具有改善的断裂特性的声学声音防护材料及其制造方法
【专利说明】具有改善的断裂特性的声学声音防护材料及其制造方法
[0001] 本申请是申请日为2008年4月7日、申请号为200880019135. 5、发明名称为"具 有改善的断裂特性的声学声音防护材料及其制造方法"的发明申请的分案申请。
【背景技术】
[0002] 对于建筑工业来说，声音控制构成了快速增长的经济和公共政策关注点。需要并 要求具有高声学隔离的区域（通常称为"隔音"）用于各种目的。公寓、套房、宾馆、学校和 医院全部需要被特别设计以减小声音传输的墙、天花板和底板，以便使对相邻房间的人们 的干扰最小化或消除。隔音在临近公共交通的住宅中尤其重要，这些公共交通例如是高速 公路、飞机场和公路线路。另外，影院和家庭影院、音乐练习室、录音工作室等需要增强的噪 音衰减以用于可接受的听觉水平。同样，医院和大众医疗机构已经开始意识到声学舒适度 是患者康复期间的重要部分。多方住宅和商用噪音控制问题的严重性的一个措施是，为建 筑内的特定墙结构规定了最小声音传输等级（STC)等级的设计指南和模型建筑代码的普 遍出现。另一措施是在不可接受的噪音水平的问题上出现了在业主和建筑商之间的诉讼。 对于美国经济的损害来说，导致了两种问题：在某些市区，大建筑商拒绝建筑房屋、公寓大 厦和公寓；以及取消建筑商责任保险。
[0003] 各种建筑技术和产品已经出现来缓解噪音控制的问题，诸如：用轻量型钢立筋代 替木质构架立筋；诸如交错立筋和双立筋构造这样的替代构架技术；附加的石膏干式墙 层；向墙阶添加弹性通道和使干式墙板与构架立筋隔离；添加质量负载的乙烯基障阻部； 基于纤维素的音板；和在无需热控制的墙中使用纤维素和玻璃纤维棉絮隔离物。所有这 些变化有助于减小噪音传输，但是还没有到达这样的水平：在给定房间中的某些干扰噪音 (例如，具有非常低的频率内容或高的声压水平的噪音）被防止传输到为隐私或舒适度特 别设计的房间。噪音可在被占据空间之上或之下从房间出来或从外部噪音源出来。实际上， 上述提到的方法的一些针对于与声学隔离无关的标准建筑技术来说，仅仅在声学性能方面 提供了三至六分贝的改善。这样小的改善仅仅表现出可以注意到的差异，而不是隔音的解 决方案。对上述提到的技术的第二个关注是，每个均由于复杂的设计和额外的组装步骤而 涉及额外（有时是昂贵的）建筑材料或附加人力成本的负担。
[0004] 最近，具有层叠衰减干式墙板的形式的替代建筑噪音控制产品已经被引入到市场 中，该板在美国专利No. 7，181，891中有所披露。该板代替传统干式墙层，并消除对诸如弹 性通道、质量负载的乙烯基障阻部、额外的立筋构造和额外的干式墙层这样的额外材料的 需求。最终的系统在一些情况下提供了高至15分贝的优异声学性能改善。但是，该板不能 通过划线和破断切割。不能用盒式切割机或工具刀来对板划线以便用手使之断裂，这些板 必须被多次划线然后用很大的力在桌台或工作台的边缘处破断。通常，最终的破断的质量 (在部位准确性和总的平直度方面）很差。需要用额外的力来断裂层叠板的原因是因为组 成的石膏层具有拉伸强度高的背衬纸（或内衬玻璃纤维无纺物）。测试显示出，这种类型 的划线板需要85镑的力来断裂，而破断1/2英寸厚的标准石膏墙板需要15镑，破断划线的 5/8英寸厚类型X石膏墙板需要46镑的力。这种内部层（或在一些情况下为多层）必须例 如相当大的弯曲力在典型的划线和突然折断的过程中在张紧状态下破断。
[0005] 在一些情况下，工匠必须用诸如圆锯或旋转切割工具这样的动力工具来切割每个 板，以便确保平直的切割和高质量的安装。这对于板的安装增加了时间和人力成本，并产生 了令工作者讨厌的大量灰尘，还甚至增加了工地清洁形式的安装费用。
[0006] 对材料或建筑方法的声音减弱质量有利的因素是材料或墙组件的声音传输级别 (STC)。STC等级是在建筑领域中用于评价隔断、门和窗户在阻隔声音方面的有效性的分 级。作为声学测试的结果，对于特定隔断设计的等级表现为对建立了 STC值的曲线的逼 近的最佳拟合类型。该测试以此方式进行：其与测试环境独立并仅对隔断产生一个值而 不对其周围结构或环境。确定STC等级的该测量方法由American Society of Testing and Materials(ASTM)限定。它们是 ASTM E 90，"Standard Test Method Laboratory Measurement of Airborne Sound Transmission Loss of Building Partitions and Elements"以及 ASTM E413 "Classification for Sound Insulation"，用于对给定结构通 过声音传输损耗数据来测量STC等级。这些标准在因特网http://www. astm. org上可以获 得。
[0007] 对建筑板的物理特性有利的第二因素是材料的抗挠强度。这是指在力施加到简单 支承的板的中心时，板抵抗破断的能力。抗挠强度的值以镑力（Ibf)或牛顿（N)表示。用于 建立石膏墙板或类似建筑板的抗挠强度的测量技术是ASTM C 473"Standard Test Methods for the Physical Testing of Gypsum Panel Products"。该标准在因特网 http://www. astm. org上可以获得。
[0008] 板的所需的抗挠强度取决于情况。对于原料板，需要高的抗挠强度，因为其允许容 易的运输和处理，而不会使板破断。但是，当板被工匠（例如用工具刀）划线以便装配和安 装时，需要低的抗挠强度。在这种情况下，低的值意味着划线板可以容易地通过手而断裂， 不用过大的力。
[0009] 因此，需要新的材料和新的建筑方法来减小声音从给定房间到相邻区域的传输， 同时使所需的材料和在建筑期间的安装人力的成本最小化。
【发明内容】
[0010] 根据本发明，披露了新的层叠结构和相关的制造过程，其明显地改善材料的安装 效率以及墙、天花板、地板或门减少声音从一个建筑空间（例如房间）到相邻建筑空间的传 输、或从建筑空间（例如房间）的外部到内部的传输、或从建筑空间的内部到外部的传输的 性能。
[0011] 材料包括多个不同材料的层叠结构。根据一个实施例，替代干式墙的层叠件包括 选定厚度的石膏板的两个外层的夹心结构，每个板都不具有标准背衬纸，它们利用声音耗 散粘结剂而被彼此胶合，其中，声音耗散粘结剂应用到两个外层的全部内表面上。在一个实 施例中，胶合剂层是具有特定厚度的专门配方的QuietGlue?，其是粘弹性材料。形成在两 个石膏板的内表面上，胶合剂层大约1/32英寸厚。在一种情况下，利用1/32英寸厚的胶合 剂层构造的4英尺X8英尺板具有大约为1/2英寸的总厚度，并具有22镑力的划线抗挠强 度以及大约38的STC值。利用单独的木立筋、立筋腔内的R13玻璃纤维棉絮和螺钉连接至 各侧的层叠板构造的双侧的墙结构提供了大约为49的STC值。这结果是，与利用等质量和 厚度的普通（未处理）石膏板构造的相同结构相比，通过墙结构传输的噪音减小了大约15 分贝。
【附图说明】
[0012] 通过以下附图并结合其以下详细说明可以更加充分地理解本发明。
[0013] 图1显示了根据本发明制造的层叠结构，用于减少声音通过该材料的传输并提供 优异的断裂特性。
[0014] 图2显示了包含五（5)层材料的层叠结构的第二实施例，其能减少声音通过该材 料的传输并提供优异的断裂特性。
[0015] 图3显示了对于根据本发明构造的层叠材料的一个样品实施例的抗挠强度结果。
[0016] 图4显示了用于干式墙材料的多个示例的抗挠强度，该干式墙包括常规干式墙， 当前使用的层叠板以及本发明。
[0017] 图5显示了墙结构，其中，结构的一个元件包括根据本发明构造的层叠板。
[0018] 图6在图表中显示出用于本发明示例性实施例以及类似质量和物理尺寸的典型 墙的声音衰减测试的详细结果数据。
【具体实施方式】
[0019] 以下详细说明意图为仅仅是示例性的而不是限制性的。本发明的其它实施例在本 说明书的教导下对本领域的技术人员将是显而易见的，这些实施例诸如外和内层材料的数 字、类型、厚度、尺寸、面积、形状和布置顺序。
[0020] 用于形成根据本发明的层叠板的过程应考虑许多因素：胶合剂的精确化学成分； 胶合剂应用过程；压制过程；以及干燥和除湿过程。
[0021] 图1显示了本发明的一个实施例的层叠结构。在图1中，该结构中的层将从顶部 到底部进行描述，其中，该结构水平地取向，如图所示。但是应理解，当放置在垂直墙、门或 其它垂直隔断上时，本发明的层叠结构将垂直地取向，当放置在天花板和地板上时，将水平 或甚至成角度地取向。因此，从顶层到底层的参照应被理解为仅仅是针对如图1所示取向 的这些层，而不在本结构的垂直使用的背景下。在图1中，标记为100的组件是指根据本发 明构造的整个层叠板。顶层101由纸或玻璃纤维面的石膏材料制造，且在一个实施例中为 1/4英寸厚。在一个实施例中，使用六十（60)镑、十八（18)密耳厚的纸。最终的板是1/4 英寸加上十八（18)密耳的厚度。当然，许多其它组合和厚度可以用于所需的任意层。厚度 仅仅通过对于最终的层叠结构所需的声学衰减（即，STC等级）和最终的结构的重量限定， 所述重量将限制工人把层叠板安装在墙、天花板、地板和门上用于其意图用途时的能力。
[0022] 顶层101中的石膏板通常利用标准的已知技术制造，并由此将不描述制造石膏板 的方法。接下来，石膏层101的底表面是没有饰面（没有纸或玻璃纤维衬）的内表面104。 在其它实施例中，表面104可以设置有拉伸强度非常低的薄膜或纱状件。在一个实施例中， 该薄膜或纱状件可以是单独的使用医疗织物，这将在段落21中充分描述。应用到表面104 的是一层胶合剂102,称为"QuietGlue?"。由粘弹性聚合物制成的胶合剂102具有一特性， 即当被周围层约束时，声音中的与胶合剂相互作用的动能将通过胶合剂明显耗散，由此跨 过宽的频谱减小声音的总能量，从而减小将穿过