(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目付が８０〜２００ｇ／ｍ2であり、ＪＩＳ  Ｒ３４２０に基づいて測定した強熱減量が１０〜２５重量％であることを特徴とするガラスチョップドストランドマット。
【請求項２】
平均ストランド番手が１０〜４０テックスのガラスチョップドストランドから構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガラスチョップドストランドマット。
【請求項３】
長さが３０〜１５０ｍｍのガラスチョップドストランドから構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガラスチョップドストランドマット。
【請求項４】
チャック間距離１２６０ｍｍにて、１．２６ｍの幅のガラスチョップドストランドマットを２００ｍｍ／分の速さで引っ張り、マットが破断するまでの最大荷重が、１５０ｋｇｆ以上であることを特徴とする請求項１記載のガラスチョップドストランドマット。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガラス繊維強化プラスチック（以下、ＧＦＲＰという）の補強材や自動車成形天井材料等の発泡ポリウレタンの補強材として用いられるガラスチョップドストランドマット及びそれを用いた自動車成形天井材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガラスチョップドストランドマットは、多数本のガラスフィラメントの表面に集束剤を付着量が０．１〜２重量％程度となるように塗布し、これらを集束することによって得られたガラスストランドを所定長に切断してなるガラスチョップドストランドの多数本を、均等無秩序にシート状に堆積した後、その上から結合剤として、粉末ポリエステル樹脂を散布し、次いでこれらの粉末ポリエステル樹脂を加熱溶融してからプレス成形し、冷却固化させたり、あるいはシート状堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布後、乾燥することによって製造される。
【０００３】
通常、ガラスチョップドストランドマットを製造する場合、ストランド番手が４０〜６０テックス（テックスは長さ１０００ｍ当たりのグラム単位での重量）のガラスストランドを約５０ｍｍの長さに切断した後、目付が３００〜９００ｇ／ｍ2 となるように均等無秩序に堆積した後、粉末ポリエステル樹脂を、付着量が１〜６重量％となるように散布してから加熱溶融した後、冷却固化したり、あるいは樹脂を乳化したエマルジョンを、付着量が１〜６重量％となるように塗布した後、乾燥することによって、各ガラスストランド同士を接着する方法が採られる。
【０００４】
従来よりガラスチョップドストランドマットは、浴槽、浄化槽等のＧＦＲＰ成形品の補強材として用いられ、主にハンドレイアップ法と呼ばれる不飽和ポリエステル樹脂を含浸、成形する方法に多用されてきたが、近年では、これまで段ボールやフェルト等で成形されていた自動車成形天井材として、発泡ポリウレタンシートの両表面にガラスチョップドストランドマットを接着することによって、その剛性や寸法安定性を向上させたものが開発されつつある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで自動車成形天井材には、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性等の特性が必要とされるが、これ以外にも、自動車全体の重量を軽減することを目的として、単位面積当たりの重量が大きくならないことが要求される。またガラスチョップドストランドマットを発泡ポリウレタンシートと接着する際、フェノール、メラミン、イソシアネート等の接着剤を使用するが、その接着剤がガラスチョップドストランドマットの裏面まで浸透しないと、成形された自動車成形天井材の剛性が不足したり、接着後に、マットからガラスチョップドストランドが剥がれ落ちることがあるため、必ずマット裏面まで接着剤を浸透させる必要がある。
【０００６】
成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上させるためには、ガラスチョップドストランドマットの目付を小さくすれば良いが、目付が小さくなるほど、ガラスチョップドストランドマットのストランド分布が不均一になってマットの引っ張り強度が低下し、マットを巻き芯に巻き取った後、その外層から引っ張ってほどき出す時に途中で破断しやすくなるため、作業性が大幅に低下するという問題がある。
【０００７】
また軽量のガラス繊維補強材としては、直径が１５〜２４μｍ程度のガラスフィラメント（単繊維）を５０〜１００本程度束ねた後、連続繊維状態で渦状に堆積させたガラスコンティニアスストランドマットや、直径が６〜１３μｍのガラスフィラメントを数十本から数百本束ねた後、長さ３〜２５ｍｍに切断したガラスチョップドストランドを白水中でモノフィラメントに分散させ、抄紙したガラスペーパーが知られているが、ガラスコンティニアスストランドマットは、その製造効率が低く、その価格が高いという問題があり、またガラスペーパーは、ガラス繊維がモノフィラメント状態であるため、補強効果が小さく、自動車成形天井材としては剛性が不足するという問題がある。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、目付が小さいため、自動車成形天井材の重量を軽減することができ、裏面まで接着剤が浸透しやすく、しかもマットを引っ張ってほどき出す時に、途中で破断することがないため、作業性に優れたガラスチョップドストランドマットと、それを用いた自動車成形天井材を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記目的を達成すべく、種々の実験を行った結果、従来のガラスチョップドストランドマットの強熱減量は、６重量％以下であるが、これを１０重量％以上にすることによって、マットの目付を２００ｇ／ｍ2 以下にしても、高い引っ張り強度が得られることを見いだし、本発明を提案するに到った。
【００１０】
本発明者等の知見によると、マットの強熱減量は、使用するガラスフィラメントに塗布する集束剤の付着量と、シート状堆積物に散布される結合剤の付着量によって決定されるが、従来品のような目付が３００ｇ／ｍ2 以上と大きいマットの場合、単位面積当たりのストランド本数が多いため、結合剤の作用によってストランド同士が接着すると共にストランド同士が絡み合うことによっても良好な結合状態が保たれるため、結合剤の使用量が少なくても、所望の引っ張り強度を得ることができる。
【００１１】
しかしながらマットの目付を２００ｇ／ｍ2 以下にすると、これを構成するストランド同士の絡み合いが極端に少なくなるため、所望の引っ張り強度を得るためには、結合剤の作用によってストランド同士の接着力を高めた状態にする必要があり、この状態は、マットの強熱減量を１０重量％以上にすることによって得られる。
【００１２】
すなわち本発明のガラスチョップドストランドマットは、目付が８０〜２００ｇ／ｍ2であり、ＪＩＳ  Ｒ３４２０に基づいて測定した強熱減量が１０〜２５重量％であることを特徴とする。
【００１３】
また本発明のガラスチョップドストランドマットは、好ましくは、平均ストランド番手が、１０〜４０テックスのガラスチョップドストランドから構成され、長さ３０〜１５０ｍｍのガラスチョップドストランドから構成される。
【００１４】
さらに本発明の自動車成形天井材は、発泡ポリウレタンシートの両表面に、目付が８０〜２００ｇ／ｍ2 であり、強熱減量が１０〜２５重量％であるガラスチョップドストランドマットが接着されてなることを特徴とする。
【００１５】
【作用】
本発明において、ガラスチョップドストランドマットの目付を８０〜２００ｇ／ｍ2 に限定した理由は、目付が８０ｇ／ｍ2 より小さいと、マットに穴あきが発生しやすくなると共に、マットの引っ張り強度が極端に低下するためである。一方、目付が２００ｇ／ｍ2 より大きいと、自動車成形天井材の重量を軽減し、接着剤の浸透性を向上するという所期の目的を達成し難くなる。
【００１６】
また強熱減量を１０〜２５重量に限定した理由は、強熱減量が１０重量％より小さいと、マットを構成するガラスストランド同士の結合力が弱くなり、マットの引っ張り強度が低下するためである。一方、強熱減量を２５重量％より大きくするには、ガラスストランドの堆積物に結合剤を多量に付着させる必要があるため、粉末ポリエステル樹脂の散布量が極めて多くなり、製造コストが大幅に上昇するためである。この製造コストの上昇は、ガラスストランドの堆積物に樹脂を乳化したエマルジョンを塗布する場合でも、エマルジョンの散布量が多くなるため、同様に起こる。強熱減量の好ましい範囲は、１１〜２２重量％である。
【００１７】
従って本発明のガラスチョップドストランドマットは、軽量で、接着剤が浸透しやすく、しかも高い引っ張り強度を有しており、このようなマットに接着剤を浸透させ、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着すると、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性の特性を満足し、軽量の自動車成形天井材が得られる。
【００１８】
また本発明においては、使用するガラスチョップドストランドの平均ストランド番手を１０〜４０テックスとすることが好ましい。
【００１９】
すなわち平均ストランド番手が１０テックスより小さいガラスストランドを得るには、直径の非常に小さなガラスフィラメントを紡糸したり、ストランド１本当たりのガラスフィラメントの集束本数を少なくする必要があるが、このようなガラスフィラメントやガラスストランドを製造する場合、紡糸時に切断しやすく、材料コストの上昇につながるため好ましくない。また４０テックスより大きいガラスストランドは、ストランドが太いため、ストランド分布が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生したり、マットの引っ張り強度が低下しやすいため好ましくない。
【００２０】
さらに本発明においては、ガラスチョップドストランドの長さを３０〜１５０ｍｍとすることが好ましい。
【００２１】
すなわちストランド長が、３０ｍｍより短いと、ガラスチョップドストランドマットの引っ張り強度が低下しやすく、１５０ｍｍより長いと、マットを構成するガラスストランドの分散が不均一になりやすく、マットに穴あきが発生しやすくなる。
【００２２】
尚、ガラスストランド同士を結合させるための結合剤は、粉末ポリエステル樹脂に限定されず、その形態は、繊維状、シート状、フィルム状等であっても良く、またポリエステル以外に、ポリプロピレン、酢酸ビニル、アクリル、エポキシ等の樹脂素材も使用可能である。
【００２３】
【実施例】
以下、本発明を実施例及び比較例に基づいて詳細に説明する。尚、図１は、ガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。
【００２４】
まず直径１１μｍのガラスフィラメントに集束剤（固形分５０重量％のポリ酢酸ビニルエマルジョンを６重量％、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを０．３重量％、第４級アンモニウム塩を０．５重量％、イオン交換水を９３．２重量％）を付着量が０．４重量％となるように塗布した後、８０本集束させることによってストランド（番手２０テックス）としてから、巻き取り、ガラスケーキを得た後、所定時間乾燥した。
【００２５】
この乾燥されたケーキの内層からガラスストランド１０を解舒し、チャンバー１１の天井部分に取り付けられた複数個の切断機１２に送り込み、所定長に切断した。各切断機１２は、カッターローラー１２ａとゴムローラー１２ｂから構成され、互いに回転するカッターローラー１２ａとゴムローラー１２ｂの間にガラスストランド１０が送り込まれることによって切断される。
【００２６】
チャンバー１１の底部には、第１の搬送コンベア１３が配置され、長さ５０ｍｍに切断されたガラスストランド１０を、第１の搬送コンベア１３の上で均一になるように分散、シート状に堆積してからチャンバー１１の外へ搬送し、次の第２の搬送コンベア１４に搬送した。第２の搬送コンベア１４上で移動するガラスチョップドストランド上に散布機１５によって粉末ポリエステル樹脂（花王株式会社製ニュートラック５１４）を、付着量が１５重量％となるように均一に散布した後、次の第３の搬送コンベア１６に搬送した。第３の搬送コンベア１６の途中には、加熱炉１７が配置され、粉末ポリエステル樹脂が散布されたガラスチョップドストランドのシート状堆積物が、加熱炉１７中に移動して所定温度で加熱されることによって、粉末ポリエステル樹脂が軟化、溶融した。次いでこのガラスチョップドストランドを、加熱炉１７の外部に移動した後、水冷ロール１８の間を通して冷却、プレスを行い、これにより溶融していた粉末ポリエステル樹脂が固化し、ガラスチョップドストランドマット１９（目付１２０ｇ／ｍ2 ）が作製され、その後、巻き取り機２０によって巻き取った。
【００２７】
こうして得られたガラスチョップドストランドマット１９（試料Ｎｏ．１）の強熱減量を測定したところ、１５重量％であり、また引っ張り強度を測定したところ、２６３ｋｇｆと所望の高い値を示した。
【００２８】
次に、この試料Ｎｏ．１とは、ガラスフィラメントの直径、集束本数（ストランド番手）、ストランド長、マット目付、強熱減量が異なるガラスチョップドストランドマットを各種作製し、得られたガラスチョップドストランドマット（試料Ｎｏ．２〜７４）の引っ張り強度を測定し、その結果を、試料Ｎｏ．１と共に表１〜１１に示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
【表２】
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【００３１】
【表３】
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【００３２】
【表４】
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【００３３】
【表５】
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【００３４】
【表６】
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【００３５】
【表７】
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【００３６】
【表８】
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【００３７】
【表９】
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【００３８】
【表１０】
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【００３９】
【表１１】
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【００４０】
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜７０のガラスチョップドストランドマットは、いずれも引っ張り強度が１６０ｋｇｆ以上と高かった。
【００４１】
それに対し、比較例である試料Ｎｏ．７１、７２の各ガラスチョップドストランドマットは、目付が小さいため、穴あきが認められ、引っ張り強度に劣っていた。また試料Ｎｏ．７３、７４の各ガラスチョップドストランドマットは、強熱減量が低いため、ガラスチョップドストランド同士の結合力が弱く、やはり引っ張り強度に劣っていた。
【００４２】
尚、ガラスチョップドストランドマット中のストランド番手（テックス）の測定は、マットを構成するストランドを抜き取り、その長さ（Ｌｍｍ）を測定した後、感量が０．１ｍｇ以下の秤を用いて重量（Ｗｇ）を測定し、次式により算出することができる。
【００４３】
【数１】
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【００４４】
またガラスチョップドストランドマットの目付と強熱減量は、ＪＩＳ  Ｒ３４２０に基づいて測定した。
【００４５】
さらにマットの引っ張り強度は、引っ張り試験機を使用し、チャック間距離１２６０ｍｍにて、１．２６ｍ幅のガラスチョップドストランドマットを２００ｍｍ／分の速さで引っ張り、マットが破断するまでの最大荷重を測定したものであり、この値が１５０ｋｇｆ以上であれば、予め巻き芯に巻き取られたマットを引っ張ってほどき出しても、途中で破断することはない。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明のガラスチョップドストランドマットは、目付が２００ｇ／ｍ2 以下と小さいため、自動車成形天井材の重量を軽減することができると共に、裏面まで接着剤が浸透しやすく、また１５０ｋｇｆ以上の高い引っ張り強度を有するため、作業性に優れ、しかも安価に製造することが可能である。
【００４７】
また、このようなガラスチョップドストランドマットが、発泡ポリウレタンシートの両表面に接着されてなる自動車成形天井材は、剛性、寸法安定性、断熱性、遮音性に優れ、軽量である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガラスチョップドストランドマットの製造工程を示す説明図である。
【符号の説明】
１０  ガラスストランド
１１  チャンバー
１２  切断機
１３  第１の搬送コンベア
１４  第２の搬送コンベア
１５  散布機
１６  第３の搬送コンベア
１７  加熱炉
１８  水冷ロール
１９  ガラスチョップドストランドマット
２０  巻き取り機
【図１】
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