JP2014019074A - クロス積層体 - Google Patents

Abstract

【課題】一軸延伸されたフラットヤーンを縦糸及び横糸として用いて織成された布状体を複数枚積層して加熱圧縮し、一体化することによって得られる高い曲げ弾性率を有するクロス積層体を提供する。
【解決手段】熱可塑性樹脂材料からなる中間層10の両面に、中間層10と同じ種類の熱可塑性樹脂材料からなる表面層20が積層された一軸延伸フラットヤーン1を用いて織成されてなる布状体が複数枚積層されて加熱圧縮し、一体化されてなるクロス積層体において、フラットヤーン1は糸幅方向に折り畳まれており、布状体は、フラットヤーン1を縦糸及び横糸に用いて綾織されてなることを特徴とするクロス積層体によって解決される。
【選択図】図２

Description

本発明はクロス積層体に関し、詳しくは、一軸延伸フラットヤーンを用いて織成された高い曲げ弾性率を有するクロス積層体に関する。

フィルムを裁断し、一軸延伸することによって得られるフラットヤーンは、引張強度が大きいことから、様々な分野の糸素材として利用されている。特にフラットヤーンを用いて形成された布状体は高い機械的強度を有することから、シート、袋等の素材として多用されている。

また、近年では、同一材料で構成されたＳＲＰ（self Reinforced Plastics）と称される自己強化高分子複合材料も開発されている。これは樹脂マトリックスと強化材が同じ素材である繊維強化プラスチック（Fiber Reinforced Plastics、ＦＲＰ）であり、強化材となる配向した結晶性高分子とマトリックスとなる非配向高分子からなり、このような複合材料は高強度・高弾性率のフィルムや繊維、フラットヤーンなどによって布状体を形成し、これを複数枚積層して加熱圧縮して得ることができる。

従来、特許文献１には、このようなフラットヤーンによって形成された布状体を複数枚積層して圧縮してクロス積層体を形成することが記載されている。このようなクロス積層体は同一材料で構成されているためにリサイクルが可能であり、高い曲げ弾性率を有していることから、建築用材料、自動車用部材等の様々な分野での利用が期待されている。

特表２００９−５１６６０３号公報

一般に一軸延伸されたフラットヤーンからなる布状体は縦糸と横糸を平織することによって形成されるが、本発明者は、このようなクロス積層体の曲げ弾性率の更なる向上について鋭意検討した結果、特定構造の一軸延伸フラットヤーンを縦糸及び横糸として用いて特定の織り構造とした布状体を用いることによって、平織した布状体を用いるものに比べて高い曲げ弾性率を得ることができることを見出した。

すなわち、本発明の課題は、一軸延伸されたフラットヤーンを縦糸及び横糸として用いて織成された布状体を複数枚積層して加熱圧縮し、一体化することによって得られる高い曲げ弾性率を有するクロス積層体を提供することにある。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

１．熱可塑性樹脂材料からなる中間層の両面に、該中間層と同じ種類の熱可塑性樹脂材料からなる表面層が積層された一軸延伸フラットヤーンを用いて織成されてなる布状体が複数枚積層されて加熱圧縮し、一体化されてなるクロス積層体において、
前記フラットヤーンは糸幅方向に折り畳まれており、
前記布状体は、前記フラットヤーンを縦糸及び横糸に用いて綾織されてなることを特徴とするクロス積層体。

２．前記フラットヤーンの糸幅方向の折り畳み構造は、該糸幅方向の両端を中心に向かって同一面側に折り畳む構造、該糸幅方向の両端を互いに反対面側に折り畳む構造、又は、該糸幅方向に二つ折りに折り畳む構造のいずれかであることを特徴とする前記１記載のクロス積層体。

３．前記中間層の熱可塑性樹脂材料はホモポリプロピレンであり、前記表面層の熱可塑性樹脂材料は少なくともランダムポリプロピレンを含むことを特徴とする前記１又は２記載のクロス積層体。

４．前記表面層は、ランダムポリプロピレンとホモポリプロピレンとを、１：９〜９：１の割合でブレンドしてなることを特徴とする前記３記載のクロス積層体。

５．前記表面層：前記中間層：前記表面層の層比が、０．５：９：０．５〜２：６：２であることを特徴とする前記１〜４のいずれかに記載のクロス積層体。

本発明によれば、一軸延伸されたフラットヤーンを縦糸及び横糸として用いて織成された布状体を複数枚積層して加熱圧縮し、一体化することによって得られる高い曲げ弾性率を有するクロス積層体を提供することができる。

本発明に係るフラットヤーンの断面構造を示す図 フラットヤーンの折り畳み構造を示す図 クロス積層体の製造工程を示す工程図 布状体の断面図

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は本発明に係るクロス積層体に用いられるフラットヤーンの好ましい一例を示す断面図である。

このフラットヤーン１は、中間層１０と、この中間層１０の両面にそれぞれ積層された表面層２０とによって構成されている。

中間層１０、表面層２０は同じ種類の熱可塑性樹脂材料からなる。中間層１０は主として強化層として機能し、表面層２０は中間層１０よりも融点が低く、主として中間層１０を固定するための層として機能している。熱可塑性樹脂材料としてはポリプロピレン、ポリエチレン等が挙げられるが、好ましくはポリプロピレンである。特に、中間層１０はホモポリプロピレンからなり、表面層２０は少なくともランダムポリプロピレンを含むことが好ましい。

中間層１０を構成するホモポリプロピレンは、モノマー成分としてプロピレンのみが用いられたプロピレンの単独重合体である。本発明における中間層１０のホモポリプロピレンの重量平均分子量（Ｍｗ）は５０万〜７０万であることが好ましく、より好ましくは５０万〜６０万である。

一方、表面層２０を構成するランダムポリプロピレンは、モノマー成分としてのプロピレンと、全モノマー成分に対して数重量％程度のα−オレフィン（例えば、エチレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、１−ヘプテン、１−オクテン等のプロピレン以外のα−オレフィン）とが、ランダムに共重合した熱可塑性ポリプロピレン系ランダム共重合体である。

表面層２０は、ランダムポリプロピレン単独からなるものであってもよいが、ランダムポリプロピレンにホモポリプロピレンがブレンドされていてもよい。ランダムポリプロピレンとホモポリプロピレンとの割合は、１：９〜９：１とすることが好ましい。ブレンド割合がこの範囲内にあることで、本発明の目的をより効果的に達成することができる。

なお、各表面層２０は同一材料、同一組成である。

フラットヤーン１における中間層１０と表面層２０との厚みの層比は、表面層：中間層：表面層で０．５：９：０．５〜２：６：２とすることが好ましい。層比がこの範囲内にあることで、本発明の目的をより効果的に達成することができる。

このように中間層１０と表面層２０とが積層されたフラットヤーン１を製造する方法としては、中間層１０の両面に表面層２０が積層された３層の積層フィルムを作製し、この積層フィルムを適宜幅にスリットしてテープ状体を作製し、これを一軸方向に延伸することによって得ることができる。また、積層フィルムをスリットする前にその積層フィルム自体を一軸方向に延伸し、延伸後に所定幅にスリットすることよって得ることもできる。

３層の積層フィルムを製造する方法としては、中間層１０、表面層２０となるフィルムをそれぞれ成形し、それらをドライラミネート法や熱ラミネート法を用いて積層する方法、中間層１０となるフィルムの両面に表面層２０となるフィルムを押出しラミネートする方法、あるいは、多層共押出法によって３層フィルムとして押出し成形する方法等の公知の方法から適宜選択することができる。成形の容易さやコスト面、並びに、各層間の接着性の点では、多層共押出法によって中間層１０と表面層２０の３層フィルムを一段で得る方法が好ましい。

一軸延伸処理は適宜公知の方法によって行うことができるが、１７５〜１９５℃で１２倍〜１３倍の延伸倍率で行うことが好ましい。この温度範囲は、中間層１０を構成するホモポリプロピレンの融点よりも１０℃〜４０℃程度高い温度である。この温度範囲及びこの倍率範囲で一軸延伸処理を行うことで、比較的低い延伸倍率でありながらも高い引張弾性率を有するフラットヤーン１を安定量産することができる。

温度及び延伸倍率が、上記範囲よりも下回ったり、逆に上回ったりすると、いずれも延伸時に破断し易くなり、安定量産することが困難となる。

なお、この場合、一軸延伸処理を、中間層１０を構成するホモポリプロピレンの融点よりも高い温度で行っているが、中間層１０の中心部分まで完全に溶融するには至らないように延伸処理時間を調整することにより、破断等の問題を回避することができる。

一軸延伸処理のための加熱手段としては、例えば熱風循環オーブン、熱ロール、熱板、赤外線照射、熱油、蒸気等の公知の加熱手段を用いることができる。

また、延伸操作は一段もしくは二段以上の多段で行うことができるが、好ましくは二段以下で行うことである。

本発明におけるフラットヤーン１の形状は、目的に応じて任意に設定することができるが、一般的には１００ｄｔ〜１００００ｄｔ、糸幅が０．５ｍｍ〜１０ｍｍ、総厚みが１０μｍ〜２００μｍとすることができる。

本発明において、フラットヤーン１は所定の倍率で一軸延伸処理されたものであり、その長さ方向と直交する方向である糸幅方向Ｗに折り畳まれている。折り畳み構造は特に限定されず、図２（ａ）に示すように、糸幅方向Ｗの両端を同一面側に折り曲げ、互いに重なるように折り畳むようにしてもよいし、図２（ｂ）に示すように、糸幅方向Ｗの両端を互いに反対面側に折り曲げるようにして折り畳むようにしてもよい。また、図２（ｃ）に示すように、糸幅方向Ｗに二つ折りにすることで折り畳むようにしてもよい。

フラットヤーン１を糸幅方向Ｗに折り畳む方法としては、糸幅方向Ｗより狭い筒状物、Ｃ型フック、Ｖ字型板を通過させる等の公知の方法によって行うことができる。

このように糸幅方向Ｗに折り畳んだフラットヤーン１とすることで、フラットヤーン１の見かけの厚みを増やすことができ、これによって厚みのある布状体を形成することができる。

本発明におけるフラットヤーン１には、目的に応じて各種の添加剤を添加することができる。具体的には、有機リン系、チオエーテル系等の酸化防止剤；ヒンダードアミン系等の光安定剤；ベンゾフェノン系、ベンゾトリアゾール系、ベンゾエート系等の紫外線吸収剤；帯電防止剤；ビスアミド系、ワックス系、有機金属塩系等の分散剤；アミド系、有機金属塩系等の滑剤；含臭素系有機系、リン酸系、メラミンシアヌレート系、三酸化アンチモン等の難燃剤；低密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン等の延伸助剤；有機顔料；無機顔料；無機充填剤；有機充填材；金属イオン系等の無機抗菌剤、有機抗菌剤；有機リン系、安息香酸系、ソルビトール系等の核剤等が挙げられる。

本発明に係るクロス積層体は、図３に示すように、このようにして作製されたフラットヤーン１を織成して布状体を形成し（織成工程Ｐ１）、次いで、得られた布状体を複数枚積層し（積層工程Ｐ２）、次いで、加熱圧縮し（加熱圧縮工程Ｐ３）、更に冷却圧縮する（冷却圧縮工程Ｐ４）ことにより得られる。

織成工程Ｐ１において、布状体２は、図４に示すように、フラットヤーン１を縦糸１Ａ及び横糸１Ｂとして用いて綾織することによって形成される。フラットヤーン１を綾織とすることにより、同じフラットヤーン１を用いて一般的な平織して形成された布状体を用いた場合に比べて、得られるクロス積層体の曲げ弾性率を向上させることができる。なお、図４では縦糸１Ａ、横糸１Ｂをいずれも簡易的に図示しているが、いずれも図２に示すように糸幅方向Ｗに折り畳まれている。

綾織された布状体を用いることによってクロス積層体の曲げ弾性率の向上が可能となる理由は、縦糸と横糸とが表裏に完全に交互に現われる平織した布状体に比べて、綾織された布状体２は、該布状体２の表面又は裏面において、縦糸１Ａと横糸１Ｂとが直線的に接触する部分が多いことによるものと思われる。

すなわち、図４は、２本飛ばしで綾織された布状体２を例示しているが、この場合、横糸１Ｂが、２本の縦糸１Ａと図示上面側で直線的に交差して接触している。このため、クロス積層体とするために複数枚積層されて加熱圧縮された際、この直線的に交差した部分で縦糸１Ａと横糸１Ｂとの密着力が高まり、得られたクロス積層体の曲げ弾性率を向上させるものと考えられる。

また、このフラットヤーン１は糸幅方向Ｗに折り畳まれているため、フラットヤーン１をそのまま平板状にして織成された布状体に比べて、加熱圧縮された際に各フラットヤーン１の折り畳み状態が糸幅方向Ｗに崩れて動き易く、溶融した樹脂がフラットヤーン１間に効率的に流動して各フラットヤーン１間を強固に固定することも一因であると考えられる。

布状体２における縦糸１Ａ、横糸１Ｂの打込み本数は、機械的強度を高める観点から、縦糸１Ａが５〜５０本／吋、横糸１Ｂが５〜５０本／吋とすることが好ましい。得られる布状体２の縦横の物性差を極力なくすため、縦糸１Ａと横糸１Ｂとで同一のものを使用し、打込み本数も上記範囲内で同一とすることが好ましい。

布状体２の目付重量は、機械的強度を高める観点から、３０ｇ／ｍ^２〜５００ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。

積層工程Ｐ２では、このようにして得られた布状体２を複数枚用意し、常温、常圧環境下で積層する。積層枚数は目的に応じて任意に設定でき、一般にはクロス積層体にある程度の機械的強度を付与する観点から、２枚〜２０枚とすることができる。

加熱圧縮工程Ｐ３では、複数枚積層した布状体２の積層物を圧縮する。圧縮条件は、中間層１０が溶融しない程度の温度範囲で行うことが好ましく、例えば中間層１０がホモポリプロピレンからなる場合、１３０℃〜１６０℃とすることができる。この温度範囲で圧縮することで、中間層１０は溶融しないが、表面層２０は中間層１０よりも融点が低いため、この表面層２０が溶融し、隣接する布状体２間を強固に接着する。

圧縮時の圧力は０．５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、圧縮時間は１分〜２０分とすることが好ましい。

冷却圧縮工程Ｐ４では、加熱圧縮された積層物を冷却条件で圧縮する。ここで冷却とは、加熱圧縮工程Ｐ３における温度条件よりも低い温度で行うことであり、具体的には１０℃〜４０℃で行うことが好ましい。この冷却圧縮工程Ｐ４によって、加熱により溶融した表面層２０が硬化することにより、各布状体２が強固に硬化されたクロス積層体を得ることができる。

圧縮時の圧力は０．５ＭＰａ〜３０ＭＰａ、圧縮時間は１〜２０分とすることが好ましい。

加熱圧縮工程Ｐ３及び冷却圧縮工程Ｐ４において用いられる圧縮手段は特に問わず、油圧プレス機、ロールプレス機、ダブルベルトプレス機等の適宜公知の装置を用いることができる。

この冷却圧縮工程Ｐ４を経て最終的に得られる積層体は、軽量で高い機械的強度を得る観点から、０．５ｍｍ〜１０ｍｍの厚みとすることが好ましい。

＜フラットヤーンの製造＞
中間層の樹脂として、重量平均分子量（Ｍｗ）５５万、融点１６６℃のホモポリプロピレンを使用した。両表面層の樹脂は、ランダムポリプロピレン７０％、ホモポリプロピレン３０％となるようにブレンドしたブレンド樹脂を用いた。

多層共押出法によって、上記ホモポリプロピレンからなる中間層と、その両面に上記ランダムポリプロピレンとホモポリプロピレンのブレンド樹脂からなる表面層との３層フィルムを作製した。表面層：中間層：表面層の厚みの層比は１：８：１であった。

得られた３層フィルムをスリットして、幅４．５ｍｍの帯状体を作製した。その帯状体を延伸温度１９０℃、延伸倍率１２倍で、一軸延伸処理してフラットヤーンを作製し、図２（ａ）のように糸幅方向に折り畳まれたフラットヤーンを作製した。折り畳み後のフラットヤーンは、幅１．５ｍｍ、厚み１２０μｍであった。

得られたフラットヤーンを用いて、以下の通り綾織（実施例）、平織（比較例）することによってそれぞれ布状体を得た。

綾織の打込み本数：１５本／吋×１５本／吋
平織の打込み本数：１５本／吋×１５本／吋

＜クロス積層体の製造＞
次いで、織成された綾織及び平織の布状体をそれぞれ８枚ずつ積層し、常温常圧環境下で積層した後、油圧プレス機を用いて圧縮した。加熱圧縮条件は、温度１５０℃、圧力２０ＭＰａ、圧縮時間は３分とした。また、冷却圧縮条件は、温度３５℃、圧力２０ＭＰａ、圧縮時間は３分とした。

同様にしてクロス積層体をそれぞれについて６枚ずつ作製し、それらの曲げ弾性率（ＭＰａ）を測定し（ＪＩＳ Ｋ ７１７１準拠）、それぞれ平均を求めた。その結果を表１に示す。

この結果、同じフラットヤーンを用いて織成した布状体を同じ枚数積層して加熱圧縮したクロス積層体であっても、曲げ弾性率の平均が布状体を平織したものでは３２７６ＭＰａであったのに比べて、綾織したものでは３９２９ＭＰａとなり、綾織した布状体を用いた方が曲げ弾性率が向上していることがわかる。

１：フラットヤーン
１Ａ：縦糸
１Ｂ：横糸
１０：中間層
２０：表面層

Claims (5)

1. 熱可塑性樹脂材料からなる中間層の両面に、該中間層と同じ種類の熱可塑性樹脂材料からなる表面層が積層された一軸延伸フラットヤーンを用いて織成されてなる布状体が複数枚積層されて加熱圧縮し、一体化されてなるクロス積層体において、
   前記フラットヤーンは糸幅方向に折り畳まれており、
   前記布状体は、前記フラットヤーンを縦糸及び横糸に用いて綾織されてなることを特徴とするクロス積層体。
2. 前記フラットヤーンの糸幅方向の折り畳み構造は、該糸幅方向の両端を中心に向かって同一面側に折り畳む構造、該糸幅方向の両端を互いに反対面側に折り畳む構造、又は、該糸幅方向に二つ折りに折り畳む構造のいずれかであることを特徴とする請求項１記載のクロス積層体。
3. 前記中間層の熱可塑性樹脂材料はホモポリプロピレンであり、前記表面層の熱可塑性樹脂材料は少なくともランダムポリプロピレンを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のクロス積層体。
4. 前記表面層は、ランダムポリプロピレンとホモポリプロピレンとを、１：９〜９：１の割合でブレンドしてなることを特徴とする請求項３記載のクロス積層体。
5. 前記表面層：前記中間層：前記表面層の層比が、０．５：９：０．５〜２：６：２であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のクロス積層体。
   

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