CN101835952A - 具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃、制造这种玻璃的方法、以及车辆座舱的声学保护方法 - Google Patents

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Abstract

具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃，其包含至少一个玻璃板(10)以及至少一个振动声学阻尼型材(2)，所述的振动声学阻尼型材被固定在玻璃层的至少一个面上、且包含至少一个损耗因数大于0.2的由阻尼材料制成的部件(20)，其特征在于：型材(2)在玻璃板的对侧不与任何其他装置连接，并且阻尼材料制成的部件在20℃下对应于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率下的杨氏模量大于800MPa。

Description

具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃、制造这种玻璃的方法、以及车辆座舱的声学保护方法
本发明涉及一种包含振动声学阻尼(amortissementvibro-acoustique)装置的具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃，本发明还涉及减轻座舱(habitacle)(特别是移动座舱(habitacle mobile)，如车辆(véhicule)座舱，尤其是机动车辆座舱)内的声学和振动干扰的方法。
除了机动车辆或其他类型的车辆，例如卡车、大客车、农用装备之外，本发明还可以用于所有类型的具有封闭或基本封闭的座舱的机动设备，例如飞机、火车、轮船、潜艇等。
车辆(尤其是机动车辆)上的玻璃通常都装备声学阻尼部件，这些部件用于吸收通过玻璃传播的振动波，以便改善车辆内部的声学舒适性。
在机动车辆中，源于机械、热、可见度等方面的烦扰源都已经被逐渐克服了。但是，有关声学舒适性的改进仍然是一个现实问题。
空气动力学来源的噪音(即，由于空气对运动车辆的摩擦产生的噪音)至少部分是通过对其来源进行处理的：为了节能，对其外形进行修改从而改进空气中的穿透性并消除湍流，其中湍流本身也是一个噪音源。在隔绝外部空气动力学噪声源与乘客乘坐的内部空间的车辆壁中，玻璃显然是最难处理的。
目前已知的有提供一种层状玻璃，其中以恰当方式选择热塑性夹心层以便具备改进的振动声学性能。
欧洲专利EP-B1-0387148提供一种能够实现良好的噪声(特别是空气动力学来源的噪声，即，800-10000Hz的高频噪声)隔绝性的层状玻璃。
此外，这种层状玻璃能够避免作为隔音性能的代表性指标的在关键频率(fréquence critique)的传播损失的突然降低。关键频率是由玻璃组成(组成部件的密度和杨氏模量、厚度)决定的性质，并且对应于玻璃的回弹波与围绕车辆的流体(例如空气)的声波在空间和频率上的一致性。对于厚度接近3mm的玻璃来说，其关键频率通常为约4000Hz。
在此关键频率下，特别地，由于其处在人耳可听见的频率范围内(1000-6000Hz)，因此可能会增加噪音。因此希望在该频率下具有良好的噪声隔绝性。
其他的解决方案(因为某些玻璃并非层状的)或者针对使用具有振动声学阻尼性的层状玻璃的补充解决方案在于与玻璃边缘连接、和在玻璃与车身之间，形成被附在玻璃和车身的具有振动声学阻尼性能的、且由多个并置(juxtaposition)或非并置的阻尼材料组成的型材(profilé)。
由专利申请WO 04/012952可知，为了实现这种声学阻尼性能，该型材的实际等效线性刚度(raideur linéique réelle équivalente)K’eq必须至少为25MPa、且等效损耗因数(facteur de perte équivalent)tanδeq必须至少为0.25。该等效线性刚度是每米线性型材的型材等效刚度，该刚度是通过组成该型材的材料的刚度(即，拉伸-压缩时的杨氏模量)和型材的几何形状来表征的。
在这类型型材中，只考虑了在玻璃的法向方向上的拉伸-压缩时材料受到的应力和变形，而忽略了剪切力。这是因为，由于车身相对于型材而言刚性很强，以至于车身不会发生变形并且也不会吸收振动能量。因此只有型材会发生明显的变形并消耗主要由拉伸-压缩产生的机械能。
这种类型的阻尼型材还可以包含玻璃边缘密封材料，由于其可以保证车身与玻璃的连接，因此是合适的。但是，不是所有的车辆玻璃都是其全部边缘附在车身中，因为部分玻璃，例如开启的侧窗玻璃是活动的。因此，这种提供减震功能的边缘密封结构并不适合后一种玻璃。
因此，本发明涉及提供特别在高频条件，具有振动声学阻尼装置的玻璃，所述的声学阻尼装置是可选择性地，或补充已有的部件例如层状玻璃或玻璃边缘的粘结密封。
根据本发明，该玻璃包含至少一层玻璃板、以及至少一种振动声学阻尼型材，所述的振动声学阻尼型材被附于玻璃板的至少一个面上、且包含至少一个由阻尼材料制成的部件，其损耗因数(amortissement de facteur)大于0.2，且在20℃下特定频率(fréquenceparticulière)fp(其相当于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内(correspond àla fréquence critique du vitrage àplus ou moins30％près))下的杨氏模量大于800MPa。该玻璃的特征还在于型材在玻璃板的相对侧上不与任何其他装置连接。
阻尼材料的杨氏模量及其损耗因数是借助粘性分析仪测定的。
在已知的方法中，玻璃的关键频率是由方程fc≈11.6/h得到的，其中h为玻璃的厚度，单位为米。
这样，玻璃无论是在与车辆车身组合时还是在独立于车身时都能够提供振动声学阻尼性能；该阻尼材料充分发挥其消耗振动能量的作用，而不是在玻璃的法向平面的拉伸压缩方面发挥作用，在玻璃平面法向上的拉伸压缩时是型材来发挥作用的。这种在玻璃平面的拉伸压缩，优选确切地命名为延伸(élongation)，能够产生意想不到的效果。
本发明者因此已经证明了：当型材材料是阻尼性材料(其与损耗因数相关联)时，尤其是当型材是刚性的(其与组成型材的一种或多种材料的杨氏模量相关联)时，将型材与玻璃组合以消除振动能量是更有效的，能够更有效地保证对延伸的作用。
优选型材与玻璃的边缘相邻或者位于玻璃的边缘。但其并不形成密封。优选其延伸至玻璃的一侧的大部分长度。它的几何形状也可以适应玻璃的形状。该型材可以是常规的长方形，或者更复杂的形状，例如梯形。
根据一个特征，该型材可以包含多个由阻尼材料制成的部件。
根据另一个特征，该玻璃可以包含连接在玻璃的同一个面上的和/或连接在玻璃的相对的两个面上的多个型材。
根据本发明的具体实施方案的一个变化形式，该型材包含至少一个由阻尼材料制成的部件、以及一个设置在该阻尼材料部件与玻璃之间的刚性夹层部件，该刚性夹层部件的损耗因数小于0.2、且其在20℃对于选定的特定频率下的杨氏模量为阻尼材料的至少两倍以上。
根据本发明的具体实施方案的一个具体实例，该阻尼材料为沥青材料。其也可以是填充的碳-基聚合物。
有利地，本发明的玻璃被安装在车辆的车身内，尤其是对机动车辆的车身内，该型材被隐藏在视线外。
更特别地，该玻璃尤其可以是开启的侧窗玻璃(vitrage latéralouvrant)。
本发明的另一个目的在于提供一种用于减少包含所述玻璃的车辆(尤其是机动车辆)座舱的声音和振动干扰的玻璃的制造方法，该方法在于将玻璃与至少一种振动声学阻尼型材连接，其特征在于：
-提供具有至少一种阻尼材料部件的型材，所述的部件的损耗因数大于0.2，且在20℃对应于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率下的杨氏模量大于800MPa；和
-将型材附到玻璃的至少一个面上。
所述的附着可以通过任何适合的方式来实施，优选使用适合玻璃、并适合型材材料的粘合剂进行粘连。
该型材可以在它的其中一个面上、在其意图附着的面上包含双面胶带型的粘连装置(moyens de collage du type scotch double-face)。
最后，本发明还涉及一种用于包含具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃且所述的玻璃包含至少一种振动声学阻尼型材的车辆(尤其是机动车辆)的座舱内的声学保护方法，其特征在于使用包含至少一个阻尼材料部件的型材，所述的部件的损耗因数大于0.2、且在20℃下相当于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率下的杨氏模量大于800MPa，所述的型材附着于玻璃的其中一个面。
对于制造方法或声学保护方法而言，有利地，使用上述本发明的玻璃。
下面将结合附图对本发明的其他优点进行说明，其中
-图1为具有本发明的型材的玻璃的透视图
-图2为图1的玻璃的部分截面图
-图3～6为图1的多个变体实施方案的部分截面图
-图7为玻璃的另一个变体的透视图，其具有两个本发明的型材
-图8为一个具有补充性型材变体的玻璃的透视图
-图9为裸玻璃与具有本发明的型材的玻璃的隔音性能比较曲线图。
图1～8仅仅是为了帮助理解发明的。
图1和2显示了具有由至少一种型材2形成的本发明的振动声学阻尼装置的玻璃1。
该玻璃1被安装在车辆(如机动车辆)的车身内部，例如安装在车门壳(carrosserie de véhicule)内，以形成侧面玻璃(vitre latérale)，有利地是开启的玻璃窗(vitrage ouvrant)。该玻璃是整体的(monolithique)的并因此包含玻璃板10，但它也可以是例如层状的，在两层玻璃板之间包含塑料中间板。
玻璃1具有相对的两个面11和12，其中一个面面向车辆内部，而另一个面则面向外部空间。
另外，玻璃1包含位于侧面14、并如图1的虚线所划定的空白部分13。该部分在开启的侧窗的情形下被称为低带(bande basse)。该空白部分并非是可见的，因为其应该被安装在用于附着玻璃的车身中。
该型材位于玻璃的边缘附近并且不需要形成密封。其优选被沿着玻璃的单侧面放置。
该型材2包含阻尼材料制成的部件20。
有利地，该阻尼材料部件20的损耗因数大于0.2、且在20℃下玻璃的特定频率fp(其相当于玻璃的关键频率，或与关键频率大约相差加30％或减30％范围内)下的杨氏模量大于800MPa。一般来说，玻璃的关键频率为2000～5000Hz，这尤其取决于玻璃的厚度。
具体地，已发现，对于车辆(尤其是机动车辆)而言，希望获得改善的隔音效果的频率范围对应于位于玻璃的关键频率附近(àlaplage de fréquences située autour de la fréquence critique du vitrage)的频率范围。因此，有利地，选择特定的频率等于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％(fp＝fc±30％)的频率。这是因为，在该关键频率附近，来自车辆外部的通过玻璃的噪音穿透是最明显的，其表现为在隔音性方面出现明显的降低。因此，本发明更特别地涉及所述此频率范围，以改善玻璃的振动声学阻尼性能。因此，特定频率fp能够更特别地对应于玻璃的关键频率。
需要指出的是，根据本发明，型材与玻璃的接触面积越大，阻尼效果越佳。
此外，型材的厚度e越大，阻尼就越有效。当型材的质量恒定时，优选增加型材的厚度e，而不是增加型材的面积。
例如，根据图1，可以在距离厚度为3.85mm、大小为800mm×500mm的玻璃的边缘约25mm处附有长度L1为600mm、宽度L2为100mm、厚度5mm的型材。
阻尼部件20包括用于附着至玻璃的其中一个面12的面21以及相对侧的自由面22。
与玻璃的附着是通过适合阻尼部件和玻璃的各个组成材料的粘合装置实现的。该粘合装置是已知的类型，例如自粘合装置或者热敏性粘合剂组成的粘合装置。
型材2可以是由一个单独的阻尼部件20组成的，或者是由多个阻尼部件20、23、24叠放形成的(图4)。各个部件的各种材料具有如下性能：损耗因数大于0.2、且在20℃下玻璃的特定频率fp(其相当于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内)下的杨氏模量大于800MPa。
图5显示了本发明的另一个变化的具体实施方案。型材2包括阻尼部件20以及刚性非阻尼夹层部件3，该刚性非阻尼夹层部件夹在阻尼部件20和玻璃之间。优选其与玻璃的连接表面积和与阻尼部件的连接表面积是相同的。
刚性非阻尼夹层部件是由损害因数小于0.2且杨氏模量大于1600MPa的材料组成的。例如，可以使用厚度为3mm的玻璃或聚碳酸酯。不同组件之间的附着方式是经过调整的，以便与所述部件的组成材料相适应。
图6显示了另一个变化的实施方案。当该变化的实施方案与用于容纳该玻璃的安装空间要求相适应时，连接玻璃1的是两个型材，在玻璃的各个面11和12上都分别带有一个型材。
也可以想像在同玻璃的同一个面上连接多个并置或非并置、接合(aboutés)或非接合的型材2(图7)。
最后，也可以使用具有非矩形几何形状的型材(图8)。该几何形状使其能够用于玻璃的下端(通常被称为低带)不是平直的而是弯曲的情形。
作为非限制性的实例，下表列举了几种用于与本发明的玻璃连接的型材的阻尼材料，其损耗因数及杨氏模量是在20℃以及3100Hz的频率(厚度3.85mm的玻璃的关键频率)下给出的，这些值是借助粘度分析仪测定的。
商品名  材料类型  杨氏模量E’v(MPa)   损耗因数tan δ
  Stickson(Akdev Soprema公司制造)  沥青  900   0.38
  Abedal(Siplast公司制造)  沥青  1300   0.25
  VB 10(法国Decibel公司制造)  沥青  1200   0.27
ISODAMP C1100-12(EARsc公司制造)  乙烯-基聚合物 900 0.35
为了显示本发明的阻尼部件的有效性，在覆盖了包含玻璃的关键频率3100Hz的125～6300Hz的频率范围内，与相同裸玻璃相比，带有阻尼部件的玻璃在振动水平上的减弱是明显的。
经空气传播激发的带有本发明的阻尼部件的玻璃显示出较裸玻璃更低的振动水平，这是因为玻璃的振动能量被型材2所消除了。因此，座舱中压力水平更低了，从而使得噪音降低了。
图9显示了一部分是由带有本发明的阻尼部件的玻璃得到的、另一部分是由不包含本发明的阻尼部件的等效(équibalent)玻璃得到的衰减指数的比较曲线。
用于测试的玻璃是厚度为3.85mm、大小为800×500mm的平板玻璃。其关键频率接近3100Hz。
参照曲线对应于裸玻璃。曲线C1对应于带有型材2的玻璃。该型材是矩形的且尺寸为：长度L1为600mm、宽度L2为100mm、厚度为5.2mm。型材的材料是Akdev Soprema公司制造的Stickson(商品名，参见上表)。该型材在商售时带有预先施加的并且与要粘接的玻璃相容的粘合剂型材。
该玻璃被安装在处在两个混响(réverbérantes)舱室之间的开口中。它借助于带有泡沫型材的角使其保持在边缘，从而保证部件的密封并且再现与开口侧窗玻璃相近似的组装条件。对于125～6300Hz的频率范围，每1/3倍频程(octave)的声音衰减系数R就是按照ISO 140-3
标准通过这种方法测量的。这些测量是在18℃的室温条件下进行的。
显然，从图9的曲线比较可知，在关键频率(以约3150Hz为中心的1/3倍频程的偏差为3.8dB)的玻璃的声学衰减性能得到了改善。
相应地，根据本发明的第一个目的，在玻璃的关键频率范围内(在关键频率减30％至加30％的范围内)可以最大幅消除振动能，本发明还能够确保在较宽的频率范围内，包括在低频和中频范围内，实现良好的振动声学阻尼效果。具体地，从图9可知，本发明的玻璃的隔音曲线C1位于裸玻璃的参照曲线下方。

Claims (14)

1.具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃(1)，其具有至少一个玻璃板(10)以及至少一种振动声学阻尼型材(2)，所述的振动声学阻尼型材被附在玻璃板的至少一个面上、包含至少一个由阻尼材料制成的部件(20)，其特征在于：型材(2)在玻璃板的相对侧不与任何其他装置连接，其特征还在于阻尼材料制成的部件损耗因数大于0.2，在20℃、对应于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率fp下的杨氏模量大于800MPa。
2.根据前述权利要求所述的玻璃，其特征在于：该型材(2)位于玻璃的边缘附近或在玻璃的边缘上。
3.根据前述权利要求之一所述的玻璃，其特征在于：该型材(2)延伸至该玻璃的一个面的大部分长度上。
4.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：该型材(2)包含多个阻尼材料制得的部件(20，23，24)。
5.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：其包含多个连接于在玻璃的同一个面上和/或在玻璃两个相对的面上的型材(2)。
6.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：该型材(2)包含至少一个阻尼材料制得的部件(20)，以及位于阻尼材料部件(20)与玻璃之间的刚性夹层部件(3)，该刚性夹层部件在20℃下对于特定的选定频率fp的杨氏模量大于1600MPa且损耗因数小于0.2。
7.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：该型材在它的其中一个面上、在其用于附着玻璃的面上包含双面胶带型的粘连装置。
8.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：它被安装在车辆，尤其是机动车辆的车身内，该型材是被隐藏在视线外的。
9.根据前述任一项权利要求所述的玻璃，其特征在于：其为开启的侧窗玻璃。
10.一种用于减少包含所述玻璃的车辆，尤其是机动车辆的座舱中的声音和振动干扰的玻璃(1)的制造方法，该方法在于将玻璃与至少一种振动声学阻尼型材(2)连接，其特征在于：
-提供具有至少一种阻尼材料部件的型材，所述的部件的损耗因数大于0.2，且在20℃对应于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率下的杨氏模量大于800MPa；
-将型材附于玻璃的至少一个面上。
11.根据权利要求10所述的玻璃的制造方法，其特征在于：特定频率fp对应于玻璃的关键频率，或对应于与该关键频率大约相差加30％或减30％范围内。
12.根据权利要求10所述的玻璃的制造方法，其特征在于：其使用如权利要求3～9之一所述的玻璃。
13.车辆的座舱内，尤其是机动车辆的座舱内的声学保护方法，其包含具有改善的振动声学阻尼性能的玻璃(1)且所述的玻璃(1)包含至少一种振动声学阻尼型材(2)，其特征在于使用包含至少一种阻尼材料部件(20)的型材，所述的部件(20)的损耗因数大于0.2、且在20℃下对应于与玻璃的关键频率大约相差加30％或减30％范围内的特定频率下的杨氏模量大于800MPa，所述的型材附于玻璃的其中一个面。
14.根据权利要求13所述的车辆座舱内的声学保护方法，其特征在于使用如权利要求2～9之一所述的玻璃。
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