JP5453801B2

JP5453801B2 - 車両用の繊維積層体

Info

Publication number: JP5453801B2
Application number: JP2008327740A
Authority: JP
Inventors: 康之永井; 孝弘森
Original assignee: Toyota Boshoku Corp
Current assignee: Toyota Boshoku Corp
Priority date: 2008-12-24
Filing date: 2008-12-24
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2028-12-24
Also published as: JP2010149312A

Description

本発明は、表皮材とクッション材と裏基布が積層されてなる車両用の繊維積層体に関する。

この種の繊維積層体は、専ら車両内装材として使用されることから、各種の難燃規制をクリアする必要がある。例えば一般的な難燃規制「米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２」では、一定条件下で繊維積層体にバーナ炎をあてた場合の燃焼速度（単位時間当たりの燃焼距離）が１００ｍｍ／ｍｉｎ以下であることが求められる。

そこで繊維積層体の燃焼挙動の一つ（裏基布のみが燃焼する挙動）に着目して、繊維積層体の燃焼速度を制御する技術が公知である（特許文献１及び特許文献２を参照）。
これら公知技術では、裏基布のみが安定して燃焼し且つこの燃焼速度が基準を下回るような裏基布の材質を採用することで、繊維積層体の燃焼速度を基準値以下とするものである。

例えば特許文献１では、セルロース系繊維の裏基布（目付量６０ｇ／ｍ^２以上）を使用することで、繊維積層体の燃焼速度を５０〜６０ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。
また特許文献２では、セルロース系短繊維（繊維長１００ｍｍ以下）を物理的に交絡してなる裏基布を使用することで、繊維積層体の燃焼速度を７０〜８０ｍｍ／ｍｉｎとすることができる。そしてこの公知技術では、複数の短繊維をウォーターパンチ（高圧の水の噴流）によって三次元的に交絡させることで、比較的伸び特性に優れる裏基布を製造することができる。
特許第３４１９６１１号公報特開２００１−３４１２２０号公報

しかしながら上記公知技術の繊維積層体では、明確な原因は不明であるが、その燃焼挙動が縦横でアンバランスとなることがあった（図１（ｂ）及び表２を参照）。このため公知技術の繊維積層体では、セルロース系繊維の裏基布を用いたとしても、他の構成（表皮材やクッション材）との組合せ次第によっては、上述の基準を満たさない可能性があることが示唆された。
もっとも繊維積層体に難燃剤を付与して燃焼速度を低下させることも考えられるが、車両の製造コストなどを考慮すると、すんなり採用できる構成ではない。
本発明は上述の点に鑑みて創案されたものであり、本発明が解決しようとする課題は、よりシンプルな構成によって、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２をクリアすることにある。

上記課題を解決するための手段として、第１発明に係る車両用の繊維積層体は、表皮材とクッション材と裏基布を積層して構成される。そしてこの種の繊維積層体は、専ら車両内装材に用いられるため、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２をクリアすることが望まれる。
そこで本発明では、上述の裏基布を、不燃性のカーボン繊維を含有して不燃化された布材（織物、編物又は不織布）とした。このように本発明では、カーボン繊維によって裏基布を不燃化することによって（比較的シンプルな構成によって）、難燃処理剤を要することなく上記基準をクリアすることができる。

また第１発明に係る車両用の繊維積層体は、上述の表皮材が、難燃処理の施されない部材であって、燃焼性のある油成分を含有の被膜層を備えることで、繊維積層体の品質の向上が図られている。ここで被膜層とは、柔軟剤、地糸切れ防止剤、起毛性改良剤、耐摩耗性向上剤、毛倒れ防止剤及び撥水剤の少なくとも一つにて形成される。
そして本発明では、不燃性の裏基布によって表皮材の燃焼を抑制することにより、繊維積層体の燃焼性の悪化を防止又は低減しつつ、その品質向上を図ることができる。
また第１発明に係る車両用の繊維積層体は、カーボン繊維の炭素比率を２０％〜７０％とすることで、裏基布の導電性が比較的低く抑えられている。このため本発明の繊維積層体は、例えば車両内部のセンサ類に極力影響を与えることなく、車両に使用することができる。

第１発明に係る車両用の繊維積層体は、裏基布のみがカーボン繊維を含有するとともに、表皮材のみが被膜層を備える。

本発明の第１発明の繊維積層体によれば、よりシンプルな構成によって、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２をクリアすることができる。また第１発明によれば、繊維積層体の品質を向上させることができる。そして第１発明によれば、繊維積層体の使用範囲がより広くなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図１及び図２を参照して説明する。
本実施形態に係る車両用の繊維積層体２は、図１及び図２を参照して、表皮材４とクッション材６と裏基布８が積層されて構成されている（各構成の詳細は後述する）。そしてこの種の繊維積層体２は専ら車両内装材に用いられることから、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２を満たすことが望まれる。
そこで本実施形態では、上記基準をより確実にクリアするため、後述するカーボン繊維によって裏基布８を不燃性としたものである。

（表皮材）
表皮材４は、繊維積層体２の意匠面を構成する部材であり、例えば、ジャージ、織物、モケット、トリコット、天然皮革、人工皮革又は合成樹脂シートにて構成される。
表皮材４の材質や目付量は特に限定しないが、例えばＰＥＴ製の典型的な表皮材４では、目付量が２５０ｇ／ｍ²〜６５０ｇ／ｍ²である。表皮材４は、コスト面等から難燃処理を施さない。

（被膜層）
そして表皮材４の表面には、柔軟剤又は地糸切れ防止剤などの燃焼性のある油成分を含有の被膜層を備えて、その品質（染色や捺染による意匠性、抗菌性、制菌性、消臭性、防汚性、撥水性、すべり性、起毛性など）の向上が図られることが望ましい。表皮材４の表面には、柔軟剤や地糸切れ防止剤のほか、起毛性改良剤、耐摩耗性向上剤、毛倒れ防止剤又は撥水剤などの被膜層（単一種の被膜層又は複数種の被膜層）が形成されることがあり、これらは全て燃焼性の油成分を含有する。そして燃焼性の油成分として、ワックス系、パラフィン系、シリコン系、アクリル系及びフッ素系樹脂を例示することができる。

（クッション材）
またクッション材６は、乗員の着座性を確保するクッション性を備えておればよく、例えば、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム又はポリエステルフォームにて構成される。このクッション材６として、耐へたり性に優れるポリウレタンフォーム（密度：１０Ｋｇ／ｍ^３〜３０Ｋｇ／ｍ^３）を用いることが望ましい。
なおクッション材６は、別途難燃処理が施されることもあるが、コスト面等から難燃処理を施さないことが好ましい。

（裏基布）
そして裏基布８は、カーボン繊維を含有した布材（織物、編物又は不織布）である。ここでカーボン繊維とは、ポリアクリロニトリル系カーボン繊維（ＰＡＮ系カーボン繊維）、ピッチ系カーボン繊維及びこれらの混紡繊維を例示できる。
そして本実施形態の裏基布８は、カーボン繊維によって不燃効果を奏するものであり、難燃処理剤を配合する必要がない（比較的シンプルな構成である）。なお一般的な難燃処理材（塩素化有機燐化合物等）は、自動車のウィンドウの曇り現象（いわゆるＦｏｇｇｉｎｇ現象）を誘発するため、裏基布８に使用しないことが望ましいものである。

ここでＰＡＮ系カーボン繊維とは、典型的にポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を炭化焼成してなる繊維であり、耐炎化繊維、炭素化繊維及び黒鉛化繊維を例示できる。
耐炎化繊維とは、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を紡糸したのち、耐炎化（空気中２００℃〜３００℃で加熱処理）したカーボン繊維である。また炭素化繊維とは、耐炎化繊維を炭素化（不活性雰囲気中１０００℃〜１５００℃で加熱処理）したカーボン繊維である。そして黒鉛化繊維とは、炭素化繊維を黒鉛化（不活性雰囲気中２０００℃〜３０００℃で加熱処理）したカーボン繊維である。

またピッチ系カーボン繊維とは、典型的に石油ピッチや石炭ピッチを炭化焼成してなる繊維であり、不融化繊維、炭素化繊維及び黒鉛繊維を例示できる。
不融化繊維とは、ピッチ繊維を不融化（酸化性雰囲気中２００℃〜３５０℃で加熱処理）したカーボン繊維である。また炭素化繊維とは、不融化繊維を炭素化（不活性雰囲気中１０００℃〜１５００℃で加熱処理）したカーボン繊維である。そして黒鉛化繊維とは、炭素化繊維を黒鉛化（不活性雰囲気中２０００℃〜３０００℃で加熱処理）したカーボン繊維である。

（カーボン繊維の炭素比率）
そしてカーボン繊維の炭素比率（炭素含有率）は、裏基布に不燃性を付与することができるかぎり特に限定しないが、７０％以下（典型的には２０％〜７０％）であることが望ましい。炭素比率が２０％以下のカーボン繊維では、十分な強度や弾性が得られない傾向にある。
ここで炭素比率が７０％以下のカーボン繊維（例えば耐燃化繊維）は、アクリロニトリル繊維を低温（２００℃〜３００℃）で処理することで得られることから、低コストで製造可能である。また炭素比率が７０％以下のカーボン繊維は、繊維強度が比較的低い（撓り易い）ことが知られている。
なお炭素比率が９５％以上のカーボン繊維（例えば炭素化繊維及び黒鉛化繊維）は、比較的高温（１０００℃以上）で処理することで得られることから、比較的高コストで製造される。

ところで炭素比率が９５％以上のカーボン繊維（１０００℃以上で処理されてなるカーボン繊維）は、良好な電気伝導性（導電性）を有することが知られている。
そして車両内部には、各種のセンサ類が内蔵されることが多い。このため導電性の高い繊維積層体２をセンサ類の近傍に配置する場合（車両用表皮材の裏基布として繊維積層体２を使用する場合）、車両内部のセンサ類に誤作動などの悪影響を及ぼすことが懸念される。
ここで炭素比率が７０％以下のカーボン繊維（２００℃〜３００℃で処理されてなるカーボン繊維）は、比較的導電性が低いことが知られている。このため炭素比率が７０％以下のカーボン繊維であれば、車両内部のセンサ類に極力悪影響を与えることなく、車両に使用することができる（繊維積層体２の使用範囲が広がる）。

（裏基布の製造）
布帛としての裏基布は、汎用の編織方法によって作製可能であり、不織布のとして裏基布も汎用の方法によって作製可能である。
例えば不織布は、カーボン繊維のシート（ウェブ）を作成したのち、このウェブを交絡して作成される。ウェブの作製には、カーボン繊維（短繊維）を開綿機にかけてほぐしたのちシート状とする乾式法、またはカーボン繊維を液中に分散させたのち抄紙機を利用してシート状とする湿式法のいずれも用いることができる。
このときカーボン繊維の繊維太さ（繊維径）は典型的にφ５０μｍ以下であり、好ましくはφ１０μｍ〜１５μｍである。またカーボン繊維の繊維長さは、典型的に１００ｍｍ以下であり、好ましくは２０ｍｍ〜６０ｍｍである。この範囲の繊維太さ又は繊維長さを有するカーボン繊維を使用することで、裏基布８の伸び特性を向上させることができる。

そして上述のウェブを、ウォーターパンチなどの物理的交絡法又はニードルパンチなどの機械的交絡法によって、三次元的に交絡して裏基布８とすることが好ましい。
こうすることで短繊維同士が互いに密に絡み合い、接着剤や熱融着によらずとも繊維の絡み合いだけで安定した裏基布８（不織布状）とすることができる。特にウォーターパンチ（高圧の水の噴流）によってウェブの短繊維同士を三次元的に交絡することで、機械油などの不純物（燃焼を促進する不純物）の混入を極力排除することができる。

そして裏基布８の目付量は典型的に２０ｇ／ｍ^２〜６０ｇ／ｍ^２であり、好ましくは３０ｇ／ｍ^２〜６０ｇ／ｍ^２である。ここで裏基布８の目付量が２０ｇ／ｍ^２より少ないと、他の材料（表皮材４及びクッション材６）に対する燃焼抑制作用を奏しにくくなる。なお裏基布８の目付量は６０ｇ／ｍ^２より多くてもよいが、コスト高となるとともに、繊維積層体２の重量が必要以上に増加する。

［繊維積層体］
そして図２を参照して、表皮材４とクッション材６と裏基布８をこの順で配置したのち、縫着、接着又は溶着（ラミネート加工）などの手法で接合する。
このように作成された繊維積層体２は、不燃性の裏基布８を備えることから、米国自動車安全基準をより確実にクリアすることができるものとなる（［表２］を参照）。また繊維積層体２は、従来品と遜色のない伸び特性を有する（［表２］を参照）。このため繊維積層体２は、例えば車両用シートの表皮カバー材として好適に使用することができる。
そして本実施例では、不燃性の裏基布８によって表皮材４の燃焼を抑制することにより、繊維積層体２の燃焼性の悪化を防止又は低減しつつ、その品質向上を図ることができる。

［試験例］
以下、本実施の形態を試験例に基づいて説明するが、本発明は試験例に限定されない。
本試験では、下記［表１］の構成及び製造法に係る実施例１の裏基布８と、比較例１の裏基布９を使用することとした（図１を参照）。

（実施例１の繊維積層体）
そして実施例１の繊維積層体２を、表皮材４とクッション材６と裏基布８をこの順で積層及び接合して作製した（図１及び図２を参照）。なお表皮材４とクッション材６と裏基布８は、いずれも難燃処理材が混入されていないものを使用した。
表皮材４としてＰＥＴ製ジャージ（目付量：２５０ｇ／ｍ^２）を用いた。またクッション材６としてポリウレタンフォーム（密度：２０Ｋｇ／ｍ^３、板厚：１．３ｍｍ）を用いた。

そして裏基布８には、ＰＡＮ系のカーボン繊維からなる不織布を用いた。カーボン繊維の炭素比率は６０％〜７０％とした（いわゆるＣ格のカーボン繊維を用いた）。カーボン繊維の繊維太さはφ１０．１μｍ〜１４．４μｍ（平均値：φ１１．９μｍ、σ：０．９、３σ：２．７）であった。カーボン繊維の繊維長さは２０．９ｍｍ〜５０．７ｍｍ（平均値：３８．１ｍｍ、σ：７．４、３σ：２２．２）であった。

（比較例１の繊維積層体）
また比較例１の繊維積層体２０を、表皮材４とクッション材６と裏基布９をこの順で積層及び接合して作製した（図１及び図２を参照）。表皮材４とクッション材６の詳細構成は実施例１と同一とした。裏基布９には、レーヨンとポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）の混紡繊維からなる不織布を用いた（特許文献２を参照）。

（試験方法）
そして実施例１の繊維積層体２から、ベルトコンベアの搬送方向Ｆに長尺な「縦長サンプルＳｈ１」（縦３５０ｍｍ×横１００ｍｍ）を採取した（図１（ａ）を参照）。また同方向Ｆに直交する向きに長尺な「横長サンプルＳｗ１」（縦１００ｍｍ×横３５０ｍｍ）を採取した。これら「縦長サンプルＳｈ１」と「横長サンプルＳｗ１」の最大燃焼速度を、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２に準拠して測定した（図２を参照）。
また「縦長サンプルＳｈ１の裏基布」と「横長サンプルＳｗ１の裏基布」の破断伸度及び引張強度を、「ＪＩＳＬ１０１８８．１３引張強さ及び伸び率」に準拠して測定した。

そして同様に比較例１の繊維積層体２０から、実施例１と同様に「縦長サンプルＳｈ２」と「横長サンプルＳｗ２」を採取した（図１（ｂ）を参照）。そしてこれら「縦長サンプルＳｈ２」と「横長サンプルＳｗ２」の各々の最大燃焼速度を、米国自動車安全基準ＦＭＶＳＳ３０２に準拠して測定した。
また「縦長サンプルＳｈ２の裏基布」と「横長サンプルＳｗ２の裏基布」の破断伸度及び引張強度を、「ＪＩＳＬ１０１８８．１３引張強さ及び伸び率」に準拠して測定した。

各試験の測定結果を下記［表２］に示す。

（最大燃焼速度の試験結果）
実施例１の繊維積層体２では、「縦長サンプルＳｈ１」と「横長サンプルＳｗ１」は共に不燃であった。
このことから実施例１の繊維積層体２によれば、裏基布８を不燃化することにより、より確実に米国自動車安全基準をクリアできることがわかった。すなわち裏基布８は、カーボン繊維によって不燃効果を奏することができ、難燃処理剤を配合する必要がないことがわかった。

これに対して比較例１の繊維積層体２０では、「縦長サンプルＳｈ２」の最大燃焼速度と、「横長サンプルＳｗ２」の最大燃焼速度の差が極めて大きいものであった（縦横の燃焼挙動がアンバランスであった）。特に縦長サンプルＳｈ２の最大燃焼速度は、米国自動車安全基準の上限値（１００ｍｍ／ｍｉｎ）であった。
そして比較例１における燃焼速度のアンバランス化は、ベルトコンベアの搬送方向Ｆに対して裏基布９の短繊維が直行配置することにより同方向の燃焼が促進されたためと推測される。このことから比較例１の繊維積層体２０（裏基布９）は、他の構成（表皮材４やクッション材６）との組合せ次第で、米国自動車安全基準を満たさない可能性があることが強く示唆された。

（破断伸度及び引張強度の試験結果）
実施例１の繊維積層体２では、「縦長サンプルＳｈ１の裏基布」の破断伸度と、「横長サンプルＳｗ１の裏基布」の破断伸度が、比較例１と遜色のない値を示した。また同様に「縦長サンプルＳｈ１の裏基布」の引張強度と、「横長サンプルＳｗ１の裏基布」の引張強度が、比較例１と遜色のない値を示した。

このことから実施例１の繊維積層体２は、裏基布８の破断伸度が比較的高く、伸び易いものであることがわかった。このため繊維積層体２を、例えば車両用シートの表皮カバー材として使用した場合、皺や撚れを極力生じさせることなくシート外形に対応してきれいに張設することができる（見栄えや着座感の良い仕上がりとなる）ことがわかった。
また繊維積層体２は、裏基布８の引張強度が適度に低いため、安定して引張可能であることがわかった。例えば表皮カバー材の製造時には縫製作業を伴うが、このとき表皮カバー材（繊維積層体２）が安定して引張可能であると、その縫製作業が容易となるとともに、きれいな縫製ラインを形成することができる（見栄えの良い仕上がりとなる）。
このことから実施例１の繊維積層体２（裏基布８）は好適な伸び特性を有し、車両用シートなどの立体構造体を被覆する表皮カバー材などに好適に使用できることがわかった。

本実施形態の車両用の繊維積層体及びその製造方法は、上述した実施例に限定されるものではなく、その他各種の実施形態を取り得る。
（１）本実施例では、専らカーボン繊維からなる裏基布８を例示した。このとき裏基布８の不燃性や伸び特性に悪影響を与えないならば、他の繊維（天然繊維又は合成繊維）を混紡することもできる。
（２）また本実施例の交絡工程では、物理的又は機械的にウェブを交絡させる構成を説明したが、接着剤やバインダー繊維を使用しない趣旨ではない。すなわち、裏基布８の不燃性や伸び特性に悪影響を与えない程度の分量の接着剤等を使用することもできる。
（３）また本実施例では、表皮材４とクッション材６と裏基布８のみからなる繊維積層体２を説明したが、これら各構成は主構成であり、この他に別の構成（樹脂板やコーティング層など）を有していてもよい。

（ａ）は、本実施例に係る車両用の繊維積層体の斜視図であり、（ｂ）は、従来例に係る車両用の繊維積層体の斜視図である。燃焼速度の測定方法を示す繊維積層体の縦断面図である。

符号の説明

２繊維積層体
４表皮材
６クッション材
８裏基布
２０繊維積層体（比較例）
９裏基布（比較例）

Claims

表皮材とクッション材と裏基布が積層されてなる車両用の繊維積層体において、
前記裏基布が、カーボン繊維を含有して不燃化された布材であって、前記カーボン繊維の炭素比率が２０％〜７０％であり、
前記表皮材が、難燃処理の施されない部材であって、燃焼性のある油成分を含有の被膜層を備えるとともに、前記被膜層が、柔軟剤、地糸切れ防止剤、起毛性改良剤、耐摩耗性向上剤、毛倒れ防止剤及び撥水剤の少なくとも一つにて形成され、
前記裏基布のみがカーボン繊維を含有するとともに、前記表皮材のみが前記被膜層を備える車両用の繊維積層体。