JP2932360B2

JP2932360B2 - 吸音材

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Publication number: JP2932360B2
Application number: JP9181696A
Authority: JP
Inventors: 一夫西本; 建興李; 晴子濱中; 正章中山
Original assignee: Nichias Corp
Current assignee: Nichias Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2016-03-22
Also published as: JPH09256257A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、建築、音響装置等
の分野で使用されるフェルト状ないしボード状の吸音材
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ガラス繊維、岩綿、各種有機繊維等を少
量の結合剤で結合しつつ成形してなる繊維質吸音材は公
知である。繊維質吸音材は、フェルト状ないし多孔質の
ボード状のものまで、また繊維素材を選ぶことにより安
価な常温使用品から高度の耐熱性を有するものまで、様
々な性状のものを用途に応じて容易に製造することがで
きるという特長があるが、従来の繊維質吸音材は吸音作
用の周波数特性が平坦でなく、高周波音に対しては良好
な吸音特性を示すが約５００Ｈz以下の中低周波音に対
してはほとんど効果がないという欠点があった（後記比
較例１の吸音率を示した図４参照）。このため、実際に
建造物等に取り付ける際には吸音材と壁面との間に空気
層を設けるなどして、中低周波音の吸収率を高めること
が必要であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上述
のように吸音特性に問題があった繊維質吸音材を改良
し、繊維質吸音材の有利な性質を損なうことなく中低周
波音に対しても有効な吸音材とすることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明により提供された
吸音材は、繊維質材料およびウィスカー粒状集合体の混
合物が結合剤の作用下に多孔質成形体を形成してなるも
のである。

【０００５】ここでウィスカー粒状集合体とは無数のウ
ィスカーがランダムに集まって直径５０〜１０００μm
程度の安定な粒状物を形成しているものであるが、中に
隙間のない固い造粒物ではなく、剛性の高いウィスカー
をランダムに集合させたとき必然的に残るウィスカー間
の隙間が微細な連通空隙となって内部に存在するもので
ある。

【０００６】吸音材中のウィスカー粒状集合体の量は特
に限定されるものではないが、この材料の配合効果がよ
く現れるのは約１０〜７０重量％配合されたものであ
る。

【０００７】繊維質材料とウィスカー粒状集合体との混
合物が成形されてなる本発明の吸音材では、従来の繊維
質吸音材における繊維間間隙と同様の比較的大きな連通
間隙のほかに、ウィスカー粒状集合体内の微細な連通空
隙がある。また、前者の比較的大きな連通間隙も、ウィ
スカー粒状集合体が存在することにより、繊維質材料の
みからなる吸音材の場合と比べるとはるかに複雑な形状
になっている。

【０００８】従来の繊維質吸音材は表面が平滑な繊維質
材料だけからなるため音の反射が単純で、入射した音波
振動のうち透過するものや音源方向に反射されるものの
率が高い。しかるに上述のような本発明の吸音材では、
繊維およびウィスカー粒状集合体に当たった音がウィス
カー粒状集合体の表面および内部で非常に複雑な乱反射
を起こしてその間に大きなエネルギーを消費する。特に
粒状集合体内部の微細な連通空隙は空気の流動抵抗が大
きいから、エネルギー消費も大きい。これらの理由によ
り、本発明の吸音材は広い周波数領域にわたって高い吸
音率を示す。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の吸音材を製造するための
繊維質材料としては、従来の繊維質吸音材の材料と同様
のものを、用途に応じて選ぶことができる。適当な繊維
質材料の具体例を示すと、有機繊維では各種セルロース
系繊維、蛋白質繊維、ポリアミド繊維、ポリエステル繊
維、アラミド繊維、フェノール樹脂繊維等；無機繊維で
は岩綿、ガラス繊維、シリカ繊維、セラミック繊維、金
属繊維、炭素繊維等がある。繊維質材料の素材によって
吸音材の吸音特性が大きく変わることはないが、建築用
のものは、火災に遭っても着火や有害ガス発生のおそれ
のない無機繊維が有利である。繊維径は５０μm以下の
ものがよく、あまり太いものからは吸音性能の良いもの
は得られない。

【００１０】繊維質材料と共に成形されるウィスカー粒
状集合体は、ウィスカーを造粒する方法によって製造す
ることも可能であるが、本発明者らが先に特許出願した
発明（特願平７−３３５６９５号）の製造法によれば比
較的容易に製造することができる。それは、酸化アルミ
ニウムまたは空気中で加熱されると酸化アルミニウムを
生成するアルミニウム化合物（以下、酸化アルミニウム
前駆体という）と、酸化ホウ素または空気中で加熱され
ると酸化ホウ素を生成するホウ素化合物（以下、酸化ホ
ウ素前駆体という）と、酸化ニッケル、ニッケルまたは
空気中で加熱されると酸化ニッケルを生成するニッケル
化合物（以下、これらを総称してニッケル助剤という）
とを、粉末状態で均一に混合し、得られた混合物を粒状
物にしたのち加熱してアルミニウム化合物とホウ素化合
物からホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させる方法
である。

【００１１】上記製造法において酸化アルミニウム前駆
体として使用可能なアルミニウム化合物は水酸化アルミ
ニウム、硫酸アルミニウム、硝酸アルミニウム、塩化ア
ルミニウム等である。また、酸化ホウ素前駆体として
は、ホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）、四ホウ酸（Ｈ₂Ｂ₄Ｏ₇）、メ
タホウ酸（ＨＢＯ₂）等を用いることができる。

【００１２】ニッケル助剤は、上述のアルミニウム化合
物とホウ素化合物が高温で反応してホウ酸アルミニウム
を生じるときそれからアスペクト比の大きいウィスカー
を形成させるために使われる。酸化ニッケル源として使
用可能なニッケル化合物は、水酸化ニッケル、塩化ニッ
ケル、炭酸ニッケル、硫酸ニッケル等である。

【００１３】上述のアルミニウム化合物、ホウ素化合物
およびニッケル助剤は微粉末状にして均一に混合する。
混合比は、望ましくはＡl₂Ｏ₃：Ｂ₂Ｏ₃のモル比が約
９：２ないし９：６（特に望ましくは９：２.５〜９：
６）となるように、且つ、アルミニウム化合物とホウ素
化合物との合計量に対してニッケル助剤が酸化ニッケル
換算量で０.１〜１０重量％程度（特に望ましくは約１
〜２重量％）になるようにする。これにより、耐熱性が
特に優れた９Ａl₂Ｏ₃・２Ｂ₂Ｏ₃の組成を有するホウ酸ア
ルミニウムウィスカーを効率よく形成させることができ
る。

【００１４】得られた原料混合物は、任意の手段で粒径
が約３０μm以上（好ましくは５０〜１０００μm程度）
の粒状物にしたのち、加熱炉に移して加熱する。雰囲気
は空気でよい。原料化合物として酸化アルミニウム前駆
体や酸化ホウ素前駆体を用いた場合は、昇温過程におい
てそれから酸化物が生じる。酸化アルミニウムと酸化ホ
ウ素からホウ酸アルミニウムウィスカーを生成させるの
に必要な温度は、約１１００〜１４００℃である。

【００１５】酸化ニッケルの存在下に酸化アルミニウム
と溶融酸化ホウ素が反応すると、ホウ酸アルミニウムの
結晶が、ウィスカー状に成長する。このときのウィスカ
ーの成長方向はまったくランダムであるから、成長中の
ウィスカーは同様に成長しつつある他のウィスカーと接
触することになる。接触点では双方のウィスカーに共有
されるホウ酸アルミニウムが生成し、それにより、ウィ
スカー間に結合が生じる。

【００１６】反応終了後、放冷すると、安定な粒状集合
体を形成しているホウ酸アルミニウムウィスカーが得ら
れる。ホウ酸アルミニウムウィスカーを形成する反応を
起こすことなく残った過剰の酸化ホウ素は、一旦冷却し
た後、熱水で洗浄して溶解させることにより除去するこ
とができるが、本発明の目的達成を妨げるほどの量でな
ければそのまま残しておいてもよい。

【００１７】上述のようにして得られるホウ酸アルミニ
ウムウィスカー粒状集合体は、通常の取り扱いにおいて
はウィスカーがばらばらになることなく集合状態を保
つ。本発明の吸音材に使用するのに好適なウィスカー粒
状集合体は、吸音特性との関係を考慮すると、粒径が約
５０〜１０００μm、嵩密度が約１０〜７００kg/m³のも
のなので、そのようなウィスカー粒状集合体が得られる
ように、ホウ酸アルミニウムウィスカー生成反応に付す
原料混合物造粒物の粒径および嵩密度を選ぶ。

【００１８】次に、繊維質材料およびウィスカー粒状集
合体から本発明の吸音材を製造する方法を説明する。

【００１９】本発明の吸音材を製造する方法としては、
大別して乾式、半乾式、および湿式の三つの方法があ
る。

【００２０】乾式の製造法では、製繊装置において形成
された直後の繊維にウィスカー粒状集合体と結合剤を吹
き付け、堆積した繊維を成形し乾燥する過程で結合剤を
硬化させる。この製造法は、嵩密度の低いフェルト状の
ものを製造する場合に適している。

【００２１】半乾式製造法では、繊維、ウィスカー粒状
集合体および結合剤を容器中で混合し、得られた混合物
を型に詰めて加熱乾燥する過程で結合剤を硬化させる。
この方法は、乾式法に比べてウィスカー粒状集合体を均
一に混入することができ、且つ嵩密度の高いボード状の
ものを製造することができる。

【００２２】湿式法は、繊維、ウィスカー粒状集合体お
よび結合剤を水中に分散させ（必要ならばゲル化剤、凝
集剤等の成形助剤も加えて）、得られた原料混合物のス
ラリーを脱水成形用の型に入れて脱水成形したのち加熱
乾燥する。

【００２３】これらの製造法において使用可能な結合剤
は熱硬化型または乾燥硬化型の水溶液もしくは水性エマ
ルジョンタイプのものであって、フェノール樹脂、ユリ
アメラミン樹脂、ポリエステル樹脂、酢酸ビニル樹脂、
エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、スチレン
樹脂等を主剤とするものが適当である。

【００２４】製品の嵩密度は、原料とする繊維質材料の
種類、繊維質材料とウィスカー粒状集合体の比率、成形
圧等によって変わる。吸音特性を考慮したとき適当な嵩
密度は約１０〜７００kg/m³なので、そのような成形体
が得られるように製造条件を選ぶ。

【００２５】

【実施例】以下、実施例および比較例を示して本発明を
説明する。なお、各例で用いたホウ酸アルミニウムウィ
スカー粒状集合体は次のようなものである。

【００２６】粒径：５０〜１５０μm ホウ酸アルミニウムウィスカー：平均直径０.６μm，長
さ２０〜３０μmウィスカーの結合状態：結合剤によら
ない、ウィスカー同士の接合による隙間の多いものであ
るが、水に入れて撹拌する程度では開繊されない。図１
参照。

【００２７】製造法：水酸化アルミニウム１００重量
部、オルトホウ酸（Ｈ₃ＢＯ₃）３５重量部および酸化ニ
ッケル１.３重量部を自動乳鉢で十分混合する。乳鉢の
すり棒による圧縮を受けて凝集した原料混合物を篩にか
け、粒径１００〜２００μmの粒状物だけを採取し、そ
れをアルミナ坩堝に入れて電気炉中で１２５０℃に６時
間加熱する。空気中で放冷後、反応生成物を熱水で洗浄
して未反応の酸化ホウ素を除去し、乾燥する。

【００２８】実施例１,２；比較例１岩綿、ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体および
ポリエステル系結合剤を水中に入れて撹拌し、さらにゲ
ル化剤（硫酸アルミニウム）０.３重量部を加えてゲル
化させたのち、ポリアクリルアマイド系凝集剤０.３重
量部を加えて成形用型に流し込み、脱水成形した（結合
剤その他の助剤の添加量は固形分としての量；以下の各
例においても同じ）。次いで加熱乾燥し、厚さ３０mmの
フェルト状吸音材（実施例１，２）を製造した。

【００２９】また、ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状
集合体を配合しないほかは上記と同様にして、繊維質吸
音材（比較例１）を製造した。各例吸音材の原料配合、
嵩密度および垂直入射吸音率を表１に示す。なお、垂直
入射吸音率の測定結果は図２〜４にも示した。

【００３０】

【表１】実施例１実施例２比較例１原料配合（重量部）岩綿８２.１６７.６９６.５ウィスカー粒状集合体１４.４２８.９０結合剤２.９２.９２.９製品嵩密度（kg/m³）９２９８１０３垂直入射吸音率（250Hz）３０.８３６.２０〃（500Hz）４５.５５６.７３４.９〃（1000Hz）７７.４８２.５６９.２

【００３１】実施例３,４；比較例２セラミック繊維、ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集
合体および結合剤（アクリル酸エマルジョン）を水中で
混合したのち、ゲル化剤（硫酸アンモニウム）０.２重
量部を加え、さらにポリアクリルアマイド系凝集剤０.
５重量部を加えて凝集させた。次いで成形型に流し込
み、プレス装置で加圧して所定の厚さに圧縮した後、余
分な水分を吸引脱水器で脱水し、加熱乾燥して厚さ３０
mmのボード状吸音材（実施例３，４）を得た。また、ホ
ウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体を配合しないほ
かは上記と同様にして、繊維質吸音材（比較例２）を製
造した。各例吸音材の原料配合、嵩密度および垂直入射
吸音率を表２に示す。

【００３２】

【表２】実施例３実施例４比較例２原料配合（重量部）セラミック繊維８２.９７３.１９７.５ウィスカー粒状集合体１４.６２４.４０結合剤１.８１.８１.８製品嵩密度（kg/m³）３６２３６９３５８垂直入射吸音率（250Hz）１２.８１８.３０〃（500Hz）３１.６４３.１１６.４〃（1000Hz）７２.２７８.９６６.８

【００３３】実施例５,６；比較例３ガラス繊維、アラミド繊維、ホウ酸アルミニウムウィス
カー粒状集合体および結合剤（ユリアメラミン樹脂系）
を混合槽中で混合し、混合物を成形型に流し込み、加熱
乾燥して厚さ３０mmのフェルト状吸音材（実施例５,
６）を得た。また、ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状
集合体を配合しないほかは上記と同様にして、繊維質吸
音材（比較例３）を製造した。各例吸音材の原料配合、
嵩密度および垂直入射吸音率を表３に示す。

【００３４】

【表３】実施例５実施例６比較例３原料配合（重量部）ガラス繊維７３.９５６.９８５.４アラミド繊維９.５９.５９.５ウィスカー粒状集合体１１.５２８.５０結合剤５.１５.１５.１製品嵩密度（kg/m³）２２２６２１垂直入射吸音率（250Hz）３６.４３８.９０〃（500Hz）４９.７５０.３３２.５〃（1000Hz）８２.１８３.９８０.６

【００３５】実施例７,８；比較例４ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体および結合剤
（フェノール樹脂系）を水中に分散させたものを用意
し、それを、製繊装置で形成された直後の岩綿に吹き付
けた。ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体が付着
した岩綿のフリースを積層し、加熱して、厚さ５０mmの
フェルト状吸音材を得た（実施例７,８）。また、岩綿にホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体
を付着させないほかは上記と同様にして、繊維質吸音材
（比較例４）を製造した。各例吸音材の原料配合、嵩密
度および垂直入射吸音率を表４に示す。

【００３６】

【表４】実施例７実施例８比較例４原料配合（重量部）岩綿７８.２５８.７９７.８ウィスカー粒状集合体１９.６３９.１０結合剤２.２２.２２.２製品嵩密度（kg/m³）９０９３９０垂直入射吸音率（250Hz）３５.６３８.４０〃（500Hz）４８.２５７.３３６.２〃（1000Hz）８１.４８６.１７５.３

【００３７】

【発明の効果】上述のように、本発明の吸音材は従来の
繊維質吸音材と比べると中低周波領域の吸音率が著しく
改善されている。したがって、この吸音材を用いるなら
ば従来の繊維質吸音材を使用する場合よりも施工効果が
向上し、あるいは建築物等における吸音材層の厚さを小
さくしたり施工を簡単化したりすることが可能になる。
不燃性のホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合体が混
入されていることにより燃えにくいことも、本発明の吸
音材の特長である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いたホウ酸アルミニウムウィスカ
ー粒状集合体の電子顕微鏡写真（倍率４００倍）であ
る。

【図２】実施例１の吸音材の垂直入射吸音率である。

【図３】実施例２の吸音材の垂直入射吸音率である。

【図４】比較例１の吸音材の垂直入射吸音率である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】繊維質材料およびウィスカー粒状集合体
の混合物が結合剤の作用下に多孔質成形体を形成してな
る吸音材。
【請求項２】ウィスカー粒状集合体がホウ酸アルミニ
ウムウィスカー粒状集合体である請求項１記載の吸音
材。
【請求項３】ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合
体が結合剤によらないウィスカー同士の接合によりその
粒状集合状態を維持しているものである請求項２記載の
吸音材。
【請求項４】ホウ酸アルミニウムウィスカー粒状集合
体が直径２μm以下のホウ酸アルミニウムウィスカーよ
りなり粒径が５０〜１０００μmのものである請求項２
または請求項３記載の吸音材。
【請求項５】ウィスカー粒状集合体の含有率が１０〜
７０重量％である請求項１ないし請求項４のいずれかに
記載の吸音材。