(57)【要約】本発明は、不連続の天然繊維及び不連続のガラス繊維を含んで成るマット、並びにこのマットを用いて製造することができる繊維構造物に関する。この構造物は、複合材の強化を意図している。マット中に天然繊維を存在させることで、特には、もっぱらガラス繊維から作製されたマットの制御不能にしわが寄る面倒な傾向を排除することにより、マットの取り扱いが容易になる。加えて、最終複合材の機械的性質は、特に引張弾性率及び曲げ弾性率に関して注目に値する。
2005526188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続天然繊維と不連続ガラス繊維の均質混合物から成るマット。
【請求項２】
前記繊維が、１０〜９０ｗｔ％の天然繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項１に記載のマット。
【請求項３】
前記繊維が、３０〜７０ｗｔ％の天然繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項２に記載のマット。
【請求項４】
前記繊維が、１０〜９０ｗｔ％のガラス繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のマット。
【請求項５】
前記繊維が、３０〜７０ｗｔ％のガラス繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項４に記載のマット。
【請求項６】
前記繊維が、もっぱらガラス繊維と天然繊維であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のマット。
【請求項７】
前記天然繊維が亜麻繊維であることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のマット。
【請求項８】
前記天然繊維が、１５０ｃｍよりも短い長さを有することを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のマット。
【請求項９】
前記ガラス繊維が、１０〜２００ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマット。
【請求項１０】
前記繊維が、機械的手段によって結合されることを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のマット。
【請求項１１】
前記繊維が、ニードルパンチングによって結合されることを特徴とする、請求項１０に記載のマット。
【請求項１２】
前記マットの繊維が分離され、該マットが、カーディング／ウェブフォーミング工程を受けた後ニードルパンチングされることを特徴とする、請求項１１に記載のマット。
【請求項１３】
その単位面積当たりの質量が１００〜９００ｇ／ｍ2であることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載のマット。
【請求項１４】
その層のうち少なくとも１つが請求項１〜１３の何れか１項に記載のマットである、少なくとも１つの機械的又は化学的手段によって互いに結合された複数の繊維層を含んで成る繊維構造物。
【請求項１５】
前記層のうちの１つが連続ストランドマットであることを特徴とする、請求項１４に記載の繊維構造物。
【請求項１６】
前記層のうちの１つがチョップトストランドマットであることを特徴とする、請求項１４に記載の繊維構造物。
【請求項１７】
不連続ガラス繊維と不連続天然繊維の均質混合物を含んで成るマットと、熱硬化性樹脂を含んで成るマトリックスとを含んで成る複合材。
【請求項１８】
前記樹脂がポリエステルであることを特徴とする、請求項１７に記載の複合材。
【請求項１９】
前記マットが、請求項１〜１３に記載のマットの何れか１つであることを特徴とする、請求項１７又は請求項１８に記載の複合材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不連続の天然繊維及び不連続のガラス繊維を含んで成るマット、並びにこのマットを用いて製造することができる繊維構造物に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維強化複合材の製造は、マットなどの繊維構造物を型（モールド）において成形すること、次いで、この構造物に含浸させるため、ポリマーに基づいた樹脂を注入することを含んで成る。次いで、架橋（熱硬化性樹脂の場合）又は冷却（熱可塑性樹脂の場合）することにより樹脂を凝固させる。結果として、繊維構造物は、幾つかの特性を有さなければならない。とりわけ、含浸前に、繊維構造物は、良好なドレープ適性を有していなければならない。言い換えると、繊維構造物は、それ自体容易に形を与えられなければならず、それゆえ、何らしわが寄る傾向なく手で容易に変形されなければならない。さらに、構造物は形状記憶を示すこと、言い換えると、例えば、手によって与えられた形状を保持し、それ自体の重さの影響下でなるべく変形しないことが望ましい。単位面積当たりの所与の質量について、この構造物はまた、含浸樹脂に対して可能な限り浸透性でなければならず、及び最終材料を可能な限り強化しなければならない。とりわけ、例えば、自動車のリアウィンドーシェルフのような幾つかの用途に関して、その目的は、最終複合材が高い曲げ弾性率と高い引張弾性率を有することである。最終複合材は、可能な限り軽いことが好ましく、それゆえ低密度である。最終複合材は、可能な限り均質であることが有利であり（特性の対称性）、それは初期繊維構造物の均質性に直接依存している。
【０００３】
繊維強化構造物を作製するためのけん縮ポリプロピレン繊維の使用が、ヨーロッパ特許第０７４５７１６号明細書、同第０６５９９２２号明細書、及び同第０３９５５４８号明細書で提案されている。しかしながら、いくつかの用途に関して、比較的高価であるポリプロピレン繊維は、十分な強化特性を有しておらず、さらに、ポリエステルなどの熱硬化性樹脂によって容易に湿潤及び含浸させることができない。それゆえ、優れた機械的性質を有するか及び／又はより十分に含浸させることのできる他の繊維を使用することが望ましい。さらには、クリンプ加工が付加的な工程であり、また、繊維、とりわけガラス繊維上にけん縮を作り出すことが常には可能でないという事実のため、非けん縮繊維を使用できることも望ましい。
【０００４】
先行技術の他の文献として、ＷＯ９６／２７０３９、ＷＯ９６／１３６２７、及びヨーロッパ特許第０６９４６４３号明細書を挙げることもできる。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の範囲内で、「マット」という語は結合不織布のことをいう。このようなマットは、その構造が失われることなく、手で扱うことができるための十分な結束性を有する。このようなマットは、一般に（化学バインダーを用いた）化学的手段、又はニードルパンチング若しくはステッチングなどの機械的手段によって結合されているので、この結束性を有する。
【０００６】
本発明によれば、不連続の天然繊維と不連続のガラス繊維を同じマットで組み合せている。（「ハイブリッド」マットと呼ばれることがある）本発明によるマットは、例えば、マットを構成する繊維が１０〜９０ｗｔ％、より好ましくは３０〜７０ｗｔ％の天然繊維を含んで成るようにすることができる。本発明によるマットは、例えば、マットを構成する繊維が１０〜９０ｗｔ％、より好ましくは３０〜７０ｗｔ％のガラス繊維を含んで成るようにすることができる。本発明によるマットは、マットを構成する繊維が、もっぱら天然繊維とガラス繊維の混合物であるようにすることができる。とりわけ、マットは、それに含浸される樹脂と調和しない部材を含むべきではない。したがって、マットを熱硬化性樹脂で含浸しなければならない場合、マットは、ポリオレフィンを含有しないことが好ましい。
【０００７】
本発明によるマット内には、２種類の繊維が均質に分布しており、このことは、マットの厚さにおいて、これら種類の繊維のうち一方に勾配が観察されないことを意味する。
【０００８】
天然繊維は、例えば、亜麻、大麻、サイザル又はジュート繊維であることができる。それらは本来不連続であり、本発明に従った処理による加工の前では、一般に１０〜１５０ｃｍの長さを有する。本発明に従った処理により、繊維が機械的手段によって結合される場合、繊維は幾分短くなる傾向がある。こういうわけで、本発明によるマットでは、天然繊維は一般に１５０ｃｍより短い長さを有する。
【０００９】
天然繊維は前処理されて、次いで最終複合材のマトリックスに対する付着力を改善するよう処理することができる。これらの処理は、それ自体通常のものであり、ガラス繊維の場合のサイジング処理と同様であるが、天然繊維に特有のプロセス及び処方を有する。天然繊維を処理しない（当然ながら、前処理もしない）ことも可能である。
【００１０】
ガラス繊維は、５〜２５μｍの直径、及び１０ｍｍ〜２００ｍｍ、例えば、約２５ｍｍ、５０ｍｍ又は１００ｍｍの長さを有することができる。不連続のガラス繊維は、一般にはストランドにまとめられた連続繊維から切断される。
【００１１】
ガラス繊維は、サイズ剤を施さないか若しくはサイズ剤を施してもよく、又はサイズ剤を除去してもよい。
【００１２】
マット中に天然繊維を存在させることで、特には、板を折り曲げたときに生じるように、もっぱらガラス繊維から作製されたマットが、マットを完全に通り過ぎるマット平面の線に沿って制御不能にしわが寄る面倒な傾向を排除することにより、マットの取り扱いが容易になることが見出された。挙動におけるこの改善は、同じ層内の２種類の繊維を緊密に混合する（マット中に均質に分布させる）ため好ましい。単位面積当たりの所与のマット質量について、最終複合材の機械的性質が、特に引張弾性率及び曲げ弾性率に関して注目すべきものであることも見出された。
【００１３】
本発明によるマットは、１００〜９００ｇ／ｍ2、例えば、約３００ｇ／ｍ2、約４５０ｇ／ｍ2又は約６００ｇ／ｍ2の単位面積当たり質量を一般に有する。
【００１４】
本発明によるマットを製造するために、繊維は、当業者に周知のタイプのドライハビングロフト法（dry-having loft process）によって配置される。
【００１５】
最終マットは、ハビングロフト（having loft）、即ち、スプリング効果で以って指の間で容易に圧縮できるという特性を有する（ベールはこの特性を全く有さない）。
【００１６】
本発明によるマットは、化学的手段又はニードルパンチングなどの機械的手段によって結合させることができる。本発明によるマットは、通常のマット製造技術を用いて得られる。機械的手段によってマットを結合させる場合には、その製造方法は、通常のフェルト製造技術を使用する。とりわけ、以下の一連の工程、即ち
−繊維オープナーを用いたガラス繊維／天然繊維予備混合物の製造；
−繊維オープナーを用いた均質なガラス繊維／天然繊維混合物の製造；
−カーディング／ウェブフォーミングによるウェブの製造；及び
−ウェブ両面への機械ニードルパンチングによるウェブの強化
を実施することができる。
【００１７】
繊維オープナーは、特にＬａｒｏｃｈｅ第１型であることができる。
【００１８】
機械ニードルパンチングのための設定は、例えば、
−ニードル侵入：５〜３０ｍｍ、例えば８ｍｍ、
−ニードル密度：１０〜１００パンチ／ｃｍ2、例えば５０〜７０パンチ／ｃｍ2
であることができる。
【００１９】
マットの製造方法は、たとえ複数の繊維を組み合せたストランドを最初に用いたとしても、最終複合材中の繊維を分離するための工具を使用することが好ましい。「ストランド」という語は、より詳しくは１０〜３００の繊維を含んで成る連続繊維の集合を意味すると解される。オープナーの機能は、とりわけストランドの繊維を分離することである。
【００２０】
本発明は、とりわけ、その繊維が分離されたマットに関し、該マットは、カーディング／ウェブフォーミング工程、続いてニードルパンチングを受ける。
【００２１】
本発明によるマットは、含浸されるべき全繊維構造を単独で構成することができる。しかしながら、本発明によるマットは、その層のうちの１つがこのマットで形成される繊維構造物の一部を形成するのに使用することもできる。したがって、本発明はまた、そのうちの少なくとも１つが本発明によるマットである複数の繊維層を含んで成る繊維構造物に関する。繊維構造物の少なくとも１つの他の層は、例えば、商標名Ｕｎｉｆｉｌｏ（登録商標）で販売されるタイプの連続ストランドマットであるか、又はチョップトストランドマットであることができる。
【００２２】
本発明による構造の様々な層は、少なくとも１つの機械的及び／又は化学的手段によって互いに結合させることができる。「機械的手段」という語は、ステッチング又はニードルパンチングを意味すると解される。一般には、機械的手段は全ての重ね合せ層を貫通して、全ての層が単一工程、例えば、ステッチング工程又はニードルボンディング工程において互いに結合されるようにする。「化学的手段」という語は、バインダーを意味すると解される。バインダーは、様々な繊維層を２つひと組で、即ち、構造物中の２つ並んだ層の全ての対を互いに結合させることができる。バインダーは、構造物の様々な層の間に置かれる膜の形態、液体の形態又は粉末の形態で使用することができる。
【００２３】
本発明によるマット、又は本発明によるマットを含んで成る繊維構造物は、複合材を製造する中で樹脂を含浸することができる。本発明はまた、マット又は繊維構造物と、ポリマー、とりわけポリエステルなどの熱硬化性樹脂を含んで成るマトリックスとを含んで成る複合材に関する。
【００２４】
以下の例では、複合材の機械的性質を以下の規格、即ち、
−三点曲げ：ＩＳＯ １４１２５１
−引張力：ＩＳＯ ５２７−２
に従って決定する。
【実施例】
【００２５】
すべて単位面積当たりの質量が３００ｇ／ｍ2の３つのマットを製造し、１つは１００ｗｔ％の亜麻繊維を含んで成り、別のものは１００ｗｔ％のガラス繊維から成り、最後のものは、５０ｗｔ％のガラス繊維と５０ｗｔ％の亜麻繊維から成る。サイズ剤を施したガラス繊維をサンゴバン・ヴェトロテックスによって販売されている参照名Ｐ２４３のストランドから５０ｍｍに切断した。マットの製造は以下の工程に従った。
−Ｌａｒｏｃｈｅ第１繊維オープナーへの繊維の通過
−カーディング／ウェブフォーミングによるウェブの製造
−ウェブ両面への機械ニードルパンチングによるウェブの強化
【００２６】
それゆえ、これらのマットは、機械的に互いに結合された繊維によってのみその稠度を得るべきであり、それは（化学バインダーではない）ニードルパンチングによってもたらされる。
【００２７】
形状記憶試験を実施するため、次いで、２５０ｍｍ一辺の正方形を得られたマットから切り取った。２つの平行な辺を手でつかんで、マットの正方形のそれぞれからチューブを形成するよう試みた。次いでマットを解放し、その挙動を観察した。亜麻１００％のマットは保全性がなく、それゆえ、形状記憶を有していないことがわかった。ガラス１００％のマットは与えられた形状の良好な保持を示したが、制御不能なしわが生じることがわかった（図１ａ参照）。天然繊維／ガラス繊維が５０／５０のハイブリッドマットは優れた形状記憶を示し、さらに、しわを形成する傾向はなかった（図１ｂ）。
【００２８】
次いで、同一の試験片を作り出すよう３つのマットをポリエステル樹脂の調剤で含浸し、機械的性質の測定を可能にした。含浸処理はレジントランスファ成形（ＲＴＭ）タイプのものであった。ポリエステル樹脂の調剤は、
−クレー・バレーによって販売されている商標名Ｎｏｒｓｏｄｙｎｅ Ｉ ２９８４ Ｖのポリエステル；
−アクゾ・ノーベルによって販売されている商標名ＢＵＴＡＮＯＸ Ｍ５０のメチルエチルケトンペルオキシドタイプの触媒を１ｗｔ％；及び
−促進剤として、アクゾ・ノーベルによって商標名ＮＬ５１Ｐで販売されている６％オクチル酸コバルト溶液を０．１５ｗｔ％
を含んでいた。
【００２９】
含浸は２ｂａｒの注入圧で以って３０℃で実施し、硬化後、１時間７０℃で実施した。
【００３０】
得られた機械的性質を図２に与える。曲げ強さは、ガラス繊維の含有量とともに直線的に増加するが、それはガラス繊維のより高い固有の強度を考えれば当然であり、引張及び曲げ弾性率は、ガラス繊維／天然繊維のハイブリッドマットの使用に関して非常に高いことを知ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
（原文に記載なし）
【図１ａ】
2005526188.tif 000003
【図１ｂ】
2005526188.tif 000004
【図２】
2005526188.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成16年3月10日(2004.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
不連続天然繊維と不連続ガラス繊維の均質混合物から成るマット。
【請求項２】
前記繊維が、１０〜９０ｗｔ％の天然繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項１に記載のマット。
【請求項３】
前記繊維が、３０〜７０ｗｔ％の天然繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項２に記載のマット。
【請求項４】
前記繊維が、１０〜９０ｗｔ％のガラス繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項１〜３の何れか１項に記載のマット。
【請求項５】
前記繊維が、３０〜７０ｗｔ％のガラス繊維を含んで成ることを特徴とする、請求項４に記載のマット。
【請求項６】
前記繊維が、もっぱらガラス繊維と天然繊維であることを特徴とする、請求項１〜５の何れか１項に記載のマット。
【請求項７】
前記天然繊維が亜麻繊維であることを特徴とする、請求項１〜６の何れか１項に記載のマット。
【請求項８】
前記天然繊維が、１５０ｃｍよりも短い長さを有することを特徴とする、請求項１〜７の何れか１項に記載のマット。
【請求項９】
前記ガラス繊維が、１０〜２００ｍｍの長さを有することを特徴とする、請求項１〜８の何れか１項に記載のマット。
【請求項１０】
前記繊維が、機械的手段によって結合されることを特徴とする、請求項１〜９の何れか１項に記載のマット。
【請求項１１】
前記繊維が、ニードルパンチングによって結合されることを特徴とする、請求項１０に記載のマット。
【請求項１２】
前記マットの繊維が分離され、該マットが、カーディング／ウェブフォーミング工程を受けた後ニードルパンチングされることを特徴とする、請求項１１に記載のマット。
【請求項１３】
その単位面積当たりの質量が１００〜９００ｇ／ｍ2であることを特徴とする、請求項１〜１２の何れか１項に記載のマット。
【請求項１４】
その層のうち少なくとも１つが請求項１〜１３の何れか１項に記載のマットである、少なくとも１つの機械的又は化学的手段によって互いに結合された複数の繊維層を含んで成る繊維構造物。
【請求項１５】
前記層のうちの１つが連続ストランドマットであることを特徴とする、請求項１４に記載の繊維構造物。
【請求項１６】
前記層のうちの１つがチョップトストランドマットであることを特徴とする、請求項１４に記載の繊維構造物。
【請求項１７】
不連続ガラス繊維と不連続天然繊維の均質混合物を含んで成るマットと、熱硬化性樹脂を含んで成るマトリックスとを含んで成る複合材。
【請求項１８】
前記樹脂がポリエステルであることを特徴とする、請求項１７に記載の複合材。
【請求項１９】
前記マットが、請求項１に記載のマットであることを特徴とする、請求項１７又は請求項１８に記載の複合材。
【請求項２０】
前記マットが、１０〜９０ｗｔ％の天然繊維と、９０〜１０ｗｔ％のガラス繊維とを含んで成ることを特徴とする、請求項１９に記載の複合材。
【請求項２１】
前記マットが、３０〜７０ｗｔ％の天然繊維と、７０〜３０ｗｔ％のガラス繊維とを含んで成ることを特徴とする、請求項２０に記載の複合材。
【請求項２２】
前記マットが、前記複合材の唯一の繊維構造を構成することを特徴とする、請求項２０又は請求項２１に記載の複合材。
【請求項２３】
型（モールド）におけるマット成形、次いで熱硬化性樹脂によるマットの含浸を含んで成る、請求項１７〜２２の何れか１項に記載の複合材を製造する方法。
【国際調査報告】
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