JP4211496B2

JP4211496B2 - 吸音材構成部材および吸音材

Info

Publication number: JP4211496B2
Application number: JP2003154492A
Authority: JP
Inventors: 健太郎梶原; 智之堀口; 京子横井
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004354844A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路、鉄道、工場、家電製品、建築等の騒音源から発生する騒音を低減するために用いられる吸音材構成部材および吸音材に関し、特に繊維で構成された多孔質繊維シートからなる吸音材構成部材およびそれを用いた吸音材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
グラスウールや有機化合物由来繊維からなる多孔質吸音材は、安価で、様々な形状のものを比較的容易に製造することができるために多く用いられている。
【０００３】
多孔質吸音材は一般に細孔中で周壁との摩擦・粘性抵抗、繊維の振動によって音のエネルギーを熱に変換して音のエネルギーを減衰させるものである。そのため、吸音効果を大きくするためには音波の粒子速度が大きくなる位置に吸音材を置く必要がある。例えば、５００Ｈｚ以下の周波数領域に対して十分な吸音性能を発揮するためには、１５ｃｍを超える厚みが必要となる。
【０００４】
繊維径の整った均一材料による均一品質の防音性能を有する吸音材を提供することを目的として、４．４ｄｔｅｘ以下のポリエステル繊維からなり、５ｍｍ以上の厚さを有する繊維集合体で構成された吸音材が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、これは天然繊維と比較すると均一な構造であるが、十分な吸音率が得られていない。
【０００５】
さらに繊維径が小さい１．０ｄｔｅｘ以下のメルトブロー極細繊維不織布を積層した吸音材も知られている（例えば、特許文献２参照）。しかし、メルトブロー法で得られた繊維シートは、優れた吸音性能を示すものの、形態安定性、耐摩耗性が低く、取扱いが困難であるという欠点を有する。
【０００６】
一方、形態安定性を良くする手段としてバインダー繊維を混合する方法が開示されている（例えば、特許文献３，４参照）。しかし、バインダー繊維を混合すると吸音性能が低下し易くなるのであった。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−９７７５４号公報
【０００８】
【特許文献２】
特開２００３−４９３５１号公報
【０００９】
【特許文献３】
特開昭６２−２２３３５７号公報
【００１０】
【特許文献４】
特表平１１−５０８３２８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、軽くて、厚みが薄いといった繊維シートの特徴を損なうことなく、５００Ｈｚ以下の周波数領域までを含む音のエネルギーを吸収する多孔質吸音材を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題を解決するために、次の構成を有する。
【００１３】
すなわち、単繊維繊度０．０００１〜１．０ｄｔｅｘの延伸された繊維を含む、目付１０〜５００ｇ／ｍ^２、厚み０．１〜２．０ｍｍのニードルパンチ処理または水流交絡処理された繊維シートからなり、通気量１〜５０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、引張強力測定における最大荷重１０〜３００Ｎ／ｃｍ、最大荷重点伸度１０〜２００％、引裂強力１．５０〜３０．０Ｎであることを特徴とする吸音材構成部材である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の吸音材構成部材に含まれる繊維は、特に限定されるものではないが、合成繊維を主体とすることが、価格、耐候性の点から好ましい。かかる合成繊維としては、溶融紡糸可能な熱可塑性樹脂からなることが形状を制御し易いので好ましい。このような熱可塑性樹脂としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリトリメチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレートなどのポリエステル、ナイロン６、ナイロン６６などのポリアミド、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンのホモポリマーおよび／またはコポリマーが価格の点から好ましい。中でも、ポリエチレンテレフタレート、ナイロンは、耐熱性に優れるために適用範囲が広いので、好ましい。
【００１５】
本発明に用いられる繊維の断面形状はいずれでもよく、通常の丸断面、中空断面、扁平や星形のいわゆる異形断面でもよい。本発明の繊維の単繊維繊度は、０．０００１〜１．０ｄｔｅｘの範囲が好ましい。繊度が０．０００１ｄｔｅｘ未満の繊維は製造することが困難であり、１．０ｄｔｅｘを超える繊維では吸音率を向上する効果が小さくなるためである。また、０．０１〜０．５ｄｔｅｘの範囲は比較的製造が容易で吸音率を向上する効果が大きい点から特に好ましい。かかる繊維を製造する手段としては特に制限するものでは無いが、複合繊維を用いる方法が繊維形状の制御が容易なので好ましい。例えば、溶解性の異なる２成分以上の樹脂を用いて複合繊維とした後に溶解成分の樹脂を除去する方法、相溶性の低い２成分以上の樹脂を用いて複合繊維とした後に収縮、水流等の物理的な力によって分割する方法が挙げられる。複合繊維を得る方法としては、特に限定するものではないが熱溶融したポリマーを例えば特公昭３９−２９６３６号公報、特公昭４２−１１６９５号公報、特公昭４３−７４１１号公報等に記載されている口金を用いて吐出し、巻き取ることによって得られる。
【００１６】
繊維をシート化する手段は特に限定しないが、例えば抄造法、ニードルパンチ法、ホットメルト法、レジンボンド法、スパンボンド法、メルトブロー法が挙げられる。繊維長が５〜１００ｍｍの短繊維を用いる場合は、ニードルパンチ法が形態安定性、通気量の制御が容易という点で好ましい。ニードルパンチ法とは、ウェブを針で突き刺して絡合させる方法である。このウェブは５〜１００ｍｍの短繊維からなる原綿をシート状に並べたものであり、空気流またはコンベアーで原綿を積層したものである。繊維長が数ｍを超える長繊維を用いる場合は、スパンボンド法が形態安定性の点で好ましい。スパンボンド法とは、口金より吐出したポリマーをエジェクター等を用いて３０００〜９０００ｍ／分の速度で延伸し、次いで得られた繊維を捕集コンベアー等に捕集して不織布とする方法である。また、本発明の効果を損なわない範囲で他の繊維や不織布を積層、混合することができ、熱処理を施すこともできる。
【００１７】
本発明に用いられる繊維シートの目付は、１０〜５００ｇ／ｍ²である。１０ｇ／ｍ²未満では形態安定性が小さくなりやすいため取扱いが困難であり、５００ｇ／ｍ²を超えると価格、重量が大きくなるためである。特に、３０〜２５０ｇ／ｍ²の範囲は低価格、軽量でかつ形態安定性に優れる点で好ましい。
【００１８】
本発明に用いられる繊維シートの厚みは、０．１〜２ｍｍである。０．１ｍｍ未満では形態安定性が小さくなりやすいために取扱が困難であり、２ｍｍを超えると本発明の吸音材構成部材としての特徴である厚みが薄くて吸音効果が大きいという特徴が損なわれるためである。特に、０．２〜１．５ｍｍの範囲は厚みが薄く、かつ形態安定性に優れる点で好ましい。
【００１９】
本発明の吸音材構成部材は、通気量が１〜５０ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃである。ここでいう通気量とはＪＩＳ−Ｌ１０９６−８．２７．２（１９９９）によって測定されるものをいう。通気量が１ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ未満では音のエネルギーを反射する効率が高すぎて吸音率が向上できず、一方５０ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃを超えると吸音率を向上する効果が小さくなるためである。このような繊維シートを得る方法としては、特に限定されるものではないが、例えば上記の方法で得た繊維シートを緻密化処理することによって得ることができる。具体的には、水流交絡処理、ニードルパンチ処理、熱処理、プレス処理が挙げられるが、物理分割型複合繊維を用いて繊維シートを得た場合は、緻密化処理と同時に分割処理が可能であるという点で水流交絡処理を行うことが好ましい。この水流交絡処理とは、コンベアー上を進行する繊維シートから５．０〜１００ｍｍの距離に繊維シートの進行方向と直交する方向に並んだ間隔０．２〜３０ｍｍ、口径０．０５〜３．００ｍｍのノズルを配置し、ノズルから５〜２５ＭＰａに加圧された水を連続的に繊維シートに打ち付けるという方法である。水の圧力によって繊維シートの通気量を調節することができる。
【００２０】
さらに、本発明の吸音材構成部材は、引張強力測定における最大荷重が１０〜３００Ｎ／ｃｍである。ここでいう引張強力測定における最大荷重とは、ＪＩＳ−Ｌ１９０６−５．３．１（１９９９）によって測定されるものをいう。この最大荷重が１０Ｎ／ｃｍ未満では形態安定性が不安定となり、一方３００Ｎ／ｃｍを超えると加工が困難となる。最大荷重が２０〜２００Ｎ／ｃｍの範囲は形態安定性と加工の容易さを両立できるので好ましい。また、このときの最大荷重点伸度は１０〜２００％であることが重要である。最大荷重点伸度が１０％未満では曲げ伸ばしがほとんどできないために取付、施工の操作が困難となり、一方２００％を超えると取扱時の形態安定性が不安定となる。最大荷重点伸度が３０〜１５０％の範囲は形態安定性と取扱性を有するので好ましい。最大荷重が１０〜３００Ｎ／ｃｍ、最大荷重点伸度が１０〜２００％とするためには、例えばポリエチレンテレフタレートからなる繊維を用いた場合、ポリマーを配向させるために速度５００〜３０００ｍ／分で紡糸した後、１．５〜５倍に延伸するか、または速度３０００〜９０００ｍ／分で紡糸することによって得ることができる。このときの延伸方法としては、実質的に繊維を両端から引っ張った状態で加熱する手段が一般的である。加熱方法として、例えば、熱ロール、熱プレート、熱浴、熱風を用いることができる。
【００２１】
さらにまた、本発明の吸音材構成部材は、引裂強力が１．５０〜３０．０Ｎである。ここでいう引裂強力とは、ＪＩＳ−Ｌ１０９６−８．１５．５（１９９９）によって測定される引裂強力をいう。方向を問わずに１．５０〜３０．０Ｎであることが好ましい。引裂強力が１．５０Ｎ未満では吸音効果が得にくく、３０．０Ｎを超えると吸音効果に劣るばかりでなく繊維がす抜けし易くなり、十分な形態安定性を得ることが困難になる。吸音効果が得られない理由は明らかではないが、例えば１．５０Ｎ未満では繊維シート中の繊維が単独で振動し難いため、吸音率を向上することができず、３０．０Ｎを超えると粘性抵抗が小さくなるためだと考えられる。中でも、引裂強力が２．００〜２０．０Ｎの範囲であることは、吸音性と形態安定性を両立できるため好ましい。引裂強力を前記範囲とする手段としては、特に限定されないが、例えば繊維密度を調整する方法を挙げることができる。具体的には、ニードルパンチ法における針の打ち込み本数、水流交絡処理の条件、収縮加工、プレス処理を適宜調整して行うことができる。
【００２２】
本発明の吸音材構成部材は、それを吸音材として単独で用いてもよいが、十分な吸音効果と形態安定性を得る点で、２層以上積層して用いることが好ましい。本発明の吸音材構成部材だけでなく、他の多孔体が含まれていてもよい。このような多孔体には、綿、スポンジ状物、織編物、不織布といった構造物が含まれる。他の多孔体としては、５００Ｈｚの垂直入射吸音率が９５％未満であり、本発明の吸音材を積層することによって５００Ｈｚの垂直入射吸音率が５％以上向上するものが好ましい。このとき、本発明の吸音材構成部材は、音源側の好ましくは最表面に配するのがよい。なお、ここでいう多孔体とは、複数の孔を有する構造物全般である。
【００２３】
本発明の吸音材は、厚みが３〜３００ｍｍ、かつ５００Ｈｚの垂直入射吸音率が５０〜１００％である。厚みが３ｍｍ未満では吸音効果が得られにくく、一方３００ｍｍを超えると吸音材として取扱い性が悪くなる。５００Ｈｚの垂直入射吸音率が５０％未満では、吸音効果が不十分となる。
【００２４】
また、本発明の吸音材構成部材および吸音材には、プリーツ加工、難燃加工、意匠加工を適宜施すことができる。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。
（１）単繊維繊度
光学顕微鏡を用いて、５０点の直径を測定し、その平均値と密度から計算して単繊維繊度とした。
（２）目付
繊維シートから幅方向に均一な距離から採取した１０ｃｍ四方の試料重量を計測し、その平均値を１ｍ²あたりの重量に換算した値を目付とした。
（３）厚み
ダイヤルシックネスゲージＨ（株式会社尾崎製作所製）を用いて、１０点以上の箇所を測定した平均値を厚みとした。
（４）通気量
ＪＩＳ−Ｌ１０９６−８．２７．２（１９９９）に従って測定した。
（５）引張強力測定における最大荷重および最大荷重点伸度
ＪＩＳ−Ｌ１９０６−５．３．１（１９９９）に従って測定した。
（６）引裂強力
ＪＩＳ−Ｌ１０９６−８．１５．５（１９９９）に従って測定した。
（７）吸音率
目付１５００ｇ／ｍ²、厚み４０ｍｍのポリエステル綿の音源側に試料を載せた状態でＪＩＳ−Ａ１４０５（１９９９）に従って測定した。
【００２６】
実施例１
２９０℃に加熱した複合紡糸装置中において、ポリエチレンテレフタレートと、５−ソディウムスルホイソフタル酸を１０モル％共重合したポリエチレンテレフタレートとを重量比５０：５０の割合で、ポリエチレンテレフタレートの島（３２島）が５−ソディウムイソフタル酸共重合ポリエチレンテレフタレートの海に分散している状態、いわゆる海島繊維として口金より吐出させて１０００ｍ／分の速度で巻き取った。次いで、８５℃の水中で３倍に延伸し、機械捲縮を付与した後、５１ｍｍにカットした。このとき得られた複合短繊維の単繊維繊度は、２．６ｄｔｅｘであった。
【００２７】
得られた複合短繊維を用いてカード処理を行い、ウェブを作製した後、ニードルパンチ処理を行い、目付３８０ｇ／ｍ²のニードルパンチ不織布とした。この繊維シートを１％、９５℃の水酸化ナトリウム水溶液中に３０分間浸漬して、単繊維繊度が０．０４ｄｔｅｘの極細繊維とした。この繊維シートを１０ｍ／分で移動するスクリーン上で２０ＭＰａに加圧した常温の水を０．８ｍｍ間隔に並んだ直径０．１ｍｍのノズルから吹き出して打ち付けることによって、目付１９０ｇ／ｍ²、厚み０．６２ｍｍ、通気量が１０ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ、最大荷重がタテ１０６．８Ｎ／ｃｍ、ヨコ８８．２Ｎ／ｃｍ、最大点伸度がタテ９２％、ヨコ１０７％、引裂強力がタテ７．８Ｎ、ヨコ４．０Ｎの吸音材構成部材を得た。５００Ｈｚでの吸音率を測定した結果、目付１５００ｇ／ｍ²のポリエステル綿のみと比べて、２３％向上した。２５０〜１０００Ｈｚの吸音率は図１に示すとおりであった。
【００２８】
比較例１
２９０℃に加熱した紡糸装置により、溶融したポリエチレンテレフタレートを口金より吐出させて１０００ｍ／分の速度で巻き取った。さらに、８５℃の水中で３倍に延伸し、機械捲縮を付与した後、５１ｍｍにカットした。このとき得られた複合短繊維の単繊維繊度は、２．６ｄｔｅｘであった。
【００２９】
得られた複合短繊維を用いてカード処理を行い、ウェブを作製した後、ニードルパンチ処理を行い、目付１２０ｇ／ｍ²、厚み１．３３ｍｍ、通気量が２７７ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ、最大荷重がタテ３．９Ｎ／ｃｍ、ヨコ３．９Ｎ／ｃｍ、最大点伸度がタテ１１％、ヨコ１１３％、引裂強力がタテ１．５３Ｎ、ヨコ１．６５Ｎの吸音材構成部材を得た。５００Ｈｚでの吸音率を測定した結果、目付１５００ｇ／ｍ²のポリエステル綿のみと比べて、０．１％低下した。２５０〜１０００Ｈｚの吸音率は図１に示すとおりであった。
【００３０】
実施例２
２９０℃に加熱した複合紡糸装置により、ポリエチレンテレフタレートとナイロン６を重量比５０：５０の割合で、丸型中空断面でポリエチレンテレフタレートとナイロン６が交互に放射状に配列され、且つそれぞれのポリマーが６本づつのフィラメントを形成する口金から押し出した。押し出した糸条を常温の空気を用いた冷却装置にて冷却し、次いで、紡糸口金下１００ｃｍの位置に配された常温の空気を利用するエジェクターにより、５０００ｍ／分の速度で引き取り、移動する金網製の堆積装置にフィラメントを積層させウェブを作製した。このとき得られた複合短繊維の単繊維繊度は、１．２ｄｔｅｘであり、図２に示すような繊維断面形状であった。
【００３１】
得られたウェブを８０℃に加熱したドット柄のエンボスロールを用いて加熱した。次に、速度１０ｍ／分で移動するスクリーン上で２０ＭＰａに加圧した常温の水を０．８ｍｍ間隔に並んだ直径０．１ｍｍのノズルから吹き出して打ち付けることによって、複合繊維を単繊維繊度０．１ｄｔｅｘの極細繊維に分割し、目付１００ｇ／ｍ²、厚み０．５６ｍｍ、通気量が３ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ、最大荷重がタテ１０１．９Ｎ／ｃｍ、ヨコ３９．２Ｎ／ｃｍ、最大点伸度がタテ４０％、ヨコ６８％、引裂強力がタテ４．１Ｎ、ヨコ１．８Ｎの吸音材構成部材を得た。５００Ｈｚでの吸音率を測定した結果、目付１５００ｇ／ｍ²のポリエステル綿のみと比べて、３８％向上した。２５０〜１０００Ｈｚの吸音率は図１に示すとおりであった。
【００３２】
比較例２
２９０℃に加熱した紡糸装置により、溶融したポリエチレンテレフタレートを口金から押し出し、糸条を常温の空気を用いた冷却装置にて冷却し、次いで、紡糸口金下１００ｃｍの位置に配された常温の空気を利用するエジェクターにより、５０００ｍ／分の速度で引き取り、移動する金網製の堆積装置にフィラメントを積層させウェブを作製した。
【００３３】
得られたウェブを８０℃に加熱したドット柄のエンボスロールを用いて加熱し、単繊維繊度６ｄｔｅｘ、目付１００ｇ／ｍ²、厚み１．０ｍｍ、通気量が３０３ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ、最大荷重がタテ５１．９Ｎ／ｃｍ、ヨコ１５．７Ｎ／ｃｍ、最大点伸度がタテ６８％、ヨコ９２％、引裂強力がタテ３６．０Ｎ以上（測定不能）、ヨコ２１．７Ｎの吸音材構成部材を得た。５００Ｈｚでの吸音率を測定した結果、目付１５００ｇ／ｍ²のポリエステル綿のみと比べて、０．８％低下した。２５０〜１０００Ｈｚの吸音率は図１に示すとおりであった。
【００３４】
比較例３
２９０℃に加熱した紡糸装置により、溶融したポリエチレンテレフタレートを３５０℃、３４３ｋＰａのスチームで吐出孔から噴射し、吐出孔から４０ｃｍの距離にある、移動する金網製の堆積装置に積層させ、単繊維繊度０．７２ｄｔｅｘ、目付８８ｇ／ｍ²、厚み０．４ｍｍ、通気量が３６．５ｃｃ／ｃｍ²／ｓｅｃ、最大荷重がタテ８．６Ｎ／ｃｍ、ヨコ６．０Ｎ／ｃｍ、最大点伸度がタテ５％、ヨコ４３％、引裂強力がタテ１．４Ｎ、ヨコ４．０Ｎの吸音材構成部材を得た。５００Ｈｚでの吸音率を測定した結果、目付１５００ｇ／ｍ²のポリエステル綿のみと比べて、２０．２％向上した。２５０〜１０００Ｈｚの吸音率は図１に示すとおりであった。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、目付が軽くて、厚みが薄いといった繊維シートの特徴を損なうことなく、５００Ｈｚ以下の周波数領域までを含む音のエネルギーを吸収する多孔質繊維シートからなる吸音材構成部材およびこれを用いた吸音材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】比較としてのポリエステル綿、実施例１および２、比較例１〜３の垂直入射吸音率測定結果
【図２】実施例２で用いた複合繊維の断面形状
【符号の説明】
１：ポリエチレンテレフタレート
２：ナイロン６

Claims

単繊維繊度０．０００１〜１．０ｄｔｅｘの延伸された繊維を含む、目付１０〜５００ｇ／ｍ^２、厚み０．１〜２．０ｍｍのニードルパンチ処理または水流交絡処理された繊維シートからなり、通気量１〜５０ｃｃ／ｃｍ^２／ｓｅｃ、引張強力測定における最大荷重１０〜３００Ｎ／ｃｍ、最大荷重点伸度１０〜２００％、引裂強力１．５０〜３０．０Ｎであることを特徴とする吸音材構成部材。
該繊維がナイロンまたはポリエチレンテレフタレートであることを特徴とする請求項１に記載の吸音材構成部材。
請求項１または２に記載の吸音材構成部材と他の多孔体とを前記吸音材構成部材が音源側となるように積層してなり、厚みが３〜３００ｍｍ、かつ５００Ｈｚの垂直入射吸音率が５０〜１００％であることを特徴とする吸音材。