CH693409A5 - Schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat. - Google Patents

Description

  



  Die vorliegende Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, mit mindestens zwei offenporigen Faserschichten, 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 kostengünstigen, dünnen und leichten Bauteilen erforderlich, welche gleichzeitig gute schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen. 



  In der US-5 298 694 werden dünne Faservlieslaminate für die Verkleidung von Fahrzeugtüren beschrieben. 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 mikrofibers) und gebauschten Kräuselfasern (crimped bulking fibers). Wegen des relativ grossen Durchmessers der Mikrofasern (bis zu 15  mu m) und der Tatsache, dass der Luftströmungswiderstand in den einzelnen Schichten nicht geregelt oder vorgegeben ist, sind die schallabsorbierenden Eigenschaften dieser Materialien nicht optimiert und berücksichtigen diese Materialien die Schallabsorption insbesondere für die tieferen Frequenzen nicht. 



  Wegen des relativ grossen Durchmessers der verwendeten Fasern (5-15  mu m) haben diese Faservlieslaminate im Wesentlichen eine Trägerfunktion und zeichnen sich durch ihre mechanischen Eigenschaften aus, wobei deren schallabsorbierende Wirksamkeit eher durchschnittlich ist. 



  Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher und kostengünstiger Weise ein akustisch hochwirksames und leichtes Dünnschichtlaminat zu schaffen. Insbesondere soll ein Laminat geschaffen werden, welches in den tieferen Frequenzen hervorragende schallabsorbierende Eigenschaften (bei vergleichbarer Dicke) sowie gleichzeitig eine gewisse strukturelle Stabilität aufweist. 



  Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere durch ein Dünnschichtlaminat aus zwei unterschiedlichen Materialien. Das erfindungsgemässe Laminat umfasst eine dünne Schicht aus Mikrofasern, welche an eine Trägerschicht aus einem offenporigen Faservlies mit geringer Dichte gebunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mikrofasern aus schmelzgeblasenem Polypropylen und weisen einen Faserdurchmesser von ca. 2-5  mu m auf. Es versteht sich, dass diese Mikrofasern auch aus einem anderen Polyolefin, Polyester, Polyurethan oder Nylon erzeugt sein können. Die Mikrofaserschicht erreicht eine Dicke von lediglich 0.3 bis 0.7 mm und hat ein Flächengewicht von 30 bis 100 g/m<2>.

   Die erfindungsgemäss verwendete Trägerschicht weist ein Flächengewicht von weniger als 2000 g/m<2> auf, eine Dicke von bis zu 50 mm und kann aus Baumwollfasern, synthetischen Fasern oder einem anderen Fasergemisch gefertigt sein. Dabei ist die Mikrofaserschicht auf die Faservliesschicht aufgeklebt. 



  Es zeigt sich, dass durch die erfindungsgemässe Beschichtung einer offenporigen, schwach verdichteten Faservliesschicht mit einer äusserst dünnen Lage aus Mikrofasern ein Bauteil entsteht, welches einen überraschend hohen Absorptionskoeffizienten aufweist. Dies führt zu hochwirksam schallabsorbierenden, dünnen Bauteilen mit geringem Flächengewicht. Darüber hinaus erweist sich die Mikrofaserschicht als Wasser abstossend und ermöglicht damit die Verwendung der erfindungsgemässen Dünnschichtlaminate auch in feuchter oder nasser Umgebung. 



  Die schwach verdichtete Faservliesträgerschicht umfasst vorteilhalfterweise Fasern, die mit thermoplastischen Fasern oder duroplastischen Harzen gebunden sind, um bei der Herstellung von schallabsorbierenden Fahrzeugteilen, insbesondere Teppichen oder Armaturenverkleidungen, mithilfe von Druck- und Wärmebehandlung in vorgegebene Konturen geformt werden zu können. 



  In Weiterbildungen des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats kann über die Schicht aus Mikrofasern eine dritte Schicht aus Faservlies angebracht werden. Diese dritte Faservliesschicht kann die Schallabsorptionsfähigkeit des Dünnschichtlaminats weiter verbessern 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 dünne, hochwirksam schallabsorbierende Bauteile mit geringem Gewicht erforderlich sind. 



  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 des Verfahrens 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 Frequenzabhängig keit des Absorptionskoeffizienten für ein 9 mm dickes Laminat aus konventionellem Schaum und konventionellem Faservlies (Polypropylen, 0.5 "osy" = ounce per square yard). 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 ein konventionelles, 9 mm dickes, offenporiges Faservlies mit einem Flächengewicht von weniger als 300 g/m<2>. Auf diesem Faservlies liegt eine 0.5 mm dicke Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern. Diese Fasern weisen einen Durchmesser im Bereich von 2-5  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 einer schützenden Faservliesschicht belegt, welche aus einem Gemisch aus Zellulosefasern und Polyesterfasern besteht (17 g/m<2>). 



  Fig. 2 zeigt einen möglichen Verfahrensablauf für die kontinuierliche Herstellung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats. Dabei wird von einer ersten Rolle 3 eine geeignete Bahn aus einem Faservlies-Trägermaterial 4 abgezogen und über Umlenkrollen 5, 6, 7 zu einem Quetschrollenpaar 8 geführt. An einer Arbeitsstation I wird die abgezogene Faservliesbahn 4 mit einem Haftmittel 9, insbesondere einem Kontaktkleber resp. einem vernetzenden PSA-Kleber (pressure-sensitive-adhesive) besprüht, welcher mithilfe eines IR-Strahlers 10 angetrocknet wird. Auf den derart vorbehandelten Faservlies-Träger 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 des Faservlies-Trägers 4 gleichzeitig in gewünschter Weise verdichtet werden. Das derart laminierte Material wird anschliessend in Rohstücke 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 Faservlies ablagernden Tröpfchen nicht verlaufen, d.h. keinen geschlossenen Film bilden und/oder in die Poren des Faservlieses eindringen, damit sich beim anschliessenden Laminieren die einzelnen Poren des Faservlies nicht verschliessen. 



  Das derart hergestellte Dünnschichtlaminat weist also im Wesentlichen eine dünne Faservliesschicht aus einem leichten Faservlies mit einem Flächengewicht von weniger 2000 g/m<2> und einer Dicke von weniger als 50 mm auf, sowie eine damit verbundene Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, deren Faserdurchmesser 1 bis 10  mu m beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die leichte Faservlies-Trägerschicht eine Dicke von etwa 6 bis 15 mm, vorzugsweise 9 mm auf. Diese Faservliesschicht ist vorzugsweise aus Baumwollfasern, synthetischen Fasern oder Mischfasern gefertigt. Bei dieser Ausführungsform weist die Mikrofaserschicht eine Dicke von 0.3 bis 0.7 mm und ein Flächengewicht von 30 bis 100 g/m<2> auf.

   Dabei bestehen die Mikrofasern dieser Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenem Polypropylen, Polyolefin, Polyester, Polyurethan oder Nylon und weisen diese Fasern einen Durchmesser von 2 bis 5  mu m auf. Die Dicke der verwendeten Mikrofaserschicht beträgt vorzugsweise 0.3 bis 0.7 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 aufweist. Vorzugsweise werden die aufeinander laminierten Schichten mithilfe eines aufgesprühten Haftmittels miteinander verbunden. Als geeignete Haftmittel können vernetzende PSA-Kleber auf Wasserbasis betrachtet werden. 



  In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats ist auf die Mikrofaserschicht eine Faservliesdeckschicht aufgebracht. Diese Deckschicht kann aus einem Gemisch von Cellulosefasern und Polyesterfasern oder aus Polypropylenfasern gebildet sein. Vorteilhafterweise besteht diese Faservliesdeckschicht aus einem schmelzgeblasenen Gespinst, welches mit Ultraschall provisorisch gebunden ist. Diese schützende Deckschicht weist vorzugsweise ein Gewicht von 10 bis 25 g/m<2>, insbesondere 17 g/m<2> auf. Dieses Faservlies kann eine Dicke von weniger als 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 (11)

1. Schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat mit mindestens einer ersten offenporigen Faserschicht und einer zweiten offenporigen Faserschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faserschicht eine schwach verdichtete Faservliesschicht ist mit einem Flächengewicht von weniger als 2000 g/m<2> und einer Dicke von weniger als 50 mm, und die zweite Faserschicht schmelzgeblasene Mikrofasern umfasst, deren Faserdurchmesser etwa 1 bis 10 mu m beträgt und, dass das Dünnschichtlaminat einen Luftströmungswiderstand im Bereich von 1000 < Rt < 4000 Ns/m<3> aufweist.

2. Dünnschichtlaminat nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Faserschicht eine Faservliesschicht ist aus Naturfasern, insbesondere Baumwollfasern, Synthesefasern, Recyclingfasern oder eine Mischung aus Naturfasern, Synthesefasern oder Recyclingfasern.

3.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Faservliesschicht Bindemittel aufweist, insbesondere aus Bikomponent-Fasern, thermoplastischen Fasern, thermoplastischen oder wärmehärtenden Harzen, oder aus einer Kombination aus denselben.

4. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofaserschicht eine Dicke von 0.2 bis 1.5 mm und ein Flächengewicht von 20 bis 200 g/m<2> aufweist.

5. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofaserschicht eine Dicke von 0.3 bis 0.7 mm und ein Flächengewicht von 30 bis 100 g/m<2> und eine Dichte von mehr als 50 kg/m<3> aufweist.

6.

Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofaserschicht einen Luftströmungswiderstand im Bereich von 500 < Rt < 3000 Ns/m<3> erzeugt.

7. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrofasern der zweiten Faserschicht aus schmelzgeblasenem Polyolefin, Polypropylen, Polyester, Polyurethan oder Nylon gefertigt sind.

8. Dünnschichtlaminat nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Faserdurchmesser der Mikrofasern im Bereich von 2 bis 5 mu m liegt.

9.

Verfahren zur Herstellung eines Dünnschichtlaminats gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, deren Durchmesser im Bereich von 1 bis 10 mu m, und vorzugsweise zwischen 2 und 5 mu m liegt, mithilfe eines aufgesprühten Klebers auf einem Faservlies befestigt wird, welches Faservlies ein Flächengewicht von weniger als 2000 g/m<2> und eine Dicke von weniger als 50 mm aufweist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Dünnschichtlaminat mittels einer Druck- und Wärmebehandlung in eine vorgesehene Form gebracht wird.

11. Verwendung eines Dünnschichtlaminats gemäss Anspruch 1 für die Geräuschveränderung in Motorfahrzeugen, insbesondere im Zusammenhang mit Armaturenverkleidungen, Bodenbelägen, Türverkleidungen, Dachauskleidungen, Kofferraum- und/oder Motorraumverkleidungen.