СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛИРУЮЩЕГО МАТЕРИАЛА С ФУНКЦИЕЙ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ
METHOD FOR MANUFACTURING A HEAT-INSULATING MATERIAL WITH A SOUND ABSORPTION FUNCTION

Изобретение относится к способу изготовления теплоизолирующего материала с функцией звукопоглощения. Изготовляемый материал относится к области строительства, а именно к полимерным теплоизоляционным матам, утеплителям, используемым, в том числе, для облицовки таких объектов, как ангары различного назначения: сельскохозяйственные постройки, производственные цеха, спортивные и концертные сооружения, переносные жилые помещения и тому подобное, где помимо выполнения требований по микроклимату необходимо создание и звукового комфорта.
Проблемы со здоровьем, возникающие при длительном воздействии высоких уровней шума, начинаются с изменений в органах слуха. Но, кроме того, установлено и неблагоприятное воздействие шума на состояние центральной нервной и сердечнососудистой систем, а также на иммунитет человека.
Одним из эффективных путей снижения шума путем звукопоглощения в замкнутом объеме является изготовление материалов с пористой и волокнистой структурой, которой в определенной степени обладают и теплоизолирующие материалы (см., например RU 136460 U1), и оснащенные одновременно и влагозащитными покрытиями (см., например RU 158806 U1, RU 155980 U1, RU 2651654 С1).
Однако в известных используемых теплоизолирующих материалах не оптимизированы их звукопоглощающие свойства, что приводит в случае акустического дискомфорта внутри вышеуказанных сооружений к необходимости применять дополнительные звукопоглощающие облицовочные материалы.
Наиболее близким аналогом для заявляемого решения является источник, в котором известен способ изготовления теплоизолирующего материала, содержащий этапы изготовления первого защитного слоя в виде пленочного покрытия и второго слоя в виде нетканого объемного полотна из волокон полиэфира (см. RU 2651654 С1, опубл. 23.04.2018).
Недостатком наиболее близкого аналога являются его относительно низкие звукопоглощающие свойства, которые в подобных двухслойных материалах, как мы выявили, зависят кроме конкретных физико-механических свойств каждого из слоев также и от наличия и конкретной технологии соединения нетканого объемного полотна и применяемого пленочного покрытия. В наиболее близком аналоге RU 2651654 С1 не раскрыта технология (способ) соединения пленочного покрытия к основному нетканому материалу. Предлагаемый же в патенте RU 158806 U1 способ приклейки защитного покрытия с помощью клея ПВА и акрилового не приемлем для пленки Спанлайт ввиду отсутствия адгезии такого клея к полипропиленовой пленке. К тому же с акустической точки зрения сплошное приклеивание не приводит к эффекту появления резонаторов в виде равномерных воздушных полостей, и как следствие - не приводит к повышению звукопоглощающих свойств. Кроме того, в обоих известных решениях RU 2651654 С1 и RU 158806 U1 не предполагается какое-либо распределенное относительно тонкое равномерное или точечное нанесение, дозирование клеевой массы при соединении пленочного покрытия к основному полотну. В то же время клеевой контакт между пленочным покрытием и полотном не по всей поверхности позволил бы получить дополнительный звукопоглощающий эффект двухслойного материала за счет более интенсивных мембранных колебаний отдельных участков пленки.
Акустическая эффективность такого «несплошного» крепления подтверждается, например, в звукопоглощающем материале для кузова транспортного средства, описанном в патенте RU 2188772 С2. Однако недостатком такого крепления является сложная технология нанесения клеевого слоя тонкими линиями узора из множества правильных геометрических фигур.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков изготовления теплоизолирующих материалов, максимальное улучшение их акустических показателей.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении звукопоглощения (звукопоглощающих свойств) теплоизолирующего материала.
Заявляемый способ изготовления теплоизолирующего материала содержит этапы изготовления первого слоя в виде пленочного покрытия и изготовления второго слоя в виде нетканого объемного полотна на основе волокон полиэфира.
Согласно изобретению, пленочное покрытие первого слоя выполняют из полипропиленовых полос с их полотняным переплетением, с шириной полос от 2,5 до 7,5 мм; изготавливают промежуточный пленочный слой, на который наносят с обеих сторон адгезионный клеевой слой на каучуковой основе, при этом толщина адгезионного клеевого слоя с одной стороны составляет от 20 до 30 мкм; на адгезионные клеевые слои наносят защитные антиадгезионные покрытия; удаляют антиадгезионное покрытие со стороны адгезионного клеевого слоя с толщиной от 20 до 30 мкм; промежуточный пленочный слой со стороны удаленного антиадгезионного покрытия прикатывают валами ламинатора к первому слою; а затем первый слой с уже нанесенным на него промежуточным слоем, после удаления антиадгезионного покрытия с другой стороны, прикатывают валами ламинатора ко второму слою.
2
В одном из конкретных предпочтительных вариантов натяжение промежуточного пленочного слоя при прикатывании на ламинаторе к первому слою выполняют равным 5-10 Н/см.
В одном из конкретных предпочтительных вариантов адгезионный клеевой слой на каучуковой основе выполняют на основе смеси стирол-изопренового и стирол-бутадиеновых синтетических каучуков со связующим на основе нефтяной смолы и эфира канифоли.
В одном из конкретных предпочтительных вариантов промежуточный пленочный слой выполняют полиэфирным, толщину промежуточного пленочного полиэфирного слоя выполняют равной 10-12 мкм.
В одном из конкретных предпочтительных вариантов толщину полос первого слоя выполняют равной 20-100 мкм.
В одном из конкретных предпочтительных вариантов толщину адгезионного клеевого слоя со стороны первого слоя выполняют меньше, чем толщину адгезионного слоя со стороны второго слоя.
2
2
В одном из конкретных предпочтительных вариантов адгезионный клеевой слой со стороны первого слоя наносят на промежуточный пленочный слой с расходом 20-30 г/м, а адгезионный клеевой слой со стороны второго слоя наносят на промежуточный пленочный слой с расходом 40-60 г/м.
2
В одном из конкретных предпочтительных вариантов второй слой выполняют с плотностью 500-1000 г/м и толщиной 50-100 мм, при этом второй слой могут выполнить в виде нетканого объемного полотна на основе волокон полиэфира, с добавлением бикомпонентных волокон.
Изобретение поясняется фигурами. На фиг. 1 показано схематичное изображение в поперечном сечении заявляемого теплоизолирующего материала с функцией звукопоглощения. На фиг. 2 показано пленочное покрытие заявляемого материала, выполненное из полипропиленовых полос с полотняным переплетением. На фиг. 3 показаны результаты акустических измерений в трубе Кундта заявляемого материала и материала наиболее близкого аналога (без проклеивания).
Теплоизолирующий материал (см. фиг. 1) состоит из первого слоя 1 в виде пленочного полипропиленового покрытия и второго слоя 2 в виде нетканого объемного полотна на основе волокон полиэфира (основное полотно 2).
Нетканое объемное полотно на основе полиэфирных волокон, например, может представлять собой смесь полиэфирных волокон величиной (т.е. с линейной плотностью) 0,6-2,5 текс и длиной 50-65 мм, соединенных термоскреплением с использованием легкоплавких бикомпонентных волокон величиной 0,22-0,48 текс.
В качестве неограничивающего примера, второй слой 2 может содержать полиэфирные волокна и бикомпонентное волокно с линейной плотностью 0,22-0,48 текс типа «ядро-оболочка» с концентрическим расположением. В качестве неограничивающего примера, полимер оболочки выбран из низших полиолефинов (например, полиэтилен высокого давления, полипропилен) или сополимеров низших олефинов (например, сополимер полиэтилена или сополиэтилентерефталат) с температурой плавления 110-180°С, а полимер ядра представляет собой полиэтилентерефталат с температурой плавления 230-270°С. Благодаря тому, что полимер оболочки имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления полиэфирных волокон и полимера ядра, полимер оболочки расплавляясь, скрепляет смесь волокон и превращает ее в единое полотно (холст). Бикомпонентное волокно выступает при термоскреплении в качестве связующего. Связующее в производстве нетканых материалов используется как для образования связей между волокнами, так и для перераспределения нагрузки между волокнами, то есть обеспечения возможности согласованной работы волокнистых элементов при нагрузках, вызывающих деформацию нетканого материала. В качестве неограничивающего примера, ядро занимает по площади от 50 до 95% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна, а оболочка занимает по площади от 5 до 50% от общей площади поперечного сечения бикомпонентного волокна.
В качестве неограничивающего примера второго слоя, количество по массе бикомпонентного волокна может составлять, например, 5-50%, остальное - основа из полиэфирных волокон.
2
Для «несплошного» соединения пленочного полипропиленового покрытия, оно выполнено из полипропиленовых полос с полотняным переплетением, с равной шириной полос, составляющей от 2,5 до 7,5 мм (это может быть одно конкретное из разновидностей покрытия Спанлайт). Такое покрытие имеет переплетенную структуру (фиг.2). Толщина полос первого слоя 1 может составлять от 20 до 100 мкм, или любую другую приемлемую величину. Второй слой 2 может быть выполнен с поверхностой плотностью 500-1000 г/м и толщиной 50-100 мм, или с любыми другими приемлемыми параметрами.
2
Теплоизолирующий материал дополнительно содержит промежуточный пленочный слой 3, расположенный между первым 1 и вторым 2 слоем. Промежуточный пленочный слой 3 выполнен с возможностью крепления к первому 1 и второму 2 слоям и имеет с обеих сторон нанесенный адгезионный клеевой слой на каучуковой основе. Толщина адгезионного клеевого слоя со стороны первого слоя составляет от 20 до 30 мкм. «Несплошное» приклеивание достигается по небольшим участкам, примерно совпадающим с геометрическими центрами «К» (см. фиг. 2) прямоугольников, обусловленных плетеным строением (полотняным переплетением) покрытия 1. Такое фрагментарное соединение достигается за счет использования промежуточного пленочного слоя 3 совместно с адгезионными клеевыми слоями на его сторонах на основе смеси стирол-изопренового и стирол-бутадиеновых синтетических каучуков с использованием связующих на основе нефтяной смолы и эфира канифоли, обеспечивающих необходимую адгезию соединяемых пленочных и нетканого слоев и одновременно необходимую конструкционную жесткость самого клеевого слоя. Фрагментарное соединение обеспечено за счет равномерной относительно небольшой толщины адгезионного клеевого слоя со стороны первого слоя 1, которая составляет от 20 до 30 мкм и была получена экспериментально в ходе исследования приклеивания первого слоя 1 и слоя 3 клеевым слоем на основе смеси стирол-изопренового и стирол-бутадиеновых синтетических каучуков со связующим на основе нефтяной смолы и эфира канифоли, с натяжением слоя 3 при прикатывании на ламинаторе к покрытию 1 величиной 5-10 Н/см его площади (слой 3 прикатывается к слою 1 в первую очередь, и только затем прикатывается слой 3, с наклеенным слоем 1, к слою 2). Состав клея на каучуковой основе в основном определяется необходимой адгезией к первому слою 1 из полипропиленовых полос с полотняным переплетением, а также к остальным склеиваемым элементам предлагаемого материала. Так, например, клеи на акриловой основе и многие другие такими качествами не обладают, тем более при предлагаемой небольшой поверхности контакта.
До приклеивания на первый 1 и второй 2 слои промежуточный пленочный слой 3 с адгезионными клеевыми сторонами на обеих его сторонах имеет антиадгезионные покрытия с возможностью их последующего удаления.
Определенная равномерная относительно небольшая толщина липкого адгезионного клеевого слоя, а именно - экспериментально выявленная толщина от 20 до 30 мкм, обеспечивает склеивание между первым слоем 1 и промежуточным пленочным слоем 3 преимущественно в центрах «К» (центры «К» - см. фиг. 2 и поз. 4 на фиг. 1), без затекания клея между переплетениями и на переплетения полос. Эти места 4 гарантированного склеивания расположены на расстоянии «а» (см. фиг. 1), равном примерно от 5 до 15 мм, определяемого «шагом» плетенного пленочного покрытия 1. Расстояние «а» примерно равно двум ширинам используемых полос, согласно структуре используемого полотняного переплетения (термин «примерно» используется, поскольку возможны небольшие растяжения или сжатия материала, с образованием относительно небольших зазоров между полосами или некоторым относительно небольшим смятием полос).
Толщина адгезионного клеевого слоя со стороны первого слоя (от 20 до 30 мкм) может быть меньше, чем толщина адгезионного слоя со стороны второго слоя. Это необходимо для более прочного соединения путем проникновения в «ворсистую» структуру второго слоя 2 в виде нетканого объемного полотна на основе волокон полиэфира (прикатывается во вторую очередь). Толщина адгезионного слоя со стороны второго слоя может составлять, например, от 40 до 60 мкм, или любую другую приемлемую величину.
2
2
Адгезионный клеевой слой со стороны первого слоя 1 может быть нанесен на промежуточный пленочный слой 3 с расходом клея 20-30 г/м, а адгезионный клеевой слой со стороны второго слоя 2 может быть нанесен на промежуточный пленочный слой 3 с расходом 40-60 г/м.
Промежуточный пленочный слой может быть выполнен полиэфирным с оптимальной толщиной промежуточного пленочного полиэфирного слоя от 10 до 12 мкм, или любой другой приемлемой величиной. При этом полипропиленовый промежуточный пленочный слой может иметь толщину не менее 20 мкм, а это в худшей степени влияет на акустические характеристики материала. Т.е. применение более тонкого промежуточного пленочного полиэфирного слоя с толщиной от 10 до 12 мкм более предпочтительно.
Эксперименты неожиданно показали, что именно при таком выполнении слоев материала с таким их креплением (с указанными конкретными материалами, наличием полотняно-переплетенных полос, с конкретными шириной полос и толщиной клеевого слоя от 20 до 30 мкм между первым слоем и промежуточным пленочным слоем) будет наблюдаться несплошная проклейка в центрах полотняного переплетения с образованием упорядоченных воздушных зазоров в непроклеенных местах между плетениями первого слоя и промежуточного слоя с присущими им мембранными колебаниями, возникающими в результате сочетания конкретных заявляемых переплетений с определенной шириной полос, толщиной клеевого слоя и применяемых материалов. Как следствие, неожиданно повысился коэффициент звукопоглощения без применения каких-либо дополнительных звукопоглощающих материалов, что подтверждается результатами проведенных экспериментов (см. фиг. 3).
Для наглядного подтверждения повышения звукопоглощающих свойств за счет всех перечисленных отличительных от прототипа признаков, на фиг. 3 показано сравнение в трубе Кундта нормальных коэффициентов звукопоглощения предлагаемого материала (на фиг. 3 - это материал «ПЭ500 г/50 мм + спанлайт, склеивание фрагментами») и материала прототипа (на фиг. 3-это материал «ПЭ500 г/50 мм + спанлайт, стандартное соединение(прототип)»).
Актуальный диапазон звукопоглощения внутри теплоизолируемых помещений предлагаемым материалом лежит в диапазоне третьоктавных полос со среднегеометрическими частотами 250-2500 Гц.
Для оценки акустических свойств рассматриваемых теплоизоляционных материалов выбран безразмерный коэффициент звукопоглощения (КЗП), определяемый как отношение количества поглощенной энергии к общему количеству падающей на материал энергии в единицу времени.
При этом определение коэффициентов звукопоглощения материалов осуществлялся методом акустического интерферометра на базе стандартизированной лабораторной установки «Труба Кундта» по методике ИСО 10534-1.
2
Сравнительные акустические измерения по вышеописанной методике (фиг. 3) показывают, что теплоизолирующий материал на основе полиэфирного (ПЭ) полотна плотностью 500-1000 г/м и толщиной 50-100 мм с использованием предлагаемого метода «несплошной» приклейки пленочного покрытия фрагментами при применении липкого клея толщиной 20-30 мкм на каучуковой основе, обеспечивающей адгезию к склеиваемым материалам, позволяет в большей части актуального звукового диапазона с третьоктавными полосами от 250 до 2500 Гц достичь повышения коэффициентов звукопоглощения по сравнению с материалом прототипа ориентировочно в 1,5-2 раза, при очевидном сохранении теплоизолирующих свойств ввиду сохранения основных компонентов материала прототипа, влияющих на его теплоизоляцию.
Заявляемый материал изготавливают следующим образом.
Изготавливают первый слой 1 в виде пленочного покрытия; изготавливают второй слой 2 в виде нетканого объемного полотна на основе волокон полиэфира; пленочное покрытие первого слоя 1 выполняют из полипропиленовых полос с их полотняным переплетением (см. фиг. 2), с шириной полос от 2,5 до 7,5 мм.
Затем изготавливают промежуточный пленочный слой 3, на который наносят с обеих сторон адгезионный клеевой слой на каучуковой основе, при этом толщина адгезионного клеевого слоя с одной стороны составляет от 20 до 30 мкм.
2
2
Далее на адгезионные клеевые слои наносят защитные антиадгезионные покрытия. Адгезионный клеевой слой со стороны первого слоя 1 могут наносить на промежуточный пленочный слой с расходом 20-30 г/м, а адгезионный клеевой слой со стороны второго слоя 2 могут наносить на промежуточный пленочный слой с расходом 40-60 г/м.
Затем удаляют антиадгезионное покрытие со стороны адгезионного клеевого слоя с толщиной от 20 до 30 мкм; промежуточный пленочный слой 3 со стороны удаленного антиадгезионного покрытия предварительно прикатывают валами ламинатора к первому слою 1 с определенным натяжением.
Затем первый слой 1 с уже нанесенным на него промежуточным слоем 3, после удаления антиадгезионного покрытия с другой стороны, окончательно прикатывают валами ламинатора ко второму слою 2 с определенным натяжением. Между этапами первого и второго прикатывания могут выждать некоторое время для усадки, приклеивания, например от 15 до 30 мин, или любое другое приемлемое время.
2
2
Натяжение промежуточного пленочного слоя 3 при прикатывании на ламинаторе к первому слою 1 выполняют равным 5-10 Н/см, или с любой другой приемлемой величиной. Натяжение промежуточного пленочного слоя 3 при прикатывании на ламинаторе ко второму слою 2 выполняют равным 5-10 Н/см, или с любой другой приемлемой величиной.
Заявляемый материал работает (поглощает звук и изолирует тепло) следующим образом. Несплошная проклейка в центрах полотняного переплетения с образованием упорядоченных воздушных зазоров в непроклеенных местах между плетениями первого слоя 1 и промежуточного слоя 3 приводит к повышенному звукопоглощению благодаря дополнительным мембранным колебаниям пленочного покрытия и резонансному поглощению звука в образовавшихся пустотах (резонаторах), в результате сочетания конкретных заявленных переплетений с определенной шириной полос, толщиной клеевого слоя и применяемых материалов.
Таким образом, предложенный теплоизолирующий материал обеспечивает повышение коэффициента звукопоглощения без ухудшения его высоких теплоизолирующих свойств и без применения дополнительных звукопоглощающих материалов.
Следует отметить, что любой из упомянутых в представленных материалах диапазон, интервал включает в себя свои граничные значения.