SCHALLSCHUTZMATERIAL UND SEINE VERWENDUNG

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Schallschutzmaterial aus thermoplastische Fasern enthaltenden Vliesstoffen für den Schallfrequenzbereich 100 bis 5.000 Hz und seine Verwendung im sekundären Schallschutz.

[0002] Viele akustische Problemstellungen lassen sich mit primären Schallschutzmaßnahmen, die mindernd an der Schallquelle ansetzen, alleine nicht zufriedenstellend lösen und erfordern zusätzlich sekundäre Maßnahmen, die in der Regel in den Übertragungsweg der Schallenergie eingreifen. Entweder wird hierbei die Energie reflektiert, also umgelenkt, oder in eine andere Energieform, meist Wärme, umgewandelt. Im ersten Fall spricht man von Dämmung, im letzteren von Dämpfung des Schalls. Stand der Technik bei der konventionellen Schalldämmung als Instrument der sekundären Minderungsmaßnahmen im engeren Sinne (in einiger Entfernung von der Quelle) ist es, reflektierende Wandungen in den Ausbreitungsweg der Schallenergie zu bringen. Beispielhaft seien hier Kapselwandungen, Trennwände oder Schallschirme zu nennen. Bei der konventionellen Schalldämpfung ist es Stand der Technik, in Abhängigkeit vom Frequenzbereich die Schallenergie in porösen Absorbern wie z.B. künstlichen Mineralfasern, offenzelligen Schaumstoffen, porösen anorganischen Schüttgütern oder Naturfasern im mittel-bis hochfrequenten Bereich in Wärme umzuwandeln. Um Abrieb und ein Herausrieseln der Stoffe zu vermeiden, werden sie oft mit Rieselschutzmaterialien auf Textilvliesbasis kaschiert. Daß sich poröse Absorber in der Regel nur im mittel- bis hochfrequenten Bereich bewähren, ist in ihrem physikalischen Dämpfungsprinzip begründet. Um eine Schallwelle mit höchstmöglicher Absorption zu dämpfen, muß die Stärke des Dämpfungsmaterials mindestens ¼ der zu dämpfenden Wellenlänge λ betragen, da hier die Amplitude ihren Maximalausschlag hat, d.h. die tiefen Frequenzen bestimmen durch ihre größere Wellenlänge die erforderliche Dämmstoffstärke. Diesen Effekt kann man auch durch dünnere Materialstärken in Kombination mit einem Luftspalt erreichen. Das Dämmaterial wird hierbei in einer ^λ/₄ entsprechenden Entfernung angeordnet. Der das Dämmpfungsvermögen beschreibende Luftschasllabsorptionsgrad α wird hierbei allerdings im höherfrequenten Bereich von Einbrüchen geprägt.

[0003] Eine wesentliche Anforderung an sekundäre Schallschutzmaterialien-vor allem in der Raumakustik ist eine möglichst geringe Dämmstoffstärke, um möglichst wenig Raumvolumen zu verlieren. Da bei diesen Absorbern selbst bei einer Dicke von 10 cm ein deutlicher Rückgang der Absorptionseigenschaften unterhalb von ca. 800 Hz beobachtet wird, werden sie zum Erreichen breitbandiger Absorptionseigenschaften auch bis in den tieffrequenten Bereich in Kombination mit sog. Resonatoren eingesetzt, die aufgrund von Schwingungsvorgängen bei einer Resonanzfrequenz der Schallwelle schmalbandig Energie entziehen. Ihre Wirkung wird vor allem im unteren Frequenzbereich beobachtet.

[0004] Da es im sekundären Schallschutz vor allem auf die Bekämpfung von Geräuschen im Frequenzbereich von ca. 200 bis 4.000 Hz ankommt, können in der Regel weder poröse Absorber noch Resonatoren alleine eine effiziente Schalldämpfung über den gesamten interessierenden Frequenzbereich breitbandig erzielen. Die möglichen Kombinationen beider Typen sind allerdings raumgreifend und kostspielig.

[0005] Die Rolle von Vliesstoffen im Schallschutz ist vielfaltig, wobei sie oft in Kombination mit anderen Flächenmaterialien eingesetzt werden oder als Träger für schallabsorbierende Stoffe dienen. Reine Vliesstoffe in genadelter Form sind von P.Banks-Lee, H.Peng und A.L.Diggs (TAPPI Proceedings 1992 Nonwovens Conference, S. 209 - 216) auf Schallabsorption untersucht worden. Dabei wurde festgestellt, daß trotz Variation der verschiedenen Versuchsparameter die Vliesstoffe im Frequenzbereich < 1.000 Hz eine für den praktischen Gebrauch nur unzureichnede Schallabsorption aufweisen.

[0006] In der EP 0 607 946 sind reine Vliesstoffe mit thermoplastischen Fasern als Schalldämmaterial beschrieben. Wie aus Tabelle 2 zu ersehen ist, liegen auch hier die Absorptionswerte im unteren Frequenzbereich in einer für den praktischen Einsatz unzureichenden Höhe.

[0007] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Schallschutzmaterial zu entwickeln, das neben geringem Raumbedarf im Frequenzbereich von 100 bis 5.000 Hz eine breitbandige Absorption aufweist.

[0008] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein thermoplastische Fasern enthaltender Vliesstoff in zwei Stufen durch einen mechanischen Verfestigungsprozeß und eine anschließende Druck-/Wärmebehandlung bis zu einem spezifischen Strömungswiderstand von R_s = 800 - 1.400 Ns/m³ dauerhaft verdichtet ist.

[0009] Der überraschende Effekt soll an Fig. 1 erläutert werden.

Fig. 1:

Graphische Darstellung des Schallabsorptionsgrades gegen die Frequenz für das Produkt des Ausführungsbeispieles.

[0010] Aus dem Gesamtkurvenverlauf (in Fig. 1 mit B gekennzeichnet) erkennt man, daß hier aufgrund der hohen Absorptionswerte im niederen Frequenzbereich (z.B. 80% bei 315 Hz) kombiniert mit Absorptionswerten von 40 - 85% im höheren Frequenzbereich eine Kombination von Resonator und Absorber in einem Material vorliegt. Im Vergleich hierzu ist der Gesamtkurvenverlauf des Vliesstoffes (in Fig. 1 mit A gekennzeichnet) ohne anschließende Druck-/Wärmebehandlung wiedergegeben. Diese Kurve zeigt das Verhalten eines rein porösen Absorbers ohne die ergänzenden resonatorbeeinflußten Absorptionen im niedrigen Frequenzbereich.

[0011] Der für die Erfindung geeignete Vliesstoff besteht aus natürlichen und /oder synthetischen organischen oder anorganischen Primärfasern, die mit 10 - 90% thermoplastischen Sekundärfasern versetzt sind. Diese weisen einen Erweichungsbereich von mindestens 5°C auf, der in jedem Falle unterhalb eines eventuellen Erweichungs- oder Zersetzungsbereiches der Primärfasern liegt.

[0012] Für beide Fasertypen kommen solche mit Titern von 0,5 - 17 dtex, vorzugsweise 0,9 - 6,7 dtex, und Stapellängen von 20 - 80 mm, vorzugsweise 30 - 60 mm, zum Einsatz. Besonders bewährt haben sich als Primärfasern Polyethylenterephthalat-Fasern in Kombination mit Copolyesterfasern als Sekundärfasern. Die Primär- und/oder Sekundärfasern können durch geeignete Fasermischungen gebildet werden, wobei von besonderem Interesse der Zusatz von Recycling Fasern ist

[0013] Bei einem Raumgewicht von 250 bis 500 Kg/m³, vorzugsweise 270 bis 330 Kg/m³ liegt die Dicke der erfindungsgemäßen Vliesstoffe bei 0,3 bis 3,0 mm und besonders bevorzugt bei 0,8 bis 1,2 mm.

[0014] Die erste Stufe der Verdichtung des Vliesstoffes besteht in einer mechanischen Verfestigung, die durch Vernadelung durch Nadeln mit Widerhaken, nach dem Spunlaced-Verfahren durch Wasserstrahlen oder nach einem Nähwirkverfahren durch Kuliernadeln bewerkstelligt wird. Die Vernadelung ist besonders bevorzugt und wird mit 40 bis 150 Einstichen/cm², vorzugsweise 60 bis 80 Einstichen/cm² ausgeführt.

[0015] Die Druck-/Wärmebehandlung als zweite Stufe der Verdichtung kann diskontinuierlich (taktweise) oder kontinuierlich gestaltet werden. Dazu sind im ersten Fall beheizte Pressen und im zweiten Fall beheizbare Kalander geeignet. Der zu wählende Temperaturbereich liegt dabei innerhalb des Erweichungsbereiches der Sekundärfasern, der seinerseits unterhalb des Erweichungs- oder Zersetzungsbereiches der Primärfasern liegt. Der Liniendruck bei Kalandern liegt im Bereich von 0,5 bis 3,0 KN/cm, bevorzugt bei 1,5 bis 2,0 KN/cm.

[0016] Dem spezifischen Strömungswiderstand der verdichteten Vliesstoffe kommt eine besondere Bedeutung zu, da er unmittelbar mit dem Schallabsorptionsgrad korreliert. Als brauchbar haben sich spezifische Strömungswiderstandswerte von R_s = 800 - 1.400 Ns/m³ und besonders solche von 1.100 ± 150 Ns/m³ bewährt. Nach der ersten Verdichtungsstufe liegen die spezifischen Strömungswiderstandswerte bei etwa einem Fünftel dieser Werte.

[0017] Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe werden in der Regel als solche eingesetzt, können aber erforderlichenfalls auch als Laminate mit anderen Flächengebilden verwendet werden. Für spezielle Zwecke kommen Fasern zum Einsatz, die bereits beim Herstellungsprozeß mit Farbstoff und/oder Flammschutzmittel und/oder elektrisch leitfähigen Komponenten versetzt werden. Außerdem besteht die Möglichkeit der Ausrüstung des fertigen Vliesstoffes:

• Flammhemmend mit z.B. Metallhydroxyden und/oder Ammoniumpolyphosphat und/oder Melamin und/oder rotem Phosphor
• Färbung
• Zugabe von Antioxydationsmitteln
• Zugabe von Antistatika

[0018] Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Unter Verwendung einer Krempel wird ein Vlies mit einem gleichmäßigen Flächengewicht aus einer homogenen Mischung aus 50 Gew.-% PES-Faser 1,7/38 (dtex/Stapellänge) und 50 Gew.-% CoPES-Faser 2,2/50 hergestellt. Nach Krempel und Querlege-einrichtung liegt ein Vlies mit einem Flächengewicht von etwa 300 g/m² vor. Diese wird mit zwei Nadelpassagen von jeweils 40 bis 150 Einstichen/cm² leicht vernadelt und durch ein auf etwa 135°C beheiztes glattes Walzenpaar durch einen Liniendruck von ca. 1,7 KN/cm verdichtet. Dieser so hergestellte Vliesstoff hat einen spezifischen Strömungswiderstand von etwa R_s = 1.100 Ns/m³.

[0019] Die Abhängigkeit des Schallabsorptionsgrades von der Frequenz ist in Fig. 1 graphisch dargestellt, wobei die Kurve A für den Vliesstoff nach der ersten Verdichtungsstufe und die Kurve B für das Endprodukt gilt.

[0020] Fig. 2: Schematische Darstellung einer räumlichen Anordnung des Schallschutzmaterials:

Eine breitbandige Schallabsorptionswirkung des Materials erzielt man durch Kombination von Resonatoren- und porösen Absorptionsmechanismen gleichzeitig vereint im erfindungsgemäßen Vliesstoff in Verbindung mit einem Luftspalt, dessen Breite sich an der niedrigsten zu bekämpfenden Frequenz orientiert, hinter der erfindungsgemäßen Vliesstofflage. Fig. 2 zeigt beispielhaft die Realisierung der Anordnung des Vliesstoffs C vor einem reflektierenden Wandelement E. Einbrüche des Absorptionsgrades im interessierenden Frequenzbereich können durch weitere zusätzliche Vliesstofflagen des erfindungsgemäßen Materials D vermieden werden.

[0021] Die erfindungsgemäßen Vliesstoffe können vor allem im Bereich des sekundären Schallschutzes im Innenbereich eingesetzt werden, z.B. als akustisch wirksame Lage bei Schallschutzkabinenwänden und -schirmen oder als akustisch wirksame Lage bei abgehängten Deckenkonstruktionen (Akustikdecken). Sie zeichnen sich durch eine Doppel-funktion aus, da sie Resonanz- und Absorptionswirkung in sich vereinen. Damit wird es möglich, eine breitbandige Schallabsorption auch im niederen Schallfrequenzbereich mit nur einem Material zu erreichen.

Prüfmethoden

[0022] 

• Luftschallabsorptionsgradbestimmung
  Nach DIN 52 215 Bestimmung des Schallabsorptionsgrades und der Impedanz im Rohr.
  Nach diesem Verfahren wurden in Fig. 1 die Luftschallabsorptionswerte gemessen.
• Spezifischer Strömungswiderstand
  Nach DIN EN 29053, Verfahren B
• Dickenmessung
  Handelsübliche Dickenmeßgeräte unter Verwendung von Tasteroberflächen von 25 cm², einem Auflagedruck von 10 cN/cm² und einer Einwirkzeit von 5 sec.

Ansprüche

1. Schallschutzmaterial aus thermoplastische Fasern enthaltenden Vliesstoffen für den Schallfrequenzbereich 100 bis 5.000 Hz, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff in zwei Stufen durch einen mechanischen Verfestigungsprozeß und eine anschliessende Druck-/Wärmebehandlung bis zu einem spezifischen Strömungswiderstand von R_s = 800 - 1.400 Ns/m³ dauerhaft verdichtet ist.

2. Schallschutzmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff neben natürlichen und/oder synthetischen organischen oder anorganischen Primärfasern 10 - 90 Gew.-% thermoplastische Sekundärfasern mit einem Erweichungsbereich von mindestens 5°C enthält, der in jedem Falle unterhalb eines eventuellen Erweichungs- oder Zersetzungsbereiches der Primärfasern liegt.

3. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Primär- und Sekundärfasern solche mit Titern von 0,5 bis 17 dtex, vorzugsweise 0,9 bis 6,7 dtex, und Stapellängen von 20 bis 80 mm, vorzugsweise 30 bis 60 mm, eingesetzt sind.

4. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Primärfasern Polyethylenterephthalat-Fasern und als Sekundärfasern Copolyesterfasern eingesetzt sind.

5. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff eine Dicke von 0,3 bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 1,2 mm und ein Raumgewicht von 250 bis 500 Kg/m³, vorzugsweise 270 bis 330 Kg/m³ aufweist.

6. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Stufe der Verdichtung des Vliesstoffes durch einen Nadelungsprozeß realisiert wird.

7. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Stufe der Verdichtung innerhalb des Erweichungsbereiches der Sekundärfasern bei Liniendrücken von 0,5 bis 3,0 KN/cm, vorzugsweise 1,5 bis 2,0 KN/cm realisiert ist.

8. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der verdichtete Vliesstoff einen spezifischen Strömungswiderstand von 1.100 ± 150 Ns/m³ aufweist.

9. Schallschutzmaterial nach Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Vliesstoff durch Metallhydroxyde und/oder Ammoniumpolyphosphate und/oder Melamin und/oder roten Phosphor flammhemmend ausgerüstet ist.

10. Verwendung des Schallschutzmaterials nach Ansprüchen bis 9 als sekundärer Schallschutz im Innenraumbereich.

11. Verwendung des Schallschutzmaterials nach Ansprüchen 1 bis 10, dadaurch gekennzeichnet, daß eine breitbandige Schallabsorptionswirkung durch Kombination von Resonatoren- und porösen Absorptionsmechanismen in Verbindung mit einem Luftspalt, dessen Breite sich an der niedrigsten zu bekämpfenden Frequenz orientiert, hinter der Vliesstofflage erzielt wird.

12. Verwendung des Schallschutzmaterials nach Ansprüchen 1 bis 11. dadurch gekennzeichnet, daß Einbrüche des Absorptionsgrades im interessierenden Frequenzbereich durch weitere zusätzliche Vliesstofflagen des erfindungsgemäßen Materials vermieden werden können.

Claims

1. Soundproofing material made of nonwovens comprising thermoplastic fibres for the audio frequency range of 100 to 5,000 Hz, characterized in that the nonowoven is permanently condensed in two stages by a mechanical bonding process and a subsequent pressure/heat treatment to a specific flow resistance of R_s = 800 - 1,400 Ns/m³.

2. Soundproofing material according to claim 1, characterized in that, apart from natural and/or synthetic organic or inorganic primary fibres, the nonwoven contains 10-90%-wt. of thermoplastic secondary fibres having a softening range of at least 5°C, which softening range is in any case below that of a possible softening or decomposition range of the primary fibres.

3. Soundproofing material according to claims 1 and 2, characterized in that for the primary and secondary fibres, such fibres are used which have titers of 0.5 to 17 dtex, preferably 0.9 to 6.7 dtex, and staple lengths of 20 to 80 mm, preferably 30 to 60 mm.

4. Soundproofing material according to claims 1 to 3, characterized in that as primary fibres polyethylene terephtalate fibres, and as secondary fibres copolyester fibres are used.

5. Soundproofing material according to claims 1 to 4, characterized in that the nonwoven is of a thickness of 0.3 to 3.0 mm, preferably 0.8 to 1.2 mm, and has a volumetric weight of 250 to 500 kg/m³, preferably 270 to 330 kg/m³.

6. Soundproofing material according to claims 1 to 5, characterized in that the first stage of the condensation of the nonwoven is realised by a needle-punching process.

7. Soundproofing material according to claims 1 to 6, characterized in that the second stage of condensation is realised within the softening range of the secondary fibres at linear pressures of 0.5 to 3.0 kN/cm, preferably 1.5 to 2.0 kN/cm.

8. Soundproofing material according to claims 1 to 7, characterized in that the condensed nonwoven has a specific flow resistance of 1,100 ± 150 Ns/m³.

9. Soundproofing material according to claims 1 to 8, characterized in that the nonwoven is provided with a flame-retardant finish by means of metal hydroxides and/or ammonium polyphosphates and/or melamine and/or red phosphorus.

10. Use of the soundproofing material according to claims 1 to 9 as secondary soundproofing for interiors.

11. Use of the soundproofing material according to claims 1 to 10, characterized in that a wide-band sound absorption is achieved behind the nonwoven layer by combination of resonator and porous absorption mechanisms in conjunction with an air slot whose width is orientated towards the lowest frequency to be combated.

12. Use of the soundproofing material according to claims 1 to 11, characterized in that falls in the absorption degree within the frequency range of interest can be avoided by further additional nonwoven layers of the material according to the invention.

Revendications

1. Matériau d'insonorisation en tissus non tissés contenant des fibres thermoplastiques pour la plage des fréquences acoustiques de 100 à 5.000 Hz, caractérisé en ce que le non tissé est comprimé de manière durable en deux étapes par une méthode de solidification mécanique suivie d'un traitement de compression/thermique jusqu'à une impédance acoustique spécifique de R_s = 800 - 1.400 Ns/m³.

2. Matériau d'insonorisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le non tissé contient, outre des fibres primaires naturelles et/ou synthétiques organiques ou minérales, 10 à 90 % en poids de fibres secondaires thermoplastiques présentant une plage de ramollissement d'au moins 5 °C, qui est en tout cas inférieure à une plage de ramollissement ou de décomposition éventuelle des fibres primaires.

3. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les fibres primaires et secondaires utilisées titrent de 0,5 à 17 dtex, de préférence 0,9 à 6,7 dtex, et présentent des longueurs d'empilage de 20 à 80 mm, de préférence de 30 à 60 mm.

4. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les fibres primaires utilisées sont des fibres de polyéthylénetéréphthalate et les fibres secondaires des fibres de copolyester.

5. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le non tissé a une épaisseur de 0,3 à 3,0 mm, de préférence de 0,8 à 1,2 mm et un poids spécifique de 250 à 500 Kg/m³, de préférence de 270 à 330 Kg/m³.

6. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la première étape de compression du non tissé est réalisée par un procédé d'aiguilletage.

7. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la seconde étape de compression est réalisée à l'intérieur de la plage de ramollissement des fibres secondaires à des pressions linéaires de 0,5 à 3,0 KN/cm, de préférence de 1,5 à 2,0 KN/cm.

8. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le non tissé compacté présente une impédance acoustique spécifique de 1.100 ± 150 Ns/m³.

9. Matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le non tissé est pourvu d'un apprêt ignifugeant à base d'hydroxydes métalliques et/ou de polyphosphates d'ammonium et/ou de mélamine et/ou de phosphore rouge.

10. Utilisation du matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 9 comme insonorisation pour l'intérieur.

11. Utilisation du matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 10, caractérisée en ce qu'un effet d'absorption acoustique est obtenu sur une large bande par la combinaison de mécanismes résonateurs et absorbeurs poreux en liaison avec une fente d'aération, dont la largeur dépend de la fréquence la plus basse à combattre, en aval de la couche de non-tissés.

12. Utilisation du matériau d'insonorisation selon les revendications 1 à 11, caractérisée en ce que les effondrements du degré d'absorption dans la plage des fréquences intéressante peuvent être évités en ajoutant des couches de non tissés supplémentaires du matériau selon l'invention.

Zeichnung