JP2023549091A - 吸音多層複合材におけるポリアミド不織布 - Google Patents

吸音多層複合材におけるポリアミド不織布 Download PDF

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Abstract

音響経路に沿って音を低減する車両用の吸音多層複合材が、非発泡ポリマー層および音エネルギーを消散させるための面層を用いて構成される。また、面層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され得る。複合材の加重全平均繊維直径は、2マイクロメートル~25マイクロメートルである。【選択図】なし

Description

[0001]本出願は、2020年10月30日に出願された米国特許仮出願第63/107,885号の優先権を主張し、これは本明細書に参照により組み込まれる。
[0002]本開示は、音響用途に有用であり得るポリアミド不織布に関する。詳細には、本開示は、非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む吸音多層複合材に関し、該複合材の加重全平均繊維直径は2マイクロメートル~25マイクロメートルである。
[0003]吸音は、輸送および建築産業におけるものを含み、多くの用途において望ましい。輸送では、自動車、ボート、船舶、航空機、および他の輸送手段などの車両の内部は、窓、タイヤ、車両の下、エンジン、モーター騒音、および他の環境的発生源から生じる雑音から望ましくは遮蔽される。この雑音は、500Hz~7000Hzの範囲の周波数を有し、車両内の静寂を損なう場合がある。
[0004]同様に、建築産業では、吸音は、外部からの音だけでなく、建築物の隣室および床からの音にも望ましい。建築産業の材料は、天井(天井タイルを含む)、床材、ドア、壁材、および屋根材を含む。吸音から利益を受ける付加的な産業は、HVACユニット、食器洗浄機および洗濯機を含む家電産業、既成服産業、娯楽産業、ならびにビジネス産業を含む。例えば、雑音消去ヘッドフォン、コンピュータ、および遊技システムは、望ましくは吸音特質を有する。さらに、複合材料は、望ましくは全般的な吸音特質を有するか、または材料の層もしくは組合せの間もしくは中に、そのような特質を有してもよい。
[0005]望まれない音を吸収するための材料選択では、費用、重量、厚さ、取りつけの容易さ、または熱からの保護などの他の配慮もまた重要である。吸音に対する1つの解決策は、嵩高い材料を使用するか、または多くの層の材料を加えることであった。しかし、このような解決策は、最終製品/構造物の寸法および重量が増加されるため、問題が多い。
[0006]そのような音響用途に、音響用被覆、遮蔽、および不織布構造物を含むさまざまな材料が使用されてきた。米国特許出願公開第2013/0115837号は、縦軸を有する複数のロープ状繊維束を含むナノファイバー不織布を開示する。ロープ状繊維束は、1マイクロメートル未満の中位直径を有する複数のナノファイバーを含み、ナノファイバーの数の少なくとも50%が、ロープ状繊維束の縦軸の45度内に配向される。同じロープ状繊維束内のナノファイバーは、互いに絡み合っている。ロープ状繊維束は、ナノファイバー不織布内でランダムに配向され、ナノファイバー不織布内で他のロープ状繊維束と絡み合っている。ナノファイバーは、ポリエステル、ナイロン、ポリフェニレンスルフィド、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン、およびこれらのコポリマーなどの熱可塑性ポリマーを含む。ナノファイバーは、溶融フィルムフィブリル化によって調製され得る。
[0007]米国特許第8,496,088号は、少なくとも第1の音響的に結合された不織複合材および第2の音響的に結合された不織複合材を含有する音響複合材を開示し、それぞれの音響的に結合された不織複合材は、不織布層および対面層を含有する。不織布層は、複数のバインダー繊維および複数の嵩高繊維を含有し、バインダー区域および嵩高区域を有する。第2の音響的に結合された不織複合材の対面層は、第1の音響的に結合された不織複合材の不織布層の第2の面と隣接する。
[0008]米国特許第7,918,313号は、建築物、家電、ならびに自動車車両の内部客室および外部構成要素などの構造物における使用に好適な、改善された音響的および熱的に遮蔽する複合材料を開示し、制御された密度および組成の少なくとも1つのエアレイド繊維層を含み、かつ雑音軽減、火災、およびカビ抵抗性に対する期待を満足するために必要な、好適な結合剤および添加剤を組み込んでいる。別個に、これを通して低減され、制御された気流を提供する、音響遮蔽に有用なエアレイド構造物が提供され、これは織布または不織布のスクリムを含む。
[0009]米国特許第7,757,811号は、音響吸収特性を有する多層物品を開示する。この特許により開示されるように、多層物品は、支持層;および支持層の上のサブ-マイクロメートル繊維層を含み、前記サブ-マイクロメートル繊維層は、1マイクロメートル(μm)未満の中位繊維直径を有するポリマー繊維を含み、前記ポリマー繊維は、ポリオレフィン、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエステル、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリブテン、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエチレンと酢酸ビニルのコポリマー、ポリアクリロニトリル、環状ポリオレフィン、またはこれらの組合せから選択される少なくとも75重量百分率のポリマーを含む。
[0010]例えば、WO2015/153477A1は、所定の長さの繊維を含む第1の繊維構造物と;第2の繊維構造物とを含む、遮蔽または詰め物用の充填材料としての使用に好適な繊維構成物であって、第2の繊維構造物が、第1の繊維の長さに沿って間隔をあけた複数の相対的に短いループを含む、繊維構成物に関する。繊維構造物を形成するために列挙された技術の中に、電界紡糸、メルトブロー、溶融紡糸および遠心紡糸を含む。生成物は、550~900の範囲の充填能力を伴うグースダウンを模造すると報告される。
[0011]提案された多様な技術および材料にかかわらず、従来の音響媒体は、製造費用、加工可能性、ならびに重量および嵩高さを含む製品特性に関して多くのことが所望される。
[0012]一態様では、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材が提供される。一実施形態では、吸音多層複合材は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層であって、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され、かつ車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有する、面層とを含み得る。一実施形態では、複合材は、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され得る。一実施形態では、複合材の加重全平均繊維直径は、2マイクロメートル~25マイクロメートルである。一実施形態では、面層は、銅または亜鉛などの、少なくとも1種の低反射性金属を含む。また、ニードルパンチ法を使用して、非発泡ポリマー層を面層に縫合するための糸条があってもよい。一部の実施形態では、複合材は、94,400cm/秒/cm(200cfm/ft)未満の通気度を有する。一部の実施形態では、面層は、0.2g/cm未満の密度を有する。非発泡ポリマー層は、不織布、織布、編み布、フィルム、紙層、接着剤付き層、スパンボンド布、メルトブロー布、またはステープル長の繊維のカードウェブであってもよい。一実施形態では、面層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含む少なくとも1つの不織布層を有する複数の不織布層を含み得る。一実施形態では、面層は、第1の層および第2の層を含み、どちらか一方の層の少なくとも1つの面は、車両の内部に向かって配置される。一実施形態では、第1の層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むスパンボンドまたはメルトブローのいずれかの不織ポリマーを含み得る。一実施形態では、第1の層の不織布は、200~900nmの平均繊維直径を有し得る。一実施形態では、第1の層の不織布は、1マイクロメートルより大きい、例えば、1~25マイクロメートルの平均繊維直径を有する。一実施形態では、第2の層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むスパンボンドまたはメルトブローのいずれかの不織ポリマーを含み得る。一実施形態では、第2の層の不織布は、200~900nmの平均繊維直径を有し得る。一実施形態では、第2の層の不織布は、1マイクロメートルより大きい、例えば、1~25マイクロメートルの平均繊維直径を有する。
[0013]別の態様では、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であって、該複合材が、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含み、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材が提供される。一部の実施形態では、第2の層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含み、200~900nmの平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され得る。
[0014]別の態様では、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であって、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有するスパンボンド不織ポリマーから作製され、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材が提供される。一実施形態では、第2の層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含み、200~900nmの平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され得る。
[0015]別の態様では、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する車両用の吸音多層複合材であって、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有するメルトブロー不織ポリマーから作製され、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材が提供される。一実施形態では、第2の層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むスパンボンド不織ポリマーから作製され得る。
[0016]別の態様では、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、車両用の構成要素であって、面層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され、かつ車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有し、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルであり、該構成要素が、ヘッドライナー、トリム、パネル、またはボードを含む、車両用の構成要素が提供される。一実施形態では、複合材は、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され得る。
[0017]本開示は、図に関連して以下に詳述され、同様の数字は同様の部分を示す。
[0018]対照と比較した実施例1~6に関する、低周波数における吸音係数のグラフである。 [0019]対照と比較した実施例1~6に関する、高周波数における吸音係数のグラフである。 [0020]実施例1~6に関する、吸音係数に対する通気度を示すグラフである。 [0021]本開示に関連して有用な、2相噴射剤ガス紡糸システムの分離概略図である。 本開示に関連して有用な、2相噴射剤ガス紡糸システムの分離概略図である。
概要
[0022]本開示は、一部では、吸音多層複合材を含む音響媒体に関する。有利には、吸音多層複合材は、少なくとも部分的に音を吸収するように音響経路に配置され、したがってより静かな環境を提供することができる。音響経路は、元の音の発生源から、例示の目的上、車両内部の乗客であり得る受信者まで音が進む経路を表す。一実施形態では、非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む吸音多層複合材が提供される。面層は、好ましくは、車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有する。向かって配置されるとは、面が、車両内部に面しているか、または少なくとも非発泡ポリマー層より内部に近位であることを意味する。一部の実施形態では、面の少なくとも一部分が、車両内部に露出されてもよい。複合材は、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ面層によって吸収されるように、音響経路に配置され得る。一実施形態では、面層は、いくつかの不織層を含んでもよい。
[0023]一実施形態では、吸音多層複合材は、車両の少なくとも一部分、好ましくは車両内部に関して音を減衰させるのに特に好ましい。本開示の目的上、車両は、1人または複数人の乗客用の内部を有する任意の輸送様式を含む。これは、乗用車、トラック、バス、列車、トロリー、飛行機、ヘリコプター、宇宙船、ボート、潜水艦などを含み得る。一用途では、複合材は、燃焼機関車両または電動車両に使用され得る。一実施形態では、吸音多層複合材は、車両の一面に位置して、車両内部で音を減衰させる。音の発生源は、乗客が置かれる車両内部の外側から生じ得る。吸音多層複合材を使用することで、300Hz~5000Hz、例えば、500Hz~5000Hz、500~3000Hz、500Hz~2500Hzまたは500Hz~2000Hzの周波数の音が低減され得る。より高い周波数、詳細には5000Hzより大きい、例えば、6500Hzより大きい、または7000Hzより大きい周波数の音もまた、本明細書に記載される複合材によって減衰され得る。上述のように、面層は、好ましくは、車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有し、吸音多層複合材が、ヘッドライナー、ダッシュボードパネル、ドアトリム、エンジンカバー、タイヤハウスライナー、床、車体キャビティ充填材、トランクトリム、または座席系として使用され、乗客によって経験される外部の雑音などの望まれない雑音を減衰させながら、より静寂な内部を提供することを可能にする。
[0024]結果として、吸音多層複合材は、いくつかの他の用途に使用されて、所望の雑音低減を達成することができる。
定義および試験方法
[0025]本明細書で使用される用語は、以下に明示される定義と一致するその通常の意味が与えられる。
[0026]本明細書で使用される場合、紡糸は、ポリアミド組成物を溶解し、ポリアミド組成物を繊維に形成するステップを指す。紡糸の例は、遠心紡糸、メルトブロー、紡糸口金(例えば、電荷を伴わない紡糸口金)またはダイを通した紡糸、および「海島型」形状を含む。
[0027]百分率および百万分率(ppm)は、別段の指示がない限り、それぞれの組成物の重量に基づく百分率または重量百万分率を指す。
[0028]一部の典型的な定義および試験方法は、米国特許出願公開第2015/0107457号および同第2015/0111019号にさらに記載され、これらは本明細書に参照により組み込まれる。用語「不織布」は、例えば、多数の本質的にランダムに配向された繊維のウェブを指し、繊維の配列において、全体的に繰り返し構造は裸眼で認めることができない。繊維は、互いに結合および/または絡み合い、ウェブに強度および統合性を付与することができる。場合によっては、繊維は互いに結合せず、絡み合っても、または絡み合わなくてもよい。繊維は、ステープル繊維または連続繊維であり得て、異なる繊維の組合せとしてか、またはそれぞれ異なる材料を含む同様の繊維の組合せとしてのいずれかで、単一材料または多数の材料を含むことができる。不織布は、主としてナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーから構成される。「主として」とは、ウェブ中の50%を超える繊維がナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーであることを意味する。用語「ナノファイバー」は、1000nm(1マイクロメートル)未満の平均直径を有する繊維を指す。用語「マイクロファイバー」は、1マイクロメートルから25マイクロメートルまでの平均直径を有する繊維を指す。非円形断面繊維の場合には、用語「直径」は、本明細書で使用される場合、最大の断面寸法を指す。
[0029]他の指示がない程度まで、平均繊維直径を決定する試験方法は、特に明記されない限り、Hassanら、J 20 Membrane Sci.、427、336~344頁、2013年に記載された通りである。
[0030]坪量は、ASTM D-3776により決定され、グラム毎平方メートル(GSMまたはg/m)で報告され得る。
[0031]「から本質的になる」は、記載された成分を指して、組成物または物品の基本的かつ新規な特徴を実質的に変化させる他の原料を除外する。別段の指示がない限りまたは明らかである場合、組成物または物品が、90重量%以上の記載された成分または列記された成分を含む場合、組成物または物品は、記載された成分または列記された成分から本質的になる。すなわち、該用語は、10%を超える未記載の成分を除外する。
[0032]一部の実施形態では、本明細書に開示される成分のいずれかまたは一部は、任意選択であると考えられ得る。場合によっては、本開示の組成物は、本記載において、例えば、特許請求の範囲の文言を介して前述された添加剤のいずれかまたは一部を明示的に除外し得る。例えば、特許請求の範囲の文言は、本開示の組成物、材料プロセスなどは、1種または複数の前述の添加剤を利用しないかまたは含まない、例えば、本開示の材料は、難燃剤またはつや消し剤を含まないと記載するように修正され得る。別の例として、特許請求の範囲の文言は、本開示の材料が、芳香族ポリアミド成分を含まないと記載するように修正され得る。
[0033]本明細書で使用される場合、限界点「より大きい」および「未満」はまた、それらと関連する数も含み得る。換言すれば、「より大きい」および「未満」は、「より大きいかまたは等しい」および「未満かまたは等しい」と解釈され得る。この文言は、特許請求の範囲において、「または等しい」を含むと引き続き修正され得ることが企図される。例えば、「4.0より大きい」は、特許請求の範囲において、「4.0より大きいかまたは等しい」と解釈され、かつ引き続き修正され得る。
[0034]通気度は、Precision Instrument Company、Hagerstown、MDから入手可能な通気度試験機を使用して測定される。通気度は、所定の圧力ヘッド下で、材料のシートを通る、23±1℃における空気の流量と定義される。通気度は、通例、12.7mm(0.50インチ)の水圧における、1平方フィート当たりの立方フィート毎分、1平方cm当たりのcm毎秒、またはシートの単位面積当たりの所与の体積に関する経過時間の単位として表される。上述の器具は、試験領域の929平方センチメートル(1平方フィート)当たり0からおよそ142立法メートル(0からおよそ5000立方フィート)毎分の通気度を測定することが可能である。通気性を比較する目的で、5GSMの坪量に正規化された値で表記されることが好都合である。これは、試料の通気度値および坪量(典型的には、12.7mm(0.5インチ)のH2Oにおける)を測定し、次に実際の通気度値に、GSMにおける実際の坪量と5との比を乗算することにより行われる。例えば、15gsmの坪量の試料が4,720cm/秒/cm(10cfm/ft)の値を有する場合、その正規化された5gsmの通気度値は、14,160cm/秒/cm(30cfm/ft)である。
非発泡ポリマー層
[0035]一部の態様では、吸音多層複合材は、通気性である非発泡ポリマー層をさらに含み得る。本開示の目的上、非発泡ポリマー層の音の減衰特性は、優れた騒音低減を達成するには、一般に単独では不十分である。これは、より低価の材料が非発泡ポリマー層として使用されることを可能とし得る。本明細書に記載される面層と組み合わせられる場合、複合材は、優れた雑音低減特性を実証する。音響経路において、非発泡ポリマー層は、一般に、音が少なくとも部分的に通過することを可能にする。
[0036]一実施形態では、非発泡ポリマー層は、面層を支持する強度を提供し、引き裂きまたは損傷を妨げる。好適な支持層は、不織布、織布、編み布、フィルム、紙層、接着剤付き層、ホイル、メッシュ、弾性布(すなわち、弾性特性を有する上記の織、編みまたは不織の布のいずれか)、孔形成ウェブ、またはこれらの任意の組合せを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、発泡層は、相対的な嵩高特性および音特性に起因して、吸音多層複合材における層として好ましくは回避される。
[0037]例示的な一実施形態では、非発泡ポリマー層は、不織布を含む。好適な不織布は、スパンボンド布、メルトブロー布、ステープル長の繊維(すなわち、約100mm未満の繊維長さを有する繊維)のカードウェブ、ニードルパンチ布、スプリットフィルムウェブ、水流交絡ウェブ、エアレイドステープル繊維ウェブ、フィルム、紙層、接着剤付き層、またはこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。一実施形態では、非発泡ポリマー層の材料は、可撓性および/または圧縮性であり得て、車両への取りつけが可能である。一実施形態では、非発泡ポリマー層は、可撓性の熱可塑性繊維のロフティーな(lofty)不織布ウェブを含む。非発泡ポリマー層は、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリウレタン、ポリ乳酸、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、液晶ポリマー、ポリエチレンと酢酸ビニルのコポリマー、ポリアクリロニトリル、またはこれらの組合せを含む熱可塑性繊維から作製され得る。特に好ましいポリオレフィンは、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、同様に環状オレフィンを含む。加えて、特に好ましいポリエステルは、ポリエチレンテレフタレートおよびポリブチレンテレフタレートを含む。一部の実施形態では、非発泡ポリマー層の複数の層があってもよい。
[0038]非発泡ポリマー層は、吸音多層複合材の特定の最終使用に応じた坪量および厚さを有し得る。本開示の一部の実施形態では、多層物品の全般的な坪量および/または厚さは、最小レベルに保たれることが望ましい。他の実施形態では、全般的な最小の坪量および/または厚さは、所与の用途に必要とされ得る。非発泡ポリマー層は、圧縮されてもよい。例示的な実施形態では、非発泡ポリマー層は、約1グラム毎平方メートル(gsm)~約300gsmの坪量を有し得る。典型的には、非発泡ポリマー層は、約300gsm未満、例えば、約250gsm未満、約200gsm未満、約150gsm未満、約75gsm未満または約50gsm未満の坪量を有する。一部の実施形態では、非発泡ポリマー層は、約150gsm~約250gsmの坪量を有する。一部の実施形態では、非発泡ポリマー層は、約5.0gsm~約75gsmの坪量を有する。他の実施形態では、非発泡ポリマー層は、約10gsm~約50gsmの坪量を有する。
[0039]坪量と同様に、非発泡ポリマー層は、多層物品の特定の最終使用に応じて変化する厚さを有し得る。過剰の重量および/または嵩高さを回避するために、非発泡ポリマー層は、150ミリメートル(mm)未満、例えば、125mm未満、100mm未満、75mm未満、50mm未満、40mm未満、30mm未満、25mm未満、または15mm未満の厚さを有する。加えて十分な強度を提供するために、非発泡ポリマー層は、1mmより大きい、例えば、2mmより大きい、5mmより大きい、または10mmより大きい厚さを有する。一部の実施形態では、支持層は、約1.0mm~約35mm、例えば、10mm~35mmの厚さを有する。他の実施形態では、支持層は、約2.0mm~約25mm、例えば、10mm~25mmの厚さを有する。
[0040]一実施形態では、非発泡ポリマー層は通気性である。好ましくは、非発泡ポリマー層の通気度は、面層の通気度より大きくてもよい。したがって、非発泡ポリマー層は、少なくとも118,000cm/秒/cm(1平方フィート当たり250立方フィート毎分(cfm/ft))、例えば、少なくとも129,800cm/秒/cm(275cfm/ft)、少なくとも141,600cm/秒/cm(300cfm/ft)、少なくとも151,040cm/秒/cm(320cfm/ft)、少なくとも155,760cm/秒/cm(330cfm/ft)、少なくとも165,200cm/秒/cm(350cfm/ft)、少なくとも188,800cm/秒/cm(400cfm/ft)、少なくとも212,400cm/秒/cm(450cfm/ft)、または少なくとも236,000cm/秒/cm(500cfm/ft)である通気度値を有し得る。一般に、非発泡ポリマー層の通気度値に関する上限範囲は、330,400cm/秒/cm(700cfm/ft)未満、例えば、283,200cm/秒/cm(600cfm/ft)未満、259,600cm/秒/cm(550cfm/ft)未満または236,000cm/秒/cm(500cfm/ft)未満であり得る。好適な範囲に関しては、非発泡ポリマー層は、118,000~330,400cm/秒/cm(250~700cfm/ft)、例えば、118,000~306,800cm/秒/cm(250~650cfm/ft)、118,000~295,000cm/秒/cm(250~625cfm/ft)、122,720~295,000cm/秒/cm(260~625cfm/ft)、122,720~283,200cm/秒/cm(260~600cfm/ft)、または141,600~283,200cm/秒/cm(300~600cfm/ft)の通気度値を有し得る。
面層
[0041]一実施形態では、吸音多層複合材は、音エネルギーを消散させるための面層を含む。面層の組成および/または繊維直径などの構造は、音を弱める望ましい効果を有するためのものであり得る。これは、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ面層によって吸収されるように、複合材が音響経路に配置されることを可能にする。加えて、面層の少なくとも1つの面は車両の内部に向かって配置され、車両内部に露出されてもよい。一実施形態では、不織布繊維は、不織布によって弱められることが望まれる音の波長より小さい平均孔直径を有し得る。面層は、複数の層を含み得て、各層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーを含み得る。一実施形態では、面層は、複数の層、詳細には少なくとも第1の層および第2の層を含む。効果的な音の減衰を提供するために、面層の第1または第2の層のいずれかは、メルトブロー不織ポリマーまたはスパンボンド不織ポリマーを含み得る。
[0042]一実施形態では、面層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含む不織布ポリマーを含む。より好ましくは、面層は、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも75%の、またはより好ましくは少なくとも80%もしくは少なくとも85%のポリアミドを含む不織ポリマーを含む。
[0043]商業的用途において、ポリアミド、特にナイロンを使用することには多くの利点がある。ポリアミドは、一般に化学的抵抗性および温度抵抗性であり、他のポリマーより優れた性能をもたらす。ポリアミドはまた、他のポリマーと比較して、改善された強度、伸度、および摩耗抵抗性を有することでも公知である。ポリアミドはまた非常に用途が多く、多様な用途に使用されることが可能である。詳細には、不織布ポリアミドを含む面層は、有利な燃焼抵抗特性を有し得る。車両用途のために、面層は、乗客車両に許容される、詳細にはFMVSS 302に準拠した燃焼性等級を有し得る。コーティングは、典型的には、燃焼抵抗特性を達成するために使用される。しかしながら、コーティングは、音響性能を妨害するか、またはそうでない場合は暗示する場合がある。一実施形態では、面層は、FMVSS 302合格等級を有する非コーティングであってもよい。
[0044]本発明者らは、特定の(スパンまたはメルト)紡糸法において、特異的な特徴を有する特定の前駆物質ポリアミドを利用することによって、相乗的特質を有する不織布繊維が形成されることを見出した。一部の態様では、ナノファイバーが、不織布に組み込まれる。理論に束縛されないが、330以下のRVを有するポリアミド組成物の使用が、従来の無溶媒法によってこれまでに達成されなかった、小さい直径を有するナノファイバーをもたらすことが推測される。
[0045]ポリアミド繊維を用いて形成されたそのような不織布は、驚いたことに、かつ予期されなかったことだが、他のポリアミド組成物から、および/または他の製造方法によって形成されたポリアミド繊維と比較して、音を弱める優れた特徴を有する。ポリアミド繊維は、吸音多層複合材における面層用の不織布に組み込まれ、有利には、従来の音響媒体と比較して、低減された重量および/または嵩高さを有し得る。
[0046]付加的な利点として、ポリアミド繊維の製造率が、例えば、1メートル当たりを基準として、ポリアミド繊維を形成するための電界紡糸および溶液紡糸などの方法を超えるように有利に改善された。そのような改善は、少なくとも5%、例えば、少なくとも10%、少なくとも15%、少なくとも20%、少なくとも25%、または少なくとも30%であり得る。
[0047]また、本発明者らは、本開示の方法、技術、および/または前駆物質は、他の前駆物質および他の方法によって調製された不織布製品と比較して、例えば、低減された酸化劣化指数および熱劣化指数を有するナノファイバーのような繊維を産出することを見出した。これらの改善は、有利には、改善された耐久性を有する製品をもたらす。
[0048]加えて、本方法は、溶媒の非存在下で、例えば、本明細書に記載されるギ酸および他のものなどの溶媒を使用することなく実行され得て、それは、溶媒の処分および溶液の調製中の溶媒の取り扱いに関する環境的懸念を低減する。そのような溶媒は溶液紡糸に使用されるため、溶液紡糸法は、溶媒を処分するための付加的な資本投資を必要とする。付加的な費用は、別個の溶媒室およびスクラバー領域という必要に起因して生じ得る。一部の溶媒に関連する健康的リスクもまた存在する。したがって、本不織布は、例えば、溶液スパン製品に必然的に存在するような残留溶媒を無含有であり得る。例えば、L.M.Guerrini、M.C.Branciforti、T Canova、およびR.E.S.Bretas、Materials Research、Vol.12、No.2、181~190頁(2009)によって開示された溶液スパン法において、2.2~5重量%の残留溶媒が見出され得る。
[0049]一部の態様では、不織布に接着剤は含まれない。そのような接着剤は、電界紡糸された繊維をスクリムに接着するために含まれることが多い。本明細書に記載される不織布は、スクリム上に吹き付けられ得るけれども、一部の態様では、そのような接着剤は必要ではない。他の態様では、特に不織布中の材料に応じて、接着剤が使用されてもよい。例えば、ポリプロピレンは、ナイロン6,6に良好に接着しない場合がある。そのような場合、接着スクリムが使用されて、材料を結合してもよい。そのような接着スクリムは、低温活性化、高速硬化、および水抵抗性を含む付加的な利点を有し得る。理論に束縛されないが、良好な水抵抗性を有する接着スクリムの使用は、任意の二次的な防水ステップの必要をなくし得ると考えられる。
[0050]一部の実施形態では、不織布は、(a)ポリアミド組成物が本明細書で論じられるRVを有する、(紡糸可能な)ポリアミド組成物を提供するステップと、(b)例えば、液体のポリアミド組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成用流路を通して押し出すことを含む、2相噴射剤ガス紡糸を対象とする方法によって、ポリアミド組成物を、25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する複数の繊維に紡糸するステップと、(c)繊維を不織布製品に形成するステップと、によって製造される。繊維を形成する一般的な方法は、図4および5に例示される。一部の態様では、不織布自体が、吸音多層複合材として使用され得る。本明細書に開示されるさらなる態様では、追加層および/または材料が、吸音多層複合材に含まれてもよい。
[0051]特に好ましいポリアミドは、ナイロン66、同様にナイロン66とナイロン6とのコポリマー、ブレンド、およびアロイを含む。他の実施形態は、ナイロン66もしくはナイロン6を含有するかまたはこれらから調製されるナイロンの誘導体、コポリマー、ターポリマー、ブレンドおよびアロイを含み、上記の繰り返し単位を有するコポリマーまたはターポリマーは、N6T/66、N612、N6/66、N6I/66、N11、およびN12を含むがこれらに限定されず、ここで、「N」はナイロンを意味する。一部の実施形態では、面層は、高温ナイロンと呼ばれる種類のポリアミド、同様にそれらを含有するブレンド、誘導体、コポリマーまたはターポリマーを含み得て、これは米国特許第10,662,561号で参照され、その全容および開示は参照により本明細書に組み込まれる。さらに、別の好ましい実施形態は、長鎖二酸、すなわち10個を超える炭素原子を有するものを用いて作製される長鎖脂肪族ポリアミド、同様に、それらを含有するブレンド、誘導体またはコポリマーを含む。これらの長鎖ポリアミドは、N610、N612、N610/66、またはN612/66を含むが、これらに限定されない。
[0052]詳細には、本明細書に開示されるのは、不織布が、紡糸口金を通して高速ガス流内へメルトブローすることによりスパンボンドまたは溶融紡糸される、不織布を作製する方法の実施形態である。より詳細には、一部の実施形態では、不織布は、液体のポリアミド組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成用流路を通して押し出すことを含む、2相噴射剤ガス紡糸により溶融紡糸される。次に、不織布は、吸音多層複合材に組み込まれる。
[0053]本明細書で使用される場合、ポリアミド組成物および同様の用語は、ポリアミドのコポリマー、ターポリマー、ポリマーブレンド、アロイおよび誘導体を含む、ポリアミドを含有する組成物を指す。さらに、本明細書で使用される場合、「ポリアミド」は、ある分子のアミノ基と、別の分子のカルボン酸基との結合を有するポリマーを成分として有するポリマーを指す。本明細書に包含されるナイロンコポリマーは、さまざまなジアミン化合物、さまざまな二酸化合物およびさまざまな環状ラクタム構造物を反応混合物中で結合させ、次にポリアミド構造中にランダムに配置されたモノマー材料を有するナイロンを形成することにより作製され得る。例えば、ナイロン66-6,10材料は、ヘキサメチレンジアミンおよび二酸のC6とC10のブレンドから製造されるナイロンである。ナイロン6-66-6,10は、エプシロンアミノカプロン酸、ヘキサメチレンジアミンおよびC6とC10の二酸材料のブレンドのコポリマー化により製造されるナイロンである。
[0054]一実施形態では、面層は、ヘキサンジアミン、ヘプタンジアミン、オクタンジアミン、ノナンジアミン、デカンジアミン、ウンデカンジアミン、ドデカンジアミン、トリデカンジアミン、テトラデカンジアミン、ヘキサデカンジアミン、オクタデセンジアミン、オクタデセンジアミン、エイコサンジアミン、ドコサンジアミンまたはこれらの混合物を含む6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミン酸を含むポリアミドを含み得る。好ましくは、脂肪族ジアミンはヘキサンジアミンであり、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンのうちの少なくとも90%はヘキサンジアミンである。一部の実施形態では、脂肪族ジアミンは修飾されていない。さらに、脂環式および芳香族のジアミンは、面層から除外され得る。
[0055]一実施形態では、面層は、アジピン酸、ヘプタン二酸、オクタン二酸、アゼライン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、ブラッシル酸、テトラデカン二酸、ヘキサデカン二酸、オクタデカン二酸、オクタデセン二酸、エイコサン二酸、ドコサン二酸またはこれらの混合物を含む6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含むポリアミドを含み得る。好ましくは、脂肪族二酸はアジピン酸であり、6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸のうちの少なくとも90%はアジピン酸である。一部の実施形態では、脂肪族二酸は修飾されていない。さらに、脂環式および芳香族の二酸は、面層から除外され得る。
[0056]例示的なポリアミドおよびポリアミド組成物は、Kirk-Othmer、Encyclopedia of Chemical Technology、Vol.18、328371頁(Wiley 1982)に記載され、その開示は参照により組み込まれる。特定のポリマーおよびコポリマーならびにそれらの調製は、以下の特許文献に見られる:米国特許第4,760,129号;同第5,504,185号;同第5,543,495号;同第5,698,658号;同第6,011,134号;同第6,136,947号;同第6,169,162号;同第7,138,482号;同第7,381,788号;および同第8,759,475号。
[0057]6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸は、50マイクロ当量/グラム~90マイクロ当量/グラムの範囲のアミン末端基(AEG)レベルを有し得る。アミン末端基は、ポリアミド中に存在するアミン末端(-NH)の量と定義される。AEG算出方法は周知である。一部の実施形態では、AEGレベルは、50マイクロ当量/グラム~90マイクロ当量/グラム、例えば、55マイクロ当量/グラム~85マイクロ当量/グラム、60マイクロ当量/グラム~90マイクロ当量/グラム、70マイクロ当量/グラム~90マイクロ当量/グラム、74マイクロ当量/グラム~89マイクロ当量/グラム、76マイクロ当量/グラム~87マイクロ当量/グラム、78マイクロ当量/グラム~85マイクロ当量/グラム、60マイクロ当量/グラム~80マイクロ当量/グラム、62マイクロ当量/グラム~78マイクロ当量/グラム、65マイクロ当量/グラム~75マイクロ当量/グラム、または67マイクロ当量/グラム~73の範囲であり得る。
[0058]コポリマーおよびターポリマーを含む本明細書に記載されるナイロン繊維の融点は、223℃~390℃、例えば、223℃~380℃、または225℃~350℃の間であり得る。加えて、その融点は、添加される任意の追加のポリマー材料に応じて、従来のナイロン66の融点より高い場合がある。
[0059]一部の実施形態では、面層は、別のポリマーを、好ましくは面層の総重量の40%未満の量で含んでもよい。熱可塑性ポリマーおよび生分解性ポリマーもまた、本開示のナノファイバーにメルトブローまたは溶融紡糸するのに好適である。面層用の不織布に使用され得る好適なポリマーは、ポリオレフィン、ポリアセタール、ポリアミド(これまで論じた通り)、ポリエステル、セルロースのエーテルおよびエステル、ポリアルキレンスルフィド、ポリアリーレンオキシド、ポリスルホン、変性ポリスルホンポリマーおよびこれらの混合物などの、付加ポリマーおよび縮合ポリマーの材料の両方を含む。これらの一般的な種類に属する好ましい材料は、ポリアミド、ポリエチレン、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリプロピレン、ポリ(塩化ビニル)、ポリメチルメタクリレート(および他のアクリル樹脂)、ポリスチレン、およびこれらのコポリマー(ABA型のブロックコポリマーを含む)、ポリ(フッ化ビニリデン)、ポリ(塩化ビニリデン)、架橋および非架橋の形態のさまざまな加水分解度(87%~99.5%)におけるポリビニルアルコールを含む。付加ポリマーは、ガラス状である傾向がある(室温より高いTg)。これは、ポリ塩化ビニルおよびポリメチルメタクリレート、ポリスチレンポリマーの組成物もしくはアロイまたはポリフッ化ビニリデンおよびポリビニルアルコール材料に関して結晶化度が低い場合である。本明細書で論じられるように、ポリマーは、溶融紡糸またはメルトブローされ得て、液体のポリアミド組成物を、加圧ガスを用いて繊維形成用流路を通して押し出すことを含む、2相噴射剤ガス紡糸による溶融紡糸またはメルトブローが好ましい。
[0060]一部の実施形態では、米国特許第5,913,993号に記載されるものなどの少量のポリエチレンポリマーが、ポリアミドとブレンドされ、望ましい特徴を有する面層ナノファイバー不織布を形成することができる。ポリエチレンのナイロンへの添加は、滑らかさなどの特有の特性を向上させる。ポリエチレンの使用はまた、製造コストを低下させ、他の布またはそれ自体との結合などのさらなる下流加工を容易にする。改善された布は、ナノファイバーメルトブロー布の製造で使用されるナイロン供給材料に、少量のポリエチレンを添加することにより作製され得る。より詳細には、ポリエチレンおよびナイロン66のブレンドを形成するステップと、該ブレンドを複数の連続フィラメントの形態に押し出すステップと、フィラメントをダイを通して方向づけて、フィラメントをメルトブローするステップと、フィラメントを捕集面上に積層させてウェブが形成されるステップとにより布が製造され得る。
[0061]本主題開示のこの実施形態の方法に有用なポリエチレンは、好ましくは、約5グラム/10分~約200グラム/10分の間、および例えば、約17グラム/10分~約150グラム/10分の間のメルトインデックスを有し得る。ポリエチレンは、好ましくは約0.85グラム/cc~約1.1グラム/ccの間、および例えば、約0.93グラム/cc~約0.95グラム/ccの間の密度を有するべきである。最も好ましくは、ポリエチレンのメルトインデックスは約150であり、密度は約0.93である。
[0062]本主題開示のこの実施形態の方法で使用されるポリエチレンは、約0.05%~約20%の濃度で添加され得る。好ましい実施形態では、ポリエチレンの濃度は、約0.1%~約1.2%の間である。最も好ましくは、ポリエチレンは、約0.5%で存在する。記載された方法に基づいて製造された布中のポリエチレンの濃度は、製造方法中に添加されたポリエチレンの百分率にほぼ等しい。したがって、本主題開示のこの実施形態の布中のポリエチレンの百分率は、典型的には、約0.05%~約20%の範囲であり、好ましくは約0.5%である。したがって、該布は、典型的には、約80~約99.95重量パーセントの間のナイロンを含む。フィラメント押出ステップは、約250℃~約325℃の間で実行され得る。好ましくは、温度範囲は約280℃~約315℃であるが、ナイロン6が使用される場合は、より低くてもよい。
[0063]ポリエチレンおよびナイロンのブレンドまたはコポリマーは、任意の好適な手法で形成され得る。典型的には、ナイロン化合物はナイロン66であるが、ナイロン系の他のポリアミドが使用されてもよい。また、ナイロンの混合物が使用されてもよい。1つの特定の例では、ポリエチレンが、ナイロン6およびナイロン66の混合物とブレンドされる。ポリエチレンおよびナイロンポリマーは、典型的にはペレット、チップ、フレークなどの形態で供給される。所望の量のポリエチレンのペレットまたはチップは、ナイロンのペレットまたはチップと、回転ドラムタンブラーなどの好適な混合装置中でブレンドされ得て、得られたブレンドは、従来の押出機またはメルトブローラインの供給ホッパ内に導入され得る。ブレンドまたはコポリマーはまた、連続重合紡糸システム内に適切な混合物を導入することによっても製造され得る。
[0064]さらに、一般的なポリマー類の異なる化学種がブレンドされてもよい。例えば、高分子量のスチレン材料が、低分子量、耐衝撃性のポリスチレンとブレンドされてもよい。ナイロン-6材料が、ナイロン-6;66;6,10コポリマーなどのナイロンコポリマーとブレンドされてもよい。さらに、87%加水分解されたポリビニルアルコールなどの低加水分解度を有するポリビニルアルコールが、98%~99.9%以上の間の加水分解度を有する完全加水分解または超加水分解されたポリビニルアルコールとブレンドされてもよい。混合物中のこれら全ての材料は、適切な架橋機構を使用して架橋され得る。ナイロンは、アミド結合中の窒素原子と反応性である架橋剤を使用して架橋され得る。ポリビニルアルコール材料は、ホルムアルデヒド、尿素、メラミン-ホルムアルデヒド樹脂およびその類似体などのモノアルデヒド、ホウ酸および他の無機化合物、ジアルデヒド、二酸、ウレタン、エポキシならびに他の公知の架橋剤などのヒドロキシル反応性材料を使用して架橋され得る。架橋技術は周知でありかつ理解された現象であり、架橋試薬が反応し、ポリマー鎖間に共有結合を形成して、分子量、耐薬品性、全般的強度および機械的劣化に対する耐性を実質的に改善する。
[0065]1つの好ましい様式は、第1のポリマー、および昇温時に調整されるかまたは処理された第2の異なるポリマー(ポリマーの種類、分子量または物理的特性において異なる)を含むポリアミドである。ポリマーブレンドは、反応して単一の化学種に形成され得るか、またはアニーリング法により物理的に結合されてブレンド組成物となり得る。アニーリングは、結晶化度、応力緩和または配向のような物理的変化を含む。好ましい材料は化学的に反応して、示差走査熱量測定(DSC)分析が単一のポリマー材料を示すような単一のポリマー種となり、高温、高湿度および困難な操作条件で接触させた場合、改善された安定性をもたらす。ブレンドポリマーシステムに使用するのに好ましい材料は、ナイロン6;ナイロン66;ナイロン6,10;ナイロン(6-66-6,10)コポリマーおよび他の直鎖の一般に脂肪族のナイロン組成物を含む。
[0066]好適なポリアミドは、例えば、20重量%のナイロン6、60重量%のナイロン66および20重量%のポリエステルを含み得る。ポリアミドは、混和性ポリマーの組合せまたは非混和性ポリマーの組合せを含んでもよい。
[0067]一部の態様では、ポリアミドは、ナイロン6を含んでもよい。下限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6を、少なくとも0.1重量%、例えば、少なくとも1重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、または少なくとも20重量%の量で含んでもよい。上限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6を、40重量%以下、39重量%以下、35重量%以下、30重量%以下、25重量%以下、または20重量%以下の量で含んでもよい。範囲に関しては、ポリアミドは、ナイロン6を、0.1~40重量%、例えば、1~35重量%、5~30重量%、10~30重量%、15~25重量%、または20~25重量%の量で含んでもよい。
[0068]一部の態様では、ポリアミドは、ナイロン66を含んでもよい。下限に関しては、ポリアミドは、ナイロン66を、少なくとも60重量%、例えば、少なくとも65重量%、少なくとも70重量%、少なくとも75重量%、少なくとも80重量%、または少なくとも85重量%の量で含んでもよい。上限に関しては、ポリアミドは、ナイロン66を、99.9重量%以下、99重量%以下、95重量%以下、90重量%以下、85重量%以下、または80重量%以下の量で含んでもよい。範囲に関しては、ポリアミドは、ナイロン66を、60~99.9重量%、例えば、60~99重量%、65~95重量%、70~90重量%、70~85重量%、または70~80重量%の量で含んでもよい。
[0069]一部の態様では、ポリアミドは、ナイロン6Iを含んでもよい。下限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Iを、少なくとも0.1重量%、例えば、少なくとも0.5重量%、少なくとも1重量%、少なくとも5重量%、少なくとも7.5重量%、または少なくとも10重量%の量で含んでもよい。上限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Iを、40重量%以下、例えば、35重量%以下、30重量%以下、25重量%以下、または20重量%以下の量で含んでもよい。範囲に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Iを、0.1~40重量%、例えば、0.5~40重量%、1~35重量%、5~30重量%、7.5~25重量%、または10~20重量%の量で含んでもよい。
[0070]一部の態様では、ポリアミドは、ナイロン6Tを含んでもよい。下限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Tを、少なくとも0.1重量%、例えば、少なくとも1重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも15重量%、または少なくとも20重量%の量で含んでもよい。上限に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Tを、40重量%以下、例えば、35重量%以下、30重量%以下、25重量%以下、または20重量%以下の量で含んでもよい。範囲に関しては、ポリアミドは、ナイロン6Tを、0.1~40重量%、例えば、0.5~40重量%、1~35重量%、5~30重量%、7.5~25重量%、または10~20重量%の量で含んでもよい。
[0071]ブロックコポリマーもまた、本開示の方法に有用である。そのようなコポリマーについて、溶媒膨潤剤の選択が重量である。選択された溶媒は、両方のブロックが溶媒に可溶性であるようなものである。一例は、塩化メチレン溶媒中のABA(スチレン-EP-スチレン)またはAB(スチレン-EP)ポリマーである。1つの成分が溶媒に溶解しない場合、それはゲルを形成する。そのようなブロックコポリマーの例は、Kraton(登録商標)型のスチレン-b-ブタジエンおよびスチレン-b-水素化ブタジエン(エチレンプロピレン)、Pebax(登録商標)型のe-カプロラクタム-b-エチレンオキシド、Sympatex(登録商標)ポリエステル-b-エチレンオキシドならびにエチレンオキシドおよびイソシアネートのポリウレタンである。
[0072]ポリフッ化ビニリデン、シンジオタクチックポリスチレン、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、非晶質の付加ポリマー、例えばポリ(アクリロニトリル)ならびにアクリル酸およびメタクリレートとのそのコポリマー、ポリスチレン、ポリ(塩化ビニル)およびそのさまざまなコポリマー、ポリ(メチルメタクリレート)およびそのさまざまなコポリマーなどのような付加ポリマーは、低圧かつ低温で溶解されるため、比較的容易に溶液紡糸されることが公知である。これらは、ナノファイバーを作製する1つの方法として、本開示に従って溶融紡糸され得ることが想定される。
[0073]ポリマー混合物、アロイ形態または架橋された化学的結合構造で、2種以上のポリマー材料を含むポリマー組成物を形成することには実質的な利点がある。そのようなポリマー組成物は、ポリマー鎖可撓性または鎖可動性を改善し、全般の分子量を増加させ、かつポリマー材料のネットワークの形成を通して強化するなどのポリマー属性を変化させることにより、物理的特性を改善すると我々は考えている。
[0074]この概念の一部の実施形態では、2種の関連するポリマー材料が、有益な特性のためにブレンドされ得る。例えば、高分子量ポリ塩化ビニルが、低分子量ポリ塩化ビニルとブレンドされてもよい。同様に、高分子量のナイロン材料が、低分子量のナイロン材料とブレンドされてもよい。
[0075]ポリアミド(および得られた生成物)の相対密度(RV)は、一般に、25℃で細管粘度計において測定された(ASTM D 789)(2015)溶液または溶媒の粘度の比である。本目的のために、溶媒は、10重量%の水および90重量%のギ酸を含有するギ酸である。溶液は、該溶媒に溶解された8.4重量%のポリマーである。
[0076]本開示のポリマーおよび生成物に関して使用されるRV(η)は、ポリマー溶液の絶対粘度とギ酸の絶対粘度との比である:
η=(η/η)=(f×d×t)/η
[式中、
=ギ酸-ポリマー溶液の25℃における密度、
=ギ酸-ポリマー溶液に関する平均流出時間、
η=ギ酸の絶対粘度、kPa×秒(E+6cP)および
=粘度計チューブ係数、mm/秒(cSt)/秒=η/t]。
[0077]50RVの標本に関する典型的な計算:
ηr=(fr×dp×tp)/ηf
[式中、
fr=粘度計チューブ係数、典型的には0.485675cSt/秒
dp=ポリマー-ギ酸溶液の密度、典型的には1.1900g/ml
tp=ポリマー-ギ酸溶液に関する平均流出時間、典型的には135.00秒
ηf=ギ酸の絶対粘度、典型的には1.56cP]
で、ηr=(0.485675cSt/秒×1.1900g/ml×135.00秒)/1.56cP=50.0というRVを得る。用語tは、ASTM D789(2015)で必要とされる、ギ酸の絶対粘度の決定に使用されるS-3較正油の流出時間である。
[0078]一部の実施形態では、(前駆物質)ポリアミドのRVは、少なくとも2、例えば、少なくとも3、少なくとも4、または少なくとも5の下限を有する。上限に関しては、ポリアミドは、330以下、300以下、275以下、250以下、225以下、200以下、150以下、100以下、または60以下のRVを有する。範囲に関しては、ポリアミドは、2~330、例えば、2~300、2~275、2~250、2~225、2~200、2~100、2~60、2~50、2~40、10~40、または15~40およびこの間の任意の値のRVを有し得る。
[0079]一部の実施形態では、不織布のRVは、少なくとも2、例えば、少なくとも3、少なくとも4、または少なくとも5の下限を有する。上限に関しては、ナノファイバー不織布製品は、330以下、300以下、275以下、250以下、225以下、200以下、150以下、100以下、または60以下のRVを有する。範囲に関しては、不織布は、2~330、例えば、2~300、2~275、2~250、2~225、2~200、2~100、2~60、2~50、2~40、10~40、または15~40、およびこの間の任意の値のRVを有し得る。
[0080](前駆物質)ポリアミド組成物のRVと不織布のRVの間の関係は変動し得る。一部の態様では、不織布のRVは、ポリアミド組成物のRVより低くてもよい。ナイロン66を紡糸する場合、RVの低減は、従来的に望ましい操作ではなかった。しかしながら、本発明者らは、マイクロファイバーおよびナノファイバーの製造において、RVの低減が有利であることを発見した。溶融紡糸法において、例えば低RVナイロン66のような低RVポリアミドナイロンの使用が、予期されなかったほど小さいフィラメント直径を有するマイクロファイバーおよびナノファイバーのフィラメントをもたらすことが驚いたことに見出された。
[0081]RVが低下される方法は、さまざまであり得る。場合によっては、方法温度が上昇されて、RVを低下させることができる。しかしながら、一部の実施形態では、温度は反応の速度論に影響を与えるが、反応平衡定数には影響を与えないため、温度上昇は、RVをわずかに低下させるのみであり得る。本発明者らは、有益なことに、例えばナイロン66のようなポリアミドのRVは、水分の添加を用いてリマーを解重合することにより、低下され得ることを発見した。ポリアミドが加水分解し始める前に、5%まで、例えば、4%まで、3%まで、2%まで、または1%までの水分が含まれ得る。この技術は、例えばポリプロピレンのような他のポリマーをポリアミド(RVを低下させる)に添加する従来の方法を超える驚くべき利点をもたらす。
[0082]一部の態様では、例えば、温度の低下および/または水分の低減によって、RVは上昇され得る。さらにまた、温度は、含水量と比較して、RVの調整に対して相対的にわずかな影響を及ぼす。含水量は、1ppm以上、例えば、5ppm以上、10ppm以上、100ppm以上、500ppm以上、1000ppm以上、または2500ppm以上の低さまで低減され得る。含水量の低減はまた、本明細書でさらに論じられるTDIおよびODI値を減少させるのにも有利である。触媒の組み込みは、速度論に影響を及ぼし得るが、実際のK値には影響しない。
[0083]一部の態様では、不織布のRVは、紡糸前のポリアミドのRVより少なくとも20%小さく、例えば、少なくとも25%小さく、少なくとも30%小さく、少なくとも35%小さく、少なくとも40%小さく、少なくとも45%小さく、または少なくとも90%小さい。
[0084]他の態様では、不織布のRVは、紡糸前のポリアミドのRVより少なくとも5%大きく、例えば、少なくとも10%大きく、少なくとも15%大きく、少なくとも20%大きく、少なくとも25%大きく、少なくとも30%大きく、または少なくとも35%大きい。
[0085]またさらなる態様では、ポリアミドのRVおよび不織布のRVは、実質的に同じ、例えば互いに5%内であってもよい。
[0086]本開示の追加の実施形態は、25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有し、かつ2~330のRVを有するポリアミドのナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーを含む面層の製造に関する。この代替的実施形態では、好ましいRVの範囲は、2~330、例えば、2~300、2~275、2~250、2~225、2~200、2~100、2~60、2~50、2~40、10~40、または15~40を含む。ナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーは、引き続いて不織ウェブに変換される。RVが約20~30を超えて増加する場合、操作温度は考慮するべき大きなパラメータとなる。約20~30の範囲より上のRVにおいて、ポリマーが加工目的で溶融するように、温度は注意深く制御されなければならない。溶融技術の方法または例は、米国特許第8,777,599号に記載され(本明細書に参照により組み込まれる)、繊維製造装置の温度を独立して制御する器械に使用され得る加熱源および冷却源も同様である。非限定的な例は、抵抗ヒーター、放射ヒーター、冷却ガスもしくは加熱ガス(空気もしくは窒素)、または伝導、対流、もしくは放射伝熱の機構を含む。
[0087]面層において、不織布は、スパンボンドおよびメルトブロープロセスによって製造された繊維を含む。一実施形態では、本明細書に開示される繊維は、例えば25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する繊維のようなマイクロファイバー、または例えば1000nm(1マイクロメートル)未満の平均繊維直径を有する繊維のようなナノファイバーである。
[0088]2超および330未満のRVを有するポリアミドの場合には、不織布の繊維層中のナノファイバーの平均繊維直径は、1マイクロメートル未満、例えば、950ナノメートル未満、925ナノメートル未満、900ナノメートル未満、800ナノメートル未満、700ナノメートル未満、600ナノメートル未満、または500ナノメートル未満であり得る。下限に関しては、不織布の繊維層中のナノファイバーの平均繊維直径は、少なくとも100ナノメートル、少なくとも110ナノメートル、少なくとも115ナノメートル、少なくとも120ナノメートル、少なくとも125ナノメートル、少なくとも130ナノメートル、または少なくとも150ナノメートルの平均繊維直径を有し得る。範囲に関しては、不織布の繊維層中のナノファイバーの平均繊維直径は、100~1000ナノメートル、例えば、110~950ナノメートル、115~925ナノメートル、120~900ナノメートル、200~900ナノメートル、125~800ナノメートル、125~700ナノメートル、130~600ナノメートル、または150~500ナノメートルであり得る。そのような平均繊維直径は、本明細書に開示される紡糸法により形成されるナノファイバーと、電界紡糸法により形成されるナノファイバーとの間に差異をもたらす。電界紡糸法は、典型的には、100ナノメートル未満、例えば、50から100ナノメートル未満までの平均繊維直径を有する。理論に束縛されないが、そのような小さいナノファイバー直径が、繊維強度の低減およびナノファイバーを取り扱う上での困難さの増加をもたらし得ると考えられる。
[0089]本開示の方法および前駆物質の使用は、繊維直径の特有かつ有益な分布をもたらす。例えば、ナノファイバーの場合、ナノファイバーの20%未満、例えば17.5%未満、15%未満、12.5%未満、または10%未満は、700ナノメートルより大きい繊維直径を有し得る。下限に関しては、ナノファイバーの少なくとも1%、例えば少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、または少なくとも5%は、700ナノメートルより大きい繊維直径を有する。範囲に関しては、ナノファイバーの1~20%、例えば、2~17.5%、3~15%、4~12.5%、または5~10%は、700ナノメートルより大きい繊維直径を有する。そのような分布は、本明細書に記載されるナノファイバー不織布製品と、電界紡糸により形成される不織布製品と(より小さい平均直径(50~100ナノメートル)およびより狭い分布を有する)、ならびに非-ナノファイバー溶融紡糸により形成される不織布製品と(より大きい分布を有する)の間に差異をもたらす。例えば、非-ナノファイバー遠心紡糸不織布は、WO2017/214085に開示され、2.08~4.4マイクロメートルの繊維直径が報告されているが、WO2017/214085の図10Aに非常に広い分布が報告されている。
[0090]2超および330未満のRVを有するポリアミドの場合には、不織布の繊維層中のマイクロファイバーの平均繊維直径は、25マイクロメートル未満、例えば、24マイクロメートル未満、22マイクロメートル未満、20マイクロメートル未満、15マイクロメートル未満、10マイクロメートル未満、または5マイクロメートル未満であり得る。下限に関しては、不織布の繊維層中のマイクロファイバーの平均繊維直径は、少なくとも1マイクロメートル、少なくとも2マイクロメートル、少なくとも3マイクロメートル、少なくとも5マイクロメートル、少なくとも7マイクロメートル、または少なくとも10マイクロメートルの平均繊維直径を有し得る。範囲に関しては、不織布の繊維層中のナノファイバーの平均繊維直径は、1~25マイクロメートル、例えば、2~24マイクロメートル、3~22マイクロメートル、5~20マイクロメートル、7~15マイクロメートル、2~10マイクロメートル、または1~5マイクロメートルであり得る。
[0091]マイクロファイバーの場合には、繊維直径はまた、マイクロファイバーの寸法に応じて望ましくは狭い分布を有し得る。例えば、マイクロファイバーの20%未満、例えば、17.5%未満、15%未満、12.5%未満、または10%未満は、平均繊維直径より大きい2マイクロメートルより大きい繊維直径を有し得る。下限に関しては、マイクロファイバーの少なくとも1%、例えば、少なくとも2%、少なくとも3%、少なくとも4%、または少なくとも5%は、平均繊維直径より大きい2マイクロメートルより大きい繊維直径を有する。範囲に関しては、マイクロファイバーの1~20%、例えば、2~17.5%、3~15%、4~12.5%、または5~10%は、平均繊維直径より大きい2マイクロメートルより大きい繊維直径を有する。さらなる例では、上述した分布は、平均繊維直径の1.5マイクロメートル内、例えば、1.25マイクロメートル内、1マイクロメートル内、または500ナノメートル内であり得る。
[0092]一実施形態では、所望の特性のために、異なるRV値を有する2種の関連するポリマー(両方とも330未満であり、かつ1マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する)をブレンドすることの利点が想定される。例えば、ポリアミドの融点は上昇し、RVが調整されるか、または他の特性が調整され得る。
[0093]一実施形態では、面層は、吸音多層複合材の最終使用に応じて選択された坪量を有し得る不織布を含む。下限に関しては、不織布は、少なくとも1グラム毎平方メートル(gsm)、例えば、少なくとも2gsm、少なくとも3gsm、少なくとも5gsm、少なくとも10gsm、または少なくとも25gsmの坪量を有し得る。上限に関しては、不織布は、200gsm未満、例えば、190gsm未満、180gsm未満、175gsm未満、150gsm未満、または125gsm未満の坪量を有し得る。範囲に関しては、不織布は、1~200gsm、例えば、2~190gsm、3~180gsm、5~175gsm、10~150gsm、または25~125gsmの坪量を有し得る。
[0094]吸音程度を制御するために、坪量は、平均繊維直径と組み合わせて選択され得る。例えば、より大きい平均繊維直径、例えばマイクロファイバーに関して、より小さい平均繊維直径を有する不織布と比較して、孔径はより大きく、かつ坪量はより増加され、音の弱化を増加させることができる。加えて、存在する場合は、吸音多層複合材に含まれる他の材料に応じて、それぞれ同じもしくは異なる平均繊維直径および/または坪量を有する不織布の異なる層が使用されて、音の弱化を制御することができる。
[0095]一実施形態では、面層は、ポリアミドナノファイバーおよびポリアミドマイクロファイバーを有する不織布を含む。ナノファイバーおよびマイクロファイバーは、別個の層、すなわち第1および第2の層として配列されてもよく、または1つの層として共に配列されてもよい。一部の態様では、面層は、上述のナノファイバーを含むポリアミド不織布を含み得る。一部の態様では、面層は、上述のナノファイバーを含むポリアミド不織布を含み得る。またさらなる態様では、不織布は、ポリアミドナノファイバーおよびポリアミドマイクロファイバーの組合せを含んでもよい。例えば、不織布は、重量に基づいて、1:100~100:1のポリアミドナノファイバーとポリアミドマイクロファイバーとの比、例えば、1:75~75:1、1:50~50:1、1:25~25:1、1:15~15:1、1:10~10:1、1:5~5:1、1:3~3:1、1:2~2:1またはおよそ1:1の比を含み得る。ポリアミドナノファイバーの下限に関しては、不織布は、少なくとも1重量%、例えば、少なくとも3重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも25重量%、または少なくとも50重量%のポリアミドナノファイバーを含み得る。上限に関しては、不織布は、99重量%未満、例えば、95重量%未満、90重量%未満、75重量%未満、または50重量%未満のポリアミドナノファイバーを含み得る。範囲に関しては、不織布は、1~99重量%、例えば、3~95重量%、5~90重量%、10~75重量%、25~50重量%、または50~75重量%のポリアミドナノファイバーを含み得る。ポリアミドマイクロファイバーの下限に関しては、不織布は、少なくとも1重量%、例えば、少なくとも3重量%、少なくとも5重量%、少なくとも10重量%、少なくとも25重量%、または少なくとも50重量%のポリアミドマイクロファイバーを含み得る。上限に関しては、不織布は、99重量%未満、例えば、95重量%未満、90重量%未満、75重量%未満、または50重量%未満のポリアミドマイクロファイバーを含み得る。範囲に関しては、不織布は、1~99重量%、例えば、3~95重量%、5~90重量%、10~75重量%、25~50重量%、または50~75重量%のポリアミドマイクロファイバーを含み得る。
追加の成分
[0096]一部の実施形態では、得られた繊維は、存在する場合は、少量の溶媒を含有する。したがって、一部の態様では、得られた繊維は無溶媒である。溶融紡糸法の使用は、溶媒の必要性を有利に低減するかまたは排除すると考えられる。この低減/排除は、環境への配慮およびコスト低減などの有益な効果をもたらす。本明細書に記載される溶融紡糸法とは全く異なる溶液紡糸法を介して形成される繊維は、そのような溶媒を必要とする。一部の実施形態では、ナノファイバーは、1重量%未満、5000ppm未満、2500ppm未満、2000ppm未満、1500ppm未満、1000ppm未満、500ppm未満、400ppm未満、300ppm未満、200ppm未満、100ppm未満の溶媒か、または検出可能な量未満の溶媒を含む。溶媒は、ポリアミドの成分に応じて変化し得るが、ギ酸、硫酸、トルエン、ベンゼン、クロロベンゼン、キシレン/クロロヘキサノン、デカリン、パラフィン油、オルトジクロロベンゼン、および他の公知の溶媒を含み得る。範囲に関しては、少量の溶媒が含まれる場合、得られたナノファイバーは、少なくとも1ppm、少なくとも5ppm、少なくとも10ppm、少なくとも15ppm、または少なくとも20ppmの溶媒を有し得る。一部の態様では、ギ酸などの不揮発性溶媒は製品中に残存する場合があり、追加の抽出ステップを必要とし得る。そのような追加の抽出ステップは、製造コストを増大させる場合がある。
[0097]一実施形態では、面層は、銅、亜鉛、および/またはこれらの化合物、酸化物、錯塩、もしくは合金を含む、少なくとも1種の低反射性金属を有する不織布を含む。好適な銅化合物は、ヨウ化銅、臭化銅、塩化銅、フッ化銅、酸化銅、ステアリン酸銅、アジピン酸アンモニウム銅、酢酸銅、もしくは銅ピリチオン、またはこれらの組合せを含む。亜鉛化合物は、酸化亜鉛、ステアリン酸亜鉛、亜鉛ピリチオン(pryithione)、もしくはアジピン酸アンモニウム亜鉛、またはこれらの組合せを含み得る。一部の実施形態では、低反射性金属の組合せがあってもよい。一部の実施形態では、イオン形態の低反射性金属が存在してもよい。低反射性金属は、不織布の全体にわたって分散してもよい。一実施形態では、低反射性金属の担持は、5ppm~100,000ppm(10重量%)、例えば、5ppm~20,000ppm、5ppm~17,500ppm、5ppm~17,000ppm、5ppm~16,500ppm、5ppm~16,000ppm、5ppm~15,500ppm、5ppm~15,000ppm、5ppm~12,500ppm、5ppm~10,000ppm、5ppm~5000ppm、5ppm~4000ppm、例えば、5ppm~3000ppm、5ppm~2000ppm、5ppm~1000ppm、5ppm~500ppm、10ppm~20,000ppm、10ppm~17,500ppm、10ppm~17,000ppm、10ppm~16,500ppm、10ppm~16,000ppm、10ppm~15,500ppm、10ppm~15,000ppm、10ppm~12,500ppm、10ppm~10,000ppm、10ppm~5000ppm、10ppm~4000ppm、10ppm~3000ppm、10ppm~2000ppm、10ppm~1000ppm、10ppm~500ppm、50ppm~20,000ppm、50ppm~17,500ppm、50ppm~17,000ppm、50ppm~16,500ppm、50ppm~16,000ppm、50ppm~15,500ppm、50ppm~15,000ppm、50ppm~12,500ppm、50ppm~10,000ppm、50ppm~5000ppm、50ppm~4000ppm、50ppm~3000ppm、50ppm~500ppm、100ppm~20,000ppm、100ppm~17,500ppm、100ppm~17,000ppm、100ppm~16,500ppm、100ppm~16,000ppm、100ppm~15,500ppm、100ppm~15,000ppm、100ppm~12,500ppm、100ppm~10,000ppm、100ppm~5000ppm、100ppm~4000ppm、100ppm~500ppm、200ppm~20,000ppm、200ppm~17,500ppm、200ppm~17,000ppm、200ppm~16,500ppm、200ppm~16,000ppm、200ppm~15,500ppm、200ppm~15,000ppm、200ppm~12,500ppm、200ppm~10,000ppm、200ppm~5000ppm、200ppm~4000ppm、5000ppm~20,000ppm、200ppm~500ppm、500ppm~10,000ppm、1000ppm~7000ppm、または3000ppm~5000ppmであり得る量であってもよい。
[0098]一部の実施形態では、非発泡ポリマー層もまた、少なくとも1種の低反射性金属を含んでもよい。好ましくは、少なくとも1種の低反射性金属の量は、非発泡ポリマー層において、面層より少ない。
[0099]一部の実施形態では、低反射性金属はまた、複合材に、一部の用途に有用であり得る抗菌効力を提供し得る。
[0100]場合によっては、不織布は、任意選択で添加剤を含むポリアミド材料から作製され得る。好適な添加剤の例は、充填材(シリカ、ガラス、クレイ、タルクなど)、油脂(例えばシリコーン油のような油剤など)、ワックス、溶媒(本明細書に記載されるギ酸を含む)、滑沢剤(例えば、パラフィン油、アミドワックス、およびステアリン酸塩)、安定剤(例えば、光安定剤、UV安定剤など)、可塑剤、粘着付与剤、流動制御剤、硬化速度遅延剤、接着促進剤、アジュバント、衝撃改質剤、膨張可能な小球体、熱伝導性粒子、電気伝導性粒子、顔料、染料、着色剤、ガラスビーズまたはガラスバブル、抗酸化剤、蛍光増白剤、抗菌剤、界面活性剤、難燃剤、およびフルオロポリマーを含む。一実施形態では、添加剤は、総量で不織布の49重量%まで、例えば、40重量%まで、30重量%まで、20重量%まで、10重量%まで、5重量%まで、3重量%まで、または1重量%まで存在し得る。下限に関しては、添加剤は、不織布中に、少なくとも0.01重量%、例えば、少なくとも0.05重量%、少なくとも0.1重量%、少なくとも0.25重量%、または少なくとも0.5重量%の量で存在し得る。範囲に関しては、添加剤は、不織布中に、0.01~49重量%、例えば、0.05~40重量%、0.1~30重量%、0.25~20重量%、0.5~10重量%、0.5~5重量%、または0.5~1重量%の量で存在し得る。一部の態様では、モノマーおよび/またはポリマーが、添加剤として含まれてもよい。例えば、ナイロン6Iおよび/またはナイロン6Tが、添加剤として添加されてもよい。
[0101]本明細書に記載される不織布と関連した使用に好適な抗酸化剤は、一部の実施形態では、アントシアニン、アスコルビン酸、グルタチオン、リポ酸、尿酸、レスベラトロール、フラボノイド、カロチン(例えば、ベータ-カロチン)、カロテノイド、トコフェロール(例えば、アルファ-トコフェロール、ベータ-トコフェロール、ガンマ-トコフェロール、およびデルタ-トコフェロール)、トコトリエノール、ユビキノール、没食子酸、メラトニン、第二級芳香族アミン、ベンゾフラノン、ヒンダードフェノール、ポリフェノール、ヒンダードアミン、有機リン化合物、チオエステル、ベンゾエート、ラクトン、ヒドロキシルアミンなど、ならびにこれらの任意の組合せを含み得るが、これらに限定されない。一部の実施形態では、抗酸化剤は、ステアリル3-(3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、ビス(2,4-ジクミルフェニル)ペンタエリトリトールジホスフィット、トリス(2,4-ジ-tert-ブチルフェニル)ホスフィット、ビスフェノールAプロポキシレートジグリシジルエーテル、9,10-ジヒドロキシ-9-オキサ-10-ホスファフェナントレン-10-オキシド、およびこれらの混合物からなる群から選択されてもよい。
[0102]本明細書に記載される不織布と関連した使用に好適な着色剤、顔料、および染料は、一部の実施形態では、植物染料、野菜染料、二酸化チタン(艶消し剤としても作用し得る)、カーボンブラック、木炭、二酸化ケイ素、タートラジン、E102、フタロシアニンブルー、フタロシアニングリーン、キナクリドン、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド、ジオキサジン、ペリノンジスアゾ顔料、アントラキノン顔料、金属粉末、酸化鉄、ウルトラマリン、チタン酸ニッケル、ベンズイミダゾロンオレンジgl、ソルベントオレンジ60、オレンジ染料、炭酸カルシウム、カオリンクレイ、水酸化アルミニウム、硫酸バリウム、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、液体および/または顆粒形態におけるCARTASOL(登録商標)染料(カチオン染料、Clariant Servicesから入手可能)(例えば、CARTASOL Brilliant Yellow K-6G液体、CARTASOL Yellow K-4GL液体、CARTASOL Yellow K-GL液体、CARTASOL Orange K-3GL液体、CARTASOL Scarlet K-2GL液体、CARTASOL Red K-3BN液体、CARTASOL Blue K-5R液体、CARTASOL Blue K-RL液体、CARTASOL Turquoise K-RL液体/顆粒、CARTASOL Brown K-BL液体)、FASTUSOL(登録商標)染料(助色団、BASFから入手可能)(例えば、Yellow 3GL、Fastusol C Blue 74L)など、これらの任意の誘導体、ならびにこれらの任意の組合せを含み得るが、これらに限定されない。一部の実施形態では、溶媒染料が利用されてもよい。
ナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーを形成する方法
[0103]一実施形態では、面層用の不織布は紡糸によって形成され得て、紡糸生成物を形成することができる。「海島型」は、少なくとも2つのポリマー成分を1つの紡糸ダイから押し出すことにより形成する繊維を指し、複合紡糸とも表される。本明細書で使用される場合、紡糸は、溶液紡糸および電界紡糸を詳細には除外する。
[0104]一部の態様では、ポリアミド繊維はメルトブローされる。メルトブローは、有利なことに電界紡糸より安価である。メルトブローは、不織繊維および不織ウェブの形成用に開発された種類の方法であり、繊維が、溶融された熱可塑性ポリマー材料、またはポリアミドを、複数の小さい孔を通して押し出すことにより形成される。得られた溶融糸またはフィラメントは、収束する高速度ガス流内を通り、溶融ポリアミドのフィラメントを細くするかまたは引っ張ることによりその直径を小さくする。その後、メルトブローされたナノファイバーは、高速ガス流により運ばれ、捕集表面上に積層されるか、またはワイヤを形成し、ランダムにまき散らされたメルトブロー繊維の不織ウェブを形成する。メルトブローによる不織繊維および不織ウェブの形成は、当技術分野で公知である。例として、米国特許第3,016,599号;同第3,704,198号;同第3,755,527号;同第3,849,241号;同第3,978,185号;同第4,100,324号;同第4,118,531号;および同第4,663,220号を参照されたい。
[0105]周知のように、電界紡糸は、特定の材料を紡糸することを制限し得る多くの製作パラメータを有する。これらのパラメータは、紡糸材料および紡糸材料溶液の電荷;溶液送達(シリンジから放出された材料流であることが多い);噴出時の電荷;捕集機における繊維膜の放電;紡糸噴出時の電場からの外力;吐出された噴出物の密度;ならびに電極の(高)電圧および捕集機の形状を含む。対照的に、前述のナノファイバーおよび生成物は、有利には、電界紡糸法で必要とされるような、主要な排出力として印可される電場の使用を伴うことなく形成される、したがって、ポリアミドは帯電されず、また紡糸法の成分も帯電されない。重要なことには、電界紡糸法に必要な危険な高電圧は、本開示の吸音多層複合材またはそれらを形成する方法では必要とされない。一部の実施形態では、本方法は、非電界紡糸法、例えば、スパンボンドまたはメルトブローであり、得られた吸音多層複合材は、非電界紡糸法を介して製造された非電界紡糸製品である。
[0106]面層用の不織布を作製する実施形態は、米国特許第8,668,854号に全般に記載されるように、紡糸流路を通る噴射剤ガスを用いて、2相紡糸またはメルトブローすることによる。この方法は、ポリマーまたはポリマー溶液、および加圧された噴射剤ガス(典型的には空気)の2相流を細長く、好ましくは収束する流路に含む。流路は、通例、好ましくは環状に構成される。ポリマーが、細長く、好ましくは収束する流路内でガス流により剪断され、流路の両側にポリマーフィルム層を生じると考えられる。これらのポリマーフィルム層は、噴射剤ガス流により、繊維へとさらに剪断される。ここで再び、移動捕集機ベルトが使用され得て、ベルトの速度を調整することにより、不織布の坪量が制御される。捕集機の距離もまた、不織布の微細さを制御するために使用され得る。本方法は、図4を参照してより良く理解される。
[0107]有益なことに、溶融紡糸法における前述のポリアミド前駆物質の使用は、製造率において、例えば、少なくとも5%大きい、少なくとも10%大きい、少なくとも20%大きい、少なくとも30%大きい、少なくとも40%大きい著しい利益を提供する。改善は、従来の方法、例えば、電界紡糸法または本明細書に記載される特質を利用しない方法に対して、1時間当たりの面積における改善として観察され得る。場合によっては、一貫した期間にわたる製造増加が改善される。例えば、本開示の方法は、例えば1時間のような所与の製造期間にわたり、従来の方法または電界紡糸法より少なくとも5%多く、例えば、少なくとも10%多く、少なくとも20%多く、少なくとも30%多く、または少なくとも40%多くの製品を製造する。
[0108]図4は、不織布を紡糸するシステムの概略的操作を例示し、ポリアミド供給アセンブリ110、空気供給1210、紡糸シリンダ130、捕集機ベルト140および巻き取りリール150を備える。操作中に、ポリアミドの溶融物または溶液は紡糸シリンダ130に供給され、そこで高圧空気と共にシリンダ中の細長い流路を通って流動し、ポリアミドをナノファイバーに剪断する。詳細は、前述の米国特許第8,668,854号に提供される。処理速度および坪量は、ベルトの速度により制御される。任意選択で、木炭、銅などの機能性添加剤が、そのように所望される場合に、空気供給で添加され得る。
[0109]図4のシステムで使用される紡糸口金の代替構成では、米国特許第8,808,594号に見られるように、微粒子材料が別入口で添加されてもよい。
[0110]利用され得るまたさらに別の方法論は、本明細書に開示されるポリアミドのナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーウェブをメルトブローすることである(図5)。メルトブローは、ポリアミドを、相対的に高速度の典型的には高温のガス流内に押し出すことを含む。好適な繊維を製造するために、Hassanら、J Membrane Sci.、427、336~344頁、2013年およびEllisonら、Polymer、48(11)、3306~3316頁、2007年、ならびに、International Nonwoven Journal、Summer 2003年、21~28頁に見られるように、オリフィスおよびキャピラリーの形状と同様に温度の注意深い選択が必要とされる。
[0111]米国特許第7,300,272号は、溶融材料を押し出してナノファイバーの配列を形成するための繊維押出パックを開示し、該繊維押出パックは、それぞれの分離した配流プレートが繊維押出パック内で層を形成するように、積み重ねて配置された多数の分離した配流プレートを備え、分離した配流プレート上の造作が、溶融材料を繊維押出パック中のオリフィスに運ぶ配流ネットワークを形成する。それぞれの分離した配流プレートは、隣接するプレートセグメントとの間に配置された空隙を有する1組のプレートセグメントを備える。プレートセグメントの隣接する端部は、空隙に沿ったリザーバを形成するような形状であり、かつ密封栓がリザーバ内に配置されて、溶融材料が空隙から漏出するのを防ぐ。密封栓は、空隙内に漏出し集合してリザーバ内で固化した溶融材料により、または栓材料をパックアセンブリにおけるリザーバ内に置くことにより形成され得る。このパックは、これまでに述べた特許中に記載されるメルトブローシステムで、ナノファイバーを作製するために使用され得る。
[0112]本明細書に記載される紡糸法は、相対的に低い酸化劣化指数(「ODI」)値を有するポリアミド不織布を形成することができる。ODIが低いほど、製造中に重度の酸化劣化が少ないことを示す。一部の態様では、ODIは、10~150ppmの範囲であり得る。ODIは、蛍光検出器を備えるゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を使用して測定され得る。該器具は、キニーネ外部標準で較正される。0.1グラムのナイロンを、10mLの90%ギ酸に溶解する。次に該溶液は、蛍光検出器を備えるGPCにより分析される。ODI用の検出器波長は、励起に関して340nmかつ放出に関して415nmである。上限に関しては、不織布のODIは、200ppm以下、例えば、180ppm以下、150ppm以下、125ppm以下、100ppm以下、75ppm以下、60ppm以下、または50ppm以下であり得る。下限に関しては、不織布のODIは、1ppm以上、5ppm以上、10ppm以上、15ppm以上、20ppm以上、または25ppm以上であり得る。範囲に関しては、不織布のODIは、1~200ppm、1~180ppm、1~150ppm、5~125ppm、10~100ppm、1~75ppm、5~60ppm、または5~50ppmであり得る。
[0113]加えて、本明細書に記載される紡糸法は、相対的に低い熱劣化指数(「TDI」)をもたらし得る。TDIが低いほど、製造中にポリアミドの重大な熱履歴が少ないことを示す。TDIは、TDI用の検出器波長が励起に関して300nmかつ放出に関して338nmであることを除いて、ODIと同じように測定される。上限に関しては、不織布のTDIは、4000ppm以下、例えば、3500ppm以下、3100ppm以下、2500ppm以下、2000ppm以下、1000ppm以下、750ppm以下、または700ppm以下であり得る。下限に関しては、不織布のTDIは、20ppm以上、100ppm以上、125ppm以上、150ppm以上、175ppm以上、200ppm以上、または210ppm以上であり得る。範囲に関しては、不織布のTDIは、20~400ppm、100~4000ppm、125~3500ppm、150~3100ppm、175~2500ppm、200~2000ppm、210~1000ppm、200~750ppm、または200~700ppmであり得る。
[0114]TDIおよびODIの試験方法もまた、米国特許第5,411,710号に開示される。TDIおよび/またはODI値が低いほど、ナノファイバー不織布製品が、より大きいTDIおよび/またはODIを有する製品より耐久性があることを示しているため、有益である。上記で説明したように、TDIおよびODIは劣化の尺度であり、より大きい劣化を伴う製品は性能も良くない。例えば、そのような製品は、繊維が熱、圧力、酸素、またはこれらの任意の組合せに曝露された場合の、染料取り込みの低減、熱安定性の低下、音響用途における寿命の低下、および産業上の繊維用途における引張強度の低下を有する場合がある。
[0115]低いTDIおよび/またはODIを有する不織布の形成に使用され得る1つの可能な方法は、本明細書に記載される添加剤、特に抗酸化剤を含むことである。そのような抗酸化剤は、従来の方法では必ずしも必要ではないが、劣化を防ぐために使用され得る。有用な抗酸化剤の例は、ハロゲン化銅およびClariantから入手可能なNylostab(登録商標)S-EED(登録商標)を含む。
[0116]一実施形態では、面層用の不織布は通気性である。好ましくは、面層用の不織布の通気度は、非発泡ポリマー層の通気度より小さい。したがって、面層の不織布は、141,600cm/秒/cm(300cfm/ft)未満、例えば、129,800cm/秒/cm(275cfm/ft)未満、118,000cm/秒/cm(250cfm/ft)未満、106,200cm/秒/cm(225cfm/ft)未満、94,400cm/秒/cm(200cfm/ft)未満、82,600cm/秒/cm(175cfm/ft)未満、70,800cm/秒/cm(150cfm/ft)未満、または59,000cm/秒/cm(125cfm/ft未満)、または47,200cm/秒/cm(100cfm/ft)未満、35,400cm/秒/cm(75cfm/ft)未満、または23,600cm/秒/cm(50cfm/ft)未満である通気度値を有し得る。一般に、通気度値に関する面層の不織布のより低範囲は、2,360cm/秒/cm(5cfm/ft)より大きく、4,720cm/秒/cm(10cfm/ft)より大きく、7,080cm/秒/cm(15cfm/ft)より大きいか、または9,440cm/秒/cm(20cfm/ft)より大きくてもよい。好適な範囲に関しては、面層の不織布は、2,360~141,600cm/秒/cm(5~300cfm/ft)、4,720~129,800cm/秒/cm(10~275cfm/ft)、7,080~118,000cm/秒/cm(15~250cfm/ft)、7,080~94,400cm/秒/cm(15~200cfm/ft)、または9,440~59,000cm/秒/cm(20~125cfm/ft)の通気度値を有し得る。
[0117]不織布は、30マイクロメートル以下、例えば、25マイクロメートル以下、20マイクロメートル以下、15マイクロメートル以下、10マイクロメートル以下、5マイクロメートル以下、または1マイクロメートル以下の平均孔直径を有し得る。下限に関しては、不織布は、少なくとも10nm、例えば、少なくとも100nm、少なくとも500nm、少なくとも1マイクロメートル、または少なくとも5マイクロメートルの平均孔直径を有し得る。範囲に関しては、不織布は、10nm~30マイクロメートル、例えば、100nm~25マイクロメートル、500nm~20マイクロメートル、500nm~15マイクロメートル、または1マイクロメートル~10マイクロメートルの平均孔直径を有し得て、これらに入る全ての値を含む。
音響用途
[0118]吸音多層複合材は、主に、輸送および建築用途において音を弱めるのに有用である。本明細書に記載されるように、一部の態様では、吸音多層複合材は、本発明の不織布以外に追加の材料を含有する必要はない。他の態様では、本明細書にさらに記載される追加層および材料は、非発泡ポリマー層および不織布を含む面層と組み合わせられて、吸音多層複合材を形成し得る。一実施形態では、面層の特性は、特定の音響用途に必要とされる所望の空気抵抗性を満足することを目標とし得る。一部の実施形態では、この目標は、1000レイリーである。
[0119]一実施形態では、吸音多層複合材の加重全平均繊維直径は、2マイクロメートル~25マイクロメートル、例えば、2マイクロメートル~20マイクロメートル、4マイクロメートル~20マイクロメートル、5マイクロメートル~20マイクロメートル、5マイクロメートル~15マイクロメートル、6マイクロメートル~15マイクロメートル、8マイクロメートル~12マイクロメートル、または10マイクロメートル~12マイクロメートルである。一実施形態では、面層は、非発泡ポリマー層より小さい平均繊維直径を有する。
[0120]一実施形態では、吸音多層複合材は通気性である。したがって、吸音多層複合材は、141,600cm/秒/cm(300cfm/ft)未満、例えば、129,800cm/秒/cm(275cfm/ft)未満、118,000cm/秒/cm(250cfm/ft)未満、106,200cm/秒/cm(225cfm/ft)未満、94,400cm/秒/cm(200cfm/ft)未満、82,600cm/秒/cm(175cfm/ft)未満、70,800cm/秒/cm(150cfm/ft)未満、または59,000cm/秒/cm(125cfm/ft未満)、または47,200cm/秒/cm(100cfm/ft)未満、35,400cm/秒/cm(75cfm/ft)未満、または23,600cm/秒/cm(50cfm/ft)未満である通気度値を有し得る。一般に、通気度値に関する吸音多層複合材のより低範囲は、2,360cm/秒/cm(5cfm/ft)より大きく、4,720cm/秒/cm(10cfm/ft)より大きく、7,080cm/秒/cm(15cfm/ft)より大きいか、または9,440cm/秒/cm(20cfm/ft)より大きくてもよい。好適な範囲に関しては、吸音多層複合材は、2,360~141,600cm/秒/cm(5~300cfm/ft)、4,720~129,800cm/秒/cm(10~275cfm/ft)、7,080~118,000cm/秒/cm(15~250cfm/ft)、7,080~94,400cm/秒/cm(15~200cfm/ft)、または9,440~59,000cm/秒/cm(20~125cfm/ft)の通気度値を有し得る。
[0121]例示的な実施形態では、吸音多層複合材は、約10グラム毎平方メートル(gsm)~約300gsmの坪量を有し得る。典型的には、非発泡ポリマー層は、約300gsm未満、例えば、約275gsm未満、約250gsm未満、約200gsm未満、約175gsm未満、約150gsm未満、または約125gsm未満の坪量を有する。一部の実施形態では、非発泡ポリマー層は、約10gsm~約275gsm、例えば、50gsm~約275gsm、50gsm~約250gsm、50gsm~約200gsm、または100gsm~約200gsmの坪量を有する。
[0122]一実施形態では、吸音多層複合材は、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され得る。したがって、一実施形態では、非発泡ポリマー層は、面層に隣接され得て、面層の1つの面が車両の内部に向かって配置されることを可能にする。一実施形態では、面層および非発泡ポリマー層は、ニードルパンチ法を使用して、糸条を使用して共に縫合される。糸条はポリアミドを含み得る。一部の実施形態では、糸条は、単一プライであってもよく、または複数プライであってもよい。
[0123]不織布を含む吸音多層複合材は、許容される音の吸収/弱化を提供する。これは、独自の実験室音通過試験(LSTT)における試料性能によって実証される。この実験室スクリーニング試験は、増幅された「白色雑音」源を試料の片側で使用し、かつデシベル計のマイクを試料の他方の側で使用する。入射された90dBの音レベルから、少なくとも5、例えば、少なくとも10または少なくとも15dBの雑音低減が達成された。他の標準的な音響試験もまた、これらのエアレイド材料の単位重量当たりの優れた性能を示す。例えば、2つのマイクを用いるASTM E1050-98、または単一の可動式マイクを用いるASTM C384のいずれかのようなインピーダンス管吸音試験が実行された。このような試験は、100~6300Hz範囲の広い周波数に及び得る。
[0124]標準的な音響試験とLSTTスクリーニング試験との主な違いは、インピーダンス管吸音試験については、マイク(複数可)が音源と試料の同じ側にあり、一方、LSTTについては、試料がマイクと音源の間にあるということである。インピーダンス管吸音試験はまた、周波数関連の音響特性に関する詳細を記録し、一方、LSTTは、白色雑音の大きさを測定するのみである。
[0125]一部の実施形態では、不織布は、1000Hzにおいて約0.5以上の、ASTM E1050-98によって決定される吸音係数(α)を有する。不織布は、特に、本明細書に記載される他の層と組み合わせられた場合、ASTM E1050-98によって1000Hzにおいて決定される、約0.55以上の吸音係数(α)、例えば、約0.6以上、約0.65以上、約0.70以上、約0.75以上、約0.80以上、約0.85以上、約0.90以上、約0.95以上、または約0.97以上の吸音係数を有し得る。
[0126]一部の態様では、吸音多層複合材は、少なくとも嵩高繊維を有する不織布を含み得る。一実施形態では、非発泡ポリマー層は、嵩高繊維を含み得る。不織布の嵩高繊維は、不織布の平面次元から垂直に伸びる、不織布層のz-方向に置ける嵩をもたらす繊維である。嵩高繊維の種類は、1フィラメント当たり高デニールを有する繊維(1フィラメント当たり5デニール以上)、高クリンプ繊維、中空充填繊維などを含む(が、これらに限定されない)。これらの繊維は、材料に質量および嵩をもたらす。嵩高繊維のいくつかの例は、ポリエステル、ポリプロピレン、および綿、同様に他の低コストの繊維を含む。嵩高繊維は、約12デニールより大きいデニールを有し得る。別の実施形態では、嵩高繊維50は、約15デニールより大きいデニールを有する。嵩高繊維は、ステープル繊維であってもよい。一部の実施形態では、嵩高繊維は、円形横断面を持たないが、より大きい表面積を有する繊維であり、セグメント化パイ、4DG、翼状繊維、トリローバルなどを含むが、これらに限定されない。繊維横断面は、不織布の吸音特性に影響を及ぼすことが示されてきた。不織布は、本明細書に記載されるバインダー繊維と組み合わせて、嵩高繊維を含み得る。
[0127]下限に関しては、不織布は、少なくとも1重量%、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも3重量%、または少なくとも5重量の嵩高繊維を含み得る。上限に関しては、不織布は、50重量%以下、例えば、45重量%以下、40重量%以下、または35重量%以下の嵩高繊維を含み得る。範囲に関しては、不織布は、1~50重量%、例えば、2~45重量%、3~40重量%、または5~35重量%の嵩高繊維を含み得る。下限に関しては、不織布は、少なくとも1重量%、例えば、少なくとも2重量%、少なくとも3重量%、または少なくとも5重量のバインダー繊維を含み得る。上限に関しては、不織布は、50重量%以下、例えば、45重量%以下、40重量%以下、または35重量%以下のバインダー繊維を含み得る。範囲に関しては、不織布は、1~50重量%、例えば、2~45重量%、3~40重量%、または5~35重量%のバインダー繊維を含み得る。一部の態様では、不織布は、嵩高繊維区域および/またはバインダー区域を有し得て、嵩高繊維および/またはバインダー繊維は、不織布の特定の部分に集中している。他の態様では、嵩高繊維および/またはバインダー繊維は、不織布の全体にわたり分散してもよい。
[0128]一部の態様では、面層は不織布を含み得て、不織布は、多成分繊維をさらに含む。そのような繊維は、米国特許第6,855,422号に記載され、その全容が参照により本明細書に組み込まれる。そのような材料は、相変化物質または温度調整材料として役立つ。一般に、相変化材料は、熱エネルギーを吸収または放出し、熱流動を低減するかまたは排除する能力を有する。一般に、相変化材料は、温度安定化範囲におけるかまたはその範囲内において、熱エネルギーを吸収または放出し、熱流動を低減するかまたは排除する可能性を有する任意の物質、または物質の混合物を含み得る。温度安定化範囲は、特定の転移温度または転移温度の範囲を含み得る。不織布構造物のさまざまな実施形態に関連して使用される相変化材料は、相変化材料が熱を吸収または放出している時間中に、典型的には、相変化材料は、例えば、液体と固体の状態、液体と気体の状態、固体と気体の状態、または2つの固体の状態などの2つの状態間の転移を経る時に、熱エネルギーの流動を阻害することができる。この作用は、典型的には一時的なものであり、加熱または冷却プロセス中に、相変化材料の潜熱が吸収または放出されるまで起こる。熱エネルギーは、相変化材料に保存されるかまたはそこから除去され得て、相変化材料は、典型的には、熱または冷却の発生源によって効果的に再び補われ得る。適切な相変化材料を選択することによって、多成分繊維は、多くの製品のいずれか1つに使用されるように設計され得る。
[0129]二成分繊維は、その芯部および鞘部成分として、多様なポリマーを組み込むことができる。ポリエチレンまたは変性ポリエチレンの鞘部を有する二成分繊維は、典型的には、ポリエチレンテレフタレートまたはポリプロピレンの芯部を有する。一部の実施形態では、二成分繊維は、ポリエステルで作製された芯部およびポリエチレンで作製された鞘部を有する。代替的に、ポリプロピレンもしくは変性ポリプロピレンもしくはポリエチレンの鞘部または鞘部もしくはコポリエステル鞘部としてのポリプロピレンと変性ポリエチレンの組合せを有する多成分繊維、ここでコポリエステルはイソフタル酸変性ポリエチレンテレフタレートであり、典型的にはポリエチレンテレフタレートもしくはポリプロピレンの芯部、またはポリプロピレン鞘部-ポリエチレンテレフタレート芯部およびポリエチレン鞘部-ポリエチレン芯部およびコポリエチレンテレフタレート鞘部を伴う繊維が利用され得る。
[0130]一部の態様では、面層は不織布を含み得て、不織布は、複数のロープ状ポリアミド繊維束を含む。一部の態様では、ポリアミド繊維はポリアミドナノファイバーである。一部の態様では、ナノファイバーの数による少なくとも50%は、ロープ状繊維束の縦軸の45度内に配向され得る。各ロープ状束中のナノファイバーは、共に絡み合い得る。ロープ状繊維束は、不織布内にランダムに配向され得る。理論に拘束されないが、ロープ状繊維束が、増加したロフト(loft)および増加した多孔度を伴うが、不織布に嵩高さを導入することはない不織布を形成すると考えられる。不織布のロフトは相対的に大きく、例えば、0.2g/cm未満、例えば、0.1g/cm未満、または0.05g/cm未満のような相対的に低い密度をもたらす。他の態様では、不織布の密度は、0.2g/cmより大きく、例えば、0.3g/cmより大きく、0.5g/cmより大きく、または1g/cmより大きくてもよい。不織布の密度は、面層および吸音多層複合材の全般に所望される音の弱化に基づいて選択され得る。加えて、不織布の密度は、不織布の最終RVとバランスが保たれ得る。
[0131]不織布の引張り強度、剪断、噴出、または剥離特性を増加させる必要がある場合、ナノファイバーは、縫合安定化、ポイント接着、超音波結合、または他の方法によって安定化され得る。
[0132]ロープ状束は、2つ以上の範囲の寸法の繊維、例えば、異なる寸法のナノファイバー、マイクロファイバー、異なる寸法のマイクロファイバー、またはこれらの組合せを含み得る。さらに、不織布にバインダー繊維が含まれてもよい。バインダー繊維は、他の繊維と接着または結合を形成する繊維である。一部の態様では、バインダー繊維は熱活性化され、低溶融性繊維および二成分繊維(並列またはより低い鞘部溶融温度を有する芯部および鞘部の繊維など)を含み得る。特定のバインダー繊維の例は、より低い溶融温度の鞘部を伴うポリエステル芯部および鞘部の繊維を含む。熱活性化されるバインダー繊維を含むことは、続いて、不織層を、例えば自動車ボンネットライナー、エンジンルームカバー、天井タイル、オフィス用パネルなどにおける使用のための部分形状に成形することを可能にする。バインダー繊維は、ステープル繊維であってもよい。
[0133]追加のナノファイバーおよび/またはマイクロファイバーもまた、不織布に含まれてもよい。これらは、異なるデニール、ステープル長さ、組成、または融点を有し、かつ耐火性または難燃性繊維の第2の種類のナノファイバー繊維を含み得るが、これらに限定されない。繊維はまた、所望される美観または機能の利益をもたらす効果性繊維であり得る。これらの効果性繊維は、色、化学的抵抗性(ポリフェニレンスルフィド繊維およびポリテトラフルオロエチレン繊維など)、水分抵抗性(ポリテトラフルオロエチレン繊維および局所処理ポリマー繊維など)、またはその他を付与するために使用され得る。一部の実施形態では、不織布は耐火性繊維を含有する。本明細書で使用される場合、難燃性繊維とは、ISO 4589-1によって決定される、20.95以上の限界酸素指数(LOI)値を有する繊維を意味する。難燃性繊維の種類は、火災抑制繊維および燃焼抵抗性繊維を含むが、これらに限定されない。火災抑制繊維は、熱源を抑制する傾向がある手法で消費することによって、LOIを満足する繊維である。火災を抑制する1つの方法では、火災抑制繊維は、消費中に、ハロゲン化ガスなどのガス生成物を放出する。火災抑制繊維(fiber suppressant fibers)の例は、モダクリル系、PVC、ハロゲン化局所処理を用いた繊維などを含む。燃焼抵抗性繊維は、熱に曝露された場合、消耗に抵抗することによって、LOIを満足する繊維である。燃焼抵抗性繊維の例は、VISIL(登録商標)の商標下で販売されるレーヨンなどのシリカ含浸レーヨン、部分的に酸化されたポリアクリロニトリル、ポリアラミド、パラ系アラミド、カーボン、メタ系アラミド、メラミンなどを含む。
[0134]不織布中のいずれかまたは全ての繊維は、加えて、添加剤を含有してもよい。好適な添加剤は、充填材、安定剤、可塑剤、粘着付与剤、流動制御剤、硬化速度遅延剤、接着促進剤(例えば、シランおよびチタネート)、アジュバント、衝撃改質剤、膨張可能な小球体、熱伝導性粒子、電気伝導性粒子、シリカ、ガラス、クレイ、タルク、顔料、着色剤、ガラスビーズまたはガラスバブル、抗酸化剤、蛍光増白剤、抗菌剤、界面活性剤、難燃剤、およびフルオロポリマーを含むが、これらに限定されない。上記の添加剤のうちの1種または複数は、結果として得られる繊維および層の重量および/または費用を低減し、粘度を調整し、または繊維の熱特性を変性し、または電気的、光学的、密度関連、液体バリアもしくは粘着タック関連の特性を含む、添加剤の物理的特性活性から生じる範囲の物理的特性を付与するために使用され得る。一部の自動車および家電の用途では、音響遮蔽材は、望ましくはある程度の撥水性を有する。ドアパネル、ホイール格納部、およびエンジンルームは、遮蔽材を必要とする典型的な用途であり、著しい量の水を保持することはない。例えば、Friendly、W.Va.のGE SiliconesによるMAGNASOFT(登録商標)Extra Emulsionのような公知の防水剤のいずれも使用可能である。また、大部分の遮蔽材用途で所望されるのは、カビの成長に対する抵抗性である。この特性を達成するために、マトリックス繊維および/またはバインダーもしくはエアレイド遮蔽材料のいずれかは、多くの公知のカビ駆除剤のいずれか、少し例を挙げると、例えば、2-ヨード-プロピノール-ブチルカルバメート、ジヨードメチル-p-トリルスルホン、亜鉛ピリチオン、N-オクチルクロロイソチアザロン、およびクロロプロピルトリメチオキシシランと共に使用されるオクタデシルアミノジメチルトリメトキシシリルイプロピルアンモニウムクロリドなどで処理され得る。使用され得る他の殺生物製剤は、イソチアゾロン化学物質をベースとするKATHON(登録商標)および水性ベースのKORDEK(登録商標)殺菌剤であり、両方ともRohm and Haasからのものである。
[0135]一部の実施形態では、ワックスまたは潤滑性をもたらす任意の他のブルーミング剤が、添加剤としてナノファイバーに添加されてもよい。ワックスは、押出中に、ナノファイバーの表面にブルームする傾向がある。パラシン(Paricin(登録商標)285(Vertellusから入手可能)、N,N’-エチレンビス-12-ヒドロキシステアルアミドは、アミンとヒドロキシステアリン酸との反応から形成される脆いワックス様の固体である)などのワックス、またはポリマーブレンドは、個々の繊維間の凝集を低減するか、またはそうでなければロフトの増加を促進する。ワックスの添加は、ナノファイバーの絡み合いをさらに強化してより大きいロープ状束とし、それによって不織布の全般的なロフトを増加させることが観察された。減少した接着性は、繊維が、空気流を通して、より完全に機械的に絡み合うことを可能にする。ワックスは、繊維形成中に、ナノファイバーの表面にブルームする傾向があり、収集中の繊維-繊維結合およびウェブ圧縮を低減する。ワックス添加剤が使用された場合、より高い百分率の繊維が、より大きいロープ状束の一部となった。
[0136]一部の実施形態では、不織布は、少なくとも1つの側面に追加層をさらに含有し、不織複合材を形成する。追加層は、複合材に関して任意の好適な層であってもよい。一部の実施形態では、追加層は、不織布の第1の側面に隣接して置かれる。別の実施形態では、第2の追加層は、不織布の第2の側面に隣接して置かれてもよい。さらなる実施形態では、より多くの追加層が、不織布の片面または両面に積み重ねられてもよい。
[0137]追加層は、織布地、編み布地、不織布地、およびフィルムであってもよいが、これらに限定されない。追加層が布地である実施形態では、布地は、任意の好適な構成および組成のものであってもよい。布地は、所望の引張り性、摩耗性、および延性の特徴を与えるように選択された糸条または材料から作製され得る。小さい物品に関して、物品が、数千フィートの長さであり、かつ巻かれたものおよび巻かれてないものであり得る管である場合、引張り強度はあまり重要ではない場合がある。一部の実施形態では、布地は、空気/気体/液体または他の材料が布地を通過して不織布に到達するのを可能にするように、開放構成である。追加層を形成する材料は、本明細書に開示されるポリマーのいずれか、同様に任意の他の熱可塑性または熱硬化性、天然または合成の材料であってもよい。
[0138]追加層における糸条/繊維に好適ないくつかの材料は、ポリアミド、アラミド(メタおよびパラの形態を含む)、レーヨン、PVA(ポリビニルアルコール)、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリビニル、ナイロン(ナイロン6、ナイロン6,6、およびナイロン4,6を含む)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、綿、鋼、カーボン、繊維ガラス、鋼、ポリアクリル系、ポリトリメチレンテレフタレート(PTT)、ポリシクロヘキサンジメチレンテレフタレート(PCT)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、ポリエチレングリコール(PEG)で変性されたPET、ポリ乳酸(PLA)、ポリトリメチレンテレフタレート、ナイロン(ナイロン6およびナイロン6,6を含む)、再生セルロース(レーヨンまたはテンセルなど)、スパンデックスなどのエラストマー材料、ポリアラミドなどの高機能繊維、ならびに綿、リネン、ラミー、およびヘンプなどのポリイミド天然繊維、生糸、羊毛、ならびにアンゴラ、アルパカ、およびビクーナなどの他の獣毛などのタンパク質材料、繊維補強ポリマー、熱硬化性ポリマー、これらのブレンド、ならびにこれらの混合物を含む。
[0139]一部の実施形態では、追加層は、一部または全ての高引張強度の糸条または繊維を含有し得る。これらの高弾性繊維は、少なくとも約4GPa、より好ましくは少なくとも15GPaより大きい、より好ましくは少なくとも70GPaより大きい弾性を有する任意の好適な繊維であり得る。好適な繊維のいくつかの例は、ガラス繊維、アラミド繊維、および米国特許第7,300,691号に記載の高配向ポリプロピレン繊維、靭皮繊維、ならびにカーボン繊維を含む。第1の層の高弾性繊維に好適な繊維の非包括的なリストは、高配向ポリマーから作製された繊維、例えば、ゲル紡糸超高分子量のポリエチレン繊維(例えば、Morristown、N.J.のHoneywell Advanced FibersからのSPECTRA(登録商標)繊維およびオランダのDSM High Performance Fibers Co.からのDYNEEMA(登録商標)繊維)、溶融紡糸ポリエチレン繊維(例えば、Charlotte、N.C.のCelanese FibersからのCERTRAN(登録商標)繊維)、溶融紡糸ナイロン繊維(例えば、Wichita、Kans.のInvistaからの高引張強度型ナイロン6,6繊維)、溶融紡糸ポリエステル繊維(例えば、Wichita、Kans.のInvistaからの高引張強度型ポリエチレンテレフタレート繊維)、および焼結ポリエチレン繊維(例えば、Charlotte、N.C.のITSからのTENSYLON(登録商標)繊維)などを含む。好適な繊維はまた、離液系列の剛性棒状ポリマー、複素環式の剛性棒状ポリマー、および温度転移型液晶ポリマーなどの剛性棒状ポリマーから作製されるものも含む。離液系列の剛性棒状ポリマーから作製された好適な繊維は、ポリ(p-フェニレンテレフタルアミド)繊維(例えば、Wilmington、Del.のDuPontからのKEVLAR(登録商標)繊維および日本の帝人からのTWARON(登録商標)繊維)ならびに3,4’-ジアミノジフェニルエーテルとp-フェニレンジアミンの1:1コポリテレフタルアミド(例えば、日本の帝人からのTECHNORA(登録商標)繊維)から作製された繊維などのアラミド繊維を含む。p-フェニレン複素環式などの複素環式剛性棒状ポリマーから作製された好適な繊維は、ポリ(p-フェニレン-2,6-ベンゾビスオキサゾール)繊維(PBO繊維)(例えば、日本の東洋紡からのZYLON(登録商標)繊維)、ポリ(p-フェニレン-2,6-ベンゾビスチアゾール)繊維(PBZT繊維)、およびポリ[2,6-ジイミダゾ[4,5-b:4’,5’-e]ピリジニレン-1,4-(2,5-ジヒドロキシ)フェニレン]繊維(PIPD繊維)(例えば、Wilmington、Del.のDuPontからのM5(登録商標)繊維)を含む。温度転移型液晶ポリマーから作製された好適な繊維は、ポリ(6-ヒドロキシ-2-ナプト酸-co-4-ヒドロキシ安息香酸)繊維(例えば、Charlotte、N.C.のCelaneseからのVECTRAN(登録商標)繊維)を含む。好適な繊維はまた、ホウ素繊維、シリコンカーバイド繊維、アルミナ繊維、ガラス繊維、カーボン繊維、レーヨンの高温熱分解から作製されたものなど、ポリアクリロニトリル(例えば、Midland、Mich.のDowからのOFF(登録商標)繊維)、および中間状態の炭化水素タール(例えば、Greenville、S.C.のCytecからのTHORNEL(登録商標)繊維)も含む。別の実施形態では、追加層は、熱可塑性ポリマー、セルロース、ガラス、セラミック、およびこれらの混合物を含有する糸条および/または繊維を含有する。
[0140]一部の実施形態では、追加層は、織布地である。織布地はまた、例えば、平織、朱子織、綾織、かご織り、ポプリン、ジャカード、およびクレープ織の布地であってもよい。好ましくは、織布地は、平織布地である。平織布地は、良好な摩耗性および摩損性の特徴を有することが示されてきた。綾織は、コンパウンド曲線に良好な特性を有するため、一部の布地に好ましい場合もあることが示されてきた。一部の実施形態では、経方向のエンドカウントは、35~70の間である。一部の実施形態では、経糸のデニールは、350~1200デニールの間である。一部の実施形態では、織布地は通気性である。
[0141]別の実施形態では、追加層は、編み布地、例えば、丸編み、逆プレイト丸編み、ダブル編み、シングルジャージー編み、2エンドフリース編み、3エンドフリース編み、パイル編みまたはダブルループ編み、経糸挿入された緯糸編み、経編み、およびマイクロデニール面を伴うかまたは伴わない経編みである。
[0142]別の実施形態では、追加層は、3軸布地(編み、織、または不織布)などの多軸である。別の実施形態では、追加層は、バイアス布地である。別の実施形態では、追加層は、スクリムである。
[0143]別の実施形態では、追加層は、不織布地である。用語「不織布地」は、ある程度の内部一貫性を有する調和した構造を提供するように、絡み合いおよび/または熱融着された糸条の塊を組み込む構造物を指す。布地としての使用のための不織布地は、例えば、溶融紡糸プロセス、水流交絡プロセス、メルトブロープロセス、スパンボンドプロセス、同じ機械的絡み合いプロセスの複合材、ステッチボンドなどの多くのプロセスから形成され得る。別の実施形態では、布地は、一方向性布地であり、重複糸条を有し得るか、または糸条間に空隙を有し得る。
[0144]別の実施形態では、追加層はフィルムであり、好ましくは熱可塑性フィルムである。一部の実施形態では、熱可塑性フィルムは、非通気性である。別の実施形態では、熱可塑性フィルムは、フィルムにおける穿孔、スリット、または他の種類の孔を含む開口部に起因して、いくらかの通気度を有する。熱可塑性フィルムは、任意の好適な厚さ、密度、または堅さを有し得る。好ましくは、フィルムの厚さは、2未満~50マイクロメートル厚の間であり、より好ましくは、フィルムは約5~25マイクロメートルの間の厚さ、より好ましくは約5~15マイクロメートル厚の間を有する。一部の実施形態では、熱可塑性フィルムは、接着促進コーティングなどの任意の好適な添加剤またはコーティングを含有し得る。吸音多層複合材用に、フィルム厚さおよび機械的特性は、音響エネルギーを吸収し、一方、音響エネルギーの反射を最小限にするように選択される。
[0145]追加層は、任意の公知の手段によって不織布に付着され得るか、または単に据えられ、いかなる手段によっても付着されない場合もある。一部の実施形態では、不織布中の繊維は、溶融されて続いて冷却された場合、不織布と追加層を結合することによっていくらかの接着をもたらす。別の実施形態では、追加層と不織布の間に、接着層が使用されてもよい。接着層は、水系接着剤、溶媒系接着剤、および熱またはUV活性化接着剤を含むが、これらに限定されない任意の好適な接着剤であってもよい。接着剤は、自立性フィルム、コーティング(連続性または不連続性、ランダムまたはパターン化された)、粉末、または任意の他の公知の手段として適用されてもよい。別の実施形態では、追加層は、ネジ、クギ、クリップ、ステープル、縫合、糸、フックおよびループ材料などのような機械的ファスナなどの付着装置によって、不織布に付着されてもよい。接合されたナノファイバー不織複合材の場合には、追加層は、ナノファイバー不織布の接合の前または後を含む、製造中の好適な時間に適用されてもよい。
[0146]不織布は、補助層をさらに含んでもよい。補助層は、成形可能な熱可塑性または熱硬化性のポリマー結合剤材料であり得る。一部の態様では、補助層は、プラスチック材料を含有する。プラスチック材料がラテックス固形物に由来する場合、プラスチック材料は不織布に適用される前に、湿潤ラテックスに組み込まれた充填材を含有し得る。好適な充填材は、例えば、スルフィド、オキシド、カルビド、ヨージド、ボリド、カルボネートまたはスルフェートなどのアニオン部分を有する材料を、バナジウム、タンタル、テルル、トリウム、スズ、タングステン、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウム、アンチモン、ヒ素、バリウム、カルシウム、セリウム、クロム、銅、ユウロピウム、ガリウム、インジウム、鉄、鉛、マグネシウム、マンガン、モリブデン、ネオジム、ニッケル、ニオブ、オスミウム、パラジウム、白金、ロジウム、銀、ナトリウム、またはストロンチウムのうちの1種または複数と組み合わせて含む。好ましい充填材は、炭酸カルシウム、硫酸バリウム、硫化鉛、ヨウ化鉛、ホウ化トリウム、炭酸鉛、炭酸ストロンチウムおよびマイカを含む。
[0147]補助層は、約50gsm~約400gsmの坪量を有し得る。他の実施形態では、プラスチック材料は、約75gsm~約400gsmの坪量を有し;他のものは、約100gsm~約400gsmの坪量;他のものは、約125gsm~約400gsmの坪量;さらに他のものは、約150gsm~約400gsmの坪量を有する。補助層の坪量は、プラスチック材料の性質、ならびに使用される充填材の性質および量に依存し得る。
[0148]吸音多層複合材はまた、物理的または美観的な目的で、任意の追加層を含有してもよい。好適な追加層は、不織布地、織布地、編み布地、フィルム、紙層、接着剤付き層、ホイル、メッシュ、弾性布地(すなわち、弾性特性を有する上記の織、編みまたは不織の布地のいずれか)、孔形成ウェブ、美的表面またはこれらの任意の組合せを含むが、これらに限定されない。他の好適な追加層は、色含有層(例えば、プリント層);異なった平均繊維直径および/または物理的組成を有する1つまたは複数の追加のサブ-マイクロメートル繊維層;追加の遮蔽性能のための1つまたは複数の第2の微細繊維層(メルトブローウェブまたは繊維ガラス布地など);粒子の層;ホイル層;フィルム;装飾的な布地層;膜(すなわち、透析膜、逆浸透膜などの制御された透過性を有するフィルム);網状物;メッシュ;配線および配管のネットワーク(すなわち、送電用配線の層、またはさまざまな送液用の配管/パイプ群、例えば、加熱用被覆のための配線ネットワーク、および冷却用被覆を通る冷媒流用の配管ネットワークなど);またはこれらの組合せを含むが、これらに限定されない。
[0149]一部の実施形態では、吸音多層複合材は、その最終使用前にさらに接合されてもよい。接合は、熱および/または圧力を使用して、不織布および/または不織複合材の全体にわたり、内部結合点を作り出すプロセスである。接合後、得られた構造物は、典型的には、より薄くなる。ロープ状繊維束内のナノファイバーの少なくとも一部分は、ロープ状繊維束内の他のナノファイバーに接着される(典型的には、部分的な溶融および冷却による)。ロープ状繊維束の少なくとも一部分は、他のロープ状繊維束に接着される。ロープ状繊維束中ではないナノファイバーの少なくとも一部分は、他の「ルース(loose)」ナノファイバーまたはロープ状繊維束に接着される。ナノファイバーウェブを接合することは、多孔度および孔径を制御して、設定された量にすることを可能にする。これは、経糸挿入された緯糸編みスクリムのような強化スクリムに結合された吸音多層複合材に有利であり得る。
[0150]ナノファイバー不織布ウェブの多孔度および平均孔径は、異なる圧力でそれらを接合することによって調節され得る。同じ坪量では、接合されたナノファイバー不織布は、より大きい繊維を含有する接合された試料と比較した場合、より多量の小細孔を有する。また、接合圧力下で、ナノファイバーは、室温においてさえ、共に融着し始め得る。ナノファイバーのロープ状束を含有するナノファイバーウェブは、同様の接合圧力下で、同じ手法において、共に接合または融着しない場合がある。
[0151]吸音多層複合材は、基板または他の表面への付着を可能にする1つまたは複数の付着装置をさらに含んでもよい。接着剤に加えて、ネジ、クギ、クリップ、ステープル、縫合、糸、フックおよびループ材料などのような機械的ファスナなどの他の付着装置が使用されてもよい。
[0152]1つまたは複数の付着装置は、不織布および不織複合材を多様な基板に付着するために使用されてもよい。例示的な基板は、車両部品;車両の内部(すなわち、客室、モーター室、トランクなど);建築物の壁部(すなわち、内部壁面または外部壁面);建築物の天井(すなわち、内部天井面または外部天井面);建築物の壁部または天井を形成する建築材料(例えば、天井タイル、木材部材、石膏ボードなど);室内仕切り;金属シート;ガラス基板;ドア;窓;機械部品;家電部品(すなわち、内部家電面または外部家電面);フィルタ部品;パイプまたはホースの表面;コンピュータまたは電子部品;録音または再生装置;家電、コンピュータなど用の収納またはケースを含むが、これらに限定されない。不織布および/または不織複合材を付着することにより、音響吸収をもたらす。
[0153]吸音多層複合材は、ポリアミド組成物を提供するステップと、ポリアミド組成物を、25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する複数の繊維に紡糸するステップと、繊維を不織布に形成するステップと、任意選択で、不織布を少なくとも1つの追加層または材料と組み合わせるステップとによって提供され得る。吸音多層複合材は、次に、音の減衰が必要な構造的空洞を提供し、そこに吸音多層複合材を適用または付着することによって、建築物または車両の音の減衰を提供するために使用され得る。
実施形態
[0154]実施形態1は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する車両用の吸音多層複合材であって、面層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され、かつ車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有し、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材である。
[0155]実施形態2は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、車両用の構成要素であって、面層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され、かつ車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有し、複合材の加重全平均繊維直径は、2マイクロメートル~25マイクロメートルであり、該構成要素が、ヘッドライナー、トリム、パネル、またはボードを含む、車両用の構成要素である。
[0156]実施形態3は、面層が、第1の層および第2の層を含む、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0157]実施形態4は、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むメルトブロー不織ポリマーを含む、実施形態3の実施形態である。
[0158]実施形態5は、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むスパンボンド不織ポリマーを含む、実施形態3の実施形態である。
[0159]実施形態6は、第1の層の不織布が、200~900nmの平均繊維直径を有する、実施形態4または5の実施形態である。
[0160]実施形態7は、第1の層の不織布が、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する、実施形態4または5の実施形態である。
[0161]実施形態8は、第2の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むメルトブロー不織ポリマーを含む、実施形態3の実施形態である。
[0162]実施形態9は、第2の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むスパンボンド不織ポリマーを含む、実施形態3の実施形態である。
[0163]実施形態10は、第1の層の不織布が、200~900nmの平均繊維直径を有する、実施形態8または9の実施形態である。
[0164]実施形態11は、第1の層の不織布が、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する、実施形態8または9の実施形態である。
[0165]実施形態12は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であり、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材である。
[0166]実施形態13は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であって、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、200~900nmの平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、車両用の吸音多層複合材である。
[0167]実施形態14は、少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、音エネルギーを消散させるための面層とを含む、音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であって、面層が、第1および第2の層を含み、第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含み、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する不織ポリマーから作製され、第2の層が、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有し、第2の層の少なくとも1つの面が、車両の内部に向かって配置され、該複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルであり、第1および第2の層のうちの少なくとも1つが、スパンボンド不織布である、車両用の吸音多層複合材である。
[0168]実施形態15は、面層が、少なくとも1種の低反射性金属、好ましくは銅または亜鉛を含む、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0169]実施形態16は、非発泡ポリマー層が、少なくとも1種の低反射性金属、好ましくは銅または亜鉛を含む、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0170]実施形態17は、非発泡ポリマー層を面層に縫合するための糸条をさらに含む、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0171]実施形態18は、複合材が、94,400cm/秒/cm(200cfm/ft)未満の通気度を有する、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0172]実施形態19は、非発泡ポリマー層の通気度が、面層より大きい、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0173]実施形態20は、面層が、0.2g/cm未満の密度を有する、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0174]実施形態21は、非発泡ポリマー層が、嵩高繊維を含む、先行する実施形態のいずれか1つの実施形態である。
[0175]実施形態22は、不織布が、25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する溶融紡糸ポリアミド繊維を含む、不織布を含む音響媒体である。
[0176]実施形態23は、不織布が、複数のロープ状ポリアミド繊維束を含む、実施形態22に記載の音響媒体である。
[0177]実施形態24は、不織布が、ポリアミド繊維に加えて1つまたは複数の層をさらに含む、実施形態22または23に記載の音響媒体である。
[0178]実施形態25は、嵩高繊維をさらに含む、実施形態22~24のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0179]実施形態26は、バインダー繊維をさらに含む、実施形態22~25のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0180]実施形態27は、添加剤をさらに含み、添加剤が、少なくとも1種の充填材、安定剤、可塑剤、粘着付与剤、流動制御剤、硬化速度遅延剤、接着促進剤、アジュバント、衝撃改質剤、膨張可能な小球体、熱伝導性粒子、電気伝導性粒子、シリカ、ガラス、クレイ、タルク、顔料、着色剤、ガラスビーズまたはガラスバブル、抗酸化剤、蛍光増白剤、抗菌剤、界面活性剤、難燃剤、およびフルオロポリマーである、実施形態22~26のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0181]実施形態28は、LSTT音通過試験において、少なくとも5デシベルの音通過の低減を有する、実施形態22~27のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0182]実施形態29は、支持層をさらに含み、支持層が、不織布、織布、編み布、発泡層、フィルム、紙層、接着剤付き層、スパンボンド布、メルトブロー布、およびステープル長の繊維のカードウェブのうちの少なくとも1種である、実施形態22~28のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0183]実施形態30は、不織布が、基板に接着される、実施形態22~29のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0184]実施形態31は、不織布の融点が、225℃以上である、実施形態22~30のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0185]実施形態32は、溶融紡糸ポリアミド繊維が、1000ナノメートル以下の平均繊維直径を有するナノファイバーである、実施形態22~31のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0186]実施形態33は、20%以下のナノファイバーが、700ナノメートルより大きい直径を有する、実施形態22~32のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0187]実施形態34は、ポリアミド繊維が、ナイロン66またはナイロン6/66を含む、実施形態22~33のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0188]実施形態35は、ポリアミド繊維が、高温度ナイロンを含む、実施形態22~34のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0189]実施形態36は、ポリアミド繊維が、N6、N66、N6T/66、N612、N6/66、N6I/66、N66/6I/6T、N11、および/またはN12を含み、ここで、「N」はナイロンを意味する、実施形態22~35のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0190]実施形態37は、不織布が、283,200cm/秒/cm(600CFM/ft)未満の通気度値を有する、実施形態22~36のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0191]実施形態38は、不織布が、200GSM以下の坪量を有する、実施形態22~37のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0192]実施形態39は、媒体が、約50~約700gsmの坪量を有するプラスチック材料を含有する補助層をさらに含む、実施形態22~38のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0193]実施形態40は、ASTM E1050-98によって1000Hzにおいて決定される、少なくとも0.5の吸音係数を有する、実施形態22~39のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0194]実施形態41は、不織布が、少なくとも20ppmのTDIおよび少なくとも1ppmのODIを有する、実施形態22~40のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0195]実施形態42は、不織布が、無溶媒である、実施形態22~41のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0196]実施形態43は、不織布が、5000ppm未満の溶媒を含む、実施形態22~42のいずれか1つに記載の音響媒体である。
[0197]実施形態44:不織布が、25マイクロメートル以下の平均直径を有する繊維に紡糸されて前記不織布に形成されるポリアミドを含み、不織布が、30マイクロメートル以下の平均孔直径および283,200cm/秒/cm(600cfm/平方フィート)以下の通気度を有する、不織布を含む音響媒体。
[0198]実施形態45:音響媒体を作製する方法であって、
(a)ポリアミド組成物を提供するステップと、(b)ポリアミド組成物を、25マイクロメートル未満の平均繊維直径を有する複数の繊維に紡糸するステップと、(c)繊維を不織布に形成するステップと、(d)任意選択で、不織布を少なくとも1つの追加層または材料と組み合わせて、音響媒体を形成するステップとを含む、方法。
[0199]実施形態46:ポリアミド組成物の含水量が、10ppm~5重量%である、実施形態24に記載の音響媒体を作製する方法。
[0200]実施形態47:ポリアミド組成物が、ダイを通して高速ガス流内へメルトブローすることにより溶融紡糸される、実施形態45または46に記載の方法。
[0201]実施形態48:ポリアミド組成物が、2相噴射剤ガス紡糸によって溶融紡糸され、液体のポリアミド組成物を加圧ガスを用いて繊維形成用流路を通して押し出すステップを含む、実施形態45~47のいずれか1つに記載の音響媒体を作製する方法。
[0202]実施形態49:不織布が、繊維を移動ベルト上に捕集することにより形成される、実施形態45~48のいずれか1つに記載の音響媒体を作製する方法。
[0203]実施形態50:ナノファイバー不織布が、150GSM以下の坪量を有する、実施形態45~49のいずれか1つに記載の音響媒体を作製する方法。
[0204]実施形態51:不織布中のポリアミドの相対密度が、紡糸して不織布を形成する前のポリアミド組成物と比較して低減する、実施形態45~50のいずれか1つに記載の音響媒体を作製する方法。
[0205]実施形態52:不織布中のポリアミドの相対密度が、紡糸して不織布を形成する前のポリアミド組成物と比較して、同じであるかまたは増加する、実施形態45~51のいずれか1つに記載の音響媒体を作製する方法。
[0206]実施形態53:ナノファイバー不織布が、ナノファイバーに溶融紡糸されて前記不織布製品に形成されるナイロン66ポリアミドを含み、製品が、少なくとも20ppmのTDIおよび少なくとも1ppmのODIを有する、ナノファイバー不織布を含む音響媒体。
[0207]実施形態54:不織布が、繊維に溶融紡糸されて前記不織布に形成されるナイロン66ポリアミドを含み、繊維の20%以下が、25マイクロメートルより大きい直径を有する、不織布を含む音響媒体。
[0208]実施形態55:建築物または車両における音の減衰を提供する方法であって、(a)建築物または車両の構造的空洞または面を提供するステップと、(b)そこに、先行する実施形態のいずれか1つに記載の音響媒体を適用するかまたは付着するステップとを含む、方法。
[0209]本開示は、以下の非限定的な実施例によりさらに理解される。
[0210]実施例1~6では、吸音多層複合材を調製した。複合材は、表1でスクリムと称される、約2.54cm(約1インチ)の厚さを有する、ロフティーなポリエステル(PE)不織布を含む非発泡ポリマー層を含んだ。面層として、さまざまなナノファイバー、マイクロファイバーまたはスパンボンドポリアミド66繊維(n-PA66)を使用した。ナノファイバー不織布ポリアミド66繊維は、約500ナノメートルの平均繊維直径を有した。マイクロファイバー不織布ポリアミド66繊維(m-PA66)は、約1.2マイクロメートルの平均繊維直径を有した。スパンボンド不織布ポリアミド66繊維(s-PA66)は、約23.8マイクロメートルの平均繊維直径を有した。さまざまな層を、非発泡ポリマー層と面層を通して、糸条縫合を使用してニードルパンチする。実施例2、3、および5は、面層に複数の層を使用し、その配列を表1に示し、音響経路は、PEスクリムからさまざまな面層に向かって進む。加えて、坪量、加重全平均繊維直径、通気度を表1に報告する。加えて、低反射性金属の量もまた、表1に報告する。
[0211]吸収が、通気度と関連することが示された。通気度の関数として吸収係数をプロットする図3に示されるように、この関係は、実施例1~6でも保持される。詳細には、実施例3は、最低通気度を有し、最高吸収係数を示す。これは、通気度の測定に基づいて吸収係数を決定するための、有効なモデルを提供する。
[0212]表1中の複合材は、未染色である。表1と同様の構成物を、灰色に染色された面層を用いて調製し、表2に示す。これは、染色済みと未染色の複合材の間での同様の通気度値を示す。
[0213]ASTM E1050-98を使用して、吸収性材料の吸音係数を、垂直入射、すなわち0°で測定した。繊維詰め綿層を、対照として使用した。実施例1~6における各複合材を、ポリイミドを含む熱結合ウェブを用いて、繊維詰め綿層に接着した。対照は、271.1gsmの坪量、97,704cm/秒/cm(207cfm/sq ft.)の通気度、13.24mmの厚さおよび183.6マイクロメートルの平均流量孔直径を有する。図1において、複合材の吸音係数を、0~1600Hzの範囲にわたり試験した。実施例1~6は、500Hzより上で、比較例A(対照)より改善された吸音係数を実証した。実施例3は、1300Hzより上で優れた吸音係数を有した。6500Hzまでのより高い周波数で、表1の複合材および対照を試験して、吸音係数を図2に示す。実施例1~6は、2000Hzより上で、対照より改善された吸音係数を実証した。対照は、劣った音特性を有した。加えて、実施例1は、4750Hzより上で優れた性能を実証する。図1の、より低い周波数を試験するための管は、図2の、より高い周波数より大きい直径を有する大きい管を使用して実行した。
[0214]本開示を詳細に記載してきたが、本開示の趣旨および範囲内の修正が、当業者には容易に明らかになるであろう。そのような修正もまた、本開示の一部と考えられるべきである。前述の議論、当技術分野の関連する知識および背景技術と関連して上に論じられた参照文献を考慮して、その開示は全て本明細書に参照により組み込まれ、さらなる記載は不必要であろう。加えて、本開示の態様およびさまざまな実施形態の一部は、全体的または部分的のいずれかで組み合わせられるかまたは互換的であり得ることが、前述の議論から理解されよう。さらに、前述の記載は一例としてのみであり、本開示を限定することを意図するものではないことが、当業者には理解されよう。最後に、本明細書で参照される全ての特許、刊行物および出願は、その全容が参照により組み込まれる。

Claims (15)

  1. 音響経路に沿って音を低減する、車両用の吸音多層複合材であって、
    少なくとも1mmの厚さを有する非発泡ポリマー層と、
    音エネルギーを消散させるための面層であり、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する少なくとも60%のポリアミドを含む不織ポリマーから作製され、かつ車両の内部に向かって配置される少なくとも1つの面を有する、面層と
    を含み、
    前記複合材が、音が、少なくとも部分的に非発泡ポリマー層を通過し、かつ少なくとも部分的に面層によって吸収されるように、音響経路に配置されるように構成され、
    前記複合材の加重全平均繊維直径が、2マイクロメートル~25マイクロメートルである、複合材。
  2. 前記面層が、少なくとも1種の低反射性金属を含む、請求項1に記載の複合材。
  3. 前記非発泡ポリマー層を面層に縫合するための糸条をさらに含む、請求項1または2に記載の複合材。
  4. 94,400cm/秒/cm(200cfm/ft)未満の通気度を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の複合材。
  5. 前記面層が、複数のロープ状繊維束を含む、請求項1から4のいずれか一項に記載の複合材。
  6. 前記面層が、0.2g/cm未満の密度を有する、請求項1から5のいずれか一項に記載の複合材。
  7. 前記非発泡ポリマー層が、嵩高繊維を含む、請求項1から6のいずれか一項に記載の複合材。
  8. 前記非発泡ポリマー層が、不織布、織布、編み布、フィルム、紙層、接着剤付き層、スパンボンド布、メルトブロー布、またはステープル長の繊維のカードウェブである、請求項1から7のいずれか一項に記載の複合材。
  9. 前記面層が、第1の層および第2の層を含む、請求項1から8のいずれか一項に記載の複合材。
  10. 前記第1の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むメルトブローまたはスパンボンドの不織ポリマーを含む、請求項9に記載の複合材。
  11. 前記第2の層が、6個以上の炭素原子を有する脂肪族ジアミンおよび6個以上の炭素原子を有する脂肪族二酸を含有する、少なくとも60%のポリアミドを含むメルトブローまたはスパンボンドの不織ポリマーを含む、請求項9に記載の複合材。
  12. 前記第1の層の不織布が、200~900nmの平均繊維直径を有し、および/または前記第2の層の不織布が、200~900nmの平均繊維直径を有する、請求項9に記載の複合材。
  13. 前記第1の層の不織布が、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有し、および/または前記第2の層の不織布が、1マイクロメートルより大きい平均繊維直径を有する、請求項9に記載の複合材。
  14. 請求項1から13のいずれか一項に記載の吸音多層複合材を含む、車両用の構成要素。
  15. ヘッドライナー、トリム、パネル、またはボードを含む、請求項14に記載の構成要素。
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