JP2020075367A

JP2020075367A - ガラス繊維構造体

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Publication number: JP2020075367A
Application number: JP2018208113A
Authority: JP
Inventors: 貴文志村; Takafumi Shimura; 透板谷; Toru Itaya
Original assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Current assignee: Asahi Fiber Glass Co Ltd
Priority date: 2018-11-05
Filing date: 2018-11-05
Publication date: 2020-05-21

Abstract

【課題】遮音性能と耐チッピング性能の向上を図ることができるガラス繊維構造体を提供する。【解決手段】ガラス繊維構造体１は、ガラス繊維からなる高密度層３及び該高密度層３よりもガラス繊維の密度が低い低密度層２を有し、高密度層３及び低密度層２は互いに積層されて一体化されていて、高密度層３に対して低密度層２が積層されている反対側にゴム又は樹脂からなる高分子層４が一体化されている。これにより、例えば自動車エンジンルームを覆った際に高分子層４が外側に配されることで耐チッピング性能が向上する。また、高分子層４があることで遮音性能も向上させることができる。さらに、高分子層４が高密度層３に接着されていることで隙間なく密着させて一体化させることができ、一体的な構造物として取り扱い性が向上し遮音性能の向上も見込める。【選択図】図１

Description

本発明は、ガラス繊維を主とする構造体、より詳しくは自動車エンジンルームの遮音や吸音、さらには耐チッピング性能のために用いられるガラス繊維構造体に関するものである。

自動車のエンジン室には、騒音の低下等を目的として、ガラス繊維からなる構造体が使用されている（例えば特許文献１参照）。特許文献１が示す構造体は、複数のガラス繊維を絡み合わせて柔軟性部と高剛性部を形成し、柔軟性部により吸音及び断熱効果を、高剛性部により耐チッピング性能を図ろうとしている。このような構造体は、主にエンジン室と車室の間、エンジン部やトランスミッション部の周囲及び下部、タイヤホイール周囲等に取付けて使用されており、今後電気自動車のバッテリーカバー部周辺にも断熱吸音材として取り付けられる可能性がある。

特開２０１６−１４１２４８号公報

しかしながら、高剛性部のみで耐チッピング性能の向上を図っても、部位によっては実際の車両に取り付けた際の走行中の小石等の跳ね上がり（チッピング）によるエンジン及びその周辺部品の損傷防止としては十分ではなかった。また、構造体全体としての遮音性能も満足のいくようなものではなかった。

本発明は、上記従来技術を考慮したものであり、遮音性能と耐チッピング性能の向上を図ることができるガラス繊維構造体を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明では、ガラス繊維からなる高密度層及び該高密度層よりも前記ガラス繊維の密度が低い低密度層を有し、前記高密度層及び前記低密度層は互いに積層されて一体化されていて、前記高密度層に対して前記低密度層が積層されている反対側に特定範囲のヤング率を有するゴム又は樹脂からなる高分子層が一体化されていることを特徴とするガラス繊維構造体を提供する。

好ましくは、前記低密度層の片面に前記高密度層が積層され、反対側の面には不織布又は金属材料からなる薄くて軽量なカバー層が積層されている。このとき、低密度層がエンジン側になるよう取り付けられる。

好ましくは、前記高分子層は、不織布又は金属材料からなる中間層を介して前記高密度層に一体化されている。このとき、高分子層が、車室外側になるよう取り付けられる。

好ましくは、前記高分子層のヤング率は１Ｍｐａ〜１Ｇｐａである。

好ましくは、前記高密度層及び前記低密度層は、積層されている積層方向及びこの積層方向に直交する直交方向を有し、前記高密度層及び前記低密度層の前記直交方向端部は、前記高密度層及び前記低密度層よりも高剛性の封止部を有している。

本発明によれば、高密度層に対して高分子層が接着等により一体化されているため、例えば自動車エンジンルームを覆った際に高分子層が外側に配されることで耐チッピング性能が向上する。また、高分子層があることで遮音性能も向上させることができる。さらに、高分子層が高密度層に接着されていることで隙間なく密着させて一体化させることができ、一体的な構造物として取り扱い性が向上し遮音性能の向上も見込める。

また、低密度層に対してカバー層を積層させることで、ガラス繊維からなる低密度層がむき出しにされることを防止し、ガラス繊維の飛散防止や、見栄えをよくすることができる。不織布又は金属材料（例えばアルミニウム）からなるカバー層を用いれば、撥水や撥油性も付与できる。特に、金属材料からなるカバー層を用いれば、遮熱効果を付与できる。

また、高密度層と高分子層との間に中間層を設けることで、遮音効果を向上させることができる。また、高分子材料を直接高密度層に吹き付けて接着させる場合、中間層を設けることで高分子材料が高密度層に染みこんでしまうことを防止でき、高分子材料の使用量低減を図ることができ作業性が向上する。中間層は、高分子材料との接着性に関して相性の良い素材を用いると良い。

また、高分子層のヤング率を１Ｍｐａ〜１Ｇｐａとすることで、この範囲で耐チッピング性能が飛躍的に向上することが分かっている。

また、高密度層及び低密度層の両端部を高剛性とした封止部を設けることで、この両端部からのガラス繊維のほつれ等を防止し、ガラス繊維の飛散の防止や製品組付け時のハンドリング性が向上できる。さらに、封止部は、この両端部からの水や油の浸入を防止できる。

本発明に係るガラス繊維構造体の概略断面図である。本発明に係るガラス繊維構造体の遮音性能を示すグラフである。本発明に係るガラス繊維構造体の別の例を示す概略断面図である。本発明に係るガラス繊維構造体のさらに別の例を示す概略断面図である。本発明に係るガラス繊維構造体のさらに別の例を示す概略断面図である。

図1に示すように、本発明に係るガラス繊維構造体１は、ガラス繊維からなる低密度層２及び高密度層３を備えている。低密度層２は高密度層３に比してガラス繊維の密度が低い。この高密度層３及び低密度層２は互いに積層されて一体化されている。そして、高密度層３に対して低密度層２が積層されている反対側にゴム又は樹脂からなる高分子層４が一体化されている。高分子層４を形成するゴムとしては例えばクロロプレンゴムがあり、樹脂としては例えばポリウレアがある。

このようなガラス繊維構造体１の主な用途としては、エンジンルーム下部に取り付けられて外部へのエンジン音の音漏れ防止や、エンジンへのチッピング防止がある。エンジンルーム下部にガラス繊維構造体１が取り付けられた状態では、高分子層４が外側に配されて露出している。このような使用方法によれば、音源となるエンジン側に低密度層２が配されるので、吸音効果を十分に発揮することができるとともに、チッピングを受ける側に高分子層４が配されるので耐チッピング性能も十分に発揮することができる。また、エンジンの発する広い周波数帯域での３０００Ｈｚ〜４０００Ｈｚ付近での共振現象による吸音率低下についても防止できる。特に本発明のガラス繊維構造体１では、高密度層３よりも耐チッピング性能の高い高分子層４が露出しているので、チッピングの影響をかなり低減できる。特に高分子層４のヤング率を１Ｍｐａ〜１Ｇｐａとすることで耐チッピング性能は飛躍的に向上する。また、高分子層４があることで遮音性能も向上させることができる。さらに、高分子層４が高密度層３に接着されていることで隙間なく密着させて一体化させることができ、一体的な構造物として取り扱い性が向上し遮音性能の向上も見込める。遮音や耐チッピングのための高分子層４を別体としてクリップ等で取り付けることに比べると、塗布による接着等で互いを密着させて一体化させることで、利便性は飛躍的に向上する。

なお、図の例では、高密度層３に直接高分子層４が接着されている例ではなく、高密度層３と高分子層４との間に中間層５が介在している例を示している。すなわち、高分子層４は、中間層５を介して高密度層３に接着により一体化されている。この中間層５は、不織布又は金属材料で形成されている。金属材料としては例えばアルミニウムを利用できる。このように、高密度層３と高分子層４との間に中間層５を設けることで、遮音効果を向上させることができる。また、高分子層４として高分子材料を直接高密度層３に吹き付けて接着させる場合、中間層５を設けることで高分子材料が高密度層３に染みこんでしまうことを防止でき、高分子材料の使用量低減を図ることができ作業性が向上する。

また図の例では、低密度層２にはカバー層６が積層されている。すなわち、カバー層６は低密度層２対して高密度層３が積層されている反対側に積層されている。このカバー層６は中間層と同様、不織布又は金属材料で形成されている。このように、低密度層２に対してカバー層６を積層させることで、ガラス繊維からなる低密度層２がむき出しにされることを防止し、ガラス繊維の飛散を防止し及び見栄えをよくすることができる。不織布又は金属材料（例えばアルミニウム）からなるカバー層６を用いれば、撥水や撥油性も付与できる。特に、金属材料からなるカバー層６を用いれば、遮熱効果を付与できる。なお、上述した一体化の効果を得るため、中間層５やカバー層６も低密度層２や高密度層３、そして高分子層４とも互いに密着していることが好ましい。すなわち、低密度層２はカバー層６及び高密度層３と密着して一体化されていて、高密度層３は低密度層２及び中間層５と密着して一体化されていて、中間層５は高分子層４及び高密度層３と密着して一体化されている。密着しているそれぞれの層２〜６は、互いに全面で密着している。

高分子層４による遮音性能の向上については、図２に示すように、実線で示す本発明のガラス繊維構造体１の方が点線で示す従来品よりも音響透過損失が向上していることから明らかである。図２の実線で示す本発明の実施例は、低密度層２のガラス繊維として平均繊維径が３μｍで１０００ｇ／ｍ^２のものを用い、高分子層４として５０ｇ／ｍ^２のものを一体化させたものを示している。一方で点線で示す従来品からなる比較例は、実施例で用いた低密度層２と同様のものを用い、高分子層４が形成されていないものを示している。図２を参照すれば明らかなように、どの周波数帯域においても音響透過損失は実施例の方が高く、すなわち遮音性能は向上している。このことは、低密度層２としてガラス繊維平均繊維径を２μｍ〜９μｍに変更しても同様の結果となっている。

図３及び図４に示すように、高密度層３及び低密度層２は、積層されている積層方向Ｓ及びこの積層方向Ｓに直交する直交方向Ｒを有している。図３及び図４に示すように、高密度層３及び低密度層２の直交方向Ｒの両端部部分のガラス繊維密度を上げて（両端部のガラス繊維を薄くするように潰して高剛性とし封止部７を形成している。あるいは、図５に示すように別途両端部部分にゴム系の樹脂を塗布したり、アルミテープ等を貼り付けたりして封止部７を設けてもよい。このように、封止部７は高密度層３及び低密度層２を潰すことで形成してもよいし、又は別体の樹脂や粘着シール等を設けて形成してもよい。高密度層３及び低密度層２を潰して封止部７を形成する場合は、図３に示すように、カバー層６とともに高分子層４側に潰してもよいし、図４に示すように、高分子層４及び中間層５とともにカバー層６側に潰してもよい。潰して形成することで、別部材を利用することなく容易に封止部７を形成できる。このような封止部７により、この両端部からのガラス繊維のほつれ等を防止し、ガラス繊維の飛散を防止し見栄えをよくすることができる。さらに、封止部７により、この両端部からの水や油の浸入を防止できる。

本発明に係るガラス繊維構造体１についてさらに詳述する。低密度層２及び高密度層３は、未硬化の熱硬化性バインダーが付着したマット状のガラス繊維集合体（以下、中間体と称する）を加圧加熱成形して得られる。なお、予め低密度層２と高密度層３の外側にそれぞれ中間層５やカバー層６が一体化されていてもよい。

ガラス繊維には多く種類があるが、本発明で使用するガラス繊維のガラス組成に関して、特に制限はないが、低密度層に用いるガラス繊維としては、グラスウール断熱材に使用されるソーダライムガラス、もしくはＡガラスと称されるガラス組成が好ましい。当該ガラス組成であれば、比較的低い温度にて溶融させ、遠心法を用いることで量産化が可能であること等の点で経済性に優れている。

ガラス繊維の繊維径は、特に制限がないが、平均繊維径が２μｍ〜３０μｍの範囲にあることが好ましい。繊維径が上記の範囲であれば、低密度層や高密度層に用いても、本発明の目的を満足させることができ、同じ繊維径のガラス繊維を低密度層及び高密度層に使用しても、低密度層と高密度層にて、繊維径の異なるガラス繊維を使用しても構わない。

また、低密度層に用いるガラス繊維は、繊維径が２μｍ〜７μｍであることがより好ましく、繊維径が３μｍ〜５μｍであることが更に好ましい。ガラス繊維構造体において、吸音体の密度が同一であっても、構成するガラス繊維の繊維径が細くなると、単位体積あたりのガラス繊維の本数が多くなり、その結果、ガラス繊維同士が交差して形成される空間が小さく且つ数が多くなるので、吸音性が向上する。本発明のガラス繊維構造体の低密度層においても、上記の範囲にある繊維径のガラス繊維を使用することで、本発明の目的を達成することが容易となる。

高密度層に用いるガラス繊維は、繊維径が２μｍ〜３０μｍであることが好ましく、６μｍ〜２５μｍのＥガラスであることが更に好ましい。ガラス繊維径がこの範囲にあると、ガラス繊維構造体の密度を上げなくとも、曲げ弾性率は高くなる。また、高密度層に用いるガラス繊維としては、低密度層に用いられるグラスウールの他、Ｅガラスを使用できる。

本発明で使用する未硬化の熱硬化性バインダーは、水性アルデヒド縮合性樹脂又はアクリル樹脂であることが好ましい。アルデヒド縮合性樹脂は、レゾール型フェノール樹脂、アミノ樹脂、フラン樹脂が挙げられる。なお高密度層側で用いるバインダーは、上記に加えてポリエステル樹脂が挙げられる。

フェノール樹脂は、フェノール類とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂であり、フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、レゾルシン及びこれらの変性物が例示でき、アルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの他、アセトアルデヒド、フルフラール、パラホルムアルデヒドが例示できる。

アミノ樹脂は、尿素、及びメラミン、アセトグアナミン、ベンゾグアナミン等の尿素から誘導されるアミノ基を有する化合物とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂である。これに類似して、ポリアクリルアミド、アミノアルコール、ポリアミン類等のアミノ基を有する化合物とアルデヒド類との付加反応によって得られる樹脂も使用できる。

アルデヒド縮合性樹脂を使用する場合は、各樹脂を単独で使用しても、あるいは上記の樹脂を混合して使用しても構わない。例えば、フェノール樹脂の一部をメラミン樹脂、尿素樹脂に置き換えてもよい。

本発明に用いる熱硬化性バインダーには、主成分の熱硬化性樹脂以外にｐＨ調整剤、硬化促進剤、シランカップリング剤、着色剤、防塵剤、無機繊維から溶出するアルカリ成分を中和する中和剤等の添加剤を必要により加えてもよい。バインダーは上記の各成分を常法に従って混合し、水を加えて所定の濃度に調整される。

マット状のガラス繊維集合体（中間体）における、未硬化の熱硬化性バインダーの付着量は、ガラス繊維集合体の全質量に対して、５質量％〜７０質量％であることが好ましい。

更に、低密度層を成形するために使用するマット状のガラス繊維集合体（中間体）においては、未硬化の熱硬化性バインダーの付着量は、５質量％〜１５質量％であることが好ましい。未硬化の熱硬化性バインダーの付着量が上記の範囲にあれば、本発明の低密度層の密度及び（弾性率）に関する要件を満たすことが可能となる。

熱硬化性バインダーの付着量が５質量％未満になると、成形品の厚み保持が難しくなったり、層間剝離が起き部品が割れる可能性がある。付着量が１５質量％を超えると製品の剛性が高まるが、低密度層の吸音性が低下したり、成形時間が長くなったり部品の材料コストが上がり不経済的である。

一方、高密度層を形成するために使用するマット状のガラス繊維集合体（中間体）においては、未硬化の熱硬化性バインダーの付着量は、１０質量％〜７０質量％であることが好ましい。未硬化の熱硬化性バインダーの付着量が上記の範囲にあれば、本発明が目的とする高密度層の密度及び曲げ弾性率に達することが可能となる。未硬化の熱硬化性バインダーの付着量が１０質量％未満になると、成形後の高密度層の密度及び曲げ弾性率が所望する範囲にならない場合があり、付着量が７０質量％を超えると、成形後に製品収縮が発生したり、冷却時に製品が割れる可能性がある。

ここで、低密度層２の密度は２０ｋｇ／ｍ^３よりも高くて１５０ｋｇ／ｍ^３以下である。低密度層の密度が２０ｋｇ／ｍ^３よりも高くなると、吸音体を透過する音が減少し、吸音率が向上する。一方、低密度層の密度を１５０ｋｇ／ｍ^３以下にすることで、吸音体密度の上昇による音の反射を抑制し、吸音率が向上する。すなわち、最適な吸音率が得られる密度は２０ｋｇ／ｍ^３よりも高くて１５０ｋｇ／ｍ^３以下となる。

これに対し、製品の外周端末は高剛性である方が好ましい。製品の外周端末の密度を５０ｋｇ／ｍ^３以下にすると剛性不足となる。製品外周端末の密度が１０００ｋｇ／ｍ^３を上回ると、低密度層2のガラス繊維が成形時の圧縮に耐えられず、繊維が折れてしまい、剛性不足になってしまう。すなわち、最適な製品端末剛性が得られる密度は５０ｋｇ／ｍ^３よりも高くて１０００ｋｇ／ｍ^３以下となる。

また、低密度層２の厚みは１ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍである。低密度層の厚みを１０ｍｍ以上にすると、透過する音が減少し、吸音性能が十分となる。一方、低密度層の厚みを３０ｍｍ以下にすると、吸音性能を維持しつつ、自動車のエンジン室等の狭い空間にでも設置することが可能な吸音体が得られる。

これに対し、製品の外周端末（直交方向Ｒでの両端部）は高剛性である方が好ましい。低密度層２及び高密度層３の両端部部分に位置する封止部７を形成する場合は、低密度層２及び高密度層３を薄く成形して密度を高める。このとき、封止部７の直交方向Ｒでの厚みが１０ｍｍ以上であると剛性不足となる。

一方で、高密度層３の密度は１００ｋｇ／ｍ^３以上である。高密度層３の密度が１００ｋｇ／ｍ^３以上であれば、製品の自重や車体の振動などに対する剛性を得ることができる。

また高密度層３の曲げ弾性率は１５０ＭＰａ以上、より好ましくは１８０ＭＰａ以上である。高密度層の曲げ弾性率が１５０ＭＰａ以上であれば、自動車のボディーへの設置の際の吸音体の取扱性が向上し且つ、耐チッピング性を有する。

高密度層３の厚みは１０ｍｍ以下、好ましくは５ｍｍ以下である。高密度層の厚みが１０ｍｍ以下であれば、吸音体の取扱性及び、耐チッピング性が向上する。

低密度層2及び高密度層３をこのような特性とすることで、低密度層２には高い効果の吸音性能を付与しつつ、高密度層３にはある程度の吸音性能及び剛性を付与することができる。したがって、吸音体１としては吸音性能が高く、耐チッピング性能も兼ね備えたものとすることができる。

１：ガラス繊維構造体、２：低密度層、３：高密度層、４：高分子層、５：中間層、６：カバー層、７：封止部

Claims

ガラス繊維からなる高密度層及び該高密度層よりも前記ガラス繊維の密度が低い低密度層を有し、
前記高密度層及び前記低密度層は互いに積層されて一体化されていて、
前記高密度層に対して前記低密度層が積層されている反対側にゴム又は樹脂からなる高分子層が一体化されていることを特徴とするガラス繊維構造体。
前記低密度層に対して前記高密度層が積層されている反対側に不織布又は金属材料からなるカバー層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維構造体。
前記高分子層は、不織布又は金属材料からなる中間層を介して前記高密度層に一体化されていることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維構造体。
前記高分子層のヤング率は１Ｍｐａ〜１Ｇｐａであることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維構造体。
前記高密度層及び前記低密度層は、積層されている積層方向及びこの積層方向に直交する直交方向を有し、
前記高密度層及び前記低密度層の前記直交方向端部は、前記高密度層及び前記低密度層よりも高剛性の封止部を有していることを特徴とする請求項１に記載のガラス繊維構造体。