WO2009081760A1 - 車両用断熱吸音材 - Google Patents

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WO2009081760A1
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Katsuji Aoki
Hideo Nakamura
Masaaki Takeda
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Fuji Corporation
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Definitions

  • the present invention relates to a heat insulating sound absorbing material for a vehicle that exhibits high heat insulating and sound absorbing effects when juxtaposed inside a wall of a railway vehicle or the like, and in particular, a heat insulating sound absorbing material for a vehicle that can maintain heat insulating and sound absorbing effects for a long period of time because of little settling in the thickness direction About.
  • the sound absorbing material disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-138935 includes a skin material made of a fiber sheet containing a heat-resistant organic fiber having a heat melting temperature or a thermal decomposition temperature of 370 ° C. or higher, and a similar heat-resistant organic fiber.
  • a non-woven fabric having a thickness of 2 to 100 mm is laminated.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-335279 discloses that it is an easily moldable sound absorbing material used for interiors of automobiles, trains, airplanes, etc., and in the sound absorbing material, a skin material is laminated on one side of a nonwoven fabric. Contains a resin binder. Although this sound absorbing material is effective in terms of moldability, it is the same as described above in that it uses an organic fiber non-woven fabric, and in terms of heat insulation and sound absorbing properties, it can be sufficiently adapted to demands on the Shinkansen and the like. Have difficulty.
  • the present invention has been proposed in order to improve the above-mentioned problems related to conventional heat insulating materials and sound absorbing materials for vehicles, and since the settling in the thickness direction is small, the heat insulating materials for vehicles capable of exhibiting high heat insulating and sound absorbing effects for a long period of time.
  • the object is to provide a sound absorbing material.
  • Another object of the present invention is to provide a vehicle heat insulating sound absorbing material that achieves high heat insulating properties and sound absorbing properties and is relatively inexpensive.
  • the heat insulating sound-absorbing material for vehicles according to the present invention is a mat material in which non-combustible fibers 30 to 85%, flame-retardant organic fibers 0 to 45%, and low melting point organic fibers 15 to 50% are uniformly mixed. is there.
  • the heat insulating sound-absorbing material for vehicles according to the present invention is formed into a mat by heat-treating a bulky cotton-like material obtained by forming a thin web such as card wrap and vertically arranging the thin web in the sheet thickness direction. ing.
  • the density of the obtained mat material is desirably 5 to 20 kg / m 3 .
  • a nonflammable fiber being a silica fiber or a polyacrylonitrile-type flameproof fiber.
  • each fiber included in the mat member may be previously treated with a flame retardant and / or a water repellent.
  • the heat insulating sound-absorbing material for vehicles according to the present invention is a mat material in which non-combustible fibers 30 to 85%, flame-retardant organic fibers 0 to 45%, and low melting point organic fibers 15 to 50% are uniformly mixed.
  • the entire mat is formed by heat-treating a bulky cotton-like material obtained by forming a thin web such as a card wrap and vertically arranging the thin web in the sheet thickness direction.
  • a non-flammable resin and / or a flame retardant resin may be applied to both sides.
  • the incombustible resin and / or the flame retardant resin is preferably colored.
  • the heat insulating sound absorbing material for vehicles according to the present invention is a mat in which non-combustible fibers 30 to 85%, flame retardant organic fibers 0 to 45%, and low melting point organic fibers 15 to 50% are uniformly mixed.
  • a mat material obtained by forming a thin leaf web such as card wrap and matting the bulky cotton-like material obtained by heat-treating the thin leaf web while vertically folding the thin leaf web in the sheet thickness direction.
  • a sheet material may be bonded to at least one side of the sheet.
  • the laminated sheet material is preferably a flame-retardant or non-combustible fiber sheet.
  • FIG. 3 In order to obtain the heat insulating sound-absorbing material 1 (FIG. 3) of the present invention, as shown in FIG. 1, a predetermined amount of non-combustible fibers 2 and flame-retardant organic fibers are obtained by carding. A thin leaf web 7 is formed from the organic fibers 5 having a low melting point of 3 and the web is further processed into a bulky cotton-like material 8 (FIG. 2). The cotton-like material 8 is matted by heat treatment and becomes the mat material 10 (FIG. 3).
  • the non-combustible fiber 2 that is the main component of the web 7 needs to be 30 to 85% by weight of the total amount.
  • the other components are organic fibers 3 and 5, so that the heat resistance, heat insulating property and sound absorbing property are not significantly increased. Small advantage over sound-absorbing materials for automobiles.
  • 30% by weight or more of the total amount is used, the heat resistance, heat insulating property and sound absorption are remarkably higher than the conventional one, and it is generally economically advantageous.
  • it exceeds 85% by weight the mat member 10 is bent. It will be lacking in sexuality and will be easy to sag with continued use.
  • the incombustible fiber 2 is preferably a silica fiber or a polyacrylonitrile-based flameproof fiber from the viewpoint of cost, heat resistance and heat insulation.
  • Silica fibers are generally also called silica glass fibers, and are fired after removing soluble components and organic components from the fibrils.
  • short fibers such as E glass, soda silica glass, borosilicate glass, and soda lime glass are manufactured as a silica fiber by a blow method, and the short fiber is acid-treated to elute soluble components and then fired.
  • the silica skeleton is formed, for example, the silica content reaches about 95% or more.
  • E glass fiber which is boron silicate glass having an alkali content of 1% or less, as the silica fiber.
  • polyacrylonitrile-based flameproof fiber examples include trade name: Pyromex (manufactured by Toho Tenax) and trade name: pylon (manufactured by Zoltec).
  • This flame-resistant fiber is a fiber obtained by calcining a polyacrylonitrile precursor at about 300 to 500 ° C., and is probably an organic amorphous material. When the flameproof fiber is added, it becomes relatively easy to give cutting and bending properties to the heat insulating sound absorbing material.
  • Examples of other incombustible fibers 2 that can be used include S glass fibers, silicon carbide fibers, boron fibers, alumina silicate fibers, alkali titanate fibers, and ceramic fibers alone or in a mixture.
  • the E glass fiber has a heat melting temperature of 1121 ° C., but since the high-temperature strength rapidly decreases at about 800 ° C., it can be used in places where heat resistance is relatively not required in vehicles.
  • metal fibers such as nickel fibers, tungsten fibers, and titanium fibers and carbon fibers can be used in terms of high heat melting temperatures, metal fibers and carbon fibers generally have a high thermal conductivity and thus have low heat insulation properties. Therefore, there is a possibility that it can be added as a part of the incombustible fiber.
  • the flame retardant organic fiber 3 is 0 to 45% by weight, preferably 5 to 30% by weight of the total amount. Flame retardant organic fibers are used in the case of adding relatively organic polyacrylonitrile-based flame resistant fibers as the non-flammable fibers 2 or adding a relatively large amount of low melting point organic fibers 5. It does not have to be.
  • the flame-retardant organic fiber 3 is added to give the heat-insulating sound-absorbing material 1 flexibility and flexibility, and the degree of card formation is improved due to card passage and the like, and the yield of raw materials is improved.
  • the flame retardant organic fiber 3 preferably has a melting point or a thermal decomposition temperature of 250 ° C.
  • the heat insulating sound-absorbing material 1 maintains a predetermined heat resistance. It becomes impossible to maintain sex.
  • the flame-retardant organic fiber is added in an amount of 5 to 30% by weight, the heat insulating sound-absorbing material 1 can be imparted with a good balance of flexibility, flexibility and heat resistance.
  • Examples of the flame retardant organic fiber 3 include meta-aramid fiber, PTFE (polytetrafluoroethylene) fiber, PPS (polyphenylene sulfide) fiber, polyether ether ketone fiber, 66 nylon fiber, polyester fiber, and heterocyclic fiber.
  • Examples of the non-melting flame retardant organic fiber 3 include polyimide fiber, poly-p-phenylene terephthalamide fiber, poly-p-benzamide fiber, and copolymerized aramid fiber. These fibers may be in the form of a composite fiber or a mixed fiber. Furthermore, if this organic fiber is a highly crimped fiber or a latent crimped fiber, a more bulky heat insulating sound absorbing material can be obtained.
  • the thin web 7 contains 15 to 50% by weight of the organic fiber 5 having a low melting point.
  • the organic fiber is melted by the heat treatment in the next step to achieve matting of the cotton-like material 8. Need to be performed at a high temperature. If the organic fiber 5 having a low melting point is less than 15% by weight, it becomes difficult to obtain a flexible and flexible mat member 10, while if it exceeds 50% by weight, the heat resistance is lowered and the heat insulation test is performed. Smoke and gas are likely to be generated.
  • the low melting point organic fiber 5 is generally a thermoplastic fiber such as polyester, polypropylene or acrylic having a melting point of about 110 to 150 ° C. or a composite fiber thereof.
  • the composite fiber of the low melting point organic fiber and the high melting point organic fiber is a two-layer type such as a core-sheath type or a parallel type, and only the low melting point organic fiber 5 is melted at the heating temperature during the heat treatment, Since the organic fiber having a high melting point at that temperature can maintain its shape, matting of the cotton-like material 8 can be reliably achieved by maintaining the original shape of the fiber itself.
  • the flame-retardant property of the heat-insulating sound absorbing material 1, particularly the flame spreadability on the surface of the heat-insulating sound absorbing material, is further increased.
  • medical agent used by a flame-retardant process is not specifically limited,
  • group can be used, and it is preferable to use an aqueous thing from the point of workability.
  • a flame retardant treatment for example, a predetermined amount of a commercially available aqueous phosphorus flame retardant is applied by spraying or the like, and then dried sufficiently, and after passing through a card machine, a thin leaf web is formed.
  • the raw fiber made of the non-combustible fiber 2 and the two kinds of organic fibers 3 and 5 can be pre-treated with a water repellent and then carded on the thin leaf web 7. It is also possible to carry out simultaneously with the fuel treatment. If the raw material fibers are subjected to a water repellent treatment in advance, a bulky material can be obtained as compared with the case where the cotton-like material 8 is subjected to a water repellent treatment later.
  • the water repellent used here is not particularly limited, and water-based or solvent-based fluorine-based or silicone-based water repellents can be used, and water-based ones are preferable from the viewpoint of workability.
  • the raw fiber When the raw fiber is subjected to water repellent treatment, for example, a predetermined amount of commercially available water-based fluorine-based water repellent is applied by spraying or the like, and then the raw material fiber is sufficiently dried and passed through a card machine to complete the web. At this time, it should be noted that if the raw material fibers are not sufficiently dried, the card property becomes poor.
  • water repellent treatment for example, a predetermined amount of commercially available water-based fluorine-based water repellent is applied by spraying or the like, and then the raw material fiber is sufficiently dried and passed through a card machine to complete the web. At this time, it should be noted that if the raw material fibers are not sufficiently dried, the card property becomes poor.
  • the obtained cotton-like material 8 or the mat material 10 may be water repellent before or after the heat treatment for matting, and the water repellent used is inorganic and / or Or it is an organic commercial item, for example, is an aqueous fluororesin.
  • This water repellent process may be performed by spraying, roll coating or dipping. This water-repellent processing can be performed simultaneously with the flame-retardant processing.
  • the raw material fibers are carded using a known card machine so as to become a thin web 7 as shown in FIG. 1, and the thin web 7 is vertically arranged while being folded back in the sheet thickness direction, so that FIG. A bulky cotton-like material 8 as shown is formed.
  • the cotton-like material 8 may be produced directly from the raw fiber by the same card machine or may be formed from the thin web 7 by another processing machine.
  • the basis weight of the thin leaf web 7 is preferably as low as possible, but is usually set to 10 to 40 g / m 2 .
  • the cotton-like material 8 is fed into a known heating furnace and heat-treated at 150 to 200 ° C. for 2 to 4 minutes.
  • the heating furnace for example, the whole is matted by allowing hot air to penetrate the cotton-like material in the vertical direction while regulating the thickness of the cotton-like material 8 with a vertically arranged net conveyor.
  • the low melting point organic fiber 5 in the cotton-like material 8 is melted and fused to the other fibers 2 and 3 so that the whole becomes a mat shape.
  • the obtained mat member 10 (FIG. 3) preferably has a thickness of 15 to 70 mm and a basis weight of 200 to 500 g / m 2 .
  • the mat material 10 is used as it is as the heat-insulating sound-absorbing material 1, it is further subjected to water-repellent treatment as described above, further treated with an incombustible agent and / or a flame retardant, or further a sheet material 12 (FIG. 4). ) May be attached.
  • the heat insulating sound absorbing material 1 obtained finally has a thickness of 15 to 50 mm. If the thickness is less than 15 mm, the thickness is too thin, so the interior work for trains and automobiles becomes complicated. If the thickness exceeds 50 mm, the insulation sound absorbing material 1 becomes difficult to bend because it becomes too thick. The work is still difficult.
  • the heat insulating sound-absorbing material 1 can be further subjected to a surface smoothing process by partial needle punching, hair burning or calendering.
  • the heat-absorbing sound-absorbing material 1 has fibers arranged in the vertical direction, so that it is difficult to sag even if it is bulky, and even if it is thick, it has a relatively small density and is easily deformed. For this reason, as illustrated in FIG. 5, as the interior material of the railway vehicle 14 or the automobile, the vehicle can be freely bent at the corner 16 or the protruding portion. At this time, the heat insulating sound-absorbing material 1 can be freely cut at the time of construction as desired. For example, the inside of the railroad vehicle 14 can be filled inside the ceiling 18 except for the crosspiece 17 and the like. is there.
  • the present invention it is preferable to further apply a non-flammable resin and / or a flame retardant resin to the surface of the mat material, since the flame retardancy of the surface, in particular, the flame spreadability, is remarkably improved.
  • the incombustible resin to be used is not particularly limited, and inorganic materials such as colloidal silica, alumina, water glass, and mica, and organic materials such as phenol can be used.
  • the flame retardant resin is not particularly limited, and a flame retardant such as phosphorus or halogen may be used together with the resin binder.
  • a colorant such as a pigment
  • the application method of these resins is not particularly limited, and an arbitrary method such as a roll coating method or a spray method can be adopted.
  • the coating amount is preferably 5 to 70 g / m 2 , more preferably 10 to 40 g / m 2 .
  • a sheet material 12 made of synthetic paper, spunlace nonwoven fabric, felt or woven fabric of flame-retardant or non-flammable fibers is applied to a liquid resin on one or both sides of the mat material 10. Alternatively, they may be bonded together with a heat bonding film or the like.
  • the sheet material 12 is made of polyester fiber, meta-aramid fiber, polyacrylonitrile-based flameproof fiber, silica fiber, S glass fiber, ceramic fiber, or the like, and the mat material 10 itself may be the same as described above.
  • the sheet material 12 may be bonded to the cotton-like material 8 before heat treatment and then heat-treated with the cotton-like material 8 or may be bonded to the mat material 10 after heat treatment.
  • the liquid resin for bonding may be a liquid resin such as a thermal bonding film or aqueous dispersion of a polyester resin or an acrylic resin, a silicon oxide resin, or a silica acrylic resin.
  • An aqueous dispersion of resin to be applied / impregnated by water repellent treatment or flame retardant treatment may be used for adhesion of the sheet material 12.
  • the heat insulating sound-absorbing material according to the present invention is bulky because the thin webs are vertically arranged in a zigzag shape, and the main component of the mat material is non-combustible fiber. Since it is very excellent and has little sag, heat insulation and sound absorption can be maintained over a long period after installation.
  • the heat insulating sound-absorbing material of the present invention has higher safety than before when mounted on a railway vehicle or an automobile, etc., and not only Japanese JIS standards but also high-speed railway vehicles in foreign countries that comply with British standards regarding railway vehicles. It can also be applied to.
  • the heat-absorbing sound-absorbing material of the present invention is provided with flexibility by adding a relatively soft flame-retardant organic fiber to a relatively rigid non-combustible fiber. It is easy to fill the inside.
  • low-melting organic fibers are uniformly mixed and fused at the time of heat treatment, so that the whole can be processed into a uniform mat material only by heat treatment, and the thin webs are vertically arranged in a zigzag shape. Therefore, even if it is bulky, it does not get struck at the time of storage, and the commercial value is not impaired by long-term storage.
  • the heat-insulating sound-absorbing material of the present invention is a mat material that is thick but flexible and easy to handle. Even if it is cut or bent at the time of construction, there is little loss of fibers, and the environment for interior work is hardly deteriorated.
  • the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to the examples.
  • the heat insulation sound-absorbing material 1 shown in FIG. 3 is manufactured.
  • the heat insulating sound-absorbing material 1 uniformly mixes non-combustible fibers 2, flame retardant organic fibers 3, and low melting point organic fibers 5, and vertically arranges them in a zigzag shape as shown in FIG.
  • the mat material 10 thus obtained.
  • the heat insulating sound-absorbing material 1 40% by weight of silica fiber as the non-combustible fiber 2, 20% by weight of meta-aramid fiber as the incombustible organic fiber 3, and core-sheath type low-melting polyester as the low-melting organic fiber 5
  • 40% of fibers (trade name: Safmet, manufactured by Toray) and forming a thin leaf web 7 having a basis weight of 20 g / m 2 by carding
  • the web was folded in the longitudinal direction as shown in FIG.
  • the obtained cotton-like material 8 was heat-treated in an oven at 180 ° C. for 3 minutes while maintaining the zigzag-like arrangement shape, and the thickness was 50 mm and the weight was 380 g / m 2 (density 7.6 kg / m 3 ). Insulation sound-absorbing material 1 was obtained.
  • the obtained heat-absorbing sound-absorbing material 1 has sufficient heat resistance (incombustibility), heat-insulating properties and sound-absorbing properties, and has little settling in the thickness direction when a load is applied.
  • the heat-insulating sound-absorbing material 50% by weight of silica fiber as non-combustible fiber 2, 20% by weight of meta-aramid fiber as flame-retardant organic fiber 3, and core-sheath type low-melting polyester as low-melting organic fiber 5
  • the web was folded in the longitudinal direction as shown in FIG.
  • a polyester spunbond nonwoven fabric having a basis weight of 50 g / m 2 is superposed and bonded as a sheet material 12 through a thermal adhesive film on the bottom surface, and 180 ° C. in an oven while maintaining the array shape.
  • the obtained heat-absorbing sound-absorbing material 1 has sufficient heat resistance, heat-insulating property, sound-absorbing property, and sag resistance, and also has high mechanical strength in the vertical direction.
  • the flame-retardant sheet material 12 was processed in the same manner as in Example 2 except that a meta-aramid fiber spunlace nonwoven fabric having a basis weight of 30 g / m 2 was used instead of the polyester spunbond nonwoven fabric.
  • the obtained heat-absorbing sound-absorbing material 1 has not only sufficient heat resistance, heat-insulating property, sound-absorbing property, and sag resistance, but also has a mechanical strength in the vertical direction, and also has excellent surface flame retardancy.
  • the heat-insulating sound-absorbing material 1 40% by weight of a polyacrylonitrile-based flameproof fiber as the incombustible fiber 2, 20% by weight of the metharamid fiber as the flame-retardant organic fiber 3, and the core as the low-melting point organic fiber 5
  • a sheath-type low melting point polyester fiber Toray, Safmet
  • a hard cotton-like mat having a thickness of 50 mm and a basis weight of 380 g / m 2 (density 7.6 kg / m 3 ).
  • Material 10 was obtained.
  • This material has sufficient heat resistance (nonflammability), heat insulation, and sound absorption, and has little settling in the thickness direction when a load is applied.
  • a hard cotton-like heat insulating sound absorbing material 1 having a thickness of 50 mm and a basis weight of 450 g / m 2 (density 9.0 kg / m 3 ) was obtained.
  • the obtained heat-absorbing sound-absorbing material 1 has sufficient heat resistance (incombustibility), heat-insulating properties and sound-absorbing properties, and has little settling in the thickness direction when a load is applied.
  • the meta-aramid fiber and the low-melting polyester fiber were pre-treated with a phosphorus nitrogen flame retardant using a polyester resin as a binder.
  • a thin web having a basis weight of 20 g / m 2 was formed by carding the mixed cotton, and then the web was folded in the longitudinal direction as shown in FIG. The obtained cotton-like material was treated in an oven at 180 ° C.
  • a hard cotton material having a thickness of 50 mm and a basis weight of 400 g / m 2 .
  • Application and drying were performed to obtain a heat insulating sound-absorbing material having a thickness of 50 mm and a basis weight of 430 g / m 2 .
  • the obtained heat-absorbing and sound-absorbing material had excellent heat resistance, sound absorption and heat-insulating performance, and was particularly excellent in incombustible performance such as surface fire spreadability.
  • This mat material was reduced to half when placed under a load for one day.

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Abstract

【課題】鉄道車両などの壁内部に並置すると断熱および吸音効果を発揮し、厚み方向のヘタリが小さいので断熱および吸音効果を長期間維持できる車両用断熱吸音材を提供する。 【解決手段】不燃性繊維30~85%と、難燃性の有機繊維0~45%と、低融点の有機繊維15~50%とを均一に混綿したマット材であって、カードラップなどの薄葉ウエブを形成し、該薄葉ウエブをシート厚み方向に折り返しながら縦配列して得た嵩高い綿状素材を熱処理することによって全体をマット化する。

Description

車両用断熱吸音材
 本発明は、鉄道車両などの壁内部に並置すると高い断熱および吸音効果を発揮する車両用断熱吸音材に関し、特に厚み方向のヘタリが小さいので断熱および吸音効果を長期間維持できる車両用断熱吸音材に関する。
 車両内部の断熱および吸音のために壁内部に設置する断熱材は、既に数多く提案されている。例えば、特公昭63-19622号に開示するように、ガラスウールやロックウールに少量の有機性樹脂を含浸し、板状に成形した断熱材が鉄道車両用として使用されていた。この断熱材は、含浸させる樹脂が可燃性であると燃焼時に有毒ガスを発生し、しかも軽量でないので車両重量が増加しやすい。このため、ガラスウールの積層体を炭素繊維のフェルトシートで包み込んだり、短繊維のセラミック繊維ウールの積層体をガラスクロスで包み込んで適当にキルティング縫製した断熱材も提案されている。しかし、これらの断熱材は、自由裁断ができないので鉄道車両内部での施工が容易でなく、且つ軽量でないので車両重量が増加する。しかも、前者の断熱材は施工作業時に粉塵が発生して作業環境が悪化しやすく、後者の断熱材は反発弾性が低いために貼着壁面が不均一になりやすい。
 この点を改良した実公平6-47715号では、アクリル焼成の耐炎繊維ラップをニードルパンチングし、さらにアクリル焼成耐炎繊維のニードルフェルトまたは織布からなる難燃シート材を貼り合わせている。この吸音材は、裁断および屈曲ができるので鉄道車両内部での施工が容易であり、比較的軽量であるので車両の重量増加が少ない。この断熱材は、施工作業時に粉塵が発生することもなく、高耐熱性が必要でない新幹線車両を含む日本の鉄道車両において現在採用されている。
 一方、自動車用の吸音材には、従来、ガラスウールの表面にアルミシートを貼着したものを用いていた。この吸音材は、エンジンルームにおいて相当に高温になる排気マフラーの付近に設置すると、高温には耐えても吸音性が不十分であった。このため、特開昭59-227442号では、高軟化点を有する短繊維を合成繊維の不織布に散布した後にニードリングを施し、得た耐熱性の表皮材を接着剤を介してガラスウールの表面に積層し、さらに加熱・加圧で成形している。この吸音材は、仕様繊維の融点がいずれも300℃以下であるため、高温耐熱性が要求されるエンジンルームに用いるには表皮材の耐熱性が不足する。また、特開2006-138935号に開示の吸音材は、熱溶融温度または熱分解温度が370℃以上の耐熱性有機繊維を含有する繊維シートからなる表皮材と、同様の耐熱性有機繊維を含有する厚さ2~100mmの不織布とを積層している。
特公昭63-19622号公報 実公平6-47715号公報 特開昭59-227442号公報 特開2006-138935号公報 特開2005-335279号公報
 鉄道車両は、新幹線などにおいて高速化および車内環境の改善が顕著であり、車内の温度の一定化と外部騒音を完全に遮断できることが肝要になっている。このため、鉄道車両用の断熱材や吸音材についても、従来一般の鉄道車両用または自動車用の吸音材に比べて、耐熱・断熱性および吸音性に対する要求が厳しくなる傾向がある。このため、特開2006-138935号に開示の吸音材でも、鉄道車両用としては断熱性および吸音性の点で十分であるとは言えない。
 一方、特開2005-335279号は、自動車、電車、航空機などの内装に用いる易成形性の吸音材であると開示し、該吸音材では不織布の片面に表皮材が積層され、この表皮材に樹脂バインダーを含有している。この吸音材は、成形性の点では有効であっても、有機繊維の不織布を用いる点では前記と同様であり、断熱性および吸音性の点で、新幹線などにおける要望に十分に適合させることは困難である。
 本発明は、従来の車両用断熱材および吸音材に関する前記の問題点を改善するために提案されたものであり、厚み方向のヘタリが小さいので高い断熱および吸音効果を長期間発揮できる車両用断熱吸音材を提供することを目的としている。本発明の他の目的は、高い断熱性および吸音性を達成するとともに比較的安価な車両用断熱吸音材を提供することである。
 本発明に係る車両用断熱吸音材は、不燃性繊維30~85%と、難燃性の有機繊維0~45%と、低融点の有機繊維15~50%とを均一に混綿したマット材である。本発明の車両用断熱吸音材は、カードラップなどの薄葉ウエブを形成し、該薄葉ウエブをシート厚み方向に折り返しながら縦配列して得た嵩高い綿状素材を熱処理することによって全体をマット化している。
 本発明の車両用断熱吸音材に関して、望ましくは、得たマット材の密度が5~20kg/mである。また、不燃性繊維が、シリカ繊維またはポリアクリルニトリル系耐炎化繊維であると好ましい。また、マット材に含まれるそれぞれの繊維が、あらかじめ難燃剤および/または撥水剤で処理されていてもよい。
 本発明に係る車両用断熱吸音材は、不燃性繊維30~85%と、難燃性の有機繊維0~45%と、低融点の有機繊維15~50%とを均一に混綿したマット材であって、カードラップなどの薄葉ウエブを形成し、該薄葉ウエブをシート厚み方向に折り返しながら縦配列して得た嵩高い綿状素材を熱処理することによって全体をマット化し、得たマット材の片面または両面に不燃性の樹脂および/または難燃性の樹脂を塗布してもよい。不燃性の樹脂および/または難燃性の樹脂は着色されると好ましい。
 また、本発明に係る車両用断熱吸音材は、不燃性繊維30~85%と、難燃性の有機繊維0~45%と、低融点の有機繊維15~50%とを均一に混綿したマット材であって、カードラップなどの薄葉ウエブを形成し、該薄葉ウエブをシート厚み方向に折り返しながら縦配列して得た嵩高い綿状素材を熱処理することによって全体をマット化し、得たマット材の少なくとも片面にシート材を貼り合わせてもよい。この車両用断熱吸音材では、貼り合わせシート材が、難燃性または不燃性繊維シートであると好ましい。
 本発明を図面によってさらに説明すると、本発明の断熱吸音材1(図3)を得るには、図1に例示するように、カーディングによって所定量の不燃性繊維2、難燃性の有機繊維3および低融点の有機繊維5から薄葉ウェブ7を形成し、さらに該ウェブから嵩高い綿状素材8(図2)に加工する。綿状素材8は、熱処理によってマット化され、マット材10(図3)となる。
 ウェブ7の主成分である不燃性繊維2は、全量の30~85重量%であることを要する。不燃性繊維2は、全量の30重量%未満であると、他の成分が有機繊維3,5であるから、耐熱・断熱性および吸音性が顕著に高くならず、従来一般の鉄道車両用または自動車用の吸音材に対する優位性が小さい。一方、全量の30重量%以上使用すると、耐熱・断熱性および吸音性が従来よりも顕著に高くなり、一般的に経済的にも有利であるが、85重量%を超えるとマット材10が屈曲性を欠くことになり、且つ使用の継続でへたりやすくなる。
 不燃性繊維2は、コストや耐熱・断熱性の点で、シリカ繊維またはポリアクリルニトリル系耐炎化性繊維であると好ましい。シリカ繊維は、一般にシリカガラス繊維とも称し、原繊維から可溶性成分や有機分を除去した後に焼成する。例えば、シリカ繊維として、Eガラス、ソーダシリカガラス、ホウケイ酸ガラス、ソーダライム系ガラスなどの短繊維をブロー法によって製造し、この短繊維を酸処理して可溶性成分を溶出してから焼成してシリカ骨格を形成させると、例えばシリカ分は約95%以上に達する。一般に、シリカ繊維の原繊維として、アルカリ含有率1%以下のボロンシリケートガラスであるEガラス繊維を用いると安価である。
 また、ポリアクリルニトリル系耐炎化性繊維には、商品名:パイロメックス(東邦テナックス製)および商品名:パイロン(ゾルテック製)などが例示できる。この耐炎化繊維は、ポリアクリルニトリル前駆体を300~500℃程度で焼成炭素化した繊維であり、多分に有機物的な無定形物質である。耐炎化繊維を添加すると、断熱吸音材に裁断および屈曲性を付与することが比較的容易になる。
 使用可能な他の不燃性繊維2として、Sガラス繊維、炭化ケイ素繊維、ホウ素繊維、アルミナシリケート繊維、チタン酸アルカリ繊維、セラミック繊維の単独または混合体が例示できる。Eガラス繊維は、その熱溶融温度が1121℃であるが、約800℃で高温強度が急激に低下するので、車両において耐熱性が比較的要求されない個所ならば使用できる。また、ニッケル繊維、タングステン繊維やチタン繊維などの金属繊維および炭素繊維は、高い熱溶融温度の点では使用可能であっても、金属繊維および炭素繊維は一般に熱伝導率が高いので断熱性が低くなるため、不燃性繊維の一部としてならば添加できる可能性が残っている。
 薄葉ウェブ7において、難燃性の有機繊維3は、全量の0~45重量%であり、好ましくは5~30重量%である。難燃性の有機繊維は、不燃性繊維2として比較的有機物的なポリアクリルニトリル系耐炎化性繊維を加えたり、低融点の有機繊維5を比較的多く添加する場合などの場合には使用しなくてもよい。難燃性の有機繊維3は、断熱吸音材1に屈曲性と柔軟性を付与するために添加するとともに、カード通過性などによるカード形成度合いが良くなり、原料の歩留まりが向上する。難燃性の有機繊維3は、断熱吸音材1が所定の耐熱性を維持するために、250℃以上の融点または熱分解温度を有することが望ましく、全量の45重量%を超えると所定の耐熱性を維持できなくなる。難燃性の有機繊維は、全量の5~30重量%添加すると、断熱吸音材1に屈曲性と柔軟性および耐熱性をバランス良く付与することができる。
 難燃性の有機繊維3には、メタアラミド繊維、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)繊維、PPS(ポリフェニレンサルファイド)繊維、ポリエーテルエーテルケトン繊維、66ナイロン繊維、ポリエステル繊維、ヘテロ環繊維などが例示できる。無融点の難燃性の有機繊維3としては、ポリイミド繊維、ポリ-p-フェニレンテレフタルアミド繊維、ポリ-p-ベンズアミド繊維、共重合アラミド繊維などが例示できる。これらの繊維は複合繊維や混合繊維の態様であってもよい。さらに、この有機繊維が高捲縮繊維または潜在捲縮繊維であると、いっそう嵩高い断熱吸音材を得ることができる。
 薄葉ウェブ7には、さらに低融点の有機繊維5を全量の15~50重量%含有させることを要する。低融点の有機繊維5をウェブ7に均一に混綿することにより、該有機繊維が次工程の熱処理によって溶融されて綿状素材8のマット化を達成するので、この熱処理は該有機繊維の融点よりも高い温度で行うことを要する。低融点の有機繊維5が15重量%未満であると、柔軟で屈曲性を有するマット材10を得ることが困難になり、一方、50重量%を超えると、耐熱性が低下するとともに断熱試験時に発煙やガスが発生しやすい。
 低融点の有機繊維5は、一般に、融点が110~150℃前後であるポリエステル、ポリプロピレン、アクリルのような熱可塑性繊維またはこれらの複合繊維などである。好ましくは、低融点の有機繊維と高融点の有機繊維との複合繊維が芯鞘型や並列型などの2層型であり、熱処理時の加熱温度で低融点の有機繊維5だけが溶融し、その温度で高融点の有機繊維は形状を維持できるから、繊維自体の原形が保たれることで綿状素材8のマット化を確実に達成できる。
 難燃性の有機繊維3および/または低融点の有機繊維5は、あらかじめ難燃剤で処理される場合には、断熱吸音材1の難燃性、特に断熱吸音材の表面での延焼性をさらに改善できる。難燃処理で用いる薬剤は、特に限定されず、リン窒素系などの難燃剤の水系ディスパージョンを用いることができ、加工性の点から水系のものを用いると好ましい。低融点の有機繊維5を難燃処理する際には、例えば、市販の水系のリン系難燃剤などをスプレーなどによって所定量付与した後に十分乾燥させ、乾燥後にカード機に通して薄葉ウェブを形成させる。
 不燃性繊維2および2種の有機繊維3,5からなる原料繊維について、あらかじめ撥水剤で処理してから、薄葉ウェブ7にカーディングすることも可能であり、この撥水処理を前記の難燃処理と同時に行うことも可能である。原料繊維をあらかじめ撥水処理しておくと、綿状素材8を後から撥水処理する場合よりも嵩高な素材を得ることができる。ここで用いる撥水剤は特に限定されず、水系または溶剤系であるフッ素系やシリコーン系などの撥水剤を用いることができ、加工性の点から水系のものを用いると好ましい。原料繊維を撥水処理する際には、例えば、市販の水系のフッ素系撥水剤をスプレーなどによって所定量付与した後に、原料繊維を十分乾燥させ、カード機に通してウェブを完成させる。この際に、原料繊維の乾燥が不十分であると、カード性が不良になるので注意すべきである。
 原料繊維の予備的撥水処理の代わりに、マット化のための熱処理の前または後に、得た綿状素材8またはマット材10を撥水加工してもよく、用いる撥水剤は無機および/または有機の市販品であり、例えば、水性のフッ素樹脂である。この撥水加工は、スプレー、ロールコーティングまたはディッピングなどのいずれによって行ってもよい。この撥水加工は、前記の難燃加工と同時に行うこともできる。
 原料繊維は、公知のカード機を用いて、図1に示すような薄葉ウェブ7になるようにカーディングされるとともに、薄葉ウエブ7をシート厚み方向に折り返しながら縦配列することにより、図2に示すような嵩高い綿状素材8を形成する。綿状素材8は、同じカード機によって原料繊維から直接製造しても、別の加工機によって薄葉ウェブ7から形成されてもよい。薄葉ウェブ7の目付は、低いほど好ましいが、通常、10~40g/mに定める。
 ついで綿状素材8を公知の加熱炉に送り込み、150~200℃で2~4分間熱処理する。この加熱炉内では、例えば、上下配置のネットコンベアで綿状素材8の厚さを規制しながら、該綿状素材に対して熱風を垂直方向に貫通させることによって全体をマット化させる。この加熱によって綿状素材8中の低融点の有機繊維5が溶融し、他の繊維2,3に融着することで全体がマット状になる。得たマット材10(図3)は、厚さ15~70mm、目付200~500g/mであると好ましい。マット材10は、そのまま断熱吸音材1として用いても、前記のようにさらに撥水処理を行ったり、さらに表面を不燃剤および/または難燃剤で処理したり、またはさらにシート材12(図4)を貼着してもよい。
 得た断熱吸音材1は、最終的に厚さが15~50mmである。この厚さが15mm未満であると、厚みが薄すぎるので列車や自動車などへの内装作業が煩雑になり、厚さが50mmを超えると、厚くなりすぎて断熱吸音材1を曲げにくくなるので内装作業がやはり難しくなる。断熱吸音材1について、さらに部分的なニードルパンチング、毛焼きまたはカレンダーによって表面平滑化処理を施すことも可能である。
 断熱吸音材1は、繊維が縦方向に配列しているので嵩高であってもへたりにくく、分厚くても密度が比較的小さく変形させやすい。このため、図5に例示するように、鉄道車両14や自動車の内装材として、車両隅部16や突出個所に自由に屈曲させて施工できる。この際に、断熱吸音材1は、所望に応じて施工時に自由に裁断することができ、例えば、鉄道車両14の内部において、桟17などを除いて天井18の内部に充填することも可能である。
 本発明では、マット材の表面にさらに不燃性の樹脂および/または難燃性の樹脂を塗布すると、表面の難燃性、特に延焼性が著しく向上するので好ましい。用いる不燃性の樹脂としては特に限定されず、コロイダルシリカ、アルミナ、水ガラス、マイカなどの無機系のものや、フェノールなどの有機系のものを用いることができる。また、難燃性の樹脂も特に限定されず、リン系、ハロゲン系などの難燃剤を樹脂バインダとともに使用することができる。
 これらの樹脂に少量の顔料などの着色剤を混合すると、片面に塗布する場合の塗布面が直ぐに判るので好ましい。無機系の不燃剤と有機バインダを含む難燃剤とを併用すると、高い不燃性が得られるとともに切断、摩擦などによる無機材料の脱落を防止できるために好ましい。これらの樹脂の塗布方法は特に限定されず、ロールコート法、スプレー法など任意のものを採用することができる。また、その塗布量は、好ましくは5~70g/m、より好ましくは10~40g/mである。
 他方において、本発明では、図4に示すように、難燃性ないし不燃性の繊維の合成紙、スパンレース不織布、フェルトまたは織布からなるシート材12をマット材10の片面または両面に液状樹脂や熱接着フィルムなどで貼り合わせてもよい。シート材12は、ポリエステル繊維、メタアラミド繊維、ポリアクリルニトリル系耐炎化繊維、シリカ繊維、Sガラス繊維またはセラミック繊維などからなり、マット材10自体は前記と同様であればよい。シート材12は、熱処理前の綿状素材8に接着し、その後に綿状素材8とともに熱処理しても、または熱処理後のマット材10に重ね合わせて接着してもよい。
 シート材12に関して、接着用の液状樹脂は、ポリエステル樹脂やアクリル樹脂の熱接着フィルムまたは水性ディスパージョン、酸化ケイ素系樹脂やシリカアクリル系樹脂などの液状樹脂であればよい。撥水処理や難燃処理で塗布・含浸させる樹脂の水性ディスパージョンをシート材12の接着に利用してもよい。シート材12を貼り合わせると、吸音性が増大するとともに、鉄道車両への施工時に裁断したり折り曲げる際に、マット材10から繊維粉末の落下が少なくなるので内装作業が容易になる。
 本発明に係る断熱吸音材は、薄葉ウェブがジグザグ状に縦配列されて嵩高であり且つマット材の主成分が不燃性繊維であるので、各種の鉄道車両や自動車に使用すると断熱および吸音効果が非常に優れており、しかもへたりが少ないので断熱性と吸音性を取付後の長期間に亘って維持できる。本発明の断熱吸音材は、鉄道車両や自動車などに取り付けた際に従来よりも安全性が高くなり、鉄道車両に関して日本のJIS規格だけでなく、英国規格に準拠する諸外国における高速鉄道の車両にも十分に適用できる。
 本発明の断熱吸音材は、比較的剛直な不燃性繊維に対して比較的柔軟な難燃性の有機繊維を添加して屈曲性を付与し、全体が嵩高であるので設置の際に屈曲させて内部に充填させることが容易である。本発明の断熱吸音材では、低融点の有機繊維を均一に混綿して熱処理時に融着させることにより、熱処理だけで全体が均一なマット材に加工でき、しかも薄葉ウェブがジグザグ状に縦配列されているので嵩高であっても保管時にへたることが少なく、長期間の保管で商品価値を損なうこともない。本発明の断熱吸音材は、分厚いのに柔軟で扱いやすいマット材であり、施工時に裁断したり屈曲させても繊維脱落が少なく、内装作業の環境を悪化させることも少ない。
本発明で用いる薄葉ウェブを概略的に示す側面図である。 本発明で用いる綿状素材を概略的に拡大して示す部分側面図である。 本発明に係る断熱吸音材を概略的に拡大して示す部分側面図である。 本発明の変形例を概略的に拡大して示す部分断面図である。 本発明の断熱吸音材の使用個所を例示する列車の概略断面図である。
符号の説明
 1  断熱吸音材
 2  不燃性繊維
 3  難燃性の有機繊維
 5  低融点の有機繊維
 7  薄葉ウエブ
 8  綿状素材
 10  マット材
 12  シート材
 次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。各実施例において、図3に示す断熱吸音材1を製造する。断熱吸音材1は、不燃性繊維2と、難燃性の有機繊維3と、低融点の有機繊維5とを均一に混綿するとともに、図2のようにジグザグ状に縦配列し、さらに熱処理して得たマット材10からなる。
 断熱吸音材1を製造するために、不燃性繊維2としてシリカ繊維40重量%と、難燃性の有機繊維3としてメタアラミド繊維20重量%と、低融点の有機繊維5として芯鞘型低融点ポリエステル繊維(商品名:サフメット、東レ製)40%とを混綿し、カーディングによって目付20g/mの薄葉ウエブ7を形成した後に、該ウェブを図2のように縦方向に折りたたみ配列した。得た綿状素材8について、ジグザグ状の配列形状を保持したままオーブンで180℃で3分間熱処理し、厚さ50mm、目付380g/m2(密度7.6kg/m)である硬綿状の断熱吸音材1を得た。
 得た断熱吸音材1は、十分な耐熱性(不燃性)と断熱性ならびに吸音性を有しており、且つ荷重を掛けた時の厚み方向のヘタリも少ない。
 断熱吸音材1を製造するために、不燃性繊維2としてシリカ繊維50重量%と、難燃性の有機繊維3としてメタアラミド繊維20重量%と、低融点の有機繊維5として芯鞘型低融点ポリエステル繊維30重量%とを混綿し、カーディングによって目付20g/mの薄葉ウエブ7を形成した後に、該ウェブを図2のように縦方向に折りたたみ配列した。得た綿状素材8について、その底面に熱接着フィルムを介して、目付50g/mのポリエステルスパンボンド不織布をシート材12として重ね合せて接着し、その配列形状を保持したままオーブンで180℃で3分間熱処理することにより、厚さ50mm、目付430g/m(密度8.6kg/m)である硬綿状の断熱吸音材1を得た。
 得た断熱吸音材1は、十分な耐熱性と断熱性、吸音性ならびにヘタリ耐性を有しており、且つ縦方向の機械的強度も強い。
 断熱吸音材1を製造するために、難燃シート材12として、ポリエステルスパンボンド不織布の代わりに、目付30g/mのメタアラミド繊維スパンレース不織布を用いた以外は実施例2と同様に加工し、厚さ50mm、目付420g/mである硬綿状の断熱吸音材1を得た。
 得た断熱吸音材1は、十分な耐熱性と断熱性、吸音性ならびにヘタリ耐性に加えて、縦方向の機械的強度を有しており、しかも表面の難燃性にも優れている。
 断熱吸音材1を製造するために、不燃性繊維2としてポリアクリルニトリル系耐炎化繊維40重量%と、難燃性の有機繊維3としてメタアラミド繊維20重量%と、低融点の有機繊維5として芯鞘型低融点ポリエステル繊維(東レ、サフメット)40重量%とを混綿し、カーディングによって目付20g/mの薄葉ウエブを形成した後に、図2のように縦方向に折りたたみ配列した。得た綿状素材8について、その配列形状を保持したままオーブンで180℃で3分間熱処理し、厚さ50mm、目付380g/m(密度7.6kg/m)である硬綿状のマット材10を得た。
この素材は十分な耐熱性(不燃性)と断熱性、吸音性を有しており、かつ荷重をかけたときの厚み方向のヘタリも少ない。
 断熱吸音材1を製造するために、不燃性繊維2としてポリアクリルニトリル系耐炎化繊維30重量%およびシリカ繊維30重量%と、低融点の有機繊維5として芯鞘型低融点ポリエステル繊維40重量%とを混綿し、カーディングにより目付20g/mの薄葉ウエブを形成した後に、図2のように縦方向に折りたたみ配列した。得た綿状素材8について、その底面に熱接着フィルムを介して、目付50g/mのポリアクリルニトリル系耐炎化繊維スパンレース不織布を難燃シート材12として重ね合わせて接着し、その配列形状を保持したままオーブンで180℃で3分間熱処理することにより、厚さ50mm、目付450g/mの(密度9.0kg/m)である硬綿状の断熱吸音材1を得た。
 得た断熱吸音材1は、十分な耐熱性(不燃性)と断熱性ならびに吸音性を有しており、且つ荷重を掛けた時の厚み方向のヘタリも少ない。
 不燃性繊維2としてシリカ繊維70重量%と、難燃性の有機繊維3としてメタアラミド繊維10重量%と、低融点の有機繊維5として芯鞘型低融点ポリエステル繊維20重量%との割合で混綿した。なお、メタアラミド繊維と低融点ポリエステル繊維はあらかじめポリエステル樹脂をバインダとするリン窒素系難燃剤で表面処理したものを用いた。この混綿した綿をカーディングによって目付20g/mの薄葉ウエブを形成した後に、該ウェブを図2のように縦方向に折りたたみ配列した。得た綿状素材をジグザグ形状を保持したままでオーブンで180℃で3分間処理し、厚さ50mm、目付400g/mの硬綿素材を得た。この硬綿素材の片面に、コロイダルシリカ系の無機不燃剤とリン窒素系難燃剤を固形分比で2:1となるように混合し、さらにごく少量の灰色着色剤を混合したものをスプレーで塗布・乾燥して、厚さ50mm、目付430g/mの断熱吸音材を得た。
 得た断熱吸音材は、優れた耐熱、吸音、断熱性能を有するとともに、特に表面の延焼性などの不燃性能に優れていた。
比較例
 断熱吸音材を製造するために、不燃繊維としてシリカ繊維40重量%と、難燃性の有機繊維としてメタアラミド繊維20重量%と、低融点の有機繊維として芯鞘型低融点ポリエステル繊維(商品名:サフメット)40重量%とを混綿し、カーディングおよびクロスラッピングによって目付380g/mのウエブを形成した。このウェブを、オーブンで180℃で3分間熱処理し、厚さ50mm、密度7.6kg/mである硬綿状のマット材を製造した。
 このマット材は、荷重を掛けて1日置くと厚みが半分にまで減少してしまった。

Claims (9)

  1.  不燃性繊維30~85%と、難燃性の有機繊維0~45%と、低融点の有機繊維15~50%とを均一に混綿したマット材であって、カードラップなどの薄葉ウエブを形成し、該薄葉ウエブをシート厚み方向に折り返しながら縦配列して得た嵩高い綿状素材を熱処理することによって全体をマット化している車両用断熱吸音材。
  2.  得たマット材の密度が5~20kg/mである請求項1記載の断熱吸音材。
  3.  不燃性繊維が、シリカ繊維またはポリアクリルニトリル系耐炎化繊維である請求項1記載の断熱吸音材。
  4.  難燃性の有機繊維および/または低融点の有機繊維が、あらかじめ難燃剤で処理されている請求項1記載の断熱吸音材。
  5.  マット材に含まれるそれぞれの繊維が、あらかじめ撥水剤で処理されている請求項1記載の断熱吸音材。
  6.  マット材の片面または両面に不燃性の樹脂および/または難燃性の樹脂を塗布した請求項1記載の断熱吸音材。
  7.  不燃性の樹脂および/または難燃性の樹脂が着色されている請求項6記載の断熱吸音材。
  8.  得たマット材の少なくとも片面にシート材を貼り合わせている請求項1記載の断熱吸音材。
  9.  貼り合わせシート材が、難燃性または不燃性繊維シートである請求項8記載の断熱吸音材。
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