JP6651732B2

JP6651732B2 - 発泡成形方法

Info

Publication number: JP6651732B2
Application number: JP2015159432A
Authority: JP
Inventors: 貴史恋田; 稲富　伸一郎; 伸一郎稲富
Original assignee: Toyobo Co Ltd
Current assignee: Toyobo Co Ltd
Priority date: 2015-08-12
Filing date: 2015-08-12
Publication date: 2020-02-19
Anticipated expiration: 2035-08-12
Also published as: JP2017035852A

Description

本発明は、発泡成形方法に関する。より詳しくは、発泡時の金型セット性に優れた発泡成形品補強用不織布を用いた加工効率を大幅に向上させる発泡成形方法に関する。

近年、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いる。一般的に、発泡ウレタン成形体としては成形時に補強用不織布が一体化されたものが用いられている。かかる補強用不織布は、発泡ウレタン成形体と自動車シートの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。この補強用不織布を使用し、クッション材を生産するには、まず生産するクッション形状に合わせ補強用不織布を打ち抜きまたはカットし、縫製する。さらには金型にセットするための穴を開ける。その後、金型に取り付けた突起やピン等のセット治具に前記穴を突き刺して補強用不織布を金型にセットした後、ウレタンを発泡させ、発泡ウレタン成形体を生産する。

近年、自動車シートにはいろいろなセンサーや機能を付与するため、形状が複雑となり、補強用不織布の縫製等の負担が大きくなり、工数やコストアップとなっている。上記の通り、金型への補強用不織布のセットも負荷となっており、さまざまな工夫がなされている。例えば、補強用不織布にホッチキスやメタル等を取り付け、金型に取り付けた磁石等の磁力を活用する方法や、補強用不織布または金型に接着剤などを塗布する方法である。

ホッチキスやメタル等を取り付ける方法では、あらかじめ金型に磁石等の磁力を取り付ける必要があり、設計が変わるたびに、磁石等の取り付け場所を変更するなど手間とコストが高くなる問題がある。接着剤を活用する方法は金型を汚す問題がある。

特許文献１には、発泡金型内部に装着ピンをあらかじめ備えることで補強用不織布をセットする方法が提案されている。しかし、この方法では、発泡形状が変わる都度製作する金型に装着ピンを設置する必要があるだけでなく、発泡後の取り外し時に補強用不織布へダメージを与える可能性がある。

特許文献２には、あらかじめ補強用不織布に使用するバインダー中に鉄粉または砂鉄を混入して補強用不織布に磁性を付与する方法が提案されている。しかし、この方法では金属スプリングとの接触による鉄粉または砂鉄の脱落で車内を汚す恐れや異音の可能性がある。さらに、補強用不織布への金属混入、例えば補強用不織布製造工程で使用するニードルパンチの針混入などの検知がし難い問題がある。

特許文献３には、補強用不織布に金属製のワイヤを取り付け、発泡成形型に設けられた永久磁石に吸着させることで、型内に装着する方法が提案されている。しかし、この方法も補強用不織布へのワイヤ取り付けの工程が増えるだけでなく、発泡成形型に永久磁石を設ける必要がある。

特開２００４−３５８９１６号公報特開２００１−２５２９３０号公報特開２００８−１９４９５７号公報

従来は、金型に改良を加えず、従来の金型を使用し、汚すこともなく簡単に補強用不織布をセットし、効率良く発泡する方法は提案はなされていなかった。本発明は従来技術を背景になされたもので、補強用不織布の金型セット性を向上させて、効率良くクッション材を発泡成形させることが可能な発泡方法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、ウレタンを発泡させウレタン発泡成形体を生産するため、金型は通常６０℃以上の温度に昇温されており、この温度で補強用不織布と金型が接着する樹脂を補強用不織布にあらかじめ塗布し、さらに、補強用不織布を金型にセットする前に予め熱を与えておくことにより、効率良くクッション材を発泡成形できることを見出し、本発明に到達した。

すなわち、本発明は、以下の通りである。
（１）不織布層と樹脂の軟化点（軟化点Ａ）が３０℃以上８０℃以下の樹脂層とを積層させてなる発泡成形品補強用不織布を金型にセットする前に軟化点Ａ以上の温度で１秒以上予熱し、金型にセットし、発泡成形する発泡成形方法。

本発明の発泡成形方法は、補強用不織布層と樹脂層を積層し、樹脂層に発泡時の金型の温度で軟化する樹脂を選定し、さらに補強用不織布を金型にセットする前に予熱し、効率良くクッション材を発泡成形することができる。
その結果、従来の金型を使用し、縫製のみ施された発泡成形品補強用不織布を用い、作業性を向上できる。
この発泡成形方法では、発泡成形後の金型への汚れもなく、発泡成形品補強用不織布の成形性にも影響を与えないため、従来と全く同じ設備を使用することができるという利点がある。

樹脂の軟化点Ａの測定結果を例示した図である。樹脂の溶解エネルギーの測定結果を例示した図である。

まず、本発明に使用する発泡成形品補強用不織布について説明する。発泡成形品補強用不織布の補強用不織布層には、従来知られている不織布全てを適用することができるが、不織布の引き裂き強力が２０Ｎ以上、発泡後の強力（発泡後の不織布層を切り出し、ＪＩＳＬ１９１３（２０１０）に準拠して強力を測定する）が１０Ｎ／ｃｍ以上、ウレタンの染み出しを少なくさせる密度が高い部位を持つ不織布が好ましい。

補強用不織布層に使用する不織布を構成する樹脂としては、ポリエステル、ポリオレフィンやポリアミドが好ましく、汎用熱可塑性樹脂で安価なポリエステルやポリオレフィンが特に好ましい。ポリエステルとしては、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンナフタレート（ＰＢＮ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリシクロヘキサンジメチルテレフタレート（ＰＣＨＴ）、ポリトリメチオレンテレフタレート（ＰＴＴ）などのホモポリエステルおよびそれらの共重合ポリエステルなどが例示できる。また、ポリオレフィンではポリエチレンやポリプロピレンなどが例示できる。

補強用不織布層に使用する不織布の製造方法は、長繊維不織布としてはスパンボンド法、メルトブロー法など、短繊維不織布としてはニードルパンチ法、スパンレース法などによる機械交絡によるものや、ケミカルボンド法、サーマルボンド法などが例示できる。さらにこれらを複合したものも使用することができる。
スパンボンド法により得られる不織布を使用する補強用不織布層としては、目付が３０〜２００ｇ／ｍ^２で、空隙率が９０〜９４％のかさ高な不織布と目付が２０〜１００ｇ／ｍ^２で、空隙率８７〜９１％の緻密な不織布を積層し、ニードルパンチ法で積層一体化させたものや、一層であるが厚み方向に密度差を付け、ウレタン補強層とウレタン発泡時の染み出し防止層を兼ね備えたニードルパンチスパンボンド不織布を使用したもの、さらには捲縮数が２〜４０個／２５ｍｍ、繊維径が１〜３０μｍである捲縮長繊維不織布で構成され、目付が５０〜２００ｇ／ｍ^２、厚さが０．５〜２．０ｍｍのスパンボンド不織布を使用したものが好ましい。
また、短繊維不織布とスパンボンド不織布との複合不織布層であれば、繊維径が１〜２３デシテックスの繊維で形成され、目付が２０〜１００ｇ／ｍ^２であるスパンボンド不織布に短繊維のカードウェッブを片面または両面に積層し、ニードルパンチ法で一体化させた複合不織布層が好ましい。

樹脂層には、軟化点Ａが３０℃以上８０℃以下、好ましくは３０℃以上６０℃未満、より好ましくは３５℃以上５５℃未満の樹脂を用いることで金型セット性が良好となる。軟化点Ａが３０℃未満であると通常保管状態で粘着性が上がり、重ねて保管した場合、取り扱い性が悪くなり、場合によっては完全に接着してしまう場合がある。軟化点Ａが８０℃より高くなると、金型温度での接着性が不十分となるため、予熱温度を上げるかまたは予熱時間を長くする必要がある。また、作業中に剥がれるなどの問題が発生する。上記範囲の軟化点Ａを得るためには、ビカット軟化温度が３０℃以上８０℃以下である樹脂を使用することで得ることができる。

さらに、樹脂層に使用する樹脂は、示差走査熱量測定による溶解エネルギーが好ましくは４０Ｊ／ｇ以上１００Ｊ／ｇ以下、より好ましくは４５Ｊ／ｇ以上８０Ｊ／ｇ以下、さらに好ましくは５０Ｊ／ｇ以上８０Ｊ／ｇ以下の樹脂を用いることで金型セット性が良好となる。溶解エネルギーが４０Ｊ／ｇ未満となると軟化点が３０℃未満である樹脂と同様に、通常保管状態での環境変化により粘着性が上がり、重ねて保管した場合、取り扱い性が悪くなり、場合によっては完全に接着してしまう場合がある。溶解エネルギーが１００Ｊ／ｇより高くなると、金型への接着に時間がかかり、予熱時間を長くする必要がある。

軟化点Ａおよび／または溶解エネルギーが上記の範囲であれば、樹脂の種類は特に限定されないが、エチレン−酢酸ビニルコポリマー、エチレン−エチルアクリレートコポリマー、アイオノマー樹脂、ウレタン樹脂、またはこれらの誘導体が好適に使用できる。

補強用不織布と樹脂層を積層した発泡成形品補強用不織布の通気度は、好ましくは３０ｃｃ／ｃｍ^２／秒以上、より好ましくは４０ｃｃ／ｃｍ^２／秒以上３００ｃｃ／ｃｍ^２／秒以下、さらに好ましくは５０ｃｃ／ｃｍ^２／秒以上２５０ｃｃ／ｃｍ^２／秒以下である。通気度が３０ｃｃ／ｃｍ^２／秒未満となるとウレタン発泡時に発生するガスが抜け難くなり、発泡ウレタン成形体に欠点が発生することがある。また、３００ｃｃ／ｃｍ^２／秒を超えると発泡成形品補強用不織布からウレタンが染み出し、金属スプリングとの接触による異音の問題が発生することがある。

樹脂層を積層し、最適な通気度を得るための樹脂の積層方法としては、樹脂押し出しラミネート法、タンデム押し出しラミネート法、ドライラミネート法、カーテンスプレー法などの公知の方法を用いることができる。さらに、プリント法等によるドット加工などを用いることができる。これらの方法を用い、積層する樹脂層の面積率は、補強用不織布の面積に対し好ましくは１０％以上９０％以下、より好ましくは２０％以上８０％以下、さらに好ましくは３０％以上７０％以下である。積層する樹脂層面積率が１０％未満となると、金型へのセット性が不十分となり、９０％を越えると通気度の確保が難しくなる。

金型セット性の付与と通気度をより最適にするための樹脂層としては、樹脂を線状に間隔を開けて積層する方法またはドット状に積層することが好ましい。線状に積層する場合、樹脂の幅は好ましくは０．３〜１０ｍｍであり、樹脂間の間隔は好ましくは１〜１０ｍｍである。ドット状に積層する場合は、ドット形状に特に指定はなく、丸型や菱型等を用いることができる。サイズも特に指定はないが、円換算での直径で好ましくは１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。配置については格子状や千鳥配列等を用いることができる。

次に補強用不織布の予熱の方法について説明する。補強用不織布の予熱はその樹脂層に使用する樹脂の特性と発泡時の金型の温度に依存するため適宜設定する必要がある。予熱温度は軟化点Ａ以上、好ましくは軟化点Ａ＋１０℃以上軟化点Ａ＋５０℃以下、より好ましくは軟化点Ａ＋２０℃以上軟化点Ａ＋４０℃以下であり、予熱時間は１秒以上、好ましくは１０秒以上１分未満である。
予熱温度が軟化点Ａ未満または時間が１秒未満であれば、補強用不織布の樹脂層に使用する樹脂の軟化が不十分となり、補強用不織布を金型へセットする時に、加温された金型による加熱で樹脂層に使用する樹脂を十分に軟化させることが必要となり、補強用不織布の金型へのセットするための時間が長くなり、効率が悪くなる。また、予熱温度が軟化点Ａ＋５０℃より高くなると補強用不織布の樹脂層に使用する樹脂の軟化が進みすぎ、粘着性が高くなりすぎ、補強用不織布自身が接着し、広げにくくなるなど、金型へのセットに時間を要することになり、かえって効率が悪くなる。予熱の方法は特に限定はなく、熱風や赤外線等による昇温あるいは高温物に接触させることによる昇温などが可能である。

本発明の発泡成形方法は、クッション用途に限定されるものではなく、金型を用い、補強用不織布を使用して成形する発泡成形品である車両用の各種内装材や、建築資材、電化製品の表面発泡成形品などの用途での成形方法にも有用である。

以下、実施例および比較例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに何ら限定されるものではない。
なお、本発明の実施例および比較例で用いた評価方法は下記の方法でおこなった。

（１）ビカット軟化温度（℃）
ＪＩＳＫ７２０６（１９９９）「プラスチック−熱可塑性プラスチック−ビカット軟化温度（ＶＳＴ）試験方法」に準拠して測定した。

（２）軟化点Ａ（℃）
補強用不織布から樹脂層をサンプリングし、ＴＡｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製「Ｑ４００」を用い、ＴＭＡ（熱機械分析）により求めた。プローブは針入プローブ、荷重０．１Ｎ、温度条件−３０℃→１００℃、昇温速度５℃／ｍｉｎ、雰囲気Ｎ_２下で行った。図１に例示した通り、２つの接線の交点を軟化点Ａとした。

（３）樹脂の溶解エネルギー（Ｊ／ｇ）
発泡成形品補強用不織布から樹脂部のみを４〜５ｍｇ採取した。この際、不織布が一緒に採取された場合、そのまま測定した。装置はＴＡｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社製Ｑ１００を用い、−７０℃から１２０℃まで２０℃／ｍｉｎの速度で昇温させた。測定は窒素雰囲気下で行った。チャートより、溶解エネルギーを求めた。図２の場合、５８．７８Ｊ／ｇとなる。

（４）通気度（ｃｃ／ｃｍ^２／秒）
ＪＩＳＬ１０９６（２０１０）「織物及び編物の生地試験方法」８．２６．１Ａ法（フラジール形法）」に準拠して測定した。

（５）樹脂層の面積率（％）
ＳＥＭにて樹脂層側から撮影し、単位当りの樹脂層の面積を求め、百分率で示した。

（６）室温３０℃での補強用不織布の取り扱い性
２０ｃｍ×２０ｃｍにカットした試験片を１０枚重ね、１０ｋｇ／４００ｃｍ^２となるよう荷重を掛け、室温３０℃の部屋で２４時間放置する。その後、重りを除き、１枚１枚取り出すときの状況を以下の通り評価した。
○：各層で接着がなく取り出すことができた。
×：各層で接着が起こり、取り出すことが難しかった。

（７）発泡成形加工性
○：発泡ウレタン成形体の表面にガスの後がなく、きれいに発泡されていた。
×：発泡ウレタン成形体の表面にガスの後があり、痘痕状などの欠点があった。

（８）金型セット時間
補強用不織布を幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍにカットし、７０℃に予熱した金属板（ＳＳ４００フラットバー幅３０ｍｍ、長さ１００ｍｍ）に押し付け、除重後も接着できる状態になるまでの時間を測定した。なお１秒未満は１秒とし、接着できなかったものは×とする。

＜実施例１＞
東洋紡株式会社製不織布ボランス「ＣＲＥ３０８０」の白色面側に幅１ｍｍのヤスハラケミカル株式会社製ヒロダイン７５２９（エチレン酢酸ビニルコポリマー、ビカット軟化温度４０℃、樹脂の溶解エネルギー５８．７８Ｊ／ｇ）をＴ−ダイから押し出し、上記不織布の長手方向と平行に２ｍｍの間隔で線状に積層した。樹脂は２０ｇ／ｃｍ^２であった。この補強布を用い、７０℃に昇温した乾燥機に２０秒放置し、金型セット時間を測定すると１秒であった。

＜実施例２＞
三井化学株式会社製不織布タフネル「ＥＳＥ４４４」の片面に幅１ｍｍのヤスハラケミカル株式会社製ヒロダイン７５２９（エチレン酢酸ビニルコポリマー、ビカット軟化温度４０℃、樹脂の溶解エネルギー５８．７８Ｊ／ｇ）をＴ−ダイから押し出し、上記不織布の長手方向と平行に２ｍｍの間隔で線状に積層した。樹脂は３０ｇ／ｃｍ^２であった。この補強布を用い、５０℃に昇温した乾燥機に１０秒放置し、金型セット時間を測定すると３秒であった。

＜実施例３＞
実施例１の補強布を用い、１００℃に昇温した乾燥機に２０秒放置し、金型セット時間を測定すると１秒であった。ただし、乾燥機から取り出し時、補強布が折れ曲がるとそこで接着するなど取扱いが難しい。

＜実施例４＞
実施例１の補強布を用い、７０℃に昇温した乾燥機に１２０秒放置し、金型セット時間を測定すると１秒であった。ただし、乾燥機から取り出し時、補強布が折れ曲がるとそこで接着するなど取扱いが難しい。

＜比較例１＞
東洋紡株式会社製不織布ボランス「ＣＲＥ３０８０」白色面側に幅１ｍｍのヤスハラケミカル株式会社製ヒロダイン７５３６（エチレン酢酸ビニルコポリマー、ビカット軟化温度８３℃）をＴ−ダイから押し出し、上記不織布の長手方向と平行に２ｍｍの間隔で線状に積層した。樹脂は２０ｇ／ｃｍ^２であった。この補強布を用い、７０℃に昇温した乾燥機に２０秒放置し、金型セット時間の測定を試みたが接着させることができなかった。

＜比較例２＞
東洋紡株式会社製不織布ボランス「ＣＲＥ３０８０」白色面側に幅１ｍｍのサイデン化学株式会社製アクリル系樹脂ＡＴＲ−１を上記不織布に２０ｇ／ｍ^２となるよう塗布した。上記アクリル系樹脂は常温（２０℃）でも粘性が高く、樹脂層のサンプルを取ることができず、軟化点Ａは測定できなかった。この補強布を用い、３０℃に昇温した乾燥機に１０秒放置し、金型セット時間を測定すると１秒であった。ただし、乾燥機から取り出し時、補強布が折れ曲がるとそこで接着するなど取扱いが難しい。

＜比較例３＞
実施例１の補強布を用い、２５℃に昇温した乾燥機に２０秒放置し、金型セット時間を測定すると６秒であった。

実施例１〜４および比較例１〜３で得られた補強用不織布の測定した各物性を表１にまとめた。

本発明の発泡成形品方法は、金型に改良を加えず、従来の金型を使用し、金型を汚すこともなく簡単に補強用不織布を効率良く金型にセットできるため、生産性を大幅に改善することができ産業界への寄与大である。

Claims

不織布層と樹脂の軟化点が３０℃以上８０℃以下の樹脂層とを積層させてなる発泡成形品補強用不織布を、金型にセットする前に上記軟化点以上の温度で１秒以上予熱し、上記樹脂層が金型側になるように金型にセットし、発泡成形する発泡成形方法。
上記不織布層に、上記樹脂層を線状に間隔を開けて積層またドット状に積層する工程を含む請求項1に記載の発砲形成方法。