JP2018087891A - 吸音構造体 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量で薄く、特に低周波数領域の吸音特性に優れた吸音構造体を提供する。【解決手段】本は発明の吸音構造体は、繊維層が二層以上積層されて成る吸音構造体であり、層方向全体の厚みが８．０ｍｍ以上であり、音源側に配置される不織布がポリエチレン繊維の示唆操作型熱量測定(ＤＳＣ)における昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ曲線が１４０℃以上の温度領域に少なくとも１本の吸熱ピークを示す。【選択図】なし

Description

本発明は、２層以上の積層体から成る吸音構造体に関する。

車両、電気製品などに用いられる吸音材において、高性能の吸音性を始めとして、軽量、薄さ、環境性などが要求されている。従来品としては、ウレタンなどの発泡体を芯材として、その両面に補強層を積層および接合した吸音材がある（例えば、特許文献１）。しかしながら、ウレタン燃焼時に毒性の高いシアンガスなどが発生することから、ウレタンの環境性が問題となっている。また、ガラス繊維を用いたニードルパンチ不織布を芯材にして、その両面に補強層を積層接合した吸音材がある(例えば、特許文献２、３)。しかし、ガラス繊維は有機繊維と比較して比重が高く、軽量化の観点から望ましくない。そこで、環境に配慮し、より軽量な有機繊維から成る構造体を用いた吸音材が各種提案されている。

繊維構造体による吸音は、気体が通過する連続孔の形状による吸収および繊維の振動による吸収などが複合的に寄与していると説明されている。一般的には、繊維構造体を用いた吸音材では、繊維径が細い方が繊維表面積が大きくなることに起因して吸音性が向上することが知られている。このような繊維構造体を製造する方法として、熱可塑性溶融ポリマーをオリフィスから吐出し、その近傍により噴出する高温高速気体によって繊維化し、これを金網などのベルトコンベアー上に捕集して不織布を得るメルトブローン法により製造された、ポリオレフィンやポリエステル不織布などを用いる方法が提案されている。

また、ポリオレフィン高強力繊維不織布とガラス繊維不織布との組合せで、ガラス繊維不織布の間にポリオレフィン高強力繊維不織布を配置することで高い吸音特性が得られるとしている（例えば、特許文献４）。

特開平７−１６３６号公報 特開平６−１８３３０３号公報 特開平４−３０８２６４号公報 特開２００１−３１６９６１号公報

しかしながら、ポリオレフィン高強力繊維不織布とガラス繊維不織布との組み合わせの吸音材では、ガラス繊維を使用しているため軽量化の観点では不十分であり、またポリオレフィン高強力繊維の融点が１２０℃と低く、十分な吸音特性が得られていない。
よって、薄くて軽量でありながら、十分な吸音特性が得られる吸音材が求められている。

本発明は、薄くて軽量でありながら、優れた吸音特性を有し、特に低周波数領域での吸音性能が高い吸音構造体を提供するものである。

本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、２層以上の積層不織布層からなる吸音構造材において、高い結晶化度を有するポリエチレン繊維からなる不織布層を音源側に配置し、この吸音層よりも密度が低いポリエチレンテレフタレート繊維不織布からなる吸音層とからなる吸音構造体によって、優れた吸音特性が得られることを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明に係る吸音構造体は、以下の通りである。
（１）繊維層が二層以上積層されて成る吸音構造体であり、層方向全体の厚みが８．０ｍｍ以上であり、音源側に配置される繊維層がポリエチレン繊維から成り、当該ポリエチレン繊維の示唆走査型熱量測定(ＤＳＣ)における昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ曲線が１４０℃以上の温度領域に少なくとも１本の吸熱ピークを示す、ことを特徴とする吸音構造体。
（２）前記ポリエチレン繊維からなる繊維層の厚みが０．５〜５．０ｍｍであることを特徴とする（１）記載の吸音構造体
（３）前記ポリエチレン繊維の強度が１２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする（１）または（２）記載の吸音構造体
（４）音源と反対側に配置される不織布層の密度が、前記ポリエチレン繊維からなる繊維層の密度よりも小さいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載された吸音構造体。
（５）音源と反対側に配置される前記繊維層がポリエチレンテレフタレート繊維から成ることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１つに記載された吸音構造体。
（６）音源側に配置される前記繊維層および音源と反対側に配置される前記繊維層は、それぞれ不織布であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸音構造体。

本発明により得られる吸音構造体は、高強度で且つＤＳＣ曲線における融点ピークが１４０℃以上であるポリエチレン繊維から成る繊維層を音源側に配置することによって、ポリエチレン繊維の優れた振動減衰性によって、非常に高い吸音性能を示す吸音構造体を得ることができる。本発明によれば、軽量で薄く、特に低周波数領域（１０００Ｈｚ以下）の吸音特性に優れた吸音構造を提供することができる。

以下に、本発明を詳細に説明する。本発明の吸音構造体は、２層以上の積層不織布構造を有する吸音材で、音源側に配置される不織布に使用されるポリエチレン繊維の単糸繊度が１〜１０ｄｔｅｘであることが好ましく、強度の観点から１〜７ｄｔｅｘであることが更に望ましい。１ｄｔｅｘ以下では経済的に不利であり、１０ｄｔｅｘ以上であると強度が発現し難い。

本発明におけるポリエチレン繊維の引張強度が１２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることが好ましい。引張強度は１５ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることがさらに好ましく、さらに好ましくは２５ｃＮ／ｄｔｅｘ 以上である。引張強度の上限は特に限定されない。強度が１２ｃＮ／ｄｔｅｘ未満であると、十分な吸音性が得られなくなる。

本発明におけるポリエチレン繊維の示唆走査型熱量測定(ＤＳＣ)における昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ曲線が１４０℃以上の温度領域に少なくとも１本の吸熱ピークを示す。ここで、昇温ＤＳＣ曲線は、試料を５ｍｍ以下に切断し、完全に無拘束の状態で、不活性ガス下、１０℃／分の昇温速度で室温から２００℃まで温度を上昇させて得るものとする。なお、融解ピークは、ピーク温度が正確に読み取れるものだけを採用し、得られた昇温ＤＳＣ曲線のベースラインを補正した後で、ピーク温度を読み取る。ここで、ベースラインとは、プラスティックの転移温度測定法（ＪＩＳ Ｋ７１２１）に示されているように、試験試料に転移および反応を生じない領域でのＤＳＣ曲線である。このＪＩＳ Ｋ７１２１では、ピークとは、ＤＳＣ曲線において、曲線がベースラインから離れてから再度ベースラインに戻るまでの部分と定義されているが、本発明では、得られた昇温ＤＳＣ曲線を微分して微分値が正から負に変化する場合のみをピークとした。微分値が正または負のままで単調増加または単調減少に変化する点をショルダーとした。

このように無拘束状態で１４０℃以上に融解ピークが存在することで、いわゆるポリエチレンの伸びきり鎖結晶構造が存在することで、繊維の振動減衰性が高くなり、音による繊維の振動が効率的に熱に変換されて、吸音性能が高くなると推定している。１４０℃以下では、十分な吸音性能が得られず、好ましくは１４５℃以上に吸熱ピークを示す。

本発明におけるポリエチレン繊維不織布層の見かけ密度は、好ましくは、５０〜２００ｋｇ／ｍ３であり、より好ましくは、７０〜１５０ｋｇ／ｍ３である。密度が５０ｋｇ／ｍ３未満であると、圧力がかかったときの厚みの低下が著しく、取り扱い性に難がある。また２００ｋｇ／ｍ３を越えると、硬くなり柔軟性が無くなり設置時の取り扱い性が悪くなるとともに、経済的にも不利となる。

本発明のける２層以上の積層不織布構造を有する吸音材の厚みは８ｍｍ以上であることが好ましく、特に限定は無く、使用用途によって決めることができる。この時、ポリエチレン繊維不織布層の厚みは、好ましくは、０．５ｍｍ〜５．０ｍｍであり、より好ましくは、１．０〜３．０ｍｍである。厚みが０．５ｍｍ未満であると、十分な吸音性能が得られず、また５．０ｍｍを越えると、経済的にふりとなる。

本発明における音源と反対側に配置される不織布の材料は、特に限定されないが、好ましくは、ポリエチレンテレフタレート繊維などが上げられる。この音源と反対側に配置される不織布層の密度は、ポリエチレン繊維不織布の密度よりも小さいことが特徴であり、密度差が２０〜３０ｋｇ／ｍ３であることが好ましい。

本発明における吸音材は、２層以上の積層不織布構造を有し、通常使用されるニードルパンチ機で積層構造を作ることができるが、これに限定するものではない。積層させる際に、両方の層または片方の層の一方の面に接着剤を塗布しておいて、接着させてもよい。

上記接着剤は、特に限定されるものではないが、シリコーン系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系接着剤、エポキシ樹脂エマルジョン接着剤、酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤などの有機系接着剤でもよい。

本発明の吸音構造体は、従来困難であった１０００Ｈｚ以下での高い吸音性能を発揮しつつ、従来品と比べて薄くすることが可能である。そのため、吸音構造体の設置スペースが制約される用途、例えば、自動やラップトップコンピュータなどの電子機器や音響機器、精密機械などの吸音用途に有用である。

以下、本発明を実施例によりさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。まず、本発明の吸音構造体を実施例１〜３および比較例１〜５に例示する。なお、各実施例および比較例で作製したポリエチレン繊維は、下記の測定法および試験法で物性を測定し、性能を評価した。

（繊維の強度）
オリエンティック社製「テンシロン」を用いて、試料長２００ｍｍ(チャック間長さ)、伸張速度１００％/分、雰囲気温度２０℃、相対湿度６５％の条件下で、歪−応力曲線を求め、得られた曲線の破断点から強度（ｃＮ／ｄｔｅｘ）を算出した。なお、測定回数は１０回とし、繊維の強度はその平均値として求めた。

（繊維の示差熱走査熱量測定（ＤＳＣ））
ＤＳＣは、テキサス・インスツルメント社製「ＤＳＣＱ１００」を用いて行った。試料を５ｍｍ以下に切断し、アルミパンに約２ｍｇ充填、封入し、同様の空のアルミパンをリファレンスにして、窒素ガス下、１０℃／分の昇温速度で室温から２００℃まで温度を上昇させ、昇温ＤＳＣ曲線を求めた。

（吸音率測定）
ＪＩＳ Ａ １４０５−２に準じて、５００〜４０００Ｈｚの周波数における吸音率を測定した。

(実施例１)
＜繊維層（吸音材）＞
極限粘度２１．０、分子量分布指数Ｍｗ／Ｍｎ＝３．７の超高分子量ポリエチレン１０重量％と揮発性溶剤であるデカリン９０重量％とのスラリー状混合物を、２３０℃に設定したスクリュー型混練機に供給し、溶解させて紡糸液とした後、１７０℃の紡糸口金（穴径０．７ｍｍφ×孔数４００）を用いて、単孔吐出量１．４ｇ／分で紡糸した。紡出糸に、１００℃の窒素ガスを、紡糸口金の直下に設置したガス供給用のスリット状オリフィスから平均風速１．２ｍ／秒で、できるだけ均等に吹き付けて、繊維表面のデカリンを積極的に蒸発させ、その直後、３０℃に設定した空気流を実質的に冷却し、紡糸口金の下流に設置したネルソン状ローラにより７５ｍ／分の速度で引き取った。この際、糸条に含有される溶剤は、もとの重量の約半分に減少していた。引き続いて、得られた糸条を１００℃の加熱オーブン中で４倍に延伸し、さらに１４９℃の加熱オーブン中で４倍に延伸して、ポリエチレン繊維を得た。その物性は、単糸繊度１．０ｄｔｅｘ、繊度４４０ｄｔｅｘ、強度２６ｃＮ／ｄｔｅｘで、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により得られた融点ピークは、１４８℃であった。
得られたポリエチレン繊維を８９ｍｍにカットし、カード機にて目付け２００g／ｍ^２の不織布（繊維層）を作製した。
単糸繊度１．４ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を６４ｍｍにカットし、カード機にて目付け２００ｇ／ｍ^２の不織布（繊維層）を作製した。
＜吸音構造体＞
上記で得られたポリエチレン繊維不織布１枚と、上記で得られたポリエチレンテレフタレート繊維不織布３枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、実施例１の吸音構造体を得た。実施例１の吸音構造体について、ポリエチレン繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。１０００Ｈｚにおける吸音率は０．４５であった。

（実施例２）
実施例１で作製したポリエチレン繊維不織布２枚と、実施例１で作製したポリエチレンテレフタレート繊維不織布２枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、実施例２の吸音構造体を得た。実施例２の吸音構造体について、ポリエチレン繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。１０００Ｈｚにおける吸音率は、０．４１であった。

（実施例３）
上記で得られたポリエチレン繊維不織布１枚とポリエチレンテレフタレート繊維不織布３枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５５０本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、実施例３の吸音構造体を得た。実施例３の吸音構造体について、ポリエチレン繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。１０００Ｈｚにおける吸音率は、０．３７であった。

（比較例１）
上記で得られたポリエチレン繊維不織布１枚とポリエチレンテレフタレート繊維不織布２枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、４００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、比較例１の吸音構造体を得た。比較例１の吸音構造体について、ポリエチレン繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。吸音材の厚みが７．７ｍｍと薄く、１０００Ｈｚにおける吸音率は、０．２７と低かった。

（比較例２）
上記で得られたポリエチレン繊維不織布４枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、比較例２の吸音構造体を得た。ポリエチレン繊維不織布層のみから成る比較例２の吸音構造体は、１０００Ｈｚでの吸音率が０．３であった。

（比較例３）
実施例１と同じ吸音構造体を用いて、ポリエチレンテレフタレート繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。１０００Ｈｚでの吸音率は、０．１６と低くなった。

（比較例４）
上記で得られたポリエチレンテレフタレート繊維不織布４枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、比較例４の吸音構造体を得た。ポリエチレンテレフタレート繊維不織布のみの比較例４の吸音構造体を用いて吸音率を測定したところ、１０００Ｈｚでの吸音率は、０．２８と低くなった。

（比較例５）
＜繊維層（吸音材）＞
極限粘度１．６ｄＬ／ｇ、重量平均分子量９６，０００、重量平均分子量と数平均分子量の比が２．３、５個以上の炭素を有する長さの分岐鎖が炭素１，０００個あたり０．４個である高密度ポリエチレンをφ０．８ｍｍ、３９０Ｈからなる紡糸口金から、２９０℃で単孔吐出量０．５ｇ／ｍｉｎの速度で押し出した。押し出された繊維は、１５ｃｍの保温区間を通り、その後２０℃、０．５ｍ／ｓのクエンチで冷却され、３００ｍ／ｍｉｎの速度で巻き取り、未延伸糸を得た。該未延伸糸を１段延伸は、２５℃で２．８倍の延伸を行った。さらに９０℃まで加熱し３．１倍の延伸を施した。その物性は、単糸繊度１．８ｄｔｅｘ、繊度７１０ｄｔｅｘ、強度７．８ｃＮ／ｄｔｅｘで、示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により得られた融点ピークは、１３５℃であった。
得られたポリエチレン繊維を８９ｍｍにカットし、カード機にて目付け２００g／ｍ２の不織布を作製した。
単糸繊度１．４ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート繊維を６４ｍｍにカットし、カード機にて目付け２００ｇ／ｍ２を作製した。
＜吸音構造体＞
上記で得られたポリエチレン繊維不織布１枚とポリエチレンテレフタレート繊維不織布３枚を積層し、ニードルパンチ機にて針深度１０ｍｍ、５００本／ｃｍ^２の密度で打ち込みをして一体化し、比較例５の吸音構造体を得た。比較例５の吸音構造体について、ポリエチレン繊維不織布側に音源を配置して吸音率を測定した。１０００Ｈｚにおける吸音率は０．２９であった。

以上の結果を表１にまとめる。

上記実施例および比較例から、吸音構造体において、層方向全体の厚みが８．０ｍｍ以上であり、音源側に配置される繊維層がポリエチレン繊維から成り、当該ポリエチレン繊維の示唆走査型熱量測定(ＤＳＣ)における昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ曲線が１４０℃以上の温度領域に少なくとも１本の吸熱ピークを示すものであると、薄くて軽量でありながら、十分な吸音特性が得られることがわかる。

なお、上記開示した実施の形態および各実施例はすべて例示であり制限的なものではない。また、実施の形態および各実施例で開示した構成を適宜組み合わせた実施の形態や実施例も本発明に含まれる。つまり、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲によって有効であり、特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内のすべての変更・修正・置き換え等を含むものである。

本発明の吸音構造体は、軽量で薄く、低周波数領域の吸音特性に優れており、例えば、自動車、電子機器、音響機器、精密機械などの吸音用途に利用可能である。よって、産業界へ大きく寄与できる。

Claims (6)

1. 繊維層が二層以上積層されて成る吸音構造体であり、
   層方向全体の厚みが８．０ｍｍ以上であり、
   音源側に配置される繊維層がポリエチレン繊維から成り、当該ポリエチレン繊維の示唆走査型熱量測定(ＤＳＣ)における昇温速度１０℃／分でのＤＳＣ曲線が１４０℃以上の温度領域に少なくとも１本の吸熱ピークを示す、ことを特徴とする吸音構造体。
2. 前記ポリエチレン繊維からなる繊維層の厚みが０．５〜５．０ｍｍであることを特徴とする請求項１記載の吸音構造体。
3. 前記ポリエチレン繊維の強度が１２ｃＮ／ｄｔｅｘ以上であることを特徴とする請求項１または２記載の吸音構造体。
4. 音源と反対側に配置される繊維層の密度が、前記ポリエチレン繊維から成る繊維層の密度よりも小さいことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の吸音構造体。
5. 音源と反対側に配置される前記繊維層がポリエチレンテレフタレート繊維から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか1項に記載の吸音構造体。
6. 音源側に配置される前記繊維層および音源と反対側に配置される前記繊維層は、それぞれ不織布であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の吸音構造体。