JP4381941B2 - 自動車内装天井材用の積層部材 - Google Patents

Description

本発明は、自動車室内の内装天井を形成するための基材となる多層構造の積層部材と、該積層部材からなる自動車内装天井材に関する。

従来、自動車天板の室内面に取り付けられて内装天井を構成するための天井材としては、ポリエチレンやポリプロピレンシートにガラス繊維を混練したもの、ポリプロピレン繊維や麻などの天然繊維にガラス繊維を混ぜ、ニードルパンチ加工で積層したもの、或いはポリウレタンフォームの両面にガラス繊維シートを貼り合せたものなど、ガラス繊維を主体にした部材が主流となっている。
しかし、これらのガラス繊維を使用した部材は、寸法安定性、剛性や耐熱性には優れているが、成形作業性や環境面、リサイクル面などの問題を内在している。
その為、今後の傾向として、ガラス繊維を使用しない部材の開発が求められている。

一方、自動車や弱電の工業材料として、剛性、耐熱性を上げる為に、ポリプロピレン樹脂にガラス繊維、タルクや雲母などの無機材料を混入した射出成形品が知られている。このような射出成形により自動車内装天井材用基材を製造した場合、基材の重量が重くなるという問題が生じる。
そこで本発明者等は、ガラス繊維を使わずポリプロピレン樹脂と雲母とを混練し、押し出し成形した薄物のプラスチックシートと発泡ポリプロピレンとの組み合わせを検討したが、ポリプロピレンと雲母の混練樹脂の押し出し成形品の場合、目標とする300μｍ以下の薄物シートの成膜性に問題が有った。

このような問題を解決するものとして、本願出願人は、少なくとも、発泡ポリプロピレンシートと、該発泡ポリプロピレンシートの表裏両面に積層されるフィラー含有ポリプロピレンシートを有してなる積層体としての自動車内装天井材用の基材を先に提案している（特許文献１参照）。

特開２００２−１２０９３号（米国特許６，６５５，７３０号）

しかし、先提案の自動車内装天井材の技術内容についてより詳細に検討したところ、以下の点について改善の余地があることが判明した。
すなわち、先提案の技術は、芯材である発泡ポリプロピレンシートの成形後の収縮率が大きいため、該発泡ポリプロピレンシートの表裏両面にフィラー含有ポリプロピレンシートを貼り付けた積層部材を基材とし、これを予備加熱後、冷間圧着して、自動車天板の室内面に合致する形状に成形し自動車内装天井材を得た後の放冷による収縮誤差が大きく、自動車天板の室内面に対する取り付け誤差が生じる虞れがある。
よって、発泡ポリプロピレンシートの成形後の収縮率を予め考慮に入れて自動車天板の室内面に対する取付孔を開穿したり、基材を予備加熱後、冷間圧着成形し所定時間冷却した後に取付孔を開穿する必要があり、生産効率の面で改善の余地を残していた。

また、先提案の技術は、プラスチック積層材としての成膜性、剛性、成形性などについて改善が成されているものの、成形後の製品（自動車内装天井材）の寸法安定性、耐熱性については改善の余地を残していた。

本発明はこのような従来事情に鑑みてなされたもので、その目的とする処の第一は、成形作業性や環境面、リサイクル性などを考慮し、発泡樹脂製芯材の表裏両面にフィラー含有樹脂シートをラミネートした自動車内装天井用基材を得るにあたり、ガラス繊維を使用しないことにある。また本発明は、成膜性が良く、軽量で剛性が高く、成形性に優れシワなどの不具合がないといった先提案技術による利点はそのまま有しながら、成形後の寸法誤差や耐熱性も改善された新規な積層部材を提供することにある。

以上の目的を達成するために、本発明に係る積層部材は、少なくとも、発泡ポリウレタンシート（１）と、該発泡ポリウレタンシートの表裏両面に、接着層（２，３）を介在させてフィラー含有ポリプロピレンシート（４，５）を積層してなることを特徴とする。
このように、従来の発泡ポリプロピレンシートに代えて、芯材として発泡ポリウレタンシート（１）を用いることで、成膜性が良く、軽量で剛性が高く、予備加熱後の冷間圧着時の成形性に優れシワなどの不具合がなく、成形後の製品（自動車内装天井材）の収縮性や耐熱性が改善され、成形後の寸法誤差が少ない製品を得ることができる。

前記各特性をより確実に得るためには、前記発泡ポリウレタンシート（１）が、発泡倍率15〜40倍、密度0.067〜0.025ｇ／ｃｍ^３の半硬質の発泡ポリウレタンからなる厚さ２〜20ｍｍのシートであることが好ましい。
また、前記フィラー含有ポリプロピレンシート（４，５）が、フィラーを15〜40重量％含有したポリプロピレン樹脂からなる厚さ100〜300μｍのシートであることが好ましい。

本発明において、前記ポリプロピレン樹脂に含有するフィラーとして、雲母、タルク、チタン、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硅酸ナトリウム、硅酸カルシウム、酸化アルミニウム、セラミックファイバー、硫酸マグネシウム、ゾノライト、セルロース、ウッドチップ、石英、カーボンブラック、金属粉、リグニン、チタニウムホワイト、酸化チタン、酸化亜鉛、ウイスカー、アラミド繊維、人工木材、モンモリナイト、ヘクトライト、サポナイト、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、一酸化コバルトなどをあげることができる。
この中でも、本願の課題達成の為には、粒子径10〜700μｍの雲母を用いることが好ましい。

また、前記フィラーを含有するポリプロピレン樹脂としては、試験温度230℃、試験荷重21.18Ｎにおけるメルトフローレートが３〜40ｇ／10分のポリプロピレン樹脂であることが好ましい。

本発明に係る積層部材のより好ましい構成は、発泡ポリウレタンシート（１）の表裏両面に、接着層（２，３）を介在させてフィラー含有ポリプロピレンシート（４，５）を積層すると共に、一方のフィラー含有ポリプロピレンシート（４）の表面に、内装材（８）を貼り付けるための接着層（６）を積層し、他方のフィラー含有ポリプロピレンシート（５）の表面にバック処理材（７）を貼り付けてなる７層構造の積層体である。

前記各接着層（２，３，６）は、低融点ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂の内のいずれか１種からなるシート状又はウエブ状又はパウダー状のホットメルト材であることが好ましい。本発明において、ウエブ状のホットメルト材とは、くもの巣状、メッシュ状の多数の開口を有するウエブシート状のホットメルト材である。
また、各接着層（２，３，６）は、単位面積当たりの重量７〜100ｇ／ｍ^２のものが好ましく用いることができる。

本発明においてバック処理材（７）とは、自動車走行中の振動に伴うこすれ音を防止するために貼り付ける材料である。バック処理材としては、ポリエステルを主成分とする不織布を用いることが好ましく、単位面積当たりの重量が14〜100ｇ／ｍ^２のものがより好ましい。

本発明に係る積層部材は、自動車室内側に臨む面の接着層（６）の外表面に内装材（８）を重ねた８層構造の積層体とし、該８層構造の積層体を予備加熱後、冷間圧着して自動車天板の室内面に合致する形状に成形するか、又は、前記７層構造の積層体を予備加熱し、その直後に、自動車室内側に臨む面の接着層（６）の外表面に内装材（８）を重ねて冷間圧着して自動車天板の室内面に合致する形状に成形することで、製品としての自動車内装天井材を得ることができる。

本発明で用いる内装材（８）としては、例えば、発泡ポリエチレンシート，塩化ビニルシート等の通気性のない表皮材や、不織布，ポリウレタン裏打材付きトリコット材のような、通気性のある内装材を用いることができる。

本発明に係る積層部材は以上説明した構成としたので、薄物シートとしての成膜性が良く、軽量で、且つ充分な剛性を有し、予備加熱後の冷間圧着時の成形性に優れシワなどの不具合がなく、成形後の製品（自動車内装天井材）の収縮性や耐熱性が改善され、成形後の寸法誤差が少ない製品（自動車内装天井材）を得ることができる。

以下、本発明に係る積層部材の実施形態の一例を図面を参照して詳述する。
図１に示す積層部材Ａは、発泡ポリウレタンシート１の表裏両面に、接着層２，３となる低融点ポリエステル製ホットメルトフィルムを重ね、さらにその外表面に、雲母含有ポリプロピレンシート４，５を積層すると共に、一方の雲母含有ポリプロピレンシート４の外表面に、後に内装材８を貼り付けるための接着層６となる低融点ポリエステル製ホットメルトフィルムを積層し、他方の雲母含有ポリプロピレンシート５の外表面に、ポリエステルを主成分とする不織布からなるバック処理材７を貼り付けてなる７層構造の積層体である。

発泡ポリウレタンシートとしては、硬質フォーム、半硬質フォーム、軟質フォームが存在するが、硬質フォームでは硬すぎて成形時に割れが生じ、軟質フォームでは自動車内装天井材としての剛性に劣る。よって、発泡ポリウレタンシート１について、本発明では、剛性と軽量化の兼ね合いから、発泡倍率15〜40倍、密度0.067〜0.025ｇ／ｃｍ^３、厚み２〜20ｍｍの設定である半硬質フォームのものとした。

雲母含有ポリプロピレンシート４，５は、試験温度230℃、試験荷重21.78Ｎにおけるメルトフローレートが３〜40ｇ／10分のポリプロピレン樹脂に、粒子径10〜700μｍの雲母を15〜40重量％含有した、厚さ100〜300μｍのシートである。

本発明で用いる雲母含有ポリプロピレンシートとして、本願発明者等は、通常は射出成形用として実績のある雲母含有ポリプロピレン樹脂を、生産機で量産する条件として、Ｔダイ幅1500ｍｍ程度の広幅、引取り速度10〜30ｍ／分において、100〜300μｍの薄いシート状に押し出し可能にする為に、雲母とポリプロピレン樹脂の適正な条件の検討を行なった。

当初は、雲母の種類、粒子径、含有率の影響およびポリプロピレン樹脂のメルトフローレート（ＭＦＲ）、カップリング剤とその含有率、そしてＴダイからの押し出し条件の検討において、上記のようなＴダイ幅や引取り速度では、薄物の成膜性は全く無理であったが、検討を進めることにより、適正な条件を掴むことができた。

まず、雲母については、白雲母、絹雲母、金雲母などが好適であり、アスペクト比５以上、雲母含有率15〜40重量％のとき、粒子径は10〜700μｍが適していた。
ラボテスト的な方法においては、Ｔダイ幅が500ｍｍ以下、引取り速度が10ｍ／分未満、シート厚み500μｍであれば、上記の条件からはずれても問題は無かったが、前述の量産条件（Ｔダイ幅1500ｍｍ程度の広幅、引取り速度10〜30ｍ／分において、100〜300μｍの薄いシート状に押し出しする条件）においては、粒子径が10μｍ未満では成膜性が良くても剛性が劣り、700μｍを超えると成膜上、穴明きの発生も見られ不適切であった。

また、雲母の含有率においても15重量％未満では剛性が劣り、40重量％を超えると穴明きの発生が多くなることが分かった。

また、雲母の好ましいアスペクト比（平均直径を厚さで除した数値）は５以上であり、特に10以上が好ましい。アスペクト比が５未満のものはシートに対して平行に配向できなくなるため、剛性向上効果が劣る。アスペクト比は大きいほど雲母の成形用部材シート中における層数が大きくなるため高い剛性を示すと考えられる。

一方、雲母を混練するベースになるポリプロピレン樹脂については、前述の量産条件（Ｔダイ幅1500ｍｍ程度の広幅、引取り速度10〜30ｍ／分において、100〜300μｍの薄いシート状に押し出しする条件）においては、雲母のアスペクト比５以上、粒子径10〜700μｍ、雲母含有率15〜40重量％のとき、試験温度230℃、試験荷重21.18Ｎにおけるメルトフローレート（ＪＩＳ−Ｋ−７２１０のＢ法による）が３〜40ｇ／10分であることが好ましく、このように比較的数値の高いほうが、雲母との混練樹脂押し出し時に延展性が良く、穴明きの無いきれいなシートを得ることができた。すなわち、メルトフローレートが３ｇ／10分未満であると、延展性が悪く穴明きが発生し易く好ましくなく、40ｇ／10分を越えると、樹脂が柔らかくなり過ぎるため好ましくない。

また、シートの剛性を高めるためにはポリプロピレン樹脂とこれら雲母の界面の接着性が高いほどシートの剛性を高くすることが出来る。このように界面の接着が剛性を左右することから、界面に作用するカップリング剤を適宜添加してシート成形するのが好ましい。カップリング剤としては、シランカップリング剤で雲母を処理することが好ましく、その処理を行うことによって、雲母は表面の疎水性が高まるため、ポリプロピレン樹脂との接着性が高まり、高い剛性を得ることが出来る。またその含有量としては0.1〜５重量％が適当である。

以上のように、薄物の雲母含有ポリプロピレンシートをＴダイから押し出し成形する為の材料の仕様について、適正な条件を得ることが可能となった。

本発明に係る自動車内装天井材用の積層部材は、一般に、要求される剛性と伸縮性及び軽量性によつて積層構造が決定される。
本発明においては、２〜20ｍｍ厚の発泡ポリウレタンシートを芯材とし、低融点ポリエステル製のホットメルトフィルム（接着層）６／雲母含有ポリプロピレンシート４／低融点ポリエステル製のホットメルトフィルム（接着層）２／発泡ポリウレタンシート１／低融点ポリエステル製のホットメルトフィルム（接着層）３／雲母含有ポリプロピレンシート５／バック処理材（不織布）７からなる７層構造とすることで、自動車内装天井材として要求される特性を備えた積層体とした。
この積層体の厚さは、その剛性と軽量化の目標により決定される。通常、前記７層構造の積層部材Ａの場合、その厚さは芯材となる発泡ポリウレタンシート１の厚さに依存し、概ね２〜２０ｍｍになる。該厚さが２ｍｍ未満であると剛性を保持することが難しく、２０ｍｍを超える厚みにしても特段の特性向上を期待することができない。

本例に係る積層部材Ａは、自動車内装天井材の基材であるので、通常、積層部材Ａの状態、若しくは、積層部材Ａから自動車内装天井材を成形する過程において、表面側（自動車天井の室内側）の最外層に、美粧性を保持するために内装材８が貼り付けられた８層構造の積層体となる。内装材８としては、ポリエステル製の不織布、トリコット表皮、皮革、合成皮革などが好ましく用いられる。

尚、積層部材Ａの裏面側（自動車天井に対する取付面側）の最外層には、前記したように、振動に伴うこすれ音を防止する為にバック処理材７が貼り付けられる。バック処理材７としては、各種製法で得られた不織布などが主に採用されるが、ポリエステルを主成分とする不織布を用いることが好ましく、単位面積当たりの重量が14〜100ｇ／ｍ^２のものがより好ましい。
また、これらバック処理材７、内装材８の他に、強度の不足分を補う等の目的で別の補助層を追加することもできる。

このようにして得られた積層部材Ａは、前述したように、自動車室内側に臨む面に、ホットメルト材（接着層）６を介在させて内装材８が貼り付けられる。内装材８の貼り付けは、積層部材Ａを自動車内装天井材に成形する時に同時に行なうのが効率的である。
すなわち、内装材８の無い状態の７層構造の積層部材Ａをまず加熱炉に入れ、内装材８を貼り付ける側のホットメルト材６の表面温度が１７０℃以上になるまで予備加熱し、その直後に冷却型に移動させ、内装材８をのせて同時圧着し、約３０秒〜５０秒間の加圧成形を行なって、自動車天板の室内面に合致する形状に成形して、所望形状の自動車内装天井材を得ることができる。
または、内装材８の無い状態の７層構造の積層部材Ａにおいて、前記内装材８を貼り付ける側のホットメルト材６の外表面に内装材８を重ねて８層構造とし、これをホットメルト材６の表面温度が１７０℃以上になるまで加熱炉で予備加熱し、その直後に冷却型に移動させ、約３０秒〜５０秒間の加圧成形を行なって、自動車天板の室内面に合致する形状に成形して、所望形状の自動車内装天井材を得ることができる。

以下、より具体的な実施例と比較例について述べる。
（実施例１）
厚さ７ｍｍ、重量240ｇ／ｍ^２の発泡ポリウレタンシートを芯材とし、その表裏両面に、低融点ポリエステル製の重量35ｇ／ｍ^２のホットメルトフィルムを介して、厚さ250μｍの雲母含有ポリプロピレンシートを積層し、自動車天井側の最外層に不織布からなる重量14ｇ／ｍ^２のバック処理材を積層した７層構造の積層部材を得た。この積層部材について、成形後の収縮率と、耐熱性（耐熱変形量）を、以下の方法で測定した。

（成形後の収縮率）
前記積層部材を250ｍｍ×250ｍｍに裁断し、これを予備加熱用オーブンに入れて表面温度が170℃になるまで約40秒加熱し、オーブンから取り出して上下の型がフラットな冷却型に入れ、30秒間加圧して試料とした。
前記冷却型の上型又は下型には、離間寸法を200ｍｍとして２箇所に突起を設けておき、この冷却型で加圧した試料の表面に、これら突起による跡（凹部）を２箇所に形成した。それら２箇所の跡の位置の、試料幅方向と長さ方向に対する変化を、加圧直後から所定時間毎に測定し、型に設けられた突起の位置を基準として、試料の収縮率を算出した。結果を表１に示す。

（耐熱性）
内部温度を100℃とした予備加熱用オーブンの中に、左右２箇所の支柱を離間寸法245ｍｍで土台上に立ち上げた治具をセットし、それら支柱間にわたって、前記積層部材を幅100ｍｍ、長さ380ｍｍに裁断した試料を、左右均等に位置するよう載せた。さらに、前記試料における長さ方向中間位置（前記左右の支柱の中間位置）の上に、長さ100ｍｍ、重さ100ｇの角材からなる錘を試料の幅方向に沿って載せ、その状態で、錘を載せた試料中間位置から治具の土台までの高さ寸法（Ｈ）を測定し、基準値（Ｈ_１）とした。
その後、オーブン内の温度を100℃まで上げて放置し、１時間経過後の前記高さ寸法（Ｈ）を測定し、前記基準値と比較した。結果を表２に示す。

（比較例１）
厚さ４ｍｍ、重量245ｇ／ｍ^２の発泡ポリプロピレンシートを芯材とし、その表裏両面に、厚さ250μｍの雲母含有ポリプロピレンシートを積層し、自動車天井側の最外層に不織布からなる重量14ｇ／ｍ^２のバック処理材を積層した４層構造の積層部材を得た。この積層部材について、成形後の収縮率と、耐熱性（耐熱変形量）を、実施例１と同様の方法で測定した。結果を表１、表２に示す。

以上の結果から、発泡ポリウレタンシートの表裏両面に、接着層を介在させてフィラー含有ポリプロピレンシートを積層すると共に、一方のフィラー含有ポリプロピレンシートの外表面に内装材を貼り付けるための接着層を積層し、他方のフィラー含有ポリプロピレンシートの外表面にバック処理材を積層して少なくとも７層構造とした本発明に係る自動車内装天井材用の積層部材における、成形後の収縮率と耐熱性の優位性を確認することができた。

本発明に係る積層部材の実施形態の一例を示す拡大縦断面図。

符号の説明

Ａ：積層部材
１：発泡ポリウレタンシート
２，３，６：接着層（低融点ポリエステル製のホットメルト材）
４，５：雲母含有ポリプロピレンシート
７：バック処理材（不織布）
８：内装材

Claims (7)

1. 発泡ポリウレタンシート（１）の表裏両面に、接着層（２，３）を介在させてフィラー含有ポリプロピレンシート（４，５）を積層すると共に、一方のフィラー含有ポリプロピレンシート（４）の外表面に、内装材（８）を貼り付けるための接着層（６）を積層し、他方のフィラー含有ポリプロピレンシート（５）の外表面にバック処理材（７）を積層して、少なくとも７層構造とした自動車内装天井材用の積層部材。
2. 前記発泡ポリウレタンシート（１）が、発泡倍率15〜40倍、密度0.067〜0.025ｇ／ｃｍ^３の半硬質の発泡ポリウレタンからなる厚さ２〜20ｍｍのシートである請求項１記載の積層部材。
3. 前記フィラー含有ポリプロピレンシート（４，５）が、フィラーを15〜40重量％含有したポリプロピレン樹脂からなる厚さ100〜300μｍのシートである請求項１又は２記載の積層部材。
4. 前記フィラーが粒子径10〜700μｍの雲母であり、前記ポリプロピレン樹脂が、試験温度230℃、試験荷重21.18Ｎにおけるメルトフローレートが３〜40ｇ／10分のポリプロピレン樹脂である請求項３記載の積層部材。
5. 前記各接着層（２，３，６）が、低融点ポリエステル、ポリアミド、ポリオレフィン、ポリウレタン、エチレン・酢酸ビニル共重合樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂の内のいずれか１種からなるシート状又はウエブ状又はパウダー状のホットメルト材である請求項１〜４のいずれか１項記載の積層部材。
6. 前記接着層（６）の外表面に内装材（８）を重ねて８層構造とした請求項１〜５のいずれか１項記載の積層部材。
7. 請求項１〜６のいずれか１項記載の積層部材を自動車天板の室内面に合致する形状に成形してなる自動車内装天井材。

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