JPH0261150A - 熱成形性複合材料及びその製造方法 - 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、軽量であり、かつ吸音性に優れた熱成形性複
合材料とその製造方法に関する。

（従来の技術） 軽量で、また吸音性を有する熟成形性複合材料を製造す
る方法として、たとえば特開昭５７−７７３６１号公報
には、無機繊維に樹脂を混合した後、このものを加熱す
ることにより、樹脂にて無機繊維を相互に結合させ、そ
の後圧縮成形する技術が提案されている。

ところで、このような複合材料を所定形状に賦形するに
は、赤外線ヒーター等の加熱装置で、複合材料の両面を
その樹脂の融点以上の温度に加熱した後、加熱装置から
搬送装置を用いて比較的低温の成形機まで搬送し、この
成形機において所望形状に成形するようにしている。従
来、このように加熱された複合材料を搬送するにあたっ
て、たとえば、搬送コンベア等の搬送装置を用いたので
は溶融樹脂が搬送装置に付着するおそれがあるので、複
合材料の両端部をクリップ等の保持具で吊り下げ支持し
、この状態でその保持具を成形機の位置まで移動させる
ようにしている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、従来の複合材料は、その内部と表面部とでほ
ぼ均一に形成され、無機繊維を結合する樹脂は内部と表
面部とで同種のものが使用されているために、表面部の
樹脂の融点以上の温度で複合材料を加熱すると、必然的
に内部の樹脂が溶融することになり、その結果、複合材
料の保形性が悪くなり、複合材料の搬送中に、複合材料
の幅方向の中央部が自重により下方へ垂れるという欠点
があった。そのため、複合材料の垂れる部分が搬送装置
、あるいは成形機に接触することになって搬送に支障を
生じることがあった。また、搬送時の垂れの問題をなく
すめに、複合材料を樹脂の融点以上に加熱しない場合に
は、成形性に劣るものである。

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、また吸音性が優れている上に、搬
送時には加熱により下方へ垂れることの少ない熱成形性
複合材料及びそ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は、無機繊維が熱可塑性樹脂
にて相互に接合されており、空隙率が５０〜９９％であ
る略板状体であって、内部の熱可塑性樹脂の融点が表面
部の熱可塑性樹脂の融点より高い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。

また、本発明の熱成形性複合材料の製造方法は、無機繊
維と有機繊維とを有するマット状物に、該有機繊維の融
点より低い融点を有する熱可塑性樹脂からなるシート状
物を積層し、この積層体を該有機繊維の融点以上の温度
で加熱してシート状物及び有機繊維を溶融させると共に
、積層体を圧縮して溶融樹脂をマット状物に含浸させ、
その後有機繊維の融点以上の温度で該圧縮力を解除する
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。さらに、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のシート状物より低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、この積層体を第１のシート状物
の融点以上の温度条件下で圧縮して第１及び第２のシー
ト状物をそれぞれ溶融させると共に、その溶融樹脂をマ
ット状物に含浸させ、その後筒１のシート状物の融点以
上の温度で該圧縮力を解除す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。

本発明の熱成形性複合材料は、無機繊維が熱可塑性樹脂
にて相互に接合されて略板状に形成されている。

上記無機繊維としては、たとえばガラス繊維、ロックウ
ール繊維等があげられ、その長さは後述するマット状物
の形成の容易さの点から２０〜２００閤が好ましく、５
０ｍｍ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５〜２０μ繭である。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、無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る。

このようにして無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に結合さ
れた熱成形性複合材料の内部は、三次元的な網状構造に
形成され、連続した空隙が存在する多孔性となっており
、複合材料の空隙率は５０〜９９％である。熟成形性複
合材料を自動車の天井材として使用する場合、その厚み
は３〜１０圓程度が好ましく、かさ密度は０．０５〜０
．３ｇ／ａａＯものが好ましい。上記無機繊維を結合す
る熱可塑性樹脂の融点は、内部と表面部とで異なってお
り、表面部の熱可塑性樹脂の融点は内部の熱可塑性樹脂
の融点より低くなっている。

次に、熱成形性複合材料の熱賦形方法を説明する。

熱成形性複合材料は加熱加圧することにより、所望形状
に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よい。

熟成形性複合材料を加熱するには、赤外線ヒーターやオ
ープン等を用いることができ、表面部の融点以上の温度
に加熱する。そして、加熱した複合材料の両端部をクリ
ップ等の保持具で吊り下げ、この状態で成形機の位置ま
で搬送し、成形機にセットして圧縮成形するのである。

上記したように複合材料の表面には内部の樹脂に比べて
低融点の樹脂が存在しているので、複合材料の加熱温度
は表面部の樹脂が溶融する程度でよく、内部の樹脂が溶
融するまで行う必要はない。従って、複合材料を加熱し
た場合には、内部の樹脂は完全に溶融していない状態で
存在し、この内部によって複合材料を保形することがで
き、上記方法によって複合材料を搬送する際に、中央部
が下方へ垂れることはないのである。

次に、本発明の熱成形性複合材料の製造方法を説明する
。

本発明で使用するマット状物は、任意の製造方法が採用
されてよく、たとえば上記無機繊維と有機繊維をカード
マシンに供給し、解繊及び混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く、ニー
ドルバンチは１ｄ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、１００〜１０００ｇ／ｍ”が
好ましい。マット状物に使用される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、この範囲より無機繊維の添加量が少な（なると
、成形品の耐熱性が劣り、無機繊維の添加量が多くなる
と無機繊維相互の結合力が低下する傾向にある。有機繊
維は上記熱可塑性樹脂からなる繊維が使用され、その長
さ及びその直径は無機繊維と混繊して容易にマット状物
を形成できる程度が好ましく、有機繊維の長さは５〜２
００閣が好ましく、より好ましくは２０〜１００圓であ
り、有機繊維の直径は３〜５０μ輪が好ましく、より好
ましくは２０〜４０μｍである。また、マット状物には
上記熱可塑性樹脂よりなる有機粉末が添加されてもよい
。有機粉末はマット状物を製造する際、あるいは製造し
た後に散布することもできる。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。この有機粉末の添加量は多
くなるとマット状物の重さが重くなるので、無機繊維の
使用量以下とするのが好ましい。有機粉末の粒径は、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。

次に、このようにして得られたマット状物に、有機繊維
の融点より低い融点を有する熱可塑性樹脂からなるシー
ト状物を積層する。シート状物はマット状物の両面又は
片面に積層してもよい。シート状物をマット状物に積層
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シート状物を載置する方法、
熱融着する方法、あるいは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。

上記シート状物は、その融点が上記有機繊維の融点より
低い熱可塑性樹脂からなり、該熱可塑性樹脂としては、
例えばポリエチレン、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が
あげられる。有機織維とシート状物との組み合わせは、
たとえば高密度ポリエチレン繊維と低密度ポリエチレン
からなるシート状物、ポリプロピレン繊維と低密度又は
高密度のポリエチレンからなるシート状物、ポリエチレ
ン又はポリプロピレン繊維とエチレン・酢酸ビニル共重
合体からなるシート状物、ナイロン繊維とポリエチレン
又はポリプロピレンからなるシート状物、ポリエステル
繊維とポリエチレン又はポリプロピレンからなるシート
状物等の組み合わせがあげられる。

該シート状物と有機繊維との比率は、重量比で１：３〜
３：１が好ましい。シート状物が上記範囲より多いと、
有機繊維の使用量が相対的に少なくなるので複合材料の
加熱搬送時の垂れの問題が大きくなり、シート状物が上
記範囲より少ないと、低融点樹脂が少なくなるので、複
合材料の成形性が低下する。シート状物の厚さは１０〜
３００μｍが好ましく、より好ましくは３０〜３００　
μｍである。

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。

次に、上記マット状物とシート状物とが積層されてなる
積層体を有機繊維の溶融温度以上の温度に加熱する。上
記加熱は有機繊維の融点以上の温度で行うものであり、
有機繊維及びシート状物を溶融することにより、これら
の溶融樹脂がマット状物中に含浸して無機繊維はそれら
の樹脂で相互に接合される。従って、加熱条件としては
、有機繊維の溶融温度より１０〜７０″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、オープン中で積層体
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。積
層体は上記のようにして加熱された後、有機繊維及びシ
ート状物が溶融した状態で圧縮される。この圧縮方法は
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゜１〜５０ｋｇ／ｃｄｌが好ましく、より好ましく
は１〜２０ｋｇ　／　ａ＋１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１１５〜
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１〜３０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
。

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次に圧縮が解除されると共に
、有機繊維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。マット状物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、溶融樹脂をマット状物に含浸一体化させた後、有
機繊維の溶融温度以上の温度でほぼ無加圧化状態で所定
時間保持することにより、無機繊維の弾性復元力によっ
てマット状物の厚みを元の状態へ回復させるものであり
、他の方法は溶融樹脂をマット状物に含浸一体化させた
後、このものを有機繊維の溶融温度以上の温度で加熱す
ると共に、マット状物の両側に拡張部材を配設し、溶融
樹脂と該拡張部材とを接着させた状態で、マット状物の
厚み方向外方へ拡張部材を移動させることにより、強制
的にマット状物の厚みを増加させるものである。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、アルミ板等を用いることができる。また、
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２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
まで冷却されて本発明に係る熱成形性複合材料が得られ
る。この冷却は常温の空気中に放置することによって行
ってもよく、また冷風を吹き付けることによって行って
もよい。

このようにして空隙率が５０〜９９％である上記構成の
熱成形性複合材料が得られる。この製造方法によれば、
得られた熱成形性複合材料の表面部には、主に上記シー
ト状物が溶融してなる比較的低融点の熱可塑性樹脂が存
在し、複合材料の内部には主に上記有機繊維が溶融して
なる比較的高融点の熱可塑性樹脂が存在している。

次に、本発明の熱成形性複合材料の他の製造方法を説明
する。

前記のようにして得られた無機繊維を主な材料として形
成された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のシート状物を介して該第１のシート状物よ
り低融点の熱可塑性樹脂からなる第２のシート状物を積
層する。または、マット状物の一方の面に上記のように
第１のシート状物及び第２のシート状物をそれぞれこの
順で重ねると共に、マット状物の他方の面に第２のシー
ト状物のみを重ねるようにしても良い。第１のシート状
物及び第２のシート状物としては、上記した熱可塑性樹
脂を使用することができる。また、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
チレン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３０〜３００　μ
ｍが好ましい。なお、マット状物は無機繊維だけから形
成されていてもよいし、無機繊維を相互により強固に接
合させるために前述の有機繊維が添加されてもよい。

次に、このようにしてマット状物と各シート状物とを積
層した積層体を、第１のシート状物の融点以上の温度条
件下で圧縮して第１及び第２のシート状物をそれぞれ溶
融させると共に、その溶融樹脂をマット状物に含浸させ
る。ここで、圧縮力は、１〜５０ｋｇ／ｃｔ＆が好まし
く、より好ましくは１〜２０ｋｇ／ｃＪである。圧縮時
間は１〜３０秒が好ましい。その後、第１のシート状物
の融点以上の温度で該圧縮力を解除して厚みを増加させ
る。この厚みを増加させる操作は、上記した無加圧条件
下で放置することにより、無機繊維の弾性復元力を利用
して厚みを回復させる方法、あるいは強制的に複合材料
の表面部を外側へ引っ張る方法等の方法で行うことがで
きる。その後、冷却することにより、溶融樹脂を固化さ
せて無機繊維が熱可塑性樹脂で相互に結合され、しかも
内部には上記したように空隙率が５０〜９９％である厚
さ３〜２０ｍ＋ｎ程度の熱成形性複合材料が得られる。

なお、他の成形条件及び操作等は上記した製造方法と同
様に行うことができる。

この製造方法によれば、第１のシート状物がマット状物
側に配設され、第２のシート状物が外側に配設された状
態で加熱圧縮されるため、第１のシート状物の溶融樹脂
は複合材料の内部に比較的多量に含浸し、第２のシート
状物の溶融樹脂は複合材料の表面部に比較的多量に含浸
することになる。

本発明によって得られた熱成形性複合材料は、軽量であ
り、また耐熱性、賦形性に優れているので、たとえば、
自動車、列車、航空機等の移動機の内装用基材、あるい
は建築用内装材、梱包材料等として好適に使用すること
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ｔｃｍ、大きさ１Ｍ当た
りの重量をｗｇとすると、 空隙率 に＝１−Ｗ／　（１０，０００Ｘ　ｔ　ｘ２／（１／ρ
＋＋１／ρＺ）１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
Ｉ１１）、重量８００　ｇ　／ボの板状試験体の空隙率
は、１−８００／　（１０，０００ｘＯ，７ｘ２／（１
１０，９５＋ｔ／２．５））＝０．９１７　（９１，７
％）となる。

１皿炎上 長さ５０ＩＩＩ１１、直径１０μｍのガラス繊維（４０
０ｇ／ｍりと、長さ５０ａｏ、直径２デニール（約１０
μｍ）のポリプロピレン繊維（融点；１６５°Ｃ１１０
０ｇ／ｍ”）とを、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／　ｃ＋Ｉｌの割合で打つ、て目付け５０
０ｇ／ｍ”のマット状物を得た。次に、マット状物の両
側に厚み１００μｍ、融点１３５°Ｃの高密度ポリエチ
レンフィルムを重ね、さらにそのポリエチレンフィルム
の外側にテフロンシートを重ね、この積層体を成形機に
セットして２００°Ｃに加熱された熱盤上で２分間加熱
した後、５ｋｇ／ｃ−の圧力で２０秒間圧縮した。

次に、この温度に保った状態でマット状物への圧縮を解
除し、その後外側のテフロンシートを真空吸着装置によ
りマット状物の厚み方向外方へ移動させてシート間を７
１１Ｉ１１まで拡開し、その後マット状物をテフロンシ
ートに挟んだ状態で１分間空冷し、ポリエチレンフィル
ムが固化したことを確認した後、テフロンシートを剥が
して厚み７ｎｔｍの板状熱成形性複合材料を得た。

得られた熱成形性複合材料の空隙率は９３．２％であっ
た。また、その内部の樹脂は主にポリプロピレンであり
、その表面部の樹脂は主にポリエチレンであった。

次に、この熱成形性複合材料を１２５０　Ｘ　１９００
ｍｍに切断し、長手側の辺を１００　ｍｍ間隔でクリッ
プで固定して吊り下げ支持し、この状態で複合材料の表
面を２８０°Ｃの赤外線ヒーターで３０秒間加熱した。

複合材料の表面は１８０″Ｃ１内部は１６０″Ｃに達し
た。

この時の、複合材料の中央部の垂れは５３印であった。

実新ｌ丸Ｉ 長さ５０ｍｍ＋、直径１０μｍのガラス繊維（４００ｇ
　／ｍ”）をカードマシンに供給し、解繊及び混繊して
綿状物を作成した。次に、この綿状物にニードルパンチ
を３０箇所／　ｃｆｆｌの割合で打って目付け５００ｇ
／ｍ”のマット状物を得た。

次に、このマット状物の両面に、厚み５０μｍ、融点１
６５°Ｃのポリプロピレンフィルムを重ね、その外側に
厚み１００μｍ１融点１３５°Ｃのポリエチレンフィル
ムラ重ね、さらにそのフィルムの外側にテフロンシート
を重ね、この積層体を成形機にセットして圧縮した以外
は、実施例１と同様にして熱成形性複合材料を得た。得
られた複合材料の空隙率は９３．１％であった。複合材
料の垂れ程度を実施例１と同様にして測定したところ５
０＋ｎｏ＋であった。

ル較±上 実施例１において、有機繊維として、融点１３５°Ｃの
ポリエチレン繊維を用いた以外は、実施例１と同様にし
て熱成形性複合材料を得た。この複合材料の垂れ程度を
実施例１と同様にして測定したところ１５８　ｍｍであ
った。

１較±Ｉ 実施例２においてポリプロピレンフィルムの代わりに、
１５０６融厚のポリエチレンフィルム（融点１３５°Ｃ
）を用いた以外は、実施例２と同様にして熱成形性複合
材料を得た。この複合材料の垂れ程度を実施例１と同様
にして測定したところ１５６鵬であった。

（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、表面部の樹脂の融点は内部
の樹脂の融点より低いので、この複合材料を加熱成形す
る際の温度は、表面部の樹脂が溶融する程度で良く、内
部の樹脂を完全に溶融させる必要はな（、従って内部で
複合材料を保形することができて加熱搬送時に垂れるの
を減少でき、複合材料の加熱搬送時に搬送装置や成形機
等に接触することがない。

又、本発明の製造方法により、容易にかつ効率よく製造
することができる。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．　無機繊維が熱可塑性樹脂にて相互に接合されてお
   り、空隙率が５０〜９９％である略板状体であって、内
   部の熱可塑性樹脂の融点が表面部の熱可塑性樹脂の融点
   より高いことを特徴とする熱成形性複合材料。
2. ２．　無機繊維と有機繊維とを有するマット状物に、該
   有機繊維の融点より低い融点を有する熱可塑性樹脂から
   なるシート状物を積層し、この積層体を該有機繊維の融
   点以上の温度で加熱してシート状物及び有機繊維を溶融
   させると共に、積層体を圧縮して溶融樹脂をマット状物
   に含浸させ、その後有機繊維の融点以上の温度で該圧縮
   力を解除することを特徴とする熱成形性複合材料の製造
   方法。
3. ３．　無機繊維を主な材料として形成されるマット状物
   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のシート状物より低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、この積層体を第１のシート状
   物の融点以上の温度条件下で圧縮して第１及び第２のシ
   ート状物をそれぞれ溶融させると共に、その溶融樹脂を
   マット状物に含浸させ、その後第１のシート状物の融点
   以上の温度で該圧縮力を解除することを特徴とする熱成
   形性複合材料の製造方法。