СОТОВАЯ ЗВУКОИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ

Предлагаемая полезная модель относится к производству строительных материалов и строительству, а также к транспортной промышленности, в частности к вагоно- и судостроению, и предназначена для обеспечения любых промышленных и гражданских зданий и сооружений, а также транспортных средств, надлежащей вибро- и звукоизоляцией посредством ее установки во всех типах ограждающих конструкций, а также в качестве дополнительных универсальных вибро- и звукоизоляционных обшивок существующих ограждающих конструкций.
Из уровня техники известны многочисленные решения, направленные на создание элементов конструкций, обладающих способностями по вибро- и звукоизоляции помещений, в том числе таких конструкций, которые не являются несущими элементами.
Так, известна «Тепло- и звукоизоляционная плита» по авторскому свидетельству СССР № 80523, 1950 год. Данная плита усилена каркасом, изготовленным из волнистых лент, соединенных между собой гребнями и образующих ячейки, которые заполняются изоляционным материалом, обладающим способностью сцепления с материалом каркаса. В качестве изоляционного материала предлагалось использовать сплошной легкий заполнитель малого удельного веса, полистирол или полихлорвинил.
Недостатками данного решения является отсутствие внешних/верхних слоев, что ограничивает эксплуатационные возможности; необходимость предварительной подготовки формы наполнителя, что усложняет процесс изготовления; легкость конструкции, что отрицательно сказывается на звукоизоляционных качествах изделия.
Известна «МНОГОСЛОЙНАЯ ПАНЕЛЬ» по патенту РФ № 2097503, 1997 год.
Данная многослойная панель содержит обшивки из сплошного листового материала, расположенные на расстоянии одна от другой, размещенный между обшивками сотовый заполнитель, имеющий толщину, меньшую, чем расстояние между обшивками, по меньшей мере, одна из которых расположена на расстоянии от сотового заполнителя, и, по меньшей мере, один промежуточный слой, размещенный в пространстве между указанной обшивкой и сотовым заполнителем и скрепленный с ними, отличающаяся тем, что отношение массы промежуточного слоя к занимаемому им объему меньше, чем плотность материала указанной обшивки, и больше, чем отношение массы сотового заполнителя к занимаемому им объему.
Недостатками данного решения являются, во-первых, сложность изготовления конструкции из-за большого количества составляющих ее компонентов, и разнородности материалов этих компонентов (алюминий, картон, полимеры), во-вторых, небольшой удельный вес, что отрицательно сказывается на звукоизоляционных качествах изделия и, основное, отсутствие наполнителя в каких-либо элементах конструкции, преимущественно в сотовом заполнителе.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрана «УНИВЕРСАЛЬНАЯ ИЗОЛЯЦИОННАЯ ПАНЕЛЬ» по полезной модели РФ №120675. Универсальная изоляционная панель, содержащая, по крайней мере, один прямой в профиле изолирующий слой и, по крайней мере, один непрямой в профиле изолирующий слой; слои пространственно совмещены друг с другом, в областях пространства, совместно образованных поверхностями профилей, размещен сухой наполнитель или полимеризующийся наполнитель. Универсальная изоляционная панель имеет пятьдесят восемь отличительных признаков.
Основными недостатками данного решения являются, во-первых, горючесть этого материала, обусловленная выполнением из горючих компонентов, что ограничивает области его применения, во-вторых, относительно невысокая прочность на изгиб, что ограничивает размеры выпускаемых изделий, в-третьих, относительно низкий уровень звукоизоляции на низких частотах.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является создание негорючей и прочной на изгиб конструкции, которая, при относительной простоте изготовления и монтажа и использовании современных исходных материалов, обеспечивает высокие показатели вибро- и звукоизоляции на всех диапазонах частот и, что особенно важно, на низких звуковых частотах; а также обладает хорошими звукопоглощающими свойствами. При этом учитывалось, что для обеспечения звуко- и виброизоляции, а также звукопоглощения, необходимо применять многослойные (преимущественно трехслойные) конструкции, все составляющие которых являются негорючими, а те составляющие, которые обеспечивают прочность изделия в целом, обладают высокой прочностью на изгиб.
Поставленный технический результат решается за счет следующего.
Сотовая звукоизоляционная панель содержит, по крайней мере, два прямых в профиле звукоизолирующих слоя (далее именуемые по отдельности «прямой слой», а совместно «прямые слои») и, по крайней мере, один звукоизолирующий слой, представляющий собой сотовую конструкцию (далее именуемый «сотовый слой»). Прямые слои и сотовый слой пространственно совмещены и прикреплены друг к другу. Кроме того, по крайней мере, в одной области пространства, совместно образованной поверхностями прямых слоев и внутренними поверхностями сот, и/или внутренними поверхностями сот прилегающих друг к другу сотовых слоев размещен сухой наполнитель, и/или быстрополимеризующийся наполнитель, и/или быстротвердеющий наполнитель, превращающийся не более чем за 72 часа в твердо-пластичное состояние после помещения его в указанные полости.
Сотовая звукоизоляционная панель может содержать неограниченное количество прямых слоев, преимущественно в пределах от двух до двадцати слоев. Прямые слои также могут быть пространственно совмещены друг с другом, с одним или двумя (и более) другими прямыми слоями, то есть между прямыми слоями, совмещенными с двумя близлежащими сотовыми слоями, могут быть расположены дополнительные, промежуточные прямые слои.
Сотовая звукоизоляционная панель может содержать неограниченное количество сотовых слоев. Каждый из сотовых слоев сотовой звукоизоляционной панели пространственно совмещен с двумя прямыми слоями.
Структура сотовых слоев может иметь различную геометрическую конфигурацию и объем сот. Структура сотовых слоев предпочтительно должна быть ориентирована с размещением перегородок между сотами перпендикулярно по отношению, к двум прямым слоям. Но она также может быть ориентирована с размещением перегородок между сотами под произвольным углом наклона по отношению к прямым слоям.
Толщина, как прямых слоев, так и сотовых слоев составляет от 0,5 до 20 мм.
2
Прямые слои могут содержать до 100000 отверстий (перфораций) на квадратный метр площади, при этом расположения отверстий может быть как геометрически правильным, так и хаотичным, а их размеры могут изменяться от 0,1 до 25 мм и быть как одинаковыми, так и хаотично различными.
Эти отверстия имеют двойное назначение. Во-первых, их используют в качестве технологических для заполнения пустот сухим наполнителем. После заполнения пустот эти отверстия заклеивают акустически прозрачным материалом, например, нетканым полипропиленом. Во-вторых, отверстия имеют прикладное акустическое назначение, т.к. их наличие в значительной мере способствуют диссипации (рассеиванию, дроблению) звуковых волн, падающих на поверхность сотовой звукоизоляционной панели, что, в конечном итоге, увеличивает ее звукопоглощающие и звукоизолирующие свойства в целом.
Сотовая звукоизоляционная панель также может дополнительно содержать, как минимум, один прямой поверхностный слой, расположенный по краям и по периметру панели, направленный перпендикулярно прямым слоям; данный слой функционально играет роль ограничительной стенки, замыкающей пустоты сотового слоя.
Сотовая звукоизоляционная панель для усиления ее звукопоглощающих свойств также может дополнительно содержать, как минимум, один прямой поверхностный слой, далее именуемый «дополнительный звукопоглощающий слой», расположенный поверх одного из внешних прямых слоев и скрепленный с ним, например, с помощью клея, выполненный из негорючего однородного и/или композитного материала, обладающего высокими звукопоглощающими свойствами.
В качестве материалов для формирования прямых и сотовых слоев могут использоваться разнообразные негорючие материалы: предпочтительно тонкие металлы, фольга, стеклопластики, негорючие пластики и созданные на их основе композиты, изготовленные на основе арамидных тканей и нетканых материалов, арамидной бумаги, а также углепластики в различных формах и комбинациях.
В качестве материала сухого наполнителя могут быть выбраны различные негорючие гранулированные, мелко или средне-дисперсные сыпучие природные и искусственные материалы, а также их смеси в различных сочетаниях. Предпочтительно - чистый кварцевый песок.
В качестве негорючего материала быстрополимеризующегося и/или быстротвердеющего наполнителя могут быть использованы эковата, пропитанная антипиренами; цемент, цементно-песчаные смеси, гипс, магнезит и смеси на их основе; полимеры на основе производных акриловой кислоты, кремнийорганические полимеры: силиконы, кремнийорганические смолы, эластомеры, и их производные.
В качестве материала для формирования дополнительного звукопоглощающего слоя могут быть выбраны волокниты из стеклянных, базальтовых, мулитокремнеземистых и других негорючих волокон, а также их композиты в обкладках из негорючих тканей.
Полезная модель иллюстрируется фигурами 1 и 2, на которых указано:
10 - прямые в профиле слои;
20 - сотовый слой;
11 - прямые в профиле слои, размещенные между другими прямыми слоями;
12 - дополнительный звукопоглощающий слой;
3 - боковая стенка (прямой поверхностный слой);
40 - область пространства, совместно образованная поверхностями профилей (пустоты, полости, соты), предназначенная для помещения в нее сухого и/или быстрополимеризующегося, и/или быстротвердеющего наполнителя;
5 - заполненные наполнителем области пространства, совместно образованного поверхностями слоев;
6 - незаполненные наполнителем области пространства, совместно образованного поверхностями слоев.
На фигуре 1 показан общий вид одного из вариантов сотовой звукоизоляционной панели.
На фигуре 2 показан вид панели с различным количеством прямых слоев, между которыми размещаются сотовые слои.
Преимущественным видом выполнения заявленной сотовой звукоизоляционной панели является панель, состоящая из двух прямых в профиле слоев 10 и одного сотового слоя 20. Эти три слоя соединяют друг с другом любым известным способом - например, склеиванием, или разъемным соединением. При их совмещении между этими слоями образуются области пространства 6, ограниченные их поверхностями, в виде пустот (полости, соты, ячейки). Эти области пространства (полости, соты, ячейки) между слоями предназначены для размещения в них сухого наполнителя и/или быстрополимеризующегося, и/или быстротвердеющего наполнителя, превращающегося не более чем за 72 часа в твердое или твердо-пластичное состояние после помещения его в указанные полости (соты, ячейки).
Основную функцию по вибро- и звукоизоляции, прежде всего, несет сотовый слой 20, а также указанный наполнитель и многослойность конструкции, в состав которой входит, по крайней мере, два гибких прямых в профиле слоя 10.
Анализ данных проведенных измерений позволяет сделать следующие выводы.
1. Звукоизоляция сотовых звукоизоляционных панелей увеличивается во всем измеряемом диапазоне частот по мере увеличения толщины прямых слоев. Выше основной резонансной частоты панели это увеличение можно отнести за счет увеличения массы панели, а ниже основной резонансной частоты за счет увеличения цилиндрической жесткости.
2. Увеличение звукоизоляции на низких частотах обусловлено ростом цилиндрической жесткости сотовых звукоизоляционных панелей из-за удаления несущих слоев от нейтральной оси поперечного сечения.
3. Эффект увеличения звукоизоляции сотовых звукоизоляционных панелей на высоких частотах связан не с самим увеличением толщины сотового слоя, а с изменением его жесткости на сдвиг.
4. Изгибная жесткость сотовой звукоизоляционной панели оказывает большое влияние на ее звукоизоляцию в области частот ниже основной резонансной частоты панели.
5. Сопоставление результатов измерений звукоизоляции сотовых звукоизоляционных панелей с минимальными и максимальными размерами ячейки сотового слоя сотовых звукоизоляционных панелей свидетельствует о том, что этот конструктивный параметр не оказывает существенного влияния на звукоизоляцию панели на частотах ниже 500 Гц.
6. На более высоких частотах увеличение размера ячейки приводит к заметному уменьшению звукоизоляции, достигающему 6 дБ. Наблюдаемое снижение звукоизоляции связано не непосредственно с увеличением размера ячейки сотового слоя, а с уменьшением при этом общей жесткости сотового слоя на сдвиг.
7. Панели, у которых ячейки сотового слоя имеют одинаковые размеры, существенно различаются звукоизоляцией из-за различной жесткости на сдвиг сотового слоя, обусловленного различными свойствами материалов, из которых выполнены сотовые слои.
8. Панель с большей жесткостью на сдвиг сотового слоя характеризуется большей звукоизоляцией.
9. Основными параметрами, определяющими звукоизоляцию сотовых звукоизоляционных панелей, являются поверхностная масса, цилиндрическая жесткость панели и жесткость на сдвиг сотового слоя. При этом с увеличением цилиндрической жесткости панели звукоизоляция увеличивается на частотах, меньших основной резонансной частоты панели, поверхностная масса увеличивает звукоизоляцию панели выше основной резонансной частоты, а увеличение жесткости на сдвиг приводит к росту звукоизоляции панели на высоких частотах. Вариацией этих параметров можно в значительной степени менять звукоизоляцию сотовых звукоизоляционных панелей.
Особо следует отметить большое превышение звукоизоляции сотовых звукоизоляционных панелей над звукоизоляцией, рассчитанной по закону массы, в области низких частот, где она поднимается до значений, примерно равных значениям звукоизоляции на высоких частотах.
Количество, как прямых слоев, так и сотовых слоев, в сотовой звукоизоляционной панели составляет от одного до двадцати. Преимущественно используется 2, 4 или 6 прямых в профиле изоляционных слоев и 1, 2 или 3 сотовых слоев.
Преимущественно прямые и сотовые слои располагают последовательно, т.е. к прямому в профиле слою крепят сотовый, далее, уже к другой стороне сотового слоя крепят прямой и т.д. Однако, возможны и другие варианты, когда к прямому слою крепят другой прямой слой, один или несколько, далее к нему крепят следующий сотовый слой и т.д.. при этом направляющие, образующие соты последовательно крепящихся слоев, могут располагаться как параллельно друг другу, так и перпендикулярно, а также под любым произвольным углом друг к другу; в случае скрепления друг с другом нескольких прямых слоев создается более массивный наружный или один из внутренних слоев. Конкретный вид, количество, последовательность соединения и чередования прямых и сотовых слоев выбирают, исходя из конкретной задачи по изоляции помещения.
Преимущество сотовой звукоизоляционной панели в том, что структура входящего в ее состав сотового слоя уже имеет сформированные области пространства, именованные выше «пустоты, соты, ячейки», в которые можно поместить наполнитель и, следовательно, производство панели в значительной мере облегчается.
Форма и размер соты изоляционного слоя зависит от способа производства сотовой звукоизоляционной панели и/или ее назначения. Эти элементы могут иметь правильную или неправильную круговую, треугольную, квадратную, многоугольную, волнообразную геометрическую форму. Преимущественной является шестиугольная геометрическая форма, как обеспечивающая наибольшую цилиндрическую жесткость.
Толщина слоев, как прямого, так и сотового, выбирается в зависимости от конкретного назначения панели и материала выполнения слоя.
В качестве материала слоя, как прямого, так и сотового, могут быть использованы разнообразные негорючие материалы.
Преимущественными видами материала слоев являются те, которые сами по себе обеспечивают некоторую изоляцию помещения, однако возможно использование (например, в целях увеличения прочности и одновременной гибкости конструкции) и металлов. Конкретными видами таких материалов являются следующие:
- тонкие металлы, например тонкая листовая сталь (жесть), листовой алюминий и его сплавы, листовой алюцинк;
- фольга, например стальная, алюминиевая, оловянная;
- стеклопластики и созданные на их основе композиты, например пресс-материалы типа СВАМ, АГ-4С, АГ-4В, полиэфирные стеклопластики, СМЛ и другие;
- углепластики и созданные на их основе композиты, например карбопласты, углеродопласты, и прочие пластмассы, содержащие в качестве упрочняющего наполнителя углеродные волокна в виде жгутов, ровницы, лент, тканей;
- арамидные ткани и нетканые материалы в различных формах и комбинациях;
- арамидная бумага в различных формах и комбинациях.
В качестве материала сухого наполнителя могут быть выбраны различные мелко или средне-дисперсные или гранулированные сыпучие природные и искусственные материалы, а также их смеси в различных сочетаниях.
Конкретными видами таких материалов являются следующие:
- песок кварцевый сухой;
- песок керамзитовый;
- шлак печной;
- керамизированный базальтовый гранулят;
- гранулированный вспученный перлит;
- перлитовый песок;
- гранулированный вспученный вермикулит;
- вермикулит;
- гранулированная вата.
Также возможно применение в качестве наполнителя смеси перечисленных материалов засыпок в любых соотношениях и сочетании в зависимости от назначения сотовой звукоизоляционной панели.
В качестве быстрополимеризующегося и/или быстротвердеющего наполнителя могут быть использованы естественные и искусственные материалы.
Конкретными видами таких материалов являются следующие:
- кремнийорганические полимеры - силиконы, эластомеры, кремнийорганические смолы, а также их производные;
- цемент и цементно-песчаные смеси;
- сложные цементно-гипсовые смеси;
- гипс и смеси на его основе;
- магнезит и смеси на его основе.
Также возможно применение в качестве быстрополимеризующегося и/или быстротвердеющего наполнителя любые сочетания перечисленных материалов в любых соотношениях в зависимости от назначения сотовой звукоизоляционной панели.
Также возможно для увеличения массивности сотовой звукоизоляционной панели применять различные сочетания сухих, быстрополимеризующихся и быстротвердеющих наполнителей.
Указанными списками не ограничиваются перечни возможных материалов для изготовления прямых и сотовых слоев, а также заполнителей. Главное ограничение - применяемые материалы должны быть негорючими.
Производство предложенной модели отличается относительной простотой и небольшим количеством операций. Первоначально, на заранее нарезанные листы прямого слоя, например, тонкого листового алюминия, с помощью клея крепят сотовый слой; после высыхания клея производят заполнение образовавшихся областей пространства (пустот, сот, ячеек) наполнителем, например, мелким кварцевым песком. Затем к сотовому слою приклеивают второй прямой в профиле слой и, боковые стенки по всему периметру панели, в случае наличия нескольких прямых и/или сотовых слоев количество операций соответственно увеличивается. Монтаж сотового изоляционного слоя осуществляется одним из известных способов.