JP2020050799A

JP2020050799A - 吸音材

Info

Publication number: JP2020050799A
Application number: JP2018182969A
Authority: JP
Inventors: 堅一小池; Kenichi Koike; 小池　　堅一; 岡田　真治; Shinji Okada; 真治岡田
Original assignee: Fujibo Holdins Inc
Current assignee: Fujibo Holdins Inc
Priority date: 2018-09-27
Filing date: 2018-09-27
Publication date: 2020-04-02
Anticipated expiration: 2038-09-27
Also published as: JP7197773B2

Abstract

【解決手段】吸音材１に関し、詳しくは多孔質樹脂粒子、繊維塊、短繊維を含む吸音材に関する。多孔質樹脂粒子２と、捲縮された繊維３ａと弾性樹脂３ｂとからなる繊維塊３と、繊維長が１〜８０ｍｍの繊維塊以外の短繊維４とを含む吸音材１であって、前記短繊維４を、多孔質樹脂粒子２と繊維塊３と短繊維４との合計質量に対して１５〜７０％の質量割合で含むようにした。【効果】軽量で特に低周波領域における吸音性能および遮音性能に優れている。【選択図】図１

Description

本発明は吸音材に関し、詳しくは多孔質樹脂粒子、繊維塊、短繊維を含む吸音材に関する。

従来、様々な分野で吸音材が用いられており、このような吸音材は用途に応じて様々な態様を有している。例えば、自動車や住宅に用いる吸音材として、有機繊維不織布と、繊度が０．５ｄｔｅｘ以下の有機繊維からなるメルトブロー不織布とを積層一体化した複合不織布からなる吸音材（特許文献１）や、微細な多孔質樹脂粒子をバインダーによって結合した基体に、樹脂フィルムを積層した吸音材（特許文献２）が知られている。

特開２００９−１８４２９６号公報特開２００８−３２９７７号公報

しかしながら、上記特許文献１のような不織布を積層させた吸音材は、低周波領域において吸音性能を確保するためには吸音材を厚くする必要があり、スペースに制限のある自動車等に用いるのには限界があった。
また特許文献２の吸音材は、多孔質樹脂粒子からセル膜が除去されたセル骨格のみで構成されているため、もろく、圧縮や衝撃を受けるとセル骨格が破壊されて吸音性能が低下してしまうという問題があった。
このように、吸音材には用いられる場所や求められる性能が様々であり、依然として様々な態様や性能の吸音材が求められており、本発明は特に低周波領域における吸音性能および遮音性能に優れた吸音材を提供するものである。

すなわち、請求項１の発明にかかる吸音材は、多孔質樹脂粒子と、捲縮された繊維と弾性樹脂とからなる繊維塊と、繊維長が１〜８０ｍｍの繊維塊以外の短繊維とを含む吸音材であって、
前記短繊維を、前記多孔質樹脂粒子と前記繊維塊と前記短繊維との合計質量に対して１５〜７０％の質量割合で含むことを特徴としている。

前記請求項１の発明にかかる吸音材によれば、前記多孔質樹脂粒子が、表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えることから、各多孔質樹脂粒子の表面に形成された開孔内に音が入射すると、当該音は開孔の内面壁との摩擦や粘性抵抗を受け、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて吸収される。
その際、各多孔質樹脂粒子に形成された複数の突起部が入射した音により振動し、さらに音のエネルギーの一部を熱エネルギーに変換することで、軽量でありながら、効果的に音を吸音することができる。

本実施例にかかる吸音材の拡大写真多孔質樹脂粒子の拡大写真繊維塊の拡大写真採取装置の構成図ポリウレタンシートの拡大写真

以下図示実施例について説明すると、図１は本発明にかかる吸音材１を１００倍に拡大した写真を示し、当該吸音材１は、微細な多孔質樹脂粒子２と、玉状に絡まった繊維３ａの間に、微細な弾性樹脂３ｂが入り込んだ繊維塊３と、繊維長１〜８０ｍｍの短繊維４とをバインダーによって固着した構成を有している。
前記多孔質樹脂粒子２は、図２に示す５００倍の拡大写真に示すように、多孔質樹脂からなる最大フェレ径Ａが１０〜１００μｍ程度の粒子となっており、各多孔質樹脂粒子２の外面には複数の突起部２ａが形成されている。
前記繊維塊３は、図３に示す１００倍の拡大写真に示すように、玉状に絡まった繊維３ａの間に、微細な弾性樹脂３ｂが入り込んだ、直径５０〜１５０μｍ程度の粒子となっている。
前記短繊維４には綿、レーヨン、ポリエステル、アクリル、ナイロン、ポリプロピレンなどの短繊維を使用することができ、中でもポリエステル系繊維が好ましく、特に、材料の入手が容易で、強度、耐熱性に優れる点でポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維が好ましい。
短繊維４の繊維長は１〜８０ｍｍの範囲が好ましく、１．５〜５０ｍｍの範囲がより好ましく、２〜３０ｍｍの範囲がさらに好ましい。また繊度は１〜２０ｄｔｅｘの範囲が好ましく、１．５〜１０ｄｔｅｘの範囲がより好ましく、２〜５ｄｔｅｘの範囲がさらに好ましい。
さらに、短繊維４の構造として芯鞘複合の熱融着短繊維を採用することも可能であり、例えば、芯がポリエステル、鞘が低融点の共重合ポリエステル、或いは、ポリエチレンからなる芯鞘複合の熱融着短繊維が挙げられる。熱融着短繊維を使用することにより、吸音材を低密度にした場合に融着部が骨格として機能し、吸音材の剛性を向上させることができる。
多孔質樹脂粒子２よりも剛性の高い繊維塊３を吸音材１に含有させることで、繊維塊３が骨材としての役割を果たし、吸音材１の剛性をあげるとともに、２０００Ｈｚ以下の低〜中周波領域における吸音性を向上させることができる。

前記吸音材１における前記多孔質樹脂粒子２と繊維塊３と短繊維４の割合については、前記短繊維４が前記多孔質樹脂粒子２と繊維塊３と短繊維４との合計質量に対して１５〜７０％の質量割合で含まれるようにすることが望ましい。
短繊維４が１５％以上であれば空隙率が向上することで高い吸音効果を得ることができ、７０％以下であれば高い遮音性を得ることができる。添加する短繊維の量が多いほど、吸音率のピーク値を高周波側にすることができ、短繊維の量が少ないほど、遮音性（透過損失）を向上させることができ、目的に応じて短繊維の量を調整すればよい。

図４は、前記多孔質樹脂粒子２や前記繊維塊３を採取するための採取装置１１を示し、シートＳを供給する供給ローラ１２と、当該シートＳの表面を研削するバフローラ１３と、研削により生じた粒子を回収する回収ボックス１４と、研削後のシートＳを回収する回収ローラ１５とから構成されている。
前記供給ローラ１２には、前記多孔質樹脂粒子２を採取するための多孔質ポリウレタンからなるシートＳ、もしくは前記繊維塊３を採取するための樹脂含浸不織布からなるシートＳが巻回されている。
そして前記供給ローラ１２から前記シートＳを送り出しながら、前記回収ローラ１５によって前記シートＳを巻き取ることで、所定の速度でシートＳを移動させるようになっている。
また前記供給ローラ１２と回収ローラ１５との間には、前記バフローラ１３に対向した位置に保持ローラ１６が設けられており、前記シートＳはバフローラ１３と保持ローラ１６との間を通過しながら、前記バフローラ１３によって研削されるようになっている。
前記バフローラ１３の外周には所要の粗さのサンドペーパーが装着され、当該バフローラ１３を回転させながら前記シートＳに押し当てることで、当該シートＳの表面を研削し、その際に発生した粒子が前記多孔質樹脂粒子２や繊維塊３となって、前記回収ボックス１４に回収されるようになっている。

前記多孔質樹脂粒子２を採取するために用いるポリウレタンシートＳは、図５に示す５００倍に拡大したポリウレタンシートＳの表面写真のように大きな開孔と大きな開孔との間の樹脂壁に直径１〜１０μｍの多数の小さな開孔を有し、大小の開孔が内部で表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えている。このようなポリウレタンシートＳは、従来公知の湿式成膜法を用いて製造することが可能となっている。
前記ポリウレタンシートＳを研削することにより得られる多孔質樹脂粒子２には、ポリウレタンシートＳの小さな開孔に基づく、最小フェレ径１〜１０μｍの開孔を有しており、前記開孔の最大フェレ径／最小フェレ径の値が１．５〜５．０であるような楕円の開孔を有する。

多孔質樹脂粒子２の最大フェレ径Ａ、および、多孔質樹脂粒子２の表面に存在する小さな開孔の最大フェレ径Ｂ_１及び最小フェレ径Ｂ_２は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真により求めることができる。
フェレ径の測定方法は、ＳＥＭで観察を行った吸音材の画像ファイルを例えば画像解析用ソフトウェアＩｍａｇｅＪ（登録商標）を用いて求めることができる。なお、最大フェレ径とは対象を平行線ではさんだ場合に、平行線の間隔が最も大きくなる径のことであり、３０点の多孔質樹脂粒子の最大フェレ径を測定しそれらの平均値を最大フェレ径Ａとした。
一方、最小フェレ径とは対象を平行線ではさんだ場合に、平行線の間隔が最も小さくなる径のことであり、３０点の多孔質樹脂粒子の細孔の最大フェレ径及び最小フェレ径を測定し、それらの平均値を最大フェレ径Ｂ_１及び最小フェレ径Ｂ_２とした。

従来公知の湿式成膜法を用いて製造される、本実施例で使用したポリウレタンシートＳは、ポリウレタン樹脂溶液を調製する準備工程、ポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液中でポリウレタン樹脂をシート状に凝固再生させる凝固再生工程、凝固再生したポリウレタン樹脂を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程を経てシートが製造される。以下、工程順に説明する。

準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒および添加剤を混合してポリウレタン樹脂を溶解させる。有機溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）やＮ，Ｎ−ジメチルアセトアミド（ＤＭＡｃ）等を挙げることができるが、本例では、ＤＭＦを用いる。
ポリウレタン樹脂は、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂から選択して用いることができ、ＤＩＣ（株）製の商品名「クリスボン」や、三洋化成工業（株）製の商品名「サンプレン」、大日精化工業（株）製の商品名「レザミン」など、市場で入手可能な樹脂を用いてもよく、所望の特性を有する樹脂を自ら製造してもよい。
このポリウレタン樹脂を２０〜４０重量％の範囲となるようにＤＭＦに溶解させる。また、添加剤としては、開孔の大きさや量（個数）を制御するため、開孔を促進させる親水性添加剤、ポリウレタン樹脂の再生を安定化させる疎水性添加剤等を用いることができる。

ポリウレタン樹脂は、非弾性フィラーとしてカーボンブラックを０〜３０質量％含むことが好ましく、１〜１０質量％であることがより好ましい。
非弾性フィラーが３０質量％以内である場合、ポリウレタン樹脂シートが伸びやすく、引き伸ばされた突起部２ａを形成しやすい。非弾性フィラーが０質量％以上であれば突起部が形成されやすい。非弾性フィラーが１質量％以上であれば、ポリウレタン樹脂の種類によって伸びやすく破断しにくい場合であっても、カーボンブラックがフィラーとして働き伸びを抑制することができるため好ましい。

ポリウレタン樹脂は、１〜４０ＭＰａの１００％モジュラスを有することが好ましく、２〜２５ＭＰａの１００％モジュラスを有することがより好ましい。１００％モジュラスが前記範囲内であると、シートＳの表面を研削する際にポリウレタン樹脂が伸びて開孔を拡大させやすく、多孔質樹脂粒子２の空隙を大きくすることができるうえ、引き伸ばされて破断した部分が突起部２ａとなって残存しやすくなる。
なお、モジュラスとは、樹脂の硬さを表す指標であり、無発泡の樹脂シートを１００％伸ばしたとき（元の長さの２倍に伸ばしたとき）に掛かる荷重を断面積で割った値である（以下、１００％モジュラスと呼ぶことがある。）。この値が高い程、硬い樹脂である事を意味する。吸音材より樹脂モジュラスを確認する場合、吸音材をＤＭＦで溶解し、低濃度のポリウレタン樹脂ＤＭＦ溶液を得たのち、繊維等をフィルターでろ過しキャスト法によりＤＭＦを気化させ無発泡の樹脂シートを形成することで測定することができる。

また、ポリウレタン樹脂マトリックス成分は、破断強度（ｋｇ／ｍｍ^２）×破断伸度（％）が２５〜１５００であることが好ましく、３５〜１０００であることがより好ましく、５０〜８００であることがさらに好ましい。
ここで前記破断伸度は５０〜３００％であることが好ましい。破断伸度は樹脂を破断するまで伸長させたときの伸長度合を示し、値が大きいほど伸び易く変形し易い。
また、破断強度は０．５〜５．０ｋｇ／ｍｍ^２であることが好ましい。破断強度は樹脂を破断するまで伸長させたときの応力を示し、値が大きいほど破断しにくい強靭な樹脂であり剛性が大きい。
そして、破断強度（ｋｇ／ｍｍ^２）×破断伸度（％）の値が２５〜１５００の範囲にあると、引き伸ばされて変形した樹脂が塑性変形し元に戻らず伸びたままの突起部２ａを形成することができ、吸音特性を向上させることができる。
破断強度（ｋｇ／ｍｍ^２）×破断伸度（％）の値が２５より小さいと、樹脂がちぎれ易すく伸びにくいため、突起部２ａが形成されにくい。反対に、破断強度（ｋｇ／ｍｍ^２）×破断伸度（％）のが１５００を超える場合は、引き伸ばされた樹脂が元に戻ってしまい、突起部２ａが形成されにくい。

破断伸度は、ポリウレタンシートをダンベル形状（サンプル調製形状／サイズ明記）に打ち抜き、測定試料を測定機の上下エアチャックにはさみ、引張速度１００ｍｍ／ｍｉｎ、初期つかみ間隔５０ｍｍで測定を開始し、測定値がピーク(切断)に達した値を強力（最大荷重）として得た。ｎ数２で行ない、破断強度（ｋｇｆ／ｍｍ^２）＝強力（最大荷重）ｋｇｆ／(厚さ（ｍｍ）×試料巾（１０ｍｍ））より破断強度を算出し、その平均値から破断強度を算出する。
ポリウレタンシートの破断伸度は、前記引張り測定における破断した時の伸度である。引張時の破断強度および伸度は株式会社エー・アンド・デイ製、テンシロン万能試験機ＲＴＣにて日本工業規格（ＪＩＳＫ６５５０）に準じた方法で測定する。
吸音材より破断強度および破断伸度を確認する場合、吸音材をＤＭＦで溶解し、低濃度のポリウレタン樹脂ＤＭＦ溶液を得たのち、繊維等をフィルターでろ過しキャスト法によりＤＭＦを気化させ無発泡の樹脂シートを形成することで測定することができる。

凝固再生工程では、準備工程で得られたポリウレタン樹脂溶液を常温下でナイフコータ等の塗布装置により帯状の成膜基材にシート状に略均一に塗布する。
このとき、ナイフコータ等と成膜基材との間隙（クリアランス）を調整することで、ポリウレタン樹脂溶液の塗布厚み（塗布量）を調整する。本例では、乾燥後のウレタンシートの厚み（成膜厚み）が２００〜３０００μｍの範囲となるように、塗布厚みを調整する。
成膜基材としては、樹脂製フィルム、布帛、不織布等を用いることができるが、本例では、ポリエチレンテレフタレート（以下、ＰＥＴと略記する。）製フィルムを用いる。

成膜基材に塗布されたポリウレタン樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液（水系凝固液）中に連続的に案内する。凝固液には、ポリウレタン樹脂の再生速度を調整するために、ＤＭＦやＤＭＦ以外の極性溶媒等の有機溶媒を添加してもよいが、本例では、水を使用する。
凝固液中では、まず、ポリウレタン樹脂溶液と凝固液との界面に皮膜が形成され、皮膜の直近のポリウレタン樹脂中にスキン層を構成する無数の微多孔が形成される。その後、ポリウレタン樹脂溶液中のＤＭＦの凝固液中への拡散と、ポリウレタン樹脂中への水の浸入との協調現象により連続発泡構造を有するポリウレタン樹脂の再生が進行する。
このとき、成膜基材のＰＥＴ製フィルムが水（凝固液）を浸透させないため、ＤＭＦと水との置換がスキン層側で生じ、成膜基材側がスキン層側より大きな開孔が形成される。

ここで、ポリウレタン樹脂の再生に伴う発泡形成について説明する。凝固液中で被膜が形成された後、ポリウレタン樹脂では凝集力が大きくなるために皮膜の直近のポリウレタン樹脂中で急速に再生が進行し、スキン層が形成される。
このため、スキン層が形成された後では、凝固前のポリウレタン樹脂溶液中のポリウレタン樹脂がスキン層側に移動し凝集することとなる。これに伴い成膜基材側でポリウレタン樹脂量が減少するため、スキン層側と比べて成膜基材側が肥大化した発泡が形成される。
ＤＭＦのポリウレタン樹脂溶液からの脱溶媒、すなわち、ＤＭＦと水との置換により、大きな発泡が形成され、スキン層の微多孔、および、大きな発泡が小さな発泡と網目状に連通する。

洗浄・乾燥工程では、凝固再生工程で再生したポリウレタンシートＳを水等の洗浄液中で洗浄してポリウレタン樹脂中に残留するＤＭＦを除去した後、乾燥させる。
ポリウレタン樹脂の乾燥には、本例では、内部に熱源を有するシリンダを備えたシリンダ乾燥機を用いる。ポリウレタン樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。乾燥後のポリウレタンシートＳをロール状に巻き取る。

そして、前記ポリウレタンシートＳから前記多孔質樹脂粒子２を採取する際、前記採取装置１１における前記供給ローラ１２によるシートＳの送り速度を０．５〜１５ｍ／ｍｉｎの範囲とし、バフローラ１３に好ましくは粗さ１００〜３５０番手、より好ましくは粗さ１５０〜２５０番手のサンドペーパーを装着して、当該バフローラ１３を１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転させながら、当該バフローラ１３をシートＳに押し当てた。
本実施形態では、バフローラ１３にサンドペーパーが使用されるが、ダイヤモンドバフローラー等、均一な処理（研削除去）ができるものであればいずれも使用することができる。複数の突起部２ａは、ポリウレタンシートに使用するポリウレタン樹脂モジュラスに応じて、バフ番手や供給ローラとシートの送り速度、バフローラの回転数等を調整することにより得られる。
前記バフローラ１３がポリウレタンシートＳの表面に回転しながら接触すると、ポリウレタンシートＳの表面ではバフローラ１３との摩擦によってポリウレタン樹脂の一部が引っ張られて伸び、当該伸びた部分がさらに細くなってその後破断する。

図５に示す大きな開孔を画定する隔壁状に形成されたポリウレタン樹脂が引き伸ばされ破断されると、表面に形成された１〜１０μｍの開孔が一定方向に延びて、最小フェレ径１〜１０μｍであって、最小フェレ径に対する最大フェレ径が１．５〜５．０の略楕円形状の細孔を有する多孔質樹脂粒子２が形成される。
さらに、ポリウレタンシートＳより離脱した多孔質樹脂粒子２には、前記破断した部分が引き伸ばされ塑性変形して尖った幾何学的な突起部２ａが複数形成され、各突起部２ａにも引き伸ばされることで一方向に伸びた略楕円状の開孔を有するものもある。
このような複数の突起部２ａは、音エネルギーを受けた際に振動することにより、音が振動に変換され吸音作用を生じさせる。また突起部２ａにおける引き伸ばされた開孔内に音が入り込むと、内部で衝突や摩擦を受けて熱エネルギーに変換されて吸音されることとなる。

次に、前記繊維塊３を採取するために用いる樹脂含浸不織布は、ポリエステル繊維等の不織布にポリウレタン樹脂を含浸させた構成を有しており、従来公知の方法を用いて、不織布にポリウレタン樹脂を含浸させたものを用いることができる。
不織布に使用する繊維としては、特に限定はなく、天然繊維（改質繊維を含む）、合成繊維等から製造される不織布であればよい。例えばポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維等の樹脂繊維や、綿、麻等の天然繊維を用いてもよいが、製造工程中でＮ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、ＤＭＦと略記する。）等の有機溶媒や水等の洗浄液を吸収することによる原料繊維の膨潤を防止することや原料繊維の量産性を考慮すれば、吸水（液）性を有していないポリエステル繊維等の樹脂繊維を用いることが好ましい。原料繊維には、繊度１〜５０ｄｔｅｘ、繊維長２０〜１００ｍｍの繊維を用いることが好ましい。

不織布の製造方法としては、ニードルパンチ法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、水流絡合法、メルトブロー法やこれらの組合せなどが挙げられる。
これらの中でも、本発明は、ニードルパンチ法を用いて繊維基体を製造することが好ましい。ニードルパンチ法を用いて繊維基体を製造すると、繊維同士が接着樹脂や融着繊維などにより固定されず機械的に絡められた状態のため、繊維が引き出されやすく繊維塊３を形成しやすい。
不織布基材の厚さは、１．５ｍｍ未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸後の乾燥時に厚さ方向でポリウレタン樹脂の移動（樹脂マイグレーション）が発生しポリウレタン樹脂の被覆厚さが偏りやすく、５．０ｍｍを超えると不織布基材の内部までポリウレタン樹脂溶液が浸透できなくなるので、１．５〜５．０ｍｍの範囲とすることが好ましい。
不織布基材の密度は、０．１ｇ／ｃｍ^３未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸してもポリウレタン樹脂が繊維の間隙を通じて流出し繊維に付着しにくく、０．３ｇ／ｃｍ^３を超えるとポリウレタン樹脂の付着量が大きくなり繊維の間隙を塞いでしまうので、０．１〜０．２ｇ／ｃｍ^３の範囲とすることが好ましい。
本例では、繊度２〜３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍのポリエステル繊維が用いられている。樹脂層は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が、分子内に２つ以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート化合物（架橋剤）で架橋処理されて形成されている。

ポリウレタン樹脂には、１００％モジュラス（２倍長に引っ張る時の張力）が１〜５０ＭＰａのポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂が用いられている。
樹脂含浸工程で用いるポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物と混合して有機溶媒のＤＭＦに溶解させる。このとき、ポリウレタン樹脂溶液のポリウレタン樹脂の固形分濃度が、１０重量％未満では不織布の密度を目標とする値に調整することが難しくなり、４０重量％を超えるとポリウレタン樹脂が溶解しにくくなる。
また、Ｂ型回転粘度計を用いて２０℃で測定したポリウレタン樹脂溶液の粘度が８０００ｃｐ以下であると好ましく、１００ｃｐ〜５０００ｃｐであるとより好ましく、４００ｃｐ〜３０００ｃｐであると更に好ましい。
従って、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液は、濃度が１０〜４０重量％の範囲で粘度が１００ｃｐ〜５０００ｃｐの範囲とすることが好ましい。また、多価イソシアネート化合物の固形分濃度は、１〜４重量％の範囲で用いる。

ポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を浸漬した後、加圧可能な１対のマングルローラを用いて過剰なポリウレタン樹脂溶液を絞り落とし、略均一に含浸させる。含浸後の不織布基材では、ポリエステル繊維の表面がポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とで覆われる。
このときのポリウレタン樹脂溶液の温度は、５〜４０℃の範囲に調整することが好ましく、２０〜３０℃の範囲が更に好ましい。含浸工程をこの温度範囲で行うことで、多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。

凝固再生工程では、樹脂含浸後の不織布をポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする水系凝固液中でポリウレタン樹脂を凝固再生させる。水系凝固液中では、ポリエステル繊維に付着しているポリウレタン樹脂溶液の表面からＤＭＦと凝固液との置換が進行することでポリウレタン樹脂がポリエステル繊維の表面に凝固再生される。
繊維基体を構成する繊維が溶出しない限り、凝固液の温度や浸漬時間に特に制限はなく、例えば１０〜３０℃（好ましくは、１０〜２０℃）で３０〜１４４０分間（好ましくは３０〜９０分間）浸漬すればよい。

洗浄・乾燥工程では、ポリエステル繊維の表面にポリウレタン樹脂が凝固再生された不織布を水等の洗浄液中に浸漬し、不織布中に残存するＤＭＦ等を除去する。洗浄後、不織布を洗浄液から引き上げ、マングルローラで余分な洗浄液を絞り落とす。その後、例えば不織布を６０〜１２０℃で１０〜５００分程度乾燥機内で乾燥させる。

得られた樹脂含浸不織布の密度は、０．２０〜１．００ｇ／ｃｍ^３の範囲とすることが好ましく、０．２５〜０．６５ｇ／ｃｍ^３の範囲とすることがより好ましい。樹脂含浸不織布の密度が前記範囲内であると、空隙率を適度に有しているため吸音性能を上げることができる。

そして、前記採取装置１１によって前記樹脂含浸不織布シートＳから前記繊維塊３を採取する際、前記供給ローラ１２によるシートＳの送り速度を０．５〜１５ｍ／ｍｉｎの範囲ｍ／ｓとし、バフローラ１３に好ましくは粗さ５０〜３００番手、より好ましくは粗さ８０〜２４０番手のサンドペーパーを装着して、当該バフローラ１３を１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転させながら、当該バフローラ１３をシートＳに対して押し当てた。
前記バフローラ１３が樹脂含浸不織布の表面に回転しながら接触すると、樹脂含浸不織布の表面ではバフローラ１３との摩擦によって不織布を構成する繊維３ａが引き出され、引き出された繊維３ａが捲縮して糸玉状に絡まる。
その際、前記不織布に含浸された多孔質樹脂は、前記繊維３ａが引き出されるのに伴って周囲の樹脂からちぎれ、その後繊維３ａが絡まるのに伴って当該繊維３ａの内部に取り込まれることとなる。
そして、その後さらに前記バフローラ１３の摩擦が作用することで、前記糸玉状に絡まった繊維３ａの根元部分が破断し、前記玉状に絡まった繊維３ａに微細な弾性樹脂３ｂが保持された繊維塊３となって離脱することとなる。この時、弾性樹脂３ｂは繊維３ａに付着しているものと、繊維３ａに付着することなく、玉状に絡まった繊維３ａ内に取り込まれて保持されているものが存在する。

前記バインダーとしてはアクリル樹脂エマルジョン系接着剤を利用することができ、そのほかにも酢酸ビニル樹脂エマルジョン系接着剤、エチレン-酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂エマルジョン接着剤を利用することができる。本実施例では前記接着剤を水で５．５％に希釈して使用した。
前記バインダーを用いて前記多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４を結合して前記吸音材１を作成する際には、所定の割合で前記多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４をミキサーに投入し、これらを攪拌しながら、或いは、前記多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４をボールミルとともに撹拌しながら、スプレーガン等でバインダーを噴霧する。
これにより多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４の表面がバインダーでコーティングされ、その後当該バインダーの付着した多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４を金型内に投入し、その後所定温度で所定時間乾燥させることにより、吸音材１を得ることができる。
ここで、前記バインダーを使用する量は、多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４の重量に対して好ましくは０．５〜５０％、より好ましくは１〜１５％の割合で使用するのが望ましい。バインダーが５０％以下であれば、後に説明する前記多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４の間に形成される空間による吸音効果を得ることができ、またバインダーが０．５％以内であることにより、吸音材１の形状を維持することができる。

（作用等）
次に、本実施形態の吸音材１の作用等について説明する。

本実施形態の吸音材１は多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４をバインダーによって固着した構成を有しており、これらの間には複雑な空間が形成されることから、単位重量当たりの吸音材の表面積を大きくすることができる。
一般的に、吸音材１による吸音のメカニズムとしては、吸音材１に音波が入射すると、振動した空気が吸音材１の内部で衝突や摩擦による粘性抵抗を受けて、熱エネルギーに変換されて散逸し、音響エネルギーの減衰により吸音がなされるとされている。
本実施形態にかかる吸音材１によれば、前記多孔質樹脂粒子２、繊維塊３、短繊維４によって形成された空間により、侵入した音波の経路を複雑化させることができ、より効率的に音響エネルギーを減衰させることができる。
つまり、粒子状や塊状の多孔質樹脂粒子、繊維塊の中に、直線状の短繊維を多方向に分散させることで、短繊維が骨格を形成し、空隙を広げることができ、直線状の繊維のみからなる吸音材よりも、より効率的に音響エネルギーを減衰させることができ、吸音率の向上が図れる。
また、吸音材１を低密度化することができ、粒子状物のみからなる吸音材と比べて軽量化することができる。よって、軽量化と吸音性能の両立を図ることができる。
また前記吸音材１の短繊維４の繊維長を１〜８０ｍｍとしたことで、柔軟性、伸縮性に富んだ吸音材１を得ることができ、当該吸音材１を設置する場所が複雑な形状を有していても、これに追従させて設置することができる。

また前期多孔質樹脂粒子２は、表面に複数の前記突起部２ａを有するともに、また多孔質樹脂粒子２は大小の開孔が表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えており、表面に最小フェレ径１〜１０μｍの開孔を有している。
このため、吸音材１に音が侵入すると、多孔質樹脂粒子２の表面の開孔を介して開孔の内部に音が侵入し、開孔と開孔との間に形成された樹脂壁との摩擦や振動によって音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、音のエネルギーが吸収される。
このとき、開孔が小さければ小さいほど、より樹脂壁との摩擦や振動が増え、音エネルギーが熱エネルギーに変換されやすいので、吸音性能が高くなる。多孔質樹脂粒子２に含まれる開孔の最小フェレ径を好ましくは１〜１０μｍ、より好ましくは１〜８μｍとすることで、高い吸音効果を得ることができる。
さらに、開孔の最小フェレ径Ｂ_２に対する最大フェレ径Ｂ_１が１．５〜５．０である楕円状の開孔を含むとともに、前記開孔は表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えることで、音の侵入を許容しやすく、高い吸音効果を得ることができる。
また、本実施形態の多孔質樹脂粒子２の表面には突起部２ａが複数形成され、前記バインダーによって固定されていない突起部２ａも存在する。このような突起部２ａは音に対して敏感に振動し、突起部２ａの振動によっても音のエネルギーを吸収することができる。

さらに吸音材１に含まれる繊維塊３は捲縮して玉状に絡まった繊維３ａに微細な弾性樹脂３ｂが保持された構成を有し、繊維塊３同士の空隙や繊維塊３と多孔質樹脂粒子２との間の空隙が複雑な空間を形成し、吸音材１に音が入射すると当該音に摩擦を与えることで音のエネルギーを吸収するようになっている。
特に、前記繊維塊３は捲縮して玉状に絡まった繊維３ａに微細な弾性樹脂３ｂが保持された構成を有していることから、繊維３ａと弾性樹脂３ｂとの間に細かな空隙が形成されている。
このため、吸音材１に入射した音がさらに繊維塊３に入射すると、前記繊維３ａ、弾性樹脂３ｂによる複雑な空隙に入り込み摩擦や粘性抵抗を受け、前記繊維３ａに付着せずに保持された微細で振動可能な弾性樹脂３ｂに衝突し、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて吸収されるため良好な吸音性能を得ることができる。

以下、前記実施例に基づいて作成した本発明にかかる実施例１〜８についての吸音材１と、これと比較する従来公知の比較例としての吸音材について、以下の実験を行った。
実験では、吸音性能を確認するためにＪＩＳＡ１４０５−２に基づいて垂直入射吸音率を測定するとともに、遮音性能を確認するために垂直入射透過損失を測定した。これら垂直入射吸音率、垂直入射透過損失の測定にはブリュエル・ケアー社製４２０６Ｓ型音響試験器を用いた。

また、実施例１〜３にかかる吸音材１に含まれる多孔質樹脂粒子２の最大フェレ径Ａ、最大フェレ径Ｂ_１、最小フェレ径Ｂ_２を以下のように測定した。
フェレ径は、吸音材を電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＭＳ−５５００ＬＶ）にて倍率１００倍で観察し、任意３０点の多孔質樹脂粒子を測定用サンプルとして抽出した。
その後、抽出した画像を画像処理ソフトＩｍａｇｅＪにて解析し、画像の二値化を行い、多孔質樹脂粒子の最大フェレ径Ａ、多孔質樹脂粒子表面に存在する細孔の最大フェレ径Ｂ_１、最小フェレ径Ｂ_２を測定した。
最大フェレ径Ａ、最大フェレ径Ｂ_１、最小フェレ径Ｂ_２は、任意の３０点の最大フェレ径、最小フェレ径の平均値として求められる。また、最小フェレ径Ｂ_２に対する最大フェレ径Ｂ_１の比は任意の３０点の最大フェレ径／最小フェレ径の値の平均値として求められる。

実施例１
実施例１にかかる吸音材１は、短繊維４として繊維長５ｍｍ、繊度１．６ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維と、前記多孔質樹脂粒子２と、前記繊維塊３とによって構成され、多孔質樹脂粒子２を４８ｇ、繊維塊３を１２ｇ、短繊維４を４０ｇ配合し、濃度１０％のアクリルエマルジョンを１００ｇスプレーガンにて吹き付けて、これらをミキサーで混合した。
続いて、前記混合物を縦２３×横２３×深さ１．６ｃｍの成形容器に充填し、さらに乾燥機において８０℃、４時間乾燥後、１４０℃で１時間乾燥させ、その後冷却させることで、厚み１４．９８ｍｍ、密度０．２５５ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例２
実施例２にかかる吸音材１は、実施例１の吸音材１に対し、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を３２ｇ、繊維塊３を８ｇ、短繊維４を６０ｇ配合した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１４．８９ｍｍ、密度０．２５７ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例３
実施例３にかかる吸音材１は、実施例１、２の吸音材１に対し、短繊維４として繊維長１０ｍｍ、繊度３．３ｄｔｅｘのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維を用い、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を６４ｇ、繊維塊３を１６ｇ、短繊維４を２０ｇ配合した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１５．５７ｍｍ、密度０．２４５ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例４
実施例４にかかる吸音材１は、実施例３の吸音材１に対し、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を４８ｇ、繊維塊３を１２ｇ、短繊維４を４０ｇ配合（実施例１と同じ質量割合）した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１４．７ｍｍ、密度０．２６０ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例５
実施例５にかかる吸音材１は、実施例３、４の吸音材１に対し、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を３２ｇ、繊維塊３を８ｇ、短繊維４を６０ｇ配合（実施例２と同じ質量割合）した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１４．９５ｍｍ、密度０．２５６ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例６
実施例６にかかる吸音材１は、実施例１〜５の吸音材１に対し、短繊維４として繊維長５ｍｍ、繊度２．２ｄｔｅｘの芯鞘複合熱融着繊維（芯：ポリエステル繊維、鞘：低融点共重合ポリエステル）を用い、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を６４ｇ、繊維塊３を１６ｇ、短繊維４を２０ｇ配合（実施例３と同じ質量割合）した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１７．２９ｍｍ、密度０．２２０ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例７
実施例７にかかる吸音材１は、実施例６の吸音材１に対し、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を４８ｇ、繊維塊３を１２ｇ、短繊維４を４０ｇ配合（実施例１、４と同じ質量割合）した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１７．１ｍｍ、密度０．２１１ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

実施例８
実施例８にかかる吸音材１は、実施例６、７の吸音材１に対し、各材料の重量を、多孔質樹脂粒子２を４８ｇ、繊維塊３を１２ｇ、短繊維４を４０ｇ配合（実施例２、５と同じ質量割合）した以外は、前記実施例１と同様の作業を用いて作成し、その結果厚み１６．８１ｍｍ、密度０．２２３ｇ／ｃｍ^３の吸音材１を得た。

比較例
比較例には、ポリエチレンテレフタレート繊維（繊度２〜３ｄｔｅｘ、繊維長１０〜２０μｍ）を使用しニードルパンチ法により不織布とした、厚み２５ｍｍ、密度０．０１４ｇ／ｃｍ^３の不織布製吸音材を使用した。

実験結果
表１は実施例１〜８の吸音材１と比較例の吸音材についての実験結果を示しており、測定した各波長においての吸音性能を示す垂直入射吸音率と、遮音性能を示す垂直入射透過損失の測定結果を示している。
実験結果によれば、本発明にかかる実施例１〜８の吸音材１は測定したすべての波長において比較材よりも良好な吸音性能および遮音性能を有していることが判明した。
特に低周波領域である２０００ｈｚ近傍において、実施例１〜８の吸音材１は比較例に対して優れたな吸音性能を示しており、また高周波領域である５０００ｈｚ近傍では優れた遮音性能を示している。

また同じ材料を用いて異なる質量割合で作成した実施例３〜５を見ると、短繊維４の質量割合を４０％とした実施例４が比較的良好な吸音性能を示すものの、遮音性能については質量割合を２０％とした実施例３のほうが良好だった。
これに対し、短繊維を芯鞘複合繊維とした実施例６〜８においては、短繊維４の質量割合を４０％とした実施例８が、最も優れた低周波領域における遮音性能を示した。
また、同じ質量割合で作成した実施例１、実施例４、実施例７を比較すると、芯鞘複合繊維を使用した実施例７に比べて、実施例１、４の吸音材は若干良好な吸音性能を示した。
これと同様、同じ質量割合で作成した実施例２、実施例５、実施例８を比較すると、芯鞘複合繊維を使用した実施例７に比べて、実施例１、４の吸音材は若干良好な吸音性能を示した。

１吸音材２多孔質樹脂粒子
３繊維塊４短繊維
１１採取装置

Claims

多孔質樹脂粒子と、捲縮された繊維と弾性樹脂とからなる繊維塊と、繊維長が１〜８０ｍｍの繊維塊以外の短繊維とを含む吸音材であって、
前記短繊維を、前記多孔質樹脂粒子と前記繊維塊と前記短繊維との合計質量に対して１５〜７０％の質量割合で含むことを特徴とする吸音材。
前記短繊維の繊度を繊度１〜２０ｄｔｅｘとしたことを特徴とする請求項１に記載の吸音材。
前記多孔質樹脂粒子は、複数の突起部を備え、最大フェレ径Ａが１０〜１００μｍの粒子であって、表面に最小フェレ径Ｂ_２１〜１０μｍの開孔を有するとともに、前記開孔の最小フェレ径Ｂ_２に対する最大フェレ径Ｂ_１の比が１．５〜５．０の開孔を含み、前記開孔は表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の吸音材。
前記繊維塊は、前記弾性樹脂が捲縮された前記繊維に保持され、前記繊維の繊度が１〜５０ｄｔｅｘ、前記繊維塊の直径が２５〜３００μｍであることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の吸音材。