JPH058727B2

JPH058727B2 -

Info

Publication number: JPH058727B2
Application number: JP59205564A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Motomya; Toshio Suzuki; Yoshihiko Ogawa; Fujio Ooishi
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1984-10-02
Filing date: 1984-10-02
Publication date: 1993-02-03
Also published as: JPS6185430A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、密−粗−密の三層構造を有する低発
泡ポリウレタンエラストマーから成る防振材料に
関する。

東北新幹線等の高速軌道は一般に第１図のよう
な構造を有する。即ち、１はレール、２はバラス
ト、３はコンクリートまくらぎ、４はコンクリー
ト路床であつて、コンクリートまくらぎ３は路床
４に形成された凹所５に防振材料（被覆層）６を
介して設置されている。

上記防振材料としては、従来、天然ゴム、合成
ゴムを主体とするゴム状弾性体が知られており、
例えばコンプレツサープレス等の回転乃至往復振
動が支持床上に伝達するのを防止するのに使用さ
れている。このような防振ゴムは、振動発生源か
らの振動エネルギーをゴム状弾性体に伝達し、弾
性体の変形による振動の伝達遮断効果と内部損失
によつて防振を図るものであつて、振動発生源と
支持部材間の振動による変位が一軸方向、即ち重
力加速度方向のみであるときは、単に防振ゴムを
振動源と支持部材間に挾み込むだけで容易に防振
効果を達成することができる。

しかしながら、従来の防振ゴムでは、第１図の
凹所５に示すように、自由変形のできない閉じた
空間の拘束された状態で使用する場合は見掛上硬
くなり振動低減効果が少ないため実用に適しない
ものであつた。換言すれば、天然ゴム、合成ゴム
を主体とする防振材料は、緻密な構造を有するた
め体積変化を起し難く、自由変形（体積変形）が
拘束された状態ではバネ定数が増大して実質的に
防振機能が失われるため使用することができなか
つた。

本発明者等は、特開昭58−23819号において、
従来の防振ゴムに代り前記高速軌道の使用に耐え
る高荷重防振材料として、次のような低発泡ポリ
ウレタンエラストマーから成る防振材料を提案し
た。これは、(a)有機ポリイソシアネート、(b)平均
官能基数が2.5〜3.5で且つ数平均分子量が4500〜
8500のポリエーテルポリオール、及び(c)側鎖延長
剤を、NCOインデツクスが90〜110となる割合
で、発泡剤として水の存在下で反応して得られる
嵩密度が0.3〜0.9ｇ／cm³の防振材料である。

この防振材料は、例えば嵩密度0.58ｇ／cm³のウ
レタンエラストマーの場合、10cm×10cm×25mmの
板状体で自由な変形下で圧縮するとき、４％−10
％歪間の単位面積当りのバネ定数が4.2Kg／cm³で
あつたが、これを体積圧縮を生ぜしめる拘束状態
で圧縮したときバネ定数は5.5Kg／cm³で上昇は僅
かに1.30倍に止まり、従来品（例えば１辺20cm四
方厚さ25mmのクロロプレンゴムを主体とする防振
材では、同様の圧縮試験でバネ定数は４倍とな
る。）に比べて著しく有れた防振性能を有する。

しかし、このような僅かなバネ定数の変化で
も、前記高速軌道におけるような高い荷重下に振
動源を支持する場合には無視することができず、
実施に際しては、第１図において点線Ｐで示すよ
うな切欠部（基体底部面積に対し0.5〜50％、好
ましくは２〜20％）を設けることにより、体積変
化を切欠部Ｐによつて吸収し、バネ定数の変化を
抑制しなければならず、そのために施工上煩しい
手間を要するという問題があつた。

本発明者かゝる問題に鑑み種々研究を重ねた結
果、前記有機ポリイソシアネート、ポリエーテル
ポリオール等の(a)〜(c)の三成分を発泡剤を用いて
反応せしめる際に、水に代えて沸点が40〜70℃の
フレオンガスを使用することにより、得られる低
発泡ポリウレタンエラストマーが密−粗−密の三
層構造を有し、しかも自由変形が拘束された高荷
重の状態にあつてもバネ定数の変化が極めて小さ
く、優れた防振性能を有することを見い出し、本
発明に至つた。

即ち、本発明による低発泡ポリウレタンエラス
トマーから成る防振材料は、中間層から表層に向
けて密度が連続的または継続的に変化し、密−粗
−密、即ち表層付近を緻密層とした三層構造を有
する点に特徴がある。

そして、かゝる三層構造を有する防振材料は、
(a)有機ポリイソシアネート、(b)平均官能基数が
2.5〜3.5で且つ数平均分子量が4500〜8500のポリ
エーテルポリオール、及び(c)鎖長延長剤を、
NCOインデツクスが90〜110となる割合で、発泡
材としてトリクロロトリフロロエタンの存在下に
反応させることにより製造される。

本発明による防振材料は、第２図のように、中
間を疎密層７、両側の表層部分を緻密層８とした
三層構造を有し、疎密層７に対する緻密層８の厚
さの割合、或いは疎密層７から緻密層８への嵩密
度変化の割合は使用するハロゲン化炭化水素ガス
の沸点や防振材料９の周囲の金型１０による冷却
条件等により変化するが、全体としての嵩密度は
0.3〜0.9ｇ／cm³のウレタンエラストマーが用いら
れる。即ち、嵩密度がこれより小さいと、荷重支
持能力が極端に低くなり、他方、0.9ｇ／cm³以上
では僅かの圧縮により体積変化の影響を受け易く
なる。

第３図はこの発明による防振材料と従来品の振
動遮断効果を示すグラフであつて、従来品を示す
曲線Ａに対し本発明品を示す曲線Ｂは、バネ定数
を小さくしたことにより振動伝達のピークが低サ
イクル側に移動し、しかも伝達率が１より低くな
り振動遮断効果が優れていることを示している。

以下、本発明を更に具体的に説明する。

本発明で用いられるウレタンエラストマーは、
平均官能数2.5〜3.5、数平均分子量4500〜8500の
多価アルコール、有機ポリイソシアネート、ウレ
タン化触媒、鎖長延長剤、発泡剤及び気泡安定化
剤より成る組成物から形成される。多価アルコー
ルの官能数は2.5以下では防振材料としての重要
な性質である得られるウレタンエラストマーの圧
縮永久歪が大きくなり適当でない。多価アルコー
ルの官能基数が3.5を超えると得られるエラスト
マーが極めて硬くなる傾向を示すとともに振動圧
縮により破壊する危険が大きくなる。好適な官能
基数は2.8乃至3.3の範囲である。多価アルコール
の数平均分子量が4500以下の場合には特に振動エ
ネルギーの吸収特性が低いウレタンエラストマー
しか得られない。これは化学架橋点密度が高くな
り、完全な弾性体の挙動に近づく為であると考え
られる。一方、数平均分子量が8500以上では、得
られるウレタンエラストマーの弾性的性質が低下
し、塑性変形を生じ易く、特に圧縮永久歪が大き
くなるため好ましくない。多価アルコールの好ま
しい数平均分子量範囲は4500〜6500の範囲であ
る。

また、本発明において、良好な防振エラストマ
ーを得るために鎖長延長剤を用いることが不可欠
である。鎖長延長剤は、イソシアネートと反応し
てウレタン結合、若しくは尿素結合により水素間
結合を主とするハードセグメントを形成し、弾性
体特性を支配する重要な因子となる。

本発明者等の研究によれば、前記の多価アルコ
ールとの組み合せの場合、エラストマー組成物中
の２官能鎮長延長剤の配合量は、得られるウレタ
ンエラストマーの単位重量に対するモル濃度で表
現して、0.2×10^-4mol／gr.乃至1.0×10^-5mol／
gr.の範囲が適当であることが見出された。これ
より低い濃度では鎖長延長効果が充分でないた
め、得られる低発泡エラストマーの強度は極めて
低く実用に供し難い。又、1.0×10^-5mol／gr.＋
より高い濃度では水素間結合数が増大するため、
得られるエラストマーの強度は向上するが、極め
て硬いエラストマーとなり、且つ致命的な欠陥と
して、圧縮永久歪及び繰り辺し圧縮疲労特性が悪
化する。このことは、防振材の如き繰り返し圧縮
応力を受ける用途に用いる場合には、水素間結合
の如き、物理的架橋点の密度が増大することは好
ましくないことを示すものと考えられる。

本発明の防振材料は、トリクロロトリフロロエ
タンを使用することにより、嵩密度が0.3〜0.9
ｇ／cm³で、密−粗−密の三層構造のものが得られ
る。40℃より低いと発泡がバラツキ、70℃を越え
ると発泡のみならず反応温度の制御が困難であ
る。従来、発泡剤としてトリクロロモノフロロメ
タン（沸点23.82℃）のような低沸点のフレオン
ガスが使用されているが、この場合には全体が
ほヾ一様な嵩密度のものしか得られず、本発明の
目的とする密−粗−密の三層構造のものは得られ
ない。そして表層付近を緻密にしたことにより機
械的強度及び耐久性が向上すると共に、中間を疎
密層としたことにより高荷重による圧縮変形を無
理なく吸収し、従来のような切欠部は全く不要と
なり施工性が著しく向上する。

本発明に用いる多価アルコールとしては、例え
ばグリセリン、トリメチロールプロパン等の低分
子量多価アルコール或はエチレンジアミン等の低
分子量活性水素化合物に、酸化エチレン、酸化プ
ロピレン等のオキシアルキレン化合物を付加重合
せしめた、いわゆるポリエーテルポリオール等を
用いることができる。また、同様にポリエステル
ポリオール、或はヒドロキシ末端液状ポリブタジ
エン等も用いることができる。

ポリイソシアネートとしては通常ウレタンエラ
ストマーに用いられるものが使用できる。例え
ば、４，4′−ジフエニルメタンジイソシアネー
ト、ナフチレンジイソシアネート、トリレンジイ
ソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート
等を挙げることができ、又これらの二種以上の混
合物を使用することもできる。

また、ポリイソシアネートは、前記、多価アル
コールと予め縮合した前駆体として用いることも
できる。何れにしてもポリイソシアネートの使用
量は、イソシアネート残基と反応すべき活性水素
含有成分（多価アルコール、鎖長延長剤等）と、
化学量論的に等しい量又はその±10％程度の範囲
内、即ちNCOインデツクスが90〜110％の範囲内
で変動せしめることが可能である。

鎖長延長剤としては比較的低分子量の実質的に
２官能性の化合物、即ち、ジオール＄ジアミン等
が用いられ、例えば、エチレンジグリコール、プ
ロピレングリコール、プロパンジオール、ブタン
ジオール、メチレンビス−（０−ジクロロアニリ
ン）、ハイドロキノン、ヒドロキシエチレキノン
エーテル等を挙げることができる。

ウレタン化触媒は通常のウレタン化反応に用い
られるもの、即ち、第３級アミン化合物、有限金
属化合物等が用いられ、例えば、トリエチレンジ
アミン、ジアザ−ビシクロウンデセン、Ｎ−メチ
ルモルフオリン、Ｎ，Ｎ−ジメチルエタノールア
ミン、オクチル酸錫、ラウリルン酸ジブチル錫等
を挙げることができる。触媒の使用量は希望する
反応速度に応じて広範囲に変化し得るが、ウレタ
ンエラストマーを発泡する量、雰囲気条件（温
度、湿度等）によつて適宜使用量を加減すること
が必要であり、これを選定することは容易であ
る。何れにしても本発明のウレタンエラストマー
は防振材として機能するために、単位面積当りの
バネ定数が、少なくとも約１Kg／cm³以上の値を持
ち、特に好ましくは３Kg／cm³乃至10Kg／cm³の範囲
にあることが望ましい。この範囲の値は防振層と
して普通に用いられる５乃至100mm程度の厚さの
とき、前記ウレタンエラストマーの組成及び、嵩
密度を適当に選ぶことによつて得ることができ
る。勿論嵩密度を高くすればバネ定数も高くな
り、高分子量の多価アルコール、低い官能基数の
多価アルコール、低い架橋密度は、バネ定数を低
くし、強固に接着する長所も有する。通常防振材
は振動発生源の振動を、確実に伝達せしめられ
て、その振動を遮断し併せて防振材内部で吸収す
る必要があるため、上記の接着性は実用上極めて
大きな長所となる。

すなわち、ウレタン被覆層は基体に一体成型発
泡させて密着させることにより優れた効果を発揮
し、また基体とは別に成型し、次いで基体と密着
させることにより振動源を固定して防振効果を効
果的に発揮せしめることができる。即ち接着剤を
用いて基体底部に接着させても良く、或は箱状の
ウレタンエラストマー体を成型しこれに基体を挿
入する方法もとることができる。

本発明においてはウレタンエラストマー被覆層
を持つ基体を振動源を設定すべき床面上の凹所に
嵌合せしめるが、この凹所は予め床面に形成され
ているか、又はウレタンエラストマー被覆層を持
つ基体を、平滑な床面に設置した後その側部をコ
ンクリート、アスフアルト等で埋めることによつ
て形成しても良い。また被覆された基体を床面か
ら一時的に吊り上げ、次いでその底部及び側部を
コンクリート、アスフアルト等で埋めることもで
きる。更に又、被覆層を持たない基体と、床面間
に予め凹部を設け、その凹部にウレタンエラスト
マーを注入して発泡成型することもできる。この
場合には、基体と支持床面の両者にウレタンエラ
ストマーが一体成形され、強固に接着する効果を
得ることができる。

本発明の防振材料は、全ゆる産業分野における
防振、又はこれに付随する防音の目的に使用する
ことができる。例えば、金属打ち抜きプレスの底
面に設置すること、コンプレツサーの下面に設置
すること、床面に設置した空調機器の防振を行う
こと、鉄道軌道の防振に使用すること等の応用が
考えられる。

次に実施例によつて本発明を例示する。

実施例１ 500×500×300mmの大きさのコンクリート製基
体の５つの面の厚さ30mmのウレタンエラストマー
被覆層をコンクリート基体との一体成型発泡法に
より形成した。ウレタンエラストマーは下記組成
のものを用い形成された被覆層の密度は0.70ｇ／
cm³である。ウレタンエラストマーの組成（Ａ液）ポリエーテルポリオール 100.0 エチレングリコール 3.0 トリクロロトリフロロエタン 0.35 整泡剤 0.50 トリエチレンジアミン 0.20 （Ｂ液）ポリイソシアネート／ポリオールの前駆縮合体
イソシアネートインデツクス100 数平均分子量 6500 グリセリン／プロピレンオキサイド／エチレ
ンオキサイド共重合アダクツシリコーン系界面活性剤４，4′−ジフエニルメタンジイソシアネート
とのポリエーテルポリオールのイソシアネー
ト末端前駆縮合体残存イソシアネート量 16％（重量）Ａ、Ｂ両液をすばやく混合し、コンクリート製
基体の５面を鉄板で囲つ形成した空間の注入し
て、発泡と同時に基体とウレタンエラストマーを
接着させ約２時間後に鉄板を取りはずした。

この基体を床面に形成した深さ330mmの凹所
（凹所の底部は平滑なコンクリート面とした）に
設置し次いで床面のレベル迄基体周囲にコンクリ
ートを流し込んだ。コンクリートが完全に硬化し
た後、基体の上部にフリクシヨンプレスを設置し
プレスと基体は基体に埋め込んだボルトによつて
連結した。プレスの全重量はおよそ500Kgであり
プレス能力は２トンである。

プレスを運転し、約３ｍ離れた位置での床面の
振動加速度を計測した結果、約55dBであつた。
同種のプレスを500mm×500mm×30mmの床面に埋め
込まれたクロロプレンゴム等防振層を介して設置
したときは床面の振動加速度は同様に計測して約
66dBであつた。

実施例２ 1000×500×50mmのコンクリート製板状基体の
底部及び側部に、実施例１と同様の組成で、嵩密
度0.60ｇ／cm³で、厚さ25mmのウレタンエラストマ
ーをゴム系接着剤で貼り付けた。この被覆された
基体をコンクリート床面に設けた深さ75mmの凹所
にはめ込んだ。基体の上部に、20馬力の空気圧縮
機を設置し、基体コンクリートに埋め込まれたボ
ルトによつて締結した。空気圧縮機の重量は約１
トンであり、用いたウレタンエラストマーは、４
％〜10％歪間の単位面積当りバネ定数が８Kg／cm³
の値を示した。

空気圧縮機を運転し、約３ｍ離れた地点での床
面の振動加速度を測定した結果は65dBであつた。
比較として、上記の空気圧縮機を直接コンクリー
ト床面に設置し、同様に振動加速度を測定した結
果は83dBの値を示した。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の説明に供する高速軌道の構造
を示す説明図、第２図は本発明による防振材料の
一実施例を示す断面模型図、第３図は本発明によ
る防振材料と従来品の振動遮断特性を示すグラフ
である。１：レール、２：バラスト、３：コンクリー
ト、４：まくら木、６：防振材料、７：粗（疎）
密層、８：緻密層。

Claims

【特許請求の範囲】１中間層から表層に向けて密度が連続的または
断続的に変化し、表層付近を緻密層としたウレタ
ンエラストマーから成る防振材料において、 (a)有機ポリイソシアネート、(b)平均官能基数が
2.5〜3.5で且つ数平均分子量が4500〜8500のポリ
エーテルポリオール及び(c)該ウレタンエラストマ
ーの単位重量当り0.2×10^-4mol／gr.〜1.0×
10^-5mol／gr.の２官能鎮長延長剤を、 NCOインデツクスが90〜110となる割合で、発
泡剤としてトリクロロトリフロロエタンの存在下
で反応させてなること、を特徴とする防振材料。