CN104080600A - 热反射材料 - Google Patents

Abstract

一种用于控制由发动机产生的热量和噪声的组件，包括仪表盘、吸声层、稀松织物和热反射涂层。吸声层包括固定在树脂中的多个纤维，其中吸声层邻近仪表盘定位。稀松织物邻近吸声层定位。热反射涂层包括聚合材料和扩散在聚合材料中的热反射添加剂。热反射涂层作为聚合材料和热反射添加剂的溶液施加至稀松织物。

Description

热反射材料

相关申请的交叉引用

本申请要求于2011年11月30日提交的题为“Heat ReflectiveCoating”的美国临时专利申请No.61/565183以及于2012年11月29日提交的题为“Heat Reflective Material”的美国专利申请No.13/689497的优先权和所有权益，两个申请的全部内容作为引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及一种热反射材料，更具体地说，涉及一种用于隔热的热反射材料。

背景技术

许多常规交通工具由内燃机驱动。这种交通工具的示例包括汽车、卡车、公共汽车、越野车辆、轮船、水上摩托车、旅游汽车和航空器。这种内燃机通常定位在交通工具的发动器舱中。由内燃机产生的热量和噪声可辐射至发动机舱外部，并影响交通工具的其它部件或坐在交通工具中的乘客。发动机舱可装配有设计成吸收噪声或使发动机产生的热量偏转的材料或元件。例如，交通工具舱可包括隔音材料，隔音材料吸收由发动机产生的噪声，以在交通工具中和交通工具周围提供较安静的环境。发动机舱还可装配有隔热板，隔热板定位成使热量远离客舱偏转，以在客舱中提供更舒适的环境。

发明内容

根据一个实施例，一种用于控制由发动机产生的热量和噪声的组件包括吸声层和固定至吸声层的热反射涂层。热反射层包括沉积在聚合材料中的热反射添加剂，聚合材料形成有穿过聚合材料的多个通道。

根据另一实施例，一种用于包括客舱的客车的组件，用于吸收噪声并使由发动机产生的热量偏转远离客舱，所述组件包括仪表盘、吸声层、稀松织物(scrim)和热反射涂层。吸声层包括固定在树脂中的多个纤维，其中，吸声层定位成邻近仪表盘。稀松织物定位成邻近吸声层。热反射涂层包括聚合材料和扩散在聚合材料中的热反射添加剂。热反射涂层作为聚合材料和热反射添加剂的溶剂施加至稀松织物。

根据另一实施例，一种隔离组件包括隔声器和热反射材料。隔声器具有第一侧和第二侧，隔声器包括限定出穿过隔声器的曲折路径的非编织纤维。所述路径与位于隔声器第一侧的多个开口流体连通。热反射材料固定至隔声器第一侧的至少一部分，而不会密封所有开口。

附图说明

尽管说明书以特定指出并明确限定本发明的权利要求书结束，但是应认为，结合附图从下列描述中会更好地理解本发明，附图中：

图1是示出交通工具的示意图，该交通工具具有定位在交通工具发动机舱中的隔声器；

图2是示出引擎罩隔声器的示意图；

图3是示出上仪表板隔声器的示意图；

图4是示出下仪表板隔声器的示意图；

图5是示出根据一个实施例的热量和噪声控制组件的示意性正视图；

图6是示出根据一个实施例的噪声控制组件的吸声层和基底的示意图；

图7是示出根据一个实施例的噪声控制组件的示意图；

图8是示出根据一个实施例的噪声控制组件的示意图；

图9是图5的热量和噪声控制组件的热反射涂层的透视图；

图10是示出图5的热量和噪声控制组件的热反射涂层的横截面示意图；

图11是部分地由箔片覆盖的现有技术隔声器的示意图；

图12是示出图11的现有技术隔声器的示意性正视图；

图13是示出热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率的函数关系的图表；

图14是示出现有技术热量和噪声控制组件的示意性正视图；

图15是穿孔箔片的照片；

图16是示出热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率的函数关系的图表；

图17是示出温度减少量与热反射涂层厚度的函数关系的图表；

图18是示出热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率的函数关系的图表；

图19是示出热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率的函数关系的图表；

图20是暴露于辐射热的未覆盖隔离器的示意图；

图21是由暴露于辐射热的热反射涂层覆盖的隔离器的示意图；

图22是热反射涂层的照片；

图23是示出测试设备的示意图；

图24是热反射涂层的照片；

图25是箔片的照片；

图26是穿孔箔片的照片；

图27是示出隔离器的温度与暴露于红外辐射的时间的函数关系的图表；

图28是涂覆有热反射涂层的隔离器的照片；以及

图29是涂覆有热反射涂层的隔离器的照片。

具体实施方式

参考图1-29，以示例方式详细描述了本文献公开的设备和方法。除了特别说明，否则图1-27中相同的标号在整个附图中表示相同、类似或相应的元件。应明白，可以对所公开和所描述的示例、布置、构造、部件、元件、设备、方法、材料等进行修改，并且对于特定应用，所述修改是期望的。在该公开中，特定形状、材料、技术、布置等的任何说明涉及所呈现的特定示例，或者仅是这种形状、材料、技术、布置等的总体描述。特定细节或示例的说明并不意在且不应当理解为强制性的或限定性的，除非明确指出。在下文中，参考图1-29详细描述和公开用于热反射材料的设备和方法的选择示例。

在比如客运汽车的交通工具中，适用于吸收声能的材料和适用于反射热辐射的材料可定位在交通工具的内燃机与交通工具的客舱之间，以控制由发动机产生的热量和噪声。例如，如图1所示，引擎罩隔声器2可固定至交通工具引擎罩下侧，上仪表板隔声器4可固定至将发动机舱与客舱隔开的壁，下仪表板隔声器6可固定至将发动机舱与客舱隔开的壁。引擎罩隔声器2还在图2中示出，上仪表板隔声器4还在图3中示出，下仪表板隔声器6还在图4中示出。这种隔声器2、4、6还可布置或构造成反射热量，以形成热量和噪声控制组件。

图5示意性地示出热量和噪声控制组件10的示例性示例。图5的热量和噪声控制组件10可设置在比如仪表盘的基底12(下文中称为“仪表盘”12)上，并包括吸声层14和热反射材料16。仪表盘12可以是交通工具仪表板的部件，并可定位在发动机舱与客舱的交界处。

吸声层14可布置成吸收由交通工具发动机产生的噪声和其它声能。总体上，吸声层14可布置为能够允许声音进入主体并在其中被吸收的多孔体。在不受限于特定理论的情况下，应理解，这种多孔体可包括优良的声音吸收特性，因为声波能够进入主体(在主体中，这种声波被吸收)。吸声层14的一个非限制示例在图6中示意性示出。在图6的示例中，多个纤维18形成非编织纤维吸声层14。多个纤维18形成延伸穿过吸声层14主体的多个曲折路径20(在图6中由建立路径20的虚线表示)。声波(由箭头表示)经由吸声层14主体中的一个或多个路径开口22进入路径20。当声波行进通过路径20时，声波被多个纤维18吸收。尽管曲折路径20在图6中由离散的虚线示出，但是本领域技术人员应理解，就其本质，由多个纤维18形成的吸声层14的多孔体会提供许多纠缠和交叉的路径20，其能够适应穿过吸声层14的声波的移动、阻尼和/或吸收。

所有路径开口22的任何密封或闭合可抑制声波进入或者行进通过吸声层14的路径20的能力，从而减损吸声层14的声音吸收效果。尽管本文描述了基于纤维的吸声层14，但是应理解，本公开不限于这种吸声层。例如，开孔泡沫还可提供曲折路径20，其中，声音因泡沫的弹性特性而被阻尼和/或吸收。

吸声层14可包括以非编织或编织构造在树脂中结合在一起或通过树脂结合在一起的纤维18。在形成吸声层14时使用的纤维18可包括天然纤维或人造纤维，并可由循环使用的材料制成。用于形成吸声层14的纤维18的示例包括但并不限于玻璃、玻璃纤维、羊毛、棉花、石棉、石墨、碳、各种陶瓷、各种聚合材料(比如尼龙、聚酯、人造丝和聚丙烯)和它们的组合。在一个非限制示例中，这种纤维或这种纤维材料的组合可通过树脂结合在一起，以形成吸声层14。树脂可以是热固性或热塑性树脂。在一个非限制示例中，树脂是酚醛树脂。在另一非限制示例中，树脂可以是环氧树脂，其与硬化剂组合以将纤维18结合在一起，从而形成吸声层14。还可在形成吸声层14之前、期间或之后将其它添加剂(包括但并不限于阻燃添加剂、防油剂、防水剂、杀虫剂和它们的混合物)添加到树脂。可准备粘合剂、热熔、超声波焊接、热铆接(heat staking)、夹紧机构或其它适合的固定方法，以将吸声层14固定至仪表盘12。在施加热反射材料16之前或之后，可机械地处理吸声层14。在非限制示例中，吸声层14可被针刺。

如图7所示，在一个示例中，热反射材料16可施加至吸声层14，以形成热量和噪声控制组件10。如图8所示，可给隔声层14提供包括稀松织物纤维26的稀松织物层24。在另一示例中，热反射材料16可施加至稀松织物层24，以形成热量和噪声控制组件27。稀松织物层24中的稀松织物纤维26可以是编织的或非编织的，并可利用热塑性或热固性粘合剂结合在一起。稀松织物纤维26可布置成稀松织物层24包括能够允许声音进入主体并在其中被吸收和/或传至吸声层14的多孔体。

稀松织物层24可设置成防止下面的吸声层14受到比如固体颗粒或液体(诸如油和水)的污染。稀松织物层24可包括一种或多种非编织纤维材料，包括但并不限于聚丙烯、聚酯、人造丝、尼龙和它们的混合物。还可在形成稀松织物层24之前、期间或之后将包括但并不限于阻燃添加剂、防油剂、防水剂、杀虫剂和它们的混合物的添加剂添加到树脂。在施加热反射材料16之前或之后，可机械地处理稀松织物层24。在非限制示例中，稀松织物层24可被针刺。

热量和噪声控制组件10、27可定位成热反射材料16位于吸声层14和交通工具发动机之间。热反射材料16可布置为：1)使由发动机产生的热量反射远离交通工具客舱；以及2)维持或者限定穿过热反射材料16的多个通道28以允许由发动机产生的声能穿过通道28并到达吸声层14的路径20或进入稀松织物层24的主体。热反射材料16的一个示例性实施例在图9中以透视图示意性示出，并在图10中以横截面图示出。热反射材料16可包括扩散在聚合材料32中的多个热反射添加剂30。当由发动机产生的热量和声能遇到热反射材料16时，热反射添加剂30可布置成使热量反射远离客舱，通道28允许声能穿过通道28而进入稀松织物层24和/或吸声层14。

热反射添加剂30可以是反射红外能量并由聚合材料32封装的颗粒。在一个示例中，热反射添加剂30是铝薄片，该铝薄片总体上是透镜状的，且大小为约5微米至约25微米。在另一示例中，热反射添加剂30的大小为约10微米至约18微米。在其它示例中，热反射添加剂30可包括除铝和陶瓷之外的颗粒。除了透镜形状，热反射添加剂30可以是球形、盘形、不规则形状或任何其它适合布置。添加至聚合材料32的热反射添加剂30的浓度可布置成提供恰当量的热反射，其中，热反射添加剂30的较大浓度提供较大量的热反射。

聚合材料32可以是各种适合材料。例如，聚合材料32可以是聚亚安酯、聚异戊二烯、聚丁二烯、聚异丁烯、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、氯丁(二烯)橡胶、氢化的丙烯腈-丁二烯橡胶(HNBR)、乙烯丙烯酸、硅树脂、含氟聚合物、聚乙烯、酚醛树脂及乙烯丙烯共聚物和三元共聚物，以及它们的功能化或改性形式和其它适合材料。聚合材料32可由单体或聚合物组成，或者可以是共聚物或其它聚合物的混合物。聚合材料32还可以是具有热塑性或热固性的材料。聚合材料32可使用溶剂(比如甲基异丁基甲酮和乙醇的混合物)形成。在另一示例中，聚合材料32可由基于聚亚安酯的聚合物的水性溶液形成。聚合材料32还可由非水性溶液形成。当聚合材料使用溶剂、水性溶液或非水性溶液形成时，热反射添加剂30可添加至聚合材料。在另一示例中，额外的添加剂可添加至聚合材料32的水性或非水性溶液。添加剂示例包括但并不限于阻燃添加剂、防油剂、防水剂、杀虫剂和它们的混合物。

包括聚合材料32和热反射添加剂30的热反射材料16可以许多方法施加至吸声层14。例如，热反射材料16可使用溅射、滚压、喷涂、刷涂、印刷等方式施加。在一个示例中，聚合材料32的溶液形成，热反射添加剂30经由混合或其它扩散方法扩散在溶液中。然后，该溶液可通过本文所述方法施加至吸声层14或稀松织物层24，使得溶液固化并形成热反射材料16。在一个示例中，聚合材料32和热反射添加剂30可布置成控制通道28的浓度和大小以及热反射添加剂30在聚合材料32中的分布。

在非限制示例中，聚合材料32可按水性形式制备。热反射添加剂可添加至聚合材料。聚合材料32和热反射添加剂30的混合物可溅射至水性吸收层14或稀松织物层24上，以在水性吸收层14或稀松织物层24上形成热反射材料16。热反射材料16可布置成当热反射材料16通过溅射施加时，热反射材料16可在热反射材料形成层时维持滴状构造。在另一非限制示例中，热反射材料16可布置成当热反射材料16通过溅射施加时，热反射材料16在其接触吸声层14或稀松织物层24时浸湿，从而允许热反射材料16沿纤维(18或26)流动，以更深地穿入吸声材料14或稀松织物层24中。在非限制示例中，在通过针刺形成热反射材料16之后，可机械地处理热反射材料16。

应理解，热量和噪声控制组件10、27可布置成声能可行进通过热反射材料16的通道28而进入形成稀松织物层24主体的多个纤维26中和/或进入形成吸声层14的多个纤维18中。因此，热反射层14可提供对热量和其它这种辐射能的防护，而同时还允许吸声层14和/或稀松织物层24吸收声能。

所述溶液可施加成热反射材料16的厚度和热反射材料16进入吸声层14或稀松织物层24的穿透度可被控制。在一个非限制示例中，溶液施加成热反射材料16的厚度为约25微米至约150微米之间。当将聚合材料32施加至吸声层14或稀松织物层24时，聚合材料32可布置成流入吸声纤维18或稀松织物纤维26的纤维网络中。在非限制示例中，热反射材料16延伸进吸声层14或稀松织物层24中达到约150微米。在又一非限制示例中，热反射材料16延伸进吸声层14或稀松织物层24中约10微米至约75微米。在另一非限制示例中，热反射材料16延伸进吸声层14中或稀松织物层24达到约25微米。

聚合材料32溶液的属性可便于将热反射材料16结合至吸声层14或稀松织物层24。例如，聚合材料32如何快速交联和凝固，且溶液的粘性可便于将热反射材料26结合至吸声层14或稀松织物层24的单独纤维18、26。如上所述，热反射材料16可布置成当热反射材料16被施加至吸声层14或稀松织物层24时，热反射材料16可随着其接触吸声层14或稀松织物层24而形成小滴或浸湿物(wets-out)。这种布置可确定热反射材料16进入吸声层14或稀松织物层24中的穿透度，并促进热反射材料16结合至吸声层14或稀松织物层24。

示例

下列示例准备用于说明本公开而非限制本公开。

图11示出常规热量和噪声控制组件40的比较示例。图11的热量和噪声控制组件40包括固定至隔声器44的至少一部分上的箔片42。箔片42布置成反射由发动机产生的热量，隔声器44可布置成吸收由发动机产生的噪声和其它声能。图12示意性地示出图11的热量和噪声控制组件40的横截面。除了隔声器44和箔片42，稀松织物层46可定位在隔声器44和箔片42之间。如图11和12所示，箔片42可布置成覆盖稀松织物层46的一部分表面区域。在一个替代例中，箔片42可布置成基本上覆盖稀松织物层46的整个表面区域。图13是示出对于箔片42覆盖稀松织物46的下列表面区域：0％、11％、22％、44％、67％和100％的布置，常规箔片热量和噪声控制组件40的吸收系数与1/3倍频带中心频率(赫兹)的函数关系的图表。

图14示意性地示出常规热量和噪声控制组件50的另一比较示例。热量和噪声控制组件50包括隔声器52、稀松织物54和固定至稀松织物54的穿孔箔片56(图15中也示出)。箔片56布置成反射由发动机产生的热量，稀松织物54和隔声器52布置成吸收由发动机产生的噪声和其它声能。穿孔箔片56中的穿孔58一直穿透该穿孔箔片56。这种布置可允许一些声能穿过该穿孔箔片56。

图16是示出对于以下各布置，热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率(赫兹)的函数关系的图表，以下各布置包括：仅常规隔离器和稀松织物(表示为参考标号60)；常规箔片、稀松织物和隔离器(表示为参考标号62)；隔离器、稀松织物和根据本公开的0.78密耳(即，约20微米)热反射涂层(表示为参考标号64)；隔离器、稀松织物和根据本公开的1.63密耳(即，约41微米)热反射涂层(表示为参考标号66)；隔离器、稀松织物和根据本公开的1.82密耳(即，约46微米)热反射涂层(表示为参考标号68)；隔离器、稀松织物和根据本公开的3.11密耳(即，约79微米)热反射涂层(表示为参考标号70)；以及隔离器、稀松织物和根据本公开的6密耳(即，约152微米)热反射涂层(表示为参考标号72)。图17是示出温度减少百分比与施加至热量和噪声控制组件中的稀松织物的热反射涂层的厚度的函数关系的图表。基于图16和17的图表所示示例，具有约43至46微米厚度的热反射涂层在反射热量和吸收声能两方面表现优良。本领域技术人员在阅读和理解该说明书时还应理解，热反射涂层的其它厚度在反射热量和吸收声能方面也可表现优良或令人满意。

如先前所讨论的，热反射涂层可施加为水性溶液以涂覆隔离器或稀松织物。阻燃剂可添加至热反射涂层，以例如满足UL94-V0标准。热反射涂层还可布置成当与化学制剂(比如散热器流体、制动液、窗清洗液、机油、硫磺酸、盐或水)接触时抵抗溶解、薄化或削弱。

图18是示出对于根据本公开的热反射涂层覆盖稀松织物的下列表面区域：0％、11％、22％、44％、67％和100％的布置，热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率(赫兹)的函数关系的图表。图19是示出对于常规穿孔箔片覆盖稀松织物的下列表面区域：0％、11％、22％、44％、67％和100％的布置，热量和噪声控制组件的吸收系数与1/3倍频带中心频率(赫兹)的函数关系的图表。

如先前所讨论的，本公开的热反射材料16包括热反射添加剂，比如铝颜料。当隔离器直接暴露于热源时，大量热量直接传导至隔离器(如图20所示)。然而，当热反射涂层施加至隔离器时(如图21所示)，大量热量被反射远离隔离器，这种布置可限制传导至隔离器的热量。图22中示出热反射材料16中的铝颜料的示例。

当本公开的热反射材料、常规箔片和常规穿孔箔片定位在热源和隔声器之间时，进行比较实验以确定传递至隔声器的热量。图23示出这种测试的实验装置。热电偶放置在隔声器和稀松织物之间。本公开的热反射材料(见图24)、常规箔片(见图25)或常规穿孔箔片(见图26)固定至稀松织物。红外灯被引导至热反射材料、箔片或穿孔箔片的表面约350秒，在350秒内记录热电偶的温度。图27的图表中示出这种测试的结果。控制样本是无任何额外层的稀松织物和隔离器。如图27的图表所示，热反射涂层、箔片和穿孔箔片均优于控制样本。

图28中示出100％沉积有热反射材料的仪表板外隔声器。热反射材料可施加成穿过相同隔离部件的不同厚度。例如，如图29所示，一个区域可在20微米的穿透深度处沉积，另一区域可以51微米的穿透度沉积。穿透度可选择成调节直接到达隔离器不同部分的热量，以使成本最少，或者使性能最优。

本发明的实施例和示例的前述描述仅用于说明和描述的目的。并不意在穷举或将本发明限制为所述形式。鉴于上述教导，可进行许多修改。这些修改中的一些已进行讨论，其它则可由本领域技术人员理解。实施例选择并描述为最好地说明本发明的原理，各实施例适于设想的特定用途。当然，本公开的范围并不限于本文阐述的示例或实施例，而是可由本领域技术人员用在任何数量的应用和等同装置中。确切地说，由此本公开的范围由所附权利要求书限定。

Claims (28)

1.一种用于控制由发动机产生的热量和声能的组件，包括：

吸声层；以及

热反射涂层，固定至所述吸声层，所述热反射涂层包括：

聚合材料，形成有穿过所述聚合材料的多个通道；以及

沉积在所述聚合材料中的多个热反射添加剂。

2.如权利要求1所述的组件，其中，所述热反射涂层定位在所述吸声层和发动机之间。

3.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射涂层设置成使由发动机产生的声能的一部分穿过所述热反射涂层。

4.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射涂层设置成使由发动机产生的热量的一部分改向为远离所述热反射涂层。

5.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射添加剂是金属薄片。

6.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射添加剂是透镜状铝薄片。

7.如权利要求6所述的组件，其中，所述热反射添加剂的直径处于约10微米和约18微米之间。

8.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射添加剂包括陶瓷。

9.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射涂层在所述热反射涂层形成期间固定至吸声材料。

10.如权利要求2所述的组件，其中，所述聚合材料是热塑性的。

11.如权利要求2所述的组件，其中，所述组件还包括阻燃剂。

12.如权利要求2所述的组件，其中，所述热反射涂层形成为具有约25微米至约150微米之间的厚度。

13.一种用于包括客舱的客车的组件，用于吸收噪声和使由发动机产生的热量偏转远离客舱，所述组件包括：

邻近所述客舱定位的仪表盘；

邻近所述仪表盘定位的吸声层；

邻近所述吸声层定位的稀松织物；以及

固定至所述稀松织物的热反射层。

14.如权利要求13所述的组件，其中，所述热反射层设置成使由发动机产生的噪声的一部分穿过所述热反射层；

以及，所述热反射层设置成使由发动机产生的热量的一部分反射远离所述客舱。

15.如权利要求14所述的组件，其中，所述热反射层包括扩散在聚合材料中的热反射添加剂。

16.如权利要求15所述的组件，其中，所述热反射层作为所述聚合材料和所述热反射添加剂的溶液施加至所述稀松织物。

17.如权利要求16所述的组件，其中，所述热反射添加剂是金属薄片。

18.如权利要求17所述的组件，其中，所述热反射添加剂是透镜状铝薄片。

19.如权利要求16所述的组件，其中，所述热反射添加剂包括陶瓷。

20.如权利要求15所述的组件，其中，所述热反射添加剂的直径位于约10微米和约18微米之间。

21.如权利要求14所述的组件，其中，所述热反射层形成为具有约25微米至约150微米之间的厚度。

22.如权利要求13所述的组件，其中，所述组件还包括阻燃剂。

23.如权利要求16所述的组件，其中，所述稀松织物包括多个纤维。

24.如权利要求23所述的组件，其中，所述热反射层粘附至所述稀松织物的多个纤维中的一个或多个。

25.一种隔离组件，包括：

隔声器，具有第一侧和第二侧，所述隔声器包括非编织纤维，所述非编织纤维中限定出曲折路径，所述路径与位于第一侧的多个开口流体连通；以及

热反射材料，固定至所述隔声器的第一侧的至少一部分，而不会密封所有开口。

26.如权利要求25所述的隔离组件，其中，所述热反射材料包括树脂和热反射材料。

27.如权利要求26所述的隔离组件，其中，所述热反射材料从所述第一侧存在于所述隔声器内至少约25微米。

28.如权利要求25所述的隔离组件，还包括限定所述隔声器的第一侧的非编织稀松织物。