JP2008308768A - ガラスチョップドストランドマット、その製造方法及び自動車成形天井材 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＦＲＰ成形品となった後に剛性を確保でき、マットロールからマットを引き出した際にマットの損傷を防止でき、構造部材として使用後の環境問題にも対応できるガラスチョップドストランドマットと、その製造方法及びそのマットを使用する自動車成形天井材を提供する。
【解決手段】ガラスチョップドストランドマット１は、シート状に堆積したチョップドストランドが結合で結合し、植物由来の糖誘導体の含有率が２０〜４０質量％の熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有する。その製造方法は、チョップドストランドを堆積したシート状物を形成する堆積工程、シート状物に結合剤を散布する散布工程、結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のチョップドストランドを結合する固化工程よりなる。自動車成形天井材は、上記ガラスチョップドストランドマット１が、発泡樹脂シートの少なくとも一方の表面に接着されてなる。
【選択図】図１

Description

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等の発泡樹脂シートの補強材として使用されるガラスチョップドストランドマット、その製造方法及びそれを用いた自動車成形天井材に関する。

無機ガラス長繊維を切断し、マット状に成形されたガラスチョップドストランドマットは、その機械的な強度等の優れた性能を生かして様々な用途で使用されている。このマットは、例えば浴槽、浄化槽等のＧＦＲＰ成形品の補強材等として種々の用途で用いられ、主にハンドレイアップ法と呼ばれる製造方法によって不飽和ポリエステル樹脂を含浸して成形する方法で多用されてきた。そして近年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の代替としても、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ている。

このガラスチョップドストランドマットの具体的な製造方法は、次のようなものである。例えば調整された各種集束剤を０．１〜２質量％程度の付着量となるようにガラスフィラメントの表面に塗布して、多数本を集束することによって、単繊維直径が１１μｍ、ストランド番手が３５ｔｅｘ（あるいはテックスとも記述し、テックスは長さ１０００ｍ当たりのグラム単位での重量）のガラス長繊維のガラスストランドを製造する。このガラスストランドをその寸法が約５０ｍｍの寸法になるようにカッター等の切断装置で切断してガラスチョップドストランドとする。次いでこのガラスチョップドストランドを目付が３００〜９００ｇ／ｍ²となるように均等無秩序にシート状に堆積する。そして、堆積物の上から結合剤として粉末ポリエステル樹脂をガラスチョップドストランドマットに対して付着量が１〜６質量％となるように散布して加熱熔融後にプレス成形して冷却固化するか、あるいは樹脂乳化エマルジョンを付着量が１〜６質量％となるように塗布した後、乾燥して各ガラスストランド同士を接着する方法が採用される。

ガラスチョップドストランドマットを自動車成形天井材として利用する場合、自動車成形天井材の性能としては、剛性、寸法安定性、断熱性、あるいは遮音性等の性能に加え、自動車全体の重量を軽減するために、使用される材料は単位面積当たりの重量をなるべく小さくすることが要求される。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などの発泡樹脂シートと接着する場合に、フェノール、メラミン、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を使用することとなるが、この種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するという問題や、接着後に、マットと発泡樹脂シートや表皮との間で剥離が生じるという問題があるため、必ずマット裏面にまで接着剤を充分に浸透させる必要がある。

これまでにもチョップドストランドマットの強度を向上しようという試みは、種々行われてきており、例えば、特許文献１では、ガラスチョップドストランドの形態を規定することによって、搬送コンベヤからの崩落を防ぐだけの強度を実現できるとする発明が行われている。さらに特許文献２では、強熱減量値を大きくすることによって引張強度を１５０ｋｇｆ以上に大きくできるという発明が開示されている。また特許文献３には、目付量が６０から１２０ｇ／ｍ²であって、引張強度が６０Ｎ以上の繊維マットとするという発明も開示されている。そして特許文献４には、高温に長時間晒されてもヒートサグが発生しないものとしてポリプロピレン系樹脂発泡シートの両面に、無機繊維シート及びポリエチレン系樹脂フィルムからなる複合シートを積層する発明も開示されている。また上記以外にも本発明者はガラス目や痘痕等と呼ばれる成形天井材の構造欠陥を減少させるため、目付や強度との因果関係についての研究を行っている。
特開平６−９３５４６号公報 特許第３８４２４２５号公報 特開２００４−１６９２２５号公報 特開２００７−１３１２２０号公報

しかしながら、自動車成形天井材の重量を軽減し、かつ接着剤のマットへ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よいが、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質な状態となり、マットの引張強度が低下したものとなる。その結果、マットを巻き芯に巻き取った後、その外層からマットを引っ張って解き出す途中でマットの破断の発生率が高くなり、マットの破断等に注意して作業することとなるため作業性が大幅に低下するという問題がある。

また一般の軽量ガラス繊維補強材としては、直径が１５μｍから２４μｍ程度のガラスフィラメント（単繊維）を５０本から１００本程度束ね、連続繊維状態で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６μｍから１３μｍのガラスフィラメントを数十本から数百本程度束ね、長さ３ｍｍから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して、抄紙したガラスペーパーが知られている。しかしガラスコンティニアスストランドマットは、ガラスの原材料あたりの製造効率が低く、そのため高価であるという問題があり、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。

さらに、これまでに公開されたガラスチョップドストランドマットに係る発明に使用されている結合剤は、石油系の原料から合成された不飽和ポリエステル樹脂やポリ酢酸ビニル樹脂などであり、これらの樹脂をガラスチョップドストランドマットの結合剤として使用する場合には、使用済みのこれらの部材を燃焼焼却する際に多量の炭酸ガスが発生するため、地球温暖化の原因の一つとされている炭酸ガス削減効果が得られないという問題がある。また化石原料の将来的な枯渇を憂慮し、その使用量をなるべく抑制するという背景からも、それに替わるものが求められ続けている。このような状況の下、近年自動車産業では、製造される様々な自動車に搭載される各種の構造部品を全て見直して、いわゆる地球環境に優しいと一般に認識される構造部品を採用する動きが急速に拡がってきている。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ＧＦＲＰ成形品となった後に必要となる優れた剛性を確保することが可能であり、しかもマットロールからマットを引き出した際にマットが部分的に損傷する問題を防止することができ、さらに構造部材として使用された後の環境問題にも十分に対応することのできるガラスチョップドストランドマットと、その製造方法及びそのマットを使用する自動車成形天井材を提供することを課題とする。

本発明のガラスチョップドストランドマットは、シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤は、熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有するものであり、且つ該変性フェノール樹脂は植物由来の糖誘導体の含有率が質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にあるものであることを特徴とする。

ここで、シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤は、熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有するものであり、且つ該変性フェノール樹脂は植物由来の糖誘導体の含有率が質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にあるものであるとは、次のようなものである。すなわち、ガラスチョップドストランドを結合するために使用される結合剤として、熱可塑性、すなわち加熱することにより塑性を示し、軟化変形する性質を有する変性フェノール樹脂を含有するものであり、この変性フェノール樹脂は様々な植物、例えばトウモロコシあるいはサトウキビ等の各種の植物に由来する糖誘導体を含有するものであり、糖誘導体の変性フェノール樹脂中に含有する比率として、結合剤に含有される変性フェノール樹脂の量を１００として質量百分率表示で表すと、２０％から４０％の範囲内にあるものであることを意味している。

変性フェノール樹脂とは、介在する反応性化学物質や水素イオン濃度の変化、あるいは圧力、超音波、熱エネルギー等の物理的作用によってフェノール樹脂の構造から、定量的にフェノール水酸基が修飾、置換された状態等とし、その分子構造を部分的に変化させた樹脂のことである。

本発明者は、ガラスチョップドストランドマットに求められる多様で、しかも高い水準の要求性能を充分に満足させることができるガラスチョップドストランドを探求する中で、ガラスチョップドストランドマットに使用する結合剤を選択する様々な評価を行ってきた。この研究の中で、植物由来原料を含有する結合剤について検討を行い、植物由来の糖誘導体の含有率が特定範囲にある変性フェノール樹脂を含む結合剤を使用することによって、従来から使用されている不飽和ポリエステル樹脂と遜色ない性能を発揮するガラスチョップドストランドマットを得ることが可能となり、さらに変性フェノール樹脂の熱的特性を特定範囲内に限定することによって、一層高い性能を備えるガラスチョップドストランドマットを得ることができることを見いだし、ここに提示するものである。

変性フェノール樹脂に含有される植物由来の糖誘導体の含有量が２０質量％に満たないと植物由来原料への置き換え量が少なく、マットを使用後に焼却する際に十分な炭酸ガス排出抑制効果が得られない。一方植物由来の糖誘導体の含有量が４０質量％を超えると変性フェノール樹脂が高い吸湿性を示す状態となり、保管中等に潮解したり、チョップドストランドマットに粘着性が生じたりするため、結合剤として使用できないものとなる。

この結合剤については、原料として植物由来の糖誘導体を２０質量％から４０質量％含有する変性フェノール樹脂以外の成分を含有することを妨げるものではない。

また本発明のガラスチョップドストランドマットは、上述に加え結合剤に含有される変性フェノール樹脂の植物由来の糖誘導体がアルキルグルコシドを含有するものであれば、糖誘導体がブドウ糖とアルコールから合成されたアルキルグルコシドであるので、その製造が容易で安価であって、安全性も高いので好ましい。

結合剤に含有される変性フェノール樹脂の植物由来の糖誘導体がアルキルグルコシドを含有するものであるとは、糖誘導体の主要成分として糖とアルコールがグリコシド結合したものであるということを表している。具体的にはアルキルグルコシドとフェノール樹脂とを反応させてフェノール樹脂を変性させ、植物由来の糖誘導体により変性されたフェノール樹脂となっている状態を意味している。

また本発明のガラスチョップドストランドマットは、上述に加え結合剤に含有される変性フェノール樹脂は、その熱特性として、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度が１４０℃以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が１５０℃で４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内にあるならば、ガラスチョップドストランドマットに加えられる引張力に充分に対向することが可能となる高い引張強さが得られる状態となるので好ましい。

ここで、結合剤に含有される変性フェノール樹脂は、その熱特性として、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度が１４０℃以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が、１５０℃で４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内にあるとは、次のようなものである。すなわち、本発明のガラスチョップドストランドマットにおいて、ガラスチョップドストランドを互いに結合させるために使用される結合剤に含まれる変性フェノール樹脂の熱的性能として、１９９９年発行の日本工業規格ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２「塗料成分試験方法−第２部：溶剤可溶物中の成分分析−第２節：軟化点（環球法）」に従って計測した軟化点が１４０℃以下であり、また１９９９年発行の「プラスチック−液状、乳濁状又は分散状の樹脂−ブルックフィールド形回転粘度計による見掛け粘度の測定方法」に従って計測した熔融粘度が１５０℃での計測値が４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内にあることを意味している。

ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度については、水平の環の中に保持した円盤状の被検体を水浴又はグリセンリン、あるいは流動パラフィン浴中に保持して規定温度で加熱した時に鋼球の重みによって２５ｍｍ垂下した時の温度を軟化点とすることによって計測できる。

またＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度については、円筒又はそれと関連する形状を有するスピンドルを被検体中で回転させ、その際の流体抵抗によって被検体の見掛け粘度を計測するもので、ここでは１５０℃に被検体を加熱した状態での見掛け粘度を熔融粘度と呼んでいる。

結合剤に含有される変性フェノール樹脂の軟化温度が１４０℃を超えると、安定した軟化状態を得るためには、高温で結合剤を加熱する必要性が生じ、過度に高温状態で加熱する必要のある場合には処理に要する時間や労力が掛かるものとなるので好ましくない。また結合剤に含有される変性フェノール樹脂の熔融粘度が１５０℃で４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内から外れる場合には、適正な粘性域を外れることとなる。すなわち、粘性値が１５０℃で６ｄＰａ・ｓを超えると、結合剤の粘性が大きくなり過ぎるので、ガラスチョップドストランドがシート状に堆積された状態にある場合に、ガラスチョップドストランド同士の互いの狭い間隙にまで流入しにくくなり、その結果ガラスチョップドストランドマットの裏面にまで結合剤が染み込んでガラスチョップドストランドを強固に結合した状態とすることができなくなる。一方、粘性値が１５０℃で４ｄＰａ・ｓを超えたものとならないと、結合剤の粘性が低すぎるため結合剤がガラスチョップドストランド同士の互いの狭い間隙に留まらずに下方へと流れてしまい、ガラスチョップドストランドマットの表面側の結合状態が不均等なものとなってしまうので、この場合にもガラスチョップドストランドを強固に結合した状態とすることができなくなる。

また本発明では、このような結合剤として、他の添加成分を必要に応じて含有させることができる。すなわち、変性フェノール樹脂の性能をより一層充分に発揮させるためには、変性フェノール樹脂以外の主成分は不飽和ポリエステル樹脂とすることが好ましい。ここで主成分としたのは、変性フェノール樹脂と不飽和ポリエステル樹脂とが、結合剤の総質量に対して５割以上であることを意味している。

また本発明のガラスチョップドストランドマットは、上述に加え結合剤の付着量がガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるならば、ガラス繊維の紡糸からガラスチョップドストランドマットとする工程、さらにガラスチョップドストランドマットの使用時に至るまでのそれぞれの工程で、優れた性能を発揮するものである。

ここで結合剤の付着量がガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるとは、ガラスチョップドストランドマットの結合剤の付着量が、ＪＩＳ Ｒ３４２０（２００６）記載の強熱減量の測定方法によって計測したチョップドストランドマットの強熱減量値からチョップドストランドマットの製造に使用したガラスケーキの強熱減量値を差し引くことによってガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲内の値となり、かつかつそのチョップドストランドの長さ寸法が１０００ｍに相当するガラスストランドの質量を表す平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲内にあって、単位面積当たりのガラスチョップドストランドの質量に相当する目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあることを表している。

結合剤の付着量がガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲である点については、結合剤の付着量が６質量％未満では、ガラスチョップドストランドに十分な量の結合剤が付着していない状態になるため、ガラスチョップドストランドマットが十分な引張強さを有するものとならない。ガラスチョップドストランドマットが十分な引張強さでないと、ガラスチョップドストランドマットにフェノール、メラミン、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を塗布するため、マットロールからマットを引き出す際や天井材を成形するために表皮（自動車の室内側）、ガラスチョップドストランドマット、発泡樹脂シート、ガラスチョップドストランドマット及び保護シート（自動車の天井側）の順に重ねるため、接着剤が塗布されたチョップドストランドマットにより形成されたマットロールからマットを順次引き出す際にチョップドストランドマットの目付けムラにより目付けが薄い部分からマットが断裂する、すなわち、ちぎれるといった問題が生じる場合があるため好ましくない。一方、結合剤の付着量が２５質量％を越える値になると、チョップドストランドマットの目付けムラで目付けが厚くなった部分が硬くなり、硬くなった部分が、シェードなどの深絞りを要するコーナー部の施工に使用される場合には、天井材のプレス時にチョップドストランドマットが十分に伸びず、天井材の表皮にひけと呼ばれるしわが生じ、外観上の欠陥となるので好ましくない。

また、ガラスチョップドストランドマットの平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあれば、生産時及びマットの利用時に様々な問題が発生することがないので好ましい。すなわち平均ストランド番手が１０ｔｅｘより小さいガラスストランドを製造するには、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、このようなガラスストランドを製造する場合には、紡糸時に使用するブッシングのホール数を少なくするか、より多くのストランドに分糸することになる。ブッシングのホール数を少なくすると、１ブッシング当たりのガラス繊維の生産量が低下し、材料コストの上昇につながる。また、分糸数を増加すると紡糸時にストランドが切断しやすくなり、これも材料コストの上昇に繋がることになる。またストランド番手が小さくなるとストランドが軟らかくなり、自動車成形天井材に必要な剛性が得られなくなるという問題も生じる。一方、ガラスチョップドストランドマットの平均ストランド番手が３０ｔｅｘより大きくなると、ストランドの巾が広くなり、ストランドが硬くなって自動車成形天井の表皮にガラス目が発生する場合があるため好ましくない。

また、ガラスチョップドストランドマットの目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるならば、ガラスチョップドストランドの分布を均等な状態に維持しつつ、しかも自動車成形天井材のような軽量化を課題とする用途にも適用できるマットとすることができる。目付は単位面積当たりのガラスチョップドストランドの質量を表すものであるが、目付が５０ｇ／ｍ²より小さいと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な状態となってマットの引張強度が低下し、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操作を行う時にその途中でマットが破断する虞が多くなり、それを避けようとするとマットを解除する作業性が大幅に低下するという問題が生じる。一方で目付が２５０ｇ／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させるという目的の達成が危ぶまれることになる。

本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法は、ガラスチョップドストランドをランダムに堆積したシート状物を形成する堆積工程と、該シート状物に結合剤を散布する散布工程と、結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合する固化工程とを有し、前記固化工程が上記本発明のガラスチョップドストランドマット（請求項１から請求項３の何れかに記載）の結合剤を使用するものであるため、これまでに蓄積された数多くの製造設備に関連する技術を充分に生かすことができ、高い性能、品位を有する上記本発明のガラスチョップドストランドマットを効率よく製造することができる。

ここでガラスチョップドストランドをランダムに堆積したシート状物を形成する堆積工程と、該シート状物に結合剤を散布する散布工程と、結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合する固化工程とを有するとは、ガラスストランドを所望の寸法となるように切断した後に、それをランダムに積み重ねてシート状となるように堆積してゆき、所定厚寸法を有するシート状物とする堆積工程を経て、このシート状物上より結合剤を所定量だけ散布することによってガラスチョップドストランドマット上をほぼ被覆するように結合剤を分散させる散布工程の後、結合剤が流動する温度まで加熱することによって、ガラスストランドの裏面側まで充分に結合剤を行き渡らせてガラスチョップドストランド同士をそれぞれ互いに強固に結合した状態とする固化工程、以上の３工程を含むものであることを意味している。

ガラスチョップドストランドをシート状に堆積してシート状堆積物を形成する際には、ガラスチョップドストランドを切断した直後にシート状に堆積してもよく、また一旦保管後にシート状に堆積してもよい。またシート状堆積物上に結合剤を散布する際には、シートをベルトコンベア上に形成した後に、そこに結合剤を散布する方法であってもよく、またシートを形成しつつ、散布も同時に行うものであってもよい。散布後の結合剤の固化についても、強制的にプレス成形して冷却固化しても、放冷固化するものであってもよい。

本発明で、上記のガラスチョップドストランドマットを製造するというのは、所定材質となるように調整した熔融ガラスをブッシングから引き出して紡糸し、得られた所定の直径を有するガラスストランドを所定長に切断してガラスチョップドストランドとした後、上述した結合剤を使用してガラスチョップドストランドを互いに結合させてガラスチョップドストランドマットとすることを意味している。

固化工程で、シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合させるための請求項１から請求項３の何れかに記載の結合剤に含有させる熱可塑性を有する変性フェノール樹脂としては、どのような形態のものであってもよく、どのような散布方法を採用するものであってもよい。すなわちその形態としては、粉末に限定されず、顆粒状、繊維状、シート状あるいはフィルム状等の種々の形態が可能である。また結合剤の散布状態を調整する具体的な方法としては、マットの上方より所定量の結合剤を供給ノズル等から流量を調整して供給するものが一般的である。いずれにせよ任意の散布方法を採用することによって、最終的な含有量のばらつきを解消することができるものであればよい。また、変性フェノール樹脂と変性フェノール樹脂以外の樹脂を併用する方法は、両者を混合した後塗布してもよいし、あるいは両者を別々に塗布してもよい。

本発明の自動車成形天井材は、上記のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートの少なくとも表皮側に接着されてなることを特徴とする。

ここで、上記のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートの少なくとも表皮側に接着されてなるとは、本発明の成形材を実現するには自動車成形天井材を構成する発泡樹脂シートの少なくとも一方の表面について、本発明のガラスチョップドストランドマット、すなわち結合剤に植物由来の糖誘導体の含有率が、質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にある熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を使用しているガラスチョップドストランドマット、好ましくは、植物由来の糖誘導体がアルキルグルコシドを含有するものであるガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートの少なくとも一方の表面に接着された構成とすることを表している。発泡樹脂シートの一方の表面のみに採用する場合、他方の面に他の被覆材を使用するかどうかについては、特に限定するものではない。

また、本発明の自動車成形天井材は、発泡樹脂シートの表皮側のみに限らず、当然ではあるが、その両表面について上記の結合剤を付着した本発明のガラスチョップドストランドマットが接着された構成とするものであってもよい。また天井材とは限らず他の自動車用構造部材として使用することができるというのも言うまでもない。

本発明の自動車成形天井材を成形する際には、ガラスチョップドストランドマットと発泡樹脂シートとの接着には公知の接着方法を採用することができ、フェノール、メラミン、あるいはイソシアネート樹脂等の接着剤を単独あるいは複数併用してガラスチョップドストランドマットに含浸させて使用することができる。

（１）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、シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、前記結合剤は、熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有するものであり、且つ該変性フェノール樹脂は植物由来の糖誘導体の含有率が質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にあるものであるため、マットロールからマットを引き出した際にマットの部分的な損傷を防止することができ、さらにマット使用後に焼却せねばならない場合であっても、植物由来の糖誘導体を主成分とするものであるので炭酸ガスの排出削減効果が得られるものである。

（２）また本発明のガラスチョップドストランドマットは、結合剤に含有される変性フェノール樹脂の植物由来の糖誘導体がアルキルグルコシドを含有するものであるならば、ガラスチョップドストランドマットの製造コストを抑えることができ、さらにガラスチョップドストランドマットが使用される際に人体に及ぼす影響ついて、その安全性の観点からも問題のないものである。

（３）さらに本発明のガラスチョップドストランドマットでは、結合剤に含有される変性フェノール樹脂は、その熱特性として、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度が１４０℃以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が１５０℃で４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内にあるならば、チョップドストランドマットを製造するためにシート状のガラスチョップドストランドの堆積物に散布した結合剤を熔融させた際に、結合剤の流動性が良く、複数のガラスチョップドストランド同士の狭い間隙にまで結合剤が流れ込み、マットの隅々まで均質に滲み込んだ状態となるので、十分な接着強度を得ることができ、マット全体について強度分布のない均質な強度を実現できるものである。

（４）本発明のガラスチョップドストランドマットは、結合剤の付着量がガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあるならば、深絞り成形や複雑な形状を有する自動車成形天井材の構成部材として利用することができ、汎用性が高く軽量な構成材料であって、優れた性能を安価に実現することができるものである。

（５）本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法は、ガラスチョップドストランドをランダムに堆積したシート状物を形成する堆積工程と、該シート状物に結合剤を散布する散布工程と、結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合する固化工程とを有し、前記固化工程が上記本発明のガラスチョップドストランドマット（請求項１から請求項３の何れかに記載）を構成する結合剤を使用するものであるため、効率のよいガラスチョップドストランドマットの成形が可能であって、製造時に問題となる様々な欠陥を抑止した高い品位を有する上記本発明のガラスチョップドストランドマットを迅速かつ円滑に成形することが可能なものである。

（６）本発明の自動車成形天井材は、上記のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートの少なくとも表皮側に接着されてなるものであるため、多種多様なデザインが要求される各種の自動車成形天井材に容易に適用することができ、複雑な形状を有する天井材が必要となる場合であってもひけ等の欠陥が生じにくい高い性能を有するものである。

以下、実施例に基づき、本発明のガラスチョップドストランドマット、その製造方法、及び本発明のガラスチョップドストランドを使用した自動車用天井材について詳細に説明する。なお、図１は、本発明のガラスチョップドストランドマット１の部分斜視図で、図２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。図２では、２はガラスチョップドストランドマット、５はストランドを巻き取ったガラスケーキ、１０はガラスストランド、１０ａはガラスチョップドストランド、１０ｂはシート状堆積物、１１はチャンバー、１２は切断装置、１２ａはカッターローラー、１２ｂはゴムローラー、１３は第一搬送コンベア、１４は第二搬送コンベア、１５は散布機、１６は第三搬送コンベア、１７は加熱炉、１８は水冷ロール、１９はマットロール、２０は巻き取り機、Ｐは結合剤を表している。また下記の数１では、Ｌはガラスチョップドストランドの平均長さ、Ｗはガラスチョップドストランドの５０本の総質量をそれぞれ表している。

本発明のガラスチョップドストランドマットの一例は、図１の概略斜視図に示すようなものであり、これは自動車成形天井材用途としてガラス長繊維より切断されて製造されている。このガラスチョップドストランドマット１は、そのガラス材質が、Ｅガラスよりなるものであり、ストランド番手が２０ｔｅｘで、マット目付が１０７ｇ／ｃｍ²であって、結合剤として植物由来の糖誘導体、すなわちアルキルグルコシドの含有率が、質量百分率表示で２８質量％の熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を結合剤中に４５質量％含有し、その他に不飽和ポリエステル樹脂を５５質量％含有しており、両者の合量は１００％であって、結合剤の総質量に対して５割以上の樹脂混合物となっている。またこの変性フェノール樹脂の熱的特性は、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度が１０５℃であり、ＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が１５０℃で５．１ｄＰａ・ｓを示すものであって、このガラスガラスチョップドストランドマット１は、本発明の構成要件を備えているものである。

次いで、本発明のガラスチョップドストランドマットの製造方法とそれによって得られる本発明の他のガラスチョップドストランドマットについて説明する。本発明の製造方法については、その工程の主要箇所について、図２を参照しながら説明する。

まず白金合金製のブッシングに供給されたＥガラス材質の熔融ガラスが１２００本の白金製ノズルを有する耐熱性ブッシングから直径が１１．６μｍのガラスフィラメントとして連続成形される。この際に固形分５０質量％のポリ酢酸ビニルエマルジョンが６質量％、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランが０．３質量％、第４級アンモニウム塩が０．５質量％、イオン交換水が９３．２質量％となるように調整した集束剤を、付着量が０．４質量％となるように、成形されたガラスフィラメントの表面に塗布する。このようにして製造されたガラスストランドは、カーボン製のシューによって１８分糸して巻き取られ、図２に示すようなガラスケーキ５となる。次いでこのガラスケーキ５は、所定時間乾燥され、集束剤はガラスフィラメントの表面上に定着される。

次いで図２に示すように、この乾燥工程の終了したガラスケーキ５の内層からガラスストランド１０を連続的に解舒して、複数のカッターが放射状に配設された切断装置１２に送り込み、長さ５０ｍｍのチョップドストランド１０ａに切断する。この際、１８分糸されて巻き取られていた１２００本のガラスフィラメントからなるストランド１０は、１８本に分割された状態のチョップドストランド１０ａになる。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ガラスストランド１０は連続的に切断される。この切断装置１２は、チャンバー１１の天井部分に取り付けられており、５０ｍｍの寸法に切断されたチョップドストランド１０ａは、チャンバー１１の底部に配設された第一搬送コンベア１３上に落下することになる。

そして長さ５０ｍｍの寸法に切断されたガラスチョップドストランド１０ａは、第一搬送コンベア１３の上で均一になるようにランダムに分散され、シート状に堆積された状態のシート状堆積物１０ｂとなってから第一搬送コンベア１３によってチャンバー１１の外へと搬送される。次いでシート状堆積物１０ｂは次の第２の搬送コンベア１４上に搬送され、第二搬送コンベア１４上で移動するシート状堆積物１０ｂのガラスチョップドストランド１０ａの上に、散布機１５によって、結合剤Ｐを散布している。この結合剤Ｐ中を構成する変性フェノール樹脂は、軟化温度が１１０℃、１５０℃での熔融粘度が４．６ポイズの熱可塑性を有しており、変性フェノール樹脂以外の他の添加物は結合剤に添加されておらず、変性フェノール樹脂中の植物由来の糖誘導体、すなわちアルキルグルコシドの含有率は、３０質量％である。そしてチョップドストランド１０ａの結合剤Ｐは、その付着量が１３質量％となるように均一状態に調整して散布される。軟化温度と熔融粘度の測定については、前記したと同様の計測方法により計測したものである。

そしてベルトコンベア１４上に均一に分散されたガラスチョップドストランド１０ａと散布された結合剤Ｐとが互いに分散された状態が維持されたままで第二搬送コンベア１４から第三搬送コンベア１６へと搬送される。第三搬送コンベア１６の途中には、加熱炉１７が配置されており、粉末状の結合剤Ｐが散布されたガラスチョップドストランド１０ａのシート状堆積物１０ｂ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、散布された粉末状の結合剤Ｐが加熱されて軟化し、ガラスチョップドストランド１０ａの表面上で熔融状態となる。次いでこの軟化した結合剤Ｐが付着しているシート状堆積物１０ｂを、加熱炉１７の外部に移動させ、水冷ロール１８の間を通して冷却、プレスを行う。これにより熔融していた結合剤Ｐが固化されて、その後巻き取り機２０によって巻き取られて最終的に目付１０７ｇ／ｍ²のガラスチョップドストランドマット２のマットロール１９が得られる。

以上のような工程を経て得られたガラスチョップドストランドマット２のマットロール１９を使用して製造される自動車天井材についてその性能を調べる調査を行った。以下でその調査内容について説明する。

まず表１に示すように、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１から試料Ｎｏ．５の計５種類の試料を作製した。すなわち表１のストランド番手となるＥガラス材質の所定の寸法を有し、所定のマット目付となるように調整したガラスチョップドストランドマット２にイソシアネート系の接着剤を含浸させた後、表皮（自動車の室内側）、ガラスチョップドストランドマット２、発泡ポリウレタンシート、別のガラスチョップドストランドマット２及び保護シート（自動車の天井側）の順に重ね合わせてゆく。次いで、この積層物をその周囲に超硬刃を取り付けた成形天井の形状をしたプレス型に入れ、その状態でプレス成形を行う。最後に所定の形状にすると同時にその周囲をトリミングして整えた。

なお、ガラスチョップドストランドマット２中のストランド番手（ｔｅｘ）の測定は、チョップドストランドマット２を６２０℃で３０分間焼却した後、チョップドストランドマット２を構成するストランド５０本を抜き取り、その平均長さＬ（ｍｍ）を測定した後、感量が０．１ｍｇ以下の秤を用いて５０本の総質量Ｗ（ｇ）を測定し、数１に示した式により算出することができる。この式は、ストランド長１０００ｍの重量を表すため、単位をｍｍ（ミリメートル）からｍ（メートル）に換算するものとなっている。

以上の手順によって作成された各試料をそれぞれ次に示す評価方法によって調査した。

ガラスチョップドストランドマットについては、結合剤の付着量について、ＪＩＳ Ｒ３４２０（２００６）「ガラス繊維一般試験方法の７．３水分率及び強熱減量」に記載の方法によって計測したガラスチョップドストランドマットの強熱減量からガラスチョップドストランドの製造に使用したケーキの強熱減量を引くことにより求めた。また引張強さについては、ＪＩＳ Ｒ３４２０（２００６）「ガラス繊維一般試験方法の７．４引張強さ」に記載の方法で測定した。

熱可塑性を有する変性フェノール樹脂については、軟化温度については、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に記載された方法によって、また１５０℃での熔融粘度については、ＪＩＳ Ｋ ７１１７−１（１９９９）に記載された方法によって測定した。

また自動車成形天井材については、熟練者が１０枚の自動車成形天井材について、その表皮側にひけが発生した数量を目視観察によって検査を行った結果を表１に表す。

表１からも明らかなように実施例である試料Ｎｏ．１は、ストランド番手が２０ｔｅｘでマット目付が１０７ｇ／ｃｍ²、結合剤として本発明の熱可塑性を有する変性フェノール樹脂のみを含有する樹脂を使用している。変性フェノール樹脂中のアルキルグルコシド含有率は３０質量％である。この試料は、結合剤のガラスチョップドストランドマットに対する付着量が１３％の試料であるが、引張強さが１２０Ｎと十分大きい値を有するものであり、マットロールからマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、自動車成形天井材のひけによる不良は０枚であった。

また、試料Ｎｏ．２は、ストランド番手が１８ｔｅｘでマット目付が１３５ｇ／ｃｍ²、結合剤としては本発明の熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有する上記のものを使用し、その付着量が１２％の試料であるが、引張強さは１８０Ｎであり、マットロールからマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、天井材のひけによる不良は０枚であった。ちなみに変性フェノール樹脂中のアルキルグルコシド含有率は、試料Ｎｏ．１と同様に３０質量％である。

さらに試料Ｎｏ．３から試料Ｎｏ．５については、それぞれ試料Ｎｏ．３が、ストランド番手が２０ｔｅｘでマット目付が１０７ｇ／ｃｍ²、結合剤の付着量が１４％の試料、試料Ｎｏ．４が、ストランド番手が２２ｔｅｘでマット目付が１０５ｇ／ｃｍ²、結合剤の付着量が１７％の試料、試料Ｎｏ．５が、ストランド番手が１９ｔｅｘでマット目付が１００ｇ／ｃｍ²、結合剤の付着量が２０％の試料であるが、引張強さはそれぞれ、１６０Ｎ、１７０Ｎ、１８０Ｎと十分に強く、マットロールからマットを引き出す際にマットがちぎれることもなく、天井材のひけによる不良はいずれも０枚で問題のないものであった。いずれの試料でも変性フェノール樹脂中のアルキルグルコシド含有率は３０質量％である。

［比較例］一方本発明の比較例に相当する試料Ｎｏ．６は、本発明の実施例のＮｏ．２と同じストランド番手で同じマット目付のガラスチョップドストランドマットであるが、結合剤中の変性フェノール樹脂のＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が１５０℃で１２６ｄＰａ・ｓと大きく、粘度が高いものであったためにマット裏面にまで結合剤が流れにくく、その結果引張強さが８０Ｎと小さくなり、マットロールからマットを引き出す際にマットがちぎれることが確認された。また本発明の比較例に相当する試料Ｎｏ．７は、本発明の実施例のＮｏ．５と同じストランド番手で同じマット目付のガラスチョップドストランドマットであるが、結合剤の付着量が２７％と高く、その結果天井材にひけと呼ばれる表皮上のしわの発生しているものが１枚認められ、外観上の欠陥が発生するものとなっている。

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とこのマットを採用した自動車成形天井材は、結合剤として使用している熱可塑性を有する変性フェノール樹脂に含有される植物由来の糖誘導体の結合剤に対する含有率が、質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にあるため、炭酸ガスの排出抑制に著しい効果があり、天井材の外観品位についてもひけ不良の発生することのない優れた品位を有するものであることが明瞭になった。

本発明のガラスチョップドストランドマットは、その用途としてガラスチョップドストランドマットを使用して成形される自動車成形天井材として好適なものであるが、その他にも電子工業等の各種精密ハウジング構成体や建築用材料、工業用途の各種構成部材等、種々分野において利用できるものであって、他の部材等と併用することによって所望の機能を実現することができるものである。

本発明のガラスチョップドストランドマットの部分斜視図。 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。

符号の説明

１、２ ガラスチョップドストランドマット
５ ガラスケーキ
１０ ガラスストランド
１０ａ ガラスチョップドストランド
１０ｂ シート状堆積物
１１ チャンバー
１２ 切断装置
１２ａ カッターローラー
１２ｂ ゴムローラー
１３ 第一搬送コンベア
１４ 第二搬送コンベア
１５ 散布機
１６ 第三搬送コンベア
１７ 加熱炉
１８ 水冷ロール
１９ マットロール
２０ 巻き取り機
Ｐ 結合剤
Ｌ ガラスチョップドストランドの平均長さ
Ｗ ５０本のガラスチョップドストランドの総質量

Claims (6)

1. シート状に堆積したガラスチョップドストランドが結合剤により互いに結合されているガラスチョップドストランドマットであって、
   前記結合剤は、熱可塑性を有する変性フェノール樹脂を含有するものであり、且つ該変性フェノール樹脂は植物由来の糖誘導体の含有率が質量百分率表示で２０質量％から４０質量％の範囲にあるもの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。
2. 結合剤に含有される変性フェノール樹脂の植物由来の糖誘導体が、アルキルグルコシドを含有するものであることを特徴とする請求項１に記載のガラスチョップドストランドマット。
3. 結合剤に含有される変性フェノール樹脂は、その熱特性として、ＪＩＳ Ｋ５６０１−２−２（１９９９）に従う軟化温度が１４０℃以下であり、ＪＩＳ Ｋ７１１７−１（１９９９）に従う熔融粘度が１５０℃で４ｄＰａ・ｓから６ｄＰａ・ｓの範囲内にあるものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガラスチョップドストランドマット。
4. 結合剤の付着量がガラスチョップドストランドマットに対して６質量％から２５質量％の範囲であり、平均ストランド番手が１０ｔｅｘから３０ｔｅｘの範囲にあり、目付が５０ｇ／ｍ²から２５０ｇ／ｍ²の範囲にあることを特徴とする請求項１から請求項３の何れかに記載のガラスチョップドストランドマット。
5. ガラスチョップドストランドをランダムに堆積したシート状物を形成する堆積工程と、該シート状物に結合剤を散布する散布工程と、結合剤を加熱熔融した後に固化させて該シート状堆積物のガラスチョップドストランドを互いに結合する固化工程とを有し、前記固化工程が請求項１から請求項３の何れかに記載の結合剤を使用するもの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の製造方法。
6. 請求項１から請求項４の何れかに記載のガラスチョップドストランドマットが、発泡樹脂シートの少なくとも表皮側に接着されてなることを特徴とする自動車成形天井材。

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