CN110181899A - 机动车辆隔音部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机动车辆隔音部件(10)及其制造方法。部件(10)包括主体(14)，主体(14)包括多个交织和/或结合的纤维(15)。主体(14)在其厚度上包括：多孔上部区(16)，多孔上部区(16)包括在纤维(15)之间分散的粒状元件(18)；多孔下部区(20)，多孔下部区(20)没有分散的粒状元件(18)，或者多孔下部区(20)包括浓度比多孔上部区(16)的分散的粒状元件(18)的浓度低的分散的粒状元件(18)。多孔上部区(16)的气道阻力比多孔下部区(20)的气道阻力大至少100N.m‑3.s。

Description

机动车辆隔音部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种机动车辆隔音部件，其包括主体，该主体包括多个交织和/或结合的纤维。
背景技术
这样的部件旨在解决在噪声源如发动机(防火墙等)或轮胎与道路的接触(车轮通道等)附近的基本封闭的空间如机动车辆的乘客室(垫子、车顶、门板等)中出现的声学问题。
通常，在低频域中，由上述噪声源产生的声波经历通过具有粘弹性性能的单片或双片(预应力夹层)形式的材料或通过多孔且有弹性的质量弹簧系统的声衰减进行的“阻尼”。
在本发明的含义内，隔音部件在它防止中频和高频声波进入隔音空间时提供了“隔离”，尤其是通过朝向噪声源或隔音空间的外部反射声波。
当来自声波的能量在吸收性材料中消散时，隔音部件通过“吸声”(在中频和高频场中)进行操作。
高性能隔音部件必须同时通过提供良好的隔离和吸收来进行工作。为了表征这种组件的性能，使用降噪(NR)指数的概念，其考虑了隔离和吸收的概念：该指数可以因为使用以下等式而相关：
NR(dB)＝TL-10log(S/A)，
其中TL是反映隔离的声音传播损耗指数(以下称为损耗指数)。该指数越高，隔离性越好。
A是等效吸收表面。A越高，吸收越好。S是部件的表面积。
已知使用由多孔且有弹性的基层制成的质量弹簧类型的隔音组件，在多孔且有弹性的基层上布置有具有重质量的不可渗透层。该不可渗透的重质量层通常具有特别是大于1kg/m2的高表面密度，以及高达约1500kg/m3～2000kg/m3的质量密度。
这种声学组件提供良好的隔音性，但相对较重。此外，它们在吸收方面的性能表现不佳。
为了减小隔音组件的质量并获得改进的吸收性能，US2006/0113146描述了一种“可渗透”类型的声学组件。
这种组件没有重质量。重质量由多孔的上层代替，多孔的上层与其所承载的下层相比具有更大的对空气通过的抵抗力。该层朝向机动车辆中声音到达的方向取向。
为了制造这种组件，已知使用相同的基础织物网。将织物网切割成两个部分，使这两个部分经历不同的压缩。
压缩程度最高的部分构成阻率较大的多孔层。它通过胶合到较少压缩的部件上来进行组装。
制造这种部件的方法因此相对复杂，因为它需要多个步骤，而这增加了部件的制造成本。
发明内容
本发明的一个目的是获得一种隔音部件，该隔音部件在吸收方面非常有效并且制造起来既简单又便宜。
为此，本发明涉及前述类型的部件，其特征在于，主体在其厚度上包括：
-多孔上部区，所述多孔上部区包括在纤维之间分散的粒状元件；
-多孔下部区，所述多孔下部区没有分散的粒状元件，或者所述多孔下部区包括浓度比所述多孔上部区的分散的粒状元件的浓度低的分散的粒状元件；
所述多孔上部区的气道阻力比所述多孔下部区的气道阻力大至少100N.m-3.s。
根据本发明的部件可以包括以下特征中的一个或多个(单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑)：
-多孔上部区的气道阻力为大于250N.m-3.s，特别是250N.m-3.s～1500N.m-3.s；
-它包括结合元件，所述粒状元件通过所述结合元件结合到所述纤维上；
-所述粒状元件的平均尺寸为小于1mm，特别是5μm～500μm；
-构成所述粒状元件的材料的密度为小于3，特别是0.8～2；
-所述多孔上部区的厚度为小于所述主体的厚度的50％；
-所述主体是毛毡或织物；
-所述主体是一个零件；
-所述粒状元件由重晶石、白垩或粘土填料制成。
本发明还涉及一种制造机动车辆隔音部件的方法，包括以下步骤：
-提供主体，所述主体包括多个交织和/或结合的纤维，其特征在于以下步骤：
-在所述主体的多孔上部区的纤维之间掺入粒状元件；
-保持多孔下部区没有分散的粒状元件，或者保持所述多孔下部区具有浓度比所述多孔上部区的分散的粒状元件的浓度低的分散的粒状元件；
所述多孔上部区的气道阻力比所述多孔下部区的气道阻力大至少100N.m-3.s。
根据本发明的方法可以包括以下特征中的一个或多个(单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑)：
-多孔上部区的气道阻力为大于250N.m-3.s，特别是250N.m-3.s～1000N.m-3.s；
-它包括在所述主体的多孔上部区的纤维之间掺入结合元件和活化所述结合元件的步骤，活化所述结合元件的步骤有利地是通过加热来进行的，以使所述粒状元件结合到所述纤维上；
-在掺入步骤期间控制所述粒状元件的穿透厚度，使得所述多孔上部区的厚度小于纤维性主体的厚度的50％；
-掺入所述粒状元件的步骤包括通过向主体施加电场和/或通过向主体施加振动运动将所述粒状元件掺入到所述主体中。
附图说明
通过阅读仅作为示例提供的并且参考附图而完成的以下描述，将更好地理解本发明，在附图中：
-图1是根据本发明的第一隔音部件的示意性剖视图；
-图2是示出制造图1的部件的方法的一部分的示意图；
-图3是制造图1的部件的方法的可选附加步骤的示意性剖视图。
具体实施方式
在本文件的其余部分中，取向通常是机动车辆的典型取向。然而，术语“上方”、“上”、“下方”、“下”、“上部”和“下部”应被理解为相对于机动车辆的参考表面的相对术语，有鉴于此而布置了隔音组件。因此，术语“下部”被理解为尽可能靠近表面，并且术语“上部”被理解为尽可能远离该表面。
图1中示出了根据本发明的第一隔音部件10。该部件10用于沿着机动车辆的表面12进行布置。
该表面12例如是车辆的金属板表面，特别是界定将乘客室与机动车辆的发动机室、发动机罩或轮舱分开的地板、天花板、门、防火墙。
部件10用于直接应用到表面12上。它可以通过有利地使用销(例如在防火墙的情况下)而附着到表面12上，或放置到其上(例如在垫子的情况下)。在一个替代方式中，部件10胶合到表面12上。
部件10包括由多个交织和/或结合的纤维15形成的单件式主体14，该主体14包括：多孔上部区16，其包括在纤维15之间分散的粒状元件18；和多孔下部区20，其设置成没有分散的粒状元件18或者包括浓度比多孔上部区16的分散的粒状元件18的浓度低的分散的粒状元件18；
有利地，部件10的上部区16还包括结合元件22，以将粒状元件18结合到纤维15。
在该实例中，主体14由毛毡或单件织物形成。
“单件(Single-piece)”是指主体14由单层交织和/或结合的纤维形成，而不是由彼此结合的多层组件形成。
在本发明的含义内，“毛毡”是指基础纤维与粘结剂的混合物。基础纤维可以是一种或多种类型的贵重纤维和/或再生纤维、天然纤维或合成纤维。可以使用的天然纤维的实例是：亚麻、棉花、大麻、竹子等。可以使用的合成纤维的实例是：无机纤维，如玻璃纤维；或有机纤维，如凯夫拉(Kevlar)、聚酰胺、丙烯酸、聚酯、聚丙烯。
粘结剂优选是热固性树脂。热固性树脂的实例是环氧树脂或酚醛树脂或聚酯树脂。
在一个替代方式中，毛毡包含较高百分比的微纤维，例如大于50％的微纤维，并且有利地80％的微纤维。
“微纤维”是指尺寸小于0.9dtex(纤度)、有利地为0.7dtex的纤维。
在一个替代方式中，毛毡含有再生材料，例如来自内部或外部来源的废物的再生材料，特别是来自汽车设备部件的废料、制造废品或报废车辆部件的再生材料。例如，以由团块、薄片或颗粒组成的分开的材料片的形式，将该废物研磨并掺入到毛毡中。可以在研磨之前或期间分离废物的组分。
织物是指基本上具有热塑性聚合物基质(如聚丙烯、聚酯或聚酰胺)的纤维网，其通过针刺进行机械组装而不使用化学粘结剂。这种网可含有一定百分比的热塑性或天然再生纤维。
参考图1，主体14具有下表面24和上表面26，其中，下表面24用于朝向表面12取向，优选地用于压制到表面12上；而上表面26用于远离表面12取向。
主体14具有在下表面24与上表面26之间的表面12垂直方向上的大于1mm、特别是5mm～40mm的总厚度ET。
粒状元件18例如是粉末形式的填料。填料例如是重晶石、白垩或粘土。
粒状元件18具有计算为小于1mm的数均值并且特别是5μm至500μm的平均尺寸。
该平均尺寸例如根据标准ISO13320-1进行测量得到。
构成所述粒状元件18的材料的密度为小于5，特别是0.8～2。
接合元件22例如由可熔材料粉末(例如聚合物粉末，如聚烯烃或聚乙烯粉末)在低于160℃的温度下形成。
在部件10中，可熔材料粉末已至少部分地熔化，以将纤维15结合到粒状元件18，而不熔化粒状元件18。
因此，粒状元件18通过结合元件22而相对于纤维15保持位置。
如上所述，多孔上部区16中的粒状元件18的浓度比下部区20中的粒状元件18的浓度高至少10％。
多孔上部区16中的粒状元件18的存在堵塞了在纤维15之间存在的间隙，这增加了弯曲度并降低了多孔上部区16的孔隙率，并同时保持了非零孔隙率。
因此，多孔上部区16的气道阻力比多孔下部区20的气道阻力大至少100N.m-3.s，特别是比多孔下部区20的气道阻力大至少250N.m-3.s。
在绝对值中，多孔上部区16的气道阻力为大于250N.m-3.s，特别是250N.m-3.s～3000N.m-3.s，特别是250N.m-3.s～1500N.m-3.s。
使用蒙斯大学的Michel HENRY于1997年10月3日答辩的论文“用于表征多孔介质的参数的测量。低频泡沫的声学性能的实验研究”(Measurement of parameterscharacterizing a porous medium.Experimental study of the acoustic behavior oflow-frequency foams.)中描述的方法来测量对空气流的阻力或其阻率。
多孔上部区16的厚度ES例如为0.5mm～15mm，并且特别是0.5mm～10mm。
该厚度ES为主体14的厚度ET的50％。有利地，该厚度ES是主体14的厚度ET的10％～40％。
多孔上部区16的表面密度为大于500g/m2，并且为500g/m2～3500g/m2，有利地为1000g/m2～2000g/m2。
多孔上部区16有利地具有弯曲刚度(flexural stiffness)B，其具有整体宽度(unitary width)，大于0.01N.m，特别是0.1N.m～1N.m，有利地0.1N.m～0.5N.m。
弯曲刚度B使用以下等式进行计算：
B＝E.h3/12，其中h是多孔上部区16的厚度，并且E是其杨氏模量。
杨氏模量或弹性模量例如通过使用以下文章中描述的方法进行测量：C.Langlois、R.Panneton和N.Atalla，“各向同性多孔弹性材料的准静态力学表征的多项式关系”(Polynomial relations for quasistatic mechanical characterization ofisotropic poroelastic materials)，J.Acoust.Soc.Am.110,3032–3040(2001)。
多孔下部区20具有适合于具有有利地为15,000N.m-4.s～80,000N.m-4.s，特别是约20,000N.m-4.s～50,000N.m-4.s的气流阻率的孔隙率。
在与表面12垂直方向上的多孔下部区20的厚度EI有利地为2mm～35mm，例如为5mm～25mm。
为了具有弹簧属性，多孔下部区20有利地具有大于5000Pa的弹性模量。该模量有利地为20,000Pa～100,000Pa，特别是30,000Pa～40,000Pa。
如上所述测量弹性模量。
根据本发明的制造隔音部件10的方法在图2中示意性示出的设施30中进行。
设施30包括：用于供应主体14的单元32；用于移动主体14的传送器34；用于将粒状元件18和可选的结合元件22沉积到主体14上的至少一个单元36；以及用于将粒状元件18掺入到主体14中的单元38。
设施30还有利地包括用于活化结合元件22的单元40和切割单元42。
用于供应主体14的单元32能够由纤维网形成主体14，或者能够以条带的形式供应预成形的主体14。
传送器34能够使主体14从供应单元32沿着纵向轴线A-A'滚动到达切割单元42，使得它相对地通过沉积单元36，掺入单元38，活化单元40。
沉积单元36包括粒状元件18的贮存器44和至少一个分配器46，分配器46能够以连续层的形式将粒状元件18沉积到主体14的上表面26上。分配器46例如包括在上表面26上方出现的辊48和引导件50。
或者，粒状元件18沿着具有可变重量的特定区域进行布置，以便局部地调整部件10的气道阻力和表面密度。
掺入单元38例如包括用于产生电磁场的源52，特别是施加到粒状元件18上的可变电场，以使它们在给定厚度上穿透主体14。
有利地，掺入单元38还包括振动源(未示出)，以便于将粒状元件18掺入到主体14中。
掺入单元38例如通过型机器而形成。
活化单元40在此包括热源，该热源能够将结合元件22加热到其熔化温度以上，以使它们至少部分地熔化。热源例如包括红外灯。
切割单元42能够将包含掺入到其上部区16中的粒状元件18的主体14切割成部件10的尺寸。
现在将描述制造部件10的方法。
最初，主体14以条带的形式设置，并且同时在供应单元32中或在另一单元中由纤维网直接制造。
主体14以连续条带的形式被带到传送器34上，并且相对于沉积单元36、掺入单元38和活化单元40连续移动。
沉积单元36通过使用分配器46将来自贮存器44的粒状元件18连续地沉积到主体14的上表面26上。
有利地，沉积单元36将结合元件22共同或分开地沉积到主体14的上表面26上。
然后，沉积到主体14上的粒状元件18进入掺入单元38。在由源52产生的电磁场的作用下，它们在与上部区16的厚度对应的厚度ES上穿透主体。同样地，结合元件22掺入到上部区16中。
接下来，设置有粒状元件18和结合元件22的主体14进入活化单元40。对结合元件22的加热使它们至少部分地熔化，而不会熔化粒状元件18。
粒状元件18结合到纤维15，并且部分地占据纤维15之间的间隙。因此，局部弯曲度在多孔上部区16中升高，并且孔隙率降低并且同时保持非零。
因此，多孔上部区16的气道阻力增加了比下部区20的气道阻力大至少100N.m-3.s的值。
然后，在切割单元42中将部件10切割成所需的尺寸。
因此，根据本发明的方法使得能够在一个步骤中获得具有用于多孔上部区16的所选气道阻力的双向可透过的隔音部件10，而不必组装多层。现有技术的方法包括连续制造部件的多层，然后组装它们，因此，该方法比现有技术的方法明显便宜。
而且，根据本发明的方法使得能够通过调节掺入单元38和传送器34上的滚动速度来选择多孔上部区16的厚度。
还选择引入到主体14中的粒状元件18的粒度，以获得与多孔上部区16的厚度结合的所需的气道阻力特性。
具有低密度(特别是0.8和2)的粒状元件18的选择使得能够不显著增加部件10的质量，并且同时获得对气道阻力的代表性影响。
因此，隔音部件10的声学特性特别有利，特别是在吸收方面，并且成本较低。
在图1所示的实例中，部件10由包括多孔上部区16和多孔下部区20的主体14构成。可替代地(未示出)，隔音部件10还包括布置在上表面26上方的装饰层，例如装饰物或地毯。
在另一替代方式中，性质或平均尺寸不同的粒状元件18被连续或同时引入到主体14的上部区16中。
在图3中部分示出的另一替代方式中，隔音部件10在切割单元42的出口处被引入模具70中。
在这种情况下，活化单元40不必位于切割单元42的上游，而可被设置成在将部件10引入模具70之前加热部件10和/或可被掺入模具70中。
有利地，多孔上部16和下部区20各自在模具70中被压缩，以使它们的厚度均小于在切割单元42的出口处占据的厚度。
在模具70的出口处，多孔上部区16由于结合元件22的存在而保持其在模具70中占据的厚度，而下部区20的厚度增加到大于它在模具70中占据的厚度并且有利地基本上等于它在切割单元42的出口处具有的厚度。

Claims (19)

1.一种机动车辆隔音部件(10)，包括主体(14)，所述主体(14)包括多个交织和/或结合的纤维(15)，
其特征在于，所述主体(14)在其厚度上包括：
-多孔上部区(16)，所述多孔上部区(16)包括在所述纤维(15)之间分散的粒状元件(18)；
-多孔下部区(20)，所述多孔下部区(20)没有分散的粒状元件(18)，或者所述多孔下部区(20)包括浓度比所述多孔上部区(16)的分散的粒状元件(18)的浓度低的分散的粒状元件(18)；
所述多孔上部区(16)的气道阻力比所述多孔下部区(20)的气道阻力大至少100N.m- 3.s。
2.根据权利要求1所述的部件(10)，其中，所述多孔上部区(16)的气道阻力为大于250N.m-3.s。
3.根据权利要求2所述的部件(10)，其中，所述多孔上部区(16)的气道阻力为250N.m- 3.s～1500N.m-3.s。
4.根据权利要求1或2所述的部件(10)，包括结合元件(22)，所述粒状元件(18)经由所述结合元件(22)而被结合到所述纤维(15)。
5.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述粒状元件(18)的平均尺寸为小于1mm。
6.根据权利要求5所述的部件(10)，其中，所述粒状元件(18)的平均尺寸为5μm～500μm。
7.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，构成所述粒状元件(18)的材料的密度为小于3。
8.根据权利要求7所述的部件(10)，其中，构成所述粒状元件(18)的材料的密度为0.8～2。
9.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述多孔上部区(16)的厚度为小于所述主体(14)的厚度的50％。
10.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述主体(14)是毛毡或织物。
11.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述主体(14)是单件。
12.根据权利要求1或2所述的部件(10)，其中，所述粒状元件(18)由重晶石、白垩或粘土填料制成。
13.一种制造机动车辆隔音部件(10)的方法，包括以下步骤：
-提供主体(14)，所述主体(14)包括多个交织和/或结合的纤维(15)，其特征在于以下步骤：
-在所述主体(14)的多孔上部区(16)的纤维(15)之间掺入粒状元件(18)；
-保持多孔下部区(20)没有分散的粒状元件(18)，或者保持所述多孔下部区(20)具有浓度比所述多孔上部区(16)的分散的粒状元件(18)的浓度低的分散的粒状元件(18)；
所述多孔上部区(16)的气道阻力比所述多孔下部区(20)的气道阻力大至少100N.m- 3.s。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述多孔上部区(16)的气道阻力为大于250N.m-3.s。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多孔上部区(16)的气道阻力为250N.m-3.s～1000N.m-3.s。
16.根据权利要求13或14所述的方法，包括：在所述主体(14)的多孔上部区(16)的纤维(15)之间掺入结合元件(22)和活化所述结合元件(22)的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述活化所述结合元件(22)的步骤是通过加热来进行的，以使所述粒状元件(18)结合到所述纤维(15)上。
18.根据权利要求13或14所述的方法，包括：在掺入步骤期间控制所述粒状元件(18)的穿透厚度，使得所述多孔上部区(16)的厚度小于纤维性主体(14)的厚度的50％。
19.根据权利要求13或14所述的方法，其中，掺入所述粒状元件(18)的步骤包括通过向主体(14)施加电场和/或通过向主体(14)施加振动运动来将所述粒状元件(18)掺入到所述主体(14)中。
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