多層片材以及用于制造和使用其的方法
【專利摘要】多層片材(10)包括多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括第一壁(12)；第二壁(14)；以及橫向壁(16)，其中，第一壁(12)、第二壁(14)、以及橫向壁(16)縱向延伸；和在相鄰的壁之間延伸的肋(18)；以及布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中的隔音材料，其中，隔音材料具有大于塑料壁聲速的聲速。
【專利說明】多層片材以及用于制造和使用其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本文中公開了多層片材，并且更具體地是如用于上釉應(yīng)用和工業(yè)應(yīng)用的隔音多層片材。
【背景技術(shù)】
[0002]在自然光結(jié)構(gòu)(例如，溫室、池圍欄、暖房、運(yùn)動(dòng)場、日光浴室等)的建筑中，玻璃在許多應(yīng)用中已經(jīng)用作透明結(jié)構(gòu)元件如窗、飾面、和屋頂。然而，聚合物片材由于一些顯著的益處在許多應(yīng)用中正在取代玻璃。
[0003]與玻璃相比，聚合物片材的一個(gè)益處是其表現(xiàn)出優(yōu)異的抗沖擊性。在遇到惡意破壞、冰雹、收縮/膨脹等的應(yīng)用中，這進(jìn)而減少破裂，并因此降低維護(hù)成本。聚合物片材的另一個(gè)益處是，與玻璃相比，重量明顯降低。這使聚合物片材比玻璃更容易安裝，并且降低了安裝它們的結(jié)構(gòu)的承重要求。
[0004]除了這些益處之外，聚合物片材的最顯著的優(yōu)勢(shì)之一是，與玻璃相比，其提供改善的隔音性能。因?yàn)橄M(fèi)者希望具有改善效率的結(jié)構(gòu)元件以降低加熱和/或制冷成本，所以該性能顯著影響聚合物片材的整體市場接受性。雖然聚合物片材的絕緣性能優(yōu)于玻璃的絕緣性能，但在聚合物片材中具有低熱絕緣值、高剛度(即剛度)、以及光透射是具有挑戰(zhàn)性的。因此，存在對(duì)進(jìn)一步改善的持續(xù)需要。
[0005]多層片材通常為了結(jié)構(gòu)應(yīng)用和熱絕緣應(yīng)用而設(shè)計(jì)。如所提及，在工業(yè)中多不斷地尋求層片材應(yīng)用的更高的熱絕緣值。針對(duì)需要的有效隔音的有效材料成本，噪音污染是另一個(gè)關(guān)心。多層片材重量的增加是用于提高隔音的可能。然而，在重量方面的這種增加同與玻璃相比通過使用聚合物片材利用的重量減輕是起反作用的，并且增加片材的整體成本。此外，對(duì)于希望是透明多層片材的應(yīng)用，在也沒有折中多層片材的透明度的情況下，可能難以實(shí)現(xiàn)多層片材期望的隔音性能。
[0006]因此，在重量方面沒有顯著增加的情況下，存在對(duì)具有提高的隔音的多層片材的需要。在對(duì)多層片材的整體透明度沒有最小或沒有影響的情況下，還存在對(duì)提高的隔音性能的需要。此外，在沒有增加制造步驟和成本的情況下，也希望能夠制造具有提高的隔音性能的多層片材。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]在各種實(shí)施方式中，公開了多層片材以及用于制造和使用其的方法。
[0008]在一個(gè)實(shí)施方式中，多層片材包括:多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括第一壁；第二壁；以及橫向壁，其中，第一壁、第二壁、以及橫向壁縱向延伸；在相鄰的壁之間延伸的肋；以及布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中的隔音材料；其中，隔音材料具有大于塑料壁聲速的聲速。
[0009]在另一個(gè)實(shí)施方式中，多層片材包括:多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括第一壁；第二壁；以及橫向壁，其中，第一壁、第二壁、以及橫向壁縱向延伸；在相鄰的壁之間延伸的肋；以及布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中的隔音材料；其中，隔音材料具有大于或等于5MRayl 的聲阻抗(acoustic impedance)。
[0010]在另一個(gè)實(shí)施方式中，多層片材包括:多個(gè)聚碳酸酯壁，其中，這些壁包括第一壁；第二壁；以及橫向壁，其中，第一壁、第二壁、以及橫向壁縱向延伸；在相鄰的壁之間延伸的肋；以及布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中的隔音材料；其中，隔音材料包括二氧化硅，并且其中，隔音材料具有大于或等于4，000m/s的聲速和大于或等于IOMRayl的聲阻抗。
[0011]在一個(gè)實(shí)施方式中，制造隔音結(jié)構(gòu)的方法包括:用隔音材料填充多層片材，其中，多層片材包括:多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括:第一壁；第二壁；以及橫向壁，其中，第一壁、第二壁、以及橫向壁縱向延伸；以及在相鄰的壁之間延伸的肋；其中，隔音材料布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中，并且具有大于塑料壁聲速的聲速；以及將多層片材連接至該結(jié)構(gòu)。
[0012]在另一個(gè)實(shí)施方式中，制造多層片材的方法包括:形成多層片材，其中，多層片材包括多個(gè)塑料壁，其中，這些塑料壁包括:第一壁；第二壁；以及橫向壁，其中，第一壁、第二壁、以及橫向壁縱向延伸；以及在相鄰的壁之間延伸的肋；用具有大于塑料壁聲速的聲速的隔音材料填充兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域。
[0013]以下將更具體地描述這些和其他特征和特性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]以下是附圖的簡要說明，其中，相同元件相同地編號(hào)，并且它們是為了闡明本文中所公開的示例性實(shí)施方式的目的而不是為了限制示例性實(shí)施方式的目的而給出。
[0015]圖1是具有填充有隔音材料的區(qū)域的多 層片材的部分截面圖。
[0016]圖2是具有布置在一些區(qū)域中的元件和在其他區(qū)域中的隔音材料的多層片材的部分截面圖。
[0017]圖3是雙壁多層片材的部分截面圖。
[0018]圖4是^ 壁多層片材的部分截面圖。
[0019]圖5是九壁多層片材的部分截面圖。
[0020]圖6是具有部分填充有隔音材料的腔體的多層片材的部分截面圖。
[0021]圖7是聲傳輸損失與三壁多層片材頻率的圖示。
[0022]圖8是聲傳輸損失與雙壁多層片材頻率的圖示。
[0023]圖9是利用本文中公開的多層片材的自然光結(jié)構(gòu)的示例性實(shí)施方式的透視圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]本文公開了多層片材和制造方法，其中，多層片材的各個(gè)區(qū)域和/或各個(gè)腔體填充有隔音材料。隔音材料可以具有大于多層片材料聲速的聲速?？商鎿Q地，或除了更高的
聲速之外，隔音材料可以具有大于或等于5兆瑞利(MRayl)的聲阻抗，其中I瑞利等于Ikg/
2
m S。
[0025]具有填充有這種隔音材料的區(qū)域的多層片材與未填充的片材(即填充有空氣)相比表現(xiàn)出乎意料地更高的聲傳輸損失。通常，在聲傳輸損失上一分貝或兩分貝(dB)的增加認(rèn)為是顯著的改善。本文中公開的多層片材在聲傳輸損失上可以提供大于或等于15dB的增加，尤其是在聲傳輸損失上大于或等于20dB的增加。
[0026]可以通過聲傳輸損失或通過聲吸收實(shí)現(xiàn)聲音衰減。不通過理論限制，聲吸收通常通過與入射聲波相互作用而操作，并且主要是表面相互作用現(xiàn)象。聲音不被材料如玻璃纖維、纖維素、泡沫、以及礦棉有效地吸收。然而，當(dāng)本文中描述的聲傳輸損失材料用于實(shí)現(xiàn)多層片材中的聲音衰減時(shí)，在聲音方面存在有效的衰減。
[0027]填充本文中描述的多層片材的區(qū)域通常是指將隔音材料裝填到多層片材的兩個(gè)相鄰的壁之間的空間。例如，一個(gè)區(qū)域可以裝填大于或等于50體積百分比(vol.%)的隔音材料，尤其是裝填大于或等于75vol.%的隔音材料,更尤其是裝填大于或等于85vol.%的隔音材料，甚至更尤其是裝填大于或等于95vol.%的隔音材料，仍更尤其是裝填大于或等于99vol.%的隔音材料,并且甚至還更尤其是裝填大于或等于IOOvol.%的隔音材料。在隔音材料存在下，與具有相同材料組成和結(jié)構(gòu)但具有如在區(qū)域中的空氣的多層片材相比，在聲傳輸損失上的改善可以大于或等于500%。噪音污染在某些應(yīng)用中是最擔(dān)憂的，因此，為了隔音需要具有改善的聲傳輸損失的多層片材。
[0028]隔音，或可替換地，聲傳輸損失(STL)，是板材的質(zhì)量和厚度的函數(shù)。如在本文中使用的，除非另外具體地陳述，否則基于采用不同頻率范圍的根據(jù)ASTM E413的聲傳輸?shù)燃?jí)和根據(jù)IS0717-DIN52210的聲衰弱指數(shù)計(jì)算聲傳輸損失。與具有相同材料組成和結(jié)構(gòu)但沒有隔音材料的多層片材相比，本文中公開的多層片材提供特定片材的具體STL值上至少大于或等于100%的改善，并且特定片材的具體STL值上甚至上達(dá)至500%的改善，其中，對(duì)于給定重量的片材，基于片材一平方米區(qū)域的聲傳輸性能測量具體STL值，其中片材的重量以千克/平方米(kg/m2)測量。
[0029]通常，STL是質(zhì)量和聲阻尼的函數(shù)。本文中公開的多層片材提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)提供有效的阻尼和隔音。與等厚度的固體片材相比，本文中公開的多層片材可以具有更高的結(jié)構(gòu)性能指數(shù)，并且當(dāng)多層片材填充有隔音材料(例如，粒狀材料)時(shí)，與未填充(即充滿空氣)的多層片材相比，還可以提供更大的隔音能力。據(jù)信，隔音材料共振并消散多層片材內(nèi)的聲能，從而提供由ASTM E413確定的優(yōu)越的聲傳輸損失。在不希望受到理論限制的情況下，因?yàn)樗哂写笥诙鄬悠牧峡v向聲速的縱向聲速，所以隔音材料能夠共振并消散聲能。例如，隔音材料可以具有大于或等于4，000米/秒(m/s)，尤其是大于或等于5，OOOm/s的縱向聲速。
[0030]還據(jù)信，因?yàn)樗哂写笥诨虻扔?MRayl，尤其是大于或等于IOMRayl，更尤其是大于或等于25MRayl，并且還更尤其是大于或等于35MRayl的聲阻抗，所以隔音材料可以共振并消散聲能。聲阻抗是聲壓與流速(flow)的比率。聲阻抗由以下等式(I)計(jì)算:
[0031]Z = P *V (I)
[0032]其中，Z=聲阻抗
[0033]P =密度
[0034]V =速度
[0035]聚碳酸酯，能夠用于制造多層片材的材料，通常具有2，300m/s的縱向聲速、1，250m/s的切變波聲速值、以及2.75MRayl的聲阻抗值?？諝饩哂?34m/s的縱向聲速。熱塑性樹脂通常具有1，600m/s至2，800m/s的縱向聲速；500m/s至1，600m/s的切變波聲速；以及1.5MRayl至3MRayl的聲阻抗值。液體通常具有750m/s至1，500m/s的縱向聲速和0.8MRayl 至 1.5MRayl 的聲阻抗。
[0036]多層片材可以由塑料材料如熱塑性樹脂、熱固樹脂、以及包括上述至少一種的組合形成。可以采用形成多層片材的可能的熱塑性樹脂包括但不限于，低聚物，聚合物，離子聚合物，樹狀聚合物，共聚物如接枝共聚物、嵌段共聚物(例如，星型嵌段共聚物、無規(guī)共聚物等)以及包括上述至少一種的組合。此類熱塑性樹脂的實(shí)例包括但不限于聚碳酸酯(例如，聚碳酸酯的摻混物(如聚碳酸酯-聚丁二烯摻混物、共聚酯聚碳酸酯))、聚苯乙烯(例如，聚碳酸酯和苯乙烯的共聚物、聚苯醚-聚苯乙烯摻混物)、聚酰亞胺(例如，聚醚酰亞胺)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯(ABS)、聚甲基丙烯酸烷基酯(例如，聚甲基丙烯酸甲酯)、聚酯(例如，共聚酯、聚硫酯)、聚烯烴(例如，聚丙烯和聚乙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、線型低密度聚乙烯)、聚酰胺(例如，聚酰胺酰亞胺)、多芳基化合物、聚砜(例如，聚芳砜、聚纟侖(polysulfonamide))、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚(例如,聚醚酮、聚醚醚酮、聚醚砜)、聚丙烯酸化物、聚縮醒、聚苯并n惡唑(例如，聚苯并噻嗪并吩噻嗪(polybenzothiazinophenothiazine)、聚苯并噻唑)、聚卩惡二唑、聚批嗪喹卩惡啉(polypyrazinoquinoxaline)、聚均苯四甲酰亞胺(polypyromelIitimide)、聚喹喔啉、聚苯并咪唑、聚氧化卩引哚(polyoxindoles)、聚氧代卩引哚啉((polyoxoisoindoline))(例如,聚二氧代卩引哚啉)、聚三嗪(polytriazine)、聚噠嗪、聚哌嗪、聚吡啶、聚哌啶、聚三唑、聚吡唑、聚吡咯烷、聚碳硼烷、聚氧雜二環(huán)壬烷、聚二苯并呋喃、聚苯酞、聚縮醛、聚酸酐、聚乙烯類(例如，聚乙烯醚、聚乙烯硫醚、聚乙烯醇、聚乙烯酮、聚乙烯鹵化物、聚乙烯腈、聚乙烯酯、聚氯乙烯)、多磺酸鹽、多硫化物、聚脲、聚磷腈、聚硅氮烷、聚硅氧烷、以及包括上述至少一種的組合。
[0037]更具體地，用于多層片材的塑料可以包括但不限于聚碳酸酯樹脂(例如，Lexan*樹脂，從SABIC Innovative Plastics商業(yè)可獲得)、聚苯醚-聚苯乙烯樹脂(例如,Noryl*樹脂，從SABIC Innovative Plastics商業(yè)可獲得)、聚醚酰亞胺樹脂(例如,Ultem*樹脂，從SABIC Innovative Plastics商業(yè)可獲得)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯-聚碳酸酯樹脂(例如,Xenoy*樹脂,從SABIC Innovative Plastics商業(yè)可獲得)、共聚酯碳酸酯樹脂(例如，Lexan*SLX樹脂,從SABIC Innovative Plastics商業(yè)可獲得)、以及包括上述樹脂的至少一種的組合。甚至更具體地，熱塑性樹脂可包括但不限于聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯酸酯、聚酰胺、聚醚酰亞胺、聚苯醚、或包含上述樹脂中至少一種的組合的均聚物和共聚物。聚碳酸酯可以包括聚碳酸酯的共聚物(例如，聚碳酸酯-聚硅氧烷如聚碳酸酯-聚硅氧烷嵌段共聚物)、直鏈聚碳酸酯、支鏈聚碳酸酯、封端的聚碳酸酯(例如，腈封端的聚碳酸酯)、以及包括上述至少一種的組合如支鏈和直鏈聚碳酸酯的組合。
[0038]多層片材可以包括通常結(jié)合到這類聚合物組合物中的各種添加劑，條件是選擇添加劑，以不顯著不利地影響片材的所需的性能，具體地，聲傳輸損失和所需的透明度。在混合用于形成多層片材的組分過程中，可以在適宜的時(shí)間混合此類添加劑。示例性添加劑包括抗沖擊改性劑、填充劑、增強(qiáng)劑、抗氧化劑、熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑、紫外(UV)光穩(wěn)定劑、增塑劑、滑潤劑、脫模劑、抗靜電劑、著色劑(如炭黑和有機(jī)染料)、表面效應(yīng)添加劑、輻射穩(wěn)定劑(例如，紅外線吸收)、阻燃劑、擴(kuò)散阻礙(diffusion barry)(例如,氣體和/或液體阻礙)、以及抗滴落劑?？梢允褂锰砑觿┑慕M合，例如，熱穩(wěn)定劑、脫模劑、和紫外光穩(wěn)定劑的組合。通常，以有效提供所需的性能的通常已知的量使用添加劑(例如，UV光穩(wěn)定劑對(duì)過濾UV和使多層片材免受UV光是有效的)?；诙鄬悠慕M合物的總重量，添加劑(除了任何抗沖擊改性劑、填充劑、或增強(qiáng)劑)的總量通常是0.001wt%至5wt%。
[0039]除了聲傳輸之外，可以選擇塑料材料以表現(xiàn)出足夠的抗沖擊性，使得片材能夠抵抗由沖擊(例如，冰雹、鳥、石頭等)引起的破壞(例如，裂縫、破裂等)。因此，如每ASTMD-256-93 (Izod缺口沖擊試驗(yàn))所測試的，表現(xiàn)出大于或等于約7.5英尺-磅/平方英寸(ft-lb/in2) (4.00 焦 / 平方厘米(J/cm2)),或更尤其是大于約 10.0ft-1b/in2 (5.34J/cm2)或甚至更尤其是大于或等于約12.5ft-lb/in2(6.67J/cm2)的塑料是所需的，此外，希望地，塑料具有充足剛度以允許生產(chǎn)可以在應(yīng)用中使用的片材，在應(yīng)用中，通常在片材兩側(cè)或更多側(cè)(例如，在所有四側(cè)固定)支撐和/或固定片材，如在包括管狀鋼框架結(jié)構(gòu)的溫室應(yīng)用中。將本文中足夠的剛度定義為包括楊氏模量(例如，彈性模量)的聚合物，該楊氏模量大于或等于約IxlO9牛頓/平方米(N/m2)，更尤其是IxlO9至20xl09N/m2，并且更尤其是2xl09至10xl09N/m2。用于多層片材的隔音材料可以是將提供所需的隔音性能的任何材料，例如，具有大于多層片材材料聲速的聲速和/或具有大于或等于5MRayl的聲阻抗。例如，隔音材料可以包括固體材料(例如，粒狀材料)。隔音材料可以包括材料如二氧化硅(例如，沙子)、混凝土、銅、氧化鋁、玻璃、花崗巖、鐵、氯化鈉(例如，鹽、NaCl)、氧化鋅、鎢、陶瓷(例如，陶瓷顆粒)、以及包括至少一種隔音材料的組合。在一個(gè)實(shí)施方式中，隔音材料包括具有從0.075至約10毫米(mm)范圍內(nèi)顆粒尺寸的、具有0.5至2mm的平均顆粒尺寸的二氧化硅(SiO2)。各種隔音材料的聲學(xué)性能在表格I中列出。
[0040]
【權(quán)利要求】
1.一種多層片材,包括: 多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括: 第一壁； 第二壁；以及 橫向壁，其中，所述第一壁、所述第二壁、以及所述橫向壁縱向延伸； 在相鄰的壁之間延伸的肋；以及 布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域中的隔音材料； 其中，所述隔音材料具有大于所述塑料壁聲速的聲速。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層片材，其中，與具有相同材料組成和結(jié)構(gòu)但沒有所述隔音材料的多層片材相比，所述多層片材在聲衰減指數(shù)上具有大于或等于50%的增加。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多層片材，其中，所述隔音材料具有大于或等于5MRayl的聲阻抗。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述聲阻抗大于或等于IOMRayl0
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述聲阻抗大于或等于14MRayl。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述隔音材料包括二氧化硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述塑料壁包括聚碳酸酯。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的多層片材，進(jìn)一步包括位于所述多層片材端部的夾具。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述多層片材具有大于或等于15分貝? m2/kg的特征聲衰減指數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的多層片材，進(jìn)一步包括由在所述區(qū)域中的兩個(gè)相鄰肋之間的區(qū)段形成的腔體，其中，所述隔音材料布置在所述腔體中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述腔體填充有大于或等于50vol.%的所述隔音材料。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的多層片材，進(jìn)一步包括布置在所述區(qū)域中的元件，其中，所述元件選自由以下組成的組中:光導(dǎo)、發(fā)光二極管、光導(dǎo)纖維、運(yùn)動(dòng)傳感器、磷光填充物、紅外線材料、反射材料、以及包括上述至少一種的組合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的多層片材，其中，所述多個(gè)壁包括聚碳酸酯，并且所述隔音材料包括二氧化硅，并且其中所述隔音材料具有大于或等于4，000m/s的聲速和大于或等于IOMRayl的聲阻抗。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的多層片材，進(jìn)一步包括布置在所述區(qū)域中的元件，其中，所述元件選自由以下組成的組中:光導(dǎo)、發(fā)光二極管、光導(dǎo)纖維、運(yùn)動(dòng)傳感器、磷光填充物、紅外線材料、反射材料、以及包括上述至少一種的組合。
15.—種使結(jié)構(gòu)隔音的方法,包括: 利用隔音材料填充多層片材，其中，所述多層片材包括: 多個(gè)塑料壁，其中，這些壁包括: 第一壁；第二壁；以及 橫向壁，其中，所述第一壁、所述第二壁、以及所述橫向壁縱向延伸；以及 在相鄰的壁之間延伸的肋； 其中，所述隔音材料布置在兩個(gè)相鄰的壁之間的區(qū)域，并且具有大于所述塑料壁聲速的聲速；并將所述多層片材連接至所述結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括確定所述結(jié)構(gòu)的區(qū)域中所需的隔音度，并基于結(jié)果填充所述多層片材。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，其中，所述隔音材料具有大于或等于4，OOOm/s的聲速和大于或等于IOMRayl的聲阻抗。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述多層片材具有大于或等于15分貝? m2/kg的特征聲衰減指數(shù)。
【文檔編號(hào)】E04B1/84GK103764926SQ201280040996
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月22日
【發(fā)明者】欽尼亞赫·蒂亞加拉揚(yáng), 阿倫·塞爾瓦拉伊·考薩利亞, 弗蘭斯·阿德里安森 申請(qǐng)人:沙特基礎(chǔ)創(chuàng)新塑料Ip私人有限責(zé)任公司