CN105733147A - 可挠性吸音复合膜 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种可挠性吸音复合膜。此可挠性吸音复合膜包含压电表层、吸音层及粘结层，且粘结层是用以粘结压电表层及吸音层。前述压电表层包含聚氟系树脂，吸音层包含具有羟基的聚碳氢系树脂及中空微粒，且粘结层包含氟系相容剂及异氰酸基架桥剂。前述的中空微粒是平均分散于吸音层中。于本发明的可挠性吸音复合膜中，压电表层、吸音层及粘结层的总厚度为0.5毫米至1毫米。本发明的可挠性吸音复合膜同时具有“压电特性”及“吸音特性”，进而有效提升可挠性吸音复合膜的降噪效果。
Description
技术领域
本发明是有关于一种复合膜，且特别是有关于一种兼具压电与吸音效果的可挠性吸音复合膜。
背景技术
人类藉由耳朵可接收各种声音，而感受外界环境的变化。然而，当人类的耳朵长时间接收能量过大的声音时，耳朵的听觉能力会随之降低，甚至造成永久性的伤害。
一般是利用吸音材料或隔音材料，以降低环境的噪音或避免其危害。前述的隔音材料藉由反弹能量的方式不断削弱音波的能量，以达到降噪的目的。然而，已知的隔音材料无法使音波的能量消散，以致音波能量在减弱的过程中仍会影响他人。
已知的吸音材料则是藉由下述的二种方法达到吸音的效果。第一种方法是利用金属铝板，并于铝板上形成(微)孔洞结构，而可藉由此些(微)孔洞结构吸收声音的能量。第二种方法则是利用厚度较厚的吸音材料(例如：玻璃纤维棉或泡棉等)达到降噪的效果。
然而，前者的铝板易受到环境的影响(例如：化学蒸气的腐蚀)，而减少其使用寿命。其次，铝板不具可挠性，其适用环境与应用范围较为限缩。至于后者厚度较厚的吸音材料，其吸音效果与厚度相关，当厚度缩减时，其吸音效果亦大幅下降。
有鉴于此，亟须提供一种可挠性吸音复合膜，以改进已知可挠性吸音复合膜的缺陷。
发明内容
本发明的一个方面在于提供一种可挠性吸音复合膜，此可挠性吸音复合膜藉由粘结层结合压电表层及吸音层，以提供压电与吸音的效果。
根据本发明的一个方面，提出一种可挠性吸音复合膜。此可挠性吸音复合膜包含压电表层及设置于压电表层的表面的吸音层。压电表层包含聚氟系树脂。吸音层包含具有羟基的聚碳氢系树脂及平均分散于其中的多个中空微粒。此可挠性吸音复合膜的特征在于压电表层及吸音层之间设有粘结层。
前述的粘结层包含重量比为1：0.03至1：0.1的氟系相容剂及异氰酸基架桥剂。基于具有羟基的聚碳氢系树脂的使用量为100重量百分比，中空微粒的使用量为5重量百分比至10重量百分比。前述压电表层、吸音层及粘结层的总厚度为0.5毫米至1毫米。
依据本发明的一实施例，前述的聚氟系树脂是β相的聚偏氟乙烯。
依据本发明的另一实施例，前述具有羟基的聚碳氢系树脂具有如下式(I)所示的结构：
于式(I)中，a与b的比例为75：22至82：18，且a与d的比例为75：3至82：1。
依据本发明的又一实施例，前述具有如式(I)所示的结构的具有羟基的聚碳氢系树脂的分子量为105,000至112,000。
依据本发明的又另一实施例，前述中空微粒包含多个第一子中空微粒及多个第二子中空微粒，该些第一子中空微粒的粒径为5μm至90μm，且该些第二子中空微粒的粒径为10μm至190μm。
依据本发明的再另一实施例，前述第一子中空微粒的平均粒径(D90)为46μm，且第二子中空微粒的平均粒径(D90)为76μm。
依据本发明的更另一实施例，前述粘结层包含聚乙烯醇缩丁醛，且聚乙烯醇缩丁醛与氟系相容剂的重量比为1：5。
依据本发明的更另一实施例，此可挠性吸音复合膜更包含保护层，其中保护层设置于前述的吸音层上，且吸音层是设置于保护层及粘结层之间。
依据本发明的更另一实施例，此可挠性吸音复合膜吸收的声波频率为100Hz至5000Hz。
应用本发明的可挠性吸音复合膜，其是利用粘结层结合压电表层及吸音层，并藉由吸音层的中空微粒吸收音波能量，而使所制得的可挠性吸音复合膜同时具有压电特性及吸音特性，进而达到降噪的效果。
附图说明
图1是绘示依照本发明的一实施例的可挠性吸音复合膜的剖视图；
图2是绘示依照本发明的另一实施例的可挠性吸音复合膜的剖视图；
其中，符号说明：
100：可挠性吸音复合膜100a：方向
110：压电表层120：吸音层
120a：中空微粒130：粘结层
200：可挠性吸音复合膜200a：方向
210：压电表层220：吸音层
220a：中空微粒230：粘结层
240：保护层。
具体实施方式
以下仔细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，可以理解的是，实施例提供许多可应用的发明概念，其可实施于各式各样的特定内容中。所讨论的特定实施例仅供说明，并非用以限定本发明的范围。
本发明所述的“吸音”材料是指此材料具有吸收音波能量的效果，不同于反弹音波能量的“隔音”材料。
请参照图1，其是依照本发明的一实施例的可挠性吸音复合膜的剖视图。在此实施例中，此可挠性吸音复合膜100包含压电表层110及设置于压电表层110的表面的吸音层120。此可挠性吸音复合膜100的特征在于压电表层110及吸音层120之间设置粘结层130。
压电表层110包含聚氟系树脂，且此聚氟系树脂例如是β相的聚偏氟乙烯，其中β相的聚偏氟乙烯是具有压电特性的压电材料。
前述的压电特性是指压电材料受到音波的作用时，音波的能量可被压电材料吸收，而使得压电材料的分子链震荡，进而产生电能。于本发明的可挠性吸音复合膜中，压电材料因音波所产生的微弱电能会消散于压电表层中，而达到吸收音波的效果。
制备前述β相的聚偏氟乙烯时，先将α相的聚偏氟乙烯进行顺向延伸，而使α相的聚偏氟乙烯转变为β相的聚偏氟乙烯。随着延伸倍率的增加，β相的聚偏氟乙烯的含量亦会随之增加。须特别说明的是，当α相的聚偏氟乙烯是藉由模头押出成膜时，“顺向延伸”的延伸方向即为膜的押出方向；当α相的聚偏氟乙烯是藉由溶液涂布成膜(solventcasting)时，由于膜中的分子链的排列不具方向性，故任意的延伸方向均可为“顺向延伸”的延伸方向。
当压电表层110包含微量的β相的聚偏氟乙烯时，压电表层110即可吸收音波的能量，而产生电能。在一实施例中，为了获得显著的吸收音波能量的效果，基于聚偏氟乙烯的含量为100％时，β相的聚偏氟乙烯的含量较佳是不低于60％。
为了维持前述β相的聚偏氟乙烯的压电特性，本发明的可挠性吸音复合膜较佳的使用温度是不超过80℃，且更佳是不超过60℃。
前述的吸音层120包含具有羟基的聚碳氢系树脂及平均分散于吸音层120的中空微粒120a。
具有羟基的聚碳氢系树脂可具有如下式(I)所示的结构：
于式(I)中，a与b的比例为75：22至82：18，且a与d的比例为75：3至82：1。
在一实施例中，具有如式(I)所示的结构的具有羟基的聚碳氢系树脂的分子量为105,000至112,000。
在一实施例中，前述中空微粒120a的材料可包含玻璃及气凝胶(aerogel)。前述的气凝胶较佳是不与具有羟基的聚碳氢系树脂反应并可平均分散于吸音层120a中，且气凝胶更佳为二氧化硅系气凝胶。
中空微粒120a可包含多个第一子中空微粒及多个第二子中空微粒。较佳地，第一子中空微粒的粒径不同于第二子中空微粒的粒径。
当第一子中空微粒的粒径不同于第二子中空微粒的粒径时，第一子中空微粒及第二子中空微粒可根据“最密堆积”的方式分散于吸音层120中。详细地说，“最密堆积”的方式是指当粒径较大的子中空微粒紧密排列时，由于大粒径的影响，子中空微粒间易形成间隙，而使得粒径较小的中空微粒可填充堆积于此间隙中，进而使得子中空微粒的堆积更加紧密。
在一实施例中，第一子中空微粒的粒径为5μm至90μm，且第二子中空微粒的粒径为10μm至190μm。更具体地说，第一子中空微粒的平均粒径(D90)为46μm，且第二子中空微粒的平均粒径(D90)为76μm。
于吸音层120中，具有羟基的聚碳氢系树脂可反弹音波的能量，而达到“隔音”的功能。再者，由于中空微粒120a具有一中空结构，且此中空结构可阻绝音波的传递，而使音波的能量消散于吸音层120中，故中空微粒120a具有“吸音”的功能。
本发明的吸音层120结合具有“隔音”功能的具有羟基的聚碳氢系树脂与具有“吸音”功能的中空微粒120a，且中空微粒平均分散于吸音层120(亦即平均分散于具有羟基的聚碳氢系树脂)中，故本发明的吸音层120可有效吸收音波的能量。
基于前述具有羟基的聚碳氢系树脂的使用量为100重量份，中空微粒120a的使用量为5重量百分比至10重量百分比。
倘若中空微粒120a的使用量小于5重量百分比时，中空微粒120a的使用量过少，则所制得的吸音层120无法有效“吸音”，而无法达到降噪的功能。其次，由于中空微粒120a的中空结构的影响，中空微粒120a具有较轻的重量，因此若中空微粒120a的使用量大于10重量百分比时，过多的中空微粒120a会降低所制得吸音膜120的机械性质，变得更加脆裂，甚至于使具有羟基的聚碳氢系树脂无法形成一连续体，而难以成膜，进而无法制得本发明的吸音层120。
须特别说明的是，若前述中空微粒的使用量小于5重量百分比时，虽然吸音层无法有效“吸音”，但可藉由增加吸音层的厚度，以达到降噪的功效。惟增加吸音层的厚度会增加所制得的可挠性吸音复合膜的厚度，而影响其应用范围。
请继续参照图1，粘结层130包含氟系相容剂及异氰酸基架桥剂。
前述的氟系相容剂是指具有羟基及氟原子等官能基的长碳链化合物。其中，氟系相容剂的羟基可与前述吸音层120的具有羟基的聚碳氢系树脂的羟基产生作用力；且氟原子可与压电表层110的聚氟系树脂的氟原子产生作用力。
其次，异氰酸基架桥剂可增进前述吸音层120的具有羟基的聚碳氢系树脂与氟系相容剂的作用力。
因此，本发明的粘结剂130可有效粘结压电表层110及吸音层120，而使本发明的可挠性吸音复合膜同时具有压电特性及“吸音”的特性，以藉此达到降噪的功效。
前述氟系相容剂的具体例可为大金先端化学股份有限公司制造的商品，且其型号为GK-510、GK-570或GK-580等。
前述异氰酸基架桥剂的具体例可为台昌树脂制造的异氰酸基架桥剂，且其异氰酸基的含量为22.5％至24.5％。
在一实施例中，氟系相容剂及异氰酸基架桥剂的重量比为1：0.03至1：0.1时，所制得的粘结层130具有1.7kg/in至2.2kg/in的界面接着强度。较佳地，氟系相容剂及异氰酸基架桥剂的重量比可为1：0.05。
倘若氟系相容剂及异氰酸基架桥剂的重量比不为前述的范围时，过少的异氰酸基架桥剂会降低粘结层130与吸音层120的粘结效果；而过少的氟系相容剂则会降低粘结层130与压电表层110的粘结效果。
在另一实施例中，粘结层130可选择性地添加聚乙烯醇缩丁醛，聚乙烯醇缩丁醛与氟系相容剂的重量比为1：5，且所制得的粘结层130具有1.63kg/in至2.37kg/in的界面接着强度。具体地说，当粘结层130包含聚乙烯醇缩丁醛时，粘结层130的制造方法例如是先将聚乙烯醇缩丁醛与氟系相容剂根据前述比例混合以形成混合物，再将此混合物与异氰酸基架桥剂混合。
请继续参照图1，在一具体例中，当音波以方向100a传递时，可挠性吸音复合膜100的压电表层110是朝向音波的来源。当音波接触到压电表层110时，音波部份的能量可使压电表层110的压电材料震荡，而产生电能，且所产生的电能会在吸音层120中转变为热能并消散。
其余的音波能量则会继续传递至吸音层120。当音波的能量传递至吸音层120时，吸音层120中具有羟基的聚碳氢系树脂会反弹部份的音波能量，但中空微粒120a则会吸收音波的能量(包含音波传递的能量及前述被反弹的能量)。因此，当前述音波其余的能量传递至吸音层120时，吸音层120会吸收音波的能量，而达到降噪的功效。
请参照图2，其是绘示依照本发明的另一实施例的可挠性吸音复合膜的剖视图。在此实施例中，可挠性吸音复合膜200的结构大致上与可挠性吸音复合膜100的架构相同，二者的差异在于可挠性吸音复合膜200更包含保护层240。保护层240是设置于吸音层220上，且吸音层220设置于保护层240及粘结层230之间。
在一实施例中，保护层240可由具有羟基的聚碳氢系树脂制成，其中保护层240的具有羟基的聚碳氢系树脂可与吸音层220所使用的具有羟基的聚碳氢系树脂相同或不同。较佳地说，当保护层240所使用的材料与吸音层220的具有羟基的聚碳氢系树脂相同时，保护层240与吸音层220不须使用粘结剂即可具有良好的粘结效果。此外，由于具有羟基的聚碳氢系树脂具有“隔音”的功效，故保护层240可提升可挠性吸音复合膜降噪的功效。
相同地，在一具体例中，当音波以方向200a传递时，可挠性吸音复合膜200的压电表层210是朝向音波的来源。当音波接触到可挠性吸音复合膜200时，部份的音波能量会使压电表层210的压电材料震荡，其余的能量则会传递至吸音层220。
前述其余的能量会被吸音层220中具有羟基的聚碳氢系树脂及保护层240中具有羟基的聚碳氢系树脂反弹，但中空微粒220a可吸收被反弹的音波能量及传递至吸音层220的能量，而达到“吸音”的功效，进而有效降噪。
在一应用例中，本发明的可挠性吸音复合膜可吸收的声波频率为100Hz至5000Hz，且压电表层、吸音层及粘结层的总厚度为0.5毫米至1毫米。
若前述的总厚度小于0.5毫米时，可挠性吸音复合膜不易制备，且太薄的厚度会降低其降噪效果。若前述的总厚度大于1毫米时，虽然较大的厚度可增加降噪的效果，但过厚的吸音膜亦会降低其应用领域。
其次，由于本发明的可挠性吸音复合膜是利用聚合物材料(聚氟系树脂与聚碳氢系树脂)制得，故本发明的可挠性吸音复合膜具有可挠性，而可挠曲以配合所使用的场合或装置，进而扩大其应用领域及使用的便利性。
再者，前述的聚合物材料可抵抗化学物质(包含化学蒸气)的腐蚀，故所制得的可挠性吸音复合膜可长时间应用于化学环境中。
以下利用实施例以说明本发明的应用，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。
制备粘结层
以下是根据表1制备合成例1至合成例3及比较合成例1与比较合成例2的粘结层。
合成例1
首先，秤取100重量百分比的氟系相容剂(大金先端化学股份有限公司制造的商品，且其型号为GK-570)及3重量百分比的异氰酸基架桥剂(台昌树脂制造)，并混合两者。
然后，将前述混合后的材料加热至60℃，以进行合成反应，即可制得合成例1的粘结层。所制得的粘结层以下述“界面接着强度”的评价方法进行评价，所得结果如表1所示。
合成例2与合成例3及比较合成例1与比较合成例2
合成例2与合成例3及比较合成例1与比较合成例2是使用与合成例1的粘结层的制作方法相同的制备方法，不同之处在于合成例2与合成例3及比较合成例1与比较合成例2是改变异氰酸基架桥剂的使用量，其中比较合成例2不使用异氰酸基架桥剂，且其使用量及评价结果如表1所示，在此不另赘述。
制备可挠性吸音复合膜
首先，将聚偏氟乙烯熔融并进行成膜步骤，以制得具有α相的聚偏氟乙烯的压电膜。然后，对此压电膜进行延伸步骤，而可制得具有β相的聚偏氟乙烯的压电表层，其中延伸步骤的温度为100℃，延伸倍率为3.5倍，且β相的聚偏氟乙烯的含量为68.7％至70.3％。
接着，根据表2制备实施例1至实施例7及比较例1与比较例2的可挠性吸音复合膜。
实施例1
首先，将100重量百分比的聚乙烯醇缩丁醛与5重量百分比的中空玻璃球(Potters公司制造的商品，其商品名为Q-cel，且平均例径为46μm)混合，以使中空玻璃球平均分散于聚乙烯醇丁醛中。
前述中空玻璃球可藉由高分子材料所制作的搅拌设备，于低转速下进行搅拌，以避免激烈搅动造成中空玻璃球破损。
然后，对前述聚乙烯醇缩丁醛及中空玻璃球的混合物进行成膜步骤，以制得吸音层。
接着，利用前述的合成例2的粘结层结合吸音层及压电表层，即可制得实施例1的可挠性吸音复合膜，其中实施例1的可挠性吸音复合膜的厚度为1毫米。所制得的可挠性吸音复合膜以下述“吸音系数"的评价方法进行评价，所得结果如表2所示。
实施例2至实施例7及比较例1与比较例2
实施例2至实施例7及比较例1与比较例2是使用与实施例1的粘结层的制作方法相同的制备方法，不同之处在于实施例2至实施例7及比较例1与比较例2是改变中空玻璃球的使用量及其平均粒径，且其使用量、条件及评价结果如表2所示，在此不另赘述。其中，实施例7是同时混合两种不同平均粒径的中空玻璃球。
评价方法
1.界面接着强度
本发明的粘结层的界面接着强度是利用拉力试验机，并根据日本工业规格(JapaneseIndustrialStandards；JIS)的L1089法量测。
2.吸音系数
本发明的可挠性吸音复合膜的吸音系数是藉由阻抗管计算方法(ImpedanceTubeSolutions)，并根据美国材料试验协会(AmericanSocietyforTestingandMaterials；ASTM)的E1050所订定的标准来量测。
其次，表2所载的噪音降低系数(NoiseReductionCoefficient；NRC)是计算可挠性吸音复合膜于200Hz至2000Hz所量得的吸音系数的加总平均值。
由表1及表2的结果可知，当粘结层的氟系相容剂及异氰酸基架桥剂的重量比为1：0.03至1：0.1时，所制得的粘结层具有1.7kg/in至2.2kg/in的界面接着强度。因此，本发明的粘结层可确实粘结压电表层及吸音层，而使可挠性吸音复合膜同时具有“压电特性”及“吸音特性”，进而提升可挠性吸音复合膜的降噪效果。
其次，由本发明上述的实施例可知，当本发明的吸音层中的中空微粒是由具有不同粒径的第一子中空微粒及第二子中空微粒组成时，所制得的可挠性吸音复合膜具有较高的噪音降低系数，故具有更佳的“吸音”效果。
再者，随着中空微粒的添加量增加时，可挠性吸音复合膜的噪音降低系数是随之提升。据此，本发明的吸音层的中空微粒可提升可挠性吸音复合膜的“吸音”效果。
此外，由于高频的音波具有较大的震荡频率，而使得压电表层的压电材料的压电特性更为明显。因此，对于高频音波，本发明的可挠性吸音复合膜的压电表层可有效吸收其能量，而进一步提升可挠性吸音复合膜的降噪效果。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发明所属技术领域中任何具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (9)
1.一种可挠性吸音复合膜，包含压电表层及设于该压电表层的一表面的吸音层，所述压电表层包含聚氟系树脂，所述吸音层包含具有羟基的聚碳氢系树脂及平均分散于其中的多个中空微粒，其特征在于：
所述压电表层及所述吸音层之间设置粘结层，其中所述粘结层包含重量比是1：0.03至1：0.1的氟系相容剂及异氰酸基架桥剂，基于所述具有羟基的聚碳氢系树脂的使用量为100重量百分比，所述中空微粒的使用量为5重量百分比至10重量百分比，且所述压电表层、所述吸音层及所述粘结层的总厚度为0.5毫米至1毫米。
2.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，其中所述聚氟系树脂是β相的聚偏氟乙烯。
3.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，其中所述具有羟基的聚碳氢系树脂具有如下式(I)所示的结构：
于式(I)中，a与b的比例为75：22至82：18，且a与d的比例为75：3至82：1。
4.如权利要求3所述的可挠性吸音复合膜，其中具有如式(I)所示的结构的具有羟基的聚碳氢系树脂的分子量为105,000至112,000。
5.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，其中所述中空微粒包括多个第一子中空微粒及多个第二子中空微粒，所述第一子中空微粒的粒径为5μm至90μm，且所述第二子中空微粒的粒径为10μm至190μm。
6.如权利要求5所述的可挠性吸音复合膜，其中所述第一子中空微粒的平均粒径(D90)为46μm，且所述第二子中空微粒的平均粒径(D90)为76μm。
7.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，其中所述粘结层包含聚乙烯醇缩丁醛，且所述聚乙烯醇缩丁醛与所述氟系相容剂的重量比为1：5。
8.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，更包含保护层，其中所述保护层设于所述吸音层上，且所述吸音层设于所述保护层及所述粘结层之间。
9.如权利要求1所述的可挠性吸音复合膜，其中所述可挠性吸音复合膜吸收的声波频率为100Hz至5000Hz。
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