JP4167625B2

JP4167625B2 - 耐水吸音材

Info

Publication number: JP4167625B2
Application number: JP2004154427A
Authority: JP
Inventors: 公樹小林; 進平井
Original assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Current assignee: SWCC Showa Device Technology Co Ltd
Priority date: 2004-05-25
Filing date: 2004-05-25
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2024-05-25
Also published as: JP2005338223A

Description

本発明は、耐水吸音材に係り、特に、１５０Ｈｚ以下の低周波領域の騒音を効果的に吸収することができる耐水吸音材に関する。

従来から、この種の吸音材として、（ａ）グラスウールやロックウール等から成る多孔質体層を使用するもの、（ｂ）通気度が５〜１００倍異なる高密度と低密度の繊維集合体を少なくとも２層以上積層して成るものなどが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、（ａ）の吸音材においては、周波数帯域が５００Ｈｚ以下の騒音に対して、所要の吸音効果を発揮させるためには、多孔質体層の肉厚を厚くしなければならず、ひいては、全体的に吸音材の重量が重くなるという難点があった。また、（ｂ）の吸音材は、空気の粘性抵抗を利用し、音波のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸音する多孔質吸音構造体に、さらに密度が異なる繊維集合体を積層することで、高密度部分が付加質量、低密度部分がバネの役割を担う、いわゆる動吸振機を構成させて特に低周波数帯域の吸音率を向上させるものであるが、このような構成の吸音材においては、特に１００Ｈｚ以下のいわゆる低周波帯域においては、十分な吸音効果が得られないという難点があった。また、低周波帯域の音や振動は空気伝搬音だけではなく、建物や窓のがたつきなども発生するため、固体伝搬音および振動防止に対する対策を同時に行う必要があり、従来の耐水吸音材ではその対策が困難であった。

このため、本出願人は、先に、空気の粘性抵抗を利用し、音波のエネルギーを熱エネルギーに変換して吸音する多孔質吸音構造体に、さらに密度が異なる繊維集合体を積層した吸音材を開発し、出願している（特開２００３−３１６３６４号公報）。

この吸音材は、音源側に配置される発泡体層と、この発泡体層の剛壁側に積層される多孔質体層とを備えている。ここで、発泡体層は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を含有する発泡体で形成され、また、多孔質体層は、汎用のグラスウールで形成されている。

このような構成の吸音材によれば、高密度部分が付加質量、低密度部分がバネの役割を担う、いわゆる動吸振機を構成させて、特に低周波数帯域の吸音率を向上させることができる。

しかしながら、このような構成の吸音材においては、次のような難点があった。

第１に、多孔質体層を構成するグラスウールが露出しているため、かかるグラスウールが水に濡れると吸音特性、特に低周波領域における吸音特性が低下するという難点があった。

第２に、多孔質体層を構成するグラスウールは、１５０Ｈｚ以下の低周波領域では吸音効果が弱くなるという難点があった。

特開平８−１５２８９０号公報特開２００３−３１６３６４号公報

本発明は、多孔質体層を構成するグラスウールが水に濡れても、低周波領域における吸音特性が低下する虞がなく、また、１５０Ｈｚ以下の低周波領域の騒音を効果的に吸収することができる耐水吸音材を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様である耐水吸音材は、音源側に配置される発泡体層と、発泡体層の剛壁側に積層される多孔質体層と、発泡体層の音源側面に形成される被膜面とを備え、多孔質体層は、撥水性多孔質体から成り、被膜面の音源側には吸音特性を向上させるために多数個の孔が形成されているものである。

本発明の第２の態様である耐水吸音材は、音源側に配置される発泡体層と、発泡体層の剛壁側に積層される多孔質体層と、発泡体層の音源側面に形成される被膜面とを備え、多孔質体層は、撥水性多孔質体から成り、被膜面の音源側は吸音特性を向上させるために摩擦加工により粗面化されているものである。

本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様である耐水吸音材において、多孔質体層は、材質が撥水性を持つグラスウール、ロックウール、粗毛フェルト、植物繊維系フェルト、動物繊維系フェルト、合成繊維系フェルトの何れかまたはこれらの混合物から成るものである。

本発明の第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、発泡体層は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を原料成分とするものである。

本発明の第５の態様は、第１の態様乃至第４の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、発泡体層を構成する発泡体の密度は、５０〜５００ｋｇ／ｍ^３とされているものである。

本発明の第６の態様は、第４の態様または第５の態様である耐水吸音材において、第１のジオールに含まれる水酸基含量と、第２のジオールに含まれる水酸基含量の比は、１：０．３〜２．５であるものである。

本発明の第７の態様は、第４の態様乃至第６の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、無機充填材の含量は、第１のジオール１００重量部に対して１０〜２００重量部であるものである。

本発明の第８の態様は、第４の態様乃至第７の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、発泡剤としての水の含量は、第１のジオール１００重量部に対して２〜５重量部であるものである。

本発明の第９の態様は、第４の態様乃至第８の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、第１、第２のジオール、および発泡剤としての水の水酸基含量の合計と、前記イソシアネートのイソシアネート含量との比であるイソシアネートインデックス（ＮＣＯ／ＯＨ）は、０．５〜１．０の範囲にあるものである。

本発明の第１０の態様は、第４の態様乃至第９の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、イソシアネートインデックスは、０．６〜０．９の範囲にあるものである。

本発明の第１１の態様は、第４の態様乃至第１０の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、第１のジオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリアクリル酸エステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールのうちから選択されたいずれかのジオールであるものである。

本発明の第１２の態様は、第４の態様乃至第１１の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、第２のジオールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール等の脂肪族系若しくはＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシプロピル）アニリン等の芳香族系のうちから選択されたいずれかのジオールであるものである。

本発明の第１３の態様は、第４の態様乃至第１２の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、無機充填材は、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムのうちから選択されたいずれかの無機充填剤であるものである。

本発明の第１４の態様は、第４の態様乃至第１３の態様の何れかの態様である耐水吸音材において、イソシアネートは、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、粗製トリレンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネートのうちから選択されたいずれかのイソシアネートであるものである。

本発明の第１の態様乃至第１４の態様の耐水吸音材によれば、次のような効果がある。

第１に、多孔質体層が撥水性グラスウールから構成されているので、多孔質体層が水に濡れても、低周波領域における吸音特性が低下する虞がなくなる。

第２に、耐水吸音材の表面皮膜に針状部材で孔等を設けることにより、発泡体層の通気性が向上し、ひいては、低周波領域の吸音特性を向上させることができる。

以下、本発明の耐水吸音材を適用した実施の形態例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明における耐水吸音材の実施の形態を示す断面図である。

同図において、本発明の耐水吸音材は、音源側に配置される発泡体層１と、発泡体層１の剛壁３側に積層される多孔質体層２と、発泡体層１の音源側面に形成される被膜面５とを備えている。

多孔質体層２は、撥水性多孔質体、具体的には撥水性を持つグラスウールで形成されている。このような撥水性を持つグラスウールとしては、耐水加工を施したグラスウールの片面に耐水加工を施したクロスを貼り合わせて成る日本板硝子アメニティ株式会社製のフローティングウールなどを使用することができる。

なお、多孔質体層２としての撥水性多孔質体は、撥水性を持つロックウール、粗毛フェルト、植物繊維系フェルト、動物繊維系フェルト、合成繊維系フェルトの何れかまたはこれらの混合物から成るもので形成してもよい。

また、多孔質体層２は、損失係数ηが０．０５以上、通気量が０．１ｄｍ^３／ｓ以上、厚さが１〜５０ｍｍ、望ましくは１０〜２５ｍｍのもので形成してもよい。このような構成の多孔質体層２においては、後述するように低周波数領域から高周波数領域までの広範囲に亘って吸音特性が優れており、また固体伝搬音や振動の低減にも効果的な制振性を発揮する。さらに、多孔質体層２は、熱伝導率が０．１〜０．５Ｗ／ｍＫのものや、基材がウレタンフォーム若しくはウレタンフォーム基材に熱伝導性付与材を配合したもので形成してもよい。ここで、熱伝導性付与材としては、セラミックス若しくは金属材料から成るものを配合したもの、炭化珪素粉、アルミナ粉、アルミ粉、黒鉛、銅粉、ステンレス粉から選ばれた１種若しくはこれらを２種以上混合したもの、または黒鉛（黒鉛の添加量はウレタンフォームを形成するポリオール１００重量部に対して１０〜１５０重量部である）が用いられる。

このような構成の多孔質体層２は、エンジン類等の音源に取り付けられ、エンジン類から発生する空気伝搬音、固体伝搬音、振動の低減に効果的な吸音性能を有し、またエンジン類の運転により室内や防音ボックス内の温度が上昇しても多孔質体の温度上昇が抑制でき、劣化が促進されず寿命が長くなる。

次に、発泡体層１としては、連続気泡発泡を有する発泡体が用いられる。これは音波が発泡体層１に入射した場合、間隙部分の空気が振動し、この空気の粘性抵抗によって音波のエネルギーが熱エネルギーに変換されて吸音が行われるとともに、制振性も有しているために発泡体層１自身が振動し、この時の粘性抵抗によって音波のエネルギーが熱エネルギーに変換され吸音が行われるためである。また、発泡体層１の片面に、多孔質体層２を積層するのは、発泡体層１部分が付加質量、すなわち錘の役割として作用し、多孔質体層部分がバネ、すなわち空気バネの役割として作用し、膜振動による吸音を行わせるためである。

このような発泡体層１は、次のような発泡体で形成されている。

第１に、発泡体は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を含有するものから成り、特に主ポリマーである第１のジオールを分子量５００〜５０００、好ましくは分子量１０００〜２０００のジオールとすることにより制振性を付加した発泡体を得ることができる。ここで、この主ポリマーを分子量５００未満のジオールで構成すると、硬い発泡体となり、制振性が得られず、また、分子量が５０００を超えるジオールで構成すると、初期粘度が高くなり、所要の発泡体が得られなくなる。なお、主ポリマーとして、トリオールや本発明に用いるジオール以外のポリオールを使用した場合には、制振性を得ることが困難になる。

第２に、発泡体の密度は、５０〜５００ｋｇ／ｍ^３の範囲にあることが好ましい。密度が５０ｋｇ／ｍ^３未満では通気性が良くなり過ぎて、低周波数領域の吸音効率が悪くなり、５００ｋｇ／ｍ^３を超えると反対に通気性が悪くなり過ぎて、音が反射し吸音が困難になるからである。

第３に、発泡体を構成する第１のジオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリアクリル酸エステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールなどが好適する。

第４に、発泡体を構成する第２のジオールは、本発明の発泡体層１の鎖延長剤として使用され、補強の役割を果たす。ここで、分子量が５００以下としたのは、分子量が５００を超えると補強効果が得られなくなるからである。また、この成分をトリオールや本発明に用いるジオール以外のポリオールにした場合は補強効果が大きくなり過ぎ、制振性を損なってしまう。

第５に、発泡体を構成する第２のジオールとしては、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール等の脂肪族系若しくはＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシプロピル）アニリン等の芳香族系のジオールなどが好適する。

ここで、発泡体に用いられる第１のジオールに含まれる水酸基含量と第２のジオールに含まれる水酸基含量との比は１：０．３〜２．５が好ましい。第２のジオールの水酸基含量の比が０．３未満になると補強効果が不十分になり、水酸基含量の比が２．５を超えても効果に差異が見られないからである。

第６に、発泡体を構成する無機充填剤は、発泡体層を補強し、制振性を付加する目的で使用される。この無機充填剤は、分子量５００〜５０００の第１のジオール１００重量部に対して１０〜２００重量部配合することが好ましい。１０重量部未満では充分な補強や制振性の付加を行うには効果が小さく、２００重量部を超えると成型前の組成物の粘度が高くなり成型が困難になるからである。

第７に、発泡体を構成する無機充填剤としては、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムなどが好適である。

第８に、発泡体を構成する水は、発泡剤として用いられる。発泡剤の添加量は、発泡体が得られる量であればよいが、分子量５００〜５０００の第１のジオール１００重量部に対して２〜５重量部が好適である。２重量部未満では充分な発泡が行われず、５重量部を超えても効果に大きな差異が見られないからである。

第９に、発泡体を構成するイソシアネートは、基本的にはウレタン発泡体の製造に使用されるものを用いることができるが、特に２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、粗製トリレンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネートなどが好適し、これらのイソシアネートを単独若しくは混合して使用することができる。

第１０に、発泡体に適度な剛性と制振性を付与するためには、第１のジオール、第２のジオール、および発泡剤としての水の水酸基含量の合計と、イソシアネートのイソシアネート含量の比であるイソシアネートインデックス（ＮＣＯ／ＯＨ）が、０．５〜１．０、好ましくは０．６〜０．９の範囲にあることが望ましい。イソシアネートインデックスが０．５未満では架橋度が少なくなって剛性が低下し、１．０を超えると適度な剛性は得られるものの制振性が低下するからである。

第１１に、上記の発泡体には、通常のウレタン発泡体層の製造に使用される触媒、製泡剤、難燃剤、可塑剤、着色剤等を目的に応じて適宜添加してもよい。

次に、被膜面５の音源側には、針状部材で被膜面５と直交する方向に多数個の孔（不図示）が設けられている。

このような被膜面５への孔の形成により、被膜面５の通気性が向上し、ひいては、吸音率のピーク周波数を低周波数側へ移動させることができる。

図２は、第３実施の形態における耐水吸音材の吸音特性を示している。ここで、図中、細線Ｌ４は、被膜面５に孔を有しない従来の吸音材の吸音特性、点線Ｌ５は、被膜面５の音源側に、針状部材によって１ｃｍ ^２当たり５０個の孔を形成した本発明の第１の耐水吸音材の吸音特性、太線Ｌ６は、被膜面５の音源側に、針状部材によって１ｃｍ ^２当たり２００個の孔を形成した本発明の第２の耐水吸音材の吸音特性を示している。同図より、本発明の第１、第２の耐水吸音材における吸音率のピーク周波数が低周波数側へ移動していることが分かる。従って、第２の実施の形態における耐水吸音材を使用すれば、１５０Ｈｚ以下の低周波数領域に対応可能な耐水吸音材を提供することができる。なお、このような針状部材による孔の形成に代えて、グラインダーにより被膜面５に摩擦加工を施して、当該表面を粗面化しても、前述の耐水吸音材と同様の効果を奏する。

このような実施の形態の耐水吸音材によれば、多孔質体層２を構成する撥水性グラスウールの吸水率が通常のグラスウールに比べて著しく低いため、万一、多孔質体層２が水に濡れても低周波領域における吸音特性が低下せず、本来の吸音機能を維持させることができる。

なお、前述の実施の形態においては、発泡体層１として、発泡密度が均一な単一の発泡体層について述べているが、次のような構成のもの、例えば、第１に、内部に連続気泡を有する発泡体であって、音源側の表面に薄膜層を発泡体と一体成型して配置されているもの、第２に、例えば厚さ１ｍｍ以下の薄膜層が音源側および剛壁側双方の発泡体と一体成型して配置されているもの、第３に、連続気泡発泡体の発泡密度が厚さ方向に傾斜的に異なっているもの、第４に、異なる複数の連続気泡発泡体を発泡密度が傾斜的に配置されるように積層されたもの、第５に、連続気泡発泡体の発泡密度が音源側で高密度となるようにしたもの、第６に、連続気泡発泡体として粘弾性体から成るものを用いてもよい。

本発明における耐水吸音材の実施の形態を示す断面図。本発明の実施の形態に係る耐水吸音材の吸音特性を示す説明図。

符号の説明

１・・・発泡体層
２・・・多孔質体層
３・・・剛壁
５・・・被膜面

Claims

音源側に配置される発泡体層と、前記発泡体層の剛壁側に積層される多孔質体層と、前記発泡体層の音源側面に形成される被膜面とを備え、
前記多孔質体層は、撥水性多孔質体から成り、
前記被膜面の音源側には吸音特性を向上させるために多数個の孔が形成されていることを特徴とする耐水吸音材。
音源側に配置される発泡体層と、前記発泡体層の剛壁側に積層される多孔質体層と、前記発泡体層の音源側面に形成される被膜面とを備え、
前記多孔質体層は、撥水性多孔質体から成り、
前記被膜面の音源側は吸音特性を向上させるために摩擦加工により粗面化されていることを特徴とする耐水吸音材。
前記多孔質体層は、材質が撥水性を持つグラスウール、ロックウール、粗毛フェルト、植物繊維系フェルト、動物繊維系フェルト、合成繊維系フェルトの何れかまたはこれらの混合物から成ることを特徴とする請求項１または請求項２記載の耐水吸音材。
前記発泡体層は、分子量５００〜５０００の第１のジオール、分子量５００以下の第２のジオール、無機充填材、発泡剤としての水、およびイソシアネートの各成分を原料成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれか１項記載の耐水吸音材。
前記発泡体層を構成する発泡体の密度は、５０〜５００ｋｇ／ｍ^３であることを特徴とする請求項1乃至請求項４何れか１項記載の耐水吸音材。
前記第１のジオールに含まれる水酸基含量と、前記第２のジオールに含まれる水酸基含量の比は、１：０．３〜２．５であることを特徴とする請求項４または請求項５記載の耐水吸音材。
前記無機充填材の含量は、前記第１のジオール１００重量部に対して１０〜２００重量部であることを特徴とする請求項４乃至請求項６何れか１項記載の耐水吸音材。
前記発泡剤としての水の含量は、前記第１のジオール１００重量部に対して２〜５重量部であることを特徴とする請求項４乃至請求項７何れか１項記載の耐水吸音材。
前記第１、第２のジオール、および発泡剤としての水の水酸基含量の合計と、前記イソシアネートのイソシアネート含量との比であるイソシアネートインデックス（ＮＣＯ／ＯＨ）は、０．５〜１．０の範囲にあることを特徴とする請求項４乃至請求項８何れか１項記載の耐水吸音材。
前記イソシアネートインデックスは、０．６〜０．９の範囲にあることを特徴とする請求項４乃至請求項９何れか１項記載の耐水吸音材。
前記第１のジオールは、ポリエステルポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリオレフィンポリオール、ポリアクリル酸エステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオールのうちから選択されたいずれかのジオールであることを特徴とする請求項４乃至請求項１０何れか１項記載の耐水吸音材。
前記第２のジオールは、エチレングリコール、プロピレングリコール、ブタンジオール、ヘキサンジオール、オクタンジオール、デカンジオール等の脂肪族系若しくはＮ，Ｎ−ビス（２−ヒドロキシプロピル）アニリン等の芳香族系のうちから選択されたいずれかのジオールであることを特徴とする請求項４乃至請求項１１何れか１項記載の耐水吸音材。
前記無機充填材は、カーボンブラック、シリカ、炭酸カルシウム、マイカ、タルク、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムのうちから選択されたいずれかの無機充填剤であることを特徴とする請求項４乃至請求項１２何れか１項記載の耐水吸音材。
前記イソシアネートは、２，４−トリレンジイソシアネート、２，６−トリレンジイソシアネート、４，４’ジフェニルメタンジイソシアネート、カルボジイミド変性ジフェニルメタンジイソシアネート、粗製トリレンジイソシアネート、粗製ジフェニルメタンジイソシアネート、ｐ−フェニレンジイソシアネート、ｐ−キシレンジイソシアネート、テトラメチレン−１，４−ジイソシアネートのうちから選択されたいずれかのイソシアネートであることを特徴とする請求項４乃至請求項１３何れか１項記載の耐水吸音材。