專利名稱：具有卓越剛性的可加工片材及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可用作汽車、飛機(jī)等的內(nèi)部材料的可加工片材和生產(chǎn)這種片材的方法。
迄今為止，人們已知多種汽車的內(nèi)部材料及類似物，包括那些通過熱處理由玻璃纖維和有機(jī)纖維制成的無紡織物而得到的(日本公開特許昭No.63—249754)和被固定到塑料片材上的含有粘結(jié)劑的纏結(jié)纖維體的復(fù)合片材(日本公開特許昭No.60—162628)。在應(yīng)用時，這些無紡織物和復(fù)合片材經(jīng)熱壓成型為天花板材料或門結(jié)構(gòu)的內(nèi)部材料。
由于在生產(chǎn)材料的過程中產(chǎn)生玻璃纖維的超細(xì)粉，含有玻璃纖維的材料涉及污染工作環(huán)境的危險。為了使纖維的所有接觸點(diǎn)都粘結(jié)，含有粘結(jié)劑的材料也伴隨著需要大量的重量上比纖維重的粘結(jié)劑的問題。另外，均勻地混合纖維和粘結(jié)劑是困難的，需要特殊的設(shè)備和費(fèi)時的操作。
鑒于以上情況，本發(fā)明的目的是提供一種廉價的具有卓越剛性的可加工片材，并可在不引起任何危險或不需要任何特殊設(shè)備的情況下容易地生產(chǎn)出該片材。
本發(fā)明的發(fā)明人為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的進(jìn)行了廣泛研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過熱處理一種結(jié)構(gòu)物獲得可加工的片材，該結(jié)構(gòu)物包括由具有芯和殼結(jié)構(gòu)的高度纏結(jié)的共軛纖維形成的纖維層，共軛纖維的芯是由高熔點(diǎn)熱塑性樹脂(B)制成的，共軛纖維的殼是由低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)制成，和與低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的具有外層熱塑性樹脂(C)的多層膜，把多層膜放在纖維層的至少一個面上，以致共軛纖維的各接觸點(diǎn)被熔融粘結(jié)，以及纖維層和多層膜之間彼此熔融粘結(jié)，而符合上述的指標(biāo)。本發(fā)明是基于這個發(fā)現(xiàn)而完成的。
本發(fā)明的可加工片材包括纖維層和或在纖維層的一面或在纖維層的兩面上的多層膜，其中纖維層包括有芯和殼結(jié)構(gòu)的高度纏結(jié)的共軛纖維，共軛纖維的芯是由高熔點(diǎn)熱塑性樹脂(B)制成的，共軛纖維的殼是由低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)制成的，多層膜包括具有與低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的外層熱塑性樹脂(C)，和共軛纖維的接觸點(diǎn)被熔融粘結(jié)，以及纖維層和多層膜之間彼此熔融粘結(jié)。
生產(chǎn)該片材的方法包括提供一個纖維層和一或兩個多層膜，通過梳棉法或通過無定向成網(wǎng)法，首先形成具有殼/芯結(jié)構(gòu)的共軛纖維的片材，然后通過針刺或射流噴網(wǎng)法(spun—lace method)使纖維纏結(jié)以制得纖維層，多層膜包括至少一層與作為共軛纖維的殼組分的低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的第一熱塑性樹脂和至少一層熔點(diǎn)比第一熱塑性樹脂的熔點(diǎn)高的第二熱塑性樹脂；
把多層膜疊置在纖維層的一面或兩面上；和對所得的層進(jìn)行熱處理，熱處理溫度高于共軛纖維的殼組分或多層膜的第一熱塑性樹脂的任一熔點(diǎn)，但低于共軛纖維的芯組分或多層膜的第二熱塑性樹脂的任一熔點(diǎn)。
在本說明書中，所用的術(shù)語“可加工的片材”指被結(jié)合成一體的至少一種多層膜和至少一種纖維層的所有片材。
在本發(fā)明中，使用包括芯和殼的共軛纖維。各共軛纖維的殼是由低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)形成的，而芯是由高熔點(diǎn)熱塑性樹脂(B)形成的。殼/芯組合的例子包括高密度聚乙烯/聚丙烯(在后面的每個實(shí)施例中，纖維組合物被解釋為殼/芯材料)，低密度聚乙烯/高密度聚乙烯，低熔點(diǎn)聚丙烯/聚丙烯，高密度聚乙烯/聚酯(PET)，低熔點(diǎn)聚酯/聚酯，和尼龍6/尼龍66。
在本發(fā)明中，通過梳棉機(jī)或通過無定向成網(wǎng)法，首先形成具有殼/芯結(jié)構(gòu)(A)/(B)的共軛纖維的片材而獲得纖維層，然后通過針刺或射流噴網(wǎng)法使纖維充分地纏結(jié)。
在本發(fā)明中使用的多層膜包括兩或三層薄膜。具體地講，多層膜包括包括至少一層與作為共軛纖維的殼組分的低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的第一熱塑性樹脂(C)和至少一層熔點(diǎn)比熱塑性樹脂(C)的熔點(diǎn)高的第二熱塑性樹脂(D)。當(dāng)多層膜有三層薄膜時，放入的熱塑性樹脂(C)變成外層。
多層膜的層組合的例子包括低密度聚乙烯/高密度聚乙烯，低熔點(diǎn)聚丙烯/聚丙烯，低熔點(diǎn)聚酯/聚酯，和尼龍6/尼龍66。
通過把上述提到的多層膜疊置到上述提到的纖維層的一面或兩面上，對所得的疊置的材料進(jìn)行熱處理而獲得本發(fā)明的可加工的片材。在這個方法中，把多層膜的熱塑性樹脂(C)層放到纖維層上，使它們彼此接觸，而熱處理溫度高于共軛纖維的殼組分或多層膜的熱塑性樹脂(C)的任一熔點(diǎn)，但低于共軛纖維的芯組分或多層膜的熱塑性樹脂(D)的任一熔點(diǎn)。
通過這種處理，在纖維充分纏結(jié)的纖維層的內(nèi)部形成在它們的接觸點(diǎn)熔融粘結(jié)的纖維的微細(xì)三維網(wǎng)絡(luò)，并使纖維層與多層膜彼此熔融粘結(jié)以增強(qiáng)此三維網(wǎng)絡(luò)。
通過本發(fā)明獲得的可加工的片材，重量輕、剛性強(qiáng)，并容易進(jìn)行熱壓加工。因此，作為汽車和飛機(jī)的內(nèi)部材料是非常有用的。另外，由于本發(fā)明的可加工的片材是只由熱塑性樹脂制成的，因此，可以對薄片的碎片和邊腳料通過切削、粉碎和熔融作為熱塑性樹脂原料而再次使用。
實(shí)施例1以1∶1的比例對含有6％乙烯和94％丙烯的無規(guī)共聚物(低熔點(diǎn)熱塑性樹脂)形成的殼組分和丙烯均聚物(高熔點(diǎn)熱塑性樹脂)形成的芯組分紡紗，制備具有15旦細(xì)度的共軛纖維(單絲)。梳理纖維并形成具有基重(每單位面積的重量)300克/平方米的片材，接著在40針/平方厘米的條件下，針刺片材以獲得纖維層。
分別地，用上述提到的丙烯均聚物作為具有厚度250μm的中間層和用上述提到的無規(guī)共聚物作為具有厚度75μm的夾住中間層的上層和下層而制備具有三層結(jié)構(gòu)的多層膜。把所得的多層膜疊置到纖維層的兩個面上并在爐溫150℃的爐中加熱5分鐘。然后，將熱處理的材料加壓并在2mm間隙的壓機(jī)中冷卻，獲得本發(fā)明的可加工的片材。
按照J(rèn)IS(K7203)測得的最大彎曲承重是1.0千克/平方厘米。因此，發(fā)現(xiàn)該片材具有卓越的可加工性。
數(shù)據(jù)被示于表1中。實(shí)施例2—4和比較例1—3用表1的纖維和膜并以與實(shí)施例1相似的方式制備各種多層片材。在比較實(shí)施例3中，沒有對纖維層進(jìn)行針刺。各多層片材的最大彎曲承重也被列于表1中。
表1纖維層 多層膜單根單絲基重殼組份 芯組分 厚度 外層 內(nèi)層 熱處理 最大彎曲承重附注的細(xì)度 (克/平方米) (μm) 溫度(旦) (℃)(千克/平方厘米)實(shí)施例1 15 300 LMPP PP 300 LMPP PP150 1.0實(shí)施例2 15 500 LMPP PP 100 LMPP PP150 0.9實(shí)施例3 15 300 LDPE PP 150 LDPE HDPE 125 0.5實(shí)施例4 15 300 LMPETPET150 LMPET PET140 0.6比較例1 15 300 HDPE PP 100 LMPP PP150 0.1 A)比較例2 15 300 LMPP PP 300 PP PP170 -B)比較例3＊15 500 LMPP PP 300 LMPP PP150 0.2 C)＊)在比較例3中，沒有針刺纖維層LMPP低熔點(diǎn)聚丙烯 PP聚丙烯LDPE低密度聚乙烯 HDPE高密度聚乙烯LMPET低熔點(diǎn)聚酯 PET聚對苯二甲酸乙二(醇)酯A)脫層B)成膜C)脫層實(shí)施例5從實(shí)施例1獲得的每一可加工的片材中切取測試樣品(50厘米長×30厘米寬)。在150℃下預(yù)熱測試樣品，接著在壓機(jī)中沖壓和冷卻測試樣品，形成在縱向上長度為5厘米的兩個頭，向下彎曲60°，獲得可加工材料。容易完成彎曲加工，所得的材料具有良好的形狀保持性能。比較例4使用梳棉機(jī)以與實(shí)施例1中所述的相似方式將含50％的厚度為12μm的玻璃纖維和50％的細(xì)度為6旦(單絲)的高密度聚乙烯纖維的摻混料加工成片材。在片材的上面和下面疊置具有100μm厚的高密度聚乙烯膜。如實(shí)施例1那樣對所得的層狀材料進(jìn)行熱處理和加壓冷卻而獲得多層片材。由于玻璃纖維的突出使片材的表面粗糙，因此，它不宜接觸皮膚。實(shí)施例6在實(shí)施例1的纖維層的兩個面上，疊置包括具有75μm厚的丙烯均聚物層和具有75μm厚的低熔點(diǎn)聚丙烯層的多層膜，為此，使低熔點(diǎn)聚丙烯層與纖維層相接觸。按實(shí)施例1所述對所得的材料進(jìn)行熱處理，而獲得可加工的片材。這種片材的最大彎曲承重是0.9千克/平方厘米，發(fā)現(xiàn)它具有卓越的可加工性。實(shí)施例7把實(shí)施例6所用的多層膜疊置到實(shí)施例1的纖維層的一個表面上，使低熔點(diǎn)聚丙烯層與纖維層接觸。按實(shí)施例1所述的類似方法對所得的材料進(jìn)行熱處理以獲得可加工的片材。這種片材的最大彎曲承重為0.6千克/平方厘米，發(fā)現(xiàn)它具有良好的可加工性。
如上所述，本發(fā)明的可加工的片材價廉且具有良好的剛性。它可方便和安全地使用普通設(shè)備和機(jī)器如梳棉機(jī)和加熱爐來制造。
權(quán)利要求
1.一種可加工的片材，包括纖維層和或在纖維層的一面或在纖維層的兩面上的多層膜，其中纖維層包括每個具有芯和殼結(jié)構(gòu)的高度纏結(jié)的共軛纖維，芯是由高熔點(diǎn)熱塑性樹脂(B)制成的，而殼是由低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)制成的，多層膜包括具有與低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的外層熱塑性樹脂(C)，和共軛纖維的接觸點(diǎn)熔融粘接，且纖維層和多層膜彼此間熔融粘接。
2.一種生產(chǎn)可加工的片材的方法，包括提供一個纖維層和一或兩個多層膜，所述的纖維層是通過梳棉法或通過無定向成網(wǎng)法首先形成具有殼/芯結(jié)構(gòu)的共軛纖維的片材然后通過針刺或射流噴網(wǎng)法使纖維纏結(jié)而制得的，而所述的多層膜包括至少一層與作為共軛纖維的殼組分的低熔點(diǎn)熱塑性樹脂高度相容的第一熱塑性樹脂和至少一層熔點(diǎn)比第一熱塑性樹脂的熔點(diǎn)高的第二熱塑性樹脂；把所述的多層膜疊置在所述的纖維層的一面或兩面上；和對所得的層進(jìn)行熱處理，熱處理溫度高于共軛纖維的殼組分或多層膜的第一熱塑性樹脂的任一熔點(diǎn)，但低于共軛纖維的芯組分或多層膜的第二熱塑性樹脂的任一熔點(diǎn)。
全文摘要
廉價且具有良好剛性的可加工的片材不需要任何特殊設(shè)備而能被容易和安全地生產(chǎn)。片材包括纖維層和在纖維層的一面或兩面上的多層膜。纖維層包括每個具有芯和殼結(jié)構(gòu)的高度纏結(jié)的共軛纖維，芯是由高熔點(diǎn)熱塑性樹脂(B)制成的，而殼是由低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)制成的。多層膜包括與低熔點(diǎn)熱塑性樹脂(A)高度相容的外層熱塑性樹脂(C)。通過熱處理，纖維層和多層膜以及共軛纖維的接觸點(diǎn)彼此被熔融粘接。
文檔編號B32B27/12GK1126658SQ951158
公開日1996年7月17日 申請日期1995年8月11日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月12日
發(fā)明者野間毅, 石川博敏 申請人:智索公司