JP2000514574A - 軽量の高性能防振部材 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
少くとも1種のブチルゴム、少くとも1種の粘着性樹脂、少くとも1種の顔料および実質的に球形の微小球を有効量含有する軽量の高性能防振用組成物が開示されている。本発明組成物は約1.0〜1.2の比重を有し、低温ならびに約60℃以下の温度において効果的な防振作用を有する。この組成物は輸送産業、建築産業および家電産業に使用するのに有効である。
Description
【発明の詳細な説明】
軽量の高性能防振部材
発明の背景
発明の分野
本発明は軽量の高性能防振部材に関するものである。特に、本発明は、フィル
ムに積層した際に優れた防振性を提供する軽量のエラストマー系ブチルマスチッ
ク(mastic)組成物に関するものである。
関連技術の説明
能率的で効果的な構造物を生成する必要性は絶えず大きくなっている。この必
要性はエネルギーを保存しようとする欲求および次第に大きくなる要求と一緒に
なって、比較的速い速度で運動および/または振動する軽量構造物が作られたが
、この構造物は比較的高い温度を生じ、従って比較的高い音響効果(acoustics)
を生じ、望ましなく高レベルの振動を生じる。このために、次に、一層優れた防
振材料の探究が必要になった。
加えられた内力または外力の影響下に振動する装置および構造物の構成部分の
振動を、これらに粘弾性材料層を取付けることによって実質的に減少できること
は、既知である。例えば、米国特許第3,640,836号明細書は、粘弾性層がエチレ
ン、酢酸ビニルおよびアクリル酸および/またはメタクリル酸からなる重合体で
ある防振積層物を開示している。米国特許第3,847,726号明細書は、−25℃〜
+60℃の範囲にわたって防振材料として有用な、ポリエポキシド、ポリエーテ
ルアミン、複素環式アミンおよびフェノールからなる別の粘弾性接着剤組成物を
開示している。しかし、開示されているこれらの組成物は、長時間にわたる防振
には有効ではなく、また現在の技術世代において望ましい所要の軽量で高性能の
防振材料を提供していない。
また、防振の目的で組成物中にゴムを使用することも従来技術において知られ
ている。JP90−306255号は、(a)SBR25〜40%、鉱油15〜
40%およびカーボンブラック30〜47%を含有する組成物100部、(b)
(再生)ゴム100部以下、(c)比重2.5以上の無機化合物100〜600
部(a+b100部に対し)、およひ(d)微粉炭10〜100部(a+b10
0部に対し)を含有する防振材料および遮音材料を開示している。EP−335
,642A2号は、支持体用の金属または合金の層、防振用のゴムまたは粘弾性
重合体の層、および結合用のホットメルト接着剤の層から製造される防振に適し
た積層複合体を教示している。この積層構造物は、防音効果を改善するのに有用
である。JP61005158B4号は、ゴム100部とアスベストおよびマイ
カのような非金属繊維および/または非金属鱗片状無機物質150〜600部と
の混合物を金属繊維と合体することにより生成する2.5より大きい比重を有す
る遮音・防振材料を開示している。しかし、これらの組成物も、本発明が適用さ
れる構造物にとって必要な軽量高性能防振作用を提供しない。
従って、一般的に、産業、特に自動車産業において、一段と軽量の自動車を製
造する技術を利用し続けることができるようにする軽量で高性能な防振部材が必
要とされている。さらに、約0℃〜約60℃の温度範囲を許容し、かつ高い消音
作用を保持する高性能部材が必要とされている。
発明の簡単な説明
本発明は、基体に、好ましくは積層により、被着させた場合に、一般的に、優
れた防振部材を提供する、軽量で高性能なエラストマー系ブチルマスチックの独
特な組成物を開示する。本発明組成物は、少くとも1種のブチルゴムと、少くと
も1種の粘着性樹脂と、少くとも1種の軽量顔料と、実質的に球形の微小球との
混合物を含む。本発明組成物の比重は約1.0〜約1.20の範囲である。
特に、本発明は、軽量防振部材において:
(a)基体;および
(b)前記基体の少くとも1つの表面上に存在する
(i) 約10〜約35重量%のブチルゴム;
(ii) 約5〜約20重量%の粘着性樹脂;
(iii)約10〜約30重量%の顔料;および
(iv) 約1〜約10重量%の実質的に球形の微小球
を含有する軽量防振用組成物
を含むことを特徴とする軽質防振部材である。
本発明組成物の比重は約1.00〜約1.30の範囲である。
本発明の防振部材は多くの用途に使用することができ、これらの用途としては
輸送産業、建築産業、航空宇宙産業および家電産業がある。輸送産業における用
途としては、一般的に、クォーターパネル(quarter panel)、屋根、扉、内装、
フロアーパン(floor pan)および操縦室(wheel house)を含む高レベルの振動を受
ける車輛部品がある。
また、本発明は、さらに所要または所望の特定の性質に応じて随意成分を含有
することができる。これらの成分としては、種々の充填剤および相溶性可塑剤、
例えば、ポリブテンおよび脂肪酸がある。
また、本発明の範囲には、本発明のブチルマスチック組成物を約1.0〜約3
.0mmの厚さでレリースライナー(release liner)上に押出し、次いでこのブチ
ルマスチック組成物を適当な基体、例えば、アルミニウム箔、マイラー(Mylar)
,ポリオレフィンフィルムまたは鋼に積層する方法も含まれる。また、この方法
は、ブチルマスチック組成物を基体上に押出し、次いでレリースライナーと積層
するように、逆に行うこともできる。基体の厚さは約50〜約150ミクロンと
する必要がある。
防振性は損失率(loss factor)によって測定され、本発明の防振部材の場合に
は、一般的に20℃〜60℃の温度において約0.09〜約0.60の範囲であ
る。また、本発明の防振部材は、低い温度においても高い温度においても有利に
機能する。低温性能は、所望に応じて、表面シールコーティングの存在によって
、一層改善される。この表面シールコーティングとして、ここに参考として加入
する米国特許第4,581,281号明細書に記載されているような適当な感圧接着剤コ
ーティングを用いることができる。
図面の簡単な説明
図1は、実施例1の場合における温度と損失率との関係を示すプロットである
。
図2は、実施例2の場合における温度と損失率との関係を示すプロットである
。
図3は、実施例3の場合における温度と損失率との関係を示すプロットである
。
図4は、実施例4の場合における温度と損失率との関係を示すプロットである
。
図5は、実施例2および4の場合における温度と損失率との関係を示すプロッ
トである。
発明の詳説
独特な成分組合せにより、望ましい防振性が有利に提供されることが分かった
。アルミニウム箔、マイラー、ポリオレフィンフィルムまたは鋼のような適当な
基体に被着させた場合に、軽量の防振部材が得られる。この防振部材は、車輛、
例えば、乗用車、トラック、またはボート、家電または高振動に由来する騒音に
曝される他の適当な構造物に使用することができる。
一般的に、本発明の防振部材は、自動車のクォーターパネル、屋根、扉、内装
、フロアーパン、および操縦室に用いられる。他の用途では、本発明の防振部材
を、車輛、航空機、家庭電気器具または構造物の内側または外側における適当な
位置に設置して、最大性能を示すようにすることができる。使用した際に、本発
明の防振部材は、本発明の防振部材と同一の条件下に試験した場合に、競合製品
より一般的に2〜3倍大きい音響損失率を示すことが分かった。一般的に、30
〜40℃における音響損失率の値は自動車産業にとって最も重要であると考えら
れる。従来の防振部材の損失率は0.2〜0.8のレベルである。従来の防振部
材の防振効果は比較的高い温度では無視できるレベルまで低下する。他方、硬化
した部材(cured system)では、上述の30〜40℃の温度範囲で損失率を0.2
以下にすることができるが、比較的低い温度では性能が劣る。本発明の防振部材
は、20℃〜60℃の温度範囲で約0.05〜約0.7の範囲の損失率を有し、
特に20℃〜60℃の温度で約0.1〜約0.6の損失率を有し、また特に20
℃〜40℃の温度で約0.25〜約0.5の損失率を有する。このような前例の
ない性能は0℃という低い温度においても達成される。
従来の防振部材は、該防振部材を設計する際に、本発明に係る諸成分のうちの
若干のものを利用していることがあるとしても、本発明における独特な組合わせ
は従来全く考えられたことはなかった。発明者は、粘着性樹脂が防振部材の性能
において重要な役割を演じていると信じている。選択されたレベルの粘着性樹脂
が防振部材の他の成分と相乗的に作用して防振部材の損失率を前例のないレベル
まで増大させる、と推測される。
一般的に、本発明組成物は少くとも1種の粘着性樹脂を含有する。有用な種々
の粘着性樹脂としては、天然産の樹脂およびその誘導体、例えば、脂肪族炭化水
素樹脂、ロジンおよびロジンエステル、テルペン、およびクマロンおよびクマロ
ンインデンがある。さらに、単独使用または天然産樹脂と併用することができる
石油ベースの合成樹脂がある。粘着性樹脂は、その名称が意味するように、組成
物に一般的に粘着性を付与するために使用される。しかし、本発明においては、
粘着性樹脂は、そのほかに防振部材の防振効果を改善する。本発明に係る好まし
い粘着性樹脂としては、エクソン・ケミカル(米国、テキサス州,ヒューストン
所在)から入手できる「エスコレズ(Escorez)1102,1104,1310L
C,1580,2000シリーズおよび500シリーズ」、およびサートマー社
(Sartomer Co.)(米国,ペンシルベニア州,ウエストチェスタ所在)から入手で
きる「ノルソレン(Norsolene)」という商品名で知られている樹脂がある。好ま
しい組成物では、樹脂量を約5重量%から約20重量%に変動させることができ
、一層好ましい量は約5〜約20重量%であり、最も好ましい量は約5〜約17
重量%である。損失率で測定される防振効果は、粘着性樹脂のレベルが高まるに
つれて増大する。しかし、約20重量%より高いレベルでは、防振部材は低い温
度範囲において脆弱になり、従って防振作用を失う。脆弱になることに起因する
防振作用の損失のある部分は表面コーティングによって補うことができる。この
表面コーティングは表面シールコーティングとすることができ、これにはここに
参考として加入する米国特許第4,581,281号明細書に記載されているような適当
な感圧接着剤コーティングがある。
本発明において有用なブチルゴムとしては等級の異なるものを使用することが
できる。これらのブチルゴムの等級は、不飽和モル%、分子量および製造中の減
成を防止のために混入した安定剤の性質の点で相違する。これらのブチルゴムと
しては、部分架橋ブチルゴム、イソブチレン−イソプレン共重合体がある。本発
明に係るブチルゴムの例としては、エクソン・ケミカル(米国,テキサス州,ヒ
ューストン所在)から入手できる「ブチル(Butyl)065,165,268およ
び269」および(米国,ニュージャージー州,ベルビル所在)から入手できる
「カラー(Kalar)5215」という商品名で知られているブチルゴムがあるが、
これらに限定されるものではない。本発明の好ましい組成物中には、ブチルゴム
を全防振部材の約10〜約30重量%の量で、一層好ましくは約10〜約25重
量%の量で、最も好ましくは約15〜約25重量%の量で存在させる。
本発明においては、実質的に球形の微小球すなわち微粒子が、重量が軽いので
有用である。これらの微小球は容積を大きくしたり、粘度を調節したり、凝集強
さを増大させたりするなどに有用である。本発明において使用できる種々の球体
または微小球がある。これらの球体または微小球としては、セラミック、重合体
およびガラスの実質的に球形または微細な中空粒子、あるいはこれらの混合物が
ある。本発明において好ましい微小球量は、約1〜約15重量%の量、一層好ま
しくは約1〜約10重量%の量、最も好ましくは約3〜約10重量%の量である
。適当な充填剤の例としては、ピーキューコーポレーション(PQ Corporatii
n)(米国,ペンシルベニア州,バレィ・ホージュ(Valley Forge)所在)から入
手できる「エキステンドスフェアー(Extendsphere)SF」および「キューセル(
Q−CEL)」,フィライト(Fillite)社(米国,ジョージア州,アトランタ所
在)から入手できる「フィライト150および100」、および3M(米国,ミ
ネソタ州,セントポール所在)から入手できる「スコットクライト・グラス・バ
ブルス Kシリーズ(Scotchlite Glass Bubbles K Series)」という商品名で知
られている微小球がある。
また、本発明組成物には、着色のために、顔料または顔料の組合せを使用する
ことができる。また、数ある他の性質のなかで、組成物の固形分を増大させ、充
填剤として機能させるために、顔料を使用することができる。一般的に、本発明
組成物には、アルカリ安定性の無機あるいは有機の顔料を使用することができる
。
本発明において有用な顔料の例としては、カーボンブラックおよびオースチン
・ブラック(Austin Black)がある。本発明における顔料使用量は広範囲に変動さ
せることができる。顔料は、好ましくは約10〜約35重量%の量で、一層好ま
しくは約10〜約30重量%の量で、最も好ましくは約15〜約25重量%の量
で存在させる。適当な顔料は、デグッサ社(Degaussa AG)(ドイツ国フラクフル
ト所在)から入手できる「スペシャル ブラック(Special Black)100」,コ
ール・フィラース社(Coal Fillers,Inc.)(米国,バージニア州,ブルーフィル
ド所在)から入手できる「オースチン・ブラック325」およびキャボッド社(C
abot Corp.)(米国,マサチューセッツ州,ボストン所在)から入手できる「リ
ーガル・ブラック(Regal Black)300」という商品名で知られているものであ
る。
また、本発明組成物には、さらに防振部材の特別注文に応じるために、随意成
分を添加することができる。一般的に、これらの成分は、防振部材の望ましい性
質に悪い影響を与えない量で使用する。添加することができる成分としては、充
填剤および可塑剤がある。本発明において使用されるこれらの成分は特定の機能
に有用であるという特性を有することができるが、これらの成分はその代表的な
作用に限定されるものではなく、つまり本発明において防振部材に所望の性質を
付与するために一般的に使用される。例えば、顔料は充填剤などとして有用であ
ることもある。
耐亀裂性、耐水性および二酸化炭素障壁作用、板状(plately)充填剤、例えば
、雲母を細分したもの(mica fractionated shell)および金雲母、タルクおよび
粘土を使用することができる。さらに、充填剤を混合するのが有利なことがある
。本発明における好ましい充填剤使用量は全防振部材の約15〜約45重量%で
あり、一層好ましい量は約20〜約40重量%であり、最も好ましい量は約25
〜約35重量%である。充填剤は天然に産出するものとして、あるいは化学組成
の異なる数種類のケイ酸塩の結果として入手することができ、オイスター・シェ
ル・プロダクツ(Oyster Shell Products)(米国,アラバマ州,モービル所在)
から入手できる「ロイ・カル・エル(ROY−CAL−L)」,シール・カオ
リン・カンパニー(Thiele Kaolin Company)(米国,ジョージア州,サンダース
ビル所在)から入手できる「RC−32クレー(Clay)」,ケイエムジー・ミネラ
ルス(KMG Minerals)(米国,ノースカロライナ州,キングスマウンテン
所在)から入手できる「4−K マイカ(Mica)」およびポーラー・ミネラルス(P
olar Minerals)(米国,インディアナ州,バーノン(Vernon)所在)から入手でき
る「5000シリーズ・マイカ」という商品名で知られている。
可塑剤は、一般的に、粘着性および凝集強度を得るために、他の樹脂と一緒に
使用される。本発明においては、所望の上述の性質を得るために、多数の可塑剤
を使用することができる。代表的な可塑剤の例としては、ポリブテン,パラフィ
ン油,トール油脂肪酸,ペトロラタムおよびジトリデシルフタレートのような長
い脂肪族側鎖を有するいくつかのフタレートがある。本発明においては、エクソ
ン・ケミカルス(米国,テキサス州,ヒューストン所在)から入手できる「パラ
ポール(Parapol)700」および「バラポール1300」,アモコ・ケミカルス(
Amoco Chemicals)(米国,イリノイ州,シカゴ所在)から入手できる「インドポ
ール(Indopol)H−50」および「インドポールH−300」およびアリゾナ・
ケミカルス(米国,フロリダ州,パナマ・シティー)から入手できる「アシント
ール(Acintol)」のような商品名で知られているいくつかの可塑剤を使用するこ
とができる。本発明に係る可塑剤の好ましい量は、全防振部材の約10〜約30
重量%、一層好ましい量および最も好ましい量は、それぞれ、全防振部材の約1
0〜約25重量%および約15〜約25重量%である。
本発明組成物は、ベーカー・パーキンス・シグマー・ブレード・ミキサー内で
混合し、剥離紙上に押出し、次いでアルミニウム箔のような適当な基体上に積層
させることができる。また、このプロセスは逆に行うことができる。すなわち、
ブチルマスチック組成物を基体上に押出し、次いで剥離紙を被着させることがで
きる。
防振性は、一般的に、エンジニアリング・ソサイエティ・フォー・アドバンシ
ング・モビリティ・ランド・シー・エア・アンド・スペース(Engineering Socie
ty for Advanding Mobility Land Sea Air and Apace),SAE J 1637
試験を使用して、測定する。この試験では、一般的にオーバスト(Oberst)棒とし
て知られている振動する片持鋼棒に防振材料を結合させてなる部材の防振性能を
測定する。この試験は、防振材料の置かれている温度における損失率を示す。こ
の試験方法は、ASTM E 756に記載されている方法に基づいており、S
AEプラクチス(practice)が鋼棒の材料、鋼棒の大きさおよび試験試料の取付け
条件を特定している点のみで異なる。
上述のように、本発明の防振部材の損失率は、0℃〜60℃の温度範囲では約
0.05〜約0.70の範囲、特に20℃〜60℃の温度範囲では約0.10〜
約0.60の範囲とすることができる。
次の実施例は本発明を例示するためのものであって、本発明はこれらの実施例
に限定されるものではない。
実施例試験方法
1.エンジニアリング・ソサイエティ・フォー・アドバンシング・モビリティ・
ランド・シー・エア・アンド・スペース,SAE J 1637試験に基く防
振性
この試験では、試験棒として鋼棒を使用した。オーバスト棒としては精密グラ
ウンドゲージストック(Precision Ground Gage Stock)(あるいは精密グラウン
ドフラットストックとも呼ばれる)棒を使用した。このオーバスト棒は商業的に
入手するか、あるいは軟鋼棒ストックから機械加工することができた。この鋼棒
を機械加工した場合には、鋼棒の2つの面が互に確実に平行になり、また端縁お
よび端部が鋼棒の面と確実に直角を成すように注意した。使用するたびに新しい
棒を使用した。試験した試料は、100ミクロンの基体上に厚さ2mmの防振用組
成物を有していた。上述の鋼棒の寸法は変化させた。実施例3の場合の製造方法
ベーカー・パーキンス・ミキサを使用した。カラー(Kalar)5215(182k
g),ブチル−(Butyl)268(34kg),エスコレズ(Escorez)1102(13
6kg)および15kgのポリブテンH50をミキサに加え、ジャケットに冷却水を
循環させながら30分間混合した。次いで、オースチン・ブラック(Austin Blac
k)325(228kg)を、次の30分間にわたって、45kgの複数のインクリメ
ントとして加えた。次いで、FA−2オイル(3kg)を加え、次いで高いせん断
作用(そしやく作用(masticating action))を維持しながら4−ケイ・マイカ
(4−K Mica)(91kg)、アールシー・32クレイ(RC−32Clay)(1
14kg),ロイ・カル・エル(Roy−Cal−L)(45kg)およびポリブテ
ン(234kg)を、複数のインクリメントとして加えた。この混合物全体を、均
一なマスチック(mastic)が得られるまで混合した。次いで、微小球(45kg)を
加え、15分間混合した。この処理全体を通じて、温度を250°F(121.
1℃)より低い温度に維持した。混合時間は全体で3〜4時間であった。針入度
による硬度試験を実施して品質管理試験を行い、次いでタルク(23kg)をミキ
サに加えてブチルマスチックを一層小さい断片(chunk)に粉砕して、ミキサから
容易に取り出せるようにした。他の実施例の場合にも、同様な操作を行った。
試料は上述の試験方法に従って防振性について試験した。
試 料 寸 法
取付けた自由長さ 200mm±0.5mm
全 長 225mm
厚 さ 0.8mm±0.03mm
幅 12.7mm±0.03mm
鋼棒の取付状態を次図に示す:
符号の説明
L=棒の自由長さ:20mm
(これは防振材料の長さでもある)
LT=棒の全長:225mm
H1=防振材料の厚さ
H2=棒の厚さ:0.8mm
W=棒の幅:12.7mm
注:
防振材料は挟持機構または試験用取付具に
接触してはならない。挟持装置と防振材料
との間の間隙は1mm以下である必要がある。
SAE J 1637試験の結果を次表に示す: 注:1Aは実施例1と同一の組成物である。4Aおよび4Bは実施例4と同一
の組成物である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.軽量のエラストマー系防振用組成物において: (a)少くとも1種のブチルゴム; (b)少くとも1種の粘着性樹脂; (c)少くとも1種の顔料;および (d)実質的に球形の微小球; を含み、前記組成物が約1.00〜約1.20の比重を有する、ことを特徴と する軽量のエラストマー系防振用組成物。 2.軽量で未硬化のエラストマー系防振用組成物において、 (i)部分架橋ブチルゴム,イソブチレン−イソプレン共重合体およびこれら の混合物からなる群から選択した少くとも1種のブチルゴム; (ii)前記組成物の防振作用を改善するのに有効な量で存在する少くとも1種 の粘着性樹脂; (iii)前記組成物を着色しかつ前記組成物の固形分を増大させるのに有効な 量で存在する少くとも1種の顔料;および (iv)前記組成物の粘度を調節しかつその凝集強度を増大させるのに有効な量 で存在する実質的に球形の微小球 を含み、前記組成物は約1.00〜約1.20の比重を有する、ことを特徴と する、軽量で未硬化のエラストマー系防振用組成物。 3.防振部材において、 基板、および該基板の少くとも1つの表面上に存在する軽量のエラストマー 系防振用組成物を含み、該防振用組成物は有効量の: (a)少くとも1種のブチルゴム; (b)少くとも1種の粘着性樹脂; (c)少くとも1種の顔料;および (d)実質的に球形の微小球; を含み、前記組成物が約1.10〜約1.30の比重を有することを特徴とす る防振部材。 4.防振部材において、 基板、および該基板の少くとも1つの表面上に存在する軽量のエラストマー 系防振用組成物を含み、該防振用組成物は: (a)約15〜約25重量%の少くとも1種のブチルゴム; (b)約5〜約17重量%の少くとも1種の粘着性樹脂; (c)約15〜約25重量%の少くとも1種の顔料;および (d)約3〜約10重量%の微小球 を含む、ことを特徴とする防振部材。 5.基体の防振性を改善するに当り、 (a)請求の範囲第1項または第2項に記載の軽量で未硬化のエラストマー系 防振用組成物を提供し; (b)少くとも1個の基体に有効量の前記防振用組成物を被着させ; (c)基体の間に結合を形成させる; ことを特徴とする基体の防振性を改善する方法。 6.さらに、充填剤、可塑剤およびこれらの混合物から成る群から選択した成分 を含む、ことを特徴とする請求の範囲第1〜4項のいずれか一つの項に記載の 組成物。 7.前記粘着性樹脂が、脂肪族炭化水素樹脂、ロジンおよびロジンエステル、テ ルペン、クマロン、クマロンインデンおよびこれらの混合物からなる群から選 択したものである、ことを特徴とする請求の範囲第1〜4項のいずれか一つの 項に記載の組成物。 8.前記実質的に球形の微小球が、球形の微小中空球、およびセラミック、重合 体またはガラスの微粒子およびこれらの混合物からなる群から選択したもので ある、ことを特徴とする請求の範囲第1〜4項のいずれか一つの項に記載の組 成物。 9.損失率が、約20℃〜約60℃の温度範囲において約0.05〜約7.0で ある、ことを特徴とする請求の範囲第3項または第4項記載の防振部材。 10.損失率が約0℃において約0.10〜約0.25である、ことを特徴とする 請求の範囲第3項または第4項記載の防振部材。 11.前記防振部材が、約20℃〜約60℃の温度範囲において約0.10〜約0 .60の損失率を有する、ことを特徴とする請求の範囲第3項または第4項記 載の防振部材。
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