CN104747864A - 多层复合板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多层复合板，包括：至少两片薄板，其中两片薄板包括在一个方向上具有相同波长和不同高度的连续波形图案，且两片薄板叠置，并且在叠置的薄板之间形成有绝热层；斜向加压部，斜向加压部在与波形图案的方向相交的斜线方向上，以与叠置的薄板的顶部和底部彼此相交地斜向地加压成形，从而将薄板的顶部和底部上的波形图案划分成三角形图案的单元格的单位；底切部，其通过利用相反侧的斜向加压部对连接薄板的顶部和底部上的每个单元格的谷部和峰部的两侧的中央部加压而形成。

Description

多层复合板
技术领域
本发明涉及一种多层复合板。具体来说，本发明的多层复合板可以通过以预先确定的图案形成多个薄板，来改善阻热、散热以及隔音性能。
背景技术
近年来，车辆制造商一直专注于通过减小发动机尺寸来减轻车辆的重量，以及通过增大发动机的功率来提高燃料效率的研究和发展。随着发动机效率的提高，包括排气歧管、排气管、催化剂等的排气系统被暴露到比以往更高的温度下。因此，需要改善例如隔热屏和热绝缘材料等隔热装置的性能。
图1示出具有本领域常规隔热装置的排气歧管的示例图。参见图1，隔热装置1经由三个托架5紧固到排气歧管的顶部，并使由通过排气歧管3排出的废气所放出的热量消散。对于隔热装置(heat protector)1，铝涂层钢板比较典型，然而，近年来人们已使用有利于减轻重量并对车辆功能有利的铝薄板。铝薄板具有高导热性以及极佳的散热性等优点。然而，作为隔热装置，铝薄板因歧管具有复杂的形状而比较不利。因此，会出现诸如撕裂和破裂等耐用性问题，并且可出现因发动机振动而产生的噪音。
因此，在一些努力中，近年来引入了具有改善耐用性以及借助空气补充散热能力的隔热装置，这种隔热装置通过将两片或多片铝薄板叠置并增加诸如压纹、突起和凹陷、波形等各种形状来制造。然而，当两个铝薄板经压制而形成隔热装置时，在形成过程中可能出现诸如板分离等技术难题，并且在这些板形成隔热装置之后仍然可能残留振动和噪音。此外，在车辆行驶的早期阶段需要提高热效率的情况下，在活化温度或较少催化剂时，可能会降低阻热能力。换句话说，在车辆行驶的早期阶段，仅仅通过在高达催化剂的活化温度的预定水平下阻断热量，就可以获得发动机效率的最大化，然而当仅仅考虑铝的导热性和散热性时，可能会增加达到催化剂的活化温度的时间。此外，对于现有技术中的铝薄板，两片薄平板叠置并形成一个波形图案，从而形成空气层。然而，利用简单的波形图案仅可获得阻热和散热特性，而无法同时获得在发动机工作早期阶段的阻热特性和散热特性。此外，由于空气层不足，因此用来阻断因振动引起的噪音的隔音效果可能会受到限制。
背景技术中公开的上述信息仅用于增强对本发明背景的理解，因此其可能包含不构成本国本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供针对上述技术难题的技术方案。在一个方面，公开一种多层复合板，其具有改善的阻热和散热特性以及隔音能力的优点。通过保持在整个板上均匀形成的连续密闭的绝热层，通过以三角形图案单元格的单位划分密闭的绝热层，通过叠置具有不同高度的连续波形图案的两片或多片薄板，通过在薄板之间形成具有预定高度的绝热层，以及通过在与薄板上的波形图案的方向相交的斜线方向上、以有规律的(例如预定的)间隔形成斜向加压部，可获得上述优点。
此外，本发明提供一种具有改善成形性的多层复合板，其通过在与波形方向的斜线方向上形成刚性方向(rigid directionality)，特别是通过有规律地形成由斜向加压部划分的三角形图案(例如，形成预定的三角形图案)，将每个单元格的峰部和谷部的边缘作为一侧。本发明还提供一种具有改善成形性的多层复合板，其通过利用斜向加压部对连接叠置的薄板的单元格的谷部与峰部的两侧中央部连续加压而形成的底切部来防止板的分离。
在本发明的示例性实施例中，多层复合板可以包括两片薄板，其中具有连续波形图案的两片薄板可以在一个方向上具有相同的波长和不同的高度，并且可以叠置，以便在叠置的薄板之间形成绝热层。另外，在多层复合板中，可以形成有斜向加压部，该斜向加压部在与波形图案的方向相交的斜线方向上，以与叠置的薄板的顶部和底部彼此相交地斜向地被加压，从而将薄板的顶部和底部上的波形图案划分成三角形图案的单元格的单位。此外，可以通过利用相反侧的斜向加压部对连接薄板的顶部和底部上的每个单元格的谷部和峰部的两侧的中央部加压而形成底切部。
绝热层可以通过被斜向加压部按三角形图案单元格的单位密闭在叠置的薄板之间的峰部与峰部之间以及谷部与谷部之间而形成。叠置的薄板可以是由铝制成的顶板和底板。叠置的薄板可以是具有相同厚度的顶板和底板。可选地，叠置的薄板可以是具有不同厚度的顶板和底板，不作限制。
波形图案可以是在一个方向上连续的正弦波图案。斜向加压部可以通过加压而以Z字形形成在叠置的薄板的顶部和底部上。具体地，在斜向加压部，薄板可以彼此接触。单个的单元格可以包括三角形图案的密闭绝热层，该三角形图案的密闭绝热层通过斜向加压部形成在叠置的薄板之间的峰部与峰部之间以及谷部与谷部之间。相交的斜线方向可以相对于波形图案方向呈锐角和钝角而形成。
绝热层可被配置成空气层或者填充有包括以下至少一种的无机绝热材料：二氧化硅粉末(SiO2粉末)，氧化铝粉末(Al2O3粉末)，蛭石，硅石，气凝胶(SiO2)或者煅制二氧化硅(SiO2)。
根据本发明各个示例性实施方式的多层复合板，通过以下方式可具有改善的阻热和散热特性以及隔音能力，即通过固定大致均匀地形成在整个板上的连续密闭绝热层，通过以三角形图案单元格的单位来划分密闭绝热层，通过叠置具有不同高度的连续波形图案的两片或多片薄板，通过在薄板之间形成具有预定高度的绝热层，以及通过在与薄板上的波形图案方向的斜线方向上以规则间隔形成的斜向加压部。通过诸如铝薄板等材料的传导特性，可以进一步改善散热能力。根据各个示例性实施例，由于由斜向加压部划分的三角形图案可以有规律地(例如，以预定间隔)形成，以每个单元格的峰部和谷部的边缘作为一侧，因此在形成产品时，即使在与波形方向的斜线方向上也能够获得形成刚性方向，以便可以改善多层复合板的成形性。因此，当由根据本发明示例性实施例的多层复合板制成隔热装置时，可以改善发动机起动的早期阶段时的阻热效果，并且当发动机温度升高至临界温度范围时，通过由延伸珠子(expanded bead)产生的表面延伸以及铝的基本导热特性，可以使散热的效果最大化。
另外，通过利用斜向加压部对连接叠置薄板的单元格的谷部和峰部的两侧的中央部进行连续加压而形成的底切部来防止板分离，可改善使用多层复合板的产品的可成形性。此外，由于单元格的侧边是全部对称的，因此当板件被制造成隔热装置时，不会产生应力集中部分。
因此，与现有技术相比，根据本发明示例性实施例的多层复合板，通过改善阻热和散热能力而具有阻断热损耗的能力，并且通过形成均匀的绝热层而具有极佳的隔音能力，因此可以利用一种材料制成隔热装置，因此可以减少制造成本。另一个方面，提供一种由多层复合层制造的车辆的隔热装置。
后面还公开了本发明的其他方面。
附图说明
通过以下的详细描述，并结合附图，本发明的上述和其他目的、特征和优点将会更加显而易见，其中：
图1示出现有技术中的常规隔热装置的排气歧管的示例图；
图2示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板的示例性顶部立体图；
图3示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板的示例性底部立体图；
图4示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板的示例性俯视图；
图5是根据本发明示例性实施例的沿着图4中的A-A线截取的示例性截面图；
图6是根据本发明示例性实施例的沿着图4中的B-B线截取的示例性截面图；
图7是根据本发明示例性实施例的沿着图4中的C-C线截取的示例性截面图；
图8是示例性图表，示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板以及现有技术中简单的两层铝板的机械性能、热特性以及隔音特性；以及
图9是示出与单独的铝板相比，具有气凝胶和绝热层的多层复合板的绝热特性的示例性表格。
附图标记说明：
1：隔热装置
3：排气歧管
5：托架
10：多层复合材料
11：顶板
13：底板
15a、15b：顶部和底部斜向加压部
17：单元格
19：底切部
S：绝热层。
具体实施方式
本文所使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，并不是要限制本发明。如本文所用，除非上下文中明确地指出以外，否则单数形式“一”、“一个”和“这个”意图也包括复数形式。还应该理解的是，用语“包括”和/或“其包括”当在本说明书中使用时，其指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合的存在或添加。如在此使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列事项的任何和所有组合。
除非另有说明或明显来自文本，如本文所用的用语“约”被理解为在本领域的正常公差范围内，例如，在平均值的2个标准偏差内。“约”可理解成指定值在10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％、或0.01％内。除非另从上下文中清楚得知，否则本文提供的所有数字值将被术语“约”修饰。
可以理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似的术语包括一般而言的机动车辆，比如包含运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、货车，各种商用车辆的客车、包含各种轮船和舰船的船只、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动汽车、混合动力电动汽车、氢动力汽车和其它替代燃料汽车(例如，从除了石油外的资源中取得的燃料)。如本文所指，混合动力车辆为具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。
在下文中，参考附图，将详细描述本发明的示例性实施例。附图中所示的配置的大小和厚度被选择性地提供用于常规描述，使得本发明不被限制于附图中所示的内容，并且厚度被放大，以使一些部件和区域清楚。未示出与示例性实施例的描述不相关的部件，以使描述清楚，并且相同的附图标记在整个说明书中指代相同或类似的部件。
在一个方面，本发明提供一种多层复合板。多层复合板10可以是一种用于通过加压以与发动机或者包含排气歧管3、排气管和催化剂的排气系统的生热部的一侧的外部形状相适配来制造隔热装置1的材料。
在本发明示例性实施例的描述中，出于描述的方便，在图2-3中，从左下部到右上部的方向是长度方向，从左上部到右下部的方向是宽度方向，从下部到上部的方向是上下方向。
图2示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板的示例性顶部立体图，图3示出根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板示例性底部立体图。图4是根据本发明示例性实施例的示例性多层复合板的示例性俯视图。
参考图2和图4，根据本发明示例性实施例的多层复合板10可以通过以下步骤制造：通过在由铝薄板构成的顶板11和底板13的长度方向上形成波形图案；将顶板11和底板13叠置，然后沿着顶板11和底板13的宽度方向形成具有规则间隔的斜向加压部15a和15b，使得波形图案被形成为三角形图案的单元格17。也就是说，在多层复合板10的配置中，通过在铝薄板的长度方向上形成具有不同高度的连续波形图案，可以单独地制造顶板11和底板13，不作限制。
顶板11和底板13可以是具有相同厚度或具有不同厚度的铝薄板，不作限制。顶板11和底板13的厚度可以在大约0.1～0.5mm的范围内，以减轻重量。对于顶板11和底板13的厚度，它们中一个的厚度可以在大约0.3～0.35mm的范围内，另一个的厚度可以在大约0.125～0.15mm的范围内，不作限制。
波形图案可以是在一个方向上连续的正弦波形图案。具体地，顶板11和底板13的波形图案可以具有相同的波长(pitch)。
铝薄板的材料可以是，但不限于，具有99％纯度的铝材料。应当理解的是，A1050-0铝提供一定范围的选项，用于选择本发明的铝材料。此外，可利用辊压成型工艺(roll forming process)形成顶板11和底板13的波形。通过将顶板11和底板13叠置，预定的绝热层S可由于波形图案的高度差而形成在顶板11和底板13之间。具体地，绝热层S可以以预定的高度形成在顶板11的峰部(ridge)与底板13的峰部之间，以及顶板11的谷部(groove)与底板13的谷部之间。
绝热层可以由空气层构成。可以将无机绝热材料插入到绝热层中。无机绝热材料可以包括，例如，二氧化硅粉末(SiO2粉末)，氧化铝粉末(Al2O3粉末)，蛭石，硅石，气凝胶(SiO2)或者煅制二氧化硅(SiO2)。
此外，绝热层S在叠置的顶板11与底板13之间，斜向加压部15a和15b也可沿着与长度方向垂直的宽度方向，形成在顶板11的顶部和底板13的底部上，其中斜向加压部15a和15b可以沿着彼此相交的斜线方向沿一个倾斜方向被加压。
斜向加压部15a和15b可以将顶板11和底板13上的波形图案划分成三角形图案的单元格17的单位。具体地，可以形成单元格17，使得三角形图案相继地、可替换地布置在顶板11和底板13的宽度方向上。
每个三角形图案均可具有作为一侧的单元格7的峰部和谷部的边缘，并且斜向加压部15a和15b可以形成其它相等的边。具体地，在斜向加压部15a和15b，顶板11和底板13在压力下可彼此接触，使得绝热层S可通过斜向加压部15a和15b而被闭合成三角形图案的单元格的单位，因此，在整个板上可以均匀地得到连续密闭的绝热层S。此外，通过相反侧的斜向加压部15a或15b，可将连接每个单元格17的谷部和峰部的两侧中央部彼此加压，以便可以在叠置的顶板11和底板13上形成底切(undercut)部19。
换句话说，通过单元格17的两侧可以形成底切部19，其中通过向内推动相反侧的斜向加压部15a或15b而对单元格的两侧的中央部进行加压，并且单元格的两侧形成谷部，使得顶板11和底板13在上下方向上不被分离。
在根据本发明的示例性实施例的多层复合板10中，由于单元格17的顶部和底部可以是对称的，因此可以不必区分峰部和谷部。为了便于描述，如本文所述，向下凸出部可以是如图所示的波形图案中的谷部，而向上凸出部可以是峰部。多层复合板10可以不被限制成分别为顶板11和底板13的两片铝薄板，而是也可以包括三片或者三片以上的铝薄板，不作限制。
此外，在多层复合板10中，绝热层可以不被限制成由顶板11和底板13之间的波形图案的高度差形成，而是也可以由其它补充材料形成。其它补充材料可以是，但不限于，可以吸附并且阻断声音和阻断热的玻璃棉、聚氨酯等。如本文所述，其它材料可被插入到顶板11和底板13之间。
图5～7示出沿着图4中的A-A、B-B以及C-C线截取的示例性横截面图。图5和6分别是沿多层复合板10的长度方向的一个峰部和一个谷部的示例性宽度方向的横截面图。图7是沿多层复合板10的宽度方向的顶部斜向加压部15a和底部斜向加压部15b之间的交叉部的示例性纵向横截面图。
参见图5，在根据本发明的示例性实施例的多层复合板10的长度方向上的一个峰部的宽度方向的横截面中，通过将顶板11和底板13的波形图案的峰部间隔开，可以获得具有预定形状的绝热层S，并且通过顶部和底部斜向加压部15a和15b的交叉部可以将底切部19推到绝热层S内。
参见图6，在根据本发明的示例性实施例的多层复合板10的长度方向的一个谷部的宽度方向的横截面中，通过将顶板11和底板13的波形图案的谷部间隔开，可以获得具有预定形状的绝热层S，并且通过底部斜向加压部15b可以将底切部19推到绝热层S的内部。
参见图7，在根据本发明的示例性实施例的多层复合板的宽度方向上，可以通过将顶板11和底板13的波形图案的谷部间隔开，固定具有预定形状的绝热层S，并且可以通过底部斜向加压部15b在两侧形成底切部19，以便可以大致减少波长方向的宽度W1和W2。
此外，在顶部、底部斜向加压部15a和15b的交叉部的长度方向上，顶部斜向加压部15a可被形成在顶板11和底板13的波形图案的每个峰部。因此，顶板11和底板13可接触，并且峰部的波长方向的宽度W3和W4可保持在预定水平上。
另一个方面，可以在压制程序中，通过加压形成与排气系统中的部件的外部形状相对应的多层复合板10来制造隔热装置1。此外，由于单元格17的侧边全部有规律地形成在根据本发明示例性实施例的多层复合板10中，因此在隔热装置1的形成期间不会产生应力集中部分。
顶板11与底板13之间的绝热层S，可大致均匀地分布在三角形图案的单元格17的单位中。此外，甚至在通过少于大约50％的加压而产生的隔热装置之后，绝热层S仍可保留在三角形图案的单元格17的单位中，以便可以在整个板上均匀地获得绝热层S。由于绝热层S可以改善排气系统的绝热效果，因此可以改善在发动机起动早期阶段的阻热效果。此外，当发动机温度显著升高到临界温度范围时，通过由延伸珠子17所致的表面延伸以及铝的基本传导特性，也可基本上改善散热的效果。
此外，与现有技术不同，根据示例性实施例的多层板10，由于在顶板11和底板13上可以单独地形成具有不同高度的波形图案，因此通过在与波形图案形成方向的斜线方向上形成具有大致有规律间隔(例如，预定间隔)的斜向加压部15a和15b，在三角形图案的单元格17的单位中形成密闭的绝热层S，并且在叠置的顶板11和底板13之间可事先获得绝热层S，以便可以改善所形成的隔热装置的热特性和隔音特性。
此外，根据示例性实施例的多层板10，可以有规律地形成(例如，以预定的间隔形成)由斜向加压部15a和15b划分的三角形图案，每个单元格17的峰部和谷部的边缘作为一侧，以便在形成隔热装置时，在与波形方向的斜线方向上，可以大致均匀地获得形成方向性(formingdirectionality)，从而改善可成形性。
图8是示出根据本发明的示例性实施例的将空气层作为绝热层S的示例性多层复合板10以及现有技术中具有简单分层结构的传统两层铝板的机械特性、热特性以及隔音特性的示例性表格。具体地，如图8所示，比传统的两层铝板相比，根据示例性实施例的多层复合板10的强度得到较大改善。
通过直接来自生热源的热板测试以及通过热源测试获得热特性，其中在热源测试中，测量距离生热源大约25mm的板的温度。在热板测试中，如图8所示，铝的固有导热特性在板处被保存的相同，然而，在热源测试中，本发明示例性实施例中的多层复合板的阻热和散热特性得以改善。
由于升高的温度被保持在大约300℃或小于300℃的范围内，因此可大大改善阻热特性。此外，在大约400℃或以上的范围内，可大大改善散热特性，并且可以通过减小热损失来改善热特性。在噪音和隔音测试中，如图8所示，使用冲击噪音值和阻抗测试来进行声音吸附/阻断测试。与现有技术相比，本发明的冲击噪音可得到大约10％的改善，并且声音阻断特性也可得到大约20％的改善。因此，即使未使用声音吸附/阻断部件，也可以通过均匀的空气层以及由铝板振动造成的声能的抵消来获得隔音能力。
参考图9，在具有气凝胶、以空气层作为绝热层、以及单层铝板的多层复合板上进行绝热性能测试。在测试对象离开热源10mm间隔的状态下，在离开测试对象25mm的间隔位置处进行温度测试。测试结果表明，与根据现有技术的单层铝板相比，具有气凝胶绝热层的多层复合板具有最高的绝热性能，接着是具有空气层的多层复合板。
根据本发明的各个示例性多层复合板10，可以制造具有改善的抗热损失的隔热装置，与现有技术相比，具有显著改善的阻热和散热能力。此外，通过使用用于复合板的材料而形成均匀的空气层，隔热装置可以具有基本上改善的隔音能力，以便减小制造成本。
尽管已经结合目前被认为是示例性的实施例对本发明进行说明，然而应该理解的是，本发明不应被限制到所公开的实施例，相反地，本发明意图覆盖在所附权利要求的精神和范围内所包含的各种修正和等效布置。

Claims (20)

1.一种多层复合板，包括：
至少两片薄板，其中所述两片薄板包括在一个方向上具有相同波长和不同高度的连续波形图案，且所述两片薄板叠置，并且在所述叠置的薄板之间形成有绝热层；
斜向加压部，所述斜向加压部在与所述波形图案的方向相交的斜线方向上，以与所述叠置的薄板的顶部和底部彼此相交地斜向地加压成形，从而将所述薄板的顶部和底部上的波形图案划分成三角形图案的单元格的单位；
底切部，其通过利用相反侧的斜向加压部对连接所述薄板的顶部和底部上的每个单元格的谷部和峰部的两侧的中央部加压而形成。
2.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述绝热层通过被所述斜向加压部按三角形单元格的单位密闭在所述叠置的薄板之间的峰部与峰部之间以及谷部与谷部之间而形成。
3.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述叠置的薄板是由铝制成的顶板和底板。
4.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述叠置的薄板是具有大致相同厚度的顶板和底板。
5.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述叠置的薄板是具有不同厚度的顶板和底板。
6.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述波形图案是在一个方向上连续的正弦波图案。
7.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述斜向加压部通过加压而以Z字形形成在所述叠置的薄板的顶部和底部上。
8.如权利要求1所述的多层复合板，其中在所述斜向加压部，所述薄板彼此接触。
9.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述单元格单位包括三角形图案的密闭绝热层，所述三角形图案的密闭绝热层通过所述斜向加压部形成在所述叠置的薄板之间的所述峰部与峰部之间以及所述谷部与谷部之间。
10.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述相交的斜线方向相对于波形图案方向呈锐角和钝角形成。
11.如权利要求1所述的多层复合板，其中所述绝热层被配置为空气层或者填充有包括以下至少一种的无机绝热材料：二氧化硅粉末(SiO2粉末)，氧化铝粉末(Al2O3粉末)，蛭石，硅石，气凝胶(SiO2)或者煅制二氧化硅(SiO2)。
12.一种多层复合板，包括：
形成在顶板和底板之间的均匀的绝热层，所述顶板和底板是具有相同波长和不同高度的连续波形图案并且彼此叠置的铝薄板；
斜向加压部，所述斜向加压部在与所述波形图案的方向相交的斜线方向上，以与叠置的所述顶板的顶部和所述底板的底部彼此相交地斜向地被加压，从而将所述顶板和底板上的波形图案划分成三角形图案的单元格的单位；
底切部，其通过利用相反侧的斜向加压部对连接所述叠置的顶板和底板上的每个三角形图案的单元格的谷部和峰部的两侧的中央部加压而形成。
13.如权利要求12所述的多层复合板，其中所述绝热层被所述斜向加压部密闭在所述叠置的顶板与底板之间的所述峰部与峰部之间以及所述谷部与谷部之间而形成。
14.如权利要求12所述的多层复合板，其中所述顶板和所述底板具有大致相同的厚度。
15.如权利要求12所述的多层复合板，其中所述顶板和所述底板具有不同的厚度。
16.如权利要求12所述的多层复合板，其中所述波形图案是在一个方向上连续的正弦波图案。
17.如权利要求12所述的多层复合板，其中在所述斜向加压部，所述顶板和所述底板彼此接触。
18.如权利要求12所述的多层复合板，其中所述单元格的单位包括三角形图案的密闭绝热层，所述三角形图案的密闭绝热层通过所述斜向加压部形成在所述叠置的顶板和底板之间的所述峰部与峰部之间以及所述谷部与谷部之间。
19.一种使用如权利要求1所述的多层复合板制造车辆的隔热装置。
20.一种制造车辆的隔热装置的方法，包括：
使用如权利要求1所述的多层复合板，在压制过程中压制形成所述隔热装置的外部形状。
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