ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ, ИМЕЮЩИЙ ПРЕВОСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОПОГЛОЩЕНИЯ, И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SOUND ABSORPTION MATERIAL HAVING EXCELLENT ABSORPTION CHARACTERISTICS AND THE METHOD OF ITS MANUFACTURE

Область техники
Настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал, имеющий превосходные характеристики звукопоглощения, и способ его изготовления. Более конкретно, предлагается звукопоглощающий материал, имеющий превосходные характеристики звукопоглощения, который можно использовать, чтобы блокировать поступление внешнего шума внутрь салона автомобиля, прикрепляя этот материал в качестве деталей автомобиля или внутренних и внешних материалов автомобильного корпуса, причем его можно использовать в электрических и других устройствах, в которых присутствуют подвижные части таким образом, чтобы повышать соответствующие шумоизоляционные характеристики.
Уровень техники
Как правило, шум, поступающий внутрь автомобиля, можно классифицировать как шум, производимый двигателем и поступающий через автомобильный корпус, и шум, производимый при контакте шин с дорожной поверхностью и поступающий через автомобильный корпус. Можно использовать два способа, чтобы блокировать эти шумы, такие как улучшение характеристик звукопоглощения и улучшение шумоизоляционных характеристик. Звукопоглощение означает, что производимая звуковая энергия превращается в тепловую энергию и затем рассеивается в процессе ее передачи по пути внутри материала, а шумоизоляция означает, что производимая звуковая энергия отражается и блокируется защитной конструкцией.
Согласно таким характеристикам звука, чтобы снижать шумы, вибрации и стуки (NVH) автомобиля в целом, в легковых автомобилях высшего класса используется, главным образом, звукопоглощающий материал большей плотности и толщины. Однако, когда используется такой звукопоглощающий материал, шум может уменьшаться, то существует проблема снижения эффективности использования топлива за счет увеличения массы автомобиля.
Кроме того, в целях преодоления проблем традиционного звукопоглощающего материала, был разработан способ, согласно которому повышается пористость материала посредством уменьшения толщины волокон, и в результате этого улучшаются характеристики звукопоглощения, а также уменьшается масса волокнистого агрегата. Однако данный способ может также иметь недостатки, заключающиеся в том, что может потребоваться повышение поверхностной плотности волокнистого агрегата в целях улучшения характеристик NVH до желательного уровня.
Кроме того, в целях изготовления волокнистого агрегата нетканого типа штапельное волокно и связующее волокно смешивают друг с другом в надлежащем соотношении. В качестве связующего волокна, как правило, штапельное волокно, изготовленное совместным прядением регулярного сложного полиэфира, используется для внутреннего слоя, а легкоплавкий сложный полиэфир используется для внешнего слоя.
Однако при использовании этого традиционного связующего волокна с легкоплавким сложным полиэфиром, волокнистый агрегат затвердевает и, таким образом, может возникать проблема того, что не в полной мере гасится вибрация, которую производит звуковая волна, распространяющаяся и передающаяся в матричную структуру, и в результате этого уменьшается коэффициент звукопоглощения, главным образом, в низкочастотной области.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение выполнено в целях решения описанных выше проблем, характеризующих предшествующий уровень техники.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать звукопоглощающий материал, который может повышать коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче, создавая большую площадь поверхности и воздушный слой таким образом, чтобы максимально увеличивать вязкостные потери и путь рассеяния поступающей звуковой энергии, и обеспечивать имеющую небольшую массу конструкцию за счет возможности осуществления превосходных характеристик звукопоглощения даже при использовании волокна в уменьшенном количестве; а также способ изготовления данного материала.
Кроме того, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы создать звукопоглощающий материал, который может иметь улучшенную пригодность к формованию и сохранять достаточную прочность соединения между волокнами, а также может иметь повышенную упругость по отскоку, чтобы в результате этого, в конечном счете, обеспечивалась превосходная способность гашения вибрации в отношении звуковой энергии, поступающей внутрь матрицы; а также способ изготовления данного материала.
Для решения описанных выше задач, согласно одному аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления звукопоглощающего материала, который включает изготовление волокнистого агрегата в форме нетканого полотна, причем данный волокнистый агрегат включает:
волокно некруглой формы, которое соответствует следующей формуле 1; и
связующее волокно, которое частично соединяет множество волокон некруглой формы.
Формула 1
2
Здесь A представляет собой площадь поперечного сечения волокна (мкм), и P представляет собой периметр поперечного сечения волокна (мкм).
Согласно предпочтительному варианту осуществления, звукопоглощающий материал можно изготавливать, используя волокно некруглой формы, для которого вычисленное по формуле 1 значение составляет 2,6 или более.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, звукопоглощающий материал можно изготавливать, используя волокно некруглой формы, для которого вычисленное по формуле 1 значение составляет 3,0 или более.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, некруглая форма волокна может представлять собой, по меньшей мере, одну форму, выбранную из группы, которую составляют форма шестиконечной звезды, трехдольчатая форма, шестилепестковая форма, восьмилепестковая форма и волнистая форма.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, длина волокна некруглой формы может составлять от 35 до 65 мм.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, связующее волокно может включать легкоплавкий (LM) эластомер, имеющий коэффициент упругого восстановления от 50 до 80%, и коэффициент упругости по отскоку звукопоглощающего материала может составлять от 50 до 80%.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, связующее волокно может представлять собой двухкомпонентное волокно, которое изготавливают совместным прядением, используя легкоплавкий эластомер в качестве одного компонента.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, легкоплавкий эластомер может представлять собой, по меньшей мере, один эластомер, выбранный из группы, которую составляют полимер на сложнополиэфирной основе, полимер на полиамидной основе, полимер на полистирольной основе, полимер на поливинилхлоридной основе и полимер на полиуретановой основе.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, легкоплавкий эластомер можно изготавливать, осуществляя стадии этерификации и полимеризации, где используются диметилтерефталат (DMT) и диметилизофталат (DMI), или терефталевая кислота (TPA) и изофталевая кислота (IPA) как кислотный ингредиент (дикарбоновая кислота), и 1,4-бутандиол (1,4-BD) и политетраметиленгликоль (PTMG) как диоловый ингредиент (двухатомный спирт).
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, звукопоглощающий материал можно изготавливать, используя волокно некруглой формы, составляющее от 50 до 80 масс.% по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала, и связующее волокно, составляющее от 20 до 50 масс.% по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала.
Кроме того, согласно другому аспекту, настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал, который может включать волокно некруглой формы, которое соответствует следующей формуле 1; и связующее волокно, которое частично соединяет множество волокон некруглой формы.
Формула 1
2
Здесь A представляет собой площадь поперечного сечения волокна (мкм), и P представляет собой периметр поперечного сечения волокна (мкм).
Согласно предпочтительному варианту осуществления, волокно некруглой формы может иметь вычисленное по формуле 1 значение, составляющее 2,6 или более.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, некруглая форма волокна может представлять собой, по меньшей мере, одну форму, выбранную из группы, которую составляют форма шестиконечной звезды, трехдольчатая форма, шестилепестковая форма, восьмилепестковая форма и волнистая форма.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, длина волокна некруглой формы может составлять от 35 до 65 мм.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, линейная плотность волокна некруглой формы может составлять от 1,0 до 7,0 ден.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, связующее волокно может включать легкоплавкий эластомер, имеющий коэффициент упругого восстановления от 50 до 80%, и коэффициент упругости по отскоку звукопоглощающего материала может составлять от 50 до 80%.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, связующее волокно может представлять собой двухкомпонентное волокно, которое изготавливают совместным прядением, используя легкоплавкий эластомер в качестве одного компонента.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, легкоплавкий эластомер может представлять собой, по меньшей мере, один эластомер, выбранный из группы, которую составляют полимер на сложнополиэфирной основе, полимер на полиамидной основе, полимер на полистирольной основе, полимер на поливинилхлоридной основе и полимер на полиуретановой основе.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, звукопоглощающий материал может включать волокно некруглой формы, составляющее от 50 до 80 мас. % по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала, и связующее волокно, составляющее от 20 до 50 мас. % по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала.
Согласно следующему предпочтительному варианту осуществления, волокно некруглой формы может иметь вычисленное по формуле 1 значение, составляющее 3,0 или более.
Далее будут описаны термины, используемые в настоящем изобретении.
Термин «волокно некруглой волнистой формы», который используется в настоящем изобретении, означает волокно, которое может иметь поперечное сечение волнообразной формы, в частности, формы, которая проиллюстрирована на Фиг. 5.
Согласно настоящему изобретению, звукопоглощающий материал, имеющий превосходные характеристики звукопоглощения, может повышать коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче, создавая большую площадь поверхности и воздушный слой, таким образом, что индуцируются вязкостные потери поступающей звуковой энергии. Кроме того, он делает возможным изготовление имеющей небольшую массу конструкции, поскольку становится возможным обеспечение превосходных характеристик звукопоглощения с использованием волокна в уменьшенном количестве, и можно улучшать характеристики звукопоглощения, используя связующее волокно, имеющее такую упругость по отскоку, что сохраняется достаточная прочность соединения между волокнами, а также максимально увеличиваются вязкостные потери звуковой энергии, передаваемой в волокнистую структуру.
Соответственно, звукопоглощающий материал, имеющий превосходные характеристики звукопоглощения, который можно использовать для улучшения шумоизоляционных характеристик электрических и других устройств, в которых используются подвижные детали, а также его можно использовать в транспортных средствах, таких как автомобиль, поезд, корабль, воздушное судно и т.д.; и может быть предложен способ его изготовления.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет волокно некруглой формы шестиконечной звезды, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2 представляет волокно некруглой трехдольчатой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 представляет волокно некруглой шестилепестковой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 4 представляет волокно некруглой восьмилепестковой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 5 представляет волокно некруглой волнистой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 6 представляет волокно некруглой восьмилепестковой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 7 представляет волокно некруглой восьмилепестковой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 8 представляет чертеж, показывающий, в качестве примера, значения L и W для волокна некруглой восьмилепестковой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Далее будут подробно представлены разнообразные варианты осуществления настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на сопровождающих чертежах и описаны ниже. Хотя настоящее изобретение будет описано в связи с примерными вариантами осуществления, следует понимать, что данное описание не предназначается для ограничения настоящего изобретения этими примерными вариантами осуществления. С другой стороны, настоящее изобретение предназначается для распространения не только на примерные варианты осуществления, но также на разнообразные альтернативы, модификации, эквиваленты и другие варианты осуществления, которые могут соответствовать идее и находиться в пределах объема настоящего изобретения, что определяется прилагаемой формулой изобретения.
Как описано выше, поскольку в традиционном звукопоглощающем материале, имеющем волокнистую структуру, поверхностная плотность и толщина волокнистого агрегата увеличиваются в целях улучшения характеристик звукопоглощения и шумоизоляционных характеристик посредством увеличения пористости и пути рассеяния звуковой волны, увеличивается масса автомобиля, и в результате этого снижается эффективность использования топлива. Кроме того, когда легкоплавкое сложнополиэфирное связующее волокно используется для волокнистой структуры традиционного звукопоглощающего материала, волокнистый агрегат может затвердевать. Таким образом, возникала проблема того, что коэффициент звукопоглощения при низких частотах уменьшается, поскольку не в полной мере гасится вибрация, производимая звуковой волной, которая распространяется и передается в матричную структуру.
Соответственно, в поисках решений описанных выше проблем настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал, который включает волокно некруглой формы, которое соответствует следующей формуле 1; и связующее волокно, которое частично соединяет множество волокон некруглой формы.
Формула 1
2
Здесь A представляет собой площадь поперечного сечения волокна (мкм), и P представляет собой периметр поперечного сечения волокна (мкм).
По существу, коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче можно повышать, создавая большую площадь поверхности и воздушный слой таким образом, чтобы индуцировать вязкостные потери поступающей звуковой энергии. Кроме того, может быть получена имеющая небольшую массу конструкция, потому что превосходные характеристики звукопоглощения могут быть обеспечены с использованием волокна в уменьшенном количестве, и характеристики звукопоглощения можно улучшать, используя связующее волокно, имеющее такую упругость по отскоку, чтобы сохранять достаточную прочность соединения между волокнами, а также максимально увеличивать вязкостные потери звуковой энергии, передаваемой в волокнистую структуру. Таким образом, может быть предложен звукопоглощающий материал, имеющий превосходные характеристики звукопоглощения, который можно использовать для улучшения шумоизоляционных характеристик электрических и других устройств, в которых используются подвижные детали, а также его можно использовать в транспортных средствах, таких как автомобиль, поезд, корабль, воздушное судно и т.д.; и может быть предложен способ его изготовления.
Как правило, когда звуковая волна взаимодействует с определенным материалом, он может вызывать вязкостные потери, и в результате этого обеспечивается снижение уровня шума за счет того, что механическая энергия звуковой волны преобразуется в тепловую энергию. Чтобы уменьшить шум путем увеличения коэффициента потерь энергии звуковой волны при взаимодействии с волокнистым агрегатом одинаковой массы, оказывается предпочтительным увеличение площади поверхности волокон в том месте, где происходят вязкостные потери энергии звуковой волны.
Волокно некруглой формы имеет значение η, составляющее 1,5 или более и вычисленное по формуле,
2
где A представляет собой площадь поперечного сечения волокна (мкм), и P представляет собой периметр поперечного сечения волокна (мкм), и оно может обеспечивать большее значение площади поверхности, чем волокно, используемое для волокнистой структуры традиционного звукопоглощающего материала, а также увеличение коэффициента звукопоглощения и коэффициента потерь при передаче. Когда значение η составляет менее чем 1,5, площадь поверхности волокна может быть небольшой. Таким образом, существует проблема, что нельзя создать легкую конструкцию, потому что требуется большое количество волокна, чтобы эффективно обеспечивать характеристики звукопоглощения. Повышенное значение η означает увеличение площади поверхности волокна. Соответственно, более предпочтительное волокно некруглой формы, используемое согласно настоящему изобретению, может иметь значение η, составляющее 2,6 или более, и более предпочтительное значение η может составлять от 3,0 до 7,0. Если значение η волокна некруглой формы, используемого согласно настоящему изобретению, составляет более чем 7,0, может возникать проблема того, что стоимость производства может увеличиваться вследствие увеличения стоимости производства прядильной фильеры, замены оборудования в связи с повышением эффективности охлаждения, модификации полимера для повышения скорости затвердевания, а также сокращения производительности и т.д.
У волокна некруглой формы согласно настоящему изобретению, которое имеет значение η, составляющее 1,5 или более, может быть форма шестиконечной звезды, трехдольчатая форма, шестилепестковая форма, восьмилепестковая форма или волнистая форма, или их сочетание. В случае волнистой форма, когда значение η составляет 1,5 или более, может изменяться конкретная форма, в том числе число точек изгиба волнистой формы, длина и ширина поперечного сечения и другие параметры. Точка изгиба волнистой формы означает точку, в которой изменяется направление изгиба по отношению к направлению длины поперечного сечения, и, например, число точек изгиба волнистой формы волокна некруглой формы на Фиг. 5 составляет 4.
В частности, на Фиг. 1 представлена форма шестиконечной звезды, волокно некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 1,51; и на Фиг. 2 представлена трехдольчатая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 1,60. Кроме того, на Фиг. 3 представлена шестилепестковая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 1,93; на Фиг. 4 представлена восьмилепестковая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 2,50; на Фиг. 5 представлена волнистая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 2,55; на Фиг. 6 представлена восьмилепестковая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 2,8; и на Фиг. 7 представлена восьмилепестковая форма волокна некруглой формы согласно предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения, и соответствующее значение η составляет 3,2.
Значение η обычного волокна круглого типа, имеющего круглое поперечное сечение, составляет 1,0, и его коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче оказываются значительно меньшими, поскольку его площадь поверхности не является достаточно большой (см. сравнительный пример 1), и если у волокна некруглой формы, такой как форма шестиконечной звезды, трехдольчатая форма, шестилепестковая форма, восьмилепестковая форма или волнистая форма, значение η не составляет 1,5 или более, площадь поверхности, которая может создавать вязкостные потери звуковой энергии, не является достаточной. Соответственно, эти формы не являются подходящими в качестве некруглой формы волокна, используемого для звукопоглощающего материала согласно настоящему изобретению (см. сравнительные примеры 2-5).
Более предпочтительное волокно некруглой формы, используемое согласно настоящему изобретению, может иметь значение L/W, составляющее от 2 до 3. Здесь L означает длину, которая представляет собой вертикальный размер волокна, и W означает ширину, которая представляет собой расстояние в горизонтальном направлении между угловыми точками. В частности, Фиг. 8 представляет значения L и W для волокна некруглой восьмилепестковой формы. В случае восьмилепестковой формы поперечного сечения волокна некруглой формы, когда больший размер называется вертикальным размером, длина может быть обозначена буквой L, а в случае имеющей меньшую длину трехдольчатой формы расстояние между угловыми точками может быть обозначено буквой W.
Кроме того, волокно некруглой формы, используемое согласно настоящему изобретению, может предпочтительнее иметь от 6 до 8 угловых точек, соотношение L/W и число угловых точек не ограничиваются. Может оказаться предпочтительным волокно некруглой формы, которое имеет значение η, составляющее 1,5 или более.
Длина волокна некруглой формы может составлять от 35 до 65 мм. Когда она составляет менее чем 35 мм, может оказаться затруднительным формование и изготовление волокнистого агрегата вследствие большого расстояния между волокнами, и звукопоглощающие и шумоизоляционные характеристики могут ухудшаться вследствие чрезмерной пористости. Когда длина превышает 65 мм, пористость может уменьшаться вследствие чрезмерно малого расстояния между волокнами, и в результате этого уменьшается коэффициент звукопоглощения. Кроме того, линейная плотность волокна некруглой формы может составлять от 1,0 до 7,0 денье (ден, г/9000 м), и характеристики звукопоглощения могут улучшаться более эффективно при уменьшении линейной плотности. Когда линейная плотность волокна некруглой формы составляет менее чем 1,0 ден, может возникать проблема регулирования оптимальной формы заданного поперечного сечения, а когда линейная плотность составляет более чем 7,0 ден, может оказаться затруднительным процесс изготовления нетканого материала, и возникает проблема ухудшения характеристик звукопоглощения при его изготовлении как волокнистого агрегата.
Материал волокна некруглой формы, которое содержится в звукопоглощающем материале согласно настоящему изобретению, может предпочтительно представлять собой полиэтилентерефталат (PET), но он не ограничивается данным примером. В качестве звукопоглощающего материала могут быть предпочтительно использованы полипропилен (PP), вискоза и любой полимер, который подвергается прядению с образованием волокон.
Кроме того, звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению содержит связующее волокно, которое частично соединяет множество волокон некруглой формы.
Связующее волокно может представлять собой любое связующее волокно, которое обычно используется для изготовления волокнистой структуры, и его можно использовать в форме порошка, а также в форме волокна, и, более конкретно, оно может содержать легкоплавкий (LM) эластомер. Эластомер обычно означает полимерный материал, имеющий превосходную упругость, такой как каучук, и, таким образом, он представляет собой полимер, отличающийся тем, что после растягивания под действие внешней силы он сокращается до своей первоначальной длины, когда прекращается действие внешней силы. Предпочтительный легкоплавкий эластомер, используемый, согласно настоящему изобретению, может иметь коэффициент упругого восстановления, составляющий от 50 до 80%. Когда коэффициент упругого восстановления составляет менее чем 50%, волокнистый агрегат затвердевает, и характеристики звукопоглощения могут ухудшаться вследствие недостаточной гибкости. Когда этот коэффициент составляет более чем 80%, могут возникать проблемы того, что может ухудшаться технологичность при изготовлении волокнистого агрегата, а также могут увеличиваться расходы на производство самого полимера.
Согласно предшествующему уровню техники, после того, как связующее волокно плавилось и соединяло основные волокна друг с другом, волокнистый агрегат затвердевал таким образом, что возникала проблема ухудшения коэффициента звукопоглощения вследствие неполного гашения вибрации, производимой звуковой волной при распространении и передаче в матричную структуру. Однако, согласно настоящему изобретению, коэффициент упругости по отскоку (см. стандарт ASTM D 3574) волокнистой структуры повышается и составляет от 50 до 80% за счет содержания легкоплавкого эластомера, имеющего коэффициент упругого восстановления от 50 до 80%, в связующем волокне волокнистого агрегата, и повышается способность гашения вибрации, которая, в конечном счете, передается внутри матрицы, и, таким образом, могут повышаться коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче.
Легкоплавкий эластомер может представлять собой полимер на сложнополиэфирной основе, полимер на полиамидной основе, полимер на полистирольной основе, полимер на поливинилхлоридной основе или полимер на полиуретановой основе, или их сочетание.
Кроме того, более предпочтительный легкоплавкий эластомер можно изготавливать, осуществляя стадии этерификации и полимеризации, на которых используются диметилтерефталат (DMT) и диметилизофталат (DMI), или терефталевая кислота (TPA) и изофталевая кислота (IPA) как кислотный ингредиент (дикарбоновая кислота); и 1,4-бутандиол (1,4-BD) и политетраметиленгликоль (PTMG) как диоловый ингредиент (двухатомный спирт).
В качестве кислотного ингредиента (дикарбоновой кислоты) используются диметилтерефталат (DMT) и диметилизофталат (DMI), или терефталевая кислота (TPA) и изофталевая кислота (IPA). Диметилтерефталат (DMT) и терефталевая кислота (TPA) образуют кристаллическую фазу в реакции с диоловым ингредиентом, а диметилизофталат (DMI) и изофталевая кислота (IPA) образуют некристаллическую фазу в реакции с диоловым ингредиентом, и в результате этого обеспечиваются свойства легкоплавкости и упругости.
Соотношение в смеси, содержащей диметилтерефталат (DMT) и диметилизофталат (DMI), может представлять собой молярное соотношение, предпочтительно составляющее 0,65-0,80:0,35-0,2, и соотношение в смеси терефталевой кислоты (TPA) и изофталевой кислоты (IPA) также может представлять собой молярное соотношение, предпочтительно составляющее 0,65-0,80:0,35-0,2. Когда молярное соотношение диметилизофталата (DMI) и изофталевой кислоты (IPA) составляет менее, чем нижний предел приведенного выше интервала, коэффициент упругого восстановления может уменьшаться, и свойство легкоплавкости может отсутствовать. Когда молярное соотношение диметилизофталата (DMI) и изофталевой кислоты (IPA) составляет более чем верхний предел приведенного выше интервала, могут ухудшаться физические свойства.
В качестве диолового ингредиента (двухатомного спирта) используются 1,4-бутандиол (1,4-BD) и политетраметиленгликоль (PTMG), причем 1,4-бутандиол образует кристаллическую фазу в реакции с кислотным ингредиентом, а политетраметиленгликоль (PTMG) образует некристаллическую фазу в реакции с кислотным ингредиентом, и в результате этого обеспечиваются свойства легкоплавкости и упругости.
Соотношение в смеси, содержащей 1,4-бутандиол (1,4-BD) и политетраметиленгликоль (PTMG), может представлять собой молярное соотношение, предпочтительно составляющее 0,85-0,95:0,15-0,05. Когда молярное содержание политетраметиленгликоль (PTMG) составляет менее чем нижний предел приведенного выше интервала, коэффициент упругого восстановления может уменьшаться, и свойство легкоплавкости может отсутствовать. Когда молярное содержание политетраметиленгликоля (PTMG) составляет более чем верхний предел приведенного выше интервала, могут ухудшаться физические свойства. Можно использовать 1,4-бутандиол (1,4-BD) в смеси с этиленгликолем (EG) в пределах приведенного выше интервала.
Кроме того, молекулярная масса политетраметиленгликоля (PTMG) может предпочтительно составлять от 1500 до 2000. Когда молекулярная масса политетраметиленгликоля (PTMG) находится за пределами вышеупомянутого интервала, упругость и физические свойства изготавливаемого легкоплавкого эластомера могут оказаться не подходящими для его использования.
Кислотный ингредиент и диоловый ингредиент можно смешивать, получая молярное соотношение, предпочтительно составляющее 0,9-1,1:1,1-0,9, и полимеризовать. Когда какой-либо ингредиент, представляющий собой кислотный ингредиент или диоловый ингредиент, содержится в смеси в избытке, он не используется в полимеризации и теряется. Соответственно, оказывается предпочтительным смешивание кислотного ингредиента и диолового ингредиента в эквивалентных количествах.
Как описано выше, легкоплавкий эластомер, для изготовления которого используются диметилтерефталат (DMT) и диметилизофталат (DMI) как кислотный ингредиент (дикарбоновая кислота), и 1,4-бутандиол (1,4-BD) и политетраметиленгликоль (PTMG) как диоловый ингредиент (двухатомный спирт), имеет температуру плавления от 150 до 180°C и коэффициент упругого восстановления от 50 до 80%.
Кроме того, связующее волокно звукопоглощающего материала согласно настоящему изобретению может представлять собой двухкомпонентное волокно, которое изготавливают совместным прядением, используя легкоплавкий эластомер в качестве одного компонента. Более предпочтительным является двухкомпонентное волокно, имеющее структуру типа сердцевины и оболочки или параллельных волокон. Когда образуется двухкомпонентное волокно, имеющее структуру типа сердцевины и оболочки, легкоплавкий эластомер можно использовать в качестве ингредиента для оболочки, а обычный сложный полиэфир можно использовать в качестве ингредиента для сердцевины. Обычный сложный полиэфир уменьшает стоимость производства и выполняет функцию опоры волокна, а легкоплавкий эластомер выполняет функции упругости и легкоплавкости.
Предпочтительно связующее волокно можно изготавливать, используя легкоплавкий эластомер и обычный сложный полиэфир в массовом соотношении от 40:60 до 60:40. Когда легкоплавкий эластомер содержится в массовом соотношении, составляющем менее чем 40, функции упругости и легкоплавкости могут ухудшаться, а когда он содержится в массовом соотношении, составляющем более чем 60, возникает проблема увеличения стоимости производства.
Звукопоглощающий материал может содержать волокно некруглой формы, составляющее от 50 до 80 масс. % по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала, и связующее волокно, составляющее от 20 до 50 масс. % по отношению к суммарной массе звукопоглощающего материала. Когда содержание волокна некруглой формы составляет менее чем 50 масс. %, может оказаться затруднительным осуществление оптимальных звукопоглощающих и шумоизоляционных характеристик вследствие уменьшения площади поверхности волокна, но когда содержание волокна некруглой формы составляет более чем 80 масс. %, соответственно, содержание связующего волокна составляет менее чем 20 масс. %, и может оказаться затруднительным сохранение достаточной прочности соединения между волокнами. Таким образом, может оказаться затруднительным изготовление звукопоглощающего материала определенной формы, и вибрация, которую производит звуковая волна при распространении и передаче в матричную структуру, гасится не в полной мере, потому что матричная структура не является достаточно прочной, и может уменьшаться коэффициент звукопоглощения на низких частотах. Когда содержание связующего волокна повышается до уровня, составляющего от 20 до 50 масс. %, коэффициент упругости по отскоку (см. стандарт ASTM D 3574) увеличивается и составляет от 50 до 80%.
Эту волокнистую структуру, имеющую полиморфное поперечное сечение волокон и превосходные характеристики звукопоглощения, изготавливают способом изготовления звукопоглощающего материала, который включает изготовление волокнистого агрегата в форме нетканого полотна. Волокнистый агрегат включает волокно некруглой формы, которое соответствует следующей формуле 1; и связующее волокно, которое частично соединяет множество волокон некруглой формы.
Формула 1
2
Здесь A представляет собой площадь поперечного сечения волокна (мкм), и P представляет собой периметр поперечного сечения волокна (мкм).
Звукопоглощающий материал можно получать, изготавливая волокнистый агрегат, содержащий волокно некруглой формы, и связующее волокно, в форме нетканого полотна, имеющего определенную поверхностную плотность, осуществляя обычные способы изготовления звукопоглощающего материала с волокнистой структурой, такие как иглопробивный способ, способ термосклеивания и т.д. Далее подробное описание волокна некруглой формы и связующего волокна, которые описаны выше и являются в равной степени подходящими для способа изготовления звукопоглощающего материала согласно настоящему изобретению, не будет представлено.
ПРИМЕРЫ
Следующие примеры иллюстрируют настоящее изобретение и не предназначаются для его ограничения.
ПРИМЕР 1
2
Волокно на сложнополиэфирной основе некруглой восьмилепестковой формы (Фиг. 4, η=2,5, 6,5 ден, 61 мм, прочность 5,8 г/ден, коэффициент растяжения 40%, число изгибов 14,2/дюйм) и двухкомпонентное волокно, имеющее структуру типа сердцевины и оболочки и содержащее легкоплавкий эластомер на сложнополиэфирной основе в качестве связующего волокна, смешивали при массовом соотношении 8:2, смесь физически измельчали иглопробивным способом после достижения постоянной массы, а затем изготавливали волокнистый агрегат нетканого типа, имеющий толщину 20 мм и поверхностную плотность 1600 г/м, используя обычный способ термического склеивания. Упругость по отскоку изготовленного звукопоглощающего материала составляла 55%.
Двухкомпонентное волокно, имеющее структуру типа сердцевины и оболочки, содержащее легкоплавкий эластомер на сложнополиэфирной основе в качестве связующего волокна, содержало легкоплавкий эластомер на сложнополиэфирной основе в качестве ингредиента сердцевины, причем для изготовления легкоплавкого эластомера на сложнополиэфирной основе использовали смесь 75 мол. % терефталевой кислоты и 25 мол. % изофталевой кислоты в качестве кислотного ингредиента и смесь 8,0 мол. % политетраметиленгликоля и 92,0 мол. % 1,4-бутандиола в качестве диолового ингредиента, и осуществляли смешивание и полимеризацию кислотного ингредиента и диолового ингредиента при молярном соотношении 1:1. Легкоплавкий эластомер, изготовленный, как описано выше, имел температуру плавления 50°C, характеристическую вязкость 1,4 и коэффициент упругого восстановления 80%. В качестве ингредиента сердцевины использовали полиэтилентерефталат (PET), имеющий температуру плавления 260°C и характеристическую вязкость 0,65, и двухкомпонентное волокно, имеющее линейную плотность 6 ден, прочность 3,0 г/ден, коэффициент растяжения 80%, число изгибов 12/дюйм и длину волокна 64 мм, изготавливали посредством прядения, используя двухкомпонентную прядильную фильеру, которая может осуществлять прядение легкоплавкого эластомера на сложнополиэфирной основе и обычного полиэтилентерефталата при температуре прядения 275°C, скорости намотки 1000 мм/мин, коэффициенте растяжения 3,3 при 77°C и заключительном нагревании до 140°C.
ПРИМЕР 2
2
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что изготавливали волокнистую структуру нетканого типа, имеющую толщину 20 мм и поверхностную плотность 1200 г/м.
ПРИМЕР 3
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой формы шестиконечной звезды (Фиг. 1, η=1,51).
ПРИМЕР 4
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой трехдольчатой формы (Фиг. 2, η=1,60).
ПРИМЕР 5
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой шестилепестковой формы (Фиг. 3, η=1,93).
ПРИМЕР 6
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой волнистой формы (Фиг. 5, η=2,55).
ПРИМЕР 7
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой восьмилепестковой формы (Фиг. 6, η=2,8).
ПРИМЕР 8
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой восьмилепестковой формы (Фиг. 7, η=3,2).
ПРИМЕР 9
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали легкоплавкое полиэтилентерефталатное волокно в качестве связующего волокна. Упругость по отскоку изготовленного звукопоглощающего материала составляла 30%.
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 1
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно круглой формы (η=1,0).
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 2
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой формы пятиконечной звезды (η=1,30).
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 3
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой волнистой формы (η=1,42).
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 4
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой вилкообразной формы (η=1,26).
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 5
Повторяли процедуру примера 1, за исключением того, что для изготовления звукопоглощающего материала использовали волокно некруглой формы шестиконечной звезды (η=1,41).
ПРИМЕР ИССЛЕДОВАНИЯ
Чтобы оценить звукопоглощающие и шумоизоляционные характеристики звукопоглощающих материалов, изготовленных в примерах 1-9 и сравнительных примерах 1-5, исследовали материалы, используя следующие методы исследования, и соответствующие результаты представлены в таблицах 1 и 2.
1. Коэффициент звукопоглощения
Для измерения коэффициента звукопоглощения были изготовлены три образца, пригодные для измерения на приборе Alpha Cabin согласно стандарту ISO R 354; соответственно, измеряли коэффициенты звукопоглощения, и средние значения измеренных коэффициентов звукопоглощения представлены в таблице 1.
2. Коэффициент потерь при передаче
Для измерения шумоизоляционного эффекта были изготовлены три образца, пригодные для прибора APAMAT-II, измеряющего коэффициент потерь при передаче энергии; соответственно, измеряли потери при внедрении, и средние значения измеренных потерь при внедрении представлены в таблице 2.
3. Коэффициент упругого восстановления
Образец гантелеобразной формы, имеющий толщину 2 мм и длину 10 см, растягивали на 200% при скорости 200%/мин, используя прибор Instron, выдерживали в растянутом состоянии в течение 5 секунд, измеряли увеличенную длину после сокращения при такой же скорости, а затем вычисляли коэффициент упругого восстановления по следующей формуле.
4. Коэффициент упругости по отскоку (отскок шарика)
После падения металлического шарика с определенной высоты на исследуемый образец измеряли процентную высоту отскока шарика согласно стандарту JIS K-6301. Изготавливали исследуемый образец, имеющий квадратное сечение со стороной 50 мм или более и толщину 50 мм или более, и стальной шарик, имеющий массу 16 г и диаметр 16 мм, падал на исследуемый образец с высоты 500 мм, а затем измеряли максимальную высоту отскока. После этого для каждого из трех исследуемых образцов высоту отскока измеряли, по меньшей мере, три раза в течение одной минуты и среднее значение использовали как процентный коэффициент упругости по отскоку.
Таблица 1
Коэффициент звукопоглощения по частотам (Гц)
1000 Гц
2000 Гц
3150 Гц
5000 Гц
Пример 1
0,67
0,75
0,84
0,96
Пример 2
0,54
0,63
0,77
0,85
Пример 3
0,62
0,67
0,78
0,88
Пример 4
0,59
0,71
0,81
0,90
Пример 5
0,62
0,69
0,80
0,90
Пример 6
0,66
0,77
0,85
0,97
Пример 7
0,67
0,78
0,89
0,99
Пример 8
0,68
0,79
0,91
1,00
Пример 9
0,50
0,70
0,79
0,89
Сравнительный пример 1
0,51
0,61
0,74
0,83
Сравнительный пример 2
0,57
0,65
0,75
0,86
Сравнительный пример 3
0,57
0,62
0,76
0,86
Сравнительный пример 4
0,56
0,64
0,75
0,85
Сравнительный пример 5
0,61
0,65
0,75
0,86
Таблица 2
Коэффициент потерь при передаче (дБ) по частотам (Гц)
1000 Гц
2000 Гц
3150 Гц
5000 Гц
Пример 1
25
27
35
43
Пример 2
23
24
32
41
Пример 3
22
25
32
40
Пример 4
24
25
33
41
Пример 5
24
26
33
41
Пример 6
25
27
35
44
Пример 7
26
28
36
45
Пример 8
27
30
38
47
Пример 9
21
24
31
40
Сравнительный пример 1
22
23
31
40
Сравнительный пример 2
21
24
31
40
Сравнительный пример 3
22
24
32
41
Сравнительный пример 4
21
24
31
40
Сравнительный пример 5
22
24
32
40
Как представлено в таблицах 1 и 2, при сопоставлении результатов измерения звукопоглощающих и шумоизоляционных характеристик в примерах 1-9 и сравнительных примерах 1-5 было обнаружено, что звукопоглощающие и шумоизоляционные характеристики волокнистого агрегата улучшались при увеличении площади поверхности волокна.
В частности, при сопоставлении результатов измерения характеристик в примере 2 и сравнительном примере 1 было обнаружено, что звукопоглощающий материал, в котором используется волокно некруглой формы согласно настоящему изобретению, проявлял лучшие звукопоглощающие и шумоизоляционные характеристики, чем звукопоглощающий волокнистый материал, в котором присутствует обычно используемое волокно, имеющее круглое поперечное сечение, несмотря на уменьшение поверхностной плотности волокнистого агрегата, и, таким образом, можно осуществить имеющую небольшую массу конструкцию с использованием волокна в уменьшенном количестве.
В примерах 1-9 было обнаружено, что значение η, составляющее 1,5 или более, улучшало коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче в сопоставлении со сравнительными примерами 1-5, в которых значение η составляло менее чем 1,5. В сравнительном примере 5 было обнаружено, что значение η, составляющее менее чем 1,5, также производило воздействие на коэффициент звукопоглощения и коэффициент потерь при передаче вследствие небольшой площади поверхности, несмотря на использование волокна некруглой формы шестиконечной звезды.
Кроме того, при сопоставлении результатов измерения характеристик в примере 9, в котором использовали легкоплавкое волокно PET в качестве связующего волокна, и в примерах 1-8, в которых использовали легкоплавкий эластомер, было обнаружено, что гибкая структура, имеющая коэффициент упругости по отскоку 55%, получалась при использовании легкоплавкого эластомера в качестве связующего волокна, и характеристики звукопоглощения улучшались посредством улучшения способности гашения вибрации, передаваемой в матричную структуру.