JP6346848B2 - 表皮材被覆発泡粒子成形体 - Google Patents
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Description
これらの方法により、表皮材と発泡粒子成形体との融着性および発泡粒子同士の融着性に優れた表皮材被覆発泡粒子成形体を得ることができる。
そこで、特許文献2に開示された方法により、表皮材の薄肉化が可能となったが、表皮材の影響により、ポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体が本来有するエネルギー吸収特性を十分に再現性良く発揮できないことがあった。また、構造部材などに用いられる場合、衝突時に、圧縮変形だけではなく曲げ変形が生じるため、少ない変形量の中で十分な量のエネルギーを吸収するためには成形体に十分な曲げ剛性が要求される。しかし、ポリプロピレン系樹脂からなる薄肉表皮を有する表皮材被覆発泡粒子成形体では、変形時に表皮材への応力の集中が起こりやすく、局所的に表皮材の剥離が生じて、大きく変形してしまうことがあった。
すなわち、本発明は、以下に記載の〔1〕〜〔5〕を提供する。
〔1〕オレフィン系熱可塑性エラストマーを含むポリオレフィン系重合体組成物からなる中空ブロー成形体の中空部にポリプロピレン系樹脂発泡粒子を充填し、該発泡粒子を加熱融着させて発泡粒子成形体を形成すると共に該発泡粒子成形体と該中空ブロー成形体の内面とを加熱融着させて得られる、
ポリオレフィン系樹脂発泡粒子成形体が中空ブロー成形体からなる表皮材で被覆された表皮材被覆発泡粒子成形体であって、
該表皮材のタイプAデュロメータ硬さが95以下であり、
該表皮材の平均厚みが0.5mm以上2.0mm未満であり、
該表皮材と発泡粒子成形体との接着強度が4N/cm以上である、
ことを特徴とする表皮材被覆発泡粒子成形体。
〔2〕前記ポリオレフィン系重合体組成物の180℃における溶融伸びが70m/分以上である、前記〔1〕に記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
〔3〕前記ポリオレフィン系重合体組成物の190℃における溶融張力が3cN以上である、前記〔1〕又は〔2〕に記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
〔4〕前記ポリオレフィン系重合体組成物が、オレフィン系熱可塑性エラストマーとメタロセン系重合触媒により重合されたポリプロピレン系樹脂との混合物である、前記〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
〔5〕前記ポリオレフィン系重合体組成物中のオレフィン系熱可塑性エラストマーの重量割合が40〜80重量%である、前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
また、曲げ剛性にも優れると共に、従来のものやポリプロピレン系樹脂発泡粒子成形体単体と比較してエネルギー吸収性能に優れ、さらに衝撃を受けた際の回復性に優れるため、十分なエネルギー吸収特性を再現性良く発現できることから、自動車用、産業用、農業用、医療用、介護用等の各種部材として好適に使用できる。
発泡粒子成形体が中空ブロー成形体からなる表皮材で被覆された表皮材被覆発泡粒子成形体であって、
該表皮材のデュロメータA硬さが95以下であり、
該表皮材の平均厚みが0.5mm以上2.0mm未満であり、
該表皮材と発泡粒子成形体との接着強度が4N/cm以上である、
ことを特徴としている。
図1は本発明の表皮材被覆発泡粒子成形体の一例を示す一部切開斜視図である。同図に示す表皮材被覆発泡粒子成形体1は、中空ブロー成形体2からなる表皮材と発泡粒子成形体3から構成され、中空ブロー成形体2の内周面と発泡粒子成形体3の外周面とが接着しているが、中空ブロー成形体及び発泡粒子の基材樹脂、並びに中空ブロー成形体及び発泡粒子成形体の製造方法による特徴を反映している。
なお、タイプAデュロメータ硬さは、JIS K6253−3:2012に基づき測定される値である。
また、ポリオレフィン系重合体組成物中のポリプロピレン系樹脂の重量割合を20〜60重量%とすることが好ましい。ポリプロピレン系樹脂の重量割合が前記範囲内であれば、表皮材と発泡粒子成形体とを十分に接着させることができるため、変形時の表皮材剥離が特に発生しにくくなり、またエネルギー吸収特性を阻害するおそれもない。
ポリオレフィン系重合体組成物中のポリプロピレン系樹脂は、メタロセン系重合触媒により重合されてなるものであることがより好ましい。この場合、特に延展性に優れるため表皮材の厚みがより均一となりやすく、また、表皮材と発泡粒子成形体との接着力をより高めることができる。
発泡粒子のかさ(嵩)密度は、発泡粒子群の重量を発泡粒子群のかさ体積で割算することにより求められる値である。
本発明において、金型温度を30〜80℃とすることが好ましい。金型温度が30℃以上であれば、表皮材と発泡粒子成形体との接着力を十分に高めることができる。また、80℃以下であれば、外観性に優れ、また冷却時間がかかり生産性が低下するおそれがない。
本発明において、表皮材が軟化状態のうちに、発泡粒子を圧縮充填することが好ましい。発泡粒子の圧縮充填圧力の好ましい範囲としては、発泡粒子のかさ密度にもよるが、好ましくは0.05〜0.20MPaであり、更に好ましくは0.07〜0.17MPa、特に好ましくは0.08〜0.15MPaである。
発泡粒子の圧縮充填圧力を上記範囲に調整することにより、発泡粒子の2次発泡力をコントロールし、表面平滑性を確保することが可能である。
表1にTPO(A)として示すオレフィン系熱可塑性エラストマー〔住友化学株式会社製、商品名:エスポレックス、グレード:820、メルトフローレイト(MFR):0.5g/10分(230℃、荷重2.16kg)、溶融張力(MT):17cN(190℃)、融点:141℃〕70重量%と、表1にPP(a)として示すポリプロピレン系樹脂であるメタロセン系プロピレン−エチレンランダム共重合体〔日本ポリプロ株式会社製、商品名:WINTEC、グレード:WFX6、メルトフローレイト(MFR):2.0g/10分(230℃、荷重2.16kg)、溶融張力(MT):2.0cN(190℃)、融点:124℃〕30重量%とをドライブレンドして内径65mmの押出機に供給し、190℃で加熱、混練してポリオレフィン系重合体組成物の溶融物を調製した。
次に、該溶融物を押出機に付設された190℃に調整されたアキュムレータに充填した。次いで、ダイから溶融物を押出して、ダイ直下に配置された縦260mm、横350mm、厚み50mmの直方体状(板状)の成形キャビティを有する分割金型間にパリソンを形成し、パリソンの下部をピンチした後パリソン内部にプリブローエアを吹き込んでブローアップ比2.3にパリソンを拡幅し、金型を型締めした。なお、金型の温度は50℃とした。
型締め完了後直ちに、パリソンにブローピンを打ち込みブローピンを通して0.50MPa(G)の加圧空気をパリソン内に吹き込み、前記金型キャビティの形状を反映した表皮材の平均厚みが1.2mmの中空ブロー成形体を形成した。なお、成形金型は充填フィーダ(口径15mmΦ)およびスチームピン(口径6mmΦ)が設けられた表皮材被覆発泡粒子成形体製造用装置を用いた。
成形後金型を冷却し、スチームピンを抜き取ったのち、金型を開き目的とする表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。ポリプロピレン系樹脂組成物の溶融物性及び製造条件を表3に示し、得られた成形体の物性を表4に示した。
オレフィン系熱可塑性エラストマーとしてのTPO(A)とポリプロピレン系樹脂としてのPP(a)の配合を表3に示す値とした以外は実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
オレフィン系熱可塑性エラストマーとしてのTPO(A)70重量%と表1に「PP(c)」として示すポリプロピレン系樹脂であるチーグラナッタ系プロピレン−エチレンランダム共重合体〔日本ポリプロ株式会社製、商品名:ノバテックPP、グレード:EG6D、メルトフローレイト(MFR):1.9g/10分(230℃、荷重2.16kg)、溶融張力(MT):4.3cN(190℃)、融点:140℃〕30重量%とをドライブレンドし、190℃で加熱、混練してポリオレフィン系樹脂重合体溶融物を調製した以外は実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
表1にTPO(B)として示すオレフィン系熱可塑性エラストマー〔JSR株式会社製、商品名:EXCELINK、グレード:3700B、メルトフローレイト(MFR):0.1g/10分(230℃、荷重2.16kg)、溶融張力(MT):15cN(190℃)、融点:116℃〕80重量%とポリプロピレン系樹脂PP(a)20重量%とをブレンドし、190℃で加熱、混練してポリオレフィン系樹脂重合体溶融物を調製した以外は実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
ポリオレフィン系重合体組成物として、表1にPP(b)として示すポリプロピレン系樹脂チーグラナッタ系プロピレン−エチレンブロック共重合体〔株式会社プライムポリマー製、商品名:プライムポリプロ、グレード:E−150GK、メルトフローレイト(MFR):0.6g/10分(230℃、荷重2.16kg)、溶融張力(MT):15cN(190℃)、融点:160℃〕のみで表皮材を形成した以外は実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
ポリオレフィン系重合体組成物として、オレフィン系熱可塑性エラストマーであるTPO(A)のみで表皮材を形成した以外は実施例1と同様にして表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
オレフィン系熱可塑性エラストマーとしてTPO(A)70重量%と、ポリプロピレン系樹脂としてPP(b)30重量%とをドライブレンドし、190℃で加熱、混練してポリオレフィン系樹脂重合体溶融物を調製した以外は実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
ポリオレフィン系重合体組成物として、ポリプロピレン系樹脂であるPP(a)のみで表皮材を形成した以外は、実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
ポリオレフィン系重合体組成物として、オレフィン系熱可塑性エラストマーであるTPO(B)のみを用いて表皮材とした以外は、実施例1と同様にし、表皮材被覆発泡粒子成形体を得た。得られた成形体の物性を表4に示した。
(表皮材のポリオレフィン系重合体組成物の溶融張力及び溶融伸び)
表皮材被覆発泡粒子成形体から切り分けた表皮材を、さらに適宜の大きさに切断したものを測定用試料とし、前記方法に従って、溶融張力及び溶融伸びを測定した。
ダイのリップ部のクリアランスを1mm一定とした以外は、各実施例及び比較例と同様にして、ポリオレフィン系重合体組成物をダイから押出してパリソンを形成し、パリソン長が90cmに到達した時点から150cmに到達するまでの時間を測定することにより耐ドローダウン性を評価した。この時間が長いほどパリソンの肉厚制御が容易になる。
○:8秒以上
×:8秒未満
表皮材被覆発泡粒子成形体の表皮材の厚みの測定は、表皮材被覆発泡粒子成形体の長手方向(パリソン押出方向)中央部および長手方向両端部付近の計3箇所の長手方向に対する垂直断面に対して行い、各垂直断面の表皮材周方向に沿って略等間隔に6箇所の垂直断面の厚み方向の厚さの測定を行い、得られた18箇所の厚みの算術平均値を表皮材の平均厚みとし、18箇所の厚みのうちの最小値を最薄部厚みとした。
なお、該表皮材被覆発泡粒子成形体の密度は、表皮材被覆発泡粒子成形体の重量(g)を表皮材被覆発泡粒子成形体の外形寸法から求めた体積(L)により除した値から求めた。
表面粗さ測定用試験片として、得られた表皮材被覆発泡粒子成形体の板面(スチームピンが打ち込まれた面の反対側の面)の中心部、および四隅部(R部分を除く)の計5箇所の表皮材に対して測定を行った。測定装置としては株式会社小坂研究所製サーフコーダのSE1700αを使用した。水平な台に試験片を静置し、先端曲率半径が2μmの触針の先端を試験片の表面に当接させて、試験片を0.5mm/sにて押出方向に移動させ、触針の上下変位を順次測定することで表面粗さの値を測定した。試験片の移動距離で特定される測定長さは、カットオフ値の3倍以上の所定の長さに定めた。
なお、カットオフ値は8mmとし、そのほかのパラメータは、JIS B0601(2001)に準拠して、粗さ曲線要素の最大高さ粗さRz(μm)を得た。
○:Rzが30μm以下
×:Rzが30μmよりも大きい
融着率測定用試験片として、得られた表皮材被覆発泡粒子成形体の板面の中心部、および四隅部(R部分を除く)の計5箇所から、表皮材を含まないようにして100mm×100mm×(表皮材を除く製品厚み)の切り出し試験片とした。
試験片を破断し、破断面を目視観察し、100個以上について、破断された発泡粒子と、界面で剥離した発泡粒子数をそれぞれ発泡粒子の割合を求め、それらの値の中で最も低い値を融着率とし下記の基準で評価した。
○:融着率30%以上
×:融着率30%以下
得られた表皮材被覆発泡粒子成形体から切り分けた表皮材を適当な大きさに切断し、それらを重ねて、200℃の温度でヒートプレスすることにより100mm×100mm×6mmの板状の試験片を作製した。この試験片を用いて、JIS K6253−3:2012に従い、23℃、相対湿度50%の条件下でタイプAデュロメータ硬さを測定した。
得られた表皮材被覆発泡粒子成形体の板面の中心部、および四隅部(R部分を除く)の計5箇所に対して測定を行った。各箇所の成形体を長手方向に25mm幅で切断し、試験片(150mm×25mm×厚さ50mm)を得た。JIS K6854−1:1999に準拠し、試験片を構成する表皮材と発泡粒子成形体とを50mm/minの引張速度で90度剥離させてはく離応力を測定し、その平均値を接着強度として評価した。
得られた表皮材被覆発泡粒子成形体をそのまま試験サンプルとし、試験速度20mm/分、スパン300mmにて3点曲げ試験を行い、表皮材剥離による荷重曲線の低下が確認された変位を確認した。
◎:表皮材剥離による荷重曲線の低下がなかった。
○:成形体厚み以上の変位で表皮材剥離により荷重が低下した。
×:成形体厚み未満の変位で表皮材剥離による荷重低下が確認された。
得られた表皮材被覆発泡粒子成形体を用い、IMATEK社製落錘式衝撃試験機(型式IM−100NT)にて落下衝撃試験を行った。10kg(半円型)の錘を、高さ2mから成形体の板面に落下させて、そのときの最大加速度、初期加速度、成形体の変位量及び成形体の回復性を測定し、下記の基準により評価した。なお、初期加速度が比較的高く且つ最大加速度が高すぎず、さらに衝突による変形(変位)量が小さい材料がエネルギー吸収体として好適である。
[初期加速度]
◎:5msec(ミリセコンド)での加速度が70G以上
○:5msecでの加速度が60G以上70G未満
×:5msecでの加速度が60G未満
[最大加速度]
○:最大加速度が140G未満
×:最大加速度が140G以上
[変位量]
○:40mm未満
×:40mm以上
[回復性]
○:形状が略復元した。
×:衝撃により表皮材の一部が塑性変形し、形状が復元しなかった。
2. 表皮材(中空ブロー成形体)
3. 発泡粒子成形体
Claims (5)
- オレフィン系熱可塑性エラストマーを含むポリオレフィン系重合体組成物からなる中空ブロー成形体の中空部にポリプロピレン系樹脂発泡粒子を充填し、該発泡粒子を加熱融着させて発泡粒子成形体を形成すると共に該発泡粒子成形体と該中空ブロー成形体の内面とを加熱融着させて得られる、
発泡粒子成形体が中空ブロー成形体からなる表皮材で被覆された表皮材被覆発泡粒子成形体であって、
該表皮材のタイプAデュロメータ硬さが95以下であり、
該表皮材の平均厚みが0.5mm以上2.0mm未満であり、
該表皮材と発泡粒子成形体との接着強度が4N/cm以上である、
ことを特徴とする表皮材被覆発泡粒子成形体。 - 前記ポリオレフィン系重合体組成物の180℃における溶融伸びが70m/分以上である、請求項1に記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
- 前記ポリオレフィン系重合体組成物の190℃における溶融張力が3cN以上である、請求項1又は2に記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
- 前記ポリオレフィン系重合体組成物が、オレフィン系熱可塑性エラストマーとメタロセン系重合触媒により重合されたポリプロピレン系樹脂との混合物である、請求項1〜3のいずれかに記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
- 前記ポリオレフィン系重合体組成物中のオレフィン系熱可塑性エラストマーの重量割合が40〜80重量%である、請求項1〜4のいずれかに記載の表皮材被覆発泡粒子成形体。
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