(57)【要約】  【課題】ロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートを製造するための方法を提供すること。  【解決手段】この方法は、分散混合物を形成するために、攪拌した水性泡に平均長さが約５ｍｍ〜５０ｍｍの強化繊維、および熱可塑性樹脂粉末粒子を添加するステップと、強化繊維および熱可塑性樹脂の粒子の分散混合物を支持構造上に置くステップと、ウェブを形成するために水を排出するステップと、強化繊維の一部をＺ軸配向するステップと、ウェブを熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より高い温度に加熱するステップと、約１パーセント〜約９５パーセントの空隙含有量を有する多孔性の熱可塑性複合シートを形成するために、ウェブを所定の厚さに圧縮するステップとを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分散混合物を形成するために、平均長さが約５ｍｍ〜約７５ｍｍの強化繊維および熱可塑性樹脂粉末粒子を攪拌した水性泡に加えるステップと、
支持構造上に強化繊維と熱可塑性樹脂の粒子の前記分散混合物を置くステップと、
ウェブを形成するために水を排出するステップと、
前記強化繊維の一部をｚ軸配向するステップと、
前記ウェブを前記熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より高い温度に加熱するステップと、
約１パーセント〜約９５パーセントの空隙を有する多孔性の熱可塑性複合シートを形成するために、前記ウェブを所定の厚さに圧縮するステップと
を含むロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートを製造する方法。
【請求項２】
前記強化繊維が、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維、無機繊維、アラミド繊維、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、ポリエステル、ポリブチレンテラクロレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレン・エーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、アクリロニトリル−ブチルアクリレート−スチレン・ポリマー、および非晶質ナイロンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記多孔性の熱可塑性シートが、約２０〜約８０重量パーセントの強化繊維および約２０〜約８０重量パーセントの熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記多孔性の熱可塑性シートが、約３５〜約５５重量パーセントの強化繊維および約４５〜約６５重量パーセントの熱可塑性樹脂を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記多孔性の熱可塑性シートの表面の少なくとも一部にスキンを接着するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記スキンが、熱可塑性フィルム、エラストマー・フィルム、金属箔、熱硬化性コーティング、無機コーティング、繊維系スクリム、不織布、および織布のうちの少なくとも１つを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ｚ軸配向するステップが、
前記ウェブに所定のパターンに配置されている複数のウォータ・ジェットを当てるステップと、
前記ウェブからすべての余分な水を排出するステップとを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
ｚ軸配向するステップが、前記強化繊維の一部を、ｚ軸方向に振動する複数の歯でｚ軸方向に引っ張るステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
ｚ軸配向するステップが、前記ウェブの形成中、高整合ヘッドボックスを使用するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ｚ軸配向するステップが、少なくとも約５重量パーセントの前記繊維を前記ｚ軸配向するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
ｚ軸配向するステップが、約２０〜約５０重量パーセントの前記繊維を前記ｚ軸配向するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
ｚ軸配向するステップが、少なくとも約５０重量パーセントの前記繊維を前記ｚ軸配向するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
ロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートであって、
熱可塑性樹脂と接着している複数の強化繊維を含み、
前記強化繊維が、約５ｍｍ〜約７５ｍｍの平均長さを有し、少なくとも約５重量パーセントの前記強化繊維がｚ軸配向され、
前記繊維強化熱可塑性複合シートが、約１パーセント〜約９５パーセントの空隙を有する多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項１５】
前記ｚ軸配向されている約２０〜約５０重量パーセントの前記強化繊維を含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項１６】
前記ｚ軸配向されている少なくとも約５０重量パーセントの前記強化繊維を含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項１７】
前記強化繊維が、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト繊維、無機繊維、アラミド繊維、ケナフ繊維、ジュート繊維、麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、およびコイア繊維のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項１８】
前記熱可塑性樹脂が、ポリオレフィン、ポリスチレン、アクリロニトリルスチレン、ブタジエン、ポリエステル、ポリブチレンテラクロレート、ポリ塩化ビニル、ポリフェニレン・エーテル、ポリカーボネート、ポリエステルカーボネート、アクリロニトリル−ブチルアクリレート−スチレン・ポリマー、および非晶質ナイロンのうちの少なくとも１つを含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項１９】
前記熱可塑性シートが、約２０〜約８０重量パーセントの前記強化繊維および約２０〜約８０重量パーセントの前記熱可塑性樹脂を含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【請求項２０】
前記熱可塑性シートが、約３５〜約５５重量パーセントの前記強化繊維および約４５〜約６５重量パーセントの前記熱可塑性樹脂を含む、請求項１４に記載の多孔性の繊維強化熱可塑性シート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、多孔性の繊維強化熱可塑性ポリマー・シートに関し、特に、周知の多孔性の繊維強化熱可塑性ポリマー・シートと比較すると、ロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性ポリマー・シートに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１および特許文献２には多孔性の繊維強化熱可塑性シートが記載されているが、繊維強化熱可塑性シートは容易に物品に成形することができるために、製品製造業界で多数の様々な用途に使用されている。繊維強化熱可塑性シートから物品をうまく形成するために、例えば、熱スタンピング、圧縮成形および熱成形のような周知の技術が使用されてきた。
【０００３】
例えば、自動車産業のようなある種の産業においては、周知の製品よりも単位面積当たりの重量が軽い多孔性の繊維強化熱可塑性シートから形成された製品が求められている。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，９７８，４８９号
【特許文献２】米国特許第４，６７０，３３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これを達成する１つの方法は、多孔性の繊維強化熱可塑性シートの厚さを薄くするという方法である。しかし、厚さを薄くすると、通常、製品の強度および剛性も低減する。また、場合によっては、指定の厚さが要求される場合もある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ある態様においては、本発明は、ロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートを製造するための方法を提供する。この方法は、分散混合物を形成するために、攪拌した水性泡に平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの強化繊維、および熱可塑性樹脂粉末粒子を添加するステップと、強化繊維および熱可塑性樹脂の粒子の分散混合物を支持構造上に置くステップと、ウェブを形成するために水を排出するステップと、強化繊維の一部をｚ軸配向するステップと、ウェブを熱可塑性樹脂のガラス遷移温度より高い温度に加熱するステップと、約１パーセント〜約９５パーセントの空隙を有する多孔性の熱可塑性複合シートを形成するために、ウェブを所定の厚さに圧縮するステップとを含む。
【０００７】
他の態様においては、本発明は、ロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートを提供する。多孔性の繊維強化熱可塑性シートは、熱可塑性樹脂により一緒に接着している複数の強化繊維を含む。強化繊維は、平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍであり、強化繊維の少なくとも約５重量パーセントはｚ軸配向されている。繊維強化熱可塑性複合シートは、約１パーセント〜約９５パーセントの隙間を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下にロフティング特性が増強された多孔性の繊維強化熱可塑性シートを製造するための方法について詳細に説明する。この方法は、強化繊維の一部、すなわち強化繊維の少なくとも約５重量パーセントをｚ軸配向するステップを含む。ｘ−ｙ面はシートの幅および長さを含み、一方、ｚ軸方向はシートの厚さを含む。ｚ軸方向の強化繊維の数を増大すると、厚さを厚くしている間に、同じ強化繊維を含む周知の熱可塑性シートよりも、ロフト、すなわちシートの伸延を増大することができる。
【０００９】
図面を参照すると、図１は、第１の面１４および第２の面１６を有する多孔質コア１２を含む例示としての複合熱可塑性シート１０の簡単な断面図である。ある他の実施形態の場合には、スキンおよび／またはバリヤ層１８が、第１の面１４および／または第２の面１６に接着される。
【００１０】
コア１２は、１つまたは複数の熱可塑性樹脂２２により、少なくとも一部が一緒に保持されている強化繊維２０上をランダムに横切ることにより形成された開放セル構造（ｏｐｅｎ  ｃｅｌｌ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）からできているウェブから形成される。この場合、多孔質コア１２の空隙含有量は、通常、コア１２の全容積の約５％〜約９５％の範囲であり、特に約３０％〜約８０％の範囲である。他の実施形態の場合には、多孔質コア１２は、１つまたは複数の熱可塑性樹脂２２により、少なくとも一部が一緒に保持されている強化繊維２０上をランダムに横切ることにより形成された開放セル構造からできている。この場合、セル構造の約４０％〜約１００％は開いていて、空気および気体が通り抜けることができる。一実施形態の場合には、コア１２は、約０．１ｇｍ／ｃｃ〜約１．８ｇｍ／ｃｃの密度を有し、他の実施形態の場合には、約０．３ｇｍ／ｃｃ〜約１．０ｇｍ／ｃｃの密度を有する。コア１２は、例えば、湿式堆積（ｗｅｔ  ｌａｉｄ）工程、エアレイド工程、ドライブレンド工程、カーディングおよびニードル工程、および不織製品を製造するために使用される他の周知の工程などの周知の製造工程により形成される。このような製造工程の組合せも有用である。
【００１１】
コア１２は、平均長さが約５ｍｍ〜約７５ｍｍの約２０重量％〜約８０重量％の強化繊維２０と、約２０重量％〜約８０重量％の完全にまたは実質的に固化していない繊維状のまたは微粒子状の熱可塑性材料を含む。この場合、重量百分率はコア１２の全重量をベースにしている。他の実施形態の場合には、コア１２は、約３０重量％〜約５５重量％の強化繊維２０を含む。他の実施形態の場合には、コア１２は、平均長さが約５ｍｍ〜約５０ｍｍの強化繊維２０を含み、他の実施形態の場合には、平均長さが約５ｍｍ〜約２５ｍｍの強化繊維２０を含む。適切な強化繊維としては、金属繊維、金属化無機繊維、金属化合成繊維、ガラス繊維、黒鉛繊維、炭素繊維、セラミック繊維、バサルト（ｂａｓａｌｔ）繊維、無機繊維、アラミド繊維、およびこれらの混合物等があるが、これらに限定されない。また、例えば、ケナフ繊維、ジュート繊維、亜麻繊維、ヘンプ繊維、セルロース繊維、サイザル繊維、コイア繊維のような天然強化繊維、およびこれらの混合物も使用することができる。
【００１２】
例示としての実施形態の場合には、平均長さが約５ｍｍ〜約７５ｍｍの強化繊維２０が、例えば、ポリプロピレン粉末のような熱可塑性粉末粒子と一緒に、界面活性剤を含むことができる攪拌した水性泡に加えられる。水性泡内で強化繊維２０および熱可塑性粉末の分散混合物を形成するために、十分長い時間これらの成分が攪拌される。次に、分散混合物は、例えば、ワイヤメッシュのような任意の適当な支持構造上に置かれ、次にウェブを形成しているワイヤメッシュを通して水が排出される。コア１２のロフティング機能を増強するために、強化繊維２０の一部はｚ軸方向に配向される。ｚ軸方向という用語は、強化繊維２０がコア１２のｘ−ｙ面の外に向けて配向していることを意味する。ｘ−ｙ面は、コア１２の幅および長さを含み、ｚ軸方向はコア１２の厚さを含む。強化繊維２０の残りは、通常、コア１２のｘ−ｙ面にほぼ平行な方向を向いている。
【００１３】
一実施形態の場合には、強化繊維の一部をｚ軸方向に配向するために機械的作用を使用している。例えば、コア１２のｚ軸に平行に前後に振動する歯のような任意の適当な機械的作用を使用することができる。図２は、振動する歯３２を含む例示としてのヘッドボックス３０の簡単な断面図である。ヘッドボックス３０には、ウェブ４０を形成するために、例えば長網抄紙機のような支持構造３８の方向へ、強化繊維および熱可塑性粉末粒子の水性泡／スラリー３６を向けるための水門３４がある。吸引ボックス４２は、ウェブ４０を形成するためにスラリー３６から水を除去するために使用される。振動する歯３２は、ウェブ４０がもっとロフティングすることができるように、強化繊維２０の一部をｚ軸配向する。
【００１４】
他の実施形態の場合には、ウェブの方を向いている複数の所定のパターンのウォータ・ジェットを有する水流交絡装置（ｈｙｄｒｏｅｎｔａｎｇｌｅｒ）が、強化繊維をｚ軸方向に配向するために使用される。ｘ軸方向でもｙ軸方向でもないｚ軸方向の強化繊維の数が多い場合には、コア１２は所望の所定の厚さにロフティングまたは伸延できる。水流交絡工程からのすべての余分な水がウェブから排出される。図３は、例示としての水流交絡デバイス５０の略図である。水流交絡デバイス５０は、ウェブ４０がもっと大きくロフティングすることができるように、強化繊維の一部をｚ軸配向するために、ウェブ４０の方を向いている少なくとも１つのウォータ・ジェット５２（図では２つ）を含む。バキューム・ドラム５４は、ウォータ・ジェット５２によりウェブ４０の方向に向けた水を除去する。篩ベルト５６は、ウェブ４０とバキューム・ドラム５４との間に位置する。篩ベルト５６はローラ５８により駆動される。駆動ローラ６０は、バキューム・ドラム５４を通ってウェブ４０を移動する。水流交絡デバイスは、例えば、ドイツ、エーゲルズバッハのＦｌｅｉｓｓｎｅｒ  ＧｍｂＨが市販している。
【００１５】
他の実施形態の場合には、強化繊維の一部をｚ軸方向に配向するウェブを形成するために、高整合ヘッドボックス（ｈｉｇｈ  ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｃｙ  ｈｅａｄｂｏｘ）を使用している。高整合ヘッドボックスは、通常、抄紙工程において高整合製紙原料と一緒に使用される。水性泡中の強化繊維と熱可塑性粉末の分散混合物内で微細な乱流を生成する高整合ヘッドボックスを、強化繊維の一部をｚ軸方向に配向するために使用することができることが分かっている。高整合ヘッドボックスは、フィンランド、ヘルシンキのＭｅｔｓｏ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが市販している。
【００１６】
ｚ軸配向されている繊維の量は、合成物の組成、所望のロフト、および合成物の用途により異なる。一実施形態の場合には、ｚ軸方向を向いている繊維の量は少なくとも約５％であり、他の実施形態の場合には、約２０％〜約５０％であり、さらに他の実施形態の場合には、少なくとも５０％である。これら百分率は重量パーセントである。
【００１７】
ウェブは乾燥され、熱可塑性粉末の軟化温度より高い温度に加熱される。次に、約５パーセント〜約９５パーセントの空隙含有量を有する複合シートを形成するために、ウェブが冷却され、所定の厚さに圧縮される。
【００１８】
プラスチック材料を実質的に軟化するために、ウェブは、コア１２内で熱可塑性樹脂２２の軟化温度より高い温度に加熱され、プラスチック材料が流動でき、繊維を濡らすことができるように、シートおよび織物の積層および固化のために、例えば、カレンダー・ロール、ダブルベルト・ラミネータ、位置合わせプレス（ｉｎｄｅｘｉｎｇ  ｐｒｅｓｓ）、多段プレス機、オートクレーブ、その他のこのようなデバイスのような１つまたは複数の固化デバイスを通過する。固化デバイスの固化要素間のギャップは、固化していないウェブの寸法よりは小さく、完全に固化した場合には、ウェブの寸法よりは大きく設定され、そのためウェブは伸延し、ローラを通過した後実質的に浸透性を維持する。一実施形態の場合、上記ギャップは、完全に固化した場合、ウェブの寸法より約５％〜約１０％大きい寸法に設定される。完全に固化したウェブとは、完全に圧縮され、実質的に空隙を含んでいないウェブを意味する。完全に固化したウェブは、５％未満の空隙を有し、無視できる程度の開いたセル構造を有する。他の実施形態の場合には、ウェブは、固化していないロール、または固化していないスリット付きシートの形で製造される。固化していないウェブまたはシートは、後の時間および／または位置で、従来の赤外線ドライヤ、従来のドライヤ、カレンダー・ロール、バッチ・プレス、ダブルラミネータなどにより再加熱および固化される。
【００１９】
微粒子プラスチック材料は、製造中にウェブ構造の結合力を強化するために内蔵させることができる短めのプラスチック繊維を含むことができる。接着は、ウェブ構造内のプラスチック材料の熱特性を使用することにより行われる。その表面のところで隣接する粒子および繊維に熱可塑性成分を溶融させるために、ウェブ構造は十分加熱される。
【００２０】
一実施形態の場合には、個々の強化繊維２０は、平均的に約５ミリメートルより短くてはいけない。何故なら、これより繊維が短いと、一般的に、最終成形物品を適切に補強できないからである。また、繊維は平均して約５０ミリメートルより長くてはいけない。何故なら、このように長い繊維は製造工程中の取り扱いが難しくなるからである。
【００２１】
一実施形態の場合には、構造を強化するために、強化繊維２０は、約７〜約２２ミクロンの平均直径を有する。約７ミクロンより短い直径の繊維は、容易に空気中に浮遊し、環境上の健康および安全に関する問題を引き起こす恐れがあるからである。約２２ミクロンより大きな直径の繊維は製造工程中の取り扱いが難しくなり、成形後プラスチック・マトリックスを効率的に補強しない。
【００２２】
一実施形態の場合には、熱可塑性樹脂材料２２の少なくとも一部は微粒子の形をしている。適切な熱可塑性樹脂としては、ポリメチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンを含むポリオレフィン；ポリスチレン；アクリロニトリルスチレン；ブタジエン；ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、およびポリプロピレンテレフタレートを含むポリエステル；ポリブチレンテラクロレート（ｐｏｌｙｂｕｔｙｌｅｎｅｔｅｒａｃｈｌｏｒａｔｅ）；およびポリ塩化ビニル（可塑化および非可塑化両方）；ポリメチル・メタクリレートを含むアクリル樹脂；およびこれらの材料相互の混合物；または他のポリマー材料があるが、これらに限定されない。他の適切な熱可塑性樹脂としては、ポリアリレン・エーテル、アクリロニトリル−ブチルアクリレート−スチレン・ポリマー、非晶質ナイロンおよび合金、およびこれらの材料相互の混合物、またはこれらの材料と他のポリマー材料との混合物等があるが、これらに限定されない。水に化学的に侵されない、また化学的または熱的に分解しないでも溶融および／または成形することができるように、熱により十分軟化することができる任意の熱可塑性樹脂を使用することができることが予想される。
【００２３】
熱可塑性の粒子はそれほど細かくなくてもよいが、約１．５ミリメートル以上大きい粒子は、等質の構造を形成するための成形工程中十分な流動性を持たないので望ましくない。もっと大きな粒子を使用した場合には、固化した場合材料の曲げ係数が小さくなる恐れがある。
【００２４】
種々の特定の実施形態を参照しながら本発明を説明してきたが、当業者であれば本発明の精神および範囲から逸脱することなしに本発明を修正することができることを理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のある実施形態による複合プラスチック・シートの断面図である。
【図２】振動歯（ｏｓｃｉｌｌａｔｉｎｇ  ｔｉｎｅ）を含むヘッドボックスの略図である。
【図３】水流交絡デバイスの略図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  複合熱可塑性シート
１２  多孔質コア
１４  第１の面
１６  第２の面
１８  バリヤ層
２０  強化繊維
２２  熱可塑性樹脂
３０  ヘッドボックス
３２  歯
３４  水門
３６  スラリー
３８  支持構造
４０  ウェブ
５０  水流交絡デバイス
５２  ウォータ・ジェット
５４  バキューム・ドラム
５６  篩ベルト
【図１】
2007307900.tif 000003
【図２】
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【図３】
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