CZ2011394A3

CZ2011394A3 - Zpusob výroby vlákenné zvukove absorpcní textilie a vlákenná zvukove absorpcní textilie vyrobená tímto zpusobem

Info

Publication number: CZ2011394A3
Application number: CZ20110394A
Authority: CZ
Inventors: Martinová@Lenka; Jaksch@Ivan; Richter@Ales
Original assignee: Technická univerzita v Liberci
Priority date: 2011-06-30
Filing date: 2011-06-30
Publication date: 2013-02-20
Also published as: CZ303670B6

Abstract

Vynález se týká zpusobu výroby vlákenné zvukove absorpcní textilie (8) z polymerní taveniny, který vyuzívá technologie melt blown. Polymerní tavenina obsahuje polyolefin, jehoz Melt Flow Index (MFI) ciní 1500 az 2000 g/10 min, pricemz technologická vzdálenost ústí zvláknovací hubice (3, 106) od nosného povrchu kolektoru (6, 108) je v rozsahu 300 az 600 mm. Vynález se také týká vlákenné zvukove absorpcní textilie (8), jejíz plosná hmotnost je 600 az 1200 g.m.sup.-2.n.a jejíz tloustka je 10 az 25 mm, pricemz obsahuje vlákna o prumeru 1 az 10 .mi.m, pricemz alespon cást z nich jsou vlákna polyolefinová a její objemová hmotnost je v rozmezí 40 az 60 kg.m.sup.-3.n.. Soucinitel zvukové pohltivosti (.alfa.) této textilie se v rozsahu rostoucích frekvencí 300 az 800 Hz zvysuje od 0,10 do 0,75.

Description

Způsob výroby vlákenné zvukově absorpční textilie a vlákenná zvukové absorpční textilie vyrobená tímto způsobem

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu výroby vlákenné zvukově absorpční textilie z polymemí taveniny obsahující polyolefin, který využívá technologie melt blown. Dále se vynález týká vlákenné zvukově absorpční textilie vyrobené tímto způsobem, přičemž plošná hmotnost vlákenné zvukově absorpční textilie je 600 až 1200 g.m'² a její objemová hmotnost je v rozmezí 40 až 60 kg.m'³, její tloušťka je 10 až 25 mm, přičemž obsahuje vlákna o průměru 1 až 10 pm, z nichž alespoň část jsou vlákna polyolefinová.

Dosavadní stav techniky

Omezování šířeni akustických emisí do okolí zdroje hluku je účinně řešeno mimo jiné překážkami, které se do cesty šířícího se hluku umísťují. Přirozenou snahou je, aby tyto prostředky měly při požadované úrovni tlumení minimální tloušťku a hmotnost a přitom byly nenákladné. Při řešení této problematiky je nutno brát ohled nejen na intenzitu hluku, ale také na jeho frekvenci. Důležité je utlumit hluk v co nejširším frekvenčním spektru zdroje.

ΡθίθηΙ US ^8^80 řeší tlumeni hluku vznikajícího v sacím traktu spalovacího motoru. Jako tlumící materiál používá polypropylenová mikrovlákna o relativně velké plošné hmotnosti do 4000 g.m'², přičemž jej ukládá do prvního uzavřeného prostoru obklopujícího sací potrubí. Ten je se vzduchovou mezerou umístěn v druhém prostoru tvořícím v podstatě známý Helmholzův rezonátor. 2Š Je zřejmé, že tato konstrukce má poměrně úzkou oblast použití omezenou obecně na potrubí, kromě sání spalovacího motoru například na vzduchotechnická potrubí v budovách. Toto kombinované zařízení lze naladit tak, že bude tlumit poměrně široké frekvenční spektrum.

DE 19^0^33 A1 používá vlákenný akustický materiál, přičemž tlumicím 3α prostředkem je třívrstvá struktura obsahující tri typy vláken vyrobených ze ;ρν-2©η=39Φ< . ’·..... / ; 30.^.201^ ; ι &.4.2CH2/ směsi termoplastických polymerů, například homopolyesteru, kopolyesteru, polyolefinu, polyvinylchloridu atd. Zařízení dosahuje i v nízkých frekvencích od 500 do 1000 Hz vysokého součinitele zvukové pohltivosti a = 0,4 až 0,74, ovšem při celkových tloušťkách materiálu 44 až 100 mm.

Λ CA 2^33^847 A1 používá expandovanou pěnu z polymerové směsi s otevřenými komůrkami, směs je například tvořena polypropylenovou pryskyřicí s Melt Flow Indexem 2 a polyolefinovým elastomerem s Melt Flow Indexem 0,3. Tlumicí materiál v uvedených příkladech má při tloušťce 12,7 mm součinitel zvukové pohltivosti při frekvenci 1000 Hz hodnotu a = 0,29 (podle M patentového nároku je větší, než 0,15).

^{DE 1í}^⁶^^{76 B4} P°PMe izolační materiál k absorpci zvukových vln obsahující mechanicky a tepelně zpevněné netkané textilie s termoplastickými staplovými vlákny jako základ a dále termoplastická tavitelná vlákna ze skupiny polyolefinů. Při tloušťce vrstvy 10 mm se součinitel zvukové pohltivosti tohoto .1$ materiálu při frekvenci 1000 Hz pohybuje v rozmezí a = 0,3 až 0,5.

^US ^⁹^^{94 řeší} výplňové panely a jejich umístění vzhledem ke zdroji hluku a odhlučněnému prostoru, navrhuje vhodné materiály spíš z hlediska praktické instalace, například výplní dveří motorových vozidel. Materiál termoplastických vláken obsahuje alternativně polyetylén, který patří do 20 skupiny polyolefinů. Nejvyšší součinitel a zvukové pohltivosti uvedený dosahuje při tloušťce vrstvy 29,5 mm a při frekvenci 700 Hz hodnotu 0,53.

Řešení podle WO 97/45^81 A1 navrhuje výrobu zvukově izolační mikrovlákenné netkané textilní vrstvy, která se vyrábí technologií „melt-blown“ z polypropylenových homopolymerů, kopolymeru, nebo jejich směsi. Konečným 25 výrobkem jsou laminované panely, jejichž jádrem uzavřeným v obalových vrstvách je popjsovaná tkanina. Cílem je vytvoření tepelně stabilního materiálu v Y ^US a^{91 B1 se} ζθ^θ výrobou zvukově izolačního materiálu, který je vyráběn technologií „melt-blown“. Chrání konstrukci vrstveného materiálu tvořeného v podstatě vícesložkovou vrstvou obsahující jádro, jehož jeden nebo 3Q oba povrchy jsou kompaktní hladkou plochou, která je vytvořena natavením povrchu vlákenného materiálu.

ARV 2011-394/ /30.6:2^1/ >5 v \j

Řešení podle US 6[63l|785 B2 spočívá ve čtyřvrstvém absorpčním materiálu obsahujícím vrstvu tlumicí, vrstvu potlačující akustické vazby, krycí vrstvu a čalounickou vrstvu. Tento kompozitní materiál o celkové tloušťce 77 mm vykazuje v nízkých frekvencích součinitel zvukové pohltivosti a = 0 55 při ⁵Vaa = 0,59 při 100^lz.

JP 2001316963 navrhuje zvukově absorpční materiál z melt blown netkané vrstvy o plošné hmotnosti 20 až 100 g.m² se směsí krátkých vláken o jemnosti pod 1,0 dtex a netkané vrstvy o plošné hmotnosti 50 až 1000 g.m'²s vysoce pevnými polyolefinovými vlákny o jemnosti pod 0,1 až 12 dtex.

Společným znakem výše uvedených řešení je to, že pohltivé vrstvy jsou tvořeny vlákny o relativně větším průměru. V popisech známých řešení podle dosavadního stavu techniky se uvádí, že u vláken vyráběných ztaveninyje při splnění obvyklých ekonomických kriterií obtížné dosáhnout průměrů menších, než 10'² mm.

Cílem vynálezu je vytvořit při nepřekročení běžných nákladů zvukově pohltivou vrstvu se zvýšenou hodnotou absorpčního koeficientu zvláště v oblasti nízkých frekvencí, tj. při frekvencích pod 1000 Hz, pň tloušťce vrstvy do cca 25 mm.

2d Podstata vynálezu

Cíle vynálezu je dosaženo způsobem výroby vlákenné zvukově absorpční textilie z polymemí taveniny, jehož podstatou je to, že použitý polyolefin má Melt Flow Index (MFI) 800 až 2000 g/10 min, přičemž technologická vzdálenost ústí zvlákňovací hubice od nosného povrchu 25 kolektoru je v rozsahu 300 až 600 mm. Přednostně je tato technologická vzdálenost 500 mm.

Výhodou je, že MFI použitého polyolefinu umožňuje formovat taveninu do vláken o průměru menším, než 10 pm, což umožňuje jednak vytvořit z nich velmi jemnou vlákennou strukturu s množstvím vzduchových komůrek, jednak 3d, to, že proces zvlákňování může probíhat při neobvykle velké vzdálenosti mezi /PV-2G+4~394j <P3S750CZ1ť/ 1&.4τ201·^ zvlákňovací hubicí a kolektorem. V důsledku toho lze vytvořit mimořádně objemnou vlákennou vrstvu.

Do polymemí taveniny se alternativně přidává libovolný termoplastický polymer, jehož MFI činí alespoň 800 g/10 min. To umožňuje i z této směsi X vytvořit vlákna o malém průměru, přičemž typem přídavného polymeru lze ovlivnit například fyzikální vlastnosti vyráběné vlákenné vrstvy.

Do polymemí taveniny se přidává hydrofobní aditivum a/nebo antistatická aditiva a/nebo aditiva ovlivňující nehořlavost Tak lze vytvořit zvukově absorpční vrstvu jednoduchou modifikací výrobní technologie.

jó Cíle vynálezu je rovněž dosaženo vlákennou zvukově absorpční textilií obsahující polyolefin, jejíž podstatou je to, že použitý polyolefin má Melt Flow Index (MFI) 1500 až 2000 g/10 min a její objemová hmotnost je v rozmezí 40 až 60 kg.m . Přitom její součinitel zvukové pohltivosti se v rozsahu rostoucích frekvencí 300 až 800 Hz zvyšuje od a = 0,10 do 0,75, a při frekvenci 1600 Hz 15 dosahuje hodnoty a = 0,9. Tlumicí schopnost této textilie má v oblasti nízkých frekvencí vysokou úroveň nedosahovanou při přijatelných tloušťkách vrstvy prostředky podle dosavadního stavu techniky.

Výhodné je také, že textilie má hydrofobní a/nebo antistatické vlastnosti a/nebo je nehořlavá. Tyto vlastnosti jsou od zvukových izolantů vyžadovány například při použití při výrobě automobilů, ve stavebnictví i jinde. Vlastnosti plošné textilie podle vynálezu umožňují vytvářet z ní výstřižky, jejichž plocha řezu vzniklá přestřižením je prakticky začištěná. Při prostřihování dochází působením tlaku ostří nástroje se vlákenný materiál v místě řezu ohřeje na teplotu tání polymeru. Tím dochází k natavení velmi jemných polyolefinových 25 vláken a vytvoření samozačištěné plochy řezu nevyžadující další apreturu. To je rovněž velmi výhodné například pro využití textilie podle vynálezu k akustické izolaci kabiny automobilu, pohonů a dalších zdrojů hluku na obráběcích strojích a jiných výrobních zařízeních a jinde.

PV 2044-3941

30.&;201R 'p&375ee^v

18.4.2042/

Přehled obrázků na výkresech

Grafické podklady týkající se řešení podle vynálezu jsou uvedeny na výkrese, kde značí obr. 1a blokové schéma zařízení výrobní technologie melt blown, 1b značí schéma poloprovozní laboratorní linky a obr. 2 průběh $ závislosti velikosti absorpčního koeficientu na frekvenci zvuku tlumeného vlákennou zvukově absorpční vrstvou podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Postup výroby vlákenné textilie využívající známou technologii melt ČO blown je znázorněn na obr. 1a.

Na začátku procesu je nádoba 1 obsahující polymerní taveninu vytvořenou obvykle z granuli polyolefinu. Melt Flow Index (MFI) tohoto polymeru je v rozsahu 1500 až 2000 g/10 min. Vlastnosti výsledného výrobku mohou být podle potřeby modifikovány přidáním dalšího polymeru. Je výhodné, když MFI 15 přidaného polymeru je alespoň 800 g/10 min. Do polymerní taveniny se s ohledem na požadované vlastnosti konečného výrobku přidávají rovněž hydrofobní a/nebo antistatická aditiva a/nebo aditíva ovlivňující nehořlavost. Nádoba 1 s taveninou je prostřednictvím dopravního čerpadla 2 spojena s komorou zvlákňovací hubice 3. K ní je připojeno výstupní potrubí kompresoru 4, ^0 v němž je uspořádán ohřívač 5 tlakového vzduchu.

V příkladném provedení podle vynálezu je pod zvlákňovací hubicí uspořádán kolektor 6 typu pásového dopravníku obsahující perforovaný podkladový pás 61.. Jeho horní větev 611 je umístěna ve vzdálenosti V pod ústím zvlákňovací hubice 3, v tomto provedení vzdálenost V činí 500 mm. Je 25 důležité, aby vzdálenost V byla volena z rozmezí 300*600 mm. Ve směru S pohybu horní větve 611. perforovaného podkladového pásu 61 kolektoru 6 je za kolektorem 6 uspořádána navíjecí stanice 7 vyráběné netkané textilie 8. Pod horní větví 611 je uspořádána odsávací komora 9, k níž je připojen odsávací ventilátor 10.

PV 2014-394'' ....... ; PS3750CZ- U / 30:6-.20147 /18-.420427

V neznázorněném provedení je mezi kolektorem 6 a navíjecí stanicí 7 umístěna dvojice kalandrovacích válců pro úpravu tloušťky a povrchu netkané textilie 8.

Tavenina 11, vytlačovaná ze zvlákňovací hubice 3 je účinkem tlakového A vzduchu formována do tvaru vláken konečné délky o průměru od 1 do 10 pm.

Vytvářená vlákna jsou prostřednictvím proudu vzduchu odsávaného odsávacím ventilátorem 10 ukládána na perforovaný podkladový pás 611 kolektoru 6, kterým jsou dopravována do navíjecí stanice 7. Zde je pás vyrobené vlákenné netkané textilie 8_navíjen na finální cívku.

Vysoká hodnota MFI použitého polyolefinu je rozhodujícím předpokladem vlastností výsledného produktu, především jeho schopnosti účinně tlumit zvuk o nízkých frekvencích v rozmezí pod 1000 Hz při zachování vysokých tlumicích schopností v rozmezí frekvencí vyšších.

Závislost součinitele zvukové pohltivosti a na frekvenci tlumeného hluku znázorňuje obr. 2. Součinitel zvukové pohltivosti a udává podíl energie zvuku pohlceného absorpční vrstvou a energie zvuku dopadajícího na absorpční vrstvu, přičemž se vztahuje na určitou tloušťku této vrstvy. Křivka grafu znázorněná na obr. 2 se týká vlákenné vrstvy podle vynálezu, jejíž tloušťka je 16 mm a plošná hmotnost je 800 g.m'². Součinitel zvukové pohltivosti g prudce 20 roste z hodnoty 0,03 při frekvenci cca 200 Hz na hodnotu 0,75 při frekvenci 700 Hz. Naměřená křivka potom vykazuje malý pokles (a = 0,72 při frekvencí 1000 Hz) a po něm následující vzrůst na hodnotu g £ 0,9 při frekvenci 1600^αχ 1900 Hz. Lze konstatovat, že vlákenné vrstva podle vynálezu o relativně malé tloušťce (16 mm) má v oblasti od 500 do 1900 Hz, zvláště v části pod 800 Hz, 25 mimořádně vysokou tlumicí schopnost nedosahovanou řešeními podle dosavadního stavu techniky.

MFI použitého polyolefinu, případně dalšího polymeru přidaného do taveniny, umožňuje volit relativně velké vzdálenosti V mezi zvlákňovací hubicí 3 a perforovaným podkladovým pásem 61 kolektoru 6. Vytvářená vlákenné 30 netkaná textilie 8 potom obsahuje vlákna o průměru pod 10 pm a má objemovou hmotnost 40 až 60 kg.m’³ Její plošná hmotnost je 600 až 800 g.m’²již při tloušťce vrstvy pod 25 mm. Požadované tlumicí schopnosti lze tedy

Λ rVVUI /3&.&72047 / PS3750CZZŤ/ /-18:42842-/ dosáhnout relativně tenkou tlumicí vrstvou, což je důležité z hlediska zástavbových rozměrů. Použitá aditiva dávají vyrobené textilii 8 další užitečné vlastnosti. Vlákenná vrstva odpuzuje vlhkost, může být nehořlavá, není schopná nabíjet se elektrickým nábojem.

Vlastnosti materiálu objemné plošné textilie podle vynálezu se pozitivně projeví i při jejím dalším zpracování. Především je umožněno vytvářet z ní stříháním nebo vysekáváním tvarové díly, jejichž obrysová plocha je následkem ohřevu jemných polyolefi nových vláken způsobeného tlakem řezného nástroje natavena a řez je tak bez dalšího technologického kroku hladce opracován.

Přiklad,, vyrobené vlákenné vrstvy

Vzorky objemné vlákenné vrstvy byly vyrobeny na komerční lince melt blown schematicky znázorněné na obr. 1b.

Linka obsahuje extruder 101 s násypkou 102 granulí polyolefinu a 15 dopravním prostředkem 103 polymerní taveniny. Výstup 104 extruderu 101 je připojen k tělesu 105 zvlákňovací hubice 106. Těleso 105 zvlákňovací hubice Ιθθ je připojeno k potrubí 107 tlakového vzduchu. Ústí zvlákňovací hubice 106 směřuje proti povrchu válcového kolektoru 108, přičemž vzdálenost w mezi ústím zvlákňovací hubice 106 a povrchem kolektoru 108 činí v příkladném 20 provedení 500 mm. S neznázoměným otočným pohonem kolektoru 108 je spřažen pohon navíjecí finální cívky 109. Kolektor 108 je ovinut pásem 110 podkladového materiálu o šířce 2,5 m. Výroba objemné vlákenné vrstvy uložené na pásu 110 podkladového materiálu probíhá v podstatě způsobem popsaným na obecném příkladném zařízení znázorněném na obr. 1a.

Vzorky objemných vlákenných vrstev vyrobené na této lince mají šířku 2,5 m a jsou tvořeny vlákny o průměru 2,5 až 3 pm. Jejich plošná hmotnost je 630 až 1200 g.m² a tloušťka 10 až 22 mm, přičemž jsou vyrobeny z komerčního polyolefinu.

Měření součinitele a zvukové pohltivosti charakterizujícího vlastnosti 3Q vyrobené vlákenné vrstvy lze provádět jednak metodou rovinné vlny v impedanční trubici, jednak metodou dozvukové komory. Při měření pomocí / ........

; 3& 67-2044-/ / P&3750eZzt/ ;18-.47201-27 impedanční trubice se měří součinitel g zvukové pohltivosti pro kolmý dopad zvukových vln na hodnocenou textilii. Při měření metodou dozvukové komory je dopad zvukových vln všesměrový.

Součinitel g zvukové pohltivosti daného materiálu se vypočte z rozdílu % měřených dob dozvuku. Vzorky vyrobené na komerční lince byly měřeny oběma postupy. Výsledky z obou způsobů měření byly srovnatelné.

1PV2O11-394V ;30.&.2&H

Z PS3750eZ2H /18.4-.2042-/

Seznam vztahových značek nádoba s taveninou

2d dopravní čerpadlo (taveniny) zvlákňovací hubice kompresor ohřívač vzduchu kolektor perforovaný podkladový pás (kolektoru)

611 horní větev (kolektoru) navíjecí stanice netkaná vlákenná textilie odsávací komora odsávací ventilátor

100 komerční výrobní linka melt-blown

101 extruder

102 násypka granulí

103 dopravní prostředek taveniny

104 výstup extruderu

105 těleso zvlákňovací hubice

106 zvlákňovací hubice

107 potrubí tlakového vzduchu

108 válcový kolektor

109 finální navíjecí cívka

110 pás podkladového materiálu

111 pás podkladového materiálu s objemnou vlákennou vrstvou a součinitel zvukové pohltivosti

S směr pohybu (horní větve kolektoru)

V vzdálenost (zvlákňovací hubice od pásu kolektoru)

W vzdálenost (zvlákňovací hubice od povrchu válcového kolektoru)

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Způsob výroby vlákenné zvukově absorpční textilie (8) z polymerní taveniny obsahující polyolefin, který využívá technologie melt

X blown, vyznačující se tím, že použitý polyolefin má Melt Flow Index (MFI) 1500 až 2000 g/10 min, přičemž technologická vzdálenost ústí zvlákňovací hubice (3, 106) od nosného povrchu kolektoru (6, 108) je v rozsahu 300 až 600 mm.

2. Způsob výroby podle nároku 1, vyznačující se tím, že technologická vzdálenost ústí zvlákňovací hubice (3, 106) od nosného povrchu 1(í kolektoru (6, 108) je 500 mm.

3. Způsob výroby podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že do polymerní taveniny se přidává libovolný termoplastický polymer, jehož Melt Flow Index (MFI) činí alespoň 800 g/10 min.

4. Způsob výroby podle kteréhokoliv z předchozích nároků, 1^ vyznačující se tím, že do polymerní taveniny se přidává hydrofobní aditivum a/nebo antistatická aditiva a/nebo aditiva ovlivňující nehořlavost.

5. Vlákenná zvukově absorpční textilie (8), jejíž plošná hmotnost je 600 až 1200 g.m'² a její objemová hmotnost je v rozmezí 40 až 60 kg.m'³, přičemž její tloušťka je 10 až 25 mm, přičemž obsahuje vlákna o průměru 1 až 10 pm. přičemž alespoň část žních jsou vlákna polyolefinová, vyznačující se tím, že použitý polyolefin má Melt Flow Index (MFI) 1500 až 2000 g/10 min, přičemž součinitel zvukové pohltivosti (a) této textilie se v rozsahu rostoucích frekvencí 300 až 800 Hz zvyšuje od 0,10 do 0,75.

6. Vlákenná zvukově absorpční textilie (8) podle nároku 5, vyznačující se tím, že při frekvenci 1600 Hz dosahuje její součinitel zvukové pohltivosti (a) hodnoty 0,9.

7. Vlákenná zvukově absorpční textilie (8) podle nároku 5 nebo 6, vyznačující se tím, že má hydrofobní a/nebo antistatické vlastnosti a/nebo je nehořlavá.