JPWO2006092835A1

JPWO2006092835A1 - 自動車用天井材及びその成形方法

Info

Publication number: JPWO2006092835A1
Application number: JP2007505755A
Authority: JP
Inventors: 山本　尚生; 尚生山本
Original assignee: ユニチカファイバー株式会社
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2008-07-24
Also published as: US20100221514A9; US20080299367A1; US20110084425A1; WO2006092835A1

Abstract

【課題】熱変形の少ない自動車用天井材を提供する。【解決手段】まず、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維を準備する。鞘部は、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルで形成されている。そして、この芯鞘型複合繊維とポリエステル系主体繊維とを均一に混綿した後、カード機を通して開繊及び集積して繊維ウェブを得る。この繊維ウェブに、鞘部が溶融する程度の熱を与えて、主体繊維及び芯鞘型複合繊維相互間が、鞘部の溶融固化によって結合されてなる不織布を得る。この不織布を、再び、鞘部である熱融着成分の融点以上の温度で加熱処理する。そして、直ちに、成形型に不織布を挟んで熱成形する。この熱形成の際に、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間を６０秒以上に設定し、自動車用天井材を得る。【選択図】図３

Description

本発明は、不織布製の自動車用天井材に関し、特に高い曲げ強度を持ち、熱ヘタリの少ない自動車用天井材に関するものである。

従来より、自動車用天井材として、比較的厚みが厚く、嵩高な不織布を、編織物等の表皮材と積層し、自動車の天井に沿うように成形したものが用いられている。この嵩高な不織布は、吸音性、遮音性及び断熱性に優れており、天井材として好ましいものである。嵩高な不織布は、一般に、主体繊維と熱接着性バインダー繊維とを混合してなる繊維ウェブに、熱を与えてバインダー繊維を溶融又は軟化させ、主体繊維及びバインダー繊維相互間を結合させたものである。

自動車用天井材には、吸音性等の他に、高温下で変形しにくいという特性も要求されている。これは、夏場の直射日光等において、自動車内温度が８０℃を超える高温雰囲気下となるためである。すなわち、自動車内温度が高温になると、不織布製の天井材が軟化し、その自重で天井材の中央部が垂れ下がってくるということがあり、これを防止することが要求されているのである。

このため、本件出願人は、熱による変形が生じにくい自動車用天井材として、特許文献１に記載したものを提案している。すなわち、ポリエステル系主体繊維と、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維とが混合されてなり、鞘部を構成している熱融着成分が、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルである不織布からなるものを提案している。そして、この不織布は、熱融着成分の溶融固化によって、ポリエステル系主体繊維及びポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間が結合されてなるものである。

特願２００４−８１０８（請求項１、段落番号０００２）

特許文献１に記載された不織布は、熱による変形を防止でき、好ましいものである。しかしながら、この不織布を熱成形した場合、その条件によって、熱によって変形しやすいものが生じることがあった。本発明者等は、どのような条件で熱成形すれば、熱による変形が生じにくいものが得られるのかを検討した。この結果、熱成形の際に、不織布の内部温度を一定の温度で一定の時間、保持しておけば、熱による変形の生じにくい自動車用天井材が得られることが判明した。本発明は、このような知見に基づくものである。

すなわち、本発明は、ポリエステル系主体繊維と、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維とが混合されてなる不織布であって、該熱融着成分は、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルであり、該ポリエステル系主体繊維及び該ポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間は、該熱融着成分の溶融固化によって結合されてなる不織布を、該熱融着成分の融点以上の温度で加熱処理した後、該不織布を成形型に挟んで熱成形するに際し、該不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間を６０秒以上にすることを特徴とする自動車用天井材の成形方法、及びこのような成形方法で得られた自動車用天井材に関するものである。

まず、本発明で用いる不織布について説明する。この不織布は、ポリエステル系主体繊維と、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維とが混合されてなる不織布である。ポリエステル系主体繊維を形成するポリエステルは、エチレンテレフタレート単位、ブチレンテレフタレート単位又はエチレンナフタレート単位（特にエチレン−２，６−ナフトタート単位）を構成単位とする重合体である。特に、吸音性、遮音性及び熱による変形のしにくさから、エチレンテレフタレート単位からなるポリエステル、すなわち、ポリエチレンテレフタレートを用いるのが好ましい。また、これらの構成単位中に、熱による変形のしにくさを阻害しない程度に、イソフタル酸、５−スルホイソフタル酸、ジエチレングリコール等の他の構成単位を共重合したポリエステルを用いても良い。

ポリエステル系主体繊維の断面形状は、丸断面でも異型断面でもよい。また、中空繊維でも中実繊維であってもよい。また、主体繊維の繊度は、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の繊度よりも高繊度で高剛性であれば、どの程度であってもよく、たとえば、３．３〜３３デシテックス程度でよい。主体繊維の繊維長も任意でよく、短繊維でも長繊維でも差し支えないが、一般的には、５〜１００ｍｍ程度、好ましくは２０〜８０ｍｍ程度の繊維長のものが用いられる。主体繊維には、一般的に捲縮が施されている。捲縮形態としては、平面的な波形態であっても、立体的なスパイラル形態であってもよい。嵩高な不織布を得るという観点からは、立体的なスパイラル捲縮の形態が好ましい。

ポリエステル系芯鞘型複合繊維は、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分となるものである。鞘部は、熱を与えることによって、熱融着成分が溶融又は軟化し、繊維相互間を結合するためのバインダーとして機能するものである。熱融着成分としては、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルが用いられる。酸成分とジオール成分とは、基本的には等モル比で混合され、重縮合されてポリエステルが得られるが、重合度を調整するため、ジオール成分を等モル比よりも若干多い量で混合するのが好ましい。エチレングリコールと１，４−ブタンジオールとのモル比は、エチレングリコール：１，４−ブタンジオール＝７５〜１０：２５〜９０の範囲で混合するのが好ましい。この範囲で、酸成分と共に重縮合することによって、融点が１８０〜２１０℃程度の共重合ポリエステルが得られるからである。共重合ポリエステルの融点が１８０℃未満であると、高温雰囲気下で鞘成分が軟化する傾向が生じ、繊維相互間の結合が弱くなり、変形が生じやすくなる傾向が生じる。一方、融点が２１０℃を超えると、鞘部を熱融着成分として機能させるのに、高い温度に加熱しなければならず、ポリエステル系主体繊維が劣化する恐れがある。

また、共重合ポリエステルの融解熱を、１６Ｊ／ｇ以上に調整するのが好ましい。融解熱を１６Ｊ／ｇ以上とすることによって、溶融後、固化する際に結晶化しやすくなるので、好ましい。このような結晶化しやすい共重合ポリエステルを熱融着成分として使用すると、これが溶融して固化した状態においても、結晶化度が高くなる。したがって、高温下で熱処理を行っても、熱融着成分の結晶化度の低下による弊害、たとえば、高温下での接着強度や曲げ強度の低下を引き起こしたり、熱ヘタリを起こすといった弊害を防止しうる。

ポリエステル系芯鞘型複合繊維の繊度は任意でよく、一般的には１．１〜２２デシテックスである。また、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の繊維長も任意でよく、一般的には５〜１００ｍｍ程度であり、好ましくは２０〜８０ｍｍ程度である。

不織布中におけるポリエステル系主体繊維とポリエステル系芯鞘型複合繊維との混合割合は、ポリエステル系主体繊維：ポリエステル系芯鞘型複合繊維＝２０〜８０：８０〜２０程度である。そして、ポリエステル系芯鞘型複合繊維中の鞘部を形成している熱融着成分の溶融固化によって、ポリエステル主体繊維及びポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間は、結合されている。

この不織布の厚みは、４〜２０ｍｍであるのが好ましい。この厚みは、無荷重下での厚みである。厚みが４ｍｍ未満であると、吸音性や遮音性が低下する傾向が生じる。また、厚みが２０ｍｍを超えると、質量が重くなるので、自動車の軽量化の観点から好ましくない。不織布の密度は、０．０３〜０．４０ｇ／ｃｍ³であるのが好ましい。不織布の密度が０．０３ｇ／ｃｍ³未満になると、吸音性や遮音性が低下する傾向が生じる。また、不織布の密度が０．４０ｇ／ｃｍ³を超えると、質量が重くなるので、自動車の軽量化の観点から好ましくない。

このような不織布は、たとえば、次の方法で製造することができる。上記したポリエステル系主体繊維とポリエステル系芯鞘型複合繊維を混合して、カード機で開繊した後、集積して繊維ウェブを得る。この繊維ウェブを、このまま又はニードリング処理を施した後、熱処理装置に通して熱処理する。そして、ポリエステル系芯鞘型複合繊維中の鞘部を溶融又は軟化させ、その後、鞘部を固化させることよって、繊維相互間を結合し、不織布を得ることができる。使用する熱処理装置としては、熱風循環ドライヤー、熱風貫流ドライヤー、サクションドラムドライヤー、ヤンキードラムドライヤー等を用いることができる。また、熱処理温度及び時間は、鞘部が溶融又は軟化する程度の条件が採用される。

次に、この不織布を所定の型に成形して自動車用天井材とするわけであるが、まず最初に加熱処理を行う。この加熱処理は、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の鞘部を形成している熱融着成分の融点以上の温度で行う。この加熱処理は、無押圧下で行うのが好ましいが、若干の押圧下で行ってもよい。加熱処理で使用する装置としては、前記熱処理で使用した各種装置や、赤外線ヒーター等を用いることができる。そして、この加熱処理の後、不織布を所定の成形型に挟んで熱成形する。本発明において重要なことは、この熱成形時において、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間を６０秒以上に設定することである。特に、好ましくは６５秒以上、より好ましくは７０秒以上に設定するのがよい。ここで、不織布の内部温度とは、不織布内部に温度計のセンサー部を挿入しておき、このセンサー部で感知する温度のことを意味している。センサー部を不織布内部に挿入するには、たとえば、断面Ｕ字状や断面中空状の金属棒等（熱伝動性の良好な棒）を、不織布の側面（厚み面）から不織布の中央部に向かって挿入する。そして、この棒の断面Ｕ字状や断面中空状の空洞部に沿って、センサー部を不織布の内部に誘導してゆき、センサー部の先端が不織布の構成繊維に接触する程度に挿入すればよい。

不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間を６０秒以上に設定するには、種々の手段を採用することが考えられるが、一般的には、不織布を両面から挟む成形型の温度を調整するのがよい。具体的には、成形型の表面温度を９０℃近傍に設定しておくと、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間が長くなる。なお、成形型としては、金属製のプレス板を用いるのが一般的である。

不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間が６０秒未満であると、後記の実施例及び比較例から理解されるように、曲げ強度が低下すると共に熱ヘタリも低下するので、好ましくない。曲げ強度及び熱ヘタリが低下する理由は、以下のとおりであると考えられる。すなわち、加熱処理によって、特定の共重合ポリエステルからなる熱融着成分は溶融するが、この熱融着成分は、その後の熱成形時に徐々に固化してゆく。この固化の過程において、１００〜１３０℃に維持されている時間が短いと、固化した熱融着成分の結晶化度が低くなり、高温下において軟化しやすくなると考えられるのである。このことから、本発明は、特定の共重合ポリエステルからなる熱融着成分は、溶融後の固化の過程で、１００〜１３０℃に維持されている時間が一定時間以上であると、結晶化度が高くなるという性質を利用したものであることが理解される。

本発明においては、熱成形を施すのは、不織布単体であってもよいし、不織布に種々の表皮材を貼着したものであってもよい。表皮材は、不織布の片面に貼着してもよいし、両面に貼着してもよい。表皮材としては、編織物、フィルム、スパンボンド不織布等を用いることができる。

以上のように、不織布の内部温度を１００〜１３０℃に一定時間以上維持して自動車用天井材を得ると、これは以下のような特性を持つ。すなわち、自動車用天井材の曲げ強度が１４０．０Ｎ／ｃｍ²以上となる。曲げ強度が１４０．０Ｎ／ｃｍ²未満であると、天井材としての剛性が低くなり、天井材が変形しやすくなるため、好ましくない。また、自動車用天井材の１００℃での熱ヘタリが１６．０ｍｍ以下となり、かつ、１３０℃での熱ヘタリが２２．０ｍｍ以下となる。熱ヘタリがこの程度の水準であると、自動車内温度が高温となっても、天井材の中央部が自重によって垂れ下がりにくくなるのである。なお、曲げ強度及び熱ヘタリは、実施例中に記載されている測定方法で測定されるものである。

以上説明したように、本発明に係る自動車用天井材は、所定の曲げ強度を持つものであるため、外力が加わっても変形しにくいという効果を奏する。また、所定の熱ヘタリを持つものであるため、夏場の直射日光等によって、自動車内温度が８０℃を超える高温雰囲気下となっても、天井材が軟化して、その自重で天井材の中央部が垂れ下がってくるのを防止しうるという効果を奏する。

また、本発明に係る自動車用天井材の成形方法を採用すれば、所定の曲げ強度及び所定の熱ヘタリを持つものが、合理的に得られるという効果も奏する。

曲げ強度の測定方法を示す概略説明図である。熱ヘタリの測定方法を示す概略説明図である。実施例１において、熱成形時での不織布の内部温度の変化を示したグラフである。図１のグラフにおいて、不織布の内部温度が１００〜１３０℃間に維持されている箇所を拡大したグラフである。

以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。本発明は、特定の共重合ポリエステルの性質を利用し、熱成形の際に、不織布の内部温度を一定の温度で一定の時間、保持しておくことにより、熱による変形の生じにくい自動車用天井材が得られるとの知見に基づくものとして、解釈されるべきである。なお、融点、融解熱、曲げ強度及び熱ヘタリは、以下の方法で測定されるものである。

（１）融点（℃）：パーキンエルマー社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−２型を使用して、昇温速度２０℃／分で測定した。

（２）融解熱（Ｊ／ｇ）：パーキンエルマー社製の示差走査熱量計ＤＳＣ−２型を使用して、昇温速度２０℃／分で測定した。

（３）曲げ強度（Ｎ／ｃｍ²）：オリエンテック社製のテンシロンを使用し、試験片（幅５ｃｍ×長さ２０ｃｍ）を間隔１０ｃｍの２点で支持した状態で設置し、試験片の支持間隔の中心部に試験片と同幅で、厚み１．２ｃｍの先端の尖った鋼鉄板を２０ｍｍ／分の速度で下降させて、先端部を押しつけた（図１）。そして、試験片が曲げられる時の最大曲げ応力を読み取り、次式により曲げ強度を求めた。曲げ強度は、剛性を示す値であり、値が大きいものほど、剛性が高く変形しにくい。なお、試験片は１０個用意して測定し、その平均値を曲げ強度とした。
［式］
曲げ強度（Ｎ／ｃｍ²）＝［３×（最大曲げ応力（Ｎ））×１０ｃｍ（支持間隔）］／［２×５ｃｍ（試験片の幅）×（試験片の厚み（ｃｍ））²］

（４）熱ヘタリ（ｍｍ）：試験片（幅５ｃｍ×長さ２５ｃｍ）の端部Ａから５ｃｍの所までを台座に固定し、もう一方の端部Ｂをフリーの状態にする。その後、この状態で、１００℃の雰囲気温度で２４時間静置した後、端部Ｂの熱処理前の位置（台座の位置に試験片の厚みを足した位置）からの垂れ下がり度合いを、測定する（図２）。この垂れ下がりの長さを、１００℃での熱ヘタリとした。また、同様に、１３０℃の雰囲気温度で２４時間静置した後の垂れ下がりの長さを、１３０℃での熱ヘタリとした。熱ヘタリは、値の小さいものほど、熱により変形しにくいものである。なお、試験片については１０個用意して測定し、その平均値を熱ヘタリとした。

実施例１
ジメチルテレフタレートからなる酸成分と、エチレングリコール及び１，４−ブタンジオールが等モル％で混合されてなるジオール成分を準備した。そして、ジオール成分を酸成分の１．３モル倍使用して、常法のエステル交換及び重縮合反応を行い、融点１８２℃、融解熱１８．８Ｊ／ｇの共重合ポリエステルを得た。この共重合ポリエステルと融点２５５℃のポリエチレンテレフタレートとを原料とし、芯鞘型複合繊維用溶融紡糸装置を用い、共重合ポリエステルが鞘部となりポリエチレンテレフタレートが芯部となるように配し、かつ、芯鞘比（質量比）が芯部：鞘部＝１：１となるように、溶融紡糸して、繊度２．２デシテックスで繊維長５１ｍｍのポリエステル系芯鞘型複合繊維を得た。

一方、ポリエステル系主体繊維として、繊度１７デシテックスで繊維長５１ｍｍのポリエチレンテレフタレート繊維（融点２５５℃）を準備した。そして、このポリエステル系主体繊維５０質量％と、上記したポリエステル系芯鞘型複合繊維５０質量％とを均一に混綿し、カード機を通し開繊及び集積して繊維ウェブを得た。

この繊維ウェブを、熱風循環ドライヤーを用い、無押圧下で２００℃で５分間、熱処理して、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の鞘部を溶融させ、その後、熱風循環ドライヤーから導出して冷却し、ポリエステル系主体繊維及びポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間が、鞘部（熱融着成分）の溶融固化により結合された不織布が得られた。この不織布の目付は８００ｇ／ｍ²で、厚み４ｍｍ、密度０．２０ｇ／ｃｍ³であった。

この不織布を、熱風循環ドライヤーを用い、再び、無押圧下で２００℃で５分間加熱する加熱処理を施した。この加熱処理によって、溶融固化しているポリエステル系芯鞘型複合繊維の鞘部は、再び溶融する。この後、表面温度が９０℃に加熱された熱プレス板で、１５０秒間、不織布を挟んで熱成形して、自動車用天井材を得た。この際、熱プレス板で不織布を挟んで熱成形している間、段落番号００１６記載の方法で不織布の内部温度を測定した。この結果は図３及び図４に示したとおりであり、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されていた時間は７７秒であった。なお、不織布の内部温度を測定する際に用いたセンサー部付き温度計は、安立計器株式会社製の型式「ＢＳ−３１−ＴＣ１−ＡＳＰ」を用いた。

比較例１
不織布に施す加熱処理の温度を１７０℃に変更した他は、実施例１と同様にして、自動車用天井材を得た。この加熱処理の温度は、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の鞘部（熱融着成分）の融点以上の温度ではないため、繊維相互間を結合している鞘部が溶融せず、十分な熱成形を行うことができなかった。比較例１においては、熱成形当初の不織布の内部温度が１７０℃であるため、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されていた時間は、実施例１の場合よりも短く、６０秒であった。

比較例２
熱プレス板の表面温度を７０℃に変更する他は、実施例１と同様にして、自動車用天井材を得た。比較例２においては、熱プレス板の表面温度が低いため、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されていた時間は４４秒であった。

比較例３
熱プレス板の表面温度を５０℃に変更する他は、実施例１と同様にして、自動車用天井材を得た。比較例２においては、熱プレス板の表面温度がさらに低いため、不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されていた時間は３０秒であった。

実施例１及び比較例１〜３に係る方法で得られた自動車用天井材について、曲げ強度、１００℃での熱ヘタリ及び１３０℃での熱ヘタリを測定した。その結果は表１に示したとおりであった。
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［表１］
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曲げ強度熱ヘタリ（ｍｍ）
（Ｎ／ｃｍ²） ━━━━━━━━━━━━━━
１００℃ １３０℃
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実施例１１６０．３１４．５２０．３
比較例１６０．２１０３．７１３８．２
比較例２９８．４１５．２２１．１
比較例３８２．２７８．３９２．５
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表１の結果から明らかなように、実施例１に係る方法で得られた自動車用天井材は、比較例２及び３に係る方法で得られたものに比べて、曲げ強度が高く、かつ、１００℃及び１３０℃での熱ヘタリも少ないものである。これは、熱成形時における不織布の内部温度を１００〜１３０℃に維持している時間が、長いからである。また、比較例１に係る方法で得られた自動車用天井材は、熱成形前における不織布の加熱処理温度が、ポリエステル系芯鞘型複合繊維の鞘部の融点よりも低いため、十分に熱成形されず、成形後においても、曲げ強度は低く、かつ、熱ヘタリも大きいものであった。

Claims

ポリエステル系主体繊維と、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維とが混合されてなる不織布であって、該熱融着成分は、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルであり、該ポリエステル系主体繊維及び該ポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間は、該熱融着成分の溶融固化によって結合されてなる不織布を、熱成形してなる自動車用天井材において、該自動車用天井材の曲げ強度は１４０．０Ｎ／ｃｍ²以上であると共に、１００℃での熱ヘタリが１６．０ｍｍ以下で、かつ、１３０℃での熱ヘタリが２２．０ｍｍ以下であることを特徴とする自動車用天井材。
不織布の厚みが４〜２０ｍｍで、密度が０．０３〜０．４０ｇ／ｃｍ³である請求項１記載の自動車用天井材。
ポリエステル系主体繊維と、鞘部が熱融着成分で芯部が骨格成分であるポリエステル系芯鞘型複合繊維とが混合されてなる不織布であって、該熱融着成分は、テレフタル酸を酸成分とし、エチレングリコールと１，４−ブタンジオールをジオール成分とする共重合ポリエステルであり、該ポリエステル系主体繊維及び該ポリエステル系芯鞘型複合繊維相互間は、該熱融着成分の溶融固化によって結合されてなる不織布を、該熱融着成分の融点以上の温度で加熱処理した後、該不織布を成形型に挟んで熱成形するに際し、該不織布の内部温度が１００〜１３０℃に維持されている時間を６０秒以上にすることを特徴とする自動車用天井材の成形方法。
不織布の厚みが４〜２０ｍｍで、密度が０．０３〜０．４０ｇ／ｃｍ³である請求項３記載の自動車用天井材の成形方法。