JP2016500831A - 吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法 - Google Patents

吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法に関し、より詳細には、入射された音響エネルギーの粘性損失を誘発できるように、広い表面積と空気層を形成して吸音率及び透過損失を向上し、少ない量の繊維を使いながらも優秀な吸音性能を発現できるため、軽量化の設計が可能であり、反発弾性を有するバインダー繊維を使用して繊維の間の十分な結束力を維持できると同時に、繊維構造体に伝達される音響エネルギーの粘性損失を極大化させて吸音性能を向上することができる、吸音材及びその製造方法に関する。

Description

本発明は、吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法に関するもので、より詳細には、自動車部品や車体の内外装材で附着され、外部からの騷音が車両内に流入されることを遮断し、モーター部品を使う電子製品などにも騷音遮断性能を向上させるために使用できる、吸音性能が優れた吸音材に関する。
一般的に、自動車に流入される騷音は、エンジンで発生した音が車体を通じて流入される騷音と、タイヤと路面との接触時に発生される騷音が車体を通じて流入される騷音に分けられる。このような騷音を改善する方法として、吸音性能を改善することと遮音性能を改善する二つの方法があるが、吸音とは、発生した音響エネルギーが素材の内部経路に沿って伝達されながら熱エネルギーに変換されて消滅することであり、遮音は発生した音響エネルギーが遮蔽物によって反射され、遮断されることである。
このような音響の特性によって、通常車両のNVH(Noise、Vibration ＆ Harshness)性能を向上させるために、高級車種では主に高中量、高厚度の吸音材を使用している。しかし、このような吸音材を使う場合、騷音は減少されるが、車両の重量を増加させるので、燃費を阻害する問題がある。
また、従来吸音材の問題点を克服するために繊維の厚さを薄くして孔隙率を向上させ、これによって吸音性能は向上させながら繊維集合体の重量を低減させる方法が開発されている。しかし、これもまた所期のNVH性能を向上させるためには繊維集合体の面蜜度を向上しなければならない短所がある。
また、不織布形態の繊維集合体を製造するためには、単繊維とバインダー繊維を適切な割合で混合して製造する。バインダー繊維は、普通、内層はレギュラーポリエステル、外層は低融点ポリエステルを複合放射した単繊維が使われている。
しかし、このような従来の低融点ポリエステルバインダー繊維を使うと繊維集合体が堅くなるので、音波の伝達によって発生する、マトリックス構造に伝達される震動が充分に減殺できず、主に低周波領域の吸音率が低下される問題があった。
技術的課題
本発明は、前記のような問題点を解決するために案出されたもので、本発明の目的は、入射された音響エネルギーの粘性損失と消散経路を極大化することができる広い表面積と空気層を形成して吸音率及び透過損失を向上させ、少ない量の繊維を使用しても優秀な吸音性能を具現することができて軽量化の設計が可能な吸音材及びその製造方法を提供することである。
ひいては、繊維の間の十分な結束力を維持できながらも成形性を向上し、反発弾性率が向上されて究極的にはマトリックス内部に伝達される音響エネルギーに対する震動減殺能力が優れた吸音材及びその製造方法を提供することにその目的がある。
技術的解決方法
前述した課題を解決するために、本発明は、下記の式１を満たす多形断面繊維；及び多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む繊維集合体を不織布形態に成形する吸音材の製造方法を提供する。
Figure 2016500831
 (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
本発明の好ましい一実施例によると、前記式１の値が２.６以上を満たす多形断面繊維を含んで製造することができる。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記式１の値が３.０以上を満たす多形断面繊維を含んで製造することができる。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維は、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形及び波形からなった群から選択されたいずれか一つである。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維の長さは３５ないし６５mmである。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記バインダー繊維は弾性回復率が５０ないし８０％である低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を含み、前記吸音材の反発弾性率は５０ないし８０％である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記バインダー繊維は前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を一成分として複合放射した複合繊維である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系及びポリウレタン系からなった群から選択されたいずれか一つ以上である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、テレフタル酸ジメチル(Dimethyl Terephthalate：DMT)とイソフタル酸ジメチル(Dimethyl isophthalate：DMI)、または、テレフタル酸(Terephthalic Acid：ＴＰＡ)とイソフタル酸(Isophthalic Acid：ＩＰＡ)を酸成分(Diacid)に、 １，４-ブタンジオール(1,4-Butanediol： 1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(Polytetramethyleneglycol：ＰＴＭＧ)をジオール成分(Diol)にしてエステル化及び重合段階を通じて製造することができる。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維５０ないし８０重量％、及びバインダー繊維２０ないし５０重量％を含むことができる。
また、本発明は下記の式１を満たす多形断面繊維；及び多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む吸音材を提供する。
Figure 2016500831
 (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
本発明の好ましい一実施例によると、前記式１の値が２.６以上を満たす多形断面繊維を含むことができる。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維は、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形及び波形からなった群から選択されたいずれか一つである。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維の長さは３５ないし６５mmである。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記多形断面繊維の繊度は１.０ないし７.０Deである。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記バインダー繊維は、弾性回復率が５０ないし８０％である低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を含み、前記吸音材の反発弾性率は５０ないし８０％である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記バインダー繊維は前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を一成分として複合放射した複合繊維である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系及びポリウレタン系からなった群から選択されたいずれか一つ以上である。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記吸音材は多形断面繊維５０ないし８０重量％及びバインダー繊維２０ないし５０重量％を含むことができる。
本発明の好ましい他の一実施例によると、前記式１の値が３.０以上を満たす多形断面繊維を含むことができる。
以下、本発明で使用した用語について説明する。
本発明で使った波形多形断面繊維とは、断面の形象が波状をしている繊維を意味し、具体的にその形象は図５のようである。
有利な効果
本発明の吸音性能が優れた吸音材は、入射された音響エネルギーの粘性損失を誘発できるように、広い表面積と空気層を形成して吸音率及び透過損失を向上することができる。また、少ない量の繊維を使って優秀な吸音性能を発現することができて軽量化設計が可能であり、反発弾性を有するバインダー繊維を用いて繊維の間の十分な結束力を維持することができると同時に、繊維構造体に伝達される音響エネルギーの粘性損失を極大化して吸音性能を向上することができる。
よって、自動車、汽車、船舶、航空機などの輸送用全般にわたって使われるだけでなく、モーター部品を使う電子製品などにも騷音遮断性能を向上するために使うことができる、吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法を提供することができる。
本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる六角星状の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる３棒扁平型の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる６葉形の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる８葉形の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる波形の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる８葉形の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による吸音材に含まれる８葉形の多形断面繊維である。 本発明の好ましい一具現例による８葉形の多形断面繊維を例えてＬ、Ｗを示した図面である。
発明の実施のための最善の形態
以下、本発明を添付の図面を参考にして、より詳細に説明する。
前述したように、従来の繊維構造体吸音材は、孔隙率及び音波消散経路を増大させて吸音性能及び遮音性能を向上するために繊維集合体の面密度及び厚さを増加させるため、車両の重量が大きくなるしかなく、燃費を阻害する問題があった。また、従来の繊維構造体吸音材に使われる低融点ポリエステルバインダー繊維を使用すると、繊維集合体が堅くなるので音波の伝達によって発生する、マトリックス構造に伝達される震動が充分に減殺できず、低周波の吸音率が低下する問題があった。
ここで、本発明では、下記式１を満たす多形断面繊維；及び多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む吸音材を提供することで前述した問題の解決を講じた。
Figure 2016500831
 (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
これを通じて、入射された音響エネルギーの粘性損失を誘発できるように、広い表面積と空気層を形成して吸音率及び透過損失を向上することができる。また、少ない量の繊維を使って優れた吸音性能を発現することができて軽量化設計が可能であり、反発弾性を有するバインダー繊維を使って繊維の間の十分な結束力を維持することができると同時に、繊維構造体に伝達される音響エネルギーの粘性損失を極大化させて吸音性能を向上することができる。したがって、自動車、汽車、船舶、航空機などの輸送用全般にわたって使われるだけでなく、モーター部品を使う電子製品などにも騷音遮断性能を向上するために使うことができる、吸音性能が優れた吸音材及びその製造方法を提供することができる。
一般的に、音波は特定材料と摩擦すると、粘性損失が生じるようになり、これは音波の機械的エネルギーが熱エネルギーに変換され、結局騷音が減少する結果をもたらす。同じ重量の繊維集合体に入射される音波に対するエネルギー損失率を高めて騷音を減少させるためには、音波の粘性損失が発生する繊維の表面積が増加するほど有利である。
Figure 2016500831
 (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
本発明で使われる多形断面繊維は、前記のように計算されるηの値が１.５以上を満たすもので、既存の繊維構造体の吸音材に使われる繊維に比べて広い表面積が確保され、吸音率及び透過損失を向上することができる。ηの値が１.５未満の場合、繊維表面積が小さいので、効果的に吸音性能を具現するためには、多量の繊維が必要であり、軽量化の設計が不可能な問題がある。ηの値が大きいほど、繊維表面積が広いことを意味するので、より好ましくは、本発明で使われる多形断面繊維は前記ηの値が２.６以上であり、さらに好ましくは３.０ないし７.０である。本発明で使われる多形断面繊維のηの値が ７.０を超過する場合、口琴製作費用の増加、冷却效率向上に関連する設備の入れ替え、固化速度の改善のための高分子改質、生産性低下などによって結果的に製造費用の上昇をもたらす問題が発生することがある。
前記ηの値が１.５以上を満たす本発明で使われる多形断面繊維は、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形、または波形などの単独または混合形態であり得る。前記波形の場合、ηの値が１.５以上を満たすと波形の中で折られる地点の数、断面の長さと幅などの具体的形象は変わることができる。前記波状の中で折られる地点の数は、断面の長手方向へと方向が変わる地点を意味し、例えば、図５の波形多形断面繊維は折られる地点の数が４個である。
具体的に、図１は本発明の好ましい一具現例による六角星状の多形断面繊維で、ηの値が１.５１であり、図２は本発明の好ましい一具現例による３棒扁平型の多形断面繊維で、ηの値は１.６０である。また、図３は本発明の好ましい一具現例による６葉形の多形断面繊維で、ηの値は１.９３であり、図４は本発明の好ましい一具現例による８葉形の多形断面繊維で、ηの値は２.５０であり、図５は本発明の好ましい一具現例による波形の多形断面繊維で、ηの値は２.５５であり、図６は本発明の好ましい一具現例による８葉形の多形断面繊維で、ηの値は２.８であり、図７は本発明の好ましい一具現例による８葉形の多形断面繊維で、ηの値は３.２である。
一般の円形断面繊維のηの値は１.０であって、表面積が充分に広くないため吸音率及び透過損失が顕著に落ちるし(比較例１参照)、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形または波形形態の多形断面繊維であっても、ηの値が１.５以上を満たさないと音響エネルギーの粘性損失を発生させられる表面積が十分ではないので、本発明の吸音材に使われる多形断面繊維として相応しくない(比較例２ないし５参照)。
より好ましくは、本発明で使われる多形断面繊維はL/Wの値が２乃至３である。Lは繊維の縦方向に対する長さのLengthの略字で、Wは頂点と頂点をつなぐ横方向に対する長さのWidthの略字を示す。具体的に、図８は８葉形多形断面繊維を例えて、L、Wの値を示したもので、８葉形多形断面繊維の断面の場合、長さの長い方向が縦方向とした時、その長さをL、長さが短い３個の模様で頂点の間の距離をWと示すことができる。
また、本発明で使われる多形断面繊維は、より好ましくは頂点の数が６乃至８個でもありえる。ただし、前記L/Wまたは頂点の数に特に限定されず、ηの値が１.５以上を満たす多形断面繊維なら好ましい。
前記多形断面繊維の長さは３５ないし６５mmであり、３５mm未満の場合は、繊維間の間隙が広くなって繊維集合体への形成及び生産が難しく、過度な孔隙率によって吸音及び遮音性能が低下される問題があり得るし、６５mmを超過する場合、繊維間の間隙が狭すぎるようになって孔隙率が低下され、吸音率を低下させることがある。さらに、前記多形断面繊維の繊度は１.０ないし７.０Deであり、繊度が小くなるほど吸音性能の向上には効果的である。多形断面繊維の繊度が１.０De未満の場合、目標とする断面の最適形象を制御することに問題があり得るし、７.０De(denier)を超過する場合、不織布の製造工程上に困難が生じ、繊維集合体に製造された時に吸音性能が低下される問題があり得る。
本発明の吸音材に含まれる前記多形断面繊維の材質としては、好ましくはポリエチレンテレフタレート(Polyethylene Terephthalate、ＰＥＴ)が使われることができるが、これに特に限定されず、ポリプロピレン(Polypropylene、ＰＰ)、レーヨンなど繊維形態で放射されることができて、吸音材として使われることができるポリマーなら好ましく使われる。
また、本発明の吸音材は、多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維を含む。
前記バインダー繊維は、繊維構造体の製造時、通常使われるバインダー繊維を使うことができ、繊維だけでなくパウダーの形で使われることもでき、より好ましくは低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を含むことができる。エラストマー(Elastomer)とは、一般的にゴム類のように弾性が優れた高分子材料を言い、つまり、外力を加えて引っぱれば伸びるし、外力を除くと本来の長さに戻る性質を有する高分子を意味する。本発明で使われる好ましい低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、５０ないし８０％の弾性回復率を示す。弾性回復率が５０％未満の場合、繊維集合体が堅くなり、柔軟性が不足して吸音性能が低下されることがあり、８０％を超過する場合は、重合物自体の製造費用の上昇だけでなく繊維集合体製造時の加工性が落ちる問題があり得る。
従来は、バインダー繊維が溶融され、主繊維を結束させると、繊維集合体が堅くなるので、音波の伝達によって発生する、マトリックス構造に伝達される震動が充分に減殺できず、吸音率が低下される問題があったが、本発明は繊維集合体のバインダー繊維を弾性回復率が５０ないし８０％である低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を含むようにして繊維構造体の反発弾性率(ＡＳＴＭＤ３５７４)を５０ないし８０％まで増加させ、究極的にはマトリックス内部に伝達される震動減殺能力が向上して吸音率及び透過損失を向上することができる。
前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系、またはポリウレタン系などの単独または混合形態でありえる。
また、さらに好ましくは、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、テレフタル酸ジメチル(Dimethyl Terephthalate：DMT)とイソフタル酸ジメチル(Dimethyl isophthalate：DMI)、またはテレフタル酸(Terephthalic Acid：ＴＰＡ)とイソフタル酸(Isophthalic Acid：ＩＰＡ)を酸成分(Diacid)に、１，４-ブタンジオール(1,4-Butanediol：1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(Polytetramethyleneglycol：ＰＴＭＧ)をジオール成分(Diol)にして、エステル化及び重合段階を通じて製造することができる。
前記酸成分(Diacid)は、テレフタル酸ジメチル(Dimethyl Terephthalate：DMT)とイソフタル酸ジメチル(Dimethyl isophthalate：DMI)、またはテレフタル酸(Terephthalic Acid：ＴＰＡ)とイソフタル酸(Isophthalic Acid：ＩＰＡ)を使うことで、テレフタル酸ジメチル(DMT)とテレフタル酸(ＴＰＡ)はジオール成分と反応して結晶領域を形成し、イソフタル酸ジメチル(DMI)とイソフタル酸(ＩＰＡ)はジオール成分と反応して非結晶領域を形成して低融点機能と弾性力を付与する。
前記テレフタル酸ジメチル(DMT)とイソフタル酸ジメチル(DMI)の混合比は、モル比０.６５〜０.８０：０.２〜０.３５で製造されることが好ましく、テレフタル酸(ＴＰＡ)とイソフタル酸(ＩＰＡ)の混合比もモル比０.６５〜０.８０：０.２〜０.３５で製造されることが好ましい。前記イソフタル酸ジメチル(DMI)とイソフタル酸(ＩＰＡ)のモル比が前記範囲より少なく使われると弾性回復率が低下されることがあり、低融点機能が表れないこともあり、イソフタル酸ジメチル(DMI)とイソフタル酸(ＩＰＡ)のモル比が前記範囲より多く使われると物性が低下されることがある。
前記ジオール成分(Diol)は、１，４-ブタンジオール(1,4-Butanediol：1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(Polytetramethyleneglycol：ＰＴＭＧ)を使うことで、１，４-ブタンジオールは酸成分と反応して結晶領域を形成し、ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)は酸成分と反応して非結晶領域を形成し、低融点機能と弾性力を付与する。
前記１，４-ブタンジオール(1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)の混合比は、モル比０.８５〜０.９５：０.０５〜０.１５で製造されることが好ましい。前記ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)のモル比が前記範囲より少なく使われると弾性回復率が低下されることがあって、低融点機能が表れないこともあるし、ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)のモル比が前記範囲より多く使われると、物性が低下されることがある。１，４-ブタンジオール(1,4-BD)は前記範囲内でエチレングリコール(EG)と混合して使うことができる。
また、前記ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)の分子量は、１５００〜２０００であることを使うことが好ましい。前記ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)が前記分子量の範囲を超えると、製造される低融点(LM)エラストマー(Elastomer)の弾性力及び物性が使用するに適していないこともある。
前記酸成分とジオール成分は、モル比０.９〜１.１：０.９〜１.１で混合して重合されることが好ましい。前記酸成分とジオール成分の中でいずれか一つの成分があまりにも多く混合されると、重合に使われず捨てられることになるので、前記酸成分とジオール成分は似たような量で混合されることが好ましい。
前記のように、テレフタル酸ジメチル(DMT)、イソフタル酸ジメチル(DMI)を酸成分(Diacid)に、１，４-ブタンジオール(1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)をジオール成分(Diol)に製造する低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は、融点１５０〜１８０℃、弾性回復率５０〜８０％で製造される。
また、本発明の吸音材のバインダー繊維は、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)を一成分にして複合放射した複合繊維である。より好ましくは、シース-コア(sheath-core)型、またはサイドバイサイド(side by side)型の複合繊維であることができ、シース-コア(sheＡth-core)型複合繊維を形成する場合、前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)をシース成分に、一般ポリエステルをコア成分にすることができる。一般ポリエステルは、製造単価を下げて、繊維を支持する機能をし、低融点(LM)エラストマー(Elastomer)は弾性力と低融点機能が発現されるようにする。
前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)と一般ポリエステルの重量比は、４０：６０〜６０：４０で製造されることが好ましい。前記低融点(LM)エラストマー(Elastomer)が重量比４０未満に含まれると、弾性力と低融点機能が低下されることがあり、重量比６０を超過すると、製造単価が高くなる問題がある。
前記吸音材は、多形断面繊維５０ないし８０重量％、及びバインダー繊維２０ないし５０重量％を含むことができる。多形断面繊維の含量が５０重量％未満の場合には、繊維の表面積が縮小されて最適の吸音及び遮音性能を具現することができないことに対して、多形断面繊維の含量が８０重量％を超過すると、相対的にバインダー繊維の含量が２０％未満となって、繊維の間の十分な結束力を維持することができなくなって、これにより吸音材を任意の形に成形しにくく、マトリックス構造が強健ではないので、音波の伝達によって発生するマトリックス構造に伝達される震動が充分に減殺されず、低周波の吸音率が低下されることがある。バインダー繊維の含量が２０ないし５０重量％に増加することによって、反発弾性率(ＡＳＴＭＤ３５７４)は５０ないし８０％まで増加することになる。
このように、吸音性能が優れた多形断面繊維構造体は、下記の式１を満たす多形断面繊維；及び多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む繊維集合体を不織布形態に成形する吸音材の製造方法を通じて製造する。
Figure 2016500831
 (Ａ：繊維断面積 (μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
吸音材を製造するためには、前記多形断面繊維とバインダー繊維が含まれた繊維集合体を、ニードルパンチング工程または熱接着工程など、通常の繊維構造体吸音材の製造工程を通じて特定の面蜜度を有する不織布の形態に成形して製造することができる。本発明の吸音材の製造方法に同一に適用される前述の多形断面繊維及びバインダー繊維に対する詳細な説明は、以下省略する。
発明の実施のための形態
以下、実施例を通じて、本発明をさらに具体的に説明するが、下記実施例によって本発明の範囲が制限されることではなく、これは本発明の理解を助けるためのことに解釈されるべきであろう。
実施例１.
ポリエステル素材の６.５De、６１mm、強度５.８g/D、伸度４０％、クリンプ数 １４.２個/inch、８葉形(図４、η=２.５)多形断面繊維とバインダー繊維であるポリエステル系低融点(LM)エラストマーを含むシース-コア型複合繊維を８：２の重量比になるように混合した後、重量を一定に調節してニードルパンチング工程を経て物理的に交絡した後、通常の熱接着工程を経て厚さ２０mm、面密度１６００g/m２の不織布形態の繊維集合体を製造した。製造された吸音材の反発弾性率は５５％を示した。
前記バインダー繊維のポリエステル系低融点(LM)エラストマーを含むシース-コア型複合繊維は、ポリエステル系低融点(LM)エラストマーをシース成分とし、ポリエステル系低融点(LM)エラストマーは、酸成分としてテレフタル酸７５モル％とイソフタル酸２５モル％を混合した混合物を使用し、ジオール成分としてポリ(テトラメチレンエーテル)グリコール８.０モル％、１，４-ブタンジオール９２.０モル％を混合した混合物を使って、前記酸成分と前記ジオール成分をモル比１：１で混合し、重合させて製造した。このように製造された低融点(LM)エラストマーは、５０℃の融点と１.４の固有粘度及び８０％の弾性回復率を有する。コア成分としては、２６０℃の融点と０.６５の固有粘度を有するポリエチレンテレフタレート(ＰＥＴ)を使い、前記ポリエステル系低融点(LM)エラストマーと一般ＰＥＴを複合放射できる複合放射口琴を利用して放射温度２７５℃、巻取速度１、０００m/minで放射、及び７７℃で３.３倍の延伸処理を行い、１４０℃で最終熱処理して繊度６D、強度３.０g/D、伸度８０％、クリンプ数１２個/inch、繊維長６４mmの複合繊維を製造した。
実施例２.
厚さ２０mm、面密度１２００g/m２の不織布形態の繊維構造体を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例３.
六角星状(図１、η=１.５１)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例４.
３棒扁平型(図２、η=１.６０)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例５.
６葉形(図３、η=１.９３)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例６.
波形(図５、η=２.５５)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と等しく実施して製造した。
実施例７.
８葉形(図６、η=２.８)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例８.
８葉形(図７、η=３.２)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
実施例９.
バインダー繊維として低融点ＰＥＴ繊維を使用したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。製造された吸音材の反発弾性率は３０％を示した。
比較例１.
円形(η=１.０)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
比較例２.
五角星状(η=１.３０)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
比較例３.
波形(η=１.４２)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
比較例４.
Y型(η=１.２６)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
比較例５.
六角星状(η=１.４１)の多形断面繊維を使用して吸音材を製造したことを除いて、実施例１と同様に実施して製造した。
<実験例>
前記実施例１ないし９、及び比較例１ないし５によって製造された吸音材の吸音及び遮音性能を評価するために、下記の測定方法に従って実験を行い、その結果を表１ないし２に示した。
１. 吸音率
吸音率を測定するためにISO R ３５４、Ａlpha Cabin法に適用できる試片としてそれぞれ３枚ずつ製造して吸音係数を測定し、測定された吸音係数の平均値を表１に示した。
２. 透過損失
遮音効果を測定するために、透過損失係数の評価装備であるＡＰＡＭＡＴ-IIに適用できる試片としてそれぞれ３枚ずつ製造して挿入損失を測定し、測定された挿入損失の平均値を表２に示した。
３. 弾性回復率
弾性回復率は、インストロン(Instron)を使用して、厚さ２mm、長さ１０cmのダンベル(Dumbbell)状の試料を２００％/分の速度で２００％伸長した後、５秒待機し、同一速度で回復した後の伸長された長さを測定し、下記式で求めた。
Figure 2016500831
４. 反発弾性率(Ball Rebound)
一定の高さから試験片に鉄の玉を落とし、反発されて跳ね上がる高さを測定した (JIS K-６３０１、単位：％)。試験片は、一辺の長さが５０mm以上、厚さ５０mm以上の正方形に製作し、重さ１６g、直径１６mmの鋼鉄のボールを５００mmの高さから試験片に落下させて最大に反発する高さを測定した後、３つの各々の試験片で１分以内に連続して最小３回以上の反発値を測定し、中央値を反発弾性率(％)とした。
Figure 2016500831
Figure 2016500831
前記表１ないし２から分かるように、実施例１ないし９及び比較例１ないし５の吸音、遮音性能の測定結果を比べることで、繊維の表面積が広くなるほど繊維集合体の吸音及び遮音性能が向上することに示された。
具体的に、実施例２と比較例１の性能測定結果を比べることで、本発明の多形多面繊維を用いた吸音材は繊維集合体の面蜜度が低くなるにもかかわらず、一般的に使用される円形断面繊維を用いた繊維吸音材より吸音及び遮音性能が優秀であることが分かる。よって、少ない量の繊維を使って軽量化の設計が可能である。
値が１.５以上を満たす実施例１及び２ないし９は、値が１.５未満の比較例１ないし５に比べて吸音率及び透過損失が顕著に優れていることが分かる。六角星状の多形断面繊維を利用したが、値が１.５未満の比較例５も表面積が広くないので、吸音率及び透過損失の面で効果が落ちることを確認できる。
また、バインダー繊維として低融点ＰＥＴ繊維を使用した実施例９と、低融点エラストマーを使用した実施例１ないし８の性能測定結果を比べたところ、低融点エラストマーをバインダー繊維として使うことで、反発弾性率５５％の柔軟な構造を持つようになり、マトリックス構造に伝達される震動減殺能力の向上によって吸音性能が向上されたことが分かった。

Claims (20)

  1. 下記式１を満たす多形断面繊維；及び
    多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む繊維集合体を不織布形態に成形する吸音材の製造方法。
    Figure 2016500831
     (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
  2. 前記式１の値が２.６以上を満たす多形断面繊維を含んで製造することを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  3. 前記多形断面繊維は、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形及び波形からなった群から選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  4. 前記多形断面繊維の長さは３５ないし６５mmであることを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  5. 前記バインダー繊維は、弾性回復率が５０ないし８０％である低融点(LM)エラストマーを含むことを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  6. 前記バインダー繊維は、前記低融点(LM)エラストマーを一成分として複合放射した複合繊維であることを特徴とする、請求項５に記載の吸音材の製造方法。
  7. 前記低融点(LM)エラストマーは、ポリエステル系、ポリアミド系、ポリスチレン系、ポリ塩化ビニル系及びポリウレタン系からなった群から選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項５に記載の吸音材の製造方法。
  8. 前記低融点(LM)エラストマーは、テレフタル酸ジメチル(DMT)とイソフタル酸ジメチル(DMI)、またはテレフタル酸(ＴＰＡ)とイソフタル酸(ＩＰＡ)を酸成分に、１，４-ブタンジオール(1,4-BD)、ポリテトラメチレングリコール(ＰＴＭＧ)をジオール成分にして、エステル化及び重合段階を通じて製造されることを特徴とする、請求項５に記載の吸音材の製造方法。
  9. 前記多形断面繊維５０ないし８０重量％及びバインダー繊維２０ないし５０重量％を含んで製造することを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  10. 前記式１の値が３.０以上を満たす多形断面繊維を含むことを特徴とする、請求項１に記載の吸音材の製造方法。
  11. 下記式１を満たす多形断面繊維；及び
    多数の前記多形断面繊維を部分接合させるバインダー繊維；を含む吸音材。
    Figure 2016500831
     (Ａ：繊維断面積(μm2)、Ｐ：繊維断面のまわりの長さ(μm))
  12. 前記式１の値が２.６以上を満たす多形断面繊維を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  13. 前記多形断面繊維は、六角星状、３棒扁平型、６葉形、８葉形及び波形からなった群から選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  14. 前記多形断面繊維の長さは３５ないし６５mmであることを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  15. 前記多形断面繊維の繊度は１.０ないし７.０Deであることを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  16. 前記バインダー繊維は、弾性回復率が５０ないし８０％である低融点(LM)エラストマーを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  17. 前記バインダー繊維は、前記低融点(LM)エラストマーを一成分として複合放射した複合繊維であることを特徴とする、請求項１６に記載の吸音材。
  18. 前記低融点(LM)エラストマーは、ポリエステル系、ポリアミド系及び
    ポリウレタン系からなった群から選択されたいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１６に記載の吸音材。
  19. 前記吸音材は、多形断面繊維５０ないし８０重量％、及びバインダー繊維２０ないし５０重量％を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
  20. 前記式１の値が３.０以上を満たす多形断面繊維を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の吸音材。
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