CN101238507A - 隔音层以及包含有这种隔音层的隔音复合物 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重多孔隔音层(2)，它包括与聚合物颗粒缠结在一起的纤维，以及与这些聚合物颗粒和纤维混合的热塑性粘合纤维。本发明还涉及一种复合物，该复合物包括弹性纤维层(3)应用于其中的重多孔层。

Description

隔音层以及包含有这种隔音层的隔音复合物

本发明涉及一种隔音层，并涉及一种包含有这种隔音层的隔音复合物(complexe)。

任何机动车辆都会产生具有宽频率范围的噪音。这些噪音具有多种来源：这些噪音可能由发动机产生，可能是车辆的空气摩擦产生的气动噪音，还可能是车辆在车行道上行驶时的噪音。

因此，在车辆行驶的过程中，保护车辆的乘客车厢、并由此保护其中乘坐的人以使其不受到车辆产生的噪音的影响是很重要的。

为了满足这种声学要求，可以借助于针对不同的噪音源设置隔音复合物的方法。

在乘客车厢中，隔音复合物覆盖住乘客车厢的地板，并覆盖住将乘客车厢与发动机室隔开的防火板。

在发动机室中，用隔音复合物密封该舱室。

在车辆外部，这种声学处理主要涉及防护板的内衬板。

根据待处理的噪音源，这些隔音复合物可按照两种作用模式起作用。

一方面，这些隔音复合物可以隔音，即防止噪音渗透到所述空间中。这种通过隔音实现的声处理主要用于乘客车厢的隔音，用在汽车发动机罩(capot)下的特定区域中(为散热器水箱隔音)，以及用于外部应用场合(防护板的内衬板)。

另一方面，这些隔音复合物可以通过吸音起作用，即通过吸收并消耗掉从多种声源(发动机、变速箱、车轮等)传播来的声音而起作用。通常情况下，通过吸音处理的主要噪音源是那些位于发动机罩下方的噪音源。

为了在隔音和吸音方面满足这些隔音要求，可以采用单层或多层复合物来实现隔音和/或吸音功能。

一种通过隔音复合物实现的隔音的常规处理方法，结合了所谓的“弹簧-质量(ressort-masse)”对，这种隔音复合物例如是覆盖在车辆地板上的乘客车厢用地毯，或者是覆盖在将发动机室与乘客车厢隔开的板上的挡板(tablier)。此类复合物通常结合有：

-一层具有低气流阻力的材料，称之为“弹簧”，它可以是聚氨酯泡沫，或者可选择地是纤维材料；和

-一层所谓的“大质量”材料。通常，该“大质量”材料是不能渗透空气和水的。它由热塑性聚合物(聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚氯乙烯)或者交联共聚物(三元乙丙橡胶、橡胶及衍生物)以及高比例无机填料构成，以便提供隔音所必须的“质量”效应。由于这样的事实，即存在由“大质量”聚合物提供的不渗透性，因此此类层并不吸音。

由此所限定的复合物的声学特性与形成弹簧的层的密度及厚度，以及形成“大质量”的层的基本重量有关。

在客车中利用乘客车厢地毯类的复合物进行隔音的情况下，用可见的织物层就可以实现这种复合物的作用。

在某些应用场合中，隔音产品还必须提供适于这种场合的机械特性。因此，在乘客车厢内部，由于存在裸露在外的覆盖构件，因此覆盖乘客车厢地板的复合物还必须具有在承重能力、耐撕裂强度和耐压强度方面的机械特性。

公知地，有多种结合了隔音和吸音、并为乘客车厢起到隔音作用的声学处理方法。

例如，在欧洲专利文献EP-A-0934180中特别提出了一种多孔的质量-弹簧系统，该系统能够在乘客车厢侧起到吸音作用。该系统的特征在于，它将具有高气流阻力的强化纤维层与具有低气流阻力的纤维层结合起来。由此获得的系统能够在乘客车厢侧提供吸音作用，但其在隔音方面却付出了比具有不透水性的大质量的常规系统的效果差的代价，这主要是由于通过强化纤维层所得到的密度级别较低的原因造成的。

法国专利文献FR-A-2859477说明了一种多孔的隔音系统，在该系统中，孔隙率的程度通过在纤维层中的一层的表面上受控沉积聚烯烃加以控制。粉喷处理能够区分沉积在纤维层中的一层上的粉末量，以便局部优化声学特性。虽然所喷洒的粉末有效作用在毛毡的孔隙中，但它却不会在与乘客车厢毛毡的功能有关的机械特性方面带来任何好处。

应该观察到，当前存在的隔音复合物在某些方面并不完全令人满意。

首先，由于它们是由多种材料构成的特性，使得这些隔音复合物难于重复利用，且这种重复利用较为昂贵。然而，车辆的整体回收在车辆设计中是十分重要的情况。两个主要的原因是，难于将隔音复合物的多种组成材料分离开，且难于将“大质量”和“弹簧”材料的交联结构分离开，这种交联结构不能允许通过熔化来加以重复利用。唯一重复利用的方法在于将废料碾碎，并将其作为填充物引入到多种应用场合中。然而，该废料的量远远大于工业再利用的能力。

此外，隔音特性在很大程度上取决于复合物的质量。然而，由于车辆的质量不能无限制地增加，因此在车辆的总质量和隔音特性之间的折衷会损害声学特性。

应该注意到，隔音复合物还包括源自石油-化工的材料，这意味着它们的成本会是非常不稳定的，并具有提高的总趋势。

还可注意到，结合有可聚合材料的当前隔音复合物，其生产时间相当长。

因此，看起来，当前的隔音复合物具有明显的不足之处。

本发明的一个目的是提供一种隔音材料，此种隔音材料在隔音和吸音方面均有效地起作用。

本发明的另一个目的是提供一种还具有机械强度的隔音材料。

本发明的另一个目的是提供一种复合物隔音系统，该系统可以提供局部化的声学和机械特性。

因此，本发明的另一个目的是提供一种隔音复合物，该复合物可以低成本进行重复利用。

本发明的一个主题是一种重多孔隔音层，它包括与聚合物颗粒缠结在一起的纤维，以及与这些聚合物颗粒和纤维混合的热塑性粘合纤维。

本发明的原理是，提供一种包含纤维的隔音层，由于这些纤维的固有孔隙率，该隔音层通过吸音起作用，并包含聚合物颗粒，这些聚合物颗粒为隔音层提供了隔音效果；该隔音效果是通过聚合物颗粒获得的，这些聚合物颗粒确保了该重多孔层的厚度，并为该重多孔层提供了必要的质量效应。

因此，很明显，该重多孔层的密度为150kg/m³到1500kg/m³。还可注意到，该密度是在保持一定灵活性的同时获得的。通过这样，根据本发明的该重多孔层与公知的毡子类的多孔层完全区分开，该毡子类的多孔层的密度仅通过增大压实力而得到增加；这种压实降低了毡子的灵活性，并由此相应降低了隔音毡子的机械和声音衰减能力。

根据一种特别有利的结构，该重多孔层通过来自以下群组中的至少一个参数而定出，该群组包括：

-该重多孔隔音层在单位面积上的质量；

-该重多孔隔音层的厚度；

-纤维的密集度；

-聚合物颗粒的密集度；和

-热塑性粘合纤维的密集度，

这些参数中的至少一个在单位面积上可具有变化率。

根据该结构，可以预料到，一个或多个限定该重多孔层的参数在单位面积上具有梯度，该梯度具有允许局部作用在噪音源上的作用。换句话说，一旦已经建立起车辆声源的图谱(cartographie)，就可以对重多孔层其自身进行确定以使其能够与该图谱精确地叠合。

在实际条件下，该重多孔层可包括密度为500kg/m³到2000kg/m³的聚合物颗粒。

优选地，这些聚合物颗粒大致呈层状，该层状物的长度与厚度的比率为5到100。这种几何形状能够确保在每个聚合物颗粒与热塑生纤维之间具有较大的接触面积，这样能够获得具有较强内聚力的组合。

实际上，这些聚合物颗粒的最小颗粒尺寸约为1mm。优选地，这些聚合物颗粒的颗粒尺寸为3mm到30mm；特别地，这个范围允许这种纤维结构具有今人满意的内聚力。

本发明的另一个主题是一种隔音复合物，它包括一层重多孔隔音层，在该重多孔隔音层上叠置有弹性纤维层。

根据一个可能性，形成弹簧的该纤维层包括与热塑性纤维混合的纤维。

在该弹性纤维层的一个实施例中，该弹性纤维层由来自以下群组中的至少一个参数而定出，该群组包括：

-该弹性纤维层在单位面积上的质量；

-该弹性纤维层的厚度；和

-纤维的密集度，

这些参数中的至少一个在单位面积上可具有变化率。

与该重多孔层无关，形成弹簧的该纤维层还可具有一个或多个在单位面积上具有梯度的参数，这具有允许局部作用在噪音源上的作用。不仅在通过主要作用于所定出的重多孔层上来实现隔音这一方面，而且在通过主要作用于弹性纤维层上来实现吸音这一方面，由此定出的复合物均可以作为车辆声音图谱的函数而被参数化。

对于一个或多个表征出形成弹簧的纤维层的参数在单位面积上的梯度所进行的控制，还具有允许将局部作用施加在隔音复合物的机械性能方面的作用。由此限定的复合物可在机械方面作为在复合物的特定区域中的比应力的函数而被局部地参数化。

在特定的应用场合中，尤其是在将该复合物放置在车辆的乘客车厢内部的情况下，可以预见到，该复合物包括叠置在重多孔层上的可见的织物层。

还可以设想，该复合物包括不透水的或具有受控孔隙率的层，该层被设置在可见的织物层和重多孔层之间。

根据两种其它的变型，该复合物可包括一种不透水的或具有受控孔隙率的层，该层被设置在可见的织物层和重多孔层之间，或者设置在重多孔层和弹性纤维层之间。

为了更好地理解它，将参照附图对本发明进行说明，这些附图以非限定性示例的方式描述了重多孔层以及包含有该重多孔层的复合物的多个实施例。

图1和2分别示出了重多孔层在压实前和压实后的一个实施例；

图3以放大图的方式示出了纤维网络中聚合物颗粒的缠结；

图4的图表示出了本发明的两种实施方式的重多孔层在恒定压实压力下，相对于常规纤维层的密度；

图5的图表示出了重层在315到3150Hz之间的隔音坡度与其密度之间的关系；

图6和7分别示出了重多孔层在压实前和压实后的一个实施例，其中该重多孔层带有附加的局部补充材料；

图8和9分别示出了弹性纤维层在压实前和压实后的一个实施例，其中该弹性纤维层具有附加的局部补充材料；

图10示出了复合物的一个实施例，该复合物将重多孔层与根据本发明的形成弹簧的纤维层结合起来；

图11和12示出了按照两类有利定位排列的隔音复合物的两个示例，该隔音复合物包含了不透水的或具有受控孔隙率的层。

首先参照图3，可以看出，根据本发明的重多孔层(couche poreuselourde)2包括人造的或天然未修剪过的织物纤维4，这些织物纤维4与聚合物颗粒5缠绕在一起；它还包括粘合纤维6，这种粘合纤维6的作用是确保该层的内聚力，并形成束缚(emprisonner)聚合物颗粒5的网络。

应该注意的一点是，结合到重多孔层2的组分中的这些成分的主要部分可来源于可重复利用的材料。

明确地说，未修剪过的织物纤维4可以是源于织物再利用的纤维。它们可以是人造纤维(丙烯腈系纤维、聚酯)，或者作为选择，是天然纤维(棉)，这些纤维具有约为0.02的相对低的容积密度。

这些未修剪过的织物纤维4以相对惰性的方式加以表现，并具有主要目的，即将它们的容积赋予重多孔层2。

将这些未修剪过的织物纤维4结合到重多孔层2中的一个优点是，它们的成本非常低，且可用性很大。

重多孔层2的可同样来自重复利用的第二组分由聚合物颗粒5构成。

实际上，可以采用这样的颗粒5，它们源自粉碎的工业聚合物材料、属于例如弹性体系列(三元乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、橡胶及衍生物类的弹性体)或者热塑性塑料(聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯或其它类热塑性塑料)。术语“颗粒”被理解成表示小的无规则的块，它们通过粉碎或研磨共聚物废料而获得。这些颗粒5可以大致为扁平的，并可具有约3到30毫米的尺寸。颗粒5具有不规则的形状，且它们的表面具有不规则性的这一状况，在不规则性相对于纤维4起到夹持组分作用的方面，被证实是有利的。

因此，可在进行粉碎或研磨操作后直接使用颗粒5，而无需进行任何处理。

颗粒5可以被相对标准化，但采用具有多种尺寸的颗粒也是可以预见到的。

最后，结合到重多孔层2的制造中的第三组分由热塑性粘合纤维6构成。

这些粘合纤维6可由双组分聚酯纤维、聚丙烯纤维或聚酰胺纤维构成。

这些热塑性粘合纤维6与未修剪过的织物纤维4及颗粒5缠结在一起，从而确保重多孔层2的约束力(tenue)和内聚力。

热塑性粘合纤维6在重多孔层2的内部形成网络，在该重多孔层2中，两条粘合纤维6之间的每个接触点都形成该网络的一个节点。

颗粒5可源自粉碎后的轮胎。在这种情况下，在粉碎操作完成后，结合到轮胎组分中的纤维碎片可保持存在于颗粒5的表面。这些纤维的存在是一个有利点，这是由于它提高了颗粒5在热塑性粘合纤维6和未修剪过的织物纤维4构成的网络中的缠结和接合。

这些结构的作用具体在于，每个颗粒5被分别缠结在粘合纤维6构成的网络中。重多孔层2的内聚力、即保持使它不散开的能力非常高。

根据本发明的重多孔层的一个大的特殊性在于，它结合了聚合物颗粒5，这些颗粒5具有使本来具有较低密度的纤维结构得到强化的作用。

图1示出了在高温压实之前，纤维4、颗粒5和粘合纤维6之间的缠结，这种高温压实能够获得图2所示的最终层。

图4示出了这样的事实，即，增加聚合物颗粒能够使含有聚合物颗粒的层的密度相对于纯粹的纤维层而言加倍。

图4所示的柱形61示出了纯粹的纤维隔音结构，这种结构具有与100相等的参考密度；柱形62和63示出了在同一压实压力下，分别结合了密度为600kg/m³和1000kg/m³的颗粒5的重多孔层2的密度。

结果示于图5中，该图示出了随着层密度变化的隔音坡度。密度的影响一并由此使密度最大化一在隔音坡度上容易测量出来。

实际上，重多孔层2对于3mm厚的情况，可具有约为4kg/m²的基本重量，这实际上是一种具有非常高的灌铅效应(effet plombant)的真正的重层。尽管如此，该重多孔层2仍然保持灵活性，并由此易于成型，从而适合于待放置于其中的车辆的几何形状的约束。

重多孔层2可单独使用，这是由于它同时结合了隔音效果和吸音效果，该隔音效果通过聚合物颗粒赋予它的高密度而产生，该吸音效果通过纤维赋予它的多孔特性而产生。例如，重多孔层2可用于衬垫在发动机罩的内表面。

重多孔层的气流阻力的范围可以在5000到300000N·m^-5·s，更具体地说是在20000到1500000N·m^-5·s。

此外，重多孔层2可以示于图6和7的非常特殊的方式加以使用。在此类应用场合中，重多孔层被模制而成以采用车辆底盘的形状；这种形状具有高度扭曲的表面，该表面具有传动轴轴隧A，以及用作乘客座位的位置B，此位置还被称为脚部空间。还可要求重多孔层2结合保留空间C以形成储物舱。

正如从这些图中可以看出的那样，可以设想，额外提供纤维4和/或颗粒5和/或粘合纤维6，以便在层2的一个特定区域(图6所示示例中的轴隧区域A)中，改变成型后的层(图7)的隔音能力。在实际条件中，轴隧区域A中的纤维4和/或颗粒5和/或粘合纤维6的厚度e1大于区域B的厚度e2。在压实并成型后，这一情况通过这样的事实加以表明，即由于重多孔层2在区域A处的密度值m_v1大于其在区域B处的密度值m_v2，因此重多孔层2的密度在每单位面积上具有变化的(évolutive)质量。

这种结构的优点可在后面显现出来。

将重多孔层2用在这样的复合物中同样是可能的，该复合物结合了弹性纤维层3，如图10所示。

至于弹性纤维层3，它包括未修剪过的织物纤维和热塑性粘合纤维。该弹性纤维层还可结合泡沫废料。与重多孔层2相似，可以设想额外提供纤维4和/或泡沫废料和/或粘合纤维6，从而在一个层1的特定区域中(图8所示实施例中的脚部空间区域B)改变成型后的弹性层3(参见图9)处于压缩状态下的机械特性和吸音能力。在压实和成型后，这一情况通过这样的事实加以表明，即由于弹性纤维层3在区域C中的密度值m_v4大于其在区域A处的密度值m_v3，因此弹性纤维层3的密度具有变化的数值。

重多孔层2和弹性纤维层3是叠置的，它们的结合是通过它们各自的热塑性纤维来实现的。在图10所示的示例中，同样可设置可见的毯类织物层8。

不透水的或具有受控孔隙率的层10可选择性地设置在复合物的两层之间，以便在隔音方面，提高隔音复合物的声效率。如图11所示，本发明对于这种不透水层10的选择性使用做出规定，这种不透水层10设置在可见的织物层8和重多孔层2之间，或者设置在重多孔层2和弹性织物层3之间。

实际上，这种隔音复合物，相对于在绝大多数情况下是由多种材料组合而成、并主要用于简单隔音的隔音复合物而言，具有多个重要的意义。

该复合物的一个非常重要的优点在于，它可结合具有较高密度的区域，以确保噪音的局部处理，从而可以提供出与特定的隔音要求相一致的复合物。

示意性地示于图10中的是根据本发明的一种复合物，该复合物被成型以用作地板上的地毯。

如图10所示，这种结合了重多孔层2和弹性织物层3的复合物可三维成型，以便适合于地板表面的特定形状。所强调的重点是，该弹性织物层3在负载能力方面提供了大的机械强度。这是重要的，一方面对复合物的处理(特别是对它的定位)可以得到简化，另一方面也可避免出现乘客的脚下陷到地毯中的现象。

示于图6到9中的该复合物的另一个重要结构在于，重多孔层2和弹性纤维层3中的每层的厚度(以e表示)和/或密度(以m_v表示)可具有一定的变化率；换句话说，该复合物可特别根据几何特性和声学特性的要求来具体调整。

因此，在图10所示的示例中，重多孔层2以及弹性纤维层3的密度和厚度的参数可采用如下数值：

轴隧区域A	单位面积上的质量	密度	厚度
				重多孔层2	3kg/m2	750kg/m3	4mm
弹性纤维层3	0.7kg/m2	60kg/m3	11.7mm

脚部空间区域B	单位面积上的质量	密度	厚度
				重多孔层2	1.5kg/m2	500kg/m3	3mm
弹性纤维层3	2kg/m2	133kg/m3	15mm

储物舱区域C	单位面积上的质量	密度	厚度
				重多孔层2	1.5kg/m2	500kg/m3	3mm
弹性纤维层3	3kg/m2	85kg/m3	35mm

可以观察到，重多孔层2和弹性纤维层3的密度和厚度参数是独立受控的，这将本发明与现有公知的解决办法区别开。当然，这些数值完全是示例性的，无论如何也不是限制性的。

同时，该复合物既作为隔音物又作为吸音材料。这种隔音主要通过将重多孔层2与弹性纤维层3相结合来实现的。所获得的隔音程度大于公知的纤维隔音复合物的隔音程度；这个结果是由于重多孔层2的高密度实现的。

还可以设想，在根据本发明的复合物中加入不透水层10，该不透水层10如图12所示设置在两个层2和3之间，或者设置在重多孔层2和可见的织物层8之间。

吸音是通过重多孔层2以及弹性纤维层3从复合物的两侧获得的。在诸如示于图10的应用情况下，由于该复合物还具有吸收来自乘客车厢的噪音的作用，因此这是非常重要的优点。然而，该声学分量(composantesonore)并非是微不足道的，特别是在具有较大的上釉侧向表面区域(例如，小型货车型车辆)和/或上釉的顶部的车辆中更是如此。

相对于公知的复合物，根据本发明的复合物完全是纤维化的，由此它可易于重复利用。此外，它的重复利用可通过主要利用机械方式(破碎、研磨、梳理等)工作的织物回收机来实现。

因此，根据本发明的复合物是可重复利用的，但其主要组分可自身来源于重复利用，这对于其成本具有非常有利的影响。

因此注意到，根据本发明的方法能够对于复合物的每个组成层的厚度和/或密度提供一种局部的和单独的控制，并由此最终产生一种复合物，该复合物在隔音和吸音方面的隔音特性、在承载能力、耐压强度以及耐撕裂强度方面的机械特性可根据当地对于声学及机械的要求加以调整。

当然，本发明并不限定在上述实施方式中，而是相反，它涵盖了所有的变型。

Claims (14)

1、一种重多孔隔音层(2)，其特征在于，它包括纤维(4)以及热塑性粘合纤维(6)，其中所述纤维(4)与聚合物颗粒(5)缠结在一起，所述热塑性粘合纤维(6)与所述聚合物颗粒(5)及所述纤维(4)混合。

2、如权利要求1所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，它的密度为150kg/m³至1500kg/m³。

3、如权利要求1或2所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，所述重多孔层由来自以下群组中的至少一个参数而定出，所述群组包括：

-所述重多孔隔音层(2)的单位面积上的质量/密度；

-所述重多孔隔音层(2)的厚度；

-纤维(4)的密集度；

-聚合物颗粒(5)的密集度；和

-热塑性粘合纤维(6)的密集度，

这些参数中的至少一个在单位面积上可具有变化率。

4、如权利要求1到3中的一项所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，它包括密度为500kg/m³到2000kg/m³的聚合物颗粒(5)。

5、如权利要求1到4中的一项所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，所述聚合物颗粒(5)大致呈层状，该层状物的长度与厚度的比率为5到100。

6、如权利要求1到4中的一项所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，所述聚合物颗粒(5)的最小的颗粒尺寸约为1mm。

7、如权利要求6所述的重多孔隔音层(2)，其特征在于，所述聚合物颗粒(5)的颗粒尺寸为3mm到30mm。

8、一种隔音复合物，其特征在于，它包括如权利要求1到7中的一项所述的重多孔隔音层(2)，在该重多孔隔音层(2)上叠置有弹性纤维层(3)。

9、如权利要求8所述的隔音复合物，其特征在于，所述弹性纤维层(3)包括与热塑性纤维混合的纤维。

10、如权利要求9所述的隔音复合物，其特征在于，所述弹性纤维层(3)结合有泡沫废料。

11、如权利要求8到10中的一项所述的隔音复合物，其特征在于，所述弹性纤维层(3)由来自以下群组中的至少一个参数而定出，所述群组包括：

-所述弹性纤维层(3)在单位面积上的质量；

-所述弹性纤维层(3)的厚度；和

-纤维的密集度，

这些参数中的至少一个在单位面积上可具有变化率。

12、如权利要求8到11中的一项所述的隔音复合物，其特征在于，它包括可见的织物层(8)，该可见的织物层(8)叠置在所述重多孔层(2)上。

13、如权利要求8或11所述的隔音复合物，其特征在于，它包括不透水的或具有受控孔隙率的层(10)，该层(10)被设置在所述可见的织物层(8)与所述重多孔层(2)之间。

14、如权利要求8或11所述的隔音复合物，其特征在于，它包括不透水的或具有受控孔隙率的层(10)，该层(10)被设置在所述重多孔层(2)与所述弹性纤维层(3)之间。

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