專(zhuān)利名稱(chēng)：對(duì)吸音天花板貼磚產(chǎn)品有用的低密度非織造材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本領(lǐng)域涉及一種非織造材料，并且具體地是一種低密度非織造材料，它對(duì)提供熱和聲絕緣是有效的，適合用作吸音天花板貼磚。
背景技術(shù)：
常規(guī)的吸音天花板 貼磚是一種非織造結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)由基礎(chǔ)纖維組成的內(nèi)芯以及相結(jié)合的填充劑和粘合劑，以便形成天花板貼磚結(jié)構(gòu)。這些基礎(chǔ)纖維通常是礦棉或玻璃纖維。這些填充劑可以是珍珠巖、粘土、碳酸鈣、纖維素纖維，以及類(lèi)似物。這些粘合劑典型地是纖維素纖維、淀粉、膠乳、以及類(lèi)似物。在干燥時(shí)，粘合劑與基礎(chǔ)纖維和填充劑形成粘合以形成一個(gè)纖維網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)纖維網(wǎng)絡(luò)為貼磚提供了結(jié)構(gòu)剛性并形成了吸收聲音的多孔結(jié)構(gòu)。為了用作一種典型的天花板貼磚，該非織造結(jié)構(gòu)或基礎(chǔ)氈片應(yīng)該是基本扁平的并且是自支持的以便被懸吊在一種典型的天花板貼磚格柵或類(lèi)似的結(jié)構(gòu)中。為了使非織造結(jié)構(gòu)適合于吸音天花板貼磚應(yīng)用，這些非織造結(jié)構(gòu)還需要符合與噪聲減低和防火等級(jí)相關(guān)的不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及建筑法規(guī)。例如，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求天花板貼磚具有根據(jù)ASTM E84的A級(jí)防火等級(jí)，該等級(jí)總體上要求火焰蔓延指數(shù)小于25并且煙霧發(fā)展指數(shù)小于50。關(guān)于噪聲減低，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)典型地要求吸音天花板貼磚具有的、根據(jù)ASTM C423的噪聲減低系數(shù)(NRC)為至少約O. 55。吸音天花板貼磚通常由使用水性介質(zhì)來(lái)輸送這些貼磚組分并將其形成為所希望的結(jié)構(gòu)的濕法成網(wǎng)法來(lái)成形。這種基本的過(guò)程涉及首先將不同的貼磚成分共混成一種水性漿料，將該漿料輸送到一個(gè)流漿箱成形站，并且將漿料分布在一個(gè)移動(dòng)的、多孔的線網(wǎng)上成為一種具有所希望的大小和厚度的、均勻的氈片。去除水并將該氈片干燥?？梢酝ㄟ^(guò)切開(kāi)、穿孔、向該貼磚涂覆和/或?qū)訅阂粋€(gè)面層來(lái)將該所干燥的氈片最終處理成這個(gè)天花板貼磚結(jié)構(gòu)。在該濕法成網(wǎng)法中，水充當(dāng)了這些不同的貼磚成分的輸送介質(zhì)。然而，在對(duì)高的生產(chǎn)速度和使用低成本原材料(例如再利用的新聞?dòng)眉埨w維、再利用的皺紙、零碎的聚酯纖維、棉短絨、廢織物、以及類(lèi)似物)的能力方便的同時(shí)，用水來(lái)制造吸音天花板貼磚顯現(xiàn)了多個(gè)缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)使這種工藝及所形成的產(chǎn)品不甚理想。該濕法成網(wǎng)法使用了大量的水來(lái)輸送這些組分并使其形成該天花板貼磚結(jié)構(gòu)。該大量的水必須在最后從產(chǎn)品中去除。因此，大多數(shù)濕式法通過(guò)一個(gè)或多個(gè)步驟的自由或重力排水、高或低真空、壓縮、以及蒸發(fā)來(lái)調(diào)節(jié)水的去除。不幸的是，這些方法步驟必然引起大的能量需求來(lái)輸送并去除這些水。照這樣，運(yùn)用大體積的水來(lái)形成貼磚、連同隨后對(duì)這些水的去除和蒸發(fā)致使這種典型的濕法成網(wǎng)法因?yàn)楦叩脑O(shè)備及運(yùn)行成本而是相對(duì)昂貴的。使用一種濕法成網(wǎng)法也難以形成一種具有高的吸聲特性的吸音天花板貼磚。在一種濕法成網(wǎng)法中，所形成的天花板貼磚由于該濕法成網(wǎng)配方中的這些成分的性質(zhì)而傾向于具有一個(gè)密封的表面。具有一個(gè)密封表面的天花板貼磚一般會(huì)具有效率較低的隔音層，因?yàn)樵撡N磚是孔隙較少的，這致使該貼磚比較不能夠吸收聲音。該密封的貼磚表面實(shí)際上可能反射聲音，這在吸音天花板貼磚中是一個(gè)不希望的特征。
相信這些不希望的吸聲特征會(huì)由于該濕法成網(wǎng)法中典型地使用的這些貼磚成分的親水性質(zhì)而發(fā)生。纖維素纖維(例如，再利用的新聞?dòng)眉?，在天花板貼磚中常用作低成本的粘合劑和填充劑，是高度親水性的并且吸引了大量的水。一部分是由于此類(lèi)親水性組分，濕法成網(wǎng)的貼磚典型地具有約65百分比至約75百分比的高的入口濕度含量(tipplemoisture content)(即，該板直接在進(jìn)入干燥烘箱或烘干爐之前的濕度水平),這增大了在干燥過(guò)程中蒸發(fā)的需要。其結(jié)果是，在干燥過(guò)程中因?yàn)樗畯倪@些親水性組分中被去除，在這些貼磚成分上產(chǎn)生了高的表面張力。水，一種極性分子，賦予了其他組分表面張力。這種表面張力一般會(huì)造成該貼磚表面由一種較少的有孔隙的結(jié)構(gòu)來(lái)密封。據(jù)信這種表面張力會(huì)將貼磚中的要素彼此拉近在一起，從而在該方法中使其結(jié)構(gòu)致密化并封閉這些貼磚孔隙。因此，濕法成網(wǎng)生產(chǎn)的天花板貼磚要求進(jìn)一步的處理來(lái)將貼磚穿孔，以實(shí)現(xiàn)可接受的噪聲減低。因此，盡管由于提高的生產(chǎn)速度以及使用低成本材料的能力，濕法成網(wǎng)法是可接受的，但是當(dāng)產(chǎn)品要求聲學(xué)特性時(shí)，使用水作為一種輸送介質(zhì)致使該方法以及所得到的產(chǎn)品是成本效益較小的。在某些情況下，在吸音天花板貼磚中還可以使用一種膠乳粘合劑，并且它在使用礦棉作為基礎(chǔ)纖維的濕法成網(wǎng)法中經(jīng)常是優(yōu)選的。然而，膠乳一般是天花板貼磚配方中所 采用的最昂貴的成分，因此，所希望的是限制這種相對(duì)高成本成分的使用。在天花板貼磚中常用的其他粘合劑是淀粉以及如以上描述的纖維素纖維。然而，淀粉和纖維素是親水性的并且趨向于在處理過(guò)程中吸引水并且產(chǎn)生以上描述的高表面張力的問(wèn)題。用濕法成網(wǎng)法制造的吸音天花板貼磚的一個(gè)常見(jiàn)缺點(diǎn)是通過(guò)上述機(jī)理這樣形成的貼磚總體上導(dǎo)致了更高的密度。高密度通常是與高氣流阻力相關(guān)聯(lián)的，這損害了吸音作用。典型地，取決于組成，用常規(guī)的配方制造的貼磚具有約121bs/ft3至201bs/ft3的密度。取決于具體的組成，它們還具有約O. 55到約O. 80的噪聲減低系數(shù)(NRC)。對(duì)于具有類(lèi)似組成的基礎(chǔ)氈片，更低的密度常常造成更低的氣流阻力或更高的孔隙率，因此改進(jìn)了吸音作用。然而，如果組成不同，那么密度與孔隙率的相關(guān)性就不一定如以上所陳述的。已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了替代性的粘合纖維，但是此類(lèi)替代性的纖維仍然是用親水組分制成的，并且因此可能展現(xiàn)出與現(xiàn)有的天花板貼磚成分中發(fā)現(xiàn)的相同的缺點(diǎn)。例如，美國(guó)專(zhuān)利號(hào)6，818，295和6，946，506以及美國(guó)公開(kāi)號(hào)2005/0026529描述了具有多個(gè)微纖維的、精細(xì)地被拉細(xì)的纖維。這些參考文獻(xiàn)的發(fā)明人提出，這些微纖維機(jī)械地加固了一種非織造材料，從而提供了改進(jìn)的拉伸強(qiáng)度。然而，參考文獻(xiàn)中的這些纖維仍然是使用淀粉基體來(lái)構(gòu)造的，這提供了一種將這些組分粘合到一起的天然聚合物。在這些情況下淀粉是重要的，因?yàn)樗试S所形成的任何材料是可生物降解的。然而，如果在這些參考文獻(xiàn)中描述的淀粉被用于形成天花板貼磚，因?yàn)榈矸鄣挠H水性質(zhì)，所形成的貼磚將展現(xiàn)出與在濕法成網(wǎng)的貼磚中發(fā)現(xiàn)的相同的缺點(diǎn)。也就是說(shuō)，如上所述，預(yù)期淀粉基體將在除水過(guò)程中產(chǎn)生高的表面張力，并且傾向于形成一個(gè)密封的表面，從而降低了貼磚吸聲的能力。這些參考文獻(xiàn)進(jìn)一步提出，可以將淀粉基體從該纖維結(jié)構(gòu)中除去而只使用微纖維。然而，在這樣的情況下，如果在天花板貼磚中只使用單獨(dú)的微纖維而沒(méi)有基礎(chǔ)纖維結(jié)構(gòu)的幫助的話，它們將不會(huì)提供一種充分結(jié)合的基體和強(qiáng)度以便作為天花板貼磚結(jié)構(gòu)中的一種有效的粘合劑而起作用。因此，對(duì)于具有極少親水組分的、扁平的、自支持的、并且適合在吸音天花板貼磚的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(即，熱特性和聲學(xué)特性?xún)烧?下使用的、滿足用戶手工可切性期望的低密度非織造的結(jié)構(gòu)有一種需要。

發(fā)明內(nèi)容
總體而言，提供了一種低密度非織造材料，它包括一種無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維和一種合成的熱粘合性纖維。通過(guò)一種途徑，該低密度非織造材料能夠形成一個(gè)內(nèi)芯或基礎(chǔ)氈片，該內(nèi)心或基礎(chǔ)氈片具有一個(gè)預(yù)先確定的基礎(chǔ)重量和低的密度足以提供一種基本扁平的、剛性的并且自支持的材料，該材料能夠提供的熱和聲音特性足以被用作一種吸音天花板貼磚。在此使用的術(shù)語(yǔ)扁平的或扁平是指，當(dāng)將一個(gè)2英尺長(zhǎng)的板放置在一個(gè)格柵上時(shí)，中間部分的撓曲量。例如，一個(gè)基本扁平的板可以具有約O. 25英寸或更小的撓曲量。如在本披露中所使用的，“低密度”總體上是指約101b s/ft3 (pcf)或更小，并且總體上在約7pcf到約13pcf的范圍內(nèi)。另外，如在本披露中所討論的，“孔隙率”是由氣流阻力而表示的量，并且可以根據(jù)ASTM C423和C386來(lái)測(cè)試。此外，本披露考慮了，使用在此描述的方法制成的貼磚的優(yōu)選厚度總體上處在約O. 5英寸到約I. O英寸的范圍內(nèi)。
具體實(shí)施例方式以舉例的方式而言，該非織造材料能夠形成一種基本扁平或平面的、自支持的、防松弛的內(nèi)芯，該內(nèi)芯展示出根據(jù)ASTM C423至少約O. 55的噪聲減低系數(shù)、具有根據(jù)ASTME84約25或更低的火焰蔓延指數(shù)以及約50或更低的煙霧發(fā)展指數(shù)的A級(jí)防火等級(jí)。即便密度較低，該內(nèi)芯也優(yōu)選展示出高的抗彎強(qiáng)度，但仍然可以被手工切割，如以輕的或極小的壓力來(lái)使用普通的實(shí)用刀。在不同的實(shí)施方案中，無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維優(yōu)選是礦棉、渣棉、石棉、或它們的混合物，它們優(yōu)選具有按重量計(jì)最高約60百分比的、最優(yōu)選按重量計(jì)在約10百分比到45百分比之間的渣球含量。如在此所使用的，礦棉渣球一般是指礦棉制造過(guò)程的一種副產(chǎn)品，它包括非纖維的、具有從約50微米到約500微米范圍的直徑的礦物微粒。適合的無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維是Thermafiber FRF牌的纖維(美國(guó)伊利諾州芝加哥市的USG Interiors, Inc.);然而,還可以使用其他無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維，例如玻璃纖維以及類(lèi)似物。這些無(wú)機(jī)纖維優(yōu)選具有從約O. Imm到約4_的平均長(zhǎng)度，以及約I到約15微米的平均直徑。通過(guò)一種途徑，非織造材料的內(nèi)芯包括基于重量約30百分比到約95百分比的石棉或渣棉。在不同的實(shí)施方案中，合成的熱粘合纖維優(yōu)選是一種單組分或雙組分的合成纖維，當(dāng)被加熱到適當(dāng)?shù)臏囟葧r(shí)，這種纖維熔化或與周?chē)牟牧险澈?。?yōu)選地，該非織造的合成材料包括基于重量約O. I百分比到約50百分比、并且最優(yōu)選地約I百分比到約25百分比的合成單組分或雙組分纖維。如在此所使用的，“合成的”是指一種用非天然來(lái)源的組分制造的纖維。例如，這些合成的熱粘合纖維優(yōu)選地由一種聚丙烯酸、乙烯乙酸乙烯酯、聚酯、聚烯烴、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂、聚乙烯醇、聚氯乙烯、或它們的混合物組成。這些材料一般具有從約100°C到約250°C的熔點(diǎn)。某些可以使用的合成的熱粘合纖維由聚烯烴樹(shù)脂組成，并且展示出至少一個(gè)組分的熔點(diǎn)為從約125°C到約136°C。也可以使用由聚烯烴樹(shù)脂之外的材料組成的纖維，并且這些纖維可能提供更好的特性(如強(qiáng)度)但是它們有可能更昂貴。通過(guò)一種途徑，優(yōu)選的合成的熱粘合纖維總體上是不可生物降解的并且基本上不含淀粉、蛋白質(zhì)、以及其他天然出現(xiàn)的聚合物，這些聚合物在很大程度上是親水的并且將造成在現(xiàn)有技術(shù)的纖維中發(fā)現(xiàn)的、不希望的表面張力特性。如在下面進(jìn)一步討論的，在此的這些合成熱粘合纖維總體上是保持疏水性的，即便它被處理為具有親水表面以便改進(jìn)分散穩(wěn)定性。相對(duì)于纖維的長(zhǎng)度和直徑而言，優(yōu)選的合成的熱粘合纖維具有高的表面積，以便提供高的粘合表面積。例如，優(yōu)選的合成的粘合纖維具有小于3mm的平均長(zhǎng)度(優(yōu)選約O. I到約3mm)、小于50微米的平均直徑(優(yōu)選約5到約30微米)，但是具有大于約O. 5m2/克的、并且優(yōu)選在約I與約12m2/克之間的大的表面積。這樣的表面積約比可商購(gòu)的單組分或雙組分的熱粘合纖維(I到6旦尼爾的纖維，它們通常具有在約O. I到約O. 4m2/克之間的表面積)大出一到兩個(gè)量級(jí)。下面的表I示出了基于旦尼爾和密度的、標(biāo)準(zhǔn)的、可商購(gòu)的、無(wú)原纖維組織的纖維的表面積清單。例如，如在圖表中示出的，如果一根纖維具有3旦尼爾的單纖維以及O. 95g/cm3的密度，那么標(biāo)準(zhǔn)的、無(wú)原纖維組織的合成纖維的表面積將是O. 199m2/g。表I
權(quán)利要求
1.一種吸音天花板貼磚，包括 一個(gè)基本平面的、自支持的非織造內(nèi)芯，該非織造內(nèi)芯包括一種無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維和一種合成的熱粘合纖維； 該合成的熱粘合纖維具有約3mm或更小的平均纖維長(zhǎng)度、約30微米或更小的平均纖維直徑，以及約0. 5m2/克到約15m2/克或更大的粘合表面積；并且該內(nèi)芯的密度為約7pcf到約13pcf或更??； 其中該吸音天花板貼磚展現(xiàn)出至少約0. 55的噪聲減低系數(shù)。
2.如權(quán)利要求I所述的吸音天花板貼磚，其中該合成的熱粘合纖維具有一個(gè)主體部分和多個(gè)從該主體部分延伸出的微纖維，并且其中該主體部分與該多個(gè)微纖維的一種組合提供了該粘合表面積。
3.如權(quán)利要求2所述的吸音天花板貼磚，其中這些微纖維具有在從約0.I微米到約10微米范圍的微纖維直徑。
4.如權(quán)利要求2所述的吸音天花板貼磚，其中多個(gè)合成的熱粘合纖維組成了按該內(nèi)芯重量計(jì)的約0. I百分比到約50百分比。
5.如權(quán)利要求I所述的吸音天花板貼磚，其中該合成的熱粘合纖維是由選自下組的一種材料形成的，該組由以下各項(xiàng)組成聚丙烯酸、乙烯乙酸乙烯酯、聚酯、聚烯烴、聚酰胺、酚醛樹(shù)脂、三聚氰胺甲醛、脲甲醛、聚乙烯醇、聚氯乙烯、及它們的混合物。
6.如權(quán)利要求I所述的吸音天花板貼磚，其中該合成的熱粘合纖維具有在從約100°C到約250°C的范圍內(nèi)的熔點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求I所述的吸音天花板貼磚，其中該合成的熱粘合纖維是一種雙組分纖維。
8.如權(quán)利要求7所述的吸音天花板貼磚，其中該雙組分纖維的一種組分的熔點(diǎn)是實(shí)質(zhì)上高于其另一個(gè)組分的熔點(diǎn)的。
9.如權(quán)利要求I所述的吸音天花板貼磚，其中該內(nèi)芯具有根據(jù)ASTME84的、和小于約25的火焰蔓延指數(shù)以及小于約50的煙霧發(fā)展指數(shù)的A級(jí)防火等級(jí)。
10.一種吸音天花板貼磚，包括 一個(gè)基本平面的且自支持的非織造內(nèi)芯，該非織造內(nèi)芯為多個(gè)無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維和多個(gè)合成的熱粘合纖維； 從這些合成的熱粘合纖維的外表面延伸出的多個(gè)微分支，如果與一種尺寸類(lèi)似的未分支的纖維相比，這些微分支提供了相對(duì)于其長(zhǎng)度和直徑而言增大的粘合表面積；并且該內(nèi)芯的密度為約7pcf到約13pcf ； 其中該吸音天花板貼磚展現(xiàn)出至少約0. 55的噪聲減低系數(shù)。
11.如權(quán)利要求10所述的吸音天花板貼磚，其中這些合成的熱粘合纖維具有約3mm或更小的平均纖維長(zhǎng)度、約30微米或更小的平均纖維直徑，以及約0. 5m2/克到約15m2/克或更大的粘合表面積。
12.如權(quán)利要求11所述的吸音天花板貼磚，其中這些合成的熱粘合纖維組成了按該內(nèi)芯重量計(jì)的約0. I百分比到約50百分比。
13.如權(quán)利要求11所述的吸音天花板貼磚，其中這些合成的熱粘合纖維是基本上疏水的。
14.一種形成吸音天花板貼磚的方法，該方法包括 制備一種包括多個(gè)合成的熱粘合纖維以及多個(gè)無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維的水性漿料，這些合成的熱粘合纖維具有從其外表面延伸出的多個(gè)微分支以便提供一個(gè)粘合表面積； 將該水性漿料形成為一種非織造材料，該非織造材料具有基本平面的且自支持的、高達(dá)約7pcf到約13pcf的內(nèi)芯；并且 將該內(nèi)芯形成為該吸音天花板貼磚，從而展現(xiàn)出至少約0. 55的噪聲減低系數(shù)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中該水性漿料具有按重量計(jì)從約I百分比到約15百分比的內(nèi)芯固體含量。
16.如權(quán)利要求14所述的方法，其中將該水性漿料在約30°C到約70°C的溫度下進(jìn)行摻混。
17.如權(quán)利要求14所述的方法，其中這些合成的熱粘合纖維具有約3mm或更小的平均纖維長(zhǎng)度、約30微米或更小的平均纖維直徑，并且其粘合表面積是至少約0. 5m2/克到約12m2/ 克。
18.如權(quán)利要求14所述的方法，其中這些合成的熱粘合纖維包括基本上疏水的熱粘合纖維。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中這些基本上疏水的熱粘合纖維具有足以允許在該水性漿料中分散的親水表面。
20.如權(quán)利要求17所述的方法，其中這些合成的熱粘合纖維包括基本上疏水的熱粘合纖維。
全文摘要
在此提供了一種非織造材料，該非織造材料可以形成為一種吸音天花板貼磚。該材料包括一個(gè)基本平面的且自支持的內(nèi)芯，該內(nèi)芯為一種無(wú)機(jī)基礎(chǔ)纖維和一種合成的熱粘合纖維。該合成的熱粘合纖維優(yōu)選具有增大的粘合表面積，這改進(jìn)了粘附性和孔隙度，以便提供一種具有低密度的基礎(chǔ)氈片或內(nèi)芯，從而提供吸音天花板貼磚所要求的聲音吸收作用。
文檔編號(hào)E04B1/86GK102713100SQ201080026873
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2010年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月18日
發(fā)明者B·曹, D·S·米勒, W·D·宋, 俞清 申請(qǐng)人:Usg室內(nèi)建材公司