JP6912753B2 - 極細繊維を含む積層吸音材 - Google Patents
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[1]繊維層と基材層とを含む積層吸音材であって、
前記繊維層は、前記積層吸音材中に1層以上含まれ、平均繊維径が450nm未満である繊維からなり、目付けが0.1g/m2〜25g/m2であり、
前記基材層は、前記積層吸音材中に1層以上含まれ、平均繊維径が500nm〜1mmである繊維からなる不織布および織物ならびに紙からなる群より選ばれる1つ以上からなり、目付けが1g/m2以上であり、
さらに、前記積層吸音材は、膜構造体を1層以上有する、積層吸音材。
[2]前記膜構造体の厚みが、10μm以上500μm未満である、[1]記載の積層吸音材。
[3]前記膜構造体の素材が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレートおよび金属からなる群より選ばれる1つ以上である、[1]又は[2]に記載の積層吸音材。
[4]前記基材層が、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレン繊維およびポリプロピレン繊維からなる群から選ばれる1種以上からなる不織布であり、前記基材層の目付けが1〜300g/m2である、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の積層吸音材。
[5]前記繊維層を形成する繊維が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンの共重合体、ナイロン6,6、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリスルフォンおよびポリビニルアルコールからなる群から選ばれる1種以上である、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の積層吸音材。
[6]垂直入射吸音率測定法において、周波数xが200Hzから3200Hzまでの吸音率を1Hz間隔で測定し、得られる曲線をf(x)としたとき、200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値Sが、下記式を満たす範囲である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の積層吸音材。
[7]垂直入射吸音率測定法において、周波数xが200Hzから3200Hzまでの吸音率を1Hz間隔で測定し、得られる曲線をf(x)としたとき、200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値Sが、下記式を満たす範囲である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の積層吸音材。
[8][1]〜[7]のいずれか1項に記載の積層吸音材において、前記繊維層を構成する繊維が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンの共重合体、ナイロン6,6、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリスルフォンおよびポリビニルアルコールからなる群から選ばれる1種以上の高分子を含む溶液を電界紡糸することによって作り出されることを特徴とする、積層吸音材の製造方法。
(積層吸音材の構造)
本発明の積層吸音材は、繊維層と基材層とを含む積層吸音材であって、繊維層は、積層吸音材中に1層以上含有され、平均繊維径が450nm未満である繊維からなり、繊維層の目付けは0.1g/m2〜25g/m2である。基材層は、積層吸音材中に1層以上含有され、平均繊維径が500nm〜1mmである繊維からなる不織布および織物ならびに紙からなる群より選ばれる1つ以上であり、基材層の目付けは1g/m2以上である。さらに、本発明の積層吸音材は前記に加えて、膜構造体を1層以上有することを特徴とする。
また、繊維層が2層以上ある場合、繊維層と繊維層との間には他の層(すなわち基材層や膜構造体)が介在するが、介在する他の層は1層であってもよく、2層以上であってもよい。
本発明の積層吸音材に含まれる繊維層は、平均繊維径が450nm未満である繊維からなる繊維集合体である。平均繊維径が450nm未満であれば、高い吸音性が得られるため好ましく、420nm未満であれば、より高い吸音性が得られるためさらに好ましい。平均繊維径の下限は特に限定されないが、平均繊維径が10nm以上であれば加工性に優れるため利用しやすい。平均繊維径の測定は、公知の方法によることができる。例えば、繊維層表面の拡大写真から測定ないし算出することによって得られる値であり、詳細な測定方法は実施例に詳述される。
繊維は、前記の樹脂の1種を含むことが好ましく、2種類以上を含んでいてもよい。
積層吸音材における基材層は、吸音性を有するとともに、繊維層を支持して吸音材全体の形状を保持する機能を有している。本発明の積層吸音材において、繊維層は450nm未満の極めて細い繊維径の繊維から形成される繊維集合体であるため、強度(剛性)が低い。そのため、基材層及び膜構造体が実質的に積層吸音材の強度を担うことになる。
基材層が、織布である場合にも同様の樹脂から構成される繊維を用いることができる。
本発明の積層吸音材は、前述の繊維層及び基材層に加えて、膜構造体を1層以上有することを特徴とする。本発明に用いる膜構造体は、通気性を有さない樹脂製のフィルム、シートや金属箔であり、前述の繊維層及び基材層が通気性を有する構造体であるのに対して、膜構造体は通気性を有さない構造体である点で区別される。
本発明の積層吸音材は、特に低周波数領域(1000Hz以下の周波領域)における吸音性に優れる。本発明の積層吸音材は、特に400Hz〜1000Hz領域の吸音性に優れるという、従来の吸音材と異なる吸音特性を示すものである。特定の理論に拘束されるものではないが、本発明の積層吸音材は、繊維層と基材層の密度差を利用して音波の流れ抵抗を制御し、さらに膜構造体を設置した結果、低周波領域の吸収性に優れるという性能が得られるものと考えられている。
吸音性の評価方法は、実施例に詳述される。
積層吸音材の製造方法は特に制限されないが、例えば、基材層上に繊維層を形成した繊維層と基材層の積層体を作製する工程、複数の積層体と、膜構造体とを所定の順番及び枚数で重ね合わせて一体化する工程、を含む製造方法によって得ることができる。
実施例で用いた物性値の測定方法または定義を以下に示す。
<平均繊維径>
株式会社日立ハイテクノロジーズ製の走査型電子顕微鏡SU8020を使用して、極細繊維を観察し、画像解析ソフトを用いて極細繊維50本の直径を測定した。極細繊維50本の繊維径の平均値を平均繊維径とした。
吸音率測定は、各積層体より直径63mmのサンプルを採取し、各条件の積層をした後、垂直入射吸音率測定装置「ブリュエル&ケアー社製TYPE4206」を用いASTM E 1050に準拠し、周波数200〜3200Hzにおける試験片に平面音波が垂直に入射するときの垂直入射吸音率を測定した。
<低周波数領域の吸音性>
周波数xが200Hzから3200Hzまでの吸音率を1Hz間隔で測定し、得られる曲線をf(x)としたとき、200Hzから1000Hzまでの吸音率の積分値Sが下記数式で得られる。
積層吸音材の厚みが、25mm未満のものが、良好(○)と評価し、厚みが25mm以上となる場合、省スペース性が不十分(×)と評価した。
高密度ポリエチレン樹脂として、KEIYOポリエチレン製の高密度ポリエチ「M6900」(MFR17g/10分)を用い、ポリプロピレン樹脂として、日本ポリプロ製のポリプロピレンホモポリマー「SA3A」(MFR=11g/10分)を用いて、熱溶融紡糸法により、繊維径22μmの鞘成分が高密度ポリエチレン樹脂、芯成分がポリプロピレン樹脂からなる鞘芯型熱融着性複合繊維を作製した。
この鞘芯型熱融着性複合繊維を用いて、目付が200g/m2、厚み5mmのカード法スルーエア不織布を製造し、基材層Aとした。
Arkema製のポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン(以下、「PVDF−HFP」と略記する。)樹脂であるKynar(商品名)3120を、N,N−ジメチルアセトアミドとアセトンの共溶媒(60/40(w/w))に15質量%の濃度で溶解し、紡糸溶液を調製した。目付が18g/m2、厚み60μm、幅が1000mmのポリエチレンテレフタレート製スルーエア不織布を基材層Bとして準備し、この上に前記PVDF−HFP溶液を電界紡糸して、ポリエチレンテレフタレート製スルーエア不織布からなる基材層BとPVDF−HFP極細繊維からなる繊維層との2層からなる積層体を作製した。電界紡糸の条件は、24Gニードルを使用し、単孔溶液供給量は3.0mL/h、印加電圧は35kV、紡糸距離は17.5cmとした。得られた積層体におけるPVDF−HFP極細繊維の層の目付は1.0g/m2であり、平均繊維径は180nmであり、融解温度は168℃であった。積層体を直径63mmの円形に打ち抜き、積層体2枚と、目付が200g/m2、厚み5mm、カード法スルーエア不織布(基材層A)、樹脂製膜構造体(25SS:オージェイケイ株式会社製 製品名「25SS」、厚み25μm、無延伸ポリプロピレンフィルム)とを準備し、繊維層/基材層B/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体となるように重ね合わせ、吸音率測定用サンプルとした。繊維層と繊維層、繊維層と膜構造体の層間距離は、5.1mm(基材層の厚みであり、基材層B及び基材層Aの厚みの和)であった。なお、積層された基材層B/基材層Aを、1層の基材層と見なした。
垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、187であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、5.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、201であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。繊維層と繊維層、繊維層と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、269であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、299であり良好であった。
膜構造体として樹脂製膜構造体(オージェイケイ株式会社製 製品名「80A」、厚さ80μm、無延伸ポリプロピレンフィルム)を準備し、繊維層/基材層B/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。繊維層と繊維層、繊維層と膜構造体の層間距離は、5.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、270であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例5と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、5.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、204であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例5と同様に実施した。繊維層と繊維層、膜構造体と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、300であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例5と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、316であり良好であった。
膜構造体として、樹脂製膜構造体400P(オージェイケイ株式会社製 製品名「400P」、厚み400μm、ポリプロピレンシート)を準備し、繊維層/基材層B/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。繊維層と繊維層、繊維層と膜構造体の層間距離は、5.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、191であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例9と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、5.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、245であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例9と同様に実施した。繊維層と繊維層、繊維層と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、218であり良好であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体/基材層B/基材層A/基材層A/膜構造体となるよう重ね合わせた以外は、実施例9と同様に実施した。繊維層と膜構造体、膜構造体と膜構造体の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、383であり良好であった。
膜構造体として、厚み100μmのポリエステル製フィルム:PET100(東レ株式会社製 製品名「ルミラー」)を準備し、膜構造体/基材層A/基材層A/基材層B/繊維層となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。膜構造体と繊維層の層間距離は、10.1mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、206であり良好であった。
基材層B/繊維層/膜構造体/基材層A/基材層A/基材層B/繊維層となるよう重ね合わせた以外は、実施例13と同様に実施した。繊維層と繊維層の層間距離は、10.2mmであった。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、250であり良好であった。
実施例1で得られた2層からなる積層体を長軸直径252mm短軸直径63mmに切り抜き、幅10mm間隔で山折と谷折を繰り返し、プリーツ加工を施した。長軸方向に幅10mm長さ197.8mmの紙を円形に加工し、紙製の枠を作製した。この紙製の枠内に収まるよう、プリーツ加工を施した2層からなる積層体の周りを市販のシリコンコーキング材(コニシ株式会社製化学反応型接着剤)で固定し、吸音率測定用サンプルを得た。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、50となり、低周波数領域の吸音性が得られず、不良であった。吸収特性のピークは3200Hz以上であった。
市販されているポリプロピレン樹脂製不織布(3M社製シンサレートT2203、繊維径0.7μm〜4.0μm、厚み29mm)を直径63mmの円形に打ち抜き、吸音率測定用サンプルとした。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、129であり低周波数領域の吸音性が得られず、不良であった。
基材層A/基材層B/繊維層/繊維層/基材層B/基材層Aとなるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、55であり、低周波数領域の吸音性が得られず、不良であった。
繊維層/基材層B/基材層A/基材層A/基材層B/繊維層となるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、142であり、低周波数領域の吸音性が得られず、不良であった。
繊維層/基材層B/基材層Aとなるよう重ね合わせた以外は、実施例1と同様に実施した。垂直入射吸音率を測定し、低周波数領域の吸音性(200Hzから1000Hzまでの吸音率を積分した値S)を評価したところ、59であり、低周波数領域の吸音性が得られず、不良であった。
また、図1に実施例7及び比較例1の吸音特性のグラフを示す。実施例7は、特に低周波領域(1000Hz以下の領域)において、比較例1よりも顕著に高い吸音性を示している。
Claims (8)
- 繊維層と基材層とを含む積層吸音材であって、
前記繊維層は、前記積層吸音材中に1層以上含まれ、平均繊維径が450nm未満である繊維からなり、目付けが0.1g/m2〜25g/m2であり、
前記基材層は、前記積層吸音材中に1層以上含まれ、平均繊維径が500nm〜1mmである繊維からなる不織布及び織物ならびに紙からなる群より選ばれる1つ以上からなり、目付けが1g/m2以上であり、
さらに、前記積層吸音材は、膜構造体を1層以上有し、
前記膜構造体は、前記繊維層より音源から遠い下流側に配置され、
前記繊維層および膜構造体は前記基材層を介して積層されている、
積層吸音材。 - 前記膜構造体の厚みが、10μm以上500μm未満である、請求項1に記載の積層吸音材。
- 前記膜構造体の素材が、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、金属からなる群より選ばれる1つ以上である、請求項1又は2に記載の積層吸音材。
- 前記基材層が、ポリエチレンテレフタレート繊維、ポリブチレンテレフタレート繊維、ポリエチレン繊維およびポリプロピレン繊維からなる群から選ばれる1種以上からなる不織布であり、前記基材層の目付けが1〜300g/m2である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の積層吸音材。
- 前記繊維層を形成する繊維が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンの共重合体、ナイロン6,6、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリスルフォンおよびポリビニルアルコールからなる群から選ばれる1種以上である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の積層吸音材。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載の積層吸音材において、前記繊維層を構成する繊維が、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンの共重合体、ナイロン6,6、ポリアクリロニトリル、ポリスチレン、ポリウレタン、ポリスルフォンおよびポリビニルアルコールからなる群から選ばれる1種以上の高分子を含む溶液を電界紡糸することによって作り出されることを特徴とする、積層吸音材の製造方法。
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