JPH0733072B2

JPH0733072B2 - 複合材料の製造方法

Info

Publication number: JPH0733072B2
Application number: JP63229637A
Authority: JP
Inventors: 雅則中村; 克彦山路
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1988-09-13
Filing date: 1988-09-13
Publication date: 1995-04-12
Anticipated expiration: 2010-04-12
Also published as: JPH0276725A

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複
合材料の製造方法に関する。

（従来の技術）自動車用天井材に要求される性能の一つに、吸音特性が
上げられる。その特性としては1000Hzから2000Hzの周波
数の音域でフラットな吸音特性を持つことが望まれる。

従来、たとえば特開昭61−132665号公報には、不織布製
マットに、成形可能な熱可塑性樹脂の水性エマルジョン
を塗布、含浸させたのち、水分を除去し、圧縮して得ら
れる成形材料が開示されている。また、特開昭62−4333
6号公報には、不織布の一面に熱可塑性樹脂膜を形成
し、この熱可塑性樹脂膜の表面にガラス繊維又はシート
を積層してなる自動車内装材が開示されている。

（発明が解決しようとする課題）ところが、前者のような成形材料では、俗に耳ざわりと
される1000Hz付近の音の吸音特性が充分でない欠点があ
る。これは、この成形材料は、その表裏面に連通する連
続気孔が形成されているために、高周波領域での吸音特
性は比較的良好であるが、低周波領域の音を効果的に吸
収することができないからと思われる。

後者のような自動車内装材においては、その表面の通気
性が劣るため、低周波領域の吸音特性は良好であるが、
高周波領域の吸音特性が極端に悪くなるという欠点があ
る。

本発明は上記欠点を解決するものであり、その目的は、
特に1000Hzから2000Hzの周波数の音域において、良好な
吸音特性を有する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）本発明の複合材料の製造方法は、主として無機繊維から
なるマット状物の少なくとも片表面に熱可塑性樹脂から
なるシート状物を積層し、この積層体を該熱可塑性樹脂
の融点以上の温度で加熱してシート状物を溶融させると
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、次に熱可塑性樹脂の融点以上の温度条件下で圧縮力
を解除して厚みを回復させた後冷却して複合体を作成
し、次に複合体を前記熱可塑性樹脂の融点以上の温度に
加熱した後、熱可塑性樹脂の融点より30〜80℃低い温度
に設定された金型に供給して複合体を嵩密度0.05〜0.2g
/cm³までプレス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
として形成されている。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、解織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.
03〜0.07g/cm³である。

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、その長さはマット状物の形成の
容易さの点から３〜200mm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。

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
と混織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、有機繊維の添加量
は、得られるマット状物の５〜30重量％が好ましい。

本発明においては、上記マット状物に熱可塑性樹脂から
なるシート状物を積層する。シート状物はマット状物の
すくなくとも片面に積層されればよく、両面に積層して
もよい。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片面又は両面にシ
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
あげられる。該シート状物の厚さは10〜300μｍが好ま
しく、より好ましくは30〜250μｍ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、その有機繊維や有機粉末に
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
維や有機粉末を併用する場合には、それらの溶融温度と
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。

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、シート状物の融点以上の温度に加熱する。上
記加熱はシート状物を溶融することにより、この溶融樹
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、シート状物の
融点より10℃〜70℃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、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。

シート状物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/cm
²が好ましく、より好ましくは0.2〜5kg/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１〜30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熱可塑性樹脂の融点以上の温
度条件下で、上記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回復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の融
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0.05〜0.2g/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、テフロン被覆鉄
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２秒〜５分行う
のが好ましく、より好ましくは５秒〜３分である。

これらの回復量が少ないと、後に続くプレス工程におい
て適当孔径の微細孔を表面に形成することが困難とな
る。また、厚みの回復量が多すぎると、孔径が大きくな
りすぎ、得られる複合材料の吸音特性が悪くなる。

厚みが回復された樹脂含浸マット状物は、次に常温にま
で冷却されるのがよく、このようにして複合体が得られ
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。

次に、上記複合体は、再び熱可塑性樹脂の融点以上に加
熱されて、該熱可塑性樹脂の融点より30℃〜80℃低い温
度に設定された金型に供給される。そして、複合体は、
その厚みの100〜40％厚みまでプレスされるのがよく、
このようにプレス成形して複合材料が得られる。

複合体を加熱するには、赤外線ヒーターやオーブン等を
用いることができる。また、上記金型温度が上記範囲よ
り低い場合には、複合材料の表面層に細孔が形成され難
く、金型温度が上記範囲より高い場合には、複合材料が
充分に冷却されていないので、複合材料を金型から取り
出し難い。

すなわち、複合材料が1000Hz〜2000Hzの周波数の音域に
て、高い吸音率、たとえば50％以上の吸音率を保持する
ためには、複合材料が適度の通気性を有していることが
必要とされ、複合材料の表面に微細孔が形成されること
が必須条件となってくる。しかし、上記したように金型
で複合体をプレス成形する工程において、複合体の表面
部分は金型によって圧縮され、かつ急激に冷却されるた
め複合体の表面には膜が形成されてしまう。

ところが、上記のように金型温度を熱可塑性樹脂の融点
から30℃〜80℃低い温度に設定することによって、複合
体をプレス成形する際には、その複合体の表面部が急に
冷却されて樹脂膜がすぐ形成されるのを防ぐことがで
き、複合体の表面部の樹脂膜が軟化している状態を保つ
ことができ、これにより、プレス成形時において、複合
体の表面の多数の箇所にて存在する軟化状態の樹脂膜
は、圧縮時のガラス繊維の動きに引っ張られて、破れ易
くなり、その結果表面層に多数の微細孔が形成されるの
である。

具体的な金型温度としては、複合体をプレス成形した
後、金型から取り出す際の強度を考えると、熱可塑性樹
脂の融点より30℃以上低い温度が適当とされ、たとえ
ば、熱可塑性樹脂として高密度ポリエチレン（融点約13
5℃）を用いる場合には、金型温度は60℃〜100℃の間に
設定されるのが好ましく、ポリプロピレン（融点約165
℃）を用いる場合には、85℃〜130℃の温度範囲に設定
されるのが好ましい。

上記の各工程を経て得られた複合材料は、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不織布繊維マ
ット状の成形体であり、その嵩密度は0.05〜0.2g/cm³で
ある。複合材料の両表面には、上記したように内部の空
隙に連通する多数の細孔が形成されている。従って、こ
の複合材料の表面に音波が入射した場合には、細孔を通
して内部の空隙に入ることが可能となり、音波が複合材
料表面を反射することが少なくなる。そして、空隙に入
った音波のエネルギーで無数の無機繊維が振動され、熱
エネルギーに変換されることで吸音性は著しく向上され
る。このような複合材料は、自動車用天井材の芯材をは
じめ、軽量で、耐熱性、機械的強度、熱賦形性等に優れ
た吸音材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。

実施例１長さ50mm〜200mm、直径10μｍのガラス繊維と、長さ1m
m、直径30μｍのポリエチレン繊維とを、重量比で2:1の
割合でカードマシンに供給し、解織及び混織して綿状物
を得た。次に、この綿状物にニードルパンチを30箇所/c
m²の割合で施して、厚さ約10mm、重さ600g/m²のマット
状物を得た。次に、マット状物の両面に厚さ約100μｍ
のポリエチレンフィルム（融点135℃）を積層して厚さ
約10mm、重さ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、200℃で３分間
加熱した後、ロール間1mmの一対のロール間を通して圧
縮し、次いで再度加熱炉に供給し、200℃で３分間保持
して厚さ7mmまで厚みを回復させた後、冷却して複合体
を得た（嵩密度0.11g/cm³）。

得られた複合体の両面を280℃の赤外線ヒーターで３分
間加熱し、金型間隔5mm、温度約80℃の金型に供給し、
0.05〜1.0kg/cm²の圧力で30秒プレスして厚さ5mmの複合
材料を得た。この複合材料の嵩密度は0.15g/cm³であっ
た。

このようにして得られた複合材料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。

実施例２実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を55℃
とした以外は、すべて実施例１と同様にして複合材料を
得た。

得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定
した。その結果を表１に示した。

実施例３実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を100
℃とした以外は、すべて実施例１と同様にして複合材料
を得た。

実施例４実施例１において、マット状物の片面にのみ厚さ100μ
ｍのポリエチレンフィルムを２枚積層した以外は、実施
例１と同様にして複合材料を得た。

比較例１実施例１において、複合体のプレス時の金型温度を25℃
とした以外は、実施例１と同様にして複合材料を得た。
得られた複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定
した。その結果を表１に示した。

比較例２実施例１において、複合体のプレス時の金型間隔を2mm
とした以外は、実施例１と同条件にて複合材料を得た。
得られた複合材料の嵩密度は0.37g/cm³であった。ま
た、複合材料の吸音率を実施例１と同様にして測定し
た。その結果を表１に示した。

表１の結果から、比較例１のようにプレス成形する際の
金型温度が低過ぎる場合、及び比較例２のように、複合
材料の嵩密度が高過ぎる場合には、高周波領域における
吸音率が悪いが、実施例１〜４のようにプレス温度を上
記範囲内に設定し、複合体を嵩密度0.05〜0.2g/cm³まで
プレスすることにより、吸音率が改善されることが確認
された。

（発明の効果）このように、本発明によれば、軽量であり、機械的強度
が強く、また熱賦形性に優れ、しかも特に1000Hzから20
00Hzの周波数の音域において、良好な吸音特性を有する
複合材料を得ることができ、この複合材料はたとえば自
動車用天井材の芯材等として好適に使用することができ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｄ０４Ｈ 1/60 7199−3Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】主として無機繊維からなるマット状物の少
なくとも片表面に熱可塑性樹脂からなるシート状物を積
層し、この積層体を該熱可塑性樹脂の融点以上の温度で
加熱してシート状物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、次に熱可塑性樹
脂の融点以上の温度条件下で圧縮力を解除して厚みを回
復させた後冷却して複合体を作成し、次に複合体を前記
熱可塑性樹脂の融点以上の温度に加熱した後、熱可塑性
樹脂の融点より30〜80℃低い温度に設定された金型に供
給して複合体を嵩密度0.05〜0.2g/cm³までプレスするこ
とを特徴とする複合材料の製造方法。