JP2018039150A

JP2018039150A - 複合織物及び自動車外装部材

Info

Publication number: JP2018039150A
Application number: JP2016173500A
Authority: JP
Inventors: 永守篠原; Nagamori Shinohara
Original assignee: Toyota Motor East Japan Inc
Current assignee: Toyota Motor East Japan Inc
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2016-09-06
Publication date: 2018-03-15

Abstract

【課題】引張強度および耐衝撃性が向上し、かつ、熱成形時のドローダウンが抑制されるため、成形品質が安定した複合織物を提供する。【解決手段】中間層と、該中間層を挟む両側の表層とからなる、三層構造を有する複合織物であって、該中間層が繊維織物により形成され、該表層がポリオレフィン樹脂により形成され、該繊維織物が、ポリプロピレンおよびポリエチレンテレフタレートを質量比で２０：８０〜８０：２０の範囲で含むことを特徴とする複合織物。【選択図】なし

Description

本発明は、引張強度及び耐衝撃性が向上し、かつ、成形品質が安定した複合織物に関する。

ポリオレフィン系樹脂等の熱可塑性樹脂は、汎用性が高く、安価でかつ機械特性に優れるため、自動車用内装・外装部品など、幅広い分野で用いられている。

例えば、ポリオレフィン系樹脂においては、従来、成形品の強度や弾性率などを向上させるために、ガラス繊維が配合されていた。しかしながら、ポリオレフィン系樹脂にガラス繊維を配合すると、成形品の表面平滑性が低下し、また、外観不良が生じるため、ガラス繊維強化ポリオレフィン系樹脂を高品質な成形品に適用することは困難であった。さらに、靭性（引張破断伸び、曲げたわみ量）や耐衝撃性も充分に高いものではなかった。また、ポリオレフィン系樹脂に炭素繊維を配合すると、成形品の強度や弾性率が向上することが知られている。しかしながら、炭素繊維を配合したポリオレフィン系樹脂成形品も、靭性や耐衝撃性が充分に高いものではなかった。

そこで、これらの特性を改良した成形品として、例えば、特許文献１には、融点が２００℃以上で引張破断ひずみが１０％以上の有機繊維の撚糸コード（繊維Ａ）と、２００℃×１０分の環境下で放置した際の熱収縮率が１％以下である繊維の撚糸コード（繊維Ｂ）とから構成された熱収縮性改良織物、及びそれを含む複合材料等が記載され、繊維Ａとしてポリエチレンテレフタラートの撚糸、及び繊維Ｂとしてカーボン繊維の撚糸を用いることが記載されている。熱収縮性改良織物を強化材として含む複合材料等は、寸法安定性に加え、良好な強度及び耐衝撃性を保持することができることが記載されている。
しかしながら、特許文献１の熱収縮性改良織物又は複合材料では、カーボン繊維の撚糸を使用しているため、コストが高い、また、熱プレス成形の時間が長くかかるため、生産性に難があるといった問題があった。

特許文献２には、内層の両表面に接着層を介して織物層が貼り合わされた積層シートとして、該内層はポリプロピレンシート又はポリプロピレンを含むシートであり、該織物層は、芯成分がポリプロピレン、鞘成分が芯成分より低融点のポリオレフィン成分からなる芯鞘複合繊維を含む糸で形成され、該接着層は熱融着ポリオレフィン系フィルムであるポリオレフィン系積層シートが記載され、該積層シートは、層間剥離がなく、軽量であり、曲げに対する物理的強度も高く、コストも安価であることが記載されている。
しかしながら、特許文献２のポリオレフィン系積層シートは、表面に織物層を有するため、表面平滑性などの外観品質の確保や、塗装品質の確保が困難という問題があった。

特許文献３には、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が１００〜１１０ｇ／１０分かつ融解ピーク温度が１６０〜１６５℃であり、チーグラー触媒を用いて重合されたポリプロピレン系樹脂と、メルトフローレート（２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）が２〜３０ｇ／１０分であるエチレン・α−オレフィン共重合体と、アスペクト比が１５〜１７かつ平均粒径が６〜８μｍであるタルクとを含有する自動車外装部材用ポリプロピレン系樹脂組成物が記載され、該組成物及び自動車外装部材は寸法安定性に優れることが記載されている。
しかしながら、特許文献３の組成物はタルクを含有しているため、比重が高く、軽量効果を得にくいという問題がある。

特許文献４には、寸法安定性に優れる複合成形体として、熱可塑性プラスチックと、平均アスペクト比が５以上の竹由来の粉体とを混合してなる複合成形体が記載されている。
しかしながら、特許文献４の複合成形体は、繊維が表層に露出しており、表面品質に懸念がある。また、塗装品質の確保にも問題があった。

それゆえ、引張強度などの靭性や、耐衝撃性が向上し、安定した成形品質を確保できる成形品が求められていた。

特開２０１２−２５１２４９号公報特開２０１５−６３０１８号公報特開２０１３−１５９７０９号公報特開２０１５−９２１号公報

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであって、引張強度及び耐衝撃性が向上し、かつ、熱成形時のドローダウンが抑制された複合織物を提供することを課題とする。

本発明の複合織物は、中間層と、該中間層を挟む両側の表層とからなる、三層構造を有し、該中間層が繊維織物により形成され、該表層がポリオレフィン樹脂により形成され、該繊維織物が、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートを質量比で２０：８０〜８０：２０の範囲で含むことを特徴とする。
前記繊維織物は、平織、朱子織、又は綾織であることが好ましい。
本発明の自動車外装部材は、上記複合織物を含むことを特徴とする。

本発明によれば、中間層及び表層のそれぞれにポリオレフィン系の樹脂を用いることで、中間層を形成する織物繊維と、表層を形成するポリオレフィン樹脂とが融着するため、目付けを低減させることなく、成形が可能となる。
本発明の複合織物は、中間層に柔軟な繊維を用いているため、形状に追従しやすく、また、引張強度や耐衝撃性を向上させることができる。
本発明の複合織物には、真空成形用の材料が用いられているため、加工時のドローダウンを抑制でき、安定した品質の成形加工品を提供することができる。
本発明で使用するポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートはいずれも安価である。よって、本発明は、材料コストの面で有利である。

図１は、本発明の複合織物の概略断面図である。

本発明の複合織物は、図１に示すように、中間層２と、該中間層２を挟む両側の表層１とからなる、三層構造を有し、該中間層２が繊維織物により形成され、該表層１がポリオレフィン樹脂により形成され、該繊維織物が、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートを質量比で２０：８０〜８０：２０の範囲で含むことを特徴とする。

以下、上記複合織物の各構成について詳細に説明する。
表層１を形成するポリオレフィン樹脂は、中間層２を形成するポリプロピレンと融着可能な樹脂であれば、制限されるものでないが、具体例としては、エチレン単独重合体、エチレンを主成分とするエチレン系共重合体、プロピレン単独共重合体、及び、プロピレンを主成分とするプロピレン系共重合体等が挙げられる。

ここで、エチレン系共重合体は、エチレンと他のオレフィン（例えば、プロピレン、ブテン、ペンテン、及びヘキセン）との共重合体であって、エチレン単位を５０モル％以上、好ましくは６０モル％以上含むものをいい、プロピレン系共重合体は、プロピレンと他のオレフィン（例えば、エチレン、ブテン、ペンテン及びヘキセン）との共重合体であって、プロピレン単位を５０モル％以上、好ましくは６０モル％以上含むものをいう。

このようなポリオレフィン樹脂は、１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。また、前記エチレン系共重合体及びプロピレン系共重合体は、ランダム共重合体であってもよいし、ブロック共重合体であってもよい。

なお、上記ポリオレフィン樹脂は、中間層２を構成するポリプロピレンと同一であってもよいし、異なっていてもよい。

表層１の厚みは、通常０．５〜２ｍｍ、好ましくは１〜１．５ｍｍである。中間層２を挟む両側の表層の厚みは、同一でもよいし、異なっていてもよい。

中間層２は繊維織物により形成され、該繊維織物は、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートを質量比で２０：８０〜８０：２０、好ましくは３０：７０〜７０：３０の範囲で含む。繊維織物中のポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートが前記範囲内の質量比であると、表層１と中間層２とを効果的に熱融着させることができる。一方、ポリプロピレンが前記範囲を超えると、中間層２の補強効果が低下する場合がある。一方、ポリプロピレンが前記範囲を下回ると、表層１と中間層２とを充分に熱融着できない場合や、両層間に隙間が生じる場合がある。

上記中間層２に用いられるポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートは、いずれも繊維形状の樹脂である。繊維形状の樹脂は、モノフィラメントでもマルチフィラメントでもよい。ポリプロピレン繊維には、例えば、パイレン（登録商標）（三菱レイヨン（株）製）等の市販品が用いられる。ポリエチレンテレフタレート繊維には、例えば、テトロン（登録商標）（東レ（株）製）等の市販品が用いられる。

上記繊維織物は、ポリプロピレン繊維とポリエチレンテレフタレート繊維とが織物表面に均一に配置される観点から、平織、朱子織又は綾織であることが好ましい。このような織り方であれば、ポリプロピレン繊維とポリエチレンテレフタレート繊維とが一定の間隔に均等に配置されているため、中間層と、該中間層を挟む両表層とを熱圧着するときに、中間層中のポリプロピレン繊維と、表層中のポリオレフィン樹脂とを均一に熱圧着することができる。

中間層２の厚みは、通常０．２〜１ｍｍ、好ましくは０．３〜０．７ｍｍである。

上記複合織物は、表層１、中間層２、及び表層１がこの順で積層された三層構造を有する。表層１及び中間層２の厚さ（単位；ｍｍ）の比率は、通常、表層：中間層＝１：１〜５：１、好ましくは２：１〜４：１である。なお、両表層の厚みは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。複合織物の厚みは、用途に応じて適宜設定することができる。

また、上記三層構造全体の厚みは、通常１〜３ｍｍ、好ましくは２〜２．５ｍｍである。

上記複合織物の表層１及び中間層２には、本発明の効果を損なわない限り、目的に応じて種々の添加物が含まれていてもよい。添加物には、例えば、炭素繊維、ガラスフィラー及び超高強力ポリエチレン繊維等の繊維強化材、紫外光安定化剤、抗光安定剤、金属ウィスカー、炭酸カルシウム、並びにタルク等が挙げられる。

本発明の複合織物は、中間層２と、該中間層２を挟む両側の表層１とを加熱加圧し、次いで冷却することにより製造される。本発明に係る製造方法の一例を挙げると、中間層２と両表層１とを配置して連続的に熱圧着し、引き続き連続的に冷却し、積層体を連続的に製造する。熱圧着する際の温度は、通常１６０〜１８０℃であり、好ましくは１６０〜１７０℃である。加熱時間は通常５０〜１００秒間である。冷却時間は通常２０〜４０秒間であり、室温になるまで冷却する。なお、このような連続的方法は大量生産に好ましい。

上記複合織物の製造方法は連続的方法に限らず、１回ごとの加熱圧着及び冷却によっても製造できる。サンプルを作製したり、小規模に製造する場合にはこの方法で充分である。この場合の製造条件も連続的方法と同様である。

上記のような方法により製造された本発明の複合織物は、その比剛性が、通常１２ＭＰａ^1/3／（ｇ／ｃｍ³）以上、シャルピー衝撃強度が、通常３０ｋＪ／ｍ²以上ある。

比剛性が１２ＭＰａ^1/3／（ｇ／ｃｍ³）未満である場合、自動車部材などに必要な剛性を確保できないことがあり、結果として肉厚を増す必要性が生じ、部材の薄肉軽量化の効果が充分に得られないことがある。

シャルピー衝撃強度が３０ｋＪ／ｍ²未満である場合、例えば、バンパー等の自動車部材としての耐衝突性能が不足することがあり、結果として肉厚を増す等の必要性が生じ、部材の薄肉軽量化への効果が充分に得られないことがある。

本発明の複合織物は、フェンダーパネル、バックドア、バンパー、スポイラー、ガーニッシュ、ピラーカバー、フロントグリル及びリアボディパネル等の自動車外装用部材として特に好適に用いられる。

以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的に説明するが、本発明は下記の実施例により制限されるものではない。

［実施例１］
（複合織物の作製）
表層として、ポリプロピレン（ＰＰ）（ダイセルポリマー（株）製ＵＢ３Ｗ）を押出成形した、厚さ１．０ｍｍのＰＰシートを使用し、中間層として、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる繊維織物（ＰＰ：ＰＥＴ＝６６：３３（質量比））を使用し、これらを表層−中間層−表層の三層構造となるように、熱融着し、複合織物を作製した。

（線膨張の異方性試験）
複合織物の試験片（２０ｍｍ×１０ｍｍ）を試験台の上に置き、試験片を縦方向（ＭＤ）に上下２箇所をチャックで挟み、昇温速度５℃／分で２５℃から８０℃まで加熱した後、室温まで冷却し、縦方向（ＭＤ）の伸び量を測定した。
次いで、もう一方の方向である横方向（ＴＤ）上下２箇所をチャックで挟み、再び昇温速度５℃／分で２５℃から８０℃まで加熱した後、室温まで冷却し、横方向（ＴＤ）の伸び量を測定した。
横方向（ＴＤ）の伸び量に対する縦方向（ＭＤ）の伸び量を算出した。

［実施例２］
実施例１において、中間層として、ポリプロピレン（ＰＰ）及びポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる繊維織物（ＰＰ：ＰＥＴ＝３３：６６（質量比））を使用したこと以外は、実施例１と同様にして、複合織物を作製した。
得られた複合織物を用いて、実施例１と同様に複合織物を作製し、縦方向（ＭＤ）及び横方向（ＴＤ）の伸びを測定した。

［比較例１］
実施例１において、中間層を使用せずに、表層を２枚使用した。
実施例１と同様にして、縦方向（ＭＤ）及び横方向（ＴＤ）の伸びを測定した。

［比較例２］
特許文献４の実施例に記載の竹粉末−ＰＰ複合成形体（竹粉末：ＰＰ＝５０：５０（質量比））を使用した（後述する「材料４」）。

［比較例３］
ポリプロピレン繊維及びガラス繊維の混合繊維（ガラス繊維２０重量％）を型締力３５０トンの射出成形機に成形温度２３０℃、型温３０℃で試験片を作製した。
実施例１と同様にして、縦方向（ＭＤ）及び横方向（ＴＤ）の伸びを測定した。

実施例１、２及び比較例１〜３の線膨張の異方性試験の結果を表１に示す。
なお、判定基準は、横方向（ＴＤ）（ｂ）に対する縦方向（ＭＤ）（ａ）の比率（ａ／ｂ）が、０．９以上のときを○、０．７以上０．９未満のときを△、０．７未満のときを×とした。

また、実施例２の複合織物と、特許文献１〜４の材料（以下、それぞれ「材料１〜４」ともいう。）との優位差について表２に示す。なお、材料１〜４は以下のとおりである。
材料１には、特許文献１の実施例２に記載された、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）撚糸と炭素繊維（ＣＦ）撚糸とを交互に１本ずつ配置した織物（平織）×ポリアミド６複合体を４層重ねた積層体を使用した。
材料２には、特許文献２の実施例１に記載された、芯部分にポリプロピレン（ＰＰ）と、鞘部分にポリエチレン（ＰＥ）＋ポリプロピレン（ＰＰ）の芯鞘複合繊維織物（綾織）とを表層に有し、内層にポリプロピレン（ＰＰ）を有する複合体を使用した。
材料３には、特許文献３の実施例２に記載された、タルク（アスペクト比１６；平均粒径６〜８μｍ）３５ｗｔ％−プロピレン複合体を使用した。
材料４には、特許文献４の実施例に記載された、竹粉末５０ｗｔ％−ポリプロピレン複合体を使用した。

判定基準は、材料１〜４の各性能が本発明の複合織物と同等の場合は○、本発明より優れる場合は◎、本発明より劣る場合は△とした。

１表層
２中間層

Claims

中間層と、該中間層を挟む両側の表層とからなる、三層構造を有する複合織物であって、
該中間層が繊維織物により形成され、該表層がポリオレフィン樹脂により形成され、
該繊維織物が、ポリプロピレン及びポリエチレンテレフタレートを質量比で２０：８０〜８０：２０の範囲で含むことを特徴とする複合織物。
前記繊維織物が平織、朱子織、又は綾織であることを特徴とする請求項１に記載の複合織物。
請求項１又は２に記載の複合織物を含むことを特徴とする自動車外装部材。