JP2022030954A

JP2022030954A - 繊維ボードの熱成形法

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Publication number: JP2022030954A
Application number: JP2020135293A
Authority: JP
Inventors: 裕介永塚; Yusuke Nagatsuka
Original assignee: Unitika Ltd
Current assignee: Unitika Ltd
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-18

Abstract

【課題】微孔を開ける作業を不要としながら、熱成形によって優れた吸音特性を持つ成形体を得る熱成形法を提供する。【解決手段】ポリエステル系繊維が集積されてなる第一不織体１、ポリオレフィン系繊維が集積されてなる第二不織体２、芯成分がポリエステル系重合体で鞘成分がポリオレフィン系重合体である芯鞘型複合繊維Ａが集積されてなる第三不織体３及びポリエステル系繊維が集積されてなる第四不織体４を積層して積層体を得る。この積層体にニードルパンチを施して、繊維ボードを得る。この繊維ボードに、第二不織体２のポリオレフィン系繊維の融点以上の温度で加熱成形を施す。ここで、第二不織体２は、ポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第一長繊維不織布、その繊維径が該ポリプロピレン系長繊維の繊維径よりも細い極細繊維で構成されてなる極細繊維不織布及びポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第二長繊維不織布の順に積層されたＳＭＳ不織布である。【選択図】図１

Description

本発明は、繊維ボードの熱成形法に関し、特に自動車の外装又は内装に用いる吸音特性に優れた成形体を得るための繊維ボードの熱成形法に関するものである。

従来より、自動車等に用いられる吸音材として、再生繊維やガラス繊維等を集積してなる繊維ボードが採用されている。また、吸音特性を向上させるため、ポリエステル系繊維を集積してなる不織体にポリエステル系樹脂フィルムを積層してなる繊維構造体を、吸音材として用いることも提案されている（特許文献１）。しかるに、ポリエステル系樹脂フィルムは音を反射しやすいため、より吸音特性を向上させる目的で、このポリエステル系樹脂フィルムに数μｍ～数十μｍの微孔を開けることも、特許文献１において提案されている。

しかしながら、ポリエステル系樹脂フィルムに微孔を開けるのは煩わしい作業である。また、特許文献１記載の繊維構造体を加熱成形して成形体を得ようとすると、ポリエステル系樹脂フィルムの軟化又は溶融により、その微孔が塞がってしまうという恐れもある。したがって、成形体が所望の吸音特性を備えていないということがあった。

特開２０１９－２０９５６９号公報

本発明は、微孔を開ける作業を不要としながら、熱成形によって優れた吸音特性を持つ成形体を得ることにある。

本発明は、特定の積層体よりなる繊維ボードに特定の加熱成形を施すことにより、上記課題を解決したものである。すなわち、本発明は、ポリエステル系繊維が集積されてなる第一不織体と、ポリオレフィン系繊維が集積されてなる第二不織体と、芯成分がポリエステル系重合体で鞘成分がポリオレフィン系重合体である芯鞘型複合繊維Ａが集積されてなる第三不織体と、ポリエステル系繊維が集積されてなる第四不織体とが積層されてなる積層体よりなる繊維ボードに、該ポリオレフィン系繊維の融点以上の温度条件で加熱成形を施すことを特徴とする繊維ボードの熱成形法に関するものである。

本発明で用いる第一不織体１は、ポリエステル系繊維が集積されてなる。ポリエステル系繊維の繊度は、１～１０デシテックス程度である。第一不織体１は、ポリエステル系繊維が単に集積されているだけでもよいが、一般的にはポリエステル系繊維相互間が結合され又は交絡されて、所定の強度を有して取り扱いやすくなっているのが好ましい。特に、集積されたポリエステル系繊維相互間をニードルパンチによって交絡させたニードルパンチ不織体となっているのが好ましい。なお、ニードルパンチを施す場合、パンチ密度は１０本以上／ｃｍ²であるのが好ましい。第一不織体１の重量は、１００～２０００ｇ／ｍ²程度である。第一不織体１の重量が低すぎると、熱成形後に得られる微孔を有する膜を保護する機能が低下すると共に、得られる成形体の吸音性が低下する傾向が生じる。また、第一不織体１の重量が高すぎると、得られる成形体が高重量となり取り扱いにくく、合理的ではない。

第一不織体１を構成するポリエステル系繊維は、従来公知のポリエステル系重合体を溶融紡糸して得られる長繊維又は短繊維を採用しうる。本発明においては、ポリエステル系繊維として、芯成分が高融点のポリエチレンテレフタレートよりなり、鞘成分が低融点のポリエステル系重合体よりなる芯鞘型複合長繊維Ｂを採用するのが好ましい。長繊維の方が、高剛性の成形体が得られるからである。かかる芯鞘型複合長繊維Ｂは、芯成分となるポリエチレンテレフタレートと、鞘成分となるポリエステル系重合体とを、複合紡糸孔を持つ紡糸装置に供給して、溶融紡糸するという公知の方法で得ることができる。

芯成分を形成するポリエチレンテレフタレートは、エチレングリコールをジオール成分とし、テレフタル酸をジカルボン酸成分として脱水縮合して得られるポリエステルであるが、ジカルボン酸成分として、ごく少量のイソフタル酸等の他のジカルボン酸成分が混合されていてもよい。かかるポリエチレンテレフタレートの融点は約２６０℃であり、ガラス転移点は約７０～８０℃であるのが好ましい。

鞘成分を形成するポリエステル系重合体としては、エチレングリコールをジオール成分とし、アジピン酸とテレフタル酸をジカルボン酸成分として脱水縮合して得られる共重合ポリエステルを採用するのが好ましい。ジカルボン酸成分であるアジピン酸とテレフタル酸の混合割合は任意であるが、アジピン酸：テレフタル酸＝１：１～１０（モル比）程度である。ジオール成分として、少量のジエチレングリコールが混合されているのが好ましい。ジエチレングリコールの混合量は、ジオール成分中に０．５～５．０モル％程度である。また、ジカルボン酸成分として、少量のイソフタル酸が混合されているのが好ましい。イソフタル酸の混合量は、ジカルボン酸成分中に２．０～５．０モル％程度である。少量のジエチレングリコールやイソフタル酸を混合するのは、得られる繊維の剛性を適宜調整するためである。鞘成分を構成するポリエステル系重合体の融点は約２００℃であり、ガラス転移点は約４０～５０℃であるのが好ましい。

芯成分と鞘成分の重量割合は、芯成分：鞘成分＝０．３～５：１（重量比）程度である。芯成分の重量割合が低すぎると、熱成形して得られる成形体の強度や剛性が低下する傾向が生じる。また、芯成分の重量割合が高すぎると、熱成形時に一体化されにくく、得られる成形体表面に毛羽立ちが生じやすくなる。芯成分と鞘成分は、同心に配置されていてもよいし、偏心して配置されていてもよい。しかしながら、偏心に配置されていると、熱成形時に、収縮が生じやすくなるため、同心に配置されている方が好ましい。

本発明で用いる第二不織体２は、ポリオレフィン系繊維が集積されてなる。第二不織体２の重量は、２０～７０ｇ／ｍ²程度である。第二不織体２の重量が低すぎると、熱成形時に膜を形成しにくくなる傾向が生じる。また、第二不織体２の重量が高すぎると、熱成形時に微孔を持つ膜が形成されにくくなる。第二不織体２を構成しているポリオレフィン系繊維は、短繊維であっても長繊維であってもよい。ポリオレフィン系繊維としては、一般的にポリプロピレン系繊維が用いられる。ポリプロピレン系繊維は、ポリプロピレン繊維であってもよいし、プロピレンにエチレンやブチレン等のオレフィンが共重合されている共重合体繊維であってもよい。ポリプロピレン系繊維の融点は２００℃未満であり、ポリプロピレン繊維の融点は１６０～１７０℃程度である。このポリオレフィン系繊維としては、他の不織体を構成している繊維よりも繊維径の細い極細繊維を用いるのが好ましい。これは、熱成形時に溶融しやすく、微孔を持つ膜が形成されやすくなるからである。なお、極細繊維の繊維径は、概ね０．５μｍ～７μｍであるのが好ましい。

第二不織体２として、特に、ポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第一長繊維不織布、その繊維径が該ポリプロピレン系長繊維の繊維径よりも細い極細繊維で構成されてなる極細繊維不織布及びポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第二長繊維不織布の順に積層されてなるものを用いるのが好ましい。すなわち、二枚の長繊維不織布の間に極細繊維不織布が挟まれているものを用いるのが好ましい。極細繊維不織布のみでは強度が低く、取り扱いにくいからである。なお、第一及び第二長繊維不織布を構成している長繊維の繊維径は、概ね１０μｍ～５０μｍであるのが好ましい。長繊維不織布としてはスパンボンド法で得られる不織布が用いられ、極細繊維不織布としてはメルトブロー法で得られる不織布が用いられることが多く、かかる積層不織布はＳＭＳ不織布と呼称される。したがって、第二不織体２としては、ＳＭＳ不織布を採用するのが好ましい。ＳＭＳ不織布の場合、第一及び第二長繊維不織布の重量は概ね１～３０ｇ／ｍ²であり、極細繊維不織布の重量は概ね０．１～７ｇ／ｍ²である。

本発明で用いる第三不織体３は、芯成分がポリエステル系重合体で鞘成分がポリオレフィン系重合体である芯鞘型複合繊維Ａが集積されてなる。芯鞘型複合繊維Ａの繊度は、１～１０デシテックス程度である。第三不織体３の重量は、２０～７０ｇ／ｍ²程度であり、第二不織体２の重量と同程度であるのが好ましい。第三不織体３は、熱成形時において、第二不織体２のポリオレフィン系繊維を芯鞘型複合繊維Ａの表面に沿って溶融させやすくするものだからである。第二不織体２の重量に比べて第三不織体３の重量の低すぎると、溶融したポリオレフィン系繊維の量が過剰となり、微孔の開いた膜を形成しにくくなる傾向が生じる。また逆に、第二不織体２の重量に比べて第三不織体３の重量の高すぎると、膜自体が形成されにくくなる傾向が生じる。芯鞘型複合繊維Ａは、長繊維であっても短繊維であってもよいが、高強度が実現しうる長繊維であるのが好ましい。

芯鞘型複合繊維Ａの芯成分を形成するポリエステル系重合体は、ポリエチレンテレフタレートであるのが好ましい。すなわち、エチレングリコールをジオール成分とし、テレフタル酸をジカルボン酸成分として脱水縮合して得られるポリエステルであるが、ジカルボン酸成分として、ごく少量のイソフタル酸等の他のジカルボン酸成分が混合されていてもよい。また、鞘成分はポリエチレン等のポリオレフィンであるのが好ましい。鞘成分をポリオレフィンとすることにより、熱成形時において、第二不織体２中のポリオレフィン系繊維を芯鞘型複合繊維Ａの表面に沿って溶融させうるからである。鞘成分をポリオレフィンとせずに、たとえばポリエステル等の重合体にすると、第二不織体２中のポリオレフィン系繊維との相溶性が悪く、芯鞘型複合繊維Ａの表面に沿って溶融させにくくなる。なお、芯鞘型複合繊維Ａの芯鞘の重量割合及び芯鞘の配置形態は、芯鞘型複合繊維Ｂと同様であってよい。

本発明で用いる第四不織体４は、ポリエステル系繊維が集積されてなる。第四不織体４は第一不織体１と同種のものであるのが好ましい。もちろん、第四不織体４はポリエステル系繊維が集積されているものであれば、第一不織体１と異種のものであってもよい。

第一不織体１、第二不織体２、第三不織体３及び第四不織体４の順に積層し積層体を得る。この積層体は、単に積層して繊維ボードとしてもよいが、第一不織体１、第二不織体２、第三不織体３及び第四不織体４を結合し一体化して繊維ボードとするのが好ましい。一体化されている方が取り扱いやすいからである。一体化する方法としては、第一不織体１、第二不織体２、第三不織体３及び第四不織体４を積層した後、ニードルパンチを施す方法が好ましい。ニードルパンチにより、各不織体を構成する繊維相互間が交絡せしめられ、強固に一体化する。パンチ密度は任意であるが、一般的に、１０本以上／ｃｍ²であるのが好ましい。パンチ密度が１０本未満／ｃｍ²であると、一体化の程度が低く、取り扱い性が低下する傾向が生じる。繊維ボードの重量は、３００～２５００ｇ／ｍ²程度である。繊維ボードの重量が３００ｇ／ｍ²未満であると、吸音性が向上しにくい傾向が生じる。繊維ボードの重量が２５００ｇ／ｍ²を超えると、重すぎて取り扱い性が低下する傾向が生じる。

繊維ボードに、第二不織体２を構成しているポリオレフィン系繊維の融点以上の温度で加熱して熱形成する。加熱温度は、一般的に、ポリオレフィン系繊維の融点以上で、第三不織体３を構成している芯鞘型複合繊維Ａの芯成分であるポリエステル系重合体の融点未満であるのが好ましい。具体的には、加熱温度は２００℃程度であるのが好ましい。加熱の際に、加圧して繊維ボードを圧縮するのが一般的である。また、金型を用いて加熱加圧し、所定の形状にすることも好ましい。

繊維ボードを加熱して熱成形した成形体は、種々の用途に用いられる。たとえば、自動車等や車両用、住宅用、高速道路や高速鉄道の防音壁用等の吸音材として、好適に用いられる。

本発明に係る熱成形法によれば、加熱成形時において、第二不織体２中のポリオレフィン系繊維が、第三不織体３中の芯鞘型複合繊維Ａの表面に沿って溶融するため、芯鞘型複合繊維Ａ相互間の間隙を残しながら膜が形成され、この間隙が微孔となる。したがって、得られた成形体は、第一不織体１及び第四不織体４の間に微孔を有する膜が形成され、吸音特性に優れたものとなる。よって、本発明によれば、樹脂フィルムに微孔を設けることなく、微孔を有する膜を備えた成形体が得られるという効果を奏する。

実施例１
［第一不織体の準備］
芯成分として、エチレングリコールとテレフタル酸の共重合体（融点２６０℃）を準備した。鞘成分として、エチレングリコール、ジエチレングリコール、アジピン酸、テレフタル酸及びイソフタル酸の共重合体（融点２００℃）を準備した。なお、ジオール成分としてのエチレングリコールは９９モル％でジエチレングリコールは１モル％であり、ジカルボン酸成分としてのアジピン酸は１９モル％でテレフタル酸は７８モル％でイソフタル酸は３モル％である。上記した芯成分と鞘成分の両者を、複合紡糸孔を持つ紡糸装置に供給して、溶融紡糸を行い、芯成分と鞘成分の重量割合が芯成分：鞘成分＝８：２である芯鞘型複合長繊維Ｂ（繊度約３デシテックス）を得た。この芯鞘型複合長繊維Ｂをコンベア上に捕集及び集積して繊維ウェブを得た。この繊維ウェブを、ニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度９０本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、重量２００ｇ／ｍ²の第一不織体を得た。

［第二不織体の準備］
ポリプロピレンを紡糸孔を持つ紡糸装置に供給し、スパンボンド法により、ポリプロピレン不織布を得た。このポリプロピレン不織布の重量は約２２ｇ／ｍ²であり、ポリプロピレン不織布を構成するポリプロピレン長繊維の繊維径は約１０μｍであった。このポリプロピレン不織布上に、メルトブロー法により、極細繊維を集積し、極細繊維不織布を得た。この極細繊維不織布の重量は約７ｇ／ｍ²であり、極細繊維不織布を構成している極細繊維の繊維径は１～５μｍ程度であった。そして、この極細繊維不織布上に、上記のポリプロピレン不織布を積層して、重量が約５０ｇ／ｍ²のＳＭＳ不織布を得た。このＳＭＳ不織布を第二不織体とした。

［第三不織体の準備］
第三不織体として、ユニチカ株式会社製のエルベス（品番Ｔ０５０３ＷＤＯ）を準備した。第三不織体は、芯成分がポリエチレンテレフタレートで鞘成分がポリエチレンである芯鞘型複合長繊維Ａが集積されてなる不織布である。第三不織体の重量は約５０ｇ／ｍ²であり、芯鞘型複合長繊維Ａの繊度は約３デシテックスである。

［第四不織体の準備］
第一不織体の製造方法と同一の方法で、重量６００ｇ／ｍ²の第一不織体を得た。

［繊維ボードの製造］
第一不織体、第二不織体、第三不織体及び第四不織体の順に積層して積層体を得た。この積層体をニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度４５本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、重量約１０５０ｇ／ｍ²の繊維ボードを得た。

［繊維ボードの熱成形］
得られた繊維ボードを、２００℃に加熱した二枚の熱板間に挟み、熱板間の距離を３ｍｍとなるように加圧した状態で３０秒間熱成形を行った。これにより、厚み３ｍｍの成形体を得た。

比較例１
実施例１で用いた第一不織体及び第四不織体を積層した積層体とし、この積層体に実施例１と同一の条件で熱成形を行い、厚み３ｍｍの成形体を得た。

比較例２
実施例１で用いた第一不織体、第三不織体及び第四不織体を積層し、これをニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度４５本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、積層体を得た。この積層体に実施例１同一の条件で熱成形を行い、厚み３ｍｍの成形体を得た。

比較例３
実施例１で用いた第一不織体、下記のポリエステル不織布及び実施例１で用いた第四不織体を積層し、これをニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度４５本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、積層体を得た。この積層体に実施例１同一の条件で熱成形を行い、厚み３ｍｍの成形体を得た。
［ポリエステル不織布］
ポリエチレンテレフタレート長繊維が集積されてなるポリエステル不織布であって、ポリエチレンテレフタレート長繊維の繊度は約３デシテックスで、ポリエステル不織布の重量は約５０ｇ／ｍ²である。

比較例４
実施例１で用いた第一不織体、第二不織体及び第四不織体を積層し、これをニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度４５本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、積層体を得た。この積層体に実施例１同一の条件で熱成形を行い、厚み３ｍｍの成形体を得た。

比較例５
実施例１で用いた第一不織体、第二不織体、比較例３で用いたポリエステル不織布及び実施例１で用いた第四不織体を積層し、これをニードルパンチ装置に搬送し、パンチ密度４５本／ｃｍ²でニードルパンチを施して、積層体を得た。この積層体に実施例１同一の条件で熱成形を行い、厚み３ｍｍの成形体を得た。

実施例１で得られた成形体から第一不織体に相当する層を剥がし、残存層の表面をＳＥＭ写真で観察したところ、図２に示すとおり、微孔を有する膜が形成されていた。一方、比較例４で得られた成形体から第一不織体に相当する層を剥がし、残存層の表面をＳＥＭ写真で観察したところ、図３に示すとおり、溶融物の塊が存在しており、膜の形成が認められなかった。

実施例１で得られた成形体及び比較例１～５で得られた成形体の各々を、ＪＩＳＬ１０９６記載の通気度測定法Ａ法に準拠し、通気度を測定したところ、以下のとおりであった。すなわち、実施例１で得られた成形体は９ｃｃ／ｍ²で、比較例１で得られた成形体は２２ｃｃ／ｍ²、比較例２で得られた成形体は１６ｃｃ／ｍ²、比較例３で得られた成形体は２０ｃｃ／ｍ²、比較例４で得られた成形体は１６ｃｃ／ｍ²、比較例５で得られた成形体は１１ｃｃ／ｍ²であった。

実施例１で得られた成形体及び比較例１～５で得られた成形体の各々を、株式会社小野測器製のＳＲ－４１００Ｂ管（内径２９ｍｍφ）を用い、ＩＳＯ１０５３４－２に準拠し、第一不織体側を入射側にして垂直入射吸音率を測定した。なお、垂直入射吸音率の測定は、１０００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、３０００Ｈｚ、４０００Ｈｚ及び５０００Ｈｚで行った。この結果を、図４に示した。

図２、図３及び図４の結果から、実施例１に係る熱成形法で得られた成形体は、微孔を持つ膜を有しており、吸音率が向上していることが分かる。

本発明で用いる繊維ボードの一例を示した模式的側面図である。実施例１に係る方法で得られた成形体から、第一不織体に相当する層を剥がした残存層の表面のＳＥＭ写真である。比較例４に係る方法で得られた成形体から、第一不織体に相当する層を剥がした残存層の表面のＳＥＭ写真である。実施例１で得られた成形体及び比較例１～５で得られた成形体の垂直入射吸音率を示したグラフである。

１第一不織体
２第二不織体
３第三不織体
４第四不織体

Claims

ポリエステル系繊維が集積されてなる第一不織体と、ポリオレフィン系繊維が集積されてなる第二不織体と、芯成分がポリエステル系重合体で鞘成分がポリオレフィン系重合体である芯鞘型複合繊維Ａが集積されてなる第三不織体と、ポリエステル系繊維が集積されてなる第四不織体とが積層されてなる積層体よりなる繊維ボードに、該ポリオレフィン系繊維の融点以上の温度条件で加熱成形を施すことを特徴とする繊維ボードの熱成形法。
温度条件が、ポリオレフィン系繊維の融点以上でポリエステル系重合体の融点未満の温度である請求項１記載の繊維ボードの熱成形法。
積層体にニードルパンチを施すことにより、第一不織体、第二不織体、第三不織体及び第四不織体の各構成繊維相互間を交絡させて繊維ボードを得る請求項１記載の繊維ボードの熱成形法。
第一不織体及び第四不織体中のポリエステル系繊維は、芯成分がエチレングリコールとテレフタル酸からなる共重合体であり、鞘成分がエチレングリコールとアジピン酸とテレフタル酸を含む共重合体である芯鞘型複合繊維Ｂである請求項１記載の繊維ボードの熱成形法。
鞘成分が、エチレングリコール、アジピン酸、テレフタル酸並びにイソフタル酸及び／又はジエチレングリコールからなる共重合体である請求項４記載の繊維ボードの熱成形法。
第二不織体は、ポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第一長繊維不織布、その繊維径が該ポリプロピレン系長繊維の繊維径よりも細い極細繊維で構成されてなる極細繊維不織布及びポリプロピレン系長繊維で構成されてなる第二長繊維不織布の順に積層されてなるものである請求項１記載の繊維ボードの熱成形法。
第三不織体中の芯鞘型複合繊維Ａは、芯成分がポリエチレンテレフタレートで鞘成分がポリエチレンで構成されている請求項１記載の繊維ボードの熱成形法。
芯鞘型複合繊維Ａ及びＢは、いずれも、芯成分と鞘成分とが同心に配置されている芯鞘型複合長繊維である請求項１又は４記載の繊維ボードの熱成形法。
ポリエステル系繊維が集積されてなる第一不織体と、ポリオレフィン系繊維が集積されてなる第二不織体と、芯成分がポリエステル系重合体で鞘成分がポリオレフィン系重合体である芯鞘型複合繊維Ａが集積されてなる第三不織体と、ポリエステル系繊維が集積されてなる第四不織体とが積層されてなる積層体に、ニードルパンチを施すことを特徴とする繊維ボードの製造方法。