JP6822120B2 - 遮音構造体 - Google Patents
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Description
工程[2]:遮音構造体前駆体を加熱された状態で厚み調整をすることにより膨張させる工程。
遮音構造体の質量Wsを測定した後、遮音構造体を空気中500℃で30分間加熱して樹脂成分を焼き飛ばし、残った強化繊維の質量Wfを測定し、次式により算出した。
ρf:強化繊維の密度(g/cm3)
ρr:樹脂の密度(g/cm3)
遮音構造体から試験片を切り出し、ISO178法(1993)に従い曲げ弾性率を測定した。試験片は、任意の方向を0°方向とした場合に+45°、−45°、90°方向の4方向について切り出した試験片を作製し、それぞれの方向について測定数n=5とし、算術平均値を曲げ弾性率Ecとした。測定装置としては“インストロン(登録商標)”5565型万能材料試験機(インストロン・ジャパン(株)製)を使用した。得られた結果より次式により、遮音構造体の比曲げ弾性率を算出した。
遮音構造体から幅25mmの小片を切り出し、エポキシ樹脂に包埋した上で、シート厚み方向の垂直断面が観察面となるように研磨して試料を作製した。試料をレーザー顕微鏡(キーエンス(株)製、VK−9510)で400倍に拡大し、繊維断面形状の観察を行った。観察画像を汎用画像解析ソフトウェア上に展開し、ソフトウェアに組み込まれたプログラムを利用して観察画像中に見える個々の繊維断面を抽出し、繊維断面に内接する楕円を設け、繊維断面の形状を近似した(以降、繊維楕円と呼ぶ)。さらに、繊維楕円の長軸長さα/短軸長さβで表されるアスペクト比が20以上の繊維楕円に対し、X軸方向と繊維楕円の長軸方向とのなす角を求めた。遮音構造体の異なる部位から抽出した観察試料について上記操作を繰り返すことにより、計600本の強化繊維について配向角度を測定し、その算術平均値を強化繊維の配向角度θfとして求めた。
遮音構造体から試験片を切り出し、JIS K7222(2005)を参考にして遮音構造体の見かけ比重を測定した。試験片の寸法は縦100mm、横100mmとした。試験片の縦、横、厚みをマイクロメーターで測定し、得られた値より試験片の体積Vを算出した。また、切り出した試験片の質量Mを電子天秤で測定した。得られた質量M及び体積Vを次式に代入することによってより遮音構造体の比重ρを算出した。
遮音構造体から縦10mm、横10mmに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ製 S−4800型)により観察し、任意の10箇所を1000倍の倍率で撮影した。それぞれの画像について、画像内の空隙の面積Aaを求めた。さらに、空隙の面積Aaを画像全体の面積で除算することにより空隙率を算出した。遮音構造体の空隙の体積含有率は、5枚の試験片でそれぞれ10箇所ずつ撮影した合計50ヶ所の空隙率から算術平均により求めた。
遮音構造体を縦10mm、横10mmに試験片を切り出し、断面を走査型電子顕微鏡(SEM)((株)日立ハイテクノロジーズ製 S−4800型)により観察し、任意の10箇所を3000倍の倍率で撮影した。得られた画像の強化繊維の断面がカットされた任意の50ヶ所から、強化繊維に被覆している樹脂の被覆厚さを測定した。強化繊維を被覆した樹脂の厚みとしては、かかる50ヶ所の測定結果の算術平均値を用いた。
遮音構造体から試験片を切り出し、JIS A1441−1(2007)を参照し、規格から試料サイズを0.5m四方に変更して遮音性能を測定した。音源室に残響室、受音室に無響室を使用して、音源室から平均音圧レベルLpで音を発生させた。インテンシティプローブにより測定される試料を通過した後の音の強さ(音響インテンシティLI)、試料の測定面の面積Sを用いて、遮音性能を表すインテンシティ音響透過損失RIを次式により求めた。
ポリアクリロニトリルを主成分とする共重合体から紡糸、焼成処理、及び表面酸化処理を行い、総単糸数12,000本の連続炭素繊維を得た。この連続炭素繊維の特性は次に示す通りであった。
比重:1.8
引張強度:4600MPa
引張弾性率:220GPa
未変性ポリプロピレン樹脂(プライムポリマー(株)製“プライムポリプロ”(登録商標)J105G)80質量%と、酸変性ポリプロピレン樹脂(三井化学(株)製“アドマー”QB510)20質量%とからなる目付100g/m2のシートを作製した。得られた樹脂シートの特性を表1に示す。
ナイロン6樹脂(東レ(株)製“アミラン”(登録商標)CM1021T)からなる目付124g/m2の樹脂フィルムを作製した。得られた樹脂シートの特性を表1に示す。
ポリフェニレンサルファイド樹脂(東レ(株)製“トレリナ”(登録商標)M2888)からなる目付147g/m2の樹脂不織布を作製した。得られた樹脂シートの特性を表1に示す。
炭素繊維1をカートリッジカッターで6mmにカットし、チョップド炭素繊維を得た。水と界面活性剤(ナカライテクス(株)製、ポリオキシエチレンラウリルエーテル(商品名))とからなる濃度0.1質量%の分散液を作製し、この分散液とチョップド炭素繊維とを用いて図6に示す強化繊維マットの製造装置を用いて、強化繊維マットを製造した。図6に示す製造装置は、分散槽としての容器下部に開口コックを有する直径1000mmの円筒形状の容器、分散槽と抄紙槽とを接続する直線状の輸送部(傾斜角30°)を備えている。分散槽の上面の開口部には撹拌機が付属し、開口部からチョップド炭素繊維及び分散液(分散媒体)を投入可能である。抄紙槽が、底部に幅500mmの抄紙面を有するメッシュコンベアを備える槽である点、及び炭素繊維基材(抄紙基材)を運搬可能なコンベアをメッシュコンベアに接続している。抄紙は分散液中の炭素繊維濃度を0.05質量%として行った。抄紙した炭素繊維基材は200℃の乾燥炉で30分間乾燥し、強化繊維マットを得た。得られた目付は50g/m2であった。得られた強化繊維マットの特性を表2に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット1、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下のプレス成形条件(I)〜(V)を経ることにより遮音構造体を得た。得られた遮音構造体は断面観察から、強化繊維を柱状の支持体とした空隙が確認された。得られた遮音構造体の特性を表3に示す。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)上記(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端に金属スペーサーを挿入し、構造体を得る際の厚みが10mmとなるように調整する。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いて遮音構造体を取り出す。
強化繊維マットとして強化繊維マット3、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製した以外は、実施例1と同様にして遮音構造体を得た。得られた遮音構造体の特性を表3に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット3、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製し、工程(I)において前記積層物を1層のみ使用したこと以外は、実施例1と同様にして遮音構造体を得た。得られた遮音構造体の特性を表3に示す。
樹脂シートをPP樹脂からPA6樹脂に代えて、工程(I)における予熱温度を230℃から240℃に代えて、工程(IV)におけるキャビティ温度を50℃から80℃に代えた以外は、実施例1と同様にして遮音構造体を得た。得られた遮音構造体の特性を表3に示す。
樹脂シートをPP樹脂からPPS樹脂に代えて、工程(I)における予熱温度を230℃から300℃に代えて、工程(IV)におけるキャビティ温度を50℃から150℃に代えた以外は、実施例1と同様にして遮音構造体を得た。得られた遮音構造体の特性を表3に示す。
強化マットとして強化繊維マット1、樹脂シート1としてPP樹脂を、樹脂シート2としてPA樹脂を[樹脂シート1/強化繊維マット]の順番に配置した積層物Aを18層、[樹脂シート2/強化繊維マット]の順番に配置した積層物Bを18層準備して、[積層物A―18層/積層物B―18層/樹脂シート1]の順番に配置した積層物を作製した。次いで、以下のプレス成形条件(I)〜(V)を経ることにより構造体を得た。得られた構造体の特性を表4に示す。
(II)次いで、120秒間保持した後、3MPaの圧力を付与してさらに60秒間保持する。
(III)上記(II)の後、金型キャビティを開放し、その末端から中心にかけて等間隔に厚みが10mmの金属スペーサーを挿入し、20秒間保持した。
(IV)その後、再度、金型キャビティを締結し、圧力を保持した状態でキャビティ温度を50℃まで冷却する。
(V)金型を開いて構造体を取り出す。
強化マットとして強化繊維マット1、樹脂シート1としてPP樹脂を、樹脂シート2としてPA樹脂を[樹脂シート1/強化繊維マット]の順番に配置した積層物Aを14層と、[樹脂シート2/強化繊維マット]の順番に配置した積層物Bを14層準備して、[積層物A―14層/積層物B―14層/積層物A―14層/樹脂シート1]の順番に配置した積層物を作製したこと以外は、参考例1と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表4に示す。
プレス成形用金型キャビティを自動車エンジンカバー用に代えた以外は、参考例1と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表4に示す。
プレス成形用金型キャビティを自動車エンジンカバー用に代えた以外は、参考例2と同様にして成形品を得た。得られた成形品の特性を表4に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット1、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製した。実施例1の工程(III)において金属スペーサーを用いなかった以外は、実施例1と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表5に示す。
古川電工製低発泡ポリプロプレンシート“エフセル”を用いて、各種特性を評価した。得られた評価結果を表5に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット1、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化マット―70層/樹脂シート]の順番に配置し積層物を作製したこと以外は、実施例1と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表5に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット1、樹脂シートとしてPP樹脂を、[樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/強化繊維マット/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製したこと以外は、実施例1と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表5に示す。
強化繊維マットとして強化繊維マット1、樹脂シート1としてPP樹脂を[樹脂シート/樹脂シート/強化繊維マット/樹脂シート/樹脂シート]の順番に配置した積層物を作製し、工程(I)において前記積層物を15層重ねたこと以外は、実施例1と同様にして構造体を得た。得られた構造体の特性を表5に示す。
本発明の実施例は、曲げ弾性率の絶対値と比曲げ弾性率のバランスに優れ、且つ、周波数1250Hzでの透過損失と周波数200Hzの透過損失の比とは、本発明を満足する。さらに、参考例に示すように本発明の遮音構造体は、種々樹脂との組み合わせが可能であり、製品設計の自由度を持つことが明確である。一方、比較例1においては強化繊維と樹脂を実施例と同様にしたが、空隙が無いことにより、強化繊維及び樹脂が形成する空隙に伴う周波数特性が発現せず、透過損失比が指定の範囲を超え、満足することができなかった。比較例2においては、PP樹脂を用いた発泡樹脂である製品を用いて特性評価を行ったが、比曲げ弾性率及び透過損失比を満足した一方で、曲げ弾性率の絶対値を満足することができなかった。比較例3においては、樹脂及び空隙の体積割合を調整して強化繊維の割合を増やしたが、強化繊維マットの体積割合とのバランスが悪く、曲げ弾性率が低いものとなっただけでなく、透過損失比も低い値となった。空隙の体積割合を増やした比較例4においては、曲げ弾性率の絶対値及び比曲げ弾性率を満足したが、透過損失比を満足しなかった。これは、強化繊維、樹脂、及び空隙が成す周波数1250Hzでの透過損失が低下しすぎたためである。構造体における樹脂の割合を各実施例より増やした比較例5においては、曲げ弾性率の絶対値及び比曲げ弾性率を満足したが、透過損失比が範囲より高い値を示した。これは、強化繊維と空隙の発現する遮音特性が失われ、遮音の質量則に基づく透過損失比に近づいたためであると考えられる。
2 樹脂
3 強化繊維
4 空隙
5 成形品
6 スキン層
7 コア
Claims (10)
- 樹脂と強化繊維と空隙からなる遮音構造体であって、
前記樹脂の体積含有率が2.5体積%以上、85体積%以下の範囲内にあり、
前記強化繊維の体積含有量が0.5体積%以上、55体積%の範囲内にあり、
前記空隙が10体積%以上、97体積%以下の範囲内の割合で前記遮音構造体中に含有され、
JIS A1441−1における、周波数200Hzでの透過損失と周波数1250Hzでの透過損失との比が1.1以上、1.5以下の範囲内にあり、
前記遮音構造体の曲げ弾性率をEc、前記遮音構造体の比重をρとしたとき、Ec 1/3 ・ρ −1 より表される前記遮音構造体の比曲げ弾性率が3以上、20以下の範囲内にあり、且つ、前記遮音構造体の曲げ弾性率Ecが6GPa以上である
ことを特徴とする遮音構造体。 - 前記遮音構造体の比重ρが0.9g/cm3以下であることを特徴とする請求項1に記載の遮音構造体。
- 前記遮音構造体の表面から厚み方向の中点位置までの30%以内の部分における空隙率が0体積%以上、10体積%未満の範囲内にあり、残りの部分の空隙率が10体積%以上、99体積%以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1又は2に記載の遮音構造体。
- 前記強化繊維が樹脂に被覆されており、前記樹脂の厚みが1μm以上、15μm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1〜3のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記強化繊維が、不連続であり、略モノフィラメント状、且つ、ランダムに分散していることを特徴とする請求項1〜4のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記遮音構造体中における強化繊維の配向角度θfが3°以上であることを特徴とする請求項1〜5のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記強化繊維の質量平均繊維長が1mm以上、15mm以下の範囲内にあることを特徴とする請求項1〜6のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記強化繊維が炭素繊維であることを特徴とする請求項1〜7のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記樹脂が少なくとも1種類以上の熱可塑性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜8のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
- 前記樹脂が少なくとも1種類以上の熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項1〜8のうち、いずれか1項に記載の遮音構造体。
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