JP2006195055A

JP2006195055A - 防音材およびその製造方法

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Publication number: JP2006195055A
Application number: JP2005005044A
Authority: JP
Inventors: Naoyuki Hatano; 直之畑野
Original assignee: Asahi Rubber Inc
Current assignee: Asahi Rubber Inc
Priority date: 2005-01-12
Filing date: 2005-01-12
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2025-01-12
Also published as: JP4757498B2

Abstract

【課題】軽量でありながら形状が維持され、しかも防音性に優れた防音材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の防音材は、ポリウレタンフォームからなり、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３である。また、本発明の防音材の製造方法は、発泡剤の存在下、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを５〜１５質量％、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを３〜７質量％含むポリオール混合物と、イソシアネート化合物とを金型内で反応させて発泡成形する。
【選択図】なし

Description

本発明は、車両などに設けられるポリウレタンフォーム製防音材およびその製造方法に関する。

自動車等の車両においては、エンジンなどの騒音を発生する装置を有しており、この装置から発生する音がキャビン内に伝わることを防止するため、従来から、ポリウレタンフォームを有する防音材がダッシュパネル等のキャビン側に設けられている。その防音材としては、例えば、特許文献１に、高比重の合成樹脂または合成ゴムなどからなる遮音シートとポリウレタンフォームからなる吸音材とを組み合わせたものが記載されている。この防音材では、遮音シートにて遮音性を確保し、吸音材にて吸音性を確保して、全体として防音性に優れたものになっている。
特許第２６５９５７２号公報

しかしながら、遮音シートを有する防音材においては、遮音シートが高比重であるために重く、その結果、この防音材を設けた場合には車両の軽量化を阻害した。また、軽量化のために遮音シートを省いたポリウレタンフォームを防音材として用いた場合には、遮音性に劣るため防音材としての機能を充分に発揮しなかった。さらに、遮音シートを省いた場合には形状を維持させるために、補強材で補強したり、圧縮して剛性を高めたりする必要があったが、そのようにして形状を維持させると吸音性を損ねて防音性が低下するという問題がった。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、軽量でありながら形状が維持され、しかも防音性に優れた防音材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の防音材は、ポリウレタンフォームからなり、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３であることを特徴とする。
本発明の防音材の製造方法は、発泡剤の存在下、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを５〜１５質量％、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを３〜７質量％含むポリオール混合物と、イソシアネート化合物とを金型内で反応させて発泡成形することを特徴とする。
本発明の防音材の製造方法においては、イソシアネート化合物がイソシアネート基を３０〜３５質量％含むメチレンジイソシアネート系ポリイソシアネートであり、
該メチレンジイソシアネート系ポリイソシアネートの量が、ポリオール混合物１００質量部に対して４０〜５０質量部であることが好ましい。

本発明の防音材は、遮音シートを有さないから軽量である。また、遮音シートを有していないにもかかわらず、補強材で補強したり、圧縮したりしなくても形状が維持され、しかも、防音性に優れる。そして、本発明の防音材は、エンジン近傍のダッシュパネルに設ける防音材に適しており、本発明の防音材をダッシュパネルに設けることにより車両を軽量化できる。また、この防音材をルーフ、ドアパネル、トランクルームに設けることもできる。
本発明の防音材の製造方法によれば、軽量でありながら、形状が維持され、しかも防音性に優れた防音材を得ることができる。

はじめに、本発明の防音材について説明する。
本発明の防音材は、ポリウレタンフォームからなるものである。
また、防音材は、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２である。ヤング率が１．５×１０^５Ｎ／ｍ^２以上であることで、防音材の形状が維持されるが、１．５×１０^５Ｎ／ｍ^２未満であると、柔軟すぎて防音材の形状が維持されず、３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２を超えると剛直になって防音材を防音対象物に設けることが困難になる。
ここで、ヤング率は以下の方法により求めた値である。まず、加振器（シェーカ）の上に、測定用の平滑な金属板を取り付け、ある一定加速度（ａ_０）のランダムノイズを加えて動かす。その上に、金属板と同じ底面の試料（ポリウレタンフォーム）を載せ、さらにその上に、加速度ピックアップを取り付けた完全に平らな負荷プレートを載せて、試料上の加速度レベル（ａ_１）を測定する。その際、ａ_０＝１００ｄＢ±１．５（１０^−５ｍ／ｓ^２＝０ｄＢ）、試料形状：幅×長さ＝５０ｍｍ×５０ｍｍ（または１００ｍｍ×１００ｍｍ）、厚さ；１０ｍｍ＜ｈ＜３５ｍｍ、負荷プレートの形状；試料の幅および長さと同じ、負荷プレートの質量；ｍ_Ｄ＝２０ｋｇ／ｍ^２±２％（ただし、ｍ_Ｄには加速度ピックアップの質量を含む。）、測定温度；２０℃とした。
そして、ａ_１／ａ_０の共振曲線を求め、下記式により計算してヤング率を求めた。
ヤング率＝ｆ_０ ^２×４π^２×ｍ×ｈ／Ａ（Ｎ／ｍ^２）
ｆ_０ ^２；共振周波数（Ｈｚ）、ｍ；負荷質量＋試料質量（ｋｇ）、ｈ；試料厚み、Ａ；試料底面積

また、防音材の密度は６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３である。密度がこの範囲にあることで防音性に優れたものになるが、６０ｋｇ／ｍ^３未満であると、最低限の遮音性を確保できず防音性が低くなり、１３０ｋｇ／ｍ^３を超えると、吸音性が低下して防音性が低下する。
さらに、防音材の通気抵抗は１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３である。通気抵抗が１０００Ｎｓ／ｍ^３未満であると、気泡が過剰に連通することになり、最低限の遮音性および機械的強度を確保できない。また、８０００Ｎｓ／ｍ^３を超えると気泡の連通性が低くなり、吸音性を確保できない。ここで、通気抵抗の測定は、サンプルに空気を一定流速で透過させた際のサンプル両側の圧力差を測定することで求められる。

防音材の形状としては、防音材を設ける防音対象物の表面に沿うことが可能であれば制限されないが、通常はシート状である。シート状の防音材においては、その厚さはヤング率、密度、通気抵抗が前記範囲内であれば特に制限されないが、防音性を充分に発揮させる点では、下限厚みが５ｍｍ程度であることが好ましい。

以上説明した防音材は、ポリウレタンフォームからなり、高比重の遮音シートを有していないので軽量である。また、密度が６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３であることから、遮音シートを有していなくてもある程度の遮音性を有している上に、低い遮音性を補うだけの高い吸音性を有しているため、防音性に優れる。さらに、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２であるため、補強材で補強したり、圧縮したりしなくても形状が維持される。

次に、防音材の製造方法の一例について説明する。
まず、金型内表面に、溶剤型離型剤をスプレー塗布等により塗布し、金型を閉じた後、加熱する。そして、金型に設けられた注入口からポリオール混合物とイソシアネート化合物と触媒と発泡剤とを注入し、触媒および発泡剤の存在下でポリオール混合物とイソシアネート化合物とを反応させて発泡成形してポリウレタンフォームからなる防音材を製造する。

この製造方法において、ポリオール混合物は、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを５〜１５質量％、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを３〜７質量％含むものである。ポリオールの種類としては、例えば、ポリプロピレングリコール、ポリテトラメチレングリコール、これらの誘導体などのポリエーテルポリオール、縮合系ポリエステルポリオール、ラクトン系ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオールなどのポリエステルポリオール等が挙げられる。
また、ポリオール混合物には、官能基数が２または３かつ平均分子量が６０００程度の一般的なポリオールが含まれてもよい。

イソシアネート化合物としては、イソシアネート基（−ＮＣＯ）を３０〜３５質量％含むメチレンジイソシアネート系ポリイソシアネート（ＭＤＩ系ポリイソシアネート）であることが好ましい。ただし、イソシアネート化合物としてＭＤＩ系ポリイソシアネートを用いる場合には、ＭＤＩ系ポリイソシアネートの量が、ポリオール混合物１００質量部に対して４０〜５０質量部であることが好ましい。このように、特定量のＭＤＩ系ポリイソシアネートを用いれば、防音材の形状をより維持でき、防音性をより高めることができる。
また、イソシアネート化合物としては、ＭＤＩ系ポリイソシアネート以外のイソシアネート化合物を用いることができる。例えば、トリレンジイソシアネート（ＴＤＩ）、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、トリジンジイソシアネート（ＴＯＤＩ）、ナフタリンジイソシアネート（ＮＤＩ）、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＭＤＩ）、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）、キシリレンジイソシアネート（ＸＤＩ）等のポリイソシアネートなどを用いることができる。

触媒としては、例えば、トリエチルアミンなどのトリアルキルアミン、Ｎ，Ｎ，Ｎ’，Ｎ’−テトラメチル−１，３−ブタンジアミンなどのテトラアルキルジアミン、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジ（２−エチルヘキソエート）などの有機錫化合物等が挙げられる。
発泡剤としては、例えば、水、低沸点炭化水素化合物、低沸点含フッ素化合物等が挙げられ、中でも、環境面から水が好ましい。

この製造方法において、金型の温度は４０〜６０℃であることが好ましい。４０℃未満であると気泡の連通性が不充分になって通気抵抗が８０００Ｎｓ／ｍ^３を超えることがあり、６０℃を超えるとウレタン反応が促進されすぎて連通性が損なわれるおそれがある。

上述した防音材の製造方法では、ポリオール混合物中に、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを５〜１５質量％含むことでポリウレタンの架橋密度を上げることができ、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを３〜７質量％含むことで、気泡の連通性を確保できる。その結果、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３の防音材を得ることができる。したがって、軽量でありながら、形状が維持され、しかも防音性に優れた防音材を得ることができる。

（実施例）
縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍのキャビティが形成される金型を用意し、金型温度を５０℃にした。そして金型内に、ポリオール混合物、イソシアネート基を３２質量％含むＭＤＩ系ポリイソシアネート、触媒である３級アミン、発泡剤である水を含むウレタン原料液を供給した。ここで、ポリオール混合物は、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを１０質量％、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを６質量％含むものであり、イソシアネート化合物の量はポリオール混合物１００質量部に対して４７質量部とした。そして、金型内に供給したウレタン原料液を発泡成形して、ポリウレタンフォームからなる厚さ２５ｍｍの防音材を得た。この防音材は、ヤング率が１．６×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が１０４ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が３０００Ｎｓ／ｍ^３であった。また、この防音材の質量は２．６ｋｇであった。
この防音材のランダム入射吸音率と音響透過損失とを測定した。その結果を図１および図２に示す。また、この防音材を自動車に実装し、エンジン回転数３０００ｒｐｍ時、６０００ｒｐｍ時のエンジン音の透過損失を残響室にて測定した。その結果を図３および図４に示す。

なお、ランダム入射吸音率は、ＪＩＳＡ１４０９に基づく残響室給音率の測定方法に基づき、２５０〜８０００Ｈｚにおける損失係数を測定して求めた。また、音響透過損失は、防音材の一方の面に向けて垂直に音を発射し、防音材の他方の面から漏れ出た音を測定して求めた。ランダム入射吸音率と音響透過損失のいずれも、その値の高い方が高性能であることを示す。
また、自動車実装時のエンジン音の透過損失測定においては、ダッシュパネルのキャビン側に防音材を設け、防音材表面から漏れ出た音を測定して求めた。

（従来例）
縦１０００ｍｍ、横１０００ｍｍ、厚さ２５ｍｍのキャビティが形成される金型を用意し、そのキャビティ内に厚さ２ｍｍのＥＰＤＭ製遮音シートを配置した。そして、金型温度を５０℃にし、その金型内に、ポリオール混合物、イソシアネート基を４０質量％含むＭＤＩ系ポリイソシアネート、触媒である３級アミン、発泡剤である水を含むウレタン原料液を供給した。ここで、ポリオール混合物は、平均分子量が６０００のポリオールを８０質量％、平均分子量が３０００のポリオールを２０質量％含むものであり、イソシアネート化合物の量はポリオール混合物１００質量部に対して３０質量部とした。その後、発泡成形して、ポリウレタンフォーム製吸音材を得た。この防音材は、ヤング率が１．５×１０^５〜３．０×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が１０４ｋｇ／ｍ^３であった。また、この防音材の質量は４．６ｋｇであった。
この防音材のランダム入射吸音率、音響透過損失の測定結果を図１および図２に示す。また、自動車実装時におけるエンジン音の透過損失の測定結果を図３および図４に示す。

実施例の防音材は、図２に示すように遮音性が低いが、図１に示すようにそれを補うだけの高い吸音性を有していた。その結果、図３および図４に示すように、実施例の防音材は、自動車実装時におけるエンジン音の透過損失が従来例の防音材とほぼ同等であった。自動車実装時におけるエンジン音の透過損失は防音性を示しているから、実施例の防音材と従来例の防音材とで防音性がほぼ同等であるといえる。
このように、実施例の防音材は、遮音シートを有していないにもかかわらず、従来例の防音材と防音性がほぼ同等であった。また、実施例の防音材はヤング率が１．５×１０^５であったので、補強材で補強するなどしなくても形状を維持できた。さらに、実施例の防音材は、遮音シートを有していないので軽量であった。

実施例および従来例の防音材におけるランダム入射吸音率のグラフである。実施例および従来例の防音材における音響透過損失のグラフである。実施例および従来例の防音材における自動車実装時のエンジン（３０００ｒｐｍ）音の透過損失のグラフである。実施例および従来例の防音材における自動車実装時のエンジン（６０００ｒｐｍ）音の透過損失のグラフである。

Claims

ポリウレタンフォームからなり、ヤング率が１．５×１０^５〜３．５×１０^５Ｎ／ｍ^２、密度が６０〜１３０ｋｇ／ｍ^３、通気抵抗が１０００〜８０００Ｎｓ／ｍ^３であることを特徴とする防音材。
発泡剤の存在下、官能基数が４または５かつ平均分子量が５００〜６００のポリオールを５〜１５質量％、官能基数が２または３かつ平均分子量が３０００〜４０００のポリオールを３〜７質量％含むポリオール混合物と、イソシアネート化合物とを金型内で反応させて発泡成形することを特徴とする防音材の製造方法。
イソシアネート化合物がイソシアネート基を３０〜３５質量％含むメチレンジイソシアネート系ポリイソシアネートであり、
該メチレンジイソシアネート系ポリイソシアネートの量が、ポリオール混合物１００質量部に対して４０〜５０質量部であることを特徴とする請求項２に記載の防音材の製造方法。