專利名稱：具有被控的水-蒸汽透過性的聲學(xué)隔音材料和用于制造該材料的方法
具有被控的水-蒸汽透過性的聲學(xué)隔音材料和用于制造該
材料的方法
背景技術(shù)：
對(duì)于建筑工業(yè)來說，噪音控制和潮濕管理構(gòu)成了兩個(gè)快速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)和公共政策
問題。需要并要求具有高聲學(xué)隔離(通常稱為"隔音")的區(qū)域用于各種目的。公寓、套房、 賓館、學(xué)校和醫(yī)院全部需要能減小聲音傳遞的墻壁、天花板和地板，以便消除對(duì)相鄰房間的 人們的干擾或使之最小化。隔音在臨近公共交通設(shè)施的住宅中尤其重要，這些公共交通設(shè) 施例如是高速公路、飛機(jī)場(chǎng)和鐵路線路。另外，影院、家庭影院、音樂練習(xí)室、錄音工作室等 需要增強(qiáng)的噪音消除手段。同樣，醫(yī)院和大眾醫(yī)療機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始意識(shí)到聲學(xué)舒適度是患者 康復(fù)期間的重要方面。多方住宅和商用噪音控制問題的嚴(yán)重性是建筑內(nèi)的特定墻壁結(jié)構(gòu)規(guī)
定了最小聲音傳遞等級(jí)(STC :soundTransmission Class)等級(jí)的設(shè)計(jì)指南和模型建筑法 規(guī)中普遍凸顯的問題。另一方面是在不可接受的噪音水平的問題上出現(xiàn)了在業(yè)主和建筑商 之間的訴訟。對(duì)于美國經(jīng)濟(jì)的損害來說，導(dǎo)致了兩種問題在某些市區(qū)，大建筑商拒絕建筑 房屋、公寓大廈和公寓；以及建筑商取消責(zé)任保險(xiǎn)。 除了噪音控制的問題，潮濕管理也是同樣重要的建筑工業(yè)問題。與建筑墻壁空腔 中的過度潮濕和最終霉菌增長(zhǎng)相關(guān)的問題已經(jīng)造成對(duì)于不利于健康的建筑和惡劣室內(nèi)空 氣質(zhì)量的全國性關(guān)注。對(duì)于這些問題，在具有不同溫度的區(qū)域之間的墻壁是主要結(jié)構(gòu)。對(duì) 于房間或其它建筑物的外墻來說，防止冷凝尤其重要，在外墻處溫度極值容易比內(nèi)腔之間 的大。外部建筑表面的受潮和雨水滲透是滲水的主要原因，但對(duì)于過度的室內(nèi)潮濕產(chǎn)生也 是如此。由于人們的占據(jù)和使用、在建造期間使用潮濕材料、漏氣或外墻材料的運(yùn)輸，結(jié)構(gòu) 內(nèi)部存在濕氣。當(dāng)潮氣進(jìn)入組件(或其從內(nèi)部產(chǎn)生，例如烹飪、洗浴、噴涂和其他活動(dòng))的 速度超過濕氣去除的速度時(shí)，濕氣會(huì)積聚。濕氣和水蒸汽的流動(dòng)經(jīng)由蒸汽阻滯隔膜(vapor resistive membrane)或稱為蒸汽阻滯件的材料控制。蒸汽阻滯件被定義為水蒸汽傳輸速 度小于lperm的隔膜或板。"perm"的定義請(qǐng)參見隨后的第
段。相反，空氣阻滯件是 水蒸汽傳輸速度小于5perm的隔膜或板。高perm值確保水蒸汽容易傳輸。常見的蒸汽阻 滯件包括聚乙烯薄膜和箔片。 明顯的是，當(dāng)單個(gè)墻壁或結(jié)構(gòu)需要高效地消減高噪音水平并允許沒有泄露地適當(dāng) 水蒸汽傳輸時(shí)，問題就會(huì)增加。 例如，在為隔音設(shè)計(jì)的新一類阻尼干式墻板(damped drywall panel)的情況下， 在兩個(gè)需求之間的沖突是明顯的。這些板對(duì)傳統(tǒng)噪音控制材料是一種改進(jìn)，穿通噪音控制 材料諸如是彈性槽道、雙立筋框架或多個(gè)干式墻層，這是因?yàn)樗鼈兿鄬?duì)于傳統(tǒng)技術(shù)提供材 料和人力的節(jié)省。但是，相對(duì)于適當(dāng)?shù)乃羝麄鬏敚鼈兙哂休^大的缺陷。這些阻尼干式墻 板包括聚合物的連續(xù)薄膜，并因此用作蒸汽阻滯件。能源部(DOE)和美國采暖、制冷與空調(diào) 工程師學(xué)會(huì)(ASHARE)以及其他建筑科學(xué)組織已經(jīng)建立了推薦的墻壁設(shè)計(jì)和在墻壁內(nèi)的蒸 汽阻滯件的適當(dāng)位置。這些設(shè)計(jì)依賴于當(dāng)?shù)貧夂颉Ｔ诶鋮s主導(dǎo)的氣候中，推薦將蒸汽阻滯 件安裝在隔熱部的外部。在具有明顯加熱和冷卻需求的混合區(qū)域氣候中，設(shè)計(jì)提議建議將 蒸汽阻滯件完全省略。如果沒有遵守這些方針，結(jié)構(gòu)會(huì)具有允許水蒸汽冷凝在墻壁空腔內(nèi)
5料與常規(guī)蒸汽阻擋件一起使用，會(huì)形成嚴(yán)重的問題。應(yīng)該避免使用在 結(jié)構(gòu)的兩側(cè)具有蒸汽阻擋件的墻壁，從而濕氣不會(huì)被陷落和冷凝而導(dǎo)致發(fā)霉或木材腐爛。 傳統(tǒng)的方法使用在墻壁結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)的一層或多層常規(guī)干式墻(允許水蒸汽的容易運(yùn)輸)和在 墻壁結(jié)構(gòu)外側(cè)上的蒸汽阻擋件。這樣的設(shè)計(jì)減少了與潮濕相關(guān)的問題，但是，常規(guī)的墻壁結(jié) 構(gòu)提供了較小的聲音衰減。 對(duì)建筑材料或方法的聲音減弱質(zhì)量有利的因素是材料的聲音傳遞級(jí)別(STC) 。 STC 等級(jí)是在建筑領(lǐng)域中用于評(píng)價(jià)隔段、門和窗戶在阻擋聲音方面的有效性的分級(jí)設(shè)定。作為 聲學(xué)測(cè)試的結(jié)果而對(duì)于特定隔段設(shè)計(jì)作出的評(píng)級(jí)表現(xiàn)為對(duì)建立了 STC值的曲線的逼近的 最佳擬合類型。該測(cè)試以此方式進(jìn)行使其與測(cè)試環(huán)境獨(dú)立并僅對(duì)隔段賦予一個(gè)值。確定 STC等級(jí)測(cè)量方法由在l/3的倍頻帶(octave band)中獲得的聲音測(cè)量的ASTM E90實(shí)驗(yàn)室 測(cè)試和用于由結(jié)構(gòu)的聲音傳遞損失數(shù)據(jù)計(jì)算的STC值的ASTM E413來限定。這些標(biāo)準(zhǔn)在因 特網(wǎng)http:〃www. astm. org上可以獲得。 用于由建造方法或材料測(cè)量水蒸汽的傳輸?shù)男阅芤驍?shù)(figure ofmerit)是其 透過性，或稱"perms"。 lperm定義為，在1英寸水銀(Hg)的蒸汽壓差(vapor pressure differential)下，每平方英尺暴露面積每小時(shí)傳輸一滴水。蒸汽壓力是測(cè)試結(jié)構(gòu)所暴露 的空氣相對(duì)濕度(RH)和溫度的函數(shù)，并且可以在許多標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)表格中找到。通過任意一定 溫度下的飽和空氣蒸汽壓和RH的乘積可以得到任意一定RH下的蒸汽壓。例如，在華氏70 度時(shí)，飽和蒸汽壓是0. 7392英寸Hg，在50 % RH下的蒸汽壓是0. 3696英寸Hg。測(cè)試方法 取決于目標(biāo)材料而變化。在此之后得到的數(shù)據(jù)通過ASTM E96 "干杯(drycup)"方法獲得。 更多的信息可以在因特網(wǎng)http:〃www. astm. org上可以獲得。 因此，需要新的材料和新的建筑方法來減小聲音從給定房間到相鄰區(qū)域的傳遞， 同時(shí)允許濕氣從較高濃度區(qū)域向較低濃度區(qū)域的受控傳輸。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，披露了新的層疊結(jié)構(gòu)和相關(guān)的制造過程，其明顯地改善墻壁、天花
板、地板或門將水蒸氣從高蒸汽壓區(qū)域到低蒸汽壓區(qū)域的傳輸，減少聲音從一個(gè)房間到相
鄰房間的傳遞、或從房間外部到內(nèi)部的傳遞、或從房間內(nèi)部到外部的傳遞的能力。 該材料包括多個(gè)不同材料的層疊結(jié)構(gòu)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，替代干式墻的層疊件包
括選定厚度的石膏板的兩個(gè)外層的夾層結(jié)構(gòu)，每層都利用聲音耗散粘結(jié)劑而彼此膠合，其
中，聲音耗散粘結(jié)劑以一定圖案施加到小于兩個(gè)外層的所有內(nèi)表面。在一個(gè)實(shí)施例中，膠合
劑層是具有特定配方的Quiet Glue ,其是一種粘彈性材料。形成在兩個(gè)石膏板的內(nèi)表面
上，膠合劑層大約1/16英寸厚。在一種情況下，利用1/16的膠合劑層構(gòu)造的4英尺X8英 尺板具有大約為5/8英寸的總厚度，并具有大約5perms透過性值以及大約38的STC值。水 蒸氣由石膏片傳輸通過石膏板的沒有被膠合劑覆蓋的部分。如所述構(gòu)造的雙側(cè)墻壁結(jié)構(gòu)提 供了大約49的STC值。結(jié)果，與利用同樣質(zhì)量和厚度的常規(guī)(未處理)石膏板的同一結(jié)構(gòu) 相比，傳遞通過墻壁結(jié)構(gòu)的噪音減小大約15db。 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明的層疊板使用獨(dú)特的膠合劑，其能夠使聲音和振動(dòng)充分 耗散掉，這減小了聲音從材料的一層到另一層的傳遞。與利用標(biāo)準(zhǔn)干式墻所獲得的聲音衰
6減相比，聲音最終的衰減明顯改善。通過覆蓋小于層疊板之間的所有面積，例如20%的覆蓋 率，其中，膠合劑施加到比單獨(dú)施加區(qū)域之間的一定最大間隔少的單獨(dú)區(qū)域，石膏材料提供 了額外的聲音耗散，同時(shí)可以使水蒸氣傳輸。


通過以下附圖并結(jié)合其以下詳細(xì)說明可以更加充分地理解本發(fā)明。
圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明制造的層疊結(jié)構(gòu)，用于減少聲音通過材料的傳遞并提供濕
氣通過該材料的傳輸。 圖2A是用于將膠合劑帶施加在根據(jù)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)上的圖案的例子。
圖2B是用于將膠合劑斑點(diǎn)陣列施加在根據(jù)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)上的圖案的例子。
圖3A是用于將膠合劑施加在根據(jù)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)上的波浪圖案的例子。
圖3B是用于將膠合劑施加在根據(jù)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)上的隨機(jī)圖案的例子。
圖4顯示了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的層疊材料的一個(gè)樣品實(shí)施例的透過性測(cè)試結(jié) 果。 圖5顯示了對(duì)于根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的層疊材料的多個(gè)樣品實(shí)施例的透過性測(cè)試結(jié) 果，其中，以不同百分比覆蓋率施加了膠合劑。 圖6顯示了墻壁結(jié)構(gòu)，其中，該結(jié)構(gòu)的一個(gè)元件包括根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造層疊板。
圖7顯示了對(duì)于本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的聲音衰減測(cè)試的詳細(xì)結(jié)果數(shù)據(jù)。
圖8以曲線方式示出了圖7的測(cè)試結(jié)果。 圖9顯示了包含五(5)層材料的層疊結(jié)構(gòu)的實(shí)施例，其能顯著減少聲音通過該材 料的傳遞并提供濕氣通過該材料的傳遞。
具體實(shí)施例方式
以下詳細(xì)說明意圖僅僅是示例性的而不是限制性的。本發(fā)明的其它實(shí)施例在本說 明書的教導(dǎo)下對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員將是明顯的，這些實(shí)施例諸如外和內(nèi)層材料的數(shù)量、類 型、厚度、尺寸、面積、形狀和布置順序。 用于形成根據(jù)本發(fā)明的層疊板的過程應(yīng)考慮許多因素膠合劑的確切化學(xué)成分； 壓制過程；以及干燥和除濕過程。 圖1顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的層疊結(jié)構(gòu)。在圖1中，如圖所示以結(jié)構(gòu)水平地 取向的方式，將從頂部到底部描述該結(jié)構(gòu)中的層。但是應(yīng)理解，當(dāng)放置在垂直墻壁和門上 時(shí)，本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)將垂直地取向，當(dāng)放置在天花板和地板上時(shí)，將水平或甚至成角度地 取向。因此，從頂層到底層的參照應(yīng)被理解為僅僅是針對(duì)如圖l所示取向的這些層，而不在 本結(jié)構(gòu)的垂直使用的情況下。在圖1中，標(biāo)記為100的組件是指根據(jù)本發(fā)明構(gòu)造的整個(gè)層 疊板。頂層102由標(biāo)準(zhǔn)石膏材料制造，且在一個(gè)實(shí)施例中為l/4英寸厚。當(dāng)然，許多其它厚 度可以按需要用于任意層。厚度僅僅通過最終的層疊結(jié)構(gòu)所需的聲學(xué)衰減度(即，STC評(píng) 級(jí))和最終的結(jié)構(gòu)的重量限定，所述重量將限制工人把層疊板安裝在墻、天花板、地板和門 上以用于其所需用途時(shí)的能力。 頂層102中的石膏板通常利用標(biāo)準(zhǔn)的已知技術(shù)制造，并由此將不描述制造石膏 板的方法。接下來，在石膏板102的底部上是稱為Quiet Glue⑧的膠合劑104的圖案層(patterned layer)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與現(xiàn)有理解相反，膠合劑圖案覆蓋石膏板底表面大約百分 之二十(20%)或更多可以賦予與相同厚度的完整膠合劑層基本相同的聲音衰減度。由粘 彈性聚合物制成的膠合劑104具有這樣的特性即當(dāng)被周圍層約束時(shí)，聲音中的與膠合劑 相互作用的能量將通過膠合劑顯著耗散，由此在寬的頻譜范圍內(nèi)減小聲音的振幅，從而減 小將穿過最終的層疊結(jié)構(gòu)的聲音能量。通常，盡管在本發(fā)明中還可以使用具有與表1下方 所述的膠合劑類似特性的其它膠合劑，但是該膠合劑104由表1中所述的材料制造。該膠 合劑層將通過附圖標(biāo)記104表示，但在圖1中，顯示為104. 1至104. n，以表示圖1顯示了層
疊結(jié)構(gòu)的橫截面，其中膠合劑層是帶圖案的，而不是實(shí)心的。 表1 QuietGlue 320
成分重量％最小最大優(yōu)選
丙烯酸酯聚合物33.00%70.00%60.00%
丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸、具有2-丙烯 酸乙酉旨(ethyl-2-propenoate )的聚合物0.05%3.00%0.37%
疏水性二氧化;圭0.00%0.50%0.21%
石臘油0.10%5.00%1.95%
二氧化硅0.00%0.50%0.13%
碳酸鈉0.01%1.50%0.66%
硬脂酸、鋁鹽0.00%0.50%0.13%
表面活性劑0.00%1.50%0.55%
松香酯1.00%9.00%4.96%
水25.00%40.00%30.87%
2-巰基吡。定-1-氧化物納鹽 (2-pyridinethiol,l-oxide, sodium salt)0.00%25.00%0.17% 優(yōu)選配方只是粘彈性膠合劑的一個(gè)例子。其它配方可用于實(shí)現(xiàn)類似的結(jié)果，給出
的范圍是研究過的成功配方的例子。 Quiet Glue⑧的物理固態(tài)特性包括 1)低于室溫的寬玻璃化轉(zhuǎn)換溫度； 2)橡膠的典型力學(xué)響應(yīng)(即，在破斷時(shí)伸長(zhǎng)量，低彈性模量)； 3)在室溫下的強(qiáng)剝離強(qiáng)度； 4)在室溫下的弱剪切強(qiáng)度；
8[OO38] 6)在水中不溶解(幾乎不膨脹)；禾口
7)在干冰的溫度下能容易地從基體剝離。 Quiet Glue⑧可由美國加利福尼亞州(94089)桑尼維爾的Serious Materials, 1259Elko Drive。 石膏板層106放置在結(jié)構(gòu)的底部，針對(duì)均一壓力(磅每平方英寸)、溫度和時(shí)間以 受控的方式小心地壓制。 最后，該組件經(jīng)歷除濕和干燥，以允許板干燥，特別是經(jīng)歷四十八(48)小時(shí)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)膠合劑104在頂層102的底表面以連續(xù)層或以一圖 案來分布時(shí)，其經(jīng)歷氣體吹流(gas flow)約四十五秒以使膠合劑部分干燥。氣體可以被加 熱，此時(shí)吹流時(shí)間可以減小。膠合劑104最初在其被施加的任何材料上分布時(shí)是液體。通 過用空氣干燥選定的時(shí)間或在膠合劑表面上方提供氣流而使膠合劑104部分干燥，膠合劑 104變?yōu)檎承阅z狀物，像膠帶上的粘合劑。流過膠合劑104的氣體例如是空氣或干燥氮?dú)狻?與前述壓制過程(其中，膠合劑104在將層106放置在位之前的可知時(shí)間內(nèi)不是干燥的) 相比，氣體能對(duì)膠合劑104進(jìn)行除濕，改善整個(gè)制造生產(chǎn)量。例如底層106這樣的第二板然 后被放置在并壓靠在膠合劑104另一側(cè)上的材料上(在圖1的例子中，頂層101)并經(jīng)過一 選定時(shí)間。 在一個(gè)實(shí)施例中，膠合劑104覆蓋了少于石膏片102和106的所有區(qū)域的區(qū)域。膠 合劑104可以以各種圖案施加。例子包括薄的垂直條帶，薄的水平條帶、點(diǎn)、方塊和方格圖 案。膠合劑104圖案元件之間的間隔小于要被衰減的聲音最大頻率的半個(gè)波長(zhǎng)；通常最大 值為6英寸。在一個(gè)實(shí)施例中，膠合劑104是十六分之一英寸厚；也可以使用其它厚度。膠 合劑104可以用刷子、油灰刀、填縫槍噴上、噴射裝置、利用膠合劑帶或其它裝置來施加。
圖2A顯示了在4' X8'的石膏片上具有垂直條帶圖案的膠合劑104。術(shù)語"垂直" 和"水平"，"頂部"和"底部"僅僅適用于圖2A、2B、3A和3B，以便論述；板100可以以任意取 向來安裝。觀察圖2A，膠合劑104.0至104.n的"n"個(gè)垂直條帶放置在石膏片102上，在 條帶之間具有六英寸或更小的間隔。例如，對(duì)于4' X8'的石膏片，跨過頂部/底部四英尺 跨距，最少有n二9個(gè)垂直條帶。4' X8'的片具有4608平方英寸的表面面積。對(duì)于用來 覆蓋20%表面(即，20%的覆蓋率)的膠合劑來說，每個(gè)條帶是(4608/96)/9)*(0. 20)或 大約一個(gè)英寸，96英寸長(zhǎng)。對(duì)于80%的覆蓋率來說，每個(gè)條帶是大約4. 25英寸寬、96英寸 長(zhǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，存在更多的條帶，一起間隔得更緊密。例如，在大約三英寸的中心上 的大約一個(gè)半英寸寬的十七個(gè)垂直條帶(即，n = 17)提供了 20%的覆蓋率?？梢允褂闷?它組合的條帶寬度和間隔。該條帶水平地施加，而不是垂直地。 圖2B是用于施加膠合劑104的圖案的另一個(gè)例子，如圖所示為在4' X8'板上的 斑點(diǎn)。對(duì)于所示的例子，以6英寸的最大間隔，9個(gè)圓形斑點(diǎn)沿水平方向施加，17個(gè)沿垂直 方向施加，提供了如圖所示的圓圈陣列。每個(gè)斑點(diǎn)的面積，按照?qǐng)A圈的有效直徑來描述可以
表示為 d = 2 (SQRT((4608X (%覆蓋率))/((17X9) Xpi))。 利用上述公式，對(duì)于20%覆蓋率，每個(gè)斑點(diǎn)大約為23/4英寸直徑，對(duì)于80%覆蓋 率，每個(gè)斑點(diǎn)大約為572英寸直徑。盡管斑點(diǎn)被指示和顯示為圓圈，但其形狀并不重要。如 條帶一樣，可以使用更小直徑的更多圓圈。例如，每個(gè)為2英寸直徑的300個(gè)圓圈可以提供20%的覆蓋率。在一些實(shí)施例中，當(dāng)切為片件以便在小區(qū)域中安裝時(shí)，膠合劑104的大量較 小斑點(diǎn)可用于確保將疊層保持在一起。 在層疊板100的構(gòu)造期間，可以使用各種圖案來施加膠合劑104。在選擇圖案方 面的考慮是當(dāng)層疊板100在安裝期間被切割時(shí)確保在板切割邊緣附近可存在一些膠合劑 104，由此在切割邊緣處提供連結(jié)，以消除板100由于操作而分離的可能性。例如，圖2A的 圖案可以在右側(cè)上靠近垂直條帶左邊緣垂直地切割，使得切割邊緣之下膠合劑104的覆蓋 有明顯差距(假定左邊的片件是要被安裝的部分)。因而，一些圖案可以被使用來改善邊緣 覆蓋，而不管切割線的位置。這樣的圖案的一個(gè)例子在圖3A中顯示，其中該膠合劑圖案為 波紋。具有如圖3A所示的膠合劑104圖案的層疊板100的典型直線切割可導(dǎo)致在切割邊 緣處有一些膠合劑104。如垂直或水平直線條帶一樣，波紋條帶可以最大距離隔開，最大間 隔不大于與板102U06所用材料有關(guān)的頻率下的聲音的半個(gè)波長(zhǎng)。圖3B所示的圖案是膠 合劑104圖案的另一實(shí)施例，其中，膠合劑104容易覆蓋到通常的切割邊緣。如圖3B所示 的圖案例如可通過膠合劑槍的隨機(jī)路徑形成。邊緣并不需要被膠合劑104完全覆蓋；各邊 緣的局部膠合劑104覆蓋基本上可以將最終的層疊板100片件保持在一起用于安裝?？梢?使用包括膠合劑隨機(jī)成形的圖案在內(nèi)的其它圖案，如果需要的話。 圖4顯示了用于一實(shí)施例的透過性測(cè)試結(jié)果，該實(shí)施例中，石膏片102、106的20% 面積由膠合劑104覆蓋。測(cè)試的樣品按照?qǐng)Dl構(gòu)造，并且為0.66平方英尺。在336小時(shí) (14天)的時(shí)間長(zhǎng)度內(nèi)，449個(gè)水滴((3877.4-3848. 3)*15.432)穿過層疊結(jié)構(gòu)100樣品，或 者每平英尺每小時(shí)為2. 02個(gè)水滴。水在70度、50% RH的蒸汽壓為0. 3696 ;因此，樣品測(cè) 試結(jié)果顯示了 5. 467perms(2. 02/(0. 3696))。 一克水對(duì)應(yīng)于15. 432個(gè)水滴。
完成的層疊件100的透過性值隨著片102U06的被膠合劑104覆蓋的部分減少而 增加。圖5示出了該關(guān)系。如圖5所示，石膏片被全部覆蓋(100%)導(dǎo)致非常低的透過性 值，由此全部覆蓋并不適合這樣的結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)預(yù)期存在濕氣和/或溫度極限且蒸汽阻擋 部覆蓋由插入式立筋形成的空腔相對(duì)側(cè)。 圖6是墻壁結(jié)構(gòu)的例子，其包括按照本發(fā)明(即，層疊件100)構(gòu)造的層疊板608 ; 木質(zhì)立筋602、604和606 ;棉胎式(batt-type)隔離部612 ;和標(biāo)準(zhǔn)石膏干式壁610的八分 之五英寸片，它們的關(guān)系如截面A-A所示。圖7顯示了如圖6所示的結(jié)構(gòu)對(duì)于層疊板608中 的膠合劑104不同覆蓋比例下的聲音測(cè)試結(jié)果，其中，板608如圖l所示。所有樣品的聲音 衰減值(STC值)大致相同；STC值大約為49。已知在這個(gè)領(lǐng)域的實(shí)踐中，在具有標(biāo)準(zhǔn)2X4 構(gòu)造的兩側(cè)上的與標(biāo)準(zhǔn)5/8英寸干式墻類似的結(jié)構(gòu)能產(chǎn)生的STC值大約為34。因而，本發(fā) 明在該特定構(gòu)造中產(chǎn)生了高于標(biāo)準(zhǔn)干式墻的15個(gè)STC點(diǎn)的改進(jìn)。圖7的測(cè)試結(jié)果數(shù)據(jù)在 圖8中以圖表示出。 在圖8中，可以看出聲音衰減程度與膠合劑104所有覆蓋值基本相同。在一些實(shí)施 例中，較少的膠合劑104對(duì)于層疊板100的構(gòu)造是優(yōu)選的，以便減少完成的板100的成本。
在圖9中，石膏板902和910的兩個(gè)外層在它們的內(nèi)表面上分別具有膠合劑層904 和908。在兩個(gè)膠合劑層904和908之間是約束層906，該約束層是由乙烯基的、鋼的、木質(zhì) 的或其它適于應(yīng)用的材料。如果層106是乙烯基的材料，該乙烯基材料是承載質(zhì)量的，并且 在一個(gè)實(shí)施例中，是每平方英尺一磅或更多。承載質(zhì)量的乙烯基材料可從多個(gè)制造商處獲 得，包括美國明尼蘇達(dá)州的明尼阿波利斯的Technifoam。約束層906可改善如此構(gòu)造的層
10那樣，約束層906將阻擋濕氣的傳輸。板 使?jié)駳馔ㄟ^(即"傳輸")的能力由膠合劑904、908 (與膠合劑904對(duì)齊或不對(duì)齊)或約束 層906無論哪一個(gè)所阻擋的總面積來確定。阻擋效果是三層(904、906、908)的總面積，只要 三層中的任一個(gè)沒有被一個(gè)或多個(gè)其它層覆蓋。換句話說，被多于一個(gè)區(qū)域覆蓋的區(qū)域部 分只能被計(jì)算一次。例如，如果層904、906、908的圖案是相同圖案，并彼此很好地對(duì)齊，則 被覆蓋的面積僅僅是三層之一的面積。如果每層的圖案沒有與其它兩層的每一個(gè)對(duì)齊，由 此不適于水蒸汽傳輸?shù)谋桓采w總面積將是由每層被覆蓋的面積總和。只要涉及蒸汽傳輸， 則傳輸水蒸汽的材料(例如是Tyvek材料的薄片)的約束層906對(duì)外層902和910的覆蓋 并無貢獻(xiàn)，但可以對(duì)聲音強(qiáng)度的額外衰減作出貢獻(xiàn)。即，當(dāng)層906是傳輸水蒸汽的材料時(shí)， 在確定阻擋部分時(shí)，僅考慮膠合劑904和908的面積。 用于約束層906的材料的例子包括多孔鋼、鋼板網(wǎng)(e鄧anded steel)和承載質(zhì)量 的乙烯基材料或類似產(chǎn)品。但是，鋼具有比乙烯基材料高的楊氏模量，并由此比乙烯基更勝 于做約束層。但是，出于其它容易切割的原因，乙烯基可以用來在層疊結(jié)構(gòu)中替代鋼，如果 需要的話。纖維素、木材、塑料或其它約束材料可以用于替代乙烯基材料或金屬。替代材料 可以是任意類型和任意適當(dāng)?shù)暮穸?。在圖9的例子中，約束材料906與其所施加的膠合劑 904和908的尺寸和形狀接近。膠合劑904和908以及約束材料906在圖9中顯示在多個(gè) 位置中，以反映它們正在被圖案施加的情況，如前所述。 在制造圖1的結(jié)構(gòu)時(shí)，膠合劑104首先以預(yù)定方式以選定圖案施加到石膏102的 底表面，通常是1/16英寸的厚度，但是如果需要也可以使用其它厚度。底層106的頂表面 放置在膠合劑104的暴露表面上，由此壓靠頂層102。在膠合劑是水基的情況下，取決于所 用的干燥和除濕技術(shù)，需要五分鐘至三十小時(shí)不等的時(shí)間來使膠合劑104完全干燥。溶劑 基的粘彈性膠合劑可以作為替換。 在制造圖9的結(jié)構(gòu)時(shí)，該方法類似于用于圖1的結(jié)構(gòu)的方法。但是，在底層910施 加之前，(底層910對(duì)應(yīng)于底層106)，約束材料906放置在膠合劑904的位置上。約束材料 906可以比膠合劑904或908圖案區(qū)域的面積大或小，這要考慮最終的層疊件阻擋水蒸汽傳 輸?shù)某潭?，因?yàn)橐陨厦枋隽思s束層906的無傳輸特性。第二層膠合劑908施加于約束材料 的暴露表面(即，約束材料的遠(yuǎn)離頂層902的那側(cè)上)。在一個(gè)實(shí)施例中，膠合劑層908施 加到底層910的內(nèi)側(cè)，而不是施加到層906。底層910放置在層902、904、906和908的堆疊 結(jié)構(gòu)上。最終的結(jié)構(gòu)在大約2至5磅每平方英寸的壓力下干燥大約5分鐘至大約48小時(shí)， 這取決于每個(gè)組件的確切需要，盡管可以在需要時(shí)使用其它壓力。 相應(yīng)地，本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)在與結(jié)構(gòu)相關(guān)的聲音傳遞等級(jí)數(shù)方面提供了明顯的改 進(jìn)，并由此明顯地減小從一個(gè)房間到相鄰房間的聲音傳遞，同時(shí)為濕氣提供了明顯的傳遞。 通過使用被構(gòu)圖的膠合劑，可以獲得低的制造成本。 圖1和圖9的結(jié)構(gòu)可以利用連續(xù)的多孔隔膜約束層以及沒有隔膜的系統(tǒng)制造。隔
膜是在其它兩層材料之間的薄的隔段或膜。盡管該術(shù)語通常用于描述植物或動(dòng)物中的兩塊
組織之間的膜，在本發(fā)明的背景下，術(shù)語"隔膜"用于描述多孔連續(xù)約束層。 另外，外部材料(圖1中的兩層102和106以及圖9中的兩層902和910)不僅
可以用石膏制造，也可以用陶瓷、木材、氧化鎂、水泥混合物、混凝土和包括磷酸鹽的陶瓷材
料。利用每個(gè)這些材料或其組合來制造每個(gè)這些層的方法已知，并因此不再詳細(xì)描述。
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對(duì)本發(fā)明的層疊結(jié)構(gòu)中的每個(gè)材料給出的尺寸可以根據(jù)需要變化，來控制成本、 總的厚度、質(zhì)量、預(yù)計(jì)濕度和溫度控制要求以及STC結(jié)果。所述實(shí)施例和它們的尺寸僅是示 例性的，而不是限制性的。 在上述描述的教導(dǎo)下，本發(fā)明的其它實(shí)施例將變得明顯。
權(quán)利要求
一種適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用的層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)具有選定面積，所述層疊結(jié)構(gòu)包括一種或多種材料的兩個(gè)外層；至少一個(gè)內(nèi)部約束層，具有小于所述選定面積的面積；和粘彈性膠合劑的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，由所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層間隔開，其中，粘彈性膠合劑的所述層的每一個(gè)都被構(gòu)圖，以覆蓋所述層疊結(jié)構(gòu)的選定百分比的所述面積，但不是全部所述面積，從而允許濕氣通過所述結(jié)構(gòu)。
2. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個(gè)外層包括石膏墻板。
3. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層覆蓋少于所述選定面積的面積。
4. 如權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層包括從以下組中選出的材料乙烯基、鋼、木質(zhì)和纖維素基的材料。
5. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，粘彈性膠合劑的所述兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層的每個(gè)包括從以下組選出的粘彈性膠合劑水基粘彈性膠合劑或溶劑基粘彈性膠合劑。
6. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，粘彈性膠合劑的所述兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層的每一個(gè)覆蓋所述結(jié)構(gòu)的大約百分之二十(20% )和大約百分之八十(80% )之間的面積。
7. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述約束層僅僅覆蓋所述結(jié)構(gòu)的所述面積的一部分。
8. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述材料的每個(gè)外層是非金屬和非玻璃的。
9. 如權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，材料的每個(gè)外層包括從以下組選出的材料石膏、陶瓷、木材、氧化鎂(Mg0)、水泥、混凝土和具有磷酸鹽的陶瓷混合物。
10. 如權(quán)利要求l所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層由連續(xù)隔膜狀材料制成。
11. 一種形成層疊結(jié)構(gòu)的方法，該層疊結(jié)構(gòu)適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用，所述層疊結(jié)構(gòu)具有選定面積，所述層疊結(jié)構(gòu)能夠使?jié)駳鈴膶盈B結(jié)構(gòu)的一側(cè)到達(dá)至另一側(cè)，所述方法包括形成一種或多種材料的兩個(gè)外層；在所述兩個(gè)外層之間形成至少一個(gè)內(nèi)部約束層，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層的面積小于所述選定面積；禾口利用被所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層間隔開的粘彈性膠合劑的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層將所述兩個(gè)外層連結(jié)至所述至少一個(gè)內(nèi)部層，其中，粘彈性膠合劑的所述層的每一個(gè)都被構(gòu)圖，以覆蓋所述層疊結(jié)構(gòu)的選定百分比的所述面積，但不是全部所述面積，從而允許濕氣通過最終的結(jié)構(gòu)。
12. 如權(quán)利要求1所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個(gè)外層每一個(gè)都包括選定厚度的石膏板層。
13. 如權(quán)利要求12所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述膠合劑包括能夠吸收聲音的粘彈性材料。
14. 如權(quán)利要求4所述的疊層結(jié)構(gòu)，其中，所述內(nèi)部約束層包括具有選定厚度的片狀金屬層。
15. 如權(quán)利要求14所述的疊層結(jié)構(gòu)，其中，具有選定厚度的所述片狀金屬層包括鍍鋅鋼。
16. —種具有選定面積的層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用，并包括非金屬材料的兩個(gè)外層；至少一個(gè)內(nèi)部約束層，具有小于所述選定面積的面積；禾口粘彈性膠合劑的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，由所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層間隔開，粘彈性膠合劑的所述層的每一個(gè)都具有小于所述選定面積的面積。
17. 如權(quán)利要求16所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，約束層包括金屬。
18. —種層疊結(jié)構(gòu)，包括選定材料的至少一個(gè)內(nèi)層；粘彈性膠合劑制成的兩個(gè)內(nèi)層，一個(gè)這樣的層位于所述內(nèi)層的每側(cè)上；以及非金屬材料的至少一個(gè)附加層，位于粘彈性膠合劑的每一內(nèi)層的另一側(cè)上，其中，粘彈性膠合劑的兩個(gè)內(nèi)層和選定材料的至少一個(gè)內(nèi)層的每一個(gè)占據(jù)的面積小于在粘彈性膠合劑的每一內(nèi)層的另一側(cè)上的非金屬材料的所述至少一個(gè)附加層的面積，以允許蒸汽穿過所述層疊結(jié)構(gòu)。
19. 如權(quán)利要求18所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)所述至少一個(gè)附加層包括第一聲音衰減材料的外層。
20. 如權(quán)利要求19所述的層括石膏。
21. 如權(quán)利要求20所述的層3
22. 如權(quán)利要求21所述的層ft結(jié)構(gòu)，其中，第一聲音衰減材料的所述外層的每一個(gè)包t結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)所述至少一個(gè)外層包括多層選定材料。5結(jié)構(gòu)，其中，所述多層選定材料包括金屬的第一層；粘彈性膠合劑的第二層；和選定材料的第三層。
23. 如權(quán)利要求22所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，選定材料的所述第三層包括石膏。
24. 如權(quán)利要求18所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)層包括金屬層。
25. 如權(quán)利要求18所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)層包括纖維素材料。
26. 如權(quán)利要求18所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)層包括固態(tài)石油基合成材料層，所述材料從以下組選出乙烯基材料、塑性復(fù)合材料或橡膠。
27. —種適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用的層疊結(jié)構(gòu)，包括非金屬材料的兩個(gè)外層；至少一個(gè)內(nèi)部約束層；以及粘彈性膠合劑的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，由所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層間隔開，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層從以下組選出纖維素、木材、金屬、塑料、乙烯基材料、塑性復(fù)合材料和橡膠，并且其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層和粘彈性膠合劑的所述兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層的每一個(gè)所占據(jù)的所述層疊結(jié)構(gòu)的面積小于所述層疊結(jié)構(gòu)的面積，以由此允許濕氣穿過所述層疊結(jié)構(gòu)。
28. 如權(quán)利要求27所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層是木材。
29. 如權(quán)利要求27所述的層疊結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層是纖維素。
30. —種適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用的層疊結(jié)構(gòu)，所述層疊結(jié)構(gòu)具有選定面積，所述層疊結(jié)構(gòu)包括一種或多種材料的兩個(gè)外層；禾口在所述兩個(gè)外層之間的粘彈性膠合劑的一個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，其中由粘彈性膠合劑制成的所述一個(gè)(或多個(gè))層被構(gòu)圖，以覆蓋所述層疊結(jié)構(gòu)的選定百分比的所述面積，但不是全部所述面積，從而允許濕氣通過所述結(jié)構(gòu)。
31.如權(quán)利要求30所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述兩個(gè)外層包括石膏墻板。
全文摘要
一種適于在構(gòu)造墻壁、地板、天花板或門中使用的層疊結(jié)構(gòu)具有選定面積，并且在一個(gè)實(shí)施例中，所述層疊結(jié)構(gòu)包括一種或多種材料的兩個(gè)外層，所述材料諸如但不限于石膏；至少一個(gè)內(nèi)部約束層，具有小于所述選定面積的面積；和粘彈性膠合劑的兩個(gè)或多個(gè)內(nèi)層，由所述至少一個(gè)內(nèi)部約束層間隔開，其中，粘彈性膠合劑的所述層每個(gè)都被構(gòu)圖，以覆蓋所述層疊結(jié)構(gòu)的選定百分比的所述面積，但不是全部所述面積，從而允許濕氣通過所述結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)E04B1/82GK101743364SQ200880020248
公開日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者布蘭登·D·蒂尼亞諾夫 申請(qǐng)人:西里厄斯材料股份有限公司