PL226278B1

PL226278B1 - Sound-absorbing composite on thermoplastic matrix and method for producing this composite

Info

Publication number: PL226278B1
Application number: PL409183A
Authority: PL
Inventors: Izabella Krucińska; Eulalia Gliścińska; Marina Michalak
Original assignee: Politechnika Łódzka
Priority date: 2014-08-14
Filing date: 2014-08-14
Publication date: 2017-07-31
Also published as: PL409183A1

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest dźwiękochłonny kompozyt na osnowie termoplastycznej, charakteryzujący się zwłaszcza wysokim współczynnikiem absorpcji dźwięków wysokich częstotliwości, oraz sposób wytwarzania tego kompozytu.The subject of the invention is a sound-absorbing composite based on a thermoplastic matrix, characterized in particular by a high absorption coefficient of high-frequency sounds, and a method of producing this composite.

W opisie patentowym JP2010046394 ujawniono włókninową matę absorbującą dźwięk i stanowiącą barierę dla wody, wytworzoną przez połączenie włókniny z krótkich włókien hydrofobowych i niehydrofobowych, użytych w stosunku od 5/95 do 55/45, z materiałem powierzchniowym z utworzeniem laminatu.JP2010046394 discloses a non-woven sound-absorbing and water-barrier mat made by combining a non-woven fabric of short hydrophobic and non-hydrophobic fibers, used in a ratio of 5/95 to 55/45, with a surface material to form a laminate.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO2009088648 jest znany materiał włókninowy zawierający fazę z cząsteczkami otoczonymi włóknami, przeznaczony m.in. do wytwarzania artykułów absorbujących dźwięk.From the patent application WO2009088648 there is known a nonwoven material containing a phase with particles surrounded by fibers, intended, inter alia, for the manufacture of sound-absorbing articles.

Z opisu patentowego JP7247666 jest znane zastosowanie włókniny jako warstw absorbujących dźwięk w drewnianej podłodze.It is known from JP7247666 to use a non-woven fabric as sound-absorbing layers in a wooden floor.

Z opisu patentowego MX2009005284 jest znany materiał o właściwościach dźwiękochłonnych złożony z warstw różnych włóknin.Patent description MX2009005284 discloses a material with sound-absorbing properties composed of layers of different nonwovens.

Z opisu zgłoszenia patentowego WO2009085679 jest znany złożony materiał włókninowy zawierający submikronowe włókna o średnicy mniejszej niż 1 μm i mikrowłókna o średnicy co najmniej 1 μm, z których co najmniej jedne są zorientowane we włókninie. Z materiału tego można wytwarzać m.in. artykuły absorbujące dźwięk.From patent application WO2009085679 there is known a composite nonwoven material comprising submicron fibers with a diameter less than 1 µm and microfibers with a diameter of at least 1 µm, at least one of which are oriented in the nonwoven. This material can be used to produce, inter alia, sound absorbing articles.

W opisie patentowym JP2001055657 ujawniono materiał włókninowy posiadający zdolność absorpcji dźwięku oraz tłumienia drgań, wytworzony poprzez rozproszenie włókien staplowych w postaci włókniny igłowanej pomiędzy włókna otrzymane techniką melt-blown.The patent JP2001055657 discloses a non-woven material having sound absorption and vibration damping properties, produced by dispersing staple fibers in the form of a needle punched nonwoven between the fibers obtained by the melt-blown technique.

Z opisu patentowego JP61253065 jest znany materiał izolacyjny typu laminat, o wysokim współczynniku tłumienia dźwięku, w którym warstwa tłumienna jest wytworzona z włókniny z włókien trudnotopliwych i włókien typu rdzeń-otoczka, w których rdzeń stanowi polimer trudnotopliwy, zaś otoczkę pełniącą funkcję spajającą stanowi polimer łatwotopliwy.Patent description JP61253065 discloses a laminate type insulation material with a high sound reduction coefficient, in which the damping layer is made of a non-woven fabric made of refractory fibers and core-sheath fibers, in which the core is a refractory polymer, and the coating fulfilling the bonding function is a fusible polymer. .

Znany jest, z opisu patentowego CN2756440, materiał złożony z ultracienkiej warstwy włókien odpowiedzialnej za absorpcję dźwięku o wysokich częstotliwościach i warstwy włókniny odpowiedzialnej za absorpcję dźwięku o średnich częstotliwościach, które to warstwy są połączone poprzez stopienie pierwszej z nich.It is known, from the patent description CN2756440, a material composed of an ultra-thin layer of fibers responsible for the absorption of high-frequency sound and a non-woven layer responsible for the absorption of medium-frequency sound, which layers are joined by fusing the first one.

Struktura kompozytowa o właściwościach absorbujących i izolujących dźwięk, wytworzona poprzez połączenie włókniny z polietylenowym filmem, jest znana z opisu patentowego WO2012126141.A composite structure with sound absorbing and insulating properties, produced by combining a non-woven fabric with a polyethylene film, is known from WO2012126141.

Z opisu patentowego JP2003011257 jest znane zastosowanie materiału złożonego z pianki, na przykład z żywicy akrylowej, i zewnętrznego materiału w postaci, na przykład włókniny poliestrowej, jako wyrobu pochłaniającego dźwięk.It is known from JP2003011257 to use a material composed of a foam, for example an acrylic resin, and an outer material in the form of, for example, a non-woven polyester, as a sound-absorbing article.

Z opisu patentowego JP10333684 jest znany materiał absorbujący dźwięk, w postaci płyty powstałej przez sklejenie folii aluminiowej z włókniną.From the patent description JP10333684 a sound-absorbing material is known in the form of a plate made by gluing an aluminum foil with a non-woven fabric.

W opisie patentowym CN2221621 ujawniono tapetę ścienną, wykazującą właściwości pochłaniania dźwięku, wytworzoną z włókniny powleczonej cienką warstwą kopolimeru etylenu i octanu winylu.The patent description CN2221621 discloses a wall wallpaper having sound absorbing properties, made of a nonwoven fabric coated with a thin layer of ethylene vinyl acetate copolymer.

Nadto znane są kompozyty absorbujące dźwięk wytworzone bądź to z runa otrzymanego z włókien juty na zgrzeblarce, przez napylenie protein sojowych i następnie sprasowanie, bądź to z runa otrzymanego z mieszanki włókien juty i włókien polipropylenowych, poddanego procesowi prasowania, a także kompozyty włókna juty lub filcu z juty z naturalnym kauczukiem jako środkiem wiążącym wypełnienie jutowe.In addition, sound absorbing composites are known, made either of a fleece obtained from jute fibers on a carding machine, by dusting soy proteins and then pressing, or from a fleece obtained from a mixture of jute fibers and polypropylene fibers, subjected to a pressing process, as well as composites of jute fibers or felt. made of jute with natural rubber as a binding agent for the jute filling.

Znane są również naturalne kompozyty dźwiękochłonne włókna ramii z poli(L-kwasem mlekowym) otrzymywane w procesie prasowania.There are also natural sound-absorbing composites of Ramia fibers with poly (L-lactic acid) obtained by pressing.

W opisie zgłoszenia patentowego PL402976 ujawniono dźwiękochłonny kompozyt na osnowie termoplastycznej, w którym wypełnienie stanowią standardowe włókna odcinkowe, korzystnie włókna bawełny lub włókna wiskozowe, oraz submikrowłókna, korzystnie celulozowe, zaś osnowę stanowi polimer termoplastyczny o temperaturze topnienia niższej od temperatury destrukcji włókien stanowiących wypełnienie, korzystnie poli(kwas mlekowy) lub polipropylen, którego udział w kompozycie jest nie mniejszy niż 50% wagowych. Grubość kompozytu jest nie większa niż 1 cm. Sposób wytwarzania tego kompozytu polega na formowaniu z runa otrzymanego z mieszanki odcinkowych włókien standardowych z włóknami z polimeru termoplastycznego, w drodze igłowania, włókniny, ułożeniu pakietu warstw tej włókniny, między którymi umieszcza się równomierne warstwy submikrowłókien i sprasowaniuThe description of the patent application PL402976 discloses a sound-absorbing composite on a thermoplastic matrix, the filling of which is standard staple fibers, preferably cotton or viscose fibers, and sub-microfibers, preferably cellulose, and the matrix is a thermoplastic polymer with a melting point lower than the destruction temperature of the fibers constituting the filling, preferably poly (lactic acid) or polypropylene, the proportion of which in the composite is not less than 50% by weight. The thickness of the composite is not more than 1 cm. The method of producing this composite consists in forming a fleece obtained from a mixture of standard staple fibers with thermoplastic polymer fibers, by needling, a non-woven fabric, arranging a package of layers of this non-woven fabric, between which uniform layers of sub-microfibers are placed and pressing

PL 226 278 B1 całości w prasie hydraulicznej w temperaturze niższej od temperatury destrukcji odcinkowych włókien standardowych i submikrowłókien oraz wyższej lub równej temperaturze topnienia włókien z polimeru termoplastycznego, w czasie nie dłuższym niż 15 minut pod ciśnieniem nie wyższym niż 1 MPa, do grubości nie większej niż 1 cm.Completely in a hydraulic press at a temperature lower than the destruction temperature of standard staple fibers and sub-microfibers and higher than or equal to the melting point of thermoplastic polymer fibers, for a time not longer than 15 minutes under a pressure of not more than 1 MPa, to a thickness of not more than 1 cm.

Dźwiękochłonny kompozyt na osnowie termoplastycznej, złożony z wypełnienia oraz z osnowy wiążącej materiał wypełnienia, którą stanowi polimer termoplastyczny o temperaturze topnienia niższej od temperatury topnienia/destrukcji materiału wypełnienia, o udziale osnowy nie mniejszym niż 50% wagowych, o grubości nie większej niż 1 cm, według wynalazku, charakteryzuje się tym, że wypełnienie stanowią włókna krótkie lub szarpanka oraz dodatkowo słoma o temperaturze destrukcji wyższej od temperatury topnienia polimeru termoplastycznego, której udział w kompozycie jest nie większy niż 30% wagowych masy kompozytu. Jako włókna krótkie wypełnienie zawiera korzystnie włókna wiskozowe, zaś jako słomę korzystnie słomę słonecznikową lub pszenną. Polimer termoplastyczny osnowy stanowi korzystnie poli(kwas mlekowy) lub niskotopliwy poliester (LMF).Sound-absorbing composite on a thermoplastic matrix, composed of a filling and a matrix binding the filling material, which is a thermoplastic polymer with a melting point lower than the melting point / destruction of the filling material, with a matrix fraction of not less than 50% by weight, with a thickness of not more than 1 cm, according to the invention, it is characterized in that the filling is made of short fibers or strand, and additionally straw with a destruction temperature higher than the melting point of the thermoplastic polymer, the content of which in the composite does not exceed 30% by weight of the composite mass. As short fibers the filling preferably comprises viscose fibers, and as straw, preferably sunflower or wheat straw. The thermoplastic polymer of the matrix is preferably poly (lactic acid) or low-melting polyester (LMF).

Sposób wytwarzania dźwiękochłonnego kompozytu na osnowie termoplastycznej, określonego powyżej, polegający na wytworzeniu runa z mieszanki wypełnienia z włóknami z polimeru termoplastycznego o temperaturze topnienia niższej od temperatury topnienia/destrukcji materiału wypełnienia, w której udział włókien z polimeru termoplastycznego jest nie mniejszy niż 50% wagowych, uformowaniu z tego runa, w drodze igłowania, włókniny, ułożeniu z uformowanej włókniny pakietu warstw i sprasowaniu warstw włókniny w prasie hydraulicznej w temperaturze niższej od temperatury topnienia/destrukcji materiału wypełnienia oraz wyższej lub równej temperaturze topnienia włókien z polimeru termoplastycznego, w czasie nie dłuższym niż 15 minut pod ciśnieniem nie wyższym niż 1 MPa, do grubości nie większej niż 1 cm, według wynalazku charakteryzuje się tym, że włókninę formuje się z runa sporządzonego z mieszanki włókien krótkich lub szarpanki z włóknami z polimeru termoplastycznego, przy czym między warstwami włókniny, przed jej sprasowaniem, umieszcza się równomierne warstwy słomy o temperaturze destrukcji wyższej od temperatury topnienia włókien z polimeru termoplastycznego, użytej w łącznej ilości nie większej niż 30% masy kompozytu. Jako włókna krótkie wypełnienia stosuje się korzystnie włókna wiskozowe, jako słomę korzystnie słomę słonecznikową lub pszenną zaś jako polimer termoplastyczny osnowy stosuje się korzystnie poli(kwas mlekowy) lub niskotopliwy poliester.A method for producing a sound-absorbing thermoplastic matrix composite as defined above, which consists in producing a fleece of a mixture of a filling with thermoplastic polymer fibers with a melting point lower than the melting point / destruction of the filling material, in which the proportion of thermoplastic polymer fibers is not less than 50% by weight, forming a fleece from this fleece by needling a non-woven fabric, arranging a bundle of layers from the formed non-woven fabric and pressing the layers of the non-woven fabric in a hydraulic press at a temperature lower than the melting point / destruction of the filling material and higher than or equal to the melting point of thermoplastic polymer fibers, within no more than 15 minutes under a pressure of not more than 1 MPa, up to a thickness of not more than 1 cm, according to the invention, the non-woven fabric is formed from a fleece made of a mixture of short fibers or a jersey with thermoplastic polymer fibers, with the fiber layers between the layers Before the nonwoven fabric is pressed, uniform layers of straw are placed with the destruction temperature higher than the melting point of the thermoplastic polymer fibers, used in a total amount of not more than 30% of the weight of the composite. Preferably viscose fibers are used as filler short fibers, preferably sunflower or wheat straw is used as straw, and preferably poly (lactic acid) or low-melting polyester is used as the thermoplastic polymer of the matrix.

Kompozyt według wynalazku cechuje się małą grubością dużą sztywnością i łatwą konserwacją. Zastosowanie słomy w kompozycie zwiększa absorpcję dźwięku, zaś zastosowanie szarpanki obniża koszt produkcji kompozytu i umożliwia wykorzystanie odpadów tekstylnych czy też powtórne wykorzystanie zużytych wyrobów. Jako materiał dźwiękochłonny znajduje zastosowanie, między innymi, do wewnętrznej obudowy środków transportu i pomieszczeń.The composite according to the invention is characterized by low thickness, high stiffness and easy maintenance. The use of straw in the composite increases sound absorption, while the use of stock lowers the cost of composite production and enables the use of textile waste or the reuse of used products. As a sound-absorbing material, it is used, among others, for the internal housing of means of transport and rooms.

Przedmiot wynalazku ilustrują poniższe przykłady z powołaniem się na rysunek, na którym wykresy 1-3 przedstawiają wyniki badania współczynnika absorpcji dźwięku kompozytów otrzymanych w przykładach I-III.The invention is illustrated by the following examples with reference to the drawing, in which graphs 1-3 show the results of testing the sound absorption coefficient of the composites obtained in Examples 1-3.

P r z y k ł a d I.P r z x l a d I.

Z mieszanki włókien z poli(kwasu mlekowego) (PLA) i włókien wiskozowych standardowych odcinkowych, o udziale włókien PLA równym 90% wagowych, wytworzono runo systemem zgrzeblarkowym, które następnie poddano procesowi igłowania.The blend of poly (lactic acid) (PLA) fibers and standard staple viscose fibers with 90% by weight of PLA fibers was used to produce a fleece with a carding system, which was then needled.

Z otrzymanej w ten sposób włókniny wycięto 8 próbek jednakowej wielkości i ułożono je warstwowo. Pomiędzy warstwy włókniny naniesiono równomierne warstwy słomy słonecznikowej użytej w łącznej ilości 20% masy wszystkich włókien. Powstały pakiet sprasowano w prasie hydraulicznej w czasie 4 minut, w temperaturze 172°C, przy ciśnieniu 0,275 MPa.From the nonwoven fabric obtained in this way, 8 samples of equal size were cut and layered. Between the layers of the non-woven fabric, uniform layers of sunflower straw, used in the total amount of 20% of the weight of all fibers, were applied. The resulting package was pressed in a hydraulic press for 4 minutes, at a temperature of 172 ° C and a pressure of 0.275 MPa.

Otrzymano kompozyt o grubości 4,5 mm. Współczynnik absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu badano na rurze Kundta w zakresie częstotliwości dźwięku 50-6400 Hz. Wyniki badania współczynnika absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu przedstawiono na wykresie 1 (w napisie pod wykresem Vi oznacza włókna wiskozowe, zaś ss słomę słonecznikową).A composite 4.5 mm thick was obtained. The sound absorption coefficient of the obtained composite was tested on a Kundt pipe in the sound frequency range of 50-6400 Hz. The results of the sound absorption coefficient of the obtained composite are shown in diagram 1 (in the inscription under the diagram Vi means viscose fibers, and ss is sunflower straw).

P r z y k ł a d II.P r z x l a d II.

Z otrzymanej w ten sposób włókniny wycięto 8 próbek jednakowej wielkości i ułożono je warstwowo. Pomiędzy warstwy włókniny naniesiono równomierne warstwy słomy pszennej użytej w łącznejFrom the nonwoven fabric obtained in this way, 8 samples of equal size were cut and layered. Between the layers of the non-woven fabric, even layers of wheat straw used in the total were applied

PL 226 278 B1 ilości 20% masy wszystkich włókien. Powstały pakiet sprasowano w prasie hydraulicznej w czasie 4 minuty, w temperaturze 172°C, przy ciśnieniu 0,275 MPa.20% by weight of all fibers. The resulting package was pressed in a hydraulic press for 4 minutes, at a temperature of 172 ° C and a pressure of 0.275 MPa.

Otrzymano kompozyt o grubości 4,1 mm. Współczynnik absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu badano na rurze Kundta w zakresie częstotliwości dźwięku 50-6400 Hz. Wyniki badania współczynnika absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu przedstawiono na wykresie 2 (w napisie pod wykresem sp oznacza słomę pszenną).A composite 4.1 mm thick was obtained. The sound absorption coefficient of the obtained composite was tested on a Kundt pipe in the sound frequency range of 50-6400 Hz. The results of the study of the sound absorption coefficient of the obtained composite are shown in diagram 2 (in the inscription under the diagram sp means wheat straw).

P r z y k ł a d III.P r x l a d III.

Z mieszanki włókien z niskotopliwego poliestru (LMF) i szarpanki, o udziale włókien LMF równym 90% wagowych, wytworzono runo systemem zgrzeblarkowym, które następnie poddano procesowi igłowania. Z otrzymanej w ten sposób włókniny wycięto 8 próbek jednakowej wielkości i ułożono je warstwowo. Pomiędzy warstwy włókniny naniesiono równomierne warstwy słomy słonecznikowej użytej w łącznej ilości 20% masy wszystkich włókien. Powstały pakiet sprasowano w prasie hydraulicznej w czasie 4 minuty, w temperaturze 172°C, przy ciśnieniu 0,275 MPa. Otrzymano kompozyt o grubości 4,5 mm. Współczynnik absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu badano na rurze Kundta w zakresie częstotliwości dźwięku 50-6400 Hz. Wyniki badania współczynnika absorpcji dźwięku otrzymanego kompozytu przedstawiono na wykresie 3 (w napisie pod wykresem SZ oznacza szarpankę).A fleece was made from a mixture of low-melting polyester (LMF) and jerky fibers with a LMF fiber content of 90% by weight with a carding system, which was then subjected to a needling process. From the nonwoven fabric obtained in this way, 8 samples of equal size were cut and layered. Between the layers of the non-woven fabric, uniform layers of sunflower straw, used in the total amount of 20% of the weight of all fibers, were applied. The resulting package was pressed in a hydraulic press for 4 minutes, at a temperature of 172 ° C and a pressure of 0.275 MPa. A composite 4.5 mm thick was obtained. The sound absorption coefficient of the obtained composite was tested on a Kundt pipe in the sound frequency range of 50-6400 Hz. The results of the study of the sound absorption coefficient of the obtained composite are shown in diagram 3 (in the inscription under the diagram, SZ means a jerky).

Claims

Patent claims

1. Sound-absorbing composite on a thermoplastic matrix, consisting of a filling and a matrix binding the filling material, which is a thermoplastic polymer with a melting point lower than the melting point / destruction of the filling material, with a matrix fraction of not less than 50% by weight, with a thickness of not more than 1 cm, characterized in that the filling consists of short fibers or strand, and additionally straw with a destruction temperature higher than the melting point of the thermoplastic polymer, the proportion of which in the composite is not greater than 30% by weight of the composite mass.

2. The sound-absorbing composite according to claim A method according to claim 1, characterized in that, as the short fibers, the filling preferably comprises viscose fibers, and as straw, preferably sunflower or wheat straw, and the thermoplastic polymer of the matrix is preferably poly (lactic acid) or low-melting polyester.

The method of producing a sound-absorbing composite on a thermoplastic matrix, consisting in the production of a fleece from a mixture of filling with thermoplastic polymer fibers with a melting point lower than the melting point / destruction of the filling material, in which the proportion of thermoplastic polymer fibers is not less than 50% by weight, from this fleece, by needling, non-woven fabric, laying a bundle of layers from the formed non-woven fabric and pressing the layers of the non-woven fabric in a hydraulic press at a temperature lower than the melting point / destruction of the filling material and higher than or equal to the melting point of thermoplastic polymer fibers, for a time not longer than 15 minutes under a pressure of not more than 1 MPa, to a thickness of not more than 1 cm, characterized in that the non-woven fabric is formed from a fleece made of a mixture of short fibers or a jersey with thermoplastic polymer fibers, and between the layers of non-woven fabric, before pressing it, si ę even layers of straw with a temperature of destruction higher than the melting point of thermoplastic polymer fibers, used in a total amount of not more than 30% of the weight of the composite.

4. The method according to p. The process according to claim 3, characterized in that viscose fibers are preferably used as filler short fibers, preferably sunflower or wheat straw as straw, and preferably poly (lactic acid) or low-melting polyester as the matrix thermoplastic polymer.