JP6464062B2 - ポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、立体感があり、射出成形による部品一体化も可能なポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート及びその製造方法に関する。

従来から、炭素繊維やアラミド繊維などの強化繊維織物を複数枚積層したり、発泡体シートなどと一体化した積層体は知られている。特許文献１には、発泡体からなるコア層の表面に炭素繊維織物層を一体化した積層シートが提案されている。また、炭素繊維織物とアラミド繊維織物とをポリカーボネートフィルムを接着層として一体化した積層体も提案されている（特許文献２）。さらに、中空状芯体の両表面に一方向繊維体を積層することも提案されている（特許文献３）。これらの積層体は軽量で曲げ強度も高い利点がある。

特開２０１２−０９６４８２号公報 特開平５−１１７４１１号公報 特開２００９−０００９３３号公報

しかし、従来の積層体は炭素繊維、アラミド繊維又は中空状芯体などの高価な材料を使用しており、コストが高いという問題があった。

本発明は、前記従来の問題を解決するため、層間剥離がなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高く、コストも安価であり、立体感があり、射出成形による部品一体化も可能なポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート及びその製造方法を提供する。

本発明のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートは、コア層の両表面に接着層を介して積層された織物層を含むポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートであって、前記コア層はポリプロピレンを主成分とする樹脂であり、前記織物層は、第１成分がポリプロピレン、第２成分が前記第１成分より低融点のポリオレフィン成分からなる複合繊維を含む糸で構成され、前記接着層は熱融着ポリオレフィン系フィルムであり、前記織物層の一方の表面にカバー層が積層されており、前記カバー層は、ポリプロピレン系樹脂透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂保護層を含むことを特徴とする。

本発明のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートの製造方法は、前記のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートの製造方法であって、コアシートの両表面に接着用フィルムを介して織物を積層し、前記織物の一方の表面にカバー層を重ねて加熱加圧し、次いで冷却することを特徴とする。

本発明は、繊維強化樹脂積層シートを構成するコア層、接着層、織物層、カバー層がいずれもオレフィン系樹脂であるため、コストを安価にすると同時に、層間剥離がなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高く、立体感と美装感のある積層シートを提供できる。また、この積層シートは熱可塑性であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等に好適である。さらに、織物層は熱融着ポリオレフィン系フィルムを介してコア層に接着しているため、後に加熱して成形しても織物を構成する繊維の収縮はなく、織物の美しい織柄がそのまま積層シートの表面に現れる成形体とすることができる。加えて、この積層シートは織物層が一方の外層に存在していることにより、この織物層に対して射出成形による部品一体化も可能な積層シートを提供できる。

図１は本発明の一実施態様の積層シートの模式的断面図である。 図２は本発明の一実施態様における積層シートの製造装置を示す模式的断面図である。 図３は本発明の一実施態様の積層シートを真空成形した成形体の模式的斜視図である。

本発明の繊維強化樹脂積層シートは、コア層の両表面に接着層を介して織物層が貼り合わされた繊維強化層を含む。コア層はポリプロピレンを主成分とする樹脂である。このコア層はシート状又はフィルム状で積層されている。ポリプロピレンを主成分とする樹脂は、実用的に物理的特性を満足し、コストも安い利点がある。前記において主成分とは、樹脂成分全体を１００モル％としたとき、プロピレンユニットが５０モル％以上をいう。なお、繊維強化樹脂積層シートは単に積層シートということもある。

コア層はプロピレン-エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）であっても良い。ＲＰＰはプロピレンユニットが５０モル％以上、エチレンユニットが５０モル％以下のランダムコポリマーで、融点は１３５〜１５０℃であり、一般的に市販されている。ＲＰＰは熱融着性に優れる利点がある。コア層の好ましい厚さは０．１〜２ｍｍであり、より好ましくは０．２〜１．５ｍｍである。

コア層は非発泡ポリプロピレン系シートを使用するのが好ましい。非発泡ポリプロピレン系シートはプレス成形によってもコア層が潰れることはなく、真空成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等も容易にできる。

織物層を構成する複合繊維は、第１成分が芯、第２成分が鞘からなる芯鞘複合繊維であるのが好ましい。具体的には、織物層は芯成分がポリプロピレン、鞘成分が芯成分より低融点のポリオレフィン系成分からなる芯鞘複合繊維を含む糸で構成するのが好ましい。鞘成分に低融点ポリオレフィン系成分することにより、加熱接着しやすくなる。さらに、接着層として熱融着ポリオレフィン系フィルムを使用することにより、コア層と織物層との加熱加圧接着が可能となり、積層一体化しやすい。

芯鞘複合繊維の芯成分がホモポリマーのポリプロピレンであり、鞘成分がプロピレン-エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）、ポリプロピレンとポリエチレンのブレンド物又はポリエチレン樹脂であるのが好ましい。これによりさらに加熱接着しやすくなる。

熱融着ポリオレフィン系フィルムは低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）又はＲＰＰであるのが好ましい。ＬＬＤＰＥやＲＰＰは熱加工性、接着性、透明性に優れる。

織物は平織、綾織（斜文織）、朱子織、その他の変化織など、どのような組織の織物であっても良い。織物を構成する糸は、単繊維繊度が１〜１０deci tex、トータル繊度が1000〜3000deci texのマルチフィラメント又はモノフィラメントが好ましい。織物の単位面積当たりの重量(目付)は５０〜５００g/m²の範囲が好ましい。

本発明の積層シートは、繊維強化層の一方の表層にカバー層を積層一体化させたものである。このカバー層は、外部から織物層が見える程度の透明性があるのが好ましい。外部から織物層が見えると高強度に見え、美装状態を高く保つことができる。この意味から、光学的カバー層ということもできる。カバー層は、ポリプロピレン系樹脂シート透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂シート保護層で構成するのが好ましい。かかる透明カバー層のうち、ポリプロピレン系樹脂シート透明層は比較的厚いシートが好ましく、例えば１００〜３００μｍ、好ましくは１５０〜２５０μｍの厚さにする。このようにすると、立体感と厚み感を発揮できる。

ポリプロピレン系樹脂シート透明層は、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）とプロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）のブレンド物又はポリマーアロイであるのが好ましい。また、透明層を１００重量％としたとき、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）とプロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）が、ＨＰＰ：ＲＰＰ＝５０：５０〜９０：１０の範囲が好ましく、さらに好ましくはＨＰＰ：ＲＰＰ＝６０：４０〜８０：２０である。前記の範囲であればランダムタイプポリプロピレン（ＲＰＰ）の非晶質による高い透明性と、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）の耐摩耗性を併存できる。

透明層の上には着色層を設けるのが好ましい。着色層は外面の美装のためのものであり、透明性を維持するために着色塗料を薄く塗るのが好ましい。着色層の好ましい厚さは０．１〜２μｍ、さらに好ましくは０．２〜１μｍである。着色層は任意の色調を選択できる。 着色層の上にはプロピレン系樹脂シート保護層を設けるのが好ましい。この保護層は、２軸延伸されたポリプロピレン系樹脂シートが好ましい。２軸延伸ポリプロピレン系樹脂シートは耐摩耗性が高いことから好ましい。２軸延伸ポリプロピレン系樹脂シートの好ましい厚さは５〜５０μｍであり、さらに好ましくは１０〜４０μｍである。

本発明は、繊維強化層の一方の表層に好ましくは接着層を介してポリプロピレン系樹脂シート透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂シート保護層を積層したことにより、外部から厚みのある透明層の下に織物層が透けて見え、織物のしっかりした美しい織柄がそのまま積層シートの表面に現れる。他方の表層は織物層であり、この織物層に対して射出成形による部品を一体化させると、織物表面は凹凸面となっているため射出成形部品が一体化しやすく、かつ織物層は加熱による変形が無く、ヒケやシワ等の欠点も入りにくい。その結果、光沢や着色等の外観に優れた積層シートとすることができる

さらに本発明の積層シートは、コア層と織物層の間に多軸繊維シートを加えることもできる。多軸繊維シートは倉敷紡績株式会社製、商品名“クラマス”を挙げることができる。一例として多軸繊維の方向は０°／＋６０°／−６０°、１平方メートル当たりの重量（目付け）は３５０ｇ／ｍ²であり、トータル繊度１８５０deci texのＰＰフィラメントを多数本使用し、ステッチ糸としてポリエチレンテレフタレート糸を使用した多軸繊維シートがある。

本発明の積層シートの製造方法は、一例として、予めポリプロピレン系樹脂シート透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂シート保護層を積層一体化しておき、前記透明層の表面に接着用フィルムを介してコア層と、その両表面に接着用フィルムと、その両表面に織物層を配置して加熱加圧し、次いで冷却する。予めポリプロピレン系樹脂シート透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂シート保護層を積層一体化しておくのは、最終の積層処理工程の効率化のためである。加熱加圧工程の雰囲気温度は１２０〜１５０℃が好ましく、さらに好ましくは１３０〜１４５℃である。加圧力は１ＭＰａ程度が好ましい。加熱時間は０．５〜５分間が好ましく、さらに好ましくは１〜４分間である。冷却工程の時間は０．５〜５分間が好ましく、さらに好ましくは１〜４分間である。冷却温度は３０程度℃以下になるまでが好ましい。

成形後の積層シート全体の厚みは０．５〜５ｍｍが好ましく、さらに好ましくは０．８〜４ｍｍである。特に好ましくは、０．９〜１．６ｍｍの範囲が好ましい。この範囲であれば軽量化ができるとともに外観性が向上する。また、コア層と織物層とカバー層の層厚の関係は、コア層＞織物層＞カバー層であるのが好ましい。これにより軽量化ができるとともに外観性が向上する。

本発明の製造方法は連続法に限らず、１回ごとの加熱加圧プレスと冷却法によっても製造できる。サンプルを作製したり、小規模に製造する際にはこの方法で十分である。連続的方法は大量生産に好ましい。

次に図面を用いて説明する。以下の図面において、同一符号は同一部を示す。図１は本発明の一実施態様の積層シートの模式的断面図である。この積層シート８は、コア層１の両表面に接着層２ａ，２ｂを介して織物層３ａ，３ｂが貼り合わされ一体化されている。織物層３ａの表面には接着層２ｃを介してポリプロピレン系樹脂透明層４と着色層５とポリプロピレン系樹脂保護層６が積層一体化されている。ここで、ポリプロピレン系樹脂透明層４と着色層５とポリプロピレン系樹脂保護層６は、カバー層７として予め積層一体化しておいても良い。

図２は本発明の一実施態様における積層シート製造装置１０を示す模式的断面図である。この積層シート製造装置１０は、原料シートの供給ロール９ａ〜９ｇと、加熱加圧領域１８と、冷却領域１９から構成され、連続的生産が可能である。まずコアシート１１は供給ロール９ｅから供給され、接着用フィルム１２ａ，１２ｂは供給ロール９ｄ，９ｆから供給され、織物１３ａ，１３ｂは供給ロール９ｃ，９ｇから供給され、接着用フィルム１２ｃは供給ロール９ｂから供給され、カバー層用シート１４は供給ロール９ａから供給され、それぞれ加圧ロール１５ａ，１５ｂで積層される。加圧ロール１５ａ，１５ｂ及び２０ａ，２０ｂには金属製加圧板１６，１７がエンドレス状に組み込まれており、まず加熱加圧領域１８で加圧加熱される。次に、冷却領域１９では冷却用エアーが矢印ａから供給され矢印ｂから排出されることにより冷却される。効率の良い冷却をする場合は、冷却用エアーに加えて冷却領域１９に水冷パイプを配置して冷却する。加圧ロール２０ａ，２０ｂから取り出された積層シート２１は所定の長さにカットされる。

図３は本発明の一実施態様の積層シートを真空成形した成形体２２の模式的斜視図である。この成形体２２は、横の最大長さ２６０ｍｍ，奥行きの最大長さ１７０ｍｍ，高さ５００ｍｍである。積層シートは深絞り成形できる利点がある。さらに、この積層シートは全体が熱可塑性樹脂であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等が可能であり、成形サイクルが短く、加工コストも安価である。加えて、図１における織物層３ｂに対して射出成形により部品を一体化させると、織物表面は凹凸面となっているため射出成形部品が一体化しやすく、かつ織物層は加熱による変形が無く、ヒケやシワ等の欠点も入りにくい。

以下実施例により、本発明をさらに具体的に説明する。なお本発明は下記の実施例に限定されるものではない。

＜曲げ弾性率と曲げ応力の測定方法＞
ＪＩＳＫ７１７１に準拠した３点曲げ試験で測定した。試験片サイズは幅２０ｍｍ、長さ５０ｍｍ、試験速度は１ｍｍ／ｍｉｎとした。押さえジグの形状はＲ５、支点の形状はＲ２、支点間隔２４ｍｍとした。
＜光沢及び硬度＞
成形体の光沢は、外観目視により判断した。光沢があるものを「Ａ」、光沢がやや不足しているものを「Ｂ」、光沢が無いものを「Ｃ」とした。成形体の硬度は、実用上の硬度十分であるものを「Ａ」、若干硬度が不足するものを「Ｂ」とした。なお、織物が表面に来る場合の硬度評価は実施しなかった。

（実施例１）
＜コア層＞
図１に示すコア層１として市販のホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）のシート、融点１６０℃、厚み５００μｍ、単位面積当たりの重量４５０ｇ／ｍ²を使用した。
＜織物＞
図１に示す織物層３ａ，３ｂとして、芯成分が融点１６０℃のポリプロピレン、鞘成分がポリプロピレンとポリエチレンのブレンド品（融点１１０℃）からなる芯鞘複合繊維を使用した。この複合繊維の複合割合は、芯成分６５wt%、鞘成分３５wt%、繊維本数２４０本、トータル繊度は１８５０ deci texであった。この芯鞘複合繊維糸を融着加工し、経糸と緯糸に使用して綾織組織の織物とした。得られた織物の単位面積当たりの重量（目付）は１９０ｇ／ｍ²であった。
＜接着フィルム＞
図１に示す接着層２ａ，２ｂ，２ｃとして、市販の低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）フィルム、融点１１０℃、厚み３０μｍ、単位面積当たりの重量２７ｇ／ｍ²を使用した。
＜カバー層＞
図１に示すカバー層７として、厚み２００μｍのホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）シート４と、厚み１μｍに着色塗料をコーティングした着色層５と、厚み２５μｍのホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）２軸延伸シート７を予め積層一体化したカバー層７を使用した。

＜積層シートの作成＞
図２に示すコアシート１１の両面に接着フィルム１２ａ，１２ｂと織物１３ａ，１３ｂと、織物１３ａの表面に接着フィルム１２ｃとカバー層用シート１４をこの順番に積層し、温度１４５℃、圧力１Ｍｐａ、２分間プレス成形し、その後室温（２７℃）まで冷却した。これにより接着フィルムを溶着させて全体を一体化し、積層シートを得た。この積層シートの模式的断面図は図１に示すとおりである。

得られた積層シートの曲げ弾性率と曲げ応力を表１にまとめて示す。なお、光沢、硬度及び外観については、射出成型により部品を一体化した後の成形体を用いて評価した。実施例については、カバー層とは反対側の織物層１３ｂ側に射出成型により部品を一体化させた。

（実施例２）
図１に示すカバー層７の透明層４として、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）とプロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）が、ＨＰＰ：ＲＰＰ＝７５：２５のブレンド物又はポリマーアロイのシート（厚み２００μｍ）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。

（実施例３）
図１に示すカバー層７の透明層４として、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）とプロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）が、ＨＰＰ：ＲＰＰ＝２５：７５のブレンド物又はポリマーアロイのシート（厚み２００μｍ）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。

（実施例４）
図１に示すカバー層７の透明層４として、プロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）のシート（厚み２００μｍ）を使用した以外は実施例１と同様に実施した。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。

（比較例１）
実施例１においてカバー層を付与しないと共に、射出成型で部品を一体化させる側の織物層に、実施例１に記載した接着フィルムを介在させ、その外表面に表皮層としてホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ，融点１６０℃）：２５wt%とプロピレン−エチレンランダムタイプコポリマー（ＲＰＰ，融点１４５℃）：７５wt%をブレンドした厚み２００μｍ、単位面積当たりの重量１８０ｇ／ｍ²を積層した以外は実施例１と同様に実施した。なお、射出成形による部品の一体化は表皮層の表面側から行った。得られた積層シートの物性は表１にまとめて示す。なお、各例の曲げ弾性率及び曲げ応力のデータはＭＤ（長さ方向）のデータである。

表１から明らかなとおり、本発明の実施例品は曲げ弾性率、曲げ応力、硬度が高く、層間剥離はなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高く、立体感と光沢のある積層シートであった。また、この積層シートは熱可塑性であり、真空成形、プレス成形、熱変形を利用した曲げ加工成形等に好適で、安価な成形体であった。さらに、織物層は熱融着ポリオレフィン系フィルムを介してコア層に接着しているため、後に加熱して成形しても織物を構成する繊維の収縮はなく、織物の美しい織柄がそのまま積層シートの表面に現れる成形体とすることができた。加えて、前記積層シートの片面は織物層であるので、この織物層に対して射出成形によりリブ部品を一体化させると、織物表面は凹凸面となっているため射出成形部品が一体化しやすく、ヒケやシワ等の欠点も入りにくいことが確認できた。

これに対して比較例１品は、カバー層を持たないため、立体感や光沢が不足した。

本発明の積層シートを用いた成形品は、自動車部品、自動車内装品、家電製品、医療用保護具、スーツケース、容器、棚、パレット、パネル、バッグ、自動倉庫用スリーブボックス、ドア、ロール回収用長尺ボックス、畳の芯材、展示ブース様壁材、Ｔボード（トラック用当て板）、簡易テーブルセット等の民生用積層品に適用できる。

１ コア層
２ａ，２ｂ，２ｃ 接着層
３ａ，３ｂ 織物層
４ 透明層
５ 着色層
６ 保護層
７ カバー層
８，２１ 積層シート
９ａ〜９ｇ 供給ロール
１０ 積層シート製造装置
１１ コアシート
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ 接着用フィルム
１３ａ，１３ｂ 織物
１４ カバー層用シート
１５ａ，１５ｂ，２０ａ，２０ｂ 加圧ロール
１６，１７ 金属製加圧板
１８ 加熱加圧領域
１９ 冷却領域
２２ 成形体

Claims (12)

1. コア層の両表面に接着層を介して積層された織物層を含むポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートであって、
   前記コア層はポリプロピレンを主成分とする樹脂であり、
   前記織物層は、第１成分がポリプロピレン、第２成分が前記第１成分より低融点のポリオレフィン成分からなる複合繊維を含む糸で構成され、
   前記接着層は熱融着ポリオレフィン系フィルムであり、
   前記織物層の一方の表面にカバー層が積層されており、
   前記カバー層は、ポリプロピレン系樹脂透明層と着色層とポリプロピレン系樹脂保護層を含むことを特徴とするポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
2. 前記カバー層は、外部から織物層が見える程度の透明性がある請求項１に記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
3. 前記コア層のポリプロピレンを主成分とする樹脂は、プロピレンを５０モル％以上含むプロピレン-エチレンランダムコポリマーである請求項１又は２に記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
4. 前記複合繊維は第１成分が芯、第２成分が鞘からなる芯鞘複合繊維である請求項１〜３のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
5. 前記芯鞘複合繊維の芯成分がホモポリマーのポリプロピレンであり、鞘成分がプロピレン-エチレンランダムコポリマー又はポリプロピレンとポリエチレンのブレンド物である請求項４に記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
6. 前記熱融着ポリオレフィン系フィルムは低密度ポリエチレンフィルムである請求項１〜５のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
7. 前記カバー層のポリプロピレン系樹脂透明層は、ホモポリマータイプポリプロピレンとランダムタイプポリプロピレンとのブレンド物である請求項１〜６のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
8. 前記カバー層のポリプロピレン系樹脂透明層は、前記透明層を１００重量％としたとき、ホモポリマータイプポリプロピレン（ＨＰＰ）とプロピレン−エチレンランダムコポリマー（ＲＰＰ）が、ＨＰＰ：ＲＰＰ＝５０：５０〜９０：１０の範囲のブレンド物である請求項１〜７のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
9. 前記カバー層の保護層は、２軸延伸されたポリプロピレン系樹脂シートである請求項１〜８のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
10. 前記ポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートの総厚が０．９〜１．６ｍｍの範囲である請求項１〜９のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
11. 前記コア層と前記織物層と前記カバー層の層厚の関係が、コア層＞織物層＞カバー層である請求項１〜１０のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シート。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートの製造方法であって、
    コアシートの両表面に接着用フィルムを介して織物を積層し、
    前記織物の一方の表面にカバー層を重ねて加熱加圧し、次いで冷却することを特徴とするポリオレフィン系繊維強化樹脂積層シートの製造方法。

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