JP6860442B2 - 表皮材付発泡粒子成形体 - Google Patents
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Description
本発明の表皮材付発泡粒子成形体(以下、単に発泡成形体ともいう)は、TPOを含んで構成される発泡粒子成形体と、TPOを含んで構成され、上記発泡粒子成形体を被覆する表皮材と、を備える。表皮材は、平均厚みが0.5mm以上3.0mm以下の範囲であって、薄肉化が図られている。本発明の発泡成形体において、表皮材のタイプEデュロメータ硬さがE60以上E95以下であり、発泡粒子成形体のタイプEデュロメータ硬さがE40以下であり、いずれも良好な柔軟性を示すとともに、芯材となる発泡粒子成形体の方がより柔軟であるという特徴を有している。本発明の発泡成形体は、このように低硬度な発泡粒子成形体と表皮材との接着強度が、4N/25mm以上の接着強度を示す。尚、以下の説明において、タイプEデュロメータ硬さのことを単にE硬度とも称呼する。
以下に、本発明の発泡成形体の詳細について説明する。
本発明の発泡成形体における表皮材は、発泡粒子成形体を被覆する。発泡粒子成形体の略全面が表皮材により被覆されていることが好ましいが、本発明は、発泡粒子成形体の外周面略全面が表皮材で被覆されてなる発泡成形体を適宜裁断し、裁断面において発泡粒子成形体が露出するもの等、発泡粒子成形体の一部が表皮材により被覆されていないものを包含する。また、表皮材をブロー成形で製造する場合、表皮材の中空部内に発泡粒子を充填するために形成される充填孔や、スチームピンを表皮材の中空部内に刺し込み貫通させた際に形成されるスチームピン貫通跡が、表皮材の表面に複数残るため、これらの箇所には、表皮材を有していなくてもよい。
融点などの物性が異なる2種以上のTPOを含む混合物を用いて表皮材を構成することで、後述する発泡粒子成形体に対する接着強度等を望ましい範囲に調整し易く、また外観意匠性を向上させ易い。上記混合物におけるプロピレン系熱可塑性エラストマーとエチレン系熱可塑性エラストマーとの質量比は、特に限定されないが、プロピレン系熱可塑性エラストマー:エチレン系熱可塑性エラストマー=95:5〜30:70の範囲であることが好ましい。上記範囲に調整することにより、発泡粒子成形体と表皮材との接着強度を向上させ、発泡成形体は優れた反発弾性を発現し易くなる。
[式1] (AB)n (1)
(式中、nは1以上の整数であり、AはAブロックを表し、BはBブロックを表す。)
次に本発明の発泡成形体における発泡粒子成形体について説明する。本発明において発泡粒子成形体は、TPO発泡粒子(以下の説明では、単に発泡粒子という場合がある)を含んで構成され、発泡粒子成形体のE硬度がE40以下である。発泡粒子成形体は、当該発泡粒子成形体の硬度よりやや高い硬度の表皮材に良好な接着強度で被覆されている。そのため本発明の発泡成形体において、発泡粒子成形体の柔軟性が充分に発揮されるとともに、上述する表皮材と相まって良好な反発弾性が発揮される。上記発泡粒子成形体を構成する基材は、TPOのみであることが好ましいが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、TPOに加え、他の熱可塑性樹脂やオレフィン系以外のその他の熱可塑性エラストマーを含んでいてもよい。発泡粒子成形体を構成するTPOは、表皮材を構成するTPOと同様のものから選択されるため、ここでは詳細な説明を割愛する。ただし、1つの表皮材付発泡粒子成形体において、表皮材と発泡粒子成形体とは、同一のTPOから構成されてもよいし、異なるTPOから構成されてもよい。
本発明の表皮材付発泡粒子成形体(発泡成形体)において、表皮材を構成するTPOが、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された第一融点Ts1、及び第二融点Ts2(但し、Ts2<Ts1である)を示し、かつ発泡粒子成形体を構成するTPOの示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された融点Tfに対し、第一融点Ts1が、(融点Tf+10℃)以上(融点Tf+30℃)以下であり、かつ第二融点Ts2が、(融点Tf−10℃)以上(融点Tf+5℃)以下の範囲であることが好ましい。
融点Tfに対し、第一融点Ts1が、(融点Tf+10℃)以上(融点Tf+30℃)以下であることにより、発泡粒子成形体の凹凸が表皮材を介して成形体の外周面に現れることが防止され、発泡成形体の外観を良好なものとし得る。また、第二融点Ts2が、(融点Tf−10℃)以上(融点Tf+5℃)以下であることにより、表皮材と発泡粒子成形体との良好に接着する傾向にある。
次に本発明の発泡成形体の製造方法の一例について説明する。本発明の発泡成形体の製造方法は特に限定されず、公知の表皮材付発泡粒子成形体を製造する適宜の方法で製造することができる。以下では、ブロー成形により形成された中空ブロー成形体を表皮材とし、この中空部に発泡粒子を充填し、該発泡粒子を加熱融着させて発泡粒子成形体を形成しつつ、表皮材の内面と発泡粒子成形体とを融着させる製造方法について説明する。かかる製造方法によれば、薄肉の表皮材を備え、表皮材と発泡粒子成形体との接着強度が適度に高い表皮材付発泡粒子成形体を得られ易い。
ポリマーA:オレフィン系熱可塑性エラストマー(プロピレン系樹脂をハードセグメントとするプロピレン系熱可塑性エラストマー:エスポレックス820、住友化学株式会社製、密度880kg/m3)
ポリマーB:オレフィン系熱可塑性エラストマー(ポリエチレンブロックと、ポリエチレンブロックとエチレン/α−オレフィン共重合体ブロックとのマルチブロック共重合:INFUSE9007、ダウケミカル社製、密度886kg/m3)
ポリマーC:オレフィン系熱可塑性エラストマー(ポリエチレンブロックと、ポリエチレンブロックとエチレン/α−オレフィン共重合体ブロックとのマルチブロック共重合(INFUSE9530、ダウケミカル社製、密度887kg/m3)
(融点)
JIS K7121−1987に記載の熱流束示差走査熱量測定(DSC)に基づきTPOの融点を測定した。試験片の状態調節としては「(2)一定の熱処理を行なった後、融解温度を測定する場合」を採用し、加熱速度及び冷却速度としては共に10℃/分を採用した。窒素流入量は30mL/分とした。得られたDSC曲線における融解ピークの頂点温度を融点とした。
(メルトフローレイト)
JIS K7210−1:2014に基づき、190℃、荷重2.16kgにてTPOのメルトフローレイトを測定した。
(タイプAデュロメータ硬さ)
JIS K6253−3:2012に基づき、タイプAデュロメータを用いてTPOのデュロメータ硬さを測定した。測定時間は3秒とした。
(タイプEデュロメータ硬さ)
JIS K6253−3:2012に基づき、タイプEデュロメータを用いてTPOのデュロメータ硬さを測定した。測定時間は3秒とした。
(溶融張力・溶融伸び)
測定装置として、株式会社東洋精機製作所製のキャピログラフ1Dを用いて溶融張力(MT:cN)の測定を行なった。測定装置のシリンダー径は9.55mm、長さは350mmであった。シリンダー内にノズル径2.095mm、長さ8.0mmのオリフィスをセットし、シリンダー及びオリフィスの設定温度を190℃とした。TPOの必要量を該シリンダー内に入れ、4分間放置してから、ピストン速度を10mm/分として溶融TPOをオリフィスを通して紐状に押出した。この紐状物を直径45mmの張力検出用プーリーに掛け、4分で引き取り速度が0m/分から200m/分に達するように一定の増速で引取り速度を増加させながら引取りローラーで紐状物を引取って紐状物が破断した際の直前の張力の極大値及び破断した際の引取り速度を測定した。上記操作を異なる試料を使用し、計10回の測定を行った。10回の測定で得られた張力の極大値のうち最も大きな値から順に3つの値と、極大値の最も小さな値から順に3つの値を除き、残った中間の4つの値を相加平均した値を溶融張力(cN)とし、破断した際の引取り速度の10個の値を相加平均した値を溶融伸び(m/分)とした。
成形金型(分割成形型)として、縦350mm、横260mm、厚さ25mmの平板成形用の成形キャビティを有する分割金型を用いた。なお、分割金型の一方側に、ブローピン、口径15mmの発泡粒子充填フィーダ及び口径6mmの加熱媒体供給排出用ピン(スチームピン)が設けられていた。
ポリマーA樹脂70質量部及びポリマーB30質量部をドライブレンドし、このブレンド物を内径65mmの押出機に供給し、195℃で加熱、混練してポリマー溶融物を調製した。次に、該溶融物を押出機に付設され195℃に調整されたアキュムレータ内に充填した。
次いで、アキュムレータの下流側に備えられた環状ダイリップから溶融物を押出してパリソンを形成した。軟化状態のパリソンをダイ直下に配置された、50℃に温調された分割金型で挟み込んだ。そして、ブローピンをパリソンに打ち込み、ブローピンから0.50MPa(G)の加圧空気をパリソン内に吹き込んで、上記成形キャビティの形状を反映した平均厚み1.5mmの中空成形体を形成した。
ポリマーAとポリマーBとの配合割合を表2に示す配合に変更したこと以外は、実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、実施例2、3、6とした。
発泡粒子の見掛け密度を120kg/m3とした以外は実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、実施例4とした。
加圧タンクの圧力を0.15MPa(G)とすると共に、発泡粒子充填時の圧縮充填圧力を0.05MPaとした以外は、実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、実施例5とした。
表皮材の基材をポリマーAのみとしたこと以外は実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、比較例1とした。得られた成形体は表皮材と発泡粒子成形体との接着性に劣っていた。
発泡粒子として、ポリプロピレン系樹脂発泡粒子[原料:プロピレン−エチレンランダム共重合体(エチレン含有量2.5質量%)、見掛け密度42kg/m3、平均粒子径3.3mm]を用い、加圧タンク内圧力を0.20MPa(G)、圧縮充填圧力を0.10MPa(G)、スチーム圧力を0.35MPa(G)に変更したこと以外は実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、比較例2とした。
発泡性ポリスチレン系樹脂粒子[(株)JSP製、グレード名「XJ251N」]を104℃の雰囲気下で予備発泡させて見掛け密度30kg/m3、平均粒子径3.2mmのポリスチレン系樹脂発泡粒子を得た。上記ポリスチレン系樹脂発泡粒子を用い、圧縮充填法を採用せずに発泡粒子を中空成形体内に充填し、スチーム圧力を0.20MPa(G)に変更したこと以外は実施例1と同様に表皮材付発泡粒子成形体を製造し、比較例3とした。
表皮材、発泡粒子成形体、表皮材付発泡粒子成形体のE硬度は、いずれも、JIS K6253−3:2012に基づき、タイプEデュロメータを用い、測定時間を3秒として測定した。なお、表皮材付発泡粒子成形体のE硬度の測定にあたっては、該成形体の平坦部において測定を行った。また、表皮材及び発泡粒子成形体のE硬度の測定にあたっては、表皮材付発泡粒子成形体から表皮材を剥離させて、表皮材と発泡粒子成形体とに分け、それぞれの平坦部において測定を行った。
表皮材付発泡粒子成形体を、長手方向中央部及び長手方向両端部付近の計3箇所において、長手方向に対し垂直に切断し、両端部及び中間部の3つのサンプルに分割する。そして、各サンプルの断面(中間部のサンプルは両断面のうちのいずれか一方)において示される表皮材の断面において、表皮材の周方向に沿って等間隔に6箇所(但し、表皮材付発泡粒子成形体の特殊な形状部分は避けることとする)を選択し、選択された箇所の表皮材の厚みを測定する。測定された18箇所の厚みの値を算術平均し、これを表皮材の平均厚みとした。
JIS K7121−1987に記載の熱流束示差走査熱量測定(DSC)に基づき表皮材及び発泡粒子の融点を測定した。試験片の状態調節としては「(2)一定の熱処理を行なった後、融解温度を測定する場合」を採用し、加熱速度及び冷却速度としては共に10℃/分を採用した。窒素流入量は30mL/分とした。得られたDSC曲線における融解ピークの頂点温度を融点とした。尚、表皮材の融解ピークに関し、ピークが2か所示された場合には、相対的に温度の高い方を融点Tf1とし、低い方を融点Tf2とした。
発泡粒子の見掛け密度(kg/m3)は、以下のとおり測定した。まず、発泡粒子を、相対湿度50%、温度23℃、1atmの条件にて2日間放置した。次いで、水没法により発泡粒子の体積V1(L)を求めた。具体的には、200mLのメスシリンダーに温度23℃の水を100mL入れ、嵩体積約40mLの発泡粒子を上記メスシリンダー内の水中に金網を使用して沈めた。そして、金網の体積を考慮し、水位上昇分より読みとられる発泡粒子の体積V1[L]を測定した。この体積V1をメスシリンダーに入れた発泡粒子の個数(N)にて割り算(V1/N)し、発泡粒子1個あたりの平均体積を算出した。そして、得られた平均体積と同じ体積を有する仮想真球の直径をもって発泡粒子の平均粒子径[mm]とした。また、メスシリンダーに入れた発泡粒子の質量W1(g)を体積V1で割り算(W1/V1)することにより、発泡粒子の見掛け密度を得た。
発泡粒子成形体の見掛け密度(kg/m3)は以下のとおり測定した。まず得られた表皮材付発泡粒子成形体から、表皮材を剥離させ、発泡粒子成形体のみからなる試験片を作製した。上記試験片の質量(kg)を、水没法により測定された当該試験片の体積(m3)により除すことによって、発泡粒子成形体の見掛け密度を求めた。
また、得られた表皮材付発泡粒子成形体の見掛け密度(kg/m3)も上述と同様に、表皮材付発泡粒子成形体の質量(kg)を、水没法により測定された当該表皮材付発泡粒子成形体の体積(m3)により除すことによって求めた。
得られた表皮材付発泡粒子成形体から、表皮材を剥離させ、発泡粒子成形体のみからなる試験片を作製した。そして、当該試験片の体積X(cm3)及び体積Y(cm3)を求め、下記式(2)により空隙率を算出した。尚、体積Xは、上記試験片の外形寸法から算出した。また、体積Yは、アルコール中に上記試験片を沈め、アルコールの水位上昇分から求めた。
[式2] 空隙率(体積%)=〔(X−Y)/X〕×100 (2)
発泡粒子成形体を構成する発泡粒子同士の融着性(%)を以下のとおり評価した。
まず得られた表皮材付発泡粒子成形体の板面の中心部及び四隅付近の計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)のサイズで試験片を5個切り出した。各試験片を破断し、破断面を目視観察し、試験片ごとに、破断面に存在する全発泡粒子について、材料破壊した発泡粒子の数及び発泡粒子同士の界面で界面剥離した発泡粒子の数をカウントした。そして、材料破壊した発泡粒子の数と界面剥離した発泡粒子の数との合計数に対する界面剥離した発泡粒子の数の割合を算出した。5個の試験片のうち最も前記割合の低い値を融着率として採用し、以下の基準で評価した。
○:融着率70%以上
×:融着率70%以下
得られた表皮材付発泡粒子成形体における表皮材と発泡粒子成形体との接着強度(N/25mm)を以下の通り求めた。
表皮材付発泡粒子成形体の板面の中心部及び四隅付近の計5箇所において、当該表皮材付発泡粒子成形体の長手方向に沿って長さ150mm、幅25mmの寸法で両面に表皮材を有する試験片を切り出した。そして5つの試験片それぞれについて、スチームピン跡がある表皮材とは反対側の表皮材を剥離する剥離試験を行った。剥離試験は、JIS K6854−1:1999に準拠し、ローラー式はく離装置を用い、各試験片から表皮材を50mm/分の引張速度で90度剥離させてはく離曲線を得て、はく離曲線における面積計から平均はく離力を求め、それらの算術平均値を接着強度とした。
得られた表皮材付発泡粒子成形体の硬度のバラツキを評価するため、E硬度の変動係数Cvを下記式3から求め、以下のとおり評価した。
[式3] Cv(%)=(V/T)×100 (3)
○:E硬度の変動係数7%未満
△:E硬度の変動係数7%以上9%未満
×:E硬度の変動係数9%以上
E硬度の変動係数Cvは、E硬度の標準偏差Vを表皮材付発泡粒子成形体のE硬度の算術平均値Tで除した値の百分率をいい、平均値からのばらつき度合を表す指標である。
E硬度の標準偏差Vは、下記式4から求めた。
[式4] V={Σ(Ti−T)2/(n−1)}1/2 (4)
ここでTiは、得られた表皮材付発泡粒子成形体において、無作為に選択された10か所におけるそれぞれのE硬度であり、Tは、上記10か所のE硬度の測定値の算術平均値である。
上述のとおり求めた表皮材のE硬度(X)の値から、発泡粒子成形体のE硬度(Y)値を減じて、両者の差を確認した。
表皮材付発泡粒子成形体の反発弾性率(%)は、下記落球試験にて評価した。
まず表皮材付発泡粒子成形体に対し厚み方向に切り込み、縦50mm、横50mm、(厚みは表皮材付発泡粒子成形体の厚み)の試験片を切り出した。そして、上記試験片のスチームピン跡がある表皮材とは反対側の面を上にして試験片を水平面に置き、95gの鉄球を600mmの高さから落下させ、試験片から跳ね返った鉄球の跳ね返り高さH(mm)を測定し、下記式5にて反発弾性率を求めた。
[式5] 反発弾性率(%)=H/600×100(%) (5)
表皮材付発泡粒子成形体の表面平滑性について、最大高さ粗さRzを指標として以下のとおり評価した。
まず、表皮材付発泡粒子成形体の板面の中心部、及び四隅付近の計5箇所から片面側に表皮材を残して20mm厚みの試験片を切り出した。測定装置として株式会社小坂研究所製サーフコーダのSE1700αを使用した。試験片を表皮材側が上面となるように水平な台に静置し、先端曲率半径が2μmの触針の先端を上記試験片の表面(表皮材の表面)に当接させて、触針を0.5mm/sにて表皮材の押出方向に沿って移動させて表面粗さを測定した。尚、カットオフ値は8mmとし、触針の移動距離で特定される測定長さは20mmとし、そのほかのパラメータは、JIS B0601:2001に準拠して、輪郭曲線の最大高さRz(μm)を得た。得られた最大高さRz(μm)を以下のとおり評価した。
○:Rzが30μm以下
△:Rzが30μmよりも大きい
得られた表皮材付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、変位20mmにおける状態を以下のとおり評価した。
○:変位20mmで表皮材と発泡粒子成形体とが剥離していない
×:変位20mmで表皮材と発泡粒子成形体とが剥離している
(1)発泡粒子成形体と、前記発泡粒子成形体を被覆する表皮材と、を備え、前記表皮材がオレフィン系熱可塑性エラストマーから構成されており、前記表皮材のタイプEデュロメータ硬さがE60以上E95以下であるとともに、前記表皮材の平均厚みが0.5mm以上3.0mm以下であり、前記発泡粒子成形体がオレフィン系熱可塑性エラストマーから構成されており、前記発泡粒子成形体のタイプEデュロメータ硬さがE40以下であり、前記発泡粒子成形体と前記表皮材との接着強度が4N/25mm以上であることを特徴とする表皮材付発泡粒子成形体。
(2)前記表皮材を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された第一融点Ts1、及び第二融点Ts2(但し、Ts2<Ts1である)を示し、前記発泡粒子成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーの示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された融点Tfに対し、前記第一融点Ts1が、(前記融点Tf+10℃)以上(前記融点Tf+30℃)以下であり、かつ前記第二融点Ts2が、(前記融点Tf−10℃)以上(前記融点Tf+5℃)以下の範囲である上記(1)に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
(3)前記発泡粒子成形体の空隙率が10%以下である上記(1)又は(2)に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
(4)前記表皮材のタイプEデュロメータ硬さと、前記発泡粒子成形体のタイプEデュロメータ硬さとの差異が、45以上68以下である上記(1)から(3)のいずれかに記載の表皮材付発泡粒子成形体。
(5)前記表皮材が中空ブロー成形体であり、前記中空ブロー成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーの190℃における溶融張力が5cN以上であり、かつ190℃における溶融伸びが50m/分以上である上記(1)から(4)のいずれかに記載の表皮材付発泡粒子成形体。
(6)前記発泡粒子成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが、ポリエチレンをハードブロックとし、エチレン/α‐オレフィン共重合体をソフトブロックとするマルチブロック共重合体であり、前記マルチブロック共重合体のタイプAデュロメータ硬さがA60以上A95以下であり、前記発泡粒子成形体の見掛け密度が50kg/m3以上250kg/m3以下である上記(1)から(5)のいずれかに記載の表皮材付発泡粒子成形体。
20・・・表皮材
100・・・表皮材付発泡粒子成形体
Claims (5)
- 発泡粒子成形体と、前記発泡粒子成形体を被覆する表皮材と、を備え、前記表皮材がオレフィン系熱可塑性エラストマーから構成されており、前記表皮材のタイプEデュロメータ硬さがE60以上E95以下であるとともに、前記表皮材の平均厚みが0.5mm以上3.0mm以下であり、前記発泡粒子成形体がオレフィン系熱可塑性エラストマーから構成されており、前記発泡粒子成形体のタイプEデュロメータ硬さがE40以下であり、前記発泡粒子成形体と前記表皮材との接着強度が4N/25mm以上であり、
前記表皮材を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが、示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された第一融点Ts1、及び第二融点Ts2(但し、Ts2<Ts1である)を示し、前記発泡粒子成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーの示差走査熱量計(DSC)を用いて測定された融点Tfに対し、前記第一融点Ts1が、(前記融点Tf+10℃)以上(前記融点Tf+30℃)以下であり、かつ前記第二融点Ts2が、(前記融点Tf−10℃)以上(前記融点Tf+5℃)以下の範囲であることを特徴とする表皮材付発泡粒子成形体。 - 前記発泡粒子成形体の空隙率が10%以下である請求項1に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
- 前記表皮材のタイプEデュロメータ硬さと、前記発泡粒子成形体のタイプEデュロメータ硬さとの差異が、45以上68以下である請求項1または2に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
- 前記表皮材が中空ブロー成形体であり、前記中空ブロー成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーの190℃における溶融張力が5cN以上であり、かつ190℃における溶融伸びが50m/分以上である請求項1から3のいずれか一項に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
- 前記発泡粒子成形体を構成する前記オレフィン系熱可塑性エラストマーが、ポリエチレンをハードブロックとし、エチレン/α‐オレフィン共重合体をソフトブロックとするマルチブロック共重合体であり、前記マルチブロック共重合体のタイプAデュロメータ硬さがA60以上A95以下であり、前記発泡粒子成形体の見掛け密度が50kg/m3以上250kg/m3以下である請求項1から4のいずれか一項に記載の表皮材付発泡粒子成形体。
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