JP2014005346A

JP2014005346A - 吸音材及び吸音材の製造方法

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Publication number: JP2014005346A
Application number: JP2012141051A
Authority: JP
Inventors: Tatsuhiko Uehara; 建彦上原; Norikazu Makita; 憲和牧田; Naoki Yokouchi; 直樹横内
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 2012-06-22
Filing date: 2012-06-22
Publication date: 2014-01-16
Anticipated expiration: 2032-06-22
Also published as: JP5902565B2

Abstract

【課題】紙を発泡材の一部とする発泡体からなるものにあって、吸音特性が優れた吸音材、及び、吸音材の製造方法を提供する。
【解決手段】パルプ繊維成分と合成樹脂成分と補助剤としての澱粉成分とを発泡させ、多数の空間を形成した発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３より構成された吸音材１Ａであって、前記合成樹脂成分は、メルトフローレイト（ＭＦＲ）が２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂であり、セル構造が疎状態の構造体である。
【選択図】図２

Description

本発明は、パルプ繊維成分と合成樹脂成分と補助剤としての澱粉成分とを発泡材とした吸音材及びその製造方法に関する。

従来より紙を発泡材の一部として利用した発泡体が提案されている（特許文献１、２参照）。この発泡体は、パルプ繊維成分として古紙を使用できるため、紙のリサイクルに好適である。そして、発泡体は、多数の空間を形成した発泡セルが密集状態に配置されるため、空気の通過を適度に阻止でき、良好な吸音材としても期待できる。

特許第３３２６１５６号公報特開２０００−２７３８００号公報

しかしながら、紙を発泡材の一部として利用した発泡体にあって、更に優れた吸音特性を有するものが要望されている。

そこで、本発明は、前記した課題を解決すべくなされたものであり、紙を発泡材の一部とする発泡体からなるものにあって、吸音特性が優れた吸音材、及び、吸音材の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、パルプ繊維成分と合成樹脂成分と補助剤としての澱粉成分とを発泡させ、多数の空間を形成した発泡セルより構成された吸音材であって、前記合成樹脂成分は、メルトフローレイトが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂であることを特徴とする吸音材である。

前記発泡セルは、厚み方向に沿って、表面皮膜層と発泡セル層と表面皮膜層とから構成され、各表面皮膜層は、発泡セル層より発泡密度が高い発泡セルが密集配置され、発泡セル層は、各表面皮膜層より発泡密度が低い発泡セルが密集配置されているものを含む。厚み方向の中間位置には、厚み方向の直交方向に沿って延びる仕切皮膜層を有することが好ましい。

他の本発明は、間隔を置いて吐出口が設けられ、前記各吐出口より吐出された発泡体の発泡領域を規制する規制枠壁が設けられた押出し成形機を使用し、前記押出し成形機にパルプ繊維成分とメルトフローレイトが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂成分と補助剤としての澱粉成分と水を供給し、前記パルプ繊維成分と合成樹脂成分と澱粉成分と水を加熱混練して前記各吐出口より押圧によって吐出させたことを特徴とする吸音材の製造方法である。

本発明によれば、合成樹脂成分は、メルトフローレイト（ＭＦＲ）が高い値であるため、発泡過程にあって、発泡材の流動性が高くなることから各発泡セルが大きく膨らむことができ、これにより多数の空間を形成した発泡セルで、セル構造が疎状態の構造体となる。吸音材が音の振動を受けると、セル構造が疎状態であるため、表皮部分の通気性が上がり、発泡セル内を通過し、各発泡セルが音によって構造全体で振動し、その振動が発泡セルの内部の空気層に入り込み、音を吸収する。以上より、紙を発泡材の一部とする発泡体からなるものにあって、優れた吸音特性が得られる。

本発明の一実施形態を示し、吸音材の外観斜視図である。本発明の一実施形態を示し、吸音材の構造模式図である。本発明の一実施形態を示し、（ａ）は押出し成形機の要部斜視図、（ｂ）は口金部材の正面図である。本発明の一実施形態を示し、各合成樹脂材の物性（ＭＦＲなど）を示す図である。本発明の一実施形態を示し、各種の吸音材における残響室法による吸音率の特性線図である。本発明の一実施形態を示し、各種の吸音材における残響室法による吸音率の特性線図である。本発明の他の実施形態を示し、吸音材の構造模式図である。本発明の他の実施形態を示し、（ａ）は押出し成形機の要部斜視図、（ｂ）は口金部材の正面図である。本発明の他の実施形態を示し、仕切皮膜層を有しない吸音材（口金１段の場合）と仕切皮膜層を有する吸音材とにおける残響室法による吸音率の特性線図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
図１〜図６は本発明の一実施形態を示す。図１に示すように、吸音材１Ａは、偏平長方形の板状発泡体である。吸音材１Ａは、パルプ繊維成分である紙粉末成分と、合成樹脂成分と、補助剤としての澱粉成分であるコーンスターチとを発泡させ、多数の空間を形成した発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３より構成されている（図２参照）。紙粉末成分としては、官製葉書等の古紙を紙粉末繊維状にしたものを使用している。合成樹脂成分としては、メルトフローレイト（以下、「ＭＦＲ」という）が２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎの範囲のポリプロピレン樹脂材を使用している。具体的には、図４に示すように、Ｊ３０００ＧＰ、Ｊ２０００ＧＰ、Ｊ２００３ＧＰ、Ｊ２０４１ＧＡ（いずれも株式会社プライムポリマーの商品名プライムポリプロの一種）のいずれかを使用している。

各発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、内部の空隙がセル皮膜によって被われている。発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３は、その位置によって発泡密度（発泡倍率）が異なり、発泡体１Ａは発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３の密度によって以下のような層構造に形成される。

つまり、吸音材１Ａは、厚み方向に沿って、表面皮膜層２と発泡セル層３と表面皮膜層２とから構成されている。各表面皮膜層２は、極薄厚みであり、発泡セル層３より発泡密度が高い発泡セルＳ２が密集配置されている。各発泡セル層３は、各表面皮膜層２より発泡密度が低い発泡セルＳ３が密集配置されている。

又、各発泡セル層３には、厚み方向の直交方向に沿って等間隔に複数の縦仕切皮膜層５が形成されている。各発泡セル層３は、縦仕切皮膜層５によって分割されている。縦仕切皮膜層５は、発泡セル層３より発泡密度が高い発泡セルＳ２が密集配置されている。

次に、上記発泡体１Ａを製造する押出し成形機１０を説明する。押出し成形機１０は、図３（ａ）に示すように、各発泡材を投入する投入口（図示せず）と、投入された発泡材を混練する混練手段（図示せず）と、混練された発泡材を高温に加熱する加熱手段（図示せず）と、発泡材を押圧する押圧手段（図示せず）と、押圧室の先端側を塞ぐように配置された口金部材１１と、この口金部材１１の外側を囲むように配置された規制枠壁２０とを備えている。口金部材１１は、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、水平方向に等間隔Ｐを置いて配置された複数の吐出口１２を１段有する。各吐出口１２は、水平方向に対し同じ位置に配置されている。規制枠壁２０は、この吐出口１２より吐出された発泡材の発泡領域を規制する。規制枠壁２０は、偏平長方形状の枠である。

次に、発泡体１Ａの製造方法を説明する。押出し成形機１０内に、紙粉末成分とＭＦＲが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎの範囲のポリプロピレン樹脂材と補助剤としてのコーンスターチと水を供給する。そして、紙粉末成分とポリプロピレン樹脂材とコーンスターチと水を加熱混練し、この高温の発泡材を口金部材１１の１段の吐出口１２より押圧によって吐出させる。

すると、高温の発泡材に混入された水が各吐出口１２より吐出された瞬間に気化し、水の蒸気圧により紙粉末成分とポリプロピレン樹脂材とコーンスターチから成る発泡材が発泡する。この発泡は、規制枠壁２０によって規制されるため、規制枠壁２０を断面積とする発泡体１Ａが連続的に押し出される。各発泡セルＳ２，Ｓ３は、紙粉末成分の柔軟性やコーンスターチの粘着性によって適度な発泡を行い空間形成されたものとなる。

また、各吐出口１２から吐出された発泡材は、自由に発泡できず、上記したように規制枠壁２０で発泡形成が抑制されると共に、発泡セル同士が互いに干渉することによって発泡形成が抑制される。具体的には、規制枠壁２０の内周近傍の位置する発泡セルＳ２は、規制枠壁２０で発泡形成が抑制される。これによって表面皮膜層２が形成される。水平方向の隣り合う吐出口１２の中間位置付近の位置する発泡セルＳ２は、互いの発泡セルＳ２同士が衝突（干渉）して発泡形成が抑制される。これによって縦仕切皮膜層５が形成される。これらより内側位置に位置する発泡セルＳ３は、上記発泡セルＳ２に較べて弱い抑制力しか働かない。これによって発泡セル層３が形成される。

上記発泡過程にあって、紙粉末成分の柔軟性やコーンスターチの粘着性のみならず、合成樹脂成分がＭＲＦの高い値のものであるため、発泡材が高い流動性を示し、ＭＦＲの低い値のものに較べて各発泡セルＳ３が大きく膨らむ。これにより、発泡セルＳ３からなるセル構造は疎状態に構成される。又、発泡セルＳ３が大きく膨らむことにより、各発泡セルＳ３の膜厚は、薄いものとなる。

このような構成の吸音材１Ａは、多数の空間を形成した発泡セルＳ２，Ｓ３が密集状態に配置されているため、空気の振動が大きく、また、表皮部分の音の通過を適度に促す。そして、空気の通気によって吸音材１Ａの表面皮膜層２が適度に通気して振動し、この振動が発泡セル層３に伝達される。発泡セル層３は、その発泡セルＳ３が大きく、セル構造が疎状態であるため、各発泡セルＳ３の表皮に近い部分が音によって振動し、その振動が発泡セルＳ３の内部の空気層に入り込み、音を全体で吸収する。

これに加えて、各発泡セルＳ３の膜厚が薄いため、各発泡セルＳ３の膜が振動し易く、膜の振動によっても音を吸収する。以上より、紙を発泡材の一部とする発泡体からなる吸音材１Ａにあって、優れた吸音特性を発揮する。

図５及び図６は、各種の吸音材における残響室法による吸音率測定結果である。図５に示すように、ポリプロピレン樹脂のＪ３０００ＧＰ（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：３０ｇ／１０ｍｉｎ）、Ｊ２０００ＧＰ（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：２１ｇ／１０ｍｉｎ）、Ｊ２００３ＧＰ（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：２１ｇ／１０ｍｉｎ）、Ｊ２０４１ＧＰ（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：２２ｇ／１０ｍｉｎ）は、一般的な吸音材であるフェルトやシンサレートと比較して、大略１０００〜２０００Ｈｚの範囲で高い吸音率を示した。従って、１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの会話明瞭度の領域で高い吸音特性を発揮することが確認された。例えば自動車内に使用する吸音材１Ａとして好適である。特に、Ｊ３０００ＧＰは、１／３オクターブバンド中心周波数１２５０〜２０００Ｈｚの範囲で最大０．８の高い吸音率を示した。

又、ポリプロピレン樹脂のＪ７００ＧＰ（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：８ｇ／１０ｍｉｎ）は、一般的な吸音材であるフェルトやシンサレートに比較して、全ての周波数帯域で低い吸音率しか示さなかった。以上より、紙を発泡材の一部とする発泡体からなるものにあって、発泡材の一部としてＭＦＲが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂を使用した吸音材は、上記した理由によって吸音特性が向上することが確認できた。

図６に示すように、ポリプロピレン樹脂のＨ７００（株式会社プライムポリマーの商品名：プライムポリプロの一種でＭＦＲ：８ｇ／１０ｍｉｎ）は、一般的な吸音材であるフェルトやシンサレートに比較して、２０００Ｈｚ周辺の周波数帯域でわずかに高い吸音率を示したが、それ以外の周波数帯域では低い吸音率しか示さなかった。ＭＦＲが低いＨ７００について、密度を可変して吸音率を測定したが、ほぼ同様の結果しか得られなかった。

以上より、紙を発泡材の一部とする発泡体からなるものにあって、ＭＦＲの値が吸音特性に密接に関係し、ＭＦＲが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎの範囲のポリプロピレン樹脂を使用することによって優れた吸音性能を発揮する吸音材１Ａが得られる。

また、ＭＦＲが高いＪ３０００ＧＰについて、密度を可変して吸音率を測定した。図５は、密度が４２ｋｇ／ｍ^３の場合の特性であり、図６は、密度が３２ｋｇ／ｍ^３の場合の特性である。密度が小さい方がより優れた吸音特性を示した。これにより、ＭＦＲが高い合成樹脂材にあっては、密度も吸音特性に密接に関係することが確認された。

（他の実施形態）
図７〜図９は、他の実施形態を示す。吸音材１Ｂは、パルプ繊維成分である紙粉末成分と、合成樹脂成分と、補助剤としての澱粉成分であるコーンスターチとを発泡させ、多数の密閉された発泡セルＳ１，Ｓ２，Ｓ３より構成されている（図７参照）。紙粉末成分としては、官製葉書等の古紙を紙粉末繊維状にしたものを使用している。合成樹脂成分は、前記第１実施形態と同様である。

図７に示すように、吸音材１Ｂは、前記実施形態のものと比較して構造が相違する。つまり、吸音材１Ｂは、厚み方向に沿って、表面皮膜層２と発泡セル層３と仕切皮膜層４と発泡セル層３と表面皮膜層２とから構成されている。各表面皮膜層２は、極薄厚みであり、発泡セル層３より発泡密度が高い発泡セルＳ２が密集配置されている。各発泡セル層３は、仕切皮膜層４より発泡密度が低い発泡セルＳ３が密集配置されている。仕切皮膜層４は、発泡セル層３及び表面皮膜層２より発泡密度が高い発泡セルＳ１が密集配置されている。仕切皮膜層４は、２層の発泡セル層３の間を連続して仕切っている。仕切皮膜層４は、厚み方向の直交方向に一直線状で、且つ、ほぼ同じ厚みである。

次に、上記発泡体１Ｂを製造する押出し成形機１０を説明する。押出し成形機１０は、図８に示すように、前記実施形態のものと比較するに、口金部材１１に、水平方向に等間隔Ｐを置いて配置された複数の吐出口１２、１３を上下２段有する。他の構成は、同一であるため、重複説明を省略する。図面の同一構成箇所には同一符号を付して明確化を図る。

この吸音材１Ｂでも、前記実施形態と同様の理由によって優れた吸音特性を発揮する。

その上、吸音材１Ｂは、厚み方向の中間位置に、厚み方向の直交方向に沿って延びる仕切皮膜層４を有する。これにより、吸音材１Ｂの発泡セル層３内を伝搬する振動が仕切被膜層４に達すると、仕切被膜層４でランダムな振動が平面振動にリセットされ、その後、更に発泡セル層３内を伝搬することになるため、仕切被膜層４で振動吸収が促進され、更に優れた吸音特性を発揮すると考えられる。

図６において、合成樹脂成分がポリプロピレン樹脂のＨ７００で、構造体の密度が共に３７ｋｇ／ｍ^３の場合について、仕切皮膜層４を有しない吸音材１Ａ（口金１段の場合）と仕切皮膜層４を有する吸音材１Ｂ（口金２段の場合）とにおける残響室法による吸音率測定結果が示されている。仕切皮膜層４が振動吸収に影響を及ぼし、仕切皮膜層４を有する吸音材１Ｂの方が仕切皮膜層４を有しない吸音材１Ａに較べて１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの会話明瞭度の領域の内で高い吸音特性を発揮することが確認された。これにより、仕切皮膜層４による振動吸収効果が確認された。

図６において、合成樹脂成分がポリプロピレン樹脂のＨ７００であり、共に仕切皮膜層４を有する吸音材１Ｂ（口金２段の場合）の場合において、構造体の密度が３７ｋｇ／ｍ^３の場合と構造体の密度が２７ｋｇ／ｍ^３の場合とにおける残響室法による吸音率測定結果が示されている。構造体の密度を小さくすることによって、高い吸音特性を示す周波数領域が広がり、密度による振動吸収効果が確認された。

図９は、合成樹脂成分がポリプロピレン樹脂のＪ３０００ＧＰであり、仕切皮膜層４を有しない吸音材１Ａ（口金１段の場合、４２ｋｇ／ｍ^３）と仕切皮膜層４を有する吸音材１Ｂ（口金２段の場合、３２ｋｇ／ｍ^３）とにおける残響室法による吸音率測定結果である。仕切皮膜層４による振動吸収効果と構造体の密度による振動吸収効果の相乗効果によって、１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの会話明瞭度の領域で高い吸音特性を発揮することが確認された。例えば自動車内に使用する吸音材１Ａとして好適である。

（その他）
この他の実施形態の発泡体１Ｂは、仕切皮膜層４を１箇所に有するが、仕切皮膜層４を２箇所以上有するものであっても良い。仕切皮膜層４は、多ければ多いほど吸音特性の向上になる。

１Ａ，１Ｂ吸音材
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３発泡セル
２表面皮膜層
３発泡セル層
４仕切皮膜層
１０押出し成形機
１２，１３吐出口
２０規制枠壁

Claims

パルプ繊維成分と合成樹脂成分と補助剤としての澱粉成分とを発泡させ、多数の空間を形成した発泡セルより構成された吸音材であって、
前記合成樹脂成分は、メルトフローレイトが２０ｇ^／ _１０ｍｉｎ〜３０ｇ／_１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂であることを特徴とする吸音材。
請求項１記載の吸音材であって、
前記発泡セルは、厚み方向に沿って、表面皮膜層と発泡セル層と表面皮膜層とから構成され、各表面皮膜層は、極薄厚みであり、発泡セル層より発泡密度が高い発泡セルが密集配置され、発泡セル層は、各表面皮膜層より発泡密度が低い発泡セルが密集配置されていることを特徴とする吸音材。
請求項１又は請求項２記載の吸音材であって、
厚み方向の中間位置には、厚み方向の直交方向に沿って延びる仕切皮膜層を有することを特徴とする吸音材。
間隔を置いて配置された吐出口が設けられ、前記各吐出口より吐出された発泡体の発泡領域を規制する規制枠壁が設けられた押出し成形機を使用し、
前記押出し成形機にパルプ繊維成分とメルトフローレイトが２０ｇ／１０ｍｉｎ〜３０ｇ／１０ｍｉｎのポリプロピレン樹脂成分と補助剤としての澱粉成分と水を供給し、前記パルプ繊維成分と合成樹脂成分と澱粉成分と水を加熱混練して前記各吐出口より押圧によって吐出させたことを特徴とする吸音材の製造方法。