一种由香蕉树树干纤维中提取的微纤维制成的隔音/隔热材料

摘要

本发明涉及一种作为隔热/隔音材料使用的材料，其是一种由从香蕉树树干纤维中提取的微纤维制成的材料。所述材料具有良好的隔音及隔热性能，其耐热和耐寒性能也尤为突出。

说明书

技术领域

本发明旨在制造出一种主要由从香蕉树树干纤维中提取的微纤维制成的隔热和/或 隔音材料。本发明同时能将该种材料及其制造工艺用作其他各种用途。

本发明所涉及的技术领域为采用植物纤维进行建筑材料生产，特别是居民住宅以及 用于工业场所，比如机动车工业、汽车工业、航空和/或航天工业等所使用的隔热和/或 隔音材料，抑或是能承受极高温和极低温的设备包壳或外壳。同时所使用材料涉及的技 术领域还包括水合作用和植物栽培。

背景技术

我们所熟知的由植物纤维所制成的绝缘建筑材料有：麻纤维或棉纤维，还有椰子纤 维，棕榈纤维，或蕉麻纤维(马尼拉麻)。

麻纤维中含有很多良好的隔热隔音体，纯天然并且易于循环。但是需要使用较为笨 重的工具来进行麻纤维制造；事实上，麻纤维在成形之前需要种植、收割大麻，然后再 提取出纤维。

棉毛的优点为：它可以使用以循环利用(比如：通过对旧织物进行开松，清洁和压缩 纤维等方式来进行循环利用)方式获得的棉纤维制造出棉毛。但是，这种棉纤维价格昂贵 并且机械强度极低。

最后，由椰子纤维、棕榈纤维或蕉麻纤维制造而成的绝缘体价格十分昂贵，并且需 要使用十分笨重的工具才能进行纤维提取和处理。

在现有技术中，我们同样已经知道可以采用从香蕉树中提取的植物纤维制造隔音/ 隔热材料。

专利文件FR 2.846.685(CARPANZANO，Joseph)中对主要由脱水香蕉皮纤维制造而 成的面板进行了描述。专利文件WO 2005/092985(CARPANZANO，Joseph)中同样提到 了采用主要从香蕉皮和/或香蕉树中提取出的植物纤维制造出的材料。

专利文件FR 2.583.743(FRESSON)提到一种由农业开发残渣制造而成的轻混凝土， 比如香蕉树树干，通过搅拌处理可获得交错型纤维，然后在与一种水硬粘结剂进行混合。

专利文件NL 63.937(KOOL)中提到香蕉串残渣的用途，即先切碎并挤压出汁液，然 后风干，最后分割成纤维微粒。它与粘结剂混合后将在建筑材料中使用。

在文章W.KILLMANN ET AL：《der B ananfasern》 DEUTSCHE PAPIERWIRTSCHAFT，Vol.1977，N°3，1977年，第61～65页中，对香蕉 树纤维组织的用处进行了描述，即在磨碎之后，可用于制造隔音/隔热材料。

这些文件中所提及的所有隔音/隔热材料均具有较好的绝缘性。

本发明的主要目的，旨在提供一种新型材料，它具有比由香蕉树植物纤维所制成的 材料更为突出的隔热性能及隔音性能。

本发明的另一个目的在于提出一个制造简单、快速且以最低成本来生产此隔音/隔热 材料的方法。

发明内容

与现有所熟知的隔音/隔热材料相比，所述材料具备更好的隔音和隔热性能，尤其是 和从香蕉皮、树干、伪树干或香蕉树茎秆中提取纤维所制成的其他材料相比，无论温度 为正还是为负，其隔音和隔热性能都更佳。申请人实际上已经确认香蕉树树干纤维具有 出人意料的隔音及隔热性能，其耐热和耐寒性能也尤为突出。

《微纤维》在本发明中的意思为直径在0.01mm～1mm之间，最好为0.1mm左右。

《香蕉树》这里是指在芭蕉科中，芭蕉分类下所有类别及种类的香蕉树。

《香蕉树树干》在本发明中的意思为从香蕉树顶端生出，结出香蕉的，朝下方生长 的弯曲茎梗。

申请人发现，香蕉树树干主要由可以被分割为微纤维的纤维组成，而香蕉树其他部 分的纤维都是唯一不可分割的或很难分割的。不过，当这些微纤维粘结在一起的时候， 它们可以蓄积大量的空气微型气泡，这些微型气泡在成品材料中起到隔热和隔音的作 用。申请人即可确认，香蕉树树干纤维中的微纤维群蓄积的空气容量比香蕉树其他部分 (树干、伪树干、叶子、香蕉皮...)的单一纤维群蓄积的空气容量要大(依据成品材料的密 度，在5％～30％之间)。因此，发明的材料具有比由香蕉树其他部分纤维制造及使用比先 前工艺制造的材料更佳的隔热和隔音性能。

为了促进微纤维更好地粘结并蓄积更多的空气微型气泡，需将上述微纤维与纤维粘 结剂混合在一起。

隔音/隔热材料一般由至少80％，最好至少为90％的香蕉树树干纤维中的微纤维组 成。

根据最常见的制作方式，过滤材料会被放置于薄膜内，过滤器中或同等过滤装置中。 隔音/隔热材料表现为面板、滚筒或者需要吹炼或植绒的微纤维形式。

发明的另外一个方面是关于此隔音/隔热材料的制造过程。此过程包括：

-开松香蕉树树干，将树干纤维分割为微纤维；

-将得到的微纤维压碎、压扁，然后将其重新开松。

-这样我们就会获得具有最小直径的微纤维。

我们可以以最便利的方式，将获得的微纤维与粘结剂混合；将混合物注入模型内、 模板中或浇筑工具中；然后加热混合物以确保材料最终成型。

在将微纤维与粘结剂混合之前或混合过程中，上述微纤维需经过防火和/或抗菌和/ 或杀菌处理。

在另一实施例中，微纤维与粘结剂混合，并最终与水混合以便获得糊状混合物。此 糊状混合物再与氧化铝和钾混合，以便产生氢气微型气泡。然后将产生的糊状物涂在一 个载体上并加热，使空气微型气泡代替氢气微型气泡。

本发明一方面涉及到：以适于在待种植土壤内使用或埋藏在待种植土壤内的面板或 滚筒形式，将隔音/隔热材料用于水合作用及植物栽培。

本发明的另一方面涉及到将隔音/隔热材料用作覆盖稻草，将适合的微纤维散放在植 物根部，以防止蒸发和/或杂草生长，和/或起到隔热保护的作用。

本发明中关于隔音/隔热材料使用的补充内容为：

-作为防火材料，以适合的面板或滚筒形式，至少能在另外一种防火材料上使用；

-作为过滤剂时，优先放入薄膜内，过滤器中或其他相关过滤装置中；

-用于制作成型产品，如外壳、智能卡存储体、电子元件存储体等。

关于本发明的其他优势及特点在接下来的描述中以仅供参考且不详尽的举例方式 给出，以便于更好地对描述内容进行阅读。

具体实施方式

发明的主体材料是由从香蕉树枝干纤维中提取的粘结微纤维制造而成的。这些枝干 可以在天然状态下用作原材料，无需处理和提取；这就大大地节约了材料的生产成本， 但同时材料必须是纯天然的并且易于再循环利用。所获得的微纤维需要进行防火和/或抗 菌和/或杀菌处理，但也不是必须进行所述处理。

所述材料主要由香蕉树枝干纤维中的粘结或非粘结的微纤维组成，一般至少含50％ 的微纤维，最好含至少80％的粘结微纤维，至少含90％更好，必要时含量可为100％。 这种比例使所述材料对环境的污染很小，并且具有较好的可循环利用性，即使是当微纤 维与粘结剂混合时亦是如此。此外，这样可以大大地降低原材料的成本以及所述材料的 制造成本。

实际上，根据下文中关于先进开松技术的相关描述，微纤维的直径大约在0.01mm 和1mm之间，实际上约为0.1mm。

微纤维可以以简单压实的方式进行使用或以简单压实的方式聚集起来。但是，微纤 维应适当地进行加密，以便于提高材料的机械性能。实际上，微纤维可以和能保证其粘 结性且能提高聚集能力的粘结剂进行混合。所获得的材料刚性更强，机械强度更高，更 易成形，更方便进行使用。所选择的粘结剂可以是干性纤维粘结剂，可能由聚丙烯合成， 或者是诸如淀粉胶或纤维素胶之类的水溶性有机粘结剂，或者是由诸如硅酸钠(Na₂SiO₃) 之类物质组的水硬粘结剂型水溶性非有机粘结剂。

微纤维和纤维粘结剂的混合有利于蓄积大量的空气微型气泡并能够提高材料的隔 热及隔音性能。

在发明材料的使用过程中，从业人员觉得适合的其他成分和添加剂可以以化合方式 添加入微纤维内。

发明材料极其简单的组成允许根据应用具体选择以不同形式进行包装，成形及保 存。材料通常优先的表现形式为具有不同尺寸、密度和厚度的面板或滚筒。材料也可能 呈现如下形式：套筒、管管件、塑料、板材、绒布(以限制两层材料厚度的方式，其中至 少含一种软性材料，优先考虑防火材料，尤其是至少含一种纺织纤维材料)，等等。一般 情况下，至少以能保证其各种形状的方式来获得刚性、半刚性或软性元件。并且所述材 料可在天然状态下散装，用于水合作用及植物栽培，如将微纤维与泥土或合成物混合， 用于水合作用及植物栽培，或者土地之外的溶液培养。微纤维也可以直接用作覆盖稻草。 微纤维同样适合以机械或手工植绒方式、吹炼或铸造或复制模型的方式，来制作由其他 材料制成的热性或机械性设备的复杂零件的保护层。

所述材料具有极其显著的隔热、隔音、防火及液体吸收性能。

关于隔热性能，实施过如下试验：由隔音/隔热材料组成的厚度在0.5cm和1cm之 间的套筒，套在能产生温度为300℃左右热气流的锅炉排气管上，可以完全隔离上述排 气管。套筒外部与空气接触的表面温度只会升高几度，即使接触时间长达几十秒，我们 仍可以用手接触套筒而不用担心其热量和被烫伤。

此外，对于导热率系数的测试试验能确定所述材料是否具有比在专利文件WO 2005/092985(CARPANZANO，Joseph)中所描述的材料更好的隔热性能；其导热率系数值 (′λ′)小于0.041W/m.K，大约为0,038W/m.K；在所有情况下，均小于目前市场上现有的 植物隔音/隔热材料的导热率系数。

因此，我们可以不受限制地将所述材料用于对锅炉或烟囱管道进行密封，对个人用 或专用热水烧瓶进行密封，以及在航空或汽车工业中用于对内燃机，排气管或其他部件 进行密封。本发明材料同时可以对诸如冷藏室、冷凝器、冷冻车等制冷设备进行隔热。

所述材料还可以以涂层、镀层或保护层的形式应用于由另外一种隔音/隔热材料制成 的面板上或其背面，例如石膏板(类别BA10、BA13)或木板，或者作为被密封在至少两 块由另外一种材料制成的上述面板之间的绝缘层。特别是对于嵌缝和密封的应用，还可 以制造一种主要由具有一定厚度的发明材料所制成的绒布；该绒布最好是在无粘结剂情 况下烧结而成，密封在两层叶板或涂层之间，其中至少有一层防火织物。

关于隔音性能，按照NF EN ISO 10534-1和2标准相关要求在阻抗管中实施的吸音 系数测试试验，能确定所述材料的隔音性能是否能比专利文件WO 2005/092985 (CARPANZANO，Joseph)中所述的材料更好；其中频吸音系数值大于0.9。

所述材料还可在与前文所述条件相同的条件下用作隔音材料、例如面板、板材、或 者叶板、绒布、滚筒或外壳形式的天花板。

关于防火性能，香蕉树枝干纤维几乎是一种可自动灭火型天然防火材料，这一特性 使所述材料变得不易燃。由粘结微纤维层与硅酸钠粘结剂组成的厚度为3cm的板材，用 火燃烧30分钟，板材不燃并且看起来无明显损坏。我们可以说它没有红点(或熔点)，微 纤维不会燃烧。因此所述材料无需进行或很少进行微纤维防火处理，以防止或推迟在与 火苗长时间接触时材料的表面碳化现象。

在此应用情况下，所述材料能够以面板或滚筒的形式在至少一种其他防火材料上使 用。所述材料尤其可以以镀层或保护层方式来制造防火门及防火隔舱，或者用于对汽车 驾驶室进行密封。我们还可以直接在至少一种其他防火材料上吹炼微纤维或以植绒方式 植入微纤维。

对于本发明材料的其他特性，试验证明一块所述材料板能够吸收至少为自身容积的 液体。此吸收性能与隔热性能一起使所述材料形成一个良好的液体阻隔。这尤其适用于 比如在耕作实践中，用来在长时间(至少为一周)缺少灌溉的情况下保持较高的空气湿度， 这样不仅在炎热时期节约了水源，同时还可以保持泥土中的水分并防止冬季作物根部周 围冻结。所述材料也可以用作覆盖稻草，直接散放在植物根部的微纤维能够抑制蒸发和 /或杂草生长和/或作为隔热保护。

作为吸收剂时，所述材料可以以适合的面板或滚筒形式应用于耕地上或埋在地下。 实际上，可以将大约2cm厚度的面板埋在地下几厘米深处。这样还能够抑制杂草的生长。 微纤维还可以直接混合在耕地土壤内。

现对所述材料的制造过程做详细的描述。首先需在第一时间收取天然状态的香蕉树 枝干，这样树干是没有经过处理和预先准备的。我们可以直接使用在香蕉串收割后切下 来的香蕉树枝干。

开松枝干将纤维分离成微纤维。实际上，枝干要通过开松机，其滚针将纤维剥开露 出微纤维。在开松机口获得的微纤维直径大约在0.5mm和1mm之间，是由上述微纤维 和枝干中包含的液体状成分特别是水分和淀粉所组成的粗质混合物。

开松之后，可以很好的去除大部分液体状成分。为了达到此目的，在压力为 200kg/cm²～400kg/cm²之间的液压机的帮助下，我们挤压开松机口获得的混合物残渣。 最好是混合物残渣在温度为100℃～120℃之间的压制膜间压制，这样可以实现微纤维的 表面预干燥。

在第一次开松香蕉树枝干后，以及必要时在挤压混合物残渣后，将获得的微纤维在 两个压辊间压平，以便进行第二次开松。实际上，碾压微纤维可以增大它们的表面积， 这样开松机的滚针就可以将它们重新分割。所以可以得到直径大约为0.1mm的更小的微 纤维。

在其应用过程中，这些微纤维可以在天然状态下直接使用，或者通过简单的压力压 缩或混合至粘结剂或水中粘结后使用，后者可确保它们的粘附力并改善它们的粘结性。

所选粘结剂可以为聚丙烯纤维粘结剂。微纤维和纤维粘结剂的混合物优点为能够蓄 积大量的空气微型气泡并提高材料的隔热和隔音能力。

同样，还可以使用水溶性有机粘结剂如淀粉胶或纤维素胶。

还可以使用水溶性非有机粘结剂如由硅酸钠(Na₂SiO₃)组成的水硬粘结剂，一般为含 20％至40％的硅酸钠(Na₂SiO₃)，60％至80％的水，化学名称为中性硅酸钠液体。此种水 溶性粘结剂为粘稠无色液体，极易与微纤维混合，遇空气遇热时固化，主要优点为不易 燃及耐火性高(Euroclasses A1和A2)，无毒且容易循环利用。此种粘结剂参考比利时法 律SILMACO N.V和BRENNTAG N.V.中38/40硅酸钠条例，由企业分别进行生产，并将 其商业化。

粘结剂的比例取决于粘结剂的性质，希望达到的最终浓度，应用情况及要求的性 能。为此，在搅拌机中混合微纤维和少量粘结剂，组成的混合物中至少含80％，最好至 少含90％的微纤维，以及最大含量为20％，最佳最大含量为10％的粘结剂。随后将混合 物注入模具，型架或浇筑工具并挤压。然后整体加热至100℃到300℃之间，持续几分 钟以确保材料的最终成型。当使用纤维粘结剂时，混合物温度的升高可以使该纤维粘结 剂熔化并与微纤维紧密地融合。所以微纤维在冷却后能较好地粘结。

所述材料还可以放置在成型模具中成型，必要时包层或与热塑性材料混合，为汽车 制造内部装饰和仪表板。

在将微纤维与粘结剂混合之前或混合期间，上述微纤维要经过防火和/或抗菌和/或 杀菌处理。实际上，需将微纤维浸入含有防火，抗菌和/或杀菌剂的槽中。

为了增加材料中蓄积的空气容积并增强材料的绝缘性能，微纤维可以与氧化铝和钾 混合以产生氢气微型气泡。此步骤可在与粘结剂混合前，混合期间或混合后进行，但要 在加热前进行。在将混合物注入模型内、模板中或浇筑工具中后，此混合物在炉子或烘 箱中加热，在热量的作用下，氢气微型气泡被空气微型气泡所代替。

微纤维还可以通过加入粘结剂或在必要时加入水来进行混合，形成糊状混合物。然 往此糊状混合物中加入氧化铝和钾以产生氢气微型气泡。将糊状产物涂在载体上，然后 采用热风枪式加热装置来进行加热，以使空气微型气泡代替氢气微型气泡。

生产的材料板和叶板脱模后可以在原状态下保存和存放，或者根据它们将来的用途 制成滚筒型，或者依据特殊尺寸进行切割，如具有标准尺寸的平板或面板。必要时，它 们还要经过防腐烂处理或被重新涂层以使其更加美观，特别是要改善其机械强度或其固 有绝缘性能或吸收性能及防火性能。

主要包含由从香蕉树枝干纤维提取的植物微纤维制成的所述材料，可以有若干其他 用途。

所述材料还可用作空气、水和其他被污染流体的过滤剂。实际上，所述材料具有吸 收和/或阻隔污染物的特性，如空气或液体中的汞、铅(重金属)、医疗废物、有机废物等 等。

申请人证实从香蕉树枝干纤维中提取的植物微纤维具有能阻隔大量污染物的能力。 事实上，微纤维具有能够蓄积大量空气微型气泡的优点，同时加强了材料的吸收和/或阻 隔能力。

根据最常见的制作方式，过滤材料会被放置于薄膜内，过滤器中或同等过滤装置中。

微纤维可以以简单压实的方式在过滤器中或过滤薄膜内进行使用或聚集起来。但 是，微纤维应适当地进行加密，以便于提高材料的机械性能。微纤维可以和能保证其粘 结性且能提高聚集能力的粘结剂进行混合。优先选择使用的黏土粘结剂，为天然原料并 且能够吸附异味。当微纤维与黏土混合成型后应用于过滤时，它们的吸附能力和/或阻隔 污染物的特性就被优化。此混合物还可做其他用途，尤其是作为隔热和/或隔音和/或防 火等材料。

为了增加材料中蓄积的空气容积并提高材料的吸收和/或阻隔性能，可向微纤维与黏 土中混合氧化铝和钾以产生氢气微型气泡。此步骤可在与粘结剂混合前，期间或混合后 进行，但要在加热前进行。在将混合物注入模型内、模板中或浇筑工具中后，此混合物 在炉子或烘箱中加热，在热量的作用下，氢气微型气泡被空气微型气泡所代替。

这些微纤维的另外一个用处为制造外壳，智能卡存储体或应用于汽车，电话，信息 技术(智能卡存储体、电子元件存储体...)等工业领域的其他后成型产品。在此用途中， 微纤维混合于合成塑料或聚乙烯塑料，或淀粉及聚酯等类型的粘结剂中。