特開 2023-114375 複合吸音材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023114375

(43)【公開日】2023-08-17

(54)【発明の名称】複合吸音材

(51)【国際特許分類】

   G10K 11/168 20060101AFI20230809BHJP

   D06M 17/06 20060101ALI20230809BHJP

   D06M 17/00 20060101ALI20230809BHJP

   B32B 5/26 20060101ALI20230809BHJP

   D04H 1/4374 20120101ALI20230809BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20230809BHJP

【ＦＩ】

G10K11/168

D06M17/06

D06M17/00 G

B32B5/26

D04H1/4374

G10K11/16 120

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022016706

(22)【出願日】2022-02-04

(71)【出願人】

【識別番号】390029735

【氏名又は名称】日本グラスファイバー工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100096116

【弁理士】

【氏名又は名称】松原 等

(72)【発明者】

【氏名】長▲濱▼ 貴司

(72)【発明者】

【氏名】小寺 和男

【テーマコード（参考）】

4F100

4L032

4L047

5D061

【Ｆターム（参考）】

4F100AA01B

4F100AG00B

4F100AK01A

4F100AK41A

4F100AK48A

4F100BA02

4F100BA03

4F100BA07

4F100BA10A

4F100BA10B

4F100CB00C

4F100DG01A

4F100DG01B

4F100DG06B

4F100DG15A

4F100EC18

4F100EH46

4F100EH61

4F100JH01

4F100YY00A

4F100YY00B

4F100YY00C

4L032AA06

4L032AA07

4L032AA10

4L032AB00

4L032AB04

4L032AC01

4L032BA02

4L032BB03

4L032DA00

4L032EA00

4L047AA01

4L047AA05

4L047AA13

4L047AA19

4L047AA21

4L047AA23

4L047AA28

4L047BA04

4L047CA02

4L047CA05

4L047CB03

5D061AA06

5D061AA12

5D061AA22

5D061AA23

5D061BB21

(57)【要約】

【課題】高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供する。
【解決手段】平均長径（ａ）６～２０μｍ、平均短径（ｂ）１～３μｍ、扁平度（ａ／ｂ）３～２０である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付４５～２００ｇ／ｍ^２のスパンレース不織布１と、主に無機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維体基材２とが積層されてなる複合吸音材である。スパンレース不織布１の厚み方向の平均繊維間隙間は、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

平均長径（ａ）６～２０μｍ、平均短径（ｂ）１～３μｍ、扁平度（ａ／ｂ）３～２０である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付４５～２００ｇ／ｍ^２のスパンレース不織布と、主に無機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維体基材とが積層されてなる複合吸音材。

【請求項2】

スパンレース不織布は、少なくとも繊維体基材の両面のうち少なくとも音入射面側に配された請求項１記載の複合吸音材。

【請求項3】

スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間が、２μｍ以上２０μｍ以下である請求項１又は２記載の複合吸音材。

【請求項4】

スパンレース不織布の合成繊維は、ナイロン繊維とポリエステル繊維との混合である請求項１、２又は３記載の複合吸音材。

【請求項5】

繊維体基材は、平均繊維径５～１８μｍ、平均繊維長３５～１５０ｍｍのガラス繊維を４５質量％以上含有するものである請求項１～４のいずれか一項に記載の複合吸音材。

【請求項6】

スパンレース不織布と繊維体基材とが、質量目付１５ｇ／ｍ^２以下の有機接着剤による接着で一体化されている請求項１～５のいずれか一項に記載の複合吸音材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車、鉄道車両、建築材、機械防音材等に用いられる複合吸音材に関する。自動車用では、ダッシュパネル、フェンダーライナー、アンダーカバー等を例示できる。建材用では、折板屋根裏マット、内装用天井材や壁材、パーテーション等を例示できる。

【背景技術】

【0002】

基材と表皮とが積層され接合されてなる複合吸音材がある。基材としては、グラスウール等の無機繊維やポリエステル繊維等の合成有機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維系の基材が一般的である。表皮としては、合成繊維からなる不織布が一般的であるが、その詳細については種々の考え方がある。

【0003】

例えば、特許文献１に記載された複合吸音構造体の表皮は、単繊維の形状が円形状あるいは扁平状で等価単繊維径が１１～３５μｍ、面密度が５０～１３０ｇ／ｍ^２にある不織布からなり、目付けが２０～１２０ｇ／ｍ^２のホットメルト材が予め塗布あるいは転写され、単位面積流れ抵抗が３．５×１０^５～７×１０^６Ｎ・ｓｅｃ／ｍ^４とされたものである。

【0004】

また、特許文献２に記載された複合吸音材の表皮は、少なくとも１層の平均繊維径０．３μｍ以上７μｍ以下の極細繊維層を有する不織布から構成され、該極細繊維層の空隙に合成樹脂を含む充填材が充填されており、かつ、該吸音表皮材の通気抵抗が０．２～３ｋＰａ・ｓ／ｍとされたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第５５０１９５９号公報

【特許文献2】特開２０２１－１８２０７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１の不織布は、バインダー（接着剤）を使用したスパンボンド不織布であり、吸音面材として使用する場合、流れ抵抗を一定範囲に調整する必要があり、品質管理が手間である。

【0007】

特許文献２の不織布は、スパンボンド不織布が好ましいとしており、上記の問題がある。しかも、平均繊維径が０．３μｍ以上７μｍ以下の極細繊維を使用しており、糸切れが発生しやすく、カード、ウェッバー、ニードルパンチ等の既存の不織布製造設備を利用できず、特殊な製造設備が必要となる。また、非常に高価である。また、３μｍ以下の繊維は、吸入性繊維といわれ、健康を損なう可能性もある。

【0008】

そこで、本発明の目的は、高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の複合吸音材は、平均長径（ａ）６～２０μｍ、平均短径（ｂ）１～３μｍ、扁平度（ａ／ｂ）３～２０である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付４５～２００ｇ／ｍ^２のスパンレース不織布と、主に無機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維体基材とが積層されてなる。

【0010】

ここで、スパンレース不織布は、少なくとも繊維体基材の両面のうち少なくとも音入射面側に配されたことが好ましい。

【0011】

また、スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間が、２μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。

【0012】

［作用］
繊維系の吸音材の吸音メカニズムは、表面から入射する音波（空気の振動）が、繊維間の隙間を通過する際に、繊維表面で空気の粘性抵抗、振動、摩擦が生じ、音のエネルギーの一部が熱エネルギーに変換されることで、エネルギーが減衰され、吸音作用を生じるというものである。

【0013】

吸音材の厚みと嵩密度が同じ場合、図２（ａ）に示す通常の円形繊維を、図２（ｂ）に示すように繊維径を極細にすると、繊維間が狭くなり、空孔サイズも減少すると共に繊維の表面積が増加し、通過時の粘性抵抗（流れ抵抗）も増加となり、吸音性能が高くなる。

【0014】

同様に、吸音材の厚みと嵩密度が同じ場合、図２（ｃ）に示すように繊維断面を扁平にすると、繊維間が狭く（通気しにくく）なると共に繊維の表面積が増加し、通過時の粘性抵抗（流れ抵抗）も増加となり、吸音性能が高くなる。また、音波を受ける扁平繊維の向きで反射と屈折を生じやすくなり、よりランダムに音波散乱を繰り返しながら干渉し合うことで、副次的な効果も加わり、さらなる吸音性能が期待できる。

【0015】

本発明では、繊維体基材に積層する表皮として、平均長径（ａ）６～２０μｍ、平均短径（ｂ）１～３μｍ、扁平度（ａ／ｂ）３～２０である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付４５～２００ｇ／ｍ^２のスパンレース不織布を用いることにより、繊維径を極細とすることなくこの作用効果が得られ、無機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維体基材による吸音と相俟って、優れた吸音性能が得られる。スパンレース不織布の質量目付が４５ｇ／ｍ^２未満では十分な吸音性能が得られず、２００ｇ／ｍ^２を超えるとコスト高となる。また、繊維体基材の厚みが５ｍｍ未満では、十分な吸音性能が得られにくい。

【0016】

さらに、扁平繊維からなるスパンレース不織布を適度に厚み方向に圧縮した繊維体は、繊維の厚み方向に屈曲しやすくなり、繊維の空隙状態がより複雑な迷路度の高いものとなる。そして、図２（ｄ）に示すように扁平繊維の配向によって、垂直方向からの音波が入りにくくならない程度で、吸音性能を保持し、繊維体基材の透湿防水機能を寄与することができる。

【0017】

本発明では、スパンレース不織布の厚み方向の平均繊維間隙間を２μｍ以上２０μｍ以下とすることで、表面処理をしないで、繊維体基材への透湿・防水性が要求される分野の複合吸音材が得られる。スパンレース不織布の厚み方向の繊維間隙間が２μｍ未満となると、水滴を撥水するようになるが、吸音性能が低下しやすく、２０μｍを超えると、水滴が時間経過と共に繊維体基材内部に含浸しやすい。

【0018】

透湿・防水性のある複合吸音材とは、スパンレース不織布の表面から内部に溜まった湿気を外に排出し、外部からの水がスパンレース不織布より繊維体基材側に浸み込むことを防止する吸音材である。スパンレース不織布表面が撥水して含水を防ぐことではない。結露等でスパンレース不織布に付着した水滴が、スパンレース不織布で面状に拡散し、繊維体基材までの浸み込みを防止することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明により、高い吸音性能と安全性を備えた複合吸音材を安価に提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】図１（ａ）は第１群の実施例及び比較例の複合吸音材の断面図、（ｂ）は第２群の実施例及び比較例の複合吸音材の断面図である。

【図2】図２は円形繊維と偏平繊維との差異を示す説明図である。

【図3】図３は実施例１で使用したスパンレース不織布のＳＥＭ写真である。

【図4】図４は実施例２で使用したスパンレース不織布のＳＥＭ写真である。

【図5】図５は第１群の実施例及び比較例の周波数－垂直入射吸音率特性を示すグラフ図である。

【図6】図６は第２群の実施例及び比較例の周波数－垂直入射吸音率特性を示すグラフ図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

［１］スパンレース不織布
平均長径（ａ）６～２０μｍ、平均短径（ｂ）１～３μｍ、扁平度（ａ／ｂ）３～２０である扁平断面形状を有する合成繊維からなる質量目付４５～２００ｇ／ｍ^２のスパンレース不織布は、スパンレース不織布を製造する際に繊維を絡めるために噴射する高圧水を利用して、異なる２成分以上のポリマーからなる複合繊維を２成分以上に分割剥離する高圧水流処理法や、１成分を膨潤させ他成分を収縮させるような溶剤を選択して分割剥離する方法で、得ることができる。

【0022】

原料となる複合繊維としては、レーヨン、ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン、特殊ポリマーなどを例示でき、２成分以上の組み合わせであれば、いずれでもよい。なかでも、特に汎用性があり着色も可能なポリエステルとナイロンの組み合わせが望ましく、配合比は各々２５～７５質量％の範囲が安定生産の上で好ましい。分割剥離可能な複合繊維は、複合紡糸用ノズルを用いて製造できる。

【0023】

分割剥離後の繊維形態は、米形、楔形、星形、台形、扁平形、十文字形などの制御が可能である。本発明では、放射状または並列に分割剥離することで断面形状が扁平形となった繊維からなるスパンレース不織布を用いることが好ましい。

【0024】

分割前の複合繊維は、２～６ｄｔｅｘが望ましく、汎用性のある３．３～４．３ｄｔｅｘが特に好ましい。分割数は、４分割、６分割、８分割、１２分割、１６分割、３２分割、６４分割などがあるが、本発明の扁平度を得るためには、８分割、１６分割、３２分割が特に望ましい。分割数が多いほど分割剥離後の扁平度が高くなり、吸音面材としては好ましいが、分割繊維製造時の口金の精度やポリマ流制御に限界があるので、適度に決めればよい。

【0025】

スパンレース不織布の平均繊維間隙間を２μｍ以上２０μｍ以下とするには、予め、スパンレース不織布をカレンダー法で押しつぶしたり、繊維体基材と積層した状態で、同時に加熱後、冷間プレスすることで平板ボード状や立体成型品に成形貼付でき、スパンレース不織布も押し潰れることで調整できる。このように成形条件を調整することで、撥水剤やバインダー等で表面処理等をすることなく、透湿・防水性のある複合吸音材が得られる。

【0026】

透湿性は、気体の水蒸気直径が０．０００４μｍであるため、それ以上の繊維間隙間が必要である。防水性は、液体の水摘直径が１００～６０００μｍであるため、それ以下の繊維管隙間が必要とする。透湿・防水性の両立は、スパンレース不織布の繊維間隙間をこの間に制御することで可能となるが、時間と共に繊維間の毛細管作用で水滴が内部の繊維体基材まで含浸しやすい。

【0027】

［２］繊維体基材
主に無機繊維からなる厚み５ｍｍ以上の繊維体基材の無機繊維としては、ガラス繊維、炭化繊維、シリカ繊維、アルミナ繊維、バサルト繊維、セラミック繊維、生体溶解性繊維等を例示できる。平均繊維径５～１８μｍ、平均繊維長３５～１５０ｍｍのガラス繊維を４５質量％以上含有する繊維体基材が、安価で汎用性があるため望ましい。平均繊維径５～１０μｍ、平均繊維長３５～１５０ｍｍのガラス繊維を５０質量％以上含有する繊維体基材がより望ましい。

【0028】

繊維体基材としては、ガラス繊維をニードルパンチ法で不織布に絡めたガラス繊維ニードルマットや、ガラス繊維と合成繊維（ポリプロピレン繊維、ポリエステル繊維、ポリエチレン繊維等）とによる混合マットを加熱圧縮しガラス繊維の繊維間を融着させた成形ボード等を例示できる。

【0029】

［３］積層
繊維体基材とスパンレース不織布とは、一体化されていることが好ましい。一体化の手段は、特に限定されないが、質量目付１５ｇ／ｍ^２以下の有機接着剤による接着が望ましい。１５ｇ／ｍ^２を超えると、吸音性能が低下しやすい。有機接着剤は、特に制約がなく、例えば合成ゴム系でよい。有機接着剤の塗布方法は、スプレー塗布が点状に薄く均一散布しやすく、吸音性能の維持から望ましい。

【0030】

また、接着以外にも、スパンレース不織布と繊維体基材とが、縫製、タッカー、合わせニードルパンチ加工等で機械的に一体化されていてもよい。また、額縁貼りグラスウールのように、スパンレース不織布が繊維体基材を包み込み側面と裏面で閉じられることにより、両者が一体化されていてもよい。

【0031】

さらに、スパンレース不織布の上に織物が積層され一体化されていてもよい。織物は、ガラスクロスが耐久性からよい。

【0032】

［４］複合吸音材

【実施例0033】

以下、本発明を具体化した実施例について、図面を参照して説明する。なお、実施例で記す材料、構造、数値等は例示であって、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更できる。

【0034】

［第１群］
スパンレース不織布１と繊維体基材２（ニードルマット）とが積層された第１群の複合吸音材として、図１（ａ）及び表１に示す実施例１，２及び比較例１，２，３の複合吸音材を作製した。

【0035】

【表1】

【0036】

［第２群］
スパンレース不織布１と繊維体基材２（成形ボード）とが積層された第２群の複合吸音材として、図１（ｂ）及び表２に示す実施例３，４及び比較例４，５，６の複合吸音材を作製した。

【0037】

【表2】

【0038】

各例で用いた材料の詳細は、次のとおりである。

【0039】

スパンレース不織布１は、次のシンワ株式会社製を用いた。
・実施例１には、同社の商品名７９７０ｚ－８（平均長径（ａ）８～１６μｍ、平均短径（ｂ）１．７～２．１μｍ、扁平度（ａ／ｂ）４．７～７．６の偏平繊維を使用）を用いた。図３にその走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を示す。
・実施例２，４には、同社の商品名７９１３０Ａ－８Ｋ（平均長径（ａ）８～１６μｍ、平均短径（ｂ）１．３～３．８μｍ、扁平度（ａ／ｂ）４．２～６．２の偏平繊維を使用）を用いた。図４にそのＳＥＭ写真を示す。
・実施例３には、同社の商品名７９１３０Ａ－８Ｋ（同上）を、２３０℃に加熱後、冷間プレスにて厚みを０．２ｍｍに圧縮して用いた。
・比較例２～６には、同社の円形繊維使用のスパンレース不織布の商品（繊維サイズ、質量目付等が互いに異なる）を用いた。

【0040】

スパンレース不織布１の厚み方向の平均繊維間隙間は、樹脂で埋め込み観察面を平面加工して、ＳＥＭで拡大し、断面を計測して求めた。スパンレース不織布１の通気度は、ＪＩＳ Ｌ１０９６（フラジール通気試験）にて測定した。

【0041】

・第１群の繊維体基材２（ニードルマット）は、日本グラスファイバー工業株式会社製 ＭＮＡ－１０００（ガラス繊維１００％）を用いた。
・第２群の繊維体基材２（成形ボード）は、日本グラスファイバー工業製 試作品（ガラス繊維５０質量％とポリプロピレン（ＰＰ）繊維５０質量％との混合）を用い、ＰＰ繊維を熱で融着させてガラス繊維間を保持しボード状とした。

【0042】

・接着剤は、株式会社タイルメント製スプレーボンドＧ１を用いた。塗布量は固形分が１０ｇ／ｍ^２となるように調整した。

【0043】

各例の複合吸音材の作製方法は、接着剤を前記のとおり調整して繊維体基材２側にスプレー塗布し、その上（音入射面側）にスパンレース不織布１を重ねて軽く押圧し５分保持することにより、スパンレース不織布１と繊維体基材２とを接着する、というものである。

【0044】

作製した各例の垂直入射吸音率を、ＪＩＳ Ａ１４０５（管内法）にて、指定厚みとなるように試験体を圧縮調整して、測定した。その結果を示す表１及び図５のとおり、実施例１，２は、比較例１，２，３よりも、広い周波数域において垂直入射吸音率が高かった。また、表２及び図６のとおり、実施例３，４は、比較例４，５，６よりも、広い周波数域において垂直入射吸音率が高かった。

【0045】

作製した各例の防水性は、イオン交換水の水滴を１摘、真上１ｃｍからビュレットで落とし、６時間後に、繊維体基材まで水が完全にしみ込んだ場合を×、繊維体基材まで水が僅かにしみ込んだ場合を○、繊維体基材まで水がしみ込まなかった場合を◎と目視評価した。その結果を示す表１，２のとおり、実施例１～４は○又は◎であった。

【0046】

以上のように構成された実施例１，２の複合吸音材は、次の特徴があり、［技術分野］の項で例示したような各種部位に用いることができる。
（１）高い吸音性能が得られる。
（２）低コストである。
（３）繊維体基材との組み合わせに制約がない。
（４）任意に積層一体化できる。
（５）スパンレース不織布の厚み方向の繊維間隙間を制御することで、透湿・防水性が得られる。
（６）スパンレース不織布に着色や印刷をすることで、容易に意匠性が得られる。

【0047】

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、発明の要旨から逸脱しない範囲で適宜変更して具体化することができる。

【符号の説明】

【0048】

１ スパンレース不織布
２ 繊維体基材

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】