JP5541742B2 - 熱硬化防音塗料組成物 - Google Patents
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Description
図4は現在のタイヤノイズの発生を示す図で、タイヤと路面との接触によって直接発生するものばかりでなく、ホイルハウスに反射して外部に出るものがある。一方、ホイルハウス側からすれば、タイヤノイズのみではなく、エンジンノイズ及び排気ノイズの一部を反射し、車外騒音の発生源となっている。
そこで、特許文献2では、自動車の走行時にタイヤが跳ね上げた小石、土砂等の衝突音及び水溜まり走行時の泥水等の飛散、衝突によるスプラッシュノイズ等を緩和することができ、十分な剛性を有するため前輪側のフェンダーに取付けたときでも風圧に耐え、かつ、付着した水が凍って着氷したときでも氷が剥離し易いフェンダーライナを提供している。
また、特許文献2は、自動車の走行時にタイヤが跳ね上げた小石、土砂等の衝突音、及び水溜まり走行時の泥水等の飛散、衝突によるスプラッシュノイズなどを緩和することができ、風圧に耐えるフェンダーライナを提供しているが、ホイルハウス内での吸音を不織布材で対応するものであるから、このフェンダーライナは車内へのチッピングノイズ、ロードノイズの低減が主な目的であり、車外騒音に対する効果は期待できない。
そして、特許文献3は、複数の開口部を持つ板状体と、その板状体上に配置される薄膜からなる複合膜吸音材と、その複合膜吸音材に配置される多孔質吸音材とを有する吸音構造体とし、前記薄膜は厚みが2〜50μmであり、弾性率が1×106〜5×109Paとしたものであるから、実施する場合には、板状体面に形成する薄膜、当該薄膜に形成する複合膜吸音材の接合が必要となり、それらを張り合わせる多層構造の接着工程が必要となり、生産性が良くなかった。
更に、特許文献4は、アンダーフロアへの小石等が衝突する際に発生する衝撃音の緩和(チッピングノイズ低減)は可能になるが、防音アンダーコート用アクリルゾルの表面に吸音性能がないので車外騒音の低減効果は期待できない。
但し、このフェンダーライナは車内へのチッピングノイズ、ロードノイズ低減が主な目的であるため、車外騒音への効果が不足している。また、車外騒音対策は人の耳に敏感な800〜3000Hzという中音域の吸音性能が必要である。
ここで、表層の微細孔と連通し、前記微細孔を有する前記表層より深い内部に多孔質層が位置し、その容積が前記表層の微細孔の容積よりも大きな容積を有する多孔質層の音響空孔とは、ランダムな形状及びサイズを有し、前記表層の微細孔が形成する容積と多孔質層の音響空孔の容積との個々の比較において、個々の音響空孔の容積が大であることを特定するものである。なお、多孔質層の音響空孔の容積も、一定ではなくランダムな形状及びサイズとして複数種類有している。
そして、前記表層の微細孔と、前記表層よりも内部に位置した前記表面の微細孔より大きなランダムな音響空孔は、熱硬化性樹脂の発泡体で形成することができる。
更に、液状未架橋ゴムは、熱硬化防音塗料組成物を構成している。この液状未架橋ゴムは、塗布の際には液状であるから粘性が低く、その塗布を容易にしている。また、架橋によってゴム弾性を発現し表面の孔を内部の孔より小さく制御することができる。
ここで、発泡ガスを効率よく内包するためには、分子量1000〜30000Mwが好ましく、10000〜20000Mwがより好ましい。分子量が1000Mwを下回ると、硬化時にガスを閉じ込めることができず、また、30000Mwを上回ると吸音効果の高い構造体が得られない。したがって、分子量1000〜30000Mwが特定され、生産性及び品質管理からすれば、10000〜20000Mwがより好ましい。
ここで、発泡剤にOBSHを使用するとOBSHの分解によって発生する硫黄Sが液状未架橋ゴムの架橋剤の役割を果たし、硫黄等の加硫剤不要或いは減量することが可能となる。
したがって、被塗物に塗布し加熱すると、熱硬化防音塗料組成物に含まれた発泡剤が発泡することで、表面に微細孔を有する表層と、前記表層よりも深い内部に位置し、前記微細孔の容積よりも大きな容積を有する多孔質層の音響空孔とを具備し、前記音響空孔の一部が前記微細孔に連通し、前記表層の微細孔及び前記音響空孔によって防音機能を持った発泡構造体を形成することができる。
ここで、液状未架橋ゴムは、塗布の際、未架橋の液状であるから粘性が低く塗布を容易にし、発泡とともに進行する架橋によってゴム弾性が次第に発現することで表面の微細孔を内部の音響空孔より小さく制御することができる。
したがって、熱硬化防音塗料組成物は、振動を抑え防振材、防音材、防塵材、断熱材、緩衝材等の各種の産業製品の充填材として使用でき、振動を吸収し、周囲に対する騒音源となり難くする防音機能を持った発泡構造体を形成できる。したがって、防音を必要とする部材、部位等の被塗物に塗布することで形成でき、事前の成形が不要となる。
なお、本発明の「防音」の概念中には「吸音」、「遮音」も含まれる。
ここで、前記液状未架橋ゴムは、発泡構造体を構成するときの補助剤となり、表層の微細孔形成を容易にすることができる。ここで液状未架橋ゴムの添加量が対ウレタン重量比で1%未満ではゴム弾性の効果が少なく、また、20%を越えるとゴム弾性の効果が大きく影響して十分な防音特性を持った発泡構造体の形成が困難となる。また、液状未架橋ゴムを添加することで無添加に比べて発泡倍率を2倍以上に効率を上げることができ、発泡ウレタンと組み合わせた場合の表面空孔の面積比率、大きさをその添加量で制御することができる。即ち、吸音率、吸水率、吸音周波数帯特性を制御できる。
なお、本実施の形態において、同一の記号及び同一の符号は、同一または相当する部分及び機能を意味するものであるから、ここでは重複する説明を省略する。
まず、図1を用いて本発明の熱硬化防音塗料組成物によって形成した発泡構造体1について模式図を使って説明する。
図1(a)において、多孔質層10は、複数のランダムな形状及び容積を有する音響空孔14を有している。ここでは説明上、音響空孔14を円柱状の大孔11、中孔12、小孔13として説明する。
音響空孔14がある多孔質層10の外側には多孔質層10に接して表層20が存在し、表層20には、その表面20Aに微細孔21が形成される。この微細孔21は円形に限定にされるのではないが、説明の容易さから円形としている。この微細孔21の径は、複数でランダムな容積を有する音響空孔14の径よりも小さい。即ち、ランダムな微細孔21の算術平均した平均径は、ランダムな音響空孔14の算術平均した平均径よりも小さいことを意味する。
振動によって発生した音(騒音)が空気を伝って発泡構造体1に伝播すると、音の一部は図1(b)に示す微細孔21の空気を振動させる。このとき微細孔21及び連通路22の径が音響空孔14の径より小さく、更に、微細孔21及び連通路22の容積が音響空孔14の容積より小さくなっている。つまり、音響空孔14内への通気は、音響空孔14に比べ通気しづらい(流れ抵抗値が高い)微細孔21及び連通路22を通過することになる。この通気しづらい微細孔21に音が伝播すると、微細孔21及び連通路22の空間と音響空孔14内の空間との相互作用によって共鳴が起こり、これによって伝播した音のうち、共鳴が起こった特定の周波数が減衰し吸音、遮音され、防音機能が発現する。このような共鳴を起こすものをヘルムホルツ共鳴体と呼び、図1(b)に示したような構造体がこれに該当する。
更に、発泡構造体1に伝播した残りの音は、図1(c)に示したように、音響空孔14に接した表層20を共振させる。この共振によっても伝播した音の特定の周波数は減衰し吸音、遮音される。図1(c)に示したような構造も防音機能を有するが上述したヘルムホルツ共鳴によるものとは異なり周波数領域が異なるため幅広い防音が可能となる。
このとき、図1(c)のときに説明したように微細孔21等の空間による共鳴による吸音と、表層20の共鳴による吸音の音を吸収する周波数が異なり、また、多孔質層10で吸音される周波数も異なる。したがって、騒音中に含まれる音の周波数のうち幅広い範囲の周波数を吸収し、効率の良い吸音特性、つまり防音特性が得られる。
次に、本発明の実施の形態における発泡構造体1を形成する熱硬化防音塗料組成物について説明する。
表面20Aに微細孔を有する表層20と、表層20の微細孔21に連通し、表層20よりも深い内部に形成され、微細孔21よりも大きな容積を有する多孔質層10の音響空孔14によって吸音性能を持たせた発泡構造体1を形成する熱硬化防音塗料組成物は、次の組成を有している。
ここで、ウレタン樹脂の分子量は、発泡ガスを効率よく内包するためには1000〜30000Mwが好ましく、10000〜20000Mwがより好ましい。即ち、分子量が1000Mwを下回ると、硬化時にガスを閉じ込めることが困難となる。逆に、分子量が30000Mwを上回ると吸音効果の高い構造体が得られなくなる。発明者等の実験によれば、添加量は5%〜90%重量部、好ましくは、発泡状態から生産性及び品質管理を評価すると、10%〜50%重量部が好ましいことが判明した。
本実施の形態の熱硬化防音塗料組成物としては、分子量1000〜30000Mwの5%〜90%重量部のブロックウレタン樹脂を使用している。
なお、一般に、例えば、2液ウレタン樹脂では水を発泡剤として使用する場合があるが、自動車塗装工場等の乾燥ラインに使用するとウレタン樹脂を硬化する前に水が揮発してしまうという問題点があった。しかし、本発明においては、発泡剤を添加して発泡構造を得ているためこのような問題は起こらない。
さらに、ウレタン樹脂に対するウレタン重量比1%〜20%とした液状未架橋ゴムは、無添加に比べて発泡倍率を大きくする効果があり、かつ、発泡ウレタンと組み合わせた場合、表面20Aの微細孔21の空孔率、音響空孔14の大きさを制御し、吸音率、吸水率、吸音周波数帯域を任意に設定できる。本実施の形態のポリブタジエンでは無添加に比べて発泡倍率は2倍以上大きくすることができる。
本実施の形態の熱硬化防音塗料組成物に用いられる発泡剤は、ウレタン樹脂に対する含有量をウレタン樹脂に対する重量比3%〜30%としたものである。3%未満では十分な発泡ができず、30%を超えると十分な防音特性が得難くなる。
加えて、安定剤、吸水剤、難燃剤、防錆剤、可塑剤、添加剤を加えることができる。
よって、熱硬化防音塗料組成物は、振動を抑え防振材、防音材、防塵材、断熱材、緩衝材等の各種の産業製品の充填材として使用でき、振動を吸収し、周囲に対する騒音源となり難くする防音機能を持った発泡構造体1を形成する。ここで熱硬化性樹脂としてブロックウレタン樹脂を使用すると、熱硬化防音塗料組成物を1液で塗布可能となる。
この吸音率とは、音波は物に当たると反射または吸収される。この音波の吸収のことを吸音という。この吸音の大きさを数値表現したのが吸音率である。吸音とは、材料内部で空気が振動する音エネルギが、熱エネルギに変換されて消滅することを意味する。即ち、特定の材料に音が入射すると、その一部は反射され、一部は透過し、一部は吸音される。材料の吸音性能をあらわす吸音率は、入射した音エネルギに対する反射されてこない音のエネルギの比率のことで、この吸音率は一般に0≦吸音率≦1までの値をとる。ここで、吸音率の評価は、JIS1405−2に準じて測定を行った。
また、図中の微細孔の空孔率小・中は本発明の実施の形態であり、微細孔無しは本発明の実施の形態から発泡剤の添加量を変えることによって作製し、微細孔の空孔率大は未架橋液状ゴムとしてのポリブタジエンの添加を無くすことで作製した。
電子顕微鏡(SEM)で観察される表面は、発泡構造体1の表面の一部であり、これを電子顕微鏡にて測定することになるため、観察される部分によって微細孔21の出現の仕方は変化する。このため、発泡構造体1の表面20Aの測定部位をいくつか変えて測定を行っている。これは前述した音響空孔14の径の測定でも同様である。ここで、空孔率は、電子顕微鏡で観察できる表面中(観察面の全面積)に含まれる全ての微細孔21の孔の総面積の割合である。この空孔率から発泡構造体1の内部に形成された音響空孔14は、すべて表面の微細孔21に連通せず、部分的には微細孔21がない表層20に覆われていることが分かる。したがって、前述の模式図で説明したように、大きさの異なる空間による吸音(遮音共鳴)と表層20による表層膜の振動による吸音(膜共鳴)が本実施の形態によって行うことができる。
また、微細孔21の空孔率を大きくした場合には、多孔質層10に形成された音響空孔14が大きいとき吸音率(AVE)が低く、多孔質層10に形成された音響空孔14が小さいと吸音率(AVE)が良くなる傾向にある。しかし、吸音率(AVE)のピーク周波数は、5000Hz、6000Hzと高いところにある。なお、吸音率(AVE)のピーク周波数は、5000Hz、6000Hzと高いところにあるが、通常、この周波数は人の耳には聞こえ難くなっているので、微細孔21の空孔率(AVE)を大きくすることが得策ではない。
なお、発明者等は、発泡構造体1の表面の流れ抵抗をJIS1405−2に準じて測定した。流れ抵抗値は特性インピーダンスによる値であり、試料の厚みは10mmとし、リオン音響菅(アコースティックダクト 垂直入射音響計測システム)の9302型計測システムにより測定を行った測定値である。その結果、微細孔21の空孔率が大(略100%)のとき、多孔質層10の音響空孔14を変化させると、流れ抵抗値が42000〜450000Pa・s/m3までの変化に対して、空孔率を小・中(1.0〜6.0%)とした場合には、多孔質層10の音響空孔14を変化させると、流れ抵抗値が140000〜540000Pa・s/m3と変化し空孔率が大(略100%)に比べて流れ抵抗値つまり流れ抵抗が大きい。このことから、前述した吸音特性について説明したように微細孔21の空孔率を小さくすると良好な吸音特性を有するヘルムホルツ共鳴体構造の形成が成されることが分かる。
殊に、分子量1000〜30000Mwのウレタン樹脂を5%〜90%重量部とすると、吸音効果の高い微細孔21と音響空孔14を効率よく形成することができる。分子量が1000Mwを下回ると、硬化時にガスを閉じ込めることができず、また、分子量が30000Mwを上回ると吸音効果の高い構造体が得難くなる。このため、発泡ガスを効率よく内包するように発泡させるには、分子量10000〜20000Mwのものを10%〜50%重量使用するのが好ましい。
さらに、熱硬化性樹脂としてブロックウレタン樹脂を使用すると1液として塗布が可能となり作業性が大幅に改良できる。
そして、発泡剤として有機発泡剤のOBSHを使用する場合には、硫黄等の加硫剤不要或いは減量することが可能となる。
このように、熱硬化防音塗料組成物は、振動によって発生する音(騒音)を吸収または干渉(共鳴)して、周囲に対する騒音の拡散を抑制することができるため、振動を抑える防振材、防音材、防塵材、断熱材、緩衝材等の各種産業製品に使用できる。
また、液状未架橋ゴムは、塗布の際、未架橋の液状であるから粘性が低く塗布を容易にする。そして、架橋によって表面の微細孔21を内部の孔より小さく制御することができる。しかも、発泡剤にOBSHを使用するとOBSHの分解によって発生する硫黄Sが液状未架橋ゴムの架橋剤の役割を果たし、硫黄等の加硫剤不要或いは減量することが可能となる。
14 音響空孔
16 連結孔
20 表層
20A 表面
21 微細孔
22 連通路
30 ベース
Claims (6)
- 被塗物に塗布し加熱することで、表面に微細孔を形成した表層と、前記表層の前記微細孔に連通し、前記表層よりも深い内部に位置し、前記微細孔よりも大きな容積を有する多孔質層の音響空孔によって吸音性能を持たせた発泡構造体を形成する熱硬化防音塗料組成物は、熱硬化性樹脂と発泡剤と液状未架橋ゴムを含有し、加熱による前記発泡剤の発泡とともに前記液状未架橋ゴムの架橋が進行することで、前記表層の前記微細孔の制御を行うことを特徴とする熱硬化防音塗料組成物。
- 前記熱硬化防音塗料組成物は、ウレタン樹脂を主成分としたことを特徴とする請求項1に記載の熱硬化防音塗料組成物。
- 前記ウレタン樹脂の分子量は、10000〜30000Mwとしたことを特徴とする請求項2記載の熱硬化防音塗料組成物。
- 前記ウレタン樹脂は、ブロックウレタン樹脂としたことを特徴とする請求項2または請求項3に記載の熱硬化防音塗料組成物。
- 前記液状未架橋ゴムは、対ウレタン重量比を1%〜20%としたことを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれか1つに記載の熱硬化防音塗料組成物。
- 前記発泡剤は、OBSH(P,P'−オキシビスベンゼンスルホニルヒドラジド)を使用したことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1つに記載の熱硬化防音塗料組成物。
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