JP2008096637A

JP2008096637A - 吸音材

Info

Publication number: JP2008096637A
Application number: JP2006277363A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Hirano; 博之平野
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2006-10-11
Filing date: 2006-10-11
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】低周波域において吸音特性を有し、組立てなどの工程が必要でなく、製品の厚みも必要以上に厚くなく、微粒子や繊維などが散逸するという問題もないクリーンな吸音材を提供する。
【解決手段】吸音材(1)は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂(2)と、該マトリックス樹脂中に分散している繊維状物質(3)とからなる。繊維状物質(3) は全長に亘る中空部(4) を有する。

【選択図】図１

Description

本発明は、連続気泡を有する吸音材に関するものであり、また同吸音材の製造方法および吸音シートの製造方法に関するものである。

従来、吸音材としては発泡ウレタンやグラスウール、ロックウール等が広く用いられている。発泡ウレタン、グラスウール、ロックウールは、連通している複雑な気泡、気孔流路、断面形状を有しており、これに入射した音波エネルギーは内部に伝播していく過程で周辺の壁面に衝突または摩擦を繰り返すことにより、壁面を振動させ、機械的なエネルギーとして吸収され、結果として音波が吸収されることになる。このように上記の材料は吸音材として優れているが、広い周波数領域の全域に対して優れているわけでなく特に高周波域である４０００Ｈｚ以上に対して性能が優れているが、逆に低周波域である５００−２０００Ｈｚに対しては性能が悪い。

低周波域での音波の吸収に対しては、従来、吸音材の背後に空間層を設けたり、穴あきの石膏板を背後の空間層に設置するといった構造的な考慮を施すことで性能を満足させていた。しかし、このような方法の場合、背後に大きな空間層を設ける必要があり、製品の厚さが厚くなり、また組立て作業等も複雑になるという欠点があった。

そこで、低周波域の吸音特性を向上させる吸音材として、特許文献１にはシリカやタルク等の微粒子を通気性のある袋状体に封入した吸音材が提案されている。しかし、これは低周波域で良好な吸音特性を示すものの、その吸収帯域は非常に狭く、袋状体内にあるシリカやタルクが使用中に散逸したり、偏ったりするという欠点があった。この対策として、特許文献２には、マイカ、タルクなどの微粒子を繊維間の空隙に樹脂バインダーで保持した吸音材が提案されている。しかし、この方法によっても微粒子を繊維間の空隙に強固に保持することは困難であり、課題が完全に解決されているわけではない。

また、特許文献３には、合成樹脂とガラス繊維を同量の割合で混合し、得られた混合物を200〜230℃で加熱し、ガラス繊維の反発弾性を利用して膨張させ、繊維多孔質体を得る方法が記載されている。しかし、この方法では、多孔質の状態によっては、特に空間が大きく壁の厚さが厚い場合には、音波エネルギーを壁面で振動・吸収できない現象が起きる。
特開平５−８０７７５号公報特開平８−９５５７６号公報登録実用新案公報第３０２８６３９号

本発明は、上記実情に鑑みて、低周波域において優れた吸音特性を有し、組立てなどの工程が必要でなく、製品の厚みも必要以上に厚くなく、微粒子や繊維などが散逸するという問題もないクリーンな吸音材を提供することを目的としている。

上記目的を達成すべく、請求項１記載の発明による吸音材は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に分散しかつ全長に亘る中空部を有する繊維状物質とからなることを特徴とするものである。

請求項２記載の発明による吸音材は、繊維状物質の全体積に対する中空部の体積の割合（以下、中空率と言う）が５〜７０％であるものである。

音波エネルギーを振動エネルギーに効率よく変換させるためには、発泡体の外層部の気泡だけでなく内層部の気泡にも音波エネルギーを伝播させることが好ましく、発泡体の気泡が連通していない場合は、内層部の気泡に音波エネルギーが伝播しない。したがって、繊維状物質の中空率が大きいほど、音波エネルギーを内層部の気泡に伝播させるのに効果的である。中空率が小さ過ぎると、音波エネルギーが繊維状物質に衝突しても、繊維状物質が振動し音波が反射するだけで、発泡体の内層部に音波エネルギーが伝播せず、結果として十分な吸音性能が発揮されない。逆に中空率が大き過ぎると、繊維としての剛性がなくなり、繊維が中空部を保持することができなくなり、音波エネルギーを振動エネルギーに変換できなくなる。したがって、繊維状物質の中空率は上記範囲５〜７０％であることが好ましく、２０〜５０％であることがさらに好ましい。

繊維状物質の中空部の断面形状は特に限定されず、例えば、１または複数の、円、楕円、多角形、扇形、星形、放射形、これらの組合せ等の断面形状であってよい。断面「田」字形の中空部が好ましい。代表的な例を図３に示す。図３（ａ）は断面略方形の繊維状物質(11)が断面円形の４つの中空部(12)を四隅寄りに有する例を示し、図３（ｂ）は断面略円形の繊維状物質(13)に断面扇形の４つの中空部を各円弧が外側に来るように配した例を示し、図３（ｃ）は断面略円形の繊維状物質(15)が断面略円形の中空部(16)を同心状に有する例を示す。

本発明による吸音材において、熱可塑性樹脂としては、特に限定されないが、ポリオレフィン樹脂が好ましく用いられ、例えばプロピレン単独重合体、エチレン-プロピレンランダム共重合体、エチレン-プロピレンブロック共重合体、プロピレン-α-オレフィン共重合体、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン、線状低密度ポリエチレン、ポリブテン、エチレン-α-オレフィン共重合体、あるいはこれら重合体に混合可能なゴム又は熱可塑性エラストマーを混入したポリマーブレンドを挙げることができる。

繊維状物質は特に限定されるものではなく、合成繊維でも天然繊維でも良い。例えば、カーボン繊維、ガラス繊維、セルロース繊維、アラミド繊維、ポリエステル繊維、ナイロン繊維、ポリプロピレン繊維等が挙げられる。繊維の形状も特に限定されるものでなく、直径は好ましくは１〜６０μｍ程度であり、長さは好ましくは０．０５〜１．０ｍｍ程度である。

本発明による吸音材において、熱可塑性樹脂と繊維状物質の重量割合は、それぞれ２５〜８５重量％と７５〜１５重量％（両者の合計１００重量％）であることが好ましい。繊維状物質の割合が高すぎると、吸音材から繊維状物質が脱落する恐れがある上に、熱可塑性樹脂発泡体の低い割合のため高周波側の吸音率が著しく低下し、好ましくない。繊維状物質の割合が低すぎると、後述する発明の効果が得られにくいことがある。

本発明による吸音材において、発泡体の発泡層における密度は０．０５〜０．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。発泡体が、発泡層とその外側に形成された非発泡のスキン層とからなる場合がある。その場合はスキン層は遮音層として機能し、吸音材に侵入して来た音波をその内層部に導いて吸音することが困難になるので、スキン層を除去し、発泡層だけにおける密度が上記範囲内にあることが好ましい。発泡体がスキン層を有しない場合は、発泡体の発泡層における密度は発泡体そのものの密度である。密度が上記範囲内にないと後述する発明の効果が得られにくいことがある。

本発明による吸音材において、発泡体の発泡層における連続気泡率は４５〜９０％であることが好ましい。スキン層ができる場合はやはりこれを除去し、発泡層だけにおける連続気泡率が上記範囲内にあることが好ましい。発泡体がスキン層を有しない場合は、発泡体の発泡層における連続気泡率は発泡体そのものの連続気泡率である。連続気泡率が上記範囲内にないと後述する発明の効果が得られにくいことがある。

本発明による吸音材において、１５００〜２０００Ｈｚの周波数領域における厚み１０ｍｍ当たりの垂直入射吸音率は０．４以上であることが好ましい。垂直入射吸音率が低過ぎると後述する発明の効果が得られにくいことがある。

請求項３記載の発明は、熱可塑性樹脂と、全長に亘る中空部を有する繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と、発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって溶融混合物を発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法を提供する。

この方法に使用される発泡剤としては、熱分解型化学発泡剤、例えば、アゾジカルボンアミド（ＡＤＣＡ）、ベンゼンスルホニルヒドラジド、ジニトロソペンタメチレンテトラミン、トルエンスルホニルヒドラジド、４，４−オキシビス（ベンゼンスルホニルヒドラジド）等の化学発泡剤、水、二酸化炭素、窒素、有機溶剤等の物理発泡剤が挙げられる。

請求項４記載の発明は、熱可塑性樹脂と、全長に亘る中空部を有する繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と、発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、固定型と可動型からなる金型内における音源側に相当する部分（すなわち、得られた吸音材を遮音すべき位置に設置した際に音波エネルギーが入射する側に来る部分）に不織布を入れておき、上記溶融混合物を金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって溶融混合物を発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法を提供する。

請求項３記載の製造方法では、非発泡層であるスキン層が生成する場合がある。スキン層は遮音機能を示し、吸音材に侵入してきた音波をその内部に導いて吸音することが困難になる恐れがある。そこで、請求項４記載の発明では、金型内の所要位置に予め不織布を入れておき、この金型内に熱可塑性樹脂と中空の繊維状物質と発泡剤からなる溶融混合物を射出して不織布と熱可塑性樹脂を密着させ、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって溶融混合物を発泡させる。

この方法では、不織布は瞬間的には断熱層の役割を果すためスキン層は生成しない。不織布は、特に限定されるものでなく、例えば、ポリエステル系、ポリオレフィン系、アクリル系等の合成樹脂材料からなる不織布が挙げられる。不織布の目付量は好ましくは２０〜３００ｇ/ｍ^２、より好ましくは５０〜２００ｇ/ｍ^２である。

請求項１に係る発明によれば、連続気泡発泡体を構成するマトリックス樹脂中に繊維状物質が分散しているので、吸音材の内部に導入された音波エネルギーは、音波が気泡壁面に衝突ないしは摩擦を繰り返して壁面を振動させることで振動エネルギーに変換されると共に、気泡壁面より気泡内に突出した繊維状物質により低周波域の音波も振動エネルギーに変換され、これにより低周波域において優れた吸音特性が発現される。

また、繊維状物質が全長に亘る中空部を有するので、音波が繊維状物質の中空部を通過する過程で中空部の壁面が低周波数域の音波エネルギーを振動エネルギーに効率的に変換し、さらに発泡体内部に音波エネルギーが侵入して振動エネルギーに一層効率的に変換する。

請求項２に係る発明では繊維状物質の中空率は５〜７０％であるので、発泡体の外層部の気泡だけでなく内層部の気泡にも音波エネルギーを伝播させることができ、これにより音波エネルギーを振動エネルギーに一層効率よく変換させることができる。

請求項３に係る発明によれば、上記のような効果を奏しかつ複雑な形状や３次元的な自由な曲面を有する吸音材を製造することができる。

請求項４記載の発明では、瞬間的には断熱層の役割を果す材料である不織布を金型内に予め入れておくので、この金型内に熱可塑性樹脂と中空の繊維状物質と発泡剤からなる溶融混合物を射出し発泡させると、不織布と熱可塑性樹脂が密着し、遮音機能を示すスキン層は生成しない。これにより、吸音材に侵入してきた音波をその内層部まで導いて効果的に吸音することができる。

つぎに、本発明を具体的に説明するために、本発明の実施例およびこれとの比較を示すための比較例を挙げる。

図１は、本発明に係る吸音材の構造を模式的に示すものである。本発明に係る吸音材(1)は、熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂(2)と、マトリックス樹脂(2)中に分散している多数の繊維状物質(3)とからなる。繊維状物質(3)は全長に亘る中空部(4)を有する。繊維状物質(3)には一対の隣接気泡(5)を連通する連通路に入り込んでいるものがあり、端部が気泡壁面から気泡(5)内に突出しているものもある。

発泡体は、発泡層とその外側に形成された非発泡の非常に薄いスキン層とからなる。発泡体の断面を観察し、スキン層の厚さを正確に把握した上でスキン層を数十μｍの精度で切削除去する。

実施例１
ポリプロピレン樹脂（モンテル社製、グレード：ＰＦ８１４）８５重量部と、ナイロン繊維（東レ社製、中空率２０％の断面「田」字形の中空部を有するＢＣＦナイロン、繊維径：３０μｍ、繊維長さ：１．０ｍｍ）１５重量部を混合し、化学発泡剤の樹脂マスターバッチ化ペレット（永和化成社製「ポリスレンＥＥ２７５Ｆ」）１０重量部を混入しながら、この混合物を同樹脂の融点以上まで加熱した。得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって大気圧下で発泡成形した。その後、成形物を冷却固化させた。こうして、発泡層とその外側に形成された非発泡のスキン層とからなる吸音材（厚み７ｍｍ、密度０．１２８ｇ／ｃｍ^３、連続気泡率５０％）を得た。スキン層を除去し発泡層だけを試験に供した。なお、中空率は繊維の断面を顕微鏡写真撮影し、中空部分の面積の全断面積に対する百分率で表した。

実施例２
ポリプロピレン樹脂（グレード：ＰＦ８１４）の割合を６５重量部、ナイロン繊維の割合を３５重量部に代えた以外、実施例１と同様の操作により、吸音材（厚み７ｍｍ、密度０．０８ｇ／ｃｍ^３で、連続気泡率６５％）を得た。スキン層を除去し発泡層だけを試験に供した。

実施例３
射出の前に、金型内における音源側に相当する部分（すなわち、得られた吸音材を所要位置に設置した際に音源側に来る部分）にポリエステル系不織布を入れておいた以外、実施例１と同様の操作により、厚み７ｍｍの吸音材を得た。

比較例１
比較試験のために、ポリプロピレン６５重量％とポリエステル３５重量％からなる樹脂混合物で形成された不織布（厚み７ｍｍ、密度０．０３６ｇ／ｃｍ^３）製の吸音材を用意した。

比較例２
繊維状物質を、中空部を有しないセルロース繊維に代えた以外、実施例１と同様の操作により、吸音材を得た。スキン層を除去し発泡層だけを試験に供した。

物性測定
実施例１および２、比較例２で得られた吸音材または発泡層、比較例１の不織布について、下記の方法で吸音率、密度および連続気泡率の測定を行った。

ａ）吸音率
実施例１および２、比較例２で得られた吸音材、比較例１の不織布について、５００〜６５００Ｈｚの周波数領域における垂直入射吸音率を求めた。得られた結果を図２のグラフに示す。実施例１および２で得られた吸音材は、低周波域において厚み１０ｍｍ当たり０．４以上の吸音率を示し、優れた吸音特性を発現した。

ｂ）密度
実施例１および２、比較例２で得られた発泡層（発泡体からスキン層を除いたもの）をメスシリンダー内の水中に沈めて、その体積(A) を測定し、また電子天秤を用いてその重量(M) を測定した。発泡層の密度は重量(M) を体積(A) で除することで求められる。

実施例１および２で得られた発泡層の密度は、それぞれ０．１２８ｇ／ｃｍ^３、０．０８ｇ／ｃｍ^３であった。

ｃ）連続気泡率
上記と同様にして、発泡前の混合物の体積と重量からその密度を求めた。発泡前の混合物の密度をρとする。さらに、乾式自動密度計アキュピック１３３０（島津製作所社製）を用いて、発泡層の連続気泡の体積を排除した体積(B) つまり独立気泡を含む発泡層の体積を測定した。

以下の式により、独立気泡率を算出した。

独立気泡率（％）＝（体積B−重量M÷発泡前の混合物密度ρ）／（体積A−重量M÷発泡前の混合物密度ρ）
連続気泡率（％）＝１００−独立気泡率（％）
実施例１および２で得られた発泡層の連続気泡率は、それぞれ５０％、６５％であった。

図１は、本発明に係る吸音材を概略的に示す説明図である。図２は、吸音率と周波数の関係を示すグラフである。図３は、繊維状物質の中空部の断面形状を例示する横断面図である。

符号の説明

(1) 吸音材
(2) マトリックス樹脂
(3) 繊維状物質
(4) 中空部
(5) 気泡
(11)(13)(15) 繊維状物質
(12)(14)(16) 中空部

Claims

熱可塑性樹脂製の連続気泡性発泡体を構成するマトリックス樹脂と、該マトリックス樹脂中に分散しかつ全長に亘る中空部を有する繊維状物質とからなることを特徴とする吸音材。
繊維状物質の全体積に対する中空部の体積の割合が５〜７０％であることを特徴とする請求項１記載の吸音材。
熱可塑性樹脂と、全長に亘る中空部を有する繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と、発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、得られた溶融混合物を固定型と可動型からなる金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって溶融混合物を発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法。
熱可塑性樹脂と、全長に亘る中空部を有する繊維状物質（前者：後者の重量割合２５：７５〜８５：１５）と、発泡剤の有効量とからなる混合物を溶融し、固定型と可動型からなる金型内における音源側に相当する部分に不織布を入れておき、上記溶融混合物を金型内に射出し、ついで、可動型を拡型方向に移動させることによって溶融混合物を発泡させることを特徴とする連続気泡を有する吸音材の製造方法。