JP6841935B2 - 剛性および吸音性が向上した不織布とその製造方法、および、剛性および吸音性が向上した不織布を含む自動車アンダーカバー - Google Patents

剛性および吸音性が向上した不織布とその製造方法、および、剛性および吸音性が向上した不織布を含む自動車アンダーカバー Download PDF

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Description

本発明は、剛性および吸音性が向上した不織布、その製造方法、および、それを含む自動車アンダーカバー（Ｕｎｄｅｒ Ｃｏｖｅｒ）に関する。より詳しくは、２種類以上のポリエステル系素材と異形断面繊維とを含む不織布によって、剛性および吸音性が向上し、かつ成形性も向上して、自動車アンダーカバーに適用することができる不織布に関する。
自動車のアンダーカバーは、自動車の床の最外郭層に装着されている薄い板状の部品であり、車種によって、エンジン部または底の全面にわたって取り付けられている。このようなアンダーカバーは、道路の路面から発生する異物から自動車の下部の装備を保護し、異物の流入を防止し、走行中に発生する騒音の吸音または遮音のために使用される。
一般に、アンダーカバーは、多様な素材の層（Ｌａｙｅｒ）で構成され、不織布（外装仕上げ）／ポリプロピレンフィルム（ＰＰ Ｆｉｌｍ）／コア（アンダーカバーの形態維持および吸音・遮音の機能遂行）／不織布（内装仕上げ）の層からなる。このようなアンダーカバーは、それぞれの層からなる素材を積層し、高温・高圧条件で貼り合わせてプレート（Ｐｌａｔｅ）の形態に作り、車種別の金型の形態および製品層の構成に応じて、他の素材と貼り合わせて高温・高圧で成形することによって、最終製品として製造される。
最近、自動車の軽量化、コスト節減、乗車感の向上のための開発が活発に進められることから、アンダーカバーもこれに対応して開発が進められている。アンダーカバーの要求特性は、基本的には形態維持性（剛性）、吸音・遮音の機能、耐久性、耐熱性であり、このような要求特性を満たすために新たな素材の開発が進められている。このような要求特性の例としては、アンダーカバーが自動車の床に装着されている場合、その形態を維持するための剛性が必要であり、石、破片、水（雨）などの外部からの異物により破損または変形してはならず、エンジンから発生する熱を受けても形態を維持し、吸音・遮音の機能に優れており、最終製品を作る成形工程で成形性に優れているのでなければならない。
アンダーカバーを構成する層のうち、コアは、ガラス繊維（Ｇｌａｓｓ Ｆｉｂｅｒ）がポリプロピレン（ＰＰ）またはポリエチレン（ＰＥ）のパウダー（Ｐｏｗｄｅｒ）によって接着されたものが使用されている。ガラス繊維は、単位重量が高く、製造過程で破片が多く発生し、該破片が呼吸器などを通して人体内部に侵入して人体に有害な影響を与える危険性がある。これにより、ガラス繊維を代替できる新素材の開発が活発に進められている。
コア用素材の開発は、熱可塑性素材による第１世代、ガラス繊維およびＰＰ繊維による第２世代、ポリエステル複合素材による第３世代にまで開発が進められてきた。第３世代の開発品であるポリエステル（ＰＥＴ）複合素材は、２種の短繊維（ＰＥＴおよび接着剤の役割のＰＥＴ）からなる不織布を圧着成形してコアに適用した製品で、軽量化、コスト節減、人体無害性、再利用可能な素材への長所を持っている。
しかし、短繊維からなる不織布は、無機物素材のガラス繊維に比べて、剛性が低くて形態を維持する特性が不足し、外部の異物からの破損および変形を防ぐために、多量のバインダー素材を使用するか、または表面加工をしなければならないなどの問題点がある。バインダーおよび表面加工に使用される素材は、火災時に有毒ガスを吹き出すなどの問題が発生しうるのであり、自動車素材として、特にエンジンの下側部分に装着される素材として、持たなければならない難燃性能が足りないという問題点がある。
本発明は、前記問題点を解決するために、ポリエステルフィラメントからなる不織布におけるポリエステルフィラメントの種類と構造を調整することで、剛性と共に吸音性能が向上した、不織布及び自動車用アンダーカバーを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明は、融点が２５０℃以上のポリエステルによる異形断面形状の第１フィラメント、および、融点が１８０℃以下のポリエステルによる円形断面形状の第２フィラメントからなる長繊維不織布であって、前記異形断面は＋字またはＹ字形状であり、前記第２フィラメントの含有量は１０〜５０重量％であり、吸音係数（ＭＳ３４１−２３ Ｓｐｅｃ．，＠５，０００Ｈｚ）は０．４８以下であることを特徴とする、剛性および吸音性が向上した不織布を提供する。
また、本発明は、融点が２５０℃以上のポリエステルの異形断面第１フィラメント、および、融点が１８０℃以下のポリエステルの第２フィラメントからなる長繊維不織布であって、前記異形断面は＋字またはＹ字形状であり、前記第２フィラメントの含有量は１０〜５０重量％であり、吸音係数（ＭＳ３４１−２３ Ｓｐｅｃ．，＠５，０００Ｈｚ）は０．４８以下である不織布を含む自動車アンダーカバーを提供する。
また、本発明は、融点が２５０℃以上のポリエステルで＋字またはＹ字形状の異形断面第１フィラメントを製造する段階と、融点が１８０℃以下のポリエステルで第２フィラメントを製造する段階と、前記第２フィラメントの含有量が１０〜５０重量％となるように前記第１フィラメントと第２フィラメントとを混合し、このように混合された混合物で不織布ウェブを製造する段階と、アンダーカバー用プレートでアンダーカバーを構成する層を貼り合わせる温度およびアンダーカバーを成形する温度より低い温度で前記不織布ウェブを熱風処理する段階と、を含む剛性および吸音性が向上した不織布の製造方法を提供する。
また、本発明は、融点が２５０℃以上のポリエステルでもって＋字またはＹ字形状の異形断面第１フィラメントを製造する段階と、融点が１８０℃以下のポリエステルでもって第２フィラメントを製造する段階と、前記第２フィラメントの含有量が１０〜５０重量％となるように前記第１フィラメントと第２フィラメントとを混合し、このように混合された混合物でもって不織布ウェブを製造する段階と、アンダーカバー用プレートにおけるアンダーカバーを構成する層同士を貼り合わせる温度、および、アンダーカバーを成形する温度より低い温度で、前記不織布ウェブを熱風処理して剛性および吸音性が向上した不織布を得る段階と、ポリエステル不織布、ポリプロピレンフィルム、前記剛性および吸音性が向上した不織布およびポリエステル不織布を順次積層し、貼り合わせてプレートを製造する段階と、前記プレートを成形金型に投入して所望する形態のアンダーカバー成形物を製作する段階と、を含む自動車アンダーカバーの製造方法を提供する。
本発明によれば、不織布で異形断面を有する高融点のフィラメントによって、最終的に自動車アンダーカバーにおける吸音性が向上し、アンダーカバーにおける、異形断面を有する高融点のフィラメントと、低融点のフィラメントとからなる長繊維不織布によって、アンダーカバーの剛性とアンダーカバーの成形性が向上することが可能となる。
本発明の一実施形態による、異形断面フィラメントの＋字形状の断面における異形度測定の基準（最外郭円および中心円）を示す模式図である。 本発明の一実施形態によるＹ字形状の異形断面フィラメントを示す模式図である。
以下、本発明の不織布および自動車用アンダーカバーの製造方法を詳しく説明する。
融点が２５０℃以上のポリエステルで異形断面第１フィラメントを製造する段階を行うことができる。
第１フィラメントは、前記ポリエステルを、連続押出機を通して溶融させ、紡糸口金を通して吐出し、冷却風でもって固化させ、高圧の空気延伸装置を用いて４，５００〜５，０００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で延伸して、３〜９デニールの纎度を有するように製造する。
この際、紡糸口金の毛細孔を調節して、前記異形断面は＋字またはＹ字形状であり、異形断面の異形度（[フィラメント断面の最外郭線を結ぶ円の直径]／[フィラメント断面の中心円の直径]）は２．０〜３．０であることが望ましい。
本発明の不織布を構成するフィラメントが＋字またはＹ字形状の異形断面を持つことによって、不織布の吸音性が向上しうる。ここで、異形断面の異形度が２．０未満であればフィラメント間の空隙が小さくて不織布における空隙率が低くなり、厚さが小さくなって吸音性が悪くなりうるのであり、３．０を超過すれば高い異形度で紡糸するときに糸切れがよく発生して紡糸生産性が低下し、＋字またはＹ字形状の異形断面形状を維持できないことがある。
融点が１８０℃以下のポリエステルでもって第２フィラメントを製造する段階を行う。
前記第２フィラメントは、前記ポリエステルを、連続押出機を通して溶融させ、円形の紡糸ノズルを通して吐出し、冷却風でもって固化させた後、高圧の空気延伸装置を用いて４，５００〜５，０００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で延伸して、３〜９デニールの纎度を有するように製造する。
前記第２フィラメントにより、後述する本発明の不織布が、アンダーカバー用プレート（それぞれの層をなす素材を積層して貼り合わせたもの）への製造過程、または、アンダーカバーの成形過程で、向上した剛性および成形性を示すことができる。
本発明の不織布において、前記の第１フィラメントと第２フィラメントが３デニール未満の場合、フィラメントが細くて強度が弱く、単位面当たりのフィラメント数が多くなるため、吸音性が悪くなり、逆に、９デニールを超過する場合、フィラメントの結晶化のための冷却長さが長くなり、不織布を商業的に均一に製造しにくい。
前記第２フィラメントの含有量が１０〜５０重量％となるように、前記第１フィラメントと第２フィラメントとを混合し、このように混合された混合物からなる不織布を製造する段階を行うことができる。
前記の第１フィラメントおよび第２フィラメントの混合物が、コンベヤーネット上に単位面積当たり１，０００〜１，５００ｇ／ｍ２重量でウェブ（Ｗｅｂ）形状に積層され、前記ウェブは、１５０〜１６０℃に加熱されたカレンダーロールを用いた、カレンダー工程を経て平滑性が与えられるのであり、アンダーカバー用プレートのための貼り合わせ温度、および、アンダーカバーを成形する温度よりも低い温度（１６０〜１８０℃）の熱風を、前記ウェブに加えることで、フィラメント間の熱接着が行われるようにすることによって、不織布を製造し得る。
前記熱風が、前記ウェブの上部から下部へとウェブを通過することで、熱がウェブに加わって、不織布が製造される。この際、ウェブが形成されたコンベヤーネットが、テンター（Ｔｅｎｔｅｒ）の形態の熱風処理機を通過することで処理される時間は２０〜３０秒である。熱風が加わる間に第２フィラメントが溶融し、近くの第１フィラメント同士の間を連結する形態に据え置かれた後、熱風処理が終わって常温になって出てくることで第１フィラメント同士の間を連結した形態にて第２フィラメントが固まることにより、不織布が、向上した強度および剛性を持つことになる。
ここで、前記混合物において、第２フィラメントの含有量が１０重量％未満であれば、フィラメント同士の間の接着点（ａｄｈｅｓｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）が少なくて、アンダーカバーに求められる剛性が現れず、５０重量％を超えれば、不織布の形態を維持するように、骨格を備える役割を果たす第１フィラメントの比率が減少してむしろ剛性が現れないことがある。
ここで、前記熱風の温度は、アンダーカバー用プレートの製造またはアンダーカバーを成形する温度より低いことが好ましく、より好ましくは、前記温度より１０℃以下だけ低くかつ１６０℃以上である。このような温度の条件を外れると、つまり、アンダーカバー用プレートの製造またはアンダーカバーを成形する温度と、同じまたはこれより高い温度では、第２フィラメントが熱固着（Ｈｅａｔ Ｓｅｔｔｉｎｇ）される。したがって、アンダーカバー用プレートの製造またはアンダーカバーを成形する温度で第２フィラメントが溶融せず、接着剤の役割および成形性能のための伸び率が発現しないので、剛性および成形性が低下することがある。
本発明のアンダーカバー用プレートは、ポリエステル不織布上にポリプロピレンフィルムを置いて、その上にコア層の素材として本発明の不織布を置いて、再びその上にポリエステル不織布を積層した後、高温・高圧の条件で貼り合わせて、製造することができる。
この際、前記ポリエステル不織布は、通常のポリエチレンテレフタレート繊維からなる不織布を使用してもよく、前記ポリプロピレンフィルムは、通常のポリプロピレンフィルムを使用してもよい。
このように製造されたアンダーカバー用プレートを予熱した後、成形金型に投入して所望の形態のアンダーカバー成形物を製作することができる。
以下、本発明を下記実施例および比較例に基づいてより詳細に説明する。
但し、下記実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明は下記実施例によって限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で置換および均等な他の実施例に変更できることは、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
[実施例１]
融点が２５５℃のポリエチレンテレフタレートを、連続押出機を通して溶融させ、紡糸口金（紡糸ノズルの断面が＋字形状）を通じて吐出し、冷却風で固化し、高圧の空気延伸装置を用いて５，０００ｍ／ｍｉｎの紡糸速度で延伸して、８デニールの纎度を有する第１フィラメントを製造した。
この際、紡糸口金の毛細孔を調節して、異形度が２．０である＋字断面形状に第１フィラメントを製造した。
共重合成分としてイソフタル酸を含有して、融点が１８０℃である共重合ポリエステルを使用して、円形状の紡糸ノズルが備えられた紡糸口金を通したことを除いては、前記第１フィラメントの製造と同様の方法で、８デニールの纎度を有する円形状断面の第２フィラメントを製造した。
前記の第１フィラメントと第２フィラメントを混合し、混合された混合物でもって第２フィラメントの含有量が３０重量％となるように混合し、前記混合物がコンベヤーネット上に単位面積当たり１，３００ｇ／ｍ２の重量でウェブ（Ｗｅｂ）形態に積層されるのであり、前記ウェブは、１４０℃で加熱されたカレンダーロールを用いたカレンダー工程を経て平滑性が与えられ、テンター（Ｔｅｎｔｅｒ）形態の熱風処理機で１６０℃の熱風を２６秒間加えることによって、熱風処理された不織布が製造された。
その後、ポリエステル不織布（坪量２０ｇ／ｍ２、厚さ０．１２ｍｍのポリエチレンテレフタレート不織布）の上に、ポリプロピレンフィルム（坪量２０ｇ／ｍ２、厚さ１５μｍ）を置いて、その上に、前記の熱風処理の不織布を置いて、再びその上にポリエステル不織布を積層し、高温（２００℃）、高圧（８０ｋｇ／ｃｍ２）で貼り合わせてプレートを製造した。
この後、前記プレートを、内部温度２００℃の金型で６０秒間予熱し、所望の形態の成形金型で、成形時間１分、厚さ２．０ｍｍの条件でプレス成形して、アンダーカバーを製造した。
[実施例２]〜[実施例７]、[比較例１]〜[比較例５]
前記実施例１で前記第１フィラメントの異形度、第２フィラメントの含有量、熱風の温度を下記表１に記載のとおりに変更したこと以外は、実施例１と同様の方法で、アンダーカバーを製造した。
[表１]

前記実施例と比較例で製造した試料を用い、下記の評価方法を用いて特性を評価し、その結果を下記表２に示す。
＜評価方法＞
１．厚さ（単位ｍｍ）
ＩＳＯ ９０７３−２（Ｔｅｘｔｉｌｅｓ−Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｎｏｎｗｏｖｅｎｓ）の方法Ａで規定した方法により１００ｃｍ２大きさの試験片を採取して測定する。
２．引張強さ（Ｎ）
ＭＳ３４１−２３：ＡＳＴＭ Ｄ５０３４（Ｔｅｓｔ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ Ｂｒｅａｋｉｎｇ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｎｄ Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｘｔｉｌｅ ｆａｂｒｉｃ）により試験片の大きさ２５ｍｍ×１５０ｍｍ、試験速度２５ｍｍ／ｍｉｎ、クランプ間隔１００ｍｍの条件で測定する。
３．曲げ強さ（Ｎ）、曲げ弾性率（ＭＰａ）
ＭＳ３４１−２３：ＩＳＯ １７８（Ｐｌａｓｔｉｃｓ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｆｌｅｘｕｒａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）Ａ法により試験片の大きさ５０ｍｍ×１５０ｍｍ、試験速度５ｍｍ／ｍｉｎ、スパン（Ｓｐａｎ）長さ１００ｍｍの条件で測定する。
４．吸音性
ＭＳ３４１−２３：ＩＳＯ Ｒ ３５４（Ａｃｏｕｓｔｉｃｓ−Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｒｅｖｅｒｂｅｒａｔｉｏｎ ｒｏｏｍ）によりアルファキャビン（ＡＬＰＨＡ ＣＡＢＩＮ）装備を用いて、枠無し８４０ｍｍ×８４０ｍｍの試験片で吸音係数（α）を測定する。
５．紡糸性
不織布の製造のための紡糸工程で、時間別に、糸切れ、および延伸装備の入口でのフィラメントの離脱数を測定して評価する。
（評価基準、○：０個発生、△：１〜１０個発生、Ｘ：１０個以上発生）
[表２]
表２の結果から、自動車アンダーカバー用プレートのコア層に、本発明による実施例の不織布を使用する場合、プレートに求められる機械的特性および吸音性特性が共に満たされることが確認される。
不織布を構成する第１フィラメントの異形断面の異形度が小さいと吸音性が向上せず（比較例１）、異形度が大きいとフィラメントの紡糸性が低下し（比較例５）、低融点の第２フィラメントの含有量が増加するほど曲げ弾性率を含む強度は向上したものの、本発明の上限値を超える６０重量％含有の場合（比較例３）、むしろ強度が急激に低下することが確認される。
また、不織布の熱風処理の温度を上げる場合、引張強さ、曲げ強さおよび曲げ弾性率が急激に低下して（実施例２と比較例４の参照）、プレートに求められる機械的特性を満たさないことになるが、これは、低融点の第２フィラメントが熱固着されて、プレートにおける層間接着力を十分に発揮できないことに起因する。
前述したように本発明による不織布は、アンダーカバーの製造にて、異形断面を有する高融点のフィラメントと、低融点のフィラメントとからなる長繊維不織布によって、加工性および成形性を向上させるために、自動車用アンダーカバー用プレートおよびアンダーカバーに適用される。
また、本発明による不織布は、吸音性を向上させるために、自動車用アンダーカバーに適用される。

Claims (4)

  1. 融点が２５０℃以上のポリエステルによる異形断面の形状の第１フィラメント、および、融点が１８０℃以下のポリエステルによる円形断面の形状の第２フィラメントからなる長繊維不織布において、前記異形断面は＋字またはＹ字の形状であり、
    前記異形断面の異形度（フィラメント断面の最外郭線を結ぶ円の直径÷フィラメント断面の中心の円の直径）が２．０〜３．０であり、
    前記第２フィラメントの含有量は１０〜５０重量％であり、吸音係数（ＭＳ３４１−２３ Ｓｐｅｃ．，＠５，０００Ｈｚ）は０．４８以下であることを特徴とする、剛性および吸音性が向上した不織布。
  2. 融点が２５０℃以上のポリエステルの異形断面の第１フィラメント、および、融点が１８０℃以下のポリエステルの第２フィラメントからなる長繊維不織布において、前記異形断面は＋字またはＹ字形状であり、
    前記異形断面の異形度（フィラメント断面の最外郭線を結ぶ円の直径÷フィラメント断面の中心の円の直径）が２．０〜３．０であり、
    前記第２フィラメントの含有量は１０〜５０重量％であり、吸音係数（ＭＳ３４１−２３ Ｓｐｅｃ．，＠５，０００Ｈｚ）は０．４８以下である、不織布を含む自動車アンダーカバー。
  3. 融点が２５０℃以上のポリエステルでもって＋字またはＹ字形状の異形断面第１フィラメントを製造する段階と、
    融点が１８０℃以下のポリエステルでもって第２フィラメントを製造する段階と、
    前記第２フィラメントの含有量が１０〜５０重量％となるように、前記の第１フィラメントと第２フィラメントとを混合し、このように混合された混合物でもって不織布ウェブを製造する段階と、
    アンダーカバー用プレートにおけるアンダーカバーを構成する層同士を貼り合わせる温度、および、アンダーカバーを成形する温度よりも低い温度で、前記不織布ウェブを熱風処理する段階と、を含み、
    前記異形断面の異形度（[フィラメント断面の最外郭線を結ぶ円の直径]÷[フィラメント断面の中心の円の直径]）が２．０〜３．０である、剛性および吸音性が向上した不織布の製造方法。
  4. 融点が２５０℃以上のポリエステルでもって＋字またはＹ字の形状の異形断面第１フィラメントを製造する段階と、
    融点が１８０℃以下のポリエステルでもって第２フィラメントを製造する段階と、
    前記第２フィラメントの含有量が１０〜５０重量％となるように前記の第１フィラメントと第２フィラメントとを混合し、このように混合された混合物でもって不織布ウェブを製造する段階と、
    アンダーカバー用プレートにおけるアンダーカバーを構成する層を貼り合わせる温度、および、アンダーカバーを成形する温度よりも低い温度で、前記不織布ウェブを熱風処理して剛性および吸音性が向上した不織布を得る段階と、
    ポリエチレンテレフタレート不織布、ポリプロピレンフィルム、前記の剛性および吸音性が向上した不織布、および、ポリエチレンテレフタレート不織布を、順次積層し、貼り合わせてプレートを製造する段階と、
    前記プレートを成形金型に投入して所望の形態のアンダーカバー成形物を製作する段階と、を含み、
    前記異形断面の異形度（[フィラメント断面の最外郭線を結ぶ円の直径]÷[フィラメント断面の中心の円の直径]）が２．０〜３．０である、自動車アンダーカバーの製造方法。
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