JP5438257B2

JP5438257B2 - 部材及び部材の共振周波数の制御方法

Info

Publication number: JP5438257B2
Application number: JP2006332136A
Authority: JP
Inventors: 亨岩下; 稔菅原; 宏史合田
Original assignee: Prime Polymer Co Ltd
Current assignee: Prime Polymer Co Ltd
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2006-12-08
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2026-12-08
Also published as: JP2008144022A

Description

本発明は、制振性を有する部材に関する。さらに詳細には、自動車部材として好適な部材、及び部材の共振周波数の制御方法に関する。

エアクリーナーケース、ダクト、レゾネーター、エンジンカバー、インシュレーター、フロア部材等の自動車部材、電動機周辺部品、振動吸収部材においては、吸気音や振動音等、内部で発生する振動を外部に伝え難くするため、部材の制振性能の向上が要求されている。制振性能を向上させるには、発生する吸気音等の周波数付近に共振点を持たないように、部材の共振周波数を調整することが有効である。具体的には、部材の共振周波数を特定周波数領域よりも高くすることが有効である。

ここで、部材の共振周波数は、肉厚ｔ及び弾性率Ｅに比例し、密度ρに反比例する。即ち、共振周波数を高めるには低比重高剛性材料を用いるか、又は製品肉厚を厚くする必要がある。そのため、従来は繊維強化樹脂や、マイカ、タルク等のフィラー添加樹脂を使用して剛性を向上し、また、部材を厚くすることで対応してきた。

このように従来の部品は、共振周波数を高周波数側に移動し制振性を付与する為に、部品肉厚を厚くしたり、リブを多く配置したり、材料の比重を高くしてきたが、その結果、部品が重くなったり、通気性能（空気の流れ）が悪くなったり、エンジンルーム内の空間を大きくする必要があった。
一方、特許文献１のようにベース樹脂の改良だけでは、剛性（弾性率）の向上効果が十分ではなかった。従って、樹脂の改良のみでは、部材の共振周波数を高めることにより制振特性を改善するのは困難であった。
特開２００５−０２３８０７号公報

本発明の目的は、共振周波数を効率よく高周波数側に移行できる部材を提供することである。

本発明によれば、以下の部材等が提供される。
１．熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンを含む組成物の発泡体からなる部材であって、前記発泡体の発泡倍率が１．２〜３．０倍であり、下記式（１）で定義されるＱ値が１．５〜３．０である部材。
Ｑ＝［Ｙ］／［Ｘ］・・・（１）
［Ｙ］：中央加振法で測定した共振周波数（Ｈｚ）
［Ｘ］：ｔ×√（Ｅ／ρ）
「ｔは発泡体の厚み（ｍｍ）、Ｅは発泡体の曲げ弾性率（ＭＰａ）、ρは発泡体の密度（ｇ／ｃｍ^３）である。」
２．自動車部材である１記載の部材。
３．熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンを含む組成物からなる部材において、前記組成物を、発泡倍率が１．２〜３．０倍となる範囲で発泡させることにより、前記部材の共振周波数を高周波数側に移行させる方法。

本発明の部材では、その共振周波数を効率よく高周波数側に移行できるため、従来の部材に比べて薄肉化しても高い制振性能が得られる。また、発泡体であることから部材の軽量化も達成できる。

本発明の部材は、熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンを含む組成物の発泡体からなる。そして、発泡体の発泡倍率が１．２〜３．０倍であり、下記式（１）で定義されるＱ値が１．５〜３．０であることを特徴とする。
Ｑ＝［Ｙ］／［Ｘ］・・・（１）
式中［Ｙ］は、中央加振法で測定した共振周波数（Ｈｚ）であり、［Ｘ］はｔ×√（Ｅ／ρ）「ｔ：発泡体の厚み（ｍｍ）、Ｅ：発泡体の曲げ弾性率（ＭＰａ）、ρ：発泡体の密度（ｇ／ｃｍ^３）」である。

制振部材、特に、自動車部材では、これまで発泡体のような中空構造体を形成して、部材の共振周波数を制御し制振特性を向上させる技術はなかった。本発明は、上記の組成物を発泡体にすることで、部材の共振周波数を高めている。即ち、共振周波数は肉厚ｔ及び弾性率Ｅに比例し、密度ρに反比例するが、組成物を発泡体にすることで部材の密度ρを小さくし、また、長繊維フィラーを含む成形体を用いることで弾性率Ｅの低下を抑制している。この両方の効果を合わせることにより高周波数側への共振周波数の移行を可能としている。
また、本発明は上記組成物からなる部材が、無発泡の組成物よりも共振周波数の厚さ依存性が大きくなることを見出したものである。具体的に、上記式（１）のＱ値は、縦軸を共振周波数［Ｙ］、横軸を［Ｘ］としてグラフ化した場合の傾き（共振周波数の［Ｘ］に対する変化率）を示すものである。

従来の部材では、フィラー添加量を増加、又は樹脂を改良しても上記Ｑ値が１．３〜１．４程度でほぼ一定であり、部材を厚肉化することでしか共振周波数を高周波数化できなかったが、本発明においては１．５〜３．０、好ましくは、１．６〜３．０まで高めることができる。従って、部材を厚肉化した際の共振周波数の高周波側へのシフト量が大きい。また、同じ周波数では、より薄肉化が可能である。
尚、共振周波数は部材の代表的な厚みを有する平坦部の一部分を切り出し、ＪＩＳＧ０６０２に規定されている中央加振法を用いて測定する。曲げ弾性率（Ｅ）はＪＩＳＫ７１７１、密度（ρ）はＪＩＳＫ７１１２に定められた方法で測定する。
また、部材の曲げ弾性率（Ｅ）や密度（ρ）は、熱可塑性樹脂の種類、強化繊維の配合量、又は発泡倍率を調整することにより制御できる。
以下、本発明の部材を構成する材料及び成形方法について説明する。

１．熱可塑性樹脂
熱可塑性樹脂は特に制限はなく、例えば、プロピレン単独重合体、プロピレン・エチレンブロック共重合体、プロピレン・エチレンランダム共重合体、高密度ポリエチレン等のポリオレフィン樹脂、スチレン系樹脂、ポリエステル樹脂等を採用できる。これらの熱可塑性樹脂のうち、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、特にポリプロピレン（プロピレン単独重合）、プロピレンと他のオレフィンとのブロック共重合体、ランダム共重合体を採用するのが望ましい。
尚、熱可塑性樹脂は１種単独で用いても、２種類以上を混合して用いてもよい。

本発明において、熱可塑性樹脂の配合量は、熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンの合計量に対して２０〜９４．９重量％である。配合量が２０重量％未満では、軽量化効果が低下するおそれがあり、９４．９重量％を超えると剛性が低下するために共振周波数を高くする効果が小さくなるおそれがある。熱可塑性樹脂の配合量は、好ましくは４０〜９３重量％であり、特に５０〜９０重量％が好ましい。

２．強化繊維
強化繊維としては、ガラス繊維又はカーボン繊維が挙げられる。繊維の長さは２〜５０ｍｍが好ましく、特に５〜２０ｍｍが好ましい。本発明では主に、成形時に絡まりあった強化繊維が、弾性回復力によって立ち上がる現象（スプリングバック）を利用して組成物を発泡（膨張）させる。尚、強化繊維の繊維径は特に制限はなく、一般的なもの、例えば、３〜３０μｍ程度のものが使用できる。
本発明において、強化繊維の配合量は、熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンの合計量に対して５〜８０重量％である。配合量が５重量％未満では、剛性が低下するために共振周波数を高くする効果が小さくなるおそれがあり、８０重量％を超えると軽量化効果が低下するおそれがある。強化繊維の配合量は、好ましくは７〜６０重量％であり、特に１０〜５０重量％が好ましい。

３．酸変性ポリオレフィン
酸変性ポリオレフィンは、分子中にカルボキシル基や無水カルボン酸基を有するポリオレフィン樹脂である。本発明では、ポリプロピレンを不飽和カルボン酸又はその誘導体で変性したものが好ましい。変性方法としては、グラフト重合や共重合を用いることができる。
酸変性ポリオレフィンの市販品としては、例えば、ポリボンド３２００、ポリボンド３１５０（白石カルシウム社製、マレイン酸変性ポリプロピレン）、ユーメックス１００１、ユーメックス１０１０、ユーメックス１００３、ユーメックス１００８（三洋化成工業社製、マレイン酸変性ポリプロピレン）、アドマーＱＥ８００、アドマーＱＥ８１０（三井化学社製、マレイン酸変性ポリプロピレン）、トーヨータックＨ−１０００Ｐ、トーヨータックＨ−１１００Ｐ（東洋化成工業社製、マレイン酸変性ポリプロピレン）等が挙げられる。

本発明において、酸変性ポリオレフィンの配合量は、熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンの合計量に対して０．１〜１０重量％である。配合量が０．１重量％未満では、部材の弾性率が向上せず、結果的に共振周波数を高周波側に移行する効果がでなくなるおそれがあり、１０重量％を超えると耐熱性の低下や樹脂の分解による弾性率の低下により、共振周波数の改善効果が著しく低下するおそれがある。酸変性ポリオレフィンの配合量は、好ましくは０．３〜５重量％であり、特に０．５〜３重量％が好ましい。

尚、本発明においては、繊維強化ポリプロピレン系樹脂ペレットであって、ペレットの長さ方向に、その全長（２〜５０ｍｍ）と等しい長さの繊維が互いに平行に配列されているものが好ましく使用できる。このようなペレットを使用することにより、強化繊維のスプリングバックによる膨張が生じやすくなり、また、部材の剛性を向上することができる。尚、このペレットの繊維の含有量は１０〜８０重量％が好ましい。このようなペレットは、例えば、Ｌ−５０７０Ｐ（プライムポリマー社製、ガラス繊維５０ｗｔ％）等、市販されているものを使用してもよい。

本発明の部材には、強化繊維のスプリングバックの補助剤として、発泡剤を添加することが可能である。発泡剤は特に限定されるものではなく、樹脂の溶融温度における熱による分解等によってガスを発生する化学発泡剤や物理発泡剤が使用できる。
化学発泡剤として、シュウ酸誘導体、アゾ化合物、ヒドラジン誘導体、セミカルバジド、アジド化合物、ニトロソ化合物、トリアゾール、尿素及びその関連化合物、亜硝酸塩、水素化合物、炭酸塩、重炭酸塩等がある。
また、物理発泡剤としてペンタン、ブタン、フッ素化合物、水等がある。
発泡剤の添加量は、熱可塑性樹脂、強化繊維及び酸変性ポリオレフィンの合計量を１００重量部として、０．１〜３重量部であることが好ましい。

本発明の部材には、その他の成分として、酸化防止剤、着色剤、耐電防止剤、安定剤等を添加することができる。さらに必要によりタルク、マイカ、炭酸カルシウム等の無機充填剤を含有することができる。

４．成形方法
上記材料からなる組成物を発泡できる方法であればよく、例えば、射出成形、押出成形、ブロー成形等が挙げられる。また、発泡体の板を熱成形や接着等の二次加工により部材形状に加工してもよい。
本発明においては、発泡体の発泡倍率を１．２〜３．０倍とする。倍率が１．２倍よりも小さいと、発泡による効果が発現せず、一方、３．０倍を越えると、部材内の空孔率が高くなりすぎ、強化繊維の補強効果が低下するため、部材の剛性が低下する。その結果、共振周波数が高周波数側にシフトしなくなる。発泡倍率は１．３〜２．５倍が好ましく、特に１．５〜２．０倍が好ましい。

本発明においては、特に、射出膨張成形（ＩＥＭ）によって部材を成形することが好ましい。部材が射出膨張成形による発泡構造をとることにより、軽量かつ高剛性となる。また、コスト面等でも好ましい。射出膨張成形は、射出成形において金型のキャビティに材料組成物を充填した後、金型を後退（コアバック）させることによりキャビティ容積を拡大させて材料を発泡（膨張）させる方法である。詳細については、特開平９−２７７３３５号公報を参照することができる。

実施例１〜６
（１）原料組成物
ガラス繊維が平行に配列したガラス繊維強化ポリプロピレン系樹脂ペレット［長さ：８ｍｍ、ガラス繊維（繊維径１６μｍ）の含有量：５０重量％、ポリプロピレン（プライムポリマー製Ｊ−３０００ＧＶ、ＭＦＲ：３０ｇ／１０ｍｉｎ）：４７．５重量％、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（東洋化成工業（株）製Ｈ−１１００Ｐ）：２．５重量％含有］８０重量部と、ポリプロピレン（Ｊ−３０００ＧＶ）２０重量部、発泡剤（三協化成（株）製セルマイクＭＢ３２７４）３重量部をドライブレンドしたものを成形原料とした。

（２）成形
特開平９−２７７３３５の実施例１記載の方法に準じて原料組成物を成形した。具体的に、射出成形機（日精樹脂工業株式会社製：ＡＺ７０００、出光圧縮ユニット装着）、及び金型(１８０ｍｍ×２００ｍｍ×ｔｍｍ厚みの平板）を用いた。射出成形機の設定温度を２３０℃とした。予め金型開度を表１記載の初期肉厚に設定し、原料組成物を金型キャビティに射出した後、可動金型の動作コアを表１記載の発泡後肉厚になるまで後退し、組成物を発泡させた。冷却後、金型を開き成形品を得た。

得られた成形品について、共振周波数（Ｙ）、厚み（ｔ）、弾性率（Ｅ）及び密度（ρ）を測定した。共振周波数はＪＩＳＧ０６０２、弾性率はＪＩＳＫ７１７１，密度はＪＩＳＫ７１１２に定められた方法で測定した。厚みはノギスを用いて測定した。発泡倍率は、発泡後肉厚を初期肉厚で除することにより求めた。
実施例及び後述する比較例における成形時の初期肉厚、発泡後肉厚、成形品の性状、及び評価結果を表１又は２に示す。尚、表１には強化繊維としてガラス繊維を使用した実施例を、表２には炭素繊維を使用した実施例を示した。また、周波数のシフト量（Ｈｚ）は比較例１の値を基準として算出している。

実施例７、８
（１）原料組成物
炭素繊維が平行に配列した炭素繊維強化ポリプロピレン系樹脂ペレット［長さ：８ｍｍ、炭素繊維（繊維径１０μｍ）の含有量：４０重量％、ポリプロピレン（Ｊ−３０００ＧＶ）：５７．５重量％、無水マレイン酸変性ポリプロピレン（東洋化成（株）製Ｈ−１１００Ｐ）：２．５重量％含有］５０重量部と、ポリプロピレン（Ｊ−３０００ＧＶ）：５０重量％と、発泡剤（三協化成（株）製セルマイクＭＢ３７４２）３重量部をドライブレンドしたものを成形原料とした。

（２）成形
成形品の初期肉厚２．５ｍｍとし、発泡倍率を２．０倍又は２．５倍にした他は、実施例１と同様にして成形品を作製し、評価した。

比較例１
タルクを４０重量％含有するポリプロピレン（プライムポリマー製ＥＲ１４０Ｍ）を成形材料とした。また、初期肉厚を３．２ｍｍとし、そのまま可動金型の動作コアを後退させずに発泡なしの成形品を作製した。他の条件は実施例１と同様とした。

比較例２
マイカを４０重量％含有するポリプロピレン（プライムポリマー製ＭＲ４００）を成形材料とした他は、比較例１と同様にして成形品を作製し、評価した。

比較例３
実施例１において、初期肉厚を３．２ｍｍとし、そのまま可動金型の動作コアを後退させずに発泡なしの成形品を得た他は、同様にして成形品を作製し、評価した。

比較例４
実施例７において、初期肉厚を３．２ｍｍとし、そのまま可動金型の動作コアを後退させずに発泡なしの成形品を得た他は、同様にして成形品を作製し、評価した。

上記各例の部材を使用して、断面寸法が１０ｃｍ×１０ｃｍである板状試料の厚さ（ｔ）を変化させることにより、共振周波数［Ｙ］を４００Ｈｚに設定したときの試料の重量を表３に示す。
また、製品重量を同一組成の比較例で除した値を軽量化率とした。即ち、実施例１−６は比較例３の値で、実施例７，８は比較例４の値で除して軽量化率とした。結果を表３に示す。

このように、本発明では同じ組成物で比較した場合、比較例よりも共振周波数を効率よく高めることができ、その結果、同じ共振周波数とするために必要な部材の重量を低減することができる。

本発明の部材は、自動車部材（エアクリーナーケース、ダクト、レゾネーター、エンジンカバー、インシュレーター、フロア部材等）、電動機周辺部品、振動吸収部材等に好適に使用できる。本発明の部材は、従来のように部材にリブ等を形成しなくともよいため、空気の流れを阻害することなく、エンジンルーム内の部品の共振周波数を高周波数側に設定するができる。

Claims

熱可塑性樹脂を２０〜９４．９重量％、強化繊維を５〜６０重量％及び酸変性ポリオレフィンを０．１〜１０重量％、含む組成物の発泡体からなる部材であって、
前記発泡体の発泡倍率が１．２〜３．０倍であり、
下記式（１）で定義されるＱ値が１．５〜３．０である部材。
Ｑ＝［Ｙ］／［Ｘ］・・・（１）
［Ｙ］：中央加振法で測定した共振周波数（Ｈｚ）
［Ｘ］：ｔ×√（Ｅ／ρ）
「ｔは発泡体の厚み（ｍｍ）、Ｅは発泡体の曲げ弾性率（ＭＰａ）、ρは発泡体の密度（ｇ／ｃｍ^３）である。」
前記熱可塑性樹脂がポリオレフィン樹脂であり、
前記強化繊維が、繊維長が２〜５０ｍｍである、ガラス繊維又はカーボン繊維であり、
前記Ｑ値が１．５〜２．２０である、請求項１に記載の部材。
自動車部材である請求項１又は２記載の部材。
熱可塑性樹脂を２０〜９４．９重量％、強化繊維を５〜６０重量％及び酸変性ポリオレフィンを０．１〜１０重量％、含む組成物からなる部材において、
前記組成物を、発泡倍率が１．２〜３．０倍となる範囲で発泡させることにより、前記部材の共振周波数を高周波数側に移行させる方法。