JPH0535053B2

JPH0535053B2 -

Info

Publication number: JPH0535053B2
Application number: JP60209000A
Authority: JP
Inventors: Guranueru Uorutaa
Original assignee: UOODORU SUTOREIZU PLC
Current assignee: UOODORU SUTOREIZU PLC
Priority date: 1984-09-22
Filing date: 1985-09-24
Publication date: 1993-05-25
Also published as: GB8424048D0; JPS61190547A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、制振および遮音用材料の製造法に関
する。

従来の技術一般に、樹脂質または高分子材料で結合された
鉱物充填材より成る被覆は、金属板構造体に、と
くに構造体の共振性により増大する騒音を低減さ
せるために使用される。一般に、これら被覆は、
制振材料と呼称され、かつ所望の面に塗料として
施こされるか、またはシートとして接着剤により
施こされる。またこのような被覆は、ある程度の
遮音が得られることも知られている。とくに、こ
れら材料の遮音効率は、樹脂質または高分子結合
剤の熱弾性または粘性特性と関連するが、また鉱
物質充填材の選択が重要である。酢酸ビニルのポ
リマーおよび関連するコポリマーは、異常に大き
い内部減衰特性を有することが公知であり、かつ
従つてこのような材料の配合に有利であることが
公知である。

これら材料が遮音性を得る際に有効である温度
範囲は軟度と関連する。酢酸ビニルポリマーおよ
びコポリマーを含有する材料の軟度は、ニトロセ
ルロースで使用されるような可塑剤を使用するこ
とにより容易に調節される。このような可塑剤の
１例が低分子量のフタル酸エステル系可塑剤であ
る、それというのもこれらは一般に酢酸ビニルポ
リマーおよびコポリマーと相容することが知られ
ているからである。

酢酸ビニルポリマーおよびコポリマーは極性溶
剤に容易に溶解するので、一般に、このようなポ
リマーおよびコポリマーより成る制振材料は、直
接塗布用の塗料として、またはシート材料を流延
するための溶液として製造される。若干の酢酸ビ
ニルポリマーおよびコポリマーは、塗料およびキ
ヤストシートの形の制振材料の製造にも使用され
ることのできるエマルジヨンとして水中に分散可
能である。

発明が解決しようとする問題点英国特許第1310241号明細書に示されているよ
うに、酢酸ビニルを含有する比較的簡単に製造さ
れた共重合体材料の熱可塑化加工により遮音材料
シートを製造することも提案された。しかしなが
ら、酢酸ビニル単独の溶融特性のために、高度に
充填された酢酸ビニルホモポリマーの使用は圧延
加工のような熱可塑化加工による厚手のシート又
は他の成形体の製造に好適であることは一般に考
えられなかつた。

問題点を解決するための手段本発明によれば、分子量K60〜K80を有する酢
酸ビニルホモポリマーを充填剤及び可塑剤と混合
し、かつこの混合物を170℃〜190℃に加熱し、か
つその後この混合物を60℃〜120℃の温度に加熱
されている圧延ロールを使つて圧延加工してシー
ト状成形製品を製造することより成る制振及び遮
音用の高分子材料シート状成形体の製造法が得ら
れる。

圧延加工されることのできる充填された酢酸ビ
ニルホモポリマー混合物を調製しかつその後にシ
ート状成形体を圧延加工により製造することによ
り、得られた成形体は、塗装または流延法により
製造された類似の製品と比べ著しく大きい遮音性
能を有すると判明した。このことは、混合及び圧
延加工が、成形体中の混合物成分の大きい分散度
をもたらすという事実によると思われる。さらに
圧延加工は、溶剤（その存在を、汚染防止規則に
適合させる必要がある）または、その除去に高価
な費用のかかる多量のエネルギを必要とする水を
使用する必要がないという利点を有する。ポリ酢
酸ビニル製品は無毒性である。

成形体は、600〓ｍ程度の薄い裏なしシートと
して直接に圧延加工されることができると判明し
た。

このようなシート材料は、裏付きの材料と比
べ、取扱い性および、例えば積層、切断、感圧性
接着剤の塗布による変換の容易さの点で多数の利
点を有する。

酢酸ビニルホモポリマーは分子量K60〜K80を
有し、かつ特定の所望の制振特性により選択され
る。

増量樹脂は、１：５までの重量比で酢酸ビニル
ホモポリマーと混合されることができる。この樹
脂は、他のビニル樹脂、酸化ビチユーメンまたは
ピツチ、もしくはこれらとエチレンポリマーとの
混合物であればよい。

有利に可塑剤は、ニトロセルロースの製造に常
用されるもの、すなわち高溶媒和性の可塑剤、例
えばジブチルフタレートまたはブチルベンジルフ
タレートのようなフタル酸エステルである。可塑
剤の使用量は、製造されるべき制振材料の種類お
よび、制振材料が作動する必要のある温度範囲に
依存する。一般にこの量は、全組成の４〜９重量
％である。

有利に、充填材はクレーおよび雲母鉱の混合物
より成り、充填材含有率が全組成の50〜80重量％
である。

組成物中に、滑性化、安定化および／または着
色を目的とする添加剤を含有させるのが有利であ
ると判明した。

混合物のこれら成分は、成形体に一定の所望の
制振性能が得られ、かつ圧延加工操作のための一
定の加工特性が、この熱可塑化加工が使用された
場合に得られるように選択および配合される。

以下に詳述する制振性能は、英国工業規格
（British Standard）AU125：1966に記載された
方法を使用し評価されることができる。室温にお
ける騒音減衰率が、１Kg／m²の重量を有する材料
で5db／秒〜20db／秒であると期待されてよい。

圧延加工の場合の加工性は、熱力学的
（thermo−mechanical）分析および押込み試験
により評価される。後者が英国工業規格3260号に
記載されている。有利な組成物は、ガラス転移点
10℃以下を有しかつ200℃にまで徐々に軟化する。
押込み硬度値は0.5mm〜1.0mm（0.02インチ〜0.04
インチ）（25℃）の範囲内にある。

本発明には本発明により製造した制振及び遮音
用の材料成形体も包含される。

実施例次に本発明を優れた実施例により詳説する。

例１以下の成分を一緒に混合する（単位：重量
％）：ポリ酢酸ビニル（PVA）（分子量K70） 24％ブチルベンジルフタレート（可塑剤）６％滑剤１％スレート末（鉱物質充填剤） 53％雲母（鉱物質充填剤） 16％選択されたこれら成分を十分に分散するまでブ
レンドする。その後に、このブレンドされた材料
を、高強力または連続ミキサへ移し、そこで170
℃〜190℃の範囲内の温度に加熱する。

その後に、この加熱された素材を、２ロールモ
ードで作動するカレンダ、またはカレンダ列に供
給する。有利に、カレンダのロール温度を60℃〜
120℃、有利に60℃〜80℃の範囲内に設定する。

カレンダロール間のギヤツプを、１Kg／m²の重
量を得るために必要なシート厚さに相応して設定
する。

カレンダから搬出されるシートを冷却し、かつ
後続加工のための巻きに巻取るかまたは所望寸法
のパネルに切断する。シート材料の巻きは、直接
に使用するか、または所望の場合には感圧接着性
の巻きまたはシートに変換することができる。

この実施例による１つの実験において、ブレン
ドした材料を、連続ミキサ中で180℃に加熱し、
かつ２本ロールカレンダに供給するとともに、ロ
ール温度を80℃および60℃に設定した。ガレンダ
速度は10m／分であつた。出来上つたシートを切
断しかつパネルに切断した。これらパネルを、英
国工業規格AU：125：1966により試験した。こ
れらは、16℃で騒音減衰率16デシベル／秒が得ら
れた。流延法により製造した比較材料の減衰率
は、同じ温度で11デシベル／秒である。

例２シートを、例１の方法を使用し、重量1.25Kg／
m²および厚さ0.6mmに圧延加工し、かつ自動車に
使用するための制振シート材料としての適性につ
き試験した。以下に、この材料の特性、および適
用した試験法を、添付の第１図〜第７図につき詳
述する。

図面において：第１図は、酢酸ビニルホモポリ
マーPVAおよび例２の材料の弾性率および動的
損失率の温度による変動を示す図表であり；第２
図は、標準バー試験による減衰率を温度と対比し
て示す図表であり；第３図は、ガイガープレート
試験（Geiger plate test）による減衰率を温度
と対比して示す図表であり；第４図は、複素弾性
率試験による複合動的損失率を温度と対比して示
す図表であり；第５図は、複合動的損失率を、例
２の材料の厚さとこれが結合された鋼板の厚さと
の比と対比して示す図表であり；第６図は、複合
動的損失率を振動の周波数（Hz）と対比して示す
図表であり；および第７図は、シート材料の種々
の固定法につき減衰率を温度と対比して示す図表
であり、固定用接着剤の効果を表わす。

制振材料が振動するパネルの面に付着し、これ
ら制振材料の、その機能に重要な物理的特性が強
調されると推測される。基本的条件は、最大量の
振動エネルギがパネルから除去され、かつその後
にその抽出されたエネルギができるだけ多量に殆
んど無害な形、例えば熱に変換されることであ
る。

パネルが単運動する簡単な場合、制振材料の静
力学的変形を惹起すると思われる。適用された応
力（〓）対得られた歪み（〓）の比が材料の弾性
率（Ｅ）を特定するか、または〓＝Ｅ〓である。

従つて、歪みを形成するのに必要である応力を
極大化するため、かつ従つて利用されるパネルエ
ネルギを極大化するため、制振材料は大きい弾性
率を有する必要がある。

振動的運動の形の動的負荷が材料に適用された
場合、内部摩擦（粘性損失）が、存在する応力に
抵抗する。このことを考慮し、弾性率は複素方程
式で表わされる必要がある。すなわち E^*＝E′＋jE″ 但し、E^*＝複素弾性率 E′＝弾性率 E″＝損失弾性率ｊ＝√−１容易に測定されることのできる特性である材料
の動的損失率〓が比E″／E′と定義され、かつ従
つて前記方程式を書直すことができる： E^*＝E′（１＋ｊ〓）ところで、制振材料にとつて重要なのは、大き
い弾性率を有することだけでなく、またその損失
弾性率または動的損失率が、内部摩擦によるエネ
ルギ変換を極大化するため大でなければならない
ことである。この種の材料が粘弾性と呼称され
る。

一定の条件下で、PVAが所望の粘弾性を示し
かつ無毒である。

大ていのプラスチツクと同じく、PVAは、そ
の温度が上昇した際に相変動を受ける。低温にお
いて、このものは硬質でありかつガラスのように
脆性である。このものは、一定の温度、すなわち
凝固点を上廻ると徐々に軟化するが、 “転移相”として公知の温度範囲を経ても依然と
して固体材料の特性を維持する。温度がさらに上
昇すると、このものは著るしく弱化しかつ、最後
に自由流動を開始しかつ用語の実際の意味で液化
するまでゴム挙動を示す。

転移相において、この材料は靭性を維持しかつ
粘弾性を示す。これが変形されかつ従つて応力を
受けた場合（弾性率が応力の大きさを決める）、
分子の再配列過程が応力を低減させるとともに、
歪みが不変に残存する。このことが、大部分の分
子エネルギを熱へ変換させる。（動的損失率が、
材料のエネルギ変換能力の尺度である）。

第１図は、酢酸ビニルホモポリマーPVAの弾
性率および動的損失率の変動を、主作用パラメー
タ、すなわち温度の関数として示す。“転移相”
が弾性率の急激な低下（緩慢な軟化の徴候）によ
り表わされ、かつ動的損失率の増大が最大値を通
過する。制振材料としての最大の効果は、弾性率
および動的損失率が２つとも大である温度、すな
わち50℃〜60℃にある。単独のPVAは、有効温
度範囲が極めて狭いだけでなく、最終用途で曝さ
れる標準的室温を包含しないので、殆んど実用性
がない。

幸いにして、有効範囲の位置および大きさが、
可塑剤および充填剤を選択的に使用することによ
り大巾に改善されることができる。またこれは、
この相を拡張し、すなわち弾性率の傾斜をさらに
緩慢となしかつ動的損失率最高点を拡巾するとい
う効果を有する。後者の効果は、充填材を添加す
ることにより強化されることができる。しかしな
がら、動的損失率の最高値は、ピークの巾が増大
せる際に低減し、従つて最高減衰率および有効温
度範囲巾間に妥協が存在する。

例１および２の配合は、最高減衰率が標準的室
温で得られるように適合されている。第１図は、
この材料の弾性率および動的損失率の温度による
変動を表わす。PVAに対する添加物の効果が、
基材ポリマーの曲線と比較することにより明白に
認められることができる。０〜30℃の範囲におけ
る弾性率および動的損失率の大きい値が、標準的
生成物の、室内条件用の制振材料としての適合性
を示す。他の温度範囲が、配合を相応に開発する
ことにより備えられることができる。

制振材料の基本的要求性能がその性能の尺度で
あり、従つて判定が、その現場における効果から
行なわれることができる。装着性能を考慮する際
に重要なのは、制振材料の有効性が生成物自体の
特性により決定されるだけでなく、またこれが取
付けられるパネルにも依存するということを理解
することである。制振材料の有効性はパネルの固
有減衰により左右されることがあり、その場合特
定の材料は、すでに若干の減衰率を有するパネル
よりも、極めてわずかな減衰性のパネルを制振す
る際に大きい効果を有する。また性能は、作動条
件下のパネルの振動のモードまたはモード形状に
も依存する。制振材料は、そのエネルギ吸収作用
が曲げ応力と関連するので、パネルのモード形状
が顕著になるに従つてさらに有効になる。（モー
ド形状は、パネル形状および境界条件により表わ
される）。

この点に引続いて、もしパネルが制振材料で部
分的に被覆されるにすぎないならば、その性能が
パネルのモード形状に対するその位置により左右
されることができ、すなわち良好な結果は、もし
これがノード点付近に配置されるよりも、最大曲
げの全面にわたり被覆した場合に得られる。

従つて、この制振材料の弾性率および動的損失
率が適当な周波数および温度範囲につき公知であ
るにせよ、このことが、パネルに取付けられた際
のその性能の尺度と見做されることはできない。
極めて簡単な場合、装着性能を理論的に決定する
ことが可能である。このような計算が、非硬質材
料の動的損失率および弾性率の実験室における測
定のベースを形成する。例２がこの種の１例であ
るこれら材料を、簡単な形状のスチールバーに取
付けて試験した。しかしながら、代表的な自動
車々体パネルの構造および境界条件は簡単とは程
遠く、従つて合せられたパネルおよび制振材料の
性能の唯一の正確な測定は、複合レスポンスの直
接的測定による。

標準的な性能規格を制定しかつ種々の材料の相
対的有効性を試験するため、容易に再現可能な実
験室試験が得られる必要がある。

現存する多数のこのような試験は、それぞれ特
定の局面を強調するものであつて、例えば、試験
の速度、特定種別の材料の適合性、周波数／厚
さ／温度による性能変動の測定能力を有する。サ
ンプル形態および試験法は、それぞれ２つのカテ
ゴリーに分けられることができる。

サンプル形態：ａノード点で支持し特定の共振周波数で振動さ
せるため金属板に取付けられたサンプル。

ｂ共振周波数（複数）の範囲にわたり行なわれ
るべき測定を可能にするため、１端／両端で挾
持された、単なるバーの形の、または金属バー
に取付けられたサンプル。

試験法：ａ減衰率測定法：共振周波数の外的励起力を除
去し、かつ振巾の減衰を単位dB／秒で測定す
る。

ｂ周波数レスポンス測定法：可変周波数の正弦
力をサンプルに加え、かつ振動の振巾を周波数
の関数としてプロツトする。特定の普通周波数
に対する動的損失率が共振ピークの位置および
巾から得られる。

減衰率および動的損失率が下式のような関係を有
する：〓＝Ｄ／8.7Пｆ但し、Ｄ＝減衰率（dB／秒）ｆ＝共振周波数（Hz）以下に、３つの標準的試験を略述する。

バー試験（BSAU 125）−この試験は、制振材
料が取付けられ、ノード点で支持された0.25イン
チ（6.4mm）厚スチールバーの、その基本周波数
100Hzにおける減衰率の測定を包含する。第２図
は、例２の材料（感圧接着性）が設けられたバー
の減衰率対温度の図表である。この曲線は、18℃
付近に存在する、最高減衰率16dB／秒の広巾ピ
ークを有する。

ガイガープレート試験（Geiger Plate Test）
−この装置は、制振シートの取付けられるパネル
が20インチ（50.8cm）角のプレートであるととも
に、共振周波数が約160Hzであることを除き、バ
ー試験に極めて類似する。試験結果を第３図に示
す。減衰率の絶対値は、プレート構造が異なるの
で第２図と異なるが、但し温度に対する性能曲線
の形が極めて類似する。

複素弾性率試験−この試験は、その上端が挾持
された試験片で測定する周波数レスポンス法を適
用する。この試験は、減衰率測定が周波数並びに
温度の範囲にわたり行なわれることを可能にする
ので、前記せる他の試験よりもさらに用途が広
い。またこの試験は、さらに代表的な自動車々体
パネルと見做しうる薄い基板を使用する。一般に
代表的な例２のデータを得るため、“平均”バー
寸法は、280mm×10mm×１mmを選択した。またこ
の寸法は、入手しえた唯一の標準試験法、すなわ
ちASTM E756−80に記載された仕様の範囲内に
分類される。この方法により、例２による感圧接
着性材料の試験を、軟鋼より成るバーを使用し実
施した。

第４図は、複合動的損失率対温度の図表であ
る。等価減衰率が縦軸に記入されている。再び、
広巾ピークが認められる。もつぱらこのことは、
複素弾性率試験において、制振シート厚さが、ベ
ースバーの厚さと比べさらに大であることによ
る。

厚さ比の重要性は、バーの古典的解析から出発
し、適当に仮定しかつ極めて小さい項を無視した
下式中で認められることができる。

〓ｃ＝〓₁×MT（３＋6T＋4T²）／１＋MT（５＋6T＋4T²
）……(1) 但し、〓ｃ＝複合動的損失率（制振材料＋バー）〓₁＝制振材料の動的損失率Ｍ＝弾性率比＝E₁／Ｅ E₁＝制御材料の弾性率Ｅ＝バーの弾性率Ｔ＝厚さ比＝H₁／Ｈ H₁＝制振材料厚さＨ＝バー厚さ複合動的損失率および制振シート／バー厚さ比
間の関係は、種々の厚さの例２材料を試験するこ
とにより実験的に決定された。その結果を第５図
に示す。また式(1)により表わされたものをプロツ
トし、かつ予期されたように緊密な一致が得られ
た。

振動周波数の複合動的損失率に対する効果を、
バーの種々の共振周波数における測定を実施する
ことにより調べた。この測定を４つの温度で実施
し、かつその結果を第６図の図表に示した。

標準的な作動条件にわたり、例２の材料の性能
が周波数に全く依存しないことが明白である。

パネルに直接に固定された際に最高の効果を得
るため、制振材料がパネル面と同じ曲げ変形を受
ける必要がある。従つて、固定法が複合制限性能
を左右する、それというのも接着層中で行なわれ
る全ての変形が制振シート中に形成される歪みを
低減させるからである。

例２の材料とともに使用される固定用接着剤の
種類による効果を、標準バー装置を使用し試験し
た。第７図に、３種類の接着剤系を使用した減衰
率を温度の関数として示す。予期されたように、
最高の結果が構造形の接着剤（エポキシ樹脂）で
得られるとともに、半固体の触圧形接着剤および
標準的な感圧性接着剤は類似の結果が得られる。

従つて、この材料から最高の性能を得るという
見地からは、接着剤固定系ができるだけ硬質であ
る必要がある。しかしながら、自動車用途の実際
の固定法を考慮した場合、感圧性接着剤が最も高
く評価される。例２の実施例の場合、その固有性
能が極めて高いので、大きい減衰率がその感圧性
接着状態でさえ得られる。

例２の材料は、大ていの自動車々体パネル、例
えば、ドアー、ルーフ、ウイング、ボンネツト
（フード）およびブーツ（トランク）リツド等に
使用される金属の規格内の共振振動を有効に減衰
し去る。フロアパンのような厚いパネル上、また
は振動レベルが殊に大である範囲内で、わずかに
厚いシートが必要とされることがある（厚さ１
mm、重量2.0Kg／m²）。

パネルの完全な被覆は不必要である。一般に、
非変形範囲の中心付近に配置された小形パツドが
十分に有効である。

その軽量性により、自動車工業で最大の可能性
の得られるシート材料の形が、感圧性接着剤固定
系と一緒になつている。このことが、別個の、一
般に溶剤をベースとする接着剤の必要をなくす
る。このものは、部材を、垂直面または水平面の
裏面に容易に取付けることを可能にし、かつなん
らの後硬化なしに永久的結合を生じる。車体パネ
ルが最終組立てラインにおけるよりもさらに手入
れし易い場合、もし必要ならば、高温形の感圧性
接着剤を使用し、部材をはじめの塗料焼付け前に
取付けることもできる。

PVAは熱可塑性材料であり、従つてシートは、
水平面に配置された場合、熱時に裏面の外形に順
応する傾向がある。例２の材料およびホツトメル
ト接着剤を使用する試験において、製造されたサ
ンプルが、深絞りパネルに190℃で５分の加熱条
件で順応した。

【図面の簡単な説明】

図面はいずれも本発明による材料の諸特性を示
すもので、第１図は弾性率および動的損失率を酢
酸ビニルホモポリマーPVAのそれと対比し温度
との関連において示す図表、第２図は標準バー試
験による減衰率を温度との関連において示す図
表、第３図はガイガープレート試験による減衰悠
を温度との関連において示す図表、第４図は複素
弾性率試験による複合動的損失率を温度との関連
において示す図表、第５図は複合動的損失率を材
料厚さ／銅板厚さの比との関連において示す図
表、第６図は種々の温度における複合動的損失率
を振動周波数との関連において示す図表、および
第７図は減衰率を種々のシート固定法につき温度
との関連において示す図表である。

Claims

【特許請求の範囲】１分子量K60〜K80を有する酢酸ビニルホモポ
リマーを充填剤及び可塑剤と混合し、かつこの混
合物を170℃〜190℃に加熱し、かつその後この混
合物を60℃〜120℃の温度に加熱されている圧延
ロールを使つて圧延加工してシート状成形製品を
製造することより成る制振及び遮音用の高分子材
料シート状成形体の製造法。２混合工程が増量樹脂を酢酸ビニルホモポリマ
ーに対して１：５までの重量比で含有する、特許
請求の範囲第１項記載の方法。３可塑剤が高溶媒和性可塑剤である、特許請求
の範囲第１項又は第２項記載の方法。４可塑剤がフタル酸エステルである、特許請求
の範囲第３項記載の方法。５可塑剤の使用量が全組成物の重量の４％〜９
％である、特許請求の範囲第１項から第４項まで
のいずれか１項記載の方法。６充填剤がクレーと雲母鉱の混合物である、特
許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１
項記載の方法。７全組成物中の充填剤含量が50％〜80％であ
る、特許請求の範囲第１項から第６項までのいず
れか１項記載の方法。８混合工程が： (a) 以下の成分：ポリ酢酸ビニルホモポリマー24重量％；前記可塑剤としてブチルベンジルフタレート６
重量％；滑剤１重量％；前記充填剤の一部としてスレート粉末53量％；
及び前記充填剤の残分として雲母16重量％が十分に分散するまでブレンドし；かつ (b) このブレンドした混合物を連続式ミキサーに
移送し、そこで温度170℃〜180℃で更に混合し
かつ加熱することよりなる、特許請求の範囲第１項記載の方
法。