ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SOUND ABSORBING MATERIAL AND METHOD FOR MANUFACTURE THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал и способ его изготовления. Более конкретно, настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал и способ изготовления звукопоглощающего материала посредством пропитывания связующим веществом нетканого полотна, изготовленного из термостойкого волокна. Таким образом, изготовленный звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению может иметь превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства, и в результате этого он оказывается применимым для деталей, работающих при повышенных температурах, составляющих 200°C или более, и пригодным для формования благодаря связующему веществу.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Шум, который неизбежно производится в промышленности или промышленными изделиями, может постепенно наносить ущерб. Соответственно, можно рассматривать разнообразные способы, позволяющие предотвращать или устранять шум. В качестве примерного способа устранения шума разрабатываются разнообразные звукопоглощающие материалы, которые могут обладать способностью задержки, поглощения или изоляции звука.
В соответствующих областях техники звукопоглощающие материалы можно использовать в электрических устройствах, таких как воздушный кондиционер, холодильник, стиральная машина, газонокосилка и т.п.; транспортных средствах, таких как автомобиль, корабль, самолет и т.п.; и строительных материалах, таких как стенной материал, напольный материал и т.п. Звукопоглощающий материал можно также использовать и в других разнообразных промышленных областях. Как правило, для звукопоглощающих материалов, используемых в таких отраслях промышленности, могут также потребоваться и другие свойства, такие как низкая плотность, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства, в зависимости от конкретных приложений, в дополнение к хорошим звукопоглощающим свойствам. В частности, огнестойкость и термостойкость могут дополнительно потребоваться для звукопоглощающих материалов, используемых в двигателях, выхлопных системах и т.п., которые работают при повышенной температуре, составляющей, например, 200°C или более. В настоящее время арамидное волокно может представлять собой один из звукопоглощающих материалов, имеющих превосходную термостойкость.
В соответствующих областях техники для придания звукопоглощающему материалу свойств, таких как огнестойкость, гидрофобность и т.п., разработаны многочисленные звукопоглощающие материалы, изготовленные из нетканого полотна, в котором могут содержаться арамидные волокна и ламинированный на них функциональный поверхностный материал.
Например, публикация корейской патентной заявки № 2007-0033310 описывает огнестойкий звукопоглощающий материал, полученный путем ламинирования слоя нетканого полотна, в котором перекрываются термостойкие короткие арамидные волокна и короткие термопластические сложнополиэфирные волокна, и слоя поверхностного материала, который представляет собой гидравлическое нетканое полотно, состоящее из коротких арамидных волокон.
Публикация японской патентной заявки № 2007-0039826 описывает водоотталкивающий звукопоглощающий материал, состоящий из слоя нетканого полотна, который составляют термостойкие короткие арамидные волокна или смесь коротких арамидных волокон и коротких термопластических сложнополиэфирных волокон, или полученный путем ламинирования слоя поверхностного материала, обработанного водоотталкивающим веществом, и слоя нетканого полотна.
Публикация японской патентной заявки № 2007-0138953 описывает термостойкий звукопоглощающий материал, в котором ламинированы друг с другом слой нетканого полотна, состоящий из термостойкого арамидного волокна, и слой поверхностного материала, который изготовлен из волокнистого листа, содержащего термостойкое арамидное волокно.
Поскольку звукопоглощающие материалы, описанные выше, могут иметь структуру, в который поверхностный слой материала может быть ламинирован на одну сторону нетканого полотна, чтобы обеспечивать свойства, такие как огнестойкость, гидрофобность и т. п., может оказаться необходимым процесс горячего прессования, чтобы соединить друг с другом слой нетканого полотна и поверхностный слой материала. Следовательно, весь процесс может становиться сложным и ненадежным. Кроме того, придание других свойств, таких как огнестойкость, гидрофобность и т.п., посредством добавок может вызывать образование нежелательных токсичных газообразных продуктов сгорания в течение процесса горячего прессования. Кроме того, деформация внутренней структуры нетканого полотна может происходить в течение процесса горячего прессования, и в результате этого ухудшаются звукопоглощающие свойства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая проблема
Настоящее изобретение может предоставить техническое решение описанных выше технических затруднений. Соответственно, предлагается новый звукопоглощающий материал, который может иметь превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства и быть пригодным для формования. В частности, в новом звукопоглощающем материале присутствует связующее вещество, которое может пропитывать нетканое полотно, имеющее неупорядоченные микрополости, из которых образуется сложная трехмерной лабиринтная структура, и может отверждаться, сохраняя при этом трехмерную форму внутри нетканого полотна без закупоривания этих микрополостей. Таким образом, могут быть улучшены физические свойства нетканого полотна, в том числе звукопоглощающие свойства, и может быть получена желательная форма в процессе отверждения связующего вещества.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал, имеющий превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства и пригодный для формования с образованием желательной формы в течение процесса отверждения, в котором связующее вещество может пропитывать нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна.
Согласно другому аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления звукопоглощающего материала посредством пропитывания связующим веществом нетканого полотна, изготовленного из термостойкого волокна и высушивания пропитанного нетканого полотна.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение предлагает способ уменьшения шума посредством использования звукопоглощающий материал в производящем шум устройстве.
Техническое решение
Согласно одному примерному варианту осуществления настоящего изобретения, звукопоглощающий материал может включать нетканое полотно, содержащее от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна; и связующее вещество, пропитывающее вышеупомянутый нетканое полотно и сохраняющее трехмерную форму внутри нетканого полотна.
Согласно другому примерному варианту осуществления настоящего изобретения, способ изготовления звукопоглощающего материала может включать: (a) пропитывание нетканого полотна, содержащего от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна, раствором связующего вещества; и (b) высушивание вышеупомянутого нетканого полотна.
Согласно следующему примерному варианту осуществления настоящего изобретения, способ уменьшения шума от производящего шум устройства может включать: (i) исследование трехмерной структуры производящего шум устройства; (ii) изготовление и формование звукопоглощающего материала таким образом, чтобы он соответствовал вышеупомянутой трехмерной структуре устройства частично или полностью; и (iii) помещение звукопоглощающего материала вблизи производящего шум устройства.
Полезные эффекты
Согласно разнообразным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, когда связующее вещество пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна, звукопоглощающий материал может иметь превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства, и звукопоглощающий материал далее можно формовать, придавая ему трехмерную форму, благодаря связующему веществу.
Кроме того, для изготовления звукопоглощающего материала согласно разнообразным примерным вариантам осуществления процесс горячего прессования для соединения друг с другом нетканого полотна и поверхностного материала можно исключить, в отличие от других традиционных звукопоглощающих материалов, которые могут иметь многослойные структуры.
Кроме того, согласно разнообразным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, звукопоглощающий материал может быть изготовлен посредством включения функциональной добавки в раствор связующего вещества, и желательная функциональность может быть придана звукопоглощающему материалу без ламинирования поверхностного материала.
Поскольку огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства примерных звукопоглощающих материалов согласно настоящему изобретению могут быть превосходными и дополнять звукопоглощающие свойства, звукопоглощающий материал не может деформироваться или денатурироваться в производящем шум устройстве, работающем при повышенных температурах, составляющих 200°C или более.
В частности, когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества, желательная форма может быть получена в процессе отверждения термоотверждающегося полимера, и в результате этого упрощается весь процесс посредством одновременного отверждения и формования термоотверждающегося полимера. Кроме того, поскольку можно использовать нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна, термическая деформация нетканого полотна благодаря теплоте реакции термического отверждения не может происходить, даже когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества.
Соответственно, звукопоглощающий материал согласно разнообразным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения можно использовать для устройств, в которых требуется задержка, поглощение или изоляция звука, включая электрические устройства, такие как воздушный кондиционер, холодильник, стиральная машина, газонокосилка и т.п.; транспортные средства, такие как автомобиль, корабль, самолет и т.п.; и строительные материалы, такие как стенной материал, напольный материал и т.п. В частности, звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению можно использовать для производящего шум устройства, работающего при повышенных температурах, составляющих 200°C или более. Более конкретно, когда звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению используется в автомобиле, он может быть плотно прикреплен к производящему шум устройству, включая детали автомобиля, такие как двигатель, выхлопная система и т.п., и он может находиться на расстоянии от производящего шум устройства, или его можно изготавливать в качестве части производящего шум устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет полученные в электронном микроскопе изображения (с 300-кратным увеличением) примерного нетканого полотна до и после пропитывания связующим веществом согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 1(A) представляет полученное в микроскопе изображение примерного нетканого полотна до пропитывания связующим веществом, фиг. 1(B) представляет полученное в микроскопе изображение нетканого полотна, которое было пропитано с использованием 20 масс.ч. примерного связующего вещества в расчете на 100 масс.ч. нетканого полотна, и фиг. 1(C) представляет полученное в микроскопе изображение примерного нетканого полотна, которое было пропитано с использованием 50 масс.ч. примерного связующего вещества в расчете на 100 масс.ч. нетканого полотна.
Фиг. 2 схематически представляет пример звукопоглощающего материала, применяемого в примерном производящем шуме устройстве автомобиля после формование в качестве части, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 2(a) иллюстрирует примерный звукопоглощающий материал, сформованный для использования в автомобильном двигателе, и фиг. 2(b) иллюстрирует пример звукопоглощающего материала, который можно использовать в части автомобильного двигателя.
Фиг. 3 схематически представляет пример, в котором звукопоглощающий материал применяется в примерном производящем шум устройстве автомобиля на определенном расстоянии согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Фиг. 3(a) иллюстрирует примерный звукопоглощающий материал, сформованный для использования в примерной нижней части автомобиля, и фиг. 3(b) представляет пример звукопоглощающего материала, который может быть прикреплен к нижней части автомобиля.
Фиг. 4 представляет примерный график, иллюстрирующий звукопоглощающие свойства звукопоглощающего материала в зависимости от поверхностной плотности нетканого полотна согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 5 представляет примерный график, иллюстрирующий теплоизоляционные свойства при сравнении алюминиевой теплоизоляционной плиты и звукопоглощающего материала согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал и способ изготовления звукопоглощающего материала. Звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению может иметь превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства. Кроме того, звукопоглощающий материал может быть пригодным для формования и получения желательной трехмерной формы благодаря связующему веществу, которое может присутствовать в том же слое, в котором присутствует нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна.
Согласно одному аспекту, настоящее изобретение предлагает звукопоглощающий материал, который может включать нетканое полотно, содержащее от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна; и связующее вещество, присутствующее в том же слое, в котором присутствует нетканое полотно, чтобы сохранялась трехмерная форма нетканого полотна.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, термостойкое волокно может иметь предельный кислородный индекс (LOI), составляющий 25% или более, и предельную температуру термостойкости, составляющую 200°C или более.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, термостойкое волокно может представлять собой волокно одного или нескольких типов, выбранное из группы, которую составляют арамидное волокно, полифениленсульфидное (PPS) волокно, окисленное полиакрилонитрильное (oxi-PAN) волокно, полиимидное (PI) волокно, полибензимидазольное (PBI) волокно, полибензоксазольное (PBO) волокно, политетрафторэтиленовое (PTFE) волокно, поликетонное (PK) волокно, металлическое волокно, углеродное волокно, стеклянное волокно, базальтовое волокно, кварцевое волокно и керамическое волокно. В частности, термостойкое волокно может представлять собой арамидное волокно.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, нетканое полотно может представлять собой однослойное нетканое полотно, изготовленное из арамидного волокна, имеющего линейную плотность, составляющую от 1 денье до 15 денье, и толщину, составляющую от 3 мм до 20 мм.
2
2
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, нетканое полотно может иметь поверхностную плотность, составляющую от 100 до 2000 г/м. В частности, нетканое полотно может иметь поверхностную плотность, составляющую от 200 до 1200 г/м.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, связующее вещество может представлять собой термоотверждающийся полимер. В частности, термоотверждающийся полимер может представлять собой эпоксидный полимер, который способен образовывать трехмерную сетчатую структуру во внутренней структуре нетканого полотна. Эпоксидный полимер может представлять собой один или несколько эпоксидных полимеров выбранный из группы, которую составляют содержащий простой диглицидиловый эфир бисфенола A, простой диглицидиловый эфир бисфенола B, простой диглицидиловый эфир бисфенола AD, простой диглицидиловый эфир бисфенола F, простой диглицидиловый эфир бисфенола S, простой диглицидиловый эфир полипропиленоксида, простой диглицидиловый эфир бисфенола A, простой диглицидиловый эфир фосфазена полимер, содержащий бисфенол A эпоксиноволачный полимер, фенольный эпоксиноволачный полимер и о-крезольный эпоксиноволачный полимер.
Далее будет описана более подробно представленная на фиг. 1 структура примерного звукопоглощающего материала согласно настоящему изобретению.
Фиг. 1 представляет полученные в электронном микроскопе изображения примерного звукопоглощающего материала и иллюстрирует трехмерную сетчатую структуру внутри нетканого полотна. В частности, фиг. 1(A) представляет полученное в электронном микроскопе изображение внутренней структуры нетканого полотна до пропитывания связующим веществом нетканого полотно и показывает, что нити из термостойкого волокна пересекают друг друга, образуя неупорядоченные микрополости. Каждый из фиг. 1(B) и фиг 1(C) представляет полученное в электронном микроскопе изображение внутренней структуры нетканого полотна после пропитывания связующим веществом нетканое полотно и показывает, что связующее вещество тонко и однородно распределяется и прикрепляется к нитям из термостойкого волокна. Кроме того, содержание связующего вещества на поверхности нити увеличивается, когда увеличивается содержание связующего вещества.
Хотя могут существовать различия в зависимости от способа изготовления, волокна нетканого полотна могут статистически располагаться в трехмерной структуре. Соответственно, внутренняя структура нетканого полотна может представлять собой значительно усложненную лабиринтную структуру, которую могут образовывать расположенные упорядоченным или неупорядоченным образом волокна, причем они могут быть соединены друг с другом в трех измерениях, а не представлять собой пучки независимых капиллярных трубок. Таким образом, нетканое полотно согласно разнообразным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения может иметь неупорядоченные микрополости, образованные как нити, содержащие термостойкие волокна, свободно переплетающиеся друг с другом.
Когда связующее вещество пропитывает нетканое полотно, это связующее вещество может тонко и однородно распределяться и прикрепляться на поверхности нитей нетканого полотна, содержащего термостойкое волокно, и в результате этого образуется значительно более тонкая внутренняя структура, включающая, например, микрополости, имеющие лабиринтную структуру, чем до пропитывания. Образование тонко модифицированных микрополостей во внутренней структуре нетканого полотна может создавать резонансный путь для звука или шума и способствовать обеспечению улучшенных звукопоглощающих свойств. Когда связующее вещество образует трехмерную сетчатую структуру в процессе своего отверждения, звукопоглощающие свойства могут дополнительно улучшаться за счет образования большего числа более тонких микрополостей внутри нетканого полотна.
Соответственно, поскольку нетканое полотно может сохранять собственную трехмерную форму, когда связующее вещество равномерно пропитывает нетканое полотно, и, кроме того, поскольку более тонкие микрополости могут образовываться, когда связующее вещество отверждается, звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению может иметь значительно улучшенные звукопоглощающие свойства благодаря увеличенному до максимума поглощению шума посредством усиленного и разнообразного резонанса звука или шума в нетканом полотне.
Как представляют примерные полученные в электронном микроскопе изображения на фиг. 1, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, связующее вещество может однородно диспергироваться и распределяться на поверхности нитей из термостойкого волокна, которые составляют нетканое полотно примерного звукопоглощающего материала.
Далее будет описан более подробно состав звукопоглощающего материала согласно разнообразным примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, который может иметь внутреннюю структуру, описанную выше.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, термостойкое волокно можно использовать в качестве основного волокна, которое содержится в нетканом полотне. Термостойкое волокно может представлять собой любой тип, имеющий превосходную долговечность и высокотемпературную или ультравысокотемпературную устойчивость. В частности, термостойкое волокно может иметь предельный кислородный индекс (LOI), составляющий 25% или более, и предельную температуру термостойкости, составляющую 150°C или более. Более конкретно, термостойкое волокно может иметь предельный кислородный индекс (LOI), составляющий от 25% до 80%, и предельную температуру термостойкости, составляющую от 150°C до 3000°C. Кроме того, термостойкое волокно может иметь предельный кислородный индекс (LOI), составляющий от 25% до 70%, и предельную температуру термостойкости, составляющую от 200°C до 1000°C. Кроме того, термостойкое волокно может иметь линейную плотность, составляющую от 1 денье до 15 денье или, в частности, от 1 денье до 6 денье; и длину нити, составляющую от 20 мм до 100 м, или, в частности, от 40 мм до 80 мм.
При использовании согласно настоящему изобретению термостойкое волокно может представлять собой суперволокно, которое является общеизвестным в соответствующей области техники. Согласно примерному варианту осуществления, суперволокно может представлять собой один или несколько типов, выбранных из группы, которую составляют арамидное волокно, полифениленсульфидное (PPS) волокно, окисленное полиакрилонитрильное (oxi-PAN) волокно, полиимидное (PI) волокно, полибензимидазольное (PBI) волокно, полибензоксазольное (PBO) волокно, политетрафторэтиленовое (PTFE) волокно, поликетонное (PK) волокно, металлическое волокно, углеродное волокно, стеклянное волокно, базальтовое волокно, кварцевое волокно, и керамическое волокно.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, арамидное волокно можно использовать в качестве термостойкого волокна. В частности, мета-арамид (м-арамид), пара-арамид (п-арамид) или их смесь можно использовать в качестве термостойкого волокна согласно настоящему изобретению. Арамидное волокно, используемое в качестве нити нетканого полотна, может иметь линейную плотность, составляющую от 1 денье до 15 денье или, в частности, от 1 денье до 6 денье; и длину нити, составляющую от 20 мм до 100 мм или, в частности, от 40 мм до 80 мм. Когда длина нити составляет менее чем заданная длина, перекрывание нитей может оказываться затруднительным в процессе изготовления, например, при пробивании иглой. В результате этого когезия нетканого полотна может быть слабой. С другой стороны, когда длина нити превосходит заданную длину, когезия нетканого полотна может быть превосходной, но движение нитей может оказаться затруднительным в процессе изготовления, например, при кардочесании.
При использовании согласно настоящему изобретению арамидное волокно представляет собой ароматическое полиамидное волокно, в котором ароматические кольца, такие как бензольные кольца, соединяются друг с другом посредством амидных групп. Ароматическое полиамидное волокно, как правило, называется термином «арамид», и от него отличается алифатический полиамид, например, нейлон. Арамидное волокно можно изготавливать путем прядения ароматического полиамида и классифицировать как м-арамид [химическая формула 1] или п-арамид [химическая формула 2] в зависимости от положения амидных связей в ароматическом кольце.
[Химическая формула 1]
[Химическая формула 2]
Мета-арамид, который представляет химическая формула 1, можно изготавливать путем сухого прядения после растворения изофталоилхлорида и м-фенилендиамина в диметилацетамиде (DMAc) в качестве растворителя. Мета-арамид может иметь относительно высокий предел удлинения при растяжении, составляющий от 22% до 40%, благодаря неоднородной полимерной структуре, его можно окрашивать и легко изготовленные из него волокна. Известно, что Nomex™ (DuPont, США) и Conex™ (Teijin, Япония) могут представлять собой разнообразные варианты м-арамида.
Пара-арамид, который представляет химическая формула 2, можно изготавливать путем влажного прядения после растворения терефталоилхлорида и п-фенилендиамина в N-метилпирролидоне (NMP) в качестве растворителя. Пара-арамид может иметь высокую прочность благодаря своей высокоориентированной линейной молекулярной структуре, и п-арамид может превосходить в 3-7 раз по прочности м-арамид. Таким образом, п-арамид можно использовать в качестве армирующего или защитного материала. Кроме того, п-арамид может иметь значительную химическую устойчивость, пониженную термическую усадку, превосходную устойчивость размера, высокую прочность при растяжении, огнестойкость и свойство самозатухания. Известно, что Kevlar™ (DuPont, США), Twaron™ (Teijin, Япония) и Technora™ (Teijin, Япония) могут представлять собой разнообразные варианты п-арамида.
Согласно примерному варианту осуществления, арамид может присутствовать в форме волокна, короткого волокна, нити и т.п., и его можно использовать, в качестве армирующего материала, например, для трансформатора, мотора и т.п., изоляционного материала, например, для изоляционной бумаги, изоляционной ленты и т.п., термостойкого волокна, например, для огнезащитной одежды, перчаток и т.п., высокотемпературных фильтров и т.п.
Хотя нетканое полотно, используемое в звукопоглощающем материале согласно разнообразным вариантам осуществления настоящего изобретения, может быть изготовлено из термостойкое волоконной нити или суперволокна, нетканое полотно можно изготавливать путем дополнительного введения волокон других типов в нить из термостойкого волокна, чтобы уменьшать стоимость нетканого полотна или придавать ему низкую плотность, функциональность и т.п. в рамках настоящего изобретения. Другими словами, хотя нетканое полотно согласно настоящему изобретению можно изготавливать, используя нить из термостойкого волокна, настоящее изобретение может представлять собой нетканое полотно, изготовленное только из термостойкого волокна. Нетканое полотно согласно настоящему изобретению может включать нить из термостойкого волокна, содержание которого составляет от 30 масс.% до 100 масс.% или, в частности, от 60 масс.% до 100 масс.% по отношению к суммарной массе нетканого полотна.
Кроме того, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, звукопоглощающий материал может включать связующее вещество, которое может присутствовать в том же слое, в котором находится нетканое полотно, и сохранять трехмерную форму внутри нетканого полотна. Таким образом, используемое связующее вещество может представлять собой любое вещество, способное сохранять трехмерную форму внутри нетканого полотна. При использовании согласно настоящему изобретению термин «сохраняющий трехмерную форму внутри нетканого полотна» может означать, что связующее вещество, которое пропитывает нетканое полотно, может равномерно распределяться и прикрепляться к поверхности волоконной нити нетканого полотна и сохраняет структуру или способствует образованию неупорядоченных микрополостей, и в результате этого сохраняется желательная трехмерная форма внутри нетканого полотна.
Хотя в соответствующих областях техники связующее вещество, как правило, означает материал, используемый для скрепления или соединения двух материалов, термин «связующее вещество», который используется в настоящем документе, может означать материал, пропитывающий нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна.
Согласно разнообразным вариантам осуществления, разнообразные материалы можно использовать в качестве связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно. Например, термопластический полимер или термоотверждающийся полимер можно рассматривать в качестве связующего вещества.
Термопластический полимер, такой как полимер на полиамидной основе, может включать кристаллические полярные группы, например, арамидное волокно, которое представляет собой термостойкое волокно, как описано выше. Когда термопластическое связующее вещество пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термопластического термостойкого волокна, твердый межфазный слой может образовываться между термопластическим связующим веществом и термопластическим термостойким волокном благодаря непосредственному контакту между сопоставимыми кристаллическими полярными группами, и в результате этого частично закупориваются или закрываются микрополости нетканого полотна. Вследствие этого, когда термопластический полимер используется в качестве связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термопластического термостойкого волокна, звукопоглощающие свойства могут ухудшаться благодаря частичному закупориванию микрополостей нетканого полотна, что может создавать звуковой резонансный путь внутри нетканого полотна. С первого взгляда можно подумать, что звукопоглощающие свойства должны были бы улучшаться при закупоривании микрополостей. Поскольку шум не устраняется внутри нетканого полотна и передается по внешним путям нетканого полотна, улучшение звукопоглощающих свойств не может быть получено, если термопластическое связующее вещество пропитывает нетканое полотно. Кроме того, когда термопластическое связующее вещество пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна на неорганической основе, адгезионную добавку можно вводить в связующее вещество вследствие слабых адгезионных свойств термопластического связующего вещества.
С другой стороны, термоотверждающееся связующее вещество при использовании согласно настоящему изобретению может иметь существенно иные физические и химические свойства, чем термопластическое термостойкое волокно. Соответственно, когда термоотверждающееся связующее вещество пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термопластического термостойкого волокна, межфазный слой может образовываться за счет непосредственного контакта вследствие различных характеристик этих фаз. В результате микрополости нетканого полотна могут оставаться открытыми. Таким образом, когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна, может сохраняться трехмерная форма, включающая микрополости внутри нетканого полотна. Соответственно, термоотверждающийся полимер можно использовать в качестве связующего вещества согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Кроме того, термоотверждающийся полимер может отверждаться под действием света, тепла отверждающего вещества, и его форма может оставаться постоянной даже при повышенных температурах. Соответственно, посредством использования термостойкого волокна и термоотверждающегося связующего вещества согласно примерным вариантам осуществления настоящего изобретения, форма звукопоглощающего материала может сохраняться даже при высокой температуре после процесса формования. Таким образом, когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно, формование нетканого полотна для придания ему желательной формы можно осуществлять в процессе отверждения полимера, и полученная форма может сохраняться даже при высоких температурах.
Как описано выше, когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна, помимо сохранения трехмерной формы внутри нетканого полотна, можно осуществлять формование нетканое полотно для придания ему желательной формы в процессе отверждения полимерного связующего вещества.
Согласно примерному варианту осуществления, эпоксидный полимер можно использовать в качестве связующего вещества. Эпоксидный полимер при использовании согласно настоящему изобретению может представлять собой термоотверждающийся полимер, который способен при отверждении образовывать полимерный материал, имеющий трехмерную сетчатую структуру. Соответственно, поскольку эпоксидный полимер может образовывать сетчатую структуру, внутри которой существуют микрополости, когда осуществляется отверждение внутри нетканого полотна, дополнительные тонкие микрополости могут образовываться внутри нетканого полотна, и звукопоглощающие свойства могут дополнительно улучшаться.
Кроме того, может образовываться более сложная трехмерная сетчатая структура, когда отверждение осуществляется в присутствии отверждающего вещества, и таким образом, звукопоглощающий эффект может дополнительно усиливаться. Подробно, имеющий трехмерную сетчатую структуру полимер может образовываться, когда эпоксидные группы или гидроксильные группы эпоксидного полимера реагируют с функциональными группами отверждающего вещества, такими как аминогруппы или карбоксильные группы, и образуются ковалентные сшивки. Отверждающее вещество может служить в качестве катализатора, который катализирует реакцию отверждения, а также может принимать участие в реакции и присоединяться к функциональным группам эпоксидного полимера. Соответственно, размер и физические свойства микрополостей можно регулировать посредством выбора различных отверждающих веществ.
Согласно примерному варианту осуществления, эпоксидный полимер может представлять собой один или несколько полимеров, выбранных из группы, которую составляют содержащий простой диглицидиловый эфир бисфенола A, простой диглицидиловый эфир бисфенола B, простой диглицидиловый эфир бисфенола AD, простой диглицидиловый эфир бисфенола F, простой диглицидиловый эфир бисфенола S, простой диглицидиловый эфир полипропиленоксида, простой диглицидиловый эфир бисфенола A, простой диглицидиловый эфир фосфазена полимер, содержащий бисфенол A эпоксиноволачный полимер, фенольный эпоксиноволачный полимер и о-крезольный эпоксиноволачный полимер. В частности, эпоксидный полимер может иметь эпоксидный эквивалент, составляющий от 70 до 400. Когда эпоксидный эквивалент составляет менее чем заданное значение, например, менее чем 70, межмолекулярное связывание может в значительной степени уменьшаться для образования трехмерной сетчатой структуры, или физические свойства звукопоглощающего материала могут становиться недостаточными вследствие уменьшения сцепления с термостойким волокном. С другой стороны, когда эпоксидный эквивалент составляет более чем заданное значение, например, более чем 400, физические свойства звукопоглощающего материала могут оказываться недостаточными вследствие чрезмерно плотной сетчатой структуры, которую образует эпоксидный полимер.
3
Согласно примерному варианту осуществления, когда термоотверждающийся полимер используется в качестве связующего вещества согласно настоящему изобретению, отверждающее вещество может содержаться в растворе связующего вещества. При использовании согласно настоящему изобретению отверждающее вещество может иметь функциональные группы, которые могут активно реагировать с функциональными группами связующего вещества, такими как эпоксидные группы или гидроксильные группы. В частности, отверждающее вещество может представлять собой алифатический амин, ароматический амин, ангидрид кислоты, мочевину, амид, имидазол и т.п. Согласно примерному варианту осуществления, отверждающее вещество может представлять собой одно или несколько веществ, выбранных из группы, которую составляют диэтилтолуолдиамин (DETDA), диаминодифенилсульфон (DDS), комплекс трифторида бора и моноэтиламина (BF⋅MEA), диаминоциклогексан (DACH), метилтетрагилдрофталевый ангидрид (MTHPA), метил-5-норборнен-2,3-дикарбоновый ангидрид (NMA), дициандиамид (Dicy) и 2-этил-4-метилимидазол. Согласно примерному варианту осуществления, можно использовать отверждающее вещество на основе алифатического амина или амида благодаря его улучшенной сшивающей способности, превосходной химической устойчивости и устойчивости к атмосферному воздействию. В частности, можно использовать дициандиамид (Dicy), принимая во внимание его сшивающую способность, огнестойкость, термостойкость, устойчивость при хранении, технологичность и т.п. Поскольку дициандиамид (Dicy) имеет высокую температуру плавления, составляющую более чем 200°C, он может сохранять устойчивость после смешивания с эпоксидным полимером и может обеспечивать достаточное время для процессов отверждения и формования.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, можно использовать катализатор, который ускоряет отверждение термоотверждающегося полимера, используемого в качестве связующего вещества. В частности, катализатор может представлять собой одно или несколько веществ, выбранных из группы, которую составляют мочевина, диметилмочевина, тетрафенилборатная соль четвертичного 1,8-диазабицикло[5.4.0]ундец-7-ена (DBU) и бромид четвертичного фосфония. Катализатор можно включать в содержащий связующее вещество раствор.
Кроме того, можно использовать разнообразные добавки, например, огнестойкое вещество, улучшающее термостойкость вещество, водоотталкивающее вещество и т.п., чтобы придавать дополнительные функциональные свойства звукопоглощающему материалу. Добавку можно включать в раствор связующего вещества, и, таким образом, может не потребоваться никакой дополнительный поверхностный материал для придания функциональных свойств звукопоглощающему материалу.
Согласно примерному варианту осуществления, огнестойкое вещество может представлять собой меламин, фосфат, гидроксид металла и т.п. В частности, огнестойкое вещество может представлять собой одно или несколько веществ, выбранных из группы, которую составляют меламин, цианурат меламина, полифосфат меламина, фосфазен и полифосфат аммония. Более конкретно, огнестойкое вещество может представлять собой меламин, который может одновременно придавать огнестойкость и термостойкость.
Согласно примерному варианту осуществления, улучшающее термостойкость вещество может представлять собой оксид алюминия, диоксид кремния, тальк, глину, стеклянный порошок, стеклянное волокно, металлический порошок и т.п.
Согласно примерному варианту осуществления, одно или несколько водоотталкивающих вещество на основе фтора можно использовать в качестве водоотталкивающего вещества.
Кроме того, добавки, обычно используемые в соответствующих областях техники, можно выбирать в зависимости от желательных целей.
Согласно следующему аспекту, настоящее изобретение предлагает способ изготовления звукопоглощающего материала, который может включать: (a) пропитывание нетканого полотна, содержащего от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна, раствором связующего вещества; и (b) высушивание нетканого полотна.
Далее будут подробно описаны примерные варианты осуществления каждой стадии способа изготовления звукопоглощающего материала.
Согласно примерному варианту осуществления, на стадии (a) нетканое полотно, изготовленное из термостойкого волокна, можно погружать в раствор связующего вещества. Нетканое полотно можно погружать в раствор связующего вещества, чтобы улучшать звукопоглощающие и звукоизолирующие свойства и обеспечивать формование звукопоглощающего материала для придания ему желательной формы. Раствор связующего вещества может содержать полимерное связующее вещество и дополнительно содержать отверждающее вещество, катализатор, традиционные добавки и растворитель.
Связующее вещество, отверждающее вещество, катализатор и традиционный Добавки, которые содержатся в растворе связующего вещества, могут быть такими же, как описано выше. Растворитель, используемый для изготовления раствора связующего вещества, может представлять собой один или несколько растворителей, выбранных из группы, которую составляют кетон, карбонат, ацетат, и целлозольв. В частности, растворитель может представлять собой один или несколько растворителей, выбранный из группы, которую составляют ацетон, метилэтилкетон (MEK), метилизобутилкетон (MIBK), диметилкарбонат (DMC), этилацетат, бутилацетат, метилцеллозольв, этилцеллозольв и бутилцеллозольв.
Согласно примерному варианту осуществления, раствор связующего вещества может содержать от 1 масс.% до 60 масс.% связующего вещества и растворитель, составляющий остальную массу. Кроме того, раствор связующего вещества может дополнительно содержать отверждающее вещество и другие добавки, в том числе катализатор. В частности, раствор связующего вещества может содержать от 1 масс.% до 60 масс.% связующего вещества, от 0,1 масс.% до 10 масс.% отверждающего вещества, от 0,01 масс.% до 5 масс.% катализатора, от 1 масс.% до 40 масс.% добавки и растворитель, составляющий остальную массу. Более конкретно, раствор связующего вещества может содержать от 1 масс.% до 30 масс.% связующего вещества, от 0,1 масс.% до 10 масс.% отверждающего вещества, от 0,01 масс.% до 5 масс.% катализатора, от 1 масс.% до 30 масс.% огнестойкого вещества в качестве добавки и от 40 масс.% до 95 масс.% растворителя.
Согласно примерному варианту осуществления, степень пропитывания нетканого полотна можно регулировать посредством регулирования концентрации раствора связующего вещества. Например, можно изготавливать раствор связующего вещества, который имеет содержание твердых веществ, составляющее от 1 масс.% до 60 масс.% или, в частности, от 20 масс.% до 50 масс.%. Когда раствор связующего вещества имеет менее высокую концентрацию, чем заданное значение, цель настоящего изобретения не может быть осуществлена, потому что является малым содержание связующего вещества, которое пропитывает нетканое полотно. С другой стороны, когда раствор связующего вещества имеет более высокую концентрацию, чем заданное значение, нетканое полотно может становиться жестким и неспособным служить в качестве хорошего звукопоглощающего материала.
Кроме того, когда содержание отверждающего вещества, которое присутствует в растворе связующего вещества, составляет менее чем заданное значение, формование для придания желательной формы может оказаться затруднительным, потому что отверждение связующего вещества может не завершаться. В результате этого не может быть достигнут эффект повышения механической прочности звукопоглощающего материала. С другой стороны, когда содержание отверждающего вещества составляет более чем заданное значение, звукопоглощающий материал может становиться жестким, и может оказываться неудовлетворительной устойчивость при хранении и т.п. Кроме того, когда содержание катализатора составляет менее чем заданное значение, не может быть в достаточной степени обеспечен каталитический эффект ускорения реакции. С другой стороны, когда содержание катализатора составляет более чем заданное значение, может оказаться неудовлетворительной устойчивость и т.п. Добавки могут представлять собой одну добавку или несколько добавок, традиционно используемых в соответствующей области техники, которые может включать огнестойкое вещество, повышающее термостойкость вещество, водоотталкивающее вещество и т.п. Содержание этих добавок можно регулировать надлежащим образом в зависимости от цели их введения. Когда содержание добавок составляет менее чем заданное значение, желательный эффект не может быть достигнут. С другой стороны, когда содержание добавок составляет более чем заданное значение, не может быть обеспечено их экономичное использование, а также могут возникать нежелательные побочные эффекты.
Согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, на стадии (b) нетканое полотно можно высушивать. Стадию высушивания можно осуществлять, извлекая нетканое полотно из раствора связующего вещества и удаляя растворитель. Высушивание можно осуществлять при соответствующих температурах под давлением. Согласно примерному варианту осуществления, высушивание можно осуществлять при температуре, составляющей от 70°C до 200°C или, в частности, от 100°C до 150°C. Кроме того, на стадии высушивания можно регулировать содержание связующего вещества в нетканом полотне, а также можно регулировать физические свойства звукопоглощающего материала. Кроме того, содержание связующего вещества, которое присутствует в нетканом полотне после высушивания, может определять размеры, формы и распределение микрополостей внутри звукопоглощающего материала. Соответственно, за счет этого можно регулировать звукопоглощающие свойства и механические свойства звукопоглощающего материала. Согласно примерному варианту осуществления, высушивание можно осуществлять таким образом, что конечное содержание связующего вещества, которое может присутствовать в нетканом полотне, составляет от 1 масс.ч. до 300 масс.ч. или, в частности, от 30 масс.ч. до 150 масс.ч. в расчете на 100 масс.ч. нетканого полотна.
Кроме того, способ изготовления звукопоглощающего материала согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения может дополнительно включать, после стадии (b), стадию (c), которая представляет собой стадию изготовления звукопоглощающего материала посредством формования высушенного нетканого полотна при повышенной температуре. Когда осуществляется стадия (c), способ изготовления звукопоглощающего материала может включать: (a) пропитывание нетканого полотна, содержащего от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна, раствором связующего вещества; (b) высушивание нетканого полотна и (c) изготовление звукопоглощающего материала посредством формования высушенного нетканого полотна при высокой температуре. В частности, стадия (c) представляет собой стадию, на которой звукопоглощающий материал можно изготавливать посредством формования высушенного нетканого полотна при высокой температуре. Формование при повышенной температуре может включать отверждение термоотверждающегося связующего вещества, которое можно осуществлять при температуре, составляющей от 150°C до 300°C или, в частности, от 170°C до 230°C.
Способ изготовления звукопоглощающего материала согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения может дополнительно включать, перед стадией (a), стадию (a-1), которая представляет собой стадию изготовления нетканого полотна посредством пробивания иглой термостойкого волокна. Например, на стадии (a-1) арамидное нетканое полотно, имеющее толщину, составляющую от 3 мм до 20 мм, можно изготавливать посредством пробивания иглой термостойкого арамидного волокна, имеющего линейную плотность, составляющую от 1 денье до 15 денье. Когда дополнительно включается стадия (a-1), способ изготовления звукопоглощающего материала может включать: (a-1) изготовление арамидного нетканого полотна, имеющего толщину, составляющую от 3 мм до 20 мм, посредством пробивания иглой термостойкого арамидного волокна, имеющего линейную плотность от 1 денье до 15 денье; (a) пропитывание нетканого полотна, содержащего от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна, раствором связующего вещества и (b) высушивание нетканого полотна.
Кроме того, способ изготовления звукопоглощающего материала включающий стадия (a-1) согласно настоящему изобретению может включать: (a-1) изготовление арамидного нетканого полотна, имеющего толщину, составляющую от 3 мм до 20 мм, посредством пробивания иглой термостойкого арамидного волокна, имеющего линейную плотность от 1 денье до 15 денье; (a) пропитывание нетканого полотна, содержащего от 30 масс.% до 100 масс.% термостойкого волокна, раствором связующего вещества; (b) высушивание нетканого полотна и (c) изготовление звукопоглощающего материала посредством формования высушенного нетканого полотна при высокой температуре.
Согласно примерному варианту осуществления, стадия (a-1) изготовления нетканого полотна может включать пробивание иглой термостойкого волокна. Поскольку звукопоглощающие свойства могут изменяться в зависимости от толщины и поверхностной плотности нетканого полотна, звукопоглощающие свойства можно улучшать посредством увеличения толщины и поверхностной плотности нетканого полотна.
2
2
2
2
2
2
Согласно примерному варианту осуществления, нетканое полотно может иметь толщину, составляющую от 3 мм до 20 мм, согласно его приложениям или частям с использованием звукопоглощающего материала. Когда толщина нетканого полотна составляет менее чем 3 мм, может оказаться неудовлетворительной долговечность и пригодность к формованию звукопоглощающего материала. С другой стороны, когда толщина составляет более чем 20 мм, может уменьшаться производительность, и может увеличиваться стоимость производства. Кроме того, с точки зрения качества и стоимости, поверхностная плотность нетканого полотна может составлять от 100 г/м до 2000 г/м, от 200 г/м до 1200 г/м или, в частности, от 300 г/м до 800 г/м.
2
2
2
2
Арамидное нетканое полотно можно изготавливать, укладывая от 2 до 12 слоев изготовленного кардочесанием материала, имеющего поверхностную плотность от 30 г/м до 100 г/м, и непрерывно осуществляя предварительное пробивание иглой сверху вниз, пробивание иглой снизу вверх и пробивание иглой сверху вниз, и в результате этого образуются физические соединения, и обеспечиваются желательные значения толщины и прочности связывания, а также другие желательные физические свойства. Игла, используемая для осуществления пробивания, может представлять собой иглу пробивного типа, имеющую ширину рабочего лезвия от 0,5 мм до 3 мм и длину иглы, измеряемую как расстояние от кривошипа снаружи до острия и составляющую от 70 мм до 120 мм. Кроме того, ход иглы может составлять от 30 раз/мдо 350 раз/м.
2
2
2
2
В частности, линейная плотность нити для нетканого полотна может составлять от 1,5 денье до 8,0 денье, толщина слоя укладки может составлять от 6 мм до 13 мм, ход иглы может составлять от 120 раз/м до 250 раз/м, и поверхностная плотность нетканого полотна может составлять от 300 г/м до 800 г/м.
Внутренняя структура звукопоглощающего материала, изготовленного способом согласно разнообразным примерным вариантам осуществления, которые описаны выше, может быть подтверждена с использованием электронного микроскопа. При наблюдении с помощью электронного микроскопа видно, что звукопоглощающий материал согласно настоящему изобретению может содержать микрополости, которые могут иметь размеры, составляющие от 1 мкм до 100 мкм, и распределяться внутри данного материала. Микрополости могут иметь упорядоченное или неупорядоченное распределение, в котором расстояния между ними составляют 0,1 мкм до 500 мкм.
Согласно другому примерному варианту осуществления, настоящее изобретение предлагает способ уменьшения шума от производящего шум устройства, включающий: (i) исследование трехмерной структуры производящего шум устройства; (ii) изготовление и формование звукопоглощающего материала для обеспечения частичной или полной трехмерной структуры устройства и (iii) помещение звукопоглощающего материала вблизи производящего шум устройства.
Примерное производящее шум устройство, которое используется согласно настоящему изобретению, может представлять собой мотор, двигатель, выхлопную систему и т.п. Звукопоглощающий материал может помещаться в трехмерной структуре устройства частично или полностью. В частности, звукопоглощающий материал согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения можно изготавливать и подвергать формованию в процессе отверждения связующего вещества в трехмерной структуре устройства частично или полностью.
Любая операция, обозначенная термином «вблизи», при использовании согласно настоящему изобретению может означать плотное прикрепление звукопоглощающего материала к производящему шум устройству, или его помещение на близком расстоянии от производящего шума устройства, или его непосредственное формование в качестве части производящего шум устройства. Кроме того, операция, обозначенная термином «вблизи», может включать установку звукопоглощающего материала на элемент, присоединенный к производящему шум устройству, например, другой звукопоглощающий материал.
Фиг. 2 и 3 схематически представляют примерные автомобильные детали или производящее шум устройство автомобиля, для которого может быть использован звукопоглощающий материал согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
В частности, фиг. 2 схематически представляет производящие шум устройства автомобиля, автомобиля, для которого может быть использован звукопоглощающий материал после формование в качестве части. Фиг. 2(a) схематически иллюстрирует примерный автомобильный двигатель, и фиг. 2(b) схематически иллюстрирует примерный звукопоглощающий материал, который может подвергаться формованию и применяться для части автомобильного двигателя.
Фиг. 3 схематически представляет примерный звукопоглощающий материал, который можно использовать для производящего шум устройства автомобиля. Фиг. 3(a) схематически иллюстрирует примерную нижнюю часть автомобиля, и фиг. 3(b) схематически иллюстрирует примерный звукопоглощающий материал, который может подвергаться формованию и прикрепляться к нижней части автомобиля.
В разнообразных примерных звукопоглощающих материалах согласно настоящему изобретению связующее вещество может использоваться для пропитывания и сохранения трехмерной формы внутри нетканого полотна, и звукопоглощающий материал может иметь превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, термостойкость и теплоизоляционные свойства. Соответственно, желательные звукопоглощающие свойства могут быть получены при непосредственном нанесении на производящее шум устройство, работающее при высоких температурах, составляющих 200°C или более, без деформации.
Далее настоящее изобретение будет описано более подробно посредством примером, хотя объем настоящего изобретения может не ограничиваться данными примерами.
ПРИМЕРЫ
Изготовление звукопоглощающего материала
Пример 1. Изготовление звукопоглощающего материала с использованием пропитанного эпоксидным полимером арамидного нетканого полотна
2
2
2
Мета-арамидное короткое волокно, имеющее предельный кислородный индекс (LOI) 40%, термостойкость при температуре 300°C, линейную плотность 2 денье и длину 51 мм, можно подвергать пневматическому формованию, изготавливая полотно, имеющее поверхностную плотность 30 г/м, посредством кардочесания. Данное полотно можно укладывать в десятислойную конструкцию на конвейерной ленте, работающей при скорости 5 м/мин, используя горизонтальное оберточное устройство. Арамидное нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, можно изготавливать, непрерывно осуществляя пробивание иглой сверху вниз, пробивание иглой снизу вверх и пробивание иглой сверху вниз при ходе иглы, составляющем 150 раз/м.
Изготовленное нетканое полотно можно погружать в раствор связующего вещества, осуществляя однократное погружение и однократный отжим, при степени захвата 300%. Раствор связующего вещества может содержать 8 масс.% простого диглицидилового эфира бисфенола A, 2 масс.% полимера простого диглицидилового эфира бисфенола A, 0,2 масс.% дициандиамида, 0,02 масс.% диметилмочевины, 10 масс.% цианурата меламина и 79,78 масс.% диметилкарбоната (DMC).
Нетканое полотно можно извлекать из раствора связующего вещества и высушивать при 150°C. Высушенное нетканое полотно может содержать 50 масс.ч. связующего вещества в расчете на 100 масс.ч. нетканого полотна.
Высушенное нетканое полотно можно подвергать формованию для придания желательной формы в процессе отверждения при 200°C в течение 2 минут.
Сравнительный пример 1. Изготовление звукопоглощающего материала с использованием арамидного нетканого полотна
2
Арамидное нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, изготавливали посредством пробивания иглой, как описано в примере 1.
Сравнительный пример 2. Изготовление звукопоглощающего материала с использованием покрытого эпоксидным полимером арамидного нетканого полотна
2
Арамидное нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, можно изготавливать посредством пробивания иглой, как описано в примере 1. После этого покровный раствор можно наносить на поверхность нетканого полотна таким образом, что содержание связующего вещества может составлять 50 масс.ч. в расчете на 100 масс.ч. нетканого полотна. Затем нетканое полотно можно подвергать формованию после высушивания при температуре 150°C.
Покровный раствор может содержать 8 масс.% простого диглицидилового эфира бисфенола A, 2 масс.% полимера простого диглицидилового эфира бисфенола A, 0,2 масс.% дициандиамида, 0,02 масс.% диметилмочевины, 10 масс.% цианурата меламина и 79,78 масс.% диметилкарбоната.
Сравнительный пример 3. Изготовление звукопоглощающего материала с использованием пропитанного термопластическим полимером арамидного нетканого полотна
2
Арамидное нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, можно изготавливать, осуществляя пробивание иглой, погружение в раствор связующего вещества, высушивание и последующее формование, как описано в примере 1.
Раствор связующего вещества может представлять собой раствор термопластического полимера, содержащий 10 масс.% полиэтиленового полимера, 10 масс.% цианурата меламина и 80 масс.% диметилкарбоната.
Сравнительный пример 4. Изготовление звукопоглощающего материала с использованием пропитанного эпоксидным полимером полиэтилентерефталатного нетканого полотна
2
Полиэтилентерефталатное (PET) нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, можно изготавливать, осуществляя пробивание иглой, погружение в раствор связующего вещества, высушивание и последующее формование, как описано в примере 1.
Полиэтилентерефталатное нетканое полотно, изготовленное в сравнительном примере 4, подвергалось термической деформации благодаря теплу реакции, производимому в процессе отверждения эпоксида, и его невозможно было формовать, получая желательную форму, потому что оно полностью деформировалось термически в течение процессов высушивания и формования.
Примеры исследования
Исследование физических свойств звукопоглощающих материалов
Физические свойства исследуемых образцов звукопоглощающих материалов измеряли и сравнивали следующим образом.
1. Исследование термостойкости
Для исследования термостойкости звукопоглощающий материал выдерживали в печи при 260°C в течение 300 часов. После выдерживания в стандартных условиях, т.е. при температуре 23±2°C и относительной влажности 50±5%, в течение, по меньшей мере, одного часа, исследовали внешний вид, и измеряли прочность при растяжении. Визуально определяли наличие усадки или деформации, поверхностного отслаивания, пушения и растрескивания. Прочность при растяжении измеряли с использованием гантелевидных образцов типа № 1 для выбранных случайным образом пяти листов исследуемых образцов при скорости 200 мм/мин в стандартных условиях.
2. Исследование термического цикла
Долговечность звукопоглощающего материала определяли методом исследования термического цикла. Долговечность определяли после осуществления пяти циклов.
1) Условия одного цикла
→
→
→
→
→
Комнатная температура  высокая температура (150°C в течение 3 часов)  комнатная температура  низкая температура (-30°C в течение 3 часов)  комнатная температура  влажная среда (50°C при относительной влажности 95%)
2) Стандартное исследование долговечности
После исследования термического цикла наблюдали изменение внешнего вида каждого исследуемого образца. Например, можно наблюдать поверхностное повреждение, набухание, растрескивание и обесцвечивание. Если отсутствовало наблюдаемое изменение внешнего вида, звукопоглощающий материал оценивали как материал «без аномалий».
3. Исследование огнестойкости
Огнестойкость звукопоглощающего материала измеряли, осуществляя исследование воспламеняемости согласно стандарту ISO 3795.
4. Исследование невоспламеняемости
Невоспламеняемость звукопоглощающего материала измеряли, осуществляя исследование вертикального горения согласно стандарту UL94.
5. Исследование звукопоглощающих свойств
Звукопоглощающие свойства звукопоглощающего материала измеряли, осуществляя исследование согласно стандарту ISO 354.
6. Исследование воздухопроницаемости
1) Метод исследования
2
Исследуемый образец устанавливали на измерительный прибор от компании Frazier, и измеряли количество воздуха, проходящее вертикально через исследуемый образец. Площадь сечения исследуемого образца, через которое проходил воздух, составляла 5 см, и прилагаемое давление составляло 125 Па.
Пример исследования 1. Сравнение свойств звукопоглощающих материалов в зависимости от термостойких волокон
2
В примере исследования 1 сравнивали физические свойства звукопоглощающих материалов, изготовленных с использованием нитей из различных термостойких волокон. Нетканые полотна, имеющие поверхностную плотность 300 г/м и толщину 6 мм, изготавливали посредством пробивания иглой? и звукопоглощающие материалы изготавливали, осуществляя пропитывание раствором связующего вещества, высушивание и последующее формование, как описано в примере 1. Нетканые полотна изготавливали с использованием нитей, имеющих линейную плотность 2 денье и длину 51 мм, согласно описанию в таблице 1.
Физические свойства исследуемых образцов звукопоглощающего материала измеряли, как описано выше. Результаты измерения свойств звукопоглощающих материалов, изготовленных с использованием различных термостойких волокон, представлены в таблицах 1 и 2.
[Таблица 1]
Нить 1
Нить 2
Нить 3
Нить 4
Нить 5
Нить 6
Нить 7
Нить
Материал нити
Арамид
PPS
PI
PBI
PBO
Oxi-PAN
PK
Предельный кислородный индекс
40
30
50
40
60
65
30
Предельная температура термостойкости в течение 1 часа (°C)
300
230
300
300
300
300
300
Термостойкость
Внешний вид
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Прочность при растяжении (кгс/см<sup>2</sup>)
200
180
220
200
210
210
200
Термический цикл
Внешний вид
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Без аномалий
Огнестойкость
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Самоза-тухание
Невоспламеняемость
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
Невоспламеняемый
[Таблица 2]
Частота (Гц)
Степень звукопоглощения
Нить 1 (арамид)
Нить 2 (арамид)
Нить 6 (oxi-PAN)
Нить 7 (PK)
400
0,08
0,05
0,08
0,05
500
0,10
0,06
0,09
0,06
630
0,16
0,09
0,13
0,08
800
0,23
0,15
0,22
0,19
1000
0,35
0,30
0,35
0,26
1250
0,44
0,39
0,45
0,37
1600
0,59
0,49
0,57
0,31
2000
0,70
0,66
0,68
0,48
2500
0,79
0,71
0,80
0,67
3150
0,83
0,80
0,85
0,78
4000
0,86
0,83
0,88
0,84
5000
0,99
0,95
0,92
0,83
6300
0,98
0,96
0,98
0,89
8000
0,99
0,95
0,89
0,95
10000
0,98
0,97
0,99
0,95
Как показывают таблицы 1 и 2, все звукопоглощающие материалы, изготовленные с использованием термостойких волокон, у которых предельный кислородный индекс составлял 25% или более, и предельная температура термостойкости составляла 150°C или более, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения могут обеспечивать на удовлетворительном уровне термостойкость, долговечность, огнестойкость, невоспламеняемость и звукопоглощающие свойства. Соответственно, традиционно используемые термостойкое волокно, т.е. суперволокно, можно использовать в качестве материала нетканого полотна для звукопоглощающего материала согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Пример исследования 2. Сравнение свойств звукопоглощающих материалов в зависимости от поверхностной плотности нетканого полотна
В примере исследования 2 исследуемые образцы звукопоглощающего материала изготавливали, как описано в примере 1, с использованием нетканых полотен, имеющих различные плотности. Звукопоглощающие свойства исследуемых образцов звукопоглощающего материала представлены на фиг. 4.
2
2
Как показывает фиг. 4, звукопоглощающие свойства звукопоглощающего материала могут быть превосходными, когда используется нетканое полотно, имеющее поверхностную плотность 600 г/м, по сравнению с нетканым полотном имеющим поверхностную плотность 300 г/м.
Пример исследования 3. Исследование физических свойств звукопоглощающих материалов
В примере исследования 3 сравнивали свойства исследуемых образцов звукопоглощающего материала в зависимости от способа возможного нанесения термоотверждающегося связующего вещества на нетканое полотно.
Соответственно, сравнивали коэффициенты звукопоглощения исследуемых образцов звукопоглощающего материала, изготовленных посредством пропитывания (пример 1) и покрытия (сравнительный пример 2) термоотверждающимся связующим веществом. Результаты измерения коэффициента звукопоглощения звукопоглощающего материала изготовленного нетканого полотна (сравнительный пример 1), звукопоглощающего материала, на который наносили термоотверждающееся связующее вещество (сравнительный пример 2), и звукопоглощающего материала, в котором нетканое полотно было пропитано термоотверждающимся связующим веществом (пример 1), представлены в таблице 3.
[Таблица 3]
Частота (Гц)
Степень звукопоглощения
Сравнительный пример 1 (нетканое полотно)
Сравнительный пример 2 (покрытое связующим веществом нетканое полотно)
Пример 1 (пропитанное связующим веществом нетканое полотно)
400
0,01
0,02
0,08
500
0,03
0,03
0,10
630
0,12
0,05
0,16
800
0,16
0,08
0,23
1000
0,26
0,12
0,35
1250
0,32
0,15
0,44
1600
0,39
0,22
0,59
2000
0,48
0,29
0,70
2500
0,64
0,40
0,79
3150
0,63
0,57
0,83
4000
0,72
0,68
0,86
5000
0,80
0,77
0,99
6300
0,78
0,82
0,98
8000
0,89
0,98
0,99
10000
0,90
0,98
0,98
Как показывает таблица 3, звукопоглощающий материал в примере 1 согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения может иметь превосходный коэффициент звукопоглощения во всем частотном диапазоне по сравнению со звукопоглощающим материалом в сравнительном примере 1, в котором использовали нетканое полотно, не пропитанное термоотверждающимся связующим веществом. С другой стороны, звукопоглощающий материал в сравнительном примере 2, в котором термоотверждающееся связующее вещество наносили на нетканое полотно, может иметь меньший коэффициент звукопоглощения, чем нетканое полотно (сравнительный пример 1) в частотном диапазоне от 400 Гц до 5000 Гц.
Пример исследования 4. Исследование теплоизоляционных свойств звукопоглощающих материалов
В примере исследования 4 исследовали теплоизоляционные свойства каждого исследуемого образца звукопоглощающего материала, изготовленного в примере 1 (пропитанное термоотверждающимся полимером арамидное нетканое полотно), в сравнительном примере 1 (арамидное нетканое полотно) и в сравнительном примере 3 (пропитанное термопластическим полимером арамидное нетканое полотно). После воздействия источника тепла при 1000°C с одной стороны образца каждого звукопоглощающего материала толщиной 25 мм в течение 5 минут измеряли температуру на противоположной стороне образца.
Температура, измеренная на противоположной стороне звукопоглощающего материала, составляла 250°C в примере 1 и 350°C в сравнительном примере 1. Соответственно, звукопоглощающий материал согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения, в котором использовали улучшенный термоотверждающийся полимер, может иметь улучшенные теплоизоляционные свойства. С другой стороны, исследуемый образец пропитанного термопластическим полимером звукопоглощающего материала в сравнительном примере 3 плавился немедленно после воздействия источника тепла при 1000°C.
Соответственно, звукопоглощающий материал согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения может обеспечивать превосходные теплоизоляционные свойства.
Пример исследования 5. Сравнение с теплоизоляционными свойствами алюминиевой теплоизоляционной плиты
В примере исследования 5 сравнивали теплоизоляционные свойства звукопоглощающего материала в примере 1 и алюминиевой теплоизоляционной плиты. При воздействии одинакового источника тепла при 250°C с одной стороны звукопоглощающего материала и теплоизоляционной плиты измеряли с течением времени температуру на противоположной стороне звукопоглощающих материалов. Результаты представлены на фиг. 5.
Как показывает фиг. 5, звукопоглощающий материал согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения может иметь улучшенные теплоизоляционные свойства, снижая передаваемую температуру, по меньшей мере, на 11°C по сравнению с алюминиевой теплоизоляционной плитой.
Пример исследования 6. Сравнение свойств звукопоглощающего материала в зависимости от содержания связующего вещества
Исследуемые образцы звукопоглощающего материала изготавливали согласно описанию в примере 1. Пропитанное эпоксидным полимером арамидное нетканое полотно высушивали, получая различные конечные содержания связующего вещества. Содержание связующего вещества можно представить как число массовых частей связующего вещества, содержащегося в звукопоглощающем материале, в расчете на 100 масс.ч. высушенного нетканого полотна.
Результаты сравнения механических свойств и коэффициентов звукопоглощения звукопоглощающих материалов в примерах и сравнительных примерах для различного содержания связующего вещества представлены в таблицах 4 и 5.
[Таблица 4]
Физические свойства звукопоглощающих материалов, имеющих различное содержание связующего вещества
Содержание связующего вещества (масс.ч.)
0
10
50
100
200
Воздухо-проницае-мость (мл/см<sup>2</sup>⋅с)
500
380
350
320
210
Прочность при растяжении (кгс/см<sup>2</sup>)
40
60
200
240
310
Воспламе-няемость
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
[Таблица 5]
Частота (Гц)
Коэффициент звукопоглощения звукопоглощающих материалов, имеющих различное содержание связующего вещества
0 масс.ч.
10 масс.ч.
50 масс.ч.
100 масс.ч.
200 масс.ч.
400
0,01
0,01
0,08
0,06
0,02
500
0,03
0,04
0,10
0,09
0,04
630
0,12
0,14
0,16
0,15
0,09
800
0,16
0,17
0,23
0,25
0,11
1000
0,26
0,26
0,35
0,30
0,14
1250
0,32
0,34
0,44
0,42
0,17
1600
0,39
0,41
0,59
0,54
0,22
2000
0,48
0,55
0,70
0,58
0,35
2500
0,64
0,68
0,79
0,67
0,44
3150
0,63
0,69
0,83
0,72
0,52
4000
0,72
0,77
0,86
0,75
0,53
5000
0,80
0,83
0,99
0,79
0,57
6300
0,78
0,88
0,98
0,80
0,63
8000
0,89
0,91
0,99
0,90
0,70
10000
0,90
0,92
0,98
0,92
0,71
Как показывают таблицы 4 и 5, коэффициент звукопоглощения может улучшаться, когда связующее вещество пропитывает нетканое полотно, по сравнению с нетканым полотном, которое не пропитано связующим веществом. Таким образом, коэффициент звукопоглощения звукопоглощающего материала можно регулировать посредством содержания связующего вещества.
Пример исследования 7. Сравнение свойств звукопоглощающего материала в зависимости от связующего вещества
Звукопоглощающие материалы, в которых для пропитывания использовали 50 масс.ч. связующего вещества в расчете на 100 масс.ч. арамидного нетканого полотна, можно изготавливать согласно описанию в примере 1. Полимеры, описанные в таблице 6, использовали в качестве связующего вещества.
Результаты сравнения механических свойств и коэффициентов звукопоглощения звукопоглощающих материалов в примерах и сравнительных примерах с различным составом связующих веществ представлены в таблице 6.
[Таблица 6]
Коэффициент звукопоглощения звукопоглощающих материалов, содержащих различные связующие вещества
Полимерное связующее вещество
Эпоксид
Фенол
Мочевина
Меламин
Полиуретан
Предельная температура термостой-кости в течение 1 часа (°C)
300
260
190
300
200
Прочность при растяжении (кгс/см<sup>2</sup>)
200
165
180
180
170
Огнестой-кость
Самозату-хание
Самозату-хание
Самозату-хание
Самозату-хание
Самозату-хание
Воспламе-няемость
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый
Невоспла-меняемый