(57)【要約】      （修正有）【課題】基材マットと被覆層の密着強度が高く、断熱性に優れるとともに、柔軟性を有するマット材を提供する。【解決手段】無機繊維からなる基材マット１と、基材マット１の表面に設けられ、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層２とからなるマット材１１。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機繊維からなる基材マットと、
前記基材マットの表面に設けられ、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層とからなることを特徴とするマット材。
【請求項２】
前記球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径は、０．５〜１００μｍである請求項１に記載のマット材。
【請求項３】
前記針状の無機粒子の平均短径は、０．５〜１０μｍ、平均長径は、１．５〜１００μｍである請求項１に記載のマット材。
【請求項４】
前記長球状の無機粒子の平均短径は、０．５〜１０μｍ、平均長径は、１．５〜１００μｍである請求項１に記載のマット材。
【請求項５】
前記鱗片状シリカと前記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する前記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が３０〜７５重量％である請求項１〜４のいずれか１項に記載のマット材。
【請求項６】
前記球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子は、多孔質シリカ及びチタニアからなる群から選択された少なくとも１種である請求項１〜５のいずれか１項に記載のマット材。
【請求項７】
前記マット材を厚さ方向に貫通する貫通孔又は有底孔を備える請求項１〜６のいずれか１項に記載のマット材。
【請求項８】
前記鱗片状シリカと前記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する前記鱗片状シリカの重量割合が２５〜７０重量％である請求項１〜７のいずれか１項に記載のマット材。
【請求項９】
前記被覆層中の一の鱗片状シリカと、前記一の鱗片状シリカと隣り合う他の鱗片状シリカとの間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が入り込んでいる請求項１〜８のいずれか１項に記載のマット材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マット材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等のエンジンの周囲に配置されるエンジンカバーや、エキゾーストマニホールドカバー、消音器等には、これらの部材から発せられる熱や音等を遮蔽、吸収するために防音断熱材が配設されている。
【０００３】
特許文献１には、防音断熱材として、耐熱性無機繊維を主成分とする基材層の表面に、耐熱性に優れたバーミキュライトからなる鱗片状鉱物の水性ディスパージョンを塗布し、乾燥することにより被覆層を形成した防音断熱材が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、平均粒径１．０μｍ以上２．０μｍ以下の大径鱗片状シリカと平均粒径０．１μｍ以上１．０μｍ未満の小径鱗片状シリカとの混合物を含有するコーティング液が基材に塗布され、被膜が形成された断熱材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２６６５７２号公報
【特許文献２】特開２００５−２８１４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に係る防音断熱材では、使用されたバーミキュライトは結晶水を含むため、前処理工程として、例えば、８００℃で１時間程度焼成する工程が必要となり、コスト増大の要因となるという問題があった。
また、バーミキュライトを焼成することにより表面の水酸基が消失してしまうため、シリカ粒子同士の結合力が低下し、機械的強度を向上させるには、別に被覆層が必要となるという問題があった。
【０００７】
また、特許文献２に係る断熱材は、得られる被覆層において鱗片状粒子同士の隙間が存在しないため、固体伝導が増加し、断熱性が低下するという問題があった。また、被覆層の内部に隙間がなくなり、鱗片状シリカ同士の結合が強固になることで、被覆層の柔軟性が低下し、断熱材を曲げようとすると被覆層が割れてしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、基材マットとの密着強度が高く、断熱性に優れるとともに、柔軟性を有するマット材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のマット材は、無機繊維からなる基材マットと、
上記基材マットの表面に設けられ、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層とからなることを特徴とする。
【００１０】
本発明のマット材においては、上記基材マットを被覆する被覆層が断熱性に優れる鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含んでおり、上記鱗片状シリカが基材マットの表面にほぼ平行に配向して伝熱を遮断するとともに、上記球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が鱗片状シリカにより遮蔽された空間内に入り込んで該空間を小さく仕切るので、さらに断熱性が向上し、断熱性に優れたマット材となる。また、原料の前処理を行う必要がないので、コストの増大を防止することができる。
すなわち、上記被覆層中の一の鱗片状シリカと、上記一の鱗片状シリカと隣り合う他の鱗片状シリカとの間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が入り込んで空間を小さく仕切るので、さらに断熱性が向上する。
【００１１】
なお、本明細書において、鱗片状シリカとは、面の最も短い部分の長さ／厚さが１０以上のシリカ粒子であり、２次粒子を構成する厚さが１０〜５００ｎｍのものをいう。
また、鱗片状シリカの形状は厚みの薄い扁平形状であるともいえる。
また、球状無機粒子とは、そのアスペクト比（粒子の最も長い部分の長さ／粒子の最も短い部分の長さ）が１以上３未満の無機粒子をいう。
不定形の無機粒子とは、粒子形状が不揃いの無機粒子をいう。
針状の無機粒子とは、針のように細く一方向に伸びた形状であり、アスペクト比が３以上の無機粒子をいう。
長球状の無機粒子とは、回転楕円体（ラグビーボール形状）であり、アスペクト比が３以上の無機粒子をいう。
なお、本発明においては、鱗片状シリカ以外の無機粒子で、上記した形状以外のものも、鱗片状シリカ同士の間に入り込むことができるものがあれば、上記球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子の代わりに使用できる。
【００１２】
また、上記マット材においては、基材マットの表面に鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層が設けられており、鱗片状シリカ表面には、豊富にシラノール基が存在するため、シラノール基を介して基材マットに被覆層が密着する。そして、鱗片状シリカに球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子も密着するため、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が基材マットから剥がれ落ちるのを防止することができるとともに、被覆層自体の強度も向上し、機械的強度に優れたマット材となる。
【００１３】
さらに、上記マット材では、鱗片状シリカ同士の間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子による適度な空間が形成されるため被覆層に柔軟性を付与することができ、マット材を対象となる部材に巻きつける等しても、被覆層に割れが発生しにくくなる。
【００１４】
本発明のマット材では、上記球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍであることが望ましく、上記針状の無機粒子の平均短径は、０．５〜１０μｍ、平均長径は、１．５〜１００μｍであることが望ましく、上記長球状の無機粒子の平均短径は、０．５〜１０μｍ、平均長径は、１．５〜１００μｍであることが望ましい。
【００１５】
本発明のマット材において、上記球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍであると、鱗片状シリカ同士の間に球状又は不定形の無機粒子による適度な空間を形成することができ、被覆層が柔軟性を有するとともに、基材マットとの密着性、断熱性に優れたマット材となる。
また、上記針状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が１．５〜１００μｍであると、上記の場合と同様に、鱗片状シリカ同士の間に針状の無機粒子による適度な空間を形成することができる。
さらに、上記長球状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が、１．５〜１００μｍであると、上記の場合と同様に、鱗片状シリカ同士の間に長球状の無機粒子による適度な空間を形成することができる。
【００１６】
上記球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径が０．５μｍ未満であるか、上記針状の無機粒子の平均短径が０．５μｍ未満であるか、上記長球状の無機粒子の平均短径が０．５μｍ未満であると、鱗片状シリカ同士の間の空間が狭すぎることとなり、鱗片状シリカ同士の結合が強固になりすぎることで、被覆層の柔軟性が低下することがある。一方、球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径が１００μｍを超えるか、針状の無機粒子の平均長径が１００μｍを超えるか、長球状の無機粒子の平均長径が１００μｍを超えると、鱗片状シリカ同士の間の空間が広すぎることとなり、鱗片状シリカ同士の結合が弱くなり、密着性が低下することがある。
【００１７】
本発明のマット材において、上記鱗片状シリカと上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が３０〜７５重量％であると、上記鱗片状シリカに対する上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の割合が適切であるので、鱗片状シリカ同士の結合が強くなり過ぎず、適度な空間を形成することができ、被覆層が柔軟性を有するとともに、基材マットとの密着性、断熱性に優れたマット材となる。
【００１８】
上記鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が３０重量％未満であると、鱗片状シリカ同士の間に存在する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の含有割合が少なすぎるため、鱗片状シリカ同士の結合が強くなりすぎ、被覆層の柔軟性が低下することがある。一方、上記鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が７５重量％を超えると、鱗片状シリカ同士の間に存在する上記無機粒子の含有割合が多くなりすぎるため、鱗片状シリカ同士の結合が弱くなり、密着性が低下し、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が脱落し易くなるとともに、断熱性も低下することがある。
【００１９】
本発明のマット材では、上記球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子は、多孔質シリカ及びチタニアからなる群から選択された少なくとも１種であることが望ましい。
本発明のマット材において、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が多孔質シリカ及びチタニアからなる群から選択された少なくとも１種であると、多孔質シリカは気体分子の衝突による伝熱や対流による伝熱を抑制することにより低温領域での断熱性の向上に寄与し、チタニアは輻射による伝熱を抑制することにより高温領域での断熱性の向上に寄与する。そのため、広い温度領域で断熱性に優れたマット材とすることができる。
【００２０】
本発明のマット材では、上記マット材を厚さ方向に貫通する貫通孔又は有底孔を備えることが望ましい。
本発明のマット材は、被覆層の基材マットへの密着性に優れているので、被覆層を破損することなく穴あけ加工を行うことができる。そのため、吸音材においてときに必要とされる貫通孔又は有底孔を備える構造とすることができる。
【００２１】
本発明のマット材では、上記鱗片状シリカと上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する上記鱗片状シリカの重量割合が２５〜７０重量％であることが望ましい。
【００２２】
本発明のマット材において、上記鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する上記鱗片状シリカの重量割合が２５〜７０重量％であると、鱗片状シリカの配合量が適切であるので、柔軟性、断熱性、基材マットとの密着性に優れたマット材となる。
【００２３】
本発明のマット材において、上記鱗片状シリカと上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する上記鱗片状シリカの重量割合が２５重量％未満であると、鱗片状シリカの割合が少なすぎるので、密着性が低下してしまうことがある。一方、上記鱗片状シリカと上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する上記鱗片状シリカの重量割合が７０重量％を超えると、鱗片状シリカの量が多すぎるので、被覆層の柔軟性が低下するとともに、断熱性も低下することがある。
【００２４】
本発明のマット材においては、上記被覆層中の一の鱗片状シリカと、上記一の鱗片状シリカと隣り合う他の鱗片状シリカとの間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が入り込んでいることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】図１は、本発明のマット材の一例を模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、本発明のマット材を構成する被覆層の基材マットへの密着性を評価するための密着性評価装置を模式的に示す装置図である。
【図３】図３は、本発明のマット材の断熱性を評価するための断熱性評価装置を模式的に示す装置図である。
【図４】図４は、実施例１に係るマット材の柔軟性試験後のマット材の外観を示す写真である。
【図５】図５は、実施例１に係るマット材において、基材マットを構成する無機繊維と被覆層との界面近傍を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図６】図６は、実施例１に係るマット材において、被覆層の断面を撮影したＳＥＭ写真である。
【図７】図７は、貫通孔が形成された実施例１に係るマット材を撮影した写真である。
【図８】図８は、比較例１に係るマット材の柔軟性試験後のマット材の外観を示す写真である。
【図９】図９は、比較例２に係るマット材において、基材マットを構成する無機繊維と被覆層との界面近傍を撮影したＳＥＭ写真である。
【図１０】図１０は、ニードルパンチング処理が施された基材マットを用いたマット材を模式的に示す断面図である。
【００２６】
（発明の詳細な説明）
以下、本発明のマット材について具体的に説明する。しかしながら、本発明は、以下の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して適用することができる。
【００２７】
本発明のマット材は、無機繊維からなる基材マットと、上記基材マットの表面に設けられ、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層とからなることを特徴とする。
【００２８】
図１は、本発明のマット材の一例を模式的に示す断面図である。
図１に示す本発明のマット材１１は、無機繊維からなる平板形状の基材マット１と、基材マット１の表面に設けられた、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む所定の厚さの被覆層２とからなる。
【００２９】
本発明のマット材の形状は、特に限定されるものではなく、その厚さが場所により異なるものであってもよいが、断熱材や防音材として使用される場合には、その特性を均一に保つため、その厚さが均一なものが望ましい。
従って、マット材を構成する基材マット及び被覆層の厚さも均一であることが望ましい。
【００３０】
次に、本発明のマット材を構成する基材マットについて説明する。
上記基材マットは、無機繊維からなる。
上記基材マットを構成する無機繊維は、特に限定されないが、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維、ムライト繊維、生体溶解性繊維及びガラス繊維からなる群から選択される少なくとも１種から構成されていることが望ましい。
上記無機繊維が、アルミナ繊維、シリカ繊維、アルミナシリカ繊維及びムライト繊維からなる群から選択される少なくとも１種である場合には、耐熱性に優れているので、基材マットが高温に晒された場合であっても、変質等が発生することはなく、基材マットとしての機能を充分に維持することができる。
【００３１】
アルミナ繊維には、アルミナ以外に、例えば、カルシア、マグネシア、ジルコニア等の添加剤が含まれていてもよい。
アルミナシリカ繊維の組成比としては、重量比で、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝６０：４０〜９９：１であることが望ましく、Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２＝７０：３０〜７４：２６であることがより望ましい。
【００３２】
ガラス繊維は、シリカとアルミナとを主成分とし、アルカリ金属の他に、必要によりカルシア、チタニア、酸化亜鉛等を含むガラス状の繊維である。
【００３３】
無機繊維の平均繊維長は、５〜１５０ｍｍであることが好ましく、１０〜８０ｍｍであることがより望ましい。
無機繊維の平均繊維長が５ｍｍ未満であると、無機繊維の繊維長が短すぎるため、無機繊維同士の交絡が不充分となり、曲面を有する部材に装着する際、マット材が割れやすくなる。また、無機繊維の平均繊維長が１５０ｍｍを超えると、無機繊維の繊維長が長すぎるため、基材マットを構成する繊維本数が減少し、マットの緻密性が低下する。その結果、基材マットのせん断強度が低くなる。
【００３４】
上記基材マットを構成する無機繊維には、必要に応じて有機バインダを付着させてもよい。
有機バインダは、有機バインダ含有エマルジョン中の有機バインダを基材マットに付着させ、乾燥させることによって、基材マットを構成する無機繊維に付着させることができる。
使用する有機バインダとしては特に限定されず、例えば、アクリル系樹脂エマルジョン、アクリレート系ラテックス、ゴム系ラテックス等に含まれる樹脂成分又はゴム成分が挙げられる。
【００３５】
上記基材マットを構成する無機繊維には、必要に応じて、シリカゾル、アルミナゾル等の無機バインダ成分を付着させてもよい。
【００３６】
上記基材マットは、ニードルパンチング処理が施されていることが望ましい。ニードルパンチング処理とは、先端部分にバーブを有するニードルを基材マットに挿通させる処理を言う。先端部分にバーブを有さないニードルを使用してもよい。
【００３７】
ニードルパンチング処理を施すと、無機繊維を交絡させることができ、無機繊維同士の絡み合いを強固にし、基材マットの引張強度を大きくし、基材マットの形状を維持しやすくなる。
また、ニードルパンチング処理が施された基材マットに被覆層を形成すると、被覆層が基材マットに密着し易くなる。その理由については、後述する。
【００３８】
上記基材マットの形状は、特に限定されるものではないが、平板状が望ましく、その厚さは、２〜３０ｍｍであることが望ましい。
基材マットの厚さが２ｍｍ未満であると、その厚さが薄すぎるため、断熱性能や防音性能が低下してしまう。一方、基材マットの厚さが３０ｍｍを超えると、柔軟性が低下し、装着対象となる部材への装着性が低下する。
【００３９】
上記基材マットのかさ密度は、特に限定されるものではないが、０．０５〜０．３０ｇ／ｃｍ３であることが望ましい。基材マットのかさ密度が０．０５ｇ／ｃｍ３未満であると、無機繊維のからみ合いが弱く、無機繊維が剥離しやすいため、基材マットの形状を所定の形状に保ちにくくなる。一方、基材マットのかさ密度が０．３０ｇ／ｃｍ３を超えると、基材マットが硬くなり、装着対象となる部材への装着性が低下し、基材マットが割れやすくなる。
【００４０】
本発明のマット材では、基材マットの表面に鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層が形成されている。
上述したように、本発明において、被覆層を構成する鱗片状シリカとは、２次粒子を構成する面の最も長い部分の長さが０．５〜５μｍで、その厚さが１０〜５００ｎｍの扁平形状のものを言い、表面や層間に高活性のＳｉ−ＯＨ基（シラノール基）を高密度に有している。
【００４１】
従って、鱗片状シリカは、シラノール基を介して基材マットの表面の無機繊維や球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子に密着し易く、鱗片状シリカ自体が基材マットから脱落しにくく、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子も基材マットから脱落しにくくなる。
従って、鱗片状シリカを含む被覆層は、基材マットに密着するとともに、被覆層を構成する粒子が被覆層から脱落しにくい被覆層となる。
【００４２】
本発明において、被覆層を構成する球状無機粒子とは、そのアスペクト比（粒子の最も長い部分の長さ／粒子の最も短い部分の長さ）が１以上３未満の無機粒子をいう。
また、上記球状無機粒子又は不定形無機粒子の平均粒子径は、０．５〜１００μｍであることが望ましい。
上記球状無機粒子又は不定形無機粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍであると、鱗片状シリカ同士の間の空間を適正な範囲に保つことができ、鱗片状シリカ同士の間に形成された空間を球状無機粒子又は不定形無機粒子でさらに細かく区切ることができるので、断熱特性に優れたマット材となる。
【００４３】
上記針状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が１．５〜１００μｍである場合、及び、上記長球状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が１．５〜１００μｍである場合も、鱗片状シリカ同士の間の空間を適正な範囲に保つことができ、鱗片状シリカ同士の間に形成された空間を針状無機粒子又は長球状無機粒子でさらに細かく区切ることができるので、断熱特性に優れたマット材となる。
【００４４】
本発明のマット材において、上記球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子としては、例えば、多孔質シリカ、チタニア、アルミナ、酸化亜鉛等が挙げられる。これらのなかでは、多孔質シリカ及びチタニアからなる群から選択された少なくとも１種であることが望ましい。
【００４５】
多孔質シリカは気体分子の衝突による伝熱や対流による伝熱を抑制することにより低温領域での断熱性の向上に寄与し、チタニアは輻射による伝熱を抑制することにより高温領域での断熱性の向上に寄与する。その結果、本発明のマット材は、広い温度領域で断熱性に優れたマット材となる。
【００４６】
多孔質シリカとは、シリカ粒子中に多数の開孔を有するシリカをいう。多孔質シリカを使用すると、複数の鱗片状シリカの間に配置された多孔質シリカにより、空間が細かく仕切られるとともに、多孔質シリカ自身の内部にも、気孔が存在するため、１００〜３００℃の範囲の低温度領域において、伝導伝熱を抑制し、鱗片状シリカ及び多孔質シリカが含まれたマット材は、断熱性に優れたマット材となる。
【００４７】
チタニアは、赤外線を遮蔽する効果が大きいため、特に３００℃以上の高温領域で輻射による伝熱を抑制することができるため、鱗片状シリカ及びチタニアが含まれたマット材は、断熱性に優れたマット材となる。
【００４８】
このため、特に鱗片状シリカ、多孔質シリカ及びチタニアを含む被覆層が形成されたマット材は、低温度領域から高温度領域を含む広い温度範囲で断熱性に優れる。
【００４９】
本発明のマット材において、鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合は、３０〜７５重量％が望ましい。
【００５０】
鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が３０〜７５重量％であると、上記鱗片状シリカに対する上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の割合が適切であるので、鱗片状シリカ同士の結合が強くなり過ぎず、鱗片状シリカ同士の間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子による適度な空間を形成することができ、被覆層が柔軟性を有するとともに、被覆層と基材マットとの密着性が高く、かつ、断熱性に優れたマット材となる。
【００５１】
また、鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する鱗片状シリカの重量割合は、２５〜７０重量％であることが望ましい。
鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する鱗片状シリカの重量割合が２５〜７０重量％であると、鱗片状シリカの配合量が適切であるので、柔軟性、断熱性、基材マットとの密着性に優れたマット材となる。
【００５２】
本発明のマット材では、上述したように、ニードルパンチング処理が施された基材マットを用いることが望ましい。
ニードルパンチング処理を施すと、無機繊維を交絡させることができ、無機繊維同士の絡み合いを強固にし、基材マットの引張強度を大きくし、基材マットの形状を維持しやすくなる。ニードルパンチング処理は、基材マットに被覆層を形成した後に行ってもよい。
【００５３】
また、ニードルパンチング処理をほどこすことにより、鱗片状シリカは、ニードルパンチング処理により形成されたニードル痕に沿って配向し、互いに絡み合った状態でクサビ状にニードル痕に入り込む。
【００５４】
図１０は、ニードルパンチング処理が施された基材マットを用いたマット材を模式的に示す断面図である。
この断面図は、被覆層２内の鱗片状シリカ２ａに注目して描いたものである。図１０に示すように、被覆層２内の鱗片状シリカ２ａは、基材マット１の表面にほぼ平行になるように配向しているが、ニードルパンチング処理が施されていると、鱗片状シリカ２ａは、ニードルパンチング処理により形成された細い貫通孔であるニードル痕１ａに沿って配向し、互いに絡み合った状態でクサビ状にニードル痕１ａに入り込み、被覆層２内の鱗片状シリカ２ａと基材マット１との密着性をより強固にすることができる。
【００５５】
本発明のマット材を防音材として使用する場合には、マット材に複数の貫通孔又は有底孔を形成してもよい。
複数の貫通孔又は有底孔を備えたマット材では、エンジン等に起因する騒音がマット材に形成された複数の貫通孔又は有底孔に入射し、貫通孔又は有底孔での共鳴効果により音のエネルギーが減衰するため、吸音機能を改善することができる。
また、被覆層は、マット内部に取り込まれた音を逃がさない役割を果たし、被覆層が振動することにより音の減衰効果が生じ、吸音機能を改善することができる膜振動による音の減衰効果によって吸音機能を改善することができる。
【００５６】
本発明のマット材は、被覆層を構成する各成分が互いに密着し、飛散しにくい構造が形成されているので、被覆層を形成した後に貫通孔又は有底孔を形成したとしても、被覆層において貫通孔又は有底孔の形が崩れることがなく、基材マット内部と同様の境界がはっきりと把握できる形状の貫通孔又は有底孔が形成される。
【００５７】
次に、本発明のマット材の製造方法について説明する。
本発明のマット材の製造方法においては、まず、無機繊維を含む基材マットを準備する。
基材マットは、種々の方法により得ることができるが、例えば、下記の方法等により製造することができる。
【００５８】
その方法としては、例えば、アルミナ、シリカ等の無機物となる原料を含む紡糸用混合物を紡糸して無機繊維前駆体を作製し、続いて、上記無機繊維前駆体を圧縮して所定の大きさの連続したシート状物を作製し、ニードルパンチング処理を施した後、焼成処理を施すことにより基材マットを得ることができる。
【００５９】
次に、鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを混合した後、固形分濃度が１０〜５０重量％となるように、水等の分散媒を加え、充分に攪拌して均一な濃度の塗布液を調製する。
【００６０】
使用する球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子は、１種類であってもよく、２種類以上であってもよいが、多孔質シリカとチタニアの２種類を使用することが望ましい。
分散媒としては、特に限定されるものではないが、水、ベンゼン等の有機溶媒、メタノール等のアルコール等が挙げられ、２種以上併用してもよい。これらのなかでは、水が望ましい。
【００６１】
次に、刷毛等の塗布手段を用いることにより、この塗布液を基材マットの表面に塗布し、塗布液を塗布した基材マットを乾燥させることにより、被覆層とする。
乾燥条件としては、乾燥温度７０〜２００℃、乾燥時間１０〜１８０分が望ましい。
被覆層を形成すると、鱗片状シリカは、ニードル痕に沿って配向し、互いに絡み合った状態でニードル痕に入り込み、被覆層と基材マットとの密着性がより強固になる。
【００６２】
その後、必要に応じて、マット材を所定の形状に切断する切断工程を行えばよい。
【００６３】
本発明のマット材は、車両の各部材や設備装置等の断熱材や防音材、防音を兼ねた断熱材、ディーゼルエンジン車の排ガス浄化フィルタを保持する保持シール材、排ガス浄化触媒コンバータを保持する保持シール材等として使用することができる。
【００６４】
本発明のマット材を防音材として使用する場合には、貫通孔や有底孔を形成する必要が生じる場合があるが、本発明のマット材は、被覆層が基材マットに密着しているため、貫通孔や有底孔を形成しても、被覆層の形状が崩れたり、被覆層を構成する材料が周囲に飛散したりすることがなく、防音材としても、好適に使用することができる。
【００６５】
以下に、本発明のマット材の作用効果について説明する。
（１）本発明のマット材では、基材マットを被覆する被覆層が断熱性に優れる鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含んでおり、鱗片状シリカが基材マットの表面にほぼ平行に配向して伝熱を遮断するとともに、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が鱗片状シリカにより遮蔽された空間内に入り込んで該空間を小さく仕切るので、さらに断熱性が向上し、断熱性に優れたマット材となる。また、原料の前処理を行う必要がないので、コストの増大を防止することができる。
【００６６】
（２）また、本発明のマット材においては、基材マットの表面に鱗片状シリカと球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子とを含む被覆層が設けられており、鱗片状シリカ表面には、豊富にシラノール基が存在するため、シラノール基を介して基材マットに被覆層が密着し、鱗片状シリカに球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子も密着するため、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子が基材マットから剥がれ落ちるのを防止することができるとともに、被覆層自体の強度も向上し、機械的強度に優れたマット材となる。
【００６７】
（３）さらに、本発明のマット材では、鱗片状シリカ同士の間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子による適度な空間が形成されるため被覆層に柔軟性を付与することができ、マット材を対象となる部材に巻きつける等しても、被覆層に割れが発生しにくくなる。
【００６８】
（４）本発明のマット材において、球状又は不定形の無機粒子の平均粒子径が０．５〜１００μｍであり、上記針状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が１．５〜１００μｍであり、上記長球状の無機粒子の平均短径が０．５〜１０μｍ、平均長径が１．５〜１００μｍであると、鱗片状シリカ同士の間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子による適度な空間を形成することができ、被覆層が柔軟性を有するとともに、基材マットとの密着性、断熱性に優れたマット材となる。
【００６９】
（５）本発明のマット材において、鱗片状シリカと球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子との合計重量に対する球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の合計重量割合が３０〜７５重量％であると、上記鱗片状シリカに対する上記球状、不定形、針状及び長球状の無機粒子の割合が適切であるので、鱗片状シリカ同士の結合が強くなり過ぎず、鱗片状シリカ同士の間に球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子による適度な空間を形成することができ、被覆層が柔軟性を有するとともに、基材マットとの密着性、断熱性に優れたマット材となる。
【００７０】
（６）本発明のマット材において、球状、不定形、針状又は長球状の無機粒子は、多孔質シリカ及びチタニアからなる群から選択された少なくとも１種であると、多孔質シリカは気体分子の衝突による伝熱や対流による伝熱を抑制することにより低温領域での断熱性の向上に寄与し、チタニアは輻射による伝熱を抑制することにより高温領域での断熱性の向上に寄与する。そのため、広い温度領域で断熱性に優れたマット材とすることができる。
【００７１】
（７）本発明のマット材は、被覆層の基材マットへの密着性に優れているので、被覆層を破損することなく穴あけ加工を行うことができる。そのため、吸音材において必要とされる複数の貫通孔又は有底孔を備える構造とすることができる。
【００７２】
さらに、複数の貫通孔又は有底孔を備えたマット材では、エンジン等に起因する騒音がマット材に形成された複数の貫通孔又は有底孔に入射し、貫通孔又は有底孔での共鳴効果により音のエネルギーが減衰するため、吸音機能を改善することができる。
また、被覆層は、マット内部に取り込まれた音を逃がさない役割を果たし、被覆層が振動することにより音の減衰効果が生じ、吸音機能を改善することができる。
【００７３】
（実施例）
以下、本発明をより具体的に開示した実施例を示す。なお、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
【００７４】
（実施例１）
まず、平均繊維径６μｍのアルミナ繊維からなり、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚さ７ｍｍ、かさ密度０．１５ｇ／ｃｍ３の基材マットを準備した。なお、この基材マットには、ニードルパンチング処理が施されている。
【００７５】
次に、平均粒子径１．５μｍの鱗片状シリカ（ＡＧＣエスアイテック社製、商品名  サンラブリーＬＦＳ  ＨＮ−１５０）２５重量％、多孔質シリカ（エボニック社製、商品名    ＣＡＲＰＬＥＸ＃８０）５０重量％、及び、チタニア（キンセイマテック社製、商品名    ルチルフラワーＳ）２５重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製した。なお、上記多孔質シリカは、アスペクト比が１．５で、平均粒子径が１５μｍであり、チタニアは、アスペクト比が１．３で、平均粒子径が８μｍであった。
【００７６】
次に、刷毛を用いて塗布液を基材マットに乾燥後の重量が２００ｇ／ｍ２となるように塗布し、塗布層を形成した。
その後、塗布液を塗布した基材マットを１０５℃で２時間加熱することで乾燥して被覆層を形成し、実施例１に係るマット材の製造を完了した。
【００７７】
（実施例２）
鱗片状シリカ５０重量％、多孔質シリカ３３重量％、及び、チタニア１７重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、鱗片状シリカ、多孔質シリカ及びチタニアは、実施例１と同様のものを使用した。
【００７８】
（実施例３）
鱗片状シリカ７０重量％、多孔質シリカ２０重量％、及び、チタニア１０重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、鱗片状シリカ、多孔質シリカ及びチタニアは、実施例１と同様のものを使用した。
【００７９】
（実施例４）
鱗片状シリカ２５重量％、アルミナ（住友化学社製、商品名  アドバンストアルミナＡＡ−３）５０重量％、及び、チタニア２５重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、鱗片状シリカ及びチタニアは、実施例１と同様のものを使用し、アルミナは、アスペクト比が１．１で、平均粒子径が３μｍであった。
【００８０】
（実施例５）
鱗片状シリカ２５重量％、多孔質シリカ５０重量％、及び、酸化亜鉛（堺化学工業社製  商品名  ＬＰＺＩＮＣ）２５重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、鱗片状シリカ及び多孔質シリカは、実施例１と同様のものを使用し、酸化亜鉛は、アスペクト比が１．１で、平均粒子径が５μｍであった。
【００８１】
（実施例６）
鱗片状シリカ２５重量％、及び、チタニア７５重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、鱗片状シリカ及びチタニアは、実施例１と同様のものを使用した。
【００８２】
（比較例１）
平均粒子径１．５μｍの鱗片状シリカを含むスラリー（ＡＧＣエスアイテック社製  サンラブリーＬＦＳ  ＮＨ−１５０  固形分濃度１５重量％）を、刷毛を用いて基材マットに乾燥後の重量が２００ｇ／ｍ２となるように塗布し、塗布層を形成したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。
【００８３】
（比較例２）
多孔質シリカ６７重量％、及び、チタニア３３重量％からなる混合物に、固形分濃度が１５重量％になるように水を加え、充分に攪拌し、被覆層形成用の塗布液を調製したほかは、実施例１と同様にしてマット材を製造した。なお、多孔質シリカ及びチタニアは、実施例１と同様のものを使用した。
【００８４】
（特性の評価）
（１）柔軟性
各実施例及び各比較例に係るマット材を直径３０ｍｍの管に巻き付け、被覆層に割れが発生しているか否かを目視及び写真により判断した。その結果を表１に示す。割れが発生していると判断したものは×、割れは発生していないと判断したものは○とした。
【００８５】
（２）密着性
図２は、本発明のマット材を構成する被覆層の基材マットへの密着性を評価するための密着性評価装置を模式的に示す装置図である。
この密着性評価装置１０は、略四角形状の土台部１４と土台部１４上に２本の補助支柱１５を介して立設された２本の支柱１３の最上部に水平になるように設けられた平板状のマット材載置部１２とを備えており、マット材載置部１２上にマット材１１がクリップ（図示せず）により固定されて載置されている。マット材載置部１２は、蝶番１７を介して支柱１３に結合されており、マット材載置部１２と支柱１３との間に設けられた支持金具１６により水平な状態を維持している。そして、支持金具１６を外すと、マット材載置部１２が矢印方向に回転するようになっている。
２本の支柱１３の間には、回転したマット材載置部１２が衝突可能な位置に垂直壁部材（図示せず）が固定されている。
マット材載置部１２にマット材１１を固定して載置した状態で支持金具１６を外すと、マット材載置部１２が矢印の方向に回転して垂直壁部材に衝突する。この衝突により、マット材１１を構成する被覆層の一部が飛散する。衝突前後のマット材の重量を計測し、衝突前のマット材の重量をＭ１、衝突後のマット材の重量をＭ２とし、下記の式（１）で表される重量減少率が０．１％以下のものを○、重量減少率が０．１％を超えたものを×として表１に示した。なお、マット材１１は基材マットからの繊維の飛散を防止するために被覆層が形成された面以外は粘着テープによりマスキングした。
｛（Ｍ１−Ｍ２）／Ｍ１｝×１００（％）・・・（１）
【００８６】
（３）断熱性
図３は、本発明のマット材の断熱性を評価するための断熱性評価装置を模式的に示す装置図である。
この断熱性評価装置２０において、上部が開放された箱状の断熱ブロック２７の底部には、スペーサ２８が設置され、中央より少し上部に水平方向に複数の抵抗発熱体（ヒータ）２６が配置され、その上に少しのスペースを介して各実施例及び各比較例に係るマット材１１が配置されている。マット材１１は被覆層２を抵抗発熱体２６の側にして配置される。
マット材１１の上には、断熱ブロック２７の蓋となる形状のＳＵＳ鋼板２４が配置されており、マット材１１の下面に接するようにヒータ温度（ｔ１）測定用サーモカップル２２が配置されるとともに、ＳＵＳ鋼板２４の上面に接するように鋼板温度（ｔ２）測定用サーモカップル２３が配置されている。なお、抵抗発熱体２６の近くには、ヒータ温度制御用サーモカップル２５が配設されている。
【００８７】
まず、マット材１１の厚みをスペーサ２８により５．６ｍｍに調整した。その後、抵抗発熱体２６に通電し、昇温速度４０℃／分でヒータ温度ｔ１が６００℃になるまで昇温した後、４０分間保持し、ヒータ温度ｔ１が６００℃を保持していることを確認した。その後、鋼板温度ｔ２を測定することにより断熱性の測定を行った。
そして、被覆層を形成していない基材マットをマット材の代わりに配置した際の鋼板温度ｔ２をｔ２ａとし、各実施例及び各比較例に係るマット材を配置した際の鋼板温度ｔ２をｔ２ｂとした際、ｔ２ａ−ｔ２ｂが１０℃以上のものを○、１０℃未満のものを×として表１に示した。
【００８８】
【表１】
2019098730.tif 000003
【００８９】
表１の実施例の評価結果に示されているように、実施例１〜６に係るマット材は、柔軟性、密着性、断熱性に優れていた。
【００９０】
図４は、実施例１に係るマット材の柔軟性試験後のマット材の外観を示す写真である。
図４より明らかなように、実施例１に係るマット材を管に巻き付けてもマット材に割れ等は発生していない。
【００９１】
図５は、実施例１に係るマット材において、基材マットを構成する無機繊維と被覆層との界面近傍を撮影した走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。図５より明らかなように、被覆層が基材マットを構成する無機繊維に密着しており、密着性に優れる被覆層が形成されていることが分かる。
【００９２】
図６は、実施例１に係るマット材において、被覆層の断面を撮影したＳＥＭ写真である。
図６より明らかなように、複数の鱗片状シリカの間に多孔質シリカとチタニアが入り混んで、球状無機粒子が鱗片状シリカの間に良好に分散した構造を形成しており、柔軟性に優れる被覆層が形成されていることが分かる。
【００９３】
実施例１と同様の条件で、マット材を複数製造し、そのうちの１枚に貫通孔を形成した。図７は、貫通孔が形成された実施例１に係るマット材を撮影した写真である。
図７より明らかなように、被覆層において貫通孔の形が崩れることがなく、基材マット内部と同様の境界がはっきりと把握できる形状の貫通孔が被覆層にも形成されており、被覆層を構成する各成分の飛散や脱落が発生しにくい構造が形成されていることが分かる。
【００９４】
一方、比較例１のマット材は、被覆層が鱗片状シリカのみからなり、密着性には優れているが、多孔質シリカ等を含んでいないため、柔軟性に欠けるとともに、断熱性も不充分であった。
図８は、比較例１に係るマット材の柔軟性試験後のマット材の外観を示す写真である。
図８より明らかなように、比較例１に係るマット材を管に巻き付けることによりマット材に割れが発生している。
【００９５】
比較例２に係るマット材は、多孔質シリカとチタニアのみからなり、柔軟性及び断熱性はまずまずであったが、鱗片状シリカを含んでいないため、密着性が不充分であった。
【００９６】
図９は、比較例２に係るマット材において、基材マットを構成する無機繊維と被覆層との界面近傍を撮影したＳＥＭ写真である。図９より明らかなように、鱗片状シリカを含まない被覆層は、基材マットを構成する無機繊維に全く密着していない。
【符号の説明】
【００９７】
１  基材マット
１ａ  ニードル痕
２  被覆層
２ａ  鱗片状シリカ
１０  密着性評価装置
１１  マット材
１２  マット材載置部
１３  支柱
１４  土台部
１５  補助支柱
１６  支持金具
１７  蝶番
２０  断熱性評価装置
２２  ヒータ温度測定用サーモカップル
２３  鋼板温度測定用サーモカップル
２４  ＳＵＳ鋼板
２５  ヒータ温度制御用サーモカップル
２６  抵抗発熱体（ヒータ）
２７  断熱ブロック
２８  スペーサ
【図１】
2019098730.tif 000004
【図２】
2019098730.tif 000005
【図３】
2019098730.tif 000006
【図４】
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【図５】
2019098730.tif 000008
【図６】
2019098730.tif 000009
【図７】
2019098730.tif 000010
【図８】
2019098730.tif 000011
【図９】
2019098730.tif 000012
【図１０】
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