(57)【要約】【課題】炭素繊維を強化繊維とする繊維強化プラスチックのシート状成形材料において、炭素繊維を薄地のウエブ状に、かつ均一に分散させ、シート状成形材料の厚みを小さく、縦横の引張り弾性率を大きくする。【解決手段】炭素繊維およびポリプロピレン繊維を個別に開繊して炭素繊維およびポリプロピレン繊維を９０／１０〜５０／５０の重量比で混合し、しかるのち２度目の開繊を施し、得られた混合繊維をカーディングして炭素繊維がポリプロピレン繊維にその絡みにより接合された形態で目付け量２０〜５０ｇ／ｍ２　のウエブ状不織布を形成し、この不織布に目付け量１５〜４５ｇ／ｍ２　のポリプロピレンフィルムを積層し、加圧下でポリプロピレン繊維およびポリプロピレンフィルムを溶融、固化して炭素繊維と一体化する。【選択図】　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
短繊維の炭素繊維および熱可塑性合成繊維を個別に開繊して上記の炭素繊維および熱可塑性合成繊維を９０／１０〜５０／５０の重量比で混合し、しかるのち２度目の開繊を施し、得られた混合繊維をカーディングして上記の炭素繊維が熱可塑性合成繊維に該熱可塑性合成繊維の絡みにより接合された形態で目付け量が２０〜５０ｇ／ｍ２　のウエブ状不織布を形成し、これをシート状で取り出すことを特徴とする不織布の製造方法。
【請求項２】
炭素繊維の引張弾性率が２００，０００Ｎ／ｍｍ２　以上、繊維径が６〜９μｍ、繊維長が２０〜７０ｍｍで、熱可塑性合成繊維の繊度が５〜１０デニール、繊維長が３０〜７０ｍｍである請求項１記載の不織布の製造方法。
【請求項３】
カーディングに用いるカードが少なくともブレストシリンダー、メインシリンダー、ファンシー、ドッファー、第１コンデンサーロール、第２コンデンサーロールおよびローラーコームを備え、排出側に引取りコンベヤーが設けられたものであり、上記ドッファーの速度をＶａ、第１コンデンサーロールの速度をＶｂ、第２コンデンサーロールの速度をＶｃ、引取りコンベヤーの速度をＶｄとしたとき、Ｖａ／Ｖｂが２〜３、Ｖｂ／Ｖｃが１．５〜４、Ｖｃ／Ｖｄが０．１〜０．１６にそれぞれ設定される請求項１または２に記載の不織布の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載された製造方法で製造された不織布にこの不織布中の熱可塑性合成繊維と等しい温度で溶融する目付け量１５〜４５ｇ／ｍ２　の熱可塑性シートを積層し、加圧下で上記の熱可塑性合成繊維および熱可塑性シートを溶融、固化して炭素繊維と一体化することを特徴とするシート状成形材料の製造方法。
【請求項５】
不織布中の熱可塑性合成繊維がポリプロピレン繊維であり、熱可塑性シートがポリプロピレンフィルム、ポリプロピレン繊維製不織布、またはポリプロピレンを低融点成分としポリエステルを高融点成分とする熱融着性繊維とポリエステル繊維とからなり、熱融着性繊維の含有量が７０％以上のサーマルボンド不織布である請求項４に記載のシート状成形材料の製造方法。
【請求項６】
不織布および熱可塑性シートを溶融、固化するに際し、不織布および熱可塑性シートの積層体をフッ素樹脂コーティングガラスクロスベルトで挟んだ状態で加熱シリンダーに巻回し、走行させながら加熱し、加熱シリンダーと冷却シリンダーとの間で線圧１００〜３００Ｎ／ｃｍでプレスして溶融成分を炭素繊維間に浸透一体化させ、続いて冷却シリンダーに巻回し、走行させながら冷却、固定化する請求項４または５に記載のシート状成形材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、炭素繊維を主成分とする不織布および該不織布を強化繊維とし、熱可塑性合成樹脂をマトリックス樹脂とする薄手のシート状成形材料の製造方法に関し、例えば発泡体などの両面に積層される高引張り弾性率の表皮材として好適なシート状成形材料を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用内装材その他の成形材料として合成樹脂やゴム等からなる発泡体を中間層とし、その表裏両面に合成樹脂シートからなる表皮材を積層したものが知られているが、この表皮材としては成形物の剛性を維持するために表皮の伸びが少なく、引張り弾性率の高い材料が必要とされ、かかる材料としてガラス繊維や炭素繊維のチョップドストランドを用いた繊維強化プラスチック、特に帯電防止性や軽量化の面で炭素繊維を用いたものが注目されるようになった。
【０００３】
しかしながら、炭素繊維は、機械的処理によって容易に破損するため、均一分散のために開繊その他の機械的処理を繰り返すことができず、そのため炭素繊維をカードに供給して薄く均一な厚みの不織布を作ることが困難であった。したがって、炭素繊維からなる不織布に熱可塑性樹脂を含浸させて上記の表皮材を製造した際、炭素繊維の分散が不均一になり、不織布としての厚み斑が大きくなり、そのため表皮材の厚みが過大になり、剛性その他の機械的性質が均一にならない等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、炭素繊維が均一に分散し、しかも薄地であって前記表皮材用のシート状成形材料を製造するのに好適な不織布を製造すると共に、該不織布を用いることにより、炭素繊維が均一に分散し、しかも薄地で上記の表皮材用として好適なシート状成形材料を製造するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る炭素繊維を主成分とする不織布の製造方法は、短繊維の炭素繊維および熱可塑性合成繊維を個別に開繊して上記の炭素繊維および熱可塑性合成繊維を９０／１０〜５０／５０の重量比で混合し、しかるのち２度目の開繊を施し、得られた混合繊維をカーディングして上記の炭素繊維が熱可塑性合成繊維に該熱可塑性合成繊維の絡みにより接合された形態で目付け量が２０〜５０ｇ／ｍ２　のウエブ状不織布を形成し、これをシート状で取り出すことを特徴とする。
【０００６】
すなわち、上記不織布の製造方法では、炭素繊維および熱可塑性合成繊維を個別に開繊するので、熱可塑性合成繊維の開繊を充分に、すなわち繊維の固まりがほとんど消えて繊維が１本ずつに分離する程度に行うことができ、そのためカーディングの際に繊維を均一に分散させることができる。一方、炭素繊維の開繊は、軽く、すなわちチョップドストランドを開繊、分散させ、カーディングの際に損傷されない程度に行うことができる。したがって、両繊維を個別に開繊し、混合した後に２度めの開繊を行うことにより、両繊維の混合を進め、熱可塑性合成繊維に炭素繊維を均一に分散させ、次のカーディングによって両繊維がほぼ均一に混じり合い、炭素繊維に熱可塑性合成繊維が絡み、炭素繊維が熱可塑性合成繊維に接合され、保持された形態で薄地のウエブ状不織布を作ることができる。
【０００７】
ただし、炭素繊維および熱可塑性合成繊維は、９０／１０〜５０／５０の重量比、好ましくは７０／３０〜５０／５０の重量比で混合することが必要であり、この範囲よりも炭素繊維が過剰になると、不織布になり難く、かつ発泡体との接着性が悪くなり、反対に過少になると、不織布の弾性率が不足し、この不織布を繊維強化プラスチックの強化繊維に用いた際、その剛性が不十分となる。
【０００８】
また、上記不織布の目付け量は、２０〜５０ｇ／ｍ２　であることが必要であり、２０ｇ／ｍ２　未満の場合は、不織布の強度が不足し、反対に５０ｇ／ｍ２　を超えた場合は、厚みが過大になって不経済であると共に、所望の薄地の表皮材に適したシート状成形材料が得られなくなる。
【０００９】
上記炭素繊維の引張弾性率は２００，０００Ｎ／ｍｍ２　以上が、繊維径は６〜９μｍが、また繊維長は２０〜７０ｍｍがそれぞれ好ましい。引張弾性率が２００，０００Ｎ／ｍｍ２　未満では最終製品となる表皮材の引張弾性率が不足する。また、繊維径が６μｍ未満では剛直性が不足し、かつ破断し易くなり、反対に９μｍを超えると折れ易くなり、かつ薄い目付け量の不織布では単位面積当たりの繊維本数が少なくなって目付け斑が生じ易くなり、いずれも実用性に乏しくなる。また、繊維長が２０ｍｍ未満では合成繊維が絡み難くなって不織布の製造が困難になり、反対に７０ｍｍを超えるとカーディングが困難になり、目付け斑が大きくなり、引張り弾性率の縦横のバランスが悪くなる。
【００１０】
一方、上記熱可塑性合成繊維の繊度は５〜１０デニールが、また繊維長は３０〜７０ｍｍがそれぞれ好ましい。繊度が５デニール未満では引張により破断し易くなり、反対に１０デニールを超えると剛性が過大になってカーディングの際に炭素繊維に絡み難くなり、かつ薄い目付け量の不織布では単位面積当たりの繊維本数が少なくなって目付け斑が生じ易くなり、いずれも不織布の製造が困難になる。また、その繊維長が３０ｍｍ未満では上記の絡みが困難になり、反対に７０ｍｍを超えるとカーディングが困難になり、いずれも不織布の製造が困難になる。
【００１１】
上記のカーディングに用いるカードは、炭素繊維および熱可塑性合成繊維の混合繊維をカーディングできるものであれば任意であるが、少なくともブレストシリンダー、メインシリンダー、ファンシー、ドッファー、第１コンデンサーロール、第２コンデンサーロールおよびローラーコームを備え、排出側に引取りコンベヤーが設けられたものが好ましく、かかるカードを用いることにより、前記の炭素繊維および熱可塑性合成繊維の混合物からなる薄地で、分散斑の少ないウエブ状不織布を比較的容易に製造することができる。
【００１２】
そして、カーディングに際しては、各ロール類の速度、特にドッファー、第１コンデンサーロール、第２コンデンサーロールおよび引取りコンベヤーの速度を適切に設定することが重要であり、ドッファーの速度をＶａ、第１コンデンサーロールの速度をＶｂ、第２コンデンサーロールの速度をＶｃ、引取りコンベヤーの速度をＶｄとしたとき、Ｖａ／Ｖｂを２〜３、Ｖｂ／Ｖｃを１．５〜４、Ｖｃ／Ｖｄを０．１〜０．１６にそれぞれ設定することが好ましい。すなわち、炭素繊維は剛直でクリンプを有しないため、ウエブとしても柔軟性に乏しく、通常のクリンプのある繊維よりも上記速度比の範囲を狭く設定する必要があり、速度比が上記の下限を外れるとウエブに縦皺が発生し、上記の上限を外れるとウエブに横皺が発生し易くなる。
【００１３】
上記の不織布を強化繊維に用いたシート状成形材料は、上記の方法で製造された不織布にこの不織布中の熱可塑性合成繊維と等しい温度で溶融する目付け量１５〜４５ｇ／ｍ２　の熱可塑性シートを積層し、加圧下で上記の熱可塑性合成繊維および熱可塑性シートを溶融、固化して炭素繊維と一体化することによって製造することができる。
【００１４】
上記の熱可塑性シートとしては、上記不織布中の熱可塑性合成繊維と同じ合成樹脂からなるフィルム、上記の熱可塑性合成繊維からなる不織布、織物、編物等の繊維シート、上記の熱可塑性合成繊維を低融点成分に用い、該熱可塑性合成繊維よりも融点が高い繊維を高融点成分とする熱融着性繊維を主成分に用いたサーマルボンド不織布等が例示される。
【００１５】
例えば、上記不織布中の熱可塑性合成繊維にポリプロピレン繊維を用いた場合の熱可塑性シートとしては、ポリプロピレンフィルム、ポリプロピレン繊維製不織布、またはポリプロピレンを低融点成分としポリエステルを高融点成分とする芯鞘型またはサイドバイサイド型の熱融着性繊維のみからなるサーマルボンド不織布、または該熱融着性繊維とポリエステル繊維とからなり、ポリエステル繊維の混合量が３０％以下のサーマルボンド不織布があげられる。
【００１６】
上記の熱可塑性シートを前記の炭素繊維を主成分とする不織布に積層し、得られた積層体を加圧下で加熱し、不織布中の熱可塑性合成繊維および熱可塑性シートを溶融すると、不織布を構成する炭素繊維の隙間に溶融樹脂が浸透し、かつ炭素繊維からなる不織布の表裏両面を被覆し、その後の加圧下での冷却固化により、表裏両面が平滑で、内層に強化繊維である炭素繊維の不織布を備え、かつ熱成形が可能なシート状成形材料が得られる。
【００１７】
ただし、熱可塑性シートの目付け量が１５ｇ／ｍ２　未満では、得られたシート状成形材料の表面平滑度が劣り、かつその熱成形性が低下し、反対に４５ｇ／ｍ２　を超えると、シート状成形材料の引張り弾性率が不足し、前記表皮材としての実用性が失われる。また、熱可塑性シートとしてサーマルボンド不織布を用いた場合、その熱融着性繊維の含有量が７０％に満たない場合は、シート状成形材料の表面平滑度および熱成形性が低下し、好ましくない。
【００１８】
そして、不織布中の熱可塑性合成繊維に特にポリプロピレン繊維を用い、熱可塑性シートにポリプロピレンフィルム、ポリプロピレン繊維製不織布、またはポリプロピレンを低融点成分としポリエステルを高融点成分とする芯鞘型またはサイドバイサイド型の熱融着性繊維と少量のポリエステル繊維とからなるサーマルボンド不織布を用いた場合は、前記不織布中の熱可塑性合成繊維と熱可塑性シート中の溶融成分とが同じポリプロピレンとなり、これらが溶融固化によって容易に一体化し、かつポリプロピレンが熱可塑性合成樹脂中で比較的融点が低いため、シート状成形体の熱成形性が良好で、約２００℃で熱成形が可能となる。
【００１９】
前記の不織布および熱可塑性シートを積層して溶融、固化する際は、上記の不織布および熱可塑性シートの積層体をフッ素樹脂でコーティングされたガラスクロスベルト（以下、「フッ素樹脂ベルト」という）で挟んだ状態で加熱シリンダーに巻回し、走行させながら加熱し、加熱シリンダーと冷却シリンダーとの間で線圧１００〜３００Ｎ／ｃｍでプレスして溶融成分を炭素繊維間に浸透一体化させ、続いて冷却シリンダーに巻回し、走行させながら冷却、固定化することが好ましい。なお、加熱シリンダーによる積層体の加熱温度は、不織布中の熱可塑性合成繊維および熱可塑性シート中の溶融成分が溶融する温度以上であり、上記の繊維および溶融成分がポリプロピレンの場合は２１０℃以上が好ましい。
【００２０】
この場合、積層体は、フッ素樹脂ベルトで挟んで加熱シリンダーに接触させ、続いて冷却シリンダーに移行させるので、溶融成分を含む積層体の移行が円滑に行われ、かつベルトの張力で積層体に圧力が加わり、アイロン掛けの状態となって、熱伝達も早くなり、炭素繊維の不均一収縮が抑制され、皺が生じない。また、積層体を加熱シリンダーから冷却シリンダーへ移行する際、積層体を加熱シリンダーと冷却シリンダーとの間でフッ素樹脂ベルトを介してプレスするので、金属ロールで直接プレスする場合に比べ、積層体に加わる圧力が平均化され、加圧時間が延長され、さらにベルトの熱伝達抵抗および熱容量の存在により、冷却シリンダーによる冷却開始時間を遅らせることができ、プレスによる溶融成分の溶け込みが容易となる。
【００２１】
ただし、上記プレス時の圧力は、線圧１００〜３００Ｎ／ｃｍが好ましく、この線圧が１００Ｎ／ｃｍ未満では溶融成分の溶け込みが不十分となり、炭素繊維が溶融成分から分離し、シート状成形材料が強力不足となり、反対に３００Ｎ／ｃｍを超えると炭素繊維の折損が生じて好ましくない。また、加熱シリンダーによる加熱温度が低過ぎると、上記溶融成分の溶け込みに長時間を要し、またプレス圧力を大きくする必要が生じ、反対に高過ぎると、溶融樹脂の劣化やフッ素樹脂ベルトの損傷が起きるので、好ましくない。
【００２２】
なお、上記の積層体をフッ素樹脂ベルトで挟まず、直接加熱シリンダーに接触させて加熱すると、溶融樹脂が加熱シリンダー表面に付着し、冷却シリンダーへの移行が不可能になる。また、上記のフッ素樹脂ベルトに代えて金属ベルトを使った場合は、金属ベルトの熱容量が大きいため、加熱および冷却に膨大な熱量が必要となり、これを避けるために加熱部分と冷却部分とを分離すると、溶融成分の移行が不可能になり、また装置の全長が長くなり、実用的でない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
図１は、上記の炭素繊維を主体とする不織布を製造し、続いて該不織布に熱可塑性シートを積層し、加圧下で加熱してシート状成形材料を製造するための装置の一例を示し、その一部の詳細が図２に示される。
【００２４】
図１において、１０はホッパーフィーダーであり、このホッパーフィーダー１０の前方（図１の左方）のコンベヤ（図示されていない）上にシングルビーターオープナーの高速回転等で充分に開繊された熱可塑性合成繊維がシート状に積まれ、その上に同じくシングルビーターオープナーの低速回転等で軽く開繊された炭素繊維が上記熱可塑性合成繊維との混合比が９０／１０〜５０／５０となるようにシート状に重ねられ、この上下に重ねられたシート状の炭素繊維および熱可塑性合成繊維が第２の開繊機で開繊、混合されて上記のホッパーフィーダー１０に送られ、ボトムラチス１１およびスパイクドラチス１２によって上向きに運ばれ、ウエイパン１３で計量しながら下方のフィードコンベヤ１４上に落とされ、フィードローラ１５を介してカード２０に供給される。
【００２５】
カード２０は、ブレストシリンダー２１、メインシリンダー２２、ファンシーロール２３、ドッファー２４、第１コンデンサーロール２５、第２コンデンサーロール２６、ローラーコーム２７および引取りコンベヤー２８を備え、前記のホッパーフィーダー１０から供給された炭素繊維および熱可塑性合成繊維の混合綿をカーディングし、ウエブ状不織布として引取りコンベヤー２８上に取り出すようになっている。
【００２６】
ただし、上記ドッファー２４の速度をＶａ、第１コンデンサーロール２５の速度をＶｂ、第２コンデンサーロール２６の速度をＶｃ、引取りコンベヤー２８の速度をＶｄとしたとき、Ｖａ／Ｖｂが２〜３、Ｖｂ／Ｖｃが１．５〜４、Ｖｃ／Ｖｄが０．１〜０．１６となるように、これらのロール速度が設定される。
【００２７】
上記のカーディングで得られたウエブ状不織布は、引取りコンベヤー２８から上向きコンベヤー２９を介して上方の水平コンベヤ３０上に供給される。そして、この水平コンベヤー３０に供給されたウエブ状の不織布Ｗは、下方の巻出し機３１から引出された熱可塑性シートＳの上に重ねられ、積層体Ｔとなって水平に送られる。
【００２８】
上記積層体Ｔの進み方向には、加熱シリンダー３２および冷却シリンダー３３が、冷却シリンダー３３を前（図１の左）に位置させ、加熱シリンダー３２を後に位置させて両者が接するように設けられ、冷却シリンダー３３の前方上部に第１ニップローラ３４が、また加熱シリンダー３２の後方下部に第２ニップローラ３５がそれぞれ設けられる。なお、加熱シリンダー３２は時計方向に、また冷却シリンダー３３は反時計方向にそれぞれ駆動により回転する。
【００２９】
そして、無端の第１フッ素樹脂ベルト３７が第１ニップローラ３４を経て加熱シリンダー３２、冷却シリンダー３３、第２ニップローラ３５および第１ガイドローラ３６ａに巻回され、無端の第２フッ素樹脂ベルト３８が第２ニップローラ３５を経て冷却シリンダー３３、加熱シリンダー３２、第２ガイドローラ３６ｂおよび第３ガイドローラ３６ｃに巻回される。
【００３０】
前記の不織布Ｗおよび熱可塑性シートＳの積層体Ｔは、上記の第１ニップローラ３４で第１フッ素樹脂ベルト３７上に重ねられ、加熱シリンダー３２の頂部において第１フッ素樹脂ベルト３７と第２フッ素樹脂ベルト３８間に挟まれ、以下フッ素樹脂ベルト３７、３８に挟まれた状態で加熱シリンダー３２で加熱され、冷却シリンダー３３で冷却され、その間に不織布Ｗ中の熱可塑性合成樹脂および熱可塑性シートＳ中の溶融成分が溶融固化し、炭素繊維との結合によりシート状成形材料Ｔｓ　となり、第２ニップローラ３５から送出され、上記のフッ素樹脂ベルト３７、３８から離脱する。
【００３１】
【実施例】
熱可塑性シートとしてポリプロピレンフィルムおよびポリプロピレン繊維主体のサーマルボンド不織布を用い、条件を種々に変更して試料１〜９のシート状成形材料を試作し、その物性を下記の方法で試験した。
【００３２】
目付け量：
１０ｃｍ角のサンプルを幅方向の１０箇所から採取し、得られた１０点のサンプルの重量を測定し、１ｍ２　当たりのグラム数で表示する。なお、目付け斑のＣＶ値は、１００点のサンプルで算出する。
【００３３】
炭素繊維含有率：
１０ｃｍ角のサンプルを幅方向の１０箇所から採取し、サンプル中の樹脂成分を燃焼し、残った炭素繊維の重量を測定し、その含有率で表示する。
【００３４】
引張り弾性率：
３ｃｍ×１８ｃｍの大きさのサンプルを縦方向および幅方向にそれぞれ５点ずつ採取し、３ｃｍ幅で初期掴み長さ８ｃｍで保持し、引張り速度２００ｍｍ／分で引張り、荷重・伸び曲線の傾きが最大になったときの伸び変化量ΔＬｉ　（ｍｍ）とΔＬｉ　に対する荷重変化量ΔＦ（Ｎ）から引張り弾性率を計算する。
【００３５】
縦横の引張り弾性率のバランス：
縦の引張り弾性率をＭＤ、横の引張り弾性率をＣＤとし、横配向指数ＣＤ／（ＣＤ＋ＭＤ）で表示する。
【００３６】
なお、上記物性の好適な大きさ（好適値）は、シート状成形材料の用途によって異なるが、発泡シート（厚み３〜７ｍｍ）の表裏両面に表皮材として積層し、この積層体に熱成形（深絞り加工を含む）を施す場合を想定し、経験的に好適値を下記のとおり設定し、各試料の測定値と比較した。
縦方向弾性率（ＭＤ）：７０，０００Ｎ／ｍｍ２　以上
横方向弾性率（ＣＤ）：３０，０００Ｎ／ｍｍ２　以上
横配向指数ＣＤ／（ＣＤ＋ＭＤ）：０．３以上
目付け量の均一性（ＣＶ値）：１５％以下
【００３７】
試料１
繊度が８デニール、繊維長が６４ｍｍのポリプロピレン繊維を開繊機で充分に開繊してシート状に敷き、一方、引張弾性率２５０，０００Ｎ／ｍｍ２　、繊維径７μｍ、繊維長３０ｍｍの炭素繊維を軽く開繊した後、上記シート状のポリプロピレン繊維上に、炭素繊維と上記ポリプロピレン繊維との重量比が７０／３０となるように積み重ね、第２の開繊機で開繊、混合してポリプロピレン繊維と炭素繊維が均一に混合された混合綿を得た。
【００３８】
得られた混合綿を前記のホッパーフィーダー１０に投入し、幅１５００ｍｍのブレストシリンダー２１、メインシリンダー２２、ファンシーロール２３、ドッファー２４、第１コンデンサーロール２５、第２コンデンサーロール２６およびローラーコーム２７を備えたカード２０に連続的に供給し、ドッファー２４の速度Ｖａ、第１コンデンサーロール２５の速度Ｖｂ、第２コンデンサーロール２６の速度Ｖｃおよびカード出口側の引取りコンベヤー２８の速度Ｖｄをそれぞれ１６ｍ／分、７．１ｍ／分、１．５ｍ／分および１３．５ｍ／分に設定して運転し、目付け量３０ｇ／ｍ２　のウエブ状不織布Ｗを得た。
【００３９】
上記の不織布Ｗを、巻出し機３１から引出された目付け量１８ｇ／ｍ２　のポリプロピレンフィルム（熱可塑性シート）Ｓと重ね、得られた積層体Ｔを厚さ０．５８ｍｍのフッ素樹脂ベルト３７、３８間に挟み、２７０℃の熱媒オイルの循環で加熱された直径２５００ｍｍの加熱シリンダー３２に巻回して１３．５ｍ／分の速度で送り、同じく直径２５００ｍｍの冷却シリンダー３３との接触部に送り、線圧１５０Ｎ／ｃｍでプレスした。サーモラベルで確認すると、積層体Ｔの温度は２１０℃以上であった。
【００４０】
上記プレス後の積層体Ｔは、引き続き冷却シリンダー３３に巻回して送り、冷却固化を行った後、フッ素樹脂ベルト３７、３８から分離し、表皮材用のシート状成形材料Ｔｓ　として取り出した。このシート状成形材料Ｔｓ　における目付け量のばらつきＣＶ値は好適値１５％よりも小さい１２％となり、縦の引張り弾性率ＭＤは好適値７０，０００Ｎ／ｍｍ２　を超えて７１，８００Ｎ／ｍｍ２　となり、横の引張り弾性率ＣＤは好適値３０，０００Ｎ／ｍｍ２　を超える３２，５００Ｎ／ｍｍ２　となり、その横配向指数ＣＤ／（ＣＤ＋ＭＤ）も好適値０．３以上の０．３１となり、表皮材用として良好であった。
【００４１】
試料２
炭素繊維とポリプロピレン繊維との重量比を５０／５０に設定する以外は、試料１と同様にしてポリプロピレン繊維および炭素繊維が均一に混合された混合綿を得、この混合綿を前記のホッパーフィーダー１０に投入し、ドッファー２４の速度Ｖａ、第１コンデンサーロール２５の速度Ｖｂ、第２コンデンサーロール２６の速度Ｖｃおよびカード出口側の引取りコンベヤー２８の速度Ｖｄをそれぞれ２０．６ｍ／分、８．２ｍ／分、２．３ｍ／分および１６．１ｍ／分に設定して運転し、目付け量４２ｇ／ｍ２　の不織布Ｗを得た。
【００４２】
上記の不織布Ｗを、巻出し機３１から引出された目付け量１５ｇ／ｍ２　の熱可塑性シートＳ（サーマルボンド不織布：ポリエチレンテレフタレートを芯成分とし、ポリプロピレンを鞘成分とする熱融着性繊維のみからなる不織布）の上に重ね、得られた積層体Ｔを試料１と同様に加熱シリンダー３２と冷却シリンダー３３とで処理して表皮材用のシート状成形材料Ｔｓ　を得た。このシート状成形材料Ｔｓ　は、目付け量のばらつきＣＶ値が１３％と、好適値１５％以下になり、縦の引張り弾性率ＭＤが９６，６００Ｎ／ｍｍ２　と好適値７０，０００Ｎ／ｍｍ２　を超え、横の引張り弾性率ＣＤが４９，０００Ｎ／ｍｍ２　と好適値３０，０００Ｎ／ｍｍ２　を超え、その横配向指数ＣＤ／（ＣＤ＋ＭＤ）は０．３３６と好適値０．３を上回り、表皮材用として良好であった。
【００４３】
試料３〜５
前記の試料１において、そのドッファー２４の速度Ｖａ、第１コンデンサーロール２５の速度Ｖｂ、第２コンデンサーロール２６の速度Ｖｃおよびカード出口側の引取りコンベヤー２８の速度Ｖｄを種々に変更する以外は、試料１と同様にして試料３〜５のシート状成形材料Ｔｓ　を製造した。その品質を下記の表１に上記の速度と共に記載した。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
試料６
前記の試料１において、プレスの線圧を８００Ｎ／ｃｍに設定する以外は試料１と同様にしてシート状成形材料を試作した。得られた試料６のポリプロピレン繊維およびポリプロピレンフィルムを燃焼して炭素繊維を観察したところ、炭素繊維が細かく砕けており、上記シート状成形材料の引張り弾性率が縦横とも前記の好適値よりも低下した。
【００４６】
試料７
前記の試料１において、プレスの線圧を５５Ｎ／ｃｍに設定する以外は試料１と同様にしてシート状成形材料を試作した。得られた試料７のシート状成形材料は、ポリプロピレン繊維およびポリプロピレンフィルムの炭素繊維に対する溶け込みが不十分で、上記シート状成形材料の表面に炭素繊維の毛羽立ちが見られ、また皺やカールが発生し、縦横の引張り弾性率が前記の好適値に満たなかった。
【００４７】
試料８
前記の試料１において、加熱シリンダー３２に供給する熱媒の温度を２１０℃に設定する以外は、試料１と同様にしてシート状成形材料を試作した。このとき、サーモラベルで積層体Ｔの温度を確認したところ、１９０℃であった。得られたシート状成形材料は、溶融したポリプロピレンおよびポリプロピレンフィルムの炭素繊維への溶け込みが不十分となり、引張り弾性率が前記の好適値に満たなかった。
【００４８】
試料９
前記の試料１において、炭素繊維の繊維長を８０ｍｍとする以外は試料１と同様にしてシート状成形材料を試作したところ、目付け量のＣＶ値が１８％と、好適値の１５％以下を超える結果になった。また、横配向指数ＣＤ／（ＣＤ＋ＭＤ）は、０．２６と好適値０．３以上を満たし得なかった。
【００４９】
【発明の効果】
上記のとおり、請求項１〜３に係る発明は、炭素繊維と熱可塑性合成繊維とがほぼ均一に混じり合い、炭素繊維に熱可塑性合成繊維が絡み、炭素繊維が熱可塑性合成繊維に接合され、保持された形態で薄地のウエブ状不織布を作ることができる。特に請求項２に係る発明は、上記不織布の目付け斑を小さくし、製造を容易にすることがきる。また、請求項３に係る発明は、皺のない高品質で、特に薄地のウエブ状不織布を作ることができる。
【００５０】
また、請求項４〜６に係る発明は、上記ウエブ状不織布中の炭素繊維を強化繊維に用いたシート状成形材料、換言すれば熱成形が可能な炭素繊維強化プラスチックのシートが得られる。特に請求項５に係る発明は、樹脂成分がポリプロピレンのシート状成形材料が得られ、２００℃程度の比較的低温で熱成形を行うことができる。また、請求項６に係る発明は、樹脂成分の溶融固化が円滑に行われ、溶融状態の樹脂成分の炭素繊維に対する溶け込みが充分に行われ、特に高品質のシート状成形材料を効率的に生産することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態の側面図である。
【図２】図１の要部の拡大図である。
【符号の説明】
１０：ホッパーフィーダー
１１：ボトムラチス、１２：スパイクドラチス、１３：ウエイパン
２０：カード、２１：ブレストシリンダー、２２：メインシリンダー
２３：ファンシーロール、２４：ドッファー
２５：第１コンデンサーロール、２６：第２コンデンサーロール
２７：ローラーコーム、２８：引取りコンベヤー
３１：巻出し機
３２：加熱シリンダー
３３：冷却シリンダー
３４、３５：ニップローラ
３７、３８：フッ素樹脂ベルト
Ｗ：ウエブ状不織布
Ｓ：熱可塑性シート
Ｔ：積層体
Ｔｓ：シート状成形材料
【図１】
2004043985.tif 000003
【図２】
2004043985.tif 000004