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JP2018171907A - 吸音テキスタイル複合材 - Google Patents

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JP2018171907A JP2018048854A JP2018048854A JP2018171907A JP 2018171907 A JP2018171907 A JP 2018171907A JP 2018048854 A JP2018048854 A JP 2018048854A JP 2018048854 A JP2018048854 A JP 2018048854A JP 2018171907 A JP2018171907 A JP 2018171907A
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フィリング=ファルシ ザンドラ
ルチュ ペーター
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Abstract

【課題】 従来技術の不利点を少なくとも部分的に取り除く吸音材料を提供することである。【解決手段】 本発明は、a)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層、ならびにb)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む、支持層上に配置された微多孔性流層、を含む吸音テキスタイル複合材であって、ただし、吸音テキスタイル複合材の流れ抵抗が、250Ns/m3〜5000Ns/m3である吸音テキスタイル複合材に関する。【選択図】 図1

Description

本発明は、吸音テキスタイル複合材に関する。さらに、本発明は、その製造方法ならびに自動車部門での吸音を目的としたその使用に関する。
特許文献1には、捲縮ばら繊維(crimped bulking fibers)の画分と混合させたマイクロファイバ(meltblown microfibers)の画分を有する音響的に隔離する不織布を使用する吸音方法が記載される。マイクロファイバは、15μm未満、好ましくは5〜10μmの平均繊維径を含み、捲縮短繊維不織布中に、40:60〜95:5の重量百分率比で分配されて存在する。音響効果は、この材料構成において、マイクロファイバの使用量を上げることにより不織布中での内部表面積の増大が達成される結果、音波の運動エネルギーがさらに一層熱エネルギーに変換され得ることにより生じる。記載される不織布の不利点は、個々の層における空気流抵抗を調整または設定できないため、音響的に隔離する不織布の吸音特性が最適ではないことである。
さらに、2つの異なる熱可塑性マトリクス繊維(0.8〜1.7dtex(デシテックス)の範囲)ならびに1つの熱可塑性溶融繊維画分(2.2dtex)からなる、音波吸収用かつ断熱用の絶縁材が特許文献2から公知である。それにより、不織布全体において1.3dtexの平均繊維径が達成される。バインダ繊維の使用量を下げることにより(繊維混合物の10%)、優れたドレープ特性を有する上に、機械的固化(Verfestigung)同様に熱的固化によっても達成される不織布内部強度を有する不織布が生じることが明らかになる。しかしながら、プロセスに起因して、絶縁材の音響効果を意図的に調整することが不可能である。その上、音波の吸収は、より微細な短繊維の使用によってさらには改善できないが、なぜなら、今日の技術水準では、0.5dtex未満の微細繊維は、もはや高いプロセス信頼性では梳綿機上を運べないからである。
特許文献3は、開孔性支持層および第2の開孔性繊維層からなる吸音薄層積層体を記載する。開孔性支持層は、目付け量が2000g/m2未満であり厚さが50mm未満である繊維不織布か、または密度が16〜32kg/m3であり厚さが少なくとも6mmである超軽量プラスチック発泡体のいずれか一方であり得る。第2の開孔性繊維層は、好ましくは2〜5μmの繊維径を有するメルトブローマイクロファイバから生成される。さらに、500〜4000Ns/m3という空気流抵抗が記載される。吸音薄層積層体の積層体構成により、音響的に調整可能な流層(Stromungsschicht(oはウムラウト付))が提供される。この複合材料の不利点は、支持層が明らかな音響重要性を有さないという事実である。
米国特許出願公開第5298694号明細書 独国特許出願公告第10163576号明細書 欧州特許第1058618号明細書
本発明の課題は、従来技術の不利点を少なくとも部分的に取り除く吸音材料を提供することである。つまり、吸音が容易に調整可能であり、材料が、高い圧縮性および非常に優れた復元能力を伴うと同時にわずかな目付け量で製造可能であるべきである。
その上、その吸音材料は、自動車産業にとって重要な、800Hz〜2000Hzの周波数範囲において、非常に優れた吸音特性を示す。
本発明による例1の、インピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)と比較例2および3との比較を示す図である。 本発明による例1および比較例2中で使用した流層の、インピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)と本発明による例1中で使用した支持層ならびに比較例2中で使用した支持層との比較を示す図である。 本発明による例1、比較例2、および単離流層のインピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)の比較を示す図である。 例4の、インピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)と例5との比較を示す図である。
この課題は、
a)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、さらに好ましくは0.4dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維(Gerustfaser(uはウムラウト付))として含む、少なくとも1つの開孔性支持層、ならびに
b)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む、支持層上に配置された微多孔性流層、
を含む吸音テキスタイル複合材、特に不織布複合材によって解決され、
ただし、吸音テキスタイル複合材の流れ抵抗は、250Ns/m3〜5000Ns/m3、好ましくは250Ns/m3〜4000Ns/m3、さらに好ましくは250Ns/m3〜3000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3である。
驚くべきことに、本発明によるテキスタイル複合材を用いると、従来技術の前記の不利点を回避できることが見出された。さらに、前記の構造のテキスタイル複合材は、自動車産業にとって重要な、800Hz〜2000Hzの周波数範囲において、抜群の吸音特性を示すことが見出された。
本発明により一機構に確定することはしないが、見出された驚くべきことに高い吸音率は、流層と組み合わせた、支持層の微細繊維と粗繊維との間の相乗相互作用に起因するものと推定される。つまり、支持層中における、繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維および繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維という特別な選択が、それ自体が音波を吸収できる、吸音に特に適切な骨格構造の形成を可能にすると推定される。なぜなら、微細短繊維と粗短繊維との適切な選択によって、支持層に高い圧縮性および高い復元能力を供与することが可能になり、それにより、支持層上の流層が最適に振動できるため、「可撓性プレートアブゾーバ」の動作原理により、特に効果的に音響エネルギーを吸収できる。
その上、開孔性支持層と微多孔性流層との組合せが、テキスタイル複合材の音響特性の簡単かつ意図的な調整および可変性を可能にする。さらに、本発明によるテキスタイル複合材は、高い圧縮性および優れた復元能力を伴うと同時にわずかな目付け量で製造可能であることが見出された。つまり、テキスタイル複合材は、本発明の好ましい一実施形態において、70%〜100%、さらに好ましくは75%〜100%、特に80%〜100%の圧縮率、および/または70%〜100%、さらに好ましくは75%〜100%、特に80%〜100%の復元能力を有する。それにより、テキスタイル複合材は、容易に圧縮可能であり、そのため同時にきわめて良好に、与えられた設置スペースに収まるが、なぜなら、優れた復元能力により、きわめて良好に、設置スペースにおいて再びぱっと開き得るからである。そのため、困難な形状および異なる厚さ寸法を有する設置スペースにおいても、取り付けが可能になる。
支持層は、基本的に、織物、ニット布、編物、および/または不織布であり得る。本発明によると好ましくは、支持層が、DIN EN ISO 9092に基づく不織布であり、それにより、不織布複合材が形成される。
支持層の粗短繊維の繊維繊度は、3dtex〜17dtexである。好ましい一実施形態では、繊維繊度が、3dtex〜12dtex、特に3dtex〜9dtexである。粗短繊維が、テキスタイル複合材に対して、必要な構造を与えることにより、組み込まれた状態でも、テキスタイル複合材の寸法安定性が維持される。
支持層がバインダ繊維を含有しない限り、支持層は、本発明の好ましい一実施形態において、粗短繊維を、それぞれ支持層の総重量に対して10重量%〜90重量%、さらに好ましくは20重量%〜90重量%、さらに好ましくは30重量%〜90重量%、さらに好ましくは50重量%〜90重量%、さらに好ましくは60重量%〜90重量%、特に70重量%〜90重量%の分率で含有する。
支持層が、さらなる繊維としてバインダ繊維を含有する限り、粗短繊維の分率は、それぞれ支持層の総重量に対して、好ましくは5重量%〜85重量%、さらに好ましくは10重量%〜85重量%、さらに好ましくは20重量%〜80重量%、さらに好ましくは30重量%〜80重量%、さらに好ましくは40重量%〜80重量%、さらに好ましくは50重量%〜80重量%、特に60重量%〜80重量%である。
本発明によるテキスタイル複合材の支持層の微細短繊維の繊維繊度は、0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexである。同様に、微細短繊維の繊維繊度が0.3dtex〜0.5dtexの間にある、例えば0.3dtex〜0.49dtexであることも可能である。好ましい一実施形態では、微細短繊維の繊維繊度が、0.5dtex〜2.5dtex、特に0.5dtex〜2.0dtexである。支持層中での微細短繊維の使用により、支持層の内部表面積が増大し、この層中でも、音響エネルギーを熱エネルギーに変換できる。
支持層がバインダ繊維を含有しない限り、支持層は、本発明の好ましい一実施形態において、微細短繊維を、それぞれ支持層の総重量に対して10重量%〜90重量%、さらに好ましくは10重量%〜80重量%、さらに好ましくは10重量%〜70重量%、さらに好ましくは10重量%〜60重量%、さらに好ましくは10重量%〜50重量%、さらに好ましくは10重量%〜40重量%、特に10重量%〜30重量%の分率で含有する。
支持層層が、さらなる繊維としてバインダ繊維を含有する限り、微細短繊維の分率は、それぞれ支持層の総重量に対して、好ましくは10重量%〜90重量%、さらに好ましくは10重量%〜80重量%、さらに好ましくは10重量%〜70重量%、さらに好ましくは10重量%〜60重量%、さらに好ましくは10重量%〜50重量%、さらに好ましくは10重量%〜40重量%、特に10重量%〜30重量%である。
本発明によると、骨格繊維は短繊維である。場合によっては支持層中に含有されているバインダ繊維とは異なり、骨格繊維は、溶融状態では存在しないか、または非実質的にしか溶融状態で存在しない。短繊維は、理論上は無限の長さを有するフィラメントとは異なり、一定の長さを有する。本発明によると好ましくは、骨格繊維として使用される微細短繊維および粗短繊維が、互いに独立に、20mm〜80mm、さらに好ましくは25mm〜80mm、特に30mm〜80mmの短繊維長を有する。骨格繊維としては、天然繊維、合成繊維、またはそれらの混合物を使用できる。好ましくは、合成繊維を使用する。
本発明の好ましい一実施形態では、骨格繊維として使用される微細短繊維および粗短繊維が、互いに独立に、ポリアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ビスコース、ポリアミド、特にポリアミド6およびポリアミド6.6、好ましくはポリオレフィン、とりわけ好ましくはポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、およびポリブチレンテレフタレートからなる群から選択される少なくとも1つのポリマー、それらの混合物および/またはコポリマーを含有する。
好ましくは、骨格繊維が、少なくとも90重量%、さらに好ましくは少なくとも95重量%、特に97重量%超の分率で、その少なくとも1つのポリマーを含有する。
本発明の特に好ましい一実施形態では、骨格繊維が、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート、ポリアミドからなる群から選択される少なくとも1つのポリマー、およびそれらの混合物またはコポリマーを含有する。
本発明の特に好ましい一実施形態では、骨格繊維が、特にポリエチレンテレフタレートからなるポリエステル繊維である。その利点は、ポリエチレンテレフタレートの自己消火性の燃焼挙動であり、それはまた、自動車部門でのテキスタイル複合材の使用にとって重要である。
微細短繊維および粗短繊維の他に、支持層は、さらなる繊維を含有してもよい。本発明によると好ましくは、支持層が、少なくとも部分的に溶融したバインダ繊維をさらなる繊維として含有する。バインダ繊維としては、少なくとも部分的に熱溶融性である限り、この目的に使用される通常の繊維を使用できる。バインダ繊維は、単一種繊維(einheitliche Faser)であるか、さらには多成分繊維であってもよい。本発明によると特に適切なバインダ繊維は、その結合成分が、結合される骨格繊維の融点を下回る融点、好ましくは250℃未満、さらに好ましくは70〜235℃、さらに好ましくは125〜225℃、特に好ましくは150〜225℃の融点を有する繊維である。適切なバインダ繊維は、特に、熱可塑性ポリエステルおよび/またはコポリエステル、特にポリブチレンテレフタレート、ポリオレフィン、特にポリプロピレン、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ならびにそれらのコポリマーおよび混合物を含有する繊維、および/またはそれらのポリマーからなる繊維である。
本発明によると特に適切なバインダ繊維は、多成分繊維、好ましくは二成分繊維、特に芯鞘繊維である。芯鞘繊維は、異なる軟化温度および/または融点を有する少なくとも2つの繊維ポリマーを含有する。好ましくは、芯鞘繊維が、それら2つの繊維ポリマーからなる。その際、低い方の軟化温度および/または融点を有する成分が繊維表面(鞘)に見出され、高い方の軟化温度および/または融点を有する成分が芯に見出される。
芯鞘繊維の場合、結合機能は、繊維の表面に配置されている材料によって果たされ得る。鞘には非常に様々な材料を使用できる。鞘に好ましい材料は、本発明によると、ポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリエチレン、コポリアミド、および/またはコポリエステルでもある。
芯にも同様に非常に様々な材料を使用できる。芯に好ましい材料は、本発明によると、ポリエステル、特にポリエチレンテレフタレート、および/またはポリエチレンナフタレート、および/またはポリオレフィンである。
芯鞘バインダ繊維の使用は、本発明によると好ましいが、なぜなら、その結果、不織布中で、結合剤成分の特に均質な分配が達成できるからである。
支持層が、さらなる繊維としてバインダ繊維を含有する限り、支持層はそのバインダ繊維を、それぞれ支持層の総重量に対して、好ましくは5重量%〜50重量%、さらに好ましくは10重量%〜50重量%、さらに好ましくは10重量%〜40重量%、特に10重量%〜30重量%の分率で含有する。
本発明によると好ましくは、支持層が、少なくとも部分的に溶融したバインダ繊維によって、結合および固化(verfestigen)されている。好ましくは、部分的に溶融したバインダ繊維が、機械的負荷なしに、例えば連続炉により溶融されている。その利点は、不織布が高体積で製造され得ることであり、機械的作用によって体積を失わないことである。
本発明のさらなる好ましい一実施形態では、支持層中での空気の、繊維に対する体積比が、75:1〜250:1、さらに好ましくは100:1〜225:1、特に125:1〜200:1である。
本発明のさらなる一実施形態では、支持層が、好ましくはバインダ繊維による固化に加えて、バインダ結合されている。バインダとしては、ポリアクリレート、ポリスチレン、エチレンポリ酢酸ビニル(Polyvinylacetatethylene)、ポリウレタン、ならびにそれらの混合物およびコポリマーを使用できる。
本発明によると好ましくは、支持層が、非常に軽度に固化されているため、吸音テキスタイル複合材を、軽やかにドレープかつ圧縮でき、それゆえ、非常に様々な設置スペースにおいて使用できる。
流層は、基本的に、織物、ニット布、編物、および/または不織布であり得る。本発明によると好ましくは、支持層が、DIN EN ISO 9092に基づく不織布であり、それにより、不織布複合材が形成される。
微多孔性流層とは、本発明によると、特に250Ns/m3超、例えば250Ns/m3〜5000Ns/m3、好ましくは250Ns/m3〜4000Ns/m3、さらに好ましくは250Ns/m3〜3000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3の比流れ抵抗を有する微多孔性層と理解される。支持層に流層を付与する利点は、支持層の吸音特性を改善できることである。それにより、支持層の目付け量をわずかに保つことができるにもかかわらず、抜群の音響特性を有する製品が得られる。
流層の流れ抵抗の調整は、当業者には公知の方法で、多孔性または密度の適切な調整により実現可能である。あまりに多孔性の材料の場合、繊維表面で十分な摩擦が起こらないため、十分には運動エネルギーを熱エネルギーに変換できず、吸収がほとんど不可能であろう。それに対して、緊密すぎる材料の場合、音波は材料表面で主に反射されるため、材料内で吸収されないであろう。
本発明によると、流層は、繊度が10μm未満、好ましくは0.5μm〜5μm、さらに好ましくは1μm〜3μmのマイクロファイバを含有する。マイクロファイバを使用する利点は、わずかな繊維径により、不織布中において、音響エネルギーが特に良好に吸収され得る非常に大きな内部表面積が提供されるという事実である。このような繊度の繊維は、簡単な方法で、例えば、メルトブロー法により獲得でき(メルトブロー繊維)、それにより、メルトブロー不織布が形成される。メルトブロー繊維を使用する利点は、メルトブロー繊維により、簡単な方法で、高密度かつ優れた音響特性を有する不織布が得られることである。
流層用のマイクロファイバとして、好ましくは合成繊維を使用する。合成繊維は、好ましくは、ポリオレフィン、特にポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、それらの混合物および/またはコポリマーからなる群から選択される少なくとも1つのポリマーを含有する。
好ましくは、マイクロファイバが、前記のポリマー、それらの混合物および/またはコポリマーを、少なくとも90重量%、さらに好ましくは95重量%超、特に97重量%超の分率で含有する。
好ましくは、流層が、それぞれ流層の総重量に対して、50重量%超、さらに好ましくは70重量%超、特に90重量%超の量でマイクロファイバを有する。
本発明によるテキスタイル複合材は、支持層と流層とのみからなってもよい。しかしながら、本発明によると好ましくは、テキスタイル複合材が、さらなる層、特に少なくとも1つの、流層上に配置された被覆層を有する。その利点は、流層を、損傷からより好適に保護できることである。特に適切であると判明したのは、被覆層としての溶融紡糸不織布の使用である。好ましくは、被覆層の目付け量が、25g/m2未満、例えば12g/m2〜17g/m2である。同じく好ましくは、被覆層が、熱可塑性フィラメント、特にポリプロピレンフィラメントからなる。
支持層、流層、および場合によっては存在する被覆層は、非常に様々な方法で互いに接合可能である。つまり、層が、粘着材料によって互いに貼り付けられていることが可能である。流層としてメルトブロー不織布を使用する場合、本発明の好ましい一実施形態では、流層との接合が、メルトブロー繊維を支持層上に直接紡糸(aufspinnen)することによって行われる。これにより、支持層と流層との間に明確な相境界が認識できない不織布複合材を得ることができる。これにより、支持層と流層との境界領域において繊維繊度勾配を調整することが可能になり、それは音響特性に対して有利に作用する。その上、付加的な接着層を省略でき、それも同じく音響特性に対して有利に作用する。
本発明によると、テキスタイル複合材は、250Ns/m3〜5000Ns/m3、好ましくは250Ns/m3〜4000Ns/m3、さらに好ましくは250Ns/m3〜3000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3、および/または350Ns/m3〜5000Ns/m3、好ましくは450Ns/m3〜5000Ns/m3、さらに好ましくは550Ns/m3〜5000Ns/m3、および/または350Ns/m3〜2000Ns/m3、さらに好ましくは450Ns/m3〜2000Ns/m3、特に550Ns/m3〜2000Ns/m3の流れ抵抗を有する。同じく可能であるのは、テキスタイル複合材が、2000Ns/m3〜5000Ns/m3の間の流れ抵抗を有し、例えば2001Ns/m3〜5000Ns/m3であることである。テキスタイル複合材の流れ抵抗は、支持層の流れ抵抗と流層の流れ抵抗とから構成される。その際、通常は、流層が、流れ抵抗のために明らかに高い寄与部分の貢献をする。それゆえ、所望の流れ抵抗を有する適切な流層の選択により、簡単な方法で、流れ抵抗の調整を行うことができる。
本発明によるテキスタイル複合材により、それぞれ1000HzにおいてDIN EN ISO 10534−1に準拠して測定して、例えば、30%〜100%、さらに好ましくは40%〜100%、さらに好ましくは50%〜100%という抜群の吸音率が達成可能である。この高い吸音率は、当業者には驚くべきであったが、なぜなら、その吸音率は、流層および支持層の吸音率の、それ自体として単独で測定した場合の合計よりも高いからである。
テキスタイル複合材の目付け量は、好ましくは50g/m2〜350g/m2、さらに好ましくは100g/m2〜300g/m2、特に150g/m2〜250g/m2である。この目付け量の場合、軽重量のテキスタイル複合材を提供できることが有利であり、それによりまた、自動車では、重量軽減により、排気を下げることができる。
テキスタイル複合材の厚さは、好ましくは5mm〜35mm、さらに好ましくは10mm〜30mm、特に15mm〜25mmである。少なくとも10mmの厚さでは、壁までの大きい距離が生じるため、中間周波数の中間長の音波および低周波数の長い音波も、テキスタイル複合材内で吸収され得ることが有利である。
本発明のもう1つの主題は、次のステップ
a)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層の準備および/または製造、
b)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む微多孔性流層の準備および/または製造、
c)支持層上での流層の配置、
d)支持層と流層との結合
を含む、本発明による、250Ns/m3〜5000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3の流れ抵抗を有するテキスタイル複合材の製造方法である。
流層としてメルトブロー不織布を使用する場合、流層との接合は、メルトブロー繊維を支持層上に直接紡糸することによっても行われ得る。それゆえ、本発明のもう1つの主題は、次のステップ
a’)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層の準備および/または製造、
b’)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む微多孔性流層としてのメルトブロー不織布の、支持層上への紡糸、
を含む、本発明による、250Ns/m3〜5000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3の流れ抵抗を有する不織布複合材の製造方法である。
少なくとも1つの開孔性支持層の準備および/または製造は、当業者には公知の製造プロセス、例えば、乾式短繊維不織布用の製造プロセスによって行われ得る。本発明により適切な、支持層用の製造方法は、例えば、梳綿法、ならびにエアレイ法およびエアレイド法といった空気力学的方法である。伝統的な梳綿法では、通常は、ワーカー/ターナーローラを利用して、短繊維を単一繊維にほぐし、ウェブとして置く。続いて、このウェブを、例えばクロスラッパーを介してより合わせて、一層または複数層の不織布を形成する。ランダム配向の繊維構成を有する不織布を製造する場合、特に、空気力学的方法が適切である。ランダム配向は有利であるが、なぜなら、それにより、低密度であると同時にかさばった、圧縮弾性の不織布を獲得できるからである。バインダ繊維を使用する場合、そのバインダ繊維を、例えば連続炉中で融点まで加熱することで不織布の固化に利用する。熱的固化は、支持層と流層との結合前および/または結合後に行ってもよい。さらには、その他の非接触式固化法、例えば、バインダ塗布も可能である。特に好ましくは、機械的固化法を使わずに不織布を固化するが、なぜなら、これにより、支持層のかさ高さが損なわれないからである。
流層も同じく、当業者に公知の方法で製造できる。本発明によると特に好ましいのは、メルトブロー法である。その利点は、簡単な方法で低価格に、一工程で微細繊維を生成できることである。
支持層と流層との結合は、当業者に公知の方法で、例えば、ホットメルト接着剤または感圧接着剤を用いて行うことができる。好ましくは、支持層へのホットメルト接着剤塗布または感圧接着剤塗布をインラインで行い、流層も同じく、インラインでアンコイラーを介して供給する。
微多孔性流層としてメルトブロー不織布を使用する場合、本発明の好ましい一実施形態では、そのメルトブロー繊維を支持層上に直接紡糸する。これにより、支持層と流層との間に明確な相境界が認識できない不織布複合材を得ることができる。これにより、支持層と流層との境界領域において繊維繊度勾配を調整することが可能になり、それはそれで音響特性に対して有利に作用する。その上、付加的な接着層を省略でき、それも同じく音響特性に対して有利に作用する。
流層を保護するために、任意選択で、前記のように被覆層を付与してもよい。これは、特に、メルトブロー不織布の場合に有利である。
本発明によるテキスタイル複合材は、自動車部門での吸音用に、例えば、車内空間用の音響部品として、および特に自動車のライニング部品での吸音芯材として抜群に適切である。
以下では、複数の例を手がかりに本発明をより詳細に説明する。
1.本発明によるテキスタイル複合材(例1)
1.7dtexで繊維長が38mmの微細PET短繊維、および繊度が3.3dtexで繊維長が64mmの粗PET短繊維、および4.4dtexで繊維長が51mmのPET/Co−PET二成分繊維からなる、目付け量が200g/m2で厚さが21mmの短繊維不織布を準備する。短繊維不織布は、熱結合同様にバインダ結合もされている。その短繊維不織布上に、目付け量が50g/m2、厚さが0.5mm、および平均繊維径が2μmのポリプロピレンメルトブロー不織布を、スプレー接着剤を使って塗布する。
2.比較例2および3
比較例2:最適化されていない支持層を有する流層
繊度が17dtexで繊維長が38mmの粗ポリオレフィン二成分繊維からなる、目付け量が350g/m2で厚さが20mmの短繊維不織布を準備する。その短繊維不織布上で、目付け量が50g/m2、厚さが0.5mm、および平均繊維径が2μmのポリプロピレンメルトブロー不織布を、スプレー接着剤を使って塗布する。
比較例3:3M Thinsulate(TAI3027)
65重量%が微細ポリプロピレンメルトブロー繊維および35重量%が粗PET短繊維からなる、目付け量が330g/m2で厚さが21mmの短繊維不織布を準備する。さらに、その短繊維不織布の片側上には、100重量%のポリプロピレンからなる被覆層が存在する。
3.例4および5
例4:
0.6dtexの微細PET短繊維50重量%、および繊度が4.4dtexの粗PET短繊維50重量%からなる、目付け量が200g/m2で厚さが10mmの短繊維不織布を準備する。
例5:
0.6dtexの微細PET短繊維80重量%、および繊度が4.4dtexの粗PET短繊維20重量%からなる、目付け量が200g/m2で厚さが10mmの短繊維不織布を準備する。
4.例1および比較例2の流れ抵抗の測定
例1および比較例2に対して、支持層の流れ抵抗および流層の流れ抵抗を互いに独立に、ならびに組み合わせてDIN EN 29053に準拠して測定した。
個々の層の流れ抵抗は、互いの組合せでは近似的に積算されることが分かる。さらに、例1および比較例2の総流れ抵抗は5Ns/m3しか異ならないことが分かる。
5.吸音率の測定
例1、比較例2および3の吸音率を、DIN EN ISO 10534−1、第1部に準拠して測定した。結果を図1に示す。
例1は、自動車産業にとって重要な、800Hz〜2000Hzの周波数範囲において抜群の吸音特性を示すことが分かる。1000Hzでは、45%の吸音率が達成され、これは驚くべきことに高い。つまり、比較例2の場合、1000Hzにおいて単に35%という値が測定され、比較例3の場合はしかも、1000Hzにおいて25%という値しか測定されなかった。全体として、およそ800Hz〜2500Hzの周波数範囲において、本発明による不織布複合材では、例1の目付け量は比較例2および3と比べて低いにもかかわらず、驚くべきことに高い吸音率が認められる。
多孔性アブゾーバの吸収能は、壁までの距離と組み合わせて、流れ抵抗により調整することが公知である。壁までの距離はどの例でも等しく選択されているため、結果に影響を及ぼし得ない。例1および比較例2を観察すると、例1および比較例2の総流れ抵抗は非常に似ているため(前記第3項を参照)、このパラメータが、吸音率の予期されなかった改善の原因ではあり得ない。
本発明により一機構に確定することはしないが、驚くべきことに高いこの吸音率は、流層と組み合わせた、支持層の微細繊維と粗繊維との間の相乗相互作用に起因するものと推定される。つまり、支持層中における、繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維および繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維という特別な選択が、それ自体が音波を吸収できる、吸音に特に適切な骨格構造の形成を可能にすると推定される。なぜなら、微細短繊維と粗短繊維との適切な選択によって、支持層に高い圧縮性および高い復元能力を供与することが可能になり、それにより、支持層が、音波によって最適に振動するよう刺激されるため、特に効果的に音響エネルギーを吸収できる。
その際、本発明によるテキスタイル複合材は、可撓性プレートアブゾーバのように作用する。プレートアブゾーバは、ちょうど所望の周波数範囲へと調整できる高効率のアブゾーバである。振動質量は、フィルムまたは薄板の質量によって実現される。本発明によるテキスタイル複合材の場合、振動質量は、流層によって実現される。共振系のスプリングは、プレートアブゾーバではたいていの場合、フィルムまたはプレートと後壁との間のエアクッションのスプリングである。本発明によるテキスタイル複合材では、支持層がスプリングとして機能する。そのため、本発明によるテキスタイル複合材に関しては、好ましくは次の構造、すなわち流層−支持層−壁を選択する。すると、正確に定義された、支持層の非常に良好な圧縮特性および再回復特性により、流層が、支持層上で最適に振動できることから、スプリング体積、つまり支持層内において、さらに内部損失が生じる。
これは、まとめると、本発明による、高い圧縮性および高い復元能力を有する特殊な支持層の選択により、多孔性アブゾーバとしての流層の動作原理が、支持層内での付加的ダンピング(Zusatzbedampfung(2つ目のaはウムラウト付))により拡張され、それにより、吸音率が、特に、自動車製造業者にとって重要な、800Hz〜2000Hzの周波数範囲において、多孔性アブゾーバおよび可撓性プレートアブゾーバの動作原理の相互作用により上昇し得るということを意味する。前記の音響動作原理の驚くべき相乗効果は、図2および図3の比較によっても証明される。
図2では、まず、例で使用した単一層のみを観察する。具体的には、本発明による例1および比較例2中で使用した流層の、インピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)を、本発明による例1中で使用した支持層ならびに比較例2中で使用した支持層と比較する。支持層はおよそ比較可能な吸音率を有する一方で、流層はそれより著しく高い吸音率を有することが分かる。つまり、例1に由来する支持層は、1000Hzにおいておよそ11%の吸音率を示し、比較例2に由来する支持層はおよそ8%の吸音率を、そして流層はおよそ23%の吸音率を示す。
図3では、例1によるテキスタイル複合材、比較例2、および単離流層のインピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)を比較する。本発明による例1が、単離流層および比較例2よりも明らかに高い吸音率を有することが分かる。つまり、本発明による例1は、1000Hzにおいておよそ45%の吸音率を示し、比較例2はおよそ35%の吸音率を、そして流層はおよそ23%の吸音率を示す。
本発明による例1に対して算出された値は、驚くべきことに高い。つまり、個々の層の吸音率は、近似的に互いに加算することができると前提できた。それによると、比較例2の場合、8%[支持層]+23%[流層]=31%となり、35%という測定値に非常に類似する。したがって、支持層と流層との間で相乗効果は認識できない。それに対して、例1に関しては、計算上、(11%[支持層]+23%[流層]=34%)という吸音率がもたらされる。しかしながら、測定されたのは45%という値であり、それは、計算値を11%上回り、おそらく、前記の、流層と支持層との間の相乗効果および支持層の特別な骨格構造に起因する。
図4では、例4と例5の、インピーダンス管中での吸音率(DIN EN ISO 10534)の比較を示す。例5(微細繊維分率が80重量%)が、1000Hzにおいて例4(微細繊維分率が50重量%)よりも高い吸音率を有することが分かる。
本発明により使用したパラメータの測定には、次の測定方法を使用する。
[目付け量を測定するための不織布用試験方法]
ISO 9073−1に準拠、ただし測定サンプルの面積は100mmx100mmである。
[厚さを測定するための不織布用試験方法]
DIN EN ISO 9073−2、方法BおよびCに準拠。
[繊維繊度の測定]
DIN 53810(紡糸繊維の繊度−用語および測定原理)に準拠して、顕微鏡、および繊維径を算出するための対応するソフトウェアを使用。全部で>20本の単一繊維から4つの顕微鏡標本を準備する。顕微鏡標本ごとに、はさみでおよそ2〜3mmの長さに繊維をカットして、解剖針を使ってスライドグラス上に載せる。続いて、対応するソフトウェアを利用して、繊維径をμmで算出して平均を出す。繊維径の平均値は、続いて、次の数式を手がかりに繊維繊度Ttに換算できる。
[短繊維長の測定]
既存の繊維サンプルから10個の繊維束を選択し、10個の繊維束のそれぞれから、ピンセットを使って単一繊維を取り出し、繊維の一方の自由端を2つの留め金のうちの1つに固定し、第2の繊維端を残りの留め金に固定することにより、10本の単一繊維の繊維長を算出する。ハンドル車を回して、繊維をまっすぐになるまで伸ばす。繊維の長さは、測定装置のスケールから読み取り、mmでメモする。記録したすべての結果の平均値が短繊維長を示す。
[融点の測定]
DIN EN ISO 11357−3、示差走査熱量分析(DSC)−第3部:融点および結晶化温度ならびに融解エンタルピーおよび結晶化エンタルピーの測定に準拠、ただし、加熱速度は、10K/分を用いる。
[圧縮性の測定]
DIN 53885(テキスタイルおよびテキスタイル製品の圧縮性の測定)に準拠し、ただし、圧縮性の測定は、規格で記載される装置とは異なる試験装置を用いて行う。つまり、寸法が100mmx100mmの測定サンプル、長さスケールがmmの測定ボード、寸法が120mmx120mmの金属板、および直径が55mmで質量が1キログラムのシリンダ形状のおもりを準備する。
測定サンプルの厚さを、測定前に非負荷状態において測定ボードを使って測定する。この値が、初期厚さd0(mm)である。非負荷状態での初期厚さを測定した後、次のステップにおいて、金属板(100g)を測定サンプル上に置き、中央に配置する。続いて、シリンダ形状のおもりを、測定板の円形マーキング上に置くことにより、測定サンプルにおよそ1.1kgの負荷をかける。測定サンプルの絶対圧縮性は、次の数式を手がかりに算出され、それは負荷状態での厚さに対する初期厚さの差異を記載する。
相対圧縮率Kr(%)
[復元能力の測定]
DIN EN ISO 1856(軟弾性高分子発泡体−圧縮永久ひずみの測定)に準拠。測定装置としては、章「圧縮性の測定」ですでに記載したのと同じ構成を利用する。復元能力の測定では、一定時間にわたる、一定温度での圧縮ひずみおよび指定した回復時間の後に、材料の初期厚さと最終厚さとの差異を算出する。
測定サンプルの厚さを、測定前に非負荷状態において測定ボードを使って測定する。この値が、初期厚さd0(mm)である。非負荷状態での初期厚さを測定した後、次のステップにおいて、金属板(100g)を測定サンプル上に置き、中央に配置する。続いて、シリンダ形状のおもりを、測定板の円形マーキング上に置くことにより、24時間にわたり室温(23℃+/−2℃)において測定サンプルにおよそ1.1kgの負荷をかける。24時間の負荷後に、測定サンプルからおもりと金属板とを取り除き、測定サンプルの厚さを、30分の回復時間後に改めて測定し、圧縮永久ひずみを、次のように算定する。
圧縮永久ひずみから、次の数式を手がかりに、材料の復元能力を計算する。
[空気:繊維の体積比の測定]
繊維に対する空気の体積比は、材料がどれだけ多孔性であるかの情報を与える。つまり、繊維と比べて空気の分率が高い場合、材料は、高い多孔性を有すると前提できる。体積比、V空気対V繊維は、次のように算出できる。それには、次の数式を手がかりに、まず試験片の体積を計算する。
試験片の体積を算定した後に、次のステップにおいて、不織布中に含有されている繊維の体積を、次の数式を手がかりに算出する。
ただし、好ましくは、ポリマーのポリエチレンテレフタレート製の短繊維が支持層中で使用され、それゆえ、およそ1.38g/cm3の繊維密度を前提できる。繊維体積を計算した後、さらなるステップにおいて、次の数式を手がかりに空気体積を算定できる。
試験片の空気体積と繊維体積とを算定したら、それらの2つの体積値を互いに対比させることができる。
[流れ抵抗を測定するための試験方法]
DIN EN 29053、方法A(空気正流法)に準拠、ただし、サンプル有効径は100mmであり、空気圧は1000mbarに相応する。
インピーダンス管中での吸音率およびインピーダンスを測定するための試験方法
DIN EN ISO 10534−1、第1部:定在波比による方法(ISO 10534−1:2001−10)に準拠、ただし、管長Aは100cmおよび管断面Aは77cm2に相応し、管長Bは30cmおよび管断面Bは6.6m2である。テキスタイル複合材および支持層の試験片を、直接に残響壁(schallharte Wand)に当てがって測定する。流層は、残響壁に対して20mmの距離で測定する。

Claims (15)

  1. a)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層、ならびに
    b)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む、支持層上に配置された微多孔性流層、
    を含む吸音テキスタイル複合材であって、
    前記吸音テキスタイル複合材の流れ抵抗が、250Ns/m3〜5000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3であることを特徴とする吸音テキスタイル複合材。
  2. 70%〜100%、より好ましくは75%〜100%、特に80%〜100%の圧縮率、および/または、
    70%〜100%、より好ましくは75%〜100%、特に80%〜100%の復元能力を特徴とする、請求項1に記載の吸音テキスタイル複合材。
  3. 前記支持層が不織布であることを特徴とする、請求項1または2に記載の吸音テキスタイル複合材。
  4. 前記支持層が、少なくとも部分的に溶融したバインダ繊維、特に芯鞘繊維をさらなる繊維として含有することを特徴とする、請求項1から3のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  5. 前記支持層がバインダ繊維を含有せず、前記支持層が前記粗短繊維を、それぞれ支持層の総重量に対して50重量%〜90重量%、より好ましくは60重量%〜90重量%、特に70重量%〜90重量%の分率で含有すること、または
    前記支持層が、さらなる繊維としてバインダ繊維を含有し、前記粗短繊維の分率が、それぞれ支持層の総重量に対して、40重量%〜80重量%、より好ましくは50重量%〜80重量%、特に60重量%〜80重量%であることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  6. 前記支持層がバインダ繊維を含有せず、前記支持層が前記微細短繊維を、それぞれ支持層の総重量に対して10重量%〜50重量%、より好ましくは10重量%〜40重量%、特に10重量%〜30重量%の分率で含有すること、または
    前記支持層が、さらなる繊維としてバインダ繊維を含有し、前記微細短繊維の分率が、それぞれ支持層の総重量に対して、10重量%〜50重量%、より好ましくは10重量%〜40重量%、特に10重量%〜30重量%であることを特徴とする、請求項1から5のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  7. 前記骨格繊維として使用される微細短繊維および粗短繊維が、互いに独立に、20mm〜80mm、より好ましくは25mm〜80mm、特に30mm〜80mmの短繊維長を有することを特徴とする、請求項1から6のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  8. 前記支持層がバインダ結合されており、バインダとして、好ましくはポリアクリレート、ポリスチレン、エチレンポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ならびにそれらの混合物およびコポリマーを使用することを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  9. 前記支持層が、75:1〜250:1、より好ましくは100:1〜225:1、特に125:1〜200:1という空気の、繊維に対する体積比を有することを特徴とする、請求項1から8のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  10. 前記流層が、繊度が10μm未満、好ましくは0.5μm〜5μm、さらに好ましくは1μm〜3μmのマイクロファイバ、特にメルトブロー繊維を含むことを特徴とする、請求項1から9のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  11. それぞれ1000Hzにおいて30%〜100%、より好ましくは40%〜100%、さらに好ましくは50%〜100%の吸音率を特徴とする、請求項1から10のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  12. 50g/m2〜350g/m2、より好ましくは100g/m2〜300g/m2、特に150g/m2〜250g/m2の目付け量を特徴とする、請求項1から11のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  13. 5mm〜35mm、より好ましくは10mm〜30mm、特に15mm〜25mmの厚さを特徴とする、請求項1から12のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材。
  14. 次のステップ
    e)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層の準備および/または製造、
    f)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む微多孔性流層の準備および/または製造、
    g)支持層上での流層の配置、
    h)支持層と流層との結合
    を含む、および/または次のステップ
    c’)繊度が3dtex〜17dtexの粗短繊維および繊度が0.3dtex〜2.9dtex、特に0.5dtex〜2.9dtexの微細短繊維を骨格繊維として含む、少なくとも1つの開孔性支持層の準備および/または製造、
    d’)繊維径が10μm未満のマイクロファイバを含む微多孔性流層としてのメルトブロー不織布の、支持層上への紡糸、
    を含む、
    250Ns/m3〜5000Ns/m3、特に250Ns/m3〜2000Ns/m3の流れ抵抗を有するテキスタイル複合材の製造方法。
  15. 自動車部門における吸音を目的とした、請求項1から13のいずれか一項に記載の吸音テキスタイル複合材の使用。
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