CN1014175B - 隔音隔热材料 - Google Patents

Abstract

一种绝热和/或吸音结构材料，包括有弹性、易变形、易伸长、非线性、不易燃、含碳纤维絮垫，其可逆挠曲比大于1.2∶1，长阔比大于10∶1，而极限氧指数大于40。

Description

本发明涉及不易燃绝缘材料，该材料低堆积密度具有高度绝热性质并具有优良的隔音或消音性质。更具体地讲，本发明有关用含碳材料制成的结构材料，所用含碳材料导热率低，绝热性好和/或吸音性质优良，而制成的结构材料弹性好，易改形，质地轻且不易燃。该结构材料的特征还在于其形状和体积保持性能良好，在经过多次加压卸载循环之后仍能稳定保持其形体。

优异的保温材料必须满足环境要求。材料可能引起或产生的烟雾毒性，放气，粉尘和其它刺激物不仅对人体而且对设备也是问题。

常用合成树脂绝缘材料不适用，因为这些材料易燃并可产生大量毒性烟雾。如用于运载工具如商用飞机，宇宙飞船，卫星等，产生的烟雾或放气不仅对乘客是致命的，而且还可能损害高灵敏度仪器并污染光敏表面等或与运载工具的各操作零件发生化学反应。若选用适宜的纤维、涂料并对易燃材料进行预处理或后处理以尽可能降低放气量，则可部分控制这些污染物质的排放。大多数应用场合如用于飞机又要求飞机内存在尽可能少的挥发性物料。已采用过完全结晶，完全交联或热固性聚合材料，这些材料对火焰虽显示出相当的惰性行为，但仍然是可燃的。

现有技术中在许多情况下用作不同绝热材料的包括石棉，玻璃棉，矿物棉，聚酯和聚丙烯纤维，用相对短浅纤维制成的碳素和石墨毡垫，家禽羽毛等各种材料以及聚氨酯泡沫等各种合成树脂状泡沫材料，作为许多用途的绝热材料。尽管石棉、碳素和石墨毡垫，玻璃纤维和矿物棉 被认为是不易燃的，但上述的其它绝热材料仍然被认为是可燃的。众所周知的某些绝热材料的堆积密度为5.6～32kg/m³至32～80kg/m³，前者用于温度不超过120℃的绝热材料，而后者用于更高温度下的绝热材料。即使最近由NASA公开的最新“轻型”绝热材料也有32～96kg/m³的堆积密度，该材料由陶瓷材料构成，其中已烧掉了含碳材料。此外，许多轻型绝热材料由直径3～12μm的长丝并捻、拉伸、卷曲及切断的合成聚合物纤维和直径12μm以上至高达50μm的合成聚合物短纤维混制成的，这些材料不能防火并且缺乏良好的吸音性质。

美国专利No.4，167，604（William    E.Aldrich）建议采用卷曲空心聚酯长丝与（家禽）羽绒制成多层织物，再用热固性树脂进行处理而制成绝热棉絮。但是所说织物并不具有阻燃性质，而且吸音性质也不好。

美国专利No.4，321，154（Francois    Ledru）谈到的是由矿物纤维和热解碳构成的高温绝热材料。为制成轻型绝热材料，采用了发泡剂或空心颗粒如微球空心粒料。

美国专利No.4，193，252（Shepherd，et，al）说明了用已针织成织物的人造丝制备部分碳化的石墨和碳纤维。当将此织物拆线时，部分碳化的和碳化的纤维就会含纽结。完全碳化或石墨纤维也形成纽结，而且其性质更为长久。申请人已发现，部分碳化人造丝不会保持其可逆挠曲并在极低温度下或进行拉伸时会失去其纽结。完全碳化或石墨纱易脆，在拆线后进行处理，即使不是不可能，也是困难的。而且已知人造丝制成的碳纤维具有很高的 吸水性并且其导热率低于石墨含量更高的纤维如用丙烯酸组合物制成的纤维。

根据本发明，已提出轻型不易燃结构材料，这种材料由许多非直线性含碳纤维构成，而所用纤维又具有优良的绝热性质和/或吸音性质。更具体地讲，本发明有关由许多弹性含碳或碳纤维构成的结构材料，所用纤维具有正弦或线圈形状，其可逆挠曲比至少为约1.2∶1，长阔比（l/d）大于10∶1，而极限氧指数值大于40。这种结构材料的堆积密度为2.4～32kg/m³，对于用于衣着制品等的轻型结构材料最好为2.4～8kg/m³，而对于用于熔炉绝缘的更重结构材料最好为8～32kg/m³。

本发明特别是有关由许多非直线性不易燃含碳或碳素长丝构成的结构材料，长丝中含至少65%的碳。具体的长丝以其碳化度和/或其导电率表示，从而可确定其最适宜的用途。

根据本发明的第一种实施方案，用于本发明绝热和/或吸音结构材料的非线性含碳长丝为不导电长丝，这是将稳定丙烯酸纤维或织物或其它一些稳定碳纤维母体材料部分碳化而制成的，其碳化条件适于使纤维达到正弦和/或线圈状构形。该长丝的特征还在于将其制成无纺垫或絮垫时外观和组织均呈羊毛状松软状态。显而易见的是，结构材料中长丝量越大，羊毛状组织就会越多，弹性也越高。这类纤维可与非含碳纤维或线性含碳纤维混用。

这里所用“不导电”一词意指用直径为7～20μm最好为7～12μm的纤维制成的6k纤维束的电阻大于4×10⁶ohm/cm。当母体纤维为丙烯酸纤维时，已发现碳含量大于18.8%时可形成不导电纤维。

根据本发明的第二种实施方案，用于本发明结构材料的非线性含碳长丝由导电率低且碳含量少于85%的含碳长丝构成。含碳纤维最好用氧化的丙烯酸纤维制成，其氮含量10～35%，最好为20～25%。纤维中碳含量越高，则导电率越高。这些碳含量高的纤维在制成垫或絮垫时特别是大多数纤维呈线圈状时仍能保持其羊毛状外观。而且，结构材料中线圈状纤维比例越大，则该结构材料的弹性越高。碳含量越高，用本发明长丝制成的结构材料的吸音性质更好并可在更高温下形成更有效的绝热层。“低导电率”是指6k纤维束的电阻为4×10⁶～4×10³ohm/cm。

根据本发明的第三种实施方案，用于本发明绝热和/或吸音结构材料的非线性含碳或碳素长丝中碳含量至少为85%。所用纤维最好用稳定丙烯酸纤维制成，其氮含量低于10%。碳含量越高，则结构材料的导电率越高，即6k纤维束的电阻低于4×10³ohm/cm。这些纤维可用来代替常规直线性或线性碳纤维。而且，出人意料的是在制成垫或絮垫时线圈状含碳或碳素长丝对高热量和高音量的绝缘效果比同样重量的线性碳纤维要好得多。与正弦或线性纤维比较起来，结构材料中线圈状纤维量越大，则隔音隔热效果越好。

图1为表明本发明羊毛状松软纤维用作熔炉绝热材料的绝热性质示意图。

本发明绝热和/或吸音结构材料由用非线性、不易燃、弹性、可拉长含碳纤维制成的絮垫构成，所用纤维的可逆挠曲比大于1、2∶1，长阔比（l/d）大于10∶1，而极限氧指数值大于40。该含碳纤维可具有正弦或线圈构形或呈更复杂的构形，即这两种构形的扭曲结构。

本发明纤维按ASTM D2863-77测试法进行试验时，其LOI值大于40。试验方法也称为“氧指数”或“极限氧指数”（LOI）试验法。按照此法确定氧在O₂/N₂混合物中的浓度，其中点燃立式安置样品的上端并在此（暴露在空气中）继续燃烧。样品宽0.65～0.3cm，长7～15cm。LOI值按下式计算：

$\mathrm{LOI\; =}\frac{{\mathrm{［\; O}}_2］}{{\mathrm{［\; O}}_2{\mathrm{］\; +\; ［\; N}}_2］}\mathrm{\times \; 100}$

各种纤维的LOI值如下：

聚丙烯纤维    17.4

聚乙烯纤维    17.4

聚苯乙烯纤维    18.1

人造丝    18.6

棉纤维    20.1

尼龙纤维    20.1

聚碳酸酯纤维    22

硬质聚氯乙烯纤维    40

氧化聚丙烯腈纤维    ＞40

石墨纤维    55

这些含碳纤维是用适宜的稳定母体材料进行热处理而制成的，所用母体材料可举出例如用稳定聚丙烯腈基纤维，沥青基（石油或煤焦油）纤维或用其它聚合材料集束制成的，这些材料可作成非线性纤维或长丝结构或构形并且是热稳定的。

例如，在应用聚丙烯腈（PAN）基纤维的情况下，将常规公称直径为4～25μm的母体材料的适宜流态组合物进行熔纺或湿纺即可制成所用纤维。纤维由许多连续长丝集束而成，然后按常规方法（在PAN基纤维情况下进行氧化）而使其稳定。氧化稳定纤维束（或用切断或拉断短纤维制成的短纤维纱）然后按本发明方法形成线圈和/或正弦状，其中将纤维束或纱针织成织物或布（应该注意到还可采用其编织和成圈方法）。之后将这样制成的针织物或布进行热处理，这是在惰性气氛中于525～750℃并在松驰或无应力状态下进行的，热处理时间足以达到由加热引起的热定形性反应，其中在原聚合链中还进行另外的交联和/或交链环化反应。在150～525℃这样较低的温度下，纤维中在不同部分进行暂时至永久的“定形”，而在525℃和更高温度下，纤维进行永久“定形”。所用“永久定形”一词意指纤维具有弹性，这表现为纤维的“可逆挠曲性”，即受应力时纤维形状基本上呈线性而在消除应力时纤维又回复到其无应力状态。当然应注意到，只要进行热处理，则纤维或纤维束最初是在更高的温度下进行热处理的，而线圈状和/或正弦构形则是在松驰或无应力状态下于惰性或非氧化气氛中实现的。在更高的温度下进行热处理，则永久性固化的线圈状或正弦构形或结构就可在纱、丝束或线的纤维中实现。制成的非线性结构纤维。束或纱（由织布拆线而成）还可按本技术领域已知的其它方法加以处理以实现开松，即使织布中的纤维，纱或束分成杂乱的非线性羊毛蓬松材料，其中单根纤维仍然保持其线圈状或正弦构形，从而形成相当松软的绒状或絮状体。

本发明的绒状或絮状体可单独使用或根据需要而与适宜的挠曲性片状材料或金属绝缘层混用。

稳定过的纤维在按本发明方法如先针织而后在高于约550℃的温度下进行加热而永久固化成所需结构时仍能保持其弹性和可逆挠曲性。应注意到，可采用的温度可高达1500℃。但是，在生产呢绒状绒毛时，已发现在525～750℃下进行热处理的纤维和/或长丝中断裂损失最小并最易加以控制。

用于本发明绝热和吸音结构材料的含碳材料可按其具体用途和其结构放置的环境而分成三组。

第一组中的非线性不易燃含碳纤维不导电，因此其纤维絮垫由于优良的耐洗性和低吸湿性而可用于衣着或床上用品等。这些纤维可与棉纤维，羊毛，聚酯纤维，聚烯烃纤维，尼龙纤维和人造纤维等其它合成或天然纤维共混。

为了试验本发明羊毛状绒毛的吸湿性，已用密度为2.4～8kg/m³的絮垫进行了几项试验。将含碳纤维絮垫样品浸水后取出并用手挤干直至无水滴出为止。以絮垫总重量计，样品中水滞留量为10%～＜20%（重量）。在这样少量的水滞留于絮垫中的情况下，该絮垫仍然保持了其绝热性质。

第二组中的非线性不易燃含碳纤维可认为是部分导电的（即导电率低），其碳含量低于85%。当稳定母体纤维为丙烯酸纤维即聚丙烯腈基纤维时，氮含量为10～35%最好为20～25%。这些特殊纤维最适于以羊毛状蓬松材料用作运载工具特别是商用或军用飞机的绝热材料，其中还特别希望这种绝热结构材料质地轻，不易燃并具有吸音特性。这些绝缘结构材料在主要考虑到公共安全的场所如在医院、旅馆、办公楼等公共建筑物中也是迫切需要的。用羊毛状绒毛制 成的结构材料还特别轻，也不易燃并具有低吸湿性，良好的耐磨强度以及良好的外观和可处理性。

第三组中的纤维具有至少85%的碳含量。这些纤维因其碳含量高而具有极优异的绝热和吸音特性。羊毛状蓬松材料中的线圈状结构使绝缘材料具有良好的可压缩性和弹性，而同时又能保持其优良的绝热效率。用这些纤维制成的结构材料特别适于在熔炉等设备中以及在高热量和高噪音的各个场所用作高温隔热材料。

可有效地用来制备本发明稳定纤维和羊毛状绒毛的含碳母体材料选自丙烯腈均聚物，丙烯腈共聚物（特别是PANOX或GRAFIL-01）以及丙烯腈三元共聚物。这些共聚物最好含至少85%（摩尔）的丙烯腈单元链段和高达15%（摩尔）的一种或多种与苯乙烯，丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲酯，氯乙烯，1，1-二氯乙烯，乙烯基吡啶等共聚的乙烯基单元链段。而且，丙烯酸长丝可由三元共聚物构成，其中的丙烯腈单元链段最好为至少约85%（摩尔）。

还应当注意到，可在非氧化气氛中将纤维，羊毛状蓬松材料或絮垫形材料加热到1000℃以上的温度而使含碳母体材料具有类似于金属导体的导电性质。选定附加的起始材料如沥青（石油或煤焦油），聚乙炔，聚亚苯基，聚1，1-二氯乙烯树脂（SARAN，道化学公司的商标）等即可获得这种导电性质。

最好的母体材料是将母体材料按已知方法熔纺或湿纺成单长丝纤维，长丝纱或纤维束而制得的。织布或针织布可用纤维，纱或束按一系列现有技术中的任何一种方法制得。然后在惰性气氛中将稳定材料加热到525℃以上最好是550℃以上的温度。之后再将此碳化针织布拆开并进行梳理以制成可按絮垫状形态铺放的羊毛状蓬松材料。

本发明羊毛状蓬松材料可根据结构材料的用途和环境不同而用有机或无机粘合剂进行处理并可进行针刺，上套或用任何常规的材料和技术粘附到柔性或刚性支撑体上。这样蓬松材料可以垫或絮垫形式放于熔炉等结构的一侧或构件之间。

应注意到，这里所用所有百分比均以重量计。

本发明的实施例如下述：

实施例1

公称直径为12μm的稳定聚丙烯腈PANOX（由R.K    Textiles生产）连续3k或6k（3000或6000纤维）束（下称OPF）在平板针织机织成3～4匝/厘米的布。此布的各部分在表Ⅰ所示的温度条件下热定形6小时。当将此布拆开时，得到伸长或可逆挠曲比大于2∶1的纤维束。将这样拆线所得的纤维束切成5～25cm的各个长度后送入Platts    Shirley分析仪中开松。切断的纤维束经过梳理处理而使纤维分开并形成羊毛状蓬松材料，即制得的产品与绞乱的羊毛状物质或蓬松材料相似，其中因纤维呈复绕并具有螺旋构形，所以纤维之间的间距很宽并咬合得紧密。测量每次进行这样处理的纤维长度，其结果列在下表Ⅰ中。

表Ⅰ

试验号    切段纤维长度    热处理    针迹/cm    纤维束纤维数束

（cm）    （℃）

1    15    550    4    3K

2    5    550    4    3K

3    10    650    3    6K

4    10    950    3    6K

5    20    750    3    6K

6    25    950    4    6K

试验号    纤维长度范围    大多数纤维长度

（cm）    （cm）

1    3.8～15    13～15

2    2.5～5    2.5～5

3    5.0～10    7.5～10

4    3.8～9.5    7.5～9.5

5    7.5～19    15.0～19

6    7.5～23    19.0～23

每种纤维长阔比均大于10∶1，LOI值均大于40。

实施例2

进行一系列试验来确定各种热处理温度对纤维的影响。重要的性质是纤维的电阻率。为了确定这种性质，将密度1.35～1.39g/cc且每束有3K或6K长丝的氧化稳定聚丙烯腈的各种样品纱（PANOX，由R.K.Textiles生产，Heaton-Noris，Stockpert，England）分别针织成3～4针迹/cm的平纹针织品。将此织布放在可调石英管熔炉中进行无氧氮气混轧。炉温在3小时内从室温升到约750℃，即每10～15分钟升高50℃。此材料在这一符合要求的温度下保持约1小时，之后将熔炉打开而让其冷却下来并同时用氩气吹洗。

对每一样品进行测量并用6次测量的平均值计算各纤维的电阻率，一种纤维是从样品每一角上切下的纤维，而另一种是大致在样品中央从每一边切下的纤维。结果列于下表2。

表Ⅱ

最终温度    重量损失百分比    测量的比电阻对数

（℃）    （ohms/cm）

500    -    4.489

550    33    -

600    2.010

650    34    -

750    37    -1.21

850    38    -2.02

900    42    -2.54

950    45    -2.84

1000    48    -3.026

1800    51    -3.295

所有上述纤维的LOI值均大于40，而长阔比大于10∶1。

对热处理纤维的分析结果如下表Ⅲ表示。

表Ⅲ

温度    %C    %N    %H

（℃）

室温（OPF）    58.1    19.6    3.8

450    66.8    19.4    2.2

550    69.9    18.9    1.9

650    69.7    18.1    1.6

750    73.0    17.8    1.1

实施例3

用3K或6K    PANOX    OPF（由R.K.Texfiltes生产）连续稳定长丝束在Singer平板针织机上织成布并在一定温度下进行热处理直至热变形。然后将织物拆开并将弹簧形线圈状纤维束直接送入梳理机中。所得羊毛状蓬松材料集束到转鼓上并将其集束到一定程度以便能够很容易地对其进行处理。

在550℃下进行处理并制成羊毛蓬松材料的纤维因其优良的手感而特别适用于用作风雪大衣、睡毯等衣着的隔热材料。该蓬松材料还可用来对各种结构进行隔音并可阻止极高温度。

在比550℃～650℃略为升高的温度下进行处理并制成蓬松材料的纤维特别适于作为绝缘材料用在运载工具特别是飞机等结构中。

在950℃进行处理的羊毛状蓬松制品具有很高的导电性，在此羊毛状蓬松制品中离得很远的距离内选取任何探测长度测量的电阻都小于75ohms。该纤维适于作为绝缘缠绕例如包覆电机或涡轮发动机以吸收噪音。以上各试验的结果均列于下表Ⅳ。

表Ⅳ

试验号    切段纤维长度    热处理    针迹/cm

（cm）    （℃）

1    7.5    550    4

2    10    650    3

3    15    650    3

4    20    950    3

5    25    950    3

试验号    纤维束纤维数    纤维长度范围

（cm）

1    3K    2.5～7.5

2    6K    2.5～10

3    6K    2.5～13.3

4    6K    2～15.0

5    6K    2～12.5

试验还表明，高温加热会使纤维收缩。

实施例4

3K OPF PANOX稳定纤维束在Singer平板针织机上以4针迹/cm的速度进行针织，然后将织物放在950℃进行热处理。之后将织物拆开（得到的纤维束具有大于2∶1的线圈伸长或可逆挠曲比），再将此纤维束切成7.5cm长。然后又在Platt微型梳理机上将切断纤维束梳理成长2.5～6.5cm的羊毛状蓬松制品。该羊毛状蓬松材料的导电率高（电阻小于4×10³ohm/cm），而且在所试验的任何长度直至60cm导电率都高。

还可用稳定沥青基纤维或聚丙烯腈的共聚物或三元共聚物代替PANOX。

实施例5

按照类似于实施例4的方法，将从相同的针织短袜中切取的一部分放在1550℃下进行热处理。织物本身和拆线而成的纤维束都有很高的导电率。将15cm长的切断纤维束进行梳理而制成羊毛状蓬松制品，其纤维长2.5～7.5cm而平均长5cm。因此，通过 梳理拆线而成为连续长丝束，用1000℃以上的温度热处理的这种长丝织物仍能制得羊毛状蓬松材料。

实施例6

将实施例3中已由550℃以下进行了热处理直至热定形且不导电的材料做成绝热夹克衫，其中采用约140gm的蓬松制品作为该夹克衫的唯一填料。该夹克衫具有类似于采用400～700gm羽绒作绝热材料所得夹克衫的隔热效果。因此，与（家禽）羽绒比较起来，若用发明的羊毛蓬松材料，则仅需其1/3～1/5即可达到同样的绝热效果。必要时，这种纤维还可与其它合成纤维如尼龙纤维，人造纤维或聚纤维混用。

实施例7

将3K    OPF纤维束织成短袜并在525℃下进行热处理直至热定形，然后拆线并将其切成公称18～19cm的长度。切段纤维束用锡莱（shirley）开松机开松，然后再于蓝多制网机（Rando    Webber    machine）（一种生产非织造织物絮垫的空气铺网系统）上进行处理。进纱板梳理轴之间分开的距离为0.3mm并分散装在烘箱中，风扇转速定为1200rpm。将少量低熔点乙烯/丙烯酸共聚物纤维（由道化学公司用PRI-MACOR    440树脂制成）在切段OPF纤维束送入锡莱开松机时与其相混。将所得絮垫送入热风炉，炉中温度定为260℃，絮垫传送速度为2m/min，从而絮垫在炉中的时间达到约1分钟。这足以使乙烯/丙烯酸共聚物熔化而将含碳纤维光照粘结成絮垫。

实施例8

按照实施例7所述的方式将切段纤维放入锡莱开松机中拉开成 线，然后同样放入蓝多空气制网机中进行处理，但不添加低熔点乙烯/丙烯酸共聚物。所得絮垫在享特纤维固絮机（Hunter    Fiber    Locker）中进行处理，从而使其经过针刺工艺而达到粘结。所得结构材料适于作为吸音垫铺在合成纤维地毯下面。

实施例9

为了确定碳纤维本身的导热率，按照实施例6制成两种羊毛状蓬松材料，每一样品尺寸为20×20cm²，厚7.5cm。样品1重约43gm，样品2重约52gm，然后将其分别压成2.9和2.1cm厚。用38℃热板和10℃冷板按ASTM-C-518方法测定R值和K值。结果列于下表Ⅴ。

表Ⅴ

样品    压缩厚度    R值    K值

（cm） Hr-ft²BIU-In/Hr-ft²

F/BTU °F

1    2.9    4.11    0.28

2    2.1    4.03    0.21

样品1在950℃下进行热处理，而样品2则在550℃下进行热处理。

实施例10

按照类似于实施例9的方法，针织6K    OPF丝束，并在550℃下进行热处理后拆开。将拆线而得的丝束切成15～25cm长，然后将其送入满负荷生产的锡莱开松机并加以收集。试样的一部分用于飞机绝缘。

实施例11

在另一试验中，电加热炉中加热箱以上的顶部用实施例10制得的羊毛状蓬松制品绝缘。制成厚20cm且尺寸为139×133cm²即如同熔炉加热箱以上的区域的厚垫片。蓬松制品的堆积密度为2kg/m³，其绝热性质是用两根热电偶插入厚垫片中达15cm来进行测定的，其中一根从熔炉加热器以上2.5cm处插入，而另一根则从蓬松制品上端以下2.5cm处插入。热电偶的位置应能保证消除表面效应。由两个热电偶所得的温度曲线以及两个热电偶之间的偏差示于图1中，其中表明从熔炉壁到其外层的温度降为约350℃。以前该熔炉要用重约480kg/m³的约20.3cm碳黑绝热才能达到同样的温度。因此，用堆积密度低于其0.5%的本发明羊毛状蓬松制品可达到同样的绝热效果。

实施例12

测定单引擎飞机Meoney    Model    20C（由Mooney    Aviation，Kerville，Texas制造）的噪音水平，其中以作飞机货仓外壁的外层护板作声源。测音仪放在飞机内离内壁15cm的地方。用几种频率测量的结果列于下表Ⅵ。

表Ⅵ

频率    内部    内部    内部

Hz 分贝^※分贝^※※分贝^※※※

250    77    59    53

500    79    63    49

1000    72    69    57

2000    86    69    51

^※无隔音材料

^※※标准铅/乙烯基/玻璃纤维

^※※※本发明

飞机原来的隔音填料层由16kg/m³的厚2.5cm的标准玻璃纤维构成，由置于飞机内部壁板后面的铝箔夹住。填料层重约10kg并具有约3.5-4的热电阻或R值。本发明填料列于以下的表Ⅶ。总隔音面积为约7.5m 。顶面和货仓尺寸为5.3m²，其中采用约5kg本发明填料隔音。该填料是切下一些本发明絮垫而制成，其含3.2-3.8cm实施例3中用23%聚酯粘合剂于500℃下制成的纤维并已用蓝多制网机制成了非织造絮垫。将絮垫片胶粘到高品位铝箔片上以使絮垫片叠起来。再将每一叠片装入聚酯增强薄膜袋中，并在面对飞机内部的一侧装上一些玻璃纤维网以使隔音材料透气。飞机底面积1.2m²，用850gm袋装铝纤维结构材料隔音，所用材料为增稠胶乳粘结的含碳纤维絮垫并叠在铝箔上后放入同样的聚酯袋中。隔音材料总重5.5kg，其中有2kg本发明的实际羊毛状蓬松制品，其余为铝箔和聚酯薄膜包装。本发明聚酯粘结羊毛状蓬松制品的热阻率或R值为约7.3，该值为原来所用隔音材料对应值的约两倍。

典型的现有技术隔音填料由吸音板、玻璃纤维和乙烯基铅构成，内面重25kg，再加上底面重2kg，总重27kg。与普通填料（其R值亦为6～7）比较，采用羊毛状蓬松材料絮垫（即所用的本发明填料）减少的重量表明，本发明含碳蓬松材料仅为原来填料的22%。

在上述飞机上测音，飞机飞行高度为1500m，普通引擎周围 装设原来的隔音材料进行试验，然后装设新型隔音填料进行试验。结果列于下表Ⅶ。在500-2000Hz谈话干扰的情况下，该飞机装设原来的隔音材料时的音值为93.3dB。而在装上新型填料进行隔音之后，谈话干扰的音值降到83dB（每下降3dB，声音即降低一半）。因此，就飞行员的听觉来说，采用本发明隔音材料可将声音降低8倍以上。这些测试是在散装上飞机原有内部设施进行试飞的情况下作出的。然后将新型内部设施装上飞机再次于1500m高度下进行测音。就飞行员听觉来说，谈话干扰降到76.3dB的水平，而在2850m的高度时甚至进一步降低到78.9dB的水平。

表Ⅶ

原来的隔音材料    本发明隔音    标准隔音

结构材料    结构材料

FG^※

重（kg）    10    5.5    27

热电阻（R）    4    8    8

音值（SILA）    93.5    83    86～87

（dB）

SILA＝谈话干扰水平500+1K+2K/3

^※玻璃纤维

研究表明，用本发明的含碳纤维-铝箔-含碳纤维叠层填料达到的隔音和吸音效果远远优于现有技术中所用常规玻璃纤维/乙烯基铅填料的效果，现有技术中乙烯基铅特定用于1000Hz以下的低频环境中进行吸音。

实施例13

类似于实施例12，采用Falcon 50 S/N 51飞机进行试验，其中用本发明絮垫代替厚约5cm且密度为9.6kg/m³的原有微白玻璃纤维（FG）隔音材料。结果列于下表Ⅷ。

表Ⅷ

原有FG^※本发明 标准FG

重（kg）    67    58    110

絮垫厚度（cm）    5    10    10

热电阻（R）    7    14    14

音值（SILA）（dB）    60.5    57    61

SILA＝谈话干扰水平1K+2K+4K/3

^※微白玻璃纤维

实施例14

A.用人造丝母体制得含碳长丝

将300登尼尔和1650登尼尔人造丝连续丝束纱在单头平针圆型针织机上针织成直径为约2.5cm的大致两只袜套试样并将其切成4短段。再将用300登尼尔人造丝束纱织成袜套中的3段塞入管式炉中，每次塞1段。每种情况下该炉都封闭并用氮气吹洗15分钟。然后将第一袜段炉温缓慢升到370℃，历时1 1/2 小时;将第二袜段炉温升到550℃，历时1 3/4 小时;并将第三袜段炉温升到1050℃，历时1 1/4 小时。

炉中每一段均为黑色，已加热到370℃的第一段挠性很好并且基本上不导电。纱束可手工仔细拆开。拆线而得的丝束成正弦构形并 可拉伸成直线（线性），而且几乎不会使单根纤维断裂。若用热气枪（头发吹风器）对此纤维束吹热风，则该纤维束会失去其正弦形状，这说明“定形”（正弦或线圈形状）只是暂时的，热处理后观察到的重量损失很小。

已加热到550℃的第二段挠性为中等，基本上是导电的，其电阻率为7×10⁹ohm/sq。纤维束可手工仔细拆开，但同时断裂成2.5-5cm的短纤维。纤维束拆线后的碎段成为正弦构形，但不能无断裂地进行可逆全伸长（可逆挠曲），也就是说即使想轻轻拉伸而使正弦构形的纤维束成接近直线（线性）构形时，则拆开的单根纤维也会断裂成短碎段。

尽管加热时长2.5-5cm的纤维似乎不会失去其正弦构形，但因热气枪所吹热空气力的作用而会使纤维断裂。由短纤维束构成的纱缕易脆，而且即使进行最轻微的处理，也不可能使其分开而得到长度大于约1cm的单根纤维。

已加热到1050℃的第三段甚至比上一段的挠性更低，其中已丧失了其原有干重的75%以上，致使纤维直径大为缩小，并且基本上是导电的，其电阻率为70ohm/sq。即使小心地进行手工操作，也不可能在针织品加热后进行拆线。纤维从织物中拆开时断裂短碎段。将织物拆线后得到长度小于1.25cm的正弦构形纤维束，这些纤维不能伸长，因为拉伸会使纤维断裂而变得更短。

B.按本发明的含碳长丝

按上述A部分所述进行操作，只是用氧化稳定聚丙烯腈基（PANOX）纤维束（3000支长丝）代替人造丝而织成短袜套。

将纤维束加热到1000℃，其重量损失为46.5%。5cm长的拆线纤维束的电阻为48ohm。

加热到1500℃后，拆线前短袜中2.5×5cm段的电阻为1.9ohm，而长2.5cm的拆线纤维束弹力段的电阻为2.9ohm。

C.

按上述B部分所述进行操作，将两块类似的氧化稳定聚丙烯腈基（PANOX，600支长丝束）针织品分别加热到372℃和564℃。加热到564℃进行热处理的织物失去其重量的31%，而该织物的电阻为1×10⁶ohm/sq。针织品拆线后纤维束的电阻为400K ohm/cm。

加热到372℃的材料失去其原有重量的约31%，其电阻大于约10×10¹²ohm/sq。

试验表明，显而易见的是进行同样的热处理时，因母体材料，氧化稳定聚丙烯腈的性质而可达到人造丝所不能达到的特性。

实施例15

不易燃试验

按14FAR    25.853（b）中所述试验方法确定本发明纤维的不易燃性质。试验按下述方法操作：

将最少3块2.5×15×15cm的样品于试验前放入空调室中进行调节，空调室中温度为70±5°F，相对湿度为50±5%，样品在其中放置24小时。

将每一样直立支撑并暴露于本生成Turill灯上，所用炉中带有公称I.D。管，然后将其火焰高度调为约3.8cm。将校准热电 偶高温计放入火焰中央以测得火焰温度。样品下端在灯上端以上约1.9cm处。火焰移向样品下端中心线并维持12秒钟，然后移开。

根据该试验，材料可自熄。平均燃烧长度不超过20cm。燃烧后，平均不超过15秒钟，并且没有发现样品烧蚀而滴落。

出人意料的是，本发明纤维的LOI值均大于40。

Claims (16)

1、一种绝热和/或吸音结构材料，其特征在于：该结构包括有弹性，易变形，易伸长，非线性，不易燃，含碳纤维絮垫，其可逆挠曲比大于1.2∶1，长阔比大于10∶1，而极限氧指数大于40。

2、根据权利要求1的结构材料，其特征为所说纤维基本上不导电。

3、根据权利要求2的结构材料，其特征为所说纤维用直径为7-20μm的稳定丙烯酸纤维构成，而其6K纤维束的电阻大于4×10⁶ohm/cm。

4、根据权利要求3的结构材料，其特征为所说纤维的氮含量大于18.8%。

5、根据权利要求2、3或4的结构材料，其特征为所说纤维不具有抗静电特性。

6、根据权利要求1的结构材料，其特征为所说纤维由氮含量为10-35%的稳定聚丙烯腈基聚合物制成。

7、根据上述权利要求1的结构材料，其特征为所说絮垫由羊毛状蓬松材料构成，所说蓬松材料吸湿性低，适于作为隔热材料用来制成衣着制品。

8、根据上述权利要求1的结构材料，其特征为所说絮垫由羊毛状蓬松材料构成，所说蓬松材料中含碳纤维具有正弦或线圈状构形，而且其中所说絮垫可与其它合成或天然纤维或合成树脂材料粘结剂混用。

9、根据权利要求1的结构材料，其特征为所说纤维导电。

10、根据权利要求9的结构材料，其特征为所说纤维由碳含量大于85%且氮含量小于10%的稳定丙烯酸纤维构成，而其6K纤维束的电阻小于4×10³ohm/cm。

11、根据权利要求10的结构材料，其特征为所说结构材料的堆积密度小于8kg/m³。

12、根据权利要求1的结构材料，其特征为所说纤维由碳含量小于85%且氮含量10-35%的直径7-20μm稳定丙烯酸纤维构成，而其6K纤维束的电阻为4×10⁶-4×10³ohm/cm。

13、根据权利要求12的结构材料，其特征为所说纤维由氮含量20-25%的稳定聚丙烯腈基纤维构成。

14、根据上述权利要求1的结构材料，其特征为所说纤维含可固化聚合物粘结剂。

15、根据上述权利要求1的结构材料，其特征为所说结构材料的堆积密度为2.4-32kg/m³。

16、根据上述权利要求1的结构材料，其特征为所说含碳纤维由选自丙烯腈均聚物、丙烯腈共聚物和丙烯腈三元共聚物的含碳母体材料制成，而且丙烯腈聚合物中含至少约85%（摩尔）的丙烯腈单元和高达15%（摩尔）的一种或多种单乙烯基单元。

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