JP2023066250A

JP2023066250A - フェルト、フェルトの製造方法、及び防音材

Info

Publication number: JP2023066250A
Application number: JP2021176869A
Authority: JP
Inventors: 裕司渡邊; Yuji Watanabe; 慎佑松原; Shinsuke Matsubara; 慎介馬場; Shinsuke Baba
Original assignee: Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Current assignee: Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Priority date: 2021-10-28
Filing date: 2021-10-28
Publication date: 2023-05-15

Abstract

【課題】吸音性能に優れ、軽量で厚さが大きい防音材を製造することができ、かつ成形時の形状追従性に優れるフェルト、上記フェルトの製造方法、及び上記フェルトを成形してなる防音材を提供すること。【解決手段】熱膨張性有機バルーンを１～１５質量％含有し、面重量が４００ｇ／ｍ２を超え、１２００ｇ／ｍ２以下であるフェルト、上記フェルトの製造方法、及び防音材。【選択図】なし

Description

本発明は、フェルト、フェルトの製造方法、及び防音材に関する。

自動車にはエンジンルーム、ダッシュ部、天井、フロアー部、トランクルーム等に各種の防音材を装着することにより騒音の低減が図られている。また、自動車以外でも、例えば、床、壁、天井等に用いる建築材にも防音材が用いられている。
防音材には、吸音性能の向上に加えて、軽量化（嵩密度の低減）が求められている。
例えば、特許文献１には、防音材用不織布の製造方法として、不織布基材繊維と、前記不織布基材繊維よりも融点の低い繊維とを混綿して熱接着した不織布基材に、熱膨張性微粒子を含む塗布液を含浸し、前記熱膨張性微粒子を膨張させて前記不織布基材の厚さを５ｍｍ以上にする一方、前記熱膨張性微粒子の膨張後の含有量を２０ｇ／ｍ^２以下とする方法が記載されている。

特開２０２０－３３６７５号公報

特許文献１に記載された製造方法は、熱膨張性微粒子を膨張させることにより、嵩密度が小さい防音材用不織布を得ることができるが、クロス積層した繊維ウェブにニードルパンチ加工を施して得られた不織布基材に、熱膨張性微粒子を含む塗布液を含浸させているため、防音材用不織布の厚さを大きくすることが難しい。したがって、厚みのある形状に成形するためには、防音材用不織布の目付を増やさざるを得ず、軽量化することが難しくなってしまう。
また、防音材は、使用される部分の形状にあわせて、フェルトをプレス成形して製造するが、曲面部などの成形時にフェルトが引っ張られる部分は繊維が疎になってしまい、吸音性能や外観が損なわれるため、成形時の形状追従性の改善が求められている。

本発明の課題は、吸音性能に優れ、軽量で厚さが大きい防音材を製造することができ、かつ成形時の形状追従性に優れるフェルト、上記フェルトの製造方法、及び上記フェルトを成形してなる防音材を提供することにある。

本発明者らは、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。

（１）
熱膨張性有機バルーンを１～１５質量％含有し、面重量が４００ｇ／ｍ^２を超え、１２００ｇ／ｍ^２以下であるフェルト。
（２）
前記熱膨張性有機バルーンの膨張前の直径が５～５０μｍである、（１）に記載のフェルト。
（３）
不織布乾式成形法であるエアレイ法において、解繊ローラーに供する前に熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合するフェルトの製造方法。
（４）
（１）又は（２）に記載のフェルトを加熱加圧成形により、厚さ２～１２０ｍｍに成形してなる防音材。

本発明によれば、吸音性能に優れ、軽量で厚さが大きい防音材を製造することができ、かつ成形時の形状追従性に優れるフェルト、上記フェルトの製造方法、及び上記フェルトを成形してなる防音材を提供することができる。

実施例１のフェルトの残響室法吸音率測定結果を示すグラフである。実施例１のフェルトを用いて成形した防音材の断面写真である。比較例１のフェルトを用いて成形した防音材の断面写真である。

以下、本発明について説明する。以下の実施形態における各構成及びそれらの組み合わせは例であり、本発明は実施形態によって限定されることはない。
本明細書において、「～」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。

［フェルト］
本発明のフェルトは、熱膨張性有機バルーンを１～１５質量％含有し、面重量が４００ｇ／ｍ^２を超え、１２００ｇ／ｍ^２以下である。

本発明のフェルトは、防音材の製造に用いることができる。
本発明のフェルトは成形時の形状追従性に優れる。これは、本発明のフェルトが熱膨張性有機バルーンを含有しているため、プレス成形時の加熱で熱膨張性有機バルーンが膨張し、曲面部などの成形時にフェルトが引っ張られる部分でも繊維が疎にならないためであると考えられる。

本発明のフェルトの面重量は、４００ｇ／ｍ^２を超え、１２００ｇ／ｍ^２以下であり、５００～１０００ｇ／ｍ^２であることが好ましく、６００～８００ｇ／ｍ^２であることがより好ましい。

本発明のフェルトの厚さは特に限定されないが、５～６０ｍｍであることが好ましく、１０～５０ｍｍであることがより好ましく、１５～４０ｍｍであることが更に好ましい。

＜熱膨張性有機バルーン＞
本発明のフェルトは、フェルトの全質量に対して、熱膨張性有機バルーンを１～１５質量％含有する。
本発明のフェルトに含有される熱膨張性有機バルーンは、加熱により膨張する前の状態のものであり、典型的には、フェルト中の繊維の間に分散して存在する。
本発明に用いることができる熱膨張性有機バルーンの種類は特に限定されないが、揮発性有機溶剤（例えば、炭化水素やエーテル、ハロゲン化炭化水素等）を熱可塑性樹脂（例えば、アクリロニトリル、塩化ビニリデン、（メタ）アクリル酸エステルなどの共重合体等）で包み込んでなる熱膨張性マイクロカプセルであることが好ましい。

熱膨張性有機バルーンは、加熱により、体積が５～１５倍に膨張するものが好ましく、体積が７～１３倍に膨張するものがより好ましく、体積が８～１２倍に膨張するものが更に好ましい。
熱膨張性有機バルーンが膨張する際の温度は特に限定されないが、１４０～２２０℃であることが好ましく、１６０～２００℃であることがより好ましい。

熱膨張性有機バルーンの膨張前の直径は、５～５０μｍであることが好ましく、１５～４０μｍであることがより好ましい。

本発明のフェルトは、フェルトの全質量に対して、熱膨張性有機バルーンを２～１５質量％含有することが好ましく、３～１０質量％含有することがより好ましく、４～８質量％含有することが更に好ましい。

＜繊維＞
本発明のフェルトは、通常、繊維を含有する。
繊維の種類は特に限定されず、例えば、天然繊維、化学繊維等を用いることができる。天然繊維としては、例えば、コットン、絹、麻、毛、ジュート等が挙げられる。化学繊維としては、例えば、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維、ガラス繊維、アセテート繊維、レーヨン、リサイクル雑反毛等が挙げられる。

本発明のフェルトに使用される繊維は短繊維であることが好ましい。繊維長は、１０～６４ｍｍであることが好ましく、２０～４０ｍｍであることがより好ましい。

本発明のフェルトは、フェルトの全質量に対して、繊維を５０～９０質量％含有することが好ましく、６５～８５質量％含有することがより好ましい。

＜バインダー＞
本発明のフェルトは、バインダーを含有することが好ましい。
バインダーは、繊維同士を接着する機能を有する。
バインダーの種類は特に限定されないが、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、キシレン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂、及びポリエステル、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアミドなどの熱可塑性樹脂が好ましい。これらの熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を加熱することで、バインダーを形成し、繊維同士を接着させることができる。
バインダー形成用の熱硬化性樹脂の形態は粉体であることが好ましい。バインダー形成用の熱可塑性樹脂の形態は繊維又は粉体であることが好ましい。熱可塑性樹脂の繊維は、芯鞘構造を有していてもよい。芯鞘構造を有する熱可塑性樹脂繊維の例としては、通常のポリエステルからなる芯と、低融点ポリエステルからなる鞘とから構成される繊維などが挙げられる。

本発明のフェルトがバインダーを含有する場合、バインダーの含有量は、フェルトの全質量に対して、５～４０質量％であることが好ましく、１５～３０質量％であることがより好ましい。

＜その他の成分＞
本発明のフェルトは、前述した成分以外のその他の成分を含有していてもよい。
その他の成分としては、例えば、雑反毛（古衣料リサイクル材）、繊維屑、チップウレタン屑、不織布破砕屑、難燃剤、フィラー類（炭酸カルシウムなど）等が挙げられる。
本発明のフェルトが上記その他の成分を含有する場合、上記その他の成分の含有量は、フェルトの全質量に対して、５～９０質量％であることが好ましく、４０～８０質量％であることがより好ましい。

本発明のフェルトは、単層のフェルトであることが好ましい。
また、本発明のフェルトは、意匠性その他機能を付与した不織布を複合することが可能なフェルトであることが好ましい。上記不織布としては、ニードルパンチ不織布、スパンレース不織布、メルトブローン不織布、スパンボンド不織布等を挙げることができる。

［フェルトの製造方法］
本発明のフェルトの製造方法は、不織布乾式成形法であるエアレイ法において、解繊ローラーに供する前に熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合するフェルトの製造方法であることが好ましい。

上記製造方法では、不織布乾式成形法であるエアレイ法を採用しており、熱膨張性有機バルーンと繊維とを乾燥状態で混合するため、厚みのあるフェルトを製造することができる。また、エアレイ法の解繊ローラーに供する前に（例えば、解繊ローラーの直前に）、熱膨張性有機バルーンを投入することにより、繊維と熱膨張性有機バルーンを混合する工程を追加することなく、熱膨張性有機バルーンを繊維内に均一に混合することができる。
解繊ローラーは、エアレイマシンに供給された繊維を解繊しつつ、空気の流れに乗せて分散させるゾーンに運ぶローラーである。
また、上記製造方法では、熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合した後、加熱してシート化することでフェルトを製造することができるため、繊維に熱膨張性有機バルーンを含む塗布液に含浸させたり、絞ったりする工程が不要であり、生産効率に優れ、かつ粉落ち（熱膨張性有機バルーンの脱落）も少ない。
更に、上記製造方法では、解繊工程で熱膨張性有機バルーンを混合するので、フェルトを製造してから湿式法で含浸する方法よりも、層の中まで均一に熱膨張性有機バルーンが分散する。
熱膨張性有機バルーン及び繊維は前述のものを用いることができる。
熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合する際に、更に、前述のバインダー形成用の熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂を混合することが好ましい。

熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合する際に、更に、前述のその他の成分を混合してもよい。

フェルトの製造に用いる各成分の混合割合は、フェルト中の各成分の含有量が前述した範囲になるように調整することが好ましい。

［防音材］
本発明の防音材は、前述の本発明のフェルトを加熱加圧成形してなるものであることが好ましい。加熱加圧成形の際に、熱膨張性有機バルーンが膨張することが好ましく、これにより、曲面部などの成形時にフェルトが引っ張られる部分でも繊維が疎にならない。
本発明の防音材の厚さは、特に限定されないが、２～１２０ｍｍであることが好ましく、１５～１００ｍｍであることがより好ましく、２０～８０ｍｍであることが更に好ましい。

本発明の防音材の面重量は、前述のフェルトと同様であり、４００ｇ／ｍ^２を超え、１２００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、５００～１０００ｇ／ｍ^２であることがより好ましく、６００～８００ｇ／ｍ^２であることが更に好ましい。

以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。

[１]製造方法
＜実施例１＞
直径９μｍのガラス繊維１８質量％、古衣類解繊品を５３質量％、粉末フェノール樹脂２３質量％、熱膨張性有機バルーン６質量％を使用し、エアレイ法によってフェルトを製造した。フェルトの面重量は８００ｇ／ｍ^２であった。
次いで、このフェルトを１８０℃に加熱された金型で成形・加熱し、厚さ２０ｍｍ、面重量８００ｇ／ｍ^２の防音材（成形フェルト）を製造した。

＜比較例１＞
熱膨張性有機バルーンを使用しないこと以外は、上記実施例１と同様にしてフェルト及び防音材を製造した。比較例１のフェルトの面重量は１２００ｇ／ｍ^２であった。また、比較例１の防音材の厚さは２０ｍｍ、面重量は１２００ｇ／ｍ^２であった。

＜比較例２＞
熱膨張性有機バルーンを使用せず、かつ面重量が実施例１と同じになるように調整したこと以外は、上記実施例１と同様にしてフェルト及び防音材を製造した。比較例２のフェルトの面重量は８００ｇ／ｍ^２であった。また、比較例２の防音材の厚さは２０ｍｍ、面重量は８００ｇ／ｍ^２であった。

[２]物性の評価
上記[１]で製造した防音材から試験片を切り出し、この試験片を用いて（１）通気量、（２）吸音性能、及び（３）３点曲げ荷重を測定した。
また、上記[１]でフェルトを金型で成形した際の断面の写真から、（４）成形時の形状追従性を評価した。

（１）通気量（通気流れ抵抗）
ＩＳＯ９０５３に則る通気流れ抵抗の測定を行った。
実施例１の防音材の通気量は１９７４４Ｎｓ／ｍ^４であった。
比較例１の防音材の通気量は１８９５６Ｎｓ／ｍ^４であった。
以上より、実施例１は、比較例１より軽量で、かつ同等の通気量であることが分かった。

（２）吸音性能
ＪＩＳＡ１４０９：１９９８残響室法吸音率の測定方法に準拠して測定した残響室法吸音率の測定結果を図１に示す。図１の横軸は周波数（Ｈｚ）で、縦軸は吸音率である。
図１中、●が実施例１の結果であり、〇が比較例１の結果であり、△が比較例２の結果である。
図１に示すように、実施例１の防音材の吸音性能は優れていることが分かった。実施例１の防音材は、比較例１の防音材より軽量であり、かつ音響性能も同等またはそれ以上の防音効果を得ることができることが分かった。

（３）３点曲げ荷重
ＪＩＳＫ７１７１を参考に、３点曲げ荷重を測定した。その結果、実施例１の最大点荷重は６．０Ｎであった。比較例１の最大点荷重は７．１Ｎであり、実施例１の防音材は十分な剛性を持っていることが推察される。

（４）成形時の形状追従性
図２に実施例１のフェルトを用いて成形した防音材の断面写真を示す。図３に比較例１のフェルトを用いて成形した防音材の断面写真を示す。図２と図３に示した部位はそれぞれ対応した位置にある部位である。
図２及び図３の曲面部について観察すると、図２の実施例１のフェルトの面重量が比較例１のフェルトよりも低いにもかかわらず、曲面の曲率が大きいことが分かる。すなわち、実施例１のフェルトの方が、比較例１のフェルトよりも、角部が直角になっている金型の形状に追従している（実施例１の方が、比較例１よりも、金型の角部の面とフェルトの曲面とが形成する領域の面積が小さい）。
したがって、実施例１のフェルトは、比較例１のフェルトよりも、軽い重量で、かつ成形時の形状追従性が高いことが分かった。

Claims

熱膨張性有機バルーンを１～１５質量％含有し、面重量が４００ｇ／ｍ^２を超え、１２００ｇ／ｍ^２以下であるフェルト。
前記熱膨張性有機バルーンの膨張前の直径が５～５０μｍである、請求項１に記載のフェルト。
不織布乾式成形法であるエアレイ法において、解繊ローラーに供する前に熱膨張性有機バルーンと繊維とを混合するフェルトの製造方法。
請求項１又は２に記載のフェルトを加熱加圧成形により、厚さ２～１２０ｍｍに成形してなる防音材。