НЕТКАНЫЙ МАТЕРИАЛ НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ, ПРИМЕНИМЫЙ С ПРОДУКТАМИ АКУСТИЧЕСКОЙ ПОТОЛОЧНОЙ ПЛИТКИ
LOW-DENSITY NONWOVEN FABRIC, APPLIED WITH PRODUCTS OF ACOUSTIC CEILING TILES

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] Изобретение относится к нетканому материалу и, в частности, к нетканому материалу низкой плотности, пригодному для обеспечения термической и звуковой изоляции, подходящему для применения в качестве акустической потолочной плитки.
ПРЕДПОСЫЛКИ
[0002] Традиционной акустической потолочной плиткой является нетканая структура, включающая ядро, состоящее из основных волокон, наполнителей и связующих, объединенных для формирования структуры потолочной плитки. Основные волокна обычно представляют собой минеральную шерсть или стекловолокно. Наполнителями могут быть перлит, глина, карбонат кальция, целлюлозные волокна и т.п. Связующими типично являются целлюлозные волокна, крахмал, латекс и т.п. При сушке связующее образует связи с основными волокнами и наполнителями с формированием волокнистой сетки, которая обеспечивает структурную жесткость плитки и образует пористую структуру для поглощения звука. Для применения в качестве типичной потолочной плитки нетканая структура или плита основания должна быть в значительной степени плоской и самоподдерживающейся для того, чтобы быть подвешенной на типичной потолочной плиточной сетке или подобной структуре.
[0003] Для нетканых структур, подходящих для применений в качестве акустической потолочной плитки, нетканая структура также должна соответствовать различным промышленным стандартам и строительным нормам, касающимся снижения шума и степени пожарной опасности. Например, промышленные стандарты требуют, чтобы потолочные плитки имели степень пожарной опасности Класса А согласно ASTM E84, для чего обычно требуется индекс распространения пламени менее чем 25 и индекс распространения дыма менее чем 50. Что касается снижения шума, промышленные стандарты обычно требуют, чтобы акустическая потолочная плитка имела коэффициент шумоподавления (NRC) согласно ASTM C423 по меньшей мере приблизительно 0,55.
[0004] Акустические потолочные плитки обычно сформированы процессом мокрой выкладки, при котором применяют водную среду для переноса и формования плиточных компонентов в желаемую структуру. Основной процесс включает начальное смешивание различных плиточных ингредиентов в водную взвесь, перенос взвеси в секцию формования в напорном ящике и распределение взвеси по подвижной, пористой проволочной сетке в однородную плиту, имеющую желаемые размер и толщину. Вода удаляется, и затем плита сушится. Высушенная плита окончательно может быть превращена в структуру потолочной плитки путем разрезания, вырубания, покрытия и/или ламинирования обработанной поверхности в плитку. В процессе мокрой выкладки вода служит транспортной средой для различных плиточных ингредиентов. Однако, несмотря на удобное для высокой производительности и возможности применения исходных материалов с низкой стоимостью (например, повторно использованных волокон газетной бумаги, повторно использованной гофрированной бумаги, обрезков волокон сложного полиэфира, хлопковых линтеров, отработанных волокон и т.п.), применение воды для изготовления акустической потолочной плитки представляет ряд недостатков, которые делают процесс и сформованный продукт менее желательными.
[0005] В процессе мокрой выкладки используется много воды для транспортировки и формирования компонентов в структуру потолочной плитки. В результате большое количество воды должно быть удалено из продукта. Большинство влажных процессов, следовательно, включают удаление воды одной или несколькими стадиями свободного или гравитационного дренирования, высокого и низкого вакуума, прессования и испарения. К сожалению, данные стадии процесса влекут за собой большие расходы энергии, необходимые для транспорта и для удаления воды. Таким образом, переработка больших объемов воды для формирования плитки вместе с последующим удалением и выпариванием воды делает типичный процесс мокрой выкладки относительно дорогим из-за высоких стоимостей оборудования и эксплуатации.
[0006] Также сложно применять процесс мокрой выкладки для формирования акустической потолочной плитки, обладающей высокими свойствами поглощения звука. В процессе мокрой выкладки сформированные потолочные плитки, как правило, имеют герметизированную поверхность из-за природы ингредиентов в составе мокрой выкладки. Потолочная плитка с герметизированной поверхностью обычно характеризуется менее эффективным акустическим экраном, поскольку плитка менее пористая, что делает плиту менее способной к поглощению звука. Герметизированная плиточная поверхность фактически может отражать звук, что является нежелательной характеристикой для акустической потолочной плитки.
[0007] Полагают, что эти нежелательные акустические характеристики возникают из-за гидрофильной природы плиточных ингредиентов, обычно использованных в процессе мокрой выкладки. Целлюлозные волокна (например, повторно используемая газетная бумага), которые обычно применяются как связующее низкой стоимости и наполнитель в потолочной плитке, являются высокогидрофильными и поглощающими большое количество воды. Частично благодаря таким гидрофильным компонентам, плитки мокрой выкладки типично характеризуются высоким содержанием поглощенной влаги (т.е. уровень влаги листа непосредственно перед помещением в сушильный шкаф или печь) от приблизительно 65 до приблизительно 75 процентов, что увеличивает потребность выпаривания во время сушки. В результате высокое поверхностное натяжение образуется на плиточных ингредиентах во время сушки, поскольку вода удаляется из этих гидрофильных компонентов. Вода, полярная молекула, придает поверхностное натяжение другим компонентам. Такое поверхностное натяжение обычно вызывает герметизацию плиточной поверхности с менее пористой структурой. Полагают, что поверхностное натяжение стягивает элементы в плитке ближе друг к другу, уплотняя структуру и закрывая поры плитки при процессе. Следовательно, потолочным плиткам, полученным мокрой выкладкой, требуется дополнительная обработка для перфорирования плитки для достижения приемлемого снижения шума. Поэтому, хотя процесс мокрой выкладки может быть приемлемым из-за повышенной производительности и возможности применения материалов низкой стоимости, использование воды в качестве транспортной среды делает процесс и получающиеся в результате продукт менее рентабельными, когда для продукта требуются акустические характеристики.
[0008] В некоторых случаях латексное связующее также может быть использовано в акустических потолочных плитках и часто является предпочтительным в процессе мокрой выкладки с использованием минеральной шерсти в качестве основного волокна. Тем не менее, латекс, как правило, является самым дорогостоящим ингредиентом, применяемым в составе потолочной плитки; следовательно, желательно ограничить применение этого ингредиента с относительно высокой стоимостью. Другими связующими, обычно применяемыми в потолочных плитках, являются крахмал и, как описано выше, целлюлозные волокна. Крахмал и целлюлоза, однако, являются гидрофильными и имеют склонность впитывать воду во время обработки и вызывать проблемы высокого поверхностного натяжения, описанные выше.
3
3
[0009] Общий недостаток акустических потолочных плиток, изготовленных с применением процесса мокрой выкладки, заключается в том, что сформированные плитки обычно имеют более высокую плотность из-за вышеописанного механизма. Высокая плотность часто связана с высоким сопротивлением потоку воздуха, что нарушает акустическое поглощение. Типично, плитки, изготовленные с традиционной формулой, характеризуются плотностью от приблизительно 12 фунтов/фут до приблизительно 20 фунтов/ фут в зависимости от их композиции. Они также обладают коэффициентом шумоподавления (NRC) от приблизительно 0,55 до приблизительно 0,80, в зависимости от конкретной композиции. Для плит основания с подобными композициями более низкая плотность обычно приводит к более низкому сопротивлению потоку воздуха или более высокой пористости, что, таким образом, улучшает акустическое поглощение. Однако если композиция отличается, связь плотности с пористостью не обязательна, как указано выше.
[0010] Были разработаны альтернативные связующие волокна, но такие альтернативные волокна все еще изготавливаются с применением гидрофильных компонентов, и, следовательно, они будут обладать теми же недостатками, обнаруженными в существующих ингредиентах потолочной плитки. Например, в патентах США №№6818295 и 6946506 и в публикации США №2005/0026529 описывают очень тонкое волокно, имеющее множество микрофибрилл. Изобретатели по данным ссылкам предполагают, что микрофибриллы механически усиливают нетканый материал для обеспечения улучшенного предела прочности на разрыв. Волокна по данным ссылкам, однако, все еще составлены с применением крахмальной матрицы, которая обеспечивает связывание природного полимера с компонентами. Крахмал является важным в этих случаях, поскольку он позволяет любому сформированному материалу быть биоразлагаемым. Однако, если для формирования потолочной плитки применяли крахмал, описанный в этих ссылках, образованная плитка будет обладать теми же недостатками, что обнаружены в плитках при мокрой выкладке, из-за гидрофильной природы крахмала. То есть, как описано выше, ожидается, что крахмальная матрица создаст высокое поверхностное натяжение во время удаления воды и будет склонна формировать герметизированную поверхность, снижающую способность плитки поглощать звуки. Кроме того, в этих ссылках предполагают, что крахмальная матрица может быть удалена из структуры волокна, и будут использоваться только микрофибриллы. В таком случае, однако, если в потолочной плитке использованы только отдельные микрофибриллы без преимущества структуры основного волокна, они не будут обеспечивать достаточное сцепление матрицы и прочность для функционирования в качестве эффективного связующего в структуре потолочной плитки.
[0011] Следовательно, существует потребность в нетканой структуре низкой плотности с минимумом гидрофильных компонентов, которая является плоской, самоподдерживающейся и подходящей под промышленные стандарты для акустической потолочной плитки (т.е., и термические, и акустические свойства), которая соответствует ожиданиям потребителя для ручной резки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
3
[0012] В основном представлен нетканый материал низкой плотности, включающий неорганическое основное волокно и синтетическое термическое связывающее волокно. В одном подходе нетканый материал низкой плотности способен быть сформованным в ядро или плиту основания, имеющие предварительно определенный основной вес и низкую плотность, достаточные для обеспечения в основном плоского, жесткого и самоподдерживающегося материала, который способен обеспечивать и термические, и звуковые характеристики, достаточные для применения в акустической потолочной плитке. Выражение "плоский" или "плоскость", применяемое в данном описании, означает величину прогиба посередине, если панель длиной 2 фута помещается на сетку. Например, в основном плоская панель может иметь величину прогиба приблизительно 0,25 дюйма или меньше. Как применяется в данном описании, "низкая плотность" обычно относится к приблизительно 10 фунтам/фут (фунтов/куб, фунт) или меньше и обычно находится в диапазоне от приблизительно 7 фунтов/куб, фунт до приблизительно 13 фунтов/куб, фунт. Так же, как обсуждалось в данном описании, "пористость" оценивается количественно сопротивлением потоку воздуха и может быть тестирована согласно ASTM C423 и С386. К тому же, в данном описании рассматривается, что предпочтительная толщина плиток, изготовленных с использованием процесса, описанного в данном документе, обычно находится в диапазоне от приблизительно 0,5 дюйма до приблизительно 1,0 дюйма.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0013] В качестве примера нетканый материал способен формировать в основном плоское или двухмерное самоподдерживающееся, устойчивое к провисанию ядро, которое имеет коэффициенты шумоподавления по меньшей мере приблизительно 0,55 по ASTM C423 и степень пожарной опасности Класса А с индексом распространения пламени приблизительно 25 или меньше и индексом распространения дыма приблизительно 50 или меньше по ASTM E84. Даже при низкой плотности ядро также предпочтительно проявляет высокую прочность на изгиб, но его все же можно резать вручную, например, с использованием универсального ножа с легким или минимальным давлением.
[0014] В различных вариантах осуществления неорганическое основное волокно предпочтительно представляет собой минеральную шерсть, шлаковую шерсть, каменную шерсть или их смеси, которые предпочтительно имеют содержание включений до приблизительно 60 процентов от массы и наиболее предпочтительно от приблизительно 10 до приблизительно 45 процентов от массы. Как используется в данном документе, включение минеральной шерсти обычно относится к побочному продукту процесса изготовления минеральной шерсти, содержащему неволоконную, минеральную частицу, характеризующейся диаметрами в диапазоне от приблизительно 50 микрон до приблизительно 500 микрон. Подходящими неорганическими основными волокнами являются волокна сорта Thermafiber FRF (USG Interiors, Inc., Чикаго, Иллинойс); однако также могут быть использованы другие неорганические основные волокна, такие как стекловолокно и т.п. Неорганические волокна предпочтительно характеризуются средней длиной от приблизительно 0,1 мм до приблизительно 4 мм и средним диаметром от приблизительно 1 до приблизительно 15 микрон. В одном подходе ядро нетканого материала включает от приблизительно 30 до приблизительно 95 процентов каменной шерсти или шлаковой шерсти по массе.
[0015] В различных вариантах осуществления синтетическое термическое связывающее волокно предпочтительно представляет собой однокомпонентное или двухкомпонентное синтетическое волокно, которое при нагревании до соответствующей температуры плавится или связывается с окружающими материалами. Предпочтительно нетканый синтетический материал включает от приблизительно 0,1 до приблизительно 50 процентов и наиболее предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 25 процентов синтетических однокомпонентных или двухкомпонентных волокон по массе. Как используется в данном документе, "синтетический" относится к волокну, изготовленном с применением компонентов неприродного происхождения. Например, синтетические термические связывающие волокна предпочтительно состоят из полиакрилового, этиленвинилацетата, сложного полиэфира, полиолефина, полиамида, фенол-формальдегида, поливинилового спирта, поливинилхлорида или их смесей. Эти материалы обычно характеризуются точкой плавления от приблизительно 100°С до приблизительно 250°С. Определенные синтетические термические связывающие волокна, которые могут использоваться, состоят из полиолефиновых смол и характеризуются точкой плавления по меньшей мере одного компонента от приблизительно 125°С до приблизительно 136°С. Волокна, состоящие из материалов, отличных от полиолефиновых смол, также могут применяться и могут обладать лучшими свойствами, такими как прочность, но которые, вероятно, более дорогие.
[0016] В одном подходе предпочтительные синтетические термические связывающие волокна обычно не являются биоразлагаемыми и в основном не содержат крахмалов, белков и других встречающихся в природе полимеров, которые в значительной мере гидрофильные и приведут к свойствам нежелательного поверхностного натяжения, присущим волокнам известного уровня техники. Как обсуждается ниже, синтетические термические связывающие волокна здесь обычно остаются гидрофобными, даже если обработаны с получением гидрофильной поверхности для улучшения стабильности дисперсии.
2
2
2
[0017] Предпочтительные синтетические термические связывающие волокна характеризуются высокой площадью поверхности относительно длины и диаметра волокна для обеспечения высокой площади поверхности сцепления. Например, предпочтительные синтетические связывающие волокна характеризуются средней длиной менее чем 3 мм (предпочтительно от приблизительно 0,1 до приблизительно 3 мм), средним диаметром менее чем 50 микрон (предпочтительно от приблизительно 5 до приблизительно 30 микрон), но большой площадью поверхности, более чем около 0,5 м/грамм, и предпочтительно от приблизительно 1 до приблизительно 12 м/грамм. Такая площадь поверхности приблизительно на одну - две величины больше чем у коммерчески доступных однокомпонентных или двухкомпонентных термических связывающих волокон, которые обычно характеризуются площадью поверхности от приблизительно 0,1 до приблизительно 0,4 м/грамм для волокон от 1 до 6 денье.
3
2
[0018] В Таблице 1 представлен перечень площадей поверхности стандартных, коммерчески доступных нефибриллированных волокон на основе денье и плотности. Например, как показано в таблице, если волокно характеризуется нитями 3 денье и плотностью 0,95 г/см, площадь поверхности стандартных, коммерчески доступных нефибриллированных волокон будет составлять 0,199 м/г.
ТАБЛИЦА 1
Площадь поверхности стандартных нефибриллированных синтетических волокон в м<sup>2</sup>/г
Денье на нить
Плотность 0,90 г/см<sup>3</sup>
Плотность 0,95 г/см<sup>3</sup>
Плотность 1,00 г/см<sup>3</sup>
Плотность 1,10 г/см<sup>3</sup>
1
0,354
0,345
0,336
0,321
2
0,251
0,244
0,238
0,227
3
0,205
0,199
0,194
0,185
4
0,177
0,172
0,168
0,160
5
0,158
0,154
0,150
0,143
6
0,145
0,141
0,137
0,131
[0019] Для достижения такой высокой площади поверхности относительно длины и диаметра волокна в данном документе волокна предпочтительно означают вытянутое волоконное основание или основную часть и множество микроветвлений или микрофибрилл, тянущихся наружу от внешней поверхности вытянутого волоконного основания, или группу микрофибрилл. Например, элементарное волокно может означать многочисленные микрофибриллы, каждая из которых характеризуется диаметром от приблизительно 0,1 микрон до одного 10 микрон. Фибриллированные волокна с подходящей высокой площадью поверхности могут быть получены от Mitsui Chemicals America (Rye Brook, Нью-Йорк) или Minifibers (Johnson City, Теннесси).
[0020] В предпочтительных вариантах осуществления синтетические термические связывающие волокна предпочтительно являются гидрофобными и поэтому обычно не приводят к повышенному поверхностному натяжению во время сушки, что выявлено в сформованных мокрой выкладкой потолочных плитках известного уровня техники. Синтетические термические связывающие волокна предпочтительных вариантов осуществления образуют в основном пористую и пушистую структуру, способную обеспечить желаемые характеристики уменьшения звука при низкой плотности. Полагают, что одна из причин, по которой полученная в результате структура является более пористой, заключается в том, что имеется меньше водородных связей, когда есть больше гидрофобных термических связывающих волокон по сравнению со структурами, в которых больше целлюлозы. С другой стороны, высокая площадь поверхности фибриллированных синтетических волокон создает увеличенные участки сцепления, улучшая прочность без ущерба режущей способности.
[0021] В некоторых случаях гидрофобная природа синтетических волокон осложняет их диспергирование в водной взвеси. Для улучшения стабильности дисперсии поверхность синтетических термических связывающих волокон также может быть обработана для придания внешней поверхности или части внешней поверхности гидрофильности. Чтобы сделать внешнюю поверхность гидрофильной, изготовитель волокна вводит определенные гидрофильные функциональные группы, такие как карбоксильная группа (-СООН) или гидроксильная группа (-ОН), в полимер, применяемый для формирования волокон. С гидрофильной внешней поверхностью синтетические термические связывающие волокна обычно более стабильны в водной взвеси.
[0022] Данные нетканые материалы в основном дают желаемые коэффициенты шумоподавления по меньшей мере 0,55 и больше. Полагают, что по меньшей мере два механизма могут быть ответственны за характеристики снижения шума с плотностями ядра от приблизительно 7 до 13 фунтов/куб. фунт. Во-первых, как описано выше, предпочтительные синтетические термические связывающие волокна являются гидрофобными, что снижает поверхностное натяжение ядра во время сушки. В результате гидрофобные волокна обычно предотвращают закупорку пор на поверхности и основной части сформованного ядра, что возникает в гидрофильных волокнах известного уровня техники. К тому же также наблюдается, что даже если волокна обрабатываются с получением гидрофильной поверхности, синтетическое, фибриллированное термическое связывающее волокно в целом все еще проявляет гидрофобные свойства со снижением поверхностного натяжения при сушке.
[0023] Полагают, что гидрофильные обработанные волокна все еще проявляют склонности к гидрофобности во время сушки, поскольку обработанные волокна включают достаточно гидрофильных функциональных групп, присоединенных к гидрофобным полимерным цепям, так, что они могут быть суспендированы в воде и диспергированы с другими ингредиентами. Однако масса этих волокон все еще является гидрофобной, и они характеризуются очень низким поглощением воды. Когда полимер плавится, он не теряет эти группы так, что тенденция к гидрофобности сохраняется.
[0024] Во-вторых, синтетические термические связывающие волокна включают, по меньшей мере, часть, для которой задается плавление при предварительно определенной температуре, где основные волокна и другие компоненты ядра связаны друг с другом. В случае фибриллированных синтетических термических связывающих волокон предпочтительно отсутствие сцепления между любыми компонентами ядра до этой предварительно определенной температуры плавления. В результате полагают, что даже с процессом мокрой выкладки неорганическое основное волокно и другие ингредиенты будут обычно принимать более природную/пушистую конфигурацию или форму, как выявлено в процессе воздушной выкладки. В частности, с применением неорганического основного волокна минеральной шерсти сформованная плита обычно становится очень рыхлой или пушистой, поскольку эти волокна относительно плотные и образуют пушистую структуру. Следовательно, как только ядро окончательно достигает точки плавления синтетического связывающего волокна после сушки, связующий материал сплавляет матрицу плотной минеральной шерсти в эту пушистую структуру. При охлаждении фибриллированные, синтетические связывающие волокна закрепляют плиточные компоненты и обеспечивают жесткость плитке даже с пушистой структурой. Поскольку синтетические волокна не проявляют повышенного поверхностного натяжения связующих известного уровня техники, сформированная пушистая структура обычно остается в неизменном виде, а не уплотняется из-за поверхностного натяжения, вызванного выпариванием воды.
[0025] Необязательно нетканое ядро может включать другие компоненты. Например, ядро может включать другие наполнители, такие как целлюлозные волокна (т.е. газетная бумага), карбонат кальция, перлит, стеклянные гранулы, глина, грануляты, корка и т.п., по необходимости. При необходимости функциональные химикаты, такие как цеолит, активированный углерод и т.п., также могут быть добавлены в плиту основания обычно для обеспечения способности воздушной очистки. Вдобавок к неорганическим основным волокнам и синтетическим термическим связывающим волокнам ядро также может включать другие необязательные волокна, такие как природные волокна (лен, бамбук, целлюлоза, сизаль и т.п.), стекловолокно, другие неорганические волокна, органические волокна и их смеси, по необходимости. Если нужно, нетканый материал также может включать порошкообразную, жидкую или латексную смолу, нанесенную на одну или несколько поверхностей или впитанную в сформованную плиту основания для обеспечения дополнительной жесткости, сцепления, водного барьера или других функциональных свойств. Например, до приблизительно 30 вес. процентов смолы может быть нанесено на одну или обе поверхности плиты основания.
[0026] К тому же сформованная плита основания может содержать один или несколько слоев нетканых материалов. Если она многослойная, каждый слой может характеризоваться подобными или отличающимися свойствами по сравнению с другими слоями, например подобные или отличающиеся основные массы, плотности и композиции, при необходимости для конкретного применения. Несколько слоев могут быть сформированы ламинированием нескольких плит основания вместе или могут быть сформированы в линии с применением формовочной машины с несколькими головками.
[0027] Нетканые материалы, содержащие неорганическое основное волокно и синтетическое термическое связывающее волокно, могут быть сформованы в ядро, подходящее для акустической потолочной плитки, с применением любого стандартного процесса для формирования нетканых материалов, такого как процесс формования мокрой выкладкой, сухой выкладкой или воздушной выкладкой. Например, при применении процесса мокрой выкладки синтетическое термическое связывающее волокно предпочтительно сначала разделяют на волокна гидравлическим пульпером, дефлокулятором, рифайнером или другим подходящим оборудованием. Разделенное на волокна синтетическое волокно затем смешивается в водную взвесь. В одном подходе предпочтительно, чтобы взвесь имела содержание твердых веществ от приблизительно 1 до приблизительно 15 процентов. Затем такая взвесь может применяться для формирования нетканого ядра, включающего от приблизительно 0,1 до приблизительно 50 процентов от массы синтетического термического связывающего волокна и от приблизительно 50 до приблизительно 95 процентов от массы неорганического основного волокна, такого как минеральная шерсть, шлаковая шерсть и/или каменная шерсть, с применением стандартного напорного ящика мокрой выкладки.
[0028] Затем после формирования ядра вода удаляется путем самотечного дренажа, вакуума и/или нагревания по необходимости. Типичный уровень поглощенной влаги для нетканого материала в соответствии с данным изобретением (т.е. уровень влаги листа непосредственно перед введением в сушильный шкаф или печь) при вакуумировании при от приблизительно 7 дюймов ртутного столба до приблизительно 10 дюймов ртутного столба составляет приблизительно 60%. В отличие от этого, типичное содержание влаги для листов, сделанных из стандартных материалов, составляет 70%. Поскольку содержание синтетического волокна увеличивается, поглощенная влага уменьшается. При необходимости может быть применено давление для обеспечения гладкой поверхности плиты и для облегчения контроля конечной плотности. Предпочтительно сушильный шкаф работает при приблизительно 300°F или по меньшей мере от приблизительно 5 до приблизительно 50°F выше точки плавления синтетического связывающего волокна для обеспечения достаточного плавления и сцепления плиточных ингредиентов. При необходимости после нагревания ядро или плита также могут быть охлаждены и/или помещены в систему циркуляции воздуха.
[0029] Для достижения однородного распределения нетканой плиты предпочтительным является хорошо диспергированное синтетическое термическое связывающее волокно. Обнаружено, что оптимальная дисперсия синтетических волокон и неорганических основных волокон может быть достигнута с применением взвеси температурой приблизительно 50°С, а в диапазоне от приблизительно 30°С до приблизительно 70°С, как было показано, работает хорошо. Полагают, что этот диапазон температуры является важным, поскольку некоторые коммерческие фибриллированные синтетические волокна продают как влажную массу, которая требует репульпации перед использованием. Более высокая температура помогает снижать время мокрой закладки и дисперсии. Далее взвесь смешивается в течение от приблизительно 10 минут до приблизительно 30 минут, пока взвесь не становится в значительной степени гомогенной. Предпочтительно синтетические термические связывающие волокна также диспергируются в воде перед добавлением других компонентов взвеси для обеспечения хорошего качества дисперсии. Для контроля дисперсии взвесь следует проверять при помощи стеклянного цилиндра или голубого стекла для гарантии полного диспергирования синтетического волокна.
[0030] Одной причиной, по которой важно обеспечить достаточное время, необходимое для полной дисперсии, является то, что некоторые коммерческие фибриллированные синтетические волокна, как только что упоминалось, имеют форму плит, для которых нужна дисперсия перед применением. Полная дисперсия репульпация гарантирует, что волокна обеспечивают максимальное число участков сцепления, следовательно, улучшение механической прочности и пористости. Если дисперсия неудовлетворительная, волокна могут связываться вместе сами с собой, и они могут терять эффективность в качестве связующего. С другой стороны, некоторые коммерческие синтетические волокна сушатся со вспушиванием и не требуют много времени для достижения удовлетворительной дисперсии.
[0031] К тому же, как описано выше, для улучшения качества дисперсии поверхность синтетических волокон также может быть обработана для придания им гидрофильности, по меньшей мере на их внешней поверхности. В случае двухкомпонентных волокон механическая предварительная обработка может сделать волокна более подходящими для изготовления потолочных плиток. Предварительная обработка включает сушку волокон, измельчение волокон и создание нитей. Сам по себе процесс сухого измельчения также образует достаточно сил и сдвигающих действий для дальнейшего фибриллирования волокон.
[0032] Преимущества и варианты осуществления нетканых материалов, описанных в данном документе, далее иллюстрируются следующими примерами; однако конкретные материалы и их количества, перечисленные в данных примерах, а также другие условия и подробности, не должны рассматриваться как ограничивающие нетканый материал. Все указанные выше и далее процентные соотношения и представлены по весу, если не указано иное.
ПРИМЕРЫ
[0033] ПРИМЕР 1
Приблизительно 75 грамм Е 380F высушенной со вспушиванием полиэтиленовой массы (Minifibers) диспергировали в воде, а затем смешивали с приблизительно 425 граммами минеральной шерсти при приблизительно 5 процентной консистенции в течение приблизительно 4 минут (приблизительно 15 процентов полиэтиленовой массы на основе сухих твердых веществ). Взвесь вылили в формовочный ящик 14×14 дюймов. Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли при помощи приблизительно 7" Hg вакуума. Без прессования сформованный лист поместили непосредственно в сушильный шкаф при приблизительно 300°F на 3 часа. После охлаждения лист стал относительно жестким. Сформованная плитка обладала следующими характеристиками:
Толщина
1,2 дюйма
Шумоподавление (NRC)
0,88
Плотность
8,2 фунта/куб, фунт.
[0034] ПРИМЕР 2
Приблизительно 75,6 грамма Е 380F волокон диспергировали в воде и смешивали приблизительно с 428,4 грамма минеральной шерсти при 5 процентной консистенции в течение 4 минут, как в Примере 1 (приблизительно 15% E380F волокон). Сырье вылили в формовочный ящик, как в Примере 1. Избыточную воду сначала дренировали, а затем далее удаляли при помощи приблизительно 8" Hg вакуума в течение приблизительно 30 секунд. Затем плиту прессовали до толщины приблизительно 0,45" и сушили в печи при 300°F в течение 3 часов. При охлаждении лист стал относительно жестким. Сформованная лист обладал следующими характеристиками:
Толщина
0,97 дюйма
Плотность
9,2 фунта/куб. фунт
Шумоподавление (NRC)
0,82
Модуль разрыва (MOR)
15 фунтов на кВ. дюйм
[0035] ПРИМЕР 3
Fybrel E790 (Mitsui Chemicals America) в форме влажной массы сначала диспергировали в гидравлическом пульпере при приблизительно 4,8 процентной консистенции. После смешивания приблизительно 47,1 грамма Fybrel790 с приблизительно 267 граммами минеральной шерсти в течение 4 минут, взвесь вылили в формовочный ящик 14"×14" (приблизительно 15 процентов Fybrel). Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли приблизительно 8" Hg вакуумом в течение приблизительно 30 секунд. Затем лист прессовали до толщины приблизительно 0,295" и сушили в печи при 300°F течение 3 часов. После охлаждения лист стал относительно жестким. Лист проявлял следующие характеристики:
Толщина
0,7 дюйма
Плотность
7,81 фунта/куб, фунт
Шумоподавление (ENRC)
0,61
Модуль разрыва (MOR)
6 фунтов на кв. дюйм
[0036] СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 4
Приблизительно 47,1 грамма Fybrel E790 (Mitsui Chemicals America) смешивали с приблизительно 219,8 грамма минеральной шерсти, приблизительно 47,1 грамма газетной бумаги и приблизительно 25 граммами карбоната кальция приблизительно 4 минуты (приблизительно 13,8 процента Fybrel). Затем взвесь вылили в формовочный ящик 14"×14", как в Примере 1. Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли при помощи приблизительно 11" Hg вакуума. Затем лист прессовали до толщины приблизительно 0,265" и сушили в печи при 300°F приблизительно 3 часа. После охлаждения лист стал относительно жестким. Лист обладал следующими характеристиками:
Толщина
0,38 дюйма
Плотность
16,5 фунта/куб, фунт
Шумоподавление (ENRC)
0,4
Модуль разрыва (MOR)
34 фунта на кВ. дюйм
[0037] Следует отметить, что в Сравнительном Примере 4 в составе использовали 13,5% целлюлозных волокон (газетная бумага). Гидрофильные целлюлозные волокна давали высокое поверхностное натяжение, уплотняющее лист во время сушки. В результате плотность является высокой, пористость низкой и NRC низким.
[0038] СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 5
Приблизительно 61,1 грамма SS 93510, гидрофильного фибриллированного РЕ волокна (Minifibers), смешивали с приблизительно 346 граммами минеральной шерсти при 4,5 процентной консистенции в течение приблизительно 4 минут (приблизительно 15 процентов РЕ волокон). Затем взвесь вылили в формовочный ящик 12"×12". Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли вакуумом. Затем горячий воздух пропускали через плиту с вакуумом. Когда температура плиты достигла 300°F, плиту нагревали приблизительно 8 минут. После охлаждения лист стал относительно жестким. Лист обладал следующими характеристиками:
Толщина
0,75 дюйма
Плотность
13,14 фунта/куб. фунт
Шумоподавление (ENRC)
0,69
Модуль разрыва (MOR)
13 фунтов на кв. дюйм
[0039] Следует отметить, что в данном Сравнительном Пример 5 высокой плотности достигали в результате прямой сушки воздухом. Плита находилась под вакуумом, чтобы позволять горячему воздуху проходить через плиту, тем самым уплотняя плиту. В этом примере также показано, что прямая сушка воздухом помогает сохранять пористость во время сушки, таким образом, улучшая NRC при подобной плотности.
[0040] ПРИМЕР 6
Приблизительно 108 грамм ESS50F, гидрофильного фибриллированного РЕ волокна (Minifibers), сначала диспергировали в воде при приблизительно 2 процентной консистенции. Затем диспергированные волокна смешивали с приблизительно 403 граммами минеральной шерсти в течение приблизительно 4 минут (приблизительно 21 процент РЕ волокон). Затем взвесь вылили в формовочный ящик 14"×14". Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли при помощи приблизительно 6,8" Hg вакуума. Затем лист прессовали до толщины приблизительно 0,49 дюйма и сушили в печи при 300°F в течение приблизительно 3 часов. После охлаждения лист стал относительно жестким. Лист обладал следующими характеристиками:
Толщина
0,83 дюйма
Плотность
10,6 фунта/куб, фунт
Шумоподавление (ENRC)
0,8
Модуль разрыва (MOR)
23 фунта на кв. дюйм
[0041] СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ПРИМЕР 7
Приблизительно 75,6 грамма Е990, фибриллированного РЕ волокна (Minifibers), с относительно длинными волокнами (2,1 мм), сначала диспергировали в воде. После смешивания с приблизительно 428,4 грамма минеральной шерсти в течение приблизительно 4 минут добавляли приблизительно 151 грамм вспученного перлита (USG, Red Wing, MN) в конце смешивания (приблизительно 11,5 процента РЕ волокон). Затем взвесь вылили в формовочный ящик 14"×14". Избыточную воду сначала дренировали самотеком, а затем дополнительно удаляли при помощи приблизительно 6,8" Hg вакуума в течение приблизительно 30 секунд. После прессования до толщины приблизительно 0,71 дюйма лист сушили в печи при 300°F в течение приблизительно 3 часов. После охлаждения лист стал относительно жестким. Сформованный лист обладал следующими характеристиками:
Толщина
0,88 дюйма
Плотность
12,88 фунта/куб, фунт
Шумоподавление (ENRC)
0,77
Модуль разрыва (MOR)
14 фунтов на кв. дюйм
[0042] Следует отметить, что в данном Примере 7 показано, что добавление легковесного наполнителя, вспученного перлита, не ставит под угрозу акустическое поглощение. Обычно в типичном процессе мокрой выкладки, чем больше перлита добавляется в плиту основания, тем ниже NRC. В данном случае высокая плотность является результатом добавленного наполнителя. Это важно, поскольку перлит может быть добавлен к компонентам потолочной плитки для улучшения обжига поверхности и характеристик прочности.
[0043] Будет понятно, что различные изменения в деталях, материалах и условиях процессов, которые были описаны и проиллюстрированы в данном документе для объяснения природы нетканого материала, могут быть сделаны специалистами в данной области в пределах идеи и объема, как выражено в приложенной формуле изобретения. Кроме того, любая цитируемая в данном документе ссылка также включена в данный документ во всей своей полноте.