JP7197772B2 - 吸音材およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は吸音材およびその製造方法に関し、詳しくは微細な多孔質樹脂粒子とバインダーを含む吸音材およびその製造方法に関する。
従来、様々な分野で吸音材が用いられており、このような吸音材は用途に応じて様々な態様を有している。例えば、自動車や住宅に用いる吸音材として、有機繊維不織布と、繊度が0.5dtex以下の有機繊維からなるメルトブロー不織布とを積層一体化した複合不織布からなる吸音材(特許文献1)や、微細な多孔質樹脂粒子をバインダーによって結合した基体に、樹脂フィルムを積層した吸音材(特許文献2)が知られている。
特開2009-184296号公報 特開2008-32977号公報
しかしながら、前記特許文献1のような不織布を積層させた吸音材は、高周波領域、例えば2000~5000Hzにおいて良好な吸音性能を有するが、低周波領域において吸音性能を確保するためには吸音材を厚くする必要があり、スペースに制限のある自動車等に用いるのには限界があった。
また特許文献2の吸音材は、多孔質樹脂粒子からセル膜が除去されたセル骨格のみで構成されているため、もろく、圧縮や衝撃を受けるとセル骨格が破壊されて吸音性能が低下してしまうという問題があった。
このように、吸音材には用いられる場所や求められる性能が様々であり、依然として様々な態様や性能の吸音材が求められており、本発明は特に低周波領域における吸音性能および遮音性能に優れた吸音材とその製造方法を提供するものである。
すなわち、請求項1の発明にかかる吸音材は、少なくともバインダーで固着した多孔質樹脂粒子を含む吸音材であって、
前記多孔質樹脂粒子は最大フェレ径Aが10~100μmの粒子であって、表面に音エネルギーを振動で吸収する複数の突起部を有するとともに、表面に開口した大きな開孔と大きな開孔との間の樹脂壁に最小フェレ径Bが1~10μmの多数の小さな開孔を有しており、前記大小の開孔は、内部で表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えており、前記開孔の最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比が1.5~5.0の開孔を含むことを特徴としている。
また請求項5の発明にかかる吸音材の製造方法は、多孔質樹脂粒子をバインダーによって固着させて製造する請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の吸音材の製造方法において、
5~15m/minの速度で移動する破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)が25~1500のマトリックス成分からなる多孔質樹脂シートを、1000~3000rpmの回転数で回転している100~350番手の粗さを有する研削シートに接触させて、当該多孔質樹脂シートから前記多孔質樹脂粒子を回収することを特徴としている。
前記請求項1の発明にかかる吸音材および請求項5の発明にかかる製造方法で作成した吸音材によれば、前記多孔質樹脂粒子が、表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えることから、各多孔質樹脂粒子の表面に形成された開孔内に音が入射すると、当該音は開孔の内面壁との摩擦や粘性抵抗を受け、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されて吸収される。
その際、各多孔質樹脂粒子に形成された複数の突起部が入射した音により振動し、さらに音のエネルギーの一部を熱エネルギーに変換することで、より効果的に音を吸音することができる。
本実施例にかかる吸音材の拡大写真 多孔質樹脂粒子の拡大写真 繊維塊の拡大写真 採取装置の構成図 ポリウレタンシートの拡大写真 吸音性能についての実験結果を示すグラフ 遮音性能についての実験結果を示すグラフ
以下図示実施例について説明すると、図1は本発明にかかる吸音材1を100倍に拡大した写真を示し、当該吸音材1は、少なくとも微細な多孔質樹脂粒子2と、バインダーを含む吸音材であって、前記多孔質樹脂粒子2は、図2に示す500倍の拡大写真に示すように、多孔質樹脂からなる最大フェレ径Aが10~100μm程度の粒子となっており、各多孔質樹脂粒子2の外面には複数の突起部2aが形成されている。
前記吸音材は、図3に示す100倍の拡大写真に示すように、玉状に絡まった繊維3aの間に、微細な多孔質樹脂3bが入り込んだ、直径25~300μm程度の繊維塊3を含んでも良い。
前記多孔質樹脂粒子2と繊維塊3との割合については、多孔質樹脂粒子2を多孔質樹脂粒子2と繊維塊3の合計質量に対し50~100質量%の割合で設定することができ、後述する実施例1に示すような繊維塊3を含有しない吸音材1も作製することができる。
多孔質樹脂粒子2よりも剛性の高い繊維塊3を吸音材1に含有させることで、繊維塊3が骨材としての役割を果たし、吸音材1の剛性をあげるとともに、2000Hz以下の低~中周波領域における吸音性を向上させることができる。
図4は、前記多孔質樹脂粒子2や前記繊維塊3を採取するための採取装置11を示し、シートSを供給する供給ローラ12と、当該シートSの表面を研削するバフローラ13と、研削により生じた粒子を回収する回収ボックス14と、研削後のシートSを回収する回収ローラ15とから構成されている。
前記供給ローラ12には、前記多孔質樹脂粒子2を採取するための多孔質ポリウレタンからなるシートS、もしくは前記繊維塊3を採取するための樹脂含浸不織布からなるシートSが巻回されている。
そして前記供給ローラ12から前記シートSを送り出しながら、前記回収ローラ15によって前記シートSを巻き取ることで、所定の速度でシートSを移動させるようになっている。
また前記供給ローラ12と回収ローラ15との間には、前記バフローラ13に対向した位置に保持ローラ16が設けられており、前記シートSはバフローラ13と保持ローラ16との間を通過しながら、前記バフローラ13によって研削されるようになっている。
前記バフローラ13の外周には所要の粗さのサンドペーパーが装着され、当該バフローラ13を回転させながら前記シートSに押し当てることで、当該シートSの表面を研削し、その際に発生した粒子が前記多孔質樹脂粒子2や繊維塊3となって、前記回収ボックス14に回収されるようになっている。
前記多孔質樹脂粒子2を採取するために用いるポリウレタンシートSは、図5に示す500倍に拡大したポリウレタンシートSの表面写真のように大きな開孔と大きな開孔との間の樹脂壁に直径1~10μmの多数の小さな開孔を有し、大小の開孔が内部で表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えている。このようなポリウレタンシートSは、従来公知の湿式成膜法を用いて製造することが可能となっている。
前記ポリウレタンシートSを研削することにより得られる多孔質樹脂粒子2には、ポリウレタンシートSの小さな開孔に基づく、最小フェレ径1~10μmの開孔を有しており、前記開孔の最大フェレ径/最小フェレ径の値が1.5~5.0であるような楕円の開孔を有する。
多孔質樹脂粒子2の最大フェレ径A、および、多孔質樹脂粒子2の表面に存在する小さな開孔の最大フェレ径B及び最小フェレ径Bは、走査型電子顕微鏡(SEM)写真により求めることができる。
フェレ径の測定方法は、SEMで観察を行った吸音材の画像ファイルを例えば画像解析用ソフトウェアImageJ(登録商標)を用いて求めることができる。なお、最大フェレ径とは対象を平行線ではさんだ場合に、平行線の間隔が最も大きくなる径のことであり、30点の多孔質樹脂粒子の最大フェレ径を測定しそれらの平均値を最大フェレ径Aとした。
一方、最小フェレ径とは対象を平行線ではさんだ場合に、平行線の間隔が最も小さくなる径のことであり、30点の多孔質樹脂粒子の小さな開孔の最大フェレ径及び最小フェレ径を測定し、それらの平均値を最大フェレ径B及び最小フェレ径Bとした。
従来公知の湿式成膜法を用いて製造される、本実施例で使用したポリウレタンシートSは、ポリウレタン樹脂溶液を調製する準備工程、ポリウレタン樹脂溶液を成膜基材に連続的に塗布し、水系凝固液中でポリウレタン樹脂をシート状に凝固再生させる凝固再生工程、凝固再生したポリウレタン樹脂を洗浄し乾燥させる洗浄・乾燥工程を経てシートが製造される。以下、工程順に説明する。
準備工程では、ポリウレタン樹脂、ポリウレタン樹脂を溶解可能な水混和性の有機溶媒および添加剤を混合してポリウレタン樹脂を溶解させる。有機溶媒としては、N,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する。)やN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)等を挙げることができるが、本例では、DMFを用いる。
ポリウレタン樹脂は、ポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂から選択して用いることができ、DIC(株)製の商品名「クリスボン」や、三洋化成工業(株)製の商品名「サンプレン」、大日精化工業(株)製の商品名「レザミン」など、市場で入手可能な樹脂を用いてもよく、所望の特性を有する樹脂を自ら製造してもよい。
このポリウレタン樹脂を20~40重量%の範囲となるようにDMFに溶解させる。また、添加剤としては、開孔の大きさや量(個数)を制御するため、開孔を促進させる親水性添加剤、ポリウレタン樹脂の再生を安定化させる疎水性添加剤等を用いることができる。
ポリウレタン樹脂は、非弾性フィラーとしてカーボンブラックを0~30質量%含むことが好ましく、1~10質量%であることがより好ましい。
非弾性フィラーが30質量%以内である場合、ポリウレタン樹脂シートが伸びやすく、引き伸ばされた突起部2aを形成しやすい。非弾性フィラーが0質量%以上であれば突起部が形成されやすい。非弾性フィラーが1質量%以上であれば、ポリウレタン樹脂の種類によって伸びやすく破断しにくい場合であっても、カーボンブラックがフィラーとして働き伸びを抑制することができるため好ましい。
ポリウレタン樹脂は、1~40MPaの100%モジュラスを有することが好ましく、2~25MPaの100%モジュラスを有することがより好ましい。100%モジュラスが前記範囲内であると、シートSの表面を研削する際にポリウレタン樹脂が伸びて開孔を拡大させやすく、多孔質樹脂粒子2の空隙を大きくすることができるうえ、引き伸ばされて破断した部分が突起部2aとなって残存しやすくなる。
なお、モジュラスとは、樹脂の硬さを表す指標であり、無発泡の樹脂シートを100%伸ばしたとき(元の長さの2倍に伸ばしたとき)に掛かる荷重を断面積で割った値である(以下、100%モジュラスと呼ぶことがある。)。この値が高い程、硬い樹脂である事を意味する。吸音材より樹脂モジュラスを確認する場合、吸音材をDMFで溶解し、低濃度のポリウレタン樹脂DMF溶液を得たのち、繊維等をフィルターでろ過しキャスト法によりDMFを気化させ無発泡の樹脂シートを形成することで測定することができる。
また、ポリウレタン樹脂マトリックス成分は、破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)が25~1500であることが好ましく、35~1000であることがより好ましく、50~800であることがさらに好ましい。
ここで前記破断伸度は50~300%であることが好ましい。破断伸度は樹脂を破断するまで伸長させたときの伸長度合を示し、値が大きいほど伸び易く変形し易い。
また、破断強度は0.5~5.0kg/mmであることが好ましい。破断強度は樹脂を破断するまで伸長させたときの応力を示し、値が大きいほど破断しにくい強靭な樹脂であり剛性が大きい。
そして、破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)の値が25~1500の範囲にあると、引き伸ばされて変形した樹脂が塑性変形し元に戻らず伸びたままの突起部2aを形成することができ、吸音特性を向上させることができる。
破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)の値が25より小さいと、樹脂がちぎれ易すく伸びにくいため、突起部2aが形成されにくい。反対に、破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)のが1500を超える場合は、引き伸ばされた樹脂が元に戻ってしまい、突起部2aが形成されにくい。
破断伸度は、ポリウレタンシートをダンベル形状(サンプル調製形状/サイズ明記)に打ち抜き、測定試料を測定機の上下エアチャックにはさみ、引張速度100mm/min、初期つかみ間隔50mmで測定を開始し、測定値がピーク(切断)に達した値を強力(最大荷重)として得た。n数2で行ない、破断強度(kgf/mm)=強力(最大荷重)kgf/(厚さ(mm)×試料巾(10mm))より破断強度を算出し、その平均値から破断強度を算出する。
ポリウレタンシートの破断伸度は、前記引張り測定における破断した時の伸度である。引張時の破断強度および伸度は株式会社エー・アンド・デイ製、テンシロン万能試験機RTCにて日本工業規格(JIS K6550)に準じた方法で測定する。
吸音材より破断強度および破断伸度を確認する場合、吸音材をDMFで溶解し、低濃度のポリウレタン樹脂DMF溶液を得たのち、繊維等をフィルターでろ過しキャスト法によりDMFを気化させ無発泡の樹脂シートを形成することで測定することができる。
凝固再生工程では、準備工程で得られたポリウレタン樹脂溶液を常温下でナイフコータ等の塗布装置により帯状の成膜基材にシート状に略均一に塗布する。
このとき、ナイフコータ等と成膜基材との間隙(クリアランス)を調整することで、ポリウレタン樹脂溶液の塗布厚み(塗布量)を調整する。本例では、乾燥後のウレタンシートの厚み(成膜厚み)が200~3000μmの範囲となるように、塗布厚みを調整する。
成膜基材としては、樹脂製フィルム、布帛、不織布等を用いることができるが、本例では、ポリエチレンテレフタレート(以下、PETと略記する。)製フィルムを用いる。
成膜基材に塗布されたポリウレタン樹脂溶液を、ポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする凝固液(水系凝固液)中に連続的に案内する。凝固液には、ポリウレタン樹脂の再生速度を調整するために、DMFやDMF以外の極性溶媒等の有機溶媒を添加してもよいが、本例では、水を使用する。
凝固液中では、まず、ポリウレタン樹脂溶液と凝固液との界面に皮膜が形成され、皮膜の直近のポリウレタン樹脂中にスキン層を構成する無数の微多孔が形成される。その後、ポリウレタン樹脂溶液中のDMFの凝固液中への拡散と、ポリウレタン樹脂中への水の浸入との協調現象により連続発泡構造を有するポリウレタン樹脂の再生が進行する。
このとき、成膜基材のPET製フィルムが水(凝固液)を浸透させないため、DMFと水との置換がスキン層側で生じ、成膜基材側がスキン層側より大きな開孔が形成される。
ここで、ポリウレタン樹脂の再生に伴う発泡形成について説明する。凝固液中で被膜が形成された後、ポリウレタン樹脂では凝集力が大きくなるために皮膜の直近のポリウレタン樹脂中で急速に再生が進行し、スキン層が形成される。
このため、スキン層が形成された後では、凝固前のポリウレタン樹脂溶液中のポリウレタン樹脂がスキン層側に移動し凝集することとなる。これに伴い成膜基材側でポリウレタン樹脂量が減少するため、スキン層側と比べて成膜基材側が肥大化した発泡が形成される。
DMFのポリウレタン樹脂溶液からの脱溶媒、すなわち、DMFと水との置換により、大きな発泡が形成され、スキン層の微多孔、および、大きな発泡が小さな発泡と網目状に連通する。
洗浄・乾燥工程では、凝固再生工程で再生したポリウレタンシートSを水等の洗浄液中で洗浄してポリウレタン樹脂中に残留するDMFを除去した後、乾燥させる。
ポリウレタン樹脂の乾燥には、本例では、内部に熱源を有するシリンダを備えたシリンダ乾燥機を用いる。ポリウレタン樹脂がシリンダの周面に沿って通過することで乾燥する。乾燥後のポリウレタンシートSをロール状に巻き取る。
そして、前記ポリウレタンシートSから前記多孔質樹脂粒子2を採取する際、前記採取装置11における前記供給ローラ12によるシートSの送り速度を0.5~15m/minの範囲とし、バフローラ13に好ましくは粗さ100~350番手、より好ましくは粗さ150~250番手のサンドペーパーを装着して、当該バフローラ13を1000~3000rpmの回転数で回転させながら、当該バフローラ13をシートSに押し当てた。
本実施形態では、バフローラ13にサンドペーパーが使用されるが、ダイヤモンドバフローラー等、均一な処理(研削除去)ができるものであればいずれも使用することができる。複数の突起部2aは、ポリウレタンシートに使用するポリウレタン樹脂モジュラスに応じて、バフ番手や供給ローラとシートの送り速度、バフローラの回転数等を調整することにより得られる。
前記バフローラ13がポリウレタンシートSの表面に回転しながら接触すると、ポリウレタンシートSの表面ではバフローラ13との摩擦によってポリウレタン樹脂の一部が引っ張られて伸び、当該伸びた部分がさらに細くなってその後破断する。
図5に示す大きな開孔を画定する隔壁状に形成されたポリウレタン樹脂が引き伸ばされ破断されると、表面に形成された1~10μmの開孔が一定方向に延びて、最小フェレ径1~10μmであって、最小フェレ径に対する最大フェレ径が1.5~5.0の略楕円形状の小さな開孔を有する多孔質樹脂粒子2が形成される。
さらに、ポリウレタンシートSより離脱した多孔質樹脂粒子2には、前記破断した部分が引き伸ばされ塑性変形して尖った幾何学的な突起部2aが複数形成され、各突起部2aにも引き伸ばされることで一方向に伸びた略楕円状の開孔を有するものもある。
このような複数の突起部2aは、音エネルギーを受けた際に振動することにより、音が振動に変換され吸音作用を生じさせる。また突起部2aにおける引き伸ばされた開孔内に音が入り込むと、内部で衝突や摩擦を受けて熱エネルギーに変換されて吸音されることとなる。
次に、前記繊維塊3を採取するために用いる樹脂含浸不織布は、ポリエステル繊維等の不織布にポリウレタン樹脂を含浸させた構成を有しており、従来公知の方法を用いて、不織布にポリウレタン樹脂を含浸させたものを用いることができる。
不織布に使用する繊維としては、特に限定はなく、天然繊維(改質繊維を含む)、合成繊維等から製造される不織布であればよい。例えばポリエステル繊維、ポリアミド繊維、アクリル繊維等の樹脂繊維や、綿、麻等の天然繊維を用いてもよいが、製造工程中でN,N-ジメチルホルムアミド(以下、DMFと略記する。)等の有機溶媒や水等の洗浄液を吸収することによる原料繊維の膨潤を防止することや原料繊維の量産性を考慮すれば、吸水(液)性を有していないポリエステル繊維等の樹脂繊維を用いることが好ましい。原料繊維には、繊度1~50dtex、繊維長20~100mmの繊維を用いることが好ましい。
不織布の製造方法としては、ニードルパンチ法、サーマルボンド法、ケミカルボンド法、水流絡合法、メルトブロー法やこれらの組合せなどが挙げられる。
これらの中でも、本発明は、ニードルパンチ法を用いて繊維基体を製造することが好ましい。ニードルパンチ法を用いて繊維基体を製造すると、繊維同士が接着樹脂や融着繊維などにより固定されず機械的に絡められた状態のため、繊維が引き出されやすく繊維塊3を形成しやすい。
不織布基材の厚さは、1.5mm未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸後の乾燥時に厚さ方向でポリウレタン樹脂の移動(樹脂マイグレーション)が発生しポリウレタン樹脂の被覆厚さが偏りやすく、5.0mmを超えると不織布基材の内部までポリウレタン樹脂溶液が浸透できなくなるので、1.5~5.0mmの範囲とすることが好ましい。
不織布基材の密度は、0.1g/cm未満ではポリウレタン樹脂溶液に含浸してもポリウレタン樹脂が繊維の間隙を通じて流出し繊維に付着しにくく、0.3g/cmを超えるとポリウレタン樹脂の付着量が大きくなり繊維の間隙を塞いでしまうので、0.1~0.2g/cmの範囲とすることが好ましい。
本例では、繊度2~3dtex、繊維長51mmのポリエステル繊維が用いられている。樹脂層は、湿式凝固法により形成されたポリウレタン樹脂が、分子内に2つ以上のイソシアネート基を有する多価イソシアネート化合物(架橋剤)で架橋処理されて形成されている。
ポリウレタン樹脂には、100%モジュラス(2倍長に引っ張る時の張力)が1~50MPaのポリエステル系、ポリエーテル系、ポリカーボネート系等の樹脂が用いられている。
樹脂含浸工程で用いるポリウレタン樹脂は、多価イソシアネート化合物と混合して有機溶媒のDMFに溶解させる。このとき、ポリウレタン樹脂溶液のポリウレタン樹脂の固形分濃度が、10重量%未満では不織布の密度を目標とする値に調整することが難しくなり、40重量%を超えるとポリウレタン樹脂が溶解しにくくなる。
また、B型回転粘度計を用いて20℃で測定したポリウレタン樹脂溶液の粘度が8000cp以下であると好ましく、100cp~5000cpであるとより好ましく、400cp~3000cpであると更に好ましい。
従って、含浸工程におけるポリウレタン樹脂溶液は、濃度が10~40重量%の範囲で粘度が100cp~5000cpの範囲とすることが好ましい。また、多価イソシアネート化合物の固形分濃度は、1~4重量%の範囲で用いる。
ポリウレタン樹脂溶液に不織布基材を浸漬した後、加圧可能な1対のマングルローラを用いて過剰なポリウレタン樹脂溶液を絞り落とし、略均一に含浸させる。含浸後の不織布基材では、ポリエステル繊維の表面がポリウレタン樹脂と多価イソシアネート化合物とで覆われる。
このときのポリウレタン樹脂溶液の温度は、5~40℃の範囲に調整することが好ましく、20~30℃の範囲が更に好ましい。含浸工程をこの温度範囲で行うことで、多価イソシアネート化合物による架橋反応の進行が抑制される。
凝固再生工程では、樹脂含浸後の不織布をポリウレタン樹脂に対して貧溶媒である水を主成分とする水系凝固液中でポリウレタン樹脂を凝固再生させる。水系凝固液中では、ポリエステル繊維に付着しているポリウレタン樹脂溶液の表面からDMFと凝固液との置換が進行することでポリウレタン樹脂がポリエステル繊維の表面に凝固再生される。
繊維基体を構成する繊維が溶出しない限り、凝固液の温度や浸漬時間に特に制限はなく、例えば10~30℃(好ましくは、10~20℃)で30~1440分間(好ましくは30~90分間)浸漬すればよい。
洗浄・乾燥工程では、ポリエステル繊維の表面にポリウレタン樹脂が凝固再生された不織布を水等の洗浄液中に浸漬し、不織布中に残存するDMF等を除去する。洗浄後、不織布を洗浄液から引き上げ、マングルローラで余分な洗浄液を絞り落とす。その後、例えば不織布を60~120℃で10~500分程度乾燥機内で乾燥させる。
得られた樹脂含浸不織布の密度は、0.20~1.00g/cmの範囲とすることが好ましく、0.25~0.65g/cmの範囲とすることがより好ましい。樹脂含浸不織布の密度が前記範囲内であると、空隙率を適度に有しているため吸音性能を上げることができる。
そして、前記採取装置11によって前記樹脂含浸不織布シートSから前記繊維塊3を採取する際、前記供給ローラ12によるシートSの送り速度を0.5~15m/minの範囲m/sとし、バフローラ13に好ましくは粗さ50~300番手、より好ましくは粗さ80~240番手のサンドペーパーを装着して、当該バフローラ13を1000~3000rpmの回転数で回転させながら、当該バフローラ13をシートSに対して押し当てた。
前記バフローラ13が樹脂含浸不織布の表面に回転しながら接触すると、樹脂含浸不織布の表面ではバフローラ13との摩擦によって不織布を構成する繊維3aが引き出され、引き出された繊維3aが糸玉状に絡まる。
その際、前記不織布に含浸された多孔質樹脂は、前記繊維3aが引き出されるのに伴って周囲の樹脂からちぎれ、その後繊維3aが絡まるのに伴って当該繊維3aの内部に取り込まれることとなる。
そして、その後さらに前記バフローラ13の摩擦が作用することで、前記糸玉状に絡まった繊維3aの根元部分が破断し、前記玉状に絡まった繊維3aに微細な多孔質樹脂3bが付着した繊維塊3となって離脱することとなる。この時、弾性樹脂2bは繊維2aに付着しているものと、繊維2aに付着することなく、玉状に絡まった繊維2a内に取り込まれて保持されているものが存在する。
前記バインダーとしては酢酸ビニル樹脂エマルジョン系接着剤を利用することができ、そのほかにもアクリル樹脂エマルジョン系接着剤、エチレン-酢酸ビニル樹脂エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂エマルジョン接着剤を利用することができる。本実施例では前記接着剤を水で5.5%に希釈して使用した。
前記バインダーを用いて前記多孔質樹脂粒子2および繊維塊3を結合して前記吸音材1を作成する際には、所定の割合で前記多孔質樹脂粒子2および繊維塊3をミキサーに投入し、これらを攪拌しながら、或いは、前記多孔質樹脂粒子2および繊維塊3をボールミルとともに撹拌しながら、スプレーガン等でバインダーを噴霧する。
これにより多孔質樹脂粒子2および繊維塊3の表面がバインダーでコーティングされ、その後当該バインダーの付着した多孔質樹脂粒子2および繊維塊3を金型内に投入し、その後所定温度で所定時間乾燥させることにより、吸音材1を得ることができる。
ここで、前記バインダーを使用する量は、多孔質樹脂粒子2および繊維塊3の重量に対して好ましくは0.5~50%、より好ましくは1~15%の割合で使用するのが望ましい。バインダーが50%以下であれば、後に説明する前記多孔質樹脂粒子2の突起部2aによる吸音効果を得ることができ、またバインダーが0.5%以内であることにより、吸音材1の形状を維持することができる。
(作用等)
次に、本実施形態の吸音材1の作用等について説明する。
本実施形態の吸音材1は多孔質樹脂粒子2を有し、当該多孔質樹脂粒子2は表面に複数の前記突起部2aを有するともに、また多孔質樹脂粒子2は大小の開孔が表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えており、表面に最小フェレ径1~10μmの開孔を有している。
このため、吸音材1に音が侵入すると、多孔質樹脂粒子2の表面の開孔を介して開孔の内部に音が侵入し、開孔と開孔との間に形成された樹脂壁との摩擦や振動によって音のエネルギーが熱エネルギーに変換され、音のエネルギーが吸収される。
このとき、開孔が小さければ小さいほど、より樹脂壁との摩擦や振動が増え、音エネルギーが熱エネルギーに変換されやすいので、吸音性能が高くなる。多孔質樹脂粒子2に含まれる開孔の最小フェレ径を好ましくは1~10μm、より好ましくは1~8μmとすることで、高い吸音効果を得ることができる。
さらに、開孔の最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比が1.5~5.0、より好ましくは2.0~4.0である楕円状の開孔を含むとともに、前記開孔は表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えることで、音の侵入を許容しやすく、高い吸音効果を得ることができる。
また、本実施形態の多孔質樹脂粒子2の表面には突起部2aが複数形成され、前記バインダーによって固定されていない突起部2aも存在する。このような突起部2aは音に対して敏感に振動し、突起部2aの振動によっても音のエネルギーを吸収することができる。
さらに、多孔質樹脂粒子2同士の間に形成された空隙や、多孔質樹脂粒子2と繊維塊3の間に形成された空隙も、複雑な空間を形成することから、侵入してきた音に摩擦を与えて音のエネルギーを吸収することができる。
以下、前記実施例に基づいて作成した本発明にかかる実施例1~3についての吸音材1と、これと比較する従来公知の比較例としての吸音材について、以下の実験を行った。
実験では、吸音性能を確認するためにJIS A 1405-2に基づいて垂直入射吸音率を測定するとともに、遮音性能を確認するために垂直入射透過損失を測定した。これら垂直入射吸音率、垂直入射透過損失の測定にはブリュエル・ケアー社製 4206S型音響試験器を用いた。
また、実施例1~3にかかる吸音材1に含まれる多孔質樹脂粒子2の最大フェレ径A、最大フェレ径B、最小フェレ径Bを以下のように測定した。
フェレ径は、吸音材を電子顕微鏡(日本電子社製、JMS-5500LV)にて倍率100倍で観察し、任意30点の多孔質樹脂粒子を測定用サンプルとして抽出した。
その後、抽出した画像を画像処理ソフトImageJにて解析し、画像の二値化を行い、多孔質樹脂粒子の最大フェレ径A、多孔質樹脂粒子表面に存在する小さな開孔の最大フェレ径B、最小フェレ径Bを測定した。
最大フェレ径A、最大フェレ径B、最小フェレ径Bは、任意の30点の最大フェレ径、最小フェレ径の平均値として求められる。また、最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比は任意の30点の最大フェレ径/最小フェレ径の値の平均値として求められる。
実施例1
実施例1にかかる吸音材1は、前記繊維塊3を含まない前記多孔質樹脂粒子2のみによって構成され、100質量部の多孔質樹脂粒子2に対し、100質量部の5.5%酢酸ビニル樹脂エマルジョンをスプレーガンにて吹き付けて、これらをミキサーで混合した。
続いて、前記混合物を縦23×横23×深さ1.6cmの成形容器に充填し、さらに乾燥機において80℃、4時間乾燥後、140℃で1時間乾燥させ、その後冷却させることで、厚み14.2mm、密度0.256g/cmの吸音材を得た。多孔質樹脂粒子の最大フェレ径Aは36μm、最小フェレ径Bは2.5μm、最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比は2.1であった。
実施例2
実施例2にかかる吸音材1は、実施例1の吸音材1に対し、前記繊維塊3を含んでおり、80質量部の多孔質樹脂粒子2、20質量部の繊維塊3を含んでおり、それ以外は前記実施例1と同様の作業を用いて、厚み18.9mm、密度0.195g/cmの吸音材を得た。多孔質樹脂粒子の最大フェレ径Aは45μm、最小フェレ径Bは4.1μm、最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比は2.3であった。
実施例3
実施例3にかかる吸音材1は、実施例2の吸音材1に対して前記多孔質樹脂粒子2と繊維塊3との配分を異ならせたものであり、60質量部の多孔質樹脂粒子2、40質量部の繊維塊3を含んでおり、それ以外は前記実施例1、2と同様の作業を用いて、厚み18.5mm、密度0.172g/cmの吸音材を得た。多孔質樹脂粒子の最大フェレ径Aは45μm、最小フェレ径Bは3.5μm、最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比は3.3であった。
比較例
比較例には、ポリエチレンテレフタレート繊維(繊度2~3dtex、繊維長10~20μm)を使用しニードルパンチ法により不織布とした、厚み25mm、密度0.014g/cmの不織布製吸音材を使用した。
図6は、前記実施例1~3および比較例についての、吸音性能を示す垂直入射吸音率の測定結果を示している。
実験結果によれば、高周波領域である4000~5000Hzの領域では、吸音性能がほぼ同等、もしくは実施例2、3の吸音材1が実施例1および比較例の吸音材に対して若干良好であるとの結果を得た。
これに対し、低周波領域である1000~2000Hzでは、実施例1~3の吸音材1は比較例の吸音材に対して良好な吸音性能を示し、特に繊維塊3を含んだ実施例2、3の吸音材1は、繊維塊3を含まない実施例1の吸音材1よりもさらに良好な吸音性能を示した。
一方、図7は前記実施例1~3および比較例についての、遮音性能を示す垂直入射透過損失の測定結果を示している。
実験結果によれば、高周波領域から低周波領域にかけて、実施例1~3の吸音材1は比較例の吸音材よりも良好な遮音性能を示した。
また前記図6に示す吸音性能の実験結果に対し、遮音性能については、繊維塊3を含まない実施例1の吸音材1のほうが、繊維塊3を含んだ実施例2、3の吸音材1よりも良好な遮音性能を示した。
一般的に、吸音材1による吸音のメカニズムとしては、吸音材1に音波が入射すると、振動した空気が吸音材1の内部で衝突や摩擦による粘性抵抗を受けて、熱エネルギーに変換されて散逸し、音エネルギーの減衰により吸音がなされるとされている。
本実施例にかかる多孔質樹脂粒子2を含んだ吸音材1によれば、前記多孔質樹脂粒子2の開孔や、繊維塊3の繊維3aが絡まって形成された空隙、繊維塊3の多孔質樹脂3bの開孔、さらには隣接する多孔質樹脂粒子2同士、繊維塊3同士、或いは多孔質樹脂粒子2と繊維塊3が形成する空隙により、侵入した音波の経路を複雑化させることができ、より効率的に音エネルギーを減衰させることができる。
そのうえで、本実施例の多孔質樹脂粒子2の前記突起部2aは、吸音材1に入射した音波によって振動しやすい形状を有しているため、当該突起部2aが効率的に音エネルギーを振動に変換させ、さらなる吸音作用を生じさせるものと推察され、これにより低周波領域における高い吸音性能を得ることができるものと考えられる。
1 吸音材 2 多孔質樹脂粒子
2a 突起部 3 繊維塊
11 採取装置

Claims (5)

  1. 少なくともバインダーで固着した多孔質樹脂粒子を含む吸音材であって、
    前記多孔質樹脂粒子は最大フェレ径Aが10~100μmの粒子であって、表面に音エネルギーを振動で吸収する複数の突起部を有するとともに、表面に開口した大きな開孔と大きな開孔との間の樹脂壁に最小フェレ径Bが1~10μmの多数の小さな開孔を有しており、前記大小の開孔は、内部で表面に開孔していない別の孔と通気する連通構造を備えており、前記開孔の最小フェレ径Bに対する最大フェレ径Bの比が1.5~5.0の開孔を含むことを特徴とする吸音材。
  2. 前記大小の開孔は、一定方向に延びる楕円形状となっており、
    前記多孔質樹脂粒子は100%伸長時のモジュラスが1~40MPaのマトリックス成分からなることを特徴とする請求項1に記載の吸音材。
  3. 前記多孔質粒子は、非弾性フィラーを全マトリックス成分中0~30質量%含むことを特徴とする請求項1~2に記載の吸音材。
  4. 前記多孔質粒子は、破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)が25~1500のマトリックス成分からなることを特徴とする請求項1~3に記載の吸音材。
  5. 多孔質樹脂粒子をバインダーによって固着させて製造する吸音材の製造方法において、
    0.5~15m/minの速度で移動する破断強度(kg/mm)×破断伸度(%)が25~1500のマトリックス成分からなる多孔質樹脂シートを、1000~3000rpmの回転数で回転している100~350番手の粗さを有する研削シートに接触させて、当該多孔質樹脂シートから前記多孔質樹脂粒子を回収することを特徴とする、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の吸音材の製造方法。
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