JP6191233B2 - 成形加工シートおよび成形加工シートの製造方法 - Google Patents
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Description
このため、近年は、熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用い、強化繊維を含有した繊維強化不織布(前駆体)の開発が進められている。熱可塑性樹脂をマトリックス樹脂として用いた繊維強化不織布(前駆体)は、不織布の状態で保存管理が容易であり、長期保管ができるという利点を有する。さらに、熱可塑性樹脂を含む不織布は成形加工が容易であり、加熱加圧処理を行うことにより成形加工品を成形することができる。
なお、上記特許文献1〜3に記載された基材シートは、例えば難燃・耐熱電磁波シールドボックス、照明用具筐体、パソコン・テレビ用等の家電筐体及び筐体の補強材、LED基板、キャリアプレート、燃料電池部材、バッテリーケース、難燃・吸音性床材、航空機家具、航空機内装材、機内エンタテイメント機械部品、鉄道家具、車内掲示板システム部材、電装品ケース、配線部材等に使用され得る材料である。
しかしながら、上述したような不織布を吸音材として用いた場合、強度が十分ではなく、耐久性が不足していることが本発明者らの検討により明らかとなった。特に、電子機器や自動車等の吸音材として用いられる場合は、高い吸音効果を発揮することに加えて、高強度で、耐久性に優れることが求められる。強度が不足した場合は、形状が維持できないだけでなく、繊維等が脱落する等の不具合を生じさせることがあるため問題となっていた。
具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
[2]前記繊維成分は、繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上であり、弾性率が150MPa以下である繊維からなり、前記熱可塑性樹脂のLOI値(限界酸素指数)は30以上であることを特徴とする[1]に記載の成形加工シート。
[3]前記繊維成分と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は前記成形加工シートの全領域において略一定であることを特徴とする[1]または[2]に記載の成形加工シート。
[4]前記繊維成分と前記熱可塑性樹脂の含有質量比率は、0.2:1〜10:1であることを特徴とする[1]〜[3]のいずれかに記載の成形加工シート。
[5]前記成形加工シートの外周領域が高密度領域であることを特徴とする[1]〜[4]のいずれかに記載の成形加工シート。
[6]前記成形加工シートは凹凸構造を有し、凸部の最高点が低密度領域に属することを特徴とする[1]〜[5]のいずれかに記載の成形加工シート。
[7]前記低密度領域、あるいは高密度領域のいずれか一方が、非連続領域として形成されることを特徴とする[1]〜[6]のいずれかに記載の成形加工シート。
[8]前記繊維成分は、ガラス繊維であることを特徴とする[1]〜[7]のいずれかに記載の成形加工シート。
[9]前記熱可塑性樹脂は、ポリエーテルイミド樹脂であることを特徴とする[1]〜[8]のいずれかに記載の成形加工シート。
[10]前記成形加工シートのシート面の全面積に対して、前記高密度領域が占める割合が5〜70%であり、前記低密度領域が占める割合が30〜95%であることを特徴とする[1]〜[9]のいずれかに記載の成形加工シート。
[11]繊維成分と熱可塑性樹脂を含む不織布シートを得る工程と、前記不織布シートを加工処理する加工工程を含み、前記加工工程は、前記熱可塑性樹脂の少なくとも一部が溶融する温度まで加熱しつつ加圧を行う加熱加圧工程を含み、前記加熱加圧工程では、前記不織布シートにかかる圧力に分布があることを特徴とする成形加工シートの製造方法。
[12]前記加熱加圧工程は、前記不織布シートの5〜70%の領域を、平均圧力よりも高圧で加圧する工程を含むことを特徴とする[11]に記載の成形加工シートの製造方法。
[13]前記加熱加圧工程は、凹凸形状を有する金型を、前記不織布シートに押し当ててプレス加工をする工程を含むことを特徴とする[11]または[12]に記載の成形加工シートの製造方法。
[14]前記加熱加圧工程は、Tg〜Tg+100℃に加熱する工程を含むことを特徴とする[11]〜[13]のいずれかに記載の成形加工シートの製造方法。(但し、Tgは、前記熱可塑性樹脂のガラス転移温度を表す。)
[15]前記加熱加圧工程は、複数枚積層した不織布シートを加熱加圧処理する工程であることを特徴とする[11]〜[14]のいずれかに記載の成形加工シートの製造方法。
[16][11]〜[15]のいずれかに記載の製造方法により製造された成形加工シート。
[17][1]〜[10]および[16]のいずれかに記載の成形加工シートを用いることを特徴とする吸音材。
[18]前記吸音材は、略円柱体または略円筒体であることを特徴とする[17]に記載の吸音材。
[19][1]〜[10]および[16]のいずれかに記載の成形加工シートを複数枚積層することを特徴とする多層吸音材。
[20]前記成形加工シートは少なくとも一方の面に凹凸構造を有しており、凹凸構造を有する面同士が向かい合うように積層されることを特徴とする[19]に記載の多層吸音材。
本発明は、低密度領域と高密度領域を有する成形加工シートに関する。低密度領域と高密度領域は、各々、繊維成分(強化繊維)と熱可塑性樹脂を含み、低密度領域の密度をPとし、高密度領域の密度をQとすると、1.5P<Qである。なお、密度とは、一定領域の質量を該領域の体積で割った値を示し、低密度領域とはその密度が平均密度よりも低い領域をいう。一方、高密度領域とはその密度が平均密度よりも高い領域をいう。本発明では、低密度領域と高密度領域を有することにより、十分な強度を発揮できることに加え、優れた吸音効果を発揮することができる。さらに、本発明の成形加工シートは、高い耐熱性と難燃性を兼ね備えているため、吸音材として、様々な用途に用いることができる。
さらに、図2(a)に示されるように、低密度領域12をドットパターンで設けることにより、成形加工シート10を吸音材として電子機器等に用いた場合、音を発する部材(例えば、モーター等)と点で接触することが可能となり、モーターを点接触により支持することができる。これにより、より高い吸音効果を発揮するだけでなく、吸振動性も発揮することができる。
本発明で用いられる繊維成分は、成形加工シートの強度を高めるために機能する強化繊維となり得る。本発明で用いられる繊維成分(強化繊維)の繊維径は20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上であり、弾性率が150MPa以下であることが好ましい。なお、繊維成分として用いるものは、上記条件を満たすものであって、成形加工シートの強度強化や吸音効果の妨げにならないものであれば特に制限されることはない。
なお、繊維成分が無機繊維である場合、繊維径が3μmより太いことが望ましい。3μmより細い場合、製造工程あるいは使用中に人体に取り込まれた場合に発ガン性を生じる場合があるため好ましくない。また、強化繊維の繊維径がこれよりも太いと熱可塑性樹脂繊維との混合物の均一性が悪くなり、強度が得られない点で好ましくない。
本発明の成形加工シートに使用する熱可塑性樹脂は、いわゆるスーパーエンプラと呼ばれる繊維であって、耐熱性で難燃性の熱可塑性樹脂を繊維化したものが好適である。
一般的に、スーパーエンプラ樹脂は、溶融粘度が高いため、射出成形等の方法では強化繊維を多量に配合すると、強化繊維を均一に分散させることが難しいため、強化繊維の配合比には限界がある。しかし、本発明の成形加工シートでは、必要とされる強度に応じて比較的自由に強化繊維とマトリックス樹脂繊維との比率を設定することができる。
本発明の成形加工シートは、さらにバインダー成分を含んでもよい。バインダー成分は、層間の隙間を埋め、強度を高めるように機能したり、表面の毛羽立ちを抑制したり、シート製造工程でのシート強度を向上させる作用を発揮する。バインダー成分としては、熱可塑性樹脂をPEI樹脂とした場合、バインダー力(結着力)および耐熱性を維持するためにPEI樹脂(繊維)と相溶するバインダーが好ましく、例えばポリエステル樹脂または変性ポリエステル樹脂等を例示することができる。また、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、SBR樹脂、ポリビニルアルコール樹脂等も用いることが出来る。
ただし、一般にバインダー成分の限界酸素指数はPEI樹脂と比べて低いため、バインダーの含有率が多いと難燃性を損ねることとなる。このため、バインダーの含有率は、成形加工シートの全質量に対して10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましく、1質量%以下であることがさらに好ましい。
本発明の成形加工シートの製造方法は、繊維成分と熱可塑性樹脂を含む不織布シートを得る工程と、不織布シートを加工処理する加工工程を含む。
不織布シートを得る工程は、一般に不織布シートを得る乾式あるいは湿式の方法が使用できる。乾式、特にエアレイド法は嵩高い高坪量のシートを得られる点で好適である。また、湿式の不織布製造法は、均一で広幅のシートを得やすい点で好適である。
加工工程は、熱可塑性樹脂の少なくとも一部が溶融する温度まで加熱しつつ加圧を行う加熱加圧工程を含み、この加熱加圧工程では、不織布シートにかかる圧力に分布が付与される。すなわち、本発明の成形加工シートの製造方法においては、加熱加圧工程では、不織布シートの一部分に付与される圧力と、その他の部分に付与される圧力が異なっている。
本発明の吸音材は、上述したような成形加工シートからなる。本発明の吸音材は、その目的や用途に合わせて公知の方法を利用して、適宜適当な大きさ、形状等に加工することができる。本発明の吸音材は難燃性であり、吸音効果に優れるため、種々の用途に用いることができる。例えば、電子機器、自動車、貨車の車両、船舶もしくは航空機等の輸送用機器の内装材、土木・建築用の壁材や天井材等に好適に使用され得る。本発明の吸音材が自動車のエンジンルームの内装材に使用される場合、エンジンルームから発火した際の類焼を防止することができることに加え、エンジン音を外部へ漏出させることを防止することができる。その他にも、電気掃除機や換気扇、電気洗濯機等のモーター周辺でも同様の効果を発揮することができる。
また、本発明の吸音材は、シート状の成形加工シートを略円柱体または略円筒体となるように加工してもよい。このように加工された略円柱体または略円筒体の吸音材は、ダクトパイプに適用することもできる。また、モーター、エンジン等の騒音発生源を囲むケース状の形態としてもよい。
繊維径が6μmであり、繊維長が18mmのガラス繊維(弾性率150Mpa)50部、LOI値が30以上で、繊維径15μmのPEI繊維(Fiber Innovation Technology社製、繊維長12mm)50部、鞘部に変性PET(融点110℃)、芯部にPET繊維を使用した芯鞘バインダー繊維(クラレ製 N−720)5部を水中に投入した。水の量は、投入した繊維の重量に対し200倍となるとした(繊維スラリー濃度として0.5%)。
このスラリーに、分散剤として「エマノーン3199」(花王株式会社、商品名)を繊維100質量部に対し1質量部となるよう添加して攪拌し、繊維を水中に均一に分散させた繊維スラリーを調製した。
この不織布を、6枚積層したのち、厚さ30mmの30cm角のアルミ板に直径35mmの穴を図2(a)のような配置で略等間隔に49個あけたものを片面に当てて、圧力2MPa、温度280℃で加熱加圧下のち冷却し、高密度部厚さ2mm、高密度部密度1.35g/cm3、低密度部厚さ6mm、低密度部密度0.45g/cm3の、形状が図2(b)のような成形加工シートを作製した。
実施例1のアルミ板を両面に当てた以外は実施例1と同様にして、図4の成形加工シートを作成した。高密度部は実施例1と同じであり、低密度部は密度が0.225g/cm3であった。
実施例1の不織布を6枚重ね、図6のような金型を両面に当てて、成形加工シートを作製した。ここで、図6(a)は金型の上面図を表し、図6(b)は金型の側面断面図を表す。実施例3で用いた金型では、図6(b)でXmmと表されている深さは、0.6mmであった。得られた成形加工シートは、周囲30mmが高密度部であり、高密度部の厚さが2mm、密度が1.30g/cm3、低密度部の厚さが3.2mm、密度が0.844g/cm3であった。尚、プレス圧については、高密度部の厚さが2mmとなるよう適宜調整した。
実施例1の不織布を4枚重ね、図6のような金型を両面に当てて、成形加工シートを作製した。実施例4で用いた金型では、図6(b)でXmmと表されている深さは、0.5mmであった。得られた成形加工シートは、周囲30mmが高密度部であり、高密度部の厚さが1.8mm、密度が1.00g/cm3、低密度部の厚さが2.8mm、密度が0.64g/cm3であった。尚、プレス圧については、高密度部の厚さが1.8mmとなるよう適宜調整した。
実施例1の不織布を6枚重ね、図6のような金型を両面に当てて、成形加工シートを作製した。比較例1で用いた金型では、図6(b)でXmmと表されている深さは、0.45mmであった。得られた成形加工シートは、周囲30mmが高密度部であり、高密度部の厚さが2mm、密度が1.3g/cm3、低密度部の厚さが2.9mm、密度が0.93g/cm3であった。尚、プレス圧については、高密度部の厚さが2mmとなるよう適宜調整した。
実施例1の不織布を4枚重ね、図6のような金型を両面に当てて、成形加工シートを作製した。比較例2で用いた金型では、図6(b)でXmmと表されている深さは、0.35mmであった。得られた成形加工シートは、周囲30mmが高密度部であり、高密度部の厚さが1.8mm、密度が1.00g/cm3、低密度部の厚さが2.5mm、密度が0.72g/cm3であった。尚、プレス圧については、高密度部の厚さが1.8mmとなるよう適宜調整した。
<強度>
実施例及び比較例で作製した成形加工シートを手作業でハンドリングする際の強度につき、以下の基準で評価した。
5:十分な強度を有し、手作業で取り扱った場合はいかなる取り扱いをしても成形加工シートに折れ曲がりや型崩れが発生しない。
4: 通常の手作業で取り扱った場合において、手作業で取り扱った場合では成形加工シートに折れ曲がりや型崩れが発生しない。
3:ある程度ゆっくりと取り扱わないと動かしたときの風圧で成形加工シートが折れ曲がる。
2:注意深く取り扱わないと風圧で成形加工シートが折れ曲がる。
1:成形加工シートを持ち上げただけでも型崩れが生じる。
内部に7cmφフルレンジスピーカー(FOSTER社製 FF70EG)を置いた、厚さ2mmのアクリル板を6枚使用した30cm角の立方体の箱を作成し、スピーカーケーブルをCDプレーヤーに接続し、ホワイトノイズを収録したCDを再生した。この際、箱からの距離が50cmのところの音量が50dBとなるよう、CDプレーヤーの出力を調整した。
そして、実施例及び比較例で作製した成形加工シートを、上記立方体の箱の内部6面全面に貼り付けた厚さ2mmのアクリル板からなる、上記と同一のスピーカーを内部に置いた30cmの立方体を作成し、上記と同一の出力でCDを再生し、上記のアクリル板のみの場合と、音量を聴感で比較し、吸音性を以下の基準で評価した。
5:アクリル板のみの箱と比較試聴せずとも一聴して明らかにアクリル板のみの箱よりもホワイトノイズの音量が小さくなって。
4:アクリル板のみの箱と比較試聴せずとも、多少注意して聴けばアクリル板のみの箱よりもホワイトノイズの音量が小さくなっている。
3:1〜2回交互に比較試聴すれば容易にアクリル板のみの箱よりも音量が小さくなっている。
2:5回比較試聴しなければホワイトノイズの音量が小さくなっていることがわからない。
1:5回以上比較試聴してもホワイトノイズの音量を小さくする効果が認められない。
12 低密度領域
14 高密度領域
Claims (20)
- 低密度領域と高密度領域を有する成形加工シートであって、
前記低密度領域と高密度領域は、各々、繊維成分と熱可塑性樹脂繊維を含み、
前記繊維成分は、繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上である繊維からなり、
前記熱可塑性樹脂繊維のLOI値(限界酸素指数)は30以上であり、
前記熱可塑性樹脂繊維の繊維径は、前記繊維成分の繊維径の3倍以下であり、
前記低密度領域の密度をPとし、前記高密度領域の密度をQとすると、1.5P<Qであることを特徴とする成形加工シート。 - 前記繊維成分は、弾性率が150MPa以下である繊維からなることを特徴とする請求項1に記載の成形加工シート。
- 前記繊維成分と前記熱可塑性樹脂繊維の含有質量比率は前記成形加工シートの全領域において略一定であることを特徴とする請求項1または2に記載の成形加工シート。
- 前記繊維成分と前記熱可塑性樹脂繊維の含有質量比率は、0.2:1〜10:1であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記成形加工シートの外周領域が高密度領域であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記成形加工シートは凹凸構造を有し、凸部の最高点が低密度領域に属することを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記低密度領域、あるいは高密度領域のいずれか一方が、非連続領域として形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記繊維成分は、ガラス繊維であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記熱可塑性樹脂繊維は、ポリエーテルイミド樹脂繊維であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記成形加工シートのシート面の全面積に対して、前記高密度領域が占める割合が5〜70%であり、前記低密度領域が占める割合が30〜95%であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 前記低密度領域の密度が0.45〜1.3g/cm3である請求項1〜10のいずれか1項に記載の成形加工シート。
- 繊維径が20μm以下であり、ガラス転移温度が210℃以上である繊維からなる繊維成分と、LOI値(限界酸素指数)が30以上の熱可塑性樹脂繊維を含む不織布シートを得る工程と、
前記不織布シートを加工処理する加工工程を含み、
前記熱可塑性樹脂繊維の繊維径は、前記繊維成分の繊維径の3倍以下であり、
前記加工工程は、前記熱可塑性樹脂繊維の少なくとも一部が溶融する温度まで加熱しつつ加圧を行う加熱加圧工程を含み、
前記加熱加圧工程では、前記不織布シートにかかる圧力に分布があることを特徴とする成形加工シートの製造方法。 - 前記加熱加圧工程は、前記不織布シートの5〜70%の領域を、平均圧力よりも高圧で加圧する工程を含むことを特徴とする請求項12に記載の成形加工シートの製造方法。
- 前記加熱加圧工程は、凹凸形状を有する金型を、前記不織布シートに押し当ててプレス加工をする工程を含むことを特徴とする請求項12または13に記載の成形加工シートの製造方法。
- 前記加熱加圧工程は、Tg〜Tg+100℃に加熱する工程を含むことを特徴とする請求項12〜14のいずれか1項に記載の成形加工シートの製造方法。
(但し、Tgは、前記熱可塑性樹脂繊維のガラス転移温度を表す。) - 前記加熱加圧工程は、複数枚積層した不織布シートを加熱加圧処理する工程であることを特徴とする請求項12〜15のいずれか1項に記載の成形加工シートの製造方法。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の成形加工シートを用いることを特徴とする吸音材。
- 前記吸音材は、略円柱体または略円筒体であることを特徴とする請求項17に記載の吸音材。
- 請求項1〜11のいずれか1項に記載の成形加工シートを複数枚積層することを特徴とする多層吸音材。
- 前記成形加工シートは少なくとも一方の面に凹凸構造を有しており、凹凸構造を有する面同士が向かい合うように積層されることを特徴とする請求項19に記載の多層吸音材。
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