CN1993731A - 吸声绝热材 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种虽然轻量且厚度较薄，但即使在低频域吸声性也优越的吸声绝热材。采用垂直入射法吸声率的峰值在315～5000Hz之间至少存在一个以上，且峰值吸声率为80％以上的厚度在5～30mm之间的吸声绝热材。例如，由如下的层和短纤维无纺布C通过贯通的多个纤维复合一体化而成，即，所述层通过在以纤维直径为1微米以上且25微米以下的纤维为主体的单位面积重量为10～70g/m2的无纺布A上贴合由熔点为120℃以上的树脂构成的多孔薄膜层B而成，所述短纤维无纺布C的纤维直径为7～50微米、单位面积重量为50～2000g/m2、厚度为4～30mm，由此能够设定吸声率的峰值。

Description

吸声绝热材
技术领域
本发明涉及虽然轻量且厚度较薄，但吸声性及绝热特性优越的吸声材。更详细地，涉及500Hz～4000Hz的吸声特性优越的吸声材。进而，涉及作为汽车等车辆的天棚或地板、门装饰件(door trim)等内装材使用并发挥特别优越的吸声特性及绝热特性的吸声绝热材。
背景技术
一直以来，作为汽车或建筑用途等的吸声材，广泛地使用短纤维无纺布，为了确保更高的吸声性能，而正在进行使纤维直径变细而增大空气的通过阻力的方法、或增大单位面积重量等方法的研究。而且，在需求特别高的吸声性能时，采用纤维直径为15微米左右的比较细的纤维，通常采用单位面积重量500～5000g/cm2的厚且重的短纤维无纺布(例如参照非专利文献1)。
另一方面，包含极细纤维的无纺布具有优越的吸声特性或过滤性、遮蔽性等优越的特性，能够利用于多种用途，但是具有强度弱或形态稳定性差等问题，为了对其进行改善，可以与其他无纺布叠层复合化而进行采用。此时，作为将无纺布叠层一体化的方法，在喷射或转印等中使用作为粘合剂的树脂或热熔合纤维等(例如参照专利文献1)。但是，在这些方法中，为了干燥或树脂的熔融粘接，需要进行热处理，因而从排气导致的线圈境污染的问题或节能的观点考虑，不是优选的。另外，粘合剂树脂在无纺布间的界面形成被膜，从而也存在吸声性下降等问题。
另外，作为将极细纤维无纺布和长纤维无纺布叠层一体化的方法，公知的是通称为S/M/S等名称的、在纺丝粘合(spunbond)无纺布之间叠层作为极细纤维的熔喷(meltblown)无纺布并用热压花法进行接合的方法。但是，这些无纺布存在如下的问题：缺乏充实(volume)感，且手感较硬，从而用途受到限制。另外，被称为コフオ一ム的、熔喷无纺布的内部吹入20～30微米左右的短纤维进行复合化而成无纺布也已商品化，已显示出优越的吸声性能(例如参照专利文献2)。但是，装入汽车内装材或电器等中的吸声材虽然进行立体成型的操作较少，但是存在如下的问题：若成型时的拉深较深，则在拉深部的变形较大，无法追随吸声材的变形，从而导致断裂。另外，若为了提高吸声性能而使用极细的纤维，则由于比表面积增加因此存在容易燃烧的问题。尤其，在极细纤维通过熔喷法制作时其通常由聚丙烯制作，因而从原材料的观点考虑存在更容易燃烧的问题，在与电动机等发热体接触的用途上，也产生在安全问题上难以适用的不良情况。
另外，现有的吸声材若增大无纺布的厚度来提高低频域的吸声率，则产生吸声性能在高频域下降的问题。作为其他方法，虽已确认了若在多孔性吸声材表面贴合薄膜状的片则可改善500～1000Hz的低频域的吸声性能，但是产生2000Hz以上的高频域的吸声性能下降的问题。
进而近年来，随着以汽车用途为中心的小型化或轻量化的进步，越来越难以采用使用现有的高单位面积重量的吸声材以重量原则进行隔音的方法，因此，市场急需即使在低频域吸声性能也高的轻量的无纺布。
现状是在这样的状况下还无法得到满足市场需求、在低频区域吸声性能也高、薄且轻量的形态稳定性良好的吸声材。
非专利文献1：建筑材料及其施工方法系列W-5“建筑用吸声材料”子安胜著技术书院发行
专利文献1：特开平6-4075号公报
专利文献2：特开平9-221334号公报
发明内容
本发明的目的在于廉价地提供一种即使在低频域吸声性能也高、薄且轻量的形态稳定性良好的吸声材。尤其，为了与汽车相关的燃料费提高或舒适性改善，而要求轻量且优越的吸声材，本发明的目的也在于提供一种可满足该要求的吸声材。另外，本发明的目的还在于提供一种在空调等要求绝热性的用途上也具有优越的热效率的吸声绝热材。
本发明为了解决所述问题而采用以下的方法。
即，第一发明提供一种吸声绝热材，其特征在于，垂直入射法吸声率的峰值在315～5000Hz之间至少存在一个以上，且峰值吸声率为80％以上的厚度在5～30mm之间。
第二发明提供一种吸声绝热材，其特征在于，由如下的层和短纤维无纺布C通过贯通的多个纤维复合一体化而成，即，所述层通过在以纤维直径为1微米以上且25微米以下的纤维为主体的单位面积重量为10～70g/m2的无纺布A上贴合由熔点为120℃以上的树脂构成的多孔薄膜层B而成，所述短纤维无纺布C的纤维直径为7～50微米、单位面积重量为50～2000g/m2、厚度为4～30mm。
第三发明在第一或第二发明的基础上提供一种吸声绝热材，其特征在于，弗雷泽型透气度在0.05～100cm3/cm2·秒之间。
第四发明在第二或第三发明中的任一项的基础上提供一种吸声绝热材，其特征在于，无纺布A和薄膜层B通过挤压层叠法复合，并通过针刺法与短纤维无纺布C复合一体化。
第五发明在第四发明的基础上提供一种吸声绝热材，其特征在于，通过针刺法所进行的复合，高度为0.3mm以上的线圈在薄膜层B的至少单侧存在5～200个/cm2。
第六发明在第二发明的基础上提供一种吸声绝热材，其特征在于，薄膜层B由聚丙烯或包含聚丙烯、聚乙烯、聚辛烯中的任一种的共聚物构成，且厚度在10～50微米之间。
第七发明在第二至第六发明中的任一项的基础上提供一种吸声绝热材，其特征在于，在薄膜层的至少单面蒸镀有铝。
(发明效果)
本发明的吸声绝热材能够廉价地提供一种即使在低频域吸声性能也高、薄且轻量的形态稳定性良好的吸声材。尤其，为了与汽车相关的燃料费提高或舒适性改善，而要求轻量且优越的吸声材，本发明能够提供一种满足该要求的吸声材，另外，本发明还能够提供一种在空调等要求绝热性的用途上也具有优越的热效率的吸声绝热材。
附图说明
图1是表示本发明吸声材的吸声特性的图表。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明。
本发明所采用的吸声绝热材虽然厚度是5～30mm，非常薄，但是吸声性能优越。
本发明的吸声绝热材优选，在做成以1/3倍频程频率为横轴、以吸声率为纵轴的图表时，在315～5000Hz之间至少存在一个以上，且峰值吸声率为80％以上。要求根据吸声绝热材的使用方式而不同的吸声特性，不过在汽车用途上，更优选垂直入射法吸声率的峰值在100～4000Hz之间，尤其优选在1600～3150之间。特性频率的峰值位置因吸声绝热材的结构或厚度、透气性等而变化。峰值吸声率优选至少是70％以上，尤其优选是90％以上。进而，1000Hz、2000Hz、4000Hz的吸声率分别是20、50、60％以上，但是从对在汽车内的交谈产生的干扰少这一观点考虑，是尤其优选的。通常吸声材的厚度或重量越大越可较高地设定吸声性能，但是由于吸声材设置在汽车内的被限定的空间中，因此厚度受到制约，且从与汽车燃料费的关系考虑要求更轻量的吸声材，因此需要将其结构适当化。
本发明者们发现了如下的事实：通过控制无纺布的结构或厚度等来控制吸声率的峰值位置，由此能够将需要的频率域的吸声效率极大化。
本发明的吸声绝热材优选至少由无纺布和多孔薄膜层复合一体化而成。因为通过复合化能够得到优越的吸声性能。为了控制透气性等而复合包含极细纤维的无纺布层也是优选的方式之一。另外，与纺布或织物等复合化在使用方式上也是更优选的。进而，也可以在该复合无纺布的外侧贴附带有颜色或花纹的外观性好的表层无纺布，可以作为车辆内装材或建筑材的防声材而优选使用。
在本发明中，优选而成，即，以纤维直径为1微米以上且25微米以下的纤维为主体的单位面积重量为20～200g/m2的无纺布A、贴合由熔点为120℃以上的树脂构成的薄膜层B而构成的层、纤维直径为7～50微米、单位面积重量为50～2000g/m2、厚度为4～30mm的短纤维无纺布C通过贯通的多个纤维复合一体化。
无纺布A用于控制薄膜层的加强层或透气度，越较多地包含更细的纤维吸声性能越高，因此是优选的。无纺布整体也可以只由极细纤维构成，但是若含有率过小，则难以得到极细纤维特性的效果，因此不是优选的。另外，加强效果也下降。纤维直径优选是25微米以下，尤其优选是3～18微米以下，最优选是5～16微米左右。纤维的制造方法并不特别地限定，即可以是长纤维也可以是短纤维，不过特别优选是可进行纤维的随机排列且可通过生产成本低廉的熔喷法或纺丝粘合法而得到的无纺布。熔喷无纺布由于强度弱，因此优选采用纺丝粘合无纺布等与加强用无纺布接合的无纺布，或在叠层工序中同时叠层3层以上的无纺布。此时，优选设置为耐磨损性优越的纺丝粘合无纺布在使用时处在表面层侧。熔喷无纺布和纺丝粘合无纺布的压花加工叠层无纺布名为S/M/S或S/M等，在市场上有售，也优选使用它们(S表示纺丝粘合无纺布，M表示熔喷无纺布)。
另外，该无纺布A的单位面积重量优选是20～200g/m2。若单位面积重量小于20g/m2，则难以得到所希望的加强效果或透气度控制效果。若单位面积重量大于200g/m2，则难以得到作为本发明的目的的轻量的吸声材。另外，若适用作为无纺布A层、薄膜层B、短纤维无纺布C层的优选复合方法的针刺法，则容易断针而成为问题。优选在20～50g/m2。用针刺法进行复合化时，若单位面积重量小于20g/m2，则纤维的缠绕度弱，容易产生剥离，从而不是优选的。
薄膜层B优选由熔点为120℃以上的树脂构成。若树脂的熔点低，则不仅可适用的用途受到限定，而且在利用针刺法进行复合化时因针的贯通时的摩擦而发热，树脂卡在钩部分，由此纤维进一步被卡住，引起断针，从而不是优选的。作为熔点为120℃以上的树脂，通常是聚丙烯均聚物，但是作为赋予适度的柔软度而在薄膜变形时不易产生异声的树脂，也尤其优选包含聚丙烯、聚乙烯、聚辛烯中的任一种的共聚物。另外，优选厚度在10～50微米之间，尤其优选是15～30微米。比15微米薄的薄膜通常在机械性强度特性上存在问题，若是30微米以上则不易产生噪声。另外，在利用针刺法进行复合化时，由于30微米以上的薄膜容易引起断针，因此需要注意。若使用针刺法则可在薄膜上开孔，其结果是可控制透气性。
透气度也与吸声性能的峰值频率有关系，不过该关系不明确，但是若薄膜厚度大于30微米，则难以设定为所希望的峰值频率，从而不是优选的。无纺布A和薄膜层B的叠层并特别不限定于粘接剂或热层叠法，但是从粘接强度或加工成本等观点考虑尤其优选将形成薄膜层B的树脂挤压层叠在无纺布A上。当重视绝热性时优选使用蒸镀有铝的薄膜。
本发明的吸声绝热材优选，通过针刺法等，高度为0.3mm以上的线圈在薄膜层B的至少单侧存在5～200个/cm2。薄膜层B若处在吸声绝热材的表面，则有时与其他物质接触时产生摩擦声。可通过在表面上导入纤维线圈来解决该问题。若纤维线圈数小于5个/cm2，则该改善效果小，从而不是优选的。若多于200个/cm2，则由于薄膜层的机械性强度下降，因此不是优选的。
另外，作为构成短纤维无纺布C的原材料并不特别地限定，不过从VOC的问题或再循线圈的观点考虑，优选主成分是聚酯或聚烯烃。为了使形态稳定性良好，而含有10～80％左右的热熔合性纤维或立体卷缩性纤维也是优选的方式之一。优选纤维直径为7～50微米范围内，单位面积重量为50～2000g/m2，厚度为4～30mm。在发明者的研究范围内，纤维直径优选在7～50微米之间，尤其优选在7～20微米之间。纤维直径小于7微米虽然不直接引起较大的问题，但是若考虑梳理(card)机的纺纱性等生产率则不太是优选的。另外，若纤维直径大幅度小于7微米，则本发明的叠层效果小。另外，有时无纺布产生容易起毛等其他问题。另一方面，若纤维直径粗于50微米，则对吸声性能的贡献小，从而不是优选的。所构成的短纤维的长度优选是38mm以上150mm以下，尤其优选在50mm至150mm之间。在本发明者们的研究范围内，纤维长越长越显示优越的吸声率。不过，若纤维长过长则梳理机的纺纱性变差，从而不是优选的。
短纤维可以是单一成分，不过也可以是2种以上的混合物或多成分的复合纤维。若为了调整无纺布的硬度，而使重量成分率为30％左右以下，则即使进一步混合纤维，特性也几乎不变化。若粗的纤维过多，则产生无纺布手感过硬等问题，故不太优选。从尺寸稳定性来说，也优选使用熔点不同的热熔合性纤维。从膨松性的观点考虑，短纤维无纺布的重量基体的填充密度优选在0.005～0.3g/cm3之间。若填充密度过小，则形态稳定性变差，从而不是优选的。若填充密度大于0.3g/cm3，则吸声性变差，变得难以满足本发明的目的。从线圈境问题的观点考虑，也可以使用作为再循线圈无纺布的再生纤维等。原材料可以是天然纤维也可以是刚性纤维，不过当使用亲水性的纤维时需要注意不要沾水。这是因为，若无纺布的空孔由水堵塞，则有时吸声性能下降。
本发明的吸声绝热材优选，弗雷泽型透气度在0.05～100cm3/cm2·秒之间，更优选在1～70cm3/cm2·秒之间，尤其优选在5～50cm3/cm2·秒之间。若本发明的吸声绝热材的弗雷泽型透气度小于0.05cm3/cm2·秒，则在吸声绝热材表面引起声的反射，吸声性能下降，从而不是优选的。若弗雷泽型透气度过大，则难以设定为垂直入射法吸声率的峰值在315～5000Hz之间至少存在一个以上。
本发明的吸声绝热材的单位面积重量优选是80～2000g/m2的短纤维无纺布。若单位面积重量小于80g/m2，则吸声效果小，从无纺布的膨松性等观点考虑不太是优选的。另一方面，若是大于2000g/m2的单位面积重量，则由于厚度变大，因此需要空间，另外，由于重量变重，从而不是优选的。另外，该无纺布的厚度优选在5～30mm之间。若厚度薄于5mm，则由于吸声性能或绝热性能下降，因此不是优选的。厚度越高，越能够提高低频的吸声率，但是若超过30mm，则由于膨松，因此不太是优选的。优选是5～20mm的厚度，从操作性或性价比的观点考虑是优越的。
无纺布的复合一体化方法并不特别地限定，可使用粘接剂或粘接粉等，但是优选利用针刺法或水流交织法进行一体化。针刺法通常作为无纺布加工方法而实施，详细情况在日本纤维机械学会无纺布研究会编集的“无纺布的基础和应用”等中有详细的解说。
使用针刺法来复合化无纺布是公知的，但是或许是若极细且眼均匀化的无纺布和纤维用针穿孔机复合化为比较粗的膨松的短纤维，则在极细纤维无纺布上开孔，导致吸声性能或过滤性能等下降，从而难以得到极细纤维特性，就发明者所知，在市场上无法看到其商品。进行针穿孔加工时，优选使用比38支数细的针(needle)，尤其优选是40～42支数。针优选从短纤维无纺布侧进入，且在包含极细纤维的无纺布的外侧产生短纤维的线圈(loop)。可以知道，包含极细纤维的无纺布的纤维卡在其他物体上，或被其切断而容易起毛，但是短纤维的线圈防止包含极细纤维的无纺布的表面起毛，或作为缓冲层，缓和施加在极细纤维无纺布层上的外力，由此在防止破坏上起作用。另外，也可以知道，在与伸度高于30％的其他无纺布或薄膜等叠层时，通过将该线圈和叠层对象第三原材料粘接，可防止在施加了弯曲或拉伸等外力时包含极细纤维的无纺布被破坏。
为了形成适当的线圈的大小，优选针穿孔的针深度在15mm以下。在15mm以上时，通常无纺布因针及短纤维贯通极细纤维无纺布时的冲击而撕裂，或贯通后的针孔变得过大，因此不太是优选的。针深度也根据针钩的位置不同而不同，但是为5mm以上时，在增加无纺布的交织从而防止剥离上是优选的。刺孔密度优选是5～200条/cm2。若刺孔密度小于30条/cm2，则容易产生无纺布的剥离问题，若大于200条/cm2，则刺孔的开口总面积过大，或容易产生包含极细纤维的无纺布的撕裂或破坏，因而不是优选的。短纤维无纺布层C所复合的无纺布A和薄膜层B的叠层体的任意面朝向短纤维无纺布层C侧进行复合化均可，不过在热粘合性纤维与短纤维无纺布层C混合时，更优选使与热粘合纤维的熔融成分具有良好的粘接性的一方接触。
为了提高绝热性，当使用至少在单面上蒸镀有铝的薄膜层时，铝蒸镀面优选朝向与短纤维无纺布层C相反的方向。绝热材的厚度越大，绝热性高的可能性越大。作为优选的绝热性，尤其优选在厚度为10mm时是60％以上，在20mm时是70％以上。
叠层的吸声材的断裂伸度优选是30％以上，更优选是50％以上，尤其优选是100％以上。30％以下的断裂伸度的无纺布无法追随成型时的变形，通过在极细纤维层等中引起破坏，由此导致吸声率显著下降，因此不是优选的。另外，若在加工工序也具有变形性，则容易避免因应力的控制不良等而被切断等问题。考虑进行成形温度为与室温相差200℃左右的加工，不过若满足本发明的要件，则几乎不存在问题。在本发明的吸声材的构成要素中，由于具有压粘部的无纺布的伸度小，因此优选将该无纺布单体的伸度设定为30％以上。
在本发明的吸声绝热材的表面上与通过带有颜色或打印花纹而具有了外观性的布帛复合也是优选的方式之一。由此，能够在视觉上不与周围产生不谐调感的情况下调和建筑结构物的吸声材或汽车装潢材所使用的吸声材。
无纺布A及短纤维无纺布B优选是难燃型的物质。优选涂敷不含有卤素的磷系难燃剂或进行难燃成分的共聚合。其他成分即使多少具有易燃的倾向，若作为表层的无纺布A层的难燃性高，则也能够使复合体整体的难燃性良好。
实施例
以下，使用实施例及比较例，具体地说明本发明。还有，评价采用了利用以下的方法测定到的值。
(平均纤维直径)以适当的倍率拍摄扫描型电子显微镜照片，测定20条以上的纤维侧面，计测其平均值。当极细纤维无纺布由熔喷法制成时，由于纤维直径的偏差大，因此测定100条以上，采用平均值。
(单位面积重量及填充密度)切割20cm见方的无纺布并测定其重量，将所得的值按每1m2进行换算，作为单位面积重量。求出用20g/cm2的载荷下的厚度除无纺布的单位面积重量而得到的值，并单位换算成g/cm3，从而求出填充密度。
(断裂伸度)将无纺布切割成长度20cm宽度5cm的矩形。在室温25℃下，求出在试料长度10cm、丁字头10cm/分钟的条件下进行了低速拉伸牵引测定时的断裂伸度。
(吸声率)按照JIS A-1405，求出垂直入射法吸声率。
(弗雷泽型透气度)通过JIS L-1096的6.27.1(A法)进行测定。
(绝热性)通过ASTM D-1518D进行测定。
(实施例1)
在平均纤维直径14微米、单位面积重量30g/m2的聚酯制纺丝粘合无纺布(东洋纺织株式会社制エク一レ6301A)上挤压层叠聚丙烯树脂(熔点约170℃)，形成20微米的薄膜层。将包含30重量％的由平均纤维直径14微米、纤维长度51mm、卷缩数12个/英寸的短纤维构成的单位面积重量200g/m2、厚度10mm的热熔合纤维的、聚对苯二甲酸乙二醇酯制热粘合短纤维重叠，使用40支数的针，并利用针刺法实施了刺孔密度50条/cm2、针深度10mm的复合加工后，在比熔合纤维温度高30℃的温度下利用热粘合进行一体化。弗雷泽型透气度是6cm3/cm2·秒。吸声率如图1所示。峰值频率是2000Hz，吸声率是92％，1000Hz、4000Hz的吸声率分别是37％、71％。保温率也是72％，是良好的。
(实施例2)
将实施例1的薄膜变更为蒸镀有铝的聚对苯二甲酸乙二醇酯制的50微米的薄膜(熔点约263℃)，并利用针刺法进行复合化，除此之外以相同的条件作成吸声绝热材。弗雷泽型透气度是6cm0/cm2·秒。峰值频率是2000Hz，吸声率是91％，1000Hz、4000Hz的吸声率分别是39％、68％。保温率也是83％，是良好的。
(比较例1)挤压层叠厚度30微米、熔点约110℃的低密度聚乙烯制薄膜，除此之外，与实施例1相同地作成吸声绝热材。在加工工序中经常产生断针，从而无法进行制造。
(比较例2)在熔喷法无纺布制造工序中将58mm的聚酯短纤维在重量率上形成为15％，利用コフオ一ム法作成厚度10mm、单位面积重量200g/cm2的绝热吸声材。峰值频率未存在于315～5000Hz之间。1000Hz、2000Hz、4000Hz的吸声率分别是23、52、91％。保温率也是52％，较低。
(工业上的可利用性)
本发明能够提供一种在低频域吸声性能也高、薄且轻量的形态稳定性良好的吸声材，可有助于制品的燃料费提高、舒适性改善，能够利用于汽车用途、制冷取暖设备等广泛的用途，对工业界的贡献大。

Claims (7)

1.一种吸声绝热材，其特征在于，垂直入射法吸声率的峰值在315～5000Hz之间至少存在一个以上，且峰值吸声率为80％以上的厚度在5～30mm之间。
2.一种吸声绝热材，其特征在于，由如下的层和短纤维无纺布C通过贯通的多个纤维复合一体化而成，即，所述层通过在以纤维直径为1微米以上且25微米以下的纤维为主体的单位面积重量为10～70g/m2的无纺布A上贴合由熔点为120℃以上的树脂构成的多孔薄膜层B而成，所述短纤维无纺布C的纤维直径为7～50微米、单位面积重量为50～2000g/m2、厚度为4～30mm。
3.如权利要求1或2所述的吸声绝热材，其特征在于，弗雷泽型透气度在0.05～100cm3/cm2·秒之间。
4.如权利要求2或3中任一项所述的吸声绝热材，其特征在于，无纺布A和薄膜层B通过挤压层叠法复合，并通过针刺法与短纤维无纺布C层复合一体化。
5.如权利要求4所述的吸声绝热材，其特征在于，通过针刺法所进行的复合，高度为0.3mm以上的线圈在薄膜层B的至少单侧存在5～200个/cm2。
6.如权利要求2～5所述的吸声绝热材，其特征在于，薄膜层B由聚丙烯或包含聚丙烯、聚乙烯、聚辛烯中的任一种的共聚物构成，且厚度在10～50微米之间。
7.如权利要求2～6中任一项所述的吸声绝热材，其特征在于，在薄膜层的至少单面蒸镀有铝。
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