JP3705412B2 - 吸音材およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軽量で厚みが薄いにも関わらず吸音性および制振特性にすぐれた吸音材に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車や建築用途などの吸音材として短繊維不織布が広く用いられている。吸音性能を高くするために、繊維径を細くして空気の通過抵抗を大きくしたり、目付を大きくするなどの方法が採られてきた。その結果、高い吸音性能を求められる場合には、繊維径が15ミクロン程度と比較的細い繊維を用い、目付が500〜5000g/m2の厚くて重い短繊維不織布が用いられている。
従来、極細繊維を含む不織布は優れた吸音特性やフィルター性、遮蔽性などのすぐれた特性があり多くの用途に利用されてきたが、強度が弱かったり、形態安定性が悪いなどの問題があり、その改善のために別の不織布と積層複合化して用いられてきた。この際に不織布を積層一体化する方法としては、スプレーや転写などでバインダーとなる樹脂を付与する方法や熱融着繊維などを使用する方法がある。しかしながら、これらの方法では、乾燥あるいは樹脂の融解接着の目的で熱処理を行うことが必要であり、環境汚染の問題や省エネルギーの観点からあまり好ましいことではない。また、バインダー樹脂が不織布間の界面で皮膜を形成し、吸音性が低下するなどの問題もあった。
一方、極細繊維不織布と長繊維不織布を積層一体化する方法は通称S/M/Sなどの名前で知られる、スパンボンド不織布の間に極細繊維であるメルトブローン不織布を積層して熱エンボス法で接合する方法が知られている。しかしながら、これらの不織布は、ボリューム感に欠け、硬い風合いとなっており用途が制限されてしまうという問題点があった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、吸音性能が高く、薄くて軽量な形態安定性の良い吸音材を、安価に提供することを目的とする。特に、自動車関連では、燃費向上や快適性改善のため、軽量で優れた吸音材が要求されており、その要望に応える事も目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる問題を解決するために以下の手段をとる。第一の発明は、繊維径が6ミクロン以下の極細繊維を含有する目付が30〜200g/m2の不織布と、繊維径が7〜40ミクロンで目付が50〜2000g/m2の短繊維不織布とがこれらの繊維の交絡により一体化され、かつ極細繊維を含有する不織布の外側に短繊維のループを有していることを特徴とする吸音材である。
【0005】
第二の発明は、第一の発明の吸音材の極細繊維含有不織布側の表面に、繊維径が5〜20ミクロン、目付が50〜250g/m2の短繊維不織布が、熱融着性不織布により接着されていることを特徴とする吸音材である。
【0006】
第三の発明は、繊維径が6ミクロン以下の極細繊維を含有する目付が30〜200g/m2の不織布と、繊維径が7〜40ミクロンで目付が50〜2000g/m2の短繊維不織布とを流体交絡法またはニードルパンチ法のいずれかにより交絡させ、かつ極細繊維を含有する不織布の外側に短繊維のループを形成させて一体化する事を特徴とする吸音材の製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】
本発明における複合不織布は、少なくとも2種以上の不織布が接合一体化されていることが必要である。通気性などをコントロールするために極細繊維を含む不織布層にフィルムなどを積層する事も望ましい形態のひとつである。また、織布や編物と複合化するのも用途により好ましい。さらに、該複合不織布の外側に色や模様のついた意匠性のある表層不織布を貼り付けても良く、車両内装材や建築用途の防音材として好適に用いることが可能である。
【0008】
本発明における極細繊維含有不織布は、繊維径が6ミクロン以下の極細繊維を重量で10%以上含有されていることが好ましい。不織布全体が極細繊維のみで構成されていてもよいが、含有率が低すぎると極細繊維特性による効果が得られにくい。極細繊維の繊維径は5ミクロン以下がより好ましく、特に好ましくは、0.5〜4ミクロンであり、最も好ましくは1.5〜3ミクロン前後である。
【0009】
極細繊維含有不織布の製造法は特に規定されないが、繊維のランダム配列が可能で生産コストの安いメルトブロー法により得られる不織布が特に好ましい。メルトブローン不織布は強度が弱いので、スパンボンド不織布など補強用不織布と接合した不織布を用いたり、積層工程で同時に3層以上の不織布を積層するのも好ましい。この際、耐摩耗性にすぐれたスパンボンド不織布が使用時に表層側にくるように設置することが好ましい。メルトブローン不織布とスパンボンド不織布のエンボス加工積層不織布はS/M/SやS/Mなどの名称で呼ばれ市販されておりこれらを用いるのも好ましい(Sはスパンボンド不織布を、Mはメルトブローン不織布を表す)。
【0010】
また、分割繊維あるいは海島型繊維を用いて得られる極細繊維を用いるのも好ましい形態の一つである。分割繊維は予め分割しておいたものを使用しても良いし、積層加工の際に分割を同時に行っても良い。
【0011】
本発明における極細繊維含有不織布は、目付が30〜200g/m2不織布である。目付が、30g/m2より小さくなると、極細繊維の持つ遮蔽性、フィルター性能、柔らかさ、吸音性などの効果があまり期待できず好ましくない。一方、目付が200g/m2を超えると、短繊維不織布との複合化する際に皺が入ったり、接合力が弱いという問題が生じる場合がありあまり好ましくない。また、目付をあまり大きくしすぎても目的とする遮蔽性、フィルター性能、柔らかさ、吸音性などの改善効果があまり変わらず、コスト削減や軽量化などの観点からあまり好ましくない。
【0012】
極細繊維含有不織布を構成する素材としては特に規定はされないが、ポリエステルあるいはポリオレフィンがリサイクル性などの観点から特に好ましい。好ましくは、積層される短繊維不織布と同じ素材であることがリサイクルしやすく特に好ましい。一方、複数の素材よりなる繊維を混合しても問題はない。
【0013】
次に、極細繊維含有不織布と積層される比較的太い繊維よりなる不織布は、長繊維不織布でも短繊維不織布でもよいが、どちらかというと短繊維不織布の方がニードルパンチ加工によりループを発生させやすくより好ましい。繊維径が7〜40ミクロンの間にあることが好ましく、特に好ましくは7〜20ミクロンの間である。繊維径が7ミクロンより細いことは直接大きな問題を引き起こす物ではないが、短繊維不織布の場合にはカード機よりの紡出性など生産性を考えるとあまり好ましくない。また、繊維径が7ミクロンより大幅に小さいと、本発明による積層効果が小さくなる。また、不織布が毛羽立ちやすいなど別の問題を生じる場合がある。繊維径が40ミクロンより太いと、吸音性能に対する寄与が小さくなりあまり好ましくない。極細繊維含有不織布と積層される太い繊維よりなる不織布が長繊維不織布である場合は、繊維に立体捲縮がかかっていることが積層の剥離強度を高める上で好ましい。
【0014】
本発明において、前記の比較的太い繊維の不織布を極細繊維含有不織布と積層することにより、極細繊維含有不織布が形態安定性が低く(へたりやすかったり、毛羽立ちやすい)嵩高性の維持に問題を生じやすいという問題点を改善したり、高いクッション性、制振性を発現させることができる。また、吸音材は一般的に厚みが大きいほど高い性能を得ることが可能と考えられ、厚みをコントロールする目的でも積層を行う効果が大きい。
【0015】
前記の比較的太い繊維の不織布の目付は、50〜2000g/m2の不織布である。目付が50g/m2より小さいと積層効果が小さく不織布の嵩高性や柔らかい風合いの点であまり好ましくない。一方、2000g/m2より大きい目付であると厚みが大きくなりすぎてスペースをとったり、重さが重くなるため好ましくない。
【0016】
前記の比較的太い繊維の不織布が短繊維不織布の場合は、短繊維の長さは38〜150mmが好ましく、特に好ましくは50〜100mmである。複合不織布を吸音材として用いる場合、繊維長が長いほど優れた吸音率を示すが、繊維長が長すぎるとカードからの紡出性が悪くなり好ましくない。短繊維は単一成分でも良いが、2種類以上の混合物や複数成分の複合繊維でも良い。不織布の堅さを調整するために重量分率で30%程度以下であればさらに太い繊維を混合しても特性はあまり変化しない。太い繊維が多すぎると不織布風合いが硬くなりすぎるなどの問題を生じやすくあまり好ましくない。融点の異なる熱融着性繊維を用いることも寸法安定性を改善する観点から好ましい。
【0017】
短繊維不織布の重量ベースの充填密度は、嵩高性の観点から0.005〜0.3g/cm3であることが好ましい。充填密度が小さすぎると形態安定性が悪くなりあまり好ましくない。充填密度が0.3g/cm3より大きいと嵩高性が悪く本発明の目的を満足することが難しくなる。
【0018】
本発明における不織布の積層一体化方法は、流体交絡法あるいはニードルパンチ法のいずれかにより一体化する。ニードルパンチ法は不織布加工方法として一般的に実施されている方法が採用でき、例えば、日本繊維機械学会不織布研究会編集の「不織布の基礎と応用」などで解説されている方法である。前記のメルトブローン不織布と短繊維不織布とをニードルパンチ法を用いて複合化すると、メルトブローン極細繊維不織布に穴が開いて、吸音性能やフィルター性能などが低下してしまうことが一般的には、予想されるが、意外なことに本発明においては、そのような欠点の発現がない。
【0019】
ニードルパンチ加工を行う際には、38番手より細いニードル(針)を用いることが好ましく、特に好ましくは40〜42番手である。ニードルは、短繊維不織布側から入り、極細繊維含有不織布の外側に、短繊維のループを生じさせる。極細繊維含有不織布は、繊維が他の物に引っかかったり、それにより切断されたりして毛羽立ちやすいが、短繊維のループは、極細繊維含有不織布の表面毛羽立ちを防止したり、クッション層になって、極細繊維含有不織布層にかかる外力を緩和することで破壊の防止に役立つ効果がある。
【0020】
また、別の不織布やフィルムなどと積層する際に、短繊維のループと積層相手の第3の素材を接着することで、曲げや引っ張りなどの外力がかかったときにメルトブローン不織布が破壊されるのを防止することが可能となる。適切なループの大きさを形成するために、ニードルパンチの針深度は15mm以下であることが好ましい。針深度が15mmを超えると、極細繊維不織布を針および短繊維が貫通するときの衝撃で該不織布が破れたり、貫通した後の針穴が大きくなりすぎることが多くなりあまり好ましくない。針深度は、ニードルのバーブの位置にもよるが5mm以上であることが、不織布の交絡を増やして剥離を防止する上で好ましい。
【0021】
刺孔密度は30〜200本/cm2であることが好ましい。刺孔密度が30本/cm2より小さいと不織布の剥離の問題が生じやすく、250本/cm2より大きいと刺孔による開口総面積が大きすぎたり、メルトブローン極細繊維不織布の破れや破壊を生じやすくあまり好ましくない。
【0022】
吸音材の毛羽防止や形態安定性をより向上させるために、第一の発明の吸音材に積層する相手として特に好適である不織布は、繊維径が5〜20ミクロン、目付が50〜250g/m2の短繊維不織布である。該短繊維不織布は、繊維径が5ミクロン未満であると形態安定性などの改善効果が小さく好ましくない。20ミクロン以上では不織布の斑が目立ちあまり好ましくない。目付に関しては、50g/m2を超えると、地合の斑が目立ち好ましくなく、250g/m2を超えると軽量化を目的とした本発明の趣旨と合致せず好ましくない。積層される不織布の表面には、色付けをしたり模様をプリントして意匠性を持たせることが好ましい。これにより、建築構造物の吸音材や自動車内装材に用いられる吸音材として視覚的に周囲と違和感なく調和させることが可能となる。
【0023】
短繊維不織布の接着方法としては、熱融着性不織布により行うことが好ましい。熱接着性フィルムなどにより接着すると通気性がなくなり吸音性能が低下する場合がある。フィルムが薄いとあまり問題がないが、30ミクロン程度より厚くなると空気の流れが遮断されて表面で音波が反射されるためか吸音率が低下する場合がある。また、接着の強さも熱接着性不織布を用いた際の方が高く、界面での剥離が起こりにくく好ましい。
【0024】
【実施例】
以下に本発明を実施例をあげて説明する。評価法は以下の方法によった。
(平均繊維径):走査型電子顕微鏡写真を適当な倍率でとり、繊維側面を20本以上測定して、その平均値から計測した。極細繊維不織布がメルトブロー法の場合は、繊維径のバラツキが大きいため100本以上を測定して平均値を採用した。
【0025】
(目付および充填密度):不織布を20cm角に切り出してその重量を測定した値を1m2あたりに換算して目付とした。充填密度は、不織布の目付を20g/cm2の荷重下での厚みで割った値を求めて、g/cm3に単位換算して求めた。
【0026】
(剥離):複合した不織布を手で90度前後折り曲げる動作を20回繰り返して、剥離が生じるかどうかを目視で評価した。
【0027】
(吸音率):JIS A−1405に従って、垂直入射法吸音率を求めた。代表値として1000Hzと2000Hzの値の平均値を用いた。
【0028】
実施例1
平均繊維径3ミクロン、目付100g/m2のポリプロピレン製メルトブローン不織布の上に、平均繊維径14ミクロン、繊維長51mm、捲縮数12個/インチの短繊維よりなる目付250g/m2、充填密度0.06g/cm3のポリエチレンテレフタレート製ニードルパンチ不織布を重ねて、40番手のニードルを用いて、刺孔密度50本/cm2、針深度10mmでニードルパンチ積層加工を実施した。吸音材を20回程度折り曲げても剥離の問題は生じず、吸音率も68%と高く良好であった。
【0029】
実施例2
実施例1において短繊維の繊維長が38mmである以外は全て同じ条件で吸音材を作成した。吸音率も60%と実施例1には及ばないものの良好な性能を示した。
【0030】
実施例3
平均繊維径14ミクロン、目付20g/m2のポリエチレンテレフタレート製スパンボンドン不織布の上に平均繊維径3ミクロン、目付100g/m2のポリエチレンテレフタレート製メルトブローン不織布を重ね、さらにその上に平均繊維径14ミクロン、繊維長51mm、捲縮数12個/インチの短繊維よりなる目付250g/m2、充填密度0.06g/cm3のポリエチレンテレフタレート製ニードルパンチ不織布を重ねて、40番手のニードルを用いて、刺孔密度50本/cm2、針深度10mmでニードルパンチ積層加工を実施した。作成した不織布を20回程度折り曲げても剥離の問題は生じず、吸音率も71%と高く良好であった。
【0031】
実施例4
実施例1で作成した吸音材に、繊維径が12ミクロン、目付が150g/m2のグレーに着色された短繊維を80%、同一繊維径かつ同色の低融点熱融着性繊維を20%混合した不織布を熱処理より一体化した不織布を、15g/m2の熱融着性長繊維不織布(呉羽テック株式会社製ダイナック)で140℃で接着した。作成した不織布を20回程度折り曲げても剥離の問題も生じず、吸音率も74%と高く良好であった。また、不織布の外観は極めて良好で毛羽だちの問題もなく自動車の内装材など好適に使用できるレベルであった。
【0032】
比較例1
実施例1で用いた2種の不織布を、アクリル系樹脂バインダーを15g/m2塗布することで不織布を複合化した。複合不織布を折り曲げても初期の剥離の問題は生じなかったが、繰り返すと部分的な剥離を生じて問題であった。メルトブロー不織布構成繊維の接着が弱く、内部で破壊を生じたと考えらる。吸音率は70%と高く、実施例1と同等で良好であった。吸音率は実施例1より若干高いが、樹脂の付着分の効果もあり、ニードルパンチによる刺孔の跡による差はなく、吸音率の測定誤差程度と考えられる。
【0033】
比較例2
平均繊維径3ミクロン、目付15g/m2のポリプロピレン製メルトブローン不織布の上に、平均繊維径14ミクロン、繊維長51mm、捲縮数12個/インチの短繊維よりなる目付250g/m2、充填密度0.06g/cm3のポリエチレンテレフタレート製ニードルパンチ不織布を重ねて、32番手のニードルを用いて、刺孔密度50本/cm2、針深度18mmでニードルパンチ積層加工を実施した。積層不織布1m2あたりに5〜20程度のメルトブローン不織布が針穴近傍で破れが発生しており問題であった。複合した不織布を折り曲げても剥離の問題は生じなかったが、破れの箇所が増加して問題であった。破れのない箇所の吸音率を測定したが、28%と低く問題であった。
【0034】
比較例3
平均繊維径14ミクロン、繊維長51mm、捲縮数12個/インチの短繊維よりなる目付500g/m2のポリエチレンテレフタレート製短繊維を40番手のニードルを用いて、表と裏の両方からそれぞれ刺孔密度30本/cm2、針深度10mmでニードルパンチ加工して、充填密度0.05g/cm3の不織布を得た。該不織布は、実施例1に比べて目付が高いにもかかわらず、吸音率を測定したところ21%と低く問題であった。
【0035】
【発明の効果】
本発明の吸音材は、吸音性能が高く、薄くて軽量な形態安定性の良い吸音材として安価に提供することが可能である。特に、自動車用途で燃費向上や快適性改善のため、軽量で優れた吸音材として利用できる。その他産業上の広い用途で吸音材として好適に使用される。
Claims (3)
- 繊維径が6ミクロン以下の極細繊維を含有する目付が30〜200g/m2の不織布と、繊維径が7〜40ミクロンで目付が50/m2以上の短繊維不織布とがこれらの繊維の交絡により一体化され、かつ極細繊維を含有する不織布の外側に短繊維のループを有していることを特徴とする目付が350g/m 2 以下の吸音材。
- 請求項1に記載の吸音材の極細繊維含有不織布側の表面に、繊維径が5〜20ミクロン、繊維長が38〜150mm、目付が50〜250g/m2の短繊維不織布が、熱融着性不織布により接着されていることを特徴とする吸音材。
- 繊維径が6ミクロン以下の極細繊維を含有する目付が30〜200g/m2の不織布と、繊維径が7〜40ミクロンで目付が50g/m2以上の短繊維不織布とを流体交絡法またはニードルパンチ法のいずれかにより交絡させ、かつ極細繊維を含有する不織布の外側に短繊維のループを形成させて一体化する事を特徴とする目付が350g/m 2 以下の吸音材の製造方法。
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