KR101608738B1 - 재생 가능한 요소들을 포함하는 패널 및 이를 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

패널은 약 0.1 중량% 내지 약 95 중량%의 분쇄된 재생 가능한 요소를 포함한다. 일 실시예에서, 상기 패널은 모두 건조된 패널 중량에 근거하는, 약 0.1 중량%에서부터 약 95 중량%까지의 분쇄된 재생 가능한 요소; 약 0.1 중량%에서부터 약 95 중량%까지의 하나 이상의 섬유들; 및 약 1 중량%에서부터 약 30 중량%까지의 하나 이상의 바인더들을 포함하는 적어도 하나의 코어를 가진다. 일 실시예에서, 분쇄된 재생 가능한 요소는 5% 미만의 입자들이 약 0.312 인치의 구멍을 가지는 메시 스크린에 의해 걸리며 5% 미만의 입자들이 약 0.059 인치의 구멍을 가지는 메시 스크린을 통과하는 입자 크기 분포를 가진다. 이와 같은 패널을 제조하기 위한 방법이 또한 제공된다.

Description

재생 가능한 요소들을 포함하는 패널 및 이를 제조하는 방법{PANELS INCLUDING RENEWABLE COMPONENTS AND METHODS FOR MANUFACTURING SAME}
본 출원은 2008년 4월 18일에 출원되었으며 여기에 참고로 첨부된 미국 출원번호 12/106,077의 일부 계속 출원으로서 35 U.S.C. § 120의 이익을 청구하고 있다.
본 발명은 패널의 음향 및 물리적 특성을 개선시키기 위해 분쇄된 재생 가능한 요소를 포함하는 건축 산업을 위한 패널에 관한 것이다. 또한 이와 같은 패널을 제조하는 방법이 제공된다.
타일이나 벽을 위한 건축 패널로 사용되는 패널은 건축 인테리어에 건축적 가치, 음향 흡수성, 음향 감쇠 및 효용성을 제공한다. 통상적으로, 음향 패널과 같은 패널은 소음 제어를 필요로 하는 영역에 사용된다. 이 영역들의 예들은 주거용 빌딩뿐만 아니라 사무실용 빌딩, 백화점, 병원, 호텔, 강당, 공항, 식당, 도서관, 교실, 극장, 및 영화관이다.
건축적 가치 및 효용성을 제공하기 위해, 예를 들어, 음향 패널은 대체로 평평하며 일반적인 천장 그리드 시스템 또는 유사한 구조에 매달리기 위해 자체 지지된다. 따라서, 음향 패널은 일정 수준의 경도와 강성을 가지며, 이것은 종종 파괴 계수(modulus of rupture, "MOR")에 의해 측정된다. 요구되는 음향 특성을 획득하기 위해, 음향 패널은 또한 음향 흡수 및 투과 감소 특성을 가진다.
음향 흡수는 일반적으로 ASTM C423에 설명되는 바와 같은 이의 소음 감소 계수(Noise Reduction Coefficient, "NRC")에 의해 측정된다. NRC는 흡수되는 패널에 도달하는 음향의 부분을 가리키는 0과 1.00 사이의 수로 표시된다. 0.60의 NRC 값을 가지는 음향 패널은 이에 충돌하는 음향의 60%를 흡수하며 음향의 40%를 굴절시킨다. 다른 시험 방법은 ASTM C384에 설명되는 바와 같이 임피던스 튜브를 사용하는 추정 NCR("eNCR")이다.
음향 투과를 감소시키는 능력은 ASTM E1414에 설명되는 바와 같은 천장 감쇠 등급(Ceiling Attenuation Class, "CAC")의 값에 의해 측정된다. CAC 값은 데시벨("dB")로 측정되며, 음향이 재료를 통해 투과될 때 음향 감소의 양을 나타낸다. 예를 들어, 40의 CAC를 가지는 음향 패널은 투과된 음향을 40 데시벨로 감소시킨다. 유사하게, 음향 투과 감소는 또한 ASTM E413 및 E90에 설명되는 바와 같은 이의 음향 투과 등급(Sound Transmission Class, "STC")에 의해 측정될 수 있다. 예를 들어, 40의 STC 값을 가지는 패널은 투과된 음향을 40 데시벨로 감소시킨다.
다양한 산업 표준 및 건축 코드에 따라 제조되는 음향 패널은 등급 A의 화재 등급을 가진다. ASTM E84에 따르면, 25보다 낮은 화염 확산 지수와 50보다 낮은 연기 발생 지수가 요구된다. 공기 흐름 저항, 매트의 다공성의 측정은 수정된 ASTM C423 및 C386 표준에 따라 시험된다. 게다가, 음향 패널의 MOR, 경도 및 처짐(sag)은 ASTM C367에 따라 시험된다. 베이스 매트의 증가된 다공성은 음향 흡수성을 개선시키지만, 이는 어떤 특정한 산업 표준이나 건축 코드에 의해 측정되지 않는다. 여기에서 참조되는 모든 ASTM 시험 방법은 여기에 참고로 포함된다.
현재는, 대부분의 음향 패널 또는 타일은 이의 속도와 효율 때문에 본 기술분야에서 선호되는 워터 펠팅 공정(water-felting process)을 사용하여 제조된다. 워터 펠팅 공정에서, 베이스 매트는 제지와 유사한 방법을 이용하여 형성된다. 이 공정의 하나의 버전은 여기에 참고로 포함되며 Baig에게 허여된 미국 특허 번호 5,911,818에서 설명된다. 처음에는, 묽은 수용성 분산의 미네랄 울(mineral wool)과 경량 응집체를 포함하는 수용성 슬러리가 포드리니어(Fourdrinier) 타입의 매트 형성 기계의 이동하는 다공성 와이어 상에 운반된다. 물은 슬러리로부터 중력에 의해 배출되며 그 다음에 진공 흡입 및/또는 압착에 의해 선택적으로 더 탈수된다. 그 다음에, 여전히 약간의 물을 함유할 수 있는 탈수된 베이스 매트는 잔류 수분을 제거하기 위해 가열된 오븐 또는 가마에서 건조된다. 허용 가능한 크기, 외관 및 음향 특성의 패널이 건조된 베이스 매트를 마무리 가공함으로써 획득된다. 마무리 가공은 표면 연마, 절단, 천공/균열(fissuring), 롤/스프레이 코팅, 모서리 절단 및/또는 패널을 스크림이나 스크린의 위에 적층하는 것을 포함한다.
일반적인 음향 패널 베이스 매트 조성물은 무기 섬유, 셀룰로오스 섬유, 바인더 및 필러를 포함한다. 산업계에 알려진 바와 같이, 무기 섬유는 (슬래그 울(slag wool), 락 울(rock wool) 및 스톤 울(stone wool)과 교체 가능한) 미네랄 울 또는 유리섬유일 수 있다. 미네랄 울은 1300℃(2372℉) 내지 1650℃(3002℉)에서 슬래그 울이나 락 울을 먼저 용융시킴으로써 형성된다. 용융된 미네랄은 그 다음에 섬유화 방사기에서 연속적인 공기 흐름에 의해 울로 방사된다. 무기 섬유는 강성이 있으며, 베이스 매트에 부품성(bulk)과 다공성을 제공한다. 반대로, 셀룰로오스 섬유는 습윤 및 건조 베이스 매트 강도를 제공하는 구조적 요소로 작용을 한다. 강도는 셀룰로오스 섬유의 친수성의 결과인, 베이스 매트에 있는 다양한 요소들과 수많은 수소 결합의 형성에 기인한다.
일반적인 베이스 매트 바인더는 전분이다. 음향 패널에 사용되는 일반적인 전분은 수용성 패널 슬러리에 분산되며 베이스 매트에 일반적으로 균일하게 분포되는 변성되지 않고, 익히지 않은(uncooked) 전분 과립이다. 가열이 되면, 전분 과립은 익혀지고 용해되며, 패널의 요소에 결합 능력을 제공한다. 전분은 음향 패널의 굽힘 강도에 도움을 줄 뿐만 아니라, 패널의 경도와 강성을 개선시킨다. 고농도의 무기 섬유를 가지는 몇몇의 패널 조성물들에서, 라텍스 바인더가 주요 결합제로 사용된다.
일반적인 베이스 매트 필러는 중량 및 경량 무기 재료들을 포함한다. 필러의 주요 기능은 굽힘 강도를 제공하며 패널의 경도에 기여하는 것이다. 비록 용어 "필러"가 본 공개서에 걸쳐 사용되지만, 각각의 필러는 패널의 강성, 경도, 처짐, 음향 흡수 및 음향 투과의 감소에 영향을 끼칠 수 있는 독특한 특성 /또는 특징을 가진다는 것이 이해되어야 한다. 중량 필러의 예들은 탄산칼슘, 점토 또는 석고를 포함한다. 경량 필러의 예들은 팽창된 펄라이트를 포함한다. 필러로서, 팽창된 펄라이트는 부피가 크다는 이점을 가지며, 그에 의해 베이스 매트에서 요구되는 필러의 양을 감소시킨다. 또한 용어 "필러"는 필러들의 조합 또는 혼합을 포함하는 것이 고려된다.
팽창된 펄라이트의 하나의 단점은 펄라이트 입자들이 베이스 매트에 있는 공극을 채우며 이의 표면을 밀봉하는 경향이 있으며, 이는 패널의 음향 흡수 용량을 저하시킨다는 것이다. 더구나, 팽창된 펄라이트는 제조 공정 중에 상대적으로 손상되기 쉬우며 부서지기 쉽다. 일반적으로, 더 많은 양의 팽창된 펄라이트가 사용될수록, 패널 음향 흡수 특성이 더 나빠진다. 펄라이트의 팽창은 또한 상당한 양의 에너지를 소비한다. 팽창된 펄라이트는 펄라이트 광석이 약 950℃(1750℉)로 가열되는 팽창 타워로 도입될 때 형성된다. 펄라이트 구조에 있는 물은 증기로 바뀌며 그 결과로 나오는 팽창은 펄라이트가 팝콘처럼 "터지게" 하여 밀도를 팽창되지 않은 재료의 약 10분 1로 감소시킨다. 더 낮은 부피 밀도의 팽창된 펄라이트는 이것이 팽창 타워에서 상부측으로 흐르고 필터링 장치에 의해 수집되는 것을 가능하게 한다. 이 공정은 그 내부에 있는 물을 증발시키기에 충분한 온도로 모든 펄라이트를 가열하기 위해 비교적 대량의 에너지를 사용한다.
건축 산업의 현재의 경향을 고려하면, 환경 친화적인, 즉, 지구 온난화, 산성화, 스모그, 물의 부영양화, 고체 폐기물, 주요 에너지 소비 및/또는 폐수 방출의 감소를 초래하는 공정으로 제조되는, 제품에 대한 요구가 있다. 일반적으로, 자연적으로 성장하며, 재생 가능한 재료들이 환경 친화적인 건축 제품들을 제조하는데 사용될 수 있다. 건축 산업에서, 널리 사용되는 재생 가능한 재료는 목재이지만, 이는 음향 흡수를 거의 제공하지 못한다. 유사하게, 쉽게 이용 가능하지만 건축 재료 생산에 제한된 사용을 가지는 목재 및 가구 산업 폐기물뿐만 아니라 대량의 농업폐기물 및 부산물이 있다.
자연적으로 성장하는 재생 가능한 재료들을 사용하기 위해, 이의 섬유들이 추출되어야 하며 추출 메커니즘은 식물 재료를 화학적으로 또는 기계적으로 이의 개개의 섬유 셀로 분쇄하기 위해 목재, 짚, 대나무 및 다른 것들과 같은 리그노-셀룰로오스 재료를 펄프화함으로써 만들어질 수 있다. 통상의 화학적 펄프화 방법은 약 150℃(302℉) 내지 약 180℃(356℉)에서 리그닌을 용해시키기 위해 황화나트륨, 수산화나트륨 또는 아황산나트륨을 사용하며, 섬유의 바이오매스를 약 40 내지 60%로 감소시킨다. 반대로, 열적-기계적 펄프화 방법은 목재 칩이 고온(약 130℃(266℉)) 및 고압(약 3 내지 4 기압(304 내지 405 kPa))을 겪게 하며, 리그닌이 연화되게 하며 섬유 셀이 기계적으로 분리되는 것을 허용한다. 리그닌 결합의 붕괴는 바이오매스의 약 5 내지 10%의 결과적인 손실을 가지는 원재료의 탈섬유화를 야기한다. 화학적 및 열적-기계적 펄프화 공정은 리그노-셀룰로오스 재료를 이의 개개의 섬유들로 감소시키기 위해 상당한 양의 에너지를 필요로 한다. 더구나, 이와 같은 대부분의 바이오매스의 손실은 원재료의 비용을 증가시킨다.
몇몇 미국 특허들은 건축 재료에 재생 가능한 재료를 사용하는 것을 교시한다. 미국 특허 번호 6,322,731은 왕겨와 바인더로 주로 이루어지는 유기 미립자 베이스 재료를 포함하는 임의의 길이의 구조적 패널을 형성하기 위한 방법을 개시한다. 구조적인 완전성에 대한 요건 때문에, 공정은 충분한 강도의 패널을 형성하기 위해 고온과 고압의 조합을 필요로 한다. 그 결과로 생산된 패널은 이의 높은 밀도와 낮은 다공성 때문에 비교적 낮은 음향 흡수 값을 가진다. 단열 및 방음 특성은 감싸인 공동들을 통해 성취된다.
미국 특허 번호 5,851,281은 폐기물 재료가 왕겨인 시멘트-폐기물 재료 복합재를 제조하기 위한 공정을 개시한다. 왕겨는 미세 과립을 제조하기 위해 산소 없이 대략 600℃(1112℉)로 가열된다.
미국 특허 번호 6,443,258은 경화된, 수용성의, 발포된, 시멘트질 재료로부터 형성되는 음향 흡수 다공성 패널을 개시한다. 상기 패널은 향상된 내구성 및 내습성과 함께 양호한 음향 성능을 제공한다. 왕겨 재가 발포된 시멘트 패널의 전체적인 경도를 향상시키기 위해 첨가된다.
미국 특허 번호 5,911,818, 미국 특허 번호 6,322,731, 미국 특허 번호 5,851,281, 및 미국 특허 번호 6,443,258
패널은 개선된 음향 및 물리적 특성을 가지는 건축 재료로 사용하기 위해 제공된다. 본 패널은 왕겨와 같은 분쇄된 재생 가능한 요소를 포함하며, 비교적 일정한 CAC 또는 STC를 유지하는 것을 포함하는 개선된 음향 특성을 가진다. 게다가, 개선된 NRC가 성취되는 동시에 MOR, 경도, 공기 유동 저항 및 처짐을 포함하는 패널의 다른 물리적 특성을 유지하거나 개선시킨다.
일 실시예에서, 본 패널은 모두가 건조된 패널 중량에 근거하여, 약 0.1 중량%에서부터 약 95 중량%까지의 분쇄된 재생 가능한 요소; 약 0.1 중량%에서부터 약 95 중량%까지의 하나 이상의 섬유들; 약 1 중량%에서부터 약 30 중량%까지의 하나 이상의 바인더들; 및 약 3 중량%에서부터 약 80 중량%까지의 하나 이상의 필러들을 포함하는 패널 코어를 포함한다. 상기 분쇄된 재생 가능한 요소는 5%보다 작은 입자들이 약 0.312 인치의 구멍을 가지는 메시 스크린에 의해 걸리며 5%보다 작은 입자들이 약 0.059 인치의 구멍을 가지는 메시 스크린을 통과하는 입자 크기 분포를 가진다.
다른 실시예에서, 건축 재료로서 사용하기 위한 패널을 제조하기 위한 방법은 분쇄된 재생 가능한 요소를 선택하는 단계; 수용성 슬러리를 형성하기 위해 약 0.1 중량%에서부터 약 95 중량%까지의 상기 재생 가능한 요소, 약 1 중량%에서부터 약 50 중량%까지의 섬유, 약 1 중량%에서부터 약 30 중량%까지의 바인더; 및 약 3 중량%에서부터 약 80 중량%까지의 필러와 물을 조합하는 단계; 상기 수용성 슬러리로부터 다공성 와이어의 위에 베이스 매트를 형성하는 단계; 상기 베이스 매트로부터 물을 제거하는 단계 및 상기 베이스 매트를 마무리 가공하는 단계를 포함한다. 상기 재생 가능한 요소는 위에 설명된 입자 크기 분포를 획득하기 위해 분리된다. 이 방법에 의해 제조되는 상기 패널은 적어도 약 25의 CAC 값과 적어도 약 0.25의 NRC 값 중의 적어도 하나를 가진다.
분쇄된 재생 가능한 재료를 사용하는 이점은 이것이 바이오매스의 상당한 손실 없이 제조된다는 것이다. 분쇄된 또는 밀링된 재생 가능한 재료는 이의 벌크 구조를 유지하며 탈섬유화와 같은 화학적 구조에서 화학적 변성 또는 변화를 겪지 않는다. 바이오매스의 유지는 구매된 원재료의 더 효과적인 사용을 초래하며, 그에 의해 이의 비용을 감소시킨다.
건축 패널에 사용되는 상이한 필러의 선택은 종종 바람직하지 않게도 패널의 특성을 변화시킨다. 그러나, 본 재생 가능한 요소의 사용은 에너지 및 원재료 비용을 감소시키면서 동시에 패널의 다른 물리적 특성을 유지하거나 개선시킨다.
여기에서 설명된 제품, 방법 및 조성물은 건축 재료로 사용하기 위한 패널에 적용하기 위해 의도된 것이다. 더 구체적으로는, 패널은 또한 천장 패널 제품, 음향 패널 또는 타일로 사용될 수 있다. 다음의 논의는 본 발명의 일 실시예로서의 음향 패널을 대상으로 하지만; 이는 어떤 방식으로 본 발명을 한정하기 위해 의도된 것이 아니다.
섬유는 무기 섬유, 유기 섬유 또는 이들의 조합으로서 음향 패널에 존재한다. 무기 섬유는 미네랄 울, 슬래그 울, 락 울, 스톤 울, 유리섬유 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 무기 섬유는 강성이 있으며, 베이스 매트에 부품성과 다공성을 제공한다. 무기 섬유는 패널의 중량에 근거하여 약 0.1% 내지 약 95%의 양으로 음향 패널에 존재한다. 음향 패널의 적어도 하나의 실시예는 미네랄 울을 바람직한 섬유로 사용한다. 유기 섬유의 일 예인 셀룰로오스 섬유는 습윤 및 건조 베이스 매트 강도를 제공하는 구조적 요소로서 작용을 한다. 강도는 셀룰로오스 섬유의 친수성의 결과인, 베이스 매트에 있는 다양한 성분들과 수소 결합의 형성에 기인한다. 베이스 매트에 있는 셀룰로오스 섬유는 패널의 약 1 중량%에서부터 약 50 중량%까지의 범위에 있으며, 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 40 중량%이며 가장 바람직하게는 약 10 중량%에서부터 약 30 중량%까지의 범위에 있다. 하나의 바람직한 셀룰로오스 섬유는 재생된 신문용지로부터 얻는다.
패널은 분쇄된 재생 가능한 요소인 적어도 하나의 성분을 포함한다. 본 발명의 목적을 위해, 분쇄된 재생 가능한 요소들은 목재 또는 비목재 식물, 또는 기계적 수단에 의해 입자 크기가 감소되는 목재 또는 비목재 식물의 일부분으로 한정된다. 이 분쇄된 재생 가능한 요소들은 바람직하게는 셀룰로오스와 리그닌을 포함하는 리그노-셀룰로오스이다. 이 재료의 잠재적인 발생원은 농업, 농산업, 임업 및/또는 건축 산업으로부터 나온 폐기물 또는 부산물이다.
분쇄된 재생 가능한 요소들의 예는 왕겨, 메밀 껍질, 땅콩 및 호두 껍질을 포함하는 견과류 껍질, 밀 껍질, 귀리 껍질, 호밀 위스크(whisk), 면화씨 껍질, 코코넛 껍질, 옥수수 겨, 옥수수 속대, 벼짚 줄기, 밀짚 줄기, 보리짚 줄기, 귀리짚 줄기, 호밀짚 줄기, 바가스(bagasse), 갈대, 에스파르트(Espart), 사바이(Sabai), 아마, 케나프, 황마, 대마, 모시, 아바카, 사이잘마, 톱밥, 대나무, 목재 칩, 수숫대, 해바라기 씨, 다른 유사한 재료들 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다.
분쇄된 재생 가능한 요소들은 다른 패널 성분들과 혼합되기 전에 크기가 감소된다. 분쇄된 재생 가능한 재료들은 0.312 인치의 구멍(ASTM 체 차트(sieve chart)에 의해 한정되는 바와 같이 2.5 메시)을 가지는 메시 스크린을 통과하며 0.0059 인치의 구멍(ASTM 체 차트에 의해 한정되는 바와 같이 100 메시)을 가지는 메시 스크린에 걸리는 입자 크기를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 재생 가능한 요소는 공급자로부터 받은 것으로 사용된다. 용어 "분쇄된 재생 가능한 요소"의 사용은 빻아지거나, 부셔지거나, 분쇄되거나, 밀링되거나, 체로 걸러지거나 이들이 조합된 입자들을 포함하는 본 기술분야에 알려진 바와 같은 임의의 기계적 방법에 의해 크기가 감소된 입자들을 포함하기 위해 의도된 것이다. 크기의 감소는 원하는 크기를 획득하기 위해 분쇄 또는 밀링과 같은 기계적 공정에 의해 선택적으로 성취된다. 적어도 하나의 실시예는 햄머 밀 타입 설비를 사용한다.
선택적으로, 분쇄된 재생 가능한 요소들은 원하는 입자 크기 분포를 획득하기 위해 특정한 메시 크기의 스크린들로 걸러질 수 있다. 너무 커서 원하는 가장 큰 스크린을 통과하지 못하는 굵은 부분은 선택적으로 제거되며 그 결과로 생산된 재료가 스크린을 통과할 때까지 재처리된다. 일 실시예에서, 분쇄된 왕겨가 큰 입자들을 제거하기 위해 #30 메시 스크린으로 먼저 걸러지며, 뒤를 이어서 너무 미세한 입자들을 제거하기 위해 #80 메시 스크린을 통해 걸러진다. #30 메시 스크린을 통과하고 #80 메시 스크린에 걸린 처리된 왕겨가 음향 패널을 제조하는데 사용된다. 이 실시예에서, #80 메시 스크린을 통과한 재료는 패널에 사용되지 않는다. #30 메시 스크린은 0.022 인치 또는 0.55 mm의 구멍을 가진다. #80 메시 스크린은 0.007 인치 또는 180 μm의 구멍을 가진다. 다른 실시예에서, 정미 공장으로부터 직접 획득된 처리된 왕겨가 음향 패널을 제조하는데 사용된다. 분쇄된 재생 가능 재료의 입자 분포는 바람직하게는 U.S. Sieve Set의 #30 메시 스크린을 통과한 적어도 약 95%의 입자들을 가지며 #80 메시 스크린을 통과한 약 5% 이하의 입자들을 가진다.
배경기술에서 논의된 바와 같이, 팽창된 펄라이트는 건축 패널의 필러들 중의 하나로 종종 사용되는 재료이다. 천장 패널에 사용될 때, 팽창된 펄라이트는 상호 연결된 공극들이 없는 구조를 형성하는 경향이 있다. 분쇄된 재생 가능한 요소를 음향 패널로 도입하는 것은 팽창된 펄라이트 구조를 파괴하는데 도움을 주며 그에 의해 상호 연결된 공극을 증가시킨다. 펄라이트에 추가하여 분쇄된 재생 가능한 요소들을 포함하는 패널은 분쇄된 재생 가능한 요소들이 없는 펄라이트를 가지는 패널보다 더 다공성이며 더 높은 음향 흡수성을 생성한다.
분쇄된 재생 가능한 요소의 입자 크기가 더 커질수록, 음향 흡수 값이 더 커진다는 것이 관찰되었다. 어떤 일 실시예에 대한 최적의 입자 크기 분포는 원하는 음향 흡수 값에 의존한다.
분쇄된 재생 가능한 요소의 입자 크기 분포는 바람직하게는 균질이며 균일한 슬러리를 형성하기 위해 섬유, 팽창된 펄라이트 및 이와 유사한 것과 같은 다른 성분들과 상용성이 있다는 것이 인정되어야 한다. 균일한 슬러리의 형성은 균질이며 균일한 베이스 매트의 제조에 이르게 한다. 입자 크기 분포는 바람직하게는 패널의 물리적 완전성을 유지하거나 개선시키기 위해 선택된다.
몇몇 실시예들에서, 분쇄된 재생 가능한 요소들은 #6 메시 스크린에 의해 걸리는 약 5 중량%보다 더 적은 입자들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 사용되는 재생 가능한 요소들은 #20 메시 스크린에 의해 걸리는 약 5%보다 더 적은 입자들을 포함한다. 또 다른 실시예들에서, 사용되는 분쇄된 또는 밀링된 재생 가능한 요소들은 #30 메시 스크린에 의해 걸리는 약 5%보다 더 적은 입자들을 포함한다. 바람직하게는, 분쇄된 재생 가능한 요소들은 약 10 내지 40 lbs/ft3(160 내지 640 kg/m3)의 더 바람직한 부피 밀도 및 약 20 내지 약 35 lbs/ft3(320 내지 560 kg/m3)의 가장 바람직한 범위와 함께, 약 5 내지 약 50 lbs/ft3(80 내지 800 kg/m3)사이의 부피 밀도를 가진다. #6 메시 스크린은 0.132 인치 또는 3.35 mm의 구멍을 가지며, #20 메시 스크린은 0.0312 인치 또는 800 μm의 구멍을 가지며, #30 메시 스크린은 0.022 인치 또는 0.55 mm의 구멍을 가진다.
전분은 바인더로서 베이스 매트에 선택적으로 포함된다. 일반적인 전분은 수용성 패널 슬러리에 분산되며 베이스 매트에 일반적으로 균일하게 분포되는 변성되지 않고, 익히지 않은 전분 과립이다. 베이스 매트가 가열되어, 전분 과립을 익히고 용해시켜 패널 성분들을 서로 결합시킨다. 전분은 음향 패널의 굽힘 강도에 도움을 줄뿐만 아니라, 패널의 경도와 강성을 개선시킨다. 게다가, 베이스 매트는 패널의 건조 중량에 근거하여 약 1 중량% 내지 약 30 중량%의 범위에 있으며, 더 바람직하게는 약 3 중량%에서부터 약 15 중량%까지의 범위에 있으며, 가장 바람직하게는 약 5 중량%에서부터 약 10 중량%까지의 범위에 있는 전분을 선택적으로 포함한다.
일반적인 베이스 매트 필러들은 경량 및 중량 무기 재료들을 포함한다. 중량 필러들의 예는 탄산칼슘, 점토 또는 석고를 포함한다. 다른 필러들이 또한 음향 패널에 사용하기 위해 고려된다. 일 실시예에서, 패널의 약 0.5 중량%에서부터 약 10 중량%까지의 범위에 있는 탄산칼슘이 이용된다. 탄산칼슘은 또한 패널의 약 3 중량% 내지 약 8 중량%의 범위로 사용될 수 있다.
경량 필러의 예는 팽창된 펄라이트이다. 팽창된 펄라이트는 부피가 커, 베이스 매트에 사용되는 필러의 양을 감소시킨다. 필러의 주요 기능은 패널의 개선된 굽힘 강도 및 경도이다. 비록 용어 "필러"가 본 논의에 걸쳐 사용되지만, 각각의 필러는 패널의 강성, 경도, 처짐, 음향 흡수 및 음향 투과의 감소에 영향을 끼칠 수 있는 독특한 특성 및/또는 특징을 가진다는 것이 이해되어야 한다. 이 실시예의 베이스 매트에 있는 팽창된 펄라이트는 패널의 약 5 중량%에서부터 약 80 중량%까지의 범위에 있으며, 더 바람직하게는 패널의 약 10 중량% 내지 약 60 중량%이며, 가장 바람직하게는 패널의 약 20 중량% 내지 약 40 중량%의 양으로 존재한다.
바람직한 일 실시예에서, 베이스 매트는 분쇄된 재생 가능한 요소, 미네랄 울, 팽창된 펄라이트, 전분, 탄산칼슘 및/또는 점토를 포함한다. 바람직한 분쇄된 재생 가능한 요소들 중의 하나는 왕겨이다. 분쇄된 재생 가능한 요소의 백분율은 패널의 약 0.1 중량% 내지 약 95 중량%이며, 더 바람직하게는 약 5 중량% 내지 약 60 중량%이며, 가장 바람직하게는 약 7 중량%에서부터 약 40 중량%까지의 범위에 있다.
음향 패널에 있는 다른 선택적인 성분은 내화성을 개선시키기 위해 일반적으로 포함되는 점토이다. 점토는 화염에 노출될 때 타지 않으며, 그 대신에, 이는 소결된다. 음향 패널은 약 1% 내지 약 5%의 바람직한 범위와 함께, 패널의 약 0 중량%에서부터 약 10 중량%까지의 점토를 선택적으로 포함한다. TN, Gleason으로부터의 Spinks Clay 및 Ball Clay와 KY, Hickory로부터의 Old Hickory Clay를 포함하지만 이들에 한정되지 않는 많은 타입의 점토가 사용된다.
응집제가 또한 음향 패널에 선택적으로 첨가된다. 응집제는 바람직하게는 패널의 약 0.1 중량% 내지 약 3 중량%이며 더 바람직하게는 약 0.1 중량% 내지 약 2 중량%의 범위로 사용된다. 유용한 응집제들은 알루미늄 클로로하이드레이트, 알루미늄 설페이트, 산화칼슘, 염화제이철, 황산제일철, 폴리아크릴아미드, 알루민산 나트륨 및 규산 나트륨을 포함하지만, 이들에 한정되지 않는다.
음향 패널을 위한 베이스 매트를 제조하는 일 실시예에서, 수용성 슬러리가 바람직하게는 분쇄된 재생 가능한 요소, 미네랄 울, 팽창된 펄라이트, 셀룰로오스 섬유, 전분, 탄산칼슘, 점토 및 응집제와 물을 혼합함으로써 생성된다. 혼합 작업은 바람직하게는 배치 모드 또는 연속 모드의 스톡 체스트(stock chest)에서 수행된다. 본 기술분야에서 공지된 다른 혼합 방법이 또한 허용될 수 있다. 첨가된 물의 양은 그 결과로 나오는 총 고형물 함량 또는 농도가 약 1% 내지 약 8% 농도이며, 바람직하게는 약 2%에서부터 약 6%까지의 범위에 있으며 더 바람직하게는 약 3%에서부터 약 5%까지의 범위에 있게 하기 위한 것이다.
일단 위에서 언급된 성분들을 포함하는 균질의 슬러리가 형성되면, 슬러리는 슬러리 재료의 일정한 유동(steady flow)을 제공하는 헤드박스(headbox)로 이송된다. 헤드박스로부터 흘러나오는 슬러리는 습윤 베이스 매트를 형성하기 위해 이동하는 다공성 와이어에 분포된다. 물이 먼저 중력에 의해 와이어로부터 배출된다. 몇몇 실시예들에서, 낮은 진공 압력이 중력에 의해 슬러리로부터 물을 배출시키는 것과 함께, 또는 그 후에 사용될 수 있다는 것이 고려된다. 추가의 물이 그 다음에 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람들에 의해 인식될 수 있는 바와 같이 압착함으로써 및/또는 진공이 보조된 물 제거를 사용함으로써 선택적으로 제거된다. 나머지의 물은 일반적으로 형성된 베이스 매트를 형성하기 위해 오븐 또는 가마에서 증발된다.
일단 형성되면, 베이스 매트는 바람직하게는 약 7 내지 약 30 lbs/ft3(112 내지 480 kg/m3) 사이이며, 더 바람직하게는 약 8 내지 약 25 lbs/ft3(128 내지 400 kg/m3) 사이이며, 가장 바람직하게는 약 9에서부터 약 20 lbs/ft3 (144 내지 320 kg/m3)까지의 부피 밀도를 가진다.
형성된 베이스 매트는 그 다음에 절단되며 본 기술분야에서 통상의 기술을 가진 사람들에게 잘 알려진 마무리 가공 작업을 통해 음향 패널로 변환된다. 몇몇의 바람직한 마무리 가공 작업들은, 무엇보다도, 표면 연마, 코팅, 천공, 균열, 모서리 세부 장식 및/또는 포장을 포함한다.
천공 및 균열은 위에서 설명된 베이스 매트들로부터 음향 흡수 값을 개선시키는데 상당히 기여한다. 천공 작업은 제어된 깊이와 밀도(단위 면적당 천공의 수)에서 베이스 매트의 표면에 다수의 천공을 제공한다. 천공은 미리 결정된 수의 바늘을 가지는 플레이트를 베이스 매트의 위에 압착함으로써 수행된다. 균열은, 예를 들어, 패턴이 형성된 금속 플레이트가 구비된 롤로 형성된 베이스 매트의 표면에 톱니 모양의 독특한 형상을 제공한다. 천공과 균열 단계는 베이스 매트의 표면와 이의 내부 구조를 개방시키며, 그에 의해 공기가 패널의 내외로 이동되는 것을 허용한다. 베이스 매트에 있는 구멍들은 또한 음향이 유입되어 베이스 매트 코어에 의해 흡수되는 것을 허용한다.
게다가, 음향 패널은 스크림 또는 베일(veil)과 선택적으로 적층된다. 또한 본 음향 패널은 만능 칼로 수동으로 절단될 수 있다는 것이 고려된다.
일단 형성되면, 본 음향 패널은 바람직하게는 약 9 내지 약 32 lbs/ft3(144 내지 513 kg/m3) 사이이며, 더 바람직하게는 약 10 내지 약 27 lbs/ft3(160 내지 433 kg/m3) 사이이며, 가장 바람직하게는 약 11에서부터 약 22 lbs/ft3 (176 내지 352 kg/m3)까지의 부피 밀도를 가진다. 게다가, 패널은 바람직하게는 약 0.2 인치 내지 1.5 인치(5 내지 38 mm) 사이이며, 더 바람직하게는 약 0.3 인치 내지 1.0 인치(8 내지 25 mm) 사이이며, 가장 바람직하게는 약 0.5 인치에서부터 0.75 인치(13 내지 19 mm)까지의 두께를 가진다.
적어도 하나의 재생 가능한 요소를 포함하는 음향 패널은 바람직하게는 적어도 약 0.25의 NRC 값과 적어도 약 25의 CAC 값을 달성한다. 더욱이, 음향 패널은 적어도 약 0.15의 eNRC 값을 달성한다. 게다가, 음향 패널은 적어도 약 80 psi의 MOR 값과 적어도 약 100 lbf의 경도 값을 달성하며, 동시에 90% RH 습도의 챔버에서 1.5 인치(38 mm)의 최대 처짐 값을 달성한다. 더 나아가, 음향 패널은 약 25보다 작은 화염 확산 지수와 약 50보다 작은 연기 발생 지수를 달성한다. 음향 패널은 또한 적어도 약 25의 CAC를 가진다.
실시예 1
메밀 껍질은 TX, Houston의 Zafu Store로부터 획득되었다. 메밀 껍질은 0.05"(1.27 mm) 직경으로 천공된 스크린 크기가 구비된 Fritz 밀로 더 분쇄되었다. 메밀 껍질은 모든 재료가 스크린을 통과할 때까지 분쇄되었다. 분쇄된 메밀 껍질의 부피 밀도는 약 24.5 lbs/ft3(392 kg/m3)였다. 분쇄된 메밀 껍질의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 21.0%, 30 메시에 걸리는 47.4%, 40 메시에 걸리는 21.0%, 및 50 메시에 걸리는 5.6%, 100 메시에 걸리는 2.8%, 및 100 메시에 통과되는 2.3%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 1에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 메밀 껍질의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 메밀 껍질, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스(forming box)로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물을 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5-9" Hg(127mmHg - 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 1에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 메밀 껍질의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 스크린 구멍, 인치(mm) 펄라이트, 중량% 분쇄된 메밀 껍질, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
1 - 57.0 0 0.611 (15.5) 13.16 (211) 77 166 0.19 4.06
2 0.050 (1.3) 37.0 20.0 0.602 (15.3) 13.29 (213) 97 128 0.35 0.62
3 0.050 (1.3) 17.0 40.0 0.580 (14.7) 13.61 (218) 103 97 0.43 0.14
보여지는 바와 같이, 메밀 껍질을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 2
소나무 베딩로서 사용되는 대팻밥이 MD, Columbia의 American Wood Fiber Inc.로부터 획득되었다. 대팻밥은 0.050"(1.27 mm) 직경으로 천공된 스크린 크기가 구비된 Fritz 밀로 더 분쇄되었다. 대팻밥은 모든 재료가 스크린을 통과할 때까지 분쇄되었다. 분쇄된 대팻밥의 부피 밀도는 약 8.9 lbs/ft3(143 kg/m3)였다. 분쇄된 대팻밥의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 5.5%, 30 메시에 걸리는 37.6%, 40 메시에 걸리는 24.3%, 50 메시에 걸리는 13.6%, 100 메시에 걸리는 12.6%, 및 100 메시를 통과하는 6.4%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 2에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 대팻밥의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 추가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 대팻밥, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 슬러리의 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물을 남아 있었다. 추가의 물이 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합하기 위해 일정한 습윤 두께로 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9" Hg(127mmHg - 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 2에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께, 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 대팻밥의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 스크린 구멍, 인치(mm) 펄라이트, 중량% 분쇄된 대팻밥, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
4 0.050 (1.3) 37.0 20.0 0.639 (16.2) 12.59 (202) 86 148 0.27 1.58
5 0.050 (1.3) 17.0 40.0 0.611 (15.5) 13.05 (209) 137 151 0.32 0.84
보여지는 바와 같이, 분쇄된 대팻밥을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값으로 표시된다.
실시예 3
밀짚이 IL, Warrenville의, Galusha Farm으로부터 획득되었다. 밀짚은 0.050"(1.27 mm) 직경으로 천공된 스크린 크기가 구비된 Fritz 밀로 더 분쇄되었다. 밀짚은 대부분의 재료가 스크린을 통과할 때까지 분쇄되었다. 분쇄된 밀짚의 부피 밀도는 약 7.7 lbs/ft3(123 kg/m3)였다. 분쇄된 밀짚의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 3.6%, 30 메시에 걸리는 25.3%, 40 메시에 걸리는 25.4%, 50 메시에 걸리는 19.8%, 100 메시에 걸리는 17.1%, 및 100 메시를 통과하는 8.9%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 3에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 밀짚의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 밀짚, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 슬러리의 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물을 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 일정한 습윤 두께로 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5-9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 3에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 밀짚의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 펄라이트, 중량% 분쇄된 밀짚, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
6 37.0 20.0 0.617 (15.7) 12.56 (201) 121 159 0.26 2.02
7 17.0 40.0 0.635 (16.1) 11.81 (189) 114 114 0.35 0.80
보여지는 바와 같이, 분쇄된 밀짚을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 4
톱밥이 마루 청소 재료로서 GA, Carterville의 ZEP로부터 획득되었다. 톱밥의 부피 밀도는 약 24.0 lbs/ft3(384 kg/m3)였다. 톱밥의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 9.0%, 30 메시에 걸리는 24.3%, 40 메시에 걸리는 22.7%, 및 50 메시에 걸리는 19.1%, 100 메시에 걸리는 21.4%, 및 100 메시를 통과하는 3.6%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 4에 설명된 바와 같이 펄라이트와 톱밥의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 톱밥, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물이 남아 있었다. 추가의 물이 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 4에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 톱밥의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 스크린 구멍, 인치(mm) 펄라이트, 중량% 톱밥, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
8 0.050 (1.3) 37.0 20.0 0.635 (16.1) 11.81 (189) 92 134 0.35 1.11
9 0.050 (1.3) 17.0 40.0 0.551 (14.0) 12.90 (206) 112 109 0.46 0.15
보여지는 바와 같이, 톱밥을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 5
분쇄된 옥수수 속대가 NJ, Piscataway의 Kramer Industries Inc.로부터 획득되었다. 분쇄된 옥수수 속대의 부피 밀도는 약 18.5 lbs/ft3(296 kg/m3)였다. 분쇄된 옥수수 속대의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 0.0%, 30 메시에 걸리는 0.1%, 40 메시에 걸리는 1.6%, 및 50 메시에 걸리는 94.1%, 100 메시에 걸리는 4.1%, 및 100 메시를 통과하는 0.2%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 5에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 옥수수 속대의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 옥수수 속대, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물이 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 5에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 옥수수 속대의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 펄라이트, 중량% 분쇄된 옥수수 속대, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
10 17 40 0.642 (16.3) 10.96 (176) 92.1 112 0.47 0.40
11 0 57 0.584 (14.8) 12.79 (205) 112.1 135 0.57 0.16
보여지는 바와 같이, 분쇄된 옥수수 속대를 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 6
분쇄된 호두 껍질이 NJ, Piscataway의 Kramer Industries Inc.로부터 획득되었다. 분쇄된 호두 껍질의 부피 밀도는 약 44.2 lbs/ft3(708 kg/m3)였다. 분쇄된 호두 껍질의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 0.0%, 30 메시에 걸리는 0.0%, 40 메시에 걸리는 3.9%, 50 메시에 걸리는 72.5%, 100 메시에 걸리는 23.2%, 및 100 메시를 통과하는 0.3%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 6에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 호두 껍질의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 호두 껍질, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물이 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 6에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 호두 껍질의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 펄라이트, 중량% 분쇄된 호두 껍질, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
12 0 57 0.417 (10.6) 19.19 (307) 217.4 215.7 0.42 0.47
보여지는 바와 같이, 분쇄된 호두 껍질을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 7
땅콩 껍질이 지역 식료품 가게로부터 획득되었다. 땅콩 껍질은 0.05"(1.27 mm) 직경으로 천공된 스크린 크기가 구비된 Fritz 밀로 더 분쇄되었다. 땅콩 껍질은 모든 재료가 스크린을 통과할 때까지 분쇄되었다. 분쇄된 땅콩 껍질의 부피 밀도는 15.2 lbs/ft3(243 kg/m3)였다. 분쇄된 땅콩 껍질의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 0.2%, 30 메시에 걸리는 13.1%, 40 메시에 걸리는 31.5%, 50 메시에 걸리는 19.8%, 100 메시에 걸리는 29.2%, 및 100 메시를 통과하는 6.1%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 7에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 땅콩 껍질의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 땅콩 껍질, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물이 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 7에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 땅콩 껍질의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 펄라이트, 중량% 분쇄된 땅콩 껍질, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
13 0 57 0.423 (10.7) 18.0 (288) 240.7 184 0.32 2.09
보여지는 바와 같이, 분쇄된 땅콩 껍질을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
실시예 8
분쇄된 해바라기 씨 껍질이 ND, Midland의 Archer Deniels로부터 획득되었다. 분쇄된 해바라기 씨 껍질의 부피 밀도는 약 12.4 lbs/ft3(199 kg/m3)였다. 분쇄된 해바라기 씨 껍질의 크기 분포는 20 메시에 걸리는 0.1%, 30 메시에 걸리는 8.9%, 40 메시에 걸리는 30.3%, 50 메시에 걸리는 29.3%, 100 메시에 걸리는 23.9%, 및 100 메시를 통과하는 7.5%였다.
약 4.5%의 농도를 가지는 슬러리가 패널 성분들과 물을 혼합시키며 표 8에 설명된 바와 같이 펄라이트와 분쇄된 해바라기 씨 껍질의 양을 변경시킴으로써 형성되었다. 물이 일정하게 교반되는 중에, 성분들이 다음의 순서로 첨가되었다: 신문용지 펄프, 전분, 탄산칼슘, 분쇄된 해바라기 씨 껍질, 미네랄 울 및 팽창된 펄라이트. 슬러리는 약 2분 동안 교반되었다. 교반의 끝에서, 약 0.1 중량%의 응집제가 슬러리에 첨가되었다. 슬러리는 그 다음에 14"x14"x30"(0.36 m x 0.36 m x 0.76 m)의 치수를 가지는 포밍 박스로 부어졌다.
포밍 박스의 하부에서, 금속 그리드에 의해 지지되는 유리섬유 스크림은 슬러리의 물이 자유롭게 배출되는 것을 허용하였으며, 동시에 대부분의 고형물이 남아 있었다. 추가의 물은 포밍 박스에 저압 진공(1"Hg(25 mm))을 적용함으로써 제거되었다. 그 다음에 습윤 베이스 매트가 추가의 물을 제거하며 또한 베이스 매트 구조를 결합시키기 위해 압착되었다. 마지막으로, 습윤 베이스 매트는 더 높은 압력의 진공(5 내지 9"Hg(127mmHg 내지 229mmHg))을 적용함으로써 더 탈수되었다. 형성된 베이스 매트는 그 다음에 잔류하는 습기를 제거하기 위해 315℃(600℉)에서 30분 동안 그리고 149℃(300℉)에서 3시간 동안 오븐이나 가마에서 건조되었다.
표 8에서, 패널의 약 10 중량%의 미네랄 울이 패널의 약 19 중량%의 신문용지 섬유, 패널의 약 8 중량%의 전분 및 패널의 약 6 중량%의 탄산칼슘과 함께 패널을 형성하는데 사용되었다. 펄라이트와 분쇄된 해바라기 씨 껍질의 양은 아래에 표시된다. 그 결과로 생산된 건조된 베이스 매트들의 특성이 또한 열거된다.
시험 번호 펄라이트, 중량% 분쇄된 해바라기 씨 껍질, 중량% 매트 두께, 인치(mm) 밀도, lbs/ft3 (kg/m3) MOR, psi 경도, lbf eNRC (unperf.) 공기 유동 저항, mPa·s/m2
14 37 20 0.627 (15.9) 12.01 (192) 92.9 127.3 0.24 2.22
15 17 40 0.590 (15.0) 13.59 (218) 106.5 121.8 0.42 0.53
16 0 57 0.542 (13.8) 14.32 (229) 118.7 119 0.52 0.39
보여지는 바와 같이, 분쇄된 해바라기 씨 껍질을 함유하는 베이스 매트들은 더 양호한 음향 흡수성이 있으며, 이는 대조 샘플(시험 #1)보다 더 높은 eNRC 값에 의해 표시된다.
재생 가능한 요소를 포함하는 건축 재료로 사용하기 위한 패널의 특정한 실시예들이 보여지고 설명되었지만, 이의 더 넓은 양상들에서 그리고 다음의 청구항들에 설명되는 바와 같은 본 발명으로부터 벗어나지 않고 변경들 및 변형들이 이에 만들어질 수 있다는 것이 본 기술분야에서 숙련된 사람들에 의해 인식될 것이다.

Claims (18)

  1. 패널 코어를 가지는 음향 패널에 있어서,
    5% 미만의 분쇄된 재생 가능한 요소 입자들만이 0.312 인치의 구멍을 가지는 제1 메시 스크린에 의해 걸러지고, 5% 미만의 분쇄된 재생 가능한 요소 입자들만이 0.059 인치의 구멍을 가지는 제2 메시 스크린을 통과하는 입자 크기 분포를 가지며, 건조 패널 중량에 근거하여 0.1 중량% 내지 95 중량%의 양으로 존재하는 것을 특징으로 하는 분쇄된 재생 가능한 요소;
    재생된 종이 섬유들, 미네랄 울, 글라스 울, 락 울 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 0.1 중량%에서부터 95 중량%까지의 하나 이상의 섬유들; 및
    1 중량%에서부터 30 중량%까지의 하나 이상의 바인더들을 포함하며, 모든 중량은 건조 패널 중량에 근거하고,
    상기 패널은 적어도 25의 천장 감쇠 등급(Ceiling Attenuation Class)과 적어도 25의 음향 투과 등급(Sound Transmission Class)의 값 중 적어도 하나를 가지며,
    상기 분쇄된 재생 가능한 요소는 왕겨, 메밀 껍질, 땅콩 및 호두 껍질을 포함하는 견과류 껍질, 밀 껍질, 귀리 껍질, 호밀 위스크, 면화씨 껍질, 코코넛 껍질, 옥수수 겨, 옥수수 속대, 해바라기 씨, 벼짚 줄기, 밀짚 줄기, 보리짚 줄기, 귀리짚 줄기, 호밀짚 줄기, 에스파르트(Espart), 수숫대, 갈대, 대나무, 사이잘마, 사바이(Sabai), 모시, 바가스, 아마, 케나프, 황마, 대마, 아바카, 톱밥, 목재 칩 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 음향 패널.
  2. 삭제
  3. 패널 코어를 가지는 음향 패널에 있어서,
    5% 미만의 분쇄된 재생 가능한 요소 입자들만이 0.132 인치의 구멍을 가지는 제1 메시 스크린에 의해 걸러지는 입자 크기 분포를 가지는 것을 특징으로 하는 0.1 내지 95 중량%의 분쇄된 재생 가능한 요소;
    재생된 종이 섬유들, 미네랄 울, 글라스 울, 락 울 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 0.1 중량%에서부터 95 중량%까지의 하나 이상의 섬유들; 및
    1 중량%에서부터 30 중량%까지의 하나 이상의 바인더들을 포함하며, 모든 중량은 건조 패널 중량에 근거하고,
    상기 패널은 적어도 25의 천장 감쇠 등급(Ceiling Attenuation Class)과 적어도 25의 음향 투과 등급(Sound Transmission Class)의 값 중 적어도 하나를 가지며,
    상기 분쇄된 재생 가능한 요소는 왕겨, 메밀 껍질, 땅콩 및 호두 껍질을 포함하는 견과류 껍질, 밀 껍질, 귀리 껍질, 호밀 위스크, 면화씨 껍질, 코코넛 껍질, 옥수수 겨, 옥수수 속대, 해바라기 씨, 벼짚 줄기, 밀짚 줄기, 보리짚 줄기, 귀리짚 줄기, 호밀짚 줄기, 에스파르트(Espart), 수숫대, 갈대, 대나무, 사이잘마, 사바이(Sabai), 모시, 바가스, 아마, 케나프, 황마, 대마, 아바카, 톱밥, 목재 칩 또는 이들의 조합 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 음향 패널.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제3항의 음향 패널을 제조하는 방법에 있어서,
    분쇄된 재생 가능한 요소를 선택하는 단계;
    원하는 입자 크기 분포를 얻기 위해 상기 분쇄된 재생 가능한 요소를 분류하는 단계;
    상기 분쇄된 재생 가능한 요소, 섬유 및 바인더를 물과 함께 결합하는 단계;
    수용성 슬러리를 형성하는 단계;
    상기 슬러리로부터 다공성 와이어 상에 베이스 매트를 형성하는 단계;
    상기 베이스 매트로부터 물을 제거하는 단계; 및
    음향 패널을 형성하기 위해 상기 베이스 매트를 마무리 가공하는 단계; 를 포함하는 음향 패널을 제조하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 결합 단계는 하나 이상의 필러 중 하나로서 팽창된 펄라이트를 추가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 음향 패널을 제조하는 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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