JP7340950B2 - 積層体およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、人工皮革に代表される繊維構造体よりなる層と基盤樹脂層との接着性に優れる積層体に関する。また、いわゆるインモールド成形を用いた、インモールド材としての繊維構造体と樹脂、特に熱可塑性樹脂との積層体の製造方法に関する。

意匠性や触感に優れたインモールド材として、不織布や織物等の繊維構造体、繊維構造体を含む人工皮革や合成皮革等の皮革様素材、紙等のような繊維構造体を含む素材が用いられている。

例えば、下記特許文献１は、特定の極細繊維束の繊維絡合体と高分子弾性体とからなる加飾成形用シートに三次元形状を賦与してプレフォーム成形体を成形し、得られたプレフォーム成形体を金型キャビィティに配置してインモールド射出成形することにより、表面に皮革様の外観が付与された加飾インモールド成形体を開示する。

しかしながら、従来から知られた一般的な繊維構造体を用いて加飾成形体を成形した場合、剥離強度が弱いという問題があり、特許文献１には剥離強度の詳細については記載されていない。

また、上記問題に関して、繊維構造体と基盤樹脂の間に接着層を用いて密着性を向上させることも考えられるが、接着層を付与する工程が入るなど量産性の低下が懸念される。

特許第５３５００４４号 公報

本発明の目的は、繊維構造体／樹脂なる積層体のインモールド成形において、より繊維構造体層と基盤樹脂層との接着性に優れる積層体を提供することにある。

本発明の一局面は、上述したような繊維構造体において、繊維絡合体から成る繊維構造体層と、前記繊維構造体層の各繊維の隙間に浸潤して固着されている樹脂層とを備える繊維構造体／樹脂積層体であって、前記繊維絡合体を構成する繊維が長繊維であり、前記繊維絡合体の見掛け密度が０．３５～０．４７ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、かつ、繊維構造体を５０±３ｍｍの正四角形に裁断し、複数枚を２０ｍｍ±５ｍｍになるよう重ね、この時の高さｈ１、次に２００ｇの荷重をかけて厚さ方向に圧縮させ、この時の高さｈ２とし、この測定を各３回行うことで、ｈ１，ｈ２の平均値を算出し、下記式（１）で定義される前記繊維構造体の圧縮性Ｒが０．０８以下であることを特徴とする積層体である。
Ｒ＝（ｈ１－ｈ２）／ｈ１ （１）
ｈ１；荷重前繊維構造体厚さ（ｍｍ）、 ｈ２；荷重後繊維構造体厚さ（ｍｍ）
ここで、前記繊維絡合体がテキスタイル、不織布、紙、編み物からなる群より選ばれるいずれかであることが好ましい。

また、前記繊維構造体が、前記繊維絡合体と該絡合体に含浸された高分子弾性体から成り、前記繊維構造体の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比（高分子弾性体の質量／繊維絡合体の質量）が５／９５～４０／６０の範囲内であることが好ましい。
さらに、前記繊維構造体の構成繊維の少なくとも一部が高分子材料により被覆されているのが好ましい。

また、本発明の他の態様は、前記繊維構造体を成形用金型のキャビティに配置する工程と、前記繊維構造体が配置された金型を型締めし、前記繊維構造体の各繊維の隙間に溶融した熱可塑性樹脂を浸潤しつつ前記繊維構造体層に熱可塑性樹脂層を固着して形成する工程を備えた積層体の製造方法である。

本発明によれば、いわゆるインモールド成形において接着性に優れる繊維構造体／樹脂なる積層体を得ることができる。

本発明の繊維構造体／樹脂積層体の製造方法の一工程を示す断面図である。 本発明の繊維構造体／樹脂積層体の製造方法の一工程を示す断面図である。 実施例１で用いた繊維構造体の走査電子顕微鏡写真である。 比較例２で用いた繊維構造体の走査電子顕微鏡写真である。

本発明を達成するための具体的な手段の例を以下に述べる。まず、本発明に用いる繊維絡合体は、見掛け密度が０．１６～０．７５ｇ／ｃｍ^３の布帛であれば特に限定するものではなく、不織布、織編物で代表される布帛を用いることが可能であるが、例えば、皮革様の風合いや充実感や柔軟性に優れるため、三次元絡合不織布が好ましい。繊維絡合体の見掛け密度は、０．３５～０．４７ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。繊維構造体／樹脂積層体において、繊維絡合体の見掛け密度が低い程、各繊維の隙間が増大し、基盤樹脂の浸潤性が向上するため、優れた接着性が得られる。一方で、繊維絡合体の見掛け密度が低すぎる場合には、インモールド成形時に繊維の密度斑による浮模様（あらび）の表出や、成形時の圧縮により厚みが薄くなり柔軟性を失うなど、前記積層体の触感が低下する場合がある。加えて、繊維同士の纏まりが不十分となり、剥離強力が低下する場合がある。また、見掛け密度が高すぎる場合には、繊維絡合体内に樹脂が浸潤する隙間がなくなり、接着性が低下する傾向がある。

本発明はさらに下記式（１）で定義される前記繊維構造体の圧縮性Ｒが０．３０以下である必要がある。
Ｒ＝（ｈ１－ｈ２）／ｈ１ （１）
ｈ１；荷重前繊維構造体厚さ（ｍｍ）、 ｈ２；荷重後繊維構造体厚さ（ｍｍ）

インモールド成形においては、型内に高い圧力で基盤樹脂が充填されるため、繊維構造体が基盤樹脂の圧力により圧縮され各繊維の隙間が減少してしまうおそれがある。そのため、接着性の観点では、圧縮性は小さい方が好ましく、０（変化なし）がもっとも好ましい。圧縮性が高く、各繊維の隙間が小さくなりすぎると、上記したように基板樹脂の浸潤が十分ではなく接着性に劣り剥離強度が低下することとなる。

圧縮性を小さくする手段は、例えば、繊維絡合体の見掛け密度や繊維径、結合点の増大や繊維構造体の弾性率の向上などがあり、後述する風合いの観点から、適宜適切な圧縮性を決定する必要がある。

本発明の繊維絡合体を構成する繊維は、皮革様の風合いを得るため、平均繊度が０．９ｄｔｅｘ以下の極細繊維であることが好ましく、また強度が高くなる点から長繊維であることが好ましい。また、皮革様の風合いと機械強度を得る点で繊維絡合体を構成する繊維は、極細長繊維束三次元絡合不織布が最も好ましい。前記極細繊維は、複数樹脂を種々の方法で複合紡糸した後、一方の樹脂を溶解除去したり樹脂界面で分割したりする公知の方法で得ることができる。

前記繊維絡合体は、従来の人工皮革において最も一般的に実施されてきたように、目的の繊度に紡糸、延伸し、捲縮を付与した後で任意の繊維長にカットして、ステープルとし、カード、クロスラッパー、ランダムウェバー等を用いて複合繊維ウェブを製造するが好ましい。

このようにして得られた繊維ウェブを、目的とする目付の不織布を得るため、複数枚重ね合わせ、ニードルパンチングを含む絡合処理によって、繊維を実質的に切断することなく、厚み方向に繊維を配向させつつ繊維同士を絡合させて複合繊維絡合体とする。

本願発明においては、前記繊維絡合体にさらに高分子弾性体を浸潤させることにより、繊維構造体層を形成することができる。このような繊維構造体としては、従来いわゆる人工皮革と称されている。高分子弾性体の含有割合は、繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比（高分子弾性体の質量／繊維絡合体の質量）が、５／９５～４０／６０、さらには、１２／８８～２６／７４の範囲であることが好ましい。高分子弾性体の含有割合は高い程、繊維同士の纏まりが強固になり繊維束となることで、樹脂の浸潤する隙間が増大し、接着性は向上する。一方で、高分子弾性体の割合が高すぎる場合には、得られる積層体の触感が劣る（ゴムライクになる）傾向がある。高分子弾性体の割合が低すぎる場合には、繊維同士の纏まりが不十分となり、繊維構造体の繊維／繊維界面にて剥離が発生する場合がある。

高分子弾性体としては、ゴム、エラストマーなどが特に限定なく使用される。その具体例としては、例えば、ブタジエンゴム，イソプレンゴム，クロロプレンゴム，スチレン－ブタジエンゴムなどのジエン系ゴム；ニトリルゴム，水素化ニトリルゴムなどニトリル系ゴム；アクリルゴムなどのアクリル系ゴム；ポリエーテルウレタンゴム，ポリエステルウレタンゴムなどのウレタン系ゴム；シリコーン系ゴム；エチレン－プロピレンゴムなどのオレフィン系ゴム；フッ素系ゴム；スチレン－ブタジエンブロック共重合体，スチレン－イソプレンブロック共重合体，スチレン－ブタジエン－スチレンブロック共重合体，スチレン－イソプレン－スチレンブロック共重合体，アクリロニトリル－ブタジエン－スチレン共重合体，アクリロニトリル－スチレン共重合体，もしくはこれらの水添物又はエポキシ化物などのポリスチレン系エラストマー；プロピレン－エチレン・プロピレンゴム共重合体などのオレフィンとゴム成分との共重合体、又はその水添物などのポリオレフィン系エラストマー；ポリエーテルウレタンエラストマー，ポリエステルウレタンエラストマー，ポリエーテルエステルウレタンエラストマー，ポリカーボネートウレタンエラストマー，ポリエーテルカーボネートウレタンエラストマー，ポリエステルカーボネートウレタンエラストマーなどのポリウレタン系エラストマー；ポリエーテルエステルエラストマー，ポリエステルエステルエラストマーなどのポリエステル系エラストマー；ポリエステルアミドエラストマー，ポリエーテルエステルアミドエラストマーなどのポリアミド系エラストマー；塩化ビニル系エラストマーなどのハロゲン系エラストマー；などが挙げられる。これらは、単独で用いても、二種以上を組み合わせて用いてもよい。上記高分子弾性体の中では、ポリウレタン系、ポリエステル系、ポリアミド系などのエラストマー、特に、ポリウレタン系エラストマーが好ましい。

繊維構造体を射出成形金型２内にセットした状態で射出成形することにより、繊維構造体層２と基盤樹脂層３とが一体化された積層体であるインモールド成形品（繊維構造体／樹脂なる積層体４）を得る。具体的には、次のようにして行うとよい。

まず、キャビティ型とコア型とからなる射出成形金型１内にインモールド加飾シートとしての繊維構造体をセットする。インモールド加飾シート（繊維構造体）をキャビティ面に固定するためには、キャビティ面に吸引孔を形成して吸引固定するなどの手段がある。次いで、型締め後、溶融した熱可塑性樹脂をゲート部５よりキャビティ内に充満させ射出成形を行う（図１参照）。そして、冷却、型開きして、繊維構造体層２と基盤樹脂層３とが一体化された繊維構造体／樹脂積層体４としてインモールド成形品を得ることができる（図２参照）。

本発明における樹脂は、熱可塑性樹脂、好ましくは射出成形グレードの熱可塑性樹脂が好ましく用いられ、具体的には、ＡＢＳ（アクリルブチルスチレン），ＰＣ（ポリカーボネート），ＰＭＭＡ（アクリル），及びＡＢＳ＋ＰＣの群から選択された１つの素材、好ましくはＡＢＳ又はＰＭＭＡ、さらに好ましくはＡＢＳである。また、基盤樹脂層の厚さは、製品に応じて任意に設定され、本実施の形態では、約３ｍｍである。基盤樹脂層の原料である熱可塑性樹脂は、射出成形機で加熱溶融され、繊維構造体がキャビティ側に装着された金型の中に射出されて、前記繊維構造体裏面の各繊維の隙間に浸潤しながら繊維構造体に固着されている。

以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明する。なお、本発明は実施例により何ら限定されるものではない。

［繊維絡合体の見掛け密度の測定］
繊維構造体における繊維絡合体の単位面積あたりの質量（ｇ／ｃｍ^２）を厚さ（ｃｍ）で除した値を局所見掛け密度（ｇ／ｃｍ^３）とし、繊維絡合体の任意の１０箇所について測定した局所見掛け密度を算術平均した値を、その繊維絡合体の見掛け密度とする。なお、厚さは、ＪＩＳ Ｌ１０９６に準じて圧力２３．５ｋＰａ（２４０ｇｆ／ｃｍ^２）で測定される。

［繊維構造体の圧縮性の測定］
繊維構造体を５０±３ｍｍの正四角形に裁断し、複数枚を２０ｍｍ±５ｍｍになるよう重ね、この時の高さｈ１を測定する。次に２００ｇの荷重をかけて厚さ方向に圧縮させ、この時の高さｈ２を測定する。この測定を各３回行うことで、ｈ１，ｈ２の平均値を算出し、下記式（１）より圧縮性Ｒとした。
Ｒ＝（ｈ１－ｈ２）／ｈ１ （１）
ただし、ｈ１；荷重前繊維構造体厚さ（ｍｍ）、 ｈ２；荷重後繊維構造体厚さ（ｍｍ）である。

［繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比（高分子弾性体の質量／繊維絡合体の質量）の測定］
繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比Ｗ_１は、下式（２）により得ることができる。
Ｗ_１＝（Ｗ_Ｗ－Ｗ_Ｄ）／Ｗ_Ｄ （２）
＝［｛（Ｗ_Ｗ－Ｗ_Ｄ）／Ｗ_Ｗ｝×１００］／｛（Ｗ_Ｄ／Ｗ_Ｗ）×１００｝ （２）’
ただし、Ｗ_Ｄ：高分子弾性体の溶液または水分散液を含浸する前の繊維構造体の目付（ｇ／ｍ^２）、
Ｗ_Ｗ：高分子弾性体の溶液または水分散液を含浸した後の繊維構造体の目付（ｇ／ｍ^２）である。

［繊維構造体層と基盤樹脂層とからなる積層体の剥離強力測定方法］
長さ２００ｍｍ、巾５０ｍｍ、厚さ３ｍｍの繊維構造体層と基盤樹脂層とからなる積層体を、長さ１２５ｍｍ、巾２０ｍｍに切り出し、繊維構造体を端部から長さ８０ｍｍ程度剥離する。繊維構造体層および基盤樹脂層それぞれの端部を、初期間隔１００ｍｍにセットした引張試験機の上下それぞれのチャックに挟んで、引張速度５ｍｍ／分での引張時間に対応した、繊維構造体層と基盤樹脂層との接着部分の剥離強力を測定し、チャートに記録する。チャート上に得られた引張時間－剥離強力曲線の剥離強力がほぼ一定している箇所についての平均値を読み取り、その試験片の剥離強力値とした。１種類の繊維構造体について、任意の試験片３個の剥離強力測定値を算術平均した値を、その繊維構造体の剥離強力値とした。

［実施例１］
繊維構造体における布帛（繊維絡合体）の見掛け密度が０．３９ｇ／ｃｍ^３であり、前記繊維構造体の高分子弾性体／繊維絡合体の質量比が１２／８８である人工皮革（図３参照）を、直圧式油圧成形機（（株）名機製作所製のＭ－１００Ｃ－ＡＳ－ＤＭ）の型のキャビティ部に前記人工皮革を装着した状態で、基盤樹脂層の材料としてＡＢＳ樹脂を射出成形することで、厚さ３ｍｍ、巾５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの繊維構造体／樹脂なる積層体を得た。射出成形の条件は、樹脂温度２３５℃、金型温度５０℃、射出ピーク圧７８ＭＰａとした。
得られた積層体について上述した評価方法により、剥離強力を評価した。このときの剥離強力は、０．６９Ｎ／ｍｍと高いものであった。本実施例で得られた積層体は、しっとり感と柔軟性を兼ね備えており、優れた触感を有するものであった。

［実施例２］
繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比を下記のように変更した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。評価結果を表１に示す。

［実施例３］
繊維絡合体の見掛け密度を下記のように変更した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。評価結果を表１に示す。

［実施例４］
繊維絡合体の見掛け密度を下記のように変更した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。評価結果を表１に示す。

［実施例５］
繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比を下記のように変更した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。本実施例で得られた積層体は、高分子弾性体と繊維絡合体の質量比が高いため、しっとり感や柔軟性が若干劣るものの、剥離強力は十分に高いものであった。評価結果を表１に示す。

［比較例１］
繊維絡合体の見掛け密度を下記のように変更した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。本比較例で得られた積層体は、優れた触感を有していたものの、高い見掛け密度により樹脂が浸潤する隙間がなくなったことで、剥離強力は測定限界を下回るものであった。評価結果を表１に示す。

［比較例２］
繊維構造体層の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比、および繊維絡合体の見掛け密度を下記のように変更（図４参照）した以外は、実施例１と同様の方法で積層体を得た。本比較例で得られた積層体は、見掛け密度が低いため、繊維同士の纏まりが不十分となり剥離強力が小さかった。評価結果を表１に示す。

１ 射出成形金型
２ 繊維構造体層
３ 基盤樹脂層
４ 繊維構造体／樹脂なる積層体
５ ゲート部

Claims (5)

1. 繊維絡合体から成る繊維構造体層と、前記繊維構造体層の各繊維の隙間に浸潤して固着されている樹脂層とを備える積層体であって、前記繊維絡合体を構成する繊維が長繊維であり、前記繊維絡合体の見掛け密度が０．３５～０．４７ｇ／ｃｍ^３の範囲内であり、かつ、前記繊維構造体を５０±３ｍｍの正四角形に裁断し、複数枚を２０ｍｍ±５ｍｍになるよう重ね、この時の高さｈ１、次に２００ｇの荷重をかけて厚さ方向に圧縮させ、この時の高さｈ２とし、この測定を各３回行うことで、ｈ１，ｈ２の平均値を算出し、下記式（１）で定義される前記繊維構造体の圧縮性Ｒが０．０８以下であることを特徴とする積層体。
   Ｒ＝（ｈ１－ｈ２）／ｈ１ （１）
   ｈ１；荷重前繊維構造体厚さ（ｍｍ）、 ｈ２；荷重後繊維構造体厚さ（ｍｍ）
   
2. 前記繊維絡合体がテキスタイル、不織布、紙、編み物からなる群より選ばれるいずれかである請求項１に記載の積層体。
3. 前記繊維構造体が、前記繊維絡合体と該絡合体に含浸された高分子弾性体から成り、前記繊維構造体の高分子弾性体と繊維絡合体の質量比（高分子弾性体の質量／繊維絡合体の質量）が５／９５～４０／６０の範囲内である請求項１または２に記載の積層体。
4. 前記繊維構造体において構成繊維の少なくとも一部が高分子材料により被覆されている請求項１～３のいずれか１項に記載の積層体。
5. 前記繊維構造体を成形用金型のキャビティに配置する工程と、前記繊維構造体が配置された金型を型締めし、前記繊維構造体の各繊維の隙間に溶融した熱可塑性樹脂を浸潤しつつ前記繊維構造体層に熱可塑性樹脂層を固着して形成する工程を備えた請求項１～４のいずれか１項に記載の積層体の製造方法。