繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材
【課題】優れた剛性を維持しつつ、軽量で、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材を提供する。
【解決手段】本発明の繊維強化樹脂成形体は、繊維強化樹脂用シート１、３と樹脂発泡体シート２とを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体１００であって、繊維強化樹脂用シート１、３は、樹脂発泡体シート２の両側の主面上にそれぞれ配置されており、樹脂発泡体シート２の一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シート１は、ステッチング糸により連結されており、樹脂発泡体シート２の他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シート３は、ステッチング糸により連結されておらず、第二繊維強化樹脂用シート３の樹脂発泡体シート２と接していない側の主面上に表皮材４が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている。繊維強化樹脂成形体１００は、車両用内装材といて用いられる。
【解決手段】本発明の繊維強化樹脂成形体は、繊維強化樹脂用シート１、３と樹脂発泡体シート２とを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体１００であって、繊維強化樹脂用シート１、３は、樹脂発泡体シート２の両側の主面上にそれぞれ配置されており、樹脂発泡体シート２の一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シート１は、ステッチング糸により連結されており、樹脂発泡体シート２の他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シート３は、ステッチング糸により連結されておらず、第二繊維強化樹脂用シート３の樹脂発泡体シート２と接していない側の主面上に表皮材４が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている。繊維強化樹脂成形体１００は、車両用内装材といて用いられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材に関し、具体的には繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼り合わせた繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両や飛行機などの内装にはプラスチックが使用され、金属に比較して軽量化されている。プラスチックだけでは強度が不足するため、プラスチックに強化繊維を混入した繊維強化プラスチックが用いられている。例えば炭素繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリエステル繊維などの比較的融点の高い繊維を強化繊維とし、マトリックス樹脂としてエマルジョン樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを含侵、塗布した後、押し出し一体成形、フィルム貼り合わせ成形などにより、高強力シートを得ていた。
【０００３】
また、繊維強化プラスチックでは、強度を高めるため、強化繊維を一方向に配置してステッチング糸により保形することが行われている。例えば、特許文献１には、炭素繊維などの強化繊維を多数本引き揃えた強化繊維糸シートを、引き揃え方向と垂直方向にステッチング糸により保形したものが開示されている。
【０００４】
一方、軽量化の観点からは、ステッチング糸を省略してできるだけ重量を減少させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、上記繊維強化樹脂成形体を検討したところ、強化繊維がステッチング糸により保形されていない繊維強化プラスチックを、樹脂発泡体シートと貼りあわせて所定の形状の繊維強化樹脂成形体に圧縮成形する際に、凹凸部で強化繊維が浮き上がるという問題があることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するため、優れた剛性を維持しつつ、軽量で、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体であって、上記繊維強化樹脂用シートは、上記樹脂発泡体シートの両側の主面上にそれぞれ配置されており、上記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートであり、上記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートであり、上記第二繊維強化樹脂用シートの上記樹脂発泡体シートと接していない側の主面上に表皮材が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている。
【０００９】
本発明の車両用内装材は、上記繊維強化樹脂成形体で構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、樹脂発泡体シートと、上記樹脂発泡体シートの両側に配置された繊維強化樹脂用シートとを含む繊維強化樹脂成形体において、上記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートとしてステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートを用い、上記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートとしてステッチングされていない繊維強化樹脂用シートを用いることにより、剛性を維持しつつ、軽量化を実現し、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体を提供できる。特に、本発明の繊維強化樹脂成形体は、自動車などの車両用内装材、船舶の内装材、家屋の内装材などに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施例の繊維強化樹脂成形体の模式的断面図である。
【図２】図２Ａ−Ｃは、本発明で使用することができる複合繊維の一例の模式的断面図である。
【図３】図３は、繊維強化樹脂用シートの一例であるすだれ状シートの概念斜視図である。
【図４】図４は、繊維強化樹脂用シートの一例である多軸挿入たて編み基材の概念斜視図である。
【図５】図５Ａ−Ｃは、本発明の繊維強化樹脂成形体を製造する際の一次成形を示す概念斜視図である。
【図６】図６Ａ−Ｂは、本発明の繊維強化樹脂成形体を製造する際の二次成形を示す概念斜視図である。
【図７】図７は、本発明で用いる多軸繊維基材における一方向シートの積層関係を示す概念斜視図である。
【図８】図８Ａ〜Ｂは、本発明の一実施例の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真である。
【図９】図９Ａ〜Ｂは、本発明の一比較例の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参酌しながら、本発明の繊維強化樹脂成形体について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の繊維強化樹脂成形体の模式的断面図である。本発明の繊維強化樹脂成形体１００において、樹脂発泡体シート２の両側の主面上に繊維強化樹脂用シート１、３がそれぞれ配置されており、第一繊維強化樹脂用シート１はステッチング糸で連結されており、第二繊維強化樹脂用シート３はステッチング糸で連結されていない。また、第二繊維強化樹脂用シート３の樹脂発泡体シート２と接していない側の主面上には表皮材４が配置されている。本発明において、「接する」又は「接している」とは、直接接している場合と、接着層などの他の層を介して接している場合とを含む。
【００１４】
＜繊維強化樹脂用シート＞
上記繊維強化樹脂用シートは、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分を含む複合繊維で構成されることが好ましい。本発明において、複合（コンジュゲート）繊維とは、例えば複数のポリマー成分を個別に紡糸口金まで導き、紡糸口金で一体化して押し出し、延伸して繊維としたものをいう。複合繊維の構造としては、例えば芯鞘構造、海島構造、サイドバイサイド構造などがあり、いかなる構造であっても良い。複合繊維はフィラメントヤーンでも良いし、高融点ポリマー成分からなる繊維と低融点成分からなる繊維を紡績した糸のようなものであっても良い。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ上記複合繊維の一例の模式的断面図である。図２Ａは芯鞘構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１０は、芯成分１１である高融点ポリマーと、その周りの鞘成分１２である低融点ポリマーで構成されている。図２Ｂは海島構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１３は、複数本の島成分１４である高融点ポリマーと、その周りの海成分１５である低融点ポリマーで構成されている。図２Ｃも海島構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１６は、多数本の島成分１７である高融点ポリマーと、その周りの海成分１８である低融点ポリマーで構成されている。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂成形体において、上記低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂となり、上記高融点ポリマー成分は強化繊維となる。上記マトリックス樹脂とは、母材樹脂ともいう。マトリックス樹脂と強化繊維とで繊維強化プラスチック(FRP: fiber reinforced plastics)となる。
【００１７】
上記低融点ポリマー成分と上記高融点ポリマー成分は熱可塑性合成樹脂且つ同種のポリマーを選択する。同種のポリマーとは、ポリオレフィン同士、ポリエステル同士、ポリアミド同士などのように、ポリマーを構成する成分が同種のものであることを意味する。ホモポリマー同士だけではなく、共重合ポリマー（二元共重合、三元共重合など多成分共重合ポリマーを含む）から選択しても良い。本発明において、ポリオレフィンとは、エチレン系炭化水素化合物の重合体又は共重合体であり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデン、またはそれらの共重合体を含む。ポリアミドは、アミド結合をもつ線状の合成高分子であり、一般的にはナイロンと称され、ナイロン６６、ナイロン６，１０、ナイロン６，ナイロン１１、ナイロン１２が工業化されている。ポリエステルは、主鎖にエステル結合を持つ高分子の総称である。ポリカーボネート、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂などもポリエステルである。
【００１８】
上記複合繊維において、上記高融点ポリマー成分の含有量は５０〜９０質量％の範囲であり、上記低融点ポリマー成分の含有量は１０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。上記の範囲であれば強化繊維の割合を高くすることができ、強度を高くすることができるうえ、ＦＲＰとしたときにマトリックス樹脂と強化繊維のバランスをとりやすい。
【００１９】
上記複合繊維において、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分の融点差が２０℃以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましい。融点差が２０℃以上であれば、圧縮成形して繊維強化樹脂成形体にしたとき、高融点ポリマーは強化繊維として機能し、低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂として機能しやすい。
【００２０】
上記複合繊維の低融点ポリマー成分及び高融点ポリマー成分は、ともにポリオレフィンであることが好ましい。ポリオレフィン（オレフィン系ポリマー）は軽量で強度も高く、耐久性も良好であり、不要品のリサイクルも廃棄も容易である。一例として、高融点ポリマー成分はポリプロピレンであり、低融点ポリマー成分はポリエチレンであることが好ましい。ポリプロピレンの比重は製法によって異なるが通常０．９０２〜０．９１０であり、ポリエチレンの比重も製法によって異なるが通常０．９１０〜０．９７０である。したがって、高融点ポリマー成分としてポリプロピレン、低融点ポリマー成分としてポリエチレンを使用した場合の複合繊維の比重は約０．９〜０．９５の範囲となる。これに対してガラス繊維の比重は約２．５、炭素繊維の比重は約１．７であるから、高融点ポリマー成分としてポリプロピレン、低融点ポリマー成分としてポリエチレンを使用した場合の複合繊維の比重はかなり低いものとなる。
【００２１】
上記繊維強化樹脂用シートは、上記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを少なくとも１層含む。１層の場合は１軸繊維基材となり、２層以上の場合は、多軸繊維基材となる。本発明において、第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸で連結されており、第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸で連結されていない。１軸繊維基材がステッチング糸で連結されている場合は、すだれ状シートとなり、多軸繊維基材がステッチング糸で連結されている場合は、多軸挿入たて編み基材となる。本発明において、連結とは、１層の場合は複合繊維を複数本引き揃えてシート状とするが、その複数本をバラバラにならないように保形することをいう。また、２層以上の場合は、上記１層の場合に加えて、層間をバラバラにならないように保形するという意味も有する。なお、第二繊維強化樹脂用シートは、圧縮成形時の熱融着により連結されることになる。また、車両内装用に用いる場合、通常２層以上のシートを用いる。
【００２２】
上記ステッチング糸としては、例えばポリプロピレン糸、ポリエチレン糸、ポリエステル糸などが使用可能であるが、上記複合繊維の低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分と同種のポリマーからなる繊維で構成されることが好ましい。例えば、上記複合繊維において高融点ポリマー成分はポリプロピレンであり、低融点ポリマー成分はポリエチレンである場合、ステッチング糸はポリプロピレン糸又は芯成分がポリプロピレンで鞘成分がポリエチレンの複合糸を使用するのが好ましい。なお、ステッチ法としては、単環縫い（チェーンステッチ）やトリコット編みなどが用いられる。
【００２３】
図３は繊維強化樹脂用シートの一例であるすだれ状シートの概念斜視図である。すだれ状シート２０は、一方向に配列された複合繊維２１と、複合繊維２１を連結するステッチング糸２２で構成されている。複合繊維２１は一方向に配列されているので、織物や編み物に比較して、繊維の配列方向の強度は高い。すだれ状シート２０は、１層で使用しても良いし、多層で使用しても良い。多層で使用する場合は、異なる層における複合繊維２１の方向を異なるように配列させ、強度のバランスをとるのが好ましい。
【００２４】
図４は繊維強化樹脂用シートの一例である多軸挿入たて編み基材の概念斜視図である。多軸挿入たて編み基材３０において、複合繊維（糸）３１ａ〜３１ｆは、それぞれ異なる方向に配列され各々の一方向シートを構成し、それらの一方向シートは編針３６に掛けられたステッチング糸３７、３８によって厚さ方向にステッチング（結束）され、一体化されている。複合繊維の配列方向が異なる複数の一方向シートを含む多軸挿入たて編み基材を用いると、多方向に強化効果の優れた繊維強化樹脂成形体を得ることが可能となる。
【００２５】
上記繊維強化樹脂用シートは、多方向に優れた強化効果を得る観点から、一方向シートを２層以上含む多軸繊維基材であることが好ましい。多軸繊維基材は繊維の配向性が高い。本発明で使用する繊維強化樹脂用シートの好ましい目付（単位面積当たりの質量）及び厚みは特に限定されるものではないが、１層あたり約１０〜１５０ｇ／ｍ2、繊維強化樹脂用シート全体として約１０〜６００ｇ／ｍ2である。また、厚さは１層あたり約０．１〜０．５ｍｍ、繊維強化樹脂用シート全体として約０．２〜２ｍｍである。
【００２６】
＜樹脂発泡体シート＞
上記樹脂発泡体シートとしては、例えばポリウレタン発泡体、ポリオレフィン発泡体、ポリスチレン発泡体、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）発泡体などの樹脂発泡体で構成されている樹脂発泡体シートなどを用いることができる。上記ポリオレフィン発泡体シートとしては、リサイクル性の観点から、ポリプロピレン発泡体シート、ポリエチレン発泡体シートなどを用いることが好ましく、特に耐熱性の観点からポリプロピレン発泡体シートが好ましい。上記ポリプロピレン発泡体シートとしては、市販のもの、例えばＪＳＰ社製の「ピーブロック」などを用いることができる。上記ポリスチレン発泡体シートとしては、市販のもの、例えばＪＳＰ社製の「スチロダイア」などを用いることができる。また、上記樹脂発泡体シートは繊維強化樹脂用シートにおける樹脂と同種のポリマーからなるものが好ましい。圧縮成形する際にかける熱により、繊維強化樹脂用シートの低融点成分が接着剤的な機能をはたし、別途接着剤を付与することなく繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼り合わせて一体化することができるためである。なお、ポリウレタン発泡体シートのような異種の発泡体との一体成形の場合やより強固な接着性を必要とする場合は、上記樹脂発泡体シートと上記繊維強化樹脂用シートとの間に、別途接着剤やホットメルトフィルムのような接着層を設けるのが良い。特にホットメルトフィルムであれば、圧縮成形時に同時に貼り合わせが可能となる。繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートと貼り合わせて一体成形する方法としては、例えば熱圧縮成形法（熱プレス成形法）が挙げられる。
【００２７】
本発明の繊維強化樹脂成形体では、樹脂発泡体シートの両側の主面上には、繊維強化樹脂用シートがそれぞれ配置されており、いわゆるサンドイッチ構造となっている。本発明において、主面とは、いわゆる面積の大きな面のことをいう。具体的には、樹脂発泡体シートの両側の主面とは、シートのいわゆる表面及び裏面となる。すなわち、本発明では、樹脂発泡体シートの表面及び裏面に繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置した構成となっている。なお、上記繊維強化樹脂成形体を車両用天井材として用いる場合は、室内側の面が表面であり、室外側の面が裏面となる。また、室内側に現れる材料を表面材又は表皮材という。繊維強化樹脂用シート及び繊維強化樹脂成形体についても同様に、いわゆる表面及び裏面が主面となる。本発明では、ステッチ糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材が設けられることとなる。
【００２８】
上記樹脂発泡体シートの発泡倍率は繊維強化樹脂成形体の使用目的によって任意の倍率を選択できるが、車両用内装材の場合は１０〜１００倍であることが好ましい。特にポリオレフィン発泡体シートの場合は１５〜６０倍程度が好ましい。また、上記樹脂発泡体シートの厚みは、例えば１〜３００ｍｍ程度であり、車両用内装材として用いる場合は、軽量性や賦形性を考慮して好ましくは２〜１５ｍｍ程度、より好ましくは２〜１０ｍｍである。また、軽量性の観点から、上記樹脂発泡体シートの密度は、０．００９〜０．０９ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、より好ましくは、０．０１５〜０．０６ｇ／ｃｍ3である。
【００２９】
＜表皮材＞
上記表皮材としては、特に限定されず、通常繊維強化樹脂成形体に用いるものを用いることができ、自動車などの車両用内装材に用いるものを用いてもよい。例えば、人工皮革、織布、編布、不織布などを用いることができる。上記不織布としては、特に限定されないが、例えばポリエステル不織布などを用いることができる。なお、表皮材と繊維強化樹脂シートの間には、接着性を確実なものとするため、通常ホットメルトフィルムなどの接着フィルムや接着剤を介在させる。
【００３０】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、軽量の観点から、目付が１ｋｇ／ｍ2以下であることが好ましく、０．５ｋｇ／ｍ2以下であることがより好ましく、０．３ｋｇ／ｍ2以下であることがさらに好ましい。本発明の繊維強化樹脂成形体は、剛性に優れており、曲げ弾性勾配が３０Ｎ／ｃｍ以上であることが好ましく、５０Ｎ／ｃｍ以上であることがより好ましく、８０Ｎ／ｃｍ以上であることがさらに好ましい。本発明において、曲げ弾性勾配は、厚み方向に加わる荷重に対する抵抗を示すもので、下記のように測定する。まず、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を用い、試験速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離１００ｍｍにて、ＪＩＳ Ｋ ７２２１−２に準じて３点曲げ試験を実施する。次に、得られる荷重（Ｎ）−たわみ（ｃｍ）曲線を用い、曲線の勾配が最も大きい部分で接線を引き、当該接線から弾性勾配（Ｎ／ｃｍ）を算出する。
【００３１】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、樹脂発泡体シートの両側の主面上に繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置し、圧縮成形、好ましくは低融点ポリマー成分の融点以上高融点ポリマー成分の融点未満の温度に加熱して圧縮成形することにより得ることができる。上記圧縮成形(compression molding)は、熱ロールの間を通過させるような熱ロールプレス成形でも良いが、通常はカム、トグル、圧空又は油圧などを使用して金型又は加熱板を上下させる機構により、シートを目的の形に圧縮成形する方法が用いられる。圧縮成形の場合は、成形天井やドアトリムのような深絞り成形が必要とされる用途にも使用可能である。圧縮成形する際には真空成形又は減圧成形と組み合わせることもできる。なお、圧縮成形はプレス成形ともいわれる。
【００３２】
また、繊維強化樹脂成形体の一体性を高め、強度を向上させるという観点から、所定の形状に圧縮成形する前に、予備成形することが好ましい。すなわち、上記樹脂発泡体シートの両側の主面上にステッチング糸で連結されている第一繊維強化樹脂用シートと、ステッチング糸で連結されていない第二繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置し、さらに第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した後、圧縮成形（以下において、一次成形とも記す。）し、その後、所定の形状に圧縮成形（以下において、二次成形とも記す。）することが好ましい。なお、表皮材と繊維強化樹脂シートの間には、接着性を確実なものとするため、通常ホットメルトフィルムなどの接着フィルムや接着剤を介在させる。上記一次成形により、樹脂発泡体シートと、樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されているステッチング糸で連結されている第一繊維強化樹脂用シートと、樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されているステッチング糸で連結されていない第二繊維強化樹脂用シートを一体化して一次成形基材を得、一次成形基材を二次成形することにより、所定の形状、例えば天井やドア形状に賦形された繊維強化樹脂成形体を得ることができる。なお、表皮材については、二次成形時に付与するようにしてもよい。
【００３３】
図５Ａ〜図５Ｃは、繊維強化樹脂成形体を製造する際の一次成形工程を示す概念斜視図である。まず、図５Ａに示すように、下金型５１上に、第一繊維強化樹脂用シート４１、樹脂発泡体シート４２、第二繊維強化樹脂用シート４３、表皮材４４をこの順番に積層して積層体４０とし、その上に上金型５５を配置する。なお、表皮材４４と第二繊維強化樹脂用シート４３の間に接着フィルム又は接着剤を配置してもよい。次に、図５Ｂに示すように、積層体４０を、加熱プレス機に掛けてプレスし、その後冷却プレス機に移動し、さらにプレスして、積層体４０をプレス成形して一体化する。その後、図５Ｃに示すように、脱型して、一次成形基材５０を得る。圧縮成形の条件は、例えば、加熱プレス条件として温度１２５〜１４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間１５〜３００秒とし、冷却プレス条件として、温度２５〜４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間１５〜３００秒とすることができる。なお、一次成形基材５０の厚みは、下金型５１と上金型５５の間にクリアランススペーサを配置することで調整することができる。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｂは、繊維強化樹脂成形体を製造する際の二次成形工程を示す概念斜視図である。まず、図６Ａに示すように、所定の寸法に切断した一次成形基材５０を、コンベア６３から加熱炉６１に供給する。加熱炉６１は加熱源の赤外線加熱器６２により、所定の温度に加熱されており、一次成形基材５０は加熱軟化される。次に図６Ｂに示すように、予熱された一次成形基材５０は、圧縮成形装置６４の上金型６５と下金型６６の間に配置される。上金型６５も下金型６６も所定の温度に保持されている。上金型６５が下降し、上金型６５と下金型６６の間で一次成形基材６０は圧縮成形され、所定の形状に賦形されて繊維強化樹脂成形体１１０となる。上記において、予熱温度は、低融点ポリマー成分の融点以上高融点ポリマー成分の融点未満の温度であれば良い。予熱温度は、例えば、１１０〜１５０℃であり、好ましくは１３０〜１４０℃である。また、圧縮成形の条件は、例えば、温度１２５〜１４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒とすることができる。
【００３５】
上記繊維強化樹脂成形体を自動車などの車両用内装材として用いる場合は、ステッチングされていない第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した側を室内側にし、ステッチング糸により連結されている第一繊維強化樹脂用シート側をそのまま室内と反対側（室外側）にすることで、軽量化を実現しつつ、室外側における配線や取り付け用の部品の接着も強固にすることができる。
【実施例】
【００３６】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
＜繊維強化樹脂用シートの製造例１＞
芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレン（ＰＰ）と、その周りの鞘成分が融点１１０℃のポリエチレン（ＰＥ）で構成されている芯鞘型繊維（弾性率：７．８ＧＰａ、芯／鞘比：６５／３５）を複合繊維として用いた。この複合繊維１０を２４０本引き揃えて、トータル繊度１８５０ｄｔｅｘのマルチフィラメントとした。
【００３８】
得られたマルチフィラメントを３本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して９０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、９０°シートという）を得た。同様に、得られたマルチフィラメントを１．５本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して３０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、３０°シートという。）を得た。同様に、得られたマルチフィラメントを１．５本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して−３０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、−３０°シートという。）を得た。得られた３枚の一方向シートを、図７に示すように、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート７１、−３０°シート７２、３０°シート７３の順番に積層し、ステッチング糸（ポリプロピレン製糸、繊度：８４ｄｔｅｘ）で厚さ方向にステッチングして一体化し、繊維強化樹脂用シートＡ１（３軸挿入たて編み基材）Ａ１を得た。各一方向シートの目付は約２２ｇ／ｍ2であり、繊維強化樹脂用シートＡ１の目付は約７１ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。また、同様の方法にて、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、３０°シート、−３０°シートをこの順番に積層し、ステッチング糸で厚さ方向にステッチングして一体化し、繊維強化樹脂用シートＡ２（３軸挿入たて編み基材）を得た。得られた繊維強化樹脂用シートＡ２の目付は約７１ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。
【００３９】
＜繊維強化樹脂用シートの製造例２＞
繊維強化樹脂用シートの製造例１と同様にして、９０°シート、−３０°シート、３０°シートを作製した。得られた３枚の一方向シートを、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、３０°シート、−３０°シートの順番に積層した。当該積層品を熱ローラーにより３層を一体化させることにより繊維強化樹脂用シートＢ１（３軸基材）を得た。各一方向シートの目付は約２２ｇ／ｍ2であり、繊維強化樹脂用シートＢ１の目付は約６６ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。また、同様の方法にて、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、−３０°シート、３０°シートをこの順番に積層し、熱ローラーにより３層を一体化させることにより、繊維強化樹脂用シートＢ２（３軸基材）を得た。得られた繊維強化樹脂用シートＢ２の目付は約６６ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。
【００４０】
＜繊維強化樹脂成形体＞
上記で得られた繊維強化樹脂用シート、樹脂発泡体シートとしてＪＳＰ社製の「ピーブロック」、表皮材としてポリエステル製不織布、接着フィルムとして直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（ＬＬＤＰＥフィルム）を用いて繊維強化樹脂成形体を作製した。まず、繊維強化樹脂用シートＡ１、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＢ１、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した。なお、繊維強化樹脂用シートＢ１において、一方向シートの配置は９０°／３０°／−３０°であるが、上記積層体において、繊維強化樹脂用シートＢ１は裏返して用いるため製造装置の流れ方向に対する繊維角度の＋と−とが反転して一方向シートの配置が３０°／−３０°／９０°となっていた。即ち、上記積層体は、「９０°シート／−３０°シート／３０°シート／樹脂発泡体シート／３０°シート／−３０°シート／９０°シート／接着層／表皮材」という構成となっている。得られた積層体を金型内に挿入し、１３０℃で、３０秒間、１ＭＰａの圧力で熱プレスした後、２０℃で１２０秒間冷却プレスすることで、積層体を一体化し、一次成形基材を得た。得られた一次成形基材を、１３０℃で６０秒間加熱処理した後、所定の形状の金型に配置し、圧縮成形装置にて４０℃で６０秒間処理することで、所定の形状に賦形された繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４１】
（比較例１）
繊維強化樹脂用シートＢ２、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＢ１、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４２】
（比較例２）
繊維強化樹脂用シートＡ１、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＡ２、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４３】
実施例及び比較例の繊維強化樹脂成形体の目付を下記表１に示した。なお、実施例１の繊維強化樹脂成形体について曲げ弾性勾配を測定したところ３０（Ｎ／ｃｍ）以上の良好な数値を示した。
【００４４】
（曲げ弾性勾配）
曲げ弾性勾配は、厚み方向に加わる荷重に対する抵抗を示すもので、下記のように測定した。まず、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を用い、試験速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離１００ｍｍにて、ＪＩＳ Ｋ ７２２１−２に準じて３点曲げ試験を実施した。次に、得られる荷重（Ｎ）−たわみ（ｃｍ）曲線を用い、曲線の勾配が最も大きい部分で接線を引き、当該接線から弾性勾配（Ｎ／ｃｍ）を算出した。
【００４５】
（目付）
ＪＩＳ Ｌ １９１３に準じて測定した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
実施例の繊維強化樹脂成形体は、曲げ弾性勾配が高く、剛性に優れていた。また、実施例の繊維強化樹脂成形体は、比較例２の繊維強化樹脂成形体に比べて、目付（単位面積あたりの質量）が低く、軽量であることが分かった。
【００４８】
また、図８Ａ〜Ｂには、繊維強化樹脂用シートＡ１側からみた実施例１の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真を示した。図９Ａ〜Ｂには、比較例１の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真を示した。図８Ａ〜Ｂから分かるように、繊維強化シートがステッチング糸で連結されている場合は、所定の形状に圧縮成形時に複合繊維が剥がれず変形に追従しているため、凹凸部で複合繊維が浮き上がることがなかった。一方、図９Ａ〜Ｂから分かるように、繊維強化シートがステッチング糸で連結されていない場合は、凹凸部で複合繊維が剥がれ浮いていた。
【００４９】
本発明では、樹脂発泡体シートと、上記樹脂発泡体シートの両側に配置された繊維強化樹脂用シートとを含む繊維強化樹脂成形体において、一方の繊維強化樹脂用シートとしてステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートを用い、他方の繊維強化樹脂用シートとして、ステッチングされていない繊維強化樹脂用シートを用いることにより、剛性を維持しつつ、軽量化を実現し、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体が得られている。本発明の繊維強化樹脂成形体を用いて自動車の成形天井を作製する際、ステッチングされていない第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した側を室内側にし、ステッチング糸により連結されている第一繊維強化樹脂用シート側をそのまま室内と反対側（室外側）にすることで、軽量化を実現しつつ、室外側における配線や取り付け用の部品の接着も強固にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、自動車などの車両の内容材、船舶の内装材、家屋の内装材などに好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１、３、４１、４３ 繊維強化樹脂用シート
２、４２ 樹脂発泡体シート
４、４４ 表皮材
１０、１３、１６ 複合繊維
１１ 芯成分
１２ 鞘成分
１４、１７ 島成分
１５、１８ 海成分
２０ すだれ状シート
２１ 複合繊維
２２ ステッチング糸
３０ 多軸挿入たて編み基材
３１ａ〜３１ｆ 繊維強化樹脂用複合繊維（糸）
３６ 編針
３７、３８ ステッチング糸
４０ 積層体
５０ 一次成形基材
５１、６６ 下金型
５５、６５ 上金型
６１ 加熱炉
６２ 赤外線加熱器
６３ コンベア
６４ 圧縮成形装置
７１ ９０°シート
７２ −３０°シート
７３ ３０°シート
１００、１１０ 繊維強化樹脂成形体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材に関し、具体的には繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼り合わせた繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車両や飛行機などの内装にはプラスチックが使用され、金属に比較して軽量化されている。プラスチックだけでは強度が不足するため、プラスチックに強化繊維を混入した繊維強化プラスチックが用いられている。例えば炭素繊維、アラミド繊維、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）繊維、ポリエステル繊維などの比較的融点の高い繊維を強化繊維とし、マトリックス樹脂としてエマルジョン樹脂、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などを含侵、塗布した後、押し出し一体成形、フィルム貼り合わせ成形などにより、高強力シートを得ていた。
【０００３】
また、繊維強化プラスチックでは、強度を高めるため、強化繊維を一方向に配置してステッチング糸により保形することが行われている。例えば、特許文献１には、炭素繊維などの強化繊維を多数本引き揃えた強化繊維糸シートを、引き揃え方向と垂直方向にステッチング糸により保形したものが開示されている。
【０００４】
一方、軽量化の観点からは、ステッチング糸を省略してできるだけ重量を減少させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−３４７１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明者らは、上記繊維強化樹脂成形体を検討したところ、強化繊維がステッチング糸により保形されていない繊維強化プラスチックを、樹脂発泡体シートと貼りあわせて所定の形状の繊維強化樹脂成形体に圧縮成形する際に、凹凸部で強化繊維が浮き上がるという問題があることを見出した。
【０００７】
本発明は、上記問題を解決するため、優れた剛性を維持しつつ、軽量で、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体及びそれを用いた車両用内装材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体であって、上記繊維強化樹脂用シートは、上記樹脂発泡体シートの両側の主面上にそれぞれ配置されており、上記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートであり、上記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートであり、上記第二繊維強化樹脂用シートの上記樹脂発泡体シートと接していない側の主面上に表皮材が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている。
【０００９】
本発明の車両用内装材は、上記繊維強化樹脂成形体で構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、樹脂発泡体シートと、上記樹脂発泡体シートの両側に配置された繊維強化樹脂用シートとを含む繊維強化樹脂成形体において、上記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートとしてステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートを用い、上記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートとしてステッチングされていない繊維強化樹脂用シートを用いることにより、剛性を維持しつつ、軽量化を実現し、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体を提供できる。特に、本発明の繊維強化樹脂成形体は、自動車などの車両用内装材、船舶の内装材、家屋の内装材などに好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施例の繊維強化樹脂成形体の模式的断面図である。
【図２】図２Ａ−Ｃは、本発明で使用することができる複合繊維の一例の模式的断面図である。
【図３】図３は、繊維強化樹脂用シートの一例であるすだれ状シートの概念斜視図である。
【図４】図４は、繊維強化樹脂用シートの一例である多軸挿入たて編み基材の概念斜視図である。
【図５】図５Ａ−Ｃは、本発明の繊維強化樹脂成形体を製造する際の一次成形を示す概念斜視図である。
【図６】図６Ａ−Ｂは、本発明の繊維強化樹脂成形体を製造する際の二次成形を示す概念斜視図である。
【図７】図７は、本発明で用いる多軸繊維基材における一方向シートの積層関係を示す概念斜視図である。
【図８】図８Ａ〜Ｂは、本発明の一実施例の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真である。
【図９】図９Ａ〜Ｂは、本発明の一比較例の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参酌しながら、本発明の繊維強化樹脂成形体について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の繊維強化樹脂成形体の模式的断面図である。本発明の繊維強化樹脂成形体１００において、樹脂発泡体シート２の両側の主面上に繊維強化樹脂用シート１、３がそれぞれ配置されており、第一繊維強化樹脂用シート１はステッチング糸で連結されており、第二繊維強化樹脂用シート３はステッチング糸で連結されていない。また、第二繊維強化樹脂用シート３の樹脂発泡体シート２と接していない側の主面上には表皮材４が配置されている。本発明において、「接する」又は「接している」とは、直接接している場合と、接着層などの他の層を介して接している場合とを含む。
【００１４】
＜繊維強化樹脂用シート＞
上記繊維強化樹脂用シートは、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分を含む複合繊維で構成されることが好ましい。本発明において、複合（コンジュゲート）繊維とは、例えば複数のポリマー成分を個別に紡糸口金まで導き、紡糸口金で一体化して押し出し、延伸して繊維としたものをいう。複合繊維の構造としては、例えば芯鞘構造、海島構造、サイドバイサイド構造などがあり、いかなる構造であっても良い。複合繊維はフィラメントヤーンでも良いし、高融点ポリマー成分からなる繊維と低融点成分からなる繊維を紡績した糸のようなものであっても良い。
【００１５】
図２Ａ〜図２Ｃは、それぞれ上記複合繊維の一例の模式的断面図である。図２Ａは芯鞘構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１０は、芯成分１１である高融点ポリマーと、その周りの鞘成分１２である低融点ポリマーで構成されている。図２Ｂは海島構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１３は、複数本の島成分１４である高融点ポリマーと、その周りの海成分１５である低融点ポリマーで構成されている。図２Ｃも海島構造の複合繊維の断面図であり、複合繊維１６は、多数本の島成分１７である高融点ポリマーと、その周りの海成分１８である低融点ポリマーで構成されている。
【００１６】
本発明の繊維強化樹脂成形体において、上記低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂となり、上記高融点ポリマー成分は強化繊維となる。上記マトリックス樹脂とは、母材樹脂ともいう。マトリックス樹脂と強化繊維とで繊維強化プラスチック(FRP: fiber reinforced plastics)となる。
【００１７】
上記低融点ポリマー成分と上記高融点ポリマー成分は熱可塑性合成樹脂且つ同種のポリマーを選択する。同種のポリマーとは、ポリオレフィン同士、ポリエステル同士、ポリアミド同士などのように、ポリマーを構成する成分が同種のものであることを意味する。ホモポリマー同士だけではなく、共重合ポリマー（二元共重合、三元共重合など多成分共重合ポリマーを含む）から選択しても良い。本発明において、ポリオレフィンとは、エチレン系炭化水素化合物の重合体又は共重合体であり、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブデン、またはそれらの共重合体を含む。ポリアミドは、アミド結合をもつ線状の合成高分子であり、一般的にはナイロンと称され、ナイロン６６、ナイロン６，１０、ナイロン６，ナイロン１１、ナイロン１２が工業化されている。ポリエステルは、主鎖にエステル結合を持つ高分子の総称である。ポリカーボネート、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂などもポリエステルである。
【００１８】
上記複合繊維において、上記高融点ポリマー成分の含有量は５０〜９０質量％の範囲であり、上記低融点ポリマー成分の含有量は１０〜５０質量％の範囲であることが好ましい。上記の範囲であれば強化繊維の割合を高くすることができ、強度を高くすることができるうえ、ＦＲＰとしたときにマトリックス樹脂と強化繊維のバランスをとりやすい。
【００１９】
上記複合繊維において、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分の融点差が２０℃以上であることが好ましく、３０℃以上であることがより好ましい。融点差が２０℃以上であれば、圧縮成形して繊維強化樹脂成形体にしたとき、高融点ポリマーは強化繊維として機能し、低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂として機能しやすい。
【００２０】
上記複合繊維の低融点ポリマー成分及び高融点ポリマー成分は、ともにポリオレフィンであることが好ましい。ポリオレフィン（オレフィン系ポリマー）は軽量で強度も高く、耐久性も良好であり、不要品のリサイクルも廃棄も容易である。一例として、高融点ポリマー成分はポリプロピレンであり、低融点ポリマー成分はポリエチレンであることが好ましい。ポリプロピレンの比重は製法によって異なるが通常０．９０２〜０．９１０であり、ポリエチレンの比重も製法によって異なるが通常０．９１０〜０．９７０である。したがって、高融点ポリマー成分としてポリプロピレン、低融点ポリマー成分としてポリエチレンを使用した場合の複合繊維の比重は約０．９〜０．９５の範囲となる。これに対してガラス繊維の比重は約２．５、炭素繊維の比重は約１．７であるから、高融点ポリマー成分としてポリプロピレン、低融点ポリマー成分としてポリエチレンを使用した場合の複合繊維の比重はかなり低いものとなる。
【００２１】
上記繊維強化樹脂用シートは、上記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを少なくとも１層含む。１層の場合は１軸繊維基材となり、２層以上の場合は、多軸繊維基材となる。本発明において、第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸で連結されており、第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸で連結されていない。１軸繊維基材がステッチング糸で連結されている場合は、すだれ状シートとなり、多軸繊維基材がステッチング糸で連結されている場合は、多軸挿入たて編み基材となる。本発明において、連結とは、１層の場合は複合繊維を複数本引き揃えてシート状とするが、その複数本をバラバラにならないように保形することをいう。また、２層以上の場合は、上記１層の場合に加えて、層間をバラバラにならないように保形するという意味も有する。なお、第二繊維強化樹脂用シートは、圧縮成形時の熱融着により連結されることになる。また、車両内装用に用いる場合、通常２層以上のシートを用いる。
【００２２】
上記ステッチング糸としては、例えばポリプロピレン糸、ポリエチレン糸、ポリエステル糸などが使用可能であるが、上記複合繊維の低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分と同種のポリマーからなる繊維で構成されることが好ましい。例えば、上記複合繊維において高融点ポリマー成分はポリプロピレンであり、低融点ポリマー成分はポリエチレンである場合、ステッチング糸はポリプロピレン糸又は芯成分がポリプロピレンで鞘成分がポリエチレンの複合糸を使用するのが好ましい。なお、ステッチ法としては、単環縫い（チェーンステッチ）やトリコット編みなどが用いられる。
【００２３】
図３は繊維強化樹脂用シートの一例であるすだれ状シートの概念斜視図である。すだれ状シート２０は、一方向に配列された複合繊維２１と、複合繊維２１を連結するステッチング糸２２で構成されている。複合繊維２１は一方向に配列されているので、織物や編み物に比較して、繊維の配列方向の強度は高い。すだれ状シート２０は、１層で使用しても良いし、多層で使用しても良い。多層で使用する場合は、異なる層における複合繊維２１の方向を異なるように配列させ、強度のバランスをとるのが好ましい。
【００２４】
図４は繊維強化樹脂用シートの一例である多軸挿入たて編み基材の概念斜視図である。多軸挿入たて編み基材３０において、複合繊維（糸）３１ａ〜３１ｆは、それぞれ異なる方向に配列され各々の一方向シートを構成し、それらの一方向シートは編針３６に掛けられたステッチング糸３７、３８によって厚さ方向にステッチング（結束）され、一体化されている。複合繊維の配列方向が異なる複数の一方向シートを含む多軸挿入たて編み基材を用いると、多方向に強化効果の優れた繊維強化樹脂成形体を得ることが可能となる。
【００２５】
上記繊維強化樹脂用シートは、多方向に優れた強化効果を得る観点から、一方向シートを２層以上含む多軸繊維基材であることが好ましい。多軸繊維基材は繊維の配向性が高い。本発明で使用する繊維強化樹脂用シートの好ましい目付（単位面積当たりの質量）及び厚みは特に限定されるものではないが、１層あたり約１０〜１５０ｇ／ｍ2、繊維強化樹脂用シート全体として約１０〜６００ｇ／ｍ2である。また、厚さは１層あたり約０．１〜０．５ｍｍ、繊維強化樹脂用シート全体として約０．２〜２ｍｍである。
【００２６】
＜樹脂発泡体シート＞
上記樹脂発泡体シートとしては、例えばポリウレタン発泡体、ポリオレフィン発泡体、ポリスチレン発泡体、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）発泡体などの樹脂発泡体で構成されている樹脂発泡体シートなどを用いることができる。上記ポリオレフィン発泡体シートとしては、リサイクル性の観点から、ポリプロピレン発泡体シート、ポリエチレン発泡体シートなどを用いることが好ましく、特に耐熱性の観点からポリプロピレン発泡体シートが好ましい。上記ポリプロピレン発泡体シートとしては、市販のもの、例えばＪＳＰ社製の「ピーブロック」などを用いることができる。上記ポリスチレン発泡体シートとしては、市販のもの、例えばＪＳＰ社製の「スチロダイア」などを用いることができる。また、上記樹脂発泡体シートは繊維強化樹脂用シートにおける樹脂と同種のポリマーからなるものが好ましい。圧縮成形する際にかける熱により、繊維強化樹脂用シートの低融点成分が接着剤的な機能をはたし、別途接着剤を付与することなく繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼り合わせて一体化することができるためである。なお、ポリウレタン発泡体シートのような異種の発泡体との一体成形の場合やより強固な接着性を必要とする場合は、上記樹脂発泡体シートと上記繊維強化樹脂用シートとの間に、別途接着剤やホットメルトフィルムのような接着層を設けるのが良い。特にホットメルトフィルムであれば、圧縮成形時に同時に貼り合わせが可能となる。繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートと貼り合わせて一体成形する方法としては、例えば熱圧縮成形法（熱プレス成形法）が挙げられる。
【００２７】
本発明の繊維強化樹脂成形体では、樹脂発泡体シートの両側の主面上には、繊維強化樹脂用シートがそれぞれ配置されており、いわゆるサンドイッチ構造となっている。本発明において、主面とは、いわゆる面積の大きな面のことをいう。具体的には、樹脂発泡体シートの両側の主面とは、シートのいわゆる表面及び裏面となる。すなわち、本発明では、樹脂発泡体シートの表面及び裏面に繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置した構成となっている。なお、上記繊維強化樹脂成形体を車両用天井材として用いる場合は、室内側の面が表面であり、室外側の面が裏面となる。また、室内側に現れる材料を表面材又は表皮材という。繊維強化樹脂用シート及び繊維強化樹脂成形体についても同様に、いわゆる表面及び裏面が主面となる。本発明では、ステッチ糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材が設けられることとなる。
【００２８】
上記樹脂発泡体シートの発泡倍率は繊維強化樹脂成形体の使用目的によって任意の倍率を選択できるが、車両用内装材の場合は１０〜１００倍であることが好ましい。特にポリオレフィン発泡体シートの場合は１５〜６０倍程度が好ましい。また、上記樹脂発泡体シートの厚みは、例えば１〜３００ｍｍ程度であり、車両用内装材として用いる場合は、軽量性や賦形性を考慮して好ましくは２〜１５ｍｍ程度、より好ましくは２〜１０ｍｍである。また、軽量性の観点から、上記樹脂発泡体シートの密度は、０．００９〜０．０９ｇ／ｃｍ3であることが好ましく、より好ましくは、０．０１５〜０．０６ｇ／ｃｍ3である。
【００２９】
＜表皮材＞
上記表皮材としては、特に限定されず、通常繊維強化樹脂成形体に用いるものを用いることができ、自動車などの車両用内装材に用いるものを用いてもよい。例えば、人工皮革、織布、編布、不織布などを用いることができる。上記不織布としては、特に限定されないが、例えばポリエステル不織布などを用いることができる。なお、表皮材と繊維強化樹脂シートの間には、接着性を確実なものとするため、通常ホットメルトフィルムなどの接着フィルムや接着剤を介在させる。
【００３０】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、軽量の観点から、目付が１ｋｇ／ｍ2以下であることが好ましく、０．５ｋｇ／ｍ2以下であることがより好ましく、０．３ｋｇ／ｍ2以下であることがさらに好ましい。本発明の繊維強化樹脂成形体は、剛性に優れており、曲げ弾性勾配が３０Ｎ／ｃｍ以上であることが好ましく、５０Ｎ／ｃｍ以上であることがより好ましく、８０Ｎ／ｃｍ以上であることがさらに好ましい。本発明において、曲げ弾性勾配は、厚み方向に加わる荷重に対する抵抗を示すもので、下記のように測定する。まず、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を用い、試験速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離１００ｍｍにて、ＪＩＳ Ｋ ７２２１−２に準じて３点曲げ試験を実施する。次に、得られる荷重（Ｎ）−たわみ（ｃｍ）曲線を用い、曲線の勾配が最も大きい部分で接線を引き、当該接線から弾性勾配（Ｎ／ｃｍ）を算出する。
【００３１】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、樹脂発泡体シートの両側の主面上に繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置し、圧縮成形、好ましくは低融点ポリマー成分の融点以上高融点ポリマー成分の融点未満の温度に加熱して圧縮成形することにより得ることができる。上記圧縮成形(compression molding)は、熱ロールの間を通過させるような熱ロールプレス成形でも良いが、通常はカム、トグル、圧空又は油圧などを使用して金型又は加熱板を上下させる機構により、シートを目的の形に圧縮成形する方法が用いられる。圧縮成形の場合は、成形天井やドアトリムのような深絞り成形が必要とされる用途にも使用可能である。圧縮成形する際には真空成形又は減圧成形と組み合わせることもできる。なお、圧縮成形はプレス成形ともいわれる。
【００３２】
また、繊維強化樹脂成形体の一体性を高め、強度を向上させるという観点から、所定の形状に圧縮成形する前に、予備成形することが好ましい。すなわち、上記樹脂発泡体シートの両側の主面上にステッチング糸で連結されている第一繊維強化樹脂用シートと、ステッチング糸で連結されていない第二繊維強化樹脂用シートをそれぞれ配置し、さらに第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した後、圧縮成形（以下において、一次成形とも記す。）し、その後、所定の形状に圧縮成形（以下において、二次成形とも記す。）することが好ましい。なお、表皮材と繊維強化樹脂シートの間には、接着性を確実なものとするため、通常ホットメルトフィルムなどの接着フィルムや接着剤を介在させる。上記一次成形により、樹脂発泡体シートと、樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されているステッチング糸で連結されている第一繊維強化樹脂用シートと、樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されているステッチング糸で連結されていない第二繊維強化樹脂用シートを一体化して一次成形基材を得、一次成形基材を二次成形することにより、所定の形状、例えば天井やドア形状に賦形された繊維強化樹脂成形体を得ることができる。なお、表皮材については、二次成形時に付与するようにしてもよい。
【００３３】
図５Ａ〜図５Ｃは、繊維強化樹脂成形体を製造する際の一次成形工程を示す概念斜視図である。まず、図５Ａに示すように、下金型５１上に、第一繊維強化樹脂用シート４１、樹脂発泡体シート４２、第二繊維強化樹脂用シート４３、表皮材４４をこの順番に積層して積層体４０とし、その上に上金型５５を配置する。なお、表皮材４４と第二繊維強化樹脂用シート４３の間に接着フィルム又は接着剤を配置してもよい。次に、図５Ｂに示すように、積層体４０を、加熱プレス機に掛けてプレスし、その後冷却プレス機に移動し、さらにプレスして、積層体４０をプレス成形して一体化する。その後、図５Ｃに示すように、脱型して、一次成形基材５０を得る。圧縮成形の条件は、例えば、加熱プレス条件として温度１２５〜１４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間１５〜３００秒とし、冷却プレス条件として、温度２５〜４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間１５〜３００秒とすることができる。なお、一次成形基材５０の厚みは、下金型５１と上金型５５の間にクリアランススペーサを配置することで調整することができる。
【００３４】
図６Ａ〜図６Ｂは、繊維強化樹脂成形体を製造する際の二次成形工程を示す概念斜視図である。まず、図６Ａに示すように、所定の寸法に切断した一次成形基材５０を、コンベア６３から加熱炉６１に供給する。加熱炉６１は加熱源の赤外線加熱器６２により、所定の温度に加熱されており、一次成形基材５０は加熱軟化される。次に図６Ｂに示すように、予熱された一次成形基材５０は、圧縮成形装置６４の上金型６５と下金型６６の間に配置される。上金型６５も下金型６６も所定の温度に保持されている。上金型６５が下降し、上金型６５と下金型６６の間で一次成形基材６０は圧縮成形され、所定の形状に賦形されて繊維強化樹脂成形体１１０となる。上記において、予熱温度は、低融点ポリマー成分の融点以上高融点ポリマー成分の融点未満の温度であれば良い。予熱温度は、例えば、１１０〜１５０℃であり、好ましくは１３０〜１４０℃である。また、圧縮成形の条件は、例えば、温度１２５〜１４０℃、成形圧力０．１〜４ＭＰａ、成形時間３０〜３００秒とすることができる。
【００３５】
上記繊維強化樹脂成形体を自動車などの車両用内装材として用いる場合は、ステッチングされていない第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した側を室内側にし、ステッチング糸により連結されている第一繊維強化樹脂用シート側をそのまま室内と反対側（室外側）にすることで、軽量化を実現しつつ、室外側における配線や取り付け用の部品の接着も強固にすることができる。
【実施例】
【００３６】
以下実施例を用いて本発明を具体的に説明する。なお、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
【００３７】
（実施例１）
＜繊維強化樹脂用シートの製造例１＞
芯成分の融点が１６５℃のポリプロピレン（ＰＰ）と、その周りの鞘成分が融点１１０℃のポリエチレン（ＰＥ）で構成されている芯鞘型繊維（弾性率：７．８ＧＰａ、芯／鞘比：６５／３５）を複合繊維として用いた。この複合繊維１０を２４０本引き揃えて、トータル繊度１８５０ｄｔｅｘのマルチフィラメントとした。
【００３８】
得られたマルチフィラメントを３本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して９０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、９０°シートという）を得た。同様に、得られたマルチフィラメントを１．５本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して３０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、３０°シートという。）を得た。同様に、得られたマルチフィラメントを１．５本／インチで、繊維角度が製造装置の流れ方向に対して−３０°になるように一方向に１層配列し、一方向シート（以下において、−３０°シートという。）を得た。得られた３枚の一方向シートを、図７に示すように、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート７１、−３０°シート７２、３０°シート７３の順番に積層し、ステッチング糸（ポリプロピレン製糸、繊度：８４ｄｔｅｘ）で厚さ方向にステッチングして一体化し、繊維強化樹脂用シートＡ１（３軸挿入たて編み基材）Ａ１を得た。各一方向シートの目付は約２２ｇ／ｍ2であり、繊維強化樹脂用シートＡ１の目付は約７１ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。また、同様の方法にて、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、３０°シート、−３０°シートをこの順番に積層し、ステッチング糸で厚さ方向にステッチングして一体化し、繊維強化樹脂用シートＡ２（３軸挿入たて編み基材）を得た。得られた繊維強化樹脂用シートＡ２の目付は約７１ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。
【００３９】
＜繊維強化樹脂用シートの製造例２＞
繊維強化樹脂用シートの製造例１と同様にして、９０°シート、−３０°シート、３０°シートを作製した。得られた３枚の一方向シートを、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、３０°シート、−３０°シートの順番に積層した。当該積層品を熱ローラーにより３層を一体化させることにより繊維強化樹脂用シートＢ１（３軸基材）を得た。各一方向シートの目付は約２２ｇ／ｍ2であり、繊維強化樹脂用シートＢ１の目付は約６６ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。また、同様の方法にて、各層間の繊維の角度が６０°となるように、９０°シート、−３０°シート、３０°シートをこの順番に積層し、熱ローラーにより３層を一体化させることにより、繊維強化樹脂用シートＢ２（３軸基材）を得た。得られた繊維強化樹脂用シートＢ２の目付は約６６ｇ／ｍ2であり、厚さは約０．５ｍｍであった。
【００４０】
＜繊維強化樹脂成形体＞
上記で得られた繊維強化樹脂用シート、樹脂発泡体シートとしてＪＳＰ社製の「ピーブロック」、表皮材としてポリエステル製不織布、接着フィルムとして直鎖状低密度ポリエチレンフィルム（ＬＬＤＰＥフィルム）を用いて繊維強化樹脂成形体を作製した。まず、繊維強化樹脂用シートＡ１、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＢ１、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した。なお、繊維強化樹脂用シートＢ１において、一方向シートの配置は９０°／３０°／−３０°であるが、上記積層体において、繊維強化樹脂用シートＢ１は裏返して用いるため製造装置の流れ方向に対する繊維角度の＋と−とが反転して一方向シートの配置が３０°／−３０°／９０°となっていた。即ち、上記積層体は、「９０°シート／−３０°シート／３０°シート／樹脂発泡体シート／３０°シート／−３０°シート／９０°シート／接着層／表皮材」という構成となっている。得られた積層体を金型内に挿入し、１３０℃で、３０秒間、１ＭＰａの圧力で熱プレスした後、２０℃で１２０秒間冷却プレスすることで、積層体を一体化し、一次成形基材を得た。得られた一次成形基材を、１３０℃で６０秒間加熱処理した後、所定の形状の金型に配置し、圧縮成形装置にて４０℃で６０秒間処理することで、所定の形状に賦形された繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４１】
（比較例１）
繊維強化樹脂用シートＢ２、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＢ１、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４２】
（比較例２）
繊維強化樹脂用シートＡ１、樹脂発泡体シート（「ピーブロック」、発泡倍率：４５倍、厚さ：４ｍｍ、密度：０．０２ｇ／ｃｍ3）、繊維強化樹脂用シートＡ２、接着フィルム（ＬＬＤＰＥフィルム：厚み１５μｍ）、表皮材（ポリエステル製不織布、目付：１８０ｇ／ｍ2）を、この順番に積層した以外は、実施例１と同様にして繊維強化樹脂成形体を得た。
【００４３】
実施例及び比較例の繊維強化樹脂成形体の目付を下記表１に示した。なお、実施例１の繊維強化樹脂成形体について曲げ弾性勾配を測定したところ３０（Ｎ／ｃｍ）以上の良好な数値を示した。
【００４４】
（曲げ弾性勾配）
曲げ弾性勾配は、厚み方向に加わる荷重に対する抵抗を示すもので、下記のように測定した。まず、幅５０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの試験片を用い、試験速度５０ｍｍ／ｍｉｎ、支点間距離１００ｍｍにて、ＪＩＳ Ｋ ７２２１−２に準じて３点曲げ試験を実施した。次に、得られる荷重（Ｎ）−たわみ（ｃｍ）曲線を用い、曲線の勾配が最も大きい部分で接線を引き、当該接線から弾性勾配（Ｎ／ｃｍ）を算出した。
【００４５】
（目付）
ＪＩＳ Ｌ １９１３に準じて測定した。
【００４６】
【表１】
【００４７】
実施例の繊維強化樹脂成形体は、曲げ弾性勾配が高く、剛性に優れていた。また、実施例の繊維強化樹脂成形体は、比較例２の繊維強化樹脂成形体に比べて、目付（単位面積あたりの質量）が低く、軽量であることが分かった。
【００４８】
また、図８Ａ〜Ｂには、繊維強化樹脂用シートＡ１側からみた実施例１の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真を示した。図９Ａ〜Ｂには、比較例１の繊維強化樹脂成形体の表面を観察した写真を示した。図８Ａ〜Ｂから分かるように、繊維強化シートがステッチング糸で連結されている場合は、所定の形状に圧縮成形時に複合繊維が剥がれず変形に追従しているため、凹凸部で複合繊維が浮き上がることがなかった。一方、図９Ａ〜Ｂから分かるように、繊維強化シートがステッチング糸で連結されていない場合は、凹凸部で複合繊維が剥がれ浮いていた。
【００４９】
本発明では、樹脂発泡体シートと、上記樹脂発泡体シートの両側に配置された繊維強化樹脂用シートとを含む繊維強化樹脂成形体において、一方の繊維強化樹脂用シートとしてステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートを用い、他方の繊維強化樹脂用シートとして、ステッチングされていない繊維強化樹脂用シートを用いることにより、剛性を維持しつつ、軽量化を実現し、凹凸部での強化繊維の浮き上がりも防止した繊維強化樹脂成形体が得られている。本発明の繊維強化樹脂成形体を用いて自動車の成形天井を作製する際、ステッチングされていない第二繊維強化樹脂用シートの表面に表皮材を配置した側を室内側にし、ステッチング糸により連結されている第一繊維強化樹脂用シート側をそのまま室内と反対側（室外側）にすることで、軽量化を実現しつつ、室外側における配線や取り付け用の部品の接着も強固にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の繊維強化樹脂成形体は、自動車などの車両の内容材、船舶の内装材、家屋の内装材などに好適である。
【符号の説明】
【００５１】
１、３、４１、４３ 繊維強化樹脂用シート
２、４２ 樹脂発泡体シート
４、４４ 表皮材
１０、１３、１６ 複合繊維
１１ 芯成分
１２ 鞘成分
１４、１７ 島成分
１５、１８ 海成分
２０ すだれ状シート
２１ 複合繊維
２２ ステッチング糸
３０ 多軸挿入たて編み基材
３１ａ〜３１ｆ 繊維強化樹脂用複合繊維（糸）
３６ 編針
３７、３８ ステッチング糸
４０ 積層体
５０ 一次成形基材
５１、６６ 下金型
５５、６５ 上金型
６１ 加熱炉
６２ 赤外線加熱器
６３ コンベア
６４ 圧縮成形装置
７１ ９０°シート
７２ −３０°シート
７３ ３０°シート
１００、１１０ 繊維強化樹脂成形体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体であって、
前記繊維強化樹脂用シートは、前記樹脂発泡体シートの両側の主面上にそれぞれ配置されており、
前記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートであり、前記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートであり、前記第二繊維強化樹脂用シートの前記樹脂発泡体シートと接していない側の主面上に表皮材が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている繊維強化樹脂成形体。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂用シートは、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分を含む複合繊維で構成され、前記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを１層以上含み、前記低融点ポリマー成分と前記高融点ポリマー成分は熱可塑性合成樹脂且つ同種のポリマーであり、
前記繊維強化樹脂成形体において、前記低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂となり、前記高融点ポリマー成分は強化繊維となる請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項３】
前記繊維強化樹脂用シートは、前記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを２層以上含む多軸繊維基材である請求項２に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項４】
前記樹脂発泡体シートは、ポリオレフィン発泡体シートである請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項５】
前記圧縮成形の温度が、前記低融点ポリマー成分の融点以上前記高融点ポリマー成分の低融点未満である請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体で構成されている車両用内装材。
【請求項７】
前記車両用内装材は、車両用天井材である請求項６に記載の車両用内装材。
【請求項１】
繊維強化樹脂用シートと樹脂発泡体シートとを貼りあわせた繊維強化樹脂成形体であって、
前記繊維強化樹脂用シートは、前記樹脂発泡体シートの両側の主面上にそれぞれ配置されており、
前記樹脂発泡体シートの一方の主面上に配置されている第一繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されている繊維強化樹脂用シートであり、前記樹脂発泡体シートの他方の主面上に配置されている第二繊維強化樹脂用シートは、ステッチング糸により連結されていない繊維強化樹脂用シートであり、前記第二繊維強化樹脂用シートの前記樹脂発泡体シートと接していない側の主面上に表皮材が設けられており、所定の形状に圧縮成形されている繊維強化樹脂成形体。
【請求項２】
前記繊維強化樹脂用シートは、低融点ポリマー成分と高融点ポリマー成分を含む複合繊維で構成され、前記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを１層以上含み、前記低融点ポリマー成分と前記高融点ポリマー成分は熱可塑性合成樹脂且つ同種のポリマーであり、
前記繊維強化樹脂成形体において、前記低融点ポリマー成分はマトリックス樹脂となり、前記高融点ポリマー成分は強化繊維となる請求項１に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項３】
前記繊維強化樹脂用シートは、前記複合繊維が一方向に配列された一方向シートを２層以上含む多軸繊維基材である請求項２に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項４】
前記樹脂発泡体シートは、ポリオレフィン発泡体シートである請求項１〜３のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項５】
前記圧縮成形の温度が、前記低融点ポリマー成分の融点以上前記高融点ポリマー成分の低融点未満である請求項１〜４のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の繊維強化樹脂成形体で構成されている車両用内装材。
【請求項７】
前記車両用内装材は、車両用天井材である請求項６に記載の車両用内装材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−３５２４５（Ｐ２０１３−３５２４５Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７５１５３（Ｐ２０１１−１７５１５３）
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月１０日（２０１１．８．１０）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００１０９６）倉敷紡績株式会社 (296)
【Ｆターム（参考）】
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