專利名稱：超輕裝飾復(fù)合材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減少機(jī)動(dòng)車噪聲的超輕裝飾復(fù)合材料，該裝飾復(fù)合材料具有在權(quán)利要求1的前述部分的幾種特性。
文獻(xiàn)WO98/18656公開(kāi)了這種裝飾復(fù)合材料的相關(guān)信息，并概要敘述了一種輕型材料結(jié)構(gòu)及其性能(該材料特性提供了一種確定的吸收性能)。特別的，這種吸收性能主要受開(kāi)放泡孔的氣流阻滯(AFR)層的面積重量和氣流阻滯特性參數(shù)的影響，同樣，它也受到多孔的襯墊層(或稱隔離層)厚度的影響。引入此概念是為了用確定的吸收特性補(bǔ)償復(fù)合材料的傳導(dǎo)損失的降低(由于與傳統(tǒng)的質(zhì)量阻隔型隔離系統(tǒng)相比重量減輕)。
起初，在將這個(gè)概念進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化的過(guò)程中，共振纖維層被同時(shí)應(yīng)用于AFR層和多孔的襯墊層，這已被證明是行之有效的。當(dāng)研究繼續(xù)進(jìn)行，以利用其他材料如聚氨酯泡沫材料來(lái)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)該概念時(shí)，在確定一些具有成本效益的工藝程序以生產(chǎn)出符合上述專利的指導(dǎo)性原則的產(chǎn)品過(guò)程中遇到了困難。特別是當(dāng)把泡沫材料直接附加到纖維狀的AFR層上時(shí)，它將充滿整個(gè)纖維從而在實(shí)際上封閉AFR層的孔洞，結(jié)果形成了吸收性能很差的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有非常高的、處于先前給出的目標(biāo)范圍之外的氣流阻力。
類似的多層輕型產(chǎn)品在本領(lǐng)域中業(yè)已存在，例如，文獻(xiàn)EP-B-0384420中便公開(kāi)了該類產(chǎn)品的一些信息。根據(jù)該文獻(xiàn)介紹，該產(chǎn)品包括了一層聲效層，該有效層由兩層組合而成至少一層多孔的人造層(其面積質(zhì)量在150g/m2到1500g/m2之間)，以及一層絨毛層(其面積質(zhì)量大約在50g/m2到300g/m2之間)。該絨毛層被附加泡沫襯或是在被附加泡沫襯之前被覆蓋了一層致密薄片和/或一層重材料層。該文獻(xiàn)沒(méi)有提及聲效層的氣流阻力或聲效層的厚度這兩個(gè)與優(yōu)化裝飾產(chǎn)品的聲學(xué)性能相關(guān)的參數(shù)。
所有這些已知的輕型產(chǎn)品都較難于制造。因此，當(dāng)要將這些產(chǎn)品用于不同目的或應(yīng)用而需要將它們的聲學(xué)特性稍作改變的場(chǎng)合，生產(chǎn)成本將會(huì)變得很高。
因而，本發(fā)明的目的是為了找到一種超輕裝飾復(fù)合材料，該復(fù)合材料具有的結(jié)構(gòu)使得人們?nèi)菀渍{(diào)整其聲學(xué)性能。即要能以一種不昂貴或低成本的生產(chǎn)方式大量生產(chǎn)許多種具有預(yù)定聲學(xué)性能的產(chǎn)品。
通過(guò)開(kāi)發(fā)如權(quán)利要求1中所敘述的裝飾復(fù)合材料，特別是通過(guò)平衡一種產(chǎn)品中的吸收和聲傳導(dǎo)性能可以實(shí)現(xiàn)上述目的。該產(chǎn)品包含第一層聲效層(即AFR層)，其氣流阻力在500Ns/m3到10000Ns/m3之間，最好是在500Ns/m3到5000Ns/m3之間，特殊情況下可處于500Ns/m3到2500Ns/m3之間；其面積質(zhì)量mA在200g/m2到3000g/m2之間，特殊情況下可處在200g/m2到1600g/m2之間)。該AFR層由一種致密的纖維氈構(gòu)成，特別是由微纖維組成。此外，該AFR層也可以由穿孔薄片、泡沫材料、金屬泡沫材料或其他任何合適材料構(gòu)成。通過(guò)改變AFR層的厚度(一般為0.5至8mm，特殊情況下為0.5至6mm，最好是2mm)或是改變其纖維成分，可以容易的對(duì)材料的吸收性能進(jìn)行最優(yōu)化。根據(jù)目前的發(fā)明，該多層產(chǎn)品還包括由泡沫材料構(gòu)成的第二襯墊層。根據(jù)ISO(國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織)標(biāo)準(zhǔn)，DIN(德國(guó)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))或是ASTM(美國(guó)材料實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì))標(biāo)準(zhǔn)，該襯墊層具有非常低的壓力撓度(CFD)系數(shù)。而且，作為隔離物的該彈性第二襯墊層的剛度典型值在100Pa和100000Pa之間。該隔離物可以由任何合適的材料，特別是多孔的泡沫材料或是凝膠材料構(gòu)成。除此之外，本發(fā)明的多層產(chǎn)品還包含了一層聲透明的非常薄和輕的薄膜，該薄膜被安放在襯墊層，即第二層泡沫材料層與第一層用于吸收聲波的AFR層之間。這種聲透明的薄膜可以由任何熱塑性材料，特別是PVOH(聚乙烯醇)，PET(聚酯)，EVA(乙烯-醋酸乙烯樹(shù)脂)，PE(聚丙烯)，PP(聚乙烯)薄片或是由PE/PA(聚酯/聚酰胺)雙層薄片構(gòu)成。該薄片與襯墊層結(jié)合在一起，形成了一種薄片吸聲材料。具體而言，該薄片可由一層粘性層或僅由一泡沫板的表層構(gòu)成。上述襯墊層的抗壓剛度SD與薄膜厚度影響了本發(fā)明產(chǎn)品的聲學(xué)性能。不難理解，該薄膜可被打孔，在特殊情況下還可打上微孔以加強(qiáng)材料的吸收性能，或者，它也可以不打孔，以增加該復(fù)合材料產(chǎn)品的傳導(dǎo)損失?？梢酝ㄟ^(guò)一種加泡沫襯(backfoaming)工序或是通過(guò)附加一塊帶有封閉或開(kāi)放泡孔的有孔表層的泡沫板來(lái)構(gòu)成襯墊層。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括后附的權(quán)利要求書(shū)所述的特征。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)是顯而易見(jiàn)的。取決于所想要的聲學(xué)性能，通過(guò)改變第一層的AFR參數(shù)值和改變薄膜上孔的大小和數(shù)量，以及/或者通過(guò)改變泡沫材料的表面結(jié)構(gòu)，能夠容易地、低成本地組裝出相應(yīng)的產(chǎn)品。
此外，在回收利用時(shí)，可以很容易地將該復(fù)合材料的泡沫部分與纖維氈部分分離開(kāi)。
以下討論本發(fā)明的超輕復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的耐久性，以及提供容易地調(diào)整的吸收和傳導(dǎo)損失性能。


圖1是表示本發(fā)明的一種復(fù)合材料產(chǎn)品的示意圖。
圖2表示本發(fā)明的一種典型復(fù)合材料產(chǎn)品的吸收和聲傳導(dǎo)損失特性。
本發(fā)明的超輕裝飾復(fù)合材料產(chǎn)品由性能類似聲學(xué)的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)的若干層組合而成，即它包含至少一層類似于彈簧2的部分和至少一層用于吸收聲波的AFR層4，該AFR層在該聲學(xué)彈簧-質(zhì)量系統(tǒng)中起類似于質(zhì)量3的作用。這個(gè)用于吸收聲波的AFR層4最好由纖維材料或是由纖維材料和泡沫切片的組合構(gòu)成。
該復(fù)合材料的主要特點(diǎn)是處于泡沫層5和AFR層4之間的一層聲透明的(聲學(xué)上“不可見(jiàn)”的)薄膜6，該薄膜可以防止AFR層的纖維材料中的泡沫飽和。而柔軟的泡沫襯墊層5最好具有與AFR層4相似的抗壓剛度特性。該復(fù)合材料可能還含有一層裝飾層或毯氈層7，該層被視為氣流阻滯吸收層8的一部分。
受當(dāng)前的加工技術(shù)限制，直接發(fā)泡到纖維的AFR層4時(shí)將會(huì)導(dǎo)致泡沫化學(xué)成分充滿AFR層4的纖維材料，這樣便關(guān)閉了AFR層4，結(jié)果造成該復(fù)合材料的氣流阻力變得很高，其吸收性能相應(yīng)地變差。
為了防止AFR層纖維材料的飽和，在生產(chǎn)過(guò)程中，一層對(duì)聲波“透明”的最好是無(wú)孔洞的薄膜6被插入到AFR層4與泡沫層5之間。容易看出，對(duì)于厚度約為0.01mm或者更薄的薄膜6來(lái)說(shuō)，聲波在其中的傳導(dǎo)損失可以忽略不計(jì)，因而該種薄膜可以被視作是對(duì)聲波“透明”的。于是根據(jù)文獻(xiàn)WO 98/18656，當(dāng)這種薄膜與上述超輕復(fù)合材料組合到一起時(shí)，它將允許足夠的入射聲波通過(guò)并消散在多孔的襯墊層處。最終結(jié)果是，該復(fù)合材料的吸收性能的輕微下降。
對(duì)于一個(gè)25mm厚的泡沫襯墊層與一個(gè)包含有0.0125mm厚薄膜的泡沫襯墊層，模擬了它們的正常入射吸收特性，并將模擬結(jié)果與阻抗管(impedance tube)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較。之后，經(jīng)驗(yàn)證的泡沫材料和薄膜的模型被用來(lái)確定插入在AFR層和泡沫襯墊層之間的薄膜層的相關(guān)性質(zhì)，以確保該復(fù)合材料具有盡可能最佳的吸收性能。
對(duì)于這種復(fù)合材料(帶薄膜)，分別對(duì)其薄膜厚度在1mm、0.1mm、0.01mm、0.001mm時(shí)的不同情形進(jìn)行了模擬。當(dāng)薄膜厚度為1mm時(shí)，吸收性能一般而言比較差。而模擬結(jié)果也表明，當(dāng)使用厚度小于0.01mm的薄膜時(shí)，性能僅會(huì)得到少許改善。
測(cè)量了該復(fù)合材料在薄膜厚度改變時(shí)的聲傳導(dǎo)特性。當(dāng)頻率較低時(shí)，帶有0.091mm薄膜的復(fù)合材料與不帶薄膜的復(fù)合材料相比，其聲傳導(dǎo)損失(TL)僅有少許下降。但當(dāng)頻率超過(guò)300Hz時(shí)，觀察到比不帶有薄膜的復(fù)合材料有大約2-3dB的整體改善。在機(jī)動(dòng)車應(yīng)用中，減少低頻部分的聲傳導(dǎo)損失并不是關(guān)注的重點(diǎn)，因?yàn)樵诘皖l部分，與結(jié)構(gòu)相關(guān)的噪聲比空氣傳播的噪聲更為嚴(yán)重，而且該復(fù)合材料的傳導(dǎo)損失對(duì)這種類型的擾動(dòng)并無(wú)顯著貢獻(xiàn)。
總之，薄膜的關(guān)鍵尺寸-厚度應(yīng)當(dāng)大約為0.01mm，以使得復(fù)合材料的吸收性能和聲傳導(dǎo)性能兩者之間取得足夠的平衡。該復(fù)合材料(帶薄膜)的吸收性能的任何變差可由聲傳導(dǎo)性能的少許提升加以補(bǔ)償。
在確定無(wú)孔薄膜的厚度的同時(shí)，也可以明確泡沫襯墊層5的抗壓剛度，以使得該復(fù)合材料具有與已知的復(fù)合材料相似的聲傳導(dǎo)性能。
具體而言，該輕型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的基于質(zhì)量的系統(tǒng)相比，對(duì)多孔的泡沫襯墊層的抗壓剛度更為敏感。這一點(diǎn)在模擬一種已知的復(fù)合材料和本發(fā)明的復(fù)合材料(其泡沫襯墊層剛度被分別增加到原來(lái)的5倍、10倍和20倍)的聲傳導(dǎo)損失特性時(shí)得到驗(yàn)證。從模擬結(jié)果可清楚看出，增加襯墊層剛度將會(huì)把復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)的諧振推移至更高的頻率。其風(fēng)險(xiǎn)是夾層結(jié)構(gòu)諧振有可能與車輛局部的面板振動(dòng)一致，使復(fù)合材料變成一個(gè)有效的噪聲輻射體或傳播體。
因此，對(duì)于一些具有同等厚度和重量的系統(tǒng)，用于本發(fā)明的泡沫襯墊層的泡沫抗壓剛度應(yīng)與已知裝置中的諧振的毛氈襯墊的抗壓剛度相似，以使得本發(fā)明的復(fù)合材料具有相似的聲傳導(dǎo)性能。
這可從另一測(cè)量得到驗(yàn)證，在該測(cè)量中按照本發(fā)明對(duì)諧振的毛氈層和泡沫墊層的25mm厚的試樣的負(fù)載-力-偏轉(zhuǎn)(LFD)作了測(cè)量。這些曲線表明材料的剛度如何隨材料的變形而發(fā)生變化。從這些曲線的完全松弛的線性彈性區(qū)域部分(拉伸或變形小于5％)的曲線斜率之中可以得到材料的抗壓剛度。泡沫層和諧振的毛氈墊層的曲線斜率是相似的，這說(shuō)明兩種材料具有可比的抗壓剛度值，即這兩種材料具有相似的聲傳導(dǎo)損失性能。
本發(fā)明的泡沫襯墊層的主要聲學(xué)特性是，其抗壓剛度較軟(這是其之所以成為超輕復(fù)合材料的組成部分的原因)，與典型的聚亞胺酯泡沫(PU)材料相比則更軟，而與所謂更重的粘彈性泡沫的抗壓剛度相近。
可用傳導(dǎo)比(傳導(dǎo)率)信息(多層復(fù)合材料頂部與其底部的移動(dòng)之比)來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)上述斷言。已經(jīng)確定了本發(fā)明的復(fù)合材料和其他一些夾層材料結(jié)構(gòu)(其泡沫襯墊層剛度在減少到原來(lái)的0.5倍，以及增加到原來(lái)的5倍、10倍、20倍不同情況時(shí))的模擬傳導(dǎo)比。在這些測(cè)量中，凸現(xiàn)了夾層材料諧振頻率以及在發(fā)生的較高頻率上的其它材料諧振。正如預(yù)料的那樣，對(duì)于包括輕型AFR層的結(jié)構(gòu)，使用抗壓性能“軟”的泡沫襯墊層對(duì)于去除超輕復(fù)合材料的處于敏感的400Hz-1000Hz頻率范圍以下的夾層諧振是有效的。從而，通過(guò)進(jìn)一步減少襯墊層的剛度(這可以通過(guò)選擇發(fā)泡成分和加工工藝來(lái)實(shí)現(xiàn))，可以提高復(fù)合材料的性能。
最后，給定的AFR層重量，可以從平均傳導(dǎo)比等值線導(dǎo)出一組對(duì)于本發(fā)明泡沫襯的允許剛度值范圍的規(guī)范。這里，計(jì)算了在不同的AFR層重量和襯墊層抗壓剛度值情況下含有2mm厚AFR層和25mm厚多孔襯墊層的超輕復(fù)合材料的傳導(dǎo)比，并且將該結(jié)果在三次倍頻帶(10Hz-2000Hz)上進(jìn)行了平均。
利用上述信息，可以給出以下關(guān)于超輕復(fù)合材料的一般技術(shù)規(guī)范AFR層面積重量應(yīng)大于0.2kg/m2，泡沫材料抗壓剛度應(yīng)小于50000Pa(當(dāng)前使用的泡沫材料和典型的諧振氈墊的抗壓剛度值約為20000Pa)。
正如先前所描述的那樣，直接將襯墊泡沫附著到AFR纖維層將會(huì)封閉后者，并導(dǎo)致復(fù)合材料的吸收性能顯著變差。通過(guò)在AFR層和泡沫材料層之間放置一層薄膜，同時(shí)使用抗壓“軟”的泡沫襯墊層，本發(fā)明的復(fù)合材料將在其吸性能和聲傳導(dǎo)性能之間，取得與傳統(tǒng)的復(fù)合材料(包含更重材料層的彈簧-質(zhì)量系統(tǒng))類似的平衡，即其吸收性能將有少許下降，其聲傳導(dǎo)性能將有少許提高。
如圖2所示，(我們)可以比較容易的調(diào)整本發(fā)明的復(fù)合材料的聲學(xué)性能，特別是通過(guò)在本發(fā)明的復(fù)合材料1的薄膜層6上打孔，這是出于這樣的考慮泡沫襯墊層5和薄膜6會(huì)以一種聲箔吸收體9的方式相互作用?；谏鲜龈拍?，使用打孔的薄片6和/或使用帶有或不帶開(kāi)放泡孔表層的泡沫板(對(duì)于取得良好的效果)是有利的。眾所周知，本領(lǐng)域技術(shù)人員可使用泡孔開(kāi)放或封閉的泡沫材料。研究結(jié)果表明，在低頻率上使用表層加重的泡沫板時(shí)，吸收性能將會(huì)有所提高。而在高頻區(qū)使用帶有開(kāi)放泡孔表層的泡沫材料將會(huì)使吸收性能得到提升。
當(dāng)然，本發(fā)明的復(fù)合材料不限于用在機(jī)動(dòng)車領(lǐng)域，還可用在任何使用降音面板的技術(shù)領(lǐng)域，例如用于建筑工程、機(jī)械工業(yè)或者任何交通工具。
權(quán)利要求
1.一種超輕裝飾復(fù)合材料(1)，含有第一聲效層(4)和第二襯墊層(5)，其特征在于為了在吸收和聲傳導(dǎo)性能之間取得平衡，第一聲效層(4)具有500Ns/m3和10000Ns/m3之間的氣流阻力R，其面積質(zhì)量mA在200g/m2和3000g/m2之間，第二襯墊層(5)具有很低的壓力撓度系數(shù)，即其剛度值SD在100Pa和100000Pa之間；在第二襯墊層(5)和第一聲效層(4)之間還包括一層對(duì)聲音透明的、很薄很輕的薄膜(6)，該薄膜與襯墊層(5)以聲箔吸收體(9)的方式相互作用。
2.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述第二襯墊層(5)是加泡沫襯的層。
3.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述第二襯墊層(5)由一泡沫板構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述泡沫板包含一開(kāi)放泡孔表層。
5.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述薄膜(6)上打了孔，以提高吸收性能。
6.如權(quán)利要求5所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述薄膜(6)上打了微孔。
7.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述薄膜(6)上未打孔，以增加傳導(dǎo)損失。
8.如以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述第一聲效層(4)具有0.5mm至8.0mm的厚度。
9.如權(quán)利要求8所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述第一聲效層(4)具有約1kg/m2的面積重量。
10.如以上任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述第二襯墊層(5)用作隔離層，其厚度約為20mm。
11.如權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述薄膜層具有約0.01mm到1.0mm的厚度。
全文摘要
一種超輕、用于降低噪聲的復(fù)合材料(1)，它由一層襯墊層(5)和一層氣流阻滯層(4)以及處于二者之間的一層聲透明輕薄膜(6)構(gòu)成。通過(guò)平衡該復(fù)合材料(1)的(吸收和聲傳導(dǎo)性能，可以相當(dāng)容易的調(diào)整該復(fù)合材料的聲學(xué)特性。氣流阻滯層(4)的氣流阻力處于500Ns/m
文檔編號(hào)B60R13/08GK1720569SQ200380105212
公開(kāi)日2006年1月11日 申請(qǐng)日期2003年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月9日
發(fā)明者H·漢, J·菲舍爾, S·特森多夫, P·埃爾勒 申請(qǐng)人:里特技術(shù)股份公司