JP2007045098A - 自動車内装材用基材 - Google Patents

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Abstract

【課題】 吸音特性、曲げ剛性、寸法安定性、加熱成形性などの自動車内装材としての実用特性を保持した軽量性に優れ、サーマルリサイクルが可能なポリプロピレン系樹脂発泡積層シートからなる自動車内装材用基材を提供する。
【解決手段】 表面処理された連通構造からなるポリプロピレン系樹脂発泡シートの両面に、接着剤層を介して繊維補強層である無機繊維層を積層することにより、加工工数を増大させることなく、繊維補強層との接着性を改善して、自動車内装材としての実用特性を保持したサーマルリサイクル、軽量性に優れた自動車内装材用基材を得ることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、表面処理された連通構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートに、接着剤層を介して無機繊維からなる補強層を積層した自動車内装材用基材およびその製造方法に関する。さらに詳しくは吸音特性、曲げ剛性、寸法安定性、加熱成形性に優れたポリプロピレン系樹脂発泡積層シートからなる自動車内装材用基材およびその製造方法に関する。
従来、自動車天井材として、熱可塑性樹脂発泡体を主体とする基材にウレタンフォームを積層したものや、スチレン−無水マレイン酸共重合体の発泡層の両面にスチレン−無水マレイン酸共重合体の非発泡層を積層した積層シートを所望の形状に成形したものが広く用いられている。それらの自動車天井材は、軽量で断熱性が高く、成形加工性が優れているという特徴がある。
しかしながら、上記のような従来の自動車天井材は、高温に長時間さらされると、耐熱性が不十分であるため、フロント部が自重で垂れ下がる(ヒートサグ)、変形を生じるなどの問題を発生することがあった。例えば、自動車天井材の場合、フロント部分は直接太陽光が当たるため100℃前後まで温度が上がり、自動車天井材の変形量が大きくなるという問題が発生している。
そこで、これらの問題を解決するために、無機質のガラス繊維とポリオレフィン系樹脂の複合材料をベースとした自動車天井材が使用されるようになってきた(特許文献1および2)。しかし、これらの複合材料では、耐熱性という品質は維持できるものの、軽量化が図れない上に、コスト高になるという問題があった。
軽量化を図る為、ポリプロピレン系樹脂発泡シートに無機繊維を含む表層を積層した自動車天井材も提案されている(特許文献3〜5)。
これらのポリプロピレン系樹脂発泡シートに無機繊維を含む表層を、ポリプロピレン系樹脂フィルムを用いてラミネートする方法では、ポリプロピレン系樹脂フィルムを用いるためにコスト高になるだけではなく、ポリプロピレン系樹脂フィルムを介して無機繊維とを複合シート化することにより、目付量の増大に繋がる、また、無機繊維を樹脂フィルムで完全に包含し接着固定しにくいに積層化のために無機繊維とポリプロピレン系樹脂フィルムとを予め複合シート化する必要があり、加工工数が増大するという欠点があった。
一方で、ポリプロピレン系樹脂発泡シート等のポリオレフィン系樹脂シートは、表面の極性が小さく、化学的に安定で、有機溶剤に浸されることが少ないという性質を持っている。その為、接着剤を介して無機繊維を積層接着する時に、何も表面処理を行わない場合には表面のぬれが悪く、接着性が劣る結果となる。そのため、接着剤を介して無機繊維からなる補強層がポリプロピレン系樹脂発泡シートに接着せず、ずりせん断接着強度に代表される機械構造的な接着が保持できないことがある。
特開平1−285432号公報 特開平7−68689号公報 特開平7−1628号公報 特開平8−11254号公報 特開2003−34192号公報
本発明は、加工工数を増大させることなく、補強層との接着性を改善することにより、吸音特性、曲げ剛性、寸法安定性、加熱成形性などの自動車内装材としての実用特性を保持し、サーマルリサイクルが可能な軽量性に優れた自動車内装材用基材を提供することを目的とする。
本発明者は、表面処理された連通構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートに接着剤を介して無機繊維からなる補強層を積層することにより、上記特性を有する自動車内装材用基材を得ることができることを見出した。
すなわち、本発明は、
(1)表面処理を施したポリオレフィン系樹脂発泡体からなる芯材層の両面に、接着剤層を介して、無機繊維からなる補強層を積層したことを特徴とする自動車内装材用基材(請求項1)、
(2)表面処理を施したポリオレフィン系樹脂発泡体が、連通気泡構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートであることを特徴とする(1)記載の自動車内装材用基材(請求項2)、
(3)連通気泡構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートが、連続気泡率55〜98%であることを特徴とする(1)または(2)記載の自動車内装材用基材(請求項3)、
(4)ポリオレフィン系樹脂発泡体の表面処理が、コロナ放電処理、プラズマ処理および紫外線照射処理の群からなる少なくとも一種の方法により施工されていることを特徴とする(1)〜(3)記載の自動車内装材用基材(請求項4)、
(5)無機繊維からなる補強層が、ガラス繊維、カーボン繊維、鉱物系繊維の少なくとも一種の繊維からなることを特徴とする(1)記載の自動車内装材用基材(請求項5)、
(6)補強層を構成する無機繊維の繊維直径が1.0mm以下で、長さが30〜100mmであることを特徴とする(1)または(5)記載の自動車内装材用基材(請求項6)、
(7)補強層の厚さが50〜500μmであることを特徴とする(1)〜(6)のいずれかに記載の自動車内装材用基材(請求項7)、
(8)接着剤層が、イソシアネート系接着剤からなることを特徴する(1)〜(7)のいずれかに記載の自動車内装材用基材(請求項8)、および
(9)接着剤層の目付量が10〜80g/m2であることを特徴する(1)〜(8)のいずれかに記載の自動車内装材用基材(請求項9)
に関する。
本発明の表面処理された連通構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートの両面に、接着剤層を介して無機繊維からなる補強層を積層した自動車内装材用基材は、吸音特性、曲げ剛性、寸法安定性、加熱成形性、サーマルリサイクルなどの自動車内装材としての実用特性を保持するとともに軽量に優れるという特徴を有し、環境適合性のある自動車内装材用基材である。
本発明の1実施形態である自動車内装材用基材を、図面に基づいて説明する。
図1および図2は、本発明の1実施形態に係る自動車内装材用基材(以下、「1次発泡積層シート」と称すことがある)の構成を示すものであり、自動車内装材用基材は、表面処理されたポリオレフィン系樹脂発泡体10の両面に、接着剤層(12、14)を介して、無機繊維からなる補強層(16、18)が積層されてなるものである。
本発明に用いられるポリオレフィン系樹脂発泡体10としては、例えば、ポリプロピレン系樹脂発泡体、ポリエチレン系樹脂発泡体等があげられる。これらの内でも、ポリプロピレン系樹脂発泡シートが、コスト、材料剛性の点から好ましい。
本発明に用いられるポリプロピレン系樹脂発泡シートとしては、例えば、線状のポリプロピレン系樹脂(以下、このポリプロピレン系樹脂のことを「原料ポリプロピレン系樹脂」ということもある)に電子線を照射して長鎖分岐を導入したもの(例えば、サンアロマー社製HMS−PP)を基材樹脂としたもの、または、原料ポリプロピレン系樹脂、イソプレン単量体、ジビニルベンゼン等のラジカル重合性単量体およびラジカル重合開始剤を溶融混練して得られる改質ポリプロピレン樹脂を基材樹脂としたものが、好ましく用いられる。
これらのうちでは、原料ポリプロピレン系樹脂、イソプレン単量体およびラジカル重合開始剤を溶融混練して得られる改質ポリプロピレン樹脂を基材樹脂としたものが、外観美麗で加熱成形性に優れた発泡シートを容易に得ることができることから、好ましい。
本発明で使用されるポリプロピレン系樹脂発泡シート(1次発泡シート)10の基材樹脂として用いられるイソプレン単量体を用いた改質ポリプロピレン系樹脂は、例えば、特開平11−172016号公報、等に記載されている方法により得ることができる。さらに、ポリプロピレン系樹脂とイソプレン単量体とラジカル開始剤とを溶融混練して得られる改質ポリプロピレン系樹脂を用いたポリプロピレン系樹脂発泡シートの製造方法は、例えば、特開平11−228726号公報、特開平11−349722号公報、特開2000−109591号公報等に記載されている製造方法により得ることができる。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡体10は、例えば、押出機内でポリプロピレン系樹脂と発泡剤を溶融混練後、押出機内において発泡最適温度に調節した後、環状のリップを有するサーキュラーダイスを用い、そのダイスのリップから大気圧中に押し出して円筒状の発泡体を得、次いでその円筒状発泡体を引き取りながら、冷却筒(マンドレル)による成形加工によって、延伸・冷却後、切り開いて、シート状にする方法によって容易に製造することができる。例えば、押出機中でポリプロピレン系樹脂を200〜230℃の範囲に加熱することにより溶融させると共に発泡剤を圧入し、次いで、それを冷却して140〜170℃の発泡最適温度に調整しながら、サーキュラーダイに供給して押し出すことができる。また、前記改質ポリプロピレン系樹脂組成物を原料とする場合、改質ポリプロピレン系樹脂組成物の製造と連続して押出発泡を行ってもよい。
前記発泡剤としては、例えば、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、ヘプタンなどの脂肪族炭化水素類、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサンなどの脂環式炭化水素類、クロロジフルオロメタン、ジフルオロメタン、トリフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、ジクロロメタン、ジクロロフルオロメタン、ジクロロジフルオロメタン、トリクロロフルオロメタン、クロロメタン、クロロエタン、ジクロロトリフルオロエタン、ジクロロフルオロエタン、クロロジフルオロエタン、ジクロロペンタフルオロエタン、テトラフルオロエタン、ジフルオロエタン、ペンタフルオロエタン、トリフルオロエタン、ジクロロテトラフルオロエタン、トリクロロトリフルオロエタン、テトラクロロジフルオロエタン、クロロペンタフルオロエタン、パーフルオロシクロブタンなどのハロゲン化炭化水素類、二酸化炭素、チッ素、空気などの無機ガス、水などが挙げられる。また、それらの1種または2種以上を組み合わせて用いても良い。
前記発泡剤の添加量(混練量)は、発泡剤の種類および目標発泡倍率により異なるが、ポリプロピレン系樹脂組成物100重量部に対して、0.5〜10重量部の範囲内にあることが好ましい。
また、ポリプロピレン系樹脂発泡体10の製造においては、必要に応じて、例えば、重炭酸ソーダとクエン酸との混合物のような化学発泡剤やタルクなどの物理発泡造核剤を併用してもよい。必要に応じて用いられるこれらの添加量は、一般に、樹脂混合物100重量部に対して、0.01〜5重量部である。
また、ポリプロピレン系樹脂発泡体10の製造においては、ポリプロピレン系樹脂の発泡性を損なわない範囲で、熱可塑性樹脂を混合しても良い。
また、本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートは、所望の気泡構造を得る目的で、例えば、押出発泡した後に空気の吹き付けなどにより冷却を促進したり、マンドレルへの引き取り時に延伸してもよい。
本発明のポリプロピレン系樹脂には必要に応じて、酸化防止剤、金属不活性剤、燐系加工安定剤、紫外線吸収剤、紫外線安定剤、蛍光増白剤、金属石鹸、制酸吸着剤などの安定剤、または架橋剤、連鎖移動剤、造核剤、滑剤、可塑剤、充填材、強化材、顔料、染料、難燃剤、帯電防止剤などの添加剤を添加してもよい。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの密度は、0.03〜0.09g/ ccが好ましく、0.045〜0.09g/ ccがより好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡シートの密度が0.09g/ccより大きい場合には、実用特性を満足する剛性を確保するためには重量を増加させる必要が生じ、自動車内装材の軽量化が困難になる傾向があり、0.03g/ ccより小さい場合には、発泡シートの剛性が極端に低くなり、実用特性を満足する剛性の確保が困難になる傾向にある。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの発泡倍率(以下、「一次発泡倍率」と称する場合がある)は、10〜30倍が好ましく、10〜20倍がより好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡シートの一次発泡倍率が10倍より小さくなると、実用特性を満足する剛性を確保するためには重量を増加させる必要が生じ、自動車内装材の軽量化が困難になる傾向があり、30倍より大きくなると、発泡シートの剛性が極端に低くなり、実用特性を満足する剛性の確保が困難になる傾向にある。
本発明においては、ポリプロピレン系樹脂発泡シートを連通気泡構造とすることにより、自動車内装材に吸音特性を発現することができる。吸音特性に対し、連通気泡構造とすることにより、シートの柔軟性が向上し、シートの板振動の向上による吸音性の向上、連通気泡構造による入射音波の気泡構造通過時の減衰(音エネルギーから熱エネルギーへの変換)による吸音性の向上があげられ、吸音性が飛躍的に向上する。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの連続気泡率は、55〜98%が好ましく、70〜98%がより好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡シートの連続気泡率が55%未満の場合、吸音特性を発現しなくなる傾向があり、連続気泡率が98%より大きくなると、シートが柔らかくなりすぎ、剛性が不足する傾向にある。なお、本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの連続気泡率は、ASTM D−2859に準じて測定して独立気泡率(%)を求め、連続気泡率(%)=100−独立気泡率により算出した値である。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シート中の連通気泡部は全体に均一に分散していても、シートの厚み方向に分布勾配が生じていても構わない。特に、厚み方向に対して中央部付近に連続気泡部が多く存在し、両表面層付近に少なく存在する場合は、構造剛性および吸音特性が改善されるため、好ましい。
上記ポリプロピレン系樹脂発泡体の製造工程において、発泡シートの連続気泡率と高めるためには、例えば、(i)押出機での温度条件、(ii)発泡剤量、(iii)改質ポリプロピレン樹脂よりも耐熱性の低い(Tgの低い)樹脂の混合量、を調整すればよい。さらに具体的には、(i)に関しては、前記冷却温度を比較的高く設定することにより、シートの厚み方向に対して全体的に連続気泡層を設けることができる。他方、冷却温度を高温側に設定しつつ、ダイ温度を冷却温度に対して約20〜40℃程度低く設定することにより、シートの厚み方向に対して、中央部に高連続気泡率層を、外層部に低連続気泡層を有する発泡シートを得ることができる。(ii)に関しては、発泡剤圧入量をポリプロピレン系樹脂100重量部に対して5〜10重量部と、通常の独立気泡系発泡ポリプロピレン系樹脂シート作製の1.5〜3倍に設定すればよい。(iii)に関しては、線状のポリプロピレン系樹脂を、改質ポリプロピレン樹脂100重量部に対して1〜20重量部混合すればよい。これら(i)〜(iii)を組み合わせてもよい。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの厚さ(以下、「一次厚み」と称する場合がある)は、内装材として配置される部位によって異なるが、例えば自動車天井材の場合は、3〜7mmが好ましく、4〜6mmがより好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡シートの厚さが3mmより小さくなると、自動車車体への取り付け時のハンドリング性が悪くなったり、曲げ剛性も低下する場合が多い。逆に、7mmより大きくなると、成形時の形状発現性が悪くなったり、小スペース性が劣ることになる傾向にある。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの目付は、100〜350g/ m2が好ましく、150〜250g/m2がより好ましい。ポリプロピレン系樹脂発泡シートの目付が100g/m2より小さい場合には、前記発泡倍率および厚みを得ようするとコア層の曲げ剛性も低下する傾向があり、350g/m2より大きい場合には、軽量性に劣る傾向にある。
本発明におけるポリプロピレン系樹脂発泡シートの表面は、繊維補強層と接着剤層で接合するために、コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、サンドブラスト、エアブラスト、ショットブラスト処理のようなブラスト処理(表面粗化)などの表面処理をされていることが好ましい。コロナ放電処理、プラズマ処理、紫外線照射処理、ブラスト処理などの表面処理を行うことにより、ポリプロピレン系樹脂発泡シートの表面を改質及び活性化し、良好な接着強度を得ることができる。
前述のように、ポリプロピレン系樹脂発泡シート等のポリオレフィン系樹脂シートは、表面の極性が小さく、化学的に安定で、有機溶剤に浸されることが少ないという性質を持っているため、発泡シートと異種の材料である無機繊維を積層するためには、無機繊維をポリプロピレン樹脂フィルム等の発泡シートと同種の樹脂フィルムとで複合シート化することによりこれまでは積層が可能とされてきたが、積層のために無機繊維とポリプロピレン系樹脂フィルムとを複合シート化する必要があり、加工工数が増大する欠点があった。
これに対して、発泡シートの表面処理により、接着剤層を介して発泡シートと異種の材料である無機繊維を積層することができるため、積層加工工数を大幅に削減できるだけではなく、無機繊維の積層による接着品質を安定化することができる。
本発明の表面改質処理としては、ブラスト処理(表面粗化)では、表層の粗面状態(凹凸)がマクロ的で顕著であり、表面性を損なう場合があるため、コロナ放電処理、プラズマ処理または紫外線照射処理が、接着性の保持と表面性の両立の観点より好ましい。
コロナ放電処理とは、コロナ放電が生ずる電界内にポリプロピレン系樹脂発泡シートを通過させ、樹脂表面の分子を改質させる方法である。
コロナ放電処理による表面処理は、例えば、以下のようになされる。コロナ処理装置は、高度に電気絶縁されたロールとロールに近接させて配置した線条の電極からなり、線条の電極は、高分子フィルムの幅に形成されていて、複数の碍子を会してフレームに固定されている。このような装置は、電極に高エネルギーを作用させてコロナ放電させ、ロール上を通されたポリプロピレン系樹脂発泡シートの表面にコロナ処理を施すことができる。
このときのエネルギーは、例えば、ポリプロピレン系樹脂発泡シート等のような場合は、100W・分/m以下でよく、コロナ放電処理の条件としては、処理材料の種類、装置構成によって最適条件が異なるため、条件の設定は困難であるが、接着性との関係で最適な条件に設定することが好ましい。
プラズマ処理としては、インラインでの連続処理が可能な方法として、大気圧プラズマ処理法があげられ、通常真空下でしか発生しないグロー放電状態を、電極表面に誘電体を近づけ、電極間に高周波電界を印加させ、He等の不活性ガスを放電ガスとして使用する条件にて、大気圧下で発生させ、それにより発生した活性種(ラジカル、イオン、電子等)による、有機物などの汚れ除去による洗浄効果、被着体に凸凹形状を形成する粗面効果、表面活性効果を利用する方法である。
紫外線照射処理とは、エネルギーの強い短波長の紫外線を利用し樹脂表面の分子を改質させる方法である。
本発明において、無機繊維を芯材層(ポリオレフィン系樹脂発泡シート)の補強材として用いることにより、特に成形後の成形体の寸法安定性、耐熱性および剛性を向上させることができる。
本発明における無機繊維としては、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、セラミック繊維、バサルト繊維、アルミナ繊維等が挙げられ、これらの無機繊維は同種または異種のものと混合して用いても良く、また、多層に積層して用いても良い。
無機繊維からなる補強材層としては、無機繊維を所定の長さに切断して無機繊維のチョップドストランドを得た後、多数の無機繊維のチョップドストランドを搬送コンベア上に均一に分散するように堆積させ、次いで、上方より熱可塑性樹脂エマルジョンからなるバインダー樹脂(繊維結束剤)を散布してから加熱、冷却することによって固着する無機繊維マット、および、無機繊維を解繊した状態でバインダー樹脂(繊維結束剤)である熱可塑性樹脂エマルジョンを含む水中に分散させ、これを掬い取り乾燥させる方法、いわゆる抄造法により得られる無機繊維ペーパーの、いずれも使用可能である。
本発明における無機繊維からなる補強材層を形成する無機繊維の繊維径は、直径1.0mm以下で、長さが30〜100mmであることが好ましい。この際の繊維の直径とは、断面形状が円形以外の場合は短径の長さを意味する。無機繊維の直径が1.0mmを超えると、成形品の表面に無機繊維の凹凸が出現し、外観を損なう傾向がある。成形品外観、繊維による補強効果発現、接着剤層との接合の点から、直径0.5mm以下のものがさらに好ましい。無機繊維の繊維長が30mmより短いと、要求される繊維補強効果が低下する傾向があり、100mmよりも長いと、繊維同士が絡まって均一分散できず、芯材層(樹脂発泡シート)と積層一体化するのが困難となる場合がある。なお、繊維長は、均一な長さに統一する必要性はなく、前記範囲の長さである場合、異なった繊維長であるものでも良い。
本発明における無機繊維からなる補強材層の厚さは、50〜500μmが好ましく、50〜300μmがより好ましい。補強材層の厚さが500μmを超えると、接着剤層を介して芯材層(樹脂発泡シート)と積層一体化するのが困難になる傾向にある。50μm未満の場合、要求される繊維補強効果が低下する傾向にある。
無機繊維からなる補強層の単位面性当りの質量(目付)は、20〜150g/m2が好ましく、30〜100g/m2がより好ましい。目付が20g/m2よりも軽くなると補強効果が低下する傾向があり、150g/m2よりも重くなると、製造単価が高くなると共に、得られる発泡積層シートのトータル目付が増加し、軽量性が損なわれる傾向がある。ここで、目付が20〜50g/m2程度の場合はガラス繊維ペーパーを用い、100g/m2近辺及びそれ以上の場合はガラスマットを用いるのが現実的である。
本発明における接着剤層は、芯材層である表面処理された連通構造を有するポリプロピレン系発泡シートと補強材層である無機繊維層とを接着する機能と、無機繊維の間に接着剤が含浸し、無機繊維同士を結束する繊維結束剤としての機能も併せ持つ。
繊維結束剤として接着剤により繊維結束された補強剤層は、芯材であるポリプロピレン系樹脂発泡シートに対し、室温及び80〜100℃の耐熱評価温度下において、圧倒的に高い剛性を有するものとなり、無機繊維が有する高い寸法安定性、低線膨張率によりポリプロピレン系樹脂発泡シートの動きを抑制できるため、80〜100℃の使用環境下で高い剛性と寸法安定性を得ることができる。
本発明における芯材層と補強材層とを接合する接着剤層としては、イソシアネート系、ウレタン系、エポキシ系等の熱硬化性接着剤が、安定的な接着性の発現と安定的な繊維結束の点から好ましい。これらの内でも、熱硬化型接着剤としては、液状の芳香族イソシアネ−ト系接着剤、水、触媒、必要に応じてポリオールからなる接着剤が、加工性、コストの点から好ましい。
芳香族ポリイソシアネートとしては、例えば、トリレンジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが挙げられ、ポリメチレンポリフェニルポリイソシアネートが加工性、コストの点から好ましい。
水は、芳香族ポリイソシアネート100重量部に対し、10〜50重量部が好ましく、15〜30重量部がより好ましい。
触媒としては、例えば、モノアミン、ジアミン及びトリアミンのようなアミンが挙げられる。触媒の使用量は、芳香族ポリイソシアネート100重量部に対し、0.1〜1.0重量部が好ましく、0.2〜0.5重量部がより好ましい。
ポリオールとしては、多価アルコール(例えば、エチレンギリコール、グリセリン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール、ソルビトール、等)、ポリエーテルポリオール、ポリエステルポリオールなどがあげられる。
ポリエーテルポリオールの例としては、例えば、多価アルコールに、アルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオール、脂肪族アミンにアルキレンオキサイドを付加したポリエーテルポリオールがあげられる。ポリエーテルポリオールの水酸基価は、10〜1000mgKOH/gが好ましく、300〜600mgKOH/gがより好ましい。
ポリオールの使用量は、ポリイソシアネート100重量部に対して、10重量部以下が好ましく、2〜5重量部がより好ましい。
本発明における芯材層と補強材層とを接合する接着剤層の量は、10〜80g/m2が好ましく、より好ましくは20〜50g/m2である。
本発明において、必要に応じて、表面の意匠性表皮を、無機繊維及び接着剤層からなる層の無機繊維側に配置することができる。表面意匠性の表皮としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン系の織布または不織布、ビニル系レザー、熱可塑性エラストマー系レザー、等があげられる。表面の意匠性表皮の厚さは、例えば、0.1〜4mmが好ましい。意匠性表皮の厚さが0.1mm未満の場合、表皮としての風合い/触感が損なわれる傾向があり、4mmを超える場合、成形時の形状発現性に不具合が生じる場合がある。
本発明における芯材層と補強材層とを接合する方法としては、例えば、表面改質処理された芯材層に補強材層を配置し、熱硬化型接着剤である液状の芳香族イソシアネ−ト系接着剤を補強材層の上から所定量をコーターやスプレー等の方法にて塗布および/または噴霧し、その後、水、触媒、必要に応じてポリオールが配合された硬化触媒を霧吹き状にて噴霧し、所定時間エージングを行った後、プレス、ロール等によって圧着、冷却する方法、等があげられる。この際、エージング時間およびプレス接合等の圧着による接着条件は、芯材層と補強材層の接着強度の品質および生産性の観点から、適宜条件選定できる。また、前述の圧着時には、必要に応じて、無機繊維側に意匠性表皮を配置してもよい。
本発明のポリオレフィン系発泡積層シート(1次発泡積層シート)である自動車内装材用基材から、賦形された自動車内装材を成型する方法としては、例えば、上下にヒーターを有する加熱炉の中央に、1次発泡積層シートをクランプして導き、成形に適した温度になるように加熱して2次発泡させた後、温度調節した金型にてプレス冷却し、賦形する方法が挙げられる。
本発明における成形方法の例としては、具体的には、例えば、プラグ成形、フリードローイング成形、プラグ・アンド・リッジ成形、リッジ成形、マッチド・モールド成形、ストレート成形、ドレープ成形、リバースドロー成形、エアスリップ成形、プラグアシスト成形、プラグアシストリバースドロー成形などの方法が挙げられる。
本発明における1次発泡積層シートの成形温度領域は、ポリプロピレン系樹脂発泡層の構成樹脂の融点よりも低い温度に設定することより、深絞り成形においても2次発泡積層シートに破れ等が発生せず、発泡層の破泡等による外観不良等がない良好な自動車内装材を得ることができる。具体的には、成形温度領域としては、135〜155℃が好ましく、140〜150℃がより好ましい。
ここで、1次積層発泡シートを加熱により2次発泡させる際には、2次発泡シートの厚みが、加熱前後で1次発泡シートの厚みに対して、1.2〜4倍になるよう2次発泡させることが好ましく、さらには1.5〜3倍に2次発泡させるのが好ましい。
以上、本発明に係る内装材用基材の実施態様を種々説明したが、本発明は上述の態様に限定されるものではない。また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲内で、当業者の知識に基づき、種々なる改良、変更、修正を加えた態様で実施し得るものである。
以下に、実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらにより何ら制限を受けるものではない。
なお、本発明で使用する数値については、以下の測定方法により測定される。
(加熱収縮率)
得られた成形体から、220mm角の評価用試験片を3枚切り出した後、23℃および50%RHの雰囲気中に24時間放置し、サンプルの片面に、長さ方向(MD方向)および巾方向(TD方向)に100mm間隔で200mmの標線をそれぞれ3本引き、標線間の初期寸法(L0)を測定しておく。
その後、85℃に設定された恒温槽中に24時間放置し、23℃および50%RHの雰囲気中で放冷してから、再度、標線間寸法(L1)を測定する。
それぞれの標線間寸法について下記式を用いて加熱寸法変化率を計算し、長さ方向および巾方向の相加平均の値を算出した。
Figure 2007045098
(線膨張係数)
以下に記載する実施例、比較例によって得られた成形体から300mm×40mmの試験片を長さ方向(MD方向)、巾方向(TD方向)それぞれ3枚切り出した後、85℃の恒温槽中24時間放置し、23℃および50%RHの雰囲気中で放冷し、23℃および50%RH雰囲気中にて、試験片に280mmの標線をつけ寸法(L23)を測定する。次に、この試験片を80℃恒温槽中に6時間放置後、80℃恒温槽中にて標線間寸法(L80)を測定する。次に、この試験片を自然放冷した後、0℃恒温槽中に6時間放置後、0℃恒温槽中にて標線間寸法(L0)を測定する。それぞれの試験片の標線間寸法について下記式を用いて線膨張係数を計算し、長さ方向(および巾方向の相加平均の値を算出した。
Figure 2007045098
(曲げ弾性勾配の測定)
得られた成形体から、150mm×50mmの試験片を、長さ方向(MD方向)、巾方向(TD方向)にそれぞれ3枚切り出した後、23℃および50%RHの雰囲気中に24時間放置した。
23℃および50%RHの雰囲気中で、島津製作所(株)製オートグラフD2000を用い、両端自由支持でスパン長100mmの中心部に、50mm/分の速度で荷重をかけていき、その荷重と歪の関係を示す曲線を得た。
得られた測定チャート曲線の加圧初期直線部分の歪量と曲げ荷重から、歪量1mm当りの曲げ荷重を算出し、曲げ弾性勾配とした。それぞれの試験片について測定を実施し、長さ方向、巾方向の相加平均の値を算出した。
(厚み)
得られた発泡シートまたは積層発泡シートに対し、幅方向に20ヵ所の厚さを測定し、その測定値の平均値を算出した。
(発泡倍率)
得られた1次原反の密度dfをJIS K7222に準じて測定し、別途、変性PPE系樹脂の密度dpをJIS K7112に準じて測定し、発泡倍率=dp/dfの式により算出した。
(連続気泡率)
得られた1次原反に対し、マルチピクノメーター(ベックマン社製)を用いて、ASTM D−2859に準じて測定し、独立気泡率(%)を求めた。さらに、連続気泡率(%)=100−独立気泡率の式を用いて計算し、連続気泡率とした。
(補強剤層と芯材層との接着強度)
得られた成形体から、25mm幅×150mm長さの評価用試験片を3枚切出した後、補強材層のみを短辺に平行に15mm引き剥がし、引き剥がされた補強材層及び芯材層を引張り試験機(島津製作所社製 オートグラフDSS−2000)のつかみ冶具に取り付け、引張り速さ200mm/minで引き剥がし、剥離強さを求めた。
(吸音特性)
得られた自動車内装材用基材(1次発泡積層シート)を加熱2次発泡させ、温度調節した金型にてプレス冷却し、賦形により得られた自動車内装材(2次発泡積層成形体)から、700mm×700mmの大きさの試験片を切り出し、以下の方法で残響室法吸音率測定を行い、実質的な室内騒音として関係する500〜6300Hzの周波数範囲における吸音率の和を吸音性能とした。
但し、各周波数における吸音率とは、1/3オクターブバンドの中心周波数における吸音率とした。
(残響室法吸音率)
JIS A 1409「残響室法吸音率の測定方法」に準じ、日東紡音響エンジニアリング(株)社製の不整形9m3残響室にて、集音マイク位置5点且つ各点n=3の計15点で測定した値の平均値を採用し、以下の式より吸音率を求めた。
Figure 2007045098
(ここで、α:残響室K法吸音率、V:残響室容積(m3)=9、T1:試料を入れたときの残響時間(秒)、T2:試料を入れないときの残響時間(秒)、c:音速(m/s)=331.5+0.6×t、t:残響室室温(℃)、S:測定試料面積(m2)=0.49を示す。)
(実施例1)
プロピレン単独重合体(三井化学(株)製、F113G、230℃でのメルフローインデックス(MI)=0.5g/10分)100部および、t−ブチルパーオキシイソプロピルモノカーボネート(パーオキシエステル系ラジカル重合開始剤、1分間半減期温度159℃)0.2部をリボンブレンダーで攪拌混合した配合物を、計量フィーダーで2軸押出機((株)日本製鋼所製、TEX44XCT−38)に供給し、液添ポンプを用いて押出機途中からイソプレン単量体1.0部を供給し、前記2軸押出機中で溶融混練することにより、改質ポリプロピレン系樹脂のペレットを得た。
なお、前記2軸押出機は、同方向2軸タイプで、スクリュー径が44mmφであり、最大スクリュー有効長(L/D)が38であった。この2軸押出機のシリンダー部の設定温度イソプレン単量体圧入以降は200℃とし、スクリュー回転速度を150rpmに設定した。
得られた改質ポリプロピレン系樹脂80部、ポリプロピレン樹脂20部(三井化学(株)製、F113G)および、気泡核剤としてタルク(三井化学(株)製、EVOLUE)0.1重量部をリボンブレンダーにて攪拌混合した配合物を、65−90mmφタンデム型押出機に供給し、230℃に設定した第1段押出機(65mmφ)中で溶融させた後、iso−ブタンを主成分とする発泡剤[iso−ブタン/n−ブタン=85/15(重量比)]を、前記改質ポリプロピレン系樹脂100部に対して6部圧入混合し、170℃に設定した第2弾押出機(90mmφ)中で冷却し、圧力10MPaでサーキュラーダイスにより大気圧下に押出し、引き取りロールを介して、巻取りロールにロール状に巻取り、一次厚み3.7mm、一次発泡倍率18倍、連続気泡率74%、目付け200g/m2のポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを繰り出し、コロナ放電処理機((株)グンゼ社製、XL)を用い、50W・分/mのエネルギー条件にてコロナ放電処理を施し、表面が改質処理されたポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
次いで、長さ40cm×幅40cm、目付100g/m2のガラスマット(日本電気硝子(株)製、ガラスチョップド・ストランドマット100−SH/G;ストランド径200μm)を、前記ポリプロピレン系樹脂発泡シート(長さ40cm×幅40cm)の両面に配置し、ガラスマットの上から、接着剤層としてポリメリックMDI(住化バイエルウレタン(株)製、SBUイソシアネート0418)をスプレー噴霧にて29g/m2塗布した。次いで、5重量%に希釈されたウレタン触媒を含有した水(住化バイエルウレタン(株)製、SBUキャタリストH544)10g/m2をスプレー噴霧で塗布し、1分間エージングした後、120℃に熱セットされた熱板にてプレス(熱板に挟み予熱時間として5分間経過させた後、圧力4.9MPa×1分間の条件にてプレスした)し、接着剤の硬化を促進し、芯材層と補強材層とが接合された目付460g/m2の自動車内装材用基材を得た。この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.5mmにてプレス成形し、厚さ3.5mmの平板状の成形品を得た。得られた成形品の加熱寸法変化率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定したところ、表1に示す結果であった。
(実施例2)
実施例1と同様の操作により得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを、大気圧プラズマ処理機((株)GSIクレオス/(株)グンゼ社製、AS021PV−150H)を用いたプラズマ処理にて、シート表面改質した発泡シートとした以外は、実施例1と同様の操作により、自動車内装材用基材を得た。なお、プラズマ処理は、マイクロ波発振装置として高周波出力400W、発振周波数2.45GHzの装置を用い、真空ポンプにより減圧、処理ガス(酸素)注入を繰り返し行って、置換後所定のガス圧(700Pa)に安定したところで、プラズマ処理を8秒間実施した。
得られた成形体から試験片を切り出し、加熱収縮率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度、吸音特性を測定した。得られた結果を、表1に示す。
(実施例3)
実施例1と同様に得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを、実施例1と同様の表面改質処理にて、シート表面が改質されたポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
次いで、長さ40cm×幅40cm、目付100g/m2のガラスマット(日本電気硝子(株)製、ガラスチョップド・ストランドマット100−SH/G)を、前記ポリプロピレン系樹脂発泡シート(長さ40cm×幅40cm)の両面に配置し、ガラスマットの上から、接着剤層としてイソシアネート(日本ポリウレタン工業(株)製、DRC−772)をスプレー噴霧にて60g/m2塗布した。次いで、7重量%に希釈されたウレタン触媒を含有した水(日本ポリウレタン工業(株)製、DRN−2118)18g/m2をスプレー噴霧にて塗布し、1分間エージングした後、120℃に熱セットされた熱板にてプレス(熱板に挟み予熱時間として5分間経過させた後、圧力4.9MPa×1分間の条件にてプレスした)し、接着剤の硬化を促進し、芯材層と補強材層とが接合された目付523g/m2の自動車内装材用基材を得た。この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.5mmにてプレス成形し、厚さ3.5mmの平板状の成形品を得た。
得られた成形体から試験片を切り出し、加熱収縮率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定した。得られた結果を、表1に示す。
(実施例4)
実施例1同様に、改質ポリプロピレン系樹脂のペレットを得た。
得られた改質ポリプロピレン系樹脂80部、ポリプロピレン樹脂20部(三井化学(株)製、F113G)および、気泡核剤としてタルク(三井化学(株)製、EVOLUE)0.2重量部をリボンブレンダーにて攪拌混合した配合物を、65−90mmφタンデム型押出機に供給し、230℃に設定した第1段押出機(65mmφ)中で溶融させた後、iso−ブタンを主成分とする発泡剤[iso−ブタン/n−ブタン=85/15(重量比)]を、前記改質ポリプロピレン系樹脂100部に対して6部圧入混合し、180℃に設定した第2弾押出機(90mmφ)中で冷却し、圧力10MPaでサーキュラーダイスにより大気圧下に押出し、引き取りロールを介して、巻取りロールにロール状に巻取り、一次厚み4.2mm、一次発泡倍率21倍、連続気泡率85%、目付け230g/m2のポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
このポリプロピレン系樹脂発泡シートを繰り出し、コロナ放電処理機((株)グンゼ社製、XL)を用い、60W・分/mのエネルギー条件にてコロナ放電処理を施し、表面処理されたポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
次いで、長さ40cm×幅40cm、目付50g/m2のガラスペーパー((株)キュムラス製、ガラス繊維径13μm)を、前記ポリプロピレン系樹脂発泡シート(長さ40cm×幅40cm)の両面に配置し、ガラスマットの上から、接着剤層として、ポリメリックMDI(住化バイエルウレタン(株)製、SBUイソシアネート0418)をスプレー噴霧にて29g/m2塗布した。次いで、5重量%のウレタン触媒を含有した水(住化バイエルウレタン(株)製、SBUキャタリストH544)をスプレーにて10g/m2の量塗布し、1分間エージングした後、120℃に熱セットされた熱板にてプレスし、接着剤の硬化を促進し、芯材層と補強材層とが接合された目付490g/m2の自動車内装材用基材を得た。この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.5mmにてプレス成形し、厚さ4.0mmの平板状の成形品を得た。得られた成形品の加熱寸法変化率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定したところ、表1に示す結果であった。
(実施例5)
実施例1と同様に、改質ポリプロピレン系樹脂のペレットを得た。
得られた改質ポリプロピレン系樹脂100部、気泡核剤としてタルク(三井化学(株)製、EVOLUE)0.5重量部をリボンブレンダーにて攪拌混合した配合物を、65−90mmφタンデム型押出機に供給し、230℃に設定した第1段押出機(65mmφ)中で溶融させた後、iso−ブタンを主成分とする発泡剤[iso−ブタン/n−ブタン=85/15(重量比)]を、前記改質ポリプロピレン系樹脂100部に対して2.8部圧入混合し、160℃に設定した第2弾押出機(90mmφ)中で冷却し、圧力12MPaでサーキュラーダイスにより大気圧下に押出し、引き取りロールを介して、巻取りロールにロール状に巻取り、一次厚み2.2mm、一次発泡倍率8倍、連続気泡率38%、目付け280g/m2のポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートを実施例1同様に、コロナ放電処理機((株)グンゼ社製、XL)を用い、コロナ放電処理を施し、表面が改質処理されたポリプロピレン系樹脂発泡シートを得た。
次いで、実施例1同様に、ガラスマットを、前記ポリプロピレン系樹脂発泡シートの両面に配置し、ガラスマットの上から、接着剤層としてポリメリックMDI(住化バイエルウレタン(株)製、SBUイソシアネート0418)をスプレー噴霧にて29g/m2塗布した。次いで、5重量%に希釈されたウレタン触媒を含有した水(住化バイエルウレタン(株)製、SBUキャタリストH544)10g/m2をスプレー噴霧で塗布し、1分間エージングした後、120℃に熱セットされた熱板にてプレス(熱板に挟み予熱時間として5分間経過させた後、圧力4.9MPa×1分間の条件にてプレスした)し、接着剤の硬化を促進し、芯材層と補強材層とが接合された目付460g/m2の自動車内装材用基材を得た。この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.0mmにてプレス成形し、厚さ3.0mmの平板状の成形品を得た。得られた成形品の加熱寸法変化率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定したところ、表1に示す結果であった。
(比較例1)
実施例1と同様の操作により得られたポリプロピレン系樹脂発泡シートに対して表面改質処理を施さずに用いた以外は、実施例1と同様の操作により、自動車内装材用基材を得た。
しかしながら、芯材層と補強材層との接合不十分な目付460g/m2の自動車内装材用基材しか得られなかった。この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.5mmにてプレス成形したが、ガラスマットとポリプロピレン系樹脂発泡シートとの間に接着不良に伴う浮きが発生し、外観良好な平板状の成形品を得ることができなかった。
この成形品の加熱寸法変化率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定したところ、表1に示す結果であった。
(比較例2)
実施例1と同様の操作によりポリプロピレン系樹脂発泡シートを得、表面改質処理を施さなかった。
一方で、長さ40cm×幅40cm、目付100g/m2のガラスマット(日本電気硝子(株)製、ガラスチョップド・ストランドマット100−SH/G)を、LLDPEフィルム(東セロ(株)製、TUX−TCS、目付:120g/m2)を用いて、150℃の加熱ロールを用いて熱ラミネートし、ガラスマットとLLDPEフィルムの複合シートを得た。
前記ポリプロピレン系樹脂発泡シート(長さ40cm×幅40cm)の片面に、前記ガラスマットとLLDPEフィルムからなる複合シートを配置し、150℃の加熱ロールを用いて熱ラミネートし、その後、複合シートが積層された発泡シートを反転させ、裏面側にも同様に、ガラスマットとLLDPEフィルムからなる複合シートを配置し、150℃の加熱ロールを用いて熱ラミネートし、両面にガラスマットとLLDPEフィルムからなる複合シートが積層された目付640g/m2の自動車内装材用基材を得た。前述の通り、この自動車内装材用基材は、まずガラスマットとLLDPEフィルムの複合シートを熱ラミネート工程で作製し、その後、発泡シートの片面に、この複合シートを熱ラミネートにより積層し、片面に複合シートが積層されたラミネートシートを作製する。その後、この発泡シートの片面に複合シートが積層されたシートを反転させ、もう一方の面に、複合シートを積層する。そのため、熱ラミネート工程を合計3回通す必要があり、加工工数が増大した。
その後、この自動車内装材用基材の表面加熱温度が約150℃になるよう加熱し、金型クリアランス3.5mmにてプレス成形し、厚さ3.5mmの平板状の成形品を得た。得られた成形品の加熱寸法変化率、線膨張係数、曲げ弾性勾配、補強剤層−芯材層間接着強度および吸音特性を測定したところ、表1に示す結果であった。
Figure 2007045098
本発明に係る自動車内装材用基材の1実施形態を示す部分断面説明図である。
符号の説明
10 表面処理されたポリオレフィン系樹脂発泡シート
12,14 接着剤層
16,18 補強層(無機繊維層)

Claims (9)

  1. 表面処理を施したポリオレフィン系樹脂発泡体からなる芯材層の両面に、接着剤層を介して、無機繊維からなる補強層を積層したことを特徴とする自動車内装材用基材。
  2. ポリオレフィン系樹脂発泡体が、連通気泡構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートであることを特徴とする、請求項1記載の自動車内装材用基材。
  3. 連通気泡構造を有するポリプロピレン系樹脂発泡シートの連続気泡率が55〜98%であることを特徴とする、請求項2記載の自動車内装材用基材。
  4. ポリオレフィン系樹脂発泡体の表面処理が、コロナ放電処理、プラズマ処理および紫外線照射処理の群からなる少なくとも一種の方法により施工されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
  5. 無機繊維からなる補強層が、ガラス繊維、カーボン繊維および鉱物系繊維よりなる群から選ばれる少なくとも一種の繊維からなることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
  6. 補強層を構成する無機繊維の繊維直径が1.0mm以下であり、長さが30〜100mmであることを特徴とする、請求項1〜5のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
  7. 補強層の厚さが50〜500μmであることを特徴とする、請求項1〜6のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
  8. 接着剤層が、イソシアネート系接着剤からなることを特徴する請求項1〜7のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
  9. 接着剤層の目付量が10〜80g/m2であることを特徴する請求項1〜8のいずれかに記載の自動車内装材用基材。
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