JP2020052300A

JP2020052300A - 吸音材およびその製造方法

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Publication number: JP2020052300A
Application number: JP2018182968A
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: JP7212246B2

Abstract

【解決手段】吸音材１およびその製造方法に関し、詳しくは捲縮された繊維２ａと弾性樹脂２ｂからなる繊維塊２とバインダーを含む吸音材１およびその製造方法に関する。吸音材１は、捲縮された繊維２ａと弾性樹脂２ｂからなる繊維塊２を含む吸音材であって、弾性樹脂２ｂが繊維２ａに保持されており、繊維２ａの繊度が１〜５０ｄｔｅｘ、繊維塊２の直径が２５〜３００μｍである。【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

本発明は吸音材およびその製造方法に関し、詳しくは捲縮された繊維と弾性樹脂からなる繊維塊とバインダーを含む吸音材およびその製造方法に関する。

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、前記特許文献１のような不織布を積層させた吸音材は、高周波領域、例えば２０００〜５０００Ｈｚにおいて良好な吸音性能を有するが、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およびその製造方法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、捲縮された繊維と弾性樹脂からなる繊維塊を含む吸音材であって、前記繊維塊は、前記弾性樹脂を前記繊維に保持しており、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している。
また請求項５の発明にかかる吸音材の製造方法は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の吸音材を構成する前記繊維塊を、０．５〜１５ｍ／ｍｉｎの速度で移動するポリウレタン樹脂を含浸させた不織布シートを、１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転している５０〜３００番手の粗さを有する研削シートに接触させて研削することにより回収することを特徴としている。

本発明にかかる吸音材に含まれる繊維塊は、弾性樹脂が玉状に絡まった繊維に保持されて形成されている。
このため、吸音材に入射した音は、前記繊維と弾性樹脂との間の空隙に侵入し、音のエネルギーの一部が摩擦や粘性抵抗を受けて熱エネルギーに変換されて吸収されるほか、捲縮して絡まっている繊維に保持された弾性樹脂粒子が振動し、音のエネルギーが振動に変換される。これにより良好な吸音性能を得ることができる。
また、前記繊維塊は玉状に絡まった繊維によって圧縮変形性に優れていることから、吸音材を圧縮した場合に、当該圧縮された部分の繊維塊だけが圧縮変形され、連続フォーム体で吸音材を作成した場合に比べて圧縮によるひずみの影響が広範囲に広がりにくいという効果も得られる。

本実施例にかかる吸音材の拡大写真繊維塊の拡大写真多孔質樹脂粒子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吸音性能についての実験結果を示すグラフ遮音性能についての実験結果を示すグラフ

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、弾性樹脂を含む繊維塊２と、多孔質樹脂粒子３とをバインダーによって結合した構成を有している。
前記繊維塊２は、図２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２ａの間に微細な弾性樹脂２ｂが入り込んだ、直径２５〜３００μｍ程度の塊状となっている。
前記多孔質樹脂粒子３は、図３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１０〜１００μｍ程度の粒子となっており、各多孔質樹脂粒子３の外面には最小フェレ径１〜１０μｍの開孔が形成され、また複数の突起部３ａが形成されている。
前記繊維塊２と多孔質樹脂粒子３との割合については、繊維塊２と多孔質樹脂粒子３との合計質量に対し、繊維塊２を２０〜６０質量％の割合で設定することができる。
ここで、前記繊維塊２は多孔質樹脂粒子３よりも剛性が高く、前記繊維塊２が骨材としての役割を果たすため、繊維塊２の割合を高めることで吸音材１の剛性をあげるとともに、吸音率を向上させることができる。

図４は、前記繊維塊２や前記多孔質樹脂粒子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、前記繊維塊２を採取するための樹脂含浸不織布からなるシートＳ、もしくは前記多孔質樹脂粒子３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繊維塊２や多孔質樹脂粒子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。

前記繊維塊２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２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、０．２ｇ／ｃｍ³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以下のポリエステル系、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１００〜５０００ｃｐ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、加圧可能な一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２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が樹脂含浸不織布シートＳ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２ａが引き出され、引き出された繊維２ａが捲縮し糸玉状に絡まる。
その際、前記樹脂含浸不織布シートＳに含浸された弾性樹脂は、前記繊維２ａ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２ａが捲縮して絡まるのに伴って当該繊維２ａ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、捲縮して糸玉状に絡まった繊維２ａの根元部分が破断し、前記玉状に絡まった繊維２ａに微細な弾性樹脂２ｂが取り込まれた繊維塊２となって離脱することとなる。この時、弾性樹脂２ｂは繊維２ａに付着しているものと、繊維２ａに付着することなく、玉状に絡まった繊維２ａ内に取り込まれて保持されているものが存在する。

このようにして樹脂含浸不織布シートＳより離脱した繊維塊２は、直径２５〜３００μｍ、より好ましくは５０〜２５０μｍの大きさを有する。なお、繊維塊２の直径は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）やマイクロスコープにより５０倍で撮影した画像の任意の領域に存在する粒子を検出し、それらの円相当径を求め平均をとることにより算出される。この際、繊維塊２から伸びる単繊維は測定対象から除外する。

繊維塊２において、弾性樹脂２ｂは繊維２ａの表面に付着、或いは、付着せずに絡まった繊維に巻き込まれて保持されている。当該弾性樹脂２ｂの存在により、繊維２ａと繊維２ａとの間の空隙が複雑化し、当該繊維塊２の空隙内部に音が入射すると、衝突や摩擦を受けて熱エネルギーに変換される。また、繊維２ａに付着せずに保持された弾性樹脂２ｂが振動し、音のエネルギーが振動に変換される。これにより良好な吸音性能が得られるようになっている。
さらにまた、前記繊維塊２を構成する捲縮された繊維２ａは玉状に絡まり繊維塊２同士が独立しているため、吸音材１の一部を圧縮した場合に、当該圧縮された部分の繊維塊２だけが圧縮変形し、他の繊維塊２には影響が及ばないようになっている。

次に、前記多孔質樹脂粒子３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、網目状に連通した連続発泡構造を有している。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３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３の最大フェレ径Ａ、および、多孔質樹脂粒子３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ＤＭＦ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、発泡や小発泡の大きさや量（個数）を制御するため、カーボンブラック等の顔料、発泡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。本例では、０〜３０重量％の割合でカーボンブラックを添加する。

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３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３ａ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。

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発泡が形成される。

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、大きな発泡と小さな発泡とが網目状に連通する。

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、前記採取装置１１によって前記ポリウレタンシートＳから前記多孔質樹脂粒子３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３ａ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。
このようにしてポリウレタンシートＳより離脱した多孔質樹脂粒子３の外面には、ポリウレタン樹脂に形成された１〜１０μｍの開孔が一定方向に伸ばされた、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３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３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３ａが複数形成され、各突起部３ａ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。
前記突起部３ａ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、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、吸音される。

前記バインダーとしては酢酸ビニル樹脂エマルジョン系接着剤を利用することができ、そのほかにもアクリ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繊維塊２および多孔質樹脂粒子３を結合して前記吸音材１を作成する際には、所定の割合で前記繊維塊２および多孔質樹脂粒子３をミキサーに投入し、これらを攪拌しながら、或いは、前記繊維塊２および多孔質樹脂粒子３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。
これにより繊維塊２および多孔質樹脂粒子３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繊維塊２および多孔質樹脂粒子３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、繊維塊２および多孔質樹脂粒子３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、繊維塊２における繊維２ａと弾性樹脂２ｂとの間隙がふさがれてしまうのを抑制し吸音効果を十分に得ることができ、またバインダーが０．５％以上であることにより、吸音材１の形状を維持することができる。また、バインダーが前記範囲であることにより、圧縮された部分の繊維塊２だけが圧縮変形し、他の繊維塊２には影響が及ばないようにすることができる。

（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、捲縮して玉状に絡まった繊維２ａに微細な弾性樹脂２ｂが保持された繊維塊２と、表面に複数の前記突起部３ａを有する多孔質樹脂粒子３とによって構成されている。
このため、繊維塊２同士の空隙や繊維塊２と多孔質樹脂粒子３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２は捲縮して玉状に絡まった繊維２ａに微細な弾性樹脂２ｂが保持された構成を有していることから、繊維２ａと弾性樹脂２ｂ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２に入射すると、前記繊維２ａ、弾性樹脂２ｂ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２ａに付着せずに保持されている微細で振動可能な弾性樹脂２ｂ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。
また、前記繊維塊２は玉状に絡まった繊維２ａによって圧縮変形性に優れており、吸音材１を圧縮した場合に、当該圧縮された部分の繊維塊２だけが圧縮変形され、連続フォーム体で吸音材を作成した場合に比べて圧縮によるひずみの影響が広範囲に広がりにくいという効果も得られる。
つまり、連続フォーム体や連続する繊維体では、圧縮された部位につられてその近傍まで空隙率が低下して吸音率が低下するのに対し、本願吸音材１では圧縮された部位のみが沈みこみ、圧縮部位近傍が圧縮の影響を受けにくいので、吸音率の低下が圧縮部位のみに抑えられ、吸音材１を配置するスペースに合わせて高い吸音効果を得ることができる。

さらに、本実施例の吸音材１は多孔質樹脂粒子３を含んでおり、多孔質樹脂粒子３は表面に複数の前記突起部３ａを有するともに、最小フェレ径１〜１０μｍの開孔による略楕円の開孔が形成されている。多孔質樹脂粒子３内部にも孔が形成され、内部で孔同士が連通している。
このため、吸音材１に入射した音は、開孔を介して多孔質樹脂粒子３の開孔の内部に入射し、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て音のエネルギーが吸収される。
このとき、多孔質樹脂粒子３に形成された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るため、音エネルギーが熱エネルギーに変換されやすくなって吸音性能が高くなる。また多孔質樹脂粒子３に含まれる開孔の最小フェレ径は１〜１０μｍ以下の大きさであり、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ために、音が吸収されやすい。
そして前記多孔質樹脂粒子３は表面に複数の突起部３ａを有しており、前記バインダーによって固定されていない突起部３ａが音に対し敏感に振動することで、音のエネルギーを吸収することができる。

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１〜３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。

実施例１〜３にかかる吸音材１に含まれる繊維塊２の直径を以下のように測定した。
走査型電子顕微鏡（日本電子社製、ＪＭＳ−５５００ＬＶ）により５０倍で撮影した画像の任意の領域に存在する任意の３０点の粒子を検出し、それらの円相当径を求め、平均をとることにより繊維塊２の直径を得た。この際、繊維塊から伸びる単繊維は測定対象から除外した。

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３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、吸音材を走査型電子顕微鏡（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、６０質量部の繊維塊２と、４０質量部の多孔質樹脂粒子３とを含み、これに対して酢酸ビニル樹脂系エマルジョン接着剤を濃度１１％に希釈したバインダー５０質量部を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２．０ｃｍ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１７．４ｍｍ、密度０．１８２ｇ／ｃｍ^３の吸音材を得た。このとき繊維塊２の繊維２ａの繊度は２〜３ｄｔｅｘ、繊維塊２の直径は１０３μｍであった。

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、４０質量部の繊維塊２、６０質量部の多孔質樹脂粒子３を含んでおり、それ以外は前記実施例１と同様の作業を用いて、厚み１８．５ｍｍ、密度０．１７２ｇ／ｃｍ^３の吸音材を得た。このとき繊維塊２の繊維２ａの繊度は２〜３ｄｔｅｘ、繊維塊２の直径は９５μｍであった。

実施例３
実施例３にかかる吸音材１は、２０質量部の繊維塊２、８０質量部の多孔質樹脂粒子３を含んでおり、それ以外は前記実施例１、２と同様の作業を用いて、厚み１８．９ｍｍ、密度０．１９５ｇ／ｃｍ^３の吸音材を得た。このとき繊維塊２の繊維２ａの繊度は２〜３ｄｔｅｘ、繊維塊２の直径は１２０μｍであった。

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。

図６は、前記実施例１〜３および比較例についての、吸音性能を示す垂直入射吸音率の測定結果を示している。
実験結果によれば、高周波領域である４０００〜５０００Ｈｚの領域において、実施例１〜３の吸音材１が比較例の吸音材に対して若干良好な吸音性能を有しているとの結果を得た。
これに対し、低周波領域である１０００〜２０００Ｈｚでは、実施例１〜３の吸音材１は比較例の吸音材に対して良好な吸音性能を示した。

一方、図７は前記実施例１〜３および比較例についての、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、高周波領域から低周波領域にかけて、実施例１〜３の吸音材１は比較例の吸音材よりも良好な遮音性能を示した。

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。
本実施例にかかる吸音材１によれば、繊維塊２の捲縮された繊維２ａが絡まって形成された空隙や、繊維塊２同士や繊維塊２と弾性樹脂２ｂの間に形成される空隙によって、入射した音波の経路を複雑化させるうえ、音に対し振動可能な状態の弾性樹脂が捲縮繊維に付着されていることにより、効率的に音響エネルギーを減衰させることができる。
また、本実施例の吸音材１は多孔質樹脂粒子３を有しており、当該多孔質樹脂粒子３に形成された前記突起部３ａは、吸音材１に入射した音波によって振動しやすい突起によって構成されているため、当該突起部３ａが効率的に音響エネルギーを振動に変換させ、さらなる吸音作用を生じさせるものと推察され、これにより低周波領域における高い吸音性能を得ることができるものと考えられる。

１吸音材２繊維塊
２ａ繊維２ｂ弾性樹脂
３多孔質樹脂粒子３ａ突起部
１１採取装置

Claims

捲縮された繊維と弾性樹脂からなる繊維塊を含む吸音材であって、前記繊維塊は、前記弾性樹脂を前記繊維によって保持しており、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吸音材。
前記繊維塊は、繊維長１０〜１００ｍｍの繊維が捲縮し玉状をなしていることを特徴とする請求項１に記載の吸音材。
前記繊維塊同士がバインダーにより固着されてい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。
バインダーを固着した多孔質樹脂粒子であって、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_２が１〜１０μｍ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多孔質樹脂粒子をさらに含んでい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。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の吸音材を構成する前記繊維塊を、０．５〜１５ｍ／ｍｉｎの速度で移動するポリウレタン樹脂を含浸させた不織布シートを、１０００〜３０００ｒｐｍの回転数で回転している５０〜３００番手の粗さを有する研削シートに接触させて研削することにより回収することを特徴とする吸音材の製造方法。