Огнестойкая и устойчивая к провисанию акустическая панель
Изобретение относится к области конструкционных материалов и касается огнестойкой и устойчивой к провисанию акустической панели. Панель одержит огнезащитный мат. Огнезащитный мат включает огнезащитный волокнистый компонент и связующий материал, который связывает волокна. Огнезащитный волокнистый компонент содержит натуральные волокна, обработанные антипиреном. Конструкция потолочной панели имеет индекс распространения пламени 25 или менее и коэффициент дымообразования 50 или менее по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84, которые являются однородными по всему объему мата. Изобретение обеспечивает создание формоустойчивой акустической панели, обладающей огнестойкостью класса А по всему объему панели. 5 з.п. ф-лы, 3 табл., 2 ил.
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
По настоящей заявке согласно Разделу 35 Кодекса законов США, §119(е), испрашивается приоритет на основании предварительной заявки США № 61/114,778, поданной 14 ноября 2008 года, озаглавленной «Огнезащитный мат и конструкция потолочной панели, включающая таковой».
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение направлено на огнестойкую и устойчивую к провисанию панель, и, более конкретно, на устойчивую к провисанию акустическую потолочную панель с повышенным классом огнестойкости, имеющую встроенный в нее мат из натурального волокна с повышенным классом огнестойкости.
Натуральные волокна, такие как пенька, кенаф, джут, сизаль и кудель, привлекают растущий интерес как компонент разнообразных промышленных продуктов, в том числе продуктов для отделки интерьера строений, так как натуральные волокна представляют собой возобновляемые ресурсы и не выделяют потенциально опасные материалы в окружающую среду. Несмотря на то, что они являются возобновляемыми и экологически благоприятными, натуральные волокна и связующий материал, который удерживает волокна вместе, являются весьма огнеопасными.
Изделия, предназначенные для применения специально в конструкциях, которые используют как каналы для рециркуляции воздуха, должны достигать уровня исключительного Класса А в классификации огнестойкости: а именно, значения индекса распространения пламени на уровне 25 или менее, и значения коэффициента дымообразования на уровне 50 или менее, по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84. В дополнение, когда в пространстве помещения горизонтально подвешено такое изделие, как акустическая потолочная система, то не только должна быть значительной эффективность любого антипирена, нанесенного на натуральные волокна, но и желательно, чтобы эти панели имели: высокую звукопроницаемость; размерную стабильность; способность к самоподдерживанию; и устойчивость к провисанию (формоустойчивость) при колебаниях относительной влажности. Как было бы понятно специалисту с обычной квалификацией в этой области технологии, увеличение количества связующего средства для улучшения таких признаков, как самоподдерживающая природа волокнистой массы, в свою очередь, делает волокнистое изделие более огнеопасным. Вследствие таких обратных зависимостей изделие, обладающее комбинацией вышеупомянутых характеристик, до сих не было достигнуто.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение представляет конструкцию потолочной панели, которая включает огнезащитный мат. Огнезащитный мат содержит огнезащитный волокнистый компонент и связующий материал, который связывает волокна. Огнезащитный волокнистый компонент содержит натуральные волокна, обработанные антипиреном. Огнезащитный мат имеет индекс распространения пламени 25 или менее, и коэффициент дымообразования 50 или менее, по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84, который является однородным во всем объеме мата. Конструкция потолочной панели также содержит холст, присоединенный к нижней поверхности огнезащитного мата, а также покрытие на открытой поверхности холста, противоположной огнезащитному мату. В конструкции потолочной панели также достигают значений индекса распространения пламени 25 или менее, и коэффициента дымообразования 50 или менее, по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84, который является однородным во всем объеме конструкции.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 представляет вид сбоку огнезащитного мата согласно варианту осуществления изобретения.
Фиг. 2 представляет вид сбоку конструкции потолочной панели, включающей огнезащитный мат из Фиг. 1.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг. 1 показывает огнезащитный мат 1 согласно варианту осуществления изобретения. Чтобы сформировать огнезащитный мат 1, волокнистый компонент, включающий натуральные волокна, обработанные антипиреном, смешивают со связующим средством с образованием смеси. Волокнистый компонент может быть смешан со связующим средством, например, кардованием и совместным смешиванием волокнистого компонента со связующим средством в потоке воздуха, который отделяет натуральные волокна одно от другого и тщательно смешивает натуральные волокна со связующим средством. Смесь, или поставку, затем осаждают на проволочную раму и спрессовывают до желательной конечной толщины. Затем через волокнистую ленту подводят теплоту либо для расплавления термопластического связующего средства, либо для отверждения термореактивного связующего средства. Альтернативно, смесь может быть пропущена через печь, в которой горячий воздух вдувают через смесь, наряду с одновременным спрессовыванием смеси с помощью одного или более проволочных сит.
Как упомянуто ранее, волокнистый компонент содержит натуральные волокна, обработанные антипиреном. Примеры натуральных волокон представляют лубяные волокна, такие как кенаф, пенька, кудель, рами или джут. Ингредиент из натурального волокна может включать волокна одного типа или их комбинацию. В дополнение, часть или все натуральные волокна могут представлять собой повторно используемые волокна. Кенаф, джут, пенька или их комбинации являются предпочтительными там, где стараются добиться прочности и/или жесткости, так как эти конкретные волокна по своей природе менее гибки, чем другие натуральные волокна.
Антипирен может быть в форме порошка или жидкости, и может представлять собой, например, фосфаты аммония, пентабораты натрия, сульфаты аммония, борные кислоты и их смеси. Волокнистый компонент составляет от около 70-99% сухого веса мата, и более предпочтительно от около 70 до около 83% сухого веса мата. Отношение натурального волокна к антипирену в волокнистом компоненте варьирует в диапазоне от около 4:1 до около 11,5:1, и более предпочтительно составляет около 5:1.
Количество связующего средства в мате варьирует в диапазоне от около 1 до около 30% от сухого веса волокнистого мата. Связующее средство может представлять собой либо термопластический полимер (в том числе полимеры биологического происхождения), либо термореактивную смолу. Для термопластического связующего средства количество материала предпочтительно варьирует от около 11 до около 30%; наиболее предпочтительно от около 13 до около 21%. Для термореактивного связующего средства количество материала более предпочтительно варьирует от около 1 до около 15%; наиболее предпочтительно от около 2 до около 8%.
В технологии хорошо известно, что температура размягчения или отверждения должна быть ниже температуры, при которой происходило бы нежелательное термическое разложение натуральных волокон. Общеизвестным термопластическим связующим волоконным средством является двухкомпонентная конфигурация «оболочка-сердцевина», имеющая первый термопластический материал, покрытый вторым термопластическим материалом или заключенный внутри такового, имеющего более низкую температуру размягчения. Первый термопластический материал может представлять собой, например, модифицированный гликолем полиэтилентерефталат (PETG), и второй термопластический материал может представлять собой, например, полиэтилентерефталат (РЕТ).
В нижеследующих примерах джутовое волокно обрабатывали либо системой из фосфата и бората аммония, либо диаммонийсульфатом. Результаты измерения значений индекса распространения пламени и коэффициента дымообразования согласно стандарту ASTM Е 84 показаны в Таблицах 1 и 2. Следует отметить, что плотность мата, предпочтительная для применения в конструкции потолочной панели, варьирует в диапазоне от около 4 до около 8 фунт/фут3, более предпочтительно от около 5 до около 6,5 фунт/фут3; наиболее предпочтительно около 5,5 фунт/фут3. Предпочтительная толщина мата для применения в конструкции потолочной панели варьирует в диапазоне от около 0,25 до около 2 дюймов, более предпочтительно от около 0,375 до около 1,5 дюймов, и наиболее предпочтительно от около 0,4 до около 0,7 дюйма.
| Таблица 1 | |||||||||
| Мат | Антипирен | Процентов волокнистого компонента, который представляет собой антипирен (% сухого веса) | Тип связующего средства | Количество связующего средства (% сухого веса) | Базовый вес мата | Толщина мата (дюймов) | Плотность мата (фунт/фут3) | Значение индекса распростра-нения пламени | Значение коэффициента дымообразо-вания |
| 1 | Фосфат/ борат аммония |
15 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 15 | 1127 | 0,42 | 6,6 | 25 | 2 |
| 2 | Фосфат/ борат аммония |
15 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 18,5 | 923 | 0,528 | 4,3 | 32 | 9 |
| 3 | Фосфат/ борат аммония |
15 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 20 | 1145 | 0,512 | 5,5 | 34 | 7 |
| Таблица 2 | |||||||||
| Мат | Антипирен | Процентов волокнистого компонента, который представляет собой антипирен (% сухого веса) | Тип связующего средства | Количество связующего средства (% сухого веса) | Базовый вес мата | Толщина мата (дюймов) | Плотность мата (фунт/фут3) | Значение индекса распростра-нения пламени | Значение коэффициента дымообразо-вания |
| 4 | Диаммонийсульфат | 15,6 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 13% | 1472 | 0,62 | 5,8 | 10 | 5-10 |
| 5 | Диаммонийсульфат | 15,6 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 15% | 1422 | 0,67 | 5,2 | 10 | 5-10 |
| 6 | Диаммонийсульфат | 15,6 | Легкоплавкий двухкомпонентный (110°С) | 17% | 1513 | 0,66 | 5,64 | 10 | 10 |
| 7 | Диаммонийсульфат | 15,6 | 19% | 1571 | 0,64 | 6,03 | 10 | 10 | |
| 8 | Диаммонийсульфат | 15,6 | 21% | 1596 | 0,64 | 6,12 | 10 | 10 |
Как показано в Таблице 1, только образец 1, имеющий уровень содержания связующего средства 15% по весу мата, достигал искомого исключительного Класса А в классификации огнестойкости, когда использовали систему фосфата и бората аммония, то есть, индекс распространения пламени достигал порогового значения 25. Напротив, когда использовали 18,5% связующего средства или больше, значение индекса распространения пламени было слишком высоким. Применением диаммонийсульфата достигали значения исключительного Класса А как при низком, так и при высоком уровнях содержания связующего средства. Более того, значение индекса распространения пламени достигало 10, и значение коэффициента дымообразования достигало 5, когда использовали диаммонийсульфат.
Следует отметить, что этот исключительный Класс А в классификации огнестойкости для каждого из примеров является однородным по всему объему огнезащитного мата 1. Выражение «однородный по всему объему огнезащитного мата» означает, что поверхность любого поперечного сечения огнезащитного мата 1 имеет такое же значение класса огнестойкости, как любая наружная поверхность огнезащитного мата 1.
Затем на образцы 4-8 матов из Таблицы 2 приклеили композит из наружного холста 3 и покрытия 6 холста. Холст, нанесенный на образцы 4-8, представлял собой холст из стекловолокна, производимый фирмой Owens Corning, каталожный номер A80PKR-YK111, однако, холст 3 может быть любым подходящим холстом, который устойчив к распространению пламени и предпочтительно имеет показатель огнестойкости Класса А на уровне 25/50, примерами которого являются стекловолокно или огнезащитные смеси из стекловолокна, целлюлозы и сложного полиэфира. Холст из стекловолокна связан огнестойким полимерным связующим средством. Холст 3 может быть присоединен к поверхности огнезащитного мата 1 с использованием любого способа присоединения. Здесь холст из стекловолокна закрепляют на мате огнестойким винилацетатным клеем 5. Сопротивление воздушному потоку холста из материала A80PKR-YK111 составляет 40 Рейлов.
В вышеизложенных примерных вариантах исполнения холст затем прокрашивали краской DURABRITE, производимой в фирме Armstrong World Industries. Краску наносили до уровня дозирования 29 г/фут2. Ключевым фактором достижения желательной акустической эффективности в полностью собранной потолочной панели является то, что комбинация холста, нанесенного клея и нанесенной краски должна иметь проницаемость для воздушного потока, которая позволяет звуку входить в конструкцию и поглощаться в ней. Было найдено, что при сопротивлении композита воздушному потоку на уровне от около 400 до около 600 Рейлов (в системе MКС) достигают коэффициента снижения шума (NRC) более 0,80. Для достижения желательного сопротивления воздушному потоку, и тем самым желательного значения NRC, удельный вес холста должен быть в диапазоне от около 4,5 до около 10,5 г/фут2, и уровень дозирования клея должен быть в диапазоне от около 3 до около 10 г/фут2 (сухого веса). Уровень дозирования краски должен быть в диапазоне от около 10 до около 50 г/фут2 (сухого веса).
Таблица 3 иллюстрирует примеры полностью собранных панелей с размерами два фута на два фута, включающих образцы огнезащитных матов, показанные в Таблице 2.
| Таблица 3 | |||||
| Образец мата | Количество связующего средства в мате (% сухого веса) |
Коэффициент снижения шума в конструкции панели | Степень формо-устойчивости конструкции панели | Индекс распространения пламени конструкции панели | Коэффициент дымо- образования конструкции панели |
| 4 | 13% | 0,85-0,90 | -162, -224 | 0 | 0 |
| 5 | 15% | 0,85-0,90 | -150 | 10 | 5 |
| 6 | 17% | 0,85 | -128 | 10/5 | 5/0 |
| 7 | 19% | Нет данных | Нет данных | ||
| 8 | 21% | Нет данных | Нет данных |
Было найдено, что собранные панельные конструкции, в которых использовали образцы 4-8 матов, действительно получили желательную огнестойкость, формоустойчивость и акустические характеристики. Более конкретно, готовая конструкция панели достигала коэффициента снижения шума (NRC) по меньшей мере 0,85. Коэффициент снижения шума (NRC) представляет собой полезный показатель акустических свойств данного материала. Коэффициент Снижения Шума (NRC) представляет собой скалярное выражение уровня энергии шума, поглощаемой при столкновении с конкретной поверхностью. В технологии хорошо известно, что NRC представляет собой среднее значение из четырех коэффициентов поглощения шума конкретной поверхностью при частотах 250 Гц, 500 Гц, 1000 Гц и 2000 Гц.
В дополнение, была достигнута также желательная степень формоустойчивости; а именно, статистическое значение, более положительное, чем отрицательное, 0,150 дюйма. Для измерения степени формоустойчивости несколько панелей с размерами 2×2 дюйма подвесили горизонтально по периметру опорной рамы, и измеряли отклонение на протяжении четырех 24-часовых циклов, в которых варьировала величина относительной влажности: а именно, 8 часов при 90%-ной относительной влажности и затем 6 часов при 35%-ной относительной влажности. Для каждого состава панели было зарегистрировано отрицательное максимальное отклонение от горизонтали. Статистически, среднее отрицательное значение минус 2 среднеквадратичных отклонения, которое является более отрицательным, чем отрицательные 0,150 дюйма, представляет пороговое значение характеристики панели 2×2, при котором провисание в середине панели становится явно видимым и начинает проявляться в уродующем подушкообразном внешнем виде горизонтальной компоновки.
Вышеприведенное изложение иллюстрирует некоторые из возможностей практической реализации изобретения. Возможны многие другие варианты исполнения в пределах области и смысла изобретения. Например, хотя огнезащитный мат 1 показан и описан здесь как встроенный в конструкцию 2 потолочной панели, однако квалифицированным специалистам в этой области технологии будет понятно, что огнезащитному мату 1 могут быть найдены другие варианты применения, например, в строительной, мебельной или автомобильной промышленности. Поэтому предполагается, что вышеприведенное описание должно рассматриваться скорее как иллюстративное, нежели ограничительное, и что область изобретения задана прилагаемыми пунктами формулы изобретения, вместе с полным охватом их эквивалентов.
1. Конструкция потолочной панели, содержащая:
огнезащитный мат, содержащий:
термопластическое связующее средство; и
волокнистый компонент, включающий в себя натуральные волокна, обработанные огнезащитным материалом, представляющим собой диаммонийсульфат; и
холст, присоединенный к поверхности огнезащитного мата;
причем огнезащитный мат имеет класс огнестойкости, который является однородным по всем плоскостям огнезащитного мата, и при этом класс огнестойкости включает в себя значение индекса распространения пламени 25 или менее и значение коэффициента дымообразования 50 или менее по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84 и присутствует огнезащитный материал в весовом соотношении относительно натуральных волокон в диапазоне от 1:4 до 1:11,5, а термопластическое связующее средство присутствует в количестве в диапазоне от 13 до 21 вес.% на основании общего веса огнезащитного мата.
2. Конструкция потолочной панели по п. 1, содержащая покрытие на поверхности огнезащитного мата, противоположной холсту.
3. Конструкция потолочной панели по п. 1, содержащая покрытие на поверхности холста, противоположной поверхности холста, расположенной рядом с огнезащитным матом.
4. Конструкция потолочной панели по п. 1, в которой значение индекса распространения пламени составляет 10 или менее и значение коэффициента дымообразования составляет 10 или менее по измерениям согласно стандарту ASTM Е 84.
5. Конструкция потолочной панели по п. 1, в которой плотность огнезащитного мата находится в диапазоне от около 4 фунт/фут3 (около 64 кг/м3) до около 8 фунт/фут3 (около 128 кг/м3).
6. Конструкция потолочной панели по п.1, в которой толщина огнезащитного мата находится в диапазоне от около 0,25 дюйма (около 0,64 см) до около 2 дюймов (около 5,08 см).
