JP2012007260A - 発泡成形品補強材用不織布及び発泡成形品 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】密度が30〜50kg/m3である発泡ウレタン成型品の補強材として用いられる、7gf/cm2荷重と20gf/cm2荷重での厚さの比が1.04〜1.50である不織布。
【選択図】なし
Description
しかしながら、かかる補強材は、発泡ウレタン成形時の成形性が乏しいため、近年強く求められるに至っている意匠性が高く深絞り形状の発泡ウレタンを成形体に用いた場合、皺の発生や破れ等の欠陥が生じ、ここからウレタンの滲み出しにより、金属スプリングとの摩擦で擦過音の増大や破損が生じるという問題点を有している。
しかしながら、かかる補強材は低目付の緻密層と基材層を積層交絡処理する方法では、発泡剤の滲み出しは防止できるが、伸度が低く、大きな伸びに対応し難いため、成型時の型添い性が悪くなる問題点を有していた。更に、それぞれの層を作成後積層交絡処理するため、工程が煩雑化してコストアップになる問題がある。また、特許文献6には、単層のPBTスパンボンド不織布をカレンダー加工後ニードルパンチする方法も提案されているが、カレンダー加工により付与された剛直性(カレンダー加工により受けた熱履歴により結晶化が促進されたことが原因と考えられる)がニードルパンチ処理では柔軟化し難く、深絞り形状での型添い性がより劣る問題がある。
しかしながら、従来の補強材を用いると、発泡時にこの穴の部分を通って、外層側にウレタンの滲み出しが出ることが多くなり、異音発生などの原因となるために問題となってきている。
かかる方法では、加工工程の煩雑さは改善されるものの、片面が熱圧着されて剛直化しているので、複雑で凹凸が大きい深絞り形状の発泡ウレタン成形において、成形型への追従性が不充分となり、欠肉や皺の発生を充分防止することができない問題が残っている。
かかる方法では、収縮熱処理により緻密化されて、0〜35cc/cm3/秒の低通気度なものしか得られないため、複雑な深絞り形状の成型では、型添い性が劣り、仕上がり形状が悪くなる問題がある。又、工程が煩雑でコスト面で好ましくない。
かかる方法は、圧着部が不織布の厚み方向全体に及び、厚み断面方向に2層構造化されていないので、起毛ループ部分からウレタンの滲み出しが発生し易くなり、発泡成形用には適さない問題がある。
しかしながら、ファスナー材としては有用であるが、発泡成型品用補強材としては、型添い性が劣り仕上がり形状が悪くなり、発泡成形用には適さない場合がある。
しかしながら、この方法は、捲縮発現したバルキーな嵩高層にエンボス加工で部分的に圧着部を形成する方法で、かかる方法は、圧着部が不織布の厚み方向全体に及び、厚み断面方向に2層構造化されていないので、非エンボス部分から、特許文献10よりも滲み出しは改良されているものの、低目付ではウレタンの滲み出しが発生し易くなり、発泡成形用には問題がある。
1.密度が30〜50kg/m3である発泡ウレタン成型品の補強材として用いられる、7g/cm2荷重と20g/cm2荷重での厚さの比が1.04〜1.50である不織布。
2.目付が40〜120g/m2、フラジール通気度が50〜350cc/cm2/秒である上記1に記載の不織布。
2.主に繊度が1.5〜6.7dtexのポリエステル長繊維で構成されており、片面に圧着緻密化された凹状ドット構造を形成した緻密表面層を形成しており、該緻密表面層に突出繊維構造を形成している上記1または2に記載の不織布。
4.上記1〜3のいずれかに記載の不織布を補強材として用いた発泡成形品。
特に、補強材面に配線や補助部材取り付けなどを目的に穴を開けても穴の開口部近辺の発泡成分の漏れが少なく、軽量な発泡成形品の補強材用不織布及びそれを用いた発泡成形品の提供が可能となる。
本発明では、素材は特には限定されるものではないが、ポリエステルやポリオレフィンなどの価格が安価な汎用熱可塑性樹脂を使用することが推奨される。
本発明でのポリエステルとしては、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート(PCHT)、ポリトリメチオレンテレフタレート(PTT)、ポリ乳酸(PLA)などのホモポリエステル及びそれらの共重合ポリエステルなどが例示できる。また、ポリプロピレンやポリエチレンなどのポリオレフィン系材料なども使用可能である。
なお、本発明では、特性を低下させない範囲で、必要に応じて、抗酸化剤、耐光剤、着色剤、抗菌剤、難燃剤、親水化剤などの改質剤を添加できる。
また、原料が生物由来のエチレングリコールを成分として用いられるPETを用いても物性面で問題がないことも確認した。
ウレタン発泡時において、補強材用不織布は予めモールド型の内部に、ピンやマグネット、両面テープなどを用いて予めセットされてから、型を閉じてのち原料供給ゲートから混合液よりなる発泡ウレタン原料が供給される。この際のウレタン発泡圧力により補強材用不織布が型面に押し付けられることにより厚みが小さくなり、穴面から型と補強材用不織布界面にウレタンが漏れ出して、成型後のクッション表面側にウレタン漏れ層が暴露されることを防ぐことが可能になると考えられる。
例えば、ニードルパンチ加工においては、一般的には、突き刺し密度をある程度まで高くしたり、突き刺し深さを大きくとったりすることで厚さの比を大きくすることが可能であるが、適切な条件を超えると別の問題が発生する場合が多くなるので注意が必要である。
また、熱接着処理を行なう場合は、加工温度を低く設定したり、エンボス押さえ面積を小さくしたり、エンボス凸部深さを深くしたり、加工圧力を下げたり、加工速度をあげることにより厚みの比を大きくすることができるケースが多いと考えられる。これらの条件設定は、関連するパラメータの複合要因により支配されるため、当該者の経験を元に適切な条件を決定することが必要となる。
本発明の不織布の好ましい形態は、不織布片面に圧着緻密化された凹状ドット構造を形成した緻密表面層を形成し、該緻密表面層に突出繊維構造を形成した、見掛け密度0.06〜0.15g/cm3の不織布である。
なお、本発明では、緻密表面層(突出繊維構造を含む)以外の不織布層で、繊維が圧着されていない、又は圧着が不充分な、バルキーな構造を形成している部分を以下「嵩高層」と言う。
なお、本発明における突出繊維構造とは、交絡処理により突き出された繊維がループや切断繊維として不織布面から複数本の繊維が突き出された形態を総称して突出繊維構造という。
本発明では、発泡剤との境界面側に緻密表面層側を用いて成型し、突出繊維構造が発泡ウレタン層に埋設固化され、アンカー効果を発揮して、補強材と発泡ウレタン層間の強固な接合を可能としている。緻密表面層側に突出繊維構造を形成していない場合、発泡ウレタン層へのアンカー効果が不充分となり、磨耗や変形に対する接合強度の低下による補強材層が発泡層と剥離を生じて、擦過、屈曲、屈折音などの制音機能や補強効果が低下して、耐久性が劣る発泡成形品となるので、好ましくない。
本発明における連続長繊維の好ましい繊度は1.6〜4.4dtexであり、より好ましくは1.6〜3.5dtexである。短繊維不織布の場合は、異なる繊維径の繊維を複合することができるが、その場合はメジアンに相当する中間値で判断すればよい。
65℃雰囲気での破断伸度(DE65℃)が50%未満では、深絞り金型などの部分的に屈曲伸張が必要な金型成型での変形追随性が不充分になり、仕上がり形状が不良になったり、破れを生じたりする場合があり好ましくない。120%を越える場合、深絞り成型では、部分的な伸び過ぎによる皺や弛みを生じる場合があり、好ましくない。より好ましい65℃雰囲気での破断伸度(DE65℃)は、70〜100%である。
なお、本発明では、縦方向及び横方向共に上記力学特性を満足するのが好ましい。が、好ましい範囲を縦横の一方が外れる場合、縦/横比が0.7〜1.5の範囲であれば、好ましくはないが、成型時の形状追随性は許容される成型体を得ることは可能である。
65℃雰囲気での目付当りの5%伸張応力(σ65)が0.05{(N/5cm)/(g/m2)}未満では、発泡時の変形追随性が不均一になり、皺発生や形状不良を生じやすくなる場合があり好ましくない。0.35{(N/5cm)/(g/m2)}を越えると金型成型時の追随性が悪くなり、成型形状が不良になる場合があり好ましくない。より好ましい目付当りの5%伸張応力(σ65)は、0.08〜0.25{(N/5cm)/(g/m2)}である。
固有粘度が0.60〜0.65のポリエチレンテレフタレートを乾燥し、次いで、常法により溶融紡糸機にて紡糸を行う。吐出量は所望の繊度及び必要な配向度(Δn)を得るために、設定牽引速度に応じて設定する。例えば、Δn0.07で2dtexの繊維を得たい場合、紡糸速度を5000m/分、単孔吐出量を1g/分に設定する。
紡糸された吐出糸条はノズル直下〜10cm下で冷却風により冷却されつつ、下方に設置された牽引ジェットにて牽引細化されて固化する。牽引紡糸された長繊維は、下方に設置された吸引ネットコンベア上に振落されて所望の目付40〜140g/m2となるようウエブ化される。連続して、ウエブはバラケないように160〜210℃にて予備圧着されてハンドリング性を確保される。次いで、巻き取られ、又は、連続して、エンボス加工される。
本発明での好ましい交絡処理法として、ニードルパンチ処理が例示できる。ニードルパンチ条件としては、例えば、本発明での好ましい範囲である突き刺し密度(針密度)49本/cm2、針深度11mmにてニードルパンチ処理を行い、柔軟多孔化しつつ、圧着緻密表面層面に同時に平均突出繊維長約6mmの突出繊維構造を形成できる。
試料の任意の場所5点を選び、光学顕微鏡を用いて、単繊維径をn=20で測定して、全平均値(D)を求めた。同場所5点の繊維を取り出し、密度勾配管を用いて、繊維の比重をn=5で測定し、全平均値(ρ)を求めた。ついで、平均単繊維断面積と平均比重から1万mの重量に換算して繊度をdtexで示す。
JIS L 1906「単位面積当たりの質量」に準拠して測定した。
JIS L 1906「厚さ」に準拠し、荷重7gf/cm2および荷重20gf/cm2で測定した。
上記(2)と(3)で測定した目付と厚さ(荷重20gf/cm2)から下記式を用いて算出した。
見掛密度=目付÷(厚さ×1000)
任意の場所20点を選択して、単繊維を取り出し試料として、ニコン偏光顕微鏡OPTIPHOT−POL型を用いて、繊維径とレターゼーションを読み取り(各試料n=5)20点の平均値としての複屈折率を求めた。
引裂強さは、JIS L 1906 シングルタング法に準拠して測定した。また、本書本文中に用いられている5%伸長応力や伸び率もJIS L 1906「引張強さ及び伸び率」に準じて測定した。
JIS L 1096 8.27.1に準じたフラジール通気度測定機によって行った。
JIS L 1096 8.19.1A法に準拠して測定した、嵩高層面及び緻密表面層を上側にして測定した値の平均値で示す。
(9−1)不織布の圧着緻密面を目視観察して、凹状又は凸状を判断する。
(9−2)不織布の圧着面積率
任意の20箇所で30mm角に裁断し、SEMにて50倍の写真を撮る。撮影写真をA3サイズに印刷して圧着単位面積を切り抜き、面積(S0)を求める。次いで圧着単位面積内において圧着部のみを切り抜き圧着部面積(Sp)を求め、圧着面積率(P)を算出する。その圧着面積率P 20点の平均値を求めた。
P=Sp/S0 (n=20)
(9−3)圧着緻密層厚み[mm]
任意の20箇所で圧着緻密層を横切る断面に切断した断面をSEMにて、厚み方向の断面が全て視野に入る倍率(例えば30〜50倍)の断面写真を撮影して、緻密な層を表面緻密層と判断して厚みを測定する(図1参照)。
不織布のニードルパンチ打ち込み面の反対面に突出した繊維の有無を目視判定で行い、必要に応じ、代表される部分の突出繊維の1cm2当りの突出繊維長をスケールでn=20にて測定し(mm以下は4捨五入)、平均値で示す。
クッションパッド金型に所定の形状に切断し、φ30mmの穴を中央部に中心間隔が10cm間隔で3点空けた発泡成形品用補強材を形状に馴染ませるようにセットして、セット状態をセット性として官能評価し、次いで、MDI(ジフェニルメタン・ジ・イソシアネート)系2液ウレタン樹脂にて65℃のコールド発泡を行い、ウレタン密度約46kg/m3の成型品の評価を目視判定で行った。
(11−1)セット性
金型に馴染み易くセット容易:○、馴染み易いがセットし難い:△、馴染み難くセットし難い:×で官能評価した。
(11−2)滲み出し
成型品の補強材面にウレタンの滲み出しがなし:○、滲み出し微小:△、滲み出し明確にあり:×で目視判定した。全面と穴のまわり半径2cm分の2種類の評価を行なった。
(11−3)皺
成型品の補強材面に皺発生なし:○、微小な皺発生:△、皺が発生:×で目視判定した。
(11−4)浮き
成型品の補強材面に浮きが発生なし:○、微小な浮きあり:△、浮きあり:×で目視と触感で判定した。
(11−5)破れ
成型品の補強材面に破れなし:○、破れ直前:△、破れあり:×で目視判定した。
(11−6)剥離
成型品の補強材面と発泡体との境界剥離のし易さを、成型品の補強材端部を1cm剥離して、手で補強材を発泡体から引裂くときに、境界が剥離しない:○、境界剥離に近い剥離を生じる:△、境界で剥離する:×で官能目視判定した。
(11−7)型添い性
成型品の補強材面が金型形状どおりに成型されている:○、わずかに形状が一致しない:△、形状に一致しない部分がある:×で目視評価した。
(12−1)制音性
パッドを厚みが半分になるように押さえつけた際の、擦れ音を聞き、音が聞こえない:○、圧縮する瞬間のみわずかに音がする:△、圧縮時および回復時に音がする:×で官能評価した。
(12−2)耐磨耗性
成型品の補強材面側を、発泡体を含めて厚み5mmにスライスした試料を用いて、JIS L 0849に定義される方法により、摩擦試験機II型(学振型)を用いて、補強材面を摩擦面としてセットし、10分間磨耗させて、損傷の程度を目視判定で級別して評価した。損傷なし:5級、微小な損傷:4級、損傷少しあり:3級、損傷中程度:2級、損傷大:1級とした。5級及び4級を○、3級及び2級を△、1級を×とした。
(12−3)保形性
パッドを55cm角10ミリ鉄板上に置き、テンシロン(ボールドウィン社製UCT25T)で、同じ鉄板をロードセルに接合して接触する高さをHcmとすると、半分の高さまで圧縮回復(50%繰返し圧縮)を100回繰返し、補強材面の損傷状態を目視判定して以下の評価をした。○:損傷、剥離なし、△:剥離小、損傷なし、×:剥離あり、損傷あり。
固有粘度0.65のポリエチレンテレフタレート(以下PETと略す)を用い、紡糸温度283℃にて溶融紡糸し、紡糸速度4800m/分にて引取り、ネットコンベア上に振り落して3.3dtexの長繊維からなるウエブを得た。次いで、圧着面積率15%の円文様エンボスローラーを用いて、ローラー温度170℃、線圧30N/m、加工速度20m/分にて加工して、目付40g/m2の不織布Aを得た。同様にして、1.7dtexの不織布Bを得た。不織布Aおよび不織布Bを不織布製造時のネットコンベア側の面が外側になるよう積層してのち、オルガン社製FPD1−40Sのニードルを用いてニードル突き刺し密度(針密度)49本/cm2、針深度12mmでニードルパンチングして積層不織布を得た。荷重を変えた厚み比は1.21であった。
得られた不織布を用いた評価結果を表1に示す。
得られた不織布は、取扱性、滲み出し、皺、浮き、敗れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも、制音性、耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。
固有粘度0.65のPETを用い、紡糸温度283℃にて溶融紡糸し、紡糸速度4800m/分にて引取り、ネットコンベア上に振り落して2.2dtexの長繊維からなるウエブを得た。次いで、圧着面積率10%の楕円文様エンボスローラーを用いて、エンボスローラー温度50℃、対のフラットローラー温度220℃、線圧30N/m、加工速度20m/分にてフラットローラー面側表面をフラットな面処理とエンボス文様を印加加工して、目付60g/m2の不織布を得た。次いで、反エンボス文様付与面より、オルガン社製FPD1−40Sのニードルを用いてニードル突き刺し密度(針密度)49本/cm2、針深度12mmでニードルパンチングし、片面に圧着緻密化された凹状ドット構造を形成した緻密表面層を形成しており、該緻密表面層に突出繊維構造を形成している不織布を得た。荷重を変えた厚み比1.31であった。
得られた不織布を用いた評価結果を表1に示す。
得られた不織布は、取扱性、滲み出し、皺、浮き、破れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも、制音性、耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。
固有粘度0.60のポリブチレンテレフタレート(以下PBT)を用い、紡糸温度275℃にて溶融紡糸し、紡糸速度3600m/分にて引取り、ネットコンベア上に振り落して2.2dtexの長繊維からなるウエブを得た。次いで、圧着面積率10%の楕円文様エンボスローラーを用いて、ローラー温度150℃、線圧30N/m、加工速度20m/分にてフラットローラー面側表面をフラットな面処理とエンボス文様を印加加工して、目付80g/m2の不織布を得た。次いで、反エンボス文様付与面より、オルガン社製FPD1−40Sのニードルを用いてニードル突き刺し密度(針密度)49本/cm2、針深度10mmでニードルパンチングし、片面に圧着緻密化された凹状ドット構造を形成した緻密表面層を形成しており、該緻密表面層に突出繊維構造を形成している不織布を得た。荷重を変えた厚み比1.18であった。
得られた不織布を用いた評価結果を表1に示す。
得られた不織布は、取扱性、滲み出し、皺、浮き、破れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも、制音性、耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。
実施例1で用いた不織布Bの上に、クロスレーヤにより40g/m2のサイドバイサイド立体捲縮タイプの短繊維を30%含む4.4dtexの短繊維ウェブを置いてのち、短繊維web面よりニードルパンチ加工によりニードル突き刺し密度(針密度)40本/cm2、針深度8mmでニードルパンチングしてのち、反対面にも、4.4dtexの短繊維ウェブ40g/m2を置いて、その面から再び突き刺し密度(針密度)70本/cm2、針深度12mmでニードルパンチング加工を行なった。荷重を変えた厚み比1.07であった。
得られた不織布を用いた評価結果を表1に示す。
得られた不織布は、取扱性、滲み出し、皺、浮き、破れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも、制音性、耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。
目付100g/m2の補強材(三井化学株式会社製タフネル)を用いて発泡試験を行なった。厚み比1.03の補強材を得た。評価結果を表1に示す。
取扱性、皺、浮き、破れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。しかしながら、発泡時に穴周辺から滲みだしを生じていたため、クッション層を圧縮時に摩擦音が発生した。
市販の繊度3.3dtex、目付40g/m2のポリプロピレン(以下PP)素材の長繊維不織布の上に、クロスレーヤにより50g/m2の4.4dtexの短繊維ウェブを置いてのち、短繊維ウェブ面よりニードルパンチ加工によりニードル突き刺し密度(針密度)50本/cm2、針深度8mmでニードルパンチングしてのち、反対面にも、4.4dtexの50g/m2短繊維ウェブを置いてニードル突き刺し密度(針密度)70本/cm2、針深度10mmでニードルパンチング加工を行なった。厚み比1.03の補強材を得た。評価結果を表1に示す。
取扱性、皺、浮き、破れ、剥離せず、型添いも良好な成型性を示し、性能評価でも耐磨耗性、保形性とも良好な性能を示すクッション材であった。しかしながら、発泡時に穴周辺から滲みだしを生じていたため、クッション層を圧縮時に摩擦音が発生した。
実施例1ポリプロピレン樹脂を用いて230度℃で紡糸した以外はと類似の方法により、不織布Aおよび不織布Bを得た。次いで、圧着面積率15%の円文様エンボスローラーを用いて、エンボスローラー温度100℃、線圧30N/m、加工速度20m/分にてフラットローラー面側表面をフラットな面処理とエンボス文様を印加加工して、不織布積層してのち、オルガン社製FPD1−40Sのニードルを用いてニードル突き刺し密度(針密度)80本/cm2、針深度8mmでニードルパンチングして積層不織布を得た。荷重を変えた厚み比1.03であった。
発泡時に穴周辺から滲みだしを生じており、クッション層を圧縮時に摩擦音が発生した。
実施例2と類似の方法により1層の密度勾配をもつ40gsmの不織布を得た。エンボスローラー温度120℃で熱、オルガン社製FPD1−40Sのニードルを用いてニードル突き刺し密度(針密度)36本/cm2、針深度8mmでニードルパンチング加工した。荷重を変えた厚み比1.02であった。
発泡時に穴周辺から滲みだしを生じていたため、クッション層を圧縮時に摩擦音が発生した。
Claims (4)
- 密度が30〜50kg/m3である発泡ウレタン成型品の補強材として用いられる、7gf/cm2荷重と20gf/cm2荷重での厚さの比が1.04〜1.50である不織布。
- 目付が40〜120g/m2、フラジール通気度が50〜350cc/cm2/秒である請求項1に記載の不織布。
- 主に繊度が1.5〜6.7dtexのポリエステル長繊維で構成されており、片面に圧着緻密化された凹状ドット構造を形成した緻密表面層を形成しており、該緻密表面層に突出繊維構造を形成している請求項1または2に記載の不織布。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の不織布を補強材として用いた発泡成形品。
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