Звукопоглощающий и изолирующий материал и способ его производства
Изобретение относится к звукопоглощающему и изолирующему материалу и способу его производства, более конкретно - к звукопоглощающему и изолирующему материалу, полученному посредством внедрения полиимидного связующего вещества в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, имеющему превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство, которое, таким образом, является применимым к частям, поддерживаемым при высоких температурах - 300°C, а также при комнатной температуре, и имеющему пластичность вследствие использования полиимидного связующего вещества, и к способу его производства. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 5 ил., 6 табл.
Уровень техники
(a) Область техники
Настоящее изобретение относится к звукопоглощающему и изолирующему материалу и способу его производства, более конкретно, к звукопоглощающему и изолирующему материалу, полученному посредством внедрения полиимидного связующего вещества в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, имеющему превосходные звукопоглощающие свойства, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство, которое, таким образом, является применимым к частям, поддерживаемым при высоких температурах 300°C, а также при комнатной температуре, и имеющему пластичность вследствие использования полиимидного связующего вещества, и к способу его производства.
(b) Уровень техники
Шум, как нежелательный побочный эффект промышленного развития, постепенно вызывает все больший вред. Соответственно, были предоставлены различные способы, чтобы предотвращать шум. В качестве способа такого предотвращения шума проводятся различные исследования для разработки новых звукопоглощающих и изолирующих материалов, способных улавливать, поглощать или изолировать звук.
Типичные сектора промышленности, требующие звукопоглощающих и изолирующих материалов, включают в себя электрические приборы, такие как кондиционер воздуха, холодильник, стиральная машина, газонокосилка и т.п., транспорт, такой как автомобиль, судно, самолет и т.п., строительные материалы, такие как стеновой материал, настилочный материал и т.п., и т.д. Звукопоглощающий и изолирующий материал также требуется в различных других промышленных областях. В целом, звукопоглощающие и изолирующие материалы, используемые в отраслях промышленности, требуют, в дополнение к хорошему звукопоглощающему свойству, сниженный вес, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство, в зависимости от их применений. Особенно, огнестойкость и тепловое сопротивление могут дополнительно требоваться для звукопоглощающих и изолирующих материалов, используемых в двигателях, выхлопных системах и т.п., где сохраняется высокая температура 300°C или выше. В настоящее время, арамидное волокно, полиимидное волокно и оксидированное полиакрилонитрильное (окси-PAN) волокно привлекают внимание для звукопоглощающих и изолирующих материалов, имеющих превосходное тепловое сопротивление.
Кроме того, для того, чтобы обеспечивать функциональные возможности, такие как огнестойкость, водонепроницаемость и т.п., для звукопоглощающего и изолирующего материала, были разработаны различные звукопоглощающие материалы, в которых нетканое полотно, содержащее арамидные волокна, и функциональный материал обшивки уложены друг на друга.
Например, корейская патентная публикация № 2007-0033310 раскрывает огнезащитный звукоизолирующий материал, в котором слой нетканого полотна, в котором теплостойкое короткое арамидное волокно и короткое термопластичное полиэфирное волокно перекрываются, и слой материала обшивки, сформированный из нетканого полотна, сформированного посредством влажного холстоформирования, содержащего короткое арамидное волокно, уложены друг на друга.
Кроме того, японская патентная публикация № 2007-0039826 раскрывает водонепроницаемый звукопоглощающий материал, в котором слой нетканого полотна из теплостойкого короткого арамидного волокна или смеси короткого арамидного волокна и короткого термопластичного полиэфирного волокна и слой материала обшивки, обработанный водоотталкивающим средством, уложены друг на друга.
Дополнительно, японская патентная публикация № 2007-0138953 раскрывает теплостойкий звукоизолирующий материал, в котором слой нетканого полотна, состоящий из теплостойкого арамидного волокна, и слой материала обшивки, сформированный из волоконного полотна, содержащего теплостойкое арамидное волокно, уложены друг на друга.
Поскольку звукоизолирующие материалы, описанные выше, имеют структуру, в которой на слой материала обшивки наслоено с одной стороны нетканое полотно, чтобы обеспечивать такую функциональность как огнестойкость, водонепроницаемость и т.п., необходим процесс горячего прессования для объединения слоя нетканого полотна и слоя материала обшивки. Следовательно, весь процесс усложняется и затрудняется, и огнестойкая добавка, водоотталкивающее средство и т.д., включенные в качестве добавок, могут вызывать формирование токсичных газов в результате сгорания во время процесса горячего прессования. Кроме того, деформация внутренней структуры нетканого полотна, которая может происходить во время процесса горячего прессования, может вести к ухудшению звукопоглощающего свойства.
Сущность изобретения
Для того чтобы решать вышеописанную проблему существующего уровня техники, изобретатели настоящего изобретения проводили исследования в течение длительного времени, чтобы разработать новый звукопоглощающий и изолирующий материал, имеющий превосходное звукопоглощающее свойство, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизолирующее свойство и пластичность. В результате, они разработали новый звукопоглощающий и изолирующий материал, в котором полиимидное связующее вещество равномерно распределено и присоединено на поверхность нитей нетканого полотна, имеющую нерегулярные микрополости со сложной трехмерной лабиринтной структурой, и сохраняет трехмерную структуру внутри нетканого полотна, сохраняя микрополости нетканого полотна или дополнительно формируя микрополости, тем самым, улучшая физические свойства нетканого полотна, включающие в себя звукопоглощающее свойство, и предоставляя возможность формовки в желаемую форму во время отверждения связующего вещества.
Соответственно, настоящее изобретение направлено на предоставление звукопоглощающего и изолирующего материала, имеющего превосходное звукоизолирующее свойство, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство и имеющего полиимидное связующее вещество, пропитанное в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна.
Настоящее изобретение также направлено на предоставление способа производства звукопоглощающего и изолирующего материала посредством погружения нетканого полотна, сформированного из теплостойкого волокна, в связующее вещество, содержащее мономер, для полимеризации полиимида и преобразования мономера в полиимид посредством выполнения полимеризации и отверждения.
Настоящее изобретение также направлено на предоставление способа для снижения шума с помощью звукопоглощающего и изолирующего материала в формирующем шум устройстве.
В одном аспекте настоящее изобретение предоставляет звукопоглощающий и изолирующий материал, включающий в себя: нетканое полотно, содержащее 30-100 масс.% теплостойкого волокна; и полиимидное связующее вещество, пропитанное в нетканое полотно и присутствующее в том же слое, что и нетканое полотно, распределяемое и присоединяемое на поверхность нитей нетканого полотна и сохраняющее трехмерную структур внутри нетканого полотна, сохраняя или дополнительно формируя микрополости нетканого полотна.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала, включающий в себя: a) этап погружения нетканого полотна, содержащего 30-100 масс.% теплостойкого волокна в раствор связующего вещества, в котором диспергирована полиамидокислота; b) этап извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна из раствора связующего вещества; и c) этап преобразования полиамидокислоты в полиимид посредством отверждения извлеченного нетканого полотна.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ уменьшения шума формирующего шум устройства, включающий в себя: i) этап проверки трехмерной формы формирующего шум устройства; ii) этап приготовления и формования звукопоглощающего и изолирующего материала так, чтобы соответствовать трехмерной форме устройства частично или полностью; и iii) этап приведения звукопоглощающего и изолирующего материала так, чтобы он прилегал к формирующему шум устройству.
Звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения, в котором полиимидное связующее вещество пропитывается в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, полезен в том, что звукопоглощающий и изолирующий материал имеет превосходное звукопоглощающее свойство, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство и может быть сформирован в трехмерную форму благодаря полиимидному связующему веществу.
Кроме того, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения полезен в том, что процесс горячего прессования для объединения нетканого полотна с материалом обшивки необязателен в отличие от существующего звукопоглощающего и изолирующего материала, имеющего многослойную структуру.
Дополнительно, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения полезен в том, что, если звукопоглощающий и изолирующий материал подготавливается посредством дополнительного включения функциональной добавки в раствор связующего вещества, необязательно наслаивать материал обшивки, чтобы обеспечивать функциональность звукопоглощающему и изолирующему материалу.
Звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения также полезен в том, что, поскольку огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство являются превосходными в дополнение к звукопоглощающему свойству, звукопоглощающий и изолирующий материал не деформируется или изменяет естественные свойства, даже когда используется в формирующем шум устройстве, поддерживаемом при высоких температурах 300°C или больше.
Дополнительно, настоящее изобретение полезно в том, что звукопоглощающий и изолирующий материал может быть отформован в желаемую форму в состоянии, когда полиамидокислота пропитана.
Кроме того, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения полезен в том, что, поскольку используется нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, термическая деформация нетканого полотна вследствие теплоты реакции термического отверждения не происходит, даже когда полиимид из термоотверждающейся смолы используется в качестве связующего вещества.
Соответственно, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения полезен в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала в прикладных задачах, требующих улавливания, поглощения или изоляции звука, включающих в себя электрические приборы, такие как кондиционер воздуха, холодильник, стиральная машина, газонокосилка и т.п., транспорт, такой как автомобиль, судно, самолет и т.п., строительные материалы, такие как стеновой материал, настилочный материал и т.п., и т.д. Звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения полезен в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала для формирующего шум устройства, где сохраняется высокая температура 300°C или больше. В частности, когда звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения используется в автомобиле, он может быть плотно прикреплен к формирующему шум устройству автомобиля, такому как двигатель, выхлопная система и т.п., а также предусматривается на расстоянии от формирующего шум устройства или формируется как часть формирующего шум устройства.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1A-1C показывают изображения электронного микроскопа (x300) нетканого полотна до и после пропитывания связующим веществом. Фиг. 1A - это изображение нетканого полотна до пропитывания связующим веществом, фиг. 1B - это изображение нетканого полотна, в котором 20 весовых частей связующего вещества было пропитано из расчета 100 весовых частей нетканого полотна, и фиг. 1C - это изображение нетканого полотна, в котором 50 весовых частей связующего вещества было пропитано из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
Фиг. 2A-2B схематично показывают пример звукопоглощающего и изолирующего материала, примененного к формирующему шум устройству автомобиля после формования в качестве части. Фиг. 2A - это изображение звукопоглощающего и изолирующего материала, отформованного для использования в автомобильном двигателе, а фиг. 2B показывает пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал применяется в части автомобильного двигателя.
Фиг. 3A-3B схематично показывают пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал применяется к формирующему шум устройству автомобиля с некоторым расстоянием. Фиг. 3A - это изображение звукопоглощающего и изолирующего материала, отформованного для использования в нижней части автомобиля, а фиг. 3B показывает пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал прикреплен к нижней части автомобиля.
Фиг. 4 - это график, сравнивающий звукопоглощающую характеристику звукопоглощающего и изолирующего материала в зависимости от плотности нетканого полотна.
Фиг. 5 - это график, сравнивающий теплоизоляционную характеристику алюминиевой теплоизоляционной пластины с теплоизоляционной характеристикой звукопоглощающего и изолирующего материала настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Настоящее изобретение относится к звукопоглощающему и изолирующему материалу и способу его производства. Звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения имеет превосходное звукопоглощающее свойство, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизоляционное свойство и может формироваться в желаемую трехмерную форму с помощью связующего вещества, которое присутствует в том же слое, что и нетканое полотно из теплостойкого волокна.
В одном аспекте настоящее изобретение предоставляет звукопоглощающий и изолирующий материал, включающий в себя: нетканое полотно, содержащее 30-100 масс.% теплостойкого волокна; и полиимидное связующее вещество, пропитанное в нетканое полотно и присутствующее в том же слое, что и нетканое полотно, распределяемое и присоединяемое на поверхность нитей нетканого полотна и сохраняющее трехмерную структуру внутри нетканого полотна, сохраняя или дополнительно формируя микрополости нетканого полотна.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения теплостойкое волокно может иметь предельный кислородный индекс (LOI) 25% или больше и температуру теплового сопротивления 150°C или больше, в частности, 300°C или больше.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения теплостойкое волокно может быть одним или более выбранным из группы, состоящей из арамидного волокна, оксидированного полиакрилонитрильного (окси-PAN) волокна, полиимидного (PI) волокна, полибензимидазольного (PBI) волокна, полибензоксазольного (PBO) волокна, металлического волокна, углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна, кварцевого волокна и керамического волокна.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения теплостойкое волокно может быть арамидным волокном или оксидированным полиакрилонитрильным (окси-PAN) волокном, имеющим тонкость 1-15 денье и длину нити 20-100 мм.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения нетканое полотно может иметь толщину 3-20 мм и плотность 100-2000 г/м2.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения нетканое полотно может иметь плотность 200-1200 г/м2.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения нетканое полотно может быть пропитано полиимидным связующим веществом, имеющим средневесовой молекулярный вес 10000-200000.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения 1-300 весовых частей полиимидного связующего вещества пропитываются из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения звукопоглощающий и изолирующий материал может быть отформован, чтобы соответствовать трехмерной форме объекта, к которому звукопоглощающий и изолирующий материал применяется.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения звукопоглощающий и изолирующий материал может быть сформирован как один слой или множество слоев.
В другом примерном варианте осуществления настоящего изобретения звукопоглощающий и изолирующий материал может быть использован в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала для автомобиля.
Структура звукопоглощающего и изолирующего материала согласно настоящему изобретению описывается более подробно со ссылкой на фиг. 1A-1C.
Фиг. 1A-1C показывают изображения электронного микроскопа, показывающие трехмерную структуру внутри нетканого полотна до и после пропитывания полиимидным связующим веществом.
Фиг. 1A - это электронно-микроскопическое изображение, показывающее внутреннюю структуру нетканого волокна до пропитывания полиимидным связующим веществом. Может быть видно, что нити теплостойкого волокна пересекают друг друга, чтобы формировать нерегулярные микрополости. Фиг. 1B и фиг. 1C - это изображения электронного микроскопа после пропитывания полиимидного связующего вещества в нетканое полотно. Может быть видно, что связующее вещество тонко и равномерно распределяется и прикрепляется к нитям теплостойкого волокна. Также может быть видно, что содержание связующего вещества на поверхности нити увеличивается, когда содержание связующего вещества увеличивается.
Хотя могут быть различия в зависимости от способа приготовления, волокна случайным образом размещаются трехмерно в нетканом полотне. Соответственно, пористая структура внутри нетканого полотна имеет тенденцию быть очень сложной лабиринтной структурой (лабиринтной системой), в которой регулярно или нерегулярно размещенные волокна трехмерно взаимосвязаны вместо пучка независимых капиллярных трубок. Т.е. нетканое полотно, используемое в настоящем изобретении, имеет нерегулярные микрополости, сформированные, когда нити, сформированные из теплостойкого волокна, свободно пересекают друг друга.
Когда полиимидное связующее вещество пропитывается в нетканое полотно, полиимид тонко и равномерно распределяется и прикрепляется к поверхности нетканого полотна, тем самым, формируя гораздо более тонкие микрополости, чем перед пропитыванием. Формирование тонких микрополостей во внутренней структуре нетканого полотна означает повышенный резонанс шума и, таким образом, улучшенное звукопоглощающее свойство. В частности, поскольку трехмерная сетевая структура полиимида формируется посредством отверждения полиамидокислоты, звукопоглощающее свойство может быть дополнительно улучшено, поскольку внутри нетканого полотна могут быть сформированы более тонкие микрополости.
Соответственно, поскольку нетканое полотно может поддерживать характерную трехмерную форму, поскольку полиимидное связующее вещество равномерно пропитывается в нетканое полотно и, дополнительно, поскольку более тонкие микрополости могут быть сформированы, когда полиамидокислотный преполимер преобразуется в полиимид посредством отверждения, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения имеет существенно улучшенную звукопоглощающую характеристику благодаря максимизированному поглощению шума посредством повышенного резонанса в нетканом полотне.
Как видно из изображений электронного микроскопа на фиг. 1A-1C, в звукопоглощающем и изолирующем материале настоящего изобретения полиимидное связующее вещество равномерно рассеяно и распределено по поверхности нитей теплостойкого волокна, составляющих нетканое полотно.
Далее в данном документе компоненты звукопоглощающего и изолирующего материала согласно настоящему изобретению, имеющие внутреннюю структуру, описанную выше, описываются более подробно.
В настоящем изобретении теплостойкое волокно используется в качестве основного волокна, составляющего нетканое полотно.
Теплостойкое волокно может быть любым волокном, имеющим превосходную прочность и способным выдерживать высокотемпературные и ультравысокотемпературные условия. В частности, теплостойкое волокно может быть волокном, имеющим предельный кислородный индекс (LOI) 25% или больше и температуру теплового сопротивления 150°C или больше. Более конкретно, теплостойкое волокно может быть волокном, имеющим предельный кислородный индекс (LOI) 25-80% и температуру теплового сопротивления 300-30000°C. Более конкретно, теплостойкое волокно может быть волокном, имеющим предельный кислородный индекс (LOI) 25-70% и температуру теплового сопротивления 300-1000°C. И теплостойкое волокно может иметь тонкость 1-15 денье, в частности, 1-6 денье и длину нити 20-100 мм, в частности, 40-80 мм. Если длина нити слишком короткая, связывающая способность нетканого материала может становиться слабой вследствие затруднения в перекрывании нитей во время иглопробивания. А если длина нити слишком длинная, нить может не быть перенесена, как желательно, во время кардочесания, хотя нетканый материал может иметь хорошую связующую способность.
Теплостойкое волокно может быть 'суперволокном', как обычно называется на предшествующем уровне техники. В частности, суперволокно может быть одним или более выбранными из группы, состоящей из арамидного волокна, оксидированного полиакрилонитрильного (окси-PAN) волокна, полиимидного (PI) волокна, полибензимидазольного (PBI) волокна, полибензоксазольного (PBO) волокна, металлического волокна, углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна, кварцевого волокна, керамического волокна и т.п.
В частности, арамидное волокно или оксидированное полиакрилонитрильное (окси-PAN) волокно может использоваться в качестве теплостойкого волокна в настоящем изобретении.
В настоящем изобретении полиимидное связующее вещество пропитывается в нетканое полотно и присутствует на том же слое, что и нетканое полотно, так, чтобы сохранять трехмерную структуру внутри нетканого полотна. "Поддерживать трехмерную структуру внутри нетканого полотна" означает, что связующее вещество пропитывается в нетканое полотно и равномерно распределяется и прикрепляется на поверхность нитей нетканого полотна, тем самым, сохраняя трехмерную структуру внутри нетканого полотна, сохраняя микрополости нетканого полотна или дополнительно формируя микрополости.
В целом, связующее вещество ссылается на материал, используемый для склеивания или связывания двух материалов. Но, в настоящем изобретении, связующее вещество ссылается на материал, пропитанный в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна.
В настоящем изобретении полиимид используется в качестве связующего вещества, пропитанного в нетканое полотно. Общий процесс синтеза полиимида показан в схеме 1. Согласно способу приготовления на схеме 1 полиамидокислота, представленная химической формулой 3, подготавливается посредством полимеризации кислотного диангидридного мономера, представленного химической формулой 1, и диаминового мономера, представленного химической формулой 2. Затем, полиимид, представленный химической формулой 4, может быть приготовлен посредством преобразования полиамидокислоты через имидирование.
[Схема 1]
В схеме 1 X1 - это четырехвалентная группа алифатического или ароматического углеводорода, а X2 - это двухвалентная группа алифатического или ароматического углеводорода.
В схеме 1 X1 - это четырехвалентная группа, полученная из кислотного диангидридного мономера, и конкретными примерами являются следующие:
Дополнительно, в схеме 1, X2 - это двухвалентная группа, полученная из даминового мономера, и конкретными примерами являются следующие:
Полиимид, используемый в качестве связующего вещества в настоящем изобретении, является продуктом отверждения, полученным из имидирования полиамидокислоты. Отвержденный полиимид имеет трехмерную сетчатую структуру. Соответственно, поскольку полиамидокислота во внутренней структуре нетканого полотна отверждается в полиимид, полиимидное связующее вещество самопроизвольно формирует сетчатую структуру и создает дополнительные микрополости. В результате, больше мелких микрополостей формируется внутри нетканого полотна, и звукопоглощающая характеристика может быть дополнительно улучшена.
Кроме того, полиимид является типичным представителем термоотверждающейся смолы и имеет физические и химические свойства полностью отличные от термопластичного теплостойкого волокна, используемого в нетканом полотне, такого как арамидное волокно или оксидированное полиакрилонитрильное (окси-PAN) волокно. По существу, когда термоотверждающееся полиимидное связующее вещество пропитывается в нетканое полотно, сформированное из термопластичного теплостойкого волокна, между ними формируется промежуточный слой вследствие соприкосновения встык из-за различия в характеристиках. В результате, микрополости нетканого полотна остаются открытыми. Т.е., когда полиимид пропитывается в нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, возможно сохранять трехмерную структуру внутри нетканого полотна.
Кроме того, полиимид имеет характеристики, что он является отверждающимся с помощью света, тепла или отверждающего агента, и его форма не деформируется даже при высоких температурах. Соответственно, когда полиимид пропитывает нетканое полотно, форма отформованного нетканого полотна может быть сохранена даже при высоких температурах.
Соответственно, звукопоглощающий и изолирующий материал согласно настоящему изобретению, в котором полиимидное связующее вещество пропитывает нетканое полотно, показывает улучшенную звукопоглощающую характеристику, поскольку трехмерная структура внутри нетканого полотна может быть сохранена, поскольку больше мелких микрополостей формируется или сохраняется внутри нетканого полотна. Кроме того, оно может быть отформовано в желаемую форму, в то время как связующее вещество в нетканом полотне отверждается, и отформованная форма может сохраняться даже при высоких температурах.
Полиимид, используемый в качестве связующего вещества в настоящем изобретении, может быть приготовлен посредством традиционного способа приготовления согласно схеме 1. Настоящее изобретение особо не ограничивается в способе приготовления полиимида.
Общий способ приготовления полиимида согласно схеме 1 описывается подробно.
Сначала, полиамидокислота подготавливается посредством конденсационной полимеризации кислотного диангидридного мономера и диаминового мономера. Конденсационная полимеризация может быть выполнена посредством обычно применяемого способа полимеризации, использующего мономеры, обычно известные в области техники.
Кислотный диангидридный мономер может включать в себя алифатический или ароматический тетракарбоновый диангидрид. В частности, кислотный диангидридный мономер может включать в себя 1,2,3,4-циклобутантетракарбоновый диангидрид, 1,2,3,4-циклопентантетракарбоновый диангидрид, 5-(2,5-диоксотетрагидрофурил)-3-метил-3-циклогексен-1,2-дикарбоновый ангидрид, 4-(2,5-диоксотетрагидрофуран-3-ил)-тетралин-1,2-дикарбоновый ангидрид, бицилооктан-2,3,5,6-тетракарбоновый диангидрид, пиромеллитовый диангидрид, 3,3',4,4'-бифенил-тетракарбоновый диангидрид, 2,2-бис(2,3-дикарбоксифенил)-1,1,1,3,3,3-гексафторпропан диангидрид, 2,2-бис(3,4-дикарбоксифенил)-1,1,1,3,3,3-гексафторопропан диангидрид, 3,3',4,4'-бензофенонтетракарбоновый диангидрид, бис(3,4-дикарбонфенил) эфирный диангидрид, бис (3,4-дикарбоксифенил)сульфон диангидрид и т.п. Кислотный диангидридный мономер может быть использован отдельно или в комбинации из двух или более, и рамки настоящего изобретения не ограничиваются этими мономерами.
Дааминовый мономер может включать в себя алифатический или ароматический диамино состав. В частности, диаминовый мономер может включать в себя м-фенилендиамин, п-фенилендиамин, 3,4'-диаминодифенил эфир, 4,4'-диаминодифенил эфир, 4,4'-диаминодифенилсульфон, 3,3'-диаминодифенилсульфон, 2,2-,bc(4-аминофеноксифенил)пропан, 2,2-бис(4-аминофеноксифенил)-гексафторпропан, 1,3-бис(4-аминофенокси)бензол, 1,4-бис(4-аминофенокси)бензол, 2,4-диаминотолуол, 2,6-диаминотолуол, диаминодифенилметан, 4,4'-диамино-2,2-диметилбифенил, 2,2-бис(трифторметил)-4,4'-диаминобифенил и т.п. Диаминовый мономер может быть использован отдельно или в комбинации из двух или более, и рамки настоящего изобретения не ограничиваются этими мономерами.
Полимеризация для приготовления полиамидокислоты может проводиться при 0-90°C в течение 1-24 часов с помощью обычного органического растворителя. В качестве органического растворителя может быть использован полярный растворитель, такой как m-крезол, N-метил-2-пирролидон, N-этил-2-пирролидон, N,N-диметилацетамид, N,N-диметилформамид, диметилсульфоксид и т.п.
Затем, полиамидокислота преобразуется в полиимид через имидирование. Реакция имидирования может быть выполнена посредством обычно применяемого способа отверждения с помощью света, тепла или отверждающего агента. В частности, реакция отверждения может проводиться посредством термообработки при 150-350°C. Если необходимо, кислотный катализатор, такой как p-толуолсульфоновая кислота, оксибензойная кислота, кротоновая кислота и т.д., или основной катализатор, такой как органический амин, органический азол и т.п., может быть использован в качестве катализатора имидирования, чтобы обеспечивать отверждение.
Полиимид, используемый в качестве связующего вещества в настоящем изобретении, может быть традиционным алифатической или ароматической полиимидной смолой и может иметь средневесовой молекулярный вес, в частности, 10000-200000. Когда средневесовой молекулярный вес полиимидного связующего вещества меньше 10000, свойства полимера могут быть неудовлетворительными. А когда он превышает 200000, пропитывание может быть затруднено, поскольку полиимидное связующее вещество не растворяется хорошо в растворителе.
Кроме того, различные добавки, например, огнестойкая добавка, улучшитель теплового сопротивления, водоотталкивающее средство и т.д., могут быть использованы, чтобы обеспечивать функциональные возможности для звукопоглощающего и изолирующего материала. Поскольку добавка включается в раствор связующего вещества, дополнительный материал обшивки для предоставления функциональных возможностей звукопоглощающему и изолирующему материалу не нужен.
Огнестойкая добавка может быть меламином, фосфатом, гидроокисью металла и т.п. В частности, один или более, выбранных из группы, состоящей из меламина, меламинового производного циануровой кислоты, меламинполифосфата, фосфазена, аммонийполифосфата и т.п., может быть использован в качестве огнестойкой добавки. Более конкретно, огнестойкая добавка может быть меламином, который может улучшать огнестойкость и тепловое сопротивление в одно и то же время.
Улучшитель теплового сопротивления может быть окисью алюминия, окисью кремния, слюдой, глиной, стекольной мукой, стекловолокном, металлической пудрой и т.п.
Одно или более водоотталкивающих средств на основе фтора могут быть использованы в качестве водоотталкивающего средства.
Кроме того, добавки, обычно используемые в области техники, могут быть выбраны и использованы в зависимости от целей.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала, включающий в себя: a) этап погружения нетканого полотна, содержащего 30-100 масс.% теплостойкого волокна, в раствор связующего вещества, в котором диспергирована полиамидокислота; b) этап извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна из раствора связующего вещества; и c) этап преобразования полиамидокислоты в полиимид посредством отверждения извлеченного нетканого полотна.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения способ может дополнительно включать в себя, после этапа b) извлечения нетканого полотна, b-1) этап формования пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна в желаемую форму.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения этап b) извлечения нетканого полотна может включать в себя процесс извлечения и сжатия пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна с давлением 1-20 кгс/см2, процесс извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна и испарения растворителя посредством нагрева при 70-200°C или процесс извлечения и сжатия пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна и испарения растворителя в вышеописанных условиях.
В примерном варианте осуществления настоящего изобретения этап c) преобразования полиамидокислоты в полиимид может включать в себя процесс отверждения для преобразования полиамидокислоты в полиимид через имидирование при 150-350°C.
Далее в данном документе этапы способа производства звукопоглощающего и изолирующего материала согласно настоящему изобретению описываются подробно.
На этапе a) нетканое полотно, сформированное из теплостойкого волокна, погружается в раствор связующего вещества.
В настоящем изобретении нетканое полотно погружается в раствор связующего вещества с тем, чтобы улучшать звукопоглощающую и звукоизолирующую характеристику и предоставлять возможность формования звукопоглощающего и изолирующего материала в желаемую форму.
В растворе связующего вещества, в который нетканое полотно погружается, диспергирована полиамидокислота, которая является прекурсором для полиимида. Т.е. в растворе связующего вещества диспергирована полиамидокислота, полученная из полимеризации кислотного дианхлоридного мономера и диаминового мономера. Мономеры, обычные добавки и растворитель, используемый в полимеризации полиамидокислоты, являются такими же, что и описанные выше.
В настоящем изобретении степень пропитывания в нетканое полотно может контролироваться с помощью концентрации раствора связующего вещества. Концентрация раствора связующего вещества может быть, в частности, 1-60 масс.%, более конкретно, 5-30 масс.% из расчета содержания полиамидокислоты. Когда концентрация раствора связующего вещества является слишком низкой, результат, ожидаемый посредством настоящего изобретения, не может быть достигнут, поскольку количество связующего вещества, пропитанного в нетканое полотно, является малым. Когда концентрация раствора связующего вещества является слишком высокой, нетканому полотну становится слишком трудно функционировать в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала.
Раствор связующего вещества, в котором полиамидокислота диспергирована, может содержать одну или более обычно используемых добавок, выбранных из группы, состоящей из огнестойкой добавки, улучшителя теплового сопротивления и водоотталкивающего средства и т.п. Количество таких добавок может регулироваться соответственно в зависимости от целей. Когда количество добавки слишком мало, желаемый эффект добавки может не быть достигнут. А избыточное количество может быть экономически неблагоприятным и вызывать нежелательные побочные эффекты.
На этапе b) пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно извлекается из раствора связующего вещества.
В настоящем изобретении этап извлечения нетканого полотна включает в себя процесс извлечения нетканого полотна, погруженного в раствор связующего вещества, и удаления растворителя. Этот процесс может выполняться при применении соответствующего нагрева и давления. В частности, этап извлечения нетканого полотна может включать в себя процесс извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна и управления содержанием связующего вещества в нетканом полотне посредством сжатия с давлением 1-20 кгс/см2. Также, этап извлечения нетканого полотна может включать в себя процесс извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна и испарения растворителя посредством нагрева при 70-200°C. Кроме того, этап извлечения нетканого полотна может включать в себя процесс извлечения и сжатия пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна с давлением 1-20 кгс/см2 и затем испарения растворителя посредством нагрева при 70-200°C.
Содержание связующего вещества, включенного в нетканое полотно, извлеченное из раствора связующего вещества, является важным фактором, определяющим размер, форму и распределение микрополостей внутри звукопоглощающего и изолирующего материала. Соответственно, звукопоглощающее свойство и механическое свойство звукопоглощающего и изолирующего материала может контролироваться с его помощью. Окончательное содержание полиимидного связующего вещества, включенного в звукопоглощающий и изолирующий материал согласно настоящему изобретению, может контролироваться, чтобы быть 1-300 весовыми частями, более конкретно, 30-150 весовыми частями, из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
На этапе c) полиамидокислота преобразуется в полиимид.
В частности, на этапе c), полиамидокислота, включенная в извлеченное нетканое полотно, преобразуется в полиимид через отверждение. Процесс отверждения для преобразования в полиимид может быть выполнен с помощью света, тепла или отверждающего агента, и условия для процесса преобразования полиамидокислоты в полиимид хорошо известны в области техники. Когда преобразование в полиимид выполняется через термическое отверждение, оно может выполняться при 150-350°C в течение от 30 минут до 3 часов.
После этапа c) может быть подтверждено из изображения электронного микроскопа, что полиимид равномерно распределен и прикреплен к поверхности нитей нетканого полотна. Полиимид, пропитанный в нетканое полотно, имеет средневесовой молекулярный вес 10000-200000 г/моль.
В настоящем изобретении способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала может дополнительно включать в себя, после этапа b) извлечения нетканого полотна, b-1) этап формования нетканого полотна в звукопоглощающий и изолирующий материал желаемой формы.
В частности, способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала, включающий в себя этап b-1), может включать в себя: a) этап погружения нетканого полотна, содержащего 30-100 масс.% теплостойкого волокна в растворе связующего вещества, в котором диспергирована полиамидокислота; b) этап извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна из раствора связующего вещества; b-1) этап формования нетканого полотна в желаемую форму; и c) этап преобразования полиамидокислоты в полиимид посредством отверждения извлеченного нетканого полотна.
Этап b-1) формования может быть выполнен посредством тепловой обработки при высокой температуре. Процесс формования при высокой температуре, который также учитывает реакцию отверждения термоотверждающегося связующего вещества, выполняется при 150-350°C, более предпочтительно при 200-300°C.
Способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала может дополнительно включать в себя, перед этапом a), a-1) этап формирования нетканого полотна посредством иглопробивного процесса с использованием теплостойкого волокна. Например, на этапе a-1), арамидное нетканое полотно, имеющее толщину 3-20 мм, может быть сформировано посредством процесса иглопробивания теплостойкого арамидного волокна, имеющего тонкость 1-15 денье.
Например, способ производства звукопоглощающего и изолирующего материала согласно настоящему изобретению, включающий в себя этап a-1), может включать в себя: a-1) этап формирования нетканого полотна посредством процесса иглопробивания с помощью теплостойкого волокна; a) этап погружения нетканого полотна, содержащего 30-100 масс.% теплостойкого волокна, в раствор связующего вещества, в котором диспергирована полиамидокислота; b) этап извлечения пропитанного полиамидокислотой нетканого полотна из раствора связующего вещества; b-1) этап формования нетканого полотна в желаемую форму; и c) этап преобразования полиамидокислоты в полиимид посредством отверждения извлеченного нетканого полотна.
Этап a-1) формирования нетканого полотна включает в себя процесс иглопробивания с помощью теплостойкого волокна. Звукопоглощающее свойство может изменяться в зависимости от толщины и плотности нетканого полотна. Ожидается, что звукопоглощающее свойство будет улучшаться, когда толщина и плотность нетканого полотна увеличиваются.
Нетканое полотно, используемое в настоящем изобретении, может иметь толщину 3-20 мм, когда учитывается промышленная область, где звукопоглощающий и изолирующий материал используется. Когда толщина нетканого полотна меньше 3 мм, прочность и пластичность звукопоглощающего и изолирующего материала могут быть неудовлетворительными. Когда толщина превышает 20 мм, производительность может снижаться, а стоимость производства может увеличиваться. Дополнительно, плотность нетканого полотна может составлять 100-2000 г/м2, предпочтительно 200-1200 г/м2, более предпочтительно 300-800 г/м2, когда учитывается производительность и стоимость.
Нетканое полотно формируется посредством укладывания друг на друга нетканого материала 30-100 г/м2, сформированного посредством кардочесания от 2 до 12 складок и непрерывного выполнения предварительного иглопрокалывания вверх-вниз, тем самым, формируя физические перемычки, которые обеспечивают необходимую толщину, связующую способность и другие желаемые физические свойства. Игла, необходимая, чтобы выполнять прокалывание, может быть иглой стреловидного типа, имеющей рабочее лезвие 0,5-3 мм и длину иглы (расстояние от рукоятки снаружи до точки) 70-120 мм. Предпочтительно, шаг иглы может составлять 30-350 раз/м2.
Более предпочтительно, тонкость нити для нетканого полотна может составлять 1,5-8,0 денье, толщина слоя начеса может составлять 6-13 мм, шаг иглы может составлять 120-250 раз/м2, а плотность нетканого полотна может составлять 300-800 г/м2.
Внутренняя структура звукопоглощающего и изолирующего материала, изготовленного способом, описанным выше, может быть подтверждена с помощью электронного микроскопа. Когда наблюдается с помощью электронного микроскопа, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения имеет микрополости размером 1-100 мкм, распределенные внутри него. Микрополости распределены регулярно или нерегулярно с промежутком 0,1-500 мкм.
В другом аспекте настоящее изобретение предоставляет способ уменьшения шума формирующего шум устройства, включающий в себя: i) проверку трехмерной формы формирующего шум устройства; ii) приготовление и формование звукопоглощающего и изолирующего материала так, чтобы соответствовать трехмерной форме устройства частично или полностью; и iii) приведение звукопоглощающего и изолирующего материала так, чтобы он прилегал к формирующему шум устройству.
Устройство ссылается на формирующее шум устройство, включающее в себя мотор, двигатель, выхлопную систему и т.п. Однако, рамки устройства никогда не ограничиваются мотором, двигателем и выхлопной системой. Звукопоглощающий и изолирующий материал может быть изготовлен, чтобы соответствовать трехмерной форме устройства частично или полностью. Поскольку звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения является формуемым во время отверждения связующего вещества, звукопоглощающий и изолирующий материал может быть отформован, чтобы соответствовать трехмерной форме устройства частично или полностью.
Выражение "прилегающий" означает близкое присоединение звукопоглощающего и изолирующего материала к формирующему шум устройству, обеспечение его интервалом от формирующего шум устройства или формование его как части формирующего шум устройства. Выражение "прилегающий" также включает в себя установку звукопоглощающего и изолирующего материала к детали, соединенной с формирующим шум устройством (например, другому звукопоглощающему и изолирующему материалу).
Фиг. 2A-2B и фиг. 3 схематично показывают характерные примеры, в которых звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения применяется к формирующему шум устройству автомобиля.
Фиг. 2A-2B схематично показывают пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал формуется как часть и применяется к формирующему шум устройству автомобиля. Фиг. 2A - это изображение звукопоглощающего и изолирующего материала, отформованного для использования в автомобильном двигателе, а фиг. 2B показывает пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал применяется в части автомобильного двигателя.
Фиг. 3A-3B схематично показывают пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал применяется к формирующему шум устройству автомобиля. Фиг. 3A - это изображение звукопоглощающего и изолирующего материала, отформованного для использования в нижней части автомобиля, а фиг. 3B показывает пример, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал прикреплен к нижней части автомобиля.
Как описано выше, звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения, в который полиимидное связующее вещество пропитано, чтобы сохранять трехмерную структуру внутри нетканого полотна, имеет превосходное звукопоглощающее свойство, огнестойкость, тепловое сопротивление и теплоизолирующее свойство. Соответственно, он может показывать желаемую звукопоглощающую характеристику, когда непосредственно применяется к формирующему шум устройству, поддерживаемому при высоких температурах 200°C или выше, не говоря уже о комнатной температуре, без деформации.
Примеры
Далее в данном документе настоящее изобретение описывается более подробно посредством примеров. Однако, рамки настоящего изобретения не ограничиваются примерами.
[Примеры] Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала
Пример 1. Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала с помощью пропитанного полиимидной смолой арамидного нетканого полотна
Короткое арамидное волокно, имеющее предельный кислородный индекс (LOI) 40% и температуру теплового сопротивления 300°C, было продуто воздухом и сформировано в полотно 30 г/м2 посредством кардочесания. Полотно было уложено посредством наложения 10 складок на транспортерной ленте, работающей со скоростью 5 м/мин, с помощью горизонтального оберточного устройства. Арамидное нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, было приготовлено посредством непрерывного выполнения прокалывания иглой вверх-вниз, прокалывания иглой вниз-вверх и прокалывания иглой вверх-вниз с шагом иглы 150 раз/м2.
Приготовленное нетканое полотно было погружено в раствор связующего вещества. Раствор связующего вещества был раствором, в котором полиамидокислотный преполимер, полимеризированный из пиромеллитового диангидрида и 4,4-оксидианилина, диспергирован в N-метил-2-пирролидон растворителе с концентрацией 15 масс.% из расчета содержания полиамидокислоты.
Нетканое полотно было изъято из раствора связующего вещества и сжато с помощью валика с давлением 8 кгс/см2. В результате было получено пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно, имеющее плотность 1500 г/м2.
Пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно было отформовано в желаемую форму посредством отверждения при 200°C в течение 2 минут. Затем, звукопоглощающий и изолирующий материал, в котором полиимид, представленный химической формулой 5, пропитан в арамидное нетканое полотно, был приготовлен посредством имидирования полиамидокислоты при 300°C.
[Химическая формула 5]
Полиимид, представленный химической формулой 5, пропитанный в нетканое полотно, имеет средневесовой молекулярный вес 20000 г/моль, и окончательное содержание полиимида было 50 весовых частей из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
Сравнительный пример 1. Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала с помощью арамидного нетканого полотна
Арамидное нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, было приготовлено посредством иглопробивания, как описано в примере 1, для использования в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала.
Сравнительный пример 2. Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала с помощью покрытого полиимидной смолой арамидного нетканого полотна
Арамидное нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, было приготовлено посредством иглопробивания, как описано в примере 1. Раствор, содержащий полиимидную смолу, был нанесен на поверхность нетканого полотна, и звукопоглощающий и изолирующий материал был приготовлен посредством сушки и формования нетканого полотна при 150°C. Количество покрытия было 50 весовых частей из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
Сравнительный пример 3. Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала с помощью пропитанного термопластичной смолой арамидного нетканого полотна
Арамидное нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, было приготовлено посредством иглопробивания, как описано в примере 1. Нетканое полотно было погружено в раствор связующего вещества, высушено и затем отформовано для использования в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала.
Раствор связующего вещества был раствором термопластичной смолы, содержащим 10 масс.% полиэтиленовой (PE) смолы, 10 масс.% меламинового производного циануровой кислоты и 80 масс.% диметилкарбоната (DMC).
Сравнительный пример 4. Приготовление звукопоглощающего и изолирующего материала с помощью пропитанного полиимидной смолой PET нетканого полотна
Полиэтилентерфталатное (PET) нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, было приготовлено посредством иглопробивания, как описано в примере 1. Нетканое полотно было погружено в раствор связующего вещества, высушено и затем отформовано для использования в качестве звукопоглощающего и изолирующего материала.
PET-нетканое полотно, приготовленное в сравнительном примере 4, было термически деформировано вследствие теплоты реакции, сформированной во время сформированной полиимида, и не может быть отформовано в желаемую форму, поскольку оно было полностью термически деформировано во время процессов сушки и термического формования.
[Тестовые примеры]
<Оценка физических свойств звукопоглощающих и изолирующих материалов>
Физические свойства звукопоглощающих и изолирующих материалов были измерены и сравнены следующим образом.
1. Оценка теплового сопротивления
Чтобы оценить тепловое сопротивление, звукопоглощающий и изолирующий материал был выдержан в печи при 300°C в течение 300 часов. После хранения в стандартном состоянии (температура 23±2 °C, 50±5% относительной влажности) в течение, по меньшей мере, 1 часа, внешний вид был внимательно осмотрен, и прочность на разрыв была измерена. Было визуально осмотрено, были ли сжатие или деформация, отслаивание поверхности, взбивание и растрескивание. Прочность на разрыв была измерена с помощью гиревого типа № 1 для случайно выбранных пяти листов тестовых образцов со скоростью 200 мм/мин при стандартном условии.
2. Оценка термического цикла
Прочность звукопоглощающего и изолирующего материала была оценена посредством способа испытания термического цикла. Прочность была определена после выполнения пяти циклов при следующих условиях.
1) Условие одного цикла
Комнатная температура → высокая температура (150°C х 3 ч) → комнатная температура → низкая температура (-30°C х 3 ч) → комнатная температура → влажное условие (50°C х 95% отн.вл.).
2) Стандарт оценки прочности
После испытания термическим циклом изменение во внешнем виде было осмотрено. Например, повреждение поверхности, разбухание, разрушение и обесцвечивание были осмотрены. Если не было изменения во внешнем виде, звукопоглощающий и изолирующий материал был оценен как "без нарушения".
3. Оценка огнестойкости
Огнестойкость звукопоглощающего и изолирующего материала была измерена согласно способу испытания возгораемости ISO 3795.
4. Оценка невоспламеняемости
Невоспламеняемость звукопоглощающего и изолирующего материала была измерена согласно тесту вертикального обжига UL94.
5. Оценка звукопоглощающего свойства
Звукопоглощающее свойство звукопоглощающего и изолирующего материала было измерено согласно способу ISO 354.
6. Оценка воздухопроницаемости
1) Способ оценки
Тестовый образец был установлен на Фрейзер-тестер, и объем воздуха, протекающего через образец вертикально, был измерен. Площадь тестового образца, через который проходил воздух, была 5 см2, а приложенное давление было установлено в 125 паскалей (Па).
Тестовый пример 1. Сравнение свойств звукопоглощающих и изолирующих материалов в зависимости от теплостойких волокон
В тестовом примере 1 физические свойства звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных с различными нитями теплостойких волокон, были сравнены. Нетканые полотна, имеющие плотность 300 г/м2 и толщину 6 мм, были приготовлены посредством иглопробивания, как описано в примере 1, с помощью волоконных нитей, описанных в таблице 1. Затем, звукопоглощающие и изолирующие материалы были приготовлены посредством погружения нетканых полотен в растворы связующего вещества, в которых полиамидокислота была диспергирована, и выполнения имидирования после извлечения их из растворов связующего вещества.
Физические свойства приготовленных звукопоглощающих и изолирующих материалов были измерены, как описано выше. Результат измерения свойств звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных с помощью различных теплостойких волокон, показан в таблице 2.
| Таблица 1 | ||||||
| Нить 1 | Нить 2 | Нить 3 | Нить 4 | Нить 5 | ||
| Нити | Материал нити | Арамид | PI | PBI | PBO | окси-PAN |
| Предельный кислородный индекс | 40 | 50 | 40 | 60 | 65 | |
| Температура теплового сопротивления (°C х 1 ч) |
300 | 300 | 300 | 300 | 300 | |
| Тепловое сопротивление | Внешний вид | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения |
| Прочность на разрыв (кгс/см2) | 200 | 220 | 200 | 210 | 210 | |
| Термический цикл | Внешний вид | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения | Без нарушения |
| Огнестойкость | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий | |
| Невоспламеняемость | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый |
| Таблица 2 | |||||
| Частота (Гц) | Коэффициент звукопоглощения | ||||
| Нить 1 (арамид) | Нить 2 (PI) | Нить 3 (PBI) | Нить 4 (PBO) | Нить 5 (окси-PAN) | |
| 400 | 0,08 | 0,06 | 0,07 | 0,08 | 0,08 |
| 500 | 0,10 | 0,08 | 0,08 | 0,10 | 0,09 |
| 630 | 0,16 | 0,15 | 0,14 | 0,14 | 0,13 |
| 800 | 0,23 | 0,20 | 0,22 | 0,21 | 0,22 |
| 1000 | 0,35 | 0,29 | 0,30 | 0,34 | 0,35 |
| 1250 | 0,44 | 0,39 | 0,33 | 0,40 | 0,45 |
| 1600 | 0,59 | 0,50 | 0,49 | 0,53 | 0,57 |
| 2000 | 0,70 | 0,69 | 0,70 | 0,69 | 0,68 |
| 2500 | 0,79 | 0,75 | 0,77 | 0,74 | 0,80 |
| 3150 | 0,83 | 0,80 | 0,82 | 0,84 | 0,85 |
| 4000 | 0,86 | 0,82 | 0,85 | 0,87 | 0,88 |
| 5000 | 0,99 | 0,89 | 0,92 | 0,91 | 0,92 |
| 6300 | 0,98 | 0,93 | 0,94 | 0,94 | 0,98 |
| 8000 | 0,99 | 0,98 | 0,98 | 0,98 | 0,89 |
| 10000 | 0,98 | 0,98 | 0,99 | 0,98 | 0,99 |
Как видно из таблицы 1 и таблицы 2, все звукопоглощающие и изолирующие материалы, приготовленные с помощью теплостойких волокон, имеющие предельный кислородный индекс 25% или больше и температуру теплового сопротивления 150°C или больше, как представлено посредством настоящего изобретения, показали удовлетворительное тепловое сопротивление, прочность, огнестойкость, невоспламеняемость и звукопоглощающее свойство. Соответственно, было подтверждено, что обычные теплостойкие волокна, известные как суперволокно, могут быть использованы в качестве материала нетканого полотна звукопоглощающего и изолирующего материала согласно настоящему изобретению.
Тестовый пример 2. Сравнение свойств звукопоглощающих и изолирующих материалов в зависимости от плотности нетканого полотна
В тестовом примере 2 пропитанные полиимидом звукопоглощающие и изолирующие материалы были приготовлены тем же образом, что и в примере 1, с помощью нетканых полотен, имеющих различные плотности. Звукопоглощающая характеристика приготовленных звукопоглощающих и изолирующих материалов показана на фиг. 4.
Как видно из фиг. 4, звукопоглощающая характеристика звукопоглощающего и изолирующего материала была превосходной, когда нетканое полотно, имеющее плотность 600 г/м2 было использовано, чем когда нетканое полотно, имеющее плотность 300 г/м2, было использовано.
Тестовый пример 3. Оценка физических свойств звукопоглощающих и изолирующих материалов
В тестовом примере 3 свойства звукопоглощающих и изолирующих материалов в зависимости от способа, посредством которого связующее вещество было применено к нетканому полотну, сформированному из теплостойкого волокна, были сравнены.
Т.е., коэффициент звукопоглощения звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных посредством пропитывания (пример 1) и покрытия (сравнительный пример 2) полиимидным (PI) связующим веществом в арамидное нетканое полотно, был сравнен. Результат измерения коэффициента звукопоглощения звукопоглощающего и изолирующего материала, сформированного из арамидного нетканого полотна (сравнительный пример 1), звукопоглощающего и изолирующего материала, сформированного из арамидного нетканого полотна, на которое PI был нанесен (сравнительный пример 2), и звукопоглощающего и изолирующего материала, сформированного из арамидного нетканого полотна, в которое PI был пропитан (пример 1), показан в таблице 3.
| Таблица 3 | |||
| Частота (Гц) | Коэффициент звукопоглощения | ||
| Сравнительный пример 1 (нетканое полотно) | Сравнительный пример 2 (PI-покрытое нетканое полотно) |
Пример 1 (PI-пропитанное нетканое полотно) |
|
| 400 | 0,01 | 0,01 | 0,04 |
| 500 | 0,03 | 0,03 | 0,08 |
| 630 | 0,12 | 0,06 | 0,16 |
| 800 | 0,16 | 0,09 | 0,23 |
| 1000 | 0,26 | 0,22 | 0,34 |
| 1250 | 0,32 | 0,19 | 0,38 |
| 1600 | 0,39 | 0,27 | 0,52 |
| 2000 | 0,48 | 0,29 | 0,66 |
| 2500 | 0,64 | 0,44 | 0,78 |
| 3150 | 0,63 | 0,50 | 0,82 |
| 4000 | 0,72 | 0,70 | 0,86 |
| 5000 | 0,80 | 0,77 | 0,89 |
| 6300 | 0,78 | 0,79 | 0,98 |
| 8000 | 0,89 | 0,89 | 0,98 |
| 10000 | 0,90 | 0,96 | 0,98 |
Как видно из таблицы 3, звукопоглощающий и изолирующий материал из примера 1 согласно настоящему изобретению показал превосходный коэффициент звукопоглощения во всех частотных диапазонах по сравнению со звукопоглощающим и изолирующим материалом сравнительного примера 1, в котором нетканое полотно, несодержащее PI, было использовано. В отличие от этого, звукопоглощающий и изолирующий материал сравнительного примера 2, в котором PI-покрытое нетканое полотно было использовано, показал более низкий коэффициент звукопоглощения, чем нетканое полотно (сравнительный пример 1) в частотном диапазоне 400-5000 Гц.
Тестовый пример 4. Оценка теплоизоляционной характеристики звукопоглощающих и изолирующих материалов
В тестовом примере 4 теплоизоляционная характеристика звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных в примере 1 (PI-пропитанное арамидное нетканое полотно), сравнительном примере 1 (арамидное нетканое полотно) и сравнительном примере 3 (PI-пропитанное арамидное нетканое полотно), была оценена. После применения тепла 1000°C с одной стороны образца 25-мм толщиной каждого звукопоглощающего и изолирующего материала в течение 5 минут температура была измерена на противоположной стороне образца.
Температура, измеренная на противоположной стороне звукопоглощающего и изолирующего материала, была 250°C для звукопоглощающего и изолирующего материала из примера 1 и 350°C для звукопоглощающего и изолирующего материала из сравнительного примера 1. Соответственно, было подтверждено, что звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения, в котором термоотверждаемая смола была пропитана, показывает улучшенную теплоизоляционную характеристику. В отличие от этого, пропитанный термопластичной смолой звукопоглощающий и изолирующий материал из сравнительного примера 3 расплавился и деформировался, как только было применено тепло 1000°C.
Соответственно, может быть видно, что звукопоглощающий и изолирующий материал настоящего изобретения имеет самое превосходное теплоизоляционное свойство.
Тестовый пример 5. Сравнение теплоизоляционной характеристики с алюминиевой теплоизоляционной пластиной
В тестовом примере 5 теплоизоляционная характеристика звукопоглощающего и изолирующего материала из примера 1 была сравнена с теплоизоляционной характеристикой алюминиевой теплоизоляционной пластины. Во время применения такого же тепла с одной стороны звукопоглощающего и изолирующего материала и теплоизоляционной пластины при 250°C температура на противоположной стороне была измерена со временем. Результат показан на фиг. 5.
Как видно из фиг. 5, звукопоглощающий и изолирующий материал согласно настоящему изобретению показал улучшенную теплоизоляционную характеристику с температурой теплового сопротивления, по меньшей мере, на 11°C ниже по сравнению с алюминиевой теплоизоляционной пластиной.
Тестовый пример 6. Сравнение свойств звукопоглощающего и изолирующего материала в зависимости от содержания связующего вещества
Звукопоглощающие и изолирующие материалы были приготовлены тем же образом, что и в примере 1. Нетканое полотно, изъятое из раствора связующего вещества, было сжато и высушено, чтобы иметь различные окончательные содержания связующего вещества. Содержание связующего вещества было представлено как весовые части связующего вещества, содержащегося в звукопоглощающем и изолирующем материале, из расчета 100 весовых частей высушенного нетканого полотна.
Результат сравнения механических свойств и коэффициента звукопоглощения звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных с различными содержаниями связующего вещества, показан в таблице 4 и таблице 5.
| Таблица 4 | |||||
| Физические свойства звукопоглощающих и изолирующих материалов с различными содержаниями PI-связующего вещества | |||||
| Содержание связующего вещества (весовые части) | 0 | 10 | 50 | 100 | 200 |
| Воздухопроницаемость (мл/см2·с) | 500 | 370 | 350 | 320 | 210 |
| Прочность на разрыв (кг/см2) | 40 | 65 | 220 | 260 | 340 |
| Невоспламеняемость | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый |
| Таблица 5 | |||||
| Частота (Гц) | Коэффициент звукопоглощения звукопоглощающих и изолирующих материалов с различными содержаниями PI-связующего вещества |
||||
| 0 весовых частей | 10 весовых частей | 50 весовых частей | 100 весовых частей | 200 весовых частей | |
| 400 | 0,01 | 0,01 | 0,08 | 0,06 | 0,02 |
| 500 | 0,03 | 0,04 | 0,10 | 0,09 | 0,04 |
| 630 | 0,12 | 0,14 | 0,16 | 0,15 | 0,09 |
| 800 | 0,16 | 0,17 | 0,22 | 0,25 | 0,11 |
| 1000 | 0,26 | 0,26 | 0,35 | 0,29 | 0,14 |
| 1250 | 0,32 | 0,34 | 0,43 | 0,41 | 0,16 |
| 1600 | 0,39 | 0,40 | 0,58 | 0,54 | 0,23 |
| 2000 | 0,48 | 0,51 | 0,70 | 0,58 | 0,38 |
| 2500 | 0,64 | 0,68 | 0,79 | 0,67 | 0,43 |
| 3150 | 0,63 | 0,69 | 0,80 | 0,71 | 0,53 |
| 4000 | 0,72 | 0,77 | 0,86 | 0,75 | 0,53 |
| 5000 | 0,80 | 0,83 | 0,99 | 0,79 | 0,57 |
| 6300 | 0,78 | 0,88 | 0,98 | 0,80 | 0,63 |
| 8000 | 0,89 | 0,91 | 0,99 | 0,92 | 0,73 |
| 10000 | 0,90 | 0,92 | 0,98 | 0,92 | 0,80 |
Как видно из таблицы 4 и таблицы 5, коэффициент звукопоглощения был улучшен, когда полиимидное связующее вещество было пропитано в нетканое полотно, по сравнению с тем, когда нетканое полотно не пропитано полиимидным связующим веществом. Также, было подтверждено, что коэффициент звукопоглощения звукопоглощающего и изолирующего материала может контролироваться с помощью содержания полиимидного связующего вещества.
Тестовый пример 7. Сравнение свойств звукопоглощающего и изолирующего материала в зависимости от связующих веществ
Звукопоглощающие и изолирующие материалы, в которых 50 весовых частей связующего вещества были пропитаны из расчета 100 весовых частей арамидного нетканого полотна, были приготовлены тем же образом, что и в примере 1. Смолы, описанные в таблице 6, были использованы в качестве связующего вещества.
Результат сравнения механических свойств и коэффициента звукопоглощения звукопоглощающих и изолирующих материалов, приготовленных с различными связующими веществами, показан в таблице 6.
| Таблица 6 | |||||
| Физические свойства звукопоглощающих и изолирующих материалов с различными связующими веществами | |||||
| Смола связующего вещества | Эпоксидная смола | Фенольная смола | Карбамидная смола | Меламиновая смола | Полиуретановая смола |
| Температура теплового сопротивления (°C х 1 ч) | 300 | 260 | 190 | 300 | 200 |
| Прочность на разрыв (кг/см2) | 200 | 165 | 180 | 180 | 170 |
| Огнестойкость | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий | Самозатухающий |
| Невоспламеняемость | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый | Невоспламеняемый |
1. Звукопоглощающий и изолирующий материал, содержащий:
нетканое полотно, содержащее 30-100 мас.% теплостойкого волокна, имеющего тонкость 1-15 денье; и
полиимидное связующее вещество, которым пропитано нетканое полотно и присутствующее в том же слое, что и нетканое полотно, распределенное и прикрепленное к поверхности нитей нетканого полотна, и сохраняющее трехмерную структуру внутри нетканого полотна путем поддержания или дополнительного формирования микрополостей в нетканом полотне.
2. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором теплостойкое волокно имеет предельный кислородный индекс (LOI) 25% или больше и температуру теплового сопротивления 150°C или больше.
3. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.2, в котором теплостойкое волокно является одним или более выбранным из группы, состоящей из арамидного волокна, оксидированного полиакрилонитрильного (окси-PAN) волокна, полиимидного (PI) волокна, полибензимидазольного (PBI) волокна, полибензоксазольного (PBO) волокна, металлического волокна, углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна, кварцевого волокна и керамического волокна.
4. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.3, в котором теплостойкое волокно является арамидным волокном или оксидированным полиакрилонитрильным (окси-PAN) волокном, имеющим длину нити 20-100 мм.
5. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором нетканое полотно имеет толщину 3-20 мм и плотность 100-2000 г/м2.
6. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором полиимид имеет средневесовой молекулярный вес 10000-200000 г/моль.
7. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором 1-300 весовых частей полиимидного связующего вещества пропитано из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
8. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал отформован, чтобы соответствовать трехмерной форме объекта, к которому применяется звукопоглощающий и изолирующий материал.
9. Звукопоглощающий и изолирующий материал по п.1, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал сформирован как один слой или множество слоев.
10. Звукопоглощающий и изолирующий материал по любому из пп.1-9, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал предназначен для автомобиля.
11. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.1, содержащий этапы, на которых:
a) погружают нетканое полотно, содержащее 30-100 мас.% теплостойкого волокна, имеющего тонкость 1-15 денье, в раствор связующего вещества, в котором диспергирована полиамидокислота;
b) извлекают пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно из раствора связующего вещества и
c) преобразуют полиамидокислоту в полиимид посредством отверждения извлеченного нетканого полотна.
12. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, который дополнительно содержит, после этапа b), этап, на котором формуют пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно в желаемую форму.
13. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, в котором этап b) содержит этапы, на которых изымают и сжимают пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно с давлением 1-20 кгс/см2, изымают пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно и испаряют растворитель посредством нагрева при температуре 70-200°C или изымают и сжимают пропитанное полиамидокислотой нетканое полотно и испаряют растворитель при упомянутых условиях температуры и давления.
14. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по пп.11, 12 или 13, при этом звукопоглощающий и изолирующий материал имеет 1-300 весовых частей полиимидного связующего вещества, пропитанного в него, из расчета 100 весовых частей нетканого полотна.
15. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, в котором теплостойкое волокно имеет предельный кислородный индекс (LOI) 25% или больше и температуру теплового сопротивления 150°C или больше.
16. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.15, в котором теплостойкое волокно является одним или более выбранными из группы, состоящей из арамидного волокна, оксидированного полиакрилонитрильного (окси-PAN) волокна, полиимидного (PI) волокна, полибензимидазольного (PBI) волокна, полибензоксазольного (PBO) волокна, металлического волокна, углеродного волокна, стекловолокна, базальтового волокна, кварцевого волокна и керамического волокна.
17. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.16, в котором теплостойкое волокно является арамидным волокном или оксидированным полиакрилонитрильным (окси-PAN) волокном, имеющим длину нити 20-100 мм.
18. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, в котором нетканое полотно имеет толщину 3-20 мм и плотность 100-2000 г/м2.
19. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.18, в котором нетканое полотно формируется посредством непрерывного выполнения иглопробивания вверх-вниз, иглопробивания вниз-вверх и иглопробивания вверх-вниз.
20. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.18, в котором нетканое полотно формируется с шагом иглы 30-350 раз/м2.
21. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, в котором полиимид имеет средневесовой молекулярный вес 20000-300000 г/моль.
22. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11, в котором концентрация раствора связующего вещества равна 1-60 мас.% из расчета содержания полиамидокислоты.
23. Способ изготовления звукопоглощающего и изолирующего материала по п.11 или 12, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал предназначен для автомобиля.
24. Способ уменьшения шума формирующего шум устройства, содержащий этапы, на которых:
i) проверяют трехмерную форму формирующего шум устройства;
ii) подготавливают и формуют звукопоглощающий и изолирующий материал по любому из пп.1-10 так, чтобы соответствовать трехмерной форме устройства частично или полностью; и
iii) приводят звукопоглощающий и изолирующий материал так, чтобы он прилегал к формирующему шум устройству.
25. Способ уменьшения шума формирующего шум устройства по п.24, при этом устройство является мотором, двигателем или выхлопной системой.
26. Способ уменьшения шума формирующего шум устройства по п.24, в котором звукопоглощающий и изолирующий материал приводится так, чтобы он прилегал к формирующему шум устройству посредством прикрепления звукопоглощающего и изолирующего материала к формирующему шум устройству, предоставления звукопоглощающего и изолирующего материала на расстоянии от формирующего шум устройства или формования звукопоглощающего и изолирующего материала как части формирующего шум устройства.
