JP6293792B2

JP6293792B2 - 防音材、及び防音材の製造方法

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Publication number: JP6293792B2
Application number: JP2015554463A
Authority: JP
Inventors: 裕司渡邉; 湯本　隆範; 隆範湯本; 亜紗子新岡
Original assignee: Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Current assignee: Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2018-03-14
Anticipated expiration: 2033-12-27
Also published as: US20160329038A1; EP3088581A1; EP3088581B1; WO2015097885A1; EP3088581A4; US10249281B2; CN105849327A; CN105849327B; JPWO2015097885A1

Description

本発明は、フェルト、フェルトを成形してなる防音材、及び防音材の製造方法に関する。

自動車にはエンジンルーム、ダッシュ部、天井、フロアー部、トランクルーム等に各種の防音材を装着することにより騒音の低減が図られている。
たとえば、特許文献１には、熱可塑性樹脂繊維からなるバインダーを添加した嵩高性フェルトにより、成形性及び形状保持性に優れる防音材を製造できることが記載されている。
また、特許文献２には、目付と嵩密度が特定の範囲のポリエステル繊維からなる不織布と特定の通気性を有するポリエステル繊維からなる表皮材とを積層した複合材料により、耐熱性に優れ、自動車のエンジンルームに用いることができる吸音材を製造できることが記載されている。

日本国特開平５−１３２８４１号公報日本国特開２０１２−２４９５５号公報

しかしながら、たとえば、近年、自動車においては、燃費向上のために、エンジンをダウンサイジングし、かつ出力向上のために過給機を付けたものが増えてきているが、過給機を付けることによりエンジンからの放熱量が上昇するため、特にエンジンルームに使用される防音材の耐熱性の向上が求められている。
また、防音材の原料として用いられるポリエステル繊維などの熱可塑性樹脂繊維は製造過程で延伸されることで結晶化されたものであり、高い融点を持つ。そのため、熱可塑性樹脂繊維を防音材として成形する際は、融点以上の温度で成形する必要がある。
融点以下の温度で成形するために、ポリエステル繊維などの熱可塑性樹脂繊維を芯部とし、それよりも低い融点をもつバインダー樹脂繊維を鞘部とした芯鞘構造のコンジュゲート繊維を用いる方法もあるが、この芯鞘構造の繊維を成形して得られるフェルトは低融点のバインダーにより結合されているため、防音材として耐熱性に劣り、高温になるエンジンルームでの使用は難しい。
例えば、１１０℃融点鞘部を持つコンジュゲート繊維から得られたフェルトを防音材として用いる場合、１１０℃以上の温度で成形が可能であるが、１１０℃以上の環境では、バインダー樹脂繊維が軟化し繊維同士の接着性を保持できず、防音材の形状を維持することが困難である。
例えば２００℃以上の高融点のバインダーを用いたとしても高温下で成形可能な設備が必要となり、設備の耐久性やコストの面で難しい。
また熱硬化フェルトから成る防音材も１６０℃以上の温度において長時間暴露すると焦げによる繊維の分解、バインダーとして用いている熱硬化樹脂の脆化による強度低下が生じ、防音材の折れや裂けが発生しやすくなるため、高温になるエンジン近傍部に使用するのは困難である。
したがって、高融点（好ましくは２００℃以上の融点）を有するバインダー樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形することができ、かつ成形後には耐熱性（好ましくは１６０〜２３０℃での耐熱性）に優れる防音材とすることができるフェルトが求められている。

本発明の課題は、高融点（好ましくは２００℃以上の融点）を有するバインダー樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形することができ、かつ成形後には耐熱性（好ましくは１６０〜２３０℃での耐熱性）に優れる防音材とすることができるフェルトを提供することにある。

上記課題は、以下の構成によって解決される。
＜１＞
未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ ^２以上２ｋｇ／ｍ ^２以下であるフェルトを前記フェルトに含有される前記未延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ熱可塑性樹脂からなる延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形してなる防音材。
＜２＞
前記未延伸熱可塑性樹脂繊維が、未延伸ポリエステル繊維である＜１＞に記載の防音材。
＜３＞
前記フェルトが、更に、無機繊維、延伸熱可塑性樹脂繊維、低融点繊維、又は天然繊維をフェルトの全質量に対して９０質量％以下含有する＜１＞又は＜２＞に記載の防音材。
＜４＞
前記フェルトが、前記未延伸熱可塑性樹脂繊維を５０質量％以上８０質量％以下含有し、更に無機繊維を２０％質量以上５０％質量以下含有する＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の防音材。
＜５＞
前記フェルトが、単層のフェルトである＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の防音材。
＜６＞
前記フェルトが、意匠性、その他の機能を付与した不織布を複合することが可能なフェルトである＜１＞〜＜５＞のいずれか１項に記載の防音材。
＜７＞
自動車に用いられる＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の防音材。
＜８＞
未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ ^２以上２ｋｇ／ｍ ^２以下であるフェルトを、
前記フェルトに含有される未延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ熱可塑性樹脂からなる延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形する工程を有する、防音材の製造方法。
本発明は上記＜１＞〜＜８＞に関するものであるが、以下、参考のためその他の事項についても記載した。

（１）
未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下を含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ^２以上２ｋｇ／ｍ^２以下であるフェルト。
（２）
前記未延伸熱可塑性樹脂繊維が、未延伸ポリエステル繊維である（１）に記載のフェルト。
（３）
更に、無機繊維、延伸熱可塑性樹脂繊維、低融点繊維、又は天然繊維をフェルトの全質量に対して９０質量％以下含有する（１）又は（２）に記載のフェルト。
（４）
前記未延伸熱可塑性繊維樹脂を５０質量％以上８０質量％以下含有し、更に無機繊維を２０％質量以上５０％質量以下含有する（１）〜（３）のいずれか１項に記載のフェルト。
（５）
単層のフェルトである（１）〜（４）のいずれか１項に記載のフェルト。
（６）
意匠性、その他の機能を付与した不織布を複合することが可能なフェルトである（１）〜（５）のいずれか１項に記載のフェルト。
（７）
（１）〜（６）のいずれか１項に記載のフェルトを成形してなる防音材。
（８）
自動車に用いられる（７）に記載の防音材。
（９）
（１）〜（６）のいずれか１項に記載のフェルトを、
前記フェルトに含有される未延伸熱可塑性繊維と同じ熱可塑性樹脂からなる延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形する工程を有する、防音材の製造方法。

本発明によれば、高融点（好ましくは２００℃以上の融点）を有するバインダー樹脂の融点未満の温度で成形することができ、かつ成形後には耐熱性（好ましくは１６０〜２３０℃での耐熱性）に優れる防音材を提供することができる。本発明の防音材は、原料であるフェルト中に含まれていた未延伸熱可塑性樹脂が成形過程で結晶化されて延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ融点を示すようになるため耐熱性に優れる。そのため、本発明の防音材は自動車用防音材として好ましく、特にエンジンやエンジン配管近傍部の１６０〜２００℃程度の耐熱要求が高い部位に好ましく用いることができる。

実施例の垂れ下がり試験に使用した防音材を厚み方向から見た平面図である。実施例の垂れ下がり試験時の防音材の設置方法を示した図である。

［フェルト］
本発明のフェルトは、紡糸時の延伸率の低い（以下、「未延伸」と称す）熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ^２以上２ｋｇ／ｍ^２以下である。
本発明のフェルトは、未延伸熱可塑性樹脂繊維を縮絨させたフェルト状の材料である。フェルト状の材料は防音材の成形材料として好ましく用いられる。

（未延伸熱可塑性樹脂繊維）
本発明のフェルトに含有される未延伸熱可塑性樹脂繊維は、熱可塑性樹脂の製造過程において未延伸の熱可塑性樹脂、すなわち非結晶の熱可塑性樹脂からなる繊維である。これに対して、延伸熱可塑性樹脂繊維は、製造過程において熱延伸され、結晶化された熱可塑性樹脂を用いている。
延伸熱可塑性樹脂繊維（延伸された熱可塑性樹脂からなる繊維）が高い融点を持つのに対して、未延伸熱可塑性樹脂繊維は６０〜８０℃にガラス転移点を有するため、８０℃から熱プレスなどで成形することができる。また、未延伸熱可塑性樹脂繊維を成形した後は、熱可塑性樹脂が結晶化され、延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ融点を示すものに変化するため、耐熱性にも優れる。
たとえば、ポリエチレンテレフタレート繊維は、通常、８０〜１００℃で３〜５倍延伸されて結晶化しているため、２５４℃程度の融点を有する。これに対して、未延伸ポリエチレンテレフタレート繊維は１〜１．５倍程度に延伸を抑えているため、熱可塑性樹脂が非結晶状態となっており、約８０℃のガラス転移点を有し、熱に対して不安定な性状を有するが、８０℃以上の温度で成形することでポリエチレンテレフタレートの結晶化が進む。成形後は融点が２５４℃程度の結晶化ポリエチレンテレフタレートの性状を有し、高耐熱性の材料となり、８０℃〜２５４℃の温度で軟化するといった可逆的な反応は生じない。なお、上記のとおり、本発明において「未延伸」とは、延伸処理を全く施されていないもののみならず、結晶化しない程度に延伸されたものも含む。

未延伸熱可塑性樹脂繊維としては、未延伸ポリエステル繊維、未延伸ポリアミド繊維、未延伸アクリル繊維、未延伸ポリオレフィン繊維などが好ましく、耐熱性の観点から未延伸ポリエステル繊維がより好ましい。

未延伸ポリエステル繊維としては、例えば、未延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、未延伸ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、未延伸ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維、未延伸ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）繊維、未延伸ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維、未延伸ポリトリメチレンナフタレート（ＰＴＮ）繊維等が挙げられ、未延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維が特に好ましい。
本発明のフェルトは、未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなるが、未延伸熱可塑性樹脂繊維を２０質量％以上８０質量％以下含有してなることがより好ましい。また、本発明のフェルトは、未延伸熱可塑性樹脂繊維を５０質量％以上８０質量％以下含有してなることが更に好ましい。

本発明のフェルトに含有される未延伸熱可塑性樹脂繊維は、溶融紡糸などの公知の製造方法によって製造したものを用いることができる。

本発明のフェルトは、耐熱性向上、剛性向上、製造コスト低下などを目的として、未延伸熱可塑性樹脂繊維以外の成分を含有してもよい。
本発明のフェルトが含有してもよい未延伸熱可塑性樹脂繊維以外の成分としては、無機繊維、延伸熱可塑性樹脂繊維、低融点繊維、天然繊維などが挙げられる。これらの未延伸熱可塑性樹脂繊維以外の成分は、フェルトの全質量に対して、１０質量％以上９０質量％以下含有されることが好ましい。

無機繊維としては、ガラス繊維、ロックウール、アルミ繊維、炭素繊維、または鉱物繊維（バサルト等）が好ましく、ガラス繊維がより好ましい。
本発明のフェルトが無機繊維を含有する場合、無機繊維の含有量は、フェルトの全質量に対して、１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、高温化の形状保持性を求める場合には２０質量％以上５０質量％以下であることが好ましい。
本発明のフェルトは、未延伸熱可塑性繊維樹脂を５０質量％以上８０質量％以下含有し、更に無機繊維を２０質量％以上５０質量％以下含有することが好ましい。

延伸熱可塑性樹脂繊維としては、延伸された、ポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維、ポリオレフィン繊維などが好ましく、ポリエステル繊維がより好ましい。ポリエステル繊維としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）繊維、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）繊維、ポリシクロヘキシレンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）繊維、ポリトリメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）繊維、ポリトリメチレンナフタレート（ＰＴＮ）繊維等が挙げられ、市場規模が大きく、入手しやすいポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）繊維が特に好ましい。
本発明のフェルトが延伸熱可塑性樹脂繊維を含有する場合、延伸熱可塑性樹脂繊維の含有量は、フェルトの全質量に対して、１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることが更に好ましい。

低融点繊維としては、低融点ポリエステル繊維、コンジュゲート繊維、ポリオレフィン繊維が好ましい。
本発明のフェルトが低融点繊維を含有する場合、低融点繊維の含有量は、フェルトの全質量に対して、１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることが更に好ましい。

天然繊維としては、木綿、麻、ジュート、羊毛、絹が好ましい。
本発明のフェルトが天然繊維を含有する場合、天然繊維の含有量は、フェルトの全質量に対して、１０質量％以上９０質量％以下であることが好ましく、２０質量％以上５０質量％以下であることが更に好ましい。

本発明のフェルトは、単層のフェルトであることが好ましい。
また、本発明のフェルトは、意匠性その他機能を付与した不織布を複合することが可能なフェルトであることが好ましい。
本発明のフェルトは、未延伸熱可塑性樹脂繊維を用いて公知の方法でフェルト化することにより製造することができる。フェルトの製造方法としては、たとえば乾式法又は湿式法にて未延伸熱可塑性樹脂繊維からフリースを作成し、フェルトのハンドリングを向上させるためにニードルパンチ法又は水流絡合法にて繊維間を結合する方法が挙げられる。また、未延伸熱可塑性樹脂繊維以外の成分は未延伸熱可塑性樹脂繊維とともに混合してフェルト化することもできるし、未延伸熱可塑性樹脂繊維をフェルト化した後に添加することもできる。

［防音材］
本発明の防音材は上記フェルトを成形して製造される。
本発明の防音材は、原料であるフェルト中に含まれていた未延伸熱可塑性樹脂が成形過程で結晶化されて延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ融点を示すようになるため、耐熱性（好ましくは１６０℃〜２３０℃での耐熱性）に優れる。そのため、本発明の防音材は、自動車用防音材として好ましく用いられ、特に、エンジンルーム用防音材として好ましく用いられる。例えば未延伸ポリエステル樹脂繊維を含有するフェルトを成形して得られた防音材は、使用環境が１６０℃から２００℃になる用途に有効である。

本発明の防音材を製造するにあたり、フェルトを成形する際の温度は、フェルトに含有される未延伸熱可塑性樹脂繊維のガラス転移点以上とすることができ、同じ熱可塑性樹脂の延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形できる。したがって、本発明の防音材は、製造のための設備や製造コストの観点でも優れている。
成形温度は、例えば未延伸ポリエステル樹脂繊維を含有するフェルトを用いた場合には８０℃以上２００℃以下が好ましい。
本発明のフェルトの成形方法としては、熱プレス成形での成形方法を適用することができる。
本発明の防音材の厚さは０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましく、面重量が５０ｇ／ｍ^２以上２ｋｇ／ｍ^２以下であることが好ましい。特に、厚さが１ｍｍ以上１０ｍｍ未満、面重量が５００ｇ／ｍ^２以上１６００ｇ／ｍ^２未満であることが好ましい。
また、本発明の防音材は、上記フェルトに意匠性その他機能を付与した不織布を複合した積層体を成形して製造されたものであってもよい。

以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。いうまでもなく、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

［フェルトの作製］
下記表１に示す材料を下記表１に示す配合比率で混ぜ、フリースラインでのエアレイ、ニードリングによってフェルトを作製した。
フェルトの厚さは、いずれも１０ｍｍとなるように調整した。
各フェルトの面重量は以下のとおりであった。
フェルト１の面重量：１０００ｇ／ｍ^２
フェルト２の面重量：１０００ｇ／ｍ^２
フェルト３の面重量：１０００ｇ／ｍ^２
フェルト４の面重量：１０００ｇ／ｍ^２
フェルト５の面重量：１０００ｇ／ｍ^２
フェルト６の面重量：１０００ｇ／ｍ^２

使用した材料について以下に示す。
・未延伸ＰＥＴ繊維（繊維径３．３ｄＴｅｘ〜５．３ｄＴｅｘ、長さ３８〜４４ｍｍ）
・ガラス繊維（繊維径９μｍ、長さ５０〜７５ｍｍ）
・延伸ＰＥＴ繊維（繊維径７．８ｄＴｅｘ、長さ３８ｍｍ）
・低融点ＰＥＴ繊維（延伸ＰＥＴ繊維を芯部、１１０℃融点ＰＥＴを鞘部とする芯鞘構造の繊維。繊維径４．４ｄＴｅｘ、長さ５５ｍｍ）

［防音材の作製］
長さ３００ｍｍ、幅３００ｍｍのフェルト１〜６を、それぞれ熱プレス機で厚さ３ｍｍの防音材として成形を試みた。
成形条件は以下のとおりである。
上下金型温度：２００℃
成形時間：９０秒

[成形確認]
フェルト１〜６を用いた成形品について、目的とする形状に成形できているかノギスを用いて厚さ方向、長さ方向、幅方向の距離を確認した。
フェルト１〜４に関しては、目的とする厚さ通りの防音材として成形可能であった。
フェルト５に関しては、成形時に収縮が発生し、長さ２４０ｍｍ、幅２４０ｍｍとなり、目的とする防音材の形状に成形できなかった。すなわち、フェルト５は防音材の原料として不適であった。
フェルト６に関しては、成形品の厚さが８ｍｍとなり、目的とする厚さまで圧縮することができず、防音材としての強度が保持できないため、防音材の原料として不適であった。

[外観変色度合い]
作成した防音材１〜４を１７０℃環境下に５００時間放置後、及び、２００℃環境下に５００時放置後の外観変色性を確認した。
外観変色性は初期からの色の変化度合いを目視にて確認を行った。
外観変色度合いは表２に示した。

［垂れ下がり試験］
作成した防音材１〜４を用いて下記方法にて垂れ下がり試験を行った。
図１に示した、厚さ３ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片１を、図２のように支持具２を用いて一端からの距離が１００ｍｍとなるように防音材１を固定した。試験片の初期の最低高さ（Ｌ_１）、１７０℃環境下に５００時間放置後、及び、２００℃環境下に５００時間放置後の最低高さ（Ｌ_２）を測定し、垂れ下がり量（Δｔ）を確認した。
垂れ下がり量（Δｔ）の測定は式１を用いて行った。
垂れ下がり量（Δｔ）＝Ｌ_１−Ｌ_２… 式１
垂れ下がり量を表２に示した。

［強度保持率］
作成した防音材１〜４を用いて耐熱後の剛性保持をしているか強度保持率の測定を実施した。強度保持率の測定は下記条件にて算出した。
図１に示した、厚さ３ｍｍ、長さ１５０ｍｍ、幅２５ｍｍの試験片１を用いて、試験片の初期の引張強度（Ｆ_０）、１７０℃環境下５００時間放置後の試験片の引張強度（Ｆ_１）をＪＩＳ−Ｌ−３２０４７．４の方法を用いて確認した。
強度保持率（％）の算出を式２を用いて行った。強度保持率を表２に示した。

［防音性］
作成した防音材１〜４について、初期、１７０℃環境下に５００時間放置後、及び、２００℃環境下に５００時放置後のＪＩＳ−Ａ −１４０５−２による音響管による吸音率の測定を実施した。
垂直入射吸音率の結果（１ｋＨｚ、２ｋＨｚ、４ｋＨｚ）を表３に示す。

１防音材
２支持具

本発明によれば、高融点（好ましくは２００℃以上の融点）を有するバインダー樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形することができ、かつ成形後には耐熱性（好ましくは１６０〜２３０℃での耐熱性）に優れる防音材、及び該防音材の原料となるフェルトを提供することができる。本発明の防音材は、原料であるフェルト中に含まれていた未延伸熱可塑性樹脂が成形過程で結晶化されて延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ融点を示すようになるため耐熱性に優れる。そのため、本発明の防音材は自動車用防音材として好ましく、特にエンジンやエンジン配管近傍部の１６０〜２００℃程度の耐熱要求が高い部位に好ましく用いることができる。

本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

Claims

未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ^２以上２ｋｇ／ｍ^２以下であるフェルトを前記フェルトに含有される前記未延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ熱可塑性樹脂からなる延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形してなる防音材。
前記未延伸熱可塑性樹脂繊維が、未延伸ポリエステル繊維である請求項１に記載の防音材。
前記フェルトが、更に、無機繊維、延伸熱可塑性樹脂繊維、低融点繊維、又は天然繊維をフェルトの全質量に対して９０質量％以下含有する請求項１又は２に記載の防音材。
前記フェルトが、前記未延伸熱可塑性樹脂繊維を５０質量％以上８０質量％以下含有し、更に無機繊維を２０％質量以上５０％質量以下含有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の防音材。
前記フェルトが、単層のフェルトである請求項１〜４のいずれか１項に記載の防音材。
前記フェルトが、意匠性、その他の機能を付与した不織布を複合することが可能なフェルトである請求項１〜５のいずれか１項に記載の防音材。
自動車に用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載の防音材。
未延伸熱可塑性樹脂繊維を１０質量％以上９０質量％以下含有してなり、厚さが０．０５ｍｍ以上１００ｍｍ以下であり、面重量が５０ｇ／ｍ ^２以上２ｋｇ／ｍ ^２以下であるフェルトを、
前記フェルトに含有される未延伸熱可塑性樹脂繊維と同じ熱可塑性樹脂からなる延伸熱可塑性樹脂繊維の融点よりも低い温度で成形する工程を有する、防音材の製造方法。