JPH0985841A

JPH0985841A - 布状基材複合熱可塑性プラスチック部材及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0985841A
Application number: JP7249412A
Authority: JP
Inventors: Hideji Matsubara; 秀治松原; Takahiko Yoshida; 貴彦吉田
Original assignee: YOSHIDA KAGAKU KK; Toyota Motor Corp
Current assignee: YOSHIDA KAGAKU KK; Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-09-27
Filing date: 1995-09-27
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2015-09-27
Also published as: JP3583205B2

Abstract

(57)【要約】【課題】意匠材又は構造材として優れた布状基材複合熱
可塑性プラスチック部材を安価に製造する。【解決手段】揮発性溶剤にポリメタクリル酸メチルを溶
解させたマトリックス溶液２を用意し、カーボンファイ
バー製の織布からなる布状基材１にマトリックス溶液２
を塗布し、溶剤が予備揮発したプリプレグとする。この
プリプレグを所望形状に切断した後、マトリックス溶液
２を再度塗布し、溶剤の揮発により硬化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、布状基材複合熱可
塑性プラスチック部材と、その製造方法に関する。この
布状基材複合熱可塑性プラスチック部材は、パネル等の
意匠材やボデー、建材等の構造材に用いて好適である。

【０００２】

【従来の技術】従来、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂の
表面に水圧転写により模様を印刷したプラスチック部材
が知られている。また、ポリ塩化ビニール製のフィルム
に塗装により模様を形成し、このフィルムをアクリル板
等にラミネートしたプラスチック部材も知られている。
これらのプラスチック部材は、模様として例えばカーボ
ンファイバー製の織布を柄とすることができるため、意
匠材として用いて好適である。

【０００３】一方、繊維を熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹
脂で複合化した繊維強化プラスチック部材（ＦＲＰ）が
広く採用されている。また、カーボンファイバ製の織布
からなる布状基材を採用し、これを熱硬化性樹脂で複合
化した布状基材強化熱硬化性プラスチック部材も知られ
ている。これらのプラスチック部材は、ランダムに分散
された繊維や布状基材で強度を確保しているため、構造
材として用いて好適である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のプ
ラスチック部材はいずれも意匠材として十分なものでは
なかった。すなわち、上記意匠材としてのプラスチック
部材は、印刷等による模様が平面的なものであるため、
意匠材として奥行きや高級感を表現できない。この点、
構造材としての布状基材強化熱硬化性プラスチック部材
は、布状基材を模様として考えた場合、布状基材の立体
構造により奥行きのある模様を表現し得るように思える
が、従来は布状基材をプレス加工による圧力で熱硬化性
樹脂と結合せんとしていたため、布状基材が立体構造を
維持できない。また、このプラスチック部材は、熱硬化
性樹脂の重合硬化に開始剤又は触媒の添加を必要とし、
この開始剤の多くは色彩を有するため、また触媒の場合
は縁変が多いことにより、マトリックスの透明性や艶が
損なわれることから、布状基材が濁って見えたり、表面
に艶のないものとなってしまう。また、上記従来のＦＲ
Ｐでは繊維等を模様と捉えることもできない。

【０００５】また、上記従来の構造材としてのプラスチ
ック部材は、製造時にプレス加工や射出成形を必要とす
るため、大がかりな設備を必要とし、製造コストが高騰
化してしまう。また、布状基材のプレス加工により織布
又は不織布を構成する繊維（ヤーン、トウ）が互いに干
渉して傷を受けたり、押しつぶされるおそれがあり、曲
げ強度等の低下が懸念される。

【０００６】さらに、布状基材を採用する場合、布状基
材を所望形状とほぼ等しく切断する等歩留まりよく使用
しなければ製造コストが高騰する。特に、カーボンファ
イバー製の織布からなる布状基材は高価だからである。
また、布状基材が織布であれば所望形状に切断する際に
編み目が解けて意匠性を損なうことにもなる。本発明
は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであって、意
匠材又は構造材として優れた布状基材複合熱可塑性プラ
スチック部材を安価に製造することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

（１）請求項１の布状基材複合熱可塑性プラスチック部
材は、織布又は不織布からなる布状基材と、該布状基材
の内部に含浸されるとともに表面に形成された熱可塑性
樹脂からなるマトリックスと、を有する布状基材複合熱
可塑性プラスチック部材であって、前記布状基材は立体
構造を維持していることを特徴とする。

【０００８】（２）請求項２の布状基材複合熱可塑性プ
ラスチック部材は、請求項１記載の布状基材複合熱可塑
性プラスチック部材において、布状基材は織布であり、
マトリックスは該布状基材の端部に回り込んで形成され
ていることを特徴とする。（３）請求項３の布状基材複合熱可塑性プラスチック部
材の製造方法は、織布又は不織布からなる布状基材と、
揮発性溶剤に熱可塑性樹脂を溶解させたマトリックス溶
液とを用意し、該布状基材に該マトリックス溶液を塗布
し、該溶剤を予備揮発させたプリプレグを得る第１工程
と、該プリプレグを所望形状に切断し、切断済プリプレ
グを得る第２工程と、該切断済プリプレグに該マトリッ
クス溶液を再度塗布し、該溶剤の揮発により硬化させて
布状基材複合熱可塑性プラスチック部材を得る第３工程
と、を有することを特徴とする。

【０００９】請求項３に係る製造方法により布状基材複
合熱可塑性プラスチック部材を製造する場合、まず第１
工程において、布状基材にマトリックス溶液を塗布す
る。ここで、布状基材としては織布や不織布を採用でき
る。織布はトウが規則的に編み込まれたものであり、ト
ウは数百、数千本のヤーンがまとまったものである。不
織布はヤーン又はトウの繊維が不規則に一体化されたも
のである。織布や不織布としてはカーボンファイバー製
のもの、芳香族ポリアミド系繊維（アラミド繊維）製の
もの、グラスファイバー製のもの、セラミックウィスカ
製のもの、金属ウィスカ製のもの等を採用できる。

【００１０】また、マトリックス溶液は揮発性溶剤に熱
可塑性樹脂を溶解させたものである。熱可塑性樹脂とし
てはポリメタクリル酸エチル（アクリル樹脂）、アクリ
ロニトリル・ブタジエン・スチレン樹脂（ＡＢＳ）、ポ
リスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリ
塩化ビニール（ＰＶＣ）、ポリアミド（ＰＡ）等を採用
できる。布状基材がカーボンファイバからなるものであ
り、意匠材を製造する場合には、カーボンファイバが熱
可塑性樹脂に対して良好な濡れ性を有し、染み込み易い
ため、マトリックス溶液に界面活性剤を添加する必要は
ないが、構造材を製造する場合や布状基材がグラスファ
イバー、セラミックウィスカ、金属ウィスカ等である場
合には、マトリックス溶液に適切な界面活性剤を添加し
ておく。ここで、マトリックス溶液の粘度の限界は以下
のように決定され得る。

【００１１】すなわち、求める極限粘度をη（ｃｐ
ｓ）、濃度をＣ（ｇ／１００ｃｃ）、換算粘度をη
_sp（ｃｐｓ）、定数をＣ→０とすれば、

【００１２】

【数１】

【００１３】……（１）式が成立する。また、溶解定数をＫ、熱可塑性樹脂の分子
量をＭ、熱可塑性樹脂の種類により定まる定数をａとす
れば、

【００１４】

【数２】 η＝Ｋ・Ｍ^a ……（２）式が成立する。ここで、ａの値は自由屈曲性の糸マリ分子
では０．５、完全に剛直な分子では２．０、普通の高分
子では０．５〜１．０で溶媒によって変わる。

【００１５】（１）式及び（２）式において、極限粘度
を求めることからＣ＝０、熱可塑性樹脂を溶解可能な溶
剤であるからはじき定数Ｋ≧１とし、熱可塑性樹脂が自
由屈曲性糸毬分子であればａ＝０．５、熱可塑性樹脂が
棒状分子（リニア）であればａ＝２．０、熱可塑性樹脂
が通常高分子（ポリマ）であればａ＝０．５〜１．０と
し、これらを満足するマトリックス溶液を調製する。か
かるマトリックス溶液であれば、低分子量の熱可塑性樹
脂から高分子量の熱可塑性樹脂まで使用することができ
る。但し、熱可塑性樹脂が共重合体であれば、意匠材と
構造材との区分を明確にするため、追試により検討を要
する。以上より、熱可塑性樹脂として市販のポリメタク
リル酸メチルを採用すれば、極限粘度η＝５０を境界と
してη＜５０で液体、η＞５０で固体になることから、
ηが５０より小さいマトリックス溶液を採用できること
がわかる。

【００１６】こうして、布状基材にマトリックス溶液を
塗布すると、マトリックス溶液中の熱可塑性樹脂の固形
分がトウやヤーンの間にバインダーとして点在される。
そして、時間の経過により溶剤が予備揮発し、プリプレ
グを得る。次いで、第２工程において、プリプレグを所
望形状に切断し、切断済プリプレグを得る。このとき、
溶剤が予備揮発されていることから布状基材は半生状態
であり、所望形状とほぼ等しく切断可能で、歩留まりが
向上する。また、布状基材が織布であればこの際に編み
目が解けることもない。

【００１７】なお、この第２工程前にプリプレグの裏面
にバッキングシートを接着することも可能である。この
場合、繊維の糸の欠落を防止することができる。また、
布状基材を複数枚使用する等により、本発明に係る布状
基材複合熱可塑性プラスチック部材を構造材とする場
合、第２工程において、切断済プリプレグを複数枚重ね
ればよい。

【００１８】この後、第３工程において、切断済プリプ
レグに上記マトリックス溶液を再度塗布する。これによ
り、第１工程での固形分が再度塗布されたマトリックス
溶液と接触し、第１工程での固形分の分子が活性化され
て第３工程での固形分の分子と絡みやすくなる。このと
き、硬化前の変形で三次元変形も可能である。なお、こ
の際のマトリックス溶液の塗布厚さでプラスチック部材
の表面のマトリックスの厚みを変えることができる。例
えば、薄く塗布すれば表面のマトリックスが薄くなり、
布状基材の立体感がマトリックスの表面に現れる。

【００１９】そして、時間の経過により溶剤が揮発し、
第１工程の固形分の分子と第３工程での固形分の分子と
が相互に絡み合った状態で硬化する。この後、最終形状
に切断され得る。こうして、請求項１に係る布状基材複
合熱可塑性プラスチック部材が得られる。このプラスチ
ック部材では、布状基材とマトリックスとは、従来のよ
うにプレス加工による力学的な結合ではなく、熱可塑性
樹脂の分子同士の絡み合いにより化学的に結合されてい
る。また、この際、プレス加工等の設備を必要とせず、
かつ常温でこれらの作業が可能である。

【００２０】そして、この請求項１のプラスチック部材
は、布状基材が立体構造をそのまま維持しており、硬化
開始剤の添加を必要としないことからマトリックスの透
明性や艶が損なわれずに布状基材が透き通って見え、か
つ表面に艶のあるものであるため、意匠材として奥行き
や高級感を表現できる。また、請求項１のプラスチック
部材は、布状基材の織布又は不織布を構成する繊維（ヤ
ーン、トウ）が互いに干渉して傷を受けにくく、押しつ
ぶされないため、曲げ強度等の低下の心配がない。

【００２１】なお、第３工程において、切断済プリプレ
グにマトリックス溶液を再度塗布した後、表面側に透明
樹脂板をラミネートすることもできる。この透明樹脂板
がマトリックス溶液の熱可塑性樹脂と同種のものであれ
ば、第３工程での固形分の分子が架橋の役割を果たし、
冷却された時点で双方の分子も絡み合って一体化され
る。このとき、透明樹脂板を加熱すれば、三次元変形が
可能である。また、透明樹脂板の厚さでプラスチック部
材の表面のマトリックスの厚みを変えることができる。
例えば、薄い透明樹脂板を採用すれば表面のマトリック
スが薄くなり、布状基材の立体感がマトリックスの表面
に現れる。この場合、布状基材が織布であれば、請求項
２に係る布状基材複合熱可塑性プラスチック部材が得ら
れる。

【００２２】この請求項２のプラスチック部材は、マト
リックスが織布からなる布状基材の端部に回り込んで形
成されているため、端部においても編み目がしっかりと
維持されている。なお、本発明に係るプラスチック部材
を意匠材とするか、構造材とするかは、以下のことを考
慮して決定することが可能である。

【００２３】すなわち、意匠材と構造材とは、用途によ
り区分され得るが、他に熱可塑性樹脂が繊維のヤーンを
包含し得ない量含まれているか否かによっても区分され
得る。このとき、プラスチック部材中に３〜５０重量
（ｗｔ）％の熱可塑性樹脂が含まれている場合には、そ
のプラスチック部材は意匠材として区分され得る。ま
た、プラスチック部材中に３０〜８０ｗｔ％の熱可塑性
樹脂が含まれている場合には、そのプラスチック部材
は、高い曲げ弾性強度を有し、構造材として区分され得
る。

【００２４】また、本発明に係るプラスチック部材は、
一般に脆い熱硬化性樹脂に比べ、粘りのある熱可塑性樹
脂を用いていることから、構造材としての大きな利点が
予想される。但し、プラスチック部材全体の歪みを
ε_c、ヤーンの歪みをε_y、熱可塑性樹脂の歪みをε_m
とすれば、ε_c＝ε_y＝ε_mであるから、繊維方向をと
らえた場合、ヤーンの強度が上がる程、熱可塑性樹脂の
強度も高くなければ、プラスチック部材を構造材として
採用する場合の利点が小さくなる。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、各請求項１〜３の発明を車
両のインスツルメントパネル用の意匠材に具体化した実
施形態を図面を参照しつつ説明する。「第１工程」まず、図１（Ａ）に示すように、カーボン
ファイバ製の織布を布状基材１として用意する。

【００２６】また、熱可塑性樹脂としてのポリメタクリ
ル酸メチル並びに揮発性溶剤としてのトルエン、メタノ
ール、キシロール及びテトラヒドラフラン（ＴＨＦ）を
用意し、揮発性溶剤８５ｗｔ％にポリメタクリル酸メチ
ルの固形分１５ｗｔ％を溶解させ、η＝３００（ｃｐ
ｓ）のマトリックス溶液２とする。揮発性溶剤はトルエ
ン８０ｗｔ％とメタノール３ｗｔ％とキシロール３ｗｔ
％とＴＨＦ１４ｗｔ％とからなる。

【００２７】そして、布状基材１にスプレーガンを用い
てマトリックス溶液２を塗布する。この際、布状基材１
の表面にマトリックス溶液２が薄く滲ませた。これによ
り、図８及び図９に示すように、トウ１ａやヤーン１ｂ
の間にはマトリックス溶液２中のポリメタクリル酸メチ
ルの固形分２ａがバインダーとして点在される。この
後、図１（Ｂ）に示すように、布状基材１の裏面にＰＶ
Ｃ製のバッキングシート３を弱接着剤を用いて接着す
る。こうしている間の時間の経過により溶剤が揮発し、
プリプレグ４を得る。「第２工程」次いで、図２に示すように、プリプレグ４
を上下型５、６の間に挟持して所望形状に切断し、切断
済プリプレグ７を得る。このとき、プリプレグ４の裏面
にはバッキングシート３が接着され、かつ溶剤が予備揮
発されていることから布状基材１は半生状態であり、所
望形状とほぼ等しく切断切断され、歩留まりが向上して
いる。また、布状基材１はこの際に編み目が解けなかっ
た。「第３工程」この後、図３に示すように、切断済プリプ
レグ７にスプレーガンを用いて上記マトリックス溶液２
を再度塗布する。この際も布状基材１の表面にマトリッ
クス溶液２が薄く滲ませた。これにより、図８及び図９
に示すように、第１工程での固形分２ａが再度塗布され
たマトリックス溶液２と接触し、第１工程での固形分２
ａの分子が活性化されて第３工程での固形分２ａの分子
と絡みやすくなる。

【００２８】次いで、図４に示すように、マトリックス
溶液２を再度塗布した切断済プリプレグ７を図示しない
加熱真空器内の賦形台８上に載置する。賦形台８の上方
には遠赤外線ランプ９により加熱されるアクリル樹脂板
１０が設けられており、賦形台８の下方には図示しない
真空ポンプに接続された空気抜き孔が設けられている。
この際、アクリル樹脂板１０としては厚さ１ｍｍのもの
を採用した。そして、アクリル樹脂板１０を加熱しつ
つ、空気抜き孔から空気を抜き取る。

【００２９】この間、図８及び図９に示すように、切断
済プリプレグ７は、賦形台８上において硬化前の変形で
三次元変形するとともに、時間の経過により溶剤が揮発
し、第１工程の固形分２ａの分子と第３工程での固形分
２ａの分子とが相互に絡み合った状態で硬化する。ま
た、図５に示すように、切断済プリプレグ７の表面側に
アクリル樹脂板１０がラミネートされる。このアクリル
樹脂板１０は、図７に示すように、マトリックス溶液２
のポリメタクリル酸メチルと同種のものであるため、第
３工程での固形分２ａの分子が架橋の役割を果たし、冷
却された時点で双方の分子が絡み合って一体化されてい
る。

【００３０】この後、図６に示すように、最終形状に切
断し、車両のインスツルメントパネル用の意匠材１１を
得る。この間、約１２０〜３６０秒であり、従来の水圧
転写等によるものと比較して１／１００〜１／１０００
の短さであった。この意匠材１１では、布状基材１とマ
トリックス２とは、従来のようにプレス加工による力学
的な結合ではなく、ポリメタクリル酸メチル同士の絡み
合いにより化学的に結合されている。また、この際、プ
レス加工等の設備を必要とせず、かつ常温でこれらの作
業が可能である。

【００３１】そして、この意匠材１１は、図７に示すよ
うに、布状基材１が立体構造をそのまま維持しており、
硬化開始剤の添加を必要としないことからマトリックス
２の透明性や艶が損なわれずに布状基材１が透き通って
見え、かつ表面に艶のあるものであった。特に、第３工
程においてマトリックス溶液２を薄く塗布し、かつ薄い
アクリル樹脂板１０を採用しているため、表面のマトリ
ックス２が薄くなり、布状基材１の立体感がマトリック
ス２の表面に現れていた。このため、車両のインスツル
メントパネルにこの意匠材１１を接着したところ、マト
リックス２の表面の凹凸によりあらゆる方向からの光が
全反射しにくかった。このため、この意匠材１１では、
内部の布状基材１の立体感が明確となり、意匠材１１と
して奥行きや高級感を表現できて、見る者を遠くからで
も引きつけるものであった。

【００３２】また、この意匠材１１は、図６に示すよう
に、マトリックス２が布状基材１の端部１ａに回り込ん
で形成されているため、端部１ａにおいても編み目がし
っかりと維持されていた。このため、この点でもこの意
匠材１１は見る者を引きつけるものであるとともに、端
部処理が不要で製造が容易であった。なお、他の意匠材
として例えば、テーブル台に各請求項の発明を具体化す
る場合には、上記第３工程においてマトリックス溶液２
を厚く塗布し、かつ厚いアクリル樹脂板１０を採用すれ
ば、表面のマトリックス２が厚くなり、表面を平滑に形
成することができる。このように、他の意匠材やボデ
ー、建材等の構造材に各請求項記載の発明を具体化でき
ることは上記手段等での説明通りである。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１のプラス
チック部材は、布状基材が立体構造を維持しているた
め、意匠材又は構造材として優れたものである。特に、
請求項２のプラスチック部材は、端部においても編み目
がしっかりと維持されているため、さらに優れた意匠性
を発揮するとともに、端部処理が不要で製造が容易であ
る。

【００３４】また、請求項３の製造方法によれば、請求
項１、２の布状基材複合熱可塑性プラスチック部材を安
価に製造できる。また、この製造方法では、大型、大面
積又は複雑な形状のものであってもかかる効果を奏する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係り、（Ａ）は布状基材にマトリッ
クス溶液を塗布している状態の模式断面図、（Ｂ）はバ
ッキングシートを接着したプリプレグの模式断面図であ
る。

【図２】実施形態に係り、プリプレグを切断している状
態の模式断面図である。

【図３】実施形態に係り、切断済プリプレグにマトリッ
クス溶液を再度塗布している状態の模式断面図である。

【図４】実施形態に係り、透明樹脂板をラミネートして
いる状態を示す模式断面図である。

【図５】実施形態に係り、透明樹脂板をラミネートした
状態を示す模式断面図である。

【図６】実施形態のプラスチック部材の模式断面図であ
る。

【図７】実施形態のプラスチック部材に係り、表面部位
の拡大模式断面図である。

【図８】実施形態のプラスチック部材に係り、図７のさ
らなる拡大模式断面図である。

【図９】実施形態のプラスチック部材に係り、図８のさ
らなる拡大模式断面図である。

【符号の説明】

１…布状基材２…マトリックス、マトリック
ス溶液１１…意匠材（布状基材複合熱可塑性プラスチック部
材）３…バッキングシート４…プリプレグ７…切断済プリプレグ１ａ…端部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】織布又は不織布からなる布状基材と、該布
状基材の内部に含浸されるとともに表面に形成された熱
可塑性樹脂からなるマトリックスと、を有する布状基材
複合熱可塑性プラスチック部材であって、前記布状基材は立体構造を維持していることを特徴とす
る布状基材複合熱可塑性プラスチック部材。
【請求項２】布状基材は織布であり、マトリックスは該
布状基材の端部に回り込んで形成されていることを特徴
とする請求項１記載の布状基材複合熱可塑性プラスチッ
ク部材。
【請求項３】織布又は不織布からなる布状基材と、揮発
性溶剤に熱可塑性樹脂を溶解させたマトリックス溶液と
を用意し、該布状基材に該マトリックス溶液を塗布し、
該溶剤を予備揮発させたプリプレグを得る第１工程と、該プリプレグを所望形状に切断し、切断済プリプレグを
得る第２工程と、該切断済プリプレグに該マトリックス溶液を再度塗布
し、該溶剤の揮発により硬化させて布状基材複合熱可塑
性プラスチック部材を得る第３工程と、を有することを
特徴とする布状基材複合熱可塑性プラスチック部材の製
造方法。