CH692780A5

CH692780A5 - Schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat.

Info

Publication number: CH692780A5
Application number: CH00501/98A
Authority: CH
Inventors: William Ray Vanbemmel; Anthony C Vulpitta
Original assignee: Rieter Automotive Int Ag
Priority date: 1998-03-03
Filing date: 1998-03-03
Publication date: 2002-10-31

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, mit mindestens einer offenporigen Schaumschicht und einer offenporigen Faserschicht, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.

Schallabsorbierende Dünnschichtlaminate finden ihre Verwendung im Wesentlichen in der Automobilindustrie, welche in zunehmendem Masse die Herstellung von leichten, kostengünstigen und geräuscharmen Fahrzeugen anstrebt. Dies macht den Einsatz von billigen, dünnen und leichten Bauteilen erforderlich, welche gleichzeitig gute schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen.

So sind heute bspw. aus der PCT/CH 96/00 381 ultraleichte schallisolierende Fahrzeugverkleidungen bekannt, welche im Vergleich zu klassischen Schallisolationspaketen und bei gleich bleibender akustischer Wirksamkeit, ein um über 50% geringeres Gewicht aufweisen. Diese Schallisolationspakete umfassen im Wesentlichen eine offenporige Schaumschicht, auf welcher eine mikroporöse Versteifungsschicht aufgebracht ist. Bei diesen Bauteilen weist die aus Thermoformschaum oder PU-Schaum gefertigte Schaumschicht eine Dicke von 10 bis 25 mm und die aus einem thermoplastischen Mischfaservlies gefertigte Versteifungsschicht eine Dicke von 1,3 bis 2,5 mm auf.

Darüber hinaus kommen, wie bspw. in der US-5 298 694 beschrieben, auch dünne Faservlieslaminate für die Verkleidung von Fahrzeugtüren zur Anwendung. Diese Laminate umfassen ein mindestens 5 mm dickes Faservlies aus thermoplastischen Fasern, welches mit einem dünnen Gewebe, einem Vlies, einem Film oder einer Folie laminiert ist. Das mindestens 5 mm dicke Faservlies besteht aus einem Gemisch von schmelzgeblasenen Mikrofasern (melt-blown micro-fibers) und gebauschten Kräuselfasern (crimped bulking fi bers). Auch diese Faservlieslaminate wirken wegen des relativ grossen Durchmessers der verwendeten Fasern (5-15 mu m) im Wesentlichen schallisolierend und nicht schallabsorbierend.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher und kostengünstiger Weise ein akustisch hochwirksames und ultraleichtes Dünnschichtlaminat zu schaffen. Insbesondere soll ein Laminat geschaffen werden, welches leicht, dünn und wesentlich schallabsorbierend wirkt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere durch ein Dünnschichtlaminat aus zwei verschiedenen Materialien. Das erfindungsgemässe Laminat umfasst eine dünne Schicht aus Mikrofasern, welche an eine Schicht eines offenporigen Schaums mit geringer Dichte gebunden ist. Die Mikrofasern bestehen in einer bevorzugten Ausführungsform aus schmelzgeblasenem (melt-blown) Polypropylen und weisen einen Faserdurchmesser von ca. 2-10 mu m auf. Die Mikrofaserschicht erreicht eine Dicke von lediglich 0,2 bis 1,0 mm und hat ein Flächengewicht von 20 bis 200 g/m<2>. Der erfindungsgemäss verwendete Schaum weist eine geringe Dichte von 1 bis 2 lb/ft<3> (16 bis 32 kg/m<3>) auf und kann aus Polyurethan oder einem anderen geschäumten Kunststoff gefertigt sein.

Dabei ist die Mikrofaserschicht auf die Schaumschicht einfacherweise aufgeklebt.

Es zeigt sich, dass durch die erfindungsgemässe Beschichtung eines offenporigen, "low density" Schaums mit einer äusserst dünnen Lage aus Mikrofasern ein Bauteil entsteht, welches einen überraschend hohen Absorptionskoeffizienten aufweist. Dies führt zu hochwirksam schallabsorbierenden Dünnschichtbauteilen mit geringem Flächengewicht. Darüber hinaus erweist sich die Mikrofaserschicht als wasserabstossend und ermöglicht damit die Verwendung der erfin dungsgemässen Dünnschichtlaminate auch in feuchter oder nasser Umgebung.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats wird über die Schicht aus Mikrofasern eine dritte Schicht aus Faservlies angebracht. Diese dritte Faservliesschicht verbessert die Schallabsorptionsfähigkeit des Dünnschichtlaminats weiter und schützt die äusserst dünne Mikrofaserschicht gleichzeitig vor einer allfälligen Abrasion.

Das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat findet seine Anwendung bevorzugt im Automobilbau, und insbesondere überall dort, wo ein dünnes, hochwirksam schallabsorbierendes Bauteil mit geringem Gewicht erforderlich ist.

Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mithilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm mit Vergleichsmessungen der Schallabsorptionskoeffizienten verschiedener Dünnschichtlaminate,
Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Herstellung erfindungsgemässer Dünnschichtlaminate.

Die in Fig. 1 dargestellten Schallabsorptionsmessungen verschiedener Dünnschichtlaminate machen die überraschend signifikante Verbesserung der Schallabsorption bei Verwendung von erfindungsgemässen Dünnschichtlaminaten deutlich. Der Verlauf der Kurve b zeigt die Frequenzabhängigkeit des Absorptionskoeffizienten für ein 9 mm dickes Dünnschichtlaminat aus konventionellem Schaum und konventionellem Faservlies (Polypropylen, 1/4 osy. 1 osy = 1 ounce per square yard SIMILAR 33,91 g . m<-><2>). Dieser Absorptionskoeffizient alpha b beträgt im Bereich tiefer Frequenzen, d.h. unterhalb 1000 Hz, weniger als 0,1 und nimmt im Bereich höherer Frequenzen im Wesentlichen linear zu, d.h. zeigt bei Frequenzen von 2000 Hz einen Wert von 0,15 und im Bereich von 4000 Hz einen Wert von 0,3.

Als Referenzmessung wurde der Absorptionskoeffizient alpha a des unbeschichteten Schaums gleicher Dicke (9 mm) unter den gleichen Bedingungen ausgemessen. Der Verlauf dieses Absorptionskoeffizienten alpha a ist aus der Kurve a in Fig. 1 ersichtlich. Die Werte des Absorptionskoeffizienten alpha a liegen etwa 30% unter den Werten des Absorptionskoeffizienten alpha b. Der Verlauf des Absorptionskoeffizienten alpha c eines erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats ist aus Kurve c in Fig. 1 ersichtlich. Dieses Dünnschichtlaminat weist bei einer Frequenz von 500 Hz bereits einen höheren Absorptionskoeffizienten alpha c mit einem Wert von 0,1 auf. Der Wert dieses Absorptionskoeffizienten steigt gegen höhere Frequenzen mehr oder weniger linear bis auf 0,9 bei 4000 Hz.

Versieht man das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat mit einem konventionellen Faservlies, sodass die Gesamtdicke des Bauteils 9,5 mm beträgt, verbessert sich der Schallabsorptionskoeffizient alpha d dieses erweiterten Dünnschichtlaminats gegenüber dem Absorptionskoeffizienten alpha c im Bereich von 1500 bis 3500 Hz um etwa 5% bis 10%.

Die überraschende Verbesserung des Absorptionskoeffizienten alpha c kommt durch den erfindungsgemässen Aufbau des Dünnschichtlaminats zu Stande. Dieses umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen konventionellen, 9 mm dicken, offenporigen Schaum mit einer Dichte von 16 kg/m<3> und einem Gewicht von 15 g/ft<2> (166 g/m<2>). Auf diesem Schaum liegt eine 0,5 mm dicke Faserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern. Diese Fasern weisen einen Durchmesser im Bereich von 2-3 mu m auf und werden in der Regel aus Polypropylen gefertigt. Das für die Messung des Absorptionskoeffizienten alpha c verwendete Dünnschichtlaminat weist 40 g/m<2> derartiger schmelzgeblasener Mikrofasern auf.

Bei dem gemessenen Absorptionskoeffizienten alpha d des Trilaminats ist die Mikrofaserschicht mit einem Faservlies belegt, welches aus einem Gemisch aus Zellulosefasern (1/4 osy) und Polyesterfasern besteht.

Fig. 2 zeigt einen möglichen Verfahrensablauf für die kontinuierliche Herstellung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats. Dabei wird von einer ersten Rolle 3 eine geeignete Schaumbahn 4 abgezogen und über Umlenkrollen 5, 6, 7 zu einem Quetschrollenpaar 8 geführt. An einer Arbeitsstation 1 wird die abgezogene Schaumbahn 4 mit einem Haftmittel 9, insbesondere einem Kontaktkleber, resp. einem vernetzenden PSA-Kleber, besprüht, welcher mithilfe eines IR-Strahlers 10 getrocknet wird. Auf die derart vorbehandelte Schaumbahn 4 wird eine aus schmelzgeblasenen Fasern gefertigte Bahn 11 aufgelegt. Die beiden Bahnen 4, 11 werden gemeinsam durch die Quetschrollen 8 geführt und miteinander verbunden. Mit den Quetschrollen 8 kann das Material der Schaumbahn 4 gleichzeitig in gewünschter Weise verdichtet werden.

Das derart laminierte Material wird anschliessend in Stücke geschnitten und einer Formpresse zugeführt. Es versteht sich, dass die erfindungsgemässen Dünnschichtlaminate auch aus vorgeschnittenen Materialstücken gefertigt sein können. In jedem Fall wird das Haftmittel 9 in sehr feiner Form aufgesprüht und wird darauf geachtet, dass die sich auf dem offenporigen Schaum ablagernden Tröpfchen nicht verlaufen, d.h. keinen geschlossenen Film bilden und/oder in die Poren des Schaums eindringen, damit sich beim anschliessenden Laminieren die einzelnen Poren des Schaums nicht verschliessen.

Das derart hergestellt Dünnschichtlaminat weist also im Wesentlichen eine dünne Schaumschicht aus einem ultraleichten Kunststoffschaum mit einer Dichte von weniger als 32 kg/m<3> auf, sowie eine damit verbundene Faserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, deren Faserdurchmesser 1 bis 10 mu m beträgt. Dabei weist die ultraleichte Schaumschicht eine Dicke von mindestens 6 mm und ein Flächengewicht von etwa 100 bis 250 g/m<2> auf. In einer bevorzugten Ausführungs form weist die ultraleichte Schaumschicht eine Dicke von etwa 6 bis 15 mm, vorzugsweise 9 mm auf. Diese Schaumschicht ist vorzugsweise aus einem offenporigen Polyurethan-Schaum gefertigt und weist ein Flächengewicht von etwa 166 g/m<2> auf. Bei dieser Ausführungsform weist die Faserschicht eine Dicke von 0,2 bis 1,0 mm und ein Flächengewicht von 20 bis 200 g/m<2> auf.

Dabei bestehen die Mikrofasern dieser Faserschicht aus schmelzgeblasenem Polypropylen und weisen diese Fasern einen Durchmesser von 2 bis 3 mu m auf. Die Dicke der verwendeten Faserschicht beträgt vorzugsweise 0,3 bis 0,5 mm und weist ein Flächengewicht von 35 bis 45 g/m<2>, insbesondere von 40 g/m<2> auf. Das derart aufgebaute Dünnschichtlaminat weist einen Schallabsorptionskoeffizienten alpha auf, welcher bei 2000 Hz einen Wert von mehr als 0,4, vorzugsweise von mehr als 0,5 aufweist. Vorzugsweise werden die aufeinander laminierten Schichten mithilfe eines aufgesprühten Haftmittels miteinander verbunden. Als geeignete Haftmittel können vernetzende PSA-Kleber auf Wasserbasis (waterbased crosslinkable PSA adhesive) betrachtet werden.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats ist auf die Mikrofaserschicht ein Faservlies aufgebracht. Dieses Faservlies kann aus einem Gemisch von Cellulosefasern und Polyesterfasern oder aus Polypropylenfasern gebildet sein. Vorteilhafterweise besteht dieses Faservlies aus einem ultraschallgebundenen, schmelzgeblasenen Gespinst und weist ein Gewicht von 10 bis 25 g/m<2>, insbesondere 17 g/m<2>, auf. Dieses Faservlies kann eine Dicke von ca. 1 mm aufweisen.

Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat als Verkleidungsteil ebenso gut im Automobilbau verwendet werden kann wie im Maschinen- und Bauwesen. Insbesondere eignet es sich zur Verwendung als Fahrzeugtürabsorber, Dachhimmelverkleidung oder Gepäckablageverkleidung.

Claims

1. Schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat mit mindestens einer offenporigen Schaumschicht und einer offenporigen Faserschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht aus einem ultraleichten Kunststoffschaum mit einer Dichte von 16 bis 32 kg/m<3> besteht und die Faserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern besteht, deren Faserdurchmesser 1 bis 10 mu m beträgt.

2. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ultraleichte Schaumschicht eine Dicke von mindestens 6 mm und ein Flächengewicht von 100 bis 250 g/m<2> aufweist.

3. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht eine Dicke von 0,2 bis 1,0 mm und ein Flächengewicht von 20 bis 200 g/m<2> aufweist.

4.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dessen Schallabsorptionskoeffizient alpha bei 2000 Hz grösser als 0,4, vorzugsweise grösser als 0,5 ist.

5. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht aus einem offenporigen Polyurethan-Schaum besteht.

6. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht eine Dicke von 6 bis 15 mm, vorzugsweise 9 mm, aufweist.

7. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht ein Flächengewicht von ca. 166 g/m<2> aufweist.

8. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofasern der Faserschicht aus schmelzgeblasenem Polypropylen bestehen.

9.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Faserdurchmesser der Mikrofasern 2 bis 3 mu m beträgt.

10. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht eine Dicke von 0,3 bis 0,5 mm aufweist.

11. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Faserschicht ein Flächengewicht von 35 bis 45 g/m<2>, insbesondere von 40 g/m<2> aufweist.

12. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumschicht und die Faserschicht mithilfe eines aufgesprühten Haftmittels miteinander verbunden sind.

13. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das aufgesprühte Haftmittel aus einem vernetzten PSA-Kleber auf Wasserbasis besteht.

14.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Faserschicht ein Faservlies befestigt ist.

15. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies aus einem Gemisch von Cellulosefasern und Polyesterfasern besteht.

16. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies Polypropylenfasern umfasst.

17. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies ein ultraschallgebundenes, schmelzgeblasenes Gespinst ist.

18. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies ein Gewicht von 10 bis 25 g/m<2>, insbesondere 17 g/m<2>, aufweist.

19.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Faservlies eine Dicke von 0,5 bis 2,0 mm, vorzugsweise 1 mm, aufweist.

20. Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtlaminats gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen ultraleichten Kunststoffschaum mit einer Dichte von 16 bis 32 kg/m<3> eine Faserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, deren Faserdurchmesser zwischen 1 und 10 mu m, vorzugsweise zwischen 2 bis 3 mu m, liegt, mithilfe eines aufgesprühten Haftmittels befestigt wird.