JP2021116411A - 吸音ウレタンフォーム - Google Patents

Abstract

【課題】吸音性能に優れた吸音ウレタンフォームを提供すること。【解決手段】実施形態によると、吸音ウレタンフォームが提供される。吸音ウレタンフォームは、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である。【選択図】 図６

Description

本発明は、吸音ウレタンフォームに関する。

従来、自動車乗車時の外部からの衝撃に対して乗客の安全を守る為、自動車のドア内部、天井周り、ピラー内部に衝撃吸収材が装着されている。衝撃吸収材としては、例えば、硬質ポリウレタンフォーム、及び、熱可塑性樹脂ビーズの発泡体からなるものが知られている。

また、今日の自動車においては、エンジン音及びタイヤ走行音等の騒音を制御し、車内の静粛性を高めることが求められている。しかしながら、上記のような硬質ポリウレタンフォーム及び熱可塑性樹脂ビーズの発泡体は、一般的に独立気泡構造からなるため、吸音性能に劣るという問題があった。硬質ポリウレタンフォーム及び熱可塑性樹脂ビーズの発泡体に対して連続気泡構造を付与する技術は知られているが、肉厚が薄い場合に、広い周波数帯域において優れた吸音性能を付与するのは困難であった。

特開２０１３−０４７３３８号公報 特開２００５−２７２８０６号公報 特許第４４６１４５３号

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、優れた吸音性能を有する吸音ウレタンフォームを提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、吸音ウレタンフォームが提供される。吸音ウレタンフォームは、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である。

本発明によると、優れた吸音性能を有する吸音ウレタンフォームを提供することができる。

吸音ウレタンフォームの一例を概略的に示す平面図。 図１に示す吸音ウレタンフォームのII−II線に沿った断面を概略的に示す断面図。 図１に示す吸音ウレタンフォームのIII−III線に沿った断面を概略的に示す断面図。 多孔質弾性体材料に音波が伝播する様子を概略的に示す図。 多孔質弾性体材料の骨格に入射した入射波が減衰する様子を概略的に示す図。 実施例に係る吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率の測定結果を示す吸音率グラフ。 実施例に係る吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率の測定結果を示す吸音率グラフ。 実施例に係る吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率の測定結果を示す吸音率グラフ。 実施例に係る吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率の測定結果を示す吸音率グラフ。 実施例に係る吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率の測定結果を示す吸音率グラフ。

一般的な自動車のフロアには、下肢部衝撃吸収材が備え付けられている。従来、下肢部衝撃吸収材の材料としては、衝撃吸収性能に優れる発泡ポリプロピレン及び発泡ポリエチレンが主流であるが、衝撃吸収性能のみならず吸音性能を兼ね備える硬質ウレタンフォームも使用されている。硬質ウレタンフォームは、例えば、発泡ポリプロピレンと比較して軽く、強度が高いという特徴がある。

自動車の乗員が車内で知覚する騒音は、低周波数帯域において音圧レベルが高い。それ故、自動車に備え付けられる衝撃吸収材には、所定の衝撃吸収性能（座屈性）のみならず、例えば低周波数帯域における優れた吸音性能が要求される。昨今では、広い車内空間を実現するため、及び、車両重量を低減するために、衝撃吸収材の厚みを小さくする要求が強まってきている。つまり、可能な限り薄い肉厚の衝撃吸収材により、優れた吸音性能及び実用的な衝撃吸収性能を実現することが求められている。

実施形態に係る吸音ウレタンフォームは、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である。例えば、直径２９ｍｍ且つ厚み１０ｍｍの塊状物に対して行う垂直入射吸音率測定の結果、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上であるものである。この塊状物は、実施形態に係る吸音ウレタンフォームの少なくとも一部でありうる。即ち、塊状物は、吸音ウレタンフォーム自体であるか、又は、厚み１０ｍｍ及び直径２９ｍｍの円柱形状を切り出すことが可能な大きさを有する吸音ウレタンフォームから、上記の寸法を有する円柱形状に切り出したウレタンフォームである。なお、本願明細書においては、「垂直入射吸音率」を「吸音率」と省略することがある。

１０ｍｍという薄さで、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上である吸音ウレタンフォームは、優れた吸音性能を有していると言える。吸音ウレタンフォームは、意匠面を備えていることが好ましい。意匠面とは、例えば、ウレタンフォームをモールド成形により得た場合に、成形時に金型の上型に触れていた面のことを指す。意匠面は、スキン又はスキン面とも呼ぶ。吸音ウレタンフォームが意匠面を備えているか否かは、吸音ウレタンフォームの表面及び／又は断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscopy）により観察することで判断することができる。

＜垂直入射吸音率の測定方法＞
まず、吸音率の測定対象として、直径が２９ｍｍ（２９φ）であり、厚みが１０ｍｍの円柱形状を有するウレタンフォーム塊状物を用意する。塊状物は、その厚みが１０ｍｍとなるような金型を用いたモールド成形により作製する。塊状物は、２９φの打ち抜き型を備える打ち抜き機を用いて用意することができる。吸音率の測定結果の平均値を算出するために、この塊状物を５個用意する。

吸音率の計測装置としては、リオン株式会社製のアコースティックダクト・伝達関数法 垂直入射音響計測システム９３０１型、或いは、この装置と等価な機能を有する装置を使用する。垂直入射音響計測システムは、音響管（アコースティックダクト）の内部で吸音材又は遮音材に音を垂直に入射して、反射音又は透過音を捉えて、材料の吸音率、音響インピーダンス関連項目、及び、透過損失を計測することができる。垂直入射音響計測システムを起動し、マイクロホンの校正を行い、吸音率測定の準備を完了する。

塊状物の厚み方向と平行な方向に沿って音が入射するように、塊状物をダクト内部の所定位置にセットして、吸音率を測定する。吸音率測定は、ＪＩＳ Ａ １４０５：１９９４に準拠して行う。塊状物が意匠面を有している場合には、この意匠面に対して音が入射するように塊状物をセットする。

そして、周波数が５００Ｈｚ、６３０Ｈｚ、８００Ｈｚ、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ、３１５０Ｈｚ、４０００Ｈｚ、５０００Ｈｚ及び６３００Ｈｚの場合の垂直入射吸音率をそれぞれ測定する。この測定を、５個の塊状物のそれぞれに対して行い、上記の各周波数における垂直入射吸音率の平均値を算出することにより、各周波数における垂直入射吸音率を決定することができる。この測定結果に基づいて、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に吸音率（％）を示す折れ線グラフを作成することができる。本願明細書においては、当該折れ線グラフを「吸音率グラフ」と呼ぶ。後述する図６〜図９に係る吸音率グラフは、対数グラフである。

測定対象の塊状物に関して、１０００Ｈｚ、１２５０Ｈｚ、１６００Ｈｚ、２０００Ｈｚ、２５００Ｈｚ及び３１５０Ｈｚの全ての周波数における吸音率が４０％以上である場合に、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上であると見なすことができる。

吸音ウレタンフォームは、垂直入射吸音率測定の結果、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４５％以上であることがより好ましく、垂直入射吸音率が５０％以上であることが更に好ましい。吸音ウレタンフォームが自動車等の下肢部衝撃吸収材として用いられた場合には、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域における吸音率が高いほど、自動車等の乗員は、低周波数帯域の騒音を知覚しにくい。それ故、乗員は、乗車中に快適に過ごすことができる。低周波数帯域とは、例えば、周波数が１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の帯域を指す。

低周波数帯域の騒音を効果的に吸音するという観点では、吸音ウレタンフォームは、垂直入射吸音率測定の結果として得られる吸音率グラフにおいて、１０００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの周波数において吸音率のピークを有していることが好ましい。この場合、例えば５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの吸音率が優れている。例えば、図６に示す吸音率グラフに示しているように、実施例としての例８では周波数１６００Ｈｚにおいて最も優れた吸音率を示している。言い換えると、例８は、周波数１６００Ｈｚにおいて吸音率のピークを有している。それ故、例８に係る吸音ウレタンフォームは、５００Ｈｚ〜２０００Ｈｚの周波数帯域の騒音を効果的に吸音することができる。

吸音ウレタンフォームの形状及び寸法は特に限定されない。吸音ウレタンフォームは、例えば、厚みが１５ｍｍ以下である部位を有する。垂直入射吸音率測定は、例えば、厚みが１５ｍｍ以下である部位から摘出された塊状物に対して行う。吸音ウレタンフォームは、厚みが１５ｍｍ以下の部位においても、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上であることが好ましい。塊状物は、例えば、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの円柱形状を有している。

吸音ウレタンフォームは、一例においては１０ｍｍ以上の厚みを有する部位を有しているが、１０ｍｍ以上の厚みを有する部位を有していなくてもよい。このような場合、吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率を測定するための塊状物を準備する際には、当該吸音ウレタンフォームと同様の配合により１０ｍｍ以上の厚みを有するウレタンフォームを製造して、製造したウレタンフォームから直径２９ｍｍ且つ厚み１０ｍｍの塊状物を用意し、この塊状物に対して垂直入射吸音率測定を行えばよい。

図４に、ウレタンフォームなどの多孔質弾性体材料の音の伝播モデル図を示す。実施形態に係る吸音ウレタンフォームは、例えば、図４に示す多孔質弾性体構造を有している。多孔質弾性体１００は、三次元的な格子構造を有する骨格１０１からなる。骨格１０１は、ウレア結合及びウレタン結合を含むイソシアヌレート構造を含む。イソシアヌレート構造は、イソシアネートの三量化反応で形成される環状構造である。多孔質弾性体１００は、骨格１０１が構成している格子間の空隙１０２を含む。空隙１０２は開口部でありうる。骨格１０１により形成される複数の格子の大きさは、互いに一定ではない。

多孔質弾性体１００には、音波ＳＷが入射する。音波ＳＷにより伝わる振動は、空隙１０２を通過する空気伝播波１０３と、骨格１０１を伝播する固体伝播波１０４とを生じさせる。空気伝播波１０３と固体伝播波１０４とは、これらが伝播する間に相互作用を生じて、それぞれの伝播波は減衰（吸音）される。また、骨格１０１に固体伝播波１０４として入射した入射波の一部は、図５に示すように熱エネルギーに変換されることにより減衰する。図５に示すように、骨格１０１に入射した入射波Ｉの一部は、骨格１０１に衝突して反射波Ｒとして反射する。骨格１０１に入射した入射波Ｉの他の一部は、骨格１０１内を伝播した後に、透過波Ｔとして骨格１０１内から骨格１０１外へ射出される。そして、骨格１０１に入射した波は、骨格１０１内を伝播する間に熱エネルギーｒに変換され得る。

吸音ウレタンフォームの吸音率は、吸音ウレタンフォーム内における骨格がどのように構成されているかに応じて変化する。吸音率という観点では、骨格１０１に占める環状構造の割合は、少なすぎても好ましくなく、多すぎても好ましくない。吸音ウレタンフォームの吸音性能を高めるためには、独立気泡構造だけではなく、連続気泡構造と混在することが有効である。吸音ウレタンフォームを発泡により製造する際に、ポリオールの当量を増加させると膜ができ難い傾向がある。即ち、連続気泡構造がより多く形成される傾向にある。そうすると、格子構造として存在する部分が相対的に減るため、音波が空隙１０２を伝播しにくくなると共に、熱エネルギーへ変換されにくくなるため吸音性能が低下する可能性がある。

吸音ウレタンフォームの通気性に着目すると、例えば、フォームの通気性を低下させることにより、音波の熱エネルギーへの変換が促進されることから、吸音性能が高まる傾向にある。しかしながら、過度に通気性を低下させると、反射波として射出される音波が増大して、吸音性能は劣る傾向にある。

厚みが１０ｍｍの吸音ウレタンフォームの通気性は、例えば、０．５ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ以上４０以下ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃであることが好ましい。通気性をこの範囲内とすることで、低周波数帯域で良好な吸音率を得ることができる。厚みが１０ｍｍの吸音ウレタンフォームの通気性は、１０ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ以上３０以下ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃであることがより好ましい。通気性は、ＪＩＳ Ｋ６４００ ７ Ｂ法：２０１２に準じて測定することができる。

実施形態に係る吸音ウレタンフォームを得るための原料及び配合について説明する。吸音ウレタンフォームは、例えば、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒及び添加剤を含む反応系で発泡させて得られる。気泡の構造を制御しやすくする観点から、製造方法としてはモールド成形が好ましい。

ポリウレタンフォームをモールド成形により製造する場合には、ポリオール成分とポリイソシアネート成分とを混合及び攪拌した液体を金型に流し込む。これら成分が硬化（キュア）する際には、泡化反応及び樹脂化反応が同時に進行する。それ故、肉厚が薄い部位、例えば厚みが１０ｍｍ以下の部位を有するウレタンフォームを成形する場合には、当該部位に対応した金型の一部においても適切にモールド成形が進行することが望ましい。言い換えると、得られるウレタンフォームにおいて、肉厚が薄い部位が、スキン剥がれ、欠肉、エアポケット及び割れ等の欠陥を有していないことが望ましい。欠陥が少なく、且つ、所望の形状で製造することが可能な吸音ウレタンフォームは、成形性に優れている。成形性は種々の要因の影響を受けて変化するが、実施形態に係る吸音ウレタンフォームは、肉厚が薄い部位の成形性にも優れていることが望ましい。

垂直入射吸音率測定の結果、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上である吸音ウレタンフォームを得るために、原料としてのポリオール成分（ポリオール）は、下記ポリオールＢを含むことが好ましい。ポリオールＢは、重量平均分子量が４０００〜１２０００の範囲内にあり、エチレンオキシド含有量が５重量％以上５０重量％未満である。ポリオールＢは、例えば、末端に水酸基を有するポリプロピレングリコールである。重量平均分子量が４０００以上であるポリオールＢを用いると、反応時の架橋点を少なくすることができるため、通気性の低いウレタンフォームを得ることができる。通気性の低いウレタンフォームは、上述したように吸音性能に優れている。

なお、複雑な形状とは、例えば、厚みが１５ｍｍ以下である部位を含む形状を含む。上述した垂直入射吸音率測定を実施する際に、測定対象とする塊状物を、厚み１５ｍｍ以下である部位を含むように摘出するのが望ましい。なぜなら、そのような肉厚の薄い部位に関する吸音性能が優れているウレタンフォームは、全体としても優れた吸音性能を備えた吸音ウレタンフォームと推定することができるためである。

ポリオールＢの重量平均分子量が１２０００を超えると、ポリオールＢの粘度が過度に高いため、吸音ウレタンフォームの成形ができない可能性がある。或いは、分子鎖が長いため、成形後の架橋密度が小さくなると共にフォームが柔らかくなりすぎる傾向があるため、適切にフォームを得ることができない可能性がある。なお、本願出願時点では、重量平均分子量が１２０００超のポリオールは市販されておらず、入手が困難である。

ポリオールＢの重量平均分子量は５０００〜８０００の範囲内にあることが好ましく、６５００〜７５００の範囲内にあることがより好ましい。

ポリオールＢのエチレンオキシド含有量は５０重量％未満であるため、後述するポリオールＡと比較すると発泡過程において発生する泡の保持力が高い。また、エチレンオキシド含有量が５０重量％未満である場合、得られる吸音ウレタンフォーム内で膜ができやすい傾向にあるため、通気性が低くなり、低周波数帯域の吸音率に優れる傾向にある。これは、通気性が低い吸音ウレタンフォームに低周波音域の入射波が入力されることにより、吸音ウレタンフォーム内部で、入射波が熱エネルギーへ変換及び吸収されるためと考えられる。ポリオールＢを使用することにより、吸音性能に優れるだけでなく成形性に優れた吸音ウレタンフォームが得られやすくなる。ポリオールＢのエチレンオキシド含有量は５重量％〜４０重量％の範囲内にあることが好ましく、５重量％〜３０重量％の範囲内にあることがより好ましい。

ポリオールＢは、末端エチレンオキシドキャップ構造を有していることが好ましい。

ポリオールＢの水酸基価は１４ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５６ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましい。

ポリオール成分（ポリオール）は、下記ポリオールＡを更に含むことが好ましい。ポリオールＡは、重量平均分子量が２０００〜１２０００の範囲内にあり、エチレンオキシド含有量が５０重量％以上である。ポリオールＡは、例えば、ポリエーテルポリオールである。ポリオールＡは、ポリオールＢと比較してより高い極性を有している。それ故、ポリオールＡをポリオールＢと併せて使用することにより、ポリオールＢのみを使用する場合と比較して、より連通化した気泡構造を有するポリウレタンフォームを得ることができる。即ち、適度に連通化した気泡構造を有するポリウレタンフォームが得られ、このようなポリウレタンフォームは吸音性能に優れている。また、ポリオールＡも重量平均分子量が比較的高いことから、成形性に優れた吸音ウレタンフォームを得るのに寄与する。

ポリオールＡの重量平均分子量は、６５００〜１００００の範囲内にあることが好ましく、７０００〜９０００の範囲内にあることがより好ましい。

ポリオールＡの水酸基価は１８ｍｇＫＯＨ／ｇ以上５２ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましい。

ポリオール成分は、ポリオールＡ及びポリオールＢとは異なる他のポリオールを含んでいてもよい。他のポリオールとしては、例えば、重量平均分子量が１０００以上４０００未満であり、エチレンオキシド含有量が５％未満であり、水酸基価が４０ｍｇＫＯＨ／ｇ以上のポリエーテルポリオールが挙げられる。他のポリオールとして、重量平均分子量が４０００未満のポリエーテルポリオールを配合することにより、衝撃吸収性能（座屈性）を付与しやすくする効果がある。

一例によると、ポリオール成分（ポリオール）に占める、ポリオールＡ、ポリオールＢ及び他のポリオールの配合割合は、それぞれ３５重量％〜８０重量％、５重量％〜４０重量％及び５重量％〜３０重量％とすることができる。但し、これらの合計が１００重量％となるように配合する。当該配合割合は、得られる吸音ウレタンフォームの垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である限り、適宜調整することが可能である。

ポリオール成分（ポリオール）の重量に占めるポリオールＢの重量の割合は、５重量％〜４０重量％の範囲内にありうる。ポリオール成分の重量に占めるポリオールＢの重量の割合が過度に少ないと、吸音ウレタンフォームの通気性が高い状態となり、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲における吸音率が低下する可能性がある。一方、ポリオール成分の重量に占めるポリオールＢの重量の割合が過度に多いと、通気性が低くなり、１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の吸音率が低下する可能性がある。ポリオール成分（ポリオール）の重量に占めるポリオールＢの重量の割合は、好ましくは５重量％〜３０重量％の範囲内にある。

ポリオール成分の重量に占めるポリオールＢの重量の割合は、５重量％〜２０重量％の範囲内であってもよく、５重量％〜１５重量％の範囲内であってもよく、１０重量％〜２０重量％の範囲内であってもよい。

ポリオール成分の重量に占めるポリオールＡの重量の割合は、好ましくは５０重量％〜７５重量％の範囲内にある。ポリオール成分の重量に占めるポリオールＡの重量の割合は、５０重量％〜８０重量％の範囲内にあってもよく、５５重量％〜７５重量％の範囲内にあってもよく、６０重量％〜７５重量％の範囲内にあってもよく、６５重量％〜７５重量％の範囲内にあってもよい。

ポリオール成分の重量に占める他のポリオールの重量の割合は、１０重量％〜３０重量％の範囲内にあってもよく、１５重量％〜２５重量％の範囲内にあってもよい。

ポリオール成分に占める、ポリオールＡ、ポリオールＢ及び他のポリオールの配合割合は、上述した複数の数値範囲の中から適宜組み合わせて決定することができる。例えば、ポリオールＡの重量の割合を５５重量％〜７５重量％の範囲内とし、ポリオールＢの重量の割合を５重量％〜１５重量％の範囲内とし、且つ、他のポリオールの重量の割合を１５重量％〜２５重量％の範囲内とすることができる。

ポリイソシアネートとしては、ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ：Methylene diphenyl diisocyanate）を使用することが好ましい。ジフェニルメタンジイソシアネートは、モノメリックＭＤＩであってもよく、ポリメリックＭＤＩであってもよく、それらの混合物であってもよい。ポリイソシアネートは、ＭＤＩを１種類のみ含んでいてもよく、２種類以上含んでいてもよい。ＭＤＩは、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ：Toluene diisocyanate）と比較して良好なキュア性を持っているため、成形面で優れている。

吸音ウレタンフォーム製造時のイソシアネートインデックスは、例えば１００〜２５０の範囲内にあり、好ましくは１３０〜１８０の範囲内にある。しかしながら、得られる吸音ウレタンフォームに関して、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において垂直入射吸音率が４０％以上である限り、ウレタンフォームを製造する際のイソシアネートインデックスに制限はない。イソシアネートインデックスが過度に低いと、ウレタンフォームの成形（成型）自体が難しく、金型から取り出せなくなる可能性がある。イソシアネートインデックスが過度に高いと、表面（スキン）のみが存在し、内部においては空隙又は空洞が過剰に多い状態となる。言い換えると、フォームが粗い網目構造を有するため、これをモールド成形により製造した場合には脱型時に破れやすい。

触媒として、樹脂化触媒、イソシアヌレート化触媒（三量化触媒）、表面改質触媒、及び、泡化触媒等を使用することができる。それぞれの触媒として、その用途で使用されている公知の触媒を使用することができる。

樹脂化触媒は、例えば、ポリオール成分の重量に対して１重量部〜３重量部の量で使用する。イソシアヌレート化触媒は、例えば、ポリオール成分の重量に対して２重量部〜５重量部の量で使用する。表面改質触媒は、例えば、ポリオール成分の重量に対して０．５重量部〜５重量部の量で使用することができ、１重量部〜３重量部の量で使用するのが好ましい。泡化触媒は、例えば、ポリオール成分の重量に対して０．１重量部〜１重量部の量で使用する。

表面改質触媒としては、ジエタノールアミン（ＤＥＡ）を使用することが好ましい。ＤＥＡは両端にＯＨ基を有している。これらＯＨ基が、イソシアネートが有するＮＣＯ基と架橋することで、得られるポリウレタンフォームの骨格の強度が高まるため、成形性が向上或いは安定し、スキン剥がれを抑制することもできる。その結果、複雑な形状の金型成形が可能である。例えば、肉厚が薄い部位を有する形状であっても、脱型時の割れを抑制することができる。つまり、ＤＥＡを含むウレタンフォームは複雑な形状を有するモールド成形においても優れた成形性を達成することができる。

他の添加剤として、例えば、整泡剤及び／又は可塑剤を添加することができる。整泡剤及び可塑剤は、ポリウレタンフォームの成形性を向上させることができる。他の添加剤は、例えば、ポリオール成分の重量に対して５重量部〜３０重量部の量で使用する。

発泡剤としては、一般的なポリウレタンフォームの製造に用いる公知のものであれば使用することができる。発泡剤は例えば水である。整泡剤を始めとするその他の添加剤については、一般的なウレタンフォームの製造に用いるものであれば使用することができる。

吸音ウレタンフォームの密度は、例えば、７０ｋｇ／ｍ³〜１２０ｋｇ／ｍ³の範囲内にあり、好ましくは８０ｋｇ／ｍ³〜１００ｋｇ／ｍ³の範囲内にある。密度がこの範囲内にあると、厚みが１５ｍｍ以下の部位を有するウレタンフォームであっても実用的な衝撃吸収性能を発揮し得る。

吸音ウレタンフォームの圧縮強度は、例えば、０．０５ＭＰａ〜０．５ＭＰａの範囲内にある。

実施形態に係る吸音ウレタンフォームの一例を、図１〜図３を参照しながら説明する。

図１は、吸音ウレタンフォームの一例を概略的に示す平面図である。図１では、吸音ウレタンフォームが下肢部衝撃吸収材（フットパネル）である場合を一例として描いている。図２は、図１に示す吸音ウレタンフォームのII−II線に沿った断面を概略的に示す断面図である。図３は、図１に示す吸音ウレタンフォームのIII−III線に沿った断面を概略的に示す断面図である。

下肢部衝撃吸収材１０は、第１部分１と、第２部分２と、肉厚部３とを備えている。第１部分１、第２部分２及び肉厚部３は、１つの金型を用いたモールド成形により一体成形されて下肢部衝撃吸収材１０を構成している。下肢部衝撃吸収材１０は、例えば、自動車のフロア部に搭載されうる。自動車のフロア部に搭載された下肢部衝撃吸収材１０上には、例えばフロアマットが敷かれ、乗員の両足は、フロアマットを介して下肢部衝撃吸収材上に置かれる。

第１部分１及び第２部分２は、肉厚部３と比較して肉厚が薄い。第２部分２は、略直方体形状であり、境界部４で規定される端面を有している。第２部分２が有する端面から第１部分１及び肉厚部３が伸びている。下肢部衝撃吸収材１０は、第２部分２と、第１部分１及び肉厚部３との境界部４が谷となるように湾曲している。境界部４は、下肢部衝撃吸収材１０の一方の面においては谷を形成しているが、他方の面においては山を形成している。

下肢部衝撃吸収材１０は、第２部分２と、第１部分１及び肉厚部３とが谷を形成している表面５を有する。下肢部衝撃吸収材１０は、第２部分２と、第１部分１及び肉厚部３とが山を形成している裏面６を有する。肉厚部３は、表面５において凸形状を有している。即ち、肉厚部３は、表面５において、第１部分１の表面を基準として、第１部分１の表面よりもせり出した構造を有している。

下肢部衝撃吸収材１０が、自動車のフロア部に搭載された場合、例えば、乗員の右足は第１部分１及び第２部分２の表面５上に置かれ、乗員の左足は第２部分２及び肉厚部３の表面５上に置かれる。

第１部分１及び第２部分２の肉厚は、例えば、３０ｍｍ以下である。第１部分１及び第２部分２は、それぞれ、厚みが１５ｍｍ以下の部位を備えることができる。当該部位の厚みは１０ｍｍ以下であってもよい。肉厚部３の厚みは、例えば７０ｍｍ〜１１０ｍｍである。

図１〜図３においては、吸音ウレタンフォームが下肢部衝撃吸収材である場合を一例として説明したが、吸音ウレタンフォームの用途は特に限定されず、吸音性能及び衝撃吸収性能が要求される用途に好適に使用される。吸音ウレタンフォームは、例えば、ドア内装緩衝材、頭部保護材、フロア嵩上げ材、ツールボックス、ラゲージボックス、天井材、シート芯材、サンバイザー芯材、ピラー芯材等の用途で使用することができる。発泡体を切削することで、所望の形状の吸音ウレタンフォームを得ることも可能である。

［実施例］
以下に実施例を説明するが、実施形態は、以下に記載される実施例に限定されるものではない。

下記表１に示す配合処方に従って、例１〜例１７並びに例６Ａ及び例７Ａに係る吸音ウレタンフォームをモールド成形にて製造した。表１記載の原料は以下のとおりである。表１中、各原料の配合割合は、重量部にて示されている。但し、「インデックス」は、ポリオール中の活性水酸基当量（濃度）、他の活性水酸基当量（濃度）を含む材料、及び、水の水酸基当量（濃度）の総和に対するポリイソシアネート中のイソシアネート基当量（濃度）を示している。

また、下記表２に示す配合処方に従って、例１８〜例２３に係る吸音ウレタンフォームをモールド成形にて製造した。表２記載の原料は以下のとおりである。表２中、各原料の配合割合は、重量部にて示されている。

（１）ポリオール１；東邦化学工業株式会社製の商品名：QB8000（重量平均分子量８０００、ポリオキシエチレン含有量８０％）
（２）ポリオール２；三井化学SKCポリウレタン株式会社製の商品名：EP-901P（重量平均分子量７０００、ポリオキシエチレン含有量１５％）
（３）ポリオール３；ダウ・ケミカル製の商品名：NC630（重量平均分子量７４００、ポリオキシエチレン含有量１４％〜１６％）
（４）ポリオール４；三洋化成工業株式会社製の商品名：KC745（重量平均分子量５０００、ポリオキシエチレン含有量２０％〜２５％）
（５）ポリオール５；三井化学SKCポリウレタン株式会社製の商品名：EP330N（重量平均分子量５０００、ポリオキシエチレン含有量１０％〜１２％）
（６）ポリオール６；三井化学SKCポリウレタン株式会社製の商品名：T-5000D（重量平均分子量５０００、ポリオキシエチレン含有量０％）
（７）ポリオール７；ダウ・ケミカル製の商品名：CP1421（重量平均分子量５０００、ポリオキシエチレン含有量７５％）
（８）ポリオール８；ダウ・ケミカル製の商品名：V4053（重量平均分子量１２５００、ポリオキシエチレン含有量６９％）
（９）ポリオール９；三井化学SKCポリウレタン株式会社の商品名：T-3000S（重量平均分子量３０００、ポリオキシエチレン含有量０％）
（１０）添加剤Ａ：日本乳化剤株式会社製の商品名:EM ALEX DEG-di-O(ジオレイン酸ジエチルグリコール)
（１１）添加剤Ｂ：東レ・ダウコーニング株式会社製の商品名：SF2962
（１２）添加剤Ｃ：東レ・ダウコーニング株式会社製の商品名：VORASURF 1280 additive
（１３）酸化防止剤：ＢＡＳＦジャパン株式会社製の商品名：Irganox1135
（１４）触媒Ａ：Ｎ−（ジメチルプロピル）ジイソプロピルアミン（ＤＰＡ：N-N,N'diisopropanolamine）（樹脂化触媒）
（１５）触媒Ｂ：エアプロダクツジャパン株式会社製の商品名：TMR7（三量化触媒）
（１６）触媒Ｃ：ジエタノールアミン（ＤＥＡ：Diethanolamine）（表面改質触媒）
（１７）触媒Ｄ：モメンティブ・パフォーマンス・マテリアルズ・インク社製の商品名：Niax catalyst A-1（泡化触媒）
（１８）発泡剤：水
（１９）ポリイソシアネート：住化コベストロウレタン株式会社製の商品名：スミジュール 44 V 20 L。

（例１）
表１に示す配合処方に従って（ハンド発泡により）、ポリイソシアネート以外の原料、即ち、ポリオール成分、添加剤、酸化防止剤、触媒及び発泡剤を配合してポリオール含有混合物をディスポカップ内で調製した。例１に係るポリオール成分は、ポリオール１、ポリオール２及びポリオール９を含む。得られたポリオール含有混合物をＡ液とする。Ａ液を３７℃±２℃となるように温度調節した。また、Ｂ液としてポリイソシアネートを準備し、Ｂ液を３７℃±２℃となるように温度調節した。

内寸が、幅３５０ｍｍ、奥行き３５０ｍｍ及び高さ１０ｍｍのサンプル作製用金型を用意し、当該金型を６５℃〜７０℃の温度範囲となるように加熱して温度を維持しておく。なお、温度の測定は表面温度計で行った。金型は、上面のみが開口した有底各筒形状の下型と、この上面を閉塞させることが可能な上型とからなる。

次いで、ディスポカップ内に準備したＡ液に対してＢ液を添加し、５秒間に亘って撹拌及び混合して混合溶液を得た。ここで、ポリオール成分の合計重量部を１００とした場合に、当該ポリオール成分を含むＡ液の重量部は１６０．４重量部であり、Ｂ液の重量部は２３５．５重量部であった。得られた混合溶液を、直ちに金型の下型に投入して、上型を用いて下型の上面を閉塞して６分間に亘りキュアした。この間、金型の表面温度は６５℃〜７０℃となるように温度を維持しておく。その後、金型から脱型して、常温にて２日間に亘り静置して、３５０ｍｍ×３５０ｍｍ×１０ｍｍの寸法を有する吸音ウレタンフォームを得た。

（例２）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を３７６．８重量部に変更したことにより、インデックスを１６０に変更したことを除いて、例１と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例３）
触媒Ｃ（ＤＥＡ）の配合量を１．２４重量部としたことを除いて、例１と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例４）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を２８８．３重量部に変更したことにより、インデックスを１２０に変更したことを除いて、例３と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例５）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を３３６．４重量部に変更したことにより、インデックスを１４０に変更したことを除いて、例３と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例６）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を３８４．４重量部に変更したことにより、インデックスを１６０に変更したことを除いて、例３と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例７）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を６００．７重量部に変更したことにより、インデックスを２５０に変更したことを除いて、例３と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例８）
ポリオール２の代わりに、ポリオール３を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例９）
ポリオール２の代わりに、ポリオール４を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１０）
ポリオール２の代わりに、ポリオール５を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１１）
ポリオール２の代わりに、ポリオール６を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１２）
ポリオール２の代わりに、ポリオール７を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１３）
ポリオール２の代わりに、ポリオール８を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１４）
触媒Ｃ（ＤＥＡ）の配合量を２．４８重量部としたことを除いて、例１と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１５）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を３９２．０重量部に変更したことにより、インデックスを１６０に変更したことを除いて、例１４と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１６）
各原料の配合比を表１中の例１６の列に示した通りに変更したことを除いて、例１と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１７）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を６０５．１重量部に変更したことにより、インデックスを２５０に変更したことを除いて、例１６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例６Ａ）
内寸が、幅３５０ｍｍ、奥行き３５０ｍｍ及び高さ３０ｍｍのサンプル作製用金型を使用したことを除いて、例６と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例７Ａ）
配合処方に占めるポリイソシアネートの配合量を５７６．６重量部に変更したことにより、インデックスを２４０に変更したことを除いて、例６Ａと同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

（例１８〜例２３）
各原料の配合比を表２に示す通りに変更したことを除いて、例１と同様の方法で吸音ウレタンフォームを得た。

＜成形性評価＞
例１〜例２３並びに例６Ａ及び例７Ａにおいて得られた各吸音ウレタンフォームについて、官能評価にて成形性（キュア性）を評価した。脱型時のウレタンフォームの状態が良好なものを「○」とし、手で脱型した際に指の後が残る（キュア不足）、又は、意匠面が剥がれてしまうものを「△」とし、ウレタンフォームが崩壊している、又は、重度のキュア不足状態である場合を「×」と評価した。例１〜２３のうち、キュア性が「○」である例６、８−１０、１２、１３、１５及び１８〜２３は、厚み１０ｍｍの塊状物の両面において意匠面を有していた。評価「×」の内訳としては、例えば、脱型を試みると糸をひく、フォームがぼろぼろで脆い、又は、フォーム内部のセルが崩壊及び陥没している等が挙げられる。なお、脱型時に意匠面が剥がれると吸音性能及び通気性が変化するため、連続操業を行って複数のウレタンフォームを製造した場合に安定した吸音性能を有するウレタンフォームを得るのが困難になる傾向にある。それ故、脱型時に意匠面が剥がれないようにキュアされていることが好ましい。

＜吸音性能評価＞
実施形態において記載した垂直入射吸音率の測定方法に従って、各例に係る吸音ウレタンフォームの吸音性能を評価した。周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上であるものを「○」とし、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲において垂直入射吸音率が４０％未満である帯域を有するものを「×」と評価した。但し、上記成形性評価において評価が「×」のものに関しては、適切に吸音性能を評価することができないため、評価を行わなかった。表１中、「吸音性能」の行において、評価を行わなかった例は斜線で示している。

表１及び表２に示しているように、例５−１３、１５−１６、１８〜２３、６Ａ及び７Ａに係る吸音ウレタンフォームは、実用的な成形性を有していた。つまり、これら例は、成形性の評価が「〇」又は「△」であった。それ故、吸音性能評価を行うことが可能であった。

また、表１に示している通り、例６Ａ及び例７Ａに関しては、評価対象のウレタンフォームの厚みが３０ｍｍである。

吸音率の測定が可能であった例５−１３、１５−１６、１８〜２３、６Ａ及び７Ａに関して、図６−１０に吸音率グラフを示す。図６には、例６、８−１０の結果を示している。図７には、例６、１１−１３及び１６の結果を示している。図８には、例５−７及び１５の結果を示している。図９には、例６Ａ及び例７Ａの結果を示している。図１０には、例１８−２３の結果を示している。それぞれの吸音率グラフでは、横軸に周波数（Ｈｚ）、縦軸に吸音率（％）を示している。

＜密度測定＞
各例に係る吸音ウレタンフォームについて、密度を測定したところ、いずれも９０ｋｇ／ｍ³であった。

密度は、ＪＩＳ Ｋ ７２２２：２００５に規定される測定方法に準拠して評価した。

図６には、インデックスが１６０で共通している例６、８−１０に係る吸音ウレタンフォームの吸音率測定結果を示している。これら例は、上述したポリオールＢに相当するポリオールをそれぞれ変更した例である。例６、８−１０に係る吸音ウレタンフォームは、ポリオール成分として、それぞれポリオール２（ＥＰ−９０１Ｐ）、ポリオール３（ＮＣ６３０）、ポリオール４（ＫＣ７４５）及びポリオール５（ＥＰ３３０Ｎ）を含んでいた。これらポリオールは、いずれも、重量平均分子量が４０００〜１２０００の範囲内にあり、エチレンオキシド含有量が５重量％以上５０重量％未満の範囲内にあったため、得られた吸音ウレタンフォームは、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において垂直入射吸音率が４０％以上であった。

図７にも、インデックスが１６０で共通している例６、１１−１３及び１６に係る吸音ウレタンフォームの吸音率測定結果を示している。例１１−１３に係る吸音ウレタンフォームは、例６及び８−１０とは異なり、ポリオールＢに相当するポリオール成分を含んでいなかった。その代わりに、エチレンオキシド含有量が５０重量％以上であるポリオール成分を含んでいた。そのため、得られる吸音ウレタンフォームの通気性が高くなり、ウレタン内部での入射波の熱エネルギーへの変換が少なくなると共に、入射波が吸収され難いため、例１１−１３についての１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲内における吸音率は、例６と比較して劣っていたと考えられる。また、例１６に係る吸音ウレタンフォームは、ポリオール成分として、重量平均分子量が４０００以上でありエチレンオキシド含有量が８０％であるポリオール１（ＱＢ８０００）及びポリオール９のみを含んでいたため、連続気泡が多く、低周波数帯域の吸音性能に優れなかった可能性がある。

図８には、例５−７及び１５に係る吸音ウレタンフォームの吸音率測定結果を示している。例５−７及び１５は、触媒Ｃ（ＤＥＡ）の含有量及びインデックスの条件を除いて、互いに同一の処方で吸音ウレタンフォームを製造した例である。これら例は、いずれも周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上であった。インデックスが２５０である例７は、例５、６及び１５と比較して１０００Ｈｚにおける吸音率が劣っていた。一方で、例７は、３１５０Ｈｚにおける吸音率がこれら例の中で最も優れていた。このことから、インデックスを高めることにより、効率良く吸音可能な周波数帯域が、低周波数帯域から２０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚ程度の高周波数帯域に変化する傾向があることがわかる。

例６Ａの処方は、例６と同一である。また、例７Ａの処方は、インデックスが２４０であることを除いて例７とほぼ同一である。図９から明らかなように、吸音率測定の際の塊状物の厚みを３０ｍｍとすると、２０００Ｈｚ未満での吸音率が著しく向上する。裏を返すと、塊状物の厚みを１０ｍｍとした場合に低周波数帯域の吸音率が顕著に低下するという問題があることが読み取れる。実施形態に係る吸音ウレタンフォームは、塊状物の厚みが１０ｍｍである場合でも、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率が４０％以上であるため、優れた吸音性能を備えている。

表１に示す例１〜１５、並びに、例６Ａ及び７Ａでは、ポリオール成分に占める、ポリオールＡに対応するポリオール１の含有割合は５７．８５重量％であった。これに対して、表２に示す例１８〜２３においては、ポリオール成分に占める、ポリオールＡに対応するポリオール１の含有割合は７０重量％〜７５重量％である。このように、ポリオール成分に占めるポリオールＡの含有割合を高めた場合であっても、得られる吸音ウレタンフォームの成形性は優れており、且つ、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率は４０％以上であった。例えば、ポリオール成分の重量に占めるポリオールＡの重量の割合が３５重量％〜８０重量％の範囲内にある場合に、吸音性能に優れた吸音ウレタンフォームを得ることができる。

表１に示す例１〜１５、並びに、例６Ａ及び７Ａでは、ポリオール成分に占める、ポリオールＢに対応するポリオール２〜８の含有割合は２４．７９重量％であった。これに対して、表２に示す例１８〜２３においては、ポリオール成分に占める、ポリオールＢに対応するポリオール２の含有割合は５重量％〜１０重量％である。このように、ポリオール成分に占めるポリオールＢの含有割合を低めた場合であっても、得られる吸音ウレタンフォームの成形性は優れており、且つ、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において、垂直入射吸音率は４０％以上であった。例えば、ポリオール成分の重量に占めるポリオールＢの重量の割合が５重量％〜４０重量％の範囲内にある場合に、吸音性能に優れた吸音ウレタンフォームを得ることができる。

図１０に、例１８〜２３に係る吸音ウレタンフォームの吸音率測定結果を示す。図１０に示すグラフに示しているように、例１８〜２３に係る吸音ウレタンフォームは、いずれも、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において垂直入射吸音率が４０％以上であった。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は適宜組み合わせて実施してもよく、その場合組み合わせた効果が得られる。更に、上記実施形態には種々の発明が含まれており、開示される複数の構成要件から選択された組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、課題が解決でき、効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。

１…第１部分、２…第２部分、３…肉厚部、４…境界部、５…表面、６…裏面、１０…下肢部衝撃吸収材、１００…多孔質弾性体、１０１…骨格、１０２…空隙、１０３…空気伝播波、１０４…固体伝播波、ＳＷ…音波、Ｉ…入射波、Ｒ…反射波、Ｔ…透過波、ｒ…熱エネルギー。

Claims (6)

1. 直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である吸音ウレタンフォーム。
2. 厚みが１５ｍｍ以下である部位を有し、
   前記部位において、直径が２９ｍｍであり、厚みが１０ｍｍの時の垂直入射吸音率が、周波数１０００Ｈｚ〜３１５０Ｈｚの範囲の全域において４０％以上である請求項１に記載の吸音ウレタンフォーム。
3. ジエタノールアミンを含む請求項１又は２に記載の吸音ウレタンフォーム。
4. 前記吸音ウレタンフォームは、ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、触媒及び添加剤を含む反応系で発泡させて得られ、
   前記ポリオールは、重量平均分子量が４０００〜１２０００の範囲内にあり、エチレンオキシド含有量が５重量％以上５０重量％未満の範囲内にあるポリオールＢを含む請求項１又は２に記載の吸音ウレタンフォーム。
5. 前記ポリオールの重量に占める前記ポリオールＢの重量の割合は、５％〜４０％の範囲内にある請求項４に記載の吸音ウレタンフォーム。
6. 前記ポリオールは、重量平均分子量が２０００〜１２０００の範囲内にあり、エチレンオキシド含有量が５０重量％以上であるポリオールＡを更に含み、
   前記ポリオールの重量に占める前記ポリオールＡの重量の割合は、３５重量％〜８０重量％の範囲内にある請求項４又は５に記載の吸音ウレタンフォーム。

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