JP2004284246A - 繊維複合樹脂品及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】充分な強度及び平滑な表面を有する繊維複合樹脂品及びその製造方法を提供する。
【解決手段】表面層２の繊維の繊維径が基体層１の繊維の繊維径よりも小さいこと、又は表面層２の繊維が基体層１の繊維よりも柔軟な性質を有する繊維であることを特徴とする繊維複合樹脂品とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、繊維複合樹脂品、すなわち繊維材料と熱可塑性樹脂とを複合した生成品に関する。また特に本発明は、天然由来繊維と天然由来樹脂とを複合した繊維複合樹脂品に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の繊維複合樹脂品は、繊維材料と熱硬化性樹脂とを組み合わせ、これを金型内で加熱加圧成型することによって得られている。
【０００３】
また繊維複合樹脂品を、繊維材料と熱可塑性樹脂との組み合わせから得ることも知られている。この場合には、繊維材料と熱可塑性繊維との組み合わせをコンタクトヒーターで加熱して樹脂分を溶解させ、その後で冷間プレスにおいて加圧成型することによって繊維複合樹脂品を得ている。
【０００４】
これらの繊維複合樹脂品は、住宅用の壁材、床材、床下の衝撃吸収及び断熱材、並びに自動車内装材、例えばドアトリム基材、インナーパネル、ピラーガーニッシュ、リヤパッケージ、天井基材、衝撃吸収材、及び吸音材等として使用されている。
【０００５】
また近年では、廃棄時の環境負荷を軽減する生分解性繊維ボード（繊維複合樹脂品）として、天然繊維と熱可塑性のセルロース系生分解プラスチックとを組み合わせた繊維ボードが開示されている（特許文献１）。
【０００６】
しかしながら特許文献１の繊維ボードでは繊維が繊維ボードの表面に露出しているので、繊維ボードにふれたときのチクチクとした感じがし、また繊維ボードに接触する織物、不織布などとの絡まり又は引っ掛かりをもたらす。ここでこの繊維ボードに接触する織物、不織布などとしては、繊維ボードの上に敷くカーペット、セーターのような衣類を挙げることができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開２０００−１２７１１７号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、充分な強度及び平滑な表面を同時に有する繊維複合樹脂品を提供する。従来技術の問題を解決して平滑な表面を有する繊維複合樹脂品を得るためには、樹脂の含有率を増加させて繊維の露出を抑えることが考えられる。しかしながら熱可塑性樹脂を使用する場合、樹脂の割合を増加させると、成型時にコンタクトヒーター、冷間プレスの金型等への樹脂の付着をもたらし、繊維の露出を抑えることができない。また成型不良を起こす可能性もある。そこで本発明では、金型等への樹脂の付着及び成型不良の問題を避けつつ、従来技術の問題を解決する繊維複合樹脂品を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決する繊維複合樹脂品であって、第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂との複合材料の基体層、及びこの基体層上の第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂との複合材料の表面層を有する繊維複合樹脂品である。ここでこの第２の繊維の最大繊維径は第１の繊維の最大繊維径よりも小さく、例えば２分の１以下、特に１０分の１以下である。本発明の１つの態様では、第１の繊維の繊維径が１ｍｍ以下であり、且つ第２の繊維の繊維径が５０μｍ以下、特に１５〜３０μｍである。尚、本明細書の記載において用語「繊維複合樹脂品」は、繊維材料と樹脂との複合材料をいうものとする。また用語「繊維径」は、顕微鏡で観察される繊維の直径をいうものとする。
【００１０】
本発明のこの繊維複合樹脂品によれば、成型時の問題を避けつつ、基体層の比較的粗い繊維によって充分な強度を得て、表面層の細かい繊維によって平滑な表面を得ることができる。
【００１１】
また本発明の繊維複合樹脂品は、第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂との複合材料の基体層、及びこの基体層上の第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂との複合材料の表面層を有する繊維複合樹脂品である。ここでこの第１の繊維は、比較的剛性の繊維、例えばガラス、ケナフ、麻、竹、木材パルプ、やし殻及びいぐさからなる群より選択され、且つ前記第２の繊維は、比較的柔軟な繊維、例えばレーヨン、木綿、羊毛、麦わら、ポリエステル、絹、ナイロン及びウールからなる群より選択される。本発明の１つの態様では、第１の繊維がケナフ繊維であり、且つ第２の繊維がレーヨン繊維である。
【００１２】
この繊維複合樹脂品によれば、成型時の問題を避けつつ、基体層の比較的剛性の繊維によって充分な強度を得て、表面層の比較的柔軟な繊維によって平滑な表面を得ることができる。
【００１３】
本発明の１つの態様では、第１と第２の熱可塑性樹脂は同じ樹脂である。
【００１４】
この態様によれば、基体層と表面層との適合性を改良することができる。
【００１５】
本発明の１つの態様では、第１及び第２の繊維が共に天然由来繊維であり、且つ前記第１及び第２の熱可塑性樹脂が共に天然由来樹脂である。本発明の繊維及び樹脂は共に、生分解性材料であってもよい。
【００１６】
この態様によれば、全体として天然由来材料によって作ることができ、これによって環境負荷を小さくできるという利点を有する。ここで、「天然由来」とは、植物又は動物性の原料に基づき、石油系の物質を主な原料としないものをいう。また全体として生分解性材料で作った場合には、廃棄の際に生分解処理を行うことも可能になる。
【００１７】
本発明の１つの態様では、第１及び第２の熱可塑性樹脂は共にポリ乳酸系樹脂である。また好ましくは、第１の繊維がケナフ繊維であり、第２の繊維がレーヨン繊維であり、且つ第１及び第２の熱可塑性樹脂がポリ乳酸である。
【００１８】
ポリ乳酸系樹脂は、融点が１７０℃程度であって適度な耐熱性を有すると共に成形性に優れ、更に天然繊維との接着性に優れているので、生分解性プラスチックの中でも特に好ましい。また植物由来のポリ乳酸系樹脂は、非石油系の生分解性プラスチックであると共に製造工程においても石油系の溶剤をほとんど使用せず、従って繊維複合樹脂品の製造、使用、廃棄の段階の全体を考えたときの環境負荷が小さい。
【００１９】
また本発明は、繊維複合樹脂品の製造方法に関する。この方法は、第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂とを混合して基体層材料を得ること、第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂とを混合して表面層材料を得ること、これら基体層材料と表面層材料とを積層して、複合材料積層体を作ること、この複合材料積層体をコンタクトヒーターで加熱して、第１及び第２の熱可塑性樹脂を溶融させること、並びに加熱された複合材料積層体を冷間プレスで成型することを含む。
【００２０】
本発明のこの方法によれば、コンタクトヒーターへの熱可塑性樹脂の付着を抑制して充分な成型性を達成しつつ、充分な強度及び平滑な表面を有する繊維複合樹脂を、繊維材料と熱可塑性樹脂とから得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明の繊維複合樹脂品の例を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２２】
本発明の実施形態について図１を用いて説明する。
【００２３】
図１において、基体層１は、第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂とを含み、表面層２は、第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂とを含む。第１の繊維と第２の繊維は、異なっていても同じであってもよく、また第１の熱可塑性樹脂と第２の熱可塑性樹脂は、異なっていても同じであってもよい。
【００２４】
第１の繊維及び第２の繊維はそれぞれ、本発明の要件を満たす限り、合成繊維及び天然繊維を包含する任意の繊維材料でよく、特に天然由来繊維、例えば木質系又は草本系のような各種のセルロース系の植物由来繊維を使用することができる。植物由来繊維としては、（ａ）木材パルプ、（ｂ）バガス、麦わら、アシ、パピルス、タケ類等のイネ科植物のパルプ、（ｃ）木綿、（ｄ）ケナフ、ローゼル、麻、亜麻、ラミー、ジュート、ヘンプ等の靭皮繊維、（ｅ）ザイザル麻、マニラ麻等の葉脈繊維、（ｆ）レーヨン等の半合成繊維を挙げることができる。また羊毛などの動物繊維、ガラスなどの合成繊維を用いてもよい。
【００２５】
これらのうちでも、一年草であって熱帯地方及び温帯地方での成長が極めて早く容易に栽培できる草本類に属するケナフから採取される繊維を採用することが、天然資源の有効活用の面、リサイクルの面から好ましい。特にケナフの靭皮にはセルロース分が６０％以上と高い含有率で存在していることから、ケナフ靭皮から採取されるケナフ繊維の利用が好ましい。
【００２６】
第１の熱可塑性樹脂及び第２の熱可塑性樹脂としてはそれぞれ任意の合成樹脂又は天然由来樹脂を使用することができる。天然由来樹脂としては、セルロース系生分解プラスチック及びポリ乳酸系樹脂を挙げることができ、好ましくはポリ乳酸系樹脂を使用する。
【００２７】
本発明の繊維複合樹脂品の製造方法を、図２を用いて説明する。本発明の繊維複合樹脂品の製造方法では、第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂とを混合して基体層材料１を得ること、第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂とを混合して表面層材料２を得ること、これらの基体層材料１と表面層材料２とを積層して、複合材料積層体１０を作ること、この複合材料積層体を、コンタクトヒーター２０において加熱して、第１及び第２の熱可塑性樹脂を溶融させること、並びに加熱された複合材料積層体１２を冷間プレス２２で成形することによって、繊維複合樹脂品１４を製造する。尚、表面層材料２は、樹脂の一部を予め溶融させて繊維間を結合し、不織布としてから用いることができる。このような不織布を用いる場合には、不織布を予めロール状に巻回しておき、必要な長さを切り出して供給してもよい。
【００２８】
ここで基体層材料のためには、下記のパラメータを使用することができる：
繊維材料と熱可塑性樹脂との重量比： ５０：５０〜８０：２０
目付け： ８００ｇ／ｍ^２〜２，５００ｇ／ｍ^２
繊維径： １ｍｍ以下、例えば１００μｍ以下
繊維長： ２０ｍｍ〜１００ｍｍ、例えば約５０ｍｍ
繊維材料：
木材パルプ、麻、レーヨン、ケナフ、竹などの開繊されたセルロース系繊維、ガラス繊維、カーボン繊維
熱可塑性樹脂：
ポリ乳酸、セルロース系プラスチック、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル
【００２９】
また表面層材料のためには、下記のパラメータを使用することができる：
繊維材料と熱可塑性樹脂との重量比： ６０：４０〜８０：２０
目付け： ５０ｇ／ｍ^２〜１５０ｇ／ｍ^２
繊維径： １５μｍ〜５０μｍ、例えば３０μｍ
繊維長： ２０ｍｍ〜６０ｍｍ、例えば約５０ｍｍ
繊維材料：
木材パルプ、麻、レーヨン、ケナフ、竹などの開繊されたセルロース系繊維、ガラス繊維、カーボン繊維
熱可塑性樹脂：
ポリ乳酸、セルロース系プラスチック、ポリエチレン、ポリ塩化ビニル
【００３０】
これらのパラメータを使用して繊維複合樹脂のボードを製造する場合、本発明の繊維複合樹脂ボードは見かけ密度が０．２ｇ／ｃｍ^３以上であるように成型することができる。見かけ密度を０．２ｇ／ｃｍ^３以上にすることにより、自動車内装材用途、建築材料用途で使用するために必要な曲げ強さを具備することができる。また、これら用途において良好な曲げ強さを得るためには、見かけ密度は０．４ｇ／ｃｍ^３以上、更に好ましくは０．６ｇ／ｃｍ^３以上にすることができる。尚、見かけ密度の測定方法は以下の方法で実施したものである。
見かけ密度〔ｇ／ｃｍ^３〕＝（繊維複合樹脂ボードの重量〔ｇ〕）／（繊維複合樹脂ボードの体積〔ｃｍ^３〕）
【００３１】
ここで、繊維複合樹脂ボードの重量〔ｇ〕は２０℃、６５％ＲＨの標準状態で２４時間放置後の重量とする。一方、繊維複合樹脂ボードの体積〔ｃｍ^３〕は、１０ｃｍ×１０ｃｍの試験片の厚みｔ〔ｃｍ〕を荷重をかけない状態で測定し、下式により求めるものとする。
繊維複合樹脂ボードの体積〔ｃｍ^３〕＝１０ｃｍ×１０ｃｍ×ｔ〔ｃｍ〕
【００３２】
また、繊維ボードの製造については特許文献１を参照することができる。
【００３３】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３４】
【実施例】
本発明の繊維複合樹脂品と比較例の繊維複合樹脂品とを製造し、表面の様子及び製造の容易さを比較した。
【００３５】
〔実施例１〕
下記の（１）〜（５）の工程を用いて、本発明の繊維複合樹脂品を製造した：
【００３６】
（１）ポリ乳酸系樹脂を公知の方法で繊維化し、捲縮付与後に切断して繊度６．６デシテックス、長さ５１ｍｍの短繊維を得た。このときのポリ乳酸系樹脂のカルボキシ末端濃度は４０当量／トンであった。ケナフ靭皮繊維を６５ｍｍの長さに切断した。ポリ乳酸繊維とケナフ靭皮を３０：７０の重量比で混綿及び開繊してシート状にし、目付１，６００ｇ／ｍ^２の基体層材料を得た。このときのケナフ靭皮の繊維径は約６０〜８０μｍ以下であった。
【００３７】
（２）繊維材料としてケナフ靭皮の代わりに直径約３０μｍのレーヨン繊維を使用したこと、及び目付を１００ｇ／ｍ^２としたことを除いて基体層材料の場合と同様にして、表面層材料を得た。
【００３８】
（３）得られた基体層材料と表面層材料とを積層して積層体を得た。
【００３９】
（４）この積層体を、２３０℃のコンタクトヒーターの間に挟んで加熱し、ポリ乳酸系樹脂の繊維を溶融させた。
【００４０】
（５）ポリ乳酸系樹脂の繊維を溶融させた積層体をコンタクトヒーターから取り出し、常温で２．４ＭＰａの圧力を用いて加圧圧縮し、厚さが約３ｍｍの繊維複合樹脂のボードを得た。
【００４１】
〔比較例１〕
実施例１の（１）で得られる基体層材料を、表面層材料なしで、実施例１の（４）及び（５）での様に溶融及び加圧圧縮して繊維複合樹脂のボードを得た。
【００４２】
〔比較例２〕
実施例１の（２）で得られる表面層材料の代わりにポリ乳酸１００％を用いて、目付を１００ｇ／ｍ^２としたことを除いて、実施例１と同様にして繊維複合樹脂のボードを得た。
【００４３】
〔結果〕
実施例１、並びに比較例１及び２で得られた繊維複合樹脂ボードの表面の様子を調べた。
【００４４】
実施例１の繊維複合樹脂ボードは、表面の繊維が細かいことによって、ボードにふれたときのチクチクとした感じがなかった。また、このボードの表面にフェルト製の吸音材を敷き、はがしたところ、ボード表面の繊維への吸音材の引っ掛かりがなかった。
【００４５】
比較例１の繊維複合樹脂ボードは、表面に太い繊維が露出しており、樹脂品にふれたときにチクチクとした感じがあった。またこのボードの表面にフェルト製の吸音材を敷き、はがしたところ、ボード表面の繊維への吸音材の引っ掛かりがあった。
【００４６】
比較例２の繊維複合樹脂ボードは、コンタクトヒーターから取り出したときに、溶融した表面層の熱可塑性樹脂がヒーター側に付着して成型不良を起こしていた。従って、樹脂の割合を増加させて繊維の露出を抑えることはできないことが分かった。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、充分な強度及び平滑な表面を有する繊維複合樹脂品及びその製造方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明の繊維複合樹脂品の概略図である。
【図２】
図２は、本発明の繊維複合樹脂品の製造方法を説明する図である。
【符号の説明】
１…複合材料の基体層
２…複合材料の表面層
１０…熱可塑性樹脂成分が溶融する前の複合材料積層体（繊維複合樹脂品）
１２…熱可塑性樹脂成分が溶融した状態の複合材料積層体（繊維複合樹脂品）
１４…冷間プレスによって成形された状態の繊維複合樹脂品
２０…コンタクトヒーター
２２…成型用冷間プレス

Claims (5)

1. 第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂との複合材料の基体層、及び
   前記基体層上の、第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂との複合材料の表面層、
   を有する繊維複合樹脂品であって、前記第２の繊維の最大繊維径が前記第１の繊維の最大繊維径よりも小さいことを特徴とする、繊維複合樹脂品。
2. 第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂との複合材料の基体層、及び
   前記基体層上の、第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂との第２の複合材料の表面層、
   を有する繊維複合樹脂品であって、前記第１の繊維が、ガラス、ケナフ、麻、竹、木材パルプ、やし殻及びいぐさからなる群より選択され、且つ前記第２の繊維が、レーヨン、木綿、羊毛、麦わら、ポリエステル、絹、ナイロン及びウールからなる群より選択されることを特徴とする、繊維複合樹脂品。
3. 前記第１及び第２の繊維がそれぞれ天然由来繊維であり、且つ前記第１及び第２の熱可塑性樹脂がそれぞれ天然由来樹脂である、請求項１又は２に記載の繊維複合樹脂品。
4. 前記第１の繊維がケナフ繊維であり、前記第２の繊維がレーヨン繊維であり、且つ前記第１及び第２の熱可塑性樹脂がポリ乳酸である、請求項３に記載の繊維複合樹脂品。
5. 第１の繊維と第１の熱可塑性樹脂とを混合して基体層材料を得ること、
   第２の繊維と第２の熱可塑性樹脂とを混合して表面層材料を得ること、
   前記基体層材料と前記表面層材料とを積層して、複合材料積層体を作ること、
   前記複合材料積層体をコンタクトヒーターで加熱して、前記第１及び第２の熱可塑性樹脂を溶融させること、並びに
   前記加熱された複合材料積層体を冷間プレスで成型すること、
   を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の繊維複合樹脂品の製造方法。

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