TW201623004A

TW201623004A - 可撓性吸音複合膜

Info

Publication number: TW201623004A
Application number: TW103145774A
Authority: TW
Inventors: 林照傑; 謝建正; 劉仁湧; 吳世昌
Original assignee: 財團法人紡織產業綜合研究所
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2016-07-01
Also published as: CN105733147A

Abstract

本發明提供一種可撓性吸音複合膜。此可撓性吸音複合膜包含壓電表層、吸音層及黏結層，且黏結層係用以黏結壓電表層及吸音層。前述壓電表層包含聚氟系樹脂，吸音層包含具有羥基之聚碳氫系樹脂及中空微粒，且黏結層包含氟系相容劑及異氰酸基架橋劑。前述之中空微粒係平均分散於吸音層中。於本發明之可撓性吸音複合膜中，壓電表層、吸音層及黏結層之總厚度為0.5公釐至1公釐。

Description

可撓性吸音複合膜

本發明是有關於一種複合膜，且特別是有關於一種兼具壓電與吸音效果之可撓性吸音複合膜。

人類藉由耳朵可接收各種聲音，而感受外界環境之變化。然而，當人類之耳朵長時間接收能量過大之聲音時，耳朵之聽覺能力會隨之降低，甚至造成永久性之傷害。

一般係利用吸音材料或隔音材料，以降低環境之噪音或避免其危害。前述的隔音材料藉由反彈能量之方式不斷削弱音波的能量，以達到降噪的目的。然而，習知的隔音材料無法使音波的能量消散，以致音波能量在減弱的過程中仍會影響他人。

習知之吸音材料則係藉由下述之二種方法達到吸音之效果。第一種方法係利用金屬鋁板，並於鋁板上形成(微)孔洞結構，而可藉由此些(微)孔洞結構吸收聲音之能量。第二種方法則係利用厚度較厚之吸音材料(例如：玻璃纖維棉或泡棉等)達到降噪之效果。

然而，前者之鋁板易受到環境之影響(例如：化學蒸氣之腐蝕)，而減少其使用壽命。其次，鋁板不具可撓性，其適用環境與應用範圍較為限縮。至於後者厚度較厚之吸音材料，其吸音效果與厚度相關，當厚度縮減時，其吸音效果亦大幅下降。

有鑑於此，亟須提供一種可撓性吸音複合膜，以改進習知可撓性吸音複合膜之缺陷。

本發明之一態樣是在提供一種可撓性吸音複合膜，此可撓性吸音複合膜藉由黏結層結合壓電表層及吸音層，以提供壓電與吸音之效果。

根據本發明之一態樣，提出一種可撓性吸音複合膜。此可撓性吸音複合膜包含壓電表層及設置於壓電表層之表面的吸音層。壓電表層包含聚氟系樹脂。吸音層包含具有羥基之聚碳氫系樹脂及平均分散於其中之多個中空微粒。此可撓性吸音複合膜之特徵在於壓電表層及吸音層之間設有黏結層。

前述之黏結層包含重量比為1：0.03至1：0.1之氟系相容劑及異氰酸基架橋劑。基於具有羥基之聚碳氫系樹脂的使用量為100重量百分比，中空微粒之使用量為5重量百分比至10重量百分比。前述壓電表層、吸音層及黏結層之總厚度為0.5公釐至1公釐。

依據本發明之一實施例，前述之聚氟系樹脂係β相之聚偏氟乙烯。

依據本發明之另一實施例，前述具有羥基之聚碳氫系樹脂具有如下式(I)所示之結構：

於式(I)中，a與b的比例為75：22至82：18，且a與d的比例為75：3至82：1。

依據本發明之又一實施例，前述具有如式(I)所示之結構的該具有羥基之聚碳氫系樹脂的分子量為105,000至112,000。

依據本發明之又另一實施例，前述中空微粒包含多個第一子中空微粒及多個第二子中空微粒，該些第一子中空微粒的粒徑為5μm至90μm，且該些第二子中空微粒的粒徑為10μm至190μm。

依據本發明之再另一實施例，前述第一子中空微粒的平均粒徑(D90)為46μm，且第二子中空微粒的平均粒徑(D90)為76μm。

依據本發明之更另一實施例，前述黏結層包含聚乙烯醇縮丁醛，且聚乙烯醇縮丁醛與氟系相容劑之重量比為1：5。

依據本發明之更另一實施例，此可撓性吸音複合膜更包含保護層，其中保護層設置於前述之吸音層上，且吸音層係設置於保護層及黏結層之間。

依據本發明之更另一實施例，此可撓性吸音複合膜吸收之聲波頻率為100Hz至5000Hz。

應用本發明之可撓性吸音複合膜，其係利用黏結層結合壓電表層及吸音層，並藉由吸音層之中空微粒吸收音波能量，而使所製得之可撓性吸音複合膜同時具有壓電特性及吸音特性，進而達到降噪之效果。

100‧‧‧可撓性吸音複合膜

100a‧‧‧方向

110‧‧‧壓電表層

120‧‧‧吸音層

120a‧‧‧中空微粒

130‧‧‧黏結層

200‧‧‧可撓性吸音複合膜

200a‧‧‧方向

210‧‧‧壓電表層

220‧‧‧吸音層

220a‧‧‧中空微粒

230‧‧‧黏結層

240‧‧‧保護層

圖1係繪示依照本發明之一實施例之可撓性吸音複合膜之剖視圖。

圖2係繪示依照本發明之另一實施例之可撓性吸音複合膜之剖視圖。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明所述之「吸音」材料係指此材料具有吸收音波能量的效果，不同於反彈音波能量之「隔音」材料。

請參照圖1，其係依照本發明之一實施例之可撓性吸音複合膜之剖視圖。在此實施例中，此可撓性吸音複合膜100包含壓電表層110及設置於壓電表層110之表面的吸音層120。此可撓性吸音複合膜100之特徵在於壓電表層110及吸音層120之間設置黏結層130。

壓電表層110包含聚氟系樹脂，且此聚氟系樹脂例如是β相之聚偏氟乙烯，其中β相之聚偏氟乙烯係具有壓電特性之壓電材料。

前述之壓電特性係指壓電材料受到音波之作用時，音波之能量可被壓電材料吸收，而使得壓電材料之分子鏈震盪，進而產生電能。於本發明之可撓性吸音複合膜中，壓電材料因音波所產生之微弱電能會消散於壓電表層中，而達到吸收音波之效果。

製備前述β相之聚偏氟乙烯時，先將α相之聚偏氟乙烯進行順向延伸，而使α相之聚偏氟乙烯轉變為β相之聚偏氟乙烯。隨著延伸倍率之增加，β相之聚偏氟乙烯的含量亦會隨之增加。須特別說明的是，當α相之聚偏氟乙烯係藉由模頭押出成膜時，「順向延伸」之延伸方向即為膜之押出方向；當α相之聚偏氟乙烯係藉由溶液塗佈成膜(solvent casting)時，由於膜中之分子鏈的排列不具方向性，故任意之延伸方向均可為「順向延伸」之延伸方向。

當壓電表層110包含微量的β相之聚偏氟乙烯時，壓電表層110即可吸收音波之能量，而產生電能。在一實施例中，為了獲得顯著之吸收音波能量的效果，基於聚偏氟乙烯之含量為100%時，β相之聚偏氟乙烯的含量較佳係不低於60%。

為了維持前述β相之聚偏氟乙烯的壓電特性，本發明之可撓性吸音複合膜較佳之使用溫度係不超過80℃，且更佳係不超過60℃。

前述之吸音層120包含具有羥基之聚碳氫系樹脂及平均分散於吸音層120之中空微粒120a。

具有羥基之聚碳氫系樹脂可具有如下式(I)所示之結構：

在一實施例中，具有如式(I)所示之結構的具有羥基之聚碳氫系樹脂的分子量為105,000至112,000。

在一實施例中，前述中空微粒120a之材料可包含玻璃及氣凝膠(aerogel)。前述之氣凝膠較佳係不與具有羥基之聚碳氫系樹脂反應並可平均分散於吸音層120a中，且氣凝膠更佳為二氧化矽系氣凝膠。

中空微粒120a可包含多個第一子中空微粒及多個第二子中空微粒。較佳地，第一子中空微粒之粒徑不同於第二子中空微粒之粒徑。

當第一子中空微粒之粒徑不同於第二子中空微粒之粒徑時，第一子中空微粒及第二子中空微粒可根據「最密堆積」之方式分散於吸音層120中。詳細地說，「最密堆積」之方式係指當粒徑較大之子中空微粒緊密排列時，由於大粒徑之影響，子中空微粒間易形成間隙，而使得粒徑較小之中空微粒可填充堆積於此間隙中，進而使得子中空微粒之堆積更加緊密。

在一實施例中，第一子中空微粒之粒徑為5μm 至90μm，且第二子中空微粒的粒徑為10μm至190μm。更具體地說，第一子中空微粒的平均粒徑(D90)為46μm，且第二子中空微粒的平均粒徑(D90)為76μm。

於吸音層120中，具有羥基之聚碳氫系樹脂可反彈音波之能量，而達到「隔音」之功能。再者，由於中空微粒120a具有一中空結構，且此中空結構可阻絕音波之傳遞，而使音波之能量消散於吸音層120中，故中空微粒120a具有「吸音」之功能。

本發明之吸音層120結合具有「隔音」功能之具有羥基之聚碳氫系樹脂與具有「吸音」功能之中空微粒120a，且中空微粒平均分散於吸音層120(亦即平均分散於具有羥基之聚碳氫系樹脂)中，故本發明之吸音層120可有效吸收音波之能量。

基於前述具有羥基之聚碳氫系樹脂之使用量為 100重量份，中空微粒120a之使用量為5重量百分比至10重量百分比。

倘若中空微粒120a之使用量小於5重量百分比時，中空微粒120a之使用量過少，則所製得之吸音層120無法有效「吸音」，而無法達到降噪之功能。其次，由於中空微粒120a之中空結構的影響，中空微粒120a具有較輕之重量，因此若中空微粒120a之使用量大於10重量百分比時，過多之中空微粒120a會降低所製得吸音膜120之機械性質，變的更加脆裂，甚至於使具有羥基之聚碳氫系樹脂無法形成一連續體，而難以成膜，進而無法製得本發明之吸音層120。

須特別說明的是，若前述中空微粒之使用量小於5重量百分比時，雖然吸音層無法有效「吸音」，但可藉由增加吸音層之厚度，以達到降噪之功效。惟增加吸音層之厚度會增加所製得之可撓性吸音複合膜的厚度，而影響其應用範圍。

請繼續參照圖1，黏結層130包含氟系相容劑及異氰酸基架橋劑。

前述之氟系相容劑係指具有羥基及氟原子等官能基之長碳鏈化合物。其中，氟系相容劑之羥基可與前述吸音層120之具有羥基之聚碳氫系樹脂之羥基產生作用力；且氟原子可與壓電表層110之聚氟系樹脂的氟原子產生作用力。

其次，異氰酸基架橋劑可增進前述吸音層120 之具有羥基之聚碳氫系樹脂與氟系相容劑之作用力。

因此，本發明之黏結劑130可有效黏結壓電表層110及吸音層120，而使本發明之可撓性吸音複合膜同時具有壓電特性及「吸音」之特性，以藉此達到降噪之功效。

前述氟系相容劑之具體例可為大金先端化學股份有限公司製造之商品，且其型號為GK-510、GK-570或GK-580等。

前述異氰酸基架橋劑之具體例可為台昌樹脂製造之異氰酸基架橋劑，且其異氰酸基之含量為22.5%至24.5%。

在一實施例中，氟系相容劑及異氰酸基架橋劑之重量比為1：0.03至1：0.1時，所製得之黏結層130具有1.7kg/in至2.2kg/in之界面接著強度。較佳地，氟系相容劑及異氰酸基架橋劑之重量比可為1：0.05。

倘若氟系相容劑及異氰酸基架橋劑之重量比不為前述之範圍時，過少之異氰酸基架橋劑會降低黏結層130與吸音層120之黏結效果；而過少之氟系相容劑則會降低黏結層130與壓電表層110之黏結效果。

在另一實施例中，黏結層130可選擇性地添加聚乙烯醇縮丁醛，聚乙烯醇縮丁醛與氟系相容劑之重量比為1：5，且所製得之黏結層130具有1.63kg/in至2.37kg/in之界面接著強度。具體地說，當黏結層130包含聚乙烯醇縮丁醛時，黏結層130的製造方法例如是先將聚乙烯醇縮丁醛與氟系相容劑根據前述比例混合以形成混合物，再將此混合物與異氰酸基架橋劑混合。

請繼續參照圖1，在一具體例中，當音波以方向 100a傳遞時，可撓性吸音複合膜100之壓電表層110係朝向音波之來源。當音波接觸到壓電表層110時，音波部份之能量可使壓電表層110之壓電材料震盪，而產生電能，且所產生之電能會在吸音層120中轉變為熱能並消散。

其餘之音波能量則會繼續傳遞至吸音層120。當音波之能量傳遞至吸音層120時，吸音層120中具有羥基之聚碳氫系樹脂會反彈部份的音波能量，但中空微粒120a則會吸收音波之能量(包含音波傳遞之能量及前述被反彈之能量)。因此，當前述音波其餘之能量傳遞至吸音層120時，吸音層120會吸收音波之能量，而達到降噪之功效。

請參照圖2，其係繪示依照本發明之另一實施例之可撓性吸音複合膜之剖視圖。在此實施例中，可撓性吸音複合膜200之結構大致上與可撓性吸音複合膜100之架構相同，二者之差異在於可撓性吸音複合膜200更包含保護層240。保護層240係設置於吸音層220上，且吸音層220設置於保護層240及黏結層230之間。

在一實施例中，保護層240可由具有羥基之聚碳氫系樹脂製成，其中保護層240之具有羥基的聚碳氫系樹脂可與吸音層220所使用之具有羥基的聚碳氫系樹脂相同或不同。較佳地說，當保護層240所使用之材料與吸音層220之具有羥基的聚碳氫系樹脂相同時，保護層240與吸音層220不須使用黏結劑即可具有良好之黏結效果。此外，由於具有羥基之聚碳氫系樹脂具有「隔音」之功效，故保護層240可提升可撓性吸音複合膜降噪之功效。

相同地，在一具體例中，當音波以方向200a傳遞時，可撓性吸音複合膜200之壓電表層210係朝向音波之來源。當音波接觸到可撓性吸音複合膜200時，部份之音波能量會使壓電表層210之壓電材料震盪，其餘之能量則會傳遞至吸音層220。

前述其餘之能量會被吸音層220中具有羥基之聚碳氫系樹脂及保護層240中具有羥基之聚碳氫系樹脂反彈，但中空微粒220a可吸收被反彈之音波能量及傳遞至吸音層220之能量，而達到「吸音」之功效，進而有效降噪。

在一應用例中，本發明之可撓性吸音複合膜可吸收之聲波頻率為100Hz至5000Hz，且壓電表層、吸音層及黏結層之總厚度為0.5公釐至1公釐。

若前述之總厚度小於0.5公釐時，可撓性吸音複合膜不易製備，且太薄之厚度會降低其降噪效果。若前述之總厚度大於1公釐時，雖然較大之厚度可增加降噪之效果，但過厚之吸音膜亦會降低其應用領域。

其次，由於本發明之可撓性吸音複合膜係利用聚合物材料(聚氟系樹脂與聚碳氫系樹脂)製得，故本發明之可撓性吸音複合膜具有可撓性，而可撓曲以配合所使用之場合或裝置，進而擴大其應用領域及使用之便利性。

再者，前述之聚合物材料可抵抗化學物質(包含化學蒸氣)之腐蝕，故所製得之可撓性吸音複合膜可長時間應用於化學環境中。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。

製備黏結層

以下係根據第1表製備具體例1至具體例3及比較具體例1與比較具體例2之黏結層。

具體例1

首先，秤取100重量百分比之氟系相容劑(大金先端化學股份有限公司製造之商品，且其型號為GK-570)及3重量百分比之異氰酸基架橋劑(台昌樹脂製造)，並混合兩者。

然後，將前述混合後之材料加熱至60℃，以進行合成反應，即可製得具體例1之黏結層。所製得之黏結層以下述「界面接著強度」之評價方法進行評價，所得結果如第1表所示。

具體例2與具體例3及比較具體例1與比較具體例2

具體例2與具體例3及比較具體例1與比較具體例2係使用與具體例1之黏結層的製作方法相同之製備方法，不同之處在於具體例2與具體例3及比較具體例1與比較具體例2係改變異氰酸基架橋劑之使用量，其中比較具體例 2不使用異氰酸基架橋劑，且其使用量及評價結果如第1表所示，在此不另贅述。

製備可撓性吸音複合膜

首先，將聚偏氟乙烯熔融並進行成膜步驟，以製得具有α相之聚偏氟乙烯的壓電膜。然後，對此壓電膜進行延伸步驟，而可製得具有β相之聚偏氟乙烯的壓電表層，其中延伸步驟之溫度為100℃，延伸倍率為3.5倍，且β相之聚偏氟乙烯的含量為68.7%至70.3%。

接著，根據第2表製備實施例1至實施例7及比較例1與合成例2之可撓性吸音複合膜。

實施例1

首先，將100重量百分比之聚乙烯醇縮丁醛與5重量百分比之中空玻璃球(Potters公司製造之商品，其商品名為Q-cel，且平均例徑為46μm)混合，以使中空玻璃球平均分散於聚乙烯醇丁醛中。

前述中空玻璃球可藉由高分子材料所製作之攪拌設備，於低轉速下進行攪拌，以避免激烈攪動造成中空玻璃球破損。

然後，對前述聚乙烯醇縮丁醛及中空玻璃球之混合物進行成膜步驟，以製得吸音層。

接著，利用前述之合成例2之黏結層結合吸音層及壓電表層，即可製得實施例1之可撓性吸音複合膜，其中實施例1之可撓性吸音複合膜的厚度為1公釐。所製得之可撓性吸音複合膜以下述「吸音係數」之評價方法進行評價，所得結果如第2表所示。

實施例2至實施例7及比較例1與比較例2

實施例2至實施例7及比較例1與比較例2係使用與實施例1之黏結層的製作方法相同之製備方法，不同之處在於實施例2至實施例7及比較例1與比較例2係改變中空玻璃球之使用量及其平均粒徑，且其使用量、條件及評價結果如第2表所示，在此不另贅述。其中，實施例7係同時混合兩種不同平均粒徑之中空玻璃球。

評價方法 1. 界面接著強度

本發明之黏結層的界面接著強度係利用拉力試驗機，並根據日本工業規格(Japanese Industrial Standards；JIS)之L1089法量測。

2. 吸音係數

本發明之可撓性吸音複合膜之吸音係數係藉由阻抗管計算方法(Impedance Tube Solutions)，並根據美國材料試驗協會(American Society for Testing and Materials；ASTM)之E 1050所訂定之標準來量測。

其次，第2表所載之噪音降低係數(Noise Reduction Coefficient；NRC)係計算可撓性吸音複合膜於200Hz至2000Hz所量得之吸音係數的加總平均值。

由第1及2表之結果可知，當黏結層之氟系相容劑及異氰酸基架橋劑的重量比為1：0.03至1：0.1時，所製得之黏結層具有1.7kg/in至2.2kg/in的界面接著強度。因此，本發明之黏結層可確實黏結壓電表層及吸音層，而使可撓性吸音複合膜同時具有「壓電特性」及「吸音特性」，進而提升可撓性吸音複合膜之降噪效果。

其次，由本發明上述之實施例可知，當本發明之吸音層中的中空微粒係由具有不同粒徑之第一子中空微粒及第二子中空微粒組成時，所製得之可撓性吸音複合膜具有較高之噪音降低係數，故具有更佳之「吸音」效果。

再者，隨著中空微粒之添加量增加時，可撓性吸音複合膜之噪音降低係數係隨之提升。據此，本發明之吸音層的中空微粒可提升可撓性吸音複合膜的「吸音」效果。

此外，由於高頻之音波具有較大之震盪頻率，而使得壓電表層之壓電材料的壓電特性更為明顯。因此，對於高頻音波，本發明之可撓性吸音複合膜的壓電表層可有效吸收其能量，而進一步提升可撓性吸音複合膜的降噪效果。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。