АКУСТИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ, СОДЕРЖАЩАЯ ПЕРЕПЛЕТЕННУЮ ФИКСИРОВАННУЮ МАТРИЦУ ИЗ ЗАТВЕРДЕВШЕГО ГИПСА, И СПОСОБ ЕЕ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ACOUSTIC PANEL COMPRISING INTERLACED FIXED MATRIX FROM HARDENED GYPSUM AND METHOD OF ITS MAKING

Изобретение относится в основном к акустическим панелям. Более конкретно, настоящее изобретение относится к акустическим панелям, содержащим переплетенную фиксированную матрицу из затвердевшего гипса, и к способам их изготовления.
Акустические панели используются для создания внутренних поверхностей, таких как потолочные плиты, стеновые панели и другие перегородки (например, перегородки между комнатами в зданиях делового назначения и в жилых зданиях). Панели имеют в основном плоскую форму и включают акустический слой, содержащий сочетание материалов, выбранных таким образом, чтобы обеспечить соответствующее звукопоглощение при сохранении достаточной твердости. Например, обычные материалы, используемые в настоящее время при создании акустических панелей, включают стекловату, стекловолокно, вспученный перлит, глину, полугидрат сульфата кальция, частицы дигидрата сульфата кальция, карбонат кальция, бумажное волокно и связующее, такое как крахмал или латекс. Стекловата используется чаще всего, поскольку она помогает создать пористую волокнистую структуру и, таким образом, обеспечивает хорошее поглощение звука.
Многие акустические панели изготавливают по способу, аналогичному традиционным способам получения бумаги, путем свойлачивания с использованием воды, разбавленных водных дисперсионных смесей стекловаты, перлита, вяжущего материала и других ингредиентов, в соответствии с потребностью. В таких способах указанная дисперсионная смесь выливается на движущуюся перфорированную проволочную подложку мат-формирующей машины для обезвоживания, такой как Fourdrinier или Oliver, известной специалистам в данной области. Дисперсионная смесь обезвоживается вначале путем самотечного дренажа, а затем с применением вакуумного отсоса. Влажный мат сушат в нагретой конвекционной печи, после чего сухой материал нарезают на куски желательных размеров и необязательно покрывают верх краской с получением готовой панели. Примером панелей, полученных по данному способу, является потолочная плитка от компании AURATONE, которая коммерчески доступна от компании USG Interiors Inc.
Акустические панели могут быть изготовлены путем предварительного вакуум-формирования пульпы или путем отливки, как описано в патенте США №1769519. Согласно данному способу, формовочную композицию, содержащую гранулированные волокна стекловаты, наполнители, красители, связующее, такое как вареный крахмал и вода, получают путем формования или отливки панели. Композицию помещают на подходящие лотки, которые затем покрывают бумагой или металлической фольгой с бумажной основой, после чего композицию обрабатывают до желательной толщины путем листовой штамповки. Материалу может быть придана декоративная поверхность, такая как удлиненные трещины, которые могут быть изготовлены с использованием арматурного стержня или рельефного валика. Лотки, заполненные композицией со стекловатой, помещают в печь для сушки. Примером панелей, изготовленных таким способом, является потолочная плитка от компании AURATONE, которая коммерчески доступна от компании USG Interiors Inc.
Технологии водного свойлачивания и последующей разливки на лотки для изготовления акустических панелей являются недостаточно удовлетворительными в связи с их сложностью и весьма значительной стоимостью. Кроме стоимости исходных материалов в данных процессах расходуется большое количество воды и энергии. Кроме того, многие панели, получаемые в соответствии с указанными способами, подвергаются неэстетичным постоянным деформациям, таким как провес, в особенности при высокой влажности. В этом отношении, поскольку многие панели включают гигроскопичный вяжущий материал, такой как утилизированное бумажное волокно и/или крахмал, такие панели чувствительны к провесу. Вероятность провеса вырастает в особенно серьезную проблему в случае, когда панели хранятся и/или используются в горизонтальном положении. Панели могут провисать, например, в зонах между точками, в которых они скрепляются или поддерживаются соответствующими структурами, включая, например, потолочную решетку. Проблема провеса может быть более выражена в том случае, когда панели несут нагрузку, например изоляцию.
Некоторые акустические панели разработаны таким образом, чтобы они включали затвердевший гипс (например, дигидрат сульфата кальция) в акустическом слое. Поскольку затвердевший гипс не является сам по себе особенно хорошим звукопоглощающим материалом, многие акустические панели, содержащие затвердевший гипс, включают очень большое количество механически выполненных отверстий, которые могут быть, например, просверлены, проштампованы или иным образом созданы и которые проходят через всю глубину панели. Отверстия в акустических панелях такого типа обычно имеют диаметр по меньшей мере один сантиметр, как, например, отверстия в акустических панелях, коммерчески доступных от компании Danoline of Valby (Дания) и British Gypsum. Во многих из указанных панелей также используется функциональная в отношении звукопоглощения основа из листового материала. Указанная функциональная в отношении звукопоглощения основа представляет собой в типичном случае объемное стекловолокно или полимерный материал, которые поглощают или рассеивают звук, пропускаемый большими механически выполненными отверстиями, но значительное количество звука все еще проходит через панель. Хотя крупные механически выполненные отверстия обеспечивают некоторое звукопоглощение, за счет наличия пространства позади панели, многие потребители не находят их эстетически удовлетворительными. Акустические панели на основе гипса, имеющие механически выполненные крупные отверстия, также представляют собой относительно плотные продукты, создавая в этой связи определенные трудности при работе с ними, транспортировке и установке. Кроме того, основа из листового материала дополнительно значительно увеличивает себестоимость такой продукции.
В последнее время в данной области техники уделялось большое внимание изучению способа изготовления акустических панелей из цементных материалов. Так, например, в патенте США №6443258 В1 описывается звукопоглощающая пористая панель, изготовленная индивидуально в форме из отвердевшего водного вспененного цементного материла, который включает очень маленькую пропорцию воды по сравнению с обычным цементным материалом (например, менее чем 1:1). Бумажные волокна не включаются в панели, описанные в патенте '258, с тем, чтобы соответствовать требуемому низкому коэффициенту соотношения воды к цементному материалу, как указано в патенте. В качестве заменителя бумажного волокна в патенте '258 описывается использование полиэфира, стекловолокна или стекловаты, характеризующихся очень длинными волокнами. В соответствии с патентом '258, длина таких волокон предпочтительно составляет порядка 0,5 дюймов, так что волокна могли проходить через кристаллическую структуру цемента, а также проходить через поры, созданные в процессе вспенивания. Таким образом, акустические панели, изготовленные в соответствии с патентом США '258, являются дорогими в изготовлении, а способ получения таких панелей неэффективен с точки зрения рентабельности крупномасштабного производства.
Соответственно, из указанного выше следует, что в данной области техники имеется потребность в акустических панелях, которые были бы относительно недорогими для производства и которые можно было эффективно изготавливать в больших количествах на поточной линии изготовления гипсовых панелей. Кроме того, в данной области техники имеется потребность в создании такой акустической панели, которая была бы эстетичной и для которой не требовалось бы присутствие относительно крупных механически просверленных отверстий. Следует также, что в данной области техники имеется потребность в создании такой акустической панели, которая была бы устойчивой к постоянной деформации, такой как провес. Настоящее изобретение относится к акустической панели и способу ее изготовления, которые включают все такие свойства. Указанные и другие преимущества настоящего изобретения, а также дополнительные аспекты изобретения будут очевидны из приведенного ниже описания изобретения.
Настоящее изобретение относится к акустической панели, содержащей акустический слой, включающий переплетенную фиксированную матрицу из затвердевшего гипса. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения панель представляет собой акустический слой сам по себе, в виде монолита. В других вариантах панель включает композит, который содержит акустический слой, основу из листового материала и необязательно поддерживающий или уплотненный слой, расположенный между основой из листового материала и акустическим слоем. В других вариантах осуществления настоящего изобретения панель включает полотняный слой, расположенный между уплотненным слоем и акустическим слоем. В настоящем изобретении рассматриваются различные альтернативные сочетания акустического слоя, поддерживающего или уплотненного слоя, полотняного слоя и основы из листового материала.
Настоящее изобретение также относится к способу получения акустической панели. В одном варианте осуществления способа по настоящему изобретению смесь, включающую воду, вспениватель и обожженный гипс, отливают с получением соответствующего акустического слоя, имеющего вид части непрерывной ленты с выбранной шириной и толщиной. Отлив предшественника акустического слоя в ленте выполняют в условиях, достаточных для того, чтобы обожженный гипс сформировал переплетенную фиксированную матрицу из затвердевшего гипса и таким образом создал акустический слой. Типичный акустический слой на данной стадии способа является влажным в связи с наличием избытка воды в отливаемой ленте, на основе которой образуется переплетенная фиксированная матрица из затвердевшего гипса. Влажный акустический слой разрезают с получением влажного предшественника акустической панели выбранных размеров. Предшественник влажной панели сушат с получением сухой акустической панели. В некоторых вариантах акустические панели по настоящему изобретению имеют показатель нормального случайного звукопоглощения, равный по меньшей мере примерно 0,32, в соответствии с нормами модифицированного ASTM E 1050-98, как будет описано ниже.
Предпочтительно непрерывная лента включает основу из листового материала для поддержки предшественника акустического слоя в процессе изготовления акустической панели. Типично, основа из листового слоя остается частью готовой акустической панели, но это необязательно справедливо для всех вариантов настоящего изобретения. При изготовлении акустической панели смесь для формирования предшественника акустического слоя наносят непосредственно на основу из листового материала. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения смесь для формирования предшественника плотного слоя наносят на основу из листового материала перед нанесением предшественника акустического слоя. В других вариантах наносят полотняный слой между уплотненным слоем и предшественником акустического слоя.
В некоторых вариантах настоящее изобретение относится к способу получения акустической панели, включающему этапы, на которых осуществляют получение непрерывной ленты, содержащей смесь для формирования акустического слоя, причем указанная смесь включает: (а) воду, (b) обожженный гипс и (c) вспениватель и необязательно один или несколько из следующих компонентов: (d) целлюлозное волокно, (e) легкий агрегат, (f) связующее, (g) ускоритель, (h) пластифицирующая добавка и (i) материал усилителя, выбранный из группы, состоящей из полифосфата аммония, включающего 500-3000 повторяющихся фосфатных единиц, триметафосфатного соединения, тетраметафосфатного соединения, гексаметафосфатного соединения и их сочетаний. Могут быть включены основа из листового материала, уплотненный слой и/или полотняный слой, как описано в настоящем изобретении. Ленту выдерживают в условиях, подходящих для того, чтобы обожженный гипс сформировал переплетенную фиксированную матрицу из затвердевшего гипса. Затем ленту нарезают с получением одной или нескольких панелей выбранных размеров.
В некоторых вариантах настоящее изобретение относится к акустической панели, включающей акустический слой, содержащий переплетенную матрицу из затвердевшего гипса и одну или несколько добавок, таких как целлюлозное волокно, легкий агрегат и/или материал усилителя, выбранный из группы, состоящей из полифосфата аммония, включающего 500-3000 повторяющихся фосфатных единиц, триметафосфатное соединение, тетраметафосфатное соединение, гексаметафосфатное соединение и их сочетания. В смесь, используемую для формирования акустического слоя в акустической панели, могут быть также включены связующее, вспениватель, ускоритель и пластифицирующая добавка. Предпочтительно панель включает основу из листового материала для поддержки акустического слоя. Еще более предпочтительно панель включает уплотненный слой на основе из листового материала и еще более предпочтительно панель включает полотняный слой, расположенный между уплотненным слоем и акустическим слоем.
Для пояснения настоящего изобретения ниже приводится подробное описание предпочтительных вариантов его осуществления.
3
3
Настоящее изобретение относится к акустической панели, которая включает акустический слой, содержащий переплетенную фиксированную матрицу из затвердевшего гипса, и к способу непрерывного изготовления акустической панели. Акустическая панель может представлять собой акустический слой сам по себе в виде монолитного слоя и может представлять собой многослойный композит. Панели по настоящему изобретению демонстрируют желательные акустические свойства, прочность на изгиб, поверхностную твердость и устойчивость к постоянной деформации, такой как провес, для использования в большом диапазоне различных видов применения, включая, например, потолочные плитки, стеновые панели и перегородки, такие как межкомнатные перегородки в офисе и т.п. При осуществлении данных и других вариантов применения акустический слой в акустических панелях по настоящему изобретению предпочтительно имеет плотность от примерно 10 фунт/фут до примерно 25 фунт/фут, более предпочтительно от примерно
3
3
3
12 фунт/фут до примерно 20 фунт/фут и наиболее предпочтительной в случае использования для потолочных плит является плотность примерно 16 фунт/фут. В некоторых вариантах, не включающих уплотненный слой и/или полотняный слой, описываемый в настоящем изобретении, может быть желательно иметь акустический слой с плотностью, соответствующей самому высокому показателю в предпочтительном диапазоне или даже выше.
Соответственно, акустические панели из затвердевшего гипса по настоящему изобретению могут с успехом обеспечивать желательные звукопоглощающие свойства без создания крупных механически выполняемых отверстий и без использования стекловаты. Таким образом, в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения панели по существу не содержат стекловаты и механически выполненных отверстий с диаметром менее 1 см, так что звукопоглощающие свойства согласно настоящему изобретению достигаются без них, хотя такие механически выполненные отверстия и/или стекловата могут быть включены при желании в некоторые варианты настоящего изобретения. Предпочтительные панели по настоящему изобретению не включают пустотных объемов любого рода (таких как механически выполненные отверстия) со средним максимальным диаметром выше, чем примерно 2 мм.
В соответствии с настоящим изобретением акустическая панель может быть получена с использованием линии для производства гипсовых стеновых панелей. Традиционная линия для производства гипсовых панелей может быть использована для получения акустической панели по настоящему изобретению, которую модифицируют, с тем чтобы приспособить к характеристикам прочности и затвердения в случае взвеси, используемой для получения акустической панели. В процессе производства получают ленту, включающую предшественник акустической панели. В некоторых вариантах лента включает также основу из листового материала, предшественник уплотненного слоя и/или полотняный слой. Предшественник акустического слоя и предшественник уплотненного слоя (в случае его наличия) используют для образования содержащей гипс акустической панели по настоящему изобретению путем формования смеси воды, обожженного гипса и других добавок. Различные компоненты, такие как, например, целлюлозное волокно, легкий агрегат, связующее, вспениватель, стабилизатор образования пены, ускоритель, пластифицирующая добавка и/или материал усилителя для повышения устойчивости к постоянной деформации, связанной, например, с условиями высокой влажности, могут быть добавлены к водной взвеси обожженного гипса, при желании. Смесь для формования предшественника уплотненного слоя может быть такой же или может отличаться по составу от смеси, используемой для формования предшественника акустического слоя.
В непрерывном процессе изготовления акустической панели смесь, используемую для формирования акустического слоя, разливают для получения предшественника уплотненного слоя в виде по меньшей мере части непрерывной ленты. Конвейер переносит ленту, причем конвейер может представлять собой ленточный конвейер и/или роликовый конвейер, или т.п., на ножевое устройство, где данную ленту разрезают на участки с получением предшественника влажной панели выбранных размеров. Предшественник акустического слоя и предшественник уплотненного слоя (при его наличии) схватывается или затвердевает с образованием переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса и таким образом превращается в акустической слой и уплотненный слой (в случае его наличия) по мере того, как лента продвигается к ножевому устройству. Настоящее изобретение относится к использованию конвейеров, ролликовых устройств и их комбинаций при условии, что поддерживается целостность отливаемой ленты в процессе затвердения или схватывания, приводящая к образованию переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса. В предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения формируется акустический слой без внешнего пограничного слоя высокой плотности в отличие от ситуации, описанной для панелей в патенте США №6443258 В1. Такие предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения обладают преимуществом, поскольку панель получают в соответствии со способом, в котором нет необходимости удалять, например, путем размола какой-либо пограничный слой с высокой плотностью, не относящийся к акустическому слою.
Основа из листового материала может применяться для поддержки панели в соответствии с известным способом, применяемым в процессе производства стеновых панелей. В желательном варианте основа из листового материала действует путем переноса нагрузок, так что для уравновешивания достигается их распространение на всю длину ленты или панели. Смесь для формирования предшественника акустического слоя может быть нанесена непосредственно или опосредованно на основу из листового материала. В предпочтительных вариантах смесь для формования предшественника уплотненного слоя наносят на основу из листового материала для усиления прочности. В еще более предпочтительных вариантах для дальнейшего усиления прочности во влажном и сухом состоянии предшественника акустической панели и самой акустической панели вводят полотняный слой. Полотняный слой наносят при создании панели на поверхность предшественника уплотненного слоя, с обратной стороны относительно основы из листового материала. Предшественник акустического слоя затем наносят на полотняный слой.
Как известно специалистам в данной области, водная гипсовая смесь (например, взвесь) для формования предшественника акустического слоя и предшественника уплотненного слоя (при его наличии), соответственно, может быть получена с использованием обычного устройства для перемешивания, используемого при производстве гипсовых стеновых панелей. После перемешивания водную гипсовую смесь, используемую для получения предшественника уплотненного слоя, при его наличии, выгружают из смесителя через одно или несколько отверстий, расположенных отдельно от отверстия для водной гипсовой смеси, используемой для получения предшественника акустического слоя. Вид субстрата, на который разливают гипсовую смесь, зависит от типа получаемой панели. Например, смесь для формирования предшественника акустического слоя может разливаться на (а) основу из листового материала; (b) полотняный слой, при его наличии, и (с) предшественник уплотненного слоя, если он присутствует, а полотняный слой отсутствует.
Основу из листового материла прокатывают по движущейся поверхности, такой как конвейер или т.п., для розлива непрерывной ленты желательной формы, включающей предшественник акустического слоя, основу из листового материала и необязательно предшественник уплотненного слоя и полотняный слой, один или оба из них. При желании может накладываться формующая плита или валик на наружную поверхность предшественника акустического слоя для достижения желательной толщины. Ясно также, что к предшественнику акустического слоя может быть добавлен лицевой лист. При использовании лицевого листа формирующую плиту или ролик накладывают на лицевой лист для достижения выбранной толщины.
Акустический слой формуют после того как затвердеет предшественник акустического слоя, то есть после того как образуется переплетенная фиксированная матрица из затвердевшего гипса. В желательном варианте акустический слой имеет толщину от примерно 0,3 дюйма до примерно 0,75 дюймов, предпочтительно примерно 0,375 дюйма, примерно 0,5 дюйма, примерно 0,625 дюйма, примерно 0,750 дюйма, примерно 1 дюйм или больше. В том случае когда в акустическую панель включается уплотненный слой и/или полотняный слой, из указанных предпочтительных диапазонов может быть выбрана меньшая толщина акустического слоя, как это известно специалистам в данной области. Акустическая панель по настоящему изобретению предпочтительно имеет общую толщину от примерно 0,5 дюйма до примерно 1 дюйма, более предпочтительно от примерно 0,5 дюйма до примерно 0,625 дюйма.
Использование формующей плиты или формующих валиков известно в производстве гипсовых стеновых панелей. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, например в том случае, когда отсутствует лицевая пластина, может быть желательно, чтобы формующие плита или валики имели форму вибрирующей плиты или псевдоожиженного слоя. Вибрирующая плита вибрирует горизонтально, создавая сдвиг, который препятствует прилипанию гипсовой взвеси к вибрирующей плите и способствует, таким образом, образованию гладкой поверхности однородной толщины.
Псевдоожиженный слой позволяет воде проходить через поры в слое с очень малой скоростью, за счет чего образуется гладкая поверхность между формующим псевдоожиженным слоем и гипсовой смесью и таким образом устраняется прилипание гипсовой взвеси на формующий псевдоожиженный слой и создается гладкая поверхность однородной толщины. В качестве примера псевдоожиженного слоя можно привести форму от компании Dynapore Modeles LFM-1 или LFM-10, коммерчески доступную от компании Martin Kurz & Co., Inc. of Mineola, NY.
В предпочтительных вариантах устройство для псевдоожижения включает псевдоожиженный слой, который располагается таким образом, что лицевая поверхность устройства для псевдоожижения контактирует с гипсовой взвесью, контролируя, таким образом, толщину ленты. Устройство для псевдоожижения включает по меньшей мере одну сторону стены (например, это могут быть четыре стороны стены), распространяясь вверх и в стороны от гипсовой взвеси. Способы подачи воды от источника воды, например от шланга, водопровода или т.п., на базовую поверхность слоя также возможны. Далее вода просачивается через поры от базовой поверхности устройства для псевдоожижения на лицевую поверхность устройства для псевдоожижения и на гипсовую взвесь. В некоторых вариантах устройство для псевдоожижения также включает верхнюю стену, соединенную с боковыми стенами и расположенную параллельно псевдоожиженному слою, так что образуется подобие коробки, и при образовании отверстия в верхней стенке или в боковых стенках становится возможным включение подачи воды.
При желании можно отпечатать трафарет на непрерывной ленте при использовании традиционных методик, с получением желательной текстуры в акустической панели с эстетическими целями. Например, может использоваться непрерывная лента конвейера для отпечатки трафарета на гипсовых устройствах, как известно в технике. Трафарет может быть отпечатан на предшественнике акустического слоя. Как известно специалистам в данной области, трафарет предпочтительно печатается в точке процесса схватывания, при которой происходит достаточное схватывание и, в этой связи, трафареты сохраняются.
По мере того как непрерывная лента продолжает двигаться от роликов к ножевому устройству, ленту разрезают на предшественники влажной панели заданной длины. При желании могут использоваться два или несколько ножей, установленных на разных стадиях процесса для разрезания ленты на предшественники заданных размеров, подходящих для сушки (например, размером 4 фута × 9 футов), как известно специалистам в данной области. Ножевое устройство может иметь любую подходящую форму, такую как например, традиционное ножевое устройство, используемое при производстве стеновых панелей, водоструйное ножевое устройство или другое. По мере перемещения непрерывной ленты к ножевому устройству происходит ее затвердевание с образованием переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса, то есть матрицы дигидрата сульфата кальция. При этом происходит требуемый процесс гидратации обожженного гипса, ведущий к образованию кристаллов переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса, что придает прочность гипсовой структуре в акустической панели, а также прочность в контексте сырой формовочной массы (как указано ниже) непрерывной ленте по мере ее застывания и предшественнику влажной панели.
Длина непрерывной ленты может изменяться. Поскольку водную гипсовую смесь в типичном случае подвергают затвердеванию по мере перемещения непрерывной ленты на той поверхности, на которой происходит ее розлив (например, на конвейере или т.п.), непрерывная лента может иметь длину 50 футов или более, 100 футов или более, 250 футов или более и предпочтительно 350 футов или более. Например, в зависимости от конструкции производственной линии, определяемой скоростью работы производственной линии и скоростью гидратации гипсовой взвеси, непрерывная лента в предпочтительных вариантах может иметь длину 500 футов или более, 750 футов или более, 1000 футов или более и 1250 футов или более, так что перед нарезанием ленты на предшественники влажной панели формируется по меньшей мере примерно 98% затвердевшего гипса.
3
3
После застывания гипса и нарезания ленты, предшественники влажной панели переносятся в обжиговую печь для удаления не прореагировавшей воды в условиях слабого нагревания с получением сухой акустической панели. Влажные предшественники панели сушат в течение периода времени, достаточного для сушки панели, предпочтительно при температуре ниже, чем температура, используемая для традиционной сушки обычных гипсовых стеновых панелей. В этом случае панели предпочтительно сушат при температуре таким образом, чтобы избежать повторного обжига затвердевшего гипса, особенно в тех вариантах, где отсутствует лицевой лист, который может каким-то образом защищать гипс от повторного обжига. В связи с тем что акустический слой в предпочтительных панелях по настоящему изобретению предпочтительно имеет относительно низкую плотность, например от 10 фунт/фут до 25 фунт/фут, в случае предпочтительных панелей требуемое время сушки в печи предпочтительно составляет примерно 90 минут или менее.
На поточных линиях изготовления гипсовых панелей, где используются движущиеся ролики для транспортировки нарезанных панельных предшественников в печь при более высоких скоростях, чем движущаяся поверхность, на которую разливается гипс, может возникнуть необходимость контролировать моторы, управляющие транспортирующими роликами для снижения скорости транспортировки, обычно используемой в случае традиционных линий гипсовых панелей для снижения вибрации, которой могут подвергаться нарезанные панельные предшественники. Может быть также желательно в некоторых вариантах иметь достаточное количество транспортирующих роликов, так чтобы их можно было поместить на расстоянии 6 дюймов, более предпочтительно не более чем примерно 4 дюйма (или даже ближе) и/или использовать ленты вместо них или поместить их на верхней части транспортирующих роликов, так чтобы снизить возможность повреждения предшественников панелей (особенно их концов) или возможность их захвата транспортирующими роликами и для подавления вибрации. В некоторых вариантах вся линия может работать на ленте.
В некоторых предпочтительных вариантах панели по настоящему изобретению включают основу из листового материала. Для основы из листового материала может использоваться любой подходящий материал, главное, чтобы основа из листового материала обеспечивала поддержку и прочность всей полосе, предшественникам панели и акустический панели. Например, основа из листового материала повышает устойчивость к вибрации, снижая, таким образом, образование изломов, по мере обработки ленты и предшественников в процессе производства. В некоторых вариантах основа из листового материала может иметь вид такого материала, как, например, бумага (например, манильская бумага, крафт-бумага и т.п.), нетканая стеклянная основа, металлическая фольга (например, алюминиевая, и т.п.). В некоторых вариантах может использоваться ламинат, содержащий бумагу, например металлическая фольга, где бумага контактирует с уплотненным слоем (при его наличии) или акустическим слоем, а фольга представляет собой наружную поверхность основы.
В том случае когда для основы из листового материала выбирают бумагу, бывает удобно использовать традиционный картон для стеновой панели, так чтобы был получен и установлен на линии один тип бумаги. Один и тот же тип бумаги может быть приспособлен и для продукции стеновых панелей и акустических панелей по настоящему изобретению. Например, как понятно специалистам в данной области, обычно используемый картон может иметь вид, например, 6-8-слойной бумаги, изготавливаемой в цилиндрическом устройстве, или вид 1-4-слойной бумаги, изготавливаемой на бумажном прессе Fourdrinier. Бумага с меньшим числом слоев (такая, как изготавливаемая в процессе Fourdrinier) представляет собой по меньшей мере предпочтительно 2-слойную бумагу и она является предпочтительной, поскольку способствует снижению веса бумаги и облегчает ее нарезание. В случае использования такой бумаги со сниженным числом слоев очевидно, что может быть желательно использовать более мощные разматыватели бумажных рулонов, с тем чтобы снизить натяжение при размотке бумаги, поскольку бумага со сниженным числом слоев обеспечивает нужную прочность и поддержку.
Следует отметить, что панели по настоящему изобретению предпочтительно являются несбалансированными, в том смысле, что лицевая сторона панели не содержит соответствующего листа, в отличие от традиционных гипсовых панелей, которые содержат бумагу как на лицевой, так и на задней поверхности панели. Однако, хотя и менее желательно, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения акустическая панель может включать лист, такой как бумага, на лицевой стороне, который может быть удален перед сушкой в печи или, альтернативно, акустически прозрачный лист может оставаться на лицевой стороне готовой панели, в особенности если он включает сделанные через него перфорации, предпочтительно размером с булавочную головку. Например, акустически прозрачный лист может иметь вид декоративной поверхности, как это известно специалистам в данной области. Подходящие для лицевого листа материалы включают, например, перфорированный винил, перфорированную или акустически прозрачную бумагу, нетканое полотно, тканые нити или тканевые материалы и т.п. В некоторых вариантах на основу из листового материала и/или лицевой лист, при его наличии, может быть предварительно нанесено покрытие с вяжущим материалом, таким как предварительно желированный крахмал, для усиления связи между основным и/или лицевым листами, с одной стороны, и переплетенной фиксированной матрицей из затвердевшего гипса акустического слоя и/или уплотненного слоя, с другой стороны.
Предпочтительно предшественник уплотненного слоя, включающий обожженный гипс и воду, наносят на основу из листового материала. Уплотненный слой образуется после того, как предшественник уплотненного слоя застынет с образованием переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса. Уплотненный слой может быть близок по составу акустическому слою, за исключением того, что уплотненный слой имеет большую плотность, что обычно связано с тем, что в нем меньше пустотных полостей, образованных при вспенивании. Поток гипсовой взвеси для формирования уплотненного слоя может быть взят из того же смесителя, который использовался для получения предшественника акустического слоя. Предпочтительно, однако, смесь для формирования предшественника уплотненного слоя не включает то же самое количество пены, что и смесь, используемая для образования предшественника акустического слоя. Поток гипсовой смеси для формирования уплотненного слоя наносится на основу из листового материал сверху относительно предшественника акустического слоя, выходящего из смесителя. В настоящем изобретении, в том случае когда ингредиенты используются из расчета их весовых процентов, следует понимать, что указанное количество представляет собой вес твердого содержимого в смеси с гипсовой взвесью, используемой для формирования предшественника акустического слоя, и может также использоваться в гипсовой взвеси, используемой для формирования предшественника уплотненного слоя, если оба потока берутся из одного и того же смесителя и соответствующие добавки введены в смеситель. Может быть введен арматурный стержень или подобный материал для достижения желательной толщины уплотненного слоя.
Для достижения относительно высокой плотности желательно, чтобы уплотненный слой был выполнен так, чтобы образовалось минимальное количество пустотных полостей, образованных при вспенивании. Так, в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения, пену добавляют к гипсовой взвеси после ее выхода из смесителя через выпускное отверстие, такое как, например, тангенциальный выпускной канал или донный выпускной канал, известные в технике. См. например, патенты США №5683635 и 6494609. Как очевидно специалистам в данной области, в предпочтительных вариантах, когда пену добавляют в выпускной канал, поток гипсовой взвеси для формирования предшественника уплотненного слоя может вытекать из смесителя из одного или нескольких отверстий, так что в предшественник уплотненного слоя включается небольшое количество вспенивателя или он вовсе не включается. В других вариантах, когда вспениватель добавляют в смеситель, желательно использовать один или несколько вторичных смесителей (обычно называемых в технике как «концевые смесители», поскольку они в основном используются в процессе формирования твердых концов стеновой панели) для разбивания пены из смесителя, используемого для получения предшественника уплотненного слоя, и уплотненный слой может формироваться на основе из листового материала. Точное расположение отверстия(ий) в смесителе для образования смеси, используемой для формирования предшественника уплотненного слоя, меняется в зависимости от конкретной конфигурации каждой из производственных линий, и выбор ее решается специалистом в данной области.
Кроме того, как понятно специалистам в данной области, вспениватель в основном подготавливают заранее и добавляют к гипсовой взвеси в форме, включающей воду в качестве носителя. Таким образом, понятно, что добавление вспенивателя в выходящий из смесителя поток предпочтительно по той дополнительной причине, что будет образовываться уплотненный слой, для которого характерно более низкое соотношение воды к затвердевшему гипсу, чем в гипсовой взвеси, которая образует акустический слой, так что плотность такого уплотненного слоя повышается, поскольку объем пустот из-за выпаренной воды будет меньше, чем в акустическом слое.
Кроме вспенивателя в гипсовую смесь могут включаться другие компоненты, используемые для образования акустического слоя, такие как, например, целлюлозное волокно, легкий агрегат, связующее, пенный стабилизатор, ускоритель, пластифицирующее средство и/или материал усилителя для повышения устойчивости к постоянной деформации, в той мере, в какой их наличие в гипсовой взвеси, используемой для формирования уплотненного слоя, нужно и приемлемо. Поскольку такие ингредиенты не являются обязательными для уплотненного слоя, то, если их желательно включать в гипсовую взвесь для формирования акустического слоя, может быть удобно вводить такие ингредиенты в смеситель, так чтобы они в итоге включались как в поток гипсовой взвеси, используемой для формирования предшественника акустического слоя, так и в поток гипсовой взвеси, используемой для формирования предшественника уплотненного слоя. Однако в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения некоторые или все ингредиенты могут вводиться в выпускной поток из смесителя, аналогично ситуации с пеной, так что их наличие устраняется или минимизируется в уплотненном слое.
3
3
3
3
3
3
3
Уплотненный слой в желательной мере повышает прочность панели во влажном состоянии (например, прочность на изгиб) с улучшением ее удобообрабатываемости на движущейся поверхности производственной линии, а также прочность в сухом состоянии и обрабатываемость резанием, так что акустическая панель по настоящему изобретению может устанавливаться легко и без разломов при соблюдении показателей нормального износа и разрыва. Таким образом, уплотненный слой, при его наличии, желательным образом усиливает прочность готовой панели. Уплотненный слой может быть относительно тонким по сравнению с акустическим слоем, поскольку уплотненный слой не должен в обязательном порядке придавать звукопоглощающие свойства панели. В качестве примера можно указать, что уплотненный слой может иметь толщину от примерно 0,05 дюйма до примерно 0,3 дюйма, предпочтительно от примерно 0,125 дюйма до примерно 0,25 дюйма, еще более предпочтительно от примерно 0,175 дюймов до примерно 0,225 дюйма и еще более предпочтительно составляет примерно 0,2 дюйма. Уплотненный слой предпочтительно имеет плотность, равную по меньшей мере примерно 30 фунт/фут, более предпочтительно плотность от примерно 35 фунт/фут до примерно 50 фунт/фут, еще более предпочтительно от примерно 38 фунт/фут до примерно 46 фунт/фут и еще более предпочтительно от примерно 40 фунт/фут до примерно 45 фунт/фут.
Полотняный слой может необязательно включаться в акустическую панель. В тех вариантах, когда в акустическую панель включается уплотненный слой, полотняный слой предпочтительно расположен между уплотненным слоем и акустическим слоем. В процессе изготовления панели полотняный слой предпочтительно наносят на предшественник уплотненного слоя. Полотняный слой предпочтительно включают для дальнейшего усиления прочности и обрабатываемости резанием и для дополнительной поддержки предшественника акустического слоя и самого акустического слоя. В желательном варианте полотняный слой выбирают таким образом, чтобы достичь нужных показателей расширения объема, сравнимых с основой из листового материала, что позволит противостоять короблению в условиях варьирующей влажности, как это очевидно специалистам в данной области. В том случае, когда акустическая панель включает уплотненный слой и полотняный слой, панель имеет в основном следующую структуру: акустический слой, полотняный слой, уплотненный слой, основа из листового материала.
Полотняный слой, в случае его включения, предпочтительно является пористым для облегчения присоединения полотняного слоя к акустическому слою и уплотненному слою, соответственно, и для повышения способности к сушке предшественника уплотненного слоя. В том случае когда полотняный слой непористый, время сушки уплотненного слоя может быть продлено. Сцепление полотняного слоя с уплотненным слоем и акустическим слоем, соответственно, при его присоединении к структуре типа "сэндвича" может быть усилено за счет использования связующего, такого как, например, предварительно желированный крахмал, который наносят на одну или обе поверхности полотняного слоя. Связующее может включаться в смесь, используемую для формирования предшественника акустического слоя и предшественника уплотненного слоя. Связующее может также наноситься на полотняный слой и на основу их листового материала путем распыления.
В качестве примера, но не с целью ограничения, можно отметить, что полотняный слой может иметь форму бумаги, обычно используемой при изготовлении основы из листового материала, полотна из нетканого стекловолокна, тканых стекловолокнистых матов, других матов из синтетического волокна, таких как полиэфир и т.п., и их сочетаний. Предпочтительные типы бумаги включают бумагу, используемую на задней стороне стеновых панелей, а также бумагу, традиционно используемую в гипсовой панели, что известно специалистам в данной области. Может использоваться бумага, такая как бумага для гипсовой основы IMPERIAL, используемая вместе с гипсом IMPERIAL, коммерчески доступные от компании USG. Желательно, чтобы внешние слои бумаги, используемой для полотняного слоя, не обрабатывались гидрофобизатором.
Полотняный слой, в случае его включения, обеспечивает усиление плотности на растяжение и/или плотности на изгиб панели. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения включаемый полотняный слой имеет толщину от примерно 0,003 дюйма до примерно 0,02 дюйма (например, 0,013 дюйма).
Полотняный слой, в случае его включения, наносят на предшественник уплотненного слоя по всей длине с образованием части непрерывной ленты, которая позже разрезается на участки предшественника влажной панели заданных размеров. Конфигурация производственной линии, используемой для нанесения полотняного слоя, меняется в зависимости от типа производственной линии, что известно специалистам в данной области. Например, полотняный материал может иметь вид непрерывного рулона, который разматывается с применением для этого предпочтительно мощных разматывателей. В некоторых вариантах после нанесения уплотненного слоя на основу из листового материала наносят полотняный слой (например, из рулона) на предшественник уплотненного слоя и затем на полотняный слой наносят гипсовую взвесь для образования предшественника акустического слоя.
3
3
Непрерывная полоса и предшественники влажной панели, соответственно, имеют достаточную прочность сырой формовочной смеси для того, чтобы противостоять действию собственного веса, а также воздействию производственных линий, таких как вибрации. В контексте настоящего описания термин "прочность сырой формовочной смеси" относится к прочности во время или после процесса схватывания, перед поступлением полосы или предшественников влажной панели на сушку. Для дальнейшего улучшения удобообрабатываемости полосы на производственной линии сам вес на единицу объема (плотность) непрерывной полосы минимизируется. Несмотря на то, что плотность непрерывной полосы не является строго критическим показателем, предпочтительно, чтобы акустический слой в непрерывной полосе имел максимальную плотность в процессе производства до сушки, равную примерно 53 фунт/фут, более предпочтительно максимальную плотность, равную примерно 43 фунт/фут. Коэффициент отношения количества воды к количеству обожженного гипса корректируют таким образом, чтобы снизить содержание воды для минимизации сырого веса и времени сушки. Кроме того, считается, что сниженный коэффициент вода-штукатурка способствует образованию открытых пустых ячеек в акустическом слое, содержащем гипс, при использовании вспенивателя. Открытая ячеечная структура усиливает акустические свойства в сравнении с закрытыми ячеечными пространствами. Предпочтительно весовое отношение воды к обожженному гипсу в водной взвеси варьирует в диапазоне от примерно 0,5:1 до примерно 1,5:1. Предпочтительно обожженный гипс представляет собой в основном бета-полугидрат и в этом случае коэффициент отношения воды к обожженному гипсу составляет предпочтительно от примерно 0,7:1 до примерно 1,5:1, более предпочтительно от примерно 0,7:1 до примерно 1,4:1, еще более предпочтительно от примерно 0,75:1 до примерно 1,2:1 и наиболее предпочтительно от примерно 0,77:1 до примерно 1,1:1.
Для минимизации коэффициента отношения количества воды к количеству обожженного гипса в водной гипсовой взвеси предпочтительно добавляют пластификатор (например, посредством насоса) для повышения текучести взвеси. Может использоваться любой подходящий пластификатор. Например, пластификатор может иметь вид любого подходящего пластификатора, обычно используемого при производстве гипсовых панелей. Предпочтительны полисульфонаты, такие как, например, нафталинсульфонаты или т.п., карбоксилатные соединения (например, поликарбоксилаты), такие как акрилаты или т.п., и меламиновые соединения, еще более предпочтительными соединениями являются карбоксилатные и меламиновые соединения, поскольку они являются неокрашенными материалами. Например, Diloflo GW, коммерчески доступный от компании GEO Specialty Chemicals, Inc., является подходящим нафталинсульфонатом, и Ethacryl™ 6-3070, коммерчески доступный от компании Lyondell Chemical Company, является подходящим акрилатом.
Пластификатор, если он присутствует, вводят в гипсовую смесь в количестве, достаточном для придания ей достаточной текучести. Например, пластификатор может вводиться в водную взвесь обожженного гипса в количестве примерно до 1,5 вес.%, более предпочтительно в количестве примерно до 1,0 вес.% от содержимого твердых веществ в смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 0,2 вес.% до примерно 0,5 вес.% от количества твердого содержимого смеси. Следует отметить, что в том случае, когда ингредиент добавляют в гипсовую смесь, представляющую собой часть раствора, указанное весовое количество относится к количеству конкретного ингредиента, а не к весовому количеству раствора, в который включается конкретный ингредиент.
Обожженный гипс может иметь вид альфа-полугидрата сульфата кальция, бета-полугидрата сульфата кальция, безводного водорастворимого сульфата кальция или их смесей. В предпочтительных вариантах обожженный гипс имеет вид бета-полугидрата сульфата кальция. Обожженный гипс присутствует в гипсовой смеси в количестве, достаточном для образования переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса. Например, затвердевший гипс может вводиться в водную смесь обожженного гипса в количестве от примерно 50 вес.% до примерно 95 вес.% от твердого содержимого смеси, предпочтительно от примерно 60 вес.% до примерно 94 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 88 вес.% до примерно 94 вес.% от твердого содержимого смеси и еще более предпочтительно в количестве от примерно 90 вес.% до примерно 93,6 вес.% от твердого содержимого смеси.
В предпочтительных вариантах добавляют целлюлозное волокно как усилитель волокнистости в водную гипсовую взвесь. В частности, целлюлозное волокно обеспечивает сухой готовой акустической панели соответствующую прочность на изгиб при соответствующем повышении пластичности, жесткости и прочности сырой формовочной смеси в сырой полосе и во влажном предшественнике панели. Следует понимать, что целлюлозное волокно связывается с затвердевшим гипсом для усиления сцепляемости или образования сетевой структуры на основе переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса для получения непрерывной полосы и/или панели, которая будет менее хрупкой и, в этой связи, менее чувствительной к разрывам на производственной линии.
Целлюлозное волокно может быть введено в любом количестве, достаточном для придания продукту желательной волокнистости. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения целлюлозное волокно присутствует в количестве от примерно 1 вес.% до примерно 12 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 3 вес.% до примерно 6 вес.% от твердого содержимого смеси.
Может использоваться любое подходящее целлюлозное волокно. Предпочтительно, однако, средняя длина целлюлозного волокна меньше, чем примерно 3 мм, более предпочтительно меньше, чем примерно 2 мм. Такое целлюлозное волокно предпочтительно для усиления способности к нарезанию непрерывной полосы и/или панелей. В этом аспекте более длинные целлюлозные волокна могут осыпаться при нарезании. Например, утилизированная газетная бумага или подобный материал могут иметь длину, желательную для использования в практике осуществления настоящего изобретения, по сравнению с использовавшимися ранее гофрированным картоном (ГК) или крафт-бумагой (хотя ГК или крафт-бумага могут использоваться в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения, при желании, особенно, если длина их волокон изменена таким образом, чтобы достичь диапазона предпочтительных размеров). Как очевидно специалистам в данной области, некоторые коммерчески доступные бумажные волокна, такие как, например, бумажное волокно Kayocel 1650, доступное от компании American Fillers and Abrasives, поставляется в смеси с карбонатом кальция в соотношении 1:1. Присутствие карбоната кальция в таких коммерчески доступных продуктах на основе бумажных волокнистых целесообразно, поскольку препятствует комкованию бумажных волокон в процессе обработки.
Акустическую панель предпочтительно изготавливают таким образом, чтобы она имела желательные характеристики, связанные с ее способностью к нарезанию. В этой связи предпочтительно сухая акустическая панель может разрезаться, так что концы разрезанной панели будут иметь гладкий, ровный, эстетически красивый край. Предпочтительно на акустическую панель по настоящему изобретению можно легко нанести зарубку и подвергнуть ее обжиму. В этом аспекте при нанесении зарубки на основу из листового материала (и лицевой лист, при его наличии), например, ножом, вся панель будет ровно обжиматься, что позволит пользователю далее разрезать панель относительно легко на рабочем месте для придания панели желательных размеров и формы. Следует отметить, что способность акустических панелей по настоящему изобретению легко поддаваться нанесению зарубок и обжиму, является значительным преимуществом относительно традиционной акустической панели, в случае которой требуется, чтобы нарезка панелей осуществлялась постоянно. Наиболее предпочтительная акустическая панель по настоящему изобретению также позволяет осуществлять на рабочем месте перед установкой гладкое, ровное нарезание (например, при использовании ножевого устройства с образованием на конце так называемой "теневой линии" с эстетической целью).
3
В предпочтительных вариантах добавляют легкий заполнитель к водной гипсовой взвеси, которая используется для формирования предшественника акустического слоя. Легкий заполнитель предпочтительно имеет объемную плотность, равную примерно 10 фунт/фут или менее. Легкий заполнитель обеспечивает создание заполненного пространства, что способствует снижению плотности и веса акустической панели по настоящему изобретению. Примеры подходящего легкого заполнителя включают, без ограничения, вспученный полистирол (например, нарезанный вспученный полистирол), вспученный вермикулит, вспученный перлит, керамические микросферы, смолистые микросферы и т.п., или их комбинации. Следует отметить, что легкие заполнители, характеризующиеся относительно более высокой потребностью в воде (например, гидрофильные материалы), менее желательны, поскольку в случае их применения требуется, чтобы присутствовало больше воды в водной взвеси гипса. Количество воды сверх того, что требуется по стехиометрии реакции гидратации обожженного кальция, предпочтительно минимизируется в соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения, поскольку присутствие воды нежелательно повышает сырой вес непрерывной полосы и/или предшественника влажной панели. В результате, предпочтительный легкий заполнитель по настоящему изобретению поглощает минимально возможное количество воды. Соответственно, гидрофобный легкий заполнитель, такой как вспученный перлит (например, нарезанный вспученный перлит) или подобный материал, наиболее предпочтительны.
3
3
3
3
3
3
3
Как очевидно специалистам в данной области, традиционные полистироловые шарики (например, с объемной плотностью примерно 40 фунт/фут) могут быть расширены потоком пара с образованием вспученных полистироловых сфер. В этой связи полистироловые смолистые шарики могут быть нагреты, экструдированы с получением любой из возможного множества форм и далее обработаны, например, в циклах расширения паром с последующим охлаждением/затвердеванием. Обычно 3-4 серии расширения паровым потоком используется для получения легкого материала с ячеистой внутренней структурой и предпочтительной плотностью от примерно 0,2 фунт/фут до примерно 0,4 фунт/фут. Вспученные сферы могут иметь любую из множества возможных форм, такую как, например, сферическая форма, полусфера, форма контрольного клейма, E-образная форма, S-образная форма, иногда обозначаемая как форма арахисового ядра, которые обычно используются в процессе компановки, и т.п. Вспученный перлит может быть пропущен через измельчитель или дробилку, и выходящий поток сдерживается различным образом выполненными экранами с получением предпочтительных нарубленных вспученных полистироловых шариков с распределением по размерам. Несмотря на то, что нарубленный вспученный полистирол может иметь любую приемлемую объемную плотность по настоящему изобретению, предпочтительно он имеет объемную плотность от примерно 0,1 фунт/фут до примерно 10 фунт/фут, более предпочтительно от примерно 0,2 фунт/фут до примерно 0,3 фунт/фут. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения по меньшей мере примерно 90% нарубленных вспученных полистироловых шариков проходит через поры 5 мм.
3
3
Легкий заполнитель может вводиться в любом количестве, достаточном для создания желательного количества заполненного пространства, снижения плотности и веса акустической панели. Например, легкий заполнитель может присутствовать в количестве от примерно 0,2 вес.% до примерно 35 вес.% от твердого содержимого смеси. Как очевидно специалистам в данной области, при использовании увеличенных количеств легкого заполнителя в гипсовой смеси, как и в случае использования легкого заполнителя с относительно более высокой плотностью, такого как перлит, количество обожженного гипса может быть относительно ниже, в пределах предпочтительных количеств обожженного гипса, указанных в настоящем описании. В предпочтительных вариантах, включающих нарубленный вспученный полистирол с объемной плотностью от примерно 0,2 фунт/фут до примерно 35 фунт/фут, легкий заполнитель вводится в количестве от примерно 0,2 вес.% до примерно 3 вес.% от веса твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 0,7 вес.% до примерно 3 вес.% от веса твердого содержимого смеси.
Связующее также включается в предпочтительные варианты водной гипсовой взвеси для усиления прочности и целостности переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса в сухой акустической панели и для усиления сцепления переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса и основы из листового материала. Может использоваться любое подходящее связующее или сочетание связующих. Предпочтительно связующее выбирают таким образом, чтобы такое связующее функционировало на границе между бумагой и переплетенной фиксированной матрицей из затвердевшего гипса и в то же время было связующим, которое функционирует внутри переплетенной фиксированной матрицы из затвердевшего гипса. В качестве примера можно указать, что связующее может иметь вид крахмала, такого как, например, немодифицированный кукурузный или пшеничный крахмал, латекса, такого как, например, поливинилацетат, ацетатный, акриловый и стиролбутадиеновый латексы, или их сочетания. Предпочтительно связующее по настоящему изобретению представляет собой акриловый вяжущий материал, такой как, например, самосшивающаяся акриловая эмульсия. Примером самосшивающейся акриловой эмульсии является RHOPLEX HA-16, коммерчески доступный от компании Rohm and Haas. В том случае когда включается акриловый вяжущий материал, предпочтительно его количество составляет от примерно 0,5 вес.% до примерно 3 вес.% от твердого содержимого смеси и более предпочтительно составляет примерно 1 вес.% от твердого содержимого смеси.
Крахмальное связующее может быть включено в гипсовую взвесь, используемую для формирования предшественника акустического слоя или предшественника уплотненного слоя. Мигрирующие и немигрирующие крахмалы известны специалистам в данной области, относящейся к производству гипсовых панелей. Мигрирующие крахмалы могут быть включены в состав взвеси, используемой для формирования предшественника акустического слоя и предшественника уплотненного слоя, используемых для получения акустической панели по настоящему изобретению, когда акустическая панель включает бумагу на обеих сторонах предшественника акустического слоя или на обеих сторонах предшественника уплотненного слоя. Как только один или оба слоя предшественника схватываются, мобильный крахмал начинает перемещаться в зону интерфейса между бумагой и гипсом и, как только гипс застывает, связующее улучшает прилипаемость бумаги к затвердевшему гипсу. Мигрирующие крахмалы не будут в обязательном порядке улучшать прикрепление бумаги к затвердевшему гипсу, когда бумага находится только на одной поверхности гипса, поскольку мобильный крахмал в этом случае имеет тенденцию удаляться от бумаги. Немигрирующие крахмалы могут включаться в состав взвеси для усиления прочности акустического слоя и уплотненного слоя, при его наличии, и также могут использоваться в растворе для нанесения непосредственно на бумагу для усиления связывания с гипсом.
Крахмал, например, если он присутствует, может вводиться в количествах от примерно 0,8 вес.% до примерно 1,5 вес.% от твердого содержимого смеси. Примеры легкодоступных предварительно желированных немигрирующих крахмалов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают (идентифицированные по коммерческим названиям): крахмал GemGel, коммерчески доступный от Manildra Group USA; и крахмал, PCF1000, доступный от компании Lauhoff Grain Co. Примеры легкодоступных не желированных, предварительно не разжиженных кислотой немигрирующих крахмалов, которые могут использоваться в настоящем изобретении, включают (идентифицированные по коммерческим названиям): крахмал Minstar 2000, доступный от компании Minnesota Corn Products Company; и крахмал Clinton 106 Corn Starch, доступный от ADM Company. Примеры легкодоступных мигрирующих крахмалов, которые используются в настоящем изобретении, включают (идентифицированные по коммерческим названиям): крахмал Hi-Bond, доступный от компании Lauhoff Grain Co., и крахмал LC-211, доступный от ADM Company.
В том случае когда в практике осуществления предпочтительного варианта настоящего изобретения используется связующее, указанное связующее предпочтительно включается в водную взвесь обожженного гипса в общем количестве от примерно 0,5 вес.% до примерно 5 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 0,5 вес.% до примерно 2 вес.% от твердого содержимого смеси, еще более предпочтительно в количестве от примерно 0,5 вес.% до примерно 1,5 вес.%.
В соответствии с настоящим изобретением предпочтительно вводят один или несколько вспенивателей для создания пустот в продукте из затвердевшего гипса для усиления его звукопоглощающих свойств и снижения веса. Может использоваться любой из традиционных вспенивателей, известных в данной области, при получении вспененных продуктов с затвердевшим гипсом. Многие такие вспениватели известны и легко доступны коммерчески, например, от компании GEO Specialty Chemicals, Ambler, Pennsylvania. Дополнительное описание используемых вспенивателей дано, например, в патентах США 4676835; 5158612; 5240639 и 5643510 и в публикации по заявке на международный патент PCT WO 95/16515, опубликованной 22 июня 1995 года.
Предпочтительно пену отбирают таким образом, чтобы она образовывала стабильную пенную ячейку в акустическом слое акустической панели. В этой связи считается, что звукопоглощающие свойства усиливаются по мере увеличения площади поверхности пенных полостей в готовом продукте и объединения таких полостей с образованием открытой ячейки. В качестве примера можно отметить, что пенные полости могут иметь средний диаметр менее чем примерно 200 мкм, менее чем примерно 100 мкм, или менее чем примерно 75 мкм. Совокупность пенных пустот в акустическом слое предпочтительно такова, что преобладающее количество пенных пустот имеет диаметр, равный среднему диаметру или приближающийся к нему. Средний диаметр пенных полостей и совокупности пенных пустот может быть оценен с помощью метода сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) при усилении примерно 100Х. Предпочтительно акустический слой имеет объем пенных пустот, составляющий от примерно 35% до примерно 60%, более предпочтительно от примерно 40% до примерно 55%, и еще более предпочтительно от примерно 45% до примерно 50%.
3
Предпочтительно использовать стабилизирующий вспениватель, такой как алкилсульфатный эфир, лауретсульфат натрия, STEOLCS-230, коммерчески доступный от компании Stepan. STEOLCS-230 представляет собой лауретсульфат натрия, получаемый из жирных спиртов, этоксилированных в среднем до двух молей и сульфатированных в процессе непрерывного насыщения SO. В случае выбора алкилсульфатного эфира он предпочтительно характеризуется наличием в среднем по меньшей мере 2-4 эфирных единиц между алкильной и сульфатной единицами.
Пример одного типа вспенивателя, используемого для получения стабильных пен, имеет формулу
3
2
X
2
2
2
Y
3
[CH(CH)CH(OCHCH)OSO]ӨМ+ (формула II),
где Х обозначает число от 2 до 20, Y обозначает число от 0 до 10 и имеет значение более чем 0, по меньшей мере в 50 весовых процентах вспенивателя и М обозначает катион.
Вспениватель вводят в количестве, достаточном для достижения желательных звукопоглощающих характеристик панели. Например, вспениватель может присутствовать в количестве от примерно 0,003 вес.% до примерно 0,4 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 0,005 вес.% до примерно 0,03 вес.% от твердого содержимого смеси, еще более предпочтительно в количестве от примерно 0,009 вес.% до примерно 0,015 вес.% (например, 0,014 вес.%) от твердого содержимого смеси.
Хотя и не требуется, но при желании в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения в водную взвесь обожженного гипса может добавляться стабилизатор образования пены. Примером подходящего стабилизатора образования пены является, например, аминооксид амидоаминного типа (такой как оксид лаурамидопропиламина/миристамидопропиламина, коммерчески доступный от компании Stepan как AMMONYXLMDO) и/или кокамид DEA, такой как NINOL40-CO, коммерчески доступный от компании Stepan. Стабилизатор образования пены, если он включается, может присутствовать в любом приемлемом количестве, в котором он обычно присутствует, если его включают в процесс производства гипсовой панели. В одном варианте осуществления настоящего изобретения вспениватель и стабилизатор образования пены включаются в весовом соотношении 80:10:10 в виде STEOLCS-230: AMMONYXLMDO: NINOL40-CO.
Предпочтительно в водную гипсовую взвесь включают ускоритель для усиления гидратации обожженного гипса до дигидрата сульфата кальция. Любой приемлемый ускоритель может использоваться при осуществлении настоящего изобретения, как хорошо известно специалистам в области производства гипсовых панелей. В качестве примера можно отметить, что может использоваться тонкоизмельченный (например, до размера менее чем примерно 25 мкм) дигидрат сульфата кальция (то есть "кальциевая затравка"), которая известна тем, что усиливает зародышеобразование затвердевших кристаллов кальция, поскольку повышает скорость их кристаллизации. Как известно специалистам в данной области, для усиления теплостойкости гипсовые затравки могут покрываться известным покрывающим средством, таким как сахар (например, сахароза, декстроза и т.п.), крахмал, борная кислота, длинноцепочечная жирная карбоновая кислота, включая ее соли, и их сочетания. Другие известные ускорителя включают, без ограничения, сульфаты, такие как сульфат алюминия, сульфат калия, гидросульфат натрия и их сочетания, и кислоты, такие как серная кислота.
Ускоритель может вводиться в любом приемлемом количестве. Например, ускоритель может присутствовать в количестве от примерно 1 вес.% до примерно 15 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 2 вес.% до примерно 8 вес.% от твердого содержимого смеси, еще более предпочтительно в количестве от примерно 3 вес.% до примерно 5 вес.% от твердого содержимого смеси.
Предпочтительно в водную смесь обожженного гипса включают один или несколько материалов усилителя для усиления прочности продукта и/или его способности сохранять размеры (например, за счет минимизации сморщивания при стрессах в процессе сушки) в процессе получения акустических панелей по настоящему изобретению. Желательно материалы усилителя выбирать таким образом, чтобы они не задерживали скорость или каким-то иным образом не оказывали неблагоприятного воздействия на формирование затвердевшего гипса. В качестве примера можно отметить, что материал носителя может быть выбран из триметафосфатного соединения, полифосфата аммония, включающего 500-3000 повторяющихся фосфатных единиц, и тетраметафосфатного соединения, включая соли или анионные части указанных выше соединений. Следует отметить, что гексаметафосфатное соединение (например, гексаметафосфат натрия), включающее 6-27 повторяющихся фосфатных единиц, может использоваться для усиления устойчивости к провесу, при желании, хотя они не очень благоприятны, поскольку было показано, что снижают прочность и задерживают скорость гидратации обожженного гипса. При осуществлении настоящего изобретения может использоваться один или несколько материалов ускорителя каждого типа, при желании. См., например, заявки на патент США 09/249814 от 16 февраля 1999 года, и 10/015066 от 11 декабря 2001 года.
Использование триметафосфатного соединения (например, его соли или анионной части) особенно предпочтительно. Включение триметафосфатного соединения в процесс гидратации обожженного гипса с образованием затвердевшего гипса приводит к усилению прочности, включая устойчивость к механической деформации (например, провесу) затвердевшего гипса. Триметафосфатное соединение может присутствовать, например, в виде соли, например, триметафосфата натрия, триметафосфата алюминия, триметафосфата калия, триметафосфата аммония, триметафосфата лития или т.п. Может также использоваться сочетание указанных солей. В некоторых вариантах триметафосфатное соединение представляет собой триметафосфат натрия.
Материал усилителя может добавляться к водной взвеси в любом приемлемом количестве, таком как, например, от примерно 0,004 вес.% до примерно 2 вес.% от твердого содержимого смеси, более предпочтительно в количестве от примерно 0,1 вес.% до примерно 0,3 вес.% от твердого содержимого смеси.
В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения образуется сухая смесь, включающая обожженный гипс, целлюлозное волокно, легкий заполнитель, ускоритель и связующее. Сухая смесь отмеряется и вводится в основную камеру для смешивания, где она смешивается с водой. Вспениватель предпочтительно добавляется в виде предварительно приготовленного продукта, хотя в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения вспениватель может добавляться на месте, при желании. Как очевидно специалистам в данной области, пена может быть предварительно получена при смешивании вспенивателя, воздуха и воды в смешивающем устройстве с высокой скоростью сдвига, так что такая предварительно полученная пена затем уже вводится в смеситель. Вспениватель, пластифицирующее средство, материал усилителя и стабилизатор образования пены предпочтительно добавляют в жидком виде в смеситель или в выходящий поток из смесителя, как описано, например, в патенте США №5683635. Например, они могут доставляться (в частности, с помощью насоса) по отдельности, вместе в различных сочетаниях или путем введения в водосодержащую линию, которая затем поступает в смеситель.
Что касается свойств акустической панели по настоящему изобретению, то акустическая панель имеет присущую ей звукопоглощающую пористую структуру акустического слоя, что исключает необходимость создания механическим способом отверстия. Акустическая панель по настоящему изобретению имеет требуемые акустические характеристики, так что может быть достигнут желательный коэффициент звукопоглощения в соответствии с нормами ASTM C 423-02, где поглощение измеряют в отражающей комнате путем определения скорости затухания. Желательное значение нормального поглощения случайного звука может быть достигнуто в соответствии с нормами модифицированного ASTM E 1050-98, где нормальное поглощение случайного звука измеряют в акустической трубке с использованием в среднем четырех частот, таких как 250, 500, 1000 и 1600 Гц. ASTM E 1050-98 считается «модифицированным» вариантом, поскольку в нем четвертая частота составляет 1600 Гц, а не 2000 Гц. Образец измеряют без воздушного пространства в качестве подложки, то есть в положении, когда акустическая панель находится на плоской металлической поверхности, как в системе тестирования материалов Bruel&Klaer Pulse™ Material testing system, состоящей из программы тестирования материала типа 7758 (Pulse™ Material testing Program Type 7758), двухмикрофонной трубки для измерения сопротивления типа 4206 (диаметр 400 мм), усилителя мощности типа 2706 и Pulse™, системы мультианализатора типа 3560. Предпочтительно акустические панели по настоящему изобретению демонстрируют нормальное поглощение случайного звука на уровне по меньшей мере примерно 0,32, по данным определения по методике модифицированного ASTM E 1050-98. Более предпочтительно акустические панели по настоящему изобретению демонстрируют нормальное поглощение случайного звука на уровне, по меньшей мере, примерно 0,35, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,39, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,42, еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,45 и еще более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 0,49. Величина нормального поглощения случайного звука приведена в настоящем описании для акустической панели, состоящей из самого акустического слоя, и для акустической панели, включающей акустический слой и другие компоненты, такие как основа из листового материала, уплотненный слой, полотняный слой и их сочетание.
Предпочтительно акустическая панель демонстрирует коэффициент звукопоглощения на уровне по меньшей мере примерно 0,5, в соответствии с нормами ASTM С 423-02, и более предпочтительно по меньшей мере примерно на уровне или около 1,0. Например, в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения панель по настоящему изобретению имеет коэффициент звукопоглощения, в соответствии с ASTM C 423-02, равный по меньшей мере примерно 0,55, еще более предпочтительно коэффициент звукопоглощения, по меньшей мере, равен примерно 0,6, еще более предпочтительно коэффициент звукопоглощения равен, по меньшей мере, примерно 0,7, еще более предпочтительно коэффициент звукопоглощения равен, по меньшей мере, примерно 0,7 и еще более предпочтительно коэффициент звукопоглощения равен, по меньшей мере, примерно 0,9. Коэффициент звукопоглощения приведен в настоящем описании для акустической панели, состоящей из самого акустического слоя, и для акустической панели, включающей акустический слой и другие компоненты, такие как основа из листового материала, уплотненный слой, полотняный слой и их сочетания.
2
2
В предпочтительных вариантах акустические панели по настоящему изобретению демонстрируют прочность на изгиб, в соответствии с нормами модифицированного ASTM С 367-99, равную, по меньшей мере, примерно 100 фунт/дюйм, более предпочтительно по меньшей мере примерно 120 фунт/дюйм. В этом отношении ASTM С 367-99 был модифицирован таким образом, что образец имеет ширину 3 дюйма и длину 10 дюймов с использованием размаха 8 дюймов. Предпочтительно акустические панели по настоящему изобретению демонстрируют поверхностную твердость, в соответствии с нормами ASTM С 367-99, составляющую, по меньшей мере, примерно 100 фунтов, более предпочтительно, по меньшей мере, примерно 200 фунтов и входят по параметру обжига поверхности в класс А, в соответствии с нормами ASTM Е 84-01.
Все документы, включая публикации, патентные заявки и патенты, приведенные в настоящем описании, включены в него в качестве ссылок в той мере, в которой каждая из ссылок индивидуально и конкретно соответствует включению в качестве ссылки, и приведены полностью.
Несмотря на то, что настоящее изобретение описано на примерах его предпочтительных вариантов его осуществления, специалистам в данной области очевидно, что возможны вариации и что настоящее изобретение может быть осуществлено иным способом, чем это конкретно описано. Соответственно, настоящее изобретение включает все модификации, охватываемые областью настоящего изобретения и входящие в объем, определяемый прилагаемой формулой изобретения.