特開 2024-73284 複合材成形品

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024073284

(43)【公開日】2024-05-29

(54)【発明の名称】複合材成形品

(51)【国際特許分類】

   B65D 81/09 20060101AFI20240522BHJP

【ＦＩ】

B65D81/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022184398

(22)【出願日】2022-11-17

(71)【出願人】

【識別番号】000113517

【氏名又は名称】ＢＡＳＦ ＩＮＯＡＣポリウレタン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100187791

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 晃志郎

(72)【発明者】

【氏名】牧原 伸征

【テーマコード（参考）】

3E066

【Ｆターム（参考）】

3E066BA02

3E066CA01

3E066CB03

3E066KA20

3E066LA30

3E066MA03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】取扱容易な材料によって反発力を高めた複合材成形品を提供すること。
【解決手段】複合材成形品１は、第一弾性材料を含む粒状物２と、第二弾性材料を含むシート片３を備える。粒状物２とシート片３とは、バインダー４によって結合されている。粒状物２とシート片３とは、互いに絡み合った状態で結合している。シート片３は、平面状態が維持されていてもよいし、部分的に屈折を伴いながら変形した状態でもよい。また、粒状物２と粒状物２との間、或いは粒状物２とシート片３との間は隙間５が形成される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第一弾性材料を含む粒状物と、
第二弾性材料を含むシート片を備え、
前記粒状物と前記シート片とがバインダーによって結合された複合材成形品。

【請求項2】

前記シート片の密度は、前記粒状物の見掛け密度以上である請求項１に記載の複合材成形品。

【請求項3】

前記粒状物は発泡体であり、
前記シート片は非発泡体である請求項１または２に記載の複合材成形品。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、反発性を有する複合材成形品に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、反発力を高めた複合材成形品が提案されている。例えば、特許文献１による自動車用高弾性防音材の製造方法は、天然繊維、再生繊維、合成繊維、又は裁断屑布等を解繊した繊維を単独又は２種以上使用し、これにピン又はガーネットシリンダ式の解繊機により粒度が２～１０ｍｍメッシュのスラブウレタンチップを対繊維で２０～４０重量パーセント均一に混合すると同時に解繊し、次にこれを撹拌機に投入し、混合材料比が２０～４０重量パーセントの液状ウレタン接着剤をスプレーしながら均一拡散し、しかる後これを夫々の部品に必要な成形型に０．０２５～０．０７ｇ／ｃｍ^３の密度で充填して高温蒸気、又は高温度乾熱で液状ウレタン接着剤を固化させることを特徴とした自動車用高弾性防音材の製造方法を特徴とするものである。

【0003】

これによれば、自動車用高弾性防音材は遮音性を向上させると同時に通気性、反発弾性率、繰り返し圧縮による永久歪等の諸特性を大幅に改善し、原材料費も軽減され低コストでの生産が可能であるなど種々の有益な効果がある、と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平２－６３７０３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に示される従来例では、天然繊維、再生繊維、合成繊維、又は裁断屑布等を解繊した繊維を単独、又は２種以上使用する必要がある。さらに、これにピン又はガーネットシリンダ式の解繊機により粒度が２～１０ｍｍメッシュのスラブウレタンチップを対繊維で２０～４０重量パーセント均一に混合すると同時に解繊する必要がある。製造過程において、繊維を解繊する作業によって粉塵等が発生するので材料の取扱が容易でなく、適切に粉塵等の処理をしないと作業環境が悪くなるという課題がある。

【0006】

本発明は、従来の課題を解決するものであり、取扱容易な材料によって反発力を高めた複合材成形品を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第一の態様に係る複合材成形品は、第一弾性材料を含む粒状物と、第二弾性材料を含むシート片を備え、前記粒状物と前記シート片とがバインダーによって結合されたものである。

【0008】

これによれば、複合材成形品は、第一弾性材料を含む粒状物と第二弾性材料を含むシート材とがバインダーによって結合されたものなので、材料の取扱いが容易で、かつ反発力を得ることができる。

【0009】

また、前記複合材成形品は、前記シート片の密度が、前記粒状物の見掛け密度以上でもよい。この場合、粒状物よりもシート片の剛性が高くなり、シート片の反りによる反力によって反発力を高めることができる。

【0010】

また、前記複合材成形品は、前記粒状物が発泡体であり、前記シート片が非発泡体でもよい。この場合、粒状物は単独で弾性力を有し、シート片は一定の剛性を維持するので、複合材成形品はより反発力を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の複合材成形品１を示す模式図である。

【図2】比較例である成形品１０を示す模式図である。

【図3】本発明の複合材成形品において、粒状物２とシート片３のそれぞれの材質を組み合わせたときの反発性に対する効果を比較した図表である。

【図4】（ａ）は粒状物２における形態について、反発性に対する効果を比較し、（ｂ）はシート片３における形態について、反発性に対する効果を比較した図表である。

【図5】本発明の複合材製造方法を示すフローチャートである。

【図6】本発明の複合材成形品１である実施例の形態と、比較例の形態を比較した図表である。

【図7】本発明の複合材成形品１である実施例と比較例において、損失正接ｔａｎδによって反発力を比較した図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照し、本発明を具現化した複合材成形品１及び複合材製造方法を説明する。なお、発明を実施するための形態、及び参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものである。本発明はこれらに限定されるものではない。図面に記載されている装置の構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

【0013】

＜複合材成形品１の説明＞
本発明の第一の態様に係る複合材成形品１を説明する。複合材成形品１は、第一弾性材料を含む粒状物２と、第二弾性材料を含むシート片３を備える。粒状物２とシート片３とは、バインダー４によって結合されている。図１は、本発明の複合材成形品１を示す模式図である。粒状物２とシート片３とは、互いに絡み合った状態で結合している。シート片３は、平面状態が維持されていてもよいし、部分的に屈折を伴いながら変形した状態でもよい。また、粒状物２と粒状物２との間、或いは粒状物２とシート片３との間は隙間５が形成される。隙間５は、図１及び図２において格子状のハッチングを付した部分である。なお、シート片３は、扁平な形状であり、立体を形成する面のうちで最大面積を有する面と二番目に大きい面積を有する面とが、略平行に形成されているものである。

【0014】

第一弾性材料及び第二弾性材料は、ウレタン、又は／及びゴム、又は／及び樹脂からなる。この場合の樹脂は、ウレタンとゴムを除く。バインダー４は、ウレタン系接着剤が望ましい。第一弾性材料と第二弾性材料は、それぞれ単独の材料でもよいし、複数の材料が含まれてもよい。粒状物２は、全てが第一弾性材料でもよいし、一部が非弾性材料でもよい。同様に、シート片３は、全てが第二弾性材料でもよいし、一部が非弾性材料でもよい。バインダー４は、例としてイソシアネートプレポリマーを使用する。イソシアネートプレポリマーを例とするウレタン系接着剤は弾性を有し、粒状物２及びシート片３との親和性が高い。

【0015】

図３に示すように、粒状物２とシート片３はそれぞれ種々の材料を選択可能である。粒状物２とシート片３は、それぞれ発泡体又は非発泡体を使用することができるが、選択する材質によって反発性に対する効果が異なる。それぞれの材質と反発性に対する効果は後述する。

【0016】

また、重量割合において、粒状物２はシート片３よりも多く含まれることが望ましい。例として、粒状物２の重量を１００としたとき、シート片３は５から２０までの間である。さらに、バインダー４は、５から３０までの間である。

【0017】

また、シート片３の密度は、粒状物２の見掛け密度以上であることが望ましい。粒状物２及びシート片３は、それぞれ発泡体又は非発泡体を使用可能である。具体的には、発泡体の場合、粒状物２の見掛け密度は１００～８００ｋｇ／ｍ^３であり、シート片３の密度は１０００～２０００ｋｇ／ｍ^３である。非発泡体の場合、粒状物２の密度は１０００～２０００ｋｇ／ｍ^３であり、シート片３の密度も１０００～２０００ｋｇ／ｍ^３でほぼ同等である。

【0018】

また、図４（ａ）に示すように、粒状物２は多面体であることが望ましい。多面体は、いわゆる凸多面体と凹多面体を含む。特に、多面体のうちで六面以上の多面体が望ましい。多面体の辺は、曲線状に形成されたものよりも、直線によって形成されたものが望ましい。すなわち、粒状物２の形状として球体は望ましい形状ではない。なお、多面体のそれぞれの面には、凹凸があってもよい。

【0019】

また、粒状物２は、一辺が２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下であることが望ましく、シート片３は、厚みが３ｍｍ未満であり、平面寸法は一辺が１０ｍｍ以下の正方形の範囲内であることが望ましい。これらのサイズは、後述するように複合材成形品１における反発性に影響を与える。図４は、粒状物２及びシート片３における各形態を比較したものである。

【0020】

図４（ａ）に示すように、粒状物２は、一辺が３から５ｍｍまでのサイズが最も望ましく、３ｍｍから１０ｍｍまでの範囲が望ましい範囲である。一辺が３ｍｍ未満、又は１０ｍｍを超えるサイズは望ましくない。

【0021】

図４（ｂ）に示すように、シート片３は、平面寸法が４×４～７×７までの寸法範囲であることが最も望ましい。特に、一辺長さが３×５ｍｍの範囲の粒状物２との組合せが最も望ましい。さらに、平面寸法が３×３～１０×１０ｍｍの寸法であることが望ましい。これに対して、平面寸法が３ｍｍ未満×３ｍｍ未満のサイズ、又は一辺が１０ｍｍを超える寸法は望ましくない。シート片３の厚みは、０．２～１ｍｍの範囲が最も望ましく、３ｍｍ未満であることが望ましい。これに対して、厚みが３ｍｍ以上は望ましくない。

【0022】

また、粒状物２は発泡体であり、シート片３は非発泡体であることが望ましい。複合材成形品１における反発性に対し、粒状物２とシート片３とのそれぞれの材質等の組合せが及ぼす効果は後述する。

【0023】

＜複合材成形品１の効果＞
以上説明した複合材成形品１の構成によれば、以下の効果を奏する。複合材成形品１は、第一弾性材料を含む粒状物２と第二弾性材料を含むシート片３とがバインダー４によって結合されたものなので、材料の取扱いが容易で、かつ反発力を得ることができる。複合材成形品１は、押圧されたときに粒状物２の弾性力に加え、シート片３が反ることによって反発力が発生する。また、粒状物２は、押圧されると隙間５の間に変形し、復元しようとすることで反発力が発生する。よって、複合材成形品１は、取扱容易な材料によって反発力が高められる。

【0024】

また、複合材成形品１は第一弾性材料及び第二弾性材料が、それぞれウレタン、又は／及びゴム、又は／及び樹脂（ウレタンとゴムを除く）からなるものでもよい。この場合、複合材成形品１は、材料それぞれが有する弾性力と、粒状物２及びシート片３とが混合されることにより、高い反発力を得ることができる。

【0025】

また、複合材成形品１は、バインダー４がウレタン系接着剤でもよい。この場合、複合材成形品１は、高い反発力を得ることができる。ウレタン系接着剤は、それ自身で弾性力を有するので、反発力を高める効果に寄与する。また、ウレタン系接着剤は、粒状物２及びシート片３との親和性が高いので、複合材成形品１が一体的に安定した状態となる。

【0026】

また、複合材成形品１は、重量割合において、粒状物２がシート片３よりも多く含まれてもよい。この場合、複合材成形品１に外力が加わったとき、粒状物２によって変形が一定程度制限され、シート片３の反力によって反発力が得られる。

【0027】

また、複合材成形品１は、シート片３の密度が、粒状物２の見掛け密度以上でもよい。この場合、粒状物２よりもシート片３の剛性が高くなり、シート片３の反りによる反力によって反発力を高めることができる。また、複合材成形品１は、粒状物２よりもシート片３の重量割合が少ない場合、質量を低減させることができる。

【0028】

また、複合材成形品１は、粒状物２が多面体でもよい。この場合、複合材成形品１は、粒状物２同士、或いは粒状物２とシート片３との間で滑りが生じにくいので、シート片３の反りによる反力によって高い反発力を得ることができる。

【0029】

また、粒状物２は一定範囲のサイズの立体物であり、シート片３は一定の厚み未満なので、粒状物２とシート片３とが絡み合い、互いにズレが生じにくい。さらに、シート片３は一定の剛性を維持できる。よって、複合材成形品１は、高い反発力を得ることができる。

【0030】

また、複合材成形品１は、粒状物２が発泡体であり、シート片３が非発泡体でもよい。この場合、粒状物２は単独で弾性力を有し、シート片３は一定の剛性を維持するので、複合材成形品１はより高い反発力を得ることができる。

【0031】

次に、図３を参照して、粒状物２とシート片３の組合せにおいて、それぞれの材質又は形態によって反発力を高める効果を比較する。図３において、◎は最も反発力を高める組合せ、○は反発力を高める効果を有する組合せ、△は反発力を高める効果を得るボーダーライン、×は反発力を高める効果が認められない組合せである。

【0032】

まず、複合材成形品１の反発力が高められるのは、粒状物２が発泡体であり、シート片３が非発泡体の組合せである。そのうち、特に効果が認められる組合せは、粒状物２が発泡ウレタン又は発泡ゴムであり、シート片３が非発泡ウレタン又は非発泡ゴムの組合せである。次に、粒状物２が発泡ウレタン又は発泡ゴムであり、シート片３が弾性を有する非発泡樹脂の組合せである。

【0033】

また、次に効果がある組合せとして、粒状物２が非発泡ウレタン、非発泡ゴム、又は弾性を有する非発泡樹脂であり、シート片３が非発泡ウレタン、非発泡ゴム、又は弾性を有する非発泡樹脂の組合せである。なお、粒状物２及びシート片３のいずれかを問わず、弾性を有さない樹脂、発泡スチロール、及び発泡ポリエチレンは反発力を高める効果に寄与しない。さらに、シート片３が発泡体の場合は、ウレタン、ゴム、又は弾性を有する樹脂であり、粒状物２が発泡体と非発泡体を含みウレタン、ゴム、又は弾性を有する樹脂であれば、反発力を高める効果がボーダーラインである。

【0034】

＜複合材製造方法の説明＞
次に、図５を参照して、本発明の第二の態様に係る複合材製造方法を説明する。複合材製造方法は、粒状物２とシート片３を所定の割合で混合する工程と、粒状物２とシート片３にバインダー４を噴霧して混合物を形成する工程と、混合物を型に投入し、水蒸気を加えて加熱成形する工程を備える。

【0035】

例として、粒状物２は素材を粉砕して形成する。素材は、いわゆる廃材、或いは端材を使用してもよい。粉砕後のサイズは、すでに説明したように、一辺が２ｍｍ以上、１０ｍｍ以下が望ましい。粉砕の際は、粒状物２の角が取れてしまわないように、過度の粉砕は避けたほうがよい。粒状物２の形状は、図４を参照して説明したとおりである。なお、粒状物２は、粉砕されたものではなく、予め成形等によって形成されたものでもよい。

【0036】

また、例として、シート片３もシート状の素材を粉砕して形成する。粒状物２と同様に、いわゆる廃材、或いは端材を使用してもよい。シート片３は、すでに説明したように、厚みが３ｍｍ未満であり、平面寸法は一辺が１０ｍｍ以下の正方形の範囲内であることが望ましい。なお、必ずしも正方形に近い形状である必要は無く、長方形、或いは多角形状の平面を有してもよい。シート片３は、所定の平面積があり、平面積に比べて厚みが薄いことで、撓みが生じやすい形状であることが望ましい。

【0037】

図５に示すように工程Ｐ１は、粒状物２とシート片３との重量を測定して混合する工程である。粒状物２とシート片３との混合割合は、すでに説明したように、例として粒状物２の重量を１００としたとき、シート片３は５から２０までの間である。次に、工程Ｐ２は、粒状物２とシート片３にバインダー４を噴霧する、或いは塗布する工程である。次に、工程Ｐ３は粒状物２とシート片３を混合し、工程Ｐ４は混合物を成形型に投入する工程である。成形工程である工程Ｐ５は、水蒸気による加熱成形である。加熱温度は、５０度から１８０度であり、加熱時間は１分から３０分までの間である。加熱成形の際は、約０．５ＭＰａの圧力を加える。成形が終了後、型から複合材成形品１を取り出すのが工程Ｐ６である。

【0038】

なお、以上説明した複合材製造方法では、過熱水蒸気を導入する方法について説明したが、過熱水蒸気を用いずに単に加熱するのみでバインダー４による接着を行ってもよい。

【0039】

＜複合材製造方法の効果＞
以上説明した複合材製造方法によれば以下の効果を奏する。粒状物２及びシート片３は、いずれも粉砕によって成形用の材料を形成できる。本発明に適する材料である発泡ウレタン、発泡ゴムは産業廃棄物として廃棄すると環境への影響は少なくない。粒状物２及びシート片３は、廃材或いは端材を粉砕して成形材料とすることができる。すなわち、複合材製造方法はリサイクルが可能であり、環境負荷を低減して複合材成形品１を製造することができる。特に、バージン材を使用する場合に比べて、廃材或いは端材を使用する場合でも、同等の高反発力を有する複合材成形品１を製造することができる。

【0040】

なお、複合材成形品１において説明した種々の効果は、複合材製造方法によって製造した複合材成形品１においても同様の効果を奏する。

【0041】

＜実施例＞
次に、本発明の複合材成形品１の実施例と、比較例である成形品１０とを比較検討する。図６は、実施例と比較例の粒状物２と、実施例のみに有するシート片３の例を示す。複合材成形品１の実施例は、すでに説明したように図１に示し、粒状物２が発泡ウレタンエラストマーであり、サイズは一辺が２～１０ｍｍである。シート片３は、非発泡ウレタンエラストマーであり、５ｍｍ×５ｍｍの平面サイズで厚みは１ｍｍである。これに対して、比較例の成形品１０は図２に示す形態であり、図６に示すように、粒状物１２の一辺が２～１０ｍｍであり、シート片３は無い。成形品１０は、実施例と同様のバインダー４によって粒状物１２同士が結合され、隙間１５を有する。すなわち、実施例の複合材成形品１と比較例の成形品１０との違いは、シート片３を有するか否かである。

【0042】

図７は、実施例の複合材成形品１と、比較例の成形品１０において、反発力を示す損失正接ｔａｎδを測定してグラフ化した図である。縦軸は、損失正接ｔａｎδを示し、値が小さいほど反発力が高いことを示す。損失正接ｔａｎδはＪＩＳＫ６３９４に準拠して測定した結果である。以下測定方法を説明する。

【0043】

測定装置は、株式会社鷺宮製作所製の動特性試験機で形式ＫＣＨ－７０１－３０を使用した。試料のサイズは直径１００ｍｍ、厚み２０ｍｍであり、初期圧縮は７ｍｍである。振幅は±５ｍｍであり、周波数は１～１０Ｈｚまでを１Ｈｚピッチで計測した。なお、損失正接ｔａｎδ＝損失弾性係数／貯蔵弾性係数で表される。

【0044】

図７において、下側の曲線が実施例の複合材成形品１の結果を示し、上側の曲線が比較例の成形品１０の結果を示す。図から明らかなように、周波数が１Ｈｚから１０Ｈｚまでの周波数領域の全てにおいて、実施例の複合材成形品１の方が、比較例の成形品１０よりも小さな値を示し、約０．０２の差を有する。この結果から、実施例は比較例と比較して反発力が高いことを示す。

【0045】

比較例である成形品１０はシート片３を有さないため、圧力が加わると粒状物１２が隙間１５に入り込んでしまい、反力が低減する。これに対し、実施例である複合材成形品１は、すでに説明したように、シート片３の反力によって反発力が高められる。

【符号の説明】

【0046】

１ 複合材成形品
２ 粒状物
３ シート片
４ バインダー
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５、Ｐ６ 工程

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】