JPH058209B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は優れた制振性能を有するフオーム状制
振材料に関し、更に詳しくは低、中周波領域で制
振性能が著しく改良されたフオーム状制振材料に
関するものであり、優れた制振性能のみならず優
れた吸音性能を備えると共に、従来のシート状制
振材料に比べはるかに軽量、かつコスト低減効果
の大きい極めて実用的な制振材料に関する。 従来、制振材料としては各種ゴム状物質、熱可
塑性樹脂、又は熱硬化性樹脂に、クラフアイト、
マイカ、カーボンを添加したブレンド物が用いら
れ、当然のことながら密度の大きい、即ち重量の
大きい材料となつている。このため、近年になつ
て乗物の騒音対策の必要性が増大した結果、軽量
制振材料の開発がクローズアツプされてきたにも
かかわらず制振性能は制振材料の厚さの２乗に比
例して大きくなる、即ち重量を1/2、1/3にすれば
制振性能は各々1/4、1/9になるという一般則が存
在するため〔日本音響材料協会編、騒音対策ハン
ドブツク 442p〕従来の制振材料の場合、これ
を軽量制振材料として使用することは非常に困難
であつた。 一方軽量材料の代表であるポリウレタンフオー
ムは、ダンピング性能が低いため制振材料として
はほとんど使用されていなかつた。これは本質的
には、ポリウレタン自体のダンピング性能が低い
事に起因し、更に発泡により著しく低密度状態に
なることを考えれば明らかである。事実本発明者
らが、本発明の研究を進めるに当つて、一般の市
販フオームの制振性能を評価した結果、 ポリウレタンフオームの制振性能は全体的に
低いレベルにあり、特に1000Hz以下の低、中
周波領域で著しく性能が低い 制振性能に大きな周波数依存性が現われる。
という重要な現象を見出した。 ところで周知の通り、騒音対策を必要とする多
くの装置、機器類の発振周波数は1000Hz以下で
あり〔騒音対策ハンドブツク、第１編第４章97p
〜171p〕、可能ならば500〜600Hz以下の低、中周
波域における騒音低減が強く要求されている。 このような要求事項に対し、前述の通り一般の
市販ポリウレタンフオームはほとんど役に立たな
いのは当然であり、したがつてポリウレタンフオ
ーム材料を基盤とする制振材料は、全体的な制振
性能の向上はもちろん、特に低、中周波域におけ
る制振性能の改良が不可欠である。本発明者らは
鋭意研究を進めた結果、フオーム状制振材料を形
成する軟質ポリウレタンフオームを製造する際の
整泡剤に、特定の組成の硬質ポリウレタンフオー
ム用シリコーン整泡剤を用いることが、上記の目
標達成に重要な役割を果すことを見出し、低、中
周波領域で優れた制振性能ひいては、全体的に優
れた制振性能を有するフオーム状制振材料を得
た。 更に、従来の制振材料は高温になるにつれ制振
性能が急激に低下するため実用温度範囲が非常に
狭かつたのに対し、本発明のフオーム状制振材料
は制振性能の温度依存性が小さく、従つて低温か
らかなりの高温までの広い温度範囲で優れた制振
効果を与える材料となつている。 本発明のフオーム状制振材料の今一つの長所
は、上記の優れた制振性能に加え、低、中周波域
で優れた吸音性能を有するという特性を兼備して
いる点にある。即ち従来一般のポリウレタンフオ
ームは高周波領域においては吸音効果があるもの
の、実用上最も重要な低、中周波域では吸音効果
が非常に小さいという欠点があつた。本発明のフ
オーム状制振材料はこの欠点をも大幅に改良され
たものであり実用的な制振吸音兼備材料として特
記されるべき長所である。 ところでよく知られている通り、騒音対策を総
合的かつ効果的に行なうには、多くの場合制振効
果と吸音効果の両方を発揮させることが不可欠で
あることはすでに定説になつている。このため、
市販のポリウレタンフオームを吸音材料として使
用する場合前述の通り低、中周波域で特に制振性
能が低いことを考えると、現実的解決法として
は、ポリウレタンフオームに固体状の制振材料
（シート）を貼り合せて複合化することにより、
制振性能と吸音性能を備えさせようとしている。 したがつて本発明のように、それ自体で優れた
制振性能と吸音性能を兼備するフオーム状制振材
料の場合、高価な制振シートが不要であると共
に、上記の複合化に伴う複雑な製造工程を省くこ
とが出来るため大幅なコストダウンが可能とな
り、産業上、学術上の大きな発展をもたらすもの
である。 本発明の制振材料は、ポリオール、ポリイソシ
アネート、発泡剤、触媒、整泡剤、充填剤等を反
応させて得られる硬質ポリウレタンフオームのの
内、シリコーン整泡剤に、プロピレンオキサイド
およびエチレンオキサイドを側鎖に持つポリジメ
チルシロキサンポリマーであつて、プロピレンオ
キサイドの含有量が５〜35モル％である硬質ウレ
タンフオーム用シリコーン整泡剤をポリオール
100重量部に対し0.5〜５重量部用いることによつ
て得られた軟質ポリウレタンフオームよりなるも
のである。 以下、本発明について詳しく説明する。 本発明において使用されるポリオールは、少な
くとも２個の活性水素を持つ分子量500〜10000の
ポリヒドロキシル化合物であつて、その未端にヒ
ドロキシル基を有するポリエーテルポリオール、
ポリエステルポリオールおよびエーテルとエステ
ルの共重合物であるポリエーテルエステルポリオ
ールといわれるものであり、目的とする軟質ポリ
ウレタンフオームの特性に適合するように任意に
選ぶことができる。本発明にあつては、なかでも
一般の軟質あるいは半硬質ポリウレタンフオーム
の製造に常用されている分子量800〜6000のグリ
セリンにプロピレンオキサイドを反応させて開環
付加させて得られるポリ（オキシプロビレン）ト
ルオールあるいはプロビレンオキサイドおよびエ
チレンオキサイドを反応させて開環付加させて得
られるポリ（オキシエチレン−オキシプロピレ
ン）トルオールなどの活性ポリオールが好ましく
用いられる。 また、ポリイソシアネートとしては、一般にト
リレンジイソシアネートが拳げられる。なかでも
イソシアネート基の２，４−および２，６−異性
体混合比が80／20あるいは65／35（重量比）のト
リレンジイソシアネートが低価格、有用性の点で
好ましい。そして、このポリイソシアネートの上
記ポリオールに対する配合量、すなわちイソシア
ネート指数（NCOインデツクス）は60〜130の範
囲であるが、得られる軟質ポリウレタンフオーム
の諸特性を考慮すれば70〜110の範囲が好ましい。 本発明において用いられる触媒としては、この
分野で通常使用されている既知の触媒、例えば第
３級アミン類や有機錫化合物などが挙げられる。 そして、本発明において使用されるシリコーン
整泡剤は、プロピレンオキサイドとプロピレンオ
キサイドを側鎖に持つポリジメチルシロキサンポ
リマーからなる硬質ポリウレタンフオーム用シリ
コーン整泡剤のうちプロピレンオキサイドの含有
量が５〜35モル％の範囲のものであり、通常はポ
リ（オキシプロピレンーオキシエチレン）シロキ
サン共重合体である。そして、プロピレンオキサ
イド含有量を10〜30モル％とすることにより、よ
り好ましい効果が得られる。すなわち、プロピレ
ンオキサイドの含有量が５モル％未満となると、
発泡が不安定となり、セル荒れが発生し、望まし
い発泡構造を有するフオーム体を得ることができ
ず、また35モル％を越えると1000Hz以下の中、
低周波数域での制振性能が著るしく低下し、本発
明の目的を達成し得ない。そして、これらのシリ
コーン整泡剤はポリオール100重量部に対し0.5〜
５重量部の範囲で添加される。0.5重量部未満で
は整泡剤本来の作用、均一な気泡を生成し、気泡
の大きさを調節する作用が得られず、また５重量
部を越えて添加してもそれ以上の効果が得られ
ず、コスト的に不利となる。 このように、本発明の制振材料は、特定の硬質
ポリウレタンフオーム用シリコーン整泡剤を軟質
ポリウレタンフオームに適用することにより、
1000Hz以下の中、低周波数領域での優れた制振
効果および吸音効果を得るようにしたものであ
り、この効果の理由は、得られたフオームのセル
構造に関し、(i)セルの骨格が後述のM25／ｄを最
適化するのに都合のよい特殊構造となつており、
また(ii)残存セル膜が多く通気性が低いことによる
ものと推定される。 さらに、本発明にあつては、各種の有機または
無機の粉体状充填剤を添加して得られるフオーム
体のセルの均一性を一層向上させることもでき
る。これに用いられる粉体状充填剤としては、ポ
リ塩化ビニル，ポリ塩化ビニルー酢酸ビニル共重
合体，酸化亜鉛，酸化アンチモン，硫酸バリウ
ム，炭酸カルシウム，雲母，アルミナ等があり、
これらを１種または２種以上組み合せて用いるこ
とができる。そして、この充填剤は、ポリオール
100重量部に対し５〜120重量部、より好ましくは
10〜100重量部用いることができ、５重量未満で
は上記効果を得ることができず、120重量部を越
えると、ポリオールを主とする混合液体の粘度が
増大して良好な発泡が難しくなる。なお、その際
フタル酸エステル類、含ハロゲン縮合リン酸エス
テル類などの可塑剤を適当量（例えばポリオール
100重量部に対し50重量部以下）添加することに
より、混合液の粘度増加を抑えることが可能であ
り、そうすることによつて粉体充填剤を更に添加
することができる。 また、本発明を実施するに当り使用し得る他の
添加剤としては、得られる軟質ポリウレタンフオ
ームの一般物性および密度を制御する効果を有す
る発泡剤としての水または低沸点の揮発性液体が
ある。発泡剤としての水の量は特に限定されるも
のではないが後述の通り、得られるフオームの25
％圧縮時の応力（M₂₅）と比重(d)との比（M₂₅／
ｄ）を最適の値とし、高い制振、吸音性を得るた
めには、ポリオール100重量部に対し1.0〜3.5重
量部用いることが望ましい。また、低沸点の揮発
性液体としては、例えばメチレンクロライド，ク
ロロホルム，モノフルオロトリクロロメタン，モ
ノクロロジフルオロメタン，ジクロロジフルオロ
メタン等であり、これらは単独あるいは混合して
使用することができる。 さらに、必要に応じて適当な着色材、難燃剤、
可塑剤等を適宣本発明の目的を逸脱しない範囲で
用いることができる。 そして、このような本発明の制振材料を得るに
は、通常実施されている硬質ポリウレタンフオー
ムを製造する操作方法によつて行われる。例え
ば、ポリオール，水，触媒，整泡剤，発泡助剤等
の混合液にポリイソシアネートを添加して反応発
泡させるワンシヨツト法や、ポリオールの一部あ
るいは全量をポリイソシアネート全量と予め反応
させ、生成したプレポリマーとその他の成分とを
混合し発泡させるプレポリマー法を用いて製造で
きる。 本発明の制振材料をなす軟質ポリウレタンフオ
ームは、以上のような配合的特徴を有するととも
に以下の物性を具えており、これによつて高い制
振、吸音効果を示す。すなわち、フオーム材を25
％圧縮した時の応力（M₂₅）が１ｇ／cm²以上、60
ｇ／cm²以下で、かつ上記応力（M₂₅）と比重
（ｄ）との比（M₂₅／ｄ）が５ｇ／cm²以上、1500
ｇ／cm²以下であり、さらに20mm厚さにおけるフオ
ーム材の通気度が２〜130c.c.／cm²・secであるフオ
ーム材はより一層すぐれた制振、吸音効果を有す
る。上記応力（M₂₅）が１ｇ／cm²未満であるとフ
オームの反撥弾性率が低すぎてフオームとしての
役を果さず、60ｇ／cm²を越えると目的とする制振
性能が得られず、好ましくは40ｇ／cm²以下、さら
に低周波域での制振性を向上させる場合には30
ｇ／cm²以下であることが望ましい。また、フオー
ムの比重（ｄ）は0.02以上、0.5以下が好ましく、
更に0.025以上、0.30以下が望ましい。フオーム
の比重が小さすぎると例えそのモジユラスが小さ
くとも制振性能の発現が小さく、一方比重が大き
すぎると応力が高くなりすぎる傾向がある。 したがつて応力（M₂₅）と比重（ｄ）の比
（M₂₅／ｄ）が低、中周波域で優れた制振性能を
得るための重要なパラメーターとなり、上記の
M₂₅、ｄに関する制限範囲を考えるとM₂₅／ｄの
値は２ｇ／cm²より大きく、3000ｇ／cm²より小さく
なるが、一般にはM₂₅／ｄが５〜1500ｇ／cm²、更
に好ましくは、５〜1000ｇ／cm²の範囲がよい。ま
た特に低周波域に着目する場合、10〜600ｇ／cm²
が適当である。応力、比重およびその両者の比
（M₂₅／ｄ）が上記の制限範囲内にある本発明の
フオーム状制振材料は制振性能および吸音性能に
おいて次のような特徴を有する。即ち制振性能に
関しては前述の通り、フオーム状制振材料は周波
数依存性を示し、制振性能の大きさの目安である
損失係数（η）を周波数に対してプロツトした場
合、η値の極大を与える周波数が１つ又はそれ以
上存在する。したがつてそれらの極大値のうち最
大値を与える周波数をmaxとすれば、maxは
1000Hz以下に、より好ましくは800Hz以下にあ
る。一方、吸音性能に関しては、低、中周波領域
において優れた吸音性能を有するためには、20mm
厚さにおける通気度が２〜130c.c.／cm²・sec、好ま
しくは２〜80c.c.／cm²・secの範囲になければなら
ない。 このように、上記のような物性上の条件をも満
すことによつて、本発明の制振材料は低、中周波
数域で優れた制振性能と吸音性能とを兼備したも
のとなる。 したがつて、本発明の制振材料は前述のような
優れた特性を有するが故に、例えば自動車，電
車，航空機，船舶など各種乗物の天井、床、側
壁、ボンネツトなどの制振、吸音材として、また
その他建築用機械、農業用機械、土木用機械など
各種産業機械、さらに金属加工機械、ダクト、ホ
ツパー、シユートなど工場における各種騒音源に
対し、さらにまた住居、オフイスにおける屋根
（特に鉄板屋根）、天井、床、壁などの騒音源に対
し、さらにまた電算機、プリンターなどの各種事
務機などに対し、さらに洗濯機、掃除機などの各
種家電機械に、およびステレオ、レコードプレヤ
ーなどの音響システムやピアノ、オルガンなどに
対し幅広く利用されるものである。 以下、実施例に基づいて本発明を具体的に説明
する。 実施例１、２、３、比較例１、２ 第１表に示した配合組成によつて得られた軟質
ポリウレタンフオームの厚さ20mmのシート状試片
を厚さ１mmの鉄板に貼着して試験体とし、明石製
作所(株)の振動解析装置（メカニカルインピーダン
ス法）を用いて室温（30℃）における損失係数
（η）を測定した。その結果を第１図に示した。
損失係数（η）は、制振性能の目安となる物性値
であり、損失係数が大きい程制振性能が高い。制
振材料としては一般にηが0.05以上、好ましくは
0.1以上が望ましいとされている。

【表】 比較例１、２は、通常の市販軟質ポリウレタン
フオームであり、プロピレンオキサイドが48〜50
モル％の軟質ウレタンフオーム用シリコーン整泡
剤を用い、さらに水量も多いものである。このた
め、得られたフオームはM₂₅／ｄが大きく、した
がつてf_naxがかなり高周波減にある。この結果、
全体的に損失係数の低い一般的なポリウレタンフ
オームとなつている。 これに比べ実施例１、２はプロピレンオキサイ
ドが20モル％の硬質ウレタンフオーム用シリコー
ン整泡剤を用い、若干量の充填剤を含み、さらに
水量をかなり低くした本発明に係るエーテル系ポ
リウレタンフオームである。このウレタンフオー
ムはM₂₅が低く、M₂₅／ｄもかなり低い。したが
つて、f_naxが低周波域に移り、防音対策上最も重
要な低、中周波域において非常に優れた制振効果
が得られることがわかる。一方、実施例３は、実
施例１、２と同じシリコーン整泡剤を用い、かつ
比較的低分子量のポリオールを用いるとともに
NCOインデツクスを低くし、かなりの充填剤を
添加することにより、優れた制振効果も有するも
のとなつている。 実施例４、比較例３ 実施例１の配合組成の軟質ウレタンフオームの
300Hzにおける損失係数の温度依存性を実施例４
として、また市販のポリ塩化ビニル系シート状制
振材料のそれを比較例３として第２図に示す。 本発明のウレタンフオームの損失係数の温度依
存性の小さい点、特に高温における損失係数の大
きい点は特筆されるべきものである。また、実施
例１のフオームは、比較例３に用いたポリ塩化ビ
ニル系シート状制振材料に比べてその重量が約1/
４であり、軽量制振材料として極めてすぐれたも
のであることが理解される。 実施例 ５ 実施例１のフオーム状の制振材料（20mm厚）を
鉄板（１mm厚）に貼着して30℃で振動させたとき
の音圧レベルを測定し、鉄板だけの場合と比較し
た。結果を第３図に示す。第１図の損失係数の周
波数依存性に対応して音圧レベルが大きく低下し
ていることがわかり、優れた防音材料になりうる
ことがわかる。 実施例６、比較例４ 実施例１および比較例１のフオームの20mm厚試
片を用い、30℃で垂直入射法により剛壁密着させ
て吸音率を測定した結果を各々実施例６、比較例
４として第４図に示した。実施例１のフオーム
は、比較例１のフオームに比べて低、中周波数域
の吸音率が著しく改良されていることがわかる。 このように、本発明のフオーム状の制振材料は
吸音性能も優れており、制振性能、吸音性能を兼
備する新しい防音材料であることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例および比較例の制振材料の損
失係数の周波数依存性を示すグラフ、第２図は、
実施例および比較例の制振材料の300Hzにおける
損失係数の温度依存性を示すグラフ、第３図は本
発明のフオーム状の制振材料を鉄板に貼着したも
のおよび鉄板のみの音圧レベルの周波数依存性を
示すグラフ、第４図は実施例１および比較例１の
フオームの垂直入射吸音率の周波数依存性を示す
グラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ポリオール、ポリイソシアネート、発泡剤、
   触謀、整泡剤、充填剤等を反応させて得られた軟
   質ポリウレタンフオームよりなる制振材料におい
   て、上記整泡剤として、プロピレンオキサイドお
   よびエチレンオキサイドを側鎖に持つポリジメチ
   ルシロキサンポリマーであつて、プロピレンオキ
   サイドの含有量が５〜35モル％である硬質ウレタ
   ンフオーム用シリコーン整泡剤を上記ポリオール
   100重量部当り0.〜５重量部用いて得られ、25％
   圧縮時の応力（M₂₅）が１〜60ｇ／cm²であり、 上記応力と比重との比（M₂₅／ｄ）が５〜1000
   ｇ／cm²であり、 通気度が２〜130c.c.／cm²・secである硬質ウレタ
   ンフオームからなる制振材料。 ２ 充填剤として、無機または有機の粉末充填剤
   をポリオール100重量部に対し５〜120重量部用い
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   制振材料。 ３ 発泡剤として、水をポリオール100重量部に
   対し１〜3.5重量部用いたことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の制振材料。