JP5003028B2 - 発泡ウレタン補強材 - Google Patents
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Description
本発明は、座席等に用いられる発泡ウレタン補強材に関し、より詳しくは、金属スプリング等との摩擦から発泡ウレタンを有効に保護し、更に取り扱い性に優れ、凹凸が大きい形状の発泡ウレタン成形体にも適応できる発泡ウレタン補強材に関する。
従来より座席等のクッション材として、発泡ウレタン成形体が広く用いられており、一般的に、発泡ウレタン成形体の成形時に補強材が一体化されたものが用いられている。かかる補強材は、発泡ウレタン成形体と金属スプリングの間に位置して、金属スプリングのクッション作用を均等に分散すると共に、金属スプリングから受ける摩擦から発泡ウレタン成形体を保護するという役割を担うものである。そして、消費者が求める品質が高度になるにつれ、座席等の使用時に、補強材に染み出したウレタンと金属スプリングの摩擦により発する擦過音を解消する要望が高まり、これに応える補強材として、嵩高層と緻密層とを有し、緻密層でウレタンの染み出しを防止する補強材が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。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凹凸が大きい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染み出しや、金属スプリングとの摩擦による破損が生じるという問題点を有していた。そこで、エラストマー等を使用した柔軟で、凹凸が大きい発泡ウレタン成形にも使用し得る補強材が提案されている（例えば特許文献３参照）。しかしながら、かかる補強材は生産性、取り扱い性が乏しいという問題点を有していた。すなわち、補強材が製造されるプロセスとして、不織布を数十層重ね合わせて型打ち抜きし、型打ちされた不織布を所望する形状に手作業で縫製されているところ、エラストマー等を使用した柔軟な不織布は、型打ちの際に重ね合わせる枚数が制限され、また、型のバラツキが大きくなり、更に縫製が不正確となって生産性、品質に問題が生じていた。
特開平６−１７１００２号公報
特開平６−１７１００３号公報
特開２００４−３５３１５３号公報
本発明は従来技術を背景になされたもので、発泡ウレタン成形体を有効に保護し、金属スプリングとの擦過音を抑制し、生産性が高く、取り扱い性に優れ、凹凸が大きい形状の発泡ウレタン成形体にも適応できる発泡ウレタン補強材を提供することを課題とする。
本発明者らは上記課題を解決するため、鋭意研究した結果、遂に本発明を完成するに至った。即ち本発明は、発泡成形後にウレタン含浸層となる単糸繊度１．０〜３．０ｄｔｅｘの不織布Ａと、ウレタン含浸時の染み出し防止層となる単糸繊度０．５〜２．５ｄｔｅｘの不織布Ｂとが、不織布Ａの方向からニードルを進入させて、針密度４５〜７０個／ｃｍ ２ でニードルパンチ加工により積層されていることを特徴とする発泡ウレタン補強材、である。
本発明は、発泡ウレタン補強材は、発泡ウレタン成形体を有効に保護し、ウレタンの染み出しが少なく金属スプリングとの擦過音を抑制し、更には型打ち抜き性に優れて生産性が高く、縫製しやすく取り扱い性に優れ、凹凸が大きい形状の発泡ウレタン成形体にも適応できるという利点を有する。
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の発泡ウレタン補強材は、単糸繊度１．０〜３．０ｄｔｅｘからなる不織布Ａと、単糸繊度０．５〜２．５ｄｔｅｘからなる不織布Ｂとがニードルパンチ法により積層されていることが好ましい。ここに、不織布Ａは発泡ウレタン成形時にウレタンが含浸され、不織布Ｂはウレタンの染み出しを防ぐ役割を担うところ、不織布Ａの単糸繊度が１．０〜３．０ｄｔｅｘであれば、不織布Ｂとのニードルパンチ法による交絡が強くなされて剥離し難くなると共に、ウレタンが十分に含浸され、更に適切な硬さを確保できるため、型打ち抜き性に優れ、且つ正確な縫製が可能となる。また不織布Ｂの単糸繊度が０．５〜２．５ｄｔｅｘであれば、ウレタンの染み出しを有効に防止することが可能となるとともに、金属スプリングとの摩擦に対する耐久性が優れる。より好ましい不織布Ａの繊度は１．５〜２．５ｄｔｅｘ、更に好ましくは１．８〜２．３ｄｔｅｘである。また、より好ましい不織布Ｂの単糸繊度は０．８〜２．２ｄｔｅｘ、更に好ましくは１．０〜２．０ｄｔｅｘである。
本発明の発泡ウレタン補強材は、単糸繊度１．０〜３．０ｄｔｅｘからなる不織布Ａと、単糸繊度０．５〜２．５ｄｔｅｘからなる不織布Ｂとがニードルパンチ法により積層されていることが好ましい。ここに、不織布Ａは発泡ウレタン成形時にウレタンが含浸され、不織布Ｂはウレタンの染み出しを防ぐ役割を担うところ、不織布Ａの単糸繊度が１．０〜３．０ｄｔｅｘであれば、不織布Ｂとのニードルパンチ法による交絡が強くなされて剥離し難くなると共に、ウレタンが十分に含浸され、更に適切な硬さを確保できるため、型打ち抜き性に優れ、且つ正確な縫製が可能となる。また不織布Ｂの単糸繊度が０．５〜２．５ｄｔｅｘであれば、ウレタンの染み出しを有効に防止することが可能となるとともに、金属スプリングとの摩擦に対する耐久性が優れる。より好ましい不織布Ａの繊度は１．５〜２．５ｄｔｅｘ、更に好ましくは１．８〜２．３ｄｔｅｘである。また、より好ましい不織布Ｂの単糸繊度は０．８〜２．２ｄｔｅｘ、更に好ましくは１．０〜２．０ｄｔｅｘである。
本発明の発泡ウレタン補強材は、針密度３５〜７０個／ｃｍ２でニードルパンチ加工により積層されていることが好ましい。針密度が３５〜７０個／ｃｍ２であれば、縫製が正確になされると共に、発泡成形時に皺の発生等を有効に防止することができるからである。すなわち、前記繊度範囲にある不織布Ａ及び不織布Ｂに強い機械的交絡を加えれば、縫製時には交絡が解かれず、積層体が伸長し難く正確に縫製できる一方、発泡成形時には凹凸が大きい部分の繊維交絡が解かれて型の形状に沿って伸長するため、皺の発生等の問題を防止することをできることを本願発明者等が見出したものである。また、強い機械的交絡を与えると、発泡成形後、ウレタン含浸により交絡点が強く固定されてウレタン含浸層の弾性率が高くなり、金属スプリングから受けるクッション作用を均一に分散する機能が高くなるという効果も発揮する。更には毛羽立ち防止の効果も発揮する。より好ましい範囲は４０〜６５個／ｃｍ２、更に好ましくは４５〜６０個／ｃｍ２である。
本発明の発泡ウレタン補強材が、不織布Ａと不織布Ｂの２層からなる場合、ニードルパンチ加工は、不織布Ａ層から進入していることが好ましい。不織布Ａ層から針を進入させると強く積層一体化することができることを本願発明者等が見出したからである。
本発明の発泡成形材に用いる不織布Ａは初期モジュラス１０〜１００Ｎ／５ｃｍであることが好ましい。かかる範囲であれば、１回の打ち抜き加工で重ねる枚数を多くすることが可能となって生産性が向上し、打ち抜かれる型のバラツキが小さくなると共に、正確な縫製可能となり、更には繊維交絡も強くなって剥離し難くなるからである。より好ましい初期モジュラスは１２〜９０Ｎ／５ｃｍ、更にこのましくは１３〜８０Ｎ／５ｃｍである。前記初期モジュラス物性を有する不織布Ａを得るための手段は特に限定されないが、エンボス加工により熱圧着される場合であれば熱圧着温度調整で得ることが可能であり、例えば不織布Ａを構成する材料がポリエチレンテレフタレートであれば温度を１７５℃〜２１０℃程度に設定することにより得ることができる。
本発明の発泡成形材に用いる不織布Ｂは初期モジュラス３０〜２００Ｎ／５ｃｍであることが好ましい。かかる範囲であれば、１回の打ち抜き加工で重ねる枚数を多くすることが可能となって生産性が向上し、打ち抜かれる型のバラツキが小さくなると共に、正確な縫製が可能となることは前期不織布Ａと同様であるが、有効にウレタンの染み出しを防止するという効果を発揮する。より好ましい初期モジュラスは３３〜１９０Ｎ／５ｃｍ、更に好ましくは３５〜１８０Ｎ／５ｃｍである。前記初期モジュラス物性を有する不織布Ｂを得るための手段は特に限定されないが、エンボス加工により熱圧着される場合であれば熱圧着温度調整で得ることが可能であり、例えば不織布Ａを構成する材料がポリエチレンテレフタレートであれば温度を１９０℃〜２３０℃程度に設定することにより得ることができる。
本発明の発泡ウレタン補強材に用いる不織布Ｂは、カーボンブラックを０．５〜３重量％含有することが好ましい。カーボンブラックを含有させることにより、局所的なウレタンの染み出しを防止できることを本願発明者等が見出したからである。カーボンブラックを含有させることにより、局所的なウレタンの染み出しを防止できる要因については、明らかではないが次のように考えられる。すなわち、カーボンブラックを含んだ繊維は摩擦抵抗が低くなるため、不織布Ｂの製造時、繊維を均一に分散することができること、及び／又はポリマーを紡出後、電気開繊するときに開繊し易くなることから、不織布の均一性が高まることが要因の一つとして考えられる。また、不織布を熱圧着ロールにより熱エンボス加工を施す場合、エンボス加工が有効になされ、エンボス部分がほぼ確実にフィルム化し、ウレタンの染み出しを防止することも要因の一つと考えられる。
より好ましい添加量０．６〜２．５重量％、更に好ましくは０．８〜重３量％である。
より好ましい添加量０．６〜２．５重量％、更に好ましくは０．８〜重３量％である。
本発明の発泡ウレタン補強材に用いる不織布は、熱エンボス加工したスパンボンド不織布であることが好ましい。熱エンボス加工したスパンボンド不織布は、毛羽が少なく、耐摩耗性に優れ、更には通気性、ウレタン染み出し防止性能を高い精度でコントロールし得るからである。好ましい熱エンボス条件は、不織布Ａについては、線圧１０〜４０ｋＮ／ｍ、エンボス面積率８〜３０％、不織布Ｂについては線圧２０〜５０ｋＮ／ｍ、エンボス面積率８〜３０％である。
本発明の発泡ウレタン補強材に用いる不織布Ａの目付は３０〜１５０ｇ／ｍ２であることが好ましい。３０g／ｍ２以下は繊維交絡が不十分となり、発泡ウレタン工程時に破れ、ウレタン染み出しを招く。１５０g／ｍ２以上では、裁断性が悪くなると共に、発泡時に基布が金型に追従し難くなるからである。
本発明の発泡ウレタン補強材に用いる不織布Ｂの目付は２０〜１００ｇ／ｍ２であることが好ましい。１００g／ｍ２以上では、ニードル交絡時、針の貫通抵抗が大きくなり針折れ等の問題がある。
以下に、本発明を実施例によって詳細に説明するが、本発明は何らこれらに限定されるものではない。なお、本発明に記載の物性値の評価方法は下記のとおりである。
[積層不織布の５％伸張時応力及び引張強さ](Ｎ／５ｃｍ)：ＪＩＳ Ｌ−１０９６に記載のカットストリップ法に従い、定速伸長型引張試験機（オリエンテック製テンシロン）を用いて積層不織布の製品巾から巾５０ｍｍ 長さ２００ｍｍ 試料片 ２０点につき、つかみ間隔１００ｍｍで引張り速度２００ｍｍ／分で測定し得られた５％伸張時応力と引張強さの平均値を５%伸張時応力(N／５cm)と引張強さ(N／5cm)とした。
[不織布繊度]（ｄｔｅｘ）：不織布の任意の部位からサンプリングした試験片の切断面が観察できるように、デジタル式測微接眼装置を装着した光学顕微鏡にセットして、繊維軸を横切る方向にほぼ直角に切断されている任意の繊維５０本について、繊維断面の長軸と短軸の長さを測定し、各繊維の断面積を求め、それら値を平均して繊維の断面積を算出する。別途、繊維密度を求めて適用し、長さ１０，０００ｍでの重量を計算して求めた。
[目付]
２０cm×５cmの試験片を不織布の巾１ｍ当たり６ヶ採取し重量を坪量し、その平均値を単位面積当たりで表す。
２０cm×５cmの試験片を不織布の巾１ｍ当たり６ヶ採取し重量を坪量し、その平均値を単位面積当たりで表す。
[擦過音発生評価]
不織布Ａ面をコイル状バネに接して加圧、除圧を繰り返す異音発生モデル試験において異音の発生の有無を確認した。
不織布Ａ面をコイル状バネに接して加圧、除圧を繰り返す異音発生モデル試験において異音の発生の有無を確認した。
[打ち抜き性評価]
油圧式裁断機にて裁断圧力１０トンを使用する。裁断機の下側に木製の下敷きをセットし、その上に不織布を２０枚折り重ねてセットする。裁断用に刃が一体となった型枠４０cm×３０cmを不織布の上にセットして裁断機のプレスにより裁断する。評価は、○合格：不織布が毛羽無くきれいに裁断できる、×不合格：毛羽があるため、はさみ又はカッター等でカットしなければならない。又は不織布の一部が裁断できていないため、はさみ又はカッター等でカットしなければならない。
油圧式裁断機にて裁断圧力１０トンを使用する。裁断機の下側に木製の下敷きをセットし、その上に不織布を２０枚折り重ねてセットする。裁断用に刃が一体となった型枠４０cm×３０cmを不織布の上にセットして裁断機のプレスにより裁断する。評価は、○合格：不織布が毛羽無くきれいに裁断できる、×不合格：毛羽があるため、はさみ又はカッター等でカットしなければならない。又は不織布の一部が裁断できていないため、はさみ又はカッター等でカットしなければならない。
[縫製評価]
不織布を自動車椅子バネ受け材として、椅子のフレーム形状に立体的に裁断する作業がある。不織布を引張りながらミシンにて縫製する。先に記載した引張り強力の測定方法により、５％伸張時応力を評価する。５％伸張時応力が高い程、縫製時の寸法安定性が高く好ましい。良否の判断基準としては、５％伸張時応力が１８Ｎ／5cm以上が好ましい。
不織布を自動車椅子バネ受け材として、椅子のフレーム形状に立体的に裁断する作業がある。不織布を引張りながらミシンにて縫製する。先に記載した引張り強力の測定方法により、５％伸張時応力を評価する。５％伸張時応力が高い程、縫製時の寸法安定性が高く好ましい。良否の判断基準としては、５％伸張時応力が１８Ｎ／5cm以上が好ましい。
[ウレタン染み出し性評価]
ウレタン発泡成形用金型内の発泡ガス空気抜け孔がある側の金型上面に、不織布を取り付けて、常法通り発泡性ウレタン樹脂を添加し、過熱、加圧下でポリウレタン発泡成形を行い、軟質ポリウレタンフォーム型内発泡成形品を作成した。
得られた成形品における不織布のポリウレタン樹脂の浸透、透過状態と、ポリウレタンフォーム層と積層構造不織布の接合状態を確認するため、得られた成形品を切断し、断面の状態観察及びポリウレタンフォーム層と積層構造不織布間接合強さを測定した。
ウレタン発泡成形用金型内の発泡ガス空気抜け孔がある側の金型上面に、不織布を取り付けて、常法通り発泡性ウレタン樹脂を添加し、過熱、加圧下でポリウレタン発泡成形を行い、軟質ポリウレタンフォーム型内発泡成形品を作成した。
得られた成形品における不織布のポリウレタン樹脂の浸透、透過状態と、ポリウレタンフォーム層と積層構造不織布の接合状態を確認するため、得られた成形品を切断し、断面の状態観察及びポリウレタンフォーム層と積層構造不織布間接合強さを測定した。
（実施例１）
スパンボンド法により製造された２．５ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付５５ｇ／ｍ2 のウェッブを１７０℃の熱ロールによるカレンダー加工で仮熱圧着した不織布Ａと同じくスパンボンド法により製造されたカーボンブラックを２％含む、１．２ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付４０ｇ／ｍ2 のウェッブを２００℃の熱ロールによるカレンダー加工で熱圧着した不織布Ｂとを積層し、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度５０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングして二層積層構造不織布を得た。不織布Ａの５％伸張時応力は、たて＝１５Ｎ／5cm、よこ＝８Ｎ／5cmであり、不織布Ｂの５％伸張時応力は、たて＝４１Ｎ／5cm、よこ＝２７Ｎ／5cmであった。
スパンボンド法により製造された２．５ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付５５ｇ／ｍ2 のウェッブを１７０℃の熱ロールによるカレンダー加工で仮熱圧着した不織布Ａと同じくスパンボンド法により製造されたカーボンブラックを２％含む、１．２ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付４０ｇ／ｍ2 のウェッブを２００℃の熱ロールによるカレンダー加工で熱圧着した不織布Ｂとを積層し、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度５０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングして二層積層構造不織布を得た。不織布Ａの５％伸張時応力は、たて＝１５Ｎ／5cm、よこ＝８Ｎ／5cmであり、不織布Ｂの５％伸張時応力は、たて＝４１Ｎ／5cm、よこ＝２７Ｎ／5cmであった。
（比較例１）
スパンボンド法により製造された３ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付５５ｇ／ｍ2 のウェッブを１７０℃の熱ロールによるカレンダー加工で仮熱圧着した不織布１と同じくスパンボンド法により製造された１．５ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付４０ｇ／ｍ2 のウェッブを２００℃の熱ロールによるカレンダー加工で熱圧着した不織布２とを積層し、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度４０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングして二層積層構造不織布を得た。
スパンボンド法により製造された３ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付５５ｇ／ｍ2 のウェッブを１７０℃の熱ロールによるカレンダー加工で仮熱圧着した不織布１と同じくスパンボンド法により製造された１．５ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維よりなるランダムループ組織の目付４０ｇ／ｍ2 のウェッブを２００℃の熱ロールによるカレンダー加工で熱圧着した不織布２とを積層し、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度４０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングして二層積層構造不織布を得た。
（比較例２）
比較例１で得られた二層積層構造不織布の不織布２面側に、不織布１と同じ製造条件で製造した不織布３を重ね、更に、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度４０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングし、交絡し三層積層構造不織布を得た。
実施例および比較例の評価結果を表１に示す。
比較例１で得られた二層積層構造不織布の不織布２面側に、不織布１と同じ製造条件で製造した不織布３を重ね、更に、オルガン社製ＦＰＤ１−４０Ｓのニードルを用いニードル密度４０ケ／ｃｍ2 、針深度１４ｍｍでニードルパンチングし、交絡し三層積層構造不織布を得た。
実施例および比較例の評価結果を表１に示す。
実施例１は、ウレタン発泡時の染み出しなく、ウレタン含浸性も良好であり、剥離測定を実施した場合では、ウレタンの材料破壊が生じる状態である。また、不織布とバネとの接触による擦過音が発生しないことを確認した。打ち抜き性評価では、毛羽およびカット不良なく、良好に裁断ができることが確認された。縫製評価では、５％伸張時応力が２０Ｎ／５ｃｍ以上あり、縫製作業時の不織布の極度な伸びが抑制されることで許容寸法内にて縫製ができることが確認された。
比較例１，２は、不織布Ｂの不均一部分（密度が小さい部分）からウレタン発泡時の染み出しが若干発生した。含浸性は問題なかったが、打ち抜き評価では、毛羽が発生しまた部分的に裁断不良が発生することが確認された。縫製評価においても、不織布の５％伸張時応力が１７Ｎ／５ｃｍ以下であり、縫製作業時においても、不織布が部分的に伸びてしまい、許容寸法内に縫製できないことが確認された。
比較例１，２は、不織布Ｂの不均一部分（密度が小さい部分）からウレタン発泡時の染み出しが若干発生した。含浸性は問題なかったが、打ち抜き評価では、毛羽が発生しまた部分的に裁断不良が発生することが確認された。縫製評価においても、不織布の５％伸張時応力が１７Ｎ／５ｃｍ以下であり、縫製作業時においても、不織布が部分的に伸びてしまい、許容寸法内に縫製できないことが確認された。
本発明は、発泡ウレタン成形体を有効に保護し、金属スプリングとの擦過音を抑制し、生産性が高く、取り扱い性に優れ、凹凸が大きい形状の発泡ウレタン成形体にも適応できる発泡ウレタン補強材を安価で提供することができ、産業界に寄与すること大である。
Claims (1)
- 発泡成形後にウレタン含浸層となる単糸繊度１．０〜３．０ｄｔｅｘの不織布Ａと、ウレタン含浸時の染み出し防止層となる単糸繊度０．５〜２．５ｄｔｅｘの不織布Ｂとが、不織布Ａの方向からニードルを進入させて、針密度４５〜７０個／ｃｍ２でニードルパンチ加工により積層されていることを特徴とする発泡ウレタン補強材。
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