JPH08224822A - 繊維強化樹脂複合成形体およびその製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 熱可塑性樹脂繊維と強化繊維との混合物と基
板材とで構成され、基板材上には、前記熱可塑性樹脂が
溶融固化した混合物固化層（Ａ）を介して、前記熱可塑
性樹脂繊維が溶融固化していない綿状混合物非固化層
（Ｂ）が形成された繊維強化樹脂複合成形体、およびそ
の製法を開示する。 【効果】 基板材と、支持強化層となる混合物固化層
（Ａ）と、吸音、断熱、振動防止等の機能層となる綿状
混合物非固化層（Ｂ）が接合一体化され、構造強度と吸
音等の諸機能を兼ね備えた複合成形体を提供すると共
に、その簡単で効率のよい製法を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、繊維状熱可塑性樹脂と
強化繊維の混合物と、例えばアルミ箔の如き金属等の基
板材とを複合してなり、吸音性能、断熱性能、振動減衰
性能等を有する繊維強化樹脂複合成形体、およびその製
法に関するものであり、この複合成形体は、たとえば自
動車等に用いられるアンダーシールド材やノイズシール
ド材の如く、エンジン音の遮音や吸音性能が求められる
部材等として有効に活用できる。

【０００２】

【従来の技術】例えば自動車等の車体下部に取り付けら
れる吸音用のアンダーシールド材としては、従来より、
ガラス繊維マットをアルミ箔等で包み込んだものや多孔
質体からなる吸音性部材を、鋼板等の金属基材の片面に
接着剤等で接合したものが用いられている。

【０００３】他方繊維強化熱可塑性樹脂系の複合材料
は、安価でしかも優れた機械的特性を有しており、また
リサイクル性にも優れているといった特徴を有している
ところから、様々の分野で広く活用されている。この種
の複合材料の代表的な材料構成は、強化繊維としてガラ
ス繊維や炭素繊維を使用し、熱可塑性樹脂としてポリプ
ロピレン等のポリオレフィン系樹脂を複合したものであ
り、最近では、この種の繊維強化熱可塑性樹脂系複合材
料を、上記の様なアンダーシールド材やノイズシールド
材等として有効利用しようとする動きも見られる。

【０００４】ところが、通常の繊維強化熱可塑性樹脂系
複合材料は、安価で錆を生じることがなくしかもリサイ
クル性にも優れているといった利点を有している反面、
肝心の吸音性能は備えていない。従って、この複合材料
をアンダーシールド材等の素材として利用する際には、
あくまでも基板材としての機能を期待し得るに止まり、
その表面に上記と同様のアルミ箔等で包み込んだガラス
繊維マット等の吸音部材を貼り付けなければならない。

【０００５】何れにしても従来の吸音材は、構造強度を
確保するための基材と、吸音性能等を与えるためのガラ
ス繊維マットや多孔質体等を別々に準備し、それらを貼
り合わせることによって製造しており、作業が煩雑で手
数を要し、その結果として製品コストが高くなるという
問題が指摘されている。他方、ガラス繊維マットの上下
面に合成樹脂フィルムやアルミ箔等を貼り合わせた構造
の断熱材は公知であり、この様な貼り合わせ材は吸音材
等としても利用できると考えられるが、現実には成形体
全体としての構造強度が不足するため、支持層として金
属板等を組み合わせなければ、上記の様な自動車用アン
ダーシールド材等として実用化することはできない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の様な事
情に着目してなされたものであって、その目的は、優れ
た吸音特性や断熱特性、振動抑制作用等を有すると共に
優れた構造強度を有し、しかも比較的簡単な方法で製造
することのできる繊維強化樹脂複合成形体を提供しよう
とするものであり、本発明の他の目的は、その様な繊維
強化樹脂複合成形体を生産性よく製造することのできる
方法を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る繊維強化樹脂複合成形体の構成
は、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維との混合物と基板材と
で構成され、基板材上に、前記熱可塑性樹脂が溶融固化
した混合物固化層（Ａ）を介して、前記熱可塑性樹脂繊
維が溶融固化していない綿状混合物非固化層（Ｂ）が形
成されたものであるところに要旨を有するものである。

【０００８】また本発明に係る製法の構成は、熱可塑性
樹脂繊維と強化繊維を含む綿状混合物を、加熱部材と奪
熱部材の間で加熱部材側のみから加熱することとし、こ
の際、加熱部材と前記綿状混合物の間には基板材を配置
すると共に、該加熱部材は上記熱可塑性樹脂繊維の溶融
温度以上に加熱され、奪熱部材は上記熱可塑性樹脂繊維
の溶融温度以下に保ち、前記綿状混合物を前記加熱部材
側からの加熱と、奪熱部材側への奪熱によって前記混合
物中の熱可塑性樹脂繊維を前記基板材側で加熱溶融させ
つつ、奪熱部材側では加熱溶融させないことにより、基
板材と、溶融固化した熱可塑性樹脂を有する混合物固化
層（Ａ）と、熱可塑性樹脂繊維の溶融固化していない綿
状混合物非固化層（Ｂ）とからなる複合成形体とすると
ころに要旨を有している。

【０００９】

【作用】上記の様に本発明の繊維強化樹脂複合成形体
は、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維との混合物と、アルミ
箔等からなる基板材とで構成され、たとえば図１に示す
如く基板材１の片面に、溶融固化した熱可塑性樹脂を有
し全体としての構造強度を高める混合物固化層（Ａ）を
介して、熱可塑性樹脂繊維が溶融固化しておらず繊維間
空隙を内包して吸音、断熱、振動吸収等の機能を発揮す
る綿状混合物非固化層（Ｂ）が形成されたものであり、
この様な繊維強化樹脂複合成形体は、以下に詳述する様
な方法により一体物として簡単に製造することができ
る。

【００１０】以下、本発明に係る製法を詳述しつつ、得
られる繊維強化樹脂複合成形体の特徴を説明していく。
図２は、本発明方法を例示する概略工程説明図であり、
原料素材としては、アルミ箔の如き金属材等からなる基
板材１と、熱可塑性樹脂繊維と強化繊維を含む綿状混合
物Ｃが使用される。そして複合成形体を製造するに当た
っては、該綿状混合物Ｃを加熱部材２と奪熱部材３の間
で加熱部材２側のみから加熱することとし、この際、加
熱部材２と該綿状混合物Ｃの間にはアルミ箔等の基板材
１を配置すると共に、該加熱部材２は、綿状混合物中の
熱可塑性樹脂繊維の溶融温度以上に加熱する一方、奪熱
部材３は該熱可塑性樹脂繊維の溶融温度未満に保ち、該
綿状混合物Ｃを加熱部材２側からの加熱と、奪熱部材３
側への奪熱によって、該綿状混合物Ｃ中の熱可塑性樹脂
繊維を前記基板材１側で加熱溶融させつつ、奪熱部材３
側では加熱溶融させない様にして適度の圧力で加圧成形
する。

【００１１】そうすると、図２（Ｂ）に示す如く、綿状
混合物Ｃの基板材１に接した加熱部材２側では、該綿状
混合物Ｃ内の熱可塑性樹脂繊維が溶融して基板材１との
界面に流延すると共に強化繊維の繊維間空隙を満たし、
これを冷却すると熱可塑性樹脂が繊維間空隙を満たして
溶融固化した混合物固化層（Ａ）が基板材１と強固に接
合した状態で形成される。一方奪熱部材３側は、熱可塑
性樹脂繊維の溶融温度未満の低温であるので、該綿状混
合物Ｃ内の熱可塑性樹脂繊維は溶融せず繊維間空隙を残
したままの綿状混合物非固化層（Ｂ）として残される。

【００１２】従って、所望する混合物固化層（Ａ）や綿
状混合物非固化層（Ｂ）の厚みに応じて、加熱部材２の
加熱温度や加熱時間、奪熱部材３の温度等を適宜コント
ロールすれば、必要に応じた構造強度を有する厚みの混
合物固化層（Ａ）が、基板材１上に強固に接合した状態
で形成されると共に、繊維間空隙を有し吸音、断熱、振
動減衰等の諸機能を備えた綿状混合物非固化層（Ｂ）が
一体的に接合された繊維強化樹脂複合成形体が得られ
る。

【００１３】この際、混合物固化層（Ａ）と綿状混合物
非固化層（Ｂ）の境界部では、綿状混合物非固化層
（Ｂ）内の強化繊維が混合物固化層（Ａ）内の強化繊維
と連なって埋め込まれた状態となっているのみならず、
熱可塑性樹脂繊維も混合物固化層（Ａ）に埋め込まれた
状態となっているので、結局、混合物固化層（Ａ）と綿
状混合物非固化層（Ｂ）は該強化繊維熱可塑性樹脂繊維
を介して強固に結合されることになり、基板材１と混合
物固化層（Ａ）および綿状混合物非固化層（Ｂ）が一体
化された繊維強化樹脂複合成形体が得られることにな
る。

【００１４】この時の加熱および加圧条件は、熱可塑性
樹脂の種類（特に溶融温度）や目標とする混合物固化層
（Ａ）の肉厚等によっても変わってくるので一律に決め
ることはできないが、熱可塑性樹脂として最も一般的な
ポリプロピレン系樹脂を使用する場合の好ましい加熱温
度は１８０〜２５０℃、より好ましくは２００〜２３０
℃、整形圧力は５〜４００ｋｇ／ｃｍ² 、より一般的に
は５０〜２００ｋｇ／ｃｍ² の範囲である。尚上記で
は、加熱手段として加熱板を用いる例を示したが、この
他赤外線加熱や高温ガスの吹き付け加熱等を採用するこ
とも可能である。

【００１５】上記加熱部材２と奪熱部材３を用いた加熱
加圧成形に当たっては、加熱部材２による熱可塑性樹脂
繊維の加熱溶融後に該加熱部材２を水冷等により冷却す
ることによって冷却固化してもよいが、この方法では加
熱部材２の加熱・冷却による熱ロスが軽視できなくなる
ので、好ましくは、加熱部材２による加熱によって基板
材１側の熱可塑性樹脂繊維を溶融させた後、これを冷却
・整形型に移し、冷却固化しながら整形する方法を採用
することが好ましい。この場合、冷却固化前の積層素材
は軟質で容易に変形するので、例えば図２（Ｃ）に示す
如く、目的とする最終成形体の形状に応じた冷却・整形
型４ａ，４ｂに移して形状を整える様にしておけば、板
状のみならず任意の形状の成形体を得ることができる。
成形原料となる綿状混合物Ｃと加熱部材２の間に介装さ
れる基板材１は、未固化状態の半製品が加熱部材２の加
熱面に付着するのを防止する離型材としての機能を果た
すと共に、加熱部材２上から冷却・整形型へ移す際の支
持材としての機能も発揮する。

【００１６】かくして得られる繊維強化樹脂複合成形体
は、前記図１に示した如く、また上記説明からも明らか
である様に、基板材１の表面に、強化繊維の繊維間空隙
が熱可塑性樹脂の溶融物で満たされた状態で冷却固化し
た剛性の混合物固化層（Ａ）と、強化繊維と熱可塑性樹
脂繊維の繊維間空隙をそのまま残し吸音、断熱、振動抑
制機能を備えた綿状混合物非固化層（Ｂ）が接合一体化
された構造のものとなる。

【００１７】次に、上記繊維強化樹脂複合成形体を構成
する原料素材について説明する。まず基板材１に期待さ
れる主たる作用は、上記の様に加熱・溶融した熱可塑性
樹脂が加熱部材２の加熱面に接合するのを防止すること
であるから、加熱部材２による加熱に耐える耐熱性を有
するものであればよく、またこの基板材１はそれ自身で
構造強度を高める機能まで期待されるものではないか
ら、アルミ箔の如き薄肉の金属箔や耐熱性樹脂フィルム
等を使用することができる。殊に、前記図２（Ｃ）に示
した様に、冷却固化・整形用の型で最終整形を行なう場
合は、その様な薄肉の基板材１を選択使用することによ
って、何ら支障なく任意の形状に整えることができるの
で好ましい。また、基板材１として金属箔を使用すれ
ば、例えば最終製品として自動車用アンダーシールド材
等として提供するときの意匠性も高められ、商品価値を
高めることができるので好ましい。この基板材１には、
必要に応じて混合物固化層（Ａ）との接合力を高めるた
めの表面処理、例えば樹脂コーティング等を施しておく
ことも有効である。

【００１８】次に、綿状混合物の原料素材となる熱可塑
性樹脂繊維としては、前記したポリプロピレン系樹脂の
他、ポリエチレン等の他のポリオレフィン系樹脂、ＡＢ
Ｓ樹脂、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル
系樹脂、ナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリカーボネ
ート系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリアセタール系樹
脂、ポリアクリレート系樹脂等の汎用樹脂、更にはポリ
スルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエ
ーテルケトン、ポリイミド、ポリアミドイミド等の耐熱
性に優れた熱可塑性樹脂等も用いることができる。これ
らの中でも、コストや性能等を総合的に考慮して特に好
ましいのは、ポリプロピレン系樹脂である。該ポリプロ
ピレン系樹脂としては、ポリプロピレンのホモポリマー
は勿論のこと、ポリプロピレン−エチレンブロック共重
合体、ポリプロピレン−エチレンランダム共重合体、無
水マレイン変性ポリプロピレン系樹脂等を使用すること
ができ、これらの熱可塑性樹脂は夫々単独で使用しても
よく、あるいは２種以上を複合して使用することも可能
である。

【００１９】また好ましい強化繊維としては、例えばガ
ラス繊維、炭素繊維、金属繊維、セラミックス繊維、ア
ラミド繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊維、アク
リル繊維等の人工繊維が挙げられるが、このほか麻や綿
等の天然繊維、更には古紙を解繊したセルロース系繊維
等を使用することも可能であるが、これらの中でも最も
一般的なのはガラス繊維や炭素繊維である。また、古紙
を解繊したセルロース系繊維を利用することは、リサイ
クルおよび環境保護の両面からして有利であるが、これ
らの天然繊維は剛性不足の嫌いがあるので、剛性の高い
上記の様な人工繊維を主たる強化繊維として使用し、そ
れらに空隙率や強度特性などを阻害しない範囲で天然繊
維を混合して使用することが望ましい。

【００２０】尚、上記熱可塑性樹脂と強化繊維の混合法
としては、圧縮空気等の圧縮気体を用いた気流混合法を
採用し、強化繊維と熱可塑性樹脂繊維を共に解繊しなが
ら混合する方法が好ましい。該気流混合法を採用すると
きの好ましい強化繊維の寸法サイズは、前記混合物固化
層（Ａ）としての構造強度や綿状混合物非固化層（Ｂ）
としての吸音、断熱、振動抑制機能なども考慮して繊維
径が１〜１００μｍ、より好ましくは３〜２０μｍ程度
で繊維長が１〜１００ｍｍ、より好ましくは５〜５０ｍ
ｍ程度のものが好ましく、また熱可塑性樹脂繊維につい
ても、好ましい繊維系や繊維長さは上記強化繊維とほぼ
同程度の範囲である。

【００２１】なお熱可塑性樹脂として粉末状のものを使
用した場合、前述の如く綿状混合物非固化層（Ｂ）内の
熱可塑性樹脂はその成形工程で溶融されず、粉粒状の熱
可塑性樹脂は強化繊維の繊維間隙間に混入しているだけ
となり、取扱い時あるいは搬送時などの振動で該粉粒状
熱可塑性樹脂が脱落することも考えられるので好ましく
ない。

【００２２】綿状混合物を構成するこれら熱可塑性樹脂
繊維と強化繊維の配合比率は特に制限されず、要求され
る構造強度や吸音、断熱、振動減衰性能の程度も考慮し
てその都度決めればよく、熱可塑性樹脂繊維：強化繊維
の重量比で１０〜９０％：９０〜１０％の広い範囲から
選定できるが、より一般的なのは３０〜７０％：７０〜
３０％の範囲である。

【００２３】上記気流混合法を採用すれば、強化繊維や
熱可塑性樹脂繊維の寸法サイズや配合比率等に拘らず、
どの様な場合でも両者を効率よく均一混合することがで
きるので好ましい。

【００２４】混合物固化層（Ａ）と綿状混合物非固化層
（Ｂ）の厚みは、求められる複合成形体の構造強度や吸
音、断熱、衝撃緩和性能の程度に応じて設定すべきもの
であって一律に決めることはできないが、標準的な基準
としては示すならば、支持強化層としての混合物固化層
（Ａ）の厚さは２〜４ｍｍ程度、吸音等の機能層として
の綿状混合物非固化層（Ｂ）の厚さは５〜１０ｍｍの範
囲が一般的である。

【００２５】

【実施例】以下実施例によって本発明を更に具体的に示
すが、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前
・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施することは全
て本発明の技術範囲に包含される。

【００２６】実施例１ 繊維径１３μｍ、繊維長１３ｍｍのチョップドガラス繊
維（旭ファイバーグラス社製、商品名「ＦＴ５９９」）
４０重量部と、３デニール、繊維長１３ｍｍのポリプロ
ピレン系樹脂繊維（大和紡績社製）６０重量部とを、圧
縮空気を用いた気流混合法によって解繊しながら均一に
混合し、綿状混合物を得た。

【００２７】２００℃に加熱した加熱盤上にアルミ箔を
置き、この上に上記綿状混合物を重ね合わせ、その上か
ら、表面温度を５０℃に保った金属板を押し付け、面圧
５０ｋｇｆ／ｃｍ² で加圧しつつ２分間保持することに
より、綿状混合物における加熱盤上のアルミ箔側のプロ
ピレン系樹脂を溶融させた。

【００２８】次いでこの半製品を、上下面を何れも５０
℃に設定した賦形用金型に移し、面圧１００ｋｇｆ／ｃ
ｍ² で加圧しつつ冷却して整形し、アルミ箔と、プロピ
レン系樹脂繊維が溶融固化しガラス繊維の繊維間隙を満
たした状態の固相部３ｍｍと、プロピレン系樹脂繊維と
ガラス繊維が均一に混合したままで繊維間空隙を残した
綿状部８ｍｍとからなる３層複合構造の繊維強化樹脂複
合成形体を得た。該複合成形体においては、アルミ箔と
固相部が溶融固化したプロピレン系樹脂によって強固に
接合すると共に、固相部と綿状部は両部の界面に跨がっ
て存在するガラス繊維によって結合されており、３層が
強固に一体化していた。

【００２９】この複合成形体から直径８８ｍｍの試験片
を切り出して吸音特性を測定したところ、１５００Ｈｚ
における吸音係数は０．５であり、優れた吸音特性を有
していることが確認された。

【００３０】実施例２ 実施例１で用いたのと同じチョップドガラス繊維３０重
量部と、実施例１で用いたのと同じポリプロピレン系樹
脂繊維（大和紡績社製）７０重量部とを、圧縮空気を用
いた気流混合法によって解繊しながら均一に混合し、綿
状混合物を得た。

【００３１】２００℃に加熱したプレス下方盤の上にア
ルミ箔を置き、この上に上記綿状混合物を重ね合わせ、
その上から、表面温度を５０℃に保ったプレス上盤を押
し付け、面圧５５ｋｇｆ／ｃｍ² で加圧しつつ３分間保
持することにより、綿状混合物におけるプレス上方盤上
のアルミ箔側のプロピレン系樹脂を溶融させた。

【００３２】次いでこの半製品を、５０℃に保った賦形
用金型内へ移して面圧８０ｋｇｆ／ｃｍ² で加圧しつつ
冷却して整形し、アルミ箔と、プロピレン系樹脂繊維が
溶融固化しガラス繊維の繊維間隙を満たした状態の固相
部４ｍｍと、プロピレン系樹脂繊維とガラス繊維が均一
に混合したままで繊維間空隙を残した綿状部６ｍｍとか
らなる３層複合構造の繊維強化樹脂複合成形体を得た。
該複合成形体においては、アルミ箔と固相部が溶融固化
したプロピレン系樹脂によって強固に接合すると共に、
固相部と綿状部は両部の界面に跨がって存在するガラス
繊維によって結合されており、３層が強固に一体化して
いた。

【００３３】この複合成形体から直径８８ｍｍの試験片
を切り出して吸音特性を測定したところ、１５００Ｈｚ
における吸音係数は０．４であり、優れた吸音特性を有
していることが確認された。

【００３４】

【発明の効果】本発明の繊維強化樹脂複合成形体は、上
記の様に基板材と、支持強化層となる混合物固化層
（Ａ）と、吸音、断熱、振動防止等の機能層となる綿状
混合物非固化層（Ｂ）が接合一体化されたものであり、
基材等による構造強度の補強などを要することなくその
ままの形態で吸音部材、断熱部材、衝撃緩衝部材等とし
て有効に活用することができる。そして本発明の方法に
よれば、上記の様に優れた構造強度と吸音等の諸機能を
兼ね備えた複合成形体を簡単な手順で効率よく製造する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る繊維強化樹脂複合成形体の構造を
例示する断面模式図である。

【図２】本発明に係る製法を例示する概略断面工程説明
図である。

【符号の説明】

Ａ 混合物固化層（Ａ） Ｂ 綿状混合物非固化層（Ｂ） Ｃ 綿状混合物 １ 基板材 ２ 加熱部材 ３ 奪熱部材 ４ａ，４ｂ 冷却・整形型

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥村 俊明 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱可塑性樹脂繊維と強化繊維との混合物
   と基板材とで構成され、基板材上には、前記熱可塑性樹
   脂が溶融固化した混合物固化層（Ａ）を介して、前記熱
   可塑性樹脂繊維が溶融固化していない綿状混合物非固化
   層（Ｂ）が形成されていることを特徴とする繊維強化樹
   脂複合成形体。
2. 【請求項２】 熱可塑性樹脂繊維と強化繊維を含む綿状
   混合物を、加熱部材と奪熱部材の間で加熱部材側のみか
   ら加熱することとし、この際、加熱部材と前記綿状混合
   物の間には基板材を配置すると共に、該加熱部材は上記
   熱可塑性樹脂の溶融温度以上に加熱され、奪熱部材は上
   記熱可塑性樹脂の溶融温度以下に保ち、前記綿状混合物
   を前記加熱部材側からの加熱と、奪熱部材側への奪熱に
   よって前記混合物中の熱可塑性樹脂を前記基板材側で加
   熱溶融させつつ、奪熱部材側では加熱溶融させないこと
   により、基板材と、溶融固化した熱可塑性樹脂を有する
   混合物固化層（Ａ）と、熱可塑性樹脂の溶融固化してい
   ない綿状混合物非固化層（Ｂ）とからなる複合成形体を
   得ることを特徴とする繊維強化樹脂複合成形体の製法。