JP2023114375A - 複合吸音材 - Google Patents

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貴司 長▲濱▼
Takashi Nagahama
和男 小寺
Kazuo Kodera
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NIHON GLASS FIBER INDUSTRIAL CO Ltd
Nihon Glass Fiber Ind Co Ltd
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Abstract

【課題】高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供する。【解決手段】平均長径(a)6~20μm、平均短径(b)1~3μm、扁平度(a/b)3~20である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付45~200g/m2のスパンレース不織布1と、主に無機繊維からなる厚み5mm以上の繊維体基材2とが積層されてなる複合吸音材である。スパンレース不織布1の厚み方向の平均繊維間隙間は、2μm以上20μm以下であることが好ましい。【選択図】図1

Description

本発明は、自動車、鉄道車両、建築材、機械防音材等に用いられる複合吸音材に関する。自動車用では、ダッシュパネル、フェンダーライナー、アンダーカバー等を例示できる。建材用では、折板屋根裏マット、内装用天井材や壁材、パーテーション等を例示できる。
基材と表皮とが積層され接合されてなる複合吸音材がある。基材としては、グラスウール等の無機繊維やポリエステル繊維等の合成有機繊維からなる厚み5mm以上の繊維系の基材が一般的である。表皮としては、合成繊維からなる不織布が一般的であるが、その詳細については種々の考え方がある。
例えば、特許文献1に記載された複合吸音構造体の表皮は、単繊維の形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が11~35μm、面密度が50~130g/mにある不織布からなり、目付けが20~120g/mのホットメルト材が予め塗布あるいは転写され、単位面積流れ抵抗が3.5×10~7×10N・sec/mとされたものである。
また、特許文献2に記載された複合吸音材の表皮は、少なくとも1層の平均繊維径0.3μm以上7μm以下の極細繊維層を有する不織布から構成され、該極細繊維層の空隙に合成樹脂を含む充填材が充填されており、かつ、該吸音表皮材の通気抵抗が0.2~3kPa・s/mとされたものである。
特許第5501959号公報 特開2021-182079号公報
特許文献1の不織布は、バインダー(接着剤)を使用したスパンボンド不織布であり、吸音面材として使用する場合、流れ抵抗を一定範囲に調整する必要があり、品質管理が手間である。
特許文献2の不織布は、スパンボンド不織布が好ましいとしており、上記の問題がある。しかも、平均繊維径が0.3μm以上7μm以下の極細繊維を使用しており、糸切れが発生しやすく、カード、ウェッバー、ニードルパンチ等の既存の不織布製造設備を利用できず、特殊な製造設備が必要となる。また、非常に高価である。また、3μm以下の繊維は、吸入性繊維といわれ、健康を損なう可能性もある。
そこで、本発明の目的は、高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供することにある。
本発明の複合吸音材は、平均長径(a)6~20μm、平均短径(b)1~3μm、扁平度(a/b)3~20である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付45~200g/mのスパンレース不織布と、主に無機繊維からなる厚み5mm以上の繊維体基材とが積層されてなる。
ここで、スパンレース不織布は、少なくとも繊維体基材の両面のうち少なくとも音入射面側に配されたことが好ましい。
また、スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間が、2μm以上20μm以下であることが好ましい。
[作用]
繊維系の吸音材の吸音メカニズムは、表面から入射する音波(空気の振動)が、繊維間の隙間を通過する際に、繊維表面で空気の粘性抵抗、振動、摩擦が生じ、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることで、エネルギーが減衰され、吸音作用を生じるというものである。
吸音材の厚みと嵩密度が同じ場合、図2(a)に示す通常の円形繊維を、図2(b)に示すように繊維径を極細にすると、繊維間が狭くなり、空孔サイズも減少すると共に繊維の表面積が増加し、通過時の粘性抵抗(流れ抵抗)も増加となり、吸音性能が高くなる。
同様に、吸音材の厚みと嵩密度が同じ場合、図2(c)に示すように繊維断面を扁平にすると、繊維間が狭く(通気しにくく)なると共に繊維の表面積が増加し、通過時の粘性抵抗(流れ抵抗)も増加となり、吸音性能が高くなる。また、音波を受ける扁平繊維の向きで反射と屈折を生じやすくなり、よりランダムに音波散乱を繰り返しながら干渉し合うことで、副次的な効果も加わり、さらなる吸音性能が期待できる。
本発明では、繊維体基材に積層する表皮として、平均長径(a)6~20μm、平均短径(b)1~3μm、扁平度(a/b)3~20である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付45~200g/mのスパンレース不織布を用いることにより、繊維径を極細とすることなくこの作用効果が得られ、無機繊維からなる厚み5mm以上の繊維体基材による吸音と相俟って、優れた吸音性能が得られる。スパンレース不織布の質量目付が45g/m未満では十分な吸音性能が得られず、200g/mを超えるとコスト高となる。また、繊維体基材の厚みが5mm未満では、十分な吸音性能が得られにくい。
さらに、扁平繊維からなるスパンレース不織布を適度に厚み方向に圧縮した繊維体は、繊維の厚み方向に屈曲しやすくなり、繊維の空隙状態がより複雑な迷路度の高いものとなる。そして、図2(d)に示すように扁平繊維の配向によって、垂直方向からの音波が入りにくくならない程度で、吸音性能を保持し、繊維体基材の透湿防水機能を寄与することができる。
本発明では、スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間を2μm以上20μm以下とすることで、表面処理をしないで、繊維体基材への透湿・防水性が要求される分野の複合吸音材が得られる。スパンレース不織布の厚み方向の繊維間隙間が2μm未満となると、水滴を撥水するようになるが、吸音性能が低下しやすく、20μmを超えると、水滴が時間経過と共に繊維体基材内部に含浸しやすい。
透湿・防水性のある複合吸音材とは、スパンレース不織布の表面から内部に溜まった湿気を外に排出し、外部からの水がスパンレース不織布より繊維体基材側に浸み込むことを防止する吸音材である。スパンレース不織布表面が撥水して含水を防ぐことではない。結露等でスパンレース不織布に付着した水滴が、スパンレース不織布で面状に拡散し、繊維体基材までの浸み込みを防止することができる。
本発明により、高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供することができる。
図1(a)は第1群の実施例及び比較例の複合吸音材の断面図、(b)は第2群の実施例及び比較例の複合吸音材の断面図である。 図2は円形繊維と偏平繊維との差異を示す説明図である。 図3は実施例1で使用したスパンレース不織布のSEM写真である。 図4は実施例2で使用したスパンレース不織布のSEM写真である。 図5は第1群の実施例及び比較例の周波数-垂直入射吸音率特性を示すグラフ図である。 図6は第2群の実施例及び比較例の周波数-垂直入射吸音率特性を示すグラフ図である。
[1]スパンレース不織布
平均長径(a)6~20μm、平均短径(b)1~3μm、扁平度(a/b)3~20である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付45~200g/mのスパンレース不織布は、スパンレース不織布を製造する際に繊維を絡めるために噴射する高圧水を利用して、異なる2成分以上のポリマーからなる複合繊維を2成分以上に分割剥離する高圧水流処理法や、1成分を膨潤させ他成分を収縮させるような溶剤を選択して分割剥離する方法で、得ることができる。
原料となる複合繊維としては、レーヨン、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、特殊ポリマーなどを例示でき、2成分以上の組み合わせであれば、いずれでもよい。なかでも、特に汎用性があり着色も可能なポリエステルとナイロンの組み合わせが望ましく、配合比は各々25~75質量%の範囲が安定生産の上で好ましい。分割剥離可能な複合繊維は、複合紡糸用ノズルを用いて製造できる。
分割剥離後の繊維形態は、米形、楔形、星形、台形、扁平形、十文字形などの制御が可能である。本発明では、放射状または並列に分割剥離することで断面形状が扁平形となった繊維からなるスパンレース不織布を用いることが好ましい。
分割前の複合繊維は、2~6dtexが望ましく、汎用性のある3.3~4.3dtexが特に好ましい。分割数は、4分割、6分割、8分割、12分割、16分割、32分割、64分割などがあるが、本発明の扁平度を得るためには、8分割、16分割、32分割が特に望ましい。分割数が多いほど分割剥離後の扁平度が高くなり、吸音面材としては好ましいが、分割繊維製造時の口金の精度やポリマ流制御に限界があるので、適度に決めればよい。
スパンレース不織布の平均繊維間隙間を2μm以上20μm以下とするには、予め、スパンレース不織布をカレンダー法で押しつぶしたり、繊維体基材と積層した状態で、同時に加熱後、冷間プレスすることで平板ボード状や立体成型品に成形貼付でき、スパンレース不織布も押し潰れることで調整できる。このように成形条件を調整することで、撥水剤やバインダー等で表面処理等をすることなく、透湿・防水性のある複合吸音材が得られる。
透湿性は、気体の水蒸気直径が0.0004μmであるため、それ以上の繊維間隙間が必要である。防水性は、液体の水摘直径が100~6000μmであるため、それ以下の繊維管隙間が必要とする。透湿・防水性の両立は、スパンレース不織布の繊維間隙間をこの間に制御することで可能となるが、時間と共に繊維間の毛細管作用で水滴が内部の繊維体基材まで含浸しやすい。
[2]繊維体基材
主に無機繊維からなる厚み5mm以上の繊維体基材の無機繊維としては、ガラス繊維、炭化繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維、セラミック繊維、生体溶解性繊維等を例示できる。平均繊維径5~18μm、平均繊維長35~150mmのガラス繊維を45質量%以上含有する繊維体基材が、安価で汎用性があるため望ましい。平均繊維径5~10μm、平均繊維長35~150mmのガラス繊維を50質量%以上含有する繊維体基材がより望ましい。
繊維体基材としては、ガラス繊維をニードルパンチ法で不織布に絡めたガラス繊維ニードルマットや、ガラス繊維と合成繊維(ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維等)とによる混合マットを加熱圧縮しガラス繊維の繊維間を融着させた成形ボード等を例示できる。
[3]積層
繊維体基材とスパンレース不織布とは、一体化されていることが好ましい。一体化の手段は、特に限定されないが、質量目付15g/m以下の有機接着剤による接着が望ましい。15g/mを超えると、吸音性能が低下しやすい。有機接着剤は、特に制約がなく、例えば合成ゴム系でよい。有機接着剤の塗布方法は、スプレー塗布が点状に薄く均一散布しやすく、吸音性能の維持から望ましい。
また、接着以外にも、スパンレース不織布と繊維体基材とが、縫製、タッカー、合わせニードルパンチ加工等で機械的に一体化されていてもよい。また、額縁貼りグラスウールのように、スパンレース不織布が繊維体基材を包み込み側面と裏面で閉じられることにより、両者が一体化されていてもよい。
さらに、スパンレース不織布の上に織物が積層され一体化されていてもよい。織物は、ガラスクロスが耐久性からよい。
[4]複合吸音材
以下、本発明を具体化した実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例で記す材料、構造、数値等は例示であって、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。
[第1群]
スパンレース不織布1と繊維体基材2(ニードルマット)とが積層された第1群の複合吸音材として、図1(a)及び表1に示す実施例1,2及び比較例1,2,3の複合吸音材を作製した。
Figure 2023114375000002
[第2群]
スパンレース不織布1と繊維体基材2(成形ボード)とが積層された第2群の複合吸音材として、図1(b)及び表2に示す実施例3,4及び比較例4,5,6の複合吸音材を作製した。
Figure 2023114375000003
各例で用いた材料の詳細は、次のとおりである。
スパンレース不織布1は、次のシンワ株式会社製を用いた。
・実施例1には、同社の商品名7970z-8(平均長径(a)8~16μm、平均短径(b)1.7~2.1μm、扁平度(a/b)4.7~7.6の偏平繊維を使用)を用いた。図3にその走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。
・実施例2,4には、同社の商品名79130A-8K(平均長径(a)8~16μm、平均短径(b)1.3~3.8μm、扁平度(a/b)4.2~6.2の偏平繊維を使用)を用いた。図4にそのSEM写真を示す。
・実施例3には、同社の商品名79130A-8K(同上)を、230℃に加熱後、冷間プレスにて厚みを0.2mmに圧縮して用いた。
・比較例2~6には、同社の円形繊維使用のスパンレース不織布の商品(繊維サイズ、質量目付等が互いに異なる)を用いた。
スパンレース不織布1の厚み方向の平均繊維間隙間は、樹脂で埋め込み観察面を平面加工して、SEMで拡大し、断面を計測して求めた。スパンレース不織布1の通気度は、JIS L1096(フラジール通気試験)にて測定した。
・第1群の繊維体基材2(ニードルマット)は、日本グラスファイバー工業株式会社製 MNA-1000(ガラス繊維100%)を用いた。
・第2群の繊維体基材2(成形ボード)は、日本グラスファイバー工業製 試作品(ガラス繊維50質量%とポリプロピレン(PP)繊維50質量%との混合)を用い、PP繊維を熱で融着させてガラス繊維間を保持しボード状とした。
・接着剤は、株式会社タイルメント製スプレーボンドG1を用いた。塗布量は固形分が10g/mとなるように調整した。
各例の複合吸音材の作製方法は、接着剤を前記のとおり調整して繊維体基材2側にスプレー塗布し、その上(音入射面側)にスパンレース不織布1を重ねて軽く押圧し5分保持することにより、スパンレース不織布1と繊維体基材2とを接着する、というものである。
作製した各例の垂直入射吸音率を、JIS A1405(管内法)にて、指定厚みとなるように試験体を圧縮調整して、測定した。その結果を示す表1及び図5のとおり、実施例1,2は、比較例1,2,3よりも、広い周波数域において垂直入射吸音率が高かった。また、表2及び図6のとおり、実施例3,4は、比較例4,5,6よりも、広い周波数域において垂直入射吸音率が高かった。
作製した各例の防水性は、イオン交換水の水滴を1摘、真上1cmからビュレットで落とし、6時間後に、繊維体基材まで水が完全にしみ込んだ場合を×、繊維体基材まで水が僅かにしみ込んだ場合を○、繊維体基材まで水がしみ込まなかった場合を◎と目視評価した。その結果を示す表1,2のとおり、実施例1~4は○又は◎であった。
以上のように構成された実施例1,2の複合吸音材は、次の特徴があり、[技術分野]の項で例示したような各種部位に用いることができる。
(1)高い吸音性能が得られる。
(2)低コストである。
(3)繊維体基材との組み合わせに制約がない。
(4)任意に積層一体化できる。
(5)スパンレース不織布の厚み方向の繊維間隙間を制御することで、透湿・防水性が得られる。
(6)スパンレース不織布に着色や印刷をすることで、容易に意匠性が得られる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。
1 スパンレース不織布
2 繊維体基材

Claims (6)

  1. 平均長径(a)6~20μm、平均短径(b)1~3μm、扁平度(a/b)3~20である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付45~200g/mのスパンレース不織布と、主に無機繊維からなる厚み5mm以上の繊維体基材とが積層されてなる複合吸音材。
  2. スパンレース不織布は、少なくとも繊維体基材の両面のうち少なくとも音入射面側に配された請求項1記載の複合吸音材。
  3. スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間が、2μm以上20μm以下である請求項1又は2記載の複合吸音材。
  4. スパンレース不織布の合成繊維は、ナイロン繊維とポリエステル繊維との混合である請求項1、2又は3記載の複合吸音材。
  5. 繊維体基材は、平均繊維径5~18μm、平均繊維長35~150mmのガラス繊維を45質量%以上含有するものである請求項1~4のいずれか一項に記載の複合吸音材。
  6. スパンレース不織布と繊維体基材とが、質量目付15g/m以下の有機接着剤による接着で一体化されている請求項1~5のいずれか一項に記載の複合吸音材。
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