JP2013170321A - 車両用内装材 - Google Patents

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Abstract

【課題】意匠性を維持し、剛性が高く耐熱変形性に優れた車両用内装材を提供する。
【解決手段】車両内部の形状に合わせて絞り成形して敷設される車両用内装材であって、表層1、中間層2、裏層3が積層して構成され、表層1の低融点繊維の割合は1〜15質量%、中融点繊維の割合は15〜55質量%、高融点繊維の割合は40〜80質量%、中間層2の低融点繊維の割合は10〜50質量%、中融点繊維の割合は40〜75質量%、高融点繊維の割合は5〜40質量%、裏層3の低融点繊維の割合は1〜15質量%、中融点繊維の割合は15〜55質量%、高融点繊維の割合は40〜80質量%であり、少なくとも一部の低融点繊維の表面の樹脂が溶融して繊維同士の架橋点を点状に融着しており、少なくとも一部の中融点繊維が溶融して他の繊維同士の間に面状に融着している車両用内装材。
【選択図】図1

Description

本発明は、複数種類の繊維によって構成される三つの層を積層してなる車両用内装材に関する。
従来より車両の荷室等を構成するパネルに対して、繊維から成る内装材を設置することで意匠性や吸音性を得ることが知られている。車両の荷室等は深い凹凸形状を有し、それに沿う形状の内装材が必要なので、内装材には優れた絞り成形性が求められる。また、軽量に構成する必要もある。さらに車両が炎天下に長時間おかれた場合でも変形が生じないように、耐熱変形性も必要である。
このような観点から、車両用内装材として複数の繊維からなる繊維積層体を用いることが知られている。例えば特許文献1には、ポリエステル系繊維(高融点繊維)と、繊維間の融着を目的とするポリプロピレン系繊維(中融点繊維)を所定比率で混合した三層の繊維積層体からなる車両用内装材が開示されている。この内装材は、加熱によりポリプロピレン系繊維(中融点繊維)を部分的に溶融した状態とし、積層体をプレス成形で所望形状に成形することで、ポリエステル系繊維(高融点繊維)がその形状で固まることを助長する機能(保形性)を持つとされている。
しかし、発明者らが検討した結果、特許文献1の内装材は、高融点繊維間を部分的に溶融した中融点繊維が融着するだけなので、車両用内装材の剛性が不足する。
特許文献2には、高軟化点ポリエステル系ステープル繊維と低軟化点ポリエステル系ステープル繊維(熱融着繊維)を含む繊維積層体からなる自動車用トランクフロアカーペットが開示されている。このフロアカーペットは、繊維の交点が熱融着繊維によって接着され、接着点により繊維間の拘束がなされるので、剛性が向上するとされている。
しかし、発明者らが検討した結果、特許文献2のフロアカーペットは、低融点コポリエステルが表面の一部を占める芯鞘型の熱融着繊維のみにより繊維間を拘束するので、繊維積層体が高温下におかれた場合、低融点コポリエステルが軟化して繊維間の拘束がゆるんでしまうおそれがあり、耐熱性が懸念される。
特許2617414号 特許3610668号
本発明の目的は、意匠性(手触り感を含む)を維持しながら剛性が高く、かつ耐熱変形性に優れた車両用内装材を提供することにある。
本発明は、車両内部の形状に合わせて絞り成形して敷設される車両用内装材であって、
表層、中間層及び裏層の三層が積層して構成され、
前記表層、前記中間層及び前記裏層の三層は、中融点繊維と、前記中融点繊維よりも融点が高い高融点繊維と、前記中融点繊維よりも融点が低い樹脂を少なくとも表面に有する低融点繊維とからなり、
前記表層における前記低融点繊維の割合は1〜15質量%、前記中融点繊維の割合は15〜55質量%、前記高融点繊維の割合は40〜80質量%であり、
前記中間層における前記低融点繊維の割合は10〜50質量%、前記中融点繊維の割合は40〜75質量%、前記高融点繊維の割合は5〜40質量%であり、
前記裏層における前記低融点繊維の割合は1〜15質量%、前記中融点繊維の割合は15〜55質量%、前記高融点繊維の割合は40〜80質量%であり、
少なくとも一部の前記低融点繊維の表面の樹脂が溶融して、繊維同士の架橋点を点状に融着しており、
少なくとも一部の前記中融点繊維が溶融して、他の繊維同士の間に面状に融着していることを特徴とする車両用内装材である。
本発明においては、低融点繊維の表面の樹脂が溶融して繊維同士の架橋点を点状に融着するので、この点状融着箇所により剛性が向上する。また中融点繊維が溶融して繊維同士の間に面状に融着するので、この面状融着箇所により耐熱性(特に耐熱変形性)が向上する。その結果、意匠性(手触り感を含む)を維持しながら剛性が高く、かつ耐熱変形性に優れた車両用内装材を提供できる。
本発明の車両用内装材を構成する繊維積層体の一例を示す模式的断面図である。 本発明の車両用内装材の一例を示す断面写真である。 繊維の融着部の詳細を示す断面写真である。 実施例における耐熱試験の評価ポイントを示す図である。
図1は、本発明の車両用内装材を構成する繊維積層体の一例を示す模式的断面図である。この繊維積層体は、表層1と、中間層2と、裏層3の三層をこの順で積層した構成からなる。各層1〜3は実質的に繊維のみから構成されるので、配合の調整がし易く、深い絞り成形に適し、軽量で吸音性に優れた車両用内装材が得られる。また、熱変形性に優れた表層1及び裏層3で中間層2を挟持するサンドイッチ構造からなるので、加熱時の反りも生じ難い。
表層1、中間層2及び裏層3の三層は、中融点繊維と、中融点繊維よりも融点が高い高融点繊維と、中融点繊維よりも融点が低い樹脂を少なくとも表面に有する低融点繊維とからなる。これら三種類の繊維を特定割合で配合して各層1〜3を形成し、繊維積層体を加熱して絞り成形することにより、各繊維が各々異なる作用を奏し、その結果全体として優れた性能を有する内装材が得られる。具体的には、高融点繊維は本質的な構成材(基本繊維)として機能し、中融点繊維は他の繊維同士の面状融着の為に機能し、低融点繊維は繊維同士の架橋の為に機能する。
図2は、本発明の車両用内装材の一例を示す断面写真(50倍)である。中間層2は、表層1及び裏層3よりも溶融成分(低融点繊維、中融点繊維)の割合が高いので、予備加熱や絞り成形を行った後は繊維間が溶融成分によって密に詰まり、密度が高くなり、硬い層になっている。一方、表層1及び裏層3は溶融成分(低融点繊維、中融点繊維)の割合が低いので、繊維間に空隙が多く残り、密度が低く、意匠的な風合いが良好な層になっている。
車両用内装材は、繊維積層体全体としての適度な通気度を有する。通気度は内装材の吸音性能に影響するので、内装材を敷設する車両の要求に合わせて調整すれば良い。繊維のみから構成した積層体は、繊維の径や集積度を変えることで通気度を容易に調整できる。通気度は、通常70〜120cm3/cm2/secが好ましい。この通気度はJIS L1096に準じて測定した値である。
表層1、中間層2及び裏層3の単位面積質量(目付け)は、各々50〜300g/m2、300〜900g/m2、30〜300g/m2が好ましい。表層1及び裏層3の合計単位面積質量は、中間層2の単位面積質量の30〜90%であることが好ましい。また、熱変形により生じる反りの抑制の点から、表層1と裏層3の単位面積質量の差0は±50g/m2以内であることが好ましい。
表層1、中間層2及び裏層3の厚さは、各々0.3〜1.2mm、1.2〜6.4mm、0.3〜1.2mmが好ましい。このように中間層2よりも表層1及び裏層3が薄いサンドイッチ構造においては、表層1及び裏層3中の高融点繊維の割合を高めることにより、繊維積層体全体の剛性を向上できる。
以下、各層1〜3を構成する三種の繊維について説明する。
<中融点繊維>
中融点繊維は、繊維積層体の予備加熱や絞り成形の際に溶融して、他の繊維間を面状に融着する機能を有する。具体的には、中融点繊維は繊維積層体の成形時の予備加熱(200℃程度)等によって溶融し、絞り成形時の圧力で面状に広がって、隣接する他の繊維(高融点繊維や低融点繊維が芯鞘繊維の場合の芯)同士を面状に融着するバインダーとなる。これにより、車両内装材の耐熱変形性、剛性を向上できる。
中融点繊維としては、例えば、車両用内装材の耐熱試験温度として一般的な80〜90℃においても軟化が生じないものを使用する。特に、中融点繊維の軟化点は140〜160℃が好ましく、145〜155℃がより好ましい。また、融点は150〜180℃が好ましく、155〜165℃がより好ましい。
中融点繊維の具体例としては、ポリプロピレン樹脂繊維(融点160〜165℃)が挙げられる。繊維径は3〜12デシテックス程度が好ましく、平均繊維長は30〜120mm程度が好ましい。ポリプロピレン樹脂繊維は軽量な繊維なので、軽量化の効果も得られる。ただし、ポリプロピレン樹脂繊維以外の繊維であっても、同程度の融点や繊維径を有するものであれば好適に使用できる。
<高融点繊維>
高融点繊維は、中融点繊維よりも融点が高い繊維である。繊維積層体の成形時の予備加熱や絞り成形時においても溶融せず、内装材を構成する基本繊維の役割を担うものである。高融点繊維の融点は、235〜265℃が好ましく、240〜260℃がより好ましい。
高融点繊維としては、従来より車両用内装材の用途に使用可能なことが知られている各種の繊維を用いることができる。その好適な具体例としては、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維(融点255〜260℃)が挙げられる。高融点繊維の繊維径は1〜10デシテックス程度が好ましく、平均繊維長は30〜120mm程度が好ましい。ただし、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維以外の繊維であっても、同程度の融点や繊維径を有するものであれば好適に使用できる。
<低融点繊維>
低融点繊維は、中融点繊維よりも融点が低い樹脂(低融点樹脂)を少なくとも表面に有する繊維である。低融点繊維の表面の樹脂は、繊維積層体の予備加熱や絞り成形の際に溶融して、繊維同士の架橋点を点状に融着する機能を有する。具体的には、低融点繊維の表面の低融点樹脂は繊維積層体の成形時の予備加熱(200℃程度)等によって溶融し、隣接する繊維(高融点繊維や低融点繊維が芯鞘繊維の場合の芯)同士を点状に架橋融着するバインダーとなる。これにより、例えばニードルパンチによって絡み合った低融点繊維と高融点繊維との交絡点を低融点樹脂が点状に融着する。そして、この低融点繊維の点状の融着箇所により剛性を向上できる。
低融点繊維としては、例えば、芯鞘構造又はサイドバイサイド構造のコンジュゲート構造繊維を使用できる。中でも、高融点繊維(特に併用する高融点繊維と同種の繊維)を芯とし、低融点樹脂を表面に鞘状に有する芯鞘構造の繊維が好ましい。このような芯鞘構造繊維を使用する場合、その芯部は溶融せずに、高融点繊維と共に内装材を構成する基本繊維の役割を担うことができる。
芯鞘構造の繊維の芯部としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート系繊維、ポリブチレンテレフタレート系繊維、ポリエチレンナフタレート系繊維を使用できる。芯部の融点の好適範囲は先に説明した高融点繊維の場合と同様である。特に入手容易性や融点の点から、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維が好ましい。鞘部の低融点樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレートにイソフタル酸等の単量体を共重合させて融点を低下させたポリエステル系熱融着性樹脂を好適に使用できる。低融点樹脂の軟化点は80〜100℃が好ましく、融点は100〜120℃が好ましい。
また、低融点繊維の繊維径は1〜10デシテックス程度が好ましく、平均繊維長は30〜120mm程度が好ましい。
<中融点繊維と低融点繊維の作用の違い>
中融点繊維は全融タイプの繊維であり、溶融して他の繊維同士の間に面状に融着するので、主に耐熱性(特に耐熱変形性)の向上に大きく寄与する。一方、低融点繊維は、その表面の低融点樹脂が溶融して繊維同士の架橋点を点状に融着するので、主に剛性の向上に大きく寄与する。
耐熱性の観点から両繊維を比較すると、中融点繊維は、先に述べた通り車両用内装材の耐熱試験温度(80〜90℃)においても軟化が生じない程度の耐熱性を有するものであり、しかも繊維間を面状に融着するので、繊維同士のずれの抑制によっても耐熱変形性を向上できる。一方、低融点繊維の融点や軟化点が例えば110℃近傍の範囲にあると、車両用内装材の耐熱試験温度(80〜90℃)でいくらかの軟化が生じる。また、繊維間を点状に融着するだけなので、繊維同士のずれの抑制の点では中融点繊維よりも不利である。
剛性の観点から両繊維を比較すると、面状に融着する中融点繊維よりも、点状に融着する低融点繊維の方が剛性に大きく寄与する。
各層に応じて好適な割合は異なるが、中融点繊維については、繊維間に十分に面状融着できるように層中の割合を比較的高くし、低融点繊維については、層中の割合が高過ぎると耐熱性が低下するので、比較的低い割合にすると良い。
図3(a)〜(c)は繊維の融着部の詳細を示す断面写真である。ここでは、繊維と繊維の間が点状に繋がれた点状融着部と、繊維と繊維の間が面状に繋がれた面状融着部が混在していることが分かる。
点状融着部とは、低融点繊維の表面の樹脂が溶融して、例えば低融点繊維の芯部同士の交絡点あるいは低融点繊維の芯部と高融点繊維の交絡点が、その樹脂によって融着している部分である。一方、面状融着部とは、中融点繊維が溶融してその繊維形状を留めることなく、絞り成形時の圧力で溶融繊維が面状に広がった塊部分である。この面状の塊部分中にも高融点繊維や低融点繊維が存在するので、隣接する高融点繊維同士、隣接する低融点繊維の芯部同士、あるいは隣接する高融点繊維と低融点繊維の芯部とが、面状の塊部分をバインダーとして融着することになる。点状融着部は主として剛性の向上に寄与し、面状融着部は主として耐熱性(特に耐熱変形性)に寄与し、その結果、剛性及び耐熱性の両方をバランス良く高めることができる。
<各繊維の割合>
表層及び裏層における低融点繊維の割合は1〜15質量%、中融点繊維の割合は15〜55質量%、高融点繊維の割合は40〜80質量%である。このように高融点繊維の割合を比較的高くすることにより意匠性や手触り感を向上し、かつ低融点繊維と中融点繊維を併用することにより剛性及び耐熱性のバランスをとることができる。
表層及び裏層における低融点繊維の割合が上記範囲より低いと剛性が低下し、上記範囲を超えると耐熱性が悪化する。なお、低融点繊維を使用しない場合は、表面繊維が抜け易いという問題も生じる。また、高融点繊維の割合が上記範囲より低いと相対的に低融点繊維及び中融点繊維の割合が高くなり、成形時に溶融して非繊維形態化が進むので、意匠性や手触り感が悪化する。
中間層における低融点繊維の割合は10〜50質量%、中融点繊維の割合は40〜75質量%、高融点繊維の割合は5〜40質量%である。このように低融点繊維の割合を表層や裏層よりも高くして剛性を高めれば、内装材全体の保形機能を担うことができる。すなわち、三層からなるサンドイッチ構造のうち、表層及び裏層は主として耐熱変形性を向上する役割を果たし、中間層は高い剛性によって保形性を向上する役割を果たすことができる。中間層における低融点繊維の割合が上記範囲より低いと剛性が低下し、上記範囲を超えると耐熱性が悪化する。
<車両用内装材の製造方法>
三層を積層一体化して繊維積層体を得る為の方法としては、例えば、高融点繊維、中融点繊維及び低融点繊維を各々所定割合で混合して三種のウェブ(表層、中間層、裏層)を作製し、表層、中間層、裏層の順となるように積層してニードルパンチにより一体化する方法がある。また、各層を各々予備的に軽くニードルパンチ処理しておき、次いで三層を重ねて仕上げのニードルパンチを行って積層一体化する方法もある。
繊維積層体を成形して車両用内装材を得る為の方法としては、例えば、繊維積層体を予備加熱し、これを雌雄対のプレス成形型内に配置して所望の形状に絞り成形する方法がある。この方法は、中融点繊維及び低融点繊維が溶融する温度でかつ高融点繊維が溶融しない温度で行えば良い。このような絞り成形によって、車両内部の形状(例えば自動車の荷室のパネル形状)に合わせた形状の車両用内装材が得られ、そのパネル等の上に車両用内装材を敷設できる。
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明する。
<実施例1〜7、比較例1〜10>
高融点繊維として、ポリエチレンテレフタレート樹脂繊維(融点255〜260℃、平均繊維長51mm、繊維径3.3デシテックス)、中融点繊維として、ポリプロピレン樹脂繊維(融点160〜165℃、平均繊維長64mm、繊維径6.6デシテックス)、低融点繊維として、芯部がポリエチレンテレフタレート樹脂(融点255〜265℃)、鞘部がポリエステル系共重合(融点110℃)の芯鞘繊維(平均繊維長51mm、繊維径4.4デシテックス)を用意した。
各繊維を表1及び表2に示す割合で表層用、中間層用、裏層用に配合混繊し、続いて、各層の繊維をニードリングにより絡合し、三層を重ね、軽いニードリングを行って各層の繊維同士を絡めて三層が相互に分離しないようにして原反(三層構成の繊維積層体)を得た。この原反の各層の単位面積質量(目付け)は、表層が150g/m2、中間層が425g/m2、裏層が125g/m2、繊維積層体全体が700g/m2とした。
この原反を200℃、60秒間で通気予備加熱し、雌雄対のプレス成形型(冷型)の間にクランプし、厚さ1.5mmに絞り成形した。その後自然冷却して成形形状を固定し、典型的な自動車の荷室の側壁に相当する形状[図4に示す形状。展開率(面沿い表面積/投影面積)は1.50]の車両用内装材を得た。
実施例及び比較例で得た車両用内装材に関して以下の評価を行った。
[意匠性]
目視による外観と手触り感により、以下の規準で意匠性を評価した。
「○」:繊維質の見栄え及び質感が維持されており、手で触った時の溶融繊維によるザラザラ感が無い。
「△」:繊維質の見栄え及び質感が維持されているが、繊維の抜けが有る。
「×」:繊維の溶融成分が目立ち、手で触った時に溶融繊維によるザラザラ感が有る。
[曲げ弾性勾配(曲げに対する強さ)]
内装材を50mm×150mmの短冊状に切り取って、複数の試験片を得た。ここでは、繊維積層体を積層した際のウェブ送り方向(縦方向)が長手方向となる試験片、及び、その幅方向(横方向)が長手方向となる試験片の各々を作製した。この試験片をスパン50mmの支持片間に架橋させるよう配置し、中央上方から50mm/minの速度で荷重を加え、〜2.5mm変形時までの曲げ弾性勾配の最大値(N/50mm/cm)を求め、以下の基準で曲げ弾性勾配(曲げに対する強さ)を評価した。
「◎」:曲げ弾性勾配が9.0(N/50mm/cm)以上である。この範囲内であれば内装材として十分な剛性が有る。
「△」:曲げ弾性勾配が9.0(N/50mm/cm)未満、6.0(N/50mm/cm)以上である。この範囲内であれば内装材としての剛性の要件を満たす。
「×」:曲げ弾性勾配が6.0(N/50mm/cm)未満である。この範囲内では内装材としての剛性が不足し、ぶかつきやたわみが生じ易い。
[耐熱変形性]
図4に示す形状に成形した内装材を、実車での組み付け状況と同様にして、所定部材に5箇所固定し(図中の○印が固定点)、80℃、400時間の耐熱試験に供した。試験後の内装材の変形量を内装材の周縁の13箇所で測定し(図中の1〜13が測定点)、その絶対値の総和を求め、以下の基準で耐熱変形性を評価した。
「○」:変形量の総和の平均が15mm未満である。この範囲は従来の内装材よりも優れた値である。
「×」:変形量の総和の平均が15mm以上である。この範囲は従来の内装材と同等かそれ以下の値である。
[総合判定]
意匠性、剛性、耐熱変形性の各項目が全て◎又は○である場合は総合判定を○(車両用内装材として適するもの)とし、各評価項目のうち一つでも△以下がある場合は総合判定を×(車両用内装材として不適なもの)とした。
[評価結果]
表1に示すように、各実施例は意匠性、曲げ弾性(勾配)、耐熱変形性の全ての特性が優れていた。
一方、表2に示すように、比較例1は、表層及び裏層に低融点繊維を使用しなかったので、意匠性、曲げ弾性(勾配)が劣っていた。比較例2は、表層及び裏層の低融点繊維の割合が高過ぎるので、意匠性、耐熱変形性が劣っていた。比較例3は、表層及び裏層の高融点繊維の割合が低過ぎるので、意匠性、耐熱変形性が劣っていた。比較例4は、表層及び裏層の中融点繊維の割合が低過ぎるので、耐熱変形性が劣っていた。比較例5は、表層及び裏層の中融点繊維の割合が高過ぎ、高融点繊維の割合が低過ぎるので、意匠性が劣っていた。比較例6は、表層及び裏層の高融点繊維の割合が高過ぎるので、意匠性、曲げ弾性(勾配)、耐熱変形性が劣っていた。
また比較例7は、中間層の低融点繊維の割合が低過ぎるので、耐熱変形性が劣っていた。比較例8は、中間層の低融点繊維の割合が高過ぎ、高融点繊維を使用しなかったので、耐熱変形性が劣っていた。比較例9は、中間層の中融点繊維の割合が低過ぎ、高融点繊維の割合が高過ぎるので、耐熱変形性が劣っていた。比較例10は、中間層の中融点繊維の割合が高過ぎるので、耐熱変形性が劣っていた。
本発明の内装材は、意匠性、剛性、耐熱変形性に優れているので、各種の車両の内装材として広く利用可能である。例えば自動車の荷台のパネル(トランクフロア)上に敷設されるフロアカーペットなど、深い凹凸形状を有する面に敷設される内装材であって意匠性や耐熱変形性も要求される用途に特に有用である。

Claims (2)

  1. 車両内部の形状に合わせて絞り成形して敷設される車両用内装材であって、
    表層、中間層及び裏層の三層が積層して構成され、
    前記表層、前記中間層及び前記裏層の三層は、中融点繊維と、前記中融点繊維よりも融点が高い高融点繊維と、前記中融点繊維よりも融点が低い樹脂を少なくとも表面に有する低融点繊維とからなり、
    前記表層における前記低融点繊維の割合は1〜15質量%、前記中融点繊維の割合は15〜55質量%、前記高融点繊維の割合は40〜80質量%であり、
    前記中間層における前記低融点繊維の割合は10〜50質量%、前記中融点繊維の割合は40〜75質量%、前記高融点繊維の割合は5〜40質量%であり、
    前記裏層における前記低融点繊維の割合は1〜15質量%、前記中融点繊維の割合は15〜55質量%、前記高融点繊維の割合は40〜80質量%であり、
    少なくとも一部の前記低融点繊維の表面の樹脂が溶融して、繊維同士の架橋点を点状に融着しており、
    少なくとも一部の前記中融点繊維が溶融して、他の繊維同士の間に面状に融着していることを特徴とする車両用内装材。
  2. 低融点繊維が、高融点繊維と同種の繊維を芯とし、中融点繊維よりも融点が低い樹脂を表面に鞘状に有する芯鞘構造繊維である請求項1記載の車両用内装材。
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