CN1279738A - 含有结合成整体的无机纤维和有机纤维的纤维隔离材料,以及利用这种纤维隔离材料隔离的建筑物结构 - Google Patents
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Abstract
适合用于建筑物(40)隔离腔中的纤维隔离材料(10),包括大约90%到大约99重量比范围内的无机纤维(12),和大约1%到大约10%重量比范围内的有机材料,有机材料以有机纤维(14)和有机微粒(18)形式存在。通过将无机纤维(12)和有机材料混合在一起而使得有机材料大致均一地分布到无机纤维(12)中。至少是大多数,或大约50%重量比并且,最好,是一个实质的量,或大约75%重量比的有机材料(14)为有机纤维(14)形式。纤维隔离材料最好不含粘结剂并被压缩封装(16)。
Description
本发明的技术领域和工业实用性
本发明涉及纤维隔离制品的制备并且，尤其涉及含有与有机材料结合的无机纤维的纤维隔离制品。更具体地说，本发明涉及适合用于建筑物隔离腔中的纤维隔离材料，其中无机纤维和有机材料混合在一起。
本发明背景技术
无机纤维制品，尤其是由玻璃纤维制成的产品，一般制成连续的纤维或不连续的纤维。各种有机涂料涂覆于这些纤维上用来防止这些纤维受到磨蚀，和用来将无机纤维相互连接而形成构件制品，以及用来提供无机纤维与其它材料的相容性，比如增强纤维与塑料基体之间的相容性。在隔离制品情况下，无机纤维通过有机材料，比如苯酚／甲醛粘结剂粘结在一起，以制成在包装期间压缩之后能够回复的弹簧状基体。在Chenoweth等人的美国专利No．4，751，134中公开了一种含有玻璃纤维和有机纤维，并通过非织造工艺制成的网垫。
将有机材料涂覆于无机纤维可以采取多种形式。例如在对连续纤维涂覆一定尺寸的材料的过程中，连续的无机纤维可以穿过一个液槽或涂覆机来对纤维进行涂覆。也可以将有机材料喷射到无机纤维上。这种方式通常用在隔离制品的生产中，无机纤维的圆柱形幕遭受苯酚／甲醛粘结剂喷射。代表性地，是将含有尿素，且具有大约600分子量的苯酚／甲醛粘结剂在未固化状态下以水溶液方式涂覆到玻璃纤维上。
将现有技术中含水有机粘结剂涂覆到无机纤维圆柱形幕的一个问题是，在液态粘结剂液滴与无机纤维幕中的纤维接触之前往往会有一部分粘结剂蒸发掉。蒸发的粘结剂在该工艺排放的气流中成为一种污染物，并且为了避免污染问题必须加以清除。另外，无机纤维上的粘结剂材料往往会变稠，需要不断地清理纤维收集设备以避免粘结成块的玻璃纤维隔离材料落入产品中并造成产品的缺陷。
另外一个与将粘结剂用于隔离制品相关的问题是低分子量的苯酚／甲醛粘结剂材料不具备一些所需的其它高分子量聚合材料具有的性能，比如对聚苯二甲酸乙二酯(PET)，聚丙烯或聚苯硫醚(PPS)。低分子量粘结剂材料的一个主要问题是需要进行固化处理，而这又通常需要付出操作代价比如一个固化炉的生产成本，处理污染问题的成本，固化程度问题及成品完整性问题。如果较高分子量的聚合物能够用于无机纤维来制备隔离制品，那么一些改良的性能就可以实现。
迄今，将较高分子量的粘结剂用于无机纤维来制备隔离制品的尝试还没有获得很大突破。尝试利用较高分子量聚合物的一个问题，如同将较低分子量的苯酚／甲醛粘结剂用于玻璃纤维幕一样，即材料的涂覆非常不均匀，从而造成隔离制品不同部位的粘结剂用量不同。如果能够以非常均匀的方式涂覆这些粘结剂材料将有利于制备一种粘结剂非常均一分布的产品。
在过去已经尝试了不是仅向纤维幕上喷射粘结剂水溶液而是利用旋转工艺将有机粘结剂材料与无机材料结合成整体。例如，Thiessen的美国专利No．5，123，949中就公开了这样一种旋转纤化工艺，即通过旋转的旋转器中空套管轴或中空轴来供送添加剂微粒。微粒直接从幕中一个位置向无机纤维幕喷射。添加剂微粒可以在本质上是纤维状的，比如纤维素纤维，也可以是一种特殊形式的树脂材料。
Loftus等人的美国专利No．5，595，584公开了另一种混合工艺，其中对玻璃纤维进行离心处理的玻璃旋转纤化器，和对聚合物纤维进行离心处理的聚合物旋转纤化器，沿收集面相互交替地设置。聚合物纤化器与垂直方向呈一角度设置以便聚合物纤维流能够直接以一角度与玻璃纤维幕接触。交替混合工艺的目的是将聚合物纤维成形环境从玻璃纤维成形区域中分离，可以感受到将旋转成形的聚合物纤维均一地混合到玻璃纤维幕中是十分困难的。旋转聚合物工艺的不均匀性以及玻璃纤维成形中的旋涡状，杂乱氛围将显著地阻碍聚合物纤维渗透到玻璃纤维中。
用作隔离墙体腔和在建筑物中隔开顶楼或天花板的常规纤维隔离制品包括为了运输和储存而可压缩的网垫。如上面所述的那样，这些代表性的制品在制备时应用了脲／酚醛粘结剂。这些常规的隔离网垫在打开包装时具有高度的回复性以便制品可以扩展到所需的厚度来填充墙体腔或天花板空腔并提供所需的隔离性。为了达到合适的较大经济性，如果能够增大这些建筑隔离制品的隔热值而又很少或不增加生产成本将十分有益。另外，考虑到生产和环保成本，如果能够减少或消除有机粘结剂材料的应用尤其有益。还有，如果能够开发出一种将聚合物或其它有机纤维混合到无机纤维，如玻璃纤维中的改进隔离制品也将十分有益。这些制品应该具有良好的热性能，良好的产品完整性，低刺激性，和在墙或天花板或墙体空腔中使用时的良好可操作性。
本发明概述
并非枚举的上述目的及其它目的通过一个适合用于建筑物隔离腔中的纤维隔离材料来达到，这种纤维隔离材料包括大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机材料，有机材料以有机纤维或有机微粒的形式存在。将无机纤维和有机材料混合在一起使得有机材料能够大致均一地分布到无机纤维中。至少是占大多数，或50％重量比的有机材料为有机纤维形式，并且，最好是一个实质性的量，或至少是大约75％重量比的有机材料为有机纤维形式。最好，纤维隔离材料不含粘结剂并被压缩封装。
根据本发明的一个具体实施例，也提供了一种适合用于建筑物隔离腔中的不含粘结剂的纤维隔离材料，其中该纤维隔离材料包括大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机材料，有机材料以有机纤维和有机微粒的形式存在。将无机纤维和有机材料混合在一起使得有机材料能够大致均一地分布到无机纤维中。至少是占大多数，或大约50％重量比的有机材料为有机纤维形式，并且，最好是一个实质性的量，或至少是大约75％重量比的有机材料为有机纤维形式，并且该纤维隔离材料由一个塑料薄膜压缩封装。该纤维隔离材料最好具有至少6∶1的回复率。
根据本发明的另外一个实施例，以相关方式提供了一个具有隔离腔的建筑结构，和安装于这些腔中来隔离建筑物的纤维隔离材料，其中该纤维隔离材料包括大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机材料，有机材料以有机纤维和有机微粒的形式存在，并且至少是占大多数，或大约50％重量比，或者，最好，是一个实质性的量，或至少是大约75％重量比的有机材料为有机纤维形式。
附图的简要说明
图1是本发明的一个纤维隔离制品透视示意图；
图2是根据本发明的一个隔离住宅，被部分切去的透视示意图；
图3是根据本发明用来将聚合物纤维与玻璃纤维混合制成纤维隔离材料的设备的正视示意图；
图4是详细表示图3中所示聚合物纤维与玻璃纤维混合的正视示意图；
图5是图3中设备的平面图，其中示出了若干个纤化器；
图6是图4中沿线6－6的聚合物纤化模具仰视示意图；
图7是用来制备本发明纤维隔离材料的替代设备正视示意图，表示了一个制品成形炉和压缩封装设备；
本发明的详细描述
本发明将利用玻璃纤维作为本发明中无机纤维／矿物纤维的一个例子来进行描述。应该明白本发明也可以利用其它可热软化无机材料，比如岩石，矿渣和玄武石的无机纤维来进行实施。另外，虽然本发明将利用聚合物纤维作为直接与玻璃纤维接触的纤维进行描述，但应该明白任何有机材料，比如沥青材料的纤维，都可以用于本发明中，只要该纤维是适合于增强产品性能的长的或基本连续的纤维。
如图1中所述，本发明的纤维隔离材料总体用10来表示，或者称为隔离网垫。纤维隔离网垫10包括以玻璃纤维12形式的无机纤维和以聚合物纤维14形式的有机纤维，有机纤维也可以包括聚丙烯纤维。玻璃纤维和聚丙烯纤维混合成整体使得聚丙烯纤维分布到玻璃纤维中。最好，聚丙烯纤维被大致均一地分布到玻璃纤维中。
分布的均匀度可以以若干不同的方式进行测定。一种方式是将纤维隔离材料水平切成一定数目大致等厚的薄层，然后烧掉有机材料来测定每一个薄层的烧失量(LOI)。术语“水平”意味着平行于纤维隔离材料收集表面。对于具有大致均匀分布的纤维隔离材料来说，当纤维隔离材料被分割为3－5层等厚的薄层时，在不同的薄层之间LOI的变化将不会超过大约50％。较好地，LOI的变化不会超过35％，并且最好LOI的变化不会超过25％。应该明白可能会有以下原因导致一个表面薄层或表面区域具有高浓度的无机纤维或有机纤维(以纤维状，薄膜状或颗粒状形式)。这个表面薄层或表面区域可能出现在纤维隔离材料的一个表面或两个表面上。在对分布均匀度测定过程中，这样的一个高浓度表面薄层或表面区域不能看作是3－5层薄层中的一层。在本发明中，术语“大致均匀分布”意味着不同层的LOI值，在分割成3－5层水平薄层时，变化不超过约4个百分点，此时具有高浓度无机纤维或有机纤维的表面薄层或表面区域已被事先去除，并且此时压缩密封层也已被去除。例如，一个水平薄层的LOI为3％，那么3－5层薄层中其它薄层的LOI将不会超过大约7％。为了达到更大的均匀度，不同薄层LOI的变化将不超过3个百分点，并且最好LOI的变化不超过2个百分点。
一种压缩封装材料16可以包敷到隔离网垫10上。玻璃纤维和聚丙烯纤维将在下面进行更详细的描述。应该明白用在隔离网垫中的纤维可以是任何一种或多种无机纤维与一种或多种有机纤维的结合，正象下面将要描述的那样。虽然隔离网垫可以包括一定数目的无机纤维和有机纤维的结合物，但是一种优选的结合物由大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机纤维组成。
在制备或生产隔离网垫10的过程中，一些聚合物材料将会遭受足够的热量以使得一些聚合物材料熔融并制成非纤维状微粒18连接在玻璃纤维上。可能会有一些无机纤维完全被聚合物物料包覆。但所需的仅仅是一少部分聚合物材料熔融并形成聚合物微粒18，因此较好地，至少是大多数，或大约50％，并且，最好，是一个实质性／大部分的量，或至少大约75％的聚合物材料为聚合物纤维形式。
将纤维隔离材料10安装到建筑物结构中将会带来一个特别有利的结合。结合本发明隔离制品的建筑物将形成一个具有所需特性的优质建筑物，正如这里将要解释的那样。如图2中所示，一个建筑物结构，以住宅的形式，总体用40来指示。住宅40仅仅表示了用来与本发明结合的一种建筑物结构，并且应该明白众多的其它建筑物结构，比如商业或工业建筑物，也可以用来与本发明结合。住宅40通常由第一楼层42和第二楼层44组成。在第一楼层42的上方是一个顶楼46，顶楼46由屋顶48覆盖。在第一楼层的下方是一个管线空间50。
顶楼46通常由顶楼楼板52和屋顶48来限定。顶楼楼板52传统上由木料制成，并且包含多个结构件，比如顶楼托梁54。顶楼托梁通常平行布置，在托梁之间限定顶楼隔离腔56。纤维顶楼隔离材料60可以安装在隔离腔56中以阻碍热能或热量流透过顶楼楼板52。在冬天温度的差异往往驱使热量向上透过顶楼楼板，从第二楼层44进入相对较冷的顶楼52。在夏天温度的差异往往驱使热量向下透过顶楼楼板，从相对较热的顶楼进入第二楼层。
安装在第一楼层42和第二楼层44之间的是第二层楼板62，包含第二层楼板托梁64。第二层楼板托梁通常平行布置，在托梁之间限定第二层楼板隔离腔66。第二层楼板纤维隔离材料70，与图1中所示纤维隔离网垫10相似，可以安装在第二层楼板隔离腔66中。由于第一楼层42和第二楼层44通常具有相同的温度，第二层楼板隔离材料70的主要用处是隔音而不是隔热，来阻碍声音穿过第二层楼板62。
安装在第一楼层42和管线空间50之间的是第一层楼板72，其包含第一层楼板托梁74。第一层楼板托梁通常平行布置，在托梁之间限定第一层楼板隔离腔76。第一层楼板纤维隔离材料80，与图1中所示纤维隔离网垫10相似，可以安装在第一层楼板隔离腔76中来阻碍热能或热量流向下透过第一层楼板72。温度的差异，尤其是冬天加热季节，往往驱使热量向下透过第一层楼板，并从第一楼层42进入相对较冷的管线空间50。
一种可选择的用于管线空间50的隔离系统也在图2中示出。在本实施例中管线空间墙侧隔离材料80沿基墙82覆盖。管线空间墙侧隔离材料80通过某种未示出的手段悬挂在第一层楼板72平面上以阻碍热传递从管线空间50透过基墙82进入周围的土壤中。沿基墙82安装并占据了沿基墙一定面积或区域84的管线空间墙侧隔离材料80，等于隔离材料的厚度，并且在本发明中，所述这个区域被作为一个隔离腔。代表性地，管线空间或者是隔离在第一层楼板隔离腔76中，或者沿基墙82隔离在区域84中，但不会是同时发生。在一种可选择的安装方式中，隔离区域84由罩面板木条或罩面板支柱限定，未示出，并且管线空间墙侧隔离材料80也可以以同样的方式使用。
住宅40的围墙90可以以与上面所述相似的方式进行隔离。围墙90的外表面92(比如侧壁或护墙)，和内表面94(比如干砌墙体)形成一个墙体隔离腔96。墙体隔离腔96的侧面由支柱98，搁栅100和墙基件(footer)102来限定。纤维围墙隔离网垫104在墙体腔96中来阻碍在加热季节中热量从住宅的内部透过墙体90流失。隔离网垫104也可以在制冷的季节中阻碍热流的向内流入。可以采用多种手段来将隔离网垫104安装在墙体腔96中以使得隔离网垫不会滑落或坍塌或沉积于隔离腔中。较优选地是将隔离网垫104制成足够的宽度和硬度以便其可以以摩擦配合的方式保持定位，从而避免了在隔离腔中使用悬挂隔离网垫的单独装置。摩擦配合的特征也有利于对上面讨论的其它几种隔离制品进行定位，尤其是当隔离第一层楼板腔76和基墙区域84时(此时利用了墙体支柱)。从上面的描述中可以看出在建筑物结构中具有多个由墙体支柱限定的墙体腔96，在墙体腔96中用纤维隔离材料填充，其中纤维隔离材料通过摩擦配合保持在墙体腔中。因此可以明白将建筑物结构与上面所述的纤维隔离制品结合将产生一个用于隔离建筑物结构的有效系统。
一种用于制备纤维隔离网垫10的优选方法和设备在图3－6中公开。如图3中所述，纤化装置／纤化器，通常用110来指示，包括一个旋转器112，一个环形燃烧炉114和一个环形吹风机116。旋转器在主轴或套管轴118上转动。熔融玻璃流120从一个玻璃熔融炉(未示出)中输出，并且熔融玻璃流120落入旋转的旋转器12内。旋转的旋转器的离心力迫使熔融的玻璃从旋转器中以非常细的玻璃流形式喷射出并在吹风机116和吹风机吹出的气体作用下以玻璃纤维12的形式下落。吹风机气体和所诱发的空气使得玻璃纤维变细达到它们的最终直径，典型地是处于大约3到大约8微米的范围内。燃烧炉114是典型的气体燃烧炉，其用来向旋转器和纤维成形环境供热。
玻璃纤维在向下运动的幕124中运动，幕124通常为圆柱形，并且不仅包含玻璃纤维，而且包含来自燃烧炉114的快速运动空气和燃烧气体。幕124最初具有一个略大于旋转器直径的直径。幕的尺寸和直径，以及幕中气体和纤维的旋转速率，均随幕向下移动而变化。这些变化归结于幕中气体初始能的消耗，和影响幕的外部力。
喷嘴130可以随意设置来将液体射流引导到幕中。这些射流中可以包括水或其它蒸发液体来冷却幕中的纤维和相关气体。喷嘴也可以向纤维上喷射润滑剂来降低最终产品中纤维与纤维之间的摩擦力，可以因此而避免纤维的破坏。如果需要，喷嘴130也可以用来向玻璃纤维中添加可选择的树脂粘结剂，虽然本发明的方法是生产一种不需粘结剂但具有非常好完整性和回复性的产品。树脂粘结剂，比如脲／酚醛树脂，在本技术领域十分熟知。喷嘴通过一种未示出的方式供给所需液体。
另外一种影响幕124的设备是安装在幕124两侧的气流成网机(airlapper)132。气流成网机放出气体来推动或导引幕从成形护罩134的一端移动到另一端，使得在移动的收集面或成形链板138上收集的物料坯136沿成形链板宽度，从一个护罩壁140到另一个护罩壁均一的分布。成形链板138安装成可以象输送器一样动作，并且具有小孔以便安装在成形链板正下方的抽气箱142可以抽空护罩134和物料坯136中的气体。
至少在幕124的一侧安装一个聚合物纤维生产装置，优选是一个聚合物纤维模具150。聚合物纤维模具产生一个聚合物纤维14的阵列152，并导引它们与玻璃纤维12接触来使得聚合物纤维与玻璃纤维混合成整体。阵列中聚合物纤维的速度，以远离模具的方向，在距模具20厘米的下游处至少为50米／秒，并且最好是至少100米／秒。混合后的聚合物纤维14和玻璃纤维12以隔离物料坯136的形式收集。聚合物纤维模具150可以是任何适合形成聚合物材料或其它能够成形为纤维的有机材料纤维的装置。一种适合的聚合物模具150是一个能够生产大致连续的聚合物纤维的熔喷模具，它所生产的聚合物纤维平均直径能够达到大于大约4微米，并且优选在大约4到大约25微米范围内，并且最好是6微米。可使用的合适聚合物模具来自J＆M Laboratories，IncDawsonville，GA，和BiaxFiberFilm Corporation，Neenah，WI。被选用的聚合物模具150最好能够提供一种聚合物重量含量处于玻璃纤维和聚合物纤维预期生产总量的大约1％到大约10％之内的制品。例如，如果玻璃纤维生产能力为1000磅每小时(454千克／小时)并且所需的聚合物LOI为2．5％，那么聚合物模具需要配置成具有大约25．6磅每小时(11．7千克／小时)的生产能力。一种优选的纤维隔离网垫含有有机物或聚合物材料的量低于纤维隔离材料总重的大约10％(不包括压缩封装材料16的重量)。在本发明的更好实施例中，存在于纤维隔离材料中的有机物或聚合物材料量低于纤维隔离材料总重的大约5％，并且最好，有机物材料的量低于纤维隔离材料总重的大约3％。
聚合物纤维14可以由任何能够制成具有合适长度，强度，耐用度及隔离特性纤维的聚合物材料制得。众所周知在熔喷工业中从熔喷聚合物模具中喷出的纤维可以制成基本连续的长度。适合用来制备聚合物纤维的聚合物材料包括，但不是限定于，聚对苯二甲酸乙二酯(PET)，聚丙烯，和聚苯硫醚(PPS)。其它的适合用来制备纤维的聚合物材料包括括尼龙，聚碳酸酯，聚苯乙烯和聚酰胺。虽然本发明中利用聚合物纤维14作为一个例子进行描述，但是应该明白其它的有机材料，包括树脂，沥青，和其它的热塑性和热固性材料，也可以用于本发明。
虽然许多热塑性合成物可以用于本发明的工艺中，但是已经发现聚烯烃纤维比如聚丙烯更适合在无机纤维隔离制品中用作粘结纤维。为了改善聚丙烯纤维对无机纤维的粘性，最好至少聚丙烯纤维的一部分由引入极性基而变性的聚丙烯制成，例如，通过自由基诱发烯属不饱和单体比如马来酐，丙烯酸或异丁烯酸或它们的酯的接枝。较好地，极性单体是马来酐(顺(式)丁烯三(酸)酐)并且重量比含量为大约0．1％到大约10％，更好地，是变性聚丙烯合成物重量的大约0．3％到大约1．0％。
但是，虽然这些经过变性的聚丙烯纤维对无机纤维具有较好的粘性，如果在隔离制品中所有热塑性纤维均由变性的聚丙烯制取通常不是经济可行的。因此，在这些制品中，通常只有大约5％到大约30％，更优选是在纤维合成物中大约10％到大约20％的热塑性粘结纤维由已变性的聚丙烯制得。这些可以是与未变性的聚丙烯纤维分开来制备的单独和谨慎的纤维，比如通过分别熔喷聚丙烯纤维和变性聚丙烯纤维并将它们与玻璃纤维结合而制得合成网垫，或者它们也可以是通过熔喷聚丙烯和变性聚丙烯混合物而制得的合成纤维。
与聚合物纤维模具150配合使用的是一个挤压机160，用于通过聚合物输送管道162向聚合物纤维模具150供给聚合物材料。挤压机可以是任何适合对有机材料加热和加压并以可纤化形式供给的挤压机。可利用的合适挤压机由上面提及的聚合物模具供应商提供。
与聚合物模具150配合使用的还有聚合物吹风机164，其用来向聚合物纤维模具供送加压的热空气以使得聚合物纤维14变细。所需空气的体积是所需纤维直径和需要纤化的聚合物材料量，及其他因素的一个函数。空气由加热器166加热，加热器166最好是一个电加热器，并且加热的空气通过热空气管道168供给到聚合物模具150。热空气从聚合物纤维模具150中排出有助于聚合物纤维变细，并且只要有必要就可维持它们处于柔软的拉细状态以获得满意的直径缩小量。象聚合物纤维模具150一样，聚合物挤压机160，吹风机164和加热器166在商业上也是可获得的。由于聚合物纤维模具150安装在热的环境中，即，通常接近或位于纤化器110下方，所以聚合物纤维模具最好设置有绝缘材料170以避免热量过多流失，如图4中所示。
如图5中所示，沿成形链板138长度方向上可以设置多个具有若干旋转器112的纤化器。与每一个旋转器112配合使用的是一对聚合物纤维模具150。每一个模具150由一个聚合物输送管道162向其供给熔融的聚合物材料，而聚合物输送管道通过一个聚合物总管172进行喂料。聚合物输送管道与聚合物挤压机连通，图5中未示出。
聚合物模具150还由热空气输送管道168向其供给热空气，所有的热空气均由热空气总管174供送。热空气总管174由一个或多个热空气加热器166和聚合物吹风机164供送，图4中未示出。热空气通过在拉细工艺中将聚合物纤维维持在柔软，可拉细状态而有助于使聚合物纤维变细。如果在离开模具150后聚合物纤维冷却得太快，聚合物纤维将太粗。供给到模具的空气具有足够的体积和压力，使其速度甚至接近空气中的声速。
从图5中可以看出通过从多个旋转器12中每一个的两侧供给聚合物纤维14来与玻璃纤维12接触，将可以基本上混合两种不同类型的纤维。更进一步，聚合物纤维14将大致均一地混合和分布在玻璃纤维中。
如图6中所示，聚合物旋转器模具150的排出端或底部140设置有多个聚合物排出孔142用来排出熔融的聚合物材料。在聚合物排出孔附近设置有两个空气槽144。空气槽喷出加压空气形成气态流或空气射流，并随着空气射流从模具150中排出而拉细聚合物纤维14。聚合物排出孔142可以具有任何适合排出聚合物而形成聚合物纤维14的尺寸或剖面形状。
空气槽144可以是任何适合的尺寸、用来排放拉细气体以拉制聚合物纤维。从模具150中排出的纤维14在阵列152中运动，其中在初始时所有纤维均以大致垂直于模具150底部140的方向运动，并且在那里它们处于一个排列整齐的阵列中。随着纤维14远离模具150运动，当阵列开始破坏时纤维的路径开始分散。阵列破坏的速率由几个因素决定，包括聚合物纤维的初始速度，吹向纤维阵列的空气量，从模具排出的聚合物材料质量流动速率，以及模具周围的空气流动量或紊流量。在一个典型的熔喷模具150中，纤维阵列152原有的平行度大致在距模具大约30厘米到40厘米处发生下降。作为一个实际问题，随着聚合物纤维14到达玻璃纤维幕124，聚合物纤维路径的随机性增大。但是，聚合物纤维以相对准直的状态到达玻璃纤维幕其目的是使聚合物纤维实现顺利插入或混入玻璃纤维中而形成一体。典型地，在距模具大约20厘米处由于大多数聚合物纤维仍然大致垂直于模具150的底部140，所以聚合物纤维仍旧处于排列整齐的阵列状态。
如图4中所示，随着幕远离旋转器112向下运动，玻璃纤维幕124将会聚或颈缩为一个较小直径。更具体地说，玻璃纤维幕124在吹风机平面处的初始位置206处具有一个初始直径Di，而在初始位置206下方的会聚位置208幕会聚为一个窄于初始幕直径Di的会聚直径Dc。最好，聚合物纤维14被引导进入幕中以便大部分(至少75％)，甚至所有，聚合物纤维在会聚位置208处，或略低一点处(即，在会聚位置下方50厘米以内)与幕相交。应该明白聚合物纤维14必须具有足够的水平方向动量来在玻璃纤维会聚之前实现与玻璃纤维12的混合。否则聚合物纤维将不会与玻璃纤维大致均一地分布，并且所有或基本上所有聚合物将停留在收集的纤维制品外侧或上表面上。必须保持一种平衡来确保聚合物纤维从足够的高度位置进入玻璃纤维幕124来获得良好的透入度，并且又不会高到以致于聚合物纤维获得过多的热量而使得过多的纤维熔融。保持大多数或，最好，绝大量的有机材料为纤维形式是十分重要的。因此，工艺的成功操作需要在一个相对窄的时间，温度和动量操作状况框架内对聚合物纤维进行操作，正象技术人员能够明白的那样。
如图7所示，本发明的方法可以利用一个直接成形的纤维收集系统来实现。如图中所示，旋转器112产生了一个玻璃纤维幕124。聚合物纤维模具150产生了聚合物纤维阵列152，并将聚合物纤维引导至与玻璃纤维接触而使得聚合物纤维与玻璃纤维结合成整体。在此引入一个象在PCT申请No．WO95／30787中公开的那种输送器一样的带孔直接成形输送器214，并且安装一个抽真空装置以助于从混合的玻璃和聚合物纤维中去除空气。混合成整体的玻璃纤维和聚合物纤维被收集在直接成形输送器214上并在输送器220上收集形成一个直接成形物料坯222。
直接成形物料坯可以被运送通过一个产品成形炉224，在这里温度在大约175℃到大约250℃范围内的热气体，并且最好是大约204℃的温度，吹过物料坯来略微软化聚合物纤维14，以便它们能够粘结到玻璃纤维上而形成具有良好完整性的隔离制品。最好，物料坯222在产品定形工艺中受到垂直压力而限定产品厚度。必须注意不能将聚合物纤维加热到这种程度，使大多数聚合物纤维熔融或换句话说丧失纤维形式。保持大多数有机材料为聚合物纤维形式是十分重要的。较好地至少大约50％重量比的聚合物材料为聚合物纤维形式。最好，是一个实质性的量，或至少大约75％的聚合物材料为纤维形式。
紧接炉224的是冷却部分225，在此在保持垂直压力的同时对纤维制品进行冷却。当物料坯通过产品定形炉224和冷却部分225后，纤维制品可以非强制性地通过压缩封装设备226来将压缩封装材料16，比如，一种聚乙烯薄膜，从辊228上取下并将包敷到物料坯222上。接着，物料坯由切边机230切割成一定长度制成压缩封装网垫232。
聚丙烯纤维与玻璃纤维相比通常较长，具有至少1米的平均长度，并且最好具有至少3米的平均长度。在某些情况下，即生产工艺中采用了产品定形步骤的情况下，聚合物纤维可能稍短于3米，这是因为聚丙烯纤维沿它们长度方向在聚丙烯纤维与玻璃纤维粘结处的局部位置变得不连续。玻璃纤维将比聚丙烯纤维短得多，其具有小于10英寸(25厘米)的平均长度。优选的长度是在大约4到大约6英寸(大约10到大约15厘米)的范围内。
纤维隔离材料具有一个大约0．2到大约2．0磅每立方英尺范围内(大约3．2到大约32kg／m3)的密度。如图2中所示，用于墙体腔96中的隔离网垫104的较佳密度，为大约0．4到大约1．5磅每立方英尺范围(大约6．4到大约24kg／m3)。玻璃纤维12最好具有一个大约4到大约7微米范围内的平均直径，而聚丙烯纤维14最好具有一个大约4到大约25微米范围内的平均直径，并且最好是大约6微米。隔离制品最好具有至少6∶1的回复率。这意味着制品以压缩包装的厚度进行运输和储存，并当去除包装材料时，不受约束的隔离制品将扩展或回复到至少6倍于包装厚度的厚度。
这种隔离材料的一个重要属性是它的产品完整性，即纤维制品在抓取或拣起时保持自身联结的能力。如果制品没有完整性那么安装者将无法拣起隔离网垫并握持其一端而将其填入墙体隔离腔96中。在常用的无机纤维隔离制品中，比如常用的玻璃纤维隔离制品，制品的完整性由脲／酚醛粘结剂粘结交叉的纤维来提供。由于隔离网垫最好是不含粘结剂的，所以制品的完整性必须通过将聚丙烯纤维缠结或混合在玻璃纤维中形成整体来提供。术语“不含粘结剂”意味着不存在粘结剂材料或仅含微量的这种粘结剂，即总共不超过含有粘结剂的纤维制品总重的1％。不能将所存在的聚丙烯纤维认为是一种粘结剂。为了尘埃控制的目的而添加的润滑剂或抑制剂，也不能认为是粘结剂的一部分。
制品的完整性可以利用分离强度实验来测定，即ASTM测试方法C－686。测试包含测定一定数目隔离材料样品的机器方向和横跨机器方拉伸强度。分离强度在一个被测试制品重量单位为克，损坏时的力以磅表示的系统中进行测定。隔离制品在首次得到时进行测试，即，直接从包装中取出时。隔离材料也在经过热压处理老化以提高粘结剂的长期使用寿命后进行测定。一种常规纤维玻璃隔离材料分离强度的可能规格是在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度，而在老化之后具有至少0．2磅每克的分离强度。本发明的隔离制品最好在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度。
由于制品是不合粘结剂的，所以制品具有制成圆形或枕形的可能性。因此，可以在对制品进行包裹的过程中在制品上采用一种边缘缩拢方式，如美国专利No．5，578，258中描述的那样。
例Ⅰ
利用标准玻璃棉生产玻璃纤维的纤化器具有750磅每小时的生产能力(341kg／hr)。旋转器直径为15英寸(38厘米)并具有15，000个排出孔以制备直径为7微米左右的纤维。旋转器以2500转每分钟的转速工作。安装的聚合物模具用于将5微米的聚丙烯纤维从38个聚丙烯熔融流引导到达玻璃纤维幕的会聚位置。模具上具有孔密度为30孔每英寸(大约12孔每厘米)的一排小孔并且总长度为12英寸(30．5厘米)。模具具有25磅每小时(11．4kg／hr)的生产能力。在所述那排聚合物小孔的每一边均有一个空气槽。聚合物开口的直径为20毫英寸左右(0．51毫米)。模具与水平面成25度角设置，距玻璃纤维幕大约20厘米，位于旋转器下方大约50厘米处。在距模具20厘米处计算出的聚合物纤维速率为150米每秒。不添加任何有机粘结剂，但将一种有机润滑剂喷射到幕中的玻璃纤维上，使得成品中润滑剂含量为大约0．1％的重量比。并且差不多所有的聚合物纤维均已收集。
混合的玻璃纤维和聚合物纤维在直接成形工艺中收集形成一个纤维物料坯。压缩封装步骤被用来作为辅助工艺。纤维物料坯的表观检查表明聚合物纤维已大致分布到了整个物料坯中，虽然不是十分均一。大约80％的聚合物材料为纤维形式，另外大约20％的聚合物材料为再熔融形式。这个可以通过一个显微照片来确定。应该相信，聚合物纤维分布的均一性和处于纤维形式的聚合物材料的量可以通过利用上面的不同方法进一步试验而得到进一步改善。
例Ⅱ
例Ⅰ中由混合玻璃纤维和聚合物纤维而制成的纤维物料坯，在压缩封装材料去除后，切成一块15．5英寸长4英尺宽的网垫(39．4厘米×1．22米)并置于一个炉中压缩到1英寸厚(2．54厘米)，在204℃下保持45分钟使得聚合物纤维粘结到玻璃纤维上，并从而对纤维隔离材料进行产品定型。另外网垫在冷却过程中受压保持45分钟。应该理解压缩总的时间，即，一个半小时，远远大于工厂生产线上的预期时间，仅仅是为了试验目的。制得的隔离制品的烧失量(LOI)为2．5％，其中大约0．1为润滑剂。网垫具有良好的完整性大大减小了其长度，包装完整性是在处理时纤维保持在一起的能力。制品可以顺利地安装到墙体腔中，而无需利用任何粘结剂或压缩封装材料。
例Ⅲ
将例Ⅰ中由混合玻璃纤维和聚合物纤维制成的纤维物料坯切成一个12英寸×12英寸×3．5英寸(30．5厘米×30．5厘米×8．9厘米)的样品12进行测试。样品密度为0．7磅每立方英尺(11．2kg／m3)。玻璃纤维平均直径为7微米。聚合物纤维平均直径为5微米。样品利用ASTM测试方法C－518进行测试并且利用一个防热箱来确定导热率。结果显示样品具有改善的(降低的)K值，与具有相同密度和纤维直径的纯粹玻璃纤维制品相比有接近20个K点(在密度为大约0．6pcf(9．6kg／m3)时从大约0．32BTU－In／(Hr．Ft2－°F)达到大约0．303)。随后的聚合物纤维焚烧试验表明聚合物纤维的含量大约是样品重量的2．5％。
例Ⅳ
重复例Ⅰ的过程但不喷射润滑剂。由于没有润滑剂，聚合物纤维就不可能顺利穿透玻璃纤维幕，并且收集的纤维材料由一个玻璃棉物料坯形成，一层聚合物纤维在物料坯的上表面上形成一个网状组织或网状物。并且聚合物纤维网状物粘结在玻璃棉物料坯上。
通过上面的论述可以看出将相对长而坚固的聚合物纤维引入相对短的玻璃纤维中可以使得根据本发明制成的隔离制品产生不同的产品特性。利用本发明的性能和适应性可以构造利用改进的隔离制品而改良的建筑结构，具有较好的重量分布和较好的纤维分布。另外，改善了对聚合物纤维／玻璃纤维接触面性能的控制，包括聚合物纤维和玻璃纤维之间的缠绕度。纤维物料坯可以置于热定型炉中来将聚合物纤维软化到能够将聚合物纤维粘结到玻璃纤维上但又不会引起一些聚合物纤维失去它们的纤维本性的程度。另外，纤维制品上聚合物纤维表层将经历一个加热工艺来将聚合物纤维层转换成一种对产品性能有利的粘结的聚合物网状组织。这样的表层将使得隔离制品更坚固并更经得起抓取而不会损坏。还有，纤维坯料堆将经历一个模制工艺用来对整个纤维物料坯或物料坯表面在加热和加压下模制成各种隔离材料或结构制品。
另外，将相对长而坚固的聚合物纤维引入主要为玻璃纤维的物料坯中带来了若干明显优点。首先，它使得物料坯更适合采用针刺工艺，使得隔离制品无需使用传统的粘结剂。其次，它有利于达到更高的机械和拉伸强度，从而允许隔离制品展示其良好的可处理性。例如，不含粘结剂的墙体腔隔离制品，并具有通过抓取一端而拣起和握持的能力，就可以采用本发明的方法来制取。最后，由于聚合物纤维比玻璃纤维轻，并且在一定重量的基础上提供一种相对于玻璃纤维增大的表面积，从而有助于改善隔热和隔声性能。
从前述可以明白对本发明可以进行多种修改。但是，这些修改应该被认为包含在本发明的范围之内。
Claims (20)
1．适合用于建筑物隔离腔中的纤维隔离材料，该纤维隔离材料包括大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机材料，有机材料以有机纤维和有机微粒形式存在，通过将无机纤维和有机材料结合成一体而使得有机材料基本均一地分布在无机纤维中，并至少大约50％重量比的有机材料为有机纤维形式，而且纤维隔离材料中不含粘结剂。
2．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其特征在于纤维隔离材料中存在的有机材料的量低于纤维隔离材料重量的大约10％。
3．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其特征在于纤维隔离材料中存在的有机材料的量低于纤维隔离材料重量的大约5％。
4．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其特征在于纤维隔离材料中存在的有机材料的量低于纤维隔离材料重量的大约3％。
5．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其密度处于大约0．2到大约2．0磅每立方英尺(大约3．2到大约32千克／立方米)范围内。
6．如权利要求1所述的纤维隔离材料，在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度。
7．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其特征在于纤维隔离材料由一个塑料薄膜压缩封装。
8．如权利要求1所述的纤维隔离材料，其特征在于至少大约75％的有机材料为纤维形式。
9．如权利要求1所述的纤维隔离材料，具有至少6∶1的回复率。
10．一种适合用于建筑物隔离腔中的不含粘结剂的纤维隔离材料，该纤维隔离材料由无机纤维和有机材料组成，有机材料为有机纤维和有机微粒的形式，并大致均一地分布在无机纤维中，所述存在于纤维隔离材料中的有机材料量低于大约5％的纤维隔离材料重量，并且至少大约50％重量比的有机材料为有机纤维形式。
11．如权利要求10所述的纤维隔离材料，在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度。
12．如权利要求11所述的纤维隔离材料，其特征在于通过将有机材料加热到能够将有机材料粘结到无机纤维上而又保持大多数有机材料为纤维形式的程度来、将有机材料粘结到无机纤维上。
13．一种具有隔离腔的建筑物结构，及安装在这些腔中用于隔离建筑物的纤维隔离材料的组合，其特征在于该纤维隔离物料包括大约90％到大约99％重量比范围内的无机纤维，和大约1％到大约10％重量比范围内的有机材料，该有机材料以有机纤维和有机微粒形式存在，并且至少大约50％重量比的有机材料为有机纤维形式。
14．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于存在于纤维隔离材料中的有机材料的量低于纤维隔离材料重量的大约5％。
15．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于纤维隔离材料在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度。
16．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于纤维隔离材料用塑料薄膜压缩封装。
17．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于纤维隔离材料具有至少6∶1的回复率。
18．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于至少大约75％的有机材料为纤维形式。
19．如权利要求13所述的建筑结构和纤维隔离材料的组合，其特征在于纤维隔离材料具有至少6∶1的回复率，纤维隔离材料用塑料薄膜压缩封装，存在于纤维隔离材料中的有机材料量低于大约5％的纤维隔离材料重量，通过将无机纤维和有机材料结合成整体而使得有机材料大致均一地分布于无机纤维中，并且纤维隔离材料在老化之前具有至少0．4磅每克的分离强度。
20．如权利要求13所述的建筑结构和隔离材料的组合，其特征在于建筑结构具有多个由墙体支柱限定的墙体腔，其中墙体腔用纤维隔离材料填充，并且纤维隔离材料通过摩擦配合保持在墙体腔中。
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