JP2014069444A - 自動車内装材用成形材料 - Google Patents
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Abstract
【課題】成形材料としての基本的な性能である寸法安定性を維持しつつ、軽量で、従来に比して更に高いレベルの成形性(型に対する形状追従性)を有し、補強層の強度および補強層と発泡シートとの密着性にも優れる自動車内装材用成形材料を提供する。
【解決手段】ポリプロピレン樹脂からなる発泡シート2と、発泡シート2の表面及び裏面を覆うように配置された補強シート4と、を備え、補強シート4は、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有し、無機繊維の目付量が30〜60g/m2のものであり、無機繊維が、繊維長20〜100mmの無機短繊維であるとともに、無機短繊維が補強シート4の全質量に対し20〜40質量%含有されており、発泡シート2に対し、補強シート4が熱融着により固定されている自動車内装材用成形材料1。
【選択図】図1
【解決手段】ポリプロピレン樹脂からなる発泡シート2と、発泡シート2の表面及び裏面を覆うように配置された補強シート4と、を備え、補強シート4は、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有し、無機繊維の目付量が30〜60g/m2のものであり、無機繊維が、繊維長20〜100mmの無機短繊維であるとともに、無機短繊維が補強シート4の全質量に対し20〜40質量%含有されており、発泡シート2に対し、補強シート4が熱融着により固定されている自動車内装材用成形材料1。
【選択図】図1
Description
本発明は、自動車内装材用成形材料に関するものである。より具体的には、吸音性・断熱性を有する樹脂製の発泡シートと、前記発泡シートを補強するガラス繊維を含む補強シートとを備えた自動車内装材用成形材料に関するものである。
従来、自動車内装材としては、軽量で、断熱性、吸音性、成形性が良好な熱可塑性樹脂からなる発泡シートを内装形状に合わせて成形したものが用いられてきた。そして、前記発泡シートに、無機繊維からなる補強層を形成することにより、前記発泡シートのみでは不十分な耐熱性や寸法安定性を向上させることが行われている。
例えば、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層を積層した自動車内装材用基材が提案されている(特許文献1)。また、熱可塑性樹脂発泡シートと、ガラス繊維シートまたは炭素繊維シートが積層されてなる積層発泡シートが提案されている(特許文献2)。前記特許文献2には、前記積層発泡シートが、自動車用の天井材や内装材として用いられる点についても開示されている。
ところで、近年においては、自動車の室内空間の居住性をより快適化すること、および材料の更なる軽量化が求められており、自動車の内装形状も緻密で複雑な3次元形状とすることが多くなっている。このような背景の下、自動車内装材用の成形材料には、緻密で複雑な3次元形状を忠実に再現し得る、従来に比して更に高いレベルの成形性(型に対する形状追従性)が要求されている。
しかし、特許文献1または2に記載の材料は、前記要求を十分に満足するものではなかった。具体的には、緻密で複雑な3次元形状に成形しようとすると、1)型の入隅、出隅の部分で補強層が破断される、2)発泡シートから補強層が剥離する、という問題があった。即ち、特許文献1または2に記載の材料は、成形性(型に対する形状追従性)、より具体的には、補強層の強度および補強層と発泡シートとの密着性の面で未だ解決すべき課題を残すものであった。
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためになされたものである。即ち、本発明は、成形材料としての基本的な性能である寸法安定性を維持しつつ、軽量で、従来に比して更に高いレベルの成形性(型に対する形状追従性)を有し、補強層の強度および補強層と発泡シートとの密着性にも優れる自動車内装材用成形材料を提供するものである。
本発明者らは前記課題について鋭意検討を行った。その結果、補強層を構成する無機繊維の全部又は一部をポリオレフィン樹脂と複合化することにより、前記課題を解決可能であることに想到して本発明を完成するに至った。即ち、本発明によれば、以下の自動車内装材用成形材料が提供される。
本発明に係る自動車内装材用成形材料は、ポリプロピレン樹脂からなる発泡シートと、前記発泡シートの表面及び裏面を覆うように配置された補強シートと、を備え、前記補強シートは、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有し、前記無機繊維の目付量が30〜60g/m2のものであり、前記無機繊維が、繊維長20〜100mmの無機短繊維であるとともに、前記無機短繊維が前記補強シートの全質量に対し20〜40質量%含有されており、前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されているものである。
本発明においては、前記補強シートは、下記熱間引張試験により求められる伸び率が40%以上であることが好ましい。
[熱間引張試験]
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
[熱間引張試験]
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
また、本発明においては、前記ポリオレフィン樹脂は、その融点T1(℃)が前記ポリプロピレン樹脂の融点T2(℃)との間で、(T2−50)≦T1≦(T2+10)の関係を満たすものであることが好ましい。
更に、本発明に係る自動車内装材用成形材料は、総目付700g/m2以下のシートであることが好ましい。更にまた、本発明においては、前記発泡シートが、目付200〜460g/m2のシートであり、前記補強シートが、目付100〜220g/m2のシートであることが好ましい。
本発明においては、前記補強シートは、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、溶融状態の前記ポリオレフィン樹脂が塗工ないし含浸されて形成されたものであることが好ましい。
また、本発明においては、前記補強シートは、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維が交絡された熱可塑性不織布が積層され、熱融着により固定されて形成されたものであることが好ましい。
更に、本発明においては、前記補強シートが、前記無機短繊維と、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維とが交絡された複合不織布であることが好ましい。
更にまた、本発明においては、前記補強シートが、芯部及び鞘部を有する芯鞘繊維が交絡された芯鞘繊維不織布であり、前記芯鞘繊維は、前記芯部が前記無機短繊維によって構成され、前記芯部の表面を被覆する前記鞘部が前記ポリオレフィン樹脂によって形成されていることが好ましい。
本発明に係る自動車内装材用成形材料は、成形材料としての基本的な性能である寸法安定性を維持しつつ、軽量で、従来に比して更に高いレベルの成形性(型に対する形状追従性)を有し、補強層の強度および補強層と発泡シートとの密着性にも優れる。
以下、本発明について図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明は下記の実施形態に限定されず、その発明特定事項を有する全ての対象を含むものである。
[1]自動車内装材用成形材料:
本発明に係る自動車内装材用成形材料(以下、「成形材料」と記す。)は、図1に示す自動車内装材用成形材料1のように、必須構成部材として発泡シート2および補強シート4を備える。
本発明に係る自動車内装材用成形材料(以下、「成形材料」と記す。)は、図1に示す自動車内装材用成形材料1のように、必須構成部材として発泡シート2および補強シート4を備える。
[1−1]発泡シート:
発泡シートは、樹脂発泡体からなるシート状部材である。発泡シートは、自動車内装材に要求される断熱性、吸音性を有し、成形材料の芯材となる。
発泡シートは、樹脂発泡体からなるシート状部材である。発泡シートは、自動車内装材に要求される断熱性、吸音性を有し、成形材料の芯材となる。
発泡シートは、ポリプロピレン(PP)樹脂からなる。PP樹脂は発泡体を形成する際に発泡挙動が良好である。従って、PP樹脂から形成した発泡シートは、発泡後のセル形状が発泡体全体において均一であり、後述する自動車内装材として成形する際の賦形性、あるいは吸音性等の特性に優れる点において好ましい。
PP樹脂の融点は特に限定されない。但し、160〜170℃のものが好ましい。融点160℃以上のPP樹脂を用いた発泡シートは、耐熱性・耐熱収縮性に優れる。一方、融点170℃以下のPP樹脂を用いた発泡シートは、可撓性に優れる。前記効果をより確実に得るためには、融点が165〜170℃のものが更に好ましい。
PP樹脂のメルトフローレート(MFR)は特に限定されない。但し、230℃におけるMFRが3.0〜8.0g/10min.であることが好ましい。MFR3.0g/10min.以上のPP樹脂を用いた発泡シートは、ダイスから押し出した際の横方向への流動性及び、発泡による厚み方向への膨張性に優れる。一方、MFR8.0g/10min.以下のPP樹脂を用いた発泡シートは、過剰な横方向への流動が抑制され、厚み方向への膨張性が保持されている点において優れる。前記効果をより確実に得るためには、MFRが3.2〜4.0g/10min.のものが更に好ましい。
なお、MFRは、樹脂の粘性を示し、成形時における流動性の指標となる値である。MFRは、JIS K7210に記載の方法に準拠してキャピラリーレオメータにより測定することができる。
PP樹脂の溶融張力(MT)も特に限定されない。但し、230℃におけるMTが30〜80mNであることが好ましい。MT30mN以上のPP樹脂を用いた発泡シートは、発泡時の成膜性に優れ、均一形状のセル集合体を有する点において優れる。一方、MTを80mN以下のPP樹脂を用いた発泡シートは、均一したセル形状を有する上に、注入する発泡剤量に従い、発泡倍率が制御されている点において優れる。前記効果をより確実に得るためには、MTが35〜50mNのものが更に好ましい。
なお、MTは、加熱・溶融した樹脂を引っ張った際に発生する張力を意味し、樹脂の弾性を示す。MTが高い樹脂は、気泡の破壊によるガス抜けや発泡倍率の低下が生じ難く、発泡成形性が良好である。MTは、JIS K7210に記載のキャピラリーレオメータにより測定することができる。
PP樹脂は、230℃におけるメルトフローレート(MFR)と、230℃における溶融張力(MT)が、下記式(2)の関係を満たすものであることが好ましい。上記式の関係を満たすPP樹脂は、押出発泡工程を経て得られる発泡体全体の寸法設定の自由度と、微視的な発泡セル形状の制御が両立できる成形材料であることを示している。
Log(MT)>−1.33Log(MFR)+1.2 :(2)
Log(MT)>−1.33Log(MFR)+1.2 :(2)
発泡シートは、連続気泡タイプの発泡シートであることが好ましい。「連続気泡タイプ」とは、内部気泡として、独立気泡のみならず、一定割合の連続気泡を有するタイプの発泡シートを意味する。
具体的には、独立気泡率が0〜80%、換言すれば20%以上の連続気泡を有するものが好ましい。独立気泡率を80%以下とすることにより、加圧成形時にシートに内包されたエアが連続気泡を通じてシート外部に放出される。従って、成形時(加圧時)における過度な反発を抑制することができ、厚さが均一な成形品を得ることができる。また、独立気泡が潰れて大きなボイドが形成されるという不具合を生じ難い。
独立気泡率を30〜80%とすると、連続気泡と独立気泡が併存するため、前記効果を維持しつつ、独立気泡に基づいて発生する反発力によって、型への形状追従性(充填性)を向上させることができる点で更に好ましい。なお、独立気泡率は、発泡シート製造時において、注入する発泡剤量と樹脂溶融温度を制御することにより、所望の値に調整することができる。
なお、本明細書において「独立気泡率」というときは、ASTM D−2859に記載の方法に準拠して測定された独立気泡率を意味するものとする。
前記発泡シートは、密度30〜70kg/m3で、かつ、厚さ4〜15mmのシートであることが好ましい。密度を30kg/m3以上とすることで、寸法安定性に優れた成形材料とすることができる。一方、密度を70kg/m3以下とすることで、軽量な成形材料とすることができる。前記効果をより確実に得るためには、密度を30〜50kg/m3とすることが更に好ましい。なお、密度は、発泡シート製造時において、注入する発泡剤量、樹脂溶融温度、及び押出発泡速度の制御させることで発泡倍率を変化させ、所望の値に調整することができる。
厚さ4mm以上とし、成形体に厚みを持たせることで、高い弾性勾配を有する自動車内装材とすることができる。一方、厚さ15mm以下とすることで、自動車内装材、特に成形天井として車体に組み付けることができる厚みに抑えることができる。前記効果をより確実に得るためには、厚さを6〜9mmとすることが更に好ましい。
前記発泡シートは、目付200〜460g/m2のシートであることが好ましい。目付200g/m2以上とすることで、成形品に十分な剛性を付与することができる。従って、ハンドリングし易く、自動車への取り付け作業が容易な自動車内装材を形成することができる。一方、目付460g/m2以下とすることで、成形材料、ひいては得られる成形品の総質量を抑えることができ、軽量化することができる。前記効果をより確実に得るためには、目付を250〜350g/m2とすることが更に好ましい。なお、目付は、発泡シート製造時において、密度を調整するのと同様の方法により、所望の値に調整することができる。
[1−2]補強シート:
補強シートは、発泡シートの表面及び裏面を覆うように配置されたシート状部材であり、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有する。補強シートは、発泡シートの補強層として機能する。図1に示す自動車内装材用成形材料1は、補強シート4を2枚備えている。そして、第1の補強シート4aは、発泡シート2の表面を覆うように配置され、第2の補強シート4bは、発泡シート2の裏面を覆うように配置されている。
補強シートは、発泡シートの表面及び裏面を覆うように配置されたシート状部材であり、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有する。補強シートは、発泡シートの補強層として機能する。図1に示す自動車内装材用成形材料1は、補強シート4を2枚備えている。そして、第1の補強シート4aは、発泡シート2の表面を覆うように配置され、第2の補強シート4bは、発泡シート2の裏面を覆うように配置されている。
[1−2A]無機繊維:
無機繊維とは、金属、ガラス、セラミック、炭素等の無機物からなる繊維である。耐熱性や強度に優れる無機繊維を用いることで、発泡シートのみでは不十分な耐熱性や寸法安定性を成形材料に付与することができる。
無機繊維とは、金属、ガラス、セラミック、炭素等の無機物からなる繊維である。耐熱性や強度に優れる無機繊維を用いることで、発泡シートのみでは不十分な耐熱性や寸法安定性を成形材料に付与することができる。
無機繊維の種類は特に限定されない。但し、ガラス繊維またはセラミック繊維が好ましい。ガラス繊維としては、Eガラス繊維、Sガラス繊維、ARガラス繊維等を挙げることができる。セラミック繊維としては、バサルト繊維、シリカ繊維、シリカ・アルミナ繊維等を挙げることができる。これらの中でも、安価で入手可能なガラス繊維が更に好ましく、安価で入手可能であることに加え、強度や耐久性に優れるEガラス繊維が特に好ましい。
無機繊維は、繊維長20〜100mmの無機短繊維の状態で含まれている。繊維長を20mm以上とすることで、成形時における型への形状追従性を向上させることができる。具体的には、型の入隅、出隅部分における形状追従性を向上させることができ、前記部分における補強シートの破断を有効に防止することができる。一方、繊維長を100mm以下とすることで、繊維の配向が生じ難くなり、無機短繊維を補強シート中に均一に分散させることができる。従って、補強効果や成形性に異方性がなく、型の入隅、出隅部分において破断し難い補強シートを構成することができる。前記効果をより確実に得るためには、繊維長を20〜50mmとすることが好ましい。
無機短繊維は、前記補強シートの全質量に対し20〜40質量%含有されている。含有率を20質量%以上とすることで、軽量でありながら十分な寸法安定性を付与し得る補強シートとすることができる。一方、含有率を40質量%以下とすることで、型の入隅、出隅部分における形状追従性を向上させながらも、軽量性を保持することができる。従って、前記範囲内とすることにより、前記部分において無機短繊維が逃げ、前記部分における無機短繊維の数密度が低下し、これに起因して補強シートが破断される不具合や成形品の補強効果が減殺される不具合を有効に防止することができる。前記効果をより確実に得るためには、含有率を35〜40質量%とすることが好ましい。
無機繊維の目付量は30〜60g/m2とする。目付量を30g/m2以上とすることで、軽量でありながら十分な寸法安定性を付与し得る補強シートとすることができる。一方、含有率を60g/m2以下とすることで、成形体の軽量性を保持しながら、型の入隅、出隅部分における形状追従性を向上させることができる。前記効果をより確実に得るためには、目付量を40〜60g/m2とすることが好ましい。
[1−2B]ポリオレフィン樹脂:
本発明に係る成形材料は、補強シートにポリオレフィン樹脂を含有させた点に特徴がある。ポリオレフィン樹脂を無機繊維と一体化させることで、成形時における無機繊維の型に対する形状追随性の向上、及び発泡シートに対する無機繊維の接着性向上という効果を得ることができる。無機繊維を発泡シートと空隙なく接着させることによって成形性、成形品の機械的強度、寸法安定性を向上させることができる。例えば、無機繊維と発泡シートの間に空隙が生じると、空隙を生じた部分と空隙を生じていない部分で成形時の伸び率が異なり、シート全体の伸び率が不均一となる。従って、成形材料の破断を生じ易くなる。また、無機繊維と発泡シートの接着力が低下して、成形品の機械的強度、寸法安定性の低下につながる場合がある。本発明においては、これらの問題を解決するために、予め無機繊維と発泡シートへの接着性を高めるオレフィン樹脂を含有させることとした。
本発明に係る成形材料は、補強シートにポリオレフィン樹脂を含有させた点に特徴がある。ポリオレフィン樹脂を無機繊維と一体化させることで、成形時における無機繊維の型に対する形状追随性の向上、及び発泡シートに対する無機繊維の接着性向上という効果を得ることができる。無機繊維を発泡シートと空隙なく接着させることによって成形性、成形品の機械的強度、寸法安定性を向上させることができる。例えば、無機繊維と発泡シートの間に空隙が生じると、空隙を生じた部分と空隙を生じていない部分で成形時の伸び率が異なり、シート全体の伸び率が不均一となる。従って、成形材料の破断を生じ易くなる。また、無機繊維と発泡シートの接着力が低下して、成形品の機械的強度、寸法安定性の低下につながる場合がある。本発明においては、これらの問題を解決するために、予め無機繊維と発泡シートへの接着性を高めるオレフィン樹脂を含有させることとした。
ポリオレフィン樹脂とは、オレフィン(アルケン)の重合体である。ポリオレフィン樹脂としては、ポリエチレン(エチレン単独重合体)、ポリプロピレン(プロピレン単独重合体)、エチレン・プロピレン共重合体等の重合体からなる樹脂を挙げることができる。これらの樹脂はプラストマーに限定されず、エラストマーであってもよい。例えば、オレフィン系の熱可塑性エラストマーも、本発明に言う「ポリオレフィン樹脂」に含まれる。
前記ポリオレフィン樹脂は、その融点T1(℃)が、前記発泡シートを構成するポリプロピレン樹脂の融点T2(℃)との間で、(T2−50)≦T1≦(T2+10)の関係を満たすものであることが好ましい。T1(℃)をT2−50(℃)以上とすることで、成形時に融点が低い補強シートが、発泡シートから剥離する不具合を防ぐことができる。一方、T1(℃)をT2+10(℃)以下とすることで、発泡シートの可塑化に必要な熱量で、補強シートも軟化させることができる。前記効果をより確実に得るためには、(T2−45)≦T1≦(T2+5)の関係を満たすものであることが更に好ましい。
本発明においては、前記補強シートが、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、溶融状態の前記ポリオレフィン樹脂が塗工ないし含浸されて形成されたものであることが好ましい。
また、本発明においては、前記補強シートは、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維が交絡された熱可塑性不織布が積層され、熱融着により固定されて形成されたものであることが好ましい。
例えば、Eガラス繊維を20〜100mmにカットして短繊維とし、この短繊維を湿式抄造してガラス繊維紙にした後、ポリオレフィン繊維紙(不織布)を積層させる方法、繊維長20〜100mmのEガラス繊維紙の上に、メルトブローン法でポリオレフィン繊維を積層させる方法等により形成することができる。
更に、本発明においては、前記補強シートが、前記無機短繊維と、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維とが交絡された複合不織布であることが好ましい。例えば、20〜100mmにカットしたEガラス短繊維と、繊維長20〜100mmのポリプロピレン短繊維をカーディングマシンにより乾式抄造して交絡させ、ロールプレス等で繊維間を融着させることにより複合不織布とする方法により形成することができる。
更にまた、本発明においては、前記補強シートが、芯部及び鞘部を有する芯鞘繊維が交絡された芯鞘繊維不織布であり、前記芯鞘繊維は、前記芯部が前記無機短繊維によって構成され、前記芯部の表面を被覆する前記鞘部が前記ポリオレフィン樹脂によって形成されていることが好ましい。
連続するEガラス繊維のロービングを開繊し、溶融させたポリオレフィン樹脂中に浸漬して含浸させる方法、或いはクロスヘッドダイを用い、Eガラス繊維のロービングをダイの後方から送り込むとともに、溶融状態のポリオレフィン樹脂をダイの内部に圧入し、個々のEガラス繊維の周囲にポリオレフィン樹脂を付着させる方法等によりガラス含有率40重量%以下の芯鞘繊維を形成する。この芯鞘繊維を20〜100mmにカットした後、所望する目付量になるよう散布し、熱融着させてシートとする。
[1−2C]伸び率:
本発明においては、前記補強シートが、下記熱間引張試験により求められる伸び率が40%以上であることが好ましい。伸び率40%以上とすることにより、成形時における型への形状追従性が良好となる。
本発明においては、前記補強シートが、下記熱間引張試験により求められる伸び率が40%以上であることが好ましい。伸び率40%以上とすることにより、成形時における型への形状追従性が良好となる。
熱間引張試験は、以下の手順により行う。
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
なお、伸び率は、補強シート製造時において、無機繊維のカット長を制御することにより、所望の値に調整することができる。
[1−2D]目付量:
補強シート全体の目付量は、100〜220g/m2とすることが好ましい。目付量を100g/m2以上とすることで、十分な寸法安定性、耐熱性を付与し得る補強シートとすることができる。一方、目付量を220g/m2以下とすることで、補強シートの総重量の増加を抑え、軽量性を維持することができる。前記効果をより確実に得るためには、目付量を120〜220g/m2とすることが更に好ましく、140〜200g/m2とすることが特に好ましい。
補強シート全体の目付量は、100〜220g/m2とすることが好ましい。目付量を100g/m2以上とすることで、十分な寸法安定性、耐熱性を付与し得る補強シートとすることができる。一方、目付量を220g/m2以下とすることで、補強シートの総重量の増加を抑え、軽量性を維持することができる。前記効果をより確実に得るためには、目付量を120〜220g/m2とすることが更に好ましく、140〜200g/m2とすることが特に好ましい。
[1−3]成形材料:
本発明に係る「自動車内装材用成形材料」は、プレス成形により自動車の天井、ドア、パネル等の自動車内装材を得るための成形用材料である。
本発明に係る「自動車内装材用成形材料」は、プレス成形により自動車の天井、ドア、パネル等の自動車内装材を得るための成形用材料である。
[1−3A]熱融着:
前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されているものである。熱融着は、熱風ラミネート装置を使用して行うことが好ましい。この装置によれば、補強シートを250℃以上(好ましくは280±10℃)の熱風で加熱し、補強シート中のオレフィン樹脂を軟化させた後、80℃に加温したロールによりプレスし、両部材を熱間圧着させることができる。
前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されているものである。熱融着は、熱風ラミネート装置を使用して行うことが好ましい。この装置によれば、補強シートを250℃以上(好ましくは280±10℃)の熱風で加熱し、補強シート中のオレフィン樹脂を軟化させた後、80℃に加温したロールによりプレスし、両部材を熱間圧着させることができる。
[1−3B]総目付量:
更に、本発明に係る成形材料は、総目付700g/m2以下のシートであることが好ましい。目付量を700g/m2以下とすることで、成形体の機械的強度、及び寸法安定性を保持しながら、成形材料の軽量性を向上させることができる。一方、成形体の機械的強度、及び寸法安定性を向上という観点からは、総目付500g/m2以上のシートであることが好ましい。これらの効果をより確実に得るためには、目付量を500〜700g/m2とすることが更に好ましく、550〜650g/m2とすることが特に好ましい。
更に、本発明に係る成形材料は、総目付700g/m2以下のシートであることが好ましい。目付量を700g/m2以下とすることで、成形体の機械的強度、及び寸法安定性を保持しながら、成形材料の軽量性を向上させることができる。一方、成形体の機械的強度、及び寸法安定性を向上という観点からは、総目付500g/m2以上のシートであることが好ましい。これらの効果をより確実に得るためには、目付量を500〜700g/m2とすることが更に好ましく、550〜650g/m2とすることが特に好ましい。
以下、実施例および比較例により、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例の構成のみに限定されるものではない。なお、以下の記載における「部」、「%」は特に断らない限り質量基準である。
[1]製造例1〜8(補強シートの製造):
自動車内装材用成形材料の製造に先立って、補強シートを製造した。以下、補強シートの製造例を示す。
自動車内装材用成形材料の製造に先立って、補強シートを製造した。以下、補強シートの製造例を示す。
(製造例1)
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得た。前記ガラス繊維紙に対し、融点122℃、目付84g/m2のポリエチレン繊維マットを積層した後、この積層体を加圧ロールに通し、両部材を熱間圧着させた。熱間圧着の条件は、温度200℃、圧力8N/mmとした。これにより、前記ガラス繊維紙と前記ポリエチレン繊維マットが一体化された、目付140g/m2、ガラス含有率40質量%の補強シート1を得た。
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得た。前記ガラス繊維紙に対し、融点122℃、目付84g/m2のポリエチレン繊維マットを積層した後、この積層体を加圧ロールに通し、両部材を熱間圧着させた。熱間圧着の条件は、温度200℃、圧力8N/mmとした。これにより、前記ガラス繊維紙と前記ポリエチレン繊維マットが一体化された、目付140g/m2、ガラス含有率40質量%の補強シート1を得た。
(製造例2)
製造例1と同様にして、目付40g/m2のガラス繊維紙を得た。前記ガラス繊維紙に対し、融点130℃、目付160g/m2ポリエチレンフィルムを積層した後、この積層体を加圧ロールに通し、両部材を熱間圧着させた。熱間圧着の条件は、製造例1と同様とした。これにより、目付200g/m2、ガラス含有率20%の補強シート2を得た。
製造例1と同様にして、目付40g/m2のガラス繊維紙を得た。前記ガラス繊維紙に対し、融点130℃、目付160g/m2ポリエチレンフィルムを積層した後、この積層体を加圧ロールに通し、両部材を熱間圧着させた。熱間圧着の条件は、製造例1と同様とした。これにより、目付200g/m2、ガラス含有率20%の補強シート2を得た。
(製造例3)
Eガラスからなる繊維径17μmのガラスフィラメントが700本集束されたロービングを解繊し、溶融状態のポリエチレン樹脂を張った浸漬槽中に浸漬し、各々のフィラメントの表面にポリエチレン樹脂を付着させた。
Eガラスからなる繊維径17μmのガラスフィラメントが700本集束されたロービングを解繊し、溶融状態のポリエチレン樹脂を張った浸漬槽中に浸漬し、各々のフィラメントの表面にポリエチレン樹脂を付着させた。
更に、前記ロービングを引き抜きダイスに通し、過剰量の樹脂を除去し、樹脂の付着量を調整した後、水槽中に浸漬して水冷することにより、ガラスフィラメントを芯材とし、前記芯材の表面にポリエチレン樹脂の鞘が形成された芯鞘繊維を形成した。前記芯鞘繊維のガラス含有率は35質量%であった。
前記芯鞘繊維をペレタイザーで25mmの長さにカットし、目付140g/m2となるようにシート状に散布し、加熱し、冷プレスすることにより、シート状に成形した。冷プレスの条件は、温度15℃、圧力8N/mmとした。これにより、目付140g/m2、ガラス含有率35%の補強シート3を得た。
(製造例4)
Eガラスからなる繊維長100mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得たことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40質量%の補強シート4を得た。
Eガラスからなる繊維長100mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得たことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40質量%の補強シート4を得た。
(製造例5)
融点170℃、目付84g/m2のポリプロピレン繊維マットを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40%の補強シート5を得た。
融点170℃、目付84g/m2のポリプロピレン繊維マットを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40%の補強シート5を得た。
(製造例6)
Eガラスからなる繊維長18mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得たことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40%の補強シート6を得た。
Eガラスからなる繊維長18mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付56g/m2のガラス繊維紙を得たことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率40%の補強シート6を得た。
(製造例7)
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付25g/m2のガラス繊維紙を得たこと、および融点122℃、目付115g/m2のポリエチレンフィルムを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率18%の補強シート7を得た。
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付25g/m2のガラス繊維紙を得たこと、および融点122℃、目付115g/m2のポリエチレンフィルムを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率18%の補強シート7を得た。
(製造例8)
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付63g/m2のガラス繊維紙を得たこと、および融点122℃、目付77g/m2のポリエチレンフィルムを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率45%の補強シート8を得た。
Eガラスからなる繊維長25mm、繊維径13μmのガラス短繊維を湿式抄造することにより、目付63g/m2のガラス繊維紙を得たこと、および融点122℃、目付77g/m2のポリエチレンフィルムを用いたことを除いては、製造例1と同様にして、目付140g/m2、ガラス含有率45%の補強シート8を得た。
[2]製造例9、10(発泡シートの製造):
自動車内装材用成形材料の製造に先立って、発泡シートを製造した。以下、発泡シートの製造例を示す。
自動車内装材用成形材料の製造に先立って、発泡シートを製造した。以下、発泡シートの製造例を示す。
(製造例9)
融点が165℃、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が4.0g/10min、230℃における溶融張力(MT)が76mNであるPP樹脂を用いて発泡シートを製造した。前記MFRと、前記MTは、下記式(2)を満たすものであった。
Log(MT)>−1.33Log(MFR)+1.2 :(2)
融点が165℃、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が4.0g/10min、230℃における溶融張力(MT)が76mNであるPP樹脂を用いて発泡シートを製造した。前記MFRと、前記MTは、下記式(2)を満たすものであった。
Log(MT)>−1.33Log(MFR)+1.2 :(2)
発泡シートの製造は、タンデム式の単軸押出機を用いて行った。1段目押出機において、PP樹脂100部に対して、5部の液化二酸化炭素を注入し、混練した。この際、1段目押出機の設定温度を220〜240℃とし、PP樹脂の温度が230℃となるように調整した。
その後、設定温度を180〜200℃とした、2段目押出機において、PP樹脂の温度を190℃に調整した。1段目、2段目とも押出機の吐出量は、75kg/hに設定した。
2段目押出機から多ホールダイを通してPP樹脂を大気圧中に解放させ、発泡体を作製した。ダイ内部の樹脂圧力は8MPaとした。多ホールダイとしては、ホール数が999個(3段×333ホール)、ホール径が0.59mm、ホール間隔が4.5mmのものを用いた。
得られた発泡体は、ダイ直近においてロールにより冷却し、引き取ることにより、密度38kg/m3、厚み9mmの発泡シートを得た。
(製造例10)
融点が167℃、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が3.2g/10min、230℃における溶融張力(MT)が43mNであるPP樹脂を用いて発泡シートを製造した。前記MFRと、前記MTは、前記式(2)を満たすものであった。
融点が167℃、230℃におけるメルトフローレート(MFR)が3.2g/10min、230℃における溶融張力(MT)が43mNであるPP樹脂を用いて発泡シートを製造した。前記MFRと、前記MTは、前記式(2)を満たすものであった。
発泡シートの製造は、タンデム式の単軸押出機を用いて行った。1段目押出機において、PP樹脂100部に対して、7部の液化二酸化炭素を注入し、混練した。この際、1段目押出機の設定温度を220〜240℃とし、PP樹脂の温度が220℃となるように調整した。
その後、設定温度を180〜220℃とした、2段目押出機において、PP樹脂の温度を180〜200℃に調整した。1段目、2段目とも押出機の吐出量は、100kg/hに設定した。
2段目押出機から多ホールダイを通してPP樹脂を大気圧中に解放させ、発泡体を作製した。ダイ内部の樹脂圧力は、製造例9と同様とした。多ホールダイとしては、ホール数が666個(2段×333ホール)、ホール径が0.59mm、ホール間隔が4.5mmのものを用いた。
得られた発泡体を、ダイ直近においてロールにより冷却し、引き取ることにより、密度43kg/m3、厚み6mmの発泡シートを得た。
[3]実施例1〜5、比較例1〜3(自動車内装材用成形材料の製造):
前記補強シートおよび前記発泡シートを用いて、図1に示す構造の自動車内装材用成形材料(以下、「成形材料」と略記する。)を製造した。以下、成形材料の製造例を示す。
前記補強シートおよび前記発泡シートを用いて、図1に示す構造の自動車内装材用成形材料(以下、「成形材料」と略記する。)を製造した。以下、成形材料の製造例を示す。
(実施例1)
製造例9の発泡シートの表面及び裏面を覆うように、製造例1の補強シートを配置して積層体とした。炉内温度を280℃に設定した熱風炉の内部で、前記積層体を熱間加圧した。熱間加圧は、温度80℃、線圧0.1N/mmの条件下、前記積層体を加圧ロールで加圧することによりで行った。これにより、前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されている成形材料を得た。
製造例9の発泡シートの表面及び裏面を覆うように、製造例1の補強シートを配置して積層体とした。炉内温度を280℃に設定した熱風炉の内部で、前記積層体を熱間加圧した。熱間加圧は、温度80℃、線圧0.1N/mmの条件下、前記積層体を加圧ロールで加圧することによりで行った。これにより、前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されている成形材料を得た。
(実施例2)
製造例1の補強シートに代えて、製造例2の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例2の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(実施例3)
製造例1の補強シートに代えて、製造例3の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例3の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(実施例4)
製造例1の補強シートに代えて、製造例4の補強シートを用いたこと、および製造例9の発泡シートに代えて、製造例10の発泡シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例4の補強シートを用いたこと、および製造例9の発泡シートに代えて、製造例10の発泡シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(実施例5)
製造例1の補強シートに代えて、製造例5の補強シートを用いたこと、および製造例9の発泡シートに代えて、製造例10の発泡シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例5の補強シートを用いたこと、および製造例9の発泡シートに代えて、製造例10の発泡シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(比較例1)
製造例1の補強シートに代えて、製造例6の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例6の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(比較例2)
製造例1の補強シートに代えて、製造例7の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例7の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
(比較例3)
製造例1の補強シートに代えて、製造例8の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
製造例1の補強シートに代えて、製造例8の補強シートを用いたことを除いては、実施例1と同様にして成形材料を得た。
<評価方法>
実施例および比較例の成形材料については、伸び率、成形性および寸法変化率により、その性能を評価した。以下、伸び率、成形性および寸法変化率の評価方法を示す。
実施例および比較例の成形材料については、伸び率、成形性および寸法変化率により、その性能を評価した。以下、伸び率、成形性および寸法変化率の評価方法を示す。
(A)伸び率:
下記熱間引張試験により伸び率を求めた。伸び率が40%未満の場合「不良(×)」、伸び率が40%以上の場合「良好(○)」とし、中でも伸び率が40%以上、45%以下の場合「特に良好(◎)」と評価した。
下記熱間引張試験により伸び率を求めた。伸び率が40%未満の場合「不良(×)」、伸び率が40%以上の場合「良好(○)」とし、中でも伸び率が40%以上、45%以下の場合「特に良好(◎)」と評価した。
[熱間引張試験]
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1)
(B)成形性:
実施例または比較例の成形材料から75mm×200mmの試験片を切り出した。この試験片を遠赤外線加熱炉で表面温度190℃まで加熱した。加熱された状態の試験片を鉄製金型(凸型)と、これと相補的な形状の鉄製金型(凹型)との間に挟み込んで冷間プレス成形を行った。前記凸型としては、上端側がR17mmの曲面形状で、底面幅100mm、奥行き150mm、底面から上端中央までの高さ50mmの略かまぼこ型のものを用いた。成形時の加圧力は3MPaとした。
実施例または比較例の成形材料から75mm×200mmの試験片を切り出した。この試験片を遠赤外線加熱炉で表面温度190℃まで加熱した。加熱された状態の試験片を鉄製金型(凸型)と、これと相補的な形状の鉄製金型(凹型)との間に挟み込んで冷間プレス成形を行った。前記凸型としては、上端側がR17mmの曲面形状で、底面幅100mm、奥行き150mm、底面から上端中央までの高さ50mmの略かまぼこ型のものを用いた。成形時の加圧力は3MPaとした。
前記成形後に、前記試験片の状態を目視観察し、補強シートが破断された場合、或いは発泡シートから補強シートが剥離した場合「不良(×)」、補強シートが破断されず、かつ、発泡シートから補強シートが剥離しなかった場合「良好(○)」とした。
(C)寸法変化率:
実施例または比較例の成形材料から150mm×150mmの試験片を切り出した。この試験片の中央部分には、一辺120mmの正方形状の罫書き線を書き込んだ。前記罫書き線は、その四辺が試験片の四辺に沿うように書き込んだ。この試験片について冷熱サイクル試験を実施した。前記冷熱サイクル試験は、下記表に示すステップ1〜8を1サイクルとし、これを4回繰り返す方法により行った。なお、各ステップ間の移行時間は、長くとも30分とした。
実施例または比較例の成形材料から150mm×150mmの試験片を切り出した。この試験片の中央部分には、一辺120mmの正方形状の罫書き線を書き込んだ。前記罫書き線は、その四辺が試験片の四辺に沿うように書き込んだ。この試験片について冷熱サイクル試験を実施した。前記冷熱サイクル試験は、下記表に示すステップ1〜8を1サイクルとし、これを4回繰り返す方法により行った。なお、各ステップ間の移行時間は、長くとも30分とした。
前記試験片は、遠赤外線加熱炉により表面温度が190℃となるまで加熱した。加熱された状態の試験片を鉄製金型(凸型)と、これと相補的な形状の鉄製金型(凹型)との間に挟み込んで冷間プレス成形を行った。前記凸型としては、上端側がR17mmの曲面形状で、底面幅100mm、奥行き150mm、底面から上端中央までの高さ50mmの略かまぼこ型のものを用いた。成形時の加圧力は3MPaとした。
前記試験片において、MD方向(流れ方向、発泡シートの押出し方向)およびTD方向(MD方向と直交する方向)の罫書き線間の距離をデジタルノギスで測定した。試験開始前に予め測定した試験前寸法と、試験後に測定した試験後寸法から、下記式(3)により寸法変化率を算出した。寸法変化率が0.2‰を超える場合「不良(×)」、0.13‰を超えて0.2‰以下の場合「良好(○)」、0.13‰以下の場合「極めて良好(◎)」とした。
寸法変化率(‰)={(試験後の寸法−試験前の寸法)/試験前の寸法}×1000 :(3)
寸法変化率(‰)={(試験後の寸法−試験前の寸法)/試験前の寸法}×1000 :(3)
その結果、実施例1〜5の成形材料は、伸び率、成形性、寸法変化率とも良好な結果を示した。中でも、実施例1、4、5の成形材料は、寸法変化率が極めて小さく、優れた寸法安定性を示しながら、同時に成形性にも優れるものであった。
一方、比較例1の成形材料は、伸び率は良好であり、成形後に補強シートの剥離はなかったものの、補強シートが破断されており、成形性の面で満足できるものではなかった。比較例2の成形材料は、補強シートの破断・剥離はなかったものの、伸び率が高過ぎ、寸法安定性の面で満足できるものではなかった。比較例3の成形材料は、伸び率が十分ではないことに加え、成形後に補強シートが剥離しており、成形性の面で満足できるものではなかった。
1:自動車内装材用成形材料、2:発泡シート、4,4a,4b:補強シート。
Claims (9)
- ポリプロピレン樹脂からなる発泡シートと、前記発泡シートの表面及び裏面を覆うように配置された補強シートと、を備え、
前記補強シートは、無機繊維及びポリオレフィン樹脂を含有し、前記無機繊維の目付量が30〜60g/m2のものであり、
前記無機繊維が、繊維長20〜100mmの無機短繊維であるとともに、前記無機短繊維が前記補強シートの全質量に対し20〜40質量%含有されており、
前記発泡シートに対し、前記補強シートが熱融着により固定されている自動車内装材用成形材料。 - 前記補強シートは、下記熱間引張試験により求められる伸び率が40%以上である請求項1に記載の自動車内装材用成形材料。
[熱間引張試験]
(1)JIS K6767に準拠して、引張試験機を用い、180℃の温度条件下、50mm/分の速度で試料に対して引張荷重をかける。
(2)前記試料が降伏を示した後、降伏時の応力の1/4の応力を示すまで引張荷重をかけ続ける。
(3)試験前の試料長さ(Lo)と、降伏時の応力の1/4の応力を示した時点での試料長さ(L)から下記式(1)により、伸び率を求める。
伸び率(%)={(L−Lo)/Lo}×100 :(1) - 前記ポリオレフィン樹脂は、その融点T1(℃)が前記ポリプロピレン樹脂の融点T2(℃)との間で、(T2−50)≦T1≦(T2+10)の関係を満たすものである請求項1又は2に記載の自動車内装材用成形材料。
- 総目付700g/m2以下のシートである請求項1〜3の何れか1項に記載の自動車内装材用成形材料。
- 前記発泡シートが、目付200〜460g/m2のシートであり、
前記補強シートが、目付100〜220g/m2のシートである請求項4に記載の自動車内装材用成形材料。 - 前記補強シートは、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、溶融状態の前記ポリオレフィン樹脂が塗工ないし含浸されて形成されたものである請求項1〜5の何れか1項に記載の自動車内装材用成形材料。
- 前記補強シートは、前記無機短繊維が交絡された無機繊維不織布を基材とし、前記基材に、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維が交絡された熱可塑性不織布が積層され、熱融着により固定されて形成されたものである請求項1〜5の何れか1項に記載の自動車内装材用成形材料。
- 前記補強シートが、前記無機短繊維と、前記ポリオレフィン樹脂からなる熱可塑性短繊維とが交絡された複合不織布である請求項1〜5の何れか1項に記載の自動車内装材用成形材料。
- 前記補強シートが、芯部及び鞘部を有する芯鞘繊維が交絡された芯鞘繊維不織布であり、
前記芯鞘繊維は、前記芯部が前記無機短繊維によって構成され、前記芯部の表面を被覆する前記鞘部が前記ポリオレフィン樹脂によって形成されている請求項1〜5の何れか1項に記載の自動車内装材用成形材料。
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2012
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