JP5092144B2 - 吸音材及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、繊維が交絡したシート状繊維集合体からなり、広い周波数領域での吸音性に優れた吸音材に関する。また、そのような吸音材の好適な製造方法に関する。

近年の騒音問題に対する関心の高まりに伴って、自動車や建築物などにおける静音対策のために、また音場の調整のために各種の繊維吸音材が使用されるようになってきている。このような繊維吸音材による吸音現象は、気体の通過する連続孔の形状による吸収や繊維自体による振動の吸収などが複雑に絡み合ったものであると説明されている。一般に、繊維吸音材においては、繊維の種類が同じであればその径が細い方が、比表面積が大きくなる事に起因して低周波数領域での吸音性が向上することが知られており、メルトブロー法で得られた繊維や分割繊維などの極細繊維を用いる方法が提案されている。

吸音材にはある程度音波の伝達性が必要であることが知られているが、極細繊維だけで繊維集合体を作製した場合、比表面積は大きくなるが繊維間の空隙が小さくなるため、音が伝搬しにくくなる。そこで、比較的太い繊維と極細繊維を混合して通気度を維持しながら低周波領域での吸音性を向上させる試みがなされてきた（例えば、特許文献１〜３）。

しかしながら、極細繊維の配合量が多い場合には、吸音材シートがへたりやすく、長時間の保存や長距離の輸送によって性能が低下する場合があった。さらに、極細繊維は普通の打ち抜き刃（トムソン刃）では切断しにくく、熱溶融カットしなければならない場合も多く、特殊な切断装置が必要であった。さらにまた、メルトブロー法によるポリオレフィン系の極細繊維を使用した吸音材の場合、汎用のホットメルト接着剤やエマルジョン接着剤などでは接着することができず、吸音材を装着する際に不便であった。

特開昭５３−４１５７７号公報 特開２００１−２７９５７０号公報 特開２００６−２９２９４６号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、優れた形態安定性を有し、広い周波数領域での吸音性に優れ、しかも加工性や取り扱い性にも優れた吸音材及びその製造方法を提供することを目的とするものである。

上記課題は、基材用繊維と極細短繊維とが相互に交絡したシート状繊維集合体からなる吸音材であって、基材用繊維の繊維径が１５〜５０μｍであり、極細短繊維の繊維径が０．２〜５μｍであり、かつ極細短繊維がＪＩＳ Ｚ８８０１−１に規定する公称目開き２ｍｍのふるいを通過するものであることを特徴とする吸音材を提供することによって解決される。

ここで、極細短繊維の融点が１４０℃以上であることが好適である。極細短繊維が、人工皮革廃棄物であることも好適である。基材用繊維の少なくとも一部が反毛繊維であることも好適である。基材用繊維１００重量部に対して極細短繊維を１０〜４００重量部含有することも好適である。樹脂バインダーを含有することも好適であり、基材用繊維の少なくとも一部が熱融着複合繊維であることがより好適である。シート状繊維集合体の質量当たりの表面積が０．３ｍ^２／ｇ以上であり、見掛け密度が０．０１５〜０．２ｇ／ｃｍ^３であり、かつ通気度が１〜１００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓであることも好適である。また、シート状繊維集合体の表面に不織布が貼着されてなることも好適である。

また上記課題は、基材用繊維と極細短繊維とをエアレイド法によって相互に交絡させてシート状繊維集合体を得ることを特徴とする、上記吸音材の製造方法を提供することによっても解決される。

本発明の吸音材は、優れた形態安定性を有し、広い周波数領域での吸音性に優れ、しかも加工性や取り扱い性にも優れている。また、本発明の吸音材の製造方法によれば、そのような吸音材を容易に製造することができる。

本発明の吸音材は、基材用繊維と極細短繊維とが相互に交絡したシート状繊維集合体からなる。

本発明で用いられる極細短繊維は、極細短繊維の繊維径が０．２〜５μｍのものである。繊維径が５μｍ以下であることによって、比表面積が大きくなって低周波数領域での吸音性が向上する。繊維径は、好適には３μｍ以下である。一方、繊維径が０．２μｍ未満である場合には、シート状繊維集合体中での分散性が悪化する。繊維径が０．２μｍ以上であることによって、取扱が容易になるとともに原料の入手も容易になる。繊維径は、好適には０．５μｍ以上である。

そして、本発明で用いられる極細短繊維は、その繊維長が短いことに大きな特徴がある。具体的には、ＪＩＳ Ｚ８８０１−１に規定する公称目開き２ｍｍのふるいを通過するものであることが重要である。このような短い繊維長を有することによって、シート状繊維集合体中に容易に分散することができる。

極細短繊維としては、合成繊維、天然繊維あるいは再生繊維のいずれを用いることもできる。新品の繊維を用いても構わないし、廃棄物を用いても構わない。廃棄物としては、例えばワイパーなどとして用いられている極細繊維からなる不織布や織布等を破砕処理したものを用いることができる。人工皮革の反毛処理や起毛処理で発生する廃棄物は極細短繊維からなり、水への分散性やまた高分子材料中への練り込みに対しても分散性が悪いため、材料としての再利用が難しく、ほとんどが廃棄物として処理されている。このため、人工皮革廃棄物を吸音材の原料とすることは、吸音効果を高める材料として効果が高いだけでなく、環境の面からも好適である。なかでも、人工皮革製造時の起毛工程で発生するバフ粉が、シート状繊維集合体中への分散性に優れていて、特に好ましい。

極細短繊維の素材は特に限定されない。樹脂バインダーを用いて熱融着処理する場合には、極細短繊維の融点が樹脂バインダーの融点よりも高いことが好ましい。通常、樹脂バインダーとしてはポリエチレンなどが好適に使用されるので、それより高い融点を有することが好ましく、具体的には、極細短繊維の融点が１４０℃以上であることが好ましい。ここで、融点が１４０℃以上の繊維には、例えば綿、羊毛、アクリル樹脂、ビニロンなどのように、溶融不可能なものや溶融困難なものも含まれる。また、結晶性を有さない樹脂からなる繊維の場合には、軟化点が１４０℃以上であればよい。具体的には、ポリアミド、ポリエステル、ポリプロピレン、ポリウレタンなどの熱可塑性樹脂からなる極細短繊維が好適に用いられる。なお、人工皮革廃棄物の素材は、通常、ポリアミド、ポリエステル、ポリウレタンなどである。

本発明の吸音材で用いられる基材用繊維は、シート状繊維集合体の物理的強度を確保するとともに、極細短繊維が適度に分散されるために必要である。基材用繊維の繊維径は１５〜５０μｍである。繊維径が小さすぎる場合にはシート状繊維集合体の力学的強度が低下するおそれがある。一方、繊維径が大きすぎる場合には、極細短繊維の分散性が低下する。繊維径が上記範囲内であれば繊維の種類に制限はない。長繊維であっても構わないが、極細短繊維の分散性を考慮すると短繊維であることが好ましい。基材用繊維の繊維長は、好適には３〜２００ｍｍである。繊維長が３ｍｍ未満である場合には、シート状繊維集合体の物理的強度が低下するおそれがあり、より好適には５ｍｍ以上である。一方、繊維長が２００ｍｍを超える場合には、極細短繊維の分散性が低下するおそれがある。特に、エアレイド法によってシート状繊維集合体を製造する場合に問題となりやすい。繊維長はより好適には1００ｍｍ以下である。また、廃棄物の再利用という観点からは、基材用繊維が反毛繊維であることが好ましい。

基材用繊維と極細短繊維の配合比は特に限定されないが、基材用繊維１００重量部に対して極細短繊維を１０〜４００重量部含有することが好ましい。極細短繊維の配合量が１０重量部未満である場合、低周波数領域での吸音性が低下する。極細短繊維の配合量はより好適には２０重量部以上であり、さらに好適には５０重量部以上である。一方、極細短繊維の配合量が４００重量部を超える場合、見掛け密度が高くなるとともに通気度が低下する。極細短繊維の配合量はより好適には３００重量部以下であり、さらに好適には２００重量部以下である。

本発明の吸音材が樹脂バインダーを含有することが好ましい。これによって、極細短繊維をシート状繊維集合体中に固定することができるとともに、シート状繊維集合体の物理的強度を向上させることができる。また、熱プレスなどによって立体的に賦形することも容易になる。樹脂バインダーの種類は特に限定されず、樹脂のエマルジョンや溶液を用いることもできるが、加熱溶融して接着することのできる熱可塑性樹脂からなるバインダーが好適に用いられる。具体的には、ポリエチレンやその共重合体など、融点が１４０℃未満の熱可塑性樹脂からなるバインダーが好適である。樹脂バインダーの含有量は、シート状繊維集合体の重量に対して１〜４０重量％であることが好ましい。ここで、後述の熱融着複合繊維を用いる場合には、その低融点成分（鞘成分）の重量を樹脂バインダーの重量とする。

熱可塑性樹脂からなるバインダーの形態は、シート状繊維集合体中に分散可能なものであれば特に限定されず、ポリエチレンパウダー、ポリエチレン製合成パルプ、ポリプロピレンの芯とポリエチレンの鞘から構成される芯鞘型の熱融着複合繊維などを用いることができる。熱融着複合繊維を用いる場合には、それが基材用繊維を構成することとなる場合が多い。この場合、基材用繊維の全てが熱融着複合繊維であっても構わないが、コスト面などからは、一部を熱融着複合繊維とし、残りを反毛繊維など他の繊維とすることが好ましい。このとき、両者の配合比は１／９〜９／１程度である。

基材用繊維と極細短繊維とを相互に交絡させて、シート状繊維集合体を得ることができる。ここにおいて、交絡させるための手段は特に限定されない。しかしながら、短繊維を用いた不織布を製造するための一般的装置であるカード機は、１ｄｔｅｘ以下の繊維には使用することができないので、本発明の吸音材を製造するには不向きである。したがって、空気などの気体中または水や有機溶剤等の液体中で分散混合させる方法が好適である。このとき、液体中で分散混合する際には界面活性剤などを適宜用いることができる。中でも好適な方法が気体中で分散混合させて堆積させるエアレイド法であり、エネルギー消費量や生産性の面から好適に採用される。

基材用繊維と極細短繊維とを相互に交絡させて得られたシート状繊維集合体が、熱可塑性樹脂バインダーを含む場合には、加熱してバインダー樹脂を溶融させて、繊維同士を相互に接着させる。加熱温度はバインダー樹脂の融点以上の温度であり、基材用繊維の融点未満の温度である。このとき、型を用いて立体的に賦形することも可能である。

シート状繊維集合体の表面に布帛を貼ってもよい。これによって、シート状繊維集合体中の極細短繊維がシート状繊維集合体から外部にこぼれるのを防止することができる。また、シート状繊維集合体同士を積層する場合や、シート状繊維集合体と他の吸音素材とを積層する場合の中間層として布帛を用いてもよい。ただし、この場合に用いられる布帛は、音の伝搬を阻害しない程度の織布、編地、不織布であることが好ましく、薄手の不織布であることが特に好ましい。そのような不織布としてはスパンボンド不織布やメルトブローン不織布が例示される。

こうして得られたシート状繊維集合体の質量当たりの表面積（比表面積）は０．３ｍ^２／ｇ以上であることが好ましい。このような比表面積とすることによって、低周波領域での吸音性を向上させることができる。質量当たりの比表面積は、より好適には０．５ｍ^２／ｇ以上である。通常、質量当たりの比表面積は、３ｍ^２／ｇ以下である。また、シート状繊維集合体の見掛け密度が０．０１５〜０．２ｇ／ｃｍ^３であることが好ましい。このような範囲の見掛け密度とすることによって、物理的強度と吸音性能のバランスが良好な吸音材とすることができる。見掛け密度は、より好適には０．０２５ｇ／ｃｍ^３以上であり、０．１ｇ／ｃｍ^３以下である。さらに、シート状繊維集合体の通気度が１〜１００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓであることが好ましい。このような範囲の通気度とすることによっても、吸音性能が良好な吸音材とすることができる。通気度は、より好適には５ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以上であり、７０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ以下である。

こうして得られた吸音材は、広い周波数領域での吸音性に優れているので、自動車などの内装、建物の内装、機械のケースなど、様々な用途に用いることができる。

以下、実施例を用いて本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１
極細短繊維と反毛繊維と熱融着複合繊維とを、重量比でそれぞれ４５：２５：３０となるように混合し、これをエアレイド法によって分散・堆積させたのち、１５０℃で１０分間加熱処理することによってシート状繊維集合体を得た。ここで用いた極細短繊維は、人工皮革製造時の起毛工程で発生するバフ粉であり、ポリアミド、ポリエステル及びポリウレタンから主として構成され、直径が１〜５μｍの繊維が多く含まれており、ＪＩＳ Ｚ８８０１−１に規定する公称目開き２ｍｍのふるいを通過するものである。当該極細短繊維の電子顕微鏡写真を図１に示す。ここで用いた反毛繊維は、様々な種類の繊維が混じっていて、長さが５〜５０ｍｍ程度、直径が１５〜３０μｍ程度の繊維が主として含まれているものである。ここで用いた熱融着複合繊維は、ポリプロピレンを芯とし、ポリエチレンを鞘とする鞘芯型複合繊維のチョップドファイバーであり、繊度が２．２ｄｔｅｘ（繊維径：１８μｍ）で繊維長が５ｍｍである。

得られたシート状繊維集合体は、ノギスによって測定した厚さが１ｃｍで、目付が３８０ｇ／ｍ^２（見かけ密度０．０３８ｇ／ｃｍ^３）であった。また、株式会社大栄科学精器製作所製「フラジール型通気度試験機ＡＰ−３６０」を用い、ＪＩＳ Ｌ１０９６「一般織物試験方法」にある通気性Ａ法（フラジール型法）を準用して測定した通気度は３２ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃであり、日本ベル株式会社製「ＢＥＬＳＯＲＰ」を用いて測定した比表面積は０．６７ｍ^２／ｇであった。ブリューエルケアー社製２マイクロホンインピーダンス測定管４２０６型を用いて測定した、このシート状繊維集合体の吸音特性は図２のとおりであった。得られたシート状繊維集合体は、繊維同士が相互に接着されて形態が安定したものであった。また、トムソン刃で容易に打ち抜くことが可能であり、メルトブロー法によるポリオレフィン系の極細繊維を使用した吸音材と比べて切断が容易であった。さらに、汎用のホットメルト接着剤やエマルジョン接着剤などへの接着性も良好であった。

実施例２
極細短繊維として、直径が１〜２μｍの繊維が多く含まれているものを使用した以外は実施例１と同様にしてシート状繊維集合体を得た。当該極細短繊維の電子顕微鏡写真を図３に示す。得られたシート状繊維集合体を実施例１と同様に評価したところ、厚さ１．３ｃｍ、見かけ密度が０．０３ｇ／ｃｍ^３で、目付が３９０ｇ／ｍ^２であった。また、通気度は５０ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃであり、比表面積は０．７５ｍ^２／ｇであり、吸音特性は図４のとおりであった。

実施例３
実施例２で用いたのと同じ極細短繊維と、ポリプロピレンを芯とし、ポリエチレンを鞘とする鞘芯型複合繊維（繊度３．３ｄｔｅｘ、繊維長５１ｍｍのステープルファイバー）からなる熱融着複合繊維とを、５：２の重量比で用い、エタノール中に分散させた後に乾燥してシート状繊維集合体を得た。得られたシート状繊維集合体を実施例１と同様に評価したところ、厚さが９ｍｍ、目付が１０３０ｇ／ｍ^２（見掛け密度０．１１ｇ／ｃｍ^３）であった。また、通気度は１３ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃであり、比表面積は１．３ｍ^２／ｇであり、吸音特性は図５のとおりであった。

実施例４
実施例２で用いたのと同じ極細短繊維と、実施例１で用いたのと同じチョップドファイバーからなる熱融着複合繊維とを、１：１の重量比で用い、エタノール中に分散させた後に乾燥してシート状繊維集合体を得た。得られたシート状繊維集合体を実施例１と同様に評価したところ、厚さが２．２ｃｍ、目付が１２４０ｇ／ｍ^２（見掛け密度０．０５６ｇ／ｃｍ^３）であった。また、通気度は４５ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃであり、比表面積は１．０ｍ^２／ｇであり、吸音特性は図６のとおりであった。

実施例５
実施例２において、エアレイド法によって分散・堆積させたのち、両面に目付が１００ｇ／ｍ^２のポリプロピレン製スパンボンド不織布を重ね、１５０℃で１０分間加熱処理することによって接着させ、シート状繊維集合体の両面に不織布が貼着された吸音材を得た。得られたシート状繊維集合体は、叩いてもホコリの発生が見られなかった。

比較例１
極細短繊維を用いず、実施例１と同じ反毛繊維のみを用いて、エアレイド法によって分散・堆積させてシート状繊維集合体を得た。得られたシート状繊維集合体を実施例１と同様に評価したところ、厚さが１ｃｍ、目付が４４０ｇ／ｍ^２（見掛け密度０．０４４ｇ／ｃｍ^３）であった。また、通気度は７５ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓｅｃであり、比表面積は０．２４ｍ^２／ｇであり、吸音特性は図７のとおりであった。

比較例２
実施例２で用いたのと同じ極細短繊維のみを用い、エタノール中に分散させた後に乾燥してシート状繊維集合体を得た。得られたシート状繊維集合体を実施例１と同様に評価したところ、厚さが２ｃｍ、目付が３６００ｇ／ｍ^２（見掛け密度０．１８ｇ／ｃｍ^３）であった。また、通気度は測定下限値の０．２ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓ未満であり、比表面積は１．９ｍ^２／ｇであり、吸音特性は図８のとおりであった。

実施例１で使用した極細短繊維の電子顕微鏡写真である。 実施例１で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。 実施例２で使用した極細短繊維の電子顕微鏡写真である。 実施例２で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。 実施例３で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。 実施例４で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。 比較例１で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。 比較例２で得られたシート状繊維集合体の吸音特性である。

Claims (10)

1. 基材用繊維と極細短繊維とが相互に交絡したシート状繊維集合体からなる吸音材であって、基材用繊維の繊維径が１５〜５０μｍであり、極細短繊維の繊維径が０．２〜５μｍであり、かつ極細短繊維がＪＩＳ Ｚ８８０１−１に規定する公称目開き２ｍｍのふるいを通過するものであることを特徴とする吸音材。
2. 極細短繊維の融点が１４０℃以上である請求項１記載の吸音材。
3. 極細短繊維が人工皮革廃棄物である請求項１又は２記載の吸音材。
4. 基材用繊維の少なくとも一部が反毛繊維である請求項１〜３のいずれか記載の吸音材。
5. 基材用繊維１００重量部に対して極細短繊維を１０〜４００重量部含有する請求項１〜４のいずれか記載の吸音材。
6. 樹脂バインダーを含有する請求項１〜５のいずれか記載の吸音材。
7. 基材用繊維の少なくとも一部が熱融着複合繊維である請求項６記載の吸音材。
8. シート状繊維集合体の質量当たりの表面積が０．３ｍ^２／ｇ以上であり、見掛け密度が０．０１５〜０．２ｇ／ｃｍ^３であり、かつ通気度が１〜１００ｃｍ^３／ｃｍ^２・ｓである請求項１〜７のいずれか記載の吸音材。
9. シート状繊維集合体の表面に不織布が貼着されてなる請求項１〜８のいずれか記載の吸音材。
10. 基材用繊維と極細短繊維とをエアレイド法によって相互に交絡させてシート状繊維集合体を得ることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか記載の吸音材の製造方法。