CN106716521B - 吸音体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种吸音体，其包括非织造织物或非织造织物层压物，所述非织造织物或非织造织物层压物包含具有小于3000nm的平均纤维直径的纤维，所述非织造织物或非织造织物层压物具有小于10mm的厚度，具有大于4.0E+06Ns/m4且小于5.0E+08Ns/m4的单位厚度流阻，并具有大于70kg/m3且小于750kg/m3的堆积密度。

Description

吸音体
技术领域
本发明涉及吸音体，其能够有利地用于建筑材料(例如用于住房、工厂和声学设备等)、机动车辆、轮胎、电器产品，等等。
背景技术
噪音使得人们精神不适，可以成为刺激源和压力源，并可以造成头疼和听力丧失的状况。因此，已经提出了各种对策。过去提出的对策在减少包含全频率区域的噪音水平方面具有有限的效果，而这些对策通过减少主要在中频率区域和高频率区域中的声音来处理噪音。
非织造织物是通过使用粘合剂、加热并压制或缝合而使天然或人造纤维不规则对齐或缠结而制得的织物，其为具有连接的空隙的高度多孔材料。如果多孔吸音材料较薄，则通常难以吸收低频率区域中的声音。过去，作为吸音材料已经报道具有单位面积质量为0.1-20g/m2的材料(参见专利文献1)和要求厚度为0.5mm或更大的材料(参见专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-248666号公报
专利文献2：日本特开2008-89620号公报
发明内容
本发明要解决的问题
本发明解决提供薄且显示出高吸音率的吸音体的问题。
用于解决问题的手段
本发明提供如下吸音体：
1.吸音体，其包括非织造织物或非织造织物层压物，
其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，所述纤维具有小于3,000nm的平均纤维直径，
非织造织物或非织造织物层压物具有小于10mm的厚度，
非织造织物或非织造织物层压物具有大于4.0E+06Ns/m4且小于5.0E+08Ns/m4的单位厚度流阻，以及
非织造织物和非织造织物层压物具有大于70kg/m3且小于750kg/m3的堆积密度。
2.根据上述项目1的吸音体，其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，该纤维由合成树脂和/或弹性体形成。
3.根据上述项目2的吸音体，其中合成树脂为热塑性树脂。
4.根据上述项目3所述的吸音体，其中热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚(亚芳基氧化物)、热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和聚氨酯树脂。
5.根据上述项目2至4中任一项所述的吸音体，其中弹性体为热塑性弹性体。
6.根据上述项目5所述的吸音体，其中热塑性弹性体为热塑性苯乙烯(TPS)弹性体。
7.根据上述项目6所述的吸音体，其中热塑性苯乙烯弹性体是选自苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(SBS)、苯乙烯/丁二烯/丁烯/苯乙烯(SBBS)、苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯(SIS)、苯乙烯/丁二烯/异戊二烯/苯乙烯(SBIS)、苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)和它们的混合物的嵌段共聚物。
8.根据上述项目6或7所述的吸音体，其中热塑性苯乙烯弹性体是苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)共聚物。
9.根据上述项目1至8中任一项所述的吸音体，其中非织造织物或非织造织物层压物的孔隙率低于0.92。
10.根据上述项目1至9中任一项所述的吸音体，其中吸音体显示出低于3000Hz的吸音峰。
11.根据上述项目1至10中任一项所述的吸音体，其中吸音体显示出0.2或更高的垂直入射吸音系数。
本发明的有利效果
根据本发明，可以提供薄的吸音体，其显示出从低频率区域至高频率区域的宽频率范围中的充分的吸音效果，特别是在低频率区域的充分的吸音效果。本发明的吸音体，其能够适用于建筑材料(例如用于住房、工厂和声学设备等)、机动车辆、轮胎、电器产品，等等，所述吸音体可以有效的吸收声波。
具体实施方式
在此解释，除非另外明确指出，否则百分比(％)始终意指质量百分比。
此外，在本专利申请的含义范围内，术语“phr”意指质量份/百份共混的热塑性或非热塑性弹性体。
此外，由表述“在a和b之间”表示的数值范围意指大于a且小于b(即，不包括端点a和b)的数值范围，而由表述“a-b”表示的数值区间意指从a延伸至b(亦即，包括精确端点a和b)的数值范围。
此外，在本说明书中提及术语“非织造织物”的情况中，其意指未被层压的单一非织造织物。
1.非织造织物原材料
在本发明中用于非织造织物的原材料没有特定限制，但优选地为合成树脂和/或弹性体。合成树脂和/或弹性体没有特定限制，只要其可以形成非织造织物。
热塑性树脂优选作为合成树脂。
1.1.热塑性树脂
热塑性树脂的实例包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚(亚芳基氧化物)、热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚(对苯二甲酸丁二醇酯)、聚(对苯二甲酸乙二醇酯)、聚乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和聚氨酯树脂。可以单独地使用这些热塑性弹性体中的一种，或组合使用它们中的2种或更多种。在它们中，优选聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚(偏二氟乙烯)和聚氨酯树脂。特别地优选聚丙烯腈和聚氨酯树脂。
从形成非织造织物的角度，热塑性树脂的重均分子量优选为4000-3,000,000g/mol，更优选地为30,000至500,000g/mol。此外，重均分子量可以使用已知的方法测量，如凝胶渗透色谱法(GPC)。
热塑性弹性体优选作为弹性体。
1.2.热塑性弹性体(TPE)
热塑性弹性体(缩写为“TPE”)是热塑性聚合物和弹性体之间的结构中间体。这些为由通过柔性弹性体嵌段连接的刚性热塑性树脂嵌段构成的嵌段共聚物。
用于进行本发明的热塑性弹性体是嵌段共聚物。热塑性嵌段和弹性体嵌段可以在化学性质方面相互区别。
1.2.1.TPE结构
TPE的数均分子量(以Mn表示)优选在30,000和500,000g/mol之间，更优选地在40,000和400,000g/mol之间。如果数均分子量低于指出的最小值，则分子链缠结点的数量减少且内聚强度减小，这导致纤维难以形成并导致对机械性质的不利效果的风险。
通过使用凝胶渗透色谱法(GPC)，TPE的数均分子量(Mn)可以使用已知的方法量化测定。在基于苯乙烯的热塑性弹性体的情况中，例如，样品首先以约1g/l的浓度溶解四氢呋喃中，所得溶液使用孔径为0.45μm的过滤器过滤然后注射。所使用的仪器为WatersAlliance色谱线。洗脱溶剂为四氢呋喃，流速为0.7ml/min，体系的温度为35℃，分析时间为90min。使用一组4个连接的Waters Styragel柱(一个HMW7，一个HMW6E和两个HT6E)。注射的聚合物样品溶液的体积为100μl。检测器为Waters 2410差示折光率检测器，用于利用色谱数据的相关软件为Waters Millennium系统。经计算的平均摩尔质量与使用聚苯乙烯标准样品得到的校准曲线相关。本领域技术人员可以调节条件。
TPE的多分散性指数(PI＝Mw/Mn，其中Mw表示重均分子量，Mn表述数均分子量)优选地低于3，更优选地低于2，进一步优选地低于1.5。
在本专利申请中提及TPE的玻璃化转变温度的情况下，其涉及与弹性体嵌段有关的Tg值。TPE的玻璃化转变温度(“Tg”)优选为25℃或更低，更优选地为10℃或更低。
已知，TPE显示出2个玻璃化转变温度峰(Tg，根据ASTM D3418测量)，较低温度峰与TPE的弹性体部分有关，而较高温度峰与TPE的热塑性部分有关。因此，TPE中的柔性嵌段限定为具有小于环境温度(25℃)的Tg值，而刚性嵌段限定为具有高于80℃的Tg值。
因为TPE基本由弹性体部分和热塑性部分组成，TPE必须具有充分互不相容的嵌段从而维持弹性体嵌段和热塑性嵌段的独立特性(即，在质量、极性和Tg值方面不同的嵌段)。
TPE可以为具有少数嵌段(小于5，通常为2或3个)的共聚物，在此情况下，这些嵌段优选具有大于15,000g/mol的高的质量。此TPE可以例如为包含热塑性嵌段和弹性体嵌段的二嵌段共聚物。此TPE通常为具有通过柔性链段连接的2个刚性链段的三嵌段弹性体。刚性链段和柔性链段可以线性地设置，或以星形或支化的方式设置。通常，这些链段或嵌段通常包含最小5个基础单元，通常为大于10个基础单元(例如，苯乙烯/丁二烯/苯乙烯嵌段共聚物中的苯乙烯单元和丁二烯单元)。
TPE还可以具有大量嵌段(大于30，通常为50至500个)，在此情况下，优选这些嵌段具有较低的质量，例如500至5000g/mol；这种类型的TPE在后文中被称为多嵌段TPE，其为弹性体嵌段/热塑性嵌段系列。
根据第一变体，TPE以线性形式提供。例如，TPE为二嵌段共聚物：热塑性嵌段/弹性体嵌段。TPE还可以为三嵌段共聚物：热塑性嵌段/弹性体嵌段/热塑性嵌段，亦即，中心弹性体嵌段和在弹性体嵌段的每个端部处的端热塑性嵌段。类似地，多嵌段TPE可以为线性弹性体嵌段/热塑性嵌段系列。
根据本发明的另一变体，在本发明中要求使用的TPE以具有至少3个支链的星形支化形式提供。例如，在这种情况下，TPE可以由具有至少3个支链的星形支化弹性体嵌段和位于弹性体嵌段中的支链端部处的热塑性嵌段构成。中心弹性体的支链数可以变化，例如从3变化至12，优选地从3变化至6。
根据本发明的另一变体，TPE以支化或树枝状形式提供。在这些情况中，TPE可以由支化或树枝状弹性体嵌段和位于树枝状弹性体嵌段中的支链端部的热塑性嵌段构成。
1.2.2.弹性体嵌段的性质
本发明中要求的TPE弹性体嵌段可以为本领域技术人员已知的任何弹性体。TPE弹性体嵌段优选具有低于25℃，优选低于10℃，更优选低于0℃，特别优选低于-10℃的Tg值。此外，TPE弹性体嵌段优选具有高于-100℃的Tg值。
对于具有碳基链的弹性体嵌段，TPE的弹性体部分不含有基于乙烯的不饱和部分的情况被称为饱和弹性体嵌段。TPE弹性体嵌段含有基于乙烯的不饱和部分(亦即，碳碳双键)的情况被称为不饱和或二烯弹性体嵌段。
饱和弹性体嵌段由通过聚合至少1个(亦即，一个或多个)烯键式单体(即含有碳碳双键的单体)获得的聚合物序列构成。从这些烯键式单体获得的嵌段的实例包括聚烯烃嵌段，例如乙烯/丙烯或乙烯/丁烯无规共聚物。这些饱和弹性体嵌段还可以通过不饱和弹性体嵌段的氢化获得。这些饱和弹性体嵌段可以为由聚醚、聚酯或聚碳酸酯类获得的脂族嵌段。
在饱和弹性体嵌段的情况下，在TPE中的这些弹性体嵌段优选主要由烯键式单元构成。主要地，应理解相对于弹性体嵌段的整体质量的烯键式单体的最大质量含量优选地大于50％，更优选地大于75％，更优选地大于85％。
C4–C14共轭二烯可以与烯键式单体共聚。在此情况下，C4–C14共轭二烯是无规共聚物。优选地，这些共轭二烯选自异戊二烯、丁二烯、1-甲基丁二烯、2-甲基丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2,4-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、3-甲基-1,3-戊二烯、4-甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-戊二烯、1,3-己二烯、2-甲基-1,3-己二烯、3-甲基-1,3-己二烯、4-甲基-1,3-己二烯、5-甲基-1,3-己二烯、2,3-二甲基-1,3-己二烯、2,4-二甲基-1,3-己二烯、2,5-二甲基-1,3-己二烯、2-新戊基丁二烯、1,3-环戊二烯、1,3-环己二烯、1-乙烯基-1,3-环己二烯和它们的混合物。更优选地，共轭二烯为异戊二烯或含有异戊二烯的混合物。
在不饱和弹性体嵌段的情况下，在TPE中的这些弹性体嵌段优选主要由二烯弹性体部分构成。主要地，应理解相对于弹性体嵌段的整体质量的烯键式单体的最大质量含量优选地大于50％，更优选地大于75％，还优选地大于85％。替代地，在不饱和弹性体嵌段中的不饱和部分可以由含有双键和环状不饱和部分的单体得到，其实例为聚降冰片烯。
优选地，将C4-C14共轭二烯聚合或共聚从而形成二烯弹性体嵌段。优选地，这些共轭二烯选自异戊二烯、丁二烯、间戊二烯、1-甲基丁二烯、2-甲基丁二烯、2,3-二甲基-1,3-丁二烯、2,4-二甲基-1,3-丁二烯、1,3-戊二烯、2-甲基-1,3-戊二烯、3-甲基-1,3-戊二烯、4-甲基-1,3-戊二烯、2,3-二甲基-1,3-戊二烯、2,5-二甲基-1,3-戊二烯、2-甲基-1,4-戊二烯、1,3-己二烯、2-甲基-1,3-己二烯、2-甲基-1,5-己二烯、3-甲基-1,3-己二烯、4-甲基-1,3-己二烯、5-甲基-1,3-己二烯、2,5-二甲基-1,3-己二烯、2,5-二甲基-2,4-己二烯、2-新戊基-1,3-丁二烯、1,3-环戊二烯、甲基环戊二烯、2-甲基-1,6-庚二烯、1,3-环己二烯、1-乙烯基-1,3-环己二烯和它们的混合物。更优选地，共轭二烯为异戊二烯、丁二烯或含有异戊二烯和/或丁二烯的混合物。
根据变体，为了形成TPE的弹性体部分聚合的单体可以无规地与至少一种其他单体共聚，从而形成弹性体嵌段。根据此变体，除了烯键式单体之外的经聚合的单体相对于弹性体嵌段单元的总数的摩尔比例必须使得此嵌段维持弹性体的特性。优选地，这些其他共聚单体的摩尔比例为0％至50％，更优选为0％至45％，还优选为0％至40％。
通过解释说明，这些可以与第一单体共聚的其他单体可以选自如上限定的烯键式单体(例如乙烯)和二烯单体，更具体地为如上限定的具有4至14个碳原子的共轭二烯单体(例如丁二烯)、如上限定的具有8至20个碳原子的乙烯基芳族型单体和可以包含乙酸乙烯酯的单体。
在共聚单体是乙烯基芳族型的情况中，有利的是其相对于热塑性嵌段单元总数的含量为0％至50％，优选为0％至45％，更优选为0％至40％。上述基于苯乙烯的单体，即甲基苯乙烯、对(叔丁基)苯乙烯、氯苯乙烯、溴苯乙烯、氟苯乙烯和对羟基苯乙烯，特别地适合地作为乙烯基芳族化合物。苯乙烯优选作为乙烯基芳族型共聚单体。
弹性体嵌段可以为含有多种类型的烯键、基于二烯或基于苯乙烯的单体的嵌段，例如如上限定的那些。
弹性体嵌段还可以由如上限定的多种弹性体嵌段构成。
1.2.3.热塑性嵌段性质
刚性热塑性树脂嵌段的玻璃化转变温度(Tg)特性被用于限定热塑性嵌段。这些特性是本领域技术人员公知的。特别地，这些使得能够选择工业处理(转化)温度。在非晶态聚合物(或聚合物嵌段)的情况中，处理温度可以选择为使其基本上高于Tg值。在半晶质聚合物(或聚合物嵌段)的情况下，可以观察到高于玻璃化转变温度的熔点。在这样的情况下，熔点(M.p.)使得能够选择问题聚合物(或聚合物嵌段)的处理温度。因此，在后文提及表述“Tg(或适当时为M.p.)”的情况中，重要的是考虑使用此温度从而选择处理温度。
在本发明中所需的TPE优选地具有80℃或更高的Tg(或适当时为M.p.)，优选地含有1种或多种由经聚合的单体形成的热塑性嵌段。优选地，热塑性嵌段的Tg(或适当时为M.p.)为80℃至250℃。优选地，热塑性嵌段的Tg(或适当时为M.p.)为80℃至200℃，更优选地为80℃至180℃。
在为了进行本发明而限定的TPE中，热塑性嵌段的比例通过上述共聚物必须显示出的热塑性特性来定量确定。优选地，Tg(或适当时为M.p.)为80℃或更高的热塑性嵌段所占比例足以维持本发明中的弹性体的热塑性性质。Tg(或适当时为M.p.)为80℃或更高的热塑性嵌段在TPE中的最小含量可以取决于共聚物的使用条件而变化。
Tg(或适当时为M.p.)为80℃或更高的热塑性嵌段可以由具有各种性质的经聚合的单体形成；特别地，这些热塑性嵌段可以由下述嵌段或其混合物构成：
-聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯)；
-聚氨酯；
-聚酰胺；
-聚酯；
-聚缩醛；
-聚醚(聚(环氧乙烷)、聚(亚苯基醚))；
-聚(亚苯基硫化物)；
-多氟化合物(FEP、PFA、ETFE)；
-聚苯乙烯；
-聚碳酸酯；
-聚砜；
-聚(甲基丙烯酸甲酯)；
-聚醚酰亚胺；
-热塑性共聚物，例如丙烯腈/丁二烯/苯乙烯(ABS)共聚物。这些热塑性嵌段优选地由聚氨酯构成。
Tg(或适当时为M.p.)为80℃或更高的热塑性嵌段还可以由下述化合物或其混合物获得：
-苊烯：本领域技术人员可以提及例如Z.Fodor和J.P.Kennedy的论文，PolymerBulletin，1992，29(6)，第697-705页；
-茚及其衍生物，例如2-甲基茚、3-甲基茚、4-甲基茚、二甲基茚、2-苯基茚、3-苯基茚和4-苯基茚；本领域技术人员可以例如提及发明人为Kennedy、Puskas、Kaszas和Hager的美国专利号4946899的说明书，以及提及J.E.Puskas、G.Kaszas、J.P.Kennedy和W.G Hager在Journal of Polymer Science，A部分：Polymer Chemistry(1992)30，41；以及J.P.Kennedy,N.Meguriya和B.Keszler,Macromolecules(1991)，24(25)，6572-6577；
-异戊二烯(在此情况中，由分子内过程形成的特定数量的反式-1,4聚异戊二烯单元和环化单元)；本领域技术人员可以例如提及G.Kaszas,J.E.Puskas和P.Kennedy，Applied Polymer Science(1990)，39(1)，119-144页；以及J.E.Puskas,G.Kaszas和J.P.Kennedy，Macromolecular Science，Chemistry A28(1991)，65-80页。
热塑性嵌段还可以由如上限定的多种热塑性嵌段构成。
1.2.4.TPE实例
例如，TPE为共聚物，其弹性体部分为饱和的，并包含苯乙烯嵌段和亚烷基嵌段。亚烷基嵌段优选为亚乙基、亚丙基或亚丁基。更优选地，该TPE弹性体选自如下所述的线性或星形支化二嵌段共聚物和三嵌段共聚物：苯乙烯/乙烯/丁二烯(SEB)、苯乙烯/乙烯/丙烯(SEP)、苯乙烯/乙烯/乙烯/丙烯(SEEP)、苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)、苯乙烯/乙烯/丙烯/苯乙烯(SEPS)、苯乙烯/乙烯/乙烯/丙烯/苯乙烯(SEEPS)、苯乙烯/异丁烯(SIB)、苯乙烯/异丁烯/苯乙烯(SIBS)共聚物和这些共聚物的混合物。
根据另一实施例，TPE为共聚物，其弹性体部分为不饱和的，并包含苯乙烯嵌段和二烯嵌段，其中这些二烯嵌段特别地为异戊二烯嵌段或丁二烯嵌段。更优选地，该TPE弹性体选自如下所述的线性或星形支化二嵌段共聚物和三嵌段共聚物：苯乙烯/丁二烯(SB)、苯乙烯/异戊二烯(SI)、苯乙烯/丁二烯/异戊二烯(SBI)、苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(SBS)、苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯(SIS)、苯乙烯/丁二烯/异戊二烯/苯乙烯(SBIS)、苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)共聚物和这些共聚物的混合物。更优选地为苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯(SEBS)共聚物。
另一实例是TPE为线性或星形支化共聚物，其弹性体部分包含饱和的以及不饱和的部分，例如苯乙烯/丁二烯/丁烯(SBB)、苯乙烯/丁二烯/丁烯/苯乙烯(SBBS)共聚物，或这些共聚物的混合物。
多嵌段TPE的示例包括含有乙烯和丙烯/聚丙烯、聚丁二烯/聚氨酯(TPU)、聚醚/聚酯(COPE)或聚醚/聚酰胺(PEBA)的无规共聚物嵌段的共聚物。可商购TPE弹性体的示例包括以Kraton G产品得自Kraton(例如G1650、G1651、G1654和G1730)和以Septon产品得自Kuraray(例如Septon 2007、Septon 4033和Septon 8004)的SEPS、SEEPS和SEBS型弹性体，以Hybrar 5125得自Kuraray和以D1161得自Kraton的SIS型弹性体，以Europrene SOLT 166得自Polimeri Europa的线性SBS型弹性体和以D1184得自Kraton的星形支化SBS型弹性体。其他实例包括以Vector产品得自Dexco Polymers(例如Vector 4114和Vector8508)的弹性体。多嵌段TPE的实例包括COPE TPE，例如得自Exxon的Vistamaxx TPE；得自DSM的Arnitel；得自DuPont的Hytrel；得自Ticona的Riteflex；PEBA TPE，例如得自Arkema的PEBAX；TPUTPE例如得自Sartomer的TPU 7840和得自BASF的Elastogran。
1.2.5.TPE量
在组合物中必须使用另一(非热塑性)弹性体的情况下，一种或多种TPE弹性体占大多数的质量；在这种情况下，一种或多种TPE弹性体占弹性体组合物中的全部弹性体的至少65质量％，优选至少70质量％，更优选至少75质量％。更有利地，一种或多种TPE弹性体占弹性体组合物中的全部弹性体的至少95质量％(特别地为100％)。
因此，TPE弹性体的量落入65至100phr的范围内，优选地为70至100phr，特别优选地为75至100phr。更优选地，组合物含有95至100phr的量的TPE弹性体。
非织造织物原材料优选地为合成树脂，根更优选地为热塑性树脂。
2.添加剂
本发明中非织造织物可以含有任何添加剂，如抗氧化剂、润滑剂、颜料、填料和晶体成核剂，只要本发明的目的不受损害。添加剂含量可以例如为相对于非织造织物原材料中纤维的全部量的0.1-50质量％。然而，优选地，非织造织物原材料不含添加剂。
3.生产方法
本发明中的非织造织物可以通过例如如上所述的电纺丝法织造。电纺丝法也被称为静电纺丝法和电喷法，其为纤维在工艺中形成的方法，所述工艺包括将高电压施加至纺丝溶液并将溶液排放至地面或具有与纺丝溶液相反电荷的收集器。可以在常温下纺丝，纤维可以较容易地生产，纤维直径可以控制在较宽的范围上。此外，电纺丝法具有适用于多种聚合物的优点。本发明中的非织造织物可以使用复合熔融纺丝法或熔喷法生产。
纺丝溶液可以通过将非织造织物原材料添加至溶剂并根据需要加热和/或搅拌来生产。加热温度和搅拌时长是本领域技术人员可以适当决定的事项。例如，有利地，在20-100℃的温度下搅拌1小时和1周之间的时间。
溶剂不作特别限定，只要非织造织物原材料可以溶解在其中，溶剂可以在纺丝阶段蒸发，纤维可以形成。例如，可以使用丙酮、氯仿、乙醇、2-丙醇、甲醇、甲苯、四氢呋喃、水、苯、苯甲醇、1,4-二氧六环、1-丙醇、二氯甲烷、四氯化碳、环己烷、环己酮、苯酚、吡啶、三氯乙烷、乙酸、甲酸、六氟-2-丙醇、六氟丙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈、N-甲基-2-吡咯烷酮、N-甲基吗啉-N-氧化物、1,3-二氧戊烷、甲基乙基酮或这些溶剂的混合物。可以单独地使用这些溶剂中的一种，或组合使用它们中的2种或更多种。其中，从可操作性的角度优选N,N-二甲基甲酰胺。
在纺丝溶液中的非织造织物原材料的浓度优选地为0.1-50质量％，更优选地为5-20质量％。
施加电压通常为5-50kV。排放压力通常为0.001-0.1MPa。可以进行真空干燥从而从所得非织造织物中去除溶剂。
4.物理性质
本发明中构成非织造织物或非织造织物层压物的纤维的平均纤维直径小于3000nm。因此要求小于3000nm的纤维直径从而增加孔直径和曲折率(这表示相对于样品的厚度的空气路径渗透的程度，其为空气路径/样品厚度的比值)，增加纤维表面积和减小纤维刚性，由此使得纤维通过声波震动，增加能量损失(空气和纤维之间的摩擦)并有效增加吸音率。出于类似的原因，并为了维持稳定的纤维直径和所需的纤维刚性，纤维直径优选地大于100nm并小于3000nm，更优选地为300-2000nm，还优选地为400-1200nm。此外，在本说明书中，平均纤维直径为100或更多根纤维的平均直径。在使用例如上述在“3.生产方法”中提及的电纺丝法生产非织造织物的情况下，平均纤维直径可以通过调节纺丝条件(溶液排放压力、施加电压、湿度等)、纺丝溶液的粘度、溶剂的沸点或电导率等来调节。
所得非织造织物可以层压以形成层压物。经层压的非织造织物的数量应使得经层压的非织造织物的厚度小于10mm。
非织造织物可以在层压前或层压后压缩。优选地，层压物被压缩。压缩可以使用热压机在加热和/或压力的条件下进行。在这些情况中，温度和压力是本领域技术人员根据非织造织物原材料的热特性等而可以适当规定的事项。
在压缩后的厚度应小于10mm，但优选不小于1mm且小于10mm，更优选地为1.5-7.5mm，还优选地为2-5mm。如果厚度落入此范围，可以在减小厚度的同时维持吸音性质。
流阻是表示空气在多孔材料中流动的困难程度的物理性质值。流阻根据ISO 9053通过测量0.5mm/s时的压力差测定。本发明中非织造织物或非织造织物层压物的流阻大于4.0E+06Ns/m4且小于5.0E+08Ns/m4。流阻由空气和纤维表面之间的摩擦力引起，摩擦使得振动纤维的声波的能量损失，由此吸收声波。本发明中的非织造织物或非织造织物层压物的流阻必须大于4.0E+06Ns/m4从而增加低频率区域中的声波的能量损失，但如果流阻过大，声波难以进入吸音体的内部，因此流阻需要小于5.0E+08Ns/m4。出于类似的理由，流阻更优选地大于4.0E+06Ns/m4并小于1.0E+08Ns/m4，更优选地为7.0E+06至8.0E+07Ns/m4，还更优选地为1.0E+07至6.0E+07Ns/m4。此外，流阻可以通过调节本发明中的非织造织物或非织造织物层压物的孔隙率、纤维直径、单位体积的纤维数量或曲折率来调节。
堆积密度大于70kg/m3且750kg/m3，无论非织造织物是否经层压，且无论是否进行压缩。堆积密度优选地大于100kg/m3且小于650kg/m3，更优选地为130-550kg/m3，还优选地为150-450kg/m3，特别优选地为200-400kg/m3。优选地，从与流阻的关系并显示出满意的低频率区域中的吸音效果的角度来说，堆积密度落入这样的范围。此外，在压缩非织造织物或非织造织物层压物的情况下，堆积密度可以通过调节本发明的非织造织物或非织造织物层压物的压缩率来调节。
本发明中的非织造织物或非织造织物层压物的孔隙率小于0.92。孔隙率优选地大于0.60且小于0.92，更优选地大于0.65且小于0.89，还优选地为0.70-0.86。优选地，从与流阻和堆积密度的关系并显示出令人满意的低频率区域中的吸音效果的角度来说，孔隙率落入这样的范围。此外，孔隙率可以通过调节本发明中的非织造织物或非织造织物层压物的生产条件、纤维直径、堆积密度等来调节。
本发明的吸音体的吸音峰优选地小于3000Hz从而实现在低频率范围中的充分的吸音效果。
本发明的吸音体的垂直入射吸音系数优选地至少为0.2。垂直入射吸音系数更优选地为0.5或更高。
振动空间是表示在本发明的非织造织物或非织造织物层压物附接至支撑表面时，在非织造织物或非织造织物层压物与支撑表面之间提供的空气层的厚度(非织造织物或非织造织物层压物与支撑表面之间的距离)的物理性质值。本发明的优选的实施方案是其中不存在振动空间的本发明的吸音体。由于没有振动空间，吸音体密实且有用。本发明的另一优选的实施方案是其中提供振动空间的本发明的吸音体。通过提供振动空间，可以有效地实现令人满意的低频率区域中的吸音。
5.用途
本发明的吸音体可以用于建筑材料(例如用于住房、工厂和声学设备等)、机动车辆、轮胎、电器产品，等等。
实施例
1.吸音体样品的制作
通过将任意浓度的PAN(Mw＝150,000g/mol，由Sigma-Aldrich制造)添加至N,N-二甲基甲酰胺(DMF)(由Kanto Chemical Co.,Inc.制造)，并在70℃下搅拌12小时或更长时间制备纺丝溶液。溶液浓度对于平均纤维直径为600nm的样品(对照实施例1、2、3和5)来说为12质量％，而对平均纤维直径为1100nm的样品(实施例4)来说为15质量％。
所得纺丝溶液放置在电纺丝装置中，通过在0.003MPa的排放压力和20-25kV的施加电压下进行电纺丝来获得非织造织物。此外，电纺丝在20-30℃的温度和20-40％的湿度下进行。所得非织造织物真空干燥24小时从而去除溶剂。在通过层压由此获得的非织造织物而获得的样品上进行测量，从而获得层压物并然后压缩层压物。
压缩处理在室温和20kPa的压力下使用台式热压机上的垫片进行。此外，通过重叠2、5或10个厚度为3mm的非织造织物并以3倍或6倍的压缩率压缩而获得样品(实施例1-5)。此外，不压缩对照实施例。此外，在压缩前和压缩后的每个样品的厚度通过使用游标卡尺来测量。
2.测量
(1)纤维直径
使用扫描电子显微镜(由Shimadzu Corporation制造的SS-550)对每个样品测量100或更多根纤维的直径，使用Image J图像分析软件(由National Institutes of Health制造)根据SEM图像获得平均纤维直径和纤维直径分布。
(2)流阻
流阻根据ISO 9053:1991使用由Nihon Onkyo Engineering Co.,Ltd制造的测量系统测定。
(3)堆积密度
通过将样品切割成可测量形状(圆柱体或长方体)，测量切割样品的尺寸，使用电子秤测量切割样品的重量，将重量除以体积从而测定堆积密度。
(4)真密度
通过测量样品在空气中和在水中(Mair、Mwater)的重量并使用基于阿基米德原理的如下等式测定真密度。
(真密度)＝Mair/(Mair-Mwater)×(ρ0-d)+d
此处，ρ0表示水的密度，d表示空气密度。
(5)孔隙率
从上述测定的堆积密度(ρbulk)和真密度(ρtrue)使用如下等式计算孔隙率。
(孔隙率)＝1-ρbulk/ρtrue
(6)垂直入射吸音系数和吸音峰
根据ISO 10534-2中规定的传递函数法使用声学抗阻管(Bruel和Kjaer 4206型)计算垂直入射吸音系数和吸音峰。使用双面胶带将样品固定至背墙，不留振动空间。
3.结果
测量结果显示在表1中。
表1
Figure BDA0001258862950000151

Claims (11)

1.一种吸音体，其包括非织造织物或非织造织物层压物，
其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，所述纤维具有小于3,000 nm的平均纤维直径，
非织造织物或非织造织物层压物具有1.5-7.5 mm的厚度，
非织造织物或非织造织物层压物具有7.0 E+06至8.0 E+07 Ns/m4的单位厚度流阻，以及
非织造织物和非织造织物层压物具有大于70 kg/m3且小于750 kg/m3的堆积密度，以及
其中非织造织物或非织造织物层压物具有大于0.60且小于0.92的孔隙率，
所述吸音体显示出0.5或更高的垂直入射吸音系数。
2.根据权利要求1所述的吸音体，其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，该纤维由合成树脂形成。
3.根据权利要求1所述的吸音体，其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，该纤维由弹性体形成。
4.根据权利要求1所述的吸音体，其中非织造织物或非织造织物层压物包含纤维，该纤维由合成树脂和弹性体形成。
5.根据权利要求2或4所述的吸音体，其中合成树脂为热塑性树脂。
6.根据权利要求5所述的吸音体，其中热塑性树脂选自聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚醚酰亚胺、聚亚芳基氧化物、热塑性聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯和聚氨酯树脂。
7.根据权利要求3或4所述的吸音体，其中弹性体为热塑性弹性体。
8.根据权利要求7所述的吸音体，其中热塑性弹性体为热塑性苯乙烯弹性体。
9.根据权利要求8所述的吸音体，其中热塑性苯乙烯弹性体是选自苯乙烯/丁二烯/苯乙烯、苯乙烯/丁二烯/丁烯/苯乙烯、苯乙烯/异戊二烯/苯乙烯、苯乙烯/丁二烯/异戊二烯/苯乙烯、苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯和它们的混合物的嵌段共聚物。
10.根据权利要求8或9所述的吸音体，其中热塑性苯乙烯弹性体是苯乙烯/乙烯/丁烯/苯乙烯共聚物。
11. 根据权利要求1所述的吸音体，其中吸音体显示出低于3000 Hz的吸音峰。
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