声衰减建筑材料和系统

摘要

一种建筑材料，其构造成提高穿过隔墙的声衰减和dB的降低，该建筑材料包括饰面隔膜、设置在饰面隔膜周围的芯基质，该芯基质包括大量微粒和构造成支撑微粒的粘合剂溶液，该建筑材料包括至少基本上暴露的面，其中芯基质的一侧至少部分暴露以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。两种建筑材料可围绕建筑结构如立柱墙互相结合地使用，以形成并限定出一声阱，该声阱用来减少穿过由立柱墙和建筑材料所形成的分隔物的传声。

权利要求

1.一种声衰减建筑材料，包括：

设置在饰面材料上的芯基质，所述芯基质包括：

大量微粒，所述微粒的量按重量计介于约25％至约60％之间，其中每个微粒具有外表面和中空的内部，并具有介于约10微米至约1500微米之间的平均尺寸；以及构造成支撑所述微粒的硅酸钠粘合剂，所述粘合剂的量按重量计介于约40％至约

60％之间；

其中，所述芯基质的一侧至少部分地暴露从而形成所述建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在所述建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。

2.根据权利要求1的建筑材料，其特征在于，所述芯基质的所述至少部分暴露侧基本上是暴露的。

3.根据权利要求1的建筑材料，其特征在于，所述微粒填充有惰性气体。

4.根据权利要求1的建筑材料，其特征在于，所述微粒由飞尘制成。

5.根据权利要求1的建筑材料，其特征在于，所述基本上暴露的面具有从所述芯基质延伸的多个突出部。

6.根据权利要求5的建筑材料，其特征在于，所述多个突出部以预定图案间隔开。

7.根据权利要求1的建筑材料，还包括设置在所述建筑材料的所述暴露面上的透声材料。

8.根据权利要求1的建筑材料，其特征在于，所述透声材料为网状材料。

9.根据权利要求1的建筑材料，还包括与所述芯基质相关联的刚性材料。

10.根据权利要求9的建筑材料，其特征在于，所述刚性材料设置在 所述芯基质内。

11.一种用于使用建筑材料衰减声的系统，包括：

第一建筑材料；

第二建筑材料，所述第二建筑材料设置在与所述第一建筑材料基本上平行的取向中使得所述第一建筑材料和所述第二建筑材料分隔开一定距离以形成声阱空间；

其中，所述第一建筑材料包括设置在饰面材料上的芯基质，所述芯基质包括：大量微粒，所述微粒的量按重量计介于约25％至约60％之间，其中每个微粒具有外表面和中空的内部，并具有介于约10微米至约1500微米之间的平均尺寸；以及构造成支撑所述微粒的硅酸钠粘合剂，所述粘合剂的量按重量计介于约40％至约

60％之间；

其中，所述第一建筑材料芯基质面向所述第二建筑材料的一侧至少部分地暴露从而形成所述第一建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在所述第一建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。

12.根据权利要求11的系统，还包括位于所述声阱空间内的建筑结构。

13.根据权利要求12的系统，其特征在于，所述第一建筑材料被支撑在所述建筑结构的第一侧周围且所述第二建筑材料被支撑在所述建筑结构的第二侧周围。

14.根据权利要求13的系统，其特征在于，所述第一建筑材料、所述第二建筑材料和所述建筑结构形成隔墙。

15.根据权利要求11的系统，其特征在于，所述第二建筑材料包括设置在饰面材料上的芯基质，所述芯基质包括：大量微粒；以及

构造成支撑所述微粒的粘合剂。

16.根据权利要求15的系统，其特征在于，所述第二建筑材料芯基质 面向所述第一建筑材料的一侧暴露从而形成所述第二建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在所述第二建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。

17.根据权利要求11的系统，还包括设置在所述第一建筑材料与所述第二建筑材料之间的所述声阱内的隔层材料。

18.根据权利要求11的系统，其特征在于，所述第一建筑材料或所述第二建筑材料中的至少一个还包括与所述芯基质相关联的刚性材料。

19.根据权利要求17的系统，其特征在于，所述刚性材料设置在所述芯基质内。

20.一种利用建筑材料衰减声的方法，包括：

将声波引入根据权利要求11的所述声阱中，从而所述声波通过至少部分通过所述第一建筑材料芯基质和所述第二建筑材料芯基质中的至少一个而被衰减。

21.根据权利要求20的方法，其特征在于，所述声波通过至少部分通过所述第一建筑材料芯基质和所述第二建筑材料芯基质二者而被衰减。

22.根据权利要求20的方法，其特征在于，所述声波由于与缺少暴露面的对照建筑材料相比冲击在所述第一建筑材料的所述暴露面上的所述声波的反射减少而至少部分地被衰减。

23.一种隔墙，包括：

支撑结构；

第一建筑面板，该第一建筑面板设置在所述支撑结构的第一侧上；以及第二建筑面板，该第二建筑面板设置在所述支撑结构的第二侧上，并且设置在与所述第一建筑面板基本上平行的取向中使得所述第一建筑面板和所述第二建筑面板分隔开一定距离以形成声阱，所述第一和第二建筑面板均包括基于湿配方约25wt％到约60wt％的微粒、约20wt％到约36wt％的无机粘合剂以及约2wt％到约6wt％的有机粘合剂。

说明书

声衰减建筑材料和系统

[0001] 相关申请

[0002] 本申请要求在2008年3月21日提交的美国专利申请No.12/077,951的权益，该美国专利申请要求在2007年3月21日提交的美国临时专利申请No.60/919,509、在2007年7月17日提交的美国临时专利申请No.60/961,130和在2007年11月7日提交的美国临时专利申请No.61/002,367的权益，所述申请全部并入本文作为参考。本申请还要求在2008年7月18日提交的美国临时专利申请No.61/081,949和在2008年7月18日提交的美国临时专利申请No.61/081,953的权益。

技术领域

[0003] 本发明涉及建筑材料，并且更具体地涉及包括声衰减特性的墙板和其它建筑材料。

背景技术

[0004] 多种建筑材料在设计时考虑了声衰减或吸收特性，因为通常希望最小化或至少降低经分隔物的传声量。关于建筑结构，认为诸如墙板、隔层和漆的建筑材料是可有助于降低传声的材料。

[0005] 墙板是一种常规的实用材料或建筑材料，其具有许多不同的类型、设计和尺寸。墙板可构造成具有许多不同的特性或特点，例如不同的吸声、传热和/或防火特性。迄今为止，最常见类型的墙板是干墙板或石膏板。干墙板包括石膏内芯，该石膏内芯为半水形式的1
硫酸钙(CaSO4·/2H2O)，布置在两个通常为纸或玻璃纤维垫的饰面隔膜之间。干墙板可包括各种添加剂和填料以改变其特性。

[0006] 最普遍使用的干墙板的厚度为二分之一英寸，但厚度范围可从四分之一英寸(6.35mm)到一英寸(25mm)。为了隔音或防火，有时候将两层干墙板互成直角地布置。干墙板为八分之三英寸板提供0.32的热阻或R值，为半英寸的板提供0.45的R值，为八分之五英寸板提供0.56的R值，为一英寸板提供0.83的R值。除R值增加外，较厚的干墙板具有稍高的传声等级(STC)级别。

[0007] STC为ASTM国际分类E413和E90的一部分，是一种广泛使用的用于鉴定建筑材料对空气传播的声音的衰减程度的标准。STC数由在从125Hz到4000Hz的十六个标准频率下测得的声衰减值导出。然后将这些传送损耗值绘制在声压级图上并将结果曲线与一标准基准轮廓线对比。声学工程师将这些值拟合成一适当的TL(或传送损耗)曲线以确定STC级别。可认为STC是墙板或其它分隔物可提供的噪音分贝下降。dB是以对数进制的，其中当音量大致减半时人耳可感知10dB的声减小。因此，任何dB(量级)的减小都是很明显的。对于相同的材料以dB(量级)的减小取决于传声频率。STC级别越高，隔板在减少最常见的音频的传送方面就越有效。

[0008] 房屋或建筑物中常见的内墙具有安装在立柱框架或立柱墙/撑柱墙上的相对的多片干墙板。在这种布置结构中，在干墙板面板厚度为1/2英寸的情况下，内墙的STC约为33。添加玻璃纤维隔层有一定帮助，但根据隔层的类型和质量以及立柱和螺柱间距只将STC增加到36-39。由于墙板通常由几块板或面板组成，所以面板之间的小缝或间隙或者墙结构中的任何其它缝或间隙称为“侧通路”，它们将允许声更自由地传送，因此导致更低的总体STC级别。因此，关键在于消除或尽可能多地减少所有潜在的侧通路。

[0009] 类似地，室外-室内传送等级(OITC)是广泛使用的用于表明室外空间与室内空间之间的传声级别的标准。OITC测试通常考虑低至80Hz的频率并且更侧重于较低的频率。

发明内容

[0010] 因此，本发明提供用于衰减声的声衰减建筑材料、系统和方法。一方面，例如，提供一种声衰减建筑材料。这种建筑材料可包括设置在饰面材料上的芯基质(core matrix)，其中该芯基质包括大量微粒以及构造成支撑微粒的粘合剂，并且其中芯基质的一侧暴露从而形成建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照(control)建筑材料相比减少冲击在建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。该建筑材料还可包括设置在建筑材料的暴露面上的透声材料。这种透声材料可包括筛网或网状材料。此外，在某些方面，建筑材料还可包括与芯基质相关联的刚性材料。在一个特定方面，该刚性材料设置在芯基质内。

[0011] 设想本发明的芯基质中包含各种不同的微粒。一方面，微珠是中空的。另一方面，微珠填充有惰性气体。再另一方面，微殊由飞尘制成。

[0012] 建筑材料的暴露面可包括各种构型，从相对平面形构型到明显非平面形构型。例如，在一方面，基本上暴露的面具有从芯基质延伸的多个突出部。这种突出部可根据建筑材料的期望特性发生变化，但是，一方面，所述突出部以预定图案隔开。

[0013] 本发明还提供一种用于使用建筑材料衰减声的系统。这种系统可包括第一建筑材料、第二建筑材料，第二建筑材料设置在基本上平行于第一建筑材料的取向中使得第一建筑材料和第二建筑材料分隔开一定距离以形成声阱空间，并且其中第一建筑材料包括设置在饰面材料上的芯基质。芯基质可包括大量微粒，以及构造成支撑微粒的粘合剂，其中第一建筑材料芯基质面向第二建筑材料的一侧暴露从而形成第一建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在第一建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。在一个更特别的方面，建筑结构可位于声阱空间内。在另一个更特别的方面，第一建筑材料被支撑在建筑结构的第一侧周围/附近且第二建筑材料被支撑在建筑结构的第二侧周围。在再另一个更特别的方面，第一建筑材料、第二建筑材料和建筑结构形成隔墙。在某些方面，可在第一建筑材料与第二建筑材料之间的声阱内设置隔层/隔离材料。

[0014] 设想了用于第二建筑材料的许多构型。例如，一方面，第二建筑材料包括设置在饰面材料上的芯基质，其中芯基质包括大量微珠和构造成支撑微珠的粘合剂。在一个特别的方面，第二建筑材料芯基质面向第一建筑材料的一侧暴露而形成第二建筑材料的至少基本上暴露的面，以通过与缺少暴露面的对照建筑材料相比减少冲击在第二建筑材料上的声波的反射而增加声衰减。可选地，第二建筑材料芯基质面向第一建筑材料的一侧可被基本上覆盖。

[0015] 本发明还提供一种使用建筑材料衰减声的方法。这种方法可包括将声波引入如文中所述的声阱中，从而声波通过至少部分地穿过第一建筑材料芯基质和第二建筑材料芯基质中的至少一个而被衰减。又一方面，声波通过至少部分地穿过第一建筑材料芯基质和第二建筑材料芯基质二者而被衰减。再另一方面，声波由于与缺少暴露面的对照建筑材料相比冲击在第一建筑材料的暴露面上的声波的反射减少而至少部分地被衰减。

附图说明

[0016] 本发明将从以下结合附图的描述和所附权利要求变得完全显而易见。应当理解的是，这些附图仅示出本发明的示例性实施例，因此不应认为它们限制了本发明的范围。可容易地理解的是，如在附图中大体描述和示出的本发明的构件可被布置和设计成各种不同的结构。不过，仍将通过使用附图更加具体和详细地描述和说明本发明，在附图中：

[0017] 图1示出根据本发明的一个示例性实施例的建筑材料的详细透视图；

[0018] 图2示出根据本发明的另一示例性实施例的建筑材料的详细透视图；

[0019] 图3示出形式为根据一个示例性实施例形成的隔墙的示例性声衰减系统的局部侧视横截面图，其中隔墙由相对的示例性建筑材料形成，并且其中隔墙形成并限定出一声阱；

[0020] 图4示出形式为根据另一示例性实施例形成的隔墙的示例性声衰减系统的局部侧视横截面图，其中隔墙由相对的示例性建筑材料形成，并且其中隔墙形成并限定出一声阱；

[0021] 图5示出形式为根据又一示例性实施例形成的隔墙的示例性声衰减系统的局部侧视横截面图，其中隔墙由相对的示例性建筑材料形成，并且其中隔墙形成并限定出一声阱；

[0022] 图6示出根据本发明的一个示例性实施例的墙板建筑材料的详细透视图，其中建筑材料包括基于微粒的芯基质、形成在芯基质的一个表面中的多突起(multi-elevational)表面构型、和布置在芯基质的相对表面上的饰面板；

[0023] 图7-A示出根据本发明的另一示例性实施例的墙板建筑材料的详细透视图，其中建筑材料包括基于微粒的芯基质、布置或夹置在芯基质内的板条(lath)、形成在芯基质的一个表面中的多突起表面构型、和布置在芯基质的相对表面上的饰面板；

[0024] 图7-B示出图7-A的建筑材料的详图；

[0025] 图8示出根据本发明的再一示例性实施例的建筑材料的俯视图，其中建筑材料包括形成在芯基质的暴露表面中的形成图案的枕状(patterned pillow-like)多突起表面构型；

[0026] 图9示出图8的建筑材料的剖面侧视图；

[0027] 图10示出图8的建筑材料的剖面端视图；

[0028] 图11示出图6的建筑材料的详细侧视图；

[0029] 图12示出根据另一示例性实施例的、具有多突起表面构型的建筑材料的详细侧视图；

[0030] 图13示出根据另一示例性实施例的、具有多突起表面构型的建筑材料的详细侧视图；

[0031] 图14示出根据另一示例性实施例的建筑材料的剖面侧视图，其中建筑材料包括大量策略性地形成和定位的空腔或空洞；以及

[0032] 图15示出构造成用作结构外部上的装饰材料的建筑材料。

具体实施方式

[0033] 以下对本发明的示例性实施例的详细说明参照附图，附图形成所述说明的一部分并通过图解示出可实施本发明的示例性实施例。虽然足够详细地描述了这些示例性实施例以使本领域的技术人员能够实施本发明，但是应当理解的是，也可以实现其它实施例并且可在不背离本发明的精神和范围的前提下对本发明作出各种更改。因此，以下对本发明的实施例的更详细的描述并非意图限制根据权利要求的本发明的范围，而只是出于说明而非限制的目的提出，从而描述本发明的特征和特点、阐明本发明的最佳操作模式、以及足以使本领域的技术人员能够实施本发明。因此，本发明的范围只由所附权利要求限定。

[0034] 在本发明的说明书和权利要求中，按照以下定义使用相应的术语。

[0035] 提到单数形式的“一”和“该/所述”包括复数对象，除非在上下文中明确指出不是这样。因此，例如提到“一墙板”包括一个或多个此类墙板，而提到“该粘合剂”包括一种或多种此类粘合剂。

[0036] 为了说明和解释所阐明的权利要求，在此所用的术语“建筑材料”应当理解为结合有微粒(例如微珠)基质的各种不同类型的产品或材料，所述微粒利用一种或多种成分——诸如某类粘合剂——粘附或粘合在一起。该建筑材料可包括其它添加剂、成分或组分，例如硬化剂、发泡剂或表面活性剂、水溶聚合物以及其它。该建筑材料可包括许多不同的类型、实施例等，并且可用于许多不同的应用中。

[0037] 如在此所用，术语“微粒”应理解为任何天然形成、制造或合成的颗粒，该颗粒具有外表面、在某些情况下具有中空的内部。通常，在此提到的微粒包括具有中空内部的球形或基本上球形的几何形状，称为微殊。其它类型的微粒可包括那些由木材、再生胶粉、磨碎的塑料、锯屑等制成的微粒。

[0038] 如在此所用，术语“芯基质”应理解为微粒和用以形成建筑材料的支撑基质的其它成分的组合。微粒可与一种或多种粘合剂、添加剂、硬化剂等组合。

[0039] 术语“多突起”应当理解为用于描述建筑材料的芯基质的至少一个表面，其中该表面中形成有一系列的峰和谷(或突出部和凹陷)以提供具有位于不同高度和/或方向的不同表面的整体表面构型。多突起的表面构型可任意形成或形成图案。此外，多突起表面可由任意或几何成形的突出和凹进的成分限定。

[0040] 如在此所用，术语“基本上”是指动作、特征、特性、状态、结构、物品或结果的完成或接近完成的程度。例如，“基本上”封闭的物体是指物体被完全封闭或接近完全封闭。与绝对完成的偏转的精确可允许程度在一些情形中取决于特定上下文。但是，一般而言，完成的接近将具有与绝对和完全完成相同的总体结果。当用于否定的含义时，“基本上”的使用同样用来表示完全或接近完全缺乏动作、特征、特性、状态、结构、物品或结果。例如，“基本上没有”颗粒的成分将完全缺乏颗粒，或接近完全缺乏颗粒以致效果与完全缺乏颗粒相同。换言之，“基本上没有”组分或元素的成分实际上仍可含有这种物品，只要不存在其可测量的效果即可。

[0041] 如在此所用，术语“约”用来通过使一给定值可以“略高于”或“略低于”数值范围的端点而使该端点具有灵活性。

[0042] 如在此所用，为了方便可在一公共列表中列出大量条目/产品、结构元件、组成元件和/或材料。然而，这些列表应解释为：列表的每个部件都被单独视为分离的、唯一的部件。因此，在无相反地说明的情况下，此类列表中的单独部件不应仅由于被列在公共的组中而被解释为同一列表的任何其它部件的实际等同物。

[0043] 浓度、量和其它数值数据在此可以以范围的形式表达或提出。应当理解的是，此类范围形式只是为了方便和简明而使用，因此应当灵活地解释为不仅包括作为范围界限明确列出的数值，而且包括包含在该范围内的所有单独的数值或子范围，视同明确列出了各数值和子范围。举例而言，数值范围“约1到约5”应当解释为不仅包括明确列出的值约1到约5，而且包括在所指出的范围内的单独的值和子范围。因此，此数值范围中包括单独的值如2、3和4以及子范围如从1到3、从2到4和从3到5等，以及单独的1、2、3、4和5。该相同原理适用于列举一个数值作为最小值或最大值的范围。此外，不论所描述的范围和特点的幅度如何，此类解释都应当适用。

[0044] 本发明提出多种使用大量微粒来构造的实用材料。本发明还提出多种用于生产或制造不同实用材料的方法，以及此类实用材料的各种应用。本文公开的实用材料、相关的墙板实施例以及相关的制造和使用此类实用材料的方法与现有技术中的实用材料——如墙板产品、尤其是干墙板——相比具有几个显著的优点，其中一些优点在此指出并遍及在以下更详细的说明中。第一，该墙板建筑材料提供提高了的热力学性能。例如，一方面，该墙板建筑材料具有大得多的传热阻抗。第二，另一方面，该墙板建筑材料具有提高的声学性能。例如，本文公开的墙板建筑材料具有明显更好的传声等级(STC)级别。第三，本发明的墙板建筑材料更坚固并且更轻。这些优点并不以任何方式进行限制。此外，本领域的技术人员应理解，在实施本发明时可实现有别于在此具体列出的优点的其它优点。

[0045] 本文公开的实用材料对各种不同的应用适应性强。该实用材料由于其成分或组成而可被控制以根据预期用途实现不同的性能特点。例如，可控制微粒的孔隙率和密度以实现任何希望的水平。这在许多应用——例如当需要隔声或隔热实用材料时——中是有益的。

[0046] 例如，一方面，本发明提供一种与常规的干墙板相比具有提高的传声等级级别和其它有益特性(例如，高传热阻抗)的建筑材料。该建筑材料可作为剪力面板或作为墙板面板构造，均包括芯基质，该芯基质包括大量微珠和至少一种粘合剂或粘合剂溶液，所述微珠中空或实心、惰性、轻质、是天然形成或合成的，该粘合剂或粘合剂溶液构造成用以将微珠支撑(例如，粘合或粘附)在一起，并形成遍及芯基质的大量空洞。微粒因而被分散和悬浮在一组合物中，该组合物至少包括粘合剂，可能还包括诸如表面活性剂或发泡剂的其它成分。粘合剂可包括无机粘合剂溶液、有机或胶乳粘合剂溶液、或无机粘合剂溶液与有机粘合剂溶液的混合物。芯基质还可包括各种添加剂、填料、加强材料等。取决于所选的成分，可将该实用材料构造成除了声衰减特性之外还具有特定的物理特性和性能特性，例如强度、柔性、硬度，以及热力学性能、防火特性等。

[0047] 在墙板面板的情形中，芯基质可布置在一侧上的饰面材料周围或一个面周围，墙板面板的相对侧或面未被覆盖，或者至少部分未被覆盖，以提供由芯基质的成分和构造限定的粗糙、多孔表面。换言之，该建筑材料构造有至少部分暴露的芯基质。在剪力面板的情形中，芯基质可以相对侧暴露的方式布置在饰面材料周围。饰面材料可为任何有用的材料，如纸、布、聚合物、金属等。下面更详细地描述本发明的声衰减建筑材料和系统的各成分，以及其它特征和系统。

[0048] 目前已发现芯基质的暴露表面极大地提高了建筑材料的声衰减特性。冲击在暴露表面上的声波与缺乏这种暴露表面的建筑材料相比呈减少的声反射。结果，声波被包括建筑材料的芯基质的材料更有效地吸收并衰减。

[0049] 参照图1，示出了根据本发明的一个示例性方面形成的建筑材料的详细透视图。如上所述，建筑材料包括暴露面或侧以提供粗糙、多孔的表面。如图所示，建筑材料10为类似于墙板面板的面板形式，具有宽约4英尺、长约8英尺的尺寸，该尺寸与大多数常规的墙板产品相同。当然，也可考虑不同于4英尺乘8英尺的建筑材料尺寸，以及不同的厚度。所示的建筑材料10包括芯基质14，该芯基质布置在单个饰面板或饰面层——即饰面材料34——附近。芯基质14的暴露侧18允许声被微粒和粘合剂衰减，声反射比建筑材料10的两侧均被覆盖有饰面材料的情况下要少。一方面，在将建筑材料安装或装配到诸如立柱墙的结构物上时，芯基质14的暴露侧18可面向内侧，饰面隔膜34面向外侧。另一方面，在将建筑材料安装或装配到结构物上时，芯基质14的暴露侧18可面向外侧，饰面隔膜34面向内侧。

[0050] 芯基质14由大量微粒和至少一种粘合剂组成，其中微粒通过所述一种或多种粘合剂至少粘合或粘附在一起、且在一些情形中粘结在一起以形成其中限定有大量空洞的芯基质结构。空洞由微粒被粘合剂固定就位时其间的点点接触形成。当粘结在一起时，微粒提供明显比建筑材料包括另外的饰面隔膜的情况更粗糙的表面。设置粗糙、多孔的表面的作用是通过能够在声试图穿过芯基质时更好地吸收声而显著改善建筑材料的声衰减特性。

[0051] 设想在此使用的微粒可包括许多不同类型、尺寸、形状、成分等。一方面，微粒可为微珠。一方面，用在本发明的建筑材料中的微粒可具有范围介于约10微米与约1500微米之间的平均尺寸。另一方面，微粒可具有范围介于约10微米与约1000微米之间的平均尺寸。再另一方面，微粒可具有范围介于约200微米与约800微米之间的平均尺寸。再另一方面，微粒可具有范围从约300微米到约600微米的平均尺寸。又一方面，微粒可具有范围从约350微米到约450微米的平均尺寸。此外，微粒可具有约0.4g/ml到约0.6g/ml的体积密度，因而提供的产品比常规的建筑材料、如基于石膏的干墙板或定向结构刨花板(OSB)轻得多。微粒的尺寸因此可取决于应用和希望的性能特点。然而，微粒不应过大以致引起布置在其上的任何粘合剂的流走或失效。

[0052] 微粒的尺寸还起影响建筑材料的渗透性的作用。微粒应与任何粘合剂、添加剂和/或饰面板兼容。在中空微粒的情形中，可将微粒的外壳厚度保持在最小值，只要微粒如芯基质材料中希望的那样保持结构完整性即可。一方面，微粒可具有小于微粒直径的约30％的外壳厚度。对于非球形的微粒，可基于颗粒的有效直径计算出颗粒的直径，其中利用颗粒横截面的总面积并使该面积等于一圆面积并从该值确定直径。又一方面，外壳厚度可小于微粒直径的约20％。

[0053] 在一个示例性方面，微粒可包括几何形状基本上为球形的中空、惰性、轻质、天然TM形成的玻璃颗粒。一种具体类型的微殊以商标Extendospheres 销售，其由Sphere One Corporation制造和销售。在某些方面，中空内部可有益地用来减轻建筑材料的重量，并提供良好的隔离特性。一方面，微粒可以是从飞尘副产物获得的天然形成的中空、惰性、玻璃微殊。此类微珠常称为漂珠。漂珠可与飞尘中存在的其它副产物成分分离并被进一步处理，例如被净化和分离到希望的尺寸范围中。漂珠主要由二氧化硅(硅石)和氧化铝(矾土)组成，并可具有充满空气和/或其它气体的中空内部。漂珠具有许多希望的特性，例如
3000psi到5000psi之间的耐压强度和低比重，以及能够耐受高温(1800°F以上)的特性。尽管漂珠的总体形状基本上为球形，但许多并非真正的球形，因为许多被压碎或包括由于额外的二氧化硅和/或氧化铝导致的不平滑表面。

[0054] 如上所述，微粒或微珠可在中空内部内包括一定量的空气或其它气体。在可能的情况下，能够可选地选择微珠内气态材料的成分以便提供实用材料的增强特点。例如，中空内部可包括稀有气体或其它已知的隔离气体、如氩气以改善整个实用材料的隔离特性。

[0055] 另一方面，微粒可包括由合成材料制造的中空、球形结构。采用合成材料的一个优点是微珠之间的均匀性，从而使它们的性能、以及所形成的芯基质和建筑材料的性能更加可预测。但是，在某些情形中，这些优点可能不够明显以证实其用途，因为制造合成微珠通常很昂贵。使用天然形成的微珠代替合成微珠来形成建筑材料可取决于几个不同的因素，例如计划应用，和/或希望的性能特性和特点。在一些应用中，天然形成的微珠可能是优选的，而在其它应用中，可能更希望合成类型。

[0056] 本发明的芯基质材料可根据得到的实用材料的希望特性包括任何量的微粒。一方面，例如，芯基质中存在的微粒的量以湿混合物的形式可介于总芯基质的约25％与约60％(按重量计)之间。另一方面，微粒存在的量可介于约30％与约40％(按重量计)之间。还可设想其它量，特别是芯基质中包含其它添加剂或填料的那些方面，例如珍珠岩，或硬化剂，例如C类飞尘。应当指出，可利用任何类型的飞尘作为填充材料和/或可选地作为漂珠源。一方面，C类飞尘可为微珠的一个源或唯一源。一方面，芯基质中所包含的C类飞尘的量可在约0.5wt％到约50wt％的范围内。另一方面，C类飞尘可与合成制造的微珠组合存在，其中C类飞尘与合成微珠的比例为约1∶15到约15∶1。再另一方面，C类飞尘的量可小于微珠量的约1/3。所使用的C类飞尘能可选地包括大于约80wt％的硅铝酸钙盐(calcium aluminate silicate)，以及小于约2wt％的石灰。

[0057] 如上所述，本发明还包括可操作以将微粒连接在一起并有利于形成多孔芯基质的一种或多种粘合剂。微粒可以任何方式粘合，包括物理粘结结构、化学粘合微粒、融合微粒的边界等。在一个特别的方面，微粒可以物理粘结的方式粘合，如在粘合剂的基质中将微粒保持在一起，其中粘合剂粘附或物理地固定微粒，但不会与微珠形成共价键或其它化学结合。粘合剂可将微珠粘附在一起，其中粘合剂如果为水基粘合剂则允许干燥，或如果为非水基粘合剂则允许在高温环境中固化。一方面，可使粘合剂交联，其中粘合剂的作用是将微粒结合在一起并改善建筑材料的防水性。

[0058] 粘合剂与微粒的比例可根据要形成的建筑材料而变化。粘合剂与微粒的比例较高使建筑材料比该比例较小的情况更坚固和密实。粘合剂与微粒的比例较小使建筑材料更加多孔。

[0059] 设想许多粘合剂材料用在本发明的各方面中。应当注意的是，任何能够在芯基质内将大量微粒粘合在一起的粘合剂都应当被认为在本发明的范围内。可选择不同的粘合剂作为组合物的一部分以有利于建筑材料的组成，并有助于提供具有特定物理特性和性能特性的建筑材料。可设想使用水基粘合剂和非水基粘合剂两者。普通粘合剂类别的示例包括但不局限于：热塑性塑料、环氧树脂、硫化剂、氨基甲酸乙酯、热固性塑料、硅树脂等。

[0060] 在一个示例性实施例中，粘合剂包括与有机粘合剂组合的无机粘合剂、如呈一种形式或另一种形式的硅酸钠，该有机粘合剂为诸如聚乙酸乙烯酯共聚物或乙烯乙酸乙烯酯。这些粘合剂的比例可变化。一方面，无机粘合剂与有机粘合剂的比例可为约7∶1至约10∶1。更一般地，无机粘合剂在湿态(粘合剂包括一定量的水，或与一定量的水混合)下存在的量按重量计介于芯基质的总重量的50％与60％之间(或约20wt％至约36wt％干无机粘合剂)，有机粘合剂在湿态下存在的量按重量计介于芯基质的总重量的5％到15％之间(或约2wt％至约6wt％干有机粘合剂)。所列量可基于纯粘合剂材料的形式(粘合剂的在文中所述的全部芯基质中的百分比重量减小到介于40％与60％之间)，例如基于纯硅酸钠，或者可基于包括可选的水、类似的化学形式如硅酸盐等和其它添加剂的粘合剂混合物。作为一个非限制性示例，商售的硅酸钠粘合剂溶液包括约35wt％到40wt％的溶液中的硅酸钠。此外，可同时采用一种以上类型的无机和/或有机粘合剂。

[0061] 根据得到的实用材料的期望特性，设想组成芯基质的材料的多种成分。在一个特定实施例中，芯基质组合物可包含400g到600g之间的微珠，该微珠与600g到800g之间的硅酸钠粘合剂溶液和60g到100g之间的乙烯乙酸乙烯酯混合。当然，根据应用场合其它范围也是可能的。例如，可能希望将200g到1500g之间的硅酸钠或其它粘合剂与300g到800g之间的微珠混合、与20g到180g之间的乙烯乙酸乙烯酯共聚物混合。也可设想各种配方的各个成分具有其它的比例和范围。此外，可使用多于一种的有机粘合剂，也可使用多于一种的无机粘合剂。

[0062] 在一个具体示例中，无机粘合剂溶液在湿混合物中存在的量按重量计是芯基质的总重量的约55.5％，其中该粘合剂溶液包括硅酸钠和水。更具体而言，无机粘合剂溶液包括的硅酸钠的量以重量计介于约40％与约60％之间，而水的量以重量计介于约40％与约60％之间。在许多情况下，无机粘合剂溶液包括比例为1∶1的硅酸钠与水。硅酸钠可被预混并以液体形式提供溶液，或者硅酸钠可呈粉末形式并随后与水混合。

[0063] 一方面，胶乳或有机粘合剂在湿混合物中存在的量按重量计约为芯基质总重量的7.4％，并包括乙烯聚乙酸乙烯酯(ethylene polyvinyl acetate)(EVA)乳液。胶乳粘合剂有利于形成柔性的多孔组合物，该组合物随后形成为墙板的芯基质。所使用的胶乳粘合剂的一个特定示例是在商标Airflex(例如，Airflex 420)下销售的乙烯乙酸乙烯酯(水基粘合剂)，其由Airproducts公司制造和销售。此特定粘合剂可用来促进芯基质的可流动和可成型的形成，以及提供柔性或半刚性的组合物。胶乳粘合剂可与水预混合而呈液体形式。
胶乳粘合剂包括其量以重量计约40％的EVA和其量以重量计约60％的水。一方面，胶乳粘合剂占湿混合物中芯基质的总重量的范围为从约2.5wt％至约30wt％。又一方面，胶乳粘合剂的范围可为约5wt％到约20wt％。胶乳粘合剂的非限制性示例包括Airflex生产的产品(具体包括323、401、420、426)、UCAR生产的产品(具体为154s、163s)、常规的胶粘剂和浆糊、Vinac生产的产品(包括XX210)以及它们的混合物和组合物。

[0064] 在芯基质的配方中可包括水溶性聚合物。该水溶性聚合物可被添加到芯基质组合物，该芯基质组合物已溶解在水中或呈干燥形式。水溶性聚合物的功能是用作用于混合物中存在的任何表面活性剂或发泡剂的稳定剂。具体而言，水溶性聚合物有助于稳定组合物直到粘合剂固化或交联。可包括在该配方中的水溶性聚合物的非限制性的示例包括Airflex销售的水溶性聚合物，例如聚环氧乙烷(如WSR 301)。水溶性聚合物还可用作增稠剂并防止水在芯基质成型期间从混合物流出。此类聚合物可用于控制建筑材料的刚度、柔性、抗撕裂强度和其它物理特性，以及稳定任何表面活性剂(如果存在的话)。在一些实施例中，可能希望消除或至少大幅减少芯基质组合物中有机成分的量。在希望建筑材料包括进一步增强的防火特性的情况下尤其如此。保留在芯基质组合物中的有机成分的量因此可取决于具体应用。

[0065] 如上所述，并且取决于所使用的类型，粘合剂可仅固化而不交联，或者可交联。通过使粘合剂交联，在粘合剂与微珠间形成更强、更持久的物理连接。同样，本发明设想使用一种或多种措施来有效地使粘合剂交联。在一个示例性实施例中，可通过在一适当的时间段中将粘合剂的温度提高到一适当温度来交联粘合剂，从而实现聚合和结合。这可利用常规的辐射加热方法完成，或者也可以利用连续作用或以不同的间隔作用的微波以及不同强度的微波完成。使用微波明显更快，并且成本更加低。此外，使用微波交联的作用是产生更坚固的建筑材料，因为增加了实际交联的粘合剂的量。此外，根据所使用的具体粘合剂，可采用化学交联剂。此类化学交联剂在本领域中是众所周知的。

[0066] 与具有未交联的组合物的建筑材料相比，建筑材料内的交联具有显著的优点。例如，在交联的情况下粘合剂更坚固，它们不会轻易吸收水，并且微珠之间的连接更强。此外，建筑材料随着时间的推移通常弱化较小。本领域的技术人员可意识到其它优点。但是，应当注意的是，可能存在其中不希望交联且其中优选未粘合的成分的应用。

[0067] 本发明还设想利用表面活性剂或发泡剂，其与粘合剂和微珠混合以实现具有较低密度的建筑材料。关于发泡过程，一旦将各配料组合便可搅打或搅动它们以将空气引入混合物中，然后进行干燥。可利用机械搅动或压缩空气将空气物理地引入混合物中并产生发泡过程。与无发泡的组合物相比，发泡过程有效地致使微粒相互之间被支撑在更加分离的位置。在存在泡沫的情况下，微粒悬浮并因此能够以更分散的构型干燥。另一方面，由于存在发泡剂引起的微珠悬浮还可用来确保芯基质组合物具有更高的可流动性或可泵送性，和可成型性。适当的表面活性剂或发泡剂的示例包括但不限于阴离子发泡剂如Steol FS406或Bio-terge AS40、阳离子发泡剂和非离子发泡剂等。

[0068] 作为一个特别示例，芯基质材料基于湿配方可包括从约25wt％至约60wt％的微粒(其中微粒的尺寸介于约10微米与约1000微米之间)、从约20wt％至约36％的硅酸钠、和从约5wt％至约15wt％的醋酸乙烯酯。在2008年9月25日提交并且题为“Wallboard Materials Incorporating a Microparticle Matrix(结合微粒基质的墙板材料)”(代理机构卷号No.2600-32683.NP.CIP2)的相关共同未决的美国临时专利申请No.__________以及在2008年9月25日提交的并且题为“Shear Panel Building Material(剪力面板建筑材料)”(代理机构卷号No.2600-32683.NP.CIP3)的相关共同未决的美国临时专利申请No.___________中描述了与墙板建筑材料有关的更多细节，所述申请全部并入本文作为参考。

[0069] 饰面材料可包括许多不同类型的材料或具有不同特性的材料的组合。在一个示例性方面，饰面材料包括纸质材料，其类似于在如上所述的各种墙板产品——如干墙板或并入本申请作为参考的墙板——上现有的纸质材料。在另一个示例性方面，饰面材料可为布、聚合物或金属或金属合金。

[0070] 参照图2，示出了根据本发明的另一示例性实施例形成的建筑材料。建筑材料110在许多方面与上述和图1所示的建筑材料10相似。但是，建筑材料110包括网状隔膜154，其布置在芯基质114的暴露侧118周围，与饰面隔膜134相对。网状隔膜154包括形成大量格栅状开口的多个交叉部件。网状隔膜154用于与饰面隔膜134类似地向芯基质114提供支撑和稳定性，但仍留下暴露于该侧上的芯基质114的相当大的一部分以维持建筑材料110的粗糙、多孔的表面。网状隔膜154可为许多不同类型的材料，并且格栅状开口可具有许多不同的尺寸和构型。

[0071] 一方面，网状隔膜154可包括玻璃纤维或塑料网或网状材料。该加强的网状材料为建筑材料110提供了抗弯强度，并且当微粒在建筑材料110的一侧上暴露以便达到通过吸收声波和衰减振动而接收并驱散声的特定目的时进一步支撑微粒。根据具体应用和需要，网状隔膜154可由玻璃、塑料(例如，挤出塑料)或其它材料制成。网状隔膜154可以与饰面隔膜134相似的方式或通过本领域中公知的任何其它方法被粘合在芯基质114上。

[0072] 与常规产品相比的一个显著优点是本发明的建筑材料衰减或吸收声的能力。已发现对于与图1和图2所示相似的方式形成的建筑材料(厚度为1/2英寸)传声等级级别介于40与60之间，取决于芯基质的成分、墙板面板的厚度以及是否存在加强材料。厚度也为1/2英寸的常规的干墙板具有约33的STC级别。在测试基于上文所述的、图1和图2所示的实施例的建筑材料时，发现可达到.89±.10左右的吸声。此外，在3000Hz下，噪声降低介于55dB与65dB之间。在2000Hz，噪声降低介于35dB与45dB之间。在1000Hz，噪声降低介于10dB与20dB之间。相比之下，干墙板在3000Hz的噪声降低为40dB；在2000Hz的噪声降低为28dB；在1000Hz的噪声降低为3dB。可以看出，该建筑材料在吸声方面明显更好。

[0073] 除了其改进或提高的声衰减特性以外，本发明的建筑材料与常规的建筑材料如干墙板、石膏板、OSB相比提供许多附加的改进的特性和特征。例如，本发明的建筑材料具有比常规的建筑材料明显更低的热传递。例如，在上述和图1和图2所示的建筑材料中，可实现400℃的温度梯度。在一个特别的测试中，本发明的建筑材料的一侧被加热到100℃，在2小时后相对侧上不存在明显升温。此温度梯度可因成分的组成而异或变化，例如微珠与粘合剂的比例、所使用的粘合剂的类型、加强材料的存在等，如文中所述。因此可以看出，本发明的建筑材料表现出优良的热力学性能。使用标准的ASTM测试，发现在相同的测试条件(例如，时间和温度)下，该建筑材料的热传递比干墙板小20℃。测试表明，与吸收大约.54BTU的干墙板相比，该建筑材料吸收大约.11BTU。由此，使用基于微珠的芯基质提高了热容量，即材料吸收热量的多少。已发现与对于1/2英寸厚面板而言为.45的干墙板相比相同建筑材料的热阻或R值对于1/2英寸厚面板而言介于2与3之间。

[0074] 还发现上述相同的建筑材料比干墙板轻约20％到30％之间。例如，4×8面板重约39lbs，相比之下尺寸相似的干墙板面板重大约51lbs。4×12干墙板面板重大约80lbs，相比之下本发明的墙板建筑材料重约60lbs。

[0075] 除重量更轻外，还发现相同的建筑材料比干墙板牢固10％到20％。在一个示例中，各种测试表明该建筑材料在抗弯强度测试中将在170lbs与180lbs之间断裂。相比之下，干墙板通常在107lbs左右断裂。这些测试中使用的面板具有相当的尺寸和厚度。在边缘硬度测试中，该建筑材料的平均值为大约15lbf，而测试出干墙板为11lbf。在握钉测试中，测试出该建筑材料的平均值为99lbf，而测试出石膏板为77lbf。

[0076] 本发明的建筑材料还可包括刚性材料或加强部件，其构造成与图1和图2的示例性建筑材料相比在一个或多个区域中提供提高的特征。在一个示例性实施例中，该建筑材料可包括布置在芯基质内(夹置于其中)或在芯基质的外表面与饰面材料之间的刚性材料。该刚性材料可构造成增强或提高建筑材料的一个或更多个特性或特征。例如，该刚性材料可构造成加强对传声、传热或它们的结合的抵抗(或提高阻抗)。该刚性材料也可构造成提高建筑材料的整体强度。刚性材料可包括各种类型的材料，例如金属、纺织或无纺纤维或纤维板、塑料膜等，并且可具有任何必要的厚度。

[0077] 本发明还提供用于使用声阱改进和提高经隔墙的噪音减少的系统和方法。这种声阱可通过将本发明的建筑材料布置在建筑结构如立柱或其它墙周围形成，其中相对的建筑材料形成构造成吸声并显著减少经该墙的传声的声阱。在此构型中，相对的暴露表面将定位成互相面对。声衰减系统可由具有多种构型的多种适当定位的本发明的建筑材料形成。由此，在此特别提出的材料并非旨在以任何方式加以限制。

[0078] 一般而言，进入声阱的声波被具有不同的声反射程度的相关建筑材料衰减，取决于声阱的构型和所使用的建筑材料。如上所述，芯基质的暴露表面极大地提高了建筑材料的声衰减特性。冲击在暴露表面上的声波与缺乏这种暴露表面的建筑材料相比呈减少的声反射。结果，声波被包括建筑材料的芯基质的材料更有效地吸收并衰减。对于已被具有暴露面的建筑材料围绕的声阱而言，通过声阱中的所有建筑材料增加声衰减。对于采用在一侧上具有暴露面的第一建筑材料和具有与第一建筑材料的暴露面相对的饰面材料的第二建筑材料的声阱而言，声可主要被第一建筑材料的暴露面衰减，而第二建筑材料的饰面材料用来将声波反射到第一建筑材料的暴露面中。因此，对于两种构型而言，声波在建筑材料之间被截留并有效衰减。

[0079] 在一可选实施例中，可使用两种饰面建筑材料面板构成声阱，各面板均包含如文中所述被夹置在两个饰面材料层之间的芯基质材料。饰面材料层可由各种材料制成，如文中已描述，例如纸、布、金属和金属合金、聚合材料和它们的组合。

[0080] 参照图3，示出了根据本发明的一个示例性实施例的声衰减系统200，其中该声衰减系统形成并限定出外部隔墙204。该声衰减系统200和外部隔墙204包括被支撑在建筑结构如外部立柱墙(未示出)的第一侧周围的第一建筑材料210，以及被支撑在与第一建筑材料210相对的建筑结构的第二侧周围的第二建筑材料310。在此情形中，第二建筑材料为具有布置于其中的刚性材料的剪力面板。根据本领域公知的实施方式将第一和第二建筑材料支撑或安装到建筑结构上。

[0081] 第一建筑材料210包括墙板面板，并具有布置在饰面隔膜234周围的芯基质214，芯基质的一侧218暴露，或至少基本上暴露。芯基质的暴露侧218面向内侧，并布置成靠在组成立柱墙的构件上，饰面隔膜234面向外侧。第二建筑材料310包括剪力面板，并具有布置在由金属如铝形成的第一饰面隔膜334与由纸质材料形成的第二饰面隔膜354之间的芯基质314。可选地，墙板建筑材料210和/或剪力面板建筑材料310可包括夹置在剪力面板建筑材料310的芯基质314之间的刚性材料374。

[0082] 在此构型下安装在立柱墙上之后，墙板建筑材料210和剪力面板建筑材料310共同用来提供并限定出一定体积的空间或声阱284，其在建筑结构内的每种建筑材料的内表面之间延伸。此声阱旨在阻挡声波沿任意方向穿过隔墙204传输，因为在墙板建筑材料210的暴露粗糙表面218的帮助下，这些声波被芯基质214更有效地吸收。源于室内并穿过墙板建筑材料210朝剪力面板建筑材料310传播的声波被剪力面板建筑材料310部分吸收并部分反射。那些偏转的声波朝墙板建筑材料210的芯基质214的暴露侧218传播，其中它们遇到暴露侧218的粗糙、多孔的表面。由于该粗糙、多孔的构型，大部分声被吸收到芯基质中并被衰减。剪力面板建筑材料310的芯基质314也有助于声的吸收和衰减。由此，与由常规的干墙板和OSB材料形成的外部隔墙相比，声衰减系统200且特别是隔墙204提供更高的STC和OITC等级。向本发明的隔墙中增加隔离部会使STC和OITC等级与干墙板、OSB和隔层的隔墙相比进一步提高。

[0083] 图4示出根据本发明的一个示例性实施例的声衰减系统400，其中该声衰减系统形成并限定出内部隔墙404。该声衰减系统400和内部隔墙404包括被支撑在建筑结构如内部立柱墙(未示出)的第一侧周围的第一建筑材料410，以及被支撑在与第一建筑材料410相对的建筑结构的第二侧周围的第二建筑材料510，从而限定出声阱484。第一建筑材料410类似于图3的第一建筑材料210，将其以上描述结合于此。第二建筑材料510也类似于图3的第一建筑材料210，但不同之处在于墙板建筑材料510包括布置在第一饰面板
534与第二饰面板554之间的芯基质514。换言之，第二建筑材料510的芯基质514的侧面并非暴露，而是被覆盖。声衰减系统400的声吸收和衰减特性通过穿透第一墙板建筑材料
410的暴露侧418的直接和偏转的声波提高，其中它们被芯基质414缓冲并至少部分吸收，声波被截留在声阱484中。

[0084] 图5示出根据本发明的一个示例性实施例的声衰减系统600，其中该声衰减系统600也形成并限定出内部隔墙604。该声衰减系统600和内部隔墙604包括被支撑在建筑结构如内部立柱墙(未示出)的第一侧周围的第一建筑材料610，以及被支撑在与第一材料610相对的建筑结构的第二侧周围的第二建筑材料1710，从而限定出声阱684。第一建筑材料610和第二建筑材料1710彼此类似，均分别包括芯基质614和1714，且均分别具有暴露侧618和1718。两个暴露侧618和1718均操作以接收和吸收声，因而将相当一部分声波截留在声阱684内，并防止它们传出声阱684。由此，该声衰减系统包括比标准干墙板的隔墙明显更高的STC级别。

[0085] 在以上各示例性声衰减系统中，声被设计成穿透各种建筑材料的外层或隔膜并被截留在形成的声阱中，因而明显减少了穿过隔墙的传声，不论隔墙是内墙还是外墙。应当注意的是，该声阱也可形成并限定在天花板或任何其它分隔物周围，如本领域的技术人员会意识到的那样。进入声阱的声波通过它们作用于并穿透建筑材料中的至少一种的暴露侧而被衰减。暴露的芯基质的粗糙、多孔的表面用来减少声波的偏转和传送，芯基质总体操作以至少部分吸收并阻尼未偏转的声波。建筑材料的芯基质的厚度将影响降噪或传声特性，芯基质的成分、密度和构型也一样。

[0086] 可以设想的是，本发明的建筑材料的任意组合可用在建筑结构的任一侧上并限定出一声阱，包括通过引用并入本文的申请中公开的各种实施例。此外，可以设想的是，本发明的建筑材料可根据并入本文的申请中教导的内容制造。

[0087] 在某些方面，芯基质可构造成进一步提高建筑材料的声衰减特性。一方面，本发明的建筑材料包括暴露面或暴露侧以提供粗糙、多孔的表面。此外，本发明的建筑材料包括具有形成于其中的多突起表面构型的暴露的芯基质表面。

[0088] 如图6所示，建筑材料710为类似于墙板面板的面板形式，具有宽约4英尺、长约8英尺且厚约1/2英寸的尺寸，该尺寸与大多数常规的墙板产品相同。当然，可考虑4英尺乘8英尺的尺寸之外的其它尺寸，以及不同的厚度。所示的建筑材料710包括芯基质714，其布置在单个饰面板或饰面层——即饰面材料734——附近。芯基质714的另一侧718暴露，因而暴露微粒和粘合剂的构型的一部分。芯基质的暴露表面提供和限定了一粗糙、多孔的表面，该表面设计用于更好地衰减声。一方面，在将建筑材料安装或装配到诸如立柱墙的结构物上时，应使芯基质714的暴露侧718面向内侧，而饰面隔膜734面向外侧。另一方面，在将建筑材料安装或装配到结构物上时，芯基质714的暴露侧718应当面向外侧，饰面隔膜
734面向内侧。

[0089] 图6还示出芯基质的暴露侧718包括一多突起的表面构型。提供在芯基质的一个表面、尤其是暴露表面附近形成的多突起表面构型的目的至少有两点：1)显著地进一步增强建筑材料的声衰减或阻尼特性，即确保在一很宽的频率范围内的隔声和吸声；2)通过消除剪力线增强建筑材料的抗弯强度。如以下将描述的，在此设想许多不同的多突起表面构型。本领域的技术人员将认识到在表面上设置一系列的峰和谷以形成位于不同高度的不同表面以及以不同斜度定向的不同表面的益处，尤其是对衰减声的特定目的的益处。入射在这些高度和/或定向不同的表面上的声波被更有效地衰减。

[0090] 在所示的特定实施例中，多突起的表面构型具有带大量突出部分718的格子图案(waffle pattern)，突出部分718具有正方形或矩形横截面并限定出大量凹部726。这种一系列的峰和谷在芯基质714的整个表面上有效地形成位于不同高度的大量表面(在此例中为水平表面730和734)。此外，突出部分718可构造成用以提供以不同角度定向的表面(在此例中，突出部分718还限定出数个垂直定向的表面738)。

[0091] 还设想在芯基质714的暴露的多突起表面上可以设置或不设置单独的网状饰面板。如果使用网状饰面板，则网状饰面板优选构造成具有柔性以与多突起的表面构型一致。

[0092] 图6和图14进一步示出建筑材料710包括大量空腔或气穴746，所述空腔或气穴遍及芯基质714策略性地形成和定位，并被设计成用以减小建筑材料的总重量而不会显著影响建筑材料的强度或其它特性。优选地，空腔746在整个芯基质714中随机定位，但空腔也可以布置成一预定图案。空腔746可在建筑材料的制造期间根据任何公知的方法形成。本质上，空腔746的作用是在芯基质714内以不同的位置限定大量空洞或气穴。空腔746
3 3 3 3
的尺寸可以设定成具有约0.2cm 到约200cm 的体积、优选约5cm 到约130cm 的体积。这些不但有助于减轻重量，而且由于静止空气/停滞空气空间而有助于增加整体R值。此外，这些有助于进一步衰减声，因为这些提供了用来吸收声波而非传送它们的额外表面。

[0093] 参照图7-A和图7-B，示出了根据本发明的另一示例性实施例形成的建筑材料。建筑材料810在许多方面与上述和图6所示的建筑材料810相似。然而，建筑材料810包括布置或夹置在芯基质814内的板条854。板条854包括形成格栅的大量交叉部分856，所述格栅具有大量开口858。板条854的作用是为芯基质814提供支撑和稳定性、以及提供增强的强度。此外，板条854增加了建筑材料810的质量，这一点降低了振动的可能性，因此有助于建筑材料810的声衰减特性。板条854可包括许多不同的类型和构型，其中格栅和开口具有不同的尺寸和构型。图7所示的板条854并非旨在以任何方式进行限制。

[0094] 一方面，板条854可包括金属、玻璃纤维或塑料网或网状材料。这种加强板条材料为建筑材料810提供强度，并进一步支撑微珠。根据具体应用和需要，板条854也可由玻璃、塑料(例如，挤出塑料)或其它材料制成。

[0095] 参照图8-10，示出了根据本发明的另一示例性实施例形成的建筑材料910。在此实施例中，建筑材料910包括具有第一表面918的芯基质914。在第一表面918中形成有多突起的或非平面的表面构型，该表面构型的形式为重复的枕状突起图案，从而以多个不同的突起提供多个不同的表面或表面区域。突出部可具有任何希望的尺寸、构型和高度。因此，图中所示的仅仅是示例性的。

[0096] 参照图11，图示了图6的建筑材料710的侧视图，该建筑材料710具有形式为重复的格子图案的多突起表面构型。格子类型的构型在建筑材料的周缘之间延伸，并限定出大量的突出部722和凹部726。图14示出建筑材料的剖面图，其中建筑材料710包括大量策略性地形成和定位在芯基质714中的空腔或空洞746。

[0097] 图12示出另一种示例性建筑材料1010的详细侧视图，该建筑材料1010包括具有第一表面1018的芯基质1014，其中第一表面1018中形成有多突起的表面构型，该多突起的表面构型包括形式为棱椎或圆锥的第一突出部1022的重复图案，以及具有任意形状的第二突出部1024的重复图案。示出了第二突出部1024包括具有正方形横截面的主基部突出部、上部副突出部1023和侧部副突出部1025，均具有棱椎或圆锥形状。第一突出部1022和第二突出部1024限定出凹部1026。虽然本发明不意欲局限于任何特定形状的突出部，但图12表明任意形状都是至少可设想到的。

[0098] 图13示出另一种示例性建筑材料1110的详细侧视图，该建筑材料1110包括具有第一表面1118的芯基质1114，其中第一表面1118中形成有多突起表面构型，该多突起表面构型包括第一突出部1122和凹部1126的重复图案，其中这些突出部和凹部形成鸡蛋包装盒式(egg carton-type)的图案。

[0099] 图8-13因此示出几个不同的多突起表面构型。然而，这些不应以任何方式进行限制。实际上，本领域的技术人员会想到可用来实现本发明的设计的其它构型和/或图案。

[0100] 示例

[0101] 以下示例示出当前已知的本发明的实施例。因此，这些示例不应视为本发明的限制，而仅适合于教导如何制作最佳理解的组合物和基于当前实验数据的本发明的形式。此外，在此包括一些实验测试数据以提供对最优化组合物和实用材料形式的指导。由此，在此公开了有代表性的数目的组合物和它们的制造方法。

[0102] 示例1-漂珠和硅酸钠的实用材料的测试

[0103] 将ExtendospheresTM形式的漂珠混合物与硅酸钠结合并允许其干燥并形成防火隔离材料。将直径尺寸范围为300-600微米的Extendospheres以1∶1的重量比例与硅酸钠溶液(PQ公司的O型)结合。将湿浆注入涡轮周围的空腔中并允许其干燥。其形成Extendospheres和硅酸钠的硬块。使用Ipro-Tek单轴燃气轮机测试该材料。测试表明该材料具有高隔离能力和耐热能力。将隔层暴露于高达1200℃的温度。然而，发现当将材料直接暴露于火焰超过几分钟的周期时，材料开裂和起泡并开始失去物理强度。

[0104] 示例2-用以形成墙板的模具的形成

[0105] 一方面，实用材料可为墙板面板。面板可任选地通过将未固化的墙板暴露于微波形成。此类形成以及普通墙板的形成可利用模具。模具的示例可由具有顶部构件和底部构件的乙烯基酯树脂模具组成。为了形成乙烯基酯树脂模具首先建造木模。

[0106] 为了形成乙烯基酯树脂模具，使用双面胶带将一外木模附连到木模基部上。可替代地使用任何可释放的粘合剂或附连结构。树脂混合物由与2.5wt％的过氧化甲乙酮(MEKP)催化剂混合的97.5wt％的乙烯基酯树脂形成。以1∶1的比例添加Extendospheres形式的微珠和树脂混合物，以形成芯混合物。使用安装在一钻机中的搅拌装置——如用来混合涂料的搅拌装置——良好地混合芯混合物。混合时间约为3分钟。芯混合物被注入准备好的木模中并被分配成覆盖整个模具包括所有角落。虽然不是被压入模具中，但使用短距离滴落、手摇、机械振动和撒布工具、如铲刀温和地使混合物平滑。混合物并非被压入木模中，因为对其加压会降低得到的乙烯基酯树脂模具的多孔性从而会使其不可用。混合物在室温下固化直到其在接触时坚硬和牢固为止。固化时间通常约为三小时。然后小心地取下多孔乙烯基酯树脂模具。得到的乙烯基酯树脂模具具有11.625英寸×15.25英寸×0.5英寸深的空腔，在外缘周围具有0.375英寸的壁。使用相同的方法形成乙烯基酯树脂模具的顶部构件，并在尺寸为12.375英寸×16英寸×0.5英寸深的长方形中形成模具。

[0107] 示例3-使用模具制备墙板

[0108] 如上所述，实用材料的形式可为墙板面板。面板可任选地通过使用多孔乙烯基酯树脂模具形成。首先，使用衬纸模板裁切墙板衬纸。尽管示出了特定的衬纸形状，但应当理解衬纸可具有足以形成一段墙板的任何形状或尺寸。将饰面纸裁切成尺寸刚好小于衬纸的较大尺寸的长方形。在本实施例中，将饰面纸裁切成11.625英寸×15.25英寸的长方形。折叠衬纸并将其置于多孔模具中。可使用以下材料形成墙板混合物：

[0109] 700g到900g微珠；

[0110] 1100g到1300g硅酸钠溶液，例如以“O”销售的硅酸钠溶液；

[0111] 300g到500g胶乳粘合剂；

[0112] 20cc到30cc发泡剂。

[0113] 具体而言，首先将发泡剂添加到硅酸钠溶液中并使用540RPM的鼠笼式混合器(squirrel mixer)混合2分钟。将胶乳粘合剂添加到混合物中并以相同的设置再混合30秒钟。在混合的同时缓慢添加微珠1到2分钟以上，直到混合物均匀。

[0114] 将墙板混合物注入衬模中并使用铲刀或涂漆棒(paint stick)使之变平。应当指出，在此时可使用任何工具或方法来平整混合物。通过用力的摇动来进一步调平混合物。饰面纸板被置于混合物的上方，并被乙烯基酯树脂模具的顶面板覆盖。将模具置于微波中，并以希望的时间量辐射面板。优选地，经常转动模具以使面板更均匀地干燥。不应使面板在任何过长的时间量内受到连续辐射以减少或阻止墙板芯中大的空洞。可设定微波辐射的功率水平以控制微波开启的时间量。微波开启和关闭的时间可根据表1：

[0115] 表1

[0116]功率水平 开启时间(秒) 关闭时间(秒)
1 3 19
2 5 17
3 7 15
4 9 13
5 11 11
6 13 9
7 15
8 17 5
9 19 3
10 22 0

[0117] 一旦被适当加热，就可小心地从模具取出得到的墙板面板。

[0118] 示例4-抗弯强度测试

[0119] 墙板的一个重要特征是板的抗弯强度。通过形成包括表2所列成分的芯基质材料，将混合物分散到模具空腔内并使之平整来制备各样品板。得到的样品厚0.50英寸、宽2英寸。各样本在处于100℃的炉中干燥直到通过Aquant湿度计确定干燥为止。将样品悬挂在隔开6英寸的两个支撑件之间使得1-1.5英寸搁置在支撑件的任一侧上。将夸脱尺寸的漆罐置于悬挂样品的中心并缓慢注水直到样品折断为止，在该(折断)点测量并记录罐的重量。抗弯强度对于常规的处理、安装和使用是重要的。对于其中墙板可替代常规的石膏墙板的用途，希望强度至少等于石膏墙板的强度。各墙板包括如表2所列的不同组合物。

[0120] 表2

[0121]

[0122] 将各行中的组分组合然后机械搅打以产生一发泡产物。然后在模具中使该发泡产物成型。所有使用的粘合剂均为硅酸钠基粘合剂。O型粘合剂是来自PQ公司的粘滞硅酸钠溶液。RU型粘合剂也来自PQ公司且为与O型类似但粘性不那么强的硅酸钠溶液。RU型含水更多、具有更低的固体含量。BW-50型粘合剂也来自PQ公司。BW-50也是硅酸钠溶液，其中二氧化硅与氧化二钠(disodium oxide)比例更低。如表中所示，可优化粘合剂的量和类型以形成宽范围的抗弯强度。

[0123] 示例5-抗弯强度测试II

[0124] 在七个根据示例4所列的步骤的样品板上执行抗弯强度测试。各样品板的成分和抗弯强度测试重量记录于表3中。

[0125] 表3

[0126]

[0127] 如表中所示，增加样品密度和增加样品中粘合剂含量通常使样品强度更高。增加样品混合物中水的含量通常降低混合物的密度并导致样品的强度降低。在包括利用马尼拉纸夹和/或卡纸板的测试的样品中，将所述材料置于样品的两侧上。在芯材料由纸产品侧接的情况下，此类设置堪比常规的石膏墙板。如表中所示，在两侧上包括纸板——任一侧都是所示的马尼拉纸夹或卡纸板形式——显著增加了样品的强度。

[0128] 示例6-抗弯强度测试III

[0129] 根据在示例4中所列的方法形成一定数量的样品面板，不同的是所述厚度的纸带为2英寸宽×11英寸长。在注入芯基质材料前将一片纸带置于模具空腔中。在注入并平整混合物之后，将厚度相同的另一片纸带置于混合物的顶部上。用金属丝网覆盖混合物并压低以使其在干燥期间保持就位。对于以下所列的结果，纸不会适当地粘附到芯基质上，所以测试结果反映了仅附连有一片纸的样品。在纸侧向下的情况下执行抗弯强度测试。推测包括两个饰面板的样品结果应更高。

[0130] 各样品的芯基质材料包括250g Extendospheres、40g水、220g粘合剂、10g发泡剂。各样品的干重为334.9。对于厚度为0.009”的纸，折断重量为6.6kg。对于厚度为0.015”的纸，折断重量为7.5kg。对于厚度为0.020”的纸，折断重量为5.2kg。

[0131] 示例7-对样品板的附加测试

[0132] 根据上述示例中所列方法和组合物形成一定数量的样品面板。通常，混合物、如以上给定的混合物在模具中成型，该模具包括布置在芯上方和下方的纸以及围绕样品周界的框架，以在混合物干燥和固化时容纳湿的芯材料。在干燥和加热墙板样品后可测试其机械特性。各样品的组合物和相关结果在表4中示出。

[0133] 抗弯强度测试-“弯曲”

[0134] 将2英寸宽×6到8英寸长的、厚度为0.5英寸的样品置于测试固定装置上，使之悬置在两个支腿之间。两支腿隔开约4.25英寸。测试设备装配有弯曲测试附件，附件上的杆平行于测试标本定位。抗弯测试附件定心在测试固定装置的两支腿之间的中点。将一桶钩挂在测试设备的端部上，缓慢增加桶的重量直到测试样品失效为止。测量桶的重量以获得抗弯结果。

[0135] 握钉强度测试

[0136] 在6英寸宽×6英寸长的、厚度为0.5的样品上钻孔以在样品中心形成一5/32英寸导向孔。将样品置于握钉固定装置上，将导向孔定心在握钉固定装置中的直径为2.5英寸的孔上。将一钉子插入导向孔内。钉子柄部的直径应为约0.146英寸，钉子头部的直径应为约0.330英寸。将螺杆插入测试设备上的指示孔内使得其伸出约2英寸的距离。螺杆头部应当小于测试中所使用的钉子的头部。将样品和固定装置定位在设备下方使得钉子和螺杆的中心线对齐。将一桶钩挂在测试设备的端部上。缓慢增加桶的重量直到测试样本失效为止。测量桶的重量。

[0137] 固化、端部和边缘硬度测试

[0138] 将2英寸宽×6到8英寸长的、厚度为0.5英寸的样品夹持在测试设备的夹具上。将螺杆插入测试设备上的指示孔内使得其伸出约1.5英寸的距离。螺杆头部的直径应为
0.235英寸。将夹具和样品定位在测试设备下方，使得螺杆头部定心在样品的0.5英寸边缘上。将一桶钩挂在测试设备的端部上。缓慢增加桶的重量直到螺杆刺入样品中至少0.5英寸为止。如果螺杆从侧部滑落并撕穿纸，则放弃该样品并重复测试。

[0139] 表4

[0140]

[0141] 示例8-测试结果II

[0142] 墙板样品包括50g Extendospheres和2cc表面活性剂。所测试的第一种墙板包括100g的硅酸钠粘合剂混合物。所测试的第二种墙板包括75g硅酸钠粘合剂混合物和25g胶乳粘合剂。测试板的厚度范围从0.386英寸到0.671英寸。测试根据ASTM 473-3、423、E119和D3273-00标准完成。

[0143] 基于三个样品，为第一种墙板测试和确定的抗弯强度为平均170lbf(白色侧向上)。基于三个样品，发现第二种墙板为平均101lbf(白色侧向下)。六个测试样品的最高测量结果为197lbf。作为对比的常规石膏墙板为107lbf。

[0144] 确定边缘硬度为平均15lbf。石膏墙板的平均最小边缘硬度为11lbf。样品显示出与石膏样品相比36％的提高。

[0145] 基于3个样品的平均值，测量的握钉强度为99lbf。另一方面，测量到石膏墙板的握钉强度为77lbf。

[0146] 测试了样品墙板的热阻。墙板一侧被升温到100℃持续两小时，而在样品的冷侧未出现可测的温升。

[0147] 将样品重量与常规的石膏进行对比，发现样品比石膏板轻约30％。

[0148] 示例9-墙板成型

[0149] 作为墙板成型的另一示例，通过以下步骤形成硅酸钠墙板。首先通过向100g硅酸钠溶液(PQ公司O型粘合剂)中添加2cc的Steol FS 406使硅酸钠发泡。将混合物置于直径为6英寸的涂料容器中。使用一“Squirrel(鼠笼式)”混合器来混合混合物，该混合器附连于以540rpm运行的钻床、直径为3英寸。操作员沿着与混合器的转动方向相反的方向转动涂料容器。使混合物发泡约一分十五秒。硅酸钠的体积在发泡过程期间至少加TM倍。将50g的Extendospheres (具有300微米到600微米的尺寸)添加到混合物中，并用“Squirrel”混合器再混合一分钟。然后将成品混合物注入到模具中并用涂料棒使之平整。

[0150] 一旦发泡的混合物在模具中被平整，就将模具置于设定在85℃的炉中。允许混合物在此温度下干燥约12小时。

[0151] 在芯已充分干燥后将衬纸添加到芯上。将薄硅酸钠涂层涂在纸的背面，并且将纸置于芯基质上。芯和纸在所有侧面都被聚酯透气材料覆盖，然后被置于一真空袋中。将真空袋置于设定在85℃的炉中，对该部件作用真空。允许该部件在炉中干燥45分钟到一小时。然后从炉取出成品部件并修剪为希望的尺寸。可任选地向芯组合物中添加各种材料以加速干燥。

[0152] 示例10-墙板成型II

[0153] 根据示例9中的方法产生另一墙板。墙板的组合物的改动之处在于使用75g的硅酸钠粘合剂溶液和25g有机粘合剂。在发泡前，将有机粘合剂与Steol一起添加到硅酸钠粘合剂溶液中。

[0154] 示例11-墙板成型III

[0155] 通过首先遮盖模具来生产另一墙板。用FEP镶衬一基板。FEP被包紧以减少表面上的皱纹。用Blue Flash Tape包覆模具的边缘件(boarder piece)。使用Killer Red Tape将边缘件附连于基部件以形成内部尺寸为14英寸×18英寸的边界。

[0156] 测量并留出500g微珠(尺寸为300-600微米)、750g“O”型粘合剂、250g有机粘合剂和20cc发泡剂。使用540RPM的Squirrel混合器混合O型粘合剂和发泡剂约2分钟。将有机粘合剂添加到混合物再混合30秒钟。在混合时缓慢添加微珠。当所有微珠都已添加时，将混合物再混合30秒钟或直到混合物均匀。将混合物注入模具中并利用铲刀使之平整。再有力地摇动模具以进行进一步平整。将模具置于100℃的炉中干燥12到18小时直到彻底干燥为止。通过首先裁切稍大于面板的一片衬纸和一片饰面纸将纸贴在样品上。将均匀的硅酸钠溶液涂层涂覆到纸的一侧。将纸置于面板的顶面和底面上，在表面上均匀地施加压力。可通过真空地袋装该面板来任选地施加压力。可将面板放回在100℃的炉中约
15分钟直到纸完全粘附到面板的表面为止。

[0157] 示例12-声阱声学测试

[0158] 以如文中所述的构型构造对照声阱，其中第一和第二建筑材料均在粘合剂中具有微粒的芯基质，在第一和第二建筑材料的两侧上均带有饰面材料。在类似的构型下构造测试声阱，但其中第一建筑材料在面向第二建筑材料的一侧上缺少饰面材料。将两个声阱进一步测试如下：

[0159] 将各声阱置于一消声室中，传声扬声器在声阱的一侧上，而声压计定位在声阱的另一侧上。将范围为110Hz到8000Hz的一系列声调在大约100dB顺序地从传声扬声器朝声阱传送，并在声阱的另一侧上记录声压级。对于对照声阱而言，针对110Hz到8000Hz的声调的平均声压级为约58.5dB。对于测试声阱而言，针对110Hz到8000Hz的声调的平均声压级为约51.5dB。因此，从建筑材料部件之一除去饰面纸导致跨越声阱的约7.0dB的降声。

[0160] 上述的详细说明参照具体的示例性实施例来对本发明进行说明。然而应当理解，在不背离本发明如所附权利要求所阐明的范围的前提下，可作出各种变型和改变。应将详细描述和附图视为只是说明性的而非限制性的，所有此类变型和改变(如果存在的话)都应落入在此描述和阐明的本发明的范围内。

[0161] 更具体而言，虽然在此描述了本发明的说明性的示例性实施例，但本发明并不局限于这些实施例，而是包括本领域的技术人员基于上述详细描述可想到的具有修改、省略、结合(例如，跨各实施例的方面的结合)、适应和/或变更的任何或所有实施例。权利要求中的限定应基于权利要求中所采用的语言宽泛地解释，而不局限于上述详细描述或在本申请的执行期间所述的示例，应当认为这些示例是非排他的。例如，在本发明中，术语“优选地”为非排他的，其中该术语旨在表示“优选地，但不局限于”的意思。任何方法或工艺权利要求中所列举的任何步骤可以以任何次序执行，而不局限于在权利要求中提出的次序。装置+功能或步骤+功能的限定将只在这样的情况下采用，即在特定的权利要求限定中存在所有的以下条件：a)清楚地陈述了“用于...的装置”或“用于...的步骤”；以及b)清楚地陈述了对应的功能。在本文的描述中清楚地陈述了支持装置+功能的结构、材料或动作。因此，本发明的范围应当只由所附权利要求和它们的法定等同方案确定，而不是由以上给出的描述和示例确定。

[0162] 要求权利和期望专利证书保护的内容为。