材料を２００°Ｃのオーブンで２分間加熱して、
その表面に厚み１ｍｍのポリエステル繊維製ニットを重
ね、このものを深さ１０　ｍｍ、金型間距離５ｍｍ、凹
部の曲率半径５ｍｍの金型（金型温度は２５°Ｃ）に供
給し、０．３　ｋｇ／　ｃ＋ｆｌの圧力で２分間プレス
成形して成形品を得た。なお、プレス温度は５０°Ｃ、
クリアランスは６ｍｍとした。

得られた成形品の空隙率は９３．８％であった。また得
られた成形品の吸音率を垂直入射法（ＪＩＳ　Ａ１４０
５、背面距離１０ｍｍ）で測定した。その結果を第１表
に示した。

尖旌炎１ 実施例１において、得られた複合材料の表面の樹脂層に
多数の針が設けられた孔形成部材を押圧することにより
、樹脂層に直径０．５ｍｍの孔部を多数形成してその開
口率を５％とし、次に１６０°Ｃに加熱した後ポリエス
テル繊維製ニットを重ねた他は、実施例１と同様にして
成形品を得た。

得られた成形品の空隙率は９３．８％であった。また得
られた成形品の吸音率を実施例１と同様にして測定した
。その結果を第１表に示した。

止較炭 実施例１で得られたマット状物の表面を２００°Ｃに加
熱した後、ホットメルトフィルムとポリエステル繊維製
ニットを順次重ねた後、実施例１で行ったと同様にして
プレスして成形品を得た。

得られた成形品の空隙率は９０％であった。また得られ
た成形品の吸音率を実施例１と同様にして測定した。そ
の結果を第１表に示した。

（以下余白） 第１表 第１表の結果から、本実施例のように予めマット状物の
片面に熱接着性樹脂層を設けておくことにより、低周波
領域から高周波領域の音に対しても、高い吸音率を有し
ていることが確認された。

これは、複合材料の加熱時に、樹脂層に開口が形成され
、その開口を通して複合材料内部の空隙と外部とが連通
ずることで、材料内部の空隙が吸音のために適度に利用
されるためと思われる。なお、比較例の成形品の樹脂層
を観察すると、樹脂層には孔部が形成されていないもの
であった。

（発明の効果） このように、本発明の熱成形性複合材料は、多数の無機
繊維が熱可塑性樹脂で結合されており、空隙率が５０〜
９９％であるので、軽量であって、機械的強度が高く、
また熱賦形性に優れている。しかも、加熱時には、樹脂
層に多数の開口が形成されるので、内部の空隙を吸音の
ために適度に利用することができ、特にＩＫＩＩＺ付近
の低周波領域での吸音率を高めることができるようにな
り、たとえば、自動車用天井材の基材や建築用内装材等
として好適に使用することができる。

以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に接合されてなり
   、空隙率が５０〜９９％であるマット状物の片面に、実
   質的に貫通孔を有さない熱接着性樹脂層が略全面に接着
   されていることを特徴とする熱成形性複合材料。