JP6655376B2 - 成形性及び吸音性能に優れた多層構造のダッシュアイソレーションパッド - Google Patents
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Description
本発明は成形性及び吸音性能に優れた多層構造のダッシュアイソレーションパッドに係り、具体的に円形糸に比べて表面積が増加した異形度２．０〜２．７の８葉形（ｏｃｔａ−ｌｏｂａｒ）断面繊維から製造された高剛性フェルト（ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ ｆｅｌｔ）を含むことにより、デカップラー及び吸遮音層の重量及び厚さの増加なしにＮ．Ｖ．Ｈ（Ｎｏｉｓｅ，Ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｈａｒｓｈｎｅｓｓ）遮断性及び成形性が向上した多層構造のダッシュアイソレーションパッドに関する。
自動車のダッシュアイソレーションパッドは、透過損失を極大化させる構造であるスプリングマス（ｓｐｒｉｎｇ−ｍａｓｓ）構造を基にして図１のように基本的にスプリングの役目をするデカップラー及びマス（ｍａｓｓ）の役目をする吸遮音層からなる。
通常デカップラーはウレタンフォーム又は繭綿フェルトから製造され、吸遮音層はＴＰＥ、ＥＶＡなどの熱可塑性樹脂から製造されるヘビーレイヤー単独又は高剛性フェルト単独から構成されるとか、あるいはヘビーレイヤーと高剛性フェルト（当業界では‘ニードルパンチング不織布’という）を複合的に積層してなる。一部の小型車は、部品軽量化のために、ウレタンフォームの代わりに繭綿フェルトを使う。
従来には、ダッシュアイソレーションパッドの透過損失性能を向上させるため、デカップラー及び吸遮音層の密度及び厚さを増加させた。しかし、一定の体積で密度を持続的に増加させれば、セル及び空隙構造が不安定になって吸音性及びダンピング性能が低下する。また、他の部品との干渉の関係で、部品の厚さを増加させるのには限界があり、多層構造素材の密度及び厚さの増加は部品重量の増加による車両燃費の悪化をもたらす。したがって、パッドの多層構造をなす素材を最適化して透過損失性能を向上させることが重要である。
大韓民国公開特許第２０１１−３４５２２号は異形断面繊維を用いた吸音材及びその製造方法に関するもので、円形断面繊維に比べて音波が消失できる表面積を増加させて吸音性能を向上させる、図２に示した異形断面繊維を活用している。しかし、前記技術は繊維の断面形状及び平板状のフェルトに対する技術に限定して記述しており、平板状のフェルトは形状が単純なので、別の成形工程なしに指定の大きさに裁断して建築資材用に使うことがより好適である。
しかし、自動車部品の吸音材として使われるためには、フェルトを１８０〜２００℃に加熱した後、冷却プレスで複雑な３次元形状に成形しなければならないため、前記フェルトを用いる場合、フェルトの過度な熱収縮、フェルトの表面窪みなどのように部品成形性に問題が発生し、このような収縮現象によって透過損失性能の効率が低下する限界が依然としてある。
ダッシュアイソレーションパッドは、フェルト単独で使わないで、デカップラーとヘビーレイヤーなどと積層して複合的に使うため、異種素材間の熱収縮率差によるフェルトの厚さ減少、フェルトの表面不均一、圧縮弾性率の低下などの成形性不良問題が発生した。
したがって、異種素材間の熱収縮率差によるフェルト厚さの変化、フェルト表面の不均一、圧縮弾性率の低下などの成形性を改善するとともに吸音性能に優れたダッシュアイソレーションパッドの必要性が提起されている。
したがって、本発明者は成形性が改善されるとともに吸音性能に優れた多層構造のダッシュアイソレーションパッドを研究したところ、異形度２．０〜２．７の８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含む場合、吸遮音効率が向上するとともに、異種素材によって発生することができる成形性問題を改善することができることが分かって本発明を完成した。
したがって、本発明の目的は、異種素材間の熱収縮率差によるフェルト厚さの変化、フェルト表面の不均一、圧縮弾性率の低下などの成形性を改善するとともに吸音性能に優れた多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供することにある。
したがって、本発明の目的は、デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトを含み、吸遮音層は８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含み、前記８葉形断面繊維は異形度（α）が２．０〜２．７である多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供することにある。
したがって、本発明の目的は、デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトを含み、吸遮音層は８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含み、前記８葉形断面繊維は異形度（α）が２．０〜２．７である多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供することにある。
前記のような課題を解決するために、本発明は、デカップラーと吸遮音層を含むダッシュアイソレーションパッドであって、前記デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトを含み、前記吸遮音層は８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含み、前記８葉形断面繊維は異形度（α）が２．０〜２．７であることを特徴とする多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供する。
本発明による多層構造のダッシュアイソレーションパッドは、異種素材間の熱収縮率差によるフェルト厚さの変化、フェルト表面の不均一、押出し弾性率低下などの成形性問題を克服することにより、適用しようとする部品の形態によって多様に製造可能である。
また、本発明によるダッシュアイソレーションパッドは、異形度２．０〜２．７の８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含むことにより、既存の異形断面繊維に比べて異形度を向上させ、フェルトの使用量を減少させ、ひいてはコストを節減してパッドの吸音率を２８％以上向上させる。
以下、本発明を一具現例に基づいて詳細に説明する。
本発明はデカップラーと吸遮音層を含むダッシュアイソレーションパッドであって、前記デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトを含み、前記吸遮音層は８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含み、前記８葉形断面繊維は異形度が２．０〜２．７であることを特徴とする多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供する。
図１に示したように、ダッシュアイソレーションパッドは、透過損失を極大化するために、一般的にウレタンフォーム又は繭綿フェルトから製造されたデカップラーと、ヘビーレイヤー単独又は高剛性フェルト単独で構成するとか、あるいはヘビーレイヤーと高剛性フェルトが複合的に積層された吸遮音層とからなる二重又は三重の多層構造に製造される。
これは、図３に示した透過損失グラフに示したように、断層構造の場合は、透過損失がオクターブ（ｏｃｔａｖｅ）当たり６ｄＢ増加することに比べ、多層構造になっている場合は、オクターブ（ｏｃｔａｖｅ）当たり１２ｄＢに向上するからである。
透過損失は下記の関係式１のように表現される。これは、デカップラー又は吸遮音層の重量増加に比例して透過損失が増加することを意味する。
しかし、これは部品重量増加による車両燃費の悪化をもたらし、デカップラー又は高剛性フェルトの過度な重量増加は内部の空隙構造を不安定化させて中低周波帯域の吸遮音性能を低下させる。
また、透過損失は騷音源と受音源の面で下記の関係式２のように表現できる。一定の騒音源音圧（Ｌ１）、受音源音圧（Ｌ２）、吸音材の表面積（Ｓ）において、透過損失を向上させるためには吸音材の等価吸音面積（Ａ）を増加させる。
したがって、本発明では、フェルトの等価吸音面積を増加させるために、図４に示した８葉形断面繊維からフェルトを製造し、これを図５に示した多層構造に積層させることで、結果的に透過損失を向上させてエンジン透過騷音を効率よく低減させることができる。
本発明の８葉形断面繊維は、一般的に使用する円形断面又は中空断面の繊維に比べ、単位重量当たり比表面積が約２．４倍増加した異形断面繊維であり、音波が繊維表面との摩擦によって消滅される効率が向上する。
しかし、自動車ダッシュアイソレーションパッドの場合、異種素材間の多層構造から３次元形状の自動車部品に成形するときは、熱収縮による厚さ減少、屈曲部の圧搾による性能効率低減の現象が発生するため、繊維断面形状とともに部品の物性を考慮して繊維の条件を設計しなければならない。
それで、本発明の前記８葉形断面繊維は、断面の周長（Ｐ）２００〜２５０μｍ、断面面積（Ａ）７００〜８００μｍ２の範囲内で異形度（α）の値が２．０〜２．７範囲であるものを使うことが好ましい。異形度（α）は下記の数学式３のように示す。この際、Ｐは繊維断面の周長（μｍ）を、Ａは繊維断面の面積（μｍ２）を意味する。
繊維断面の周長（Ｐ）が２００μｍ未満の場合、繊維の比表面積が減少して、吸音及び遮音性能改善効果が十分ではなくて、繊維厚さの減少によって熱成形時に収縮が過度な問題があり、２５０μｍを超える場合、繊維のデニール（ｄｅｎｉｅｒ）、つまり線密度が増加することになる。これは特定の線密度の不織布内に繊維個体数が減少することを意味し、これは吸音性及び遮音性能の改善効果を減少させ、繊維間空隙が過多になって熱成形後に剛性が低下する問題があるため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
また、繊維断面の面積（Ａ）は、７００μｍ２未満の場合、８葉形断面形状の紡糸口金を製造することが現在の技術力によっては困難があり、紡糸後に実際繊維の８葉形断面の構造がなかなか具現できない問題があり、８００μｍ２を超える場合、繊維デニールの増加及び紡糸速度の低下によって経済的でなく、前述したようにフェルト内の繊維間空隙が過多であるため、熱成形時に過度な収縮及び剛性低下の問題があるため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
また、前記異形度（α）の値が２．０未満の場合、繊維の比表面積が減少し、吸遮音性能効率が減少して、既存の繊維との性能差が僅かであり、２．７を超える場合、紡糸口金の製造技術及び紡糸後の繊維の８葉形構造の具現に限界があるため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
また、８葉形断面繊維の骨格構造は図４に示すようであり、紡糸ノズルの設計容易性及び繊維物性の安全性のために、横長が３０〜５０μｍ、縦長が２０〜３０μｍのものを使うことが好ましいが、横長及び縦長は異形度の調整のために調整することができる。
ただ、縦長に対する横長の比（横長／縦長）は１．０〜２．５範囲が好ましい。この比が１．０未満であれば、繊維紡糸の際、縦方向に突出した枝間の接着現象が発生して断面形状が不均一になる。また、この比が２．５を超えれば、縦方向に突出した枝が、溶融紡糸の特性上、紡糸時に正常の形状及び長さを持つことができなくて、弓張月状にラウンディング（ｒｏｕｎｄｉｎｇ）されるため、所望の異形度を達成することができない。
また、８葉形断面繊維は、厚さが６〜７デニールのものを使うことが好ましい。厚さが６デニール未満の場合、異形度２．０以上の異形断面構造を形成しにくく、７デニールを超える場合、単位体積当たり繊維の個体数が減少して吸遮音性能が減少するため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
また、８葉形断面繊維は、巻縮数（ｎｕｍｂｅｒ ｏｆ ｃｒｉｍｐ）、つまり単位長さ当たりクリンプ（ｃｒｉｍｐ）数が９〜１５のものを使うことが好ましい。巻縮数が９未満の場合、フェルトの圧縮復元性が低下して、フェルト予熱後のプレス成形の際、設計厚さより減少して吸遮音性能が低下し、１５を超える場合、フェルトのバルキー性が過度になって不織布の製造及びプレス成形工程時に作業性が低下するため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
この際、８葉形断面繊維の素材はポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、アクリル、ビスコースレーヨン（ｖｉｓｃｏｓｅ ｒａｙｏｎ）及びアラミド繊維（ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ）からなる群から選択される１種以上の溶融紡糸可能な素材を使う。
特に、自動車ダッシュアイソレーションパッドの場合、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）がより好ましく、これは他の異種素材と複合して使用するとき、予熱後のプレス成形に好適であるからである。
このように、前記条件の８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトは、空気透過度が２０〜３５ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）のものを使うことが好ましい。空気透過度が２０ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）未満の場合、空気の流れ、つまり音波のフェルト内への侵透性が低下して吸音率が低下し、３５ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）を超える場合、音波の透過性があまり高くて透過損失が低下するため、前記範囲内のものを使うことが好ましい。
また、前記高剛性フェルトは、８葉形断面繊維５０〜７０重量％及び低融点ＰＥＴ３０〜５０重量％からなる。８葉形断面繊維が５０重量％未満の場合、単位体積当たり８葉形断面繊維の個体数が減少して吸遮音効率が減少し、７０重量％を超える場合、低融点ＰＥＴ繊維の含量が減少して、プレス成形後の部品形状が良くないため、前記範囲内で含むことが好ましい。ただ、これは適用部品、異種素材の種類によって調整可能である。
また、図６は本発明による８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトのＳＥＭ写真で、８葉形断面繊維がフェルト内に均一に分布されていることを確認することができる。参考のために、本発明の高剛性フェルトは当業界では‘ニードルパンチング不織布’という。
一方、図５は本発明による多層構造のダッシュアイソレーションパッドの断面図で、デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトであることができ、吸遮音層は前述した８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルト単独又は熱可塑性弾性体（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）又はエチレンビニルアセテート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ）からなる群から選択された１種以上の熱可塑性樹脂から製造されたヘビーレイヤー（ｈｅａｖｙ ｌａｙｅｒ）単独又はこれらを複合的に積層して構成することができる。
この際、前記デカップラーの８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトは従来のカーディング又はエアレイド工法などの一般的な不織布製造方法によって製造でき、使われる８葉形断面繊維は前記高剛性フェルトの製造時に使われる８葉形断面繊維と同一条件であることが好ましい。
また、繭綿フェルトは、８葉形断面繊維６０〜７０重量％及び低融点ＰＥＴ３０〜４０重量％からなる。８葉形断面繊維が６０重量％未満の場合、単位体積当たり８葉形断面繊維の個体数が減少して吸遮音効率が減少し、また低融点ＰＥＴ繊維の含量が増加して繭綿フェルトのダンピング性を阻害する。また、８葉形断面繊維が７０重量％を超える場合、低融点ＰＥＴ繊維の含量が減少して、プレス成形後の部品形状が良くないため、前記範囲内で含むことが好ましい。ただ、これは、適用部品、異種素材の種類によって調整可能である。
このような本発明による多層構造のダッシュアイソレーションパッドは、デカップラーと吸遮音層の重量及び厚さの増加なしに、既存の一般繊維（円形断面繊維）から製造されたフェルトを含むダッシュアイソレーションパッドに比べ、吸音率を２８％以上向上させる。
また、フェルトの予熱後、熱プレス成形の際、厚さの減少又は収縮が発生しなくて部品成形性の補強及びパッドの吸遮音性能を維持し、既存の異形断面繊維（星形、亜鈴形、中空形の異形断面繊維）に比べて異形度を向上させることにより、フェルトの重量減少及びコスト節減が可能である。
このように、本発明はパッドの成形性が改善されながらも吸音性能に優れた多層構造のダッシュアイソレーションパッドを提供することができるものである。
製造例１及び比較製造例１−１〜１−４：高剛性フェルトの製造
下記の表１の条件を持つ断面繊維を用いて、一般的なニードルパンチング工法で高剛性フェルトを製造した。この際、フェルトの組成物は、それぞれの断面繊維７０重量％、及び低融点ＰＥＴ繊維３０重量％を含む。
下記の表１の条件を持つ断面繊維を用いて、一般的なニードルパンチング工法で高剛性フェルトを製造した。この際、フェルトの組成物は、それぞれの断面繊維７０重量％、及び低融点ＰＥＴ繊維３０重量％を含む。
実験例１：繊維の断面構造による吸音率測定
製造例１及び比較製造例１−１〜１−４で製造された高剛性フェルトをＩＳＯ ３５４基準に従ってａｌｐｈａ ｃａｂｉｎ吸音率で評価し、その結果を下記の表２に示した。
前記表２から、本発明による８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルト（製造例）が他の断面構造を持つ繊維から製造された高剛性フェルト（比較製造例）に比べて平均吸音率が７．４〜１７．５％向上したことを確認することができる。
実験例２：耐熱圧縮弾性率の測定
製造例１及び比較製造例１−１〜１−４で製造された高剛性フェルトを１２０℃で１Ｋｇ加圧し、２４時間静置後、ＪＩＳ １０９６基準に従って圧縮弾性率を測定し、その結果を下記の表３に示した。
前記表３から、本発明による８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルト（製造例）が他の断面構造を持つ繊維から製造された高剛性フェルト（比較製造例）に比べて圧縮弾性率が８．９〜１６．８％向上したことを確認することができる。
製造例２及び比較製造例２−１〜２−５：高剛性フェルトの製造
下記の表３の条件を持つ断面繊維を用いて、一般的なニードルパンチング工法で高剛性フェルトを製造した。この時フェルトの組成物はそれぞれの断面繊維７０重量％、及び低融点ＰＥＴ繊維３０重量％を含む。
実験例３：加熱成形収縮率の測定
製造例２及び比較製造例２−１〜２−５で製造された高剛性フェルトを１８０℃で２４０秒間熱風で加熱した後、プレス加圧し、冷却した後に厚さ減少率を測定し、さらに実験例１と同様な方法で吸音率を測定し、その結果を下記の表５に示した。
前記表５から、本発明による８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルト（製造例）が他の断面構造を持つ繊維から製造された高剛性フェルト（比較製造例）に比べて厚さ減少率が少なく、それによる吸音性効率も優れることを確認することができた。
実施例及び比較例：ダッシュアイソレーションパッドの製造
実施例
製造例２で製造した高剛性フェルトと比重１．７、厚さ２．０ｍｍのＥＶＡシートを積層して熱プレス工程で合布させた後、その背面に通常的に使われるウレタンフォームを８０ｋｇ／ｍ３の密度に発泡させることで、ダッシュアイソレーションパッドを製造した。
製造例２で製造した高剛性フェルトと比重１．７、厚さ２．０ｍｍのＥＶＡシートを積層して熱プレス工程で合布させた後、その背面に通常的に使われるウレタンフォームを８０ｋｇ／ｍ３の密度に発泡させることで、ダッシュアイソレーションパッドを製造した。
比較例
比較製造例２−２で製造した高剛性フェルトを用いることを除き、実施例と同様な方法でダッシュアイソレーションパッドを製造した。
比較製造例２−２で製造した高剛性フェルトを用いることを除き、実施例と同様な方法でダッシュアイソレーションパッドを製造した。
実験例４：ダッシュアイソレーションパッドの吸音率測定
実施例及び比較例で製造されたダッシュアイソレーションパッドをＩＳＯ ３５４基準に従ってａｌｐｈａ ｃａｂｉｎ吸音率で評価し、その結果をグラフとして図７に示した。
実施例及び比較例で製造されたダッシュアイソレーションパッドをＩＳＯ ３５４基準に従ってａｌｐｈａ ｃａｂｉｎ吸音率で評価し、その結果をグラフとして図７に示した。
図７に示したグラフから、実施例のダッシュアイソレーションパッドの場合、比較例のダッシュアイソレーションパッドに比べ、１，６００Ｈｚ以上から吸音性能が優れることを確認することができる。特に、エンジン透過音の主領域である２ＫＨｚ以上から比較例のパッドより吸音率が数等増加しており、吸音率が２８％向上したことを確認することができる。通常比較例のダッシュアイソレーションパッドの吸音率を実施例のダッシュアイソレーションパッドの吸音率水準に向上させるためには、少なくとも２００ｇ／ｍ２以上重量を増加させなければならない。
したがって、本発明による多層構造のダッシュアイソレーションパッドは、従来のダッシュアイソレーションパッドに比べ、デカップラーと吸遮音層の重量及び厚さの増加なしも優れた吸音率を持つので、究極に部品軽量化を実現することができるものである。
Claims (8)
- デカップラーと吸遮音層を含むダッシュアイソレーションパッドであって、
前記デカップラーはウレタンフォーム又は８葉形断面繊維から製造された繭綿フェルトを含み、
前記吸遮音層は８葉形断面繊維から製造された高剛性フェルトを含み、
前記８葉形断面繊維は異形度（α）が２．０〜２．７であり、
前記異形度（α）は下記数学式１で示され、繊維断面の周長（Ｐ）は２００〜２５０μｍ、繊維断面の面積（Ａ）は７００〜８００μｍ ２ 範囲であることを特徴とする、多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記８葉形断面繊維は、横長が３０〜５０μｍ、縦長が２０〜３０μｍの範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記８葉形断面繊維は、厚さが６〜７デニールであることを特徴とする、請求項１または２に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記８葉形断面繊維は、巻縮数が９〜１５であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記８葉形断面繊維の素材は、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、アクリル、ビスコースレーヨン（ｖｉｓｃｏｓｅ ｒａｙｏｎ）及びアラミド繊維（ａｒａｍｉｄ ｆｉｂｅｒ）からなる群から選択される１種以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記高剛性フェルトは、空気透過度が２０〜３５ｃｍ３／（ｃｍ２・ｓ）であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記高剛性フェルトは、８葉形断面繊維５０〜７０重量％及び低融点ＰＥＴ３０〜５０重量％を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
- 前記吸遮音層は、熱可塑性弾性体（ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ、ＴＰＥ）又はエチレンビニルアセテート（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ、ＥＶＡ）からなる群から選択された１種以上の熱可塑性樹脂から製造されたヘビーレイヤーをさらに含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の多層構造のダッシュアイソレーションパッド。
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