CN1089555A - 复合吸音衬料 - Google Patents

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Abstract

一种粘贴在传播声音和振动的结构(如汽车车 体)上的复合吸音材料，含有硬质材料薄板(金属)层 和粘弹性材料塑性(合成橡胶)层，其特点在硬质板材 包含一柔性金属箔，其厚度不超过5/10毫米，大大 小于塑性层厚度且粘弹性材料有与粘性树脂的共容 性，在-40℃到+60℃内可配制成具有下列特性：
—保持其理化性能的不变性，特别是粘弹性，
—在粘贴到金属箔的状态下有指标不小于10 的吸音能力，
—在粘贴到金属箔的状态下有撕离拉力不小于 40牛/分米2的粘性。

Description

本发明系有关一复合吸音衬料，用于粘接到具有传播或传送声音或噪音和一般地说具有振动并要求处理的结构上。
“要求处理的结构”是指由于各种原因能够振动，特别是能传播或传送声音的任何结构，诸如：
-发动机安装，其结构是，例如摩托车辆车身或家用电器的壳体或工业机器，
-含有不同声源的建筑，其结构是，例如用于居住，专业或工业的结构。
本发明是涉及包括有一层硬质材料薄板，例如金属薄板的衬料，该薄板面要放置在要求处理的结构上并被复盖以一粘弹性的和可选的固有粘性材料的塑性层，例如合成橡胶。
本发明的主题是如上面所定义的衬料，它通过薄板相对于塑性层的周期剪切应力，能够阻尼从其固定于其上的结构来的振动。
本发明的主题是一种如上面所定义的衬料，它像一种特别切割形成的薄层的胶粘剂。
本发明的另一个主题是一种衬料，它能在其所应用的结构的各种工业条件和制造中得到采用或应用，并在相当大的温度范围内保持它的基本性能，特别是吸音性能。
根据本发明的衬料    合有下列两大特点，即：
-一方面硬质薄板至少包含有一柔性的金属箔，其厚度不超过5/10毫米，并且要小于塑性层的厚度;
-而在另一方面，根据本领域熟练人员的通常的实际经验，衬料的粘弹性材料有与粘胶剂共容性，并可在相同的温度范围内，即从约-40℃到约+60℃，经配方而得到，并综合为下述特性：
-大体上保持了理化不变性，特别是它的粘弹性，
-在其被粘贴在金属箔上的状态时，吸音性（用分贝/秒表示）为每米2和每公斤衬料至少为10、最好为60以上，
-在其被粘贴在金属箔上的状态时有粘贴性、用撕掉衬料所必需的拉力来表示，相对于它的基层其拉力至少为40牛/分米2。
“保持它的理化不变性”的意思是这样一种事实，在一方面其构成的材料在化学上不改变，同时在另一方面材料的理化结构或在主体上的排列依旧保持。
应用常规的试验方法、一个在塑料方面的特别是橡胶方面的专家能够进行处方，即是说选择不同的成份并以不同的比例复合它们，以获得在上述的温度范围内上述指明的每一种特性。
衬料的“撕裂”的意思是，离开粘弹性材料的衬料的任一剥离层无论是留在基层上，或是留在金属薄层上。
可以举出无数的例子，如本发明所选用的一种粘弹性材料主要由聚异丁烯组成，以重量计并将填料除外，所以，根据本发明材料按其重量的百分比可包括有：
-从5到25%的聚异丁烯，
-从2到15%的丁基橡胶，
-从2到12%的增粘树脂，
-和从30到85%的填料，
成份按重量计的剩余部份至少包括有下述的几种成份的任一种，即抗氧化剂、颜料或辅料。
“增粘树脂”是指任何一种成份或辅料它能将粘性传给粘弹性材料或增加它的粘性。
根据本发明，衬料还提供下列给定的许多优点：
-非常高的柔性，甚至在非常低的温度下，与常规的衬料对比，常规衬料在5℃时就变脆了;高柔性使所要处理的结构的各类形状与本发明的衬料紧密地配合成为可能，
-高粘性，无需任何粘接层、也不管它的应用温度和使用方式，
-与表面处理槽和涂料有优良的共容性，由于它实际在化学上是隋性的，又由于它不易遭受表面处理或涂层槽污染的影响。
还有，根据本发明的粘弹性材料能被配方成在温度高达至少220℃时仍保持其理化特性的不变性。这就使得该衬料可应用在高温环境中，诸如涂层烘干炉的环境。特别地这就使得从制造过程的一开始就应用根据本发明的衬料成为可能，例如在装配完一块要求防音的硬件后，接着就有一个高温阶段，勿需考虑该衬料，它在制造过程终结时，也就是说直到该产品或这块硬件完成将保持它的特性和功能。
根据本发明的衬料的一大优点是，在带有衬料的结构的回收期，衬料的有机成份在约450℃时被热解而不产生污染，从而使形成复合衬料部份的金属产品得以重新利用。
本发明更包含有下列实例。
塑性层，在其背面是金属箔，被覆盖以柔性的粘接层，它能配合要被处理结构的外形，但在衬料粘接完毕后可固化，并含有热塑性的或在应变力的作用下可热成形的树脂。
举例来说，粘接层的树脂是一种环氧或聚酯树脂或任何其他能聚合的树脂。
粘接层在应用的时候这就是说衬料的安装阶段是柔性的，这是为了能配要被处理结构的形状。然后，在衬料被粘接完毕后，它被固化，例如用热作用，离子化作用或用紫外线照射的方法，特别是为了要聚合粘接层的热成形的树脂。
属于根据本发明的衬料的粘接层使得衬料与被处理的结构紧密的接触，同时强化该结构的机械特性和强度。
根据本发明的另一实例，金属箔例如铝箔，其与塑性层相对的背面，被复以吸音层，在将衬料粘接到要处理结构上的时候或其后获得这种粘接成的结构的时候它都呈现多孔结构。
举例来说，吸收层由合成橡胶所组成，合成橡胶含有发泡剂和交联剂，它能在热和辐射的作用下膨胀这一吸收层。通过吸收层材料的交联，在被保护结构制造周期的一个选择阶段内膨胀阶段可以完成。
举例来说，主要按重量计并不计填料，吸音层包括有，卤化橡胶并特别是氯化橡胶。所以，吸音层可能包含，按重量的百分比计有从15到28%的氯化橡胶，从10到25%的聚异丁烯，从5到15%的增粘树脂和从20到40%的填料，按重量其成份的其余部份至少包含有下列任一成份，即交联剂和膨胀剂。
已在上面所阐述的本发明中的两个实例可以合并起来得到一种衬料组成，一方面是在金属箔上的吸音层，而另一方面是在塑性层上的粘接层。这样一种衬料确保了被处理结构的振动阻尼并在同时又确保了被处理结构的强固化和防音作用。
另外的一些特点和优点将在下面的描叙中体现，并参考所附的示意图，这些图表示了本发明中的几个非限定的具体实例。
图1至3是部分剖视图，给出三种本发明衬料的实例形式，它们是在将衬料安装在墙基时的视图。
图4是部分剖视图，示出图3的衬料在吸音层膨胀后的情况。
图5是部分剖视图，给出一种衬料的实例形式，该衬料能确保具有阻尼、固化和防音的功能。
图6示出了根据本发明的粘弹性材料在温度为-40℃到+70℃之间的情况下本征特性;图中示出了衰减频率，在该频率上材料承受了应力，频率在横坐标上按对数尺度尺用赫兹Hz表示，吸收能力在纵坐标上也按对数尺度尺用牛顿/米2表示;试验的试样有11毫米高和1毫米的直径。
在图1所示的实例形式中，衬料仅在于保证抗振阻尼功能。它由一金属箔2组成，也就是说材料有高的杨氏弹性模数，其厚度不超过5-10毫米，塑性层3由一粘弹性的和固有粘性的材料组成，例如交联的合成橡胶或其他的橡胶。
由钢、铝或类似材料做成的金属箔2的选择随阻尼条件和环境或将要处理的、将在其上粘接衬料的基层或结构4的变化而变化。金属箔2的厚度范围可从几微米到十分之五毫米。
塑性层3的厚度是变化的，它取决于所要求的特性，它的范围可从十分之几毫米到十或二十毫米。它具有低杨氏弹性模数、高粘性的特性，和在室温时有一玻璃状成转换温度范围的特点，在这一温度范围内结构将接纳衬料移动，例如在60℃的区域。塑性层3包括有粘弹性材料，它具有粘性树脂的共容性和在本说明书前序部分中所列出的各种特性。例如，该粘性树脂是基于丁基、聚异丁烯、聚氯丁烯、EPDM等合成橡胶或腈橡胶型，或其他的等效产品、这些都是精于此行的人员所熟知的。
举例来说，该粘性树脂的配方包括有：
-丁基橡胶：2到15%
-聚异丁烯：5到25%
-增粘剂：2到12%
-填料：30到85%
-抗氧化剂：0.5到3%
-颜料：0.5到5%
-辅料：0.5到5%
填料是滑石、碳酸钙或为精于本专业的人员所知的任何其他产品。
本发明中具有吸收能力的粘弹性材料的三个附例示于下：
配方1-吸收能力用分贝/秒表示：68
-丁基橡胶：7.60
-聚异丁烯：15.4
-白垩：59
-C5石油树脂：5.5
-沉淀碳酸钙：1
-高岭土：8.5
-各种辅料：2.5
-着色剂：0.5
配方2-吸收能力用分贝/秒表示：100.5
-丁基橡胶：15
-聚异丁烯：24.5
-白垩：23.5
-C5石油树脂：8.5
-研磨的硅石：14.5
-滑石：11
-各种添加剂：2.5
-着色剂：0.5
配方3-吸收能力用分贝/秒表示：70
-丁基橡胶：5.0
-聚异丁烯：20
-白垩：44.5
-C5石油树脂：3.5
-沉淀碳酸钙：14.8
-滑石：8
-各种辅料：2.5
-着色剂：1.7
根据本发明的粘弹性材料通常显示出在图6中所示的阻尼特性，它说明了对于温度的敏感度极低。
如在前言中所指出的，粘性树脂3能显示在从-40℃到220℃的范围的高粘性，高粘性使它已无必要求借助其他任何粘接方法以保证它们既粘贴到金属箔2上，又粘贴到基层4上。
图1示出，为方便衬料的贮存，其用于将衬料粘性地粘贴到基层4上的表面3a上复盖以一可去掉的薄膜5，薄膜系用分离材料诸如用硅处理过的材料或其类似的材料制成。
衬料是以可切成一定长度的带状物的卷或轴筒来供应的，或是按要粘贴的基层特定的形状切成块状的形式来供应的。它的布置极为容易，只要撕去保护膜5并将衬料平平的安放在基层4的表面上就行，这就是说放置在要处理的汽车车体金属板的表面上，或要处理的壳体或结构上。
在粘贴在基层上的衬料上做拉伸剥离试验是在速度为200毫米/分的条件下进行，示出剥离强度约为10牛顿/分米2。剪切强度，其衬料的断裂或分剥力约为40牛顿/分米2。
抗振阻尼的测量是藉助于Bruel和Kjaer3550建筑声学分析仪进行的，以下的一种标准化了的方法在D451375中有所介绍，在频率为128.5赫兹时给出了下面表中所出现的结果。
本表给出含有本发明衬料复合物的最好吸收能力。
特性    结果
厚度(毫米)    0.8    1.6    2.3
每平方米的质量(公斤)    1.6    3    4
振荡阻尼功率(分贝/秒)在230℃    61    113    124
在40℃    104
在60℃    78
不取决于它的特性，这些特性是特指抗振阻尼功能，以上所定义的复合衬料有卓越的抗稀释酸和碱的能力以及其成分的自然属性不产生对处理槽或电解沉淀涂漆槽的污染是应指明的，在进行这些处理之前或任何涂漆操作之前可使它们处在结构的上面。
此外，当在结构上进行结构作业时，金属箔2有效地保护了粘性树脂3，防止溶剂洒在其上。
衬料显现良好的抗老化、抗盐雾的性能和卓著的抗温度变化性能。在低温时，由于其丁基橡胶和聚异丁烯基的缘故，粘性树脂保持柔性和不脆性，甚至在极低的温度下也如此。更有甚者，其粘性不受温度的影响。
这种振动阻尼衬料能够应用到任何基层上，只要其温度在0℃以上。事实上，在低温的情况下，它必须保证其基层上是没有冰和霜，冰和霜能够影响粘性连接。估35℃以上，由于粘接的快干性在发生粘贴位置不理想的情况下要进行重新粘贴便会造成困难。
为改善粘性树脂和基层之间的接触，在把衬料放置在基层上就要进行粘贴操作，可藉助于滚筒或抹刀进行作业。
该衬料不含任何沥青或溶剂或其他有害产品。在使用和存贮过程中它不要求任何预防措施，并且也不受有关有害物质的条例的支配。
在它经使用后，它的粘性树脂可以在约400℃的温度情况下被焚化而无须任何特殊措施，它导致释放二氧化碳和水蒸汽，这就是说无污染析出。这一焚化将金属箔2从衬料和基层中分离出来，从而使独立地回收两种成份成为可能。
在图2所示的实例形式中，带有振动阻尼功能的衬料，（用参考字母V表示）与粘接层（用参考字母R表示）组合在一起，粘接层保证粘接衬料的基层4的强化。与衬料下表面3a粘贴接触的这一层包括有一支承体6，它是基于环氧树脂或聚酯树脂，沉淀在一加强体7上，诸如玻璃纤维板，非编织的板，或金属或复合基层。在它们应用的时候，加强体7和支承体6都是柔性的和可变形的，以致在保护薄膜5a被揭掉后能和它们将被安排的基层面4a上的表面形状和状态的变化完美的配合。
例如，当在基层上进行衬料粘贴的工艺过程阶段，又例如，当汽车车体在其浸入处理槽或涂漆槽后经过隧道式烘炉时，无论是在粘贴后立即，或是正好相反在粘贴后的恰当时机，支承层6要经受处理以确保在其上被粘贴的基层4的强化，当然又不影响衬料其他部份的振动阻尼能力。
很明显，热聚合反应可以用离子作用、化学反应或紫外线辐射等方法来取代，这取决于所用支承体的特性，结构的制造条件和衬料对于结构的应用时间来决定。
应注意到，粘接层在衬料中的结合形成一个相对密度约为1.5的整体，就可能在减少额外重量的同时，程度较大地减少基层特别是汽车车体的金属板的厚度和重量，而同时又改善了这种结构的坚固性和消振性。
在图3所示的实例形式中，阻尼衬料V是与用参考字母I所标注的吸音层组合在一起使用的，在这种情况下，吸音层是由基于非交联合成橡胶的基体8所组成。层I是位于衬料的金属箔2的表面2b上，这也就是说朝向与基层表面4a相对的表面上，基层的表面4a是接纳衬料的表面。
举例来说，基体8的配方包括有：
-氯化橡胶：15到28%
-聚异丁烯：10到25%
-无机填料：20到40%
-增粘树脂：5到15%
-交联剂：1到5%
-发泡剂：1到6%
上述配方可随所要求的吸音泡沫材料的质量进行调整，即所要求发泡比和所要求的膨胀比的不同而得到的柔软的或半硬的材料。
由于基体8的高粘性，无需任何其他的粘性成分，它可以直接地应用到金属箔2的表面2b上，并且不管金属箔所含的是什么属性的金属材料均可办到。
图3所示为吸音层I构成衬料V的一个整体，如前所述，衬料可以按轴或卷的形式，或按予先裁剪好的片型供应，它们的粘接面3a用一薄膜5进行保护。由于这一结构，它的厚度随着阻尼和吸音的不同要求而变化，衬料可能在要处理的结构进行加工时的早期予以安装，要尽可能近地接近声音发射流，但是，在制造过程中的区域，可能完全被遮断，例如，面板或车体、壳体或类似结构的其他部件的安装。
在衬料安装完毕后，基体8的膨胀可以立即进行。但是，根据对本发明所说的特别优点，这种膨胀可在以后进行，即当在车体、壳体或结构的制造过程中实施，既可用局部加温的方法或可用离子化或紫外辐射法。
在膨胀之后，衬料有图4所示的形式，在声音发射源的方向上含有吸音泡沫材料8a，它确保了卓越的隔音性能。
此处应注意，当本发明的衬料被安装到车体上时，在一个操作过程接着一个操作过程对车体用浸入法涂漆中，浸入法不会以任何方式损害隔音特性，由于接下来是穿过隧道式烘干炉的一个干燥阶段，在隧道式烘干炉中热或红外灯泡造成漆的干燥，同时也产生基体8的膨胀用交联。基体的膨胀断裂和剥落先前沉积在层I上的漆层，并逐渐地去除这些涂层碎片以达到彻底露出所获得的泡沫层。
图5所示实例的形式与先前的形式有所不同，本发明的衬料，由保证振动阻尼作用的结构V，保证在基层上安装并将其强化的粘接层R和保证隔音的吸音层I组合构成。吸音层可以在衬料安装到基层4之前或之后进行膨胀。
该多用途衬料生产起来花费不很大，因为它可用热压成形和/或在金属箔2上加镀膜层的方法获得，它非常容易使用，它的比质量介于1和2之间，也就是说大大的低于普通金属的比质量，它的厚度相比于现在使用的衬料要小得多，而现今的衬料只保证一种作用，只要用一种简单的应用方法就可能极大的改善要处理结构的质量，同时也可在生产这种结构时减小所使用金属板的厚度。
采用一种适当的经实践的工艺过程，本发明衬料的下列附加的特点或特性可显示为：
1）吸收能力是正比例地随着粘弹性材料和金属箔的弹性（杨氏弹性模数）之间差异的增大而增大，
2）吸收能力是正比例地随着安装到处理结构上的衬料的粘性或粘弹材料的粘性的增大而增大，
3）塑性层的厚度至少必须是0.8毫米;低于这一最小的厚度衬料的阻尼性能明显地下降。
本发明的衬料同样也给出了能够被加工、轧制或剪裁的优点，就象任何常规的板材一样，并可用常规的硬件或设备来加工。在进行剪裁时，特别有可能剪裁成一张张合适的尺寸，例如小平板，这是为了在要处理结构的精确位置上安装固定，例如在振动节是。
最后应当指出，在图1中衬料V的综合使用有振动阻尼作用，在图2和图3中层R和I的综合使用分别有强化作用和隔声作用，由于所给出的各层的最佳协同作用，改善了振动阻尼特性并构成了初始复合物。

Claims (10)

1、复合吸音衬料，用来粘接到具有传播和传送声音并要求处理的结构上，例如汽车车体，它包括有硬质材料(例如金属材料)的板材(2)，它的表面用于安装在要处理的结构上，它的表面被复盖和粘接到粘弹性的或固有粘性材料(例如合成橡胶)的塑性层(3)上，其特征是一方面硬质板材(2)至少包含有一柔性的金属箔，它的厚度不超过5/10毫米并且要小于塑性层(3)的厚度，另一方面粘弹性材料具有粘性树脂的共容性并在从约-40℃到约+60℃的相同的温度范围内可配制成有下列特性，即：
-大体上保持它们的理化特性不变性，特别是它的粘弹性，
-在粘接到金属箔(2)的状态下，每米2和每公斤衬料的吸音性(用分贝/秒表示)至少为10，最好至少为60，
-在粘接到金属箔(2)的状态下有粘贴性，用撕掉衬料所必需的拉力来表示，至少为40牛/分米2。
2、根据权利要求1的衬料，其特征为，粘弹性材料也被配制成保持其理化特性在至少达220℃时的不变性。
3、根据权利要求1的衬料，其特征为，被配制成的粘弹性材料对其易于浸入其中的任何处理槽，特别是涂料处理槽是呈隋性的。
4、根据权利要求1的衬料，其特征为，粘弹性材料按重量计并不计及填料的主要的包含物是聚异丁烯。
5、根据权利要求4的衬料，其特征为，粘弹性材料包括有，按重量的百分比计，从5到25%的聚异丁烯，从2到15%的丁基橡胶，从2到12%的增粘树脂和从30到85%的填料，复合物的其余部份按重量计包含至少一种下述成份，即抗氧化剂，颜料和辅料。
6、根据权利要求1的衬料特点为，塑性层（3），在其背对着金属箔（2）的面（3a）上覆盖以柔性的粘接层（7），它能配合要被处理结构，但在衬料粘接完毕后可固化，并含有热塑性的或在应变力的作用下可热成形的树脂。
7、根据权利要求1衬料，其特征为，金属箔（2），在其背对着塑性层（3）的面（2b）上，覆盖以吸音层（8）、它在将所说的衬料粘贴到要处理的结构上的时候，或能获得这一粘贴的时候是多孔的。
8、根据权利要求6和7的衬料，其特征为，它包括有一方面是在金属箔上的吸音层（8），而另一方面是粘接在塑性层（3）上的粘接层（7）。
9、根据权利要求7的衬料，其特征为，吸音层主要地含有卤化橡胶，系按重量计并不计及填料。
10、根据权利要求9衬料，其特征为，吸音层包含有，按重量的百分比计，从15到28%的卤化橡胶，从10到25%的聚异丁烯，从5到15%的增粘树脂和从20到40%的填料，复合物的其余部份按重量计包括至少任何一种下述的化合物，即交联剂和膨胀剂。
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