ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩЕЕ ПОЛОТНО

Полезная модель относится к звукопоглощающим полотнам (панелям) и предназначена преимущественно для поглощения бытовых, промышленных и транспортных шумов. Предлагаемое звукопоглощающее полотно может быть использовано как материал для изготовления шумозащитных конструкций, материал для снижения шума в жилых помещениях и помещениях специального назначения (музыкальные центры), звукопоглощающий материал для достижения нормативных значений параметров шума внутри производственных помещений (акустические панели), материал для изготовления шумозащитных конструкций, снижающих шум различных машин и механизмов (например, капот, щиток передка, двери автомобилей, а также сельскохозяйственной, строительно-дорожной и другой мобильной техники).
Из уровня техники известно звукопоглощающее полотно (панель), включающее плоскую и пространственную поверхности, при этом пространственная поверхность представляет собой чередующиеся в направлении длины и ширины выступы с закругленными вершинами и закругленные впадины (см. RU 2265251 С2, 27.11.2005 - выбран за прототип). В указанном решении шумопоглощающая панель выполнена из пористого вспененного материала, покрытого слоем газо(воздухо)непроницаемого материала.
Недостатками известного из прототипа звукопоглощающего полотна являются: относительно крупнопористая структура и наличие пленочного покрытия, снижающего проникновение звуковой волны в структуру материала, что приводит к снижению его акустической эффективности, особенно в высокочастотной области (выше 2000 Гц). Кроме того, эффективность звукопоглощения вспененных материалов недостаточна для качественного звукопоглощения, их показатели звукопоглощения являются низкими.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков, повышение звукопоглощающих свойств во всем широком диапазоне октавных полос от 250 до 4000 Гц.
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в повышении эффективности звукопоглощения.
Заявляемое звукопоглощающее полотно включает плоскую и пространственную поверхности, причем пространственная поверхность представляет собой чередующиеся в направлении длины и ширины выступы с закругленными вершинами и закругленные впадины.
Согласно полезной модели, полотно выполнено из нетканого материала на основе полиэфирных волокон, а поверхность выступов с закругленными вершинами и закругленных впадин обработана водной эмульсией самосшивающего акрилового полимера с образованием воздухо- и звукопроницаемого слоя.
Дополнительно, нетканый материал на основе полиэфирных волокон может быть пропитан антипреном на органической основе.
Дополнительно, звукопоглощающее полотно может иметь общую толщину от 15 до 120 мм, при этом расстояние между выступами и впадинами составляет от 10 до 70 мм, а расстояние от плоской поверхности до впадин составляет от 5 до 50 мм.
Под термином «полотно» понимается плоская, широкая часть чего-либо, т.е. плоский широкий элемент.
Полезная модель поясняется фигурами, где на фиг. 1 показано схематичное изображение сечения нетканого полотна с пространственной (волнообразной) поверхностью, на фиг. 2 показано трехмерное изображение поверхности волокнистого нетканого полотна с пространственной (волнообразной) поверхностью, на фиг. 3 показано сравнение коэффициентов звукопоглощения предлагаемого полотна (полотно 1000 г/м2«волна», 15 мм) и плоского полотна из такого же материала (полотно 1000 г/м2 10 мм), на фиг. 4 показано сравнение реверберационных коэффициентов звукопоглощения предлагаемого полотна толщиной 25 мм (ПЭ полотно «Волна» 25 мм) и материала прототипа RU 2265251 С2 (АА 25 SMT).
Звукопоглощающее полотно, включающее плоскую поверхность 1 и пространственную волнообразную поверхность 2 (см. фиг. 1, 2), выполнено из нетканого материала на основе синтетических волокон, таких как полиэфирных волокон. Механизм поглощения энергии звуковых волн, распространяемых в пористых структурах такого волокнистого звукопоглощающего материала, обусловлен динамическими деформационными и фрикционными взаимодействиями как на внешней пространственной (волнообразной) волокнистой поверхности, так и во внутренней структуре пористого слоя.
При распространении звуковых колебаний по капиллярным воздушным каналам, в зонах волокон или между сообщающимися ячейками пористых материалов возникают силы трения, вызывающие процессы соответствующего рассеивания звуковой энергии. Также имеют место потери звуковой энергии в местах сужения и изломов пор, связанные с процессами распространения (отражений и интерференционных взаимодействий) падающих и отраженных звуковых волн. В результате протекания указанных физических процессов, в заполненной воздухом пористой структуре материала реализуется преобразование колебательной энергии звуковых волн в тепловую энергию.
В пористых звукопоглощающих материалах, наделенных динамически податливым упруго-мягким скелетом, имеет место дополнительный механизм поглощения звуковой энергии. Он возникает за счет сопутствующих внутренних механических потерь (внутреннего трения материала), образуемых происходящими динамическими деформациями скелета, вызываемых звуковой волной. В общем случае эффективность звукопоглощающего материала напрямую зависит от количества и степени извилистости каналов в его структуре.
2
Как пример, нетканый материал на основе полиэфирных волокон может иметь линейную плотность 0,33-0,41 текс с содержанием 20-30% связующего бикомпонентного вещества. Исходное нетканое полотно может быть получено способом термоскрепления из смеси полиэфирных волокон на технологических линиях Bematic и может иметь поверхностную плотность от 500 до 2500 г/м. Толщина (высота) полотна может варьироваться от 15 до 120 мм.
Его структура представляет пористый упруго-мягкий деформируемый скелет, который сформирован множеством динамически связанных и взаимодействующих между собой волокон. Образованные воздушные зазоры в его упругих структурах имеют вид узких сообщающихся капиллярных каналов, которые по своей многочисленности и соответствующей акустической эффективности существенно превосходят соответствующие показатели вспененных материалов, что способствует повышению эффективности звукопоглощения.
Примерами нетканого материала на основе полиэфирных волокон могут быть такие материалы, как: полиэтилентерефталат (ПЭТ), химически модифицированный ПЭТ (со-полиэфирные волокна), поликарбонат, полиэтиленоксибензоат, поликсилилен-гликольтерефталат, жидкокристаллический полиэфир, поли-гликолид, лавсан, терилен, дакрон, элана, тревира, тетерон, гризутен, тергаль, слотера, терленка и др.
Для качественного повышения эффективности звукопоглощения нетканому материалу на основе полиэфирных волокон придают пространственную волнообразную поверхность, представляющую собой чередующиеся в направлении длины и ширины выступы с закругленными вершинами 3 и закругленные впадины 4 (см. фиг. 1, 2). Для наглядного подтверждения повышения эффективности звукопоглощения за счет придания волокнистому материалу волнообразной формы на фиг. 3 показано сравнение коэффициентов звукопоглощения предлагаемого полотна (полотно 1000 г/м2«волна», 15 мм), с плоской 1 и пространственной 2 поверхностями, и полотна с плоскими поверхностями из такого же материала (полотно 1000 г/м2 10 мм). На этом графике отдельно показано дополнительное звукопоглощение предлагаемого полотна, достигаемое за счет придания пространственной волнообразной поверхности с одной стороны полотна, что уменьшает входное сопротивление (импеданс) для звуковой волны, а также увеличивает активную поверхность полотна при сохранении его суммарной плотности и волокнистой структуры.
Чередующиеся в направлении длины и ширины выступы с закругленными вершинами 3 и закругленные впадины 4 с «рабочей» стороны полотна позволяют осуществить дополнительное звукопоглощение путем согласования для звуковой волны акустических импедансов (сопротивлений воздуха предлагаемого полотна). За счет закругленных выступов и впадин волокнистого материала происходит плавное нарастание акустического импеданса по мере продвижения звуковой волны от вершин к впадинам волнообразной поверхности, с одновременным поглощением звуковой энергии на его криволинейных поверхностях, имеющих большую по сравнению с плоской поверхностью площадь.
Исполнение предлагаемой звукопоглощающей панели с приданием полотну пространственной поверхности позволяет эффективно поглощать шумы, начиная с области низких частот от 250 Гц при любом направлении потока звуковой энергии. При этом коэффициенты звукопоглощения в широком диапазоне частот от 250 Гц до 4000 Гц увеличиваются на величину до 30%. Сравнительные данные звукопоглощения рассматриваемого полотна с пространственной и плоской поверхностью в условиях плоской звуковой волны приведены на фиг. 3. Еще большую акустическую эффективность волнообразная поверхность обеспечивает при хаотичном направлении потока звуковой энергии (т.е. в реверберационном звуковом поле).
Для повышения эффективности звукопоглощения в среднечастотной области 250-500 Гц поверхность выступов с закругленными вершинами 3 и поверхность закругленных впадин 4 пространственной поверхности 2 материала на основе полиэфирных волокон обработана водной эмульсией самосшивающего акрилового полимера, например PLEXTOL BV 411, с образованием воздухо- и звукопроницаемого слоя. За счет того, что водная эмульсия самосшивающего акрилового полимера дает проницаемый для воздуха и звука слой, указанные потоки звука и воздуха беспрепятственно, не отражаясь, могут проникать внутрь нетканого материала на основе полиэфирных волокон. Также водная эмульсия самосшивающего акрилового полимера повышает эффективность звукопоглощения благодаря дополнительному искажению волокнистой структуры без изменения общей проницаемости воздуха и звука через такой слой, что доказано нами экспериментально. Дополнительно, слой такого материала упрочняет лицевую поверхность и придает ей водоотталкивающие свойства.
Для дополнительного повышения эффективности звукопоглощения путем создания дополнительной извилистости внутренней структуры нетканый материал на основе полиэфирных волокон пропитан антипиреном на органической основе. Пропитка всего объема полотна (выполненного именно из нетканого материала на основе полиэфирных волокон) антипиреном на органической основе не только придает огнестойкость (как это известно специалистам), но и как оказалось, уменьшает зазоры между волокнами такого конкретного нетканого материала, что доказано нами экспериментально, чем вызывает повышение трения звуковой волны и тем самым приводит к дополнительному увеличению акустической эффективности практически во всем диапазоне частот. Примерами антипрена на органической основе могут быть: гексабром циклододекан, декабром дифенилоксид, дибромнеопентил гликоль (DBNPG), органические соединения фосфора и др.
Для наглядного подтверждения повышения эффективности звукопоглощения за счет всех перечисленных отличительных от прототипа признаков, на фиг. 4 показано сравнение в трубе Кундта реверберационных коэффициентов звукопоглощения предлагаемого полотна толщиной 25 мм (ПЭ полотно «Волна» 25 мм) и материала прототипа RU 2265251 С2 (АА 25 SMT). Сравнение реверберационных коэффициентов звукопоглощения предлагаемого волокнистого материала с волнообразной лицевой поверхностью толщиной 25 мм (ПЭ полотно «Волна) с вышеописанными слоем полимера и пропиткой, и материала аналога толщиной 25 мм, описываемого в патенте RU 2265251 С2 (пористый вспененный материал, покрытый газо-воздухо-непроницаемым слоем), показывает более высокие показатели предлагаемого полотна в большей части частотного диапазона от 250 до 4000 Гц. Материал имеет существенно более высокие показатели в наиболее труднодостижимой на практике низкочастотной области от 250 до 630 Гц и более стабильно высокие показатели в диапазоне частот 800-4000 Гц.
Экспериментально нами выявлено, что именно сочетание описываемого материала и волнообразной поверхности дает ощутимый эффект звукопоглощения, не сравнимый по-отдельности, поскольку именно волнообразная поверхность волокнистого материала с воздухо- и звукопроницаемым слоем водной эмульсии самосшивающего акрилового полимера обеспечивает качественную эффективность звукопоглощения во всем диапазоне частот, а пропитка антипреном еще больше усиливает эффективность звукопоглощения.
Дополнительно, звукопоглощающее полотно может иметь общую толщину от 15 до 120 мм, при этом расстояние между выступами и впадинами (значение «Y» на фиг. 1) может составлять от 10 до 70 мм, а расстояние от плоской поверхности до впадин (значение «X» на фиг. 1) может составлять от 5 до 50 мм. Звукопоглощающее полотно может иметь расстояние между соседними выступами пространственной волнообразной поверхности, составляющее 50 мм в продольном (первом) направлении и 59 мм в поперечном (втором, перпендикулярном первому) направлении. Звукопоглощающее полотно может иметь любые необходимые размеры и формы, например, может быть выполнено в виде прямоугольного полотна размерами 1×2 м. Полотно с плоской стороны может иметь самоклеящее исполнение с клеевым монтажным слоем, защищенным антиадгезионным покрытием.
Преимуществом предлагаемого технического решения является его универсальность применения для различных производственных помещений, имеющих самые разнообразные шумовые и эксплуатационные характеристики. При этом следует отметить кроме его повышенных акустических показателей и его экономически обоснованную эффективность при одновременном обеспечении защиты от увлажнения (гидрофобность), повышенную огнестойкость и долговечность полиэфирного полотна в отличии от нестойкого к ультрафиолету пенополиуретана.
Звукопоглощающий материал с волнообразной поверхностью может быть изготовлен следующим образом. Исходное полотно с удвоенной поверхностной плотностью подается в зазор между двумя вращающими валами, оснащенными выступами, сжимающими до определенной степени подаваемое волокно для придания волнообразной поверхности. Далее сжатое и продвигаемое валами полотно разрезается в зазоре между валами на две части, образуя плоскую гладкую поверхность.
Звукопоглощающее полотно работает следующим образом. Звуковая энергия, а также воздушный поток со звуковой энергией направляются хаотичным образом к пространственной поверхности звукопоглощающего полотна. Встречаясь с воздухо- и звукопроницаемым слоем, полученным обработкой пространственной поверхности полотна водной эмульсией самосшивающего акрилового полимера, звуковой и воздушный поток проходит через множество извилистых каналов, образованных в указанном воздухо- и звукопроницаемом слое на поверхности выступов с закругленными вершинами и закругленных впадин, поглощая звуковую энергию на большой площади пространственной поверхности, образованной выступами и впадинами. Вместе с этим воздушный и звуковой поток, распределяясь по выступам, впадинам и извилистым многочисленным каналам слоя, ослабевает и беспрепятственно, т.е. не отражаясь, проходит вовнутрь материала полотна. В нетканом материале на основе полиэфирных волокон с узкими сообщающимися капиллярными каналами повышается трение звуковой волны и происходит поглощение звука. Благодаря дополнительной пропитке антипреном на органической основе зазоры между волокнами становятся еще меньше, извилистость возрастает и поглощение звука усиливается. В результате всех этих процессов происходит качественное и эффективное комплексное поглощение звука практически во всем диапазоне частот.
Таким образом, применение предложенного звукопоглощающего полотна обеспечивает эффективность звукопоглощения в широком диапазоне частот.