CN111016816A - 一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材及其制备方法，多孔吸音板材从下到上依次为第一无纺布层、GMT芯层、胶膜层和第二无纺布层，多孔吸音板材的流阻范围控制在1500±500Pa·s·m3以内。本发明寻找到了一种便捷的制备高吸音多孔吸声板材的方法，针对不同体密度板材，通过表层胶膜和无纺布类型的变化，将多孔吸声板材流阻最终控制在1500±500Pa·s·m3，可得到在各个频率段均拥有理想吸音系数的多孔吸声板材。本发明多孔吸音板材芯层存在大量三维立体空腔，腔体间相互连通，并且与外界相连，这使得多孔吸音板材在拥有高吸音、高透气率的同时，还具备保温、防霉、防潮的功能。

Description

一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材及其制备方法
技术领域
本发明属于汽车外饰部件多孔吸音板材范畴，具体地说，涉及一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材及其制备方法。
背景技术
汽车底护部件是一种用来保护汽车底盘，发动机及其油路管免受路面风石子、水流等冲击，有些特殊材料还能消除一部分来自车底的噪音。
目前汽车底护材料大致分为三类：传统金属模压件、LFT-D注塑件、GMT材料。前两种属于重质密实材料，在绝对刚性上具有优势。但是随着现代社会能源危机愈演愈烈，轻量化的趋势势不可挡，密度只有1/3GMT材料不仅做到了轻质，同时做到了比强度超越传统底护材料。
随着人们逐渐发掘GMT材料在底护部件上的优势，越来越多的材料商开始开发生产GMT底护，使得市场竞争愈演愈烈。
GMT是一种可随意压缩定型的多孔材料，理论上具备较好的吸音表现，但是目前市面上带有高吸音附加值的GMT底护板没有出现，人们一直在研究如何能将材料吸音性能发挥出来。
因此经过系统的理论研究，开发一种特殊的结构和工艺，来发掘GMT吸音的潜力和极限具有极大的意义，将GMT材料性能优势属性提升到了一个新的层次。
发明内容
由于多孔吸音板材GMT毡材本身存在一定的品控误差，过于松散或过于致密都会影响板材流阻最终改变吸声性能，为了弥补上述缺陷，本发明通过胶膜和无纺布的变化以及复合机工艺参数的控制找到一条简便的控制板材流阻及板材最终吸音性能的方法。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
本发明公开了一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材，多孔吸音板材从下到上依次为第一无纺布层、GMT芯层、胶膜层和第二无纺布层，多孔吸音板材的流阻范围控制在1500±500Pa·s·m3以内。
作为进一步地改进，本发明所述的多孔吸音板材的体密度范围为0.17-0.6g/cm3。
作为进一步地改进，本发明所述的多孔吸音板材的面密度范围在1200-2400g/m2，厚度范围为4-7mm。
作为进一步地改进，本发明所述的GMT芯层为热塑性合成纤维和玻璃纤维GF复合毡板材，胶膜层的胶膜类型是丝网膜、打孔膜或熔融自开孔膜；胶膜成分可选择PP、PE、PES、PA中的一种，胶膜层的熔融指数范围为2-60g/10min。
作为进一步地改进，本发明所述的第一无纺布层和第二无纺布层的成分组成以PET纤维为增强纤维，以热塑性合成纤维、LPET纤维、PES纤维、PP/PET皮芯结构纤维、PES/PET皮芯结构纤维中的一种为粘接纤维，增强纤维和粘接纤维比例范围为40％：60％-80％：20％。
作为进一步地改进，本发明所述多孔吸音板材经过Alpha-Cabin混响测试结果可达以下标准：
400Hz≥0.2；500Hz≥0.32；630Hz≥0.45；800Hz≥0.58；1000Hz≥0.6；1250Hz≥0.7；1600Hz≥0.8；2000Hz≥0.9。
本发明还公开了一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1)生产出指定尺寸的所述GMT毡材，生产过程主要包括将热塑性合成纤维和玻璃纤维混合均匀、梳理、铺网和针刺；
2)将GMT毡材置于烘箱中加热，烘箱温度为190-210℃，以使热塑性合成纤维充分融化，热塑性合成纤维与玻璃纤维充分胶连，然后，将毡材置入高温复合机，目的是预热、热粘合、压缩毡材，最终冷却以得到GMT板材，复合机温度为190-210℃；
3)将胶膜、无纺布依次覆于GMT板材上表面，无纺布放置于GMT板材下表面，然后一起并置于高温复合机中，复合完成后得到所述多孔吸音板材，复合机温度范围为180-210℃，上下板间隙范围为4-7mm，加热时长范围为1-3min。
作为进一步地改进，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.17-0.25g/cm3的低体密度多孔吸音板材，复合过程采用低增强纤维比例为增强纤维：粘接纤维＝40％：60％-50％：50％的无纺布；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸音板材，复合过程采用高增强纤维比例为增强纤维：粘接纤维＝60％：40％-80％：20％的无纺布。
作为进一步地改进，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.17-0.25g/cm3的低体密度多孔吸音板材，复合过程采用范围为180-190℃的低温，短加热时长为1min-1.5min；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸音板材，复合过程采用范围为200-210℃的高温，长加热时长为2.5min-3min。
作为进一步地改进，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.15-0.25g/cm3的低体密度多孔吸音板材，复合过程采用低熔融指数为2-20g/10min的胶膜；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸音板材，复合过程采用高熔融指数为40-60g/10min的胶膜；热塑性合成纤维可以为PP、PET和PA。
本发明的有益效果如下：
1.本发明寻找到了一种便捷的制备高吸音多孔吸声板材的方法，针对不同体密度板材，通过表层胶膜和无纺布类型的变化，将多孔吸声板材流阻最终控制在1500±500Pa·s·m3，可得到在各个频率段均拥有理想吸音系数的多孔吸声板材。
2.本发明多孔吸音板材面密度范围在1200-2400g/m2，与传统车用金属纤维吸声材料相比轻约3-4kg，其存在轻质、成型简便的优点，由于本发明芯层主体为热塑性材料，可根据不同成型要求，制备得到各种复杂形状产品。
3.本发明多孔吸音板材芯层存在大量三维立体空腔，腔体间相互连通，并且与外界相连，这使得多孔吸音板材在拥有高吸音、高透气率的同时，还具备保温、防霉、防潮的功能。
4.本发明多孔吸音板材所采用一定比例增强纤维与粘结纤维混纺无纺布，在高温烘烤模压成型后，由于粘结纤维熔融塑化，无纺布表层呈现为低开孔率的平滑光亮状态，并且表面无纺布硬度大大提高，能够有效地起到防水、防外力撞击的作用。
5.本发明的胶膜的熔融指数优选在2～60g/10min，熔融指数过低，会造成热熔胶膜无法与纤维毡表面充分浸润引起分层，导致粘接不良现象；熔融指数过高易产生无纺布表面渗胶问题，采用2～60g/10min的粘接和吸声效果最佳。
6.本发明的制备方法中，隧道烘箱加热温度在190-210℃之间，能够使热塑性纤维充分烘烤塑化；复合温度在180-210℃之间，加热时长1-3min，既能充分使胶膜充分熔化粘接，又能使表层无纺布粘结纤维充分塑化。
7.本发明的制备方法中，复合机上下板间隙范围选择在4-7mm。在该间隙范围下，所制得的板材具有较好的孔隙，能够透气，达到较好的吸音效果。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明具体实施案例一阻抗管测试结果示意图；
图3为本发明具体实施案例一Alpha-Cabin测试结果示意图；
图4为本发明具体实施案例二阻抗管测试结果示意图；
图5为本发明具体实施案例二Alpha-Cabin测试结果示意图；
图6为本发明具体实施案例三阻抗管测试结果示意图；
图7为本发明具体实施案例三Alpha-Cabin测试结果示意图。
图1中，1是第一无纺布层，2是GMT芯层，3是胶膜层，4是第二无纺布层。
具体实施方式
本发明公开了一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸音板材及其制备方法，图1为本发明的结构示意图；多孔吸音板材从下到上依次为第一无纺布层1、GMT芯层2、胶膜层3和第二无纺布层4，多孔吸音板材的流阻范围控制在1500±500Pa·s·m3以内。将热塑性聚丙烯纤维和玻璃纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺，制得混纺GMT纤维毡，将所述GMT毡材置于高温烘箱中，待聚丙烯充分熔化后出烘箱，于表面依次覆胶膜与无纺布并置于高温复合机中，复合完成后得到所述多孔吸音板材，烘箱温度范围：190-210℃，复合机温度范围为180-210℃，复合机上下板间隙范围为4-7mm，加热时长范围为1-3min。多孔吸音板材的体密度范围为0.17-0.6g/cm3，通过调整所述胶膜层33以及第一无纺布层1和第二无纺布层4的成分和组合可达到调节流阻的目的。胶膜层3胶膜类型包括丝网膜、打孔膜及熔融自开孔膜；成分可选择PP、PE、PES和PA；熔融指数(MI)范围为2-60g/10min。第一无纺布层1和第二无纺布层44成分组成以PET纤维为增强纤维，以PP、LPET、PES或PP/PET、PES/PET皮芯结构纤维为粘接纤维。增强纤维和粘接纤维比例范围为40％：60％-80％：20％。为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.17-0.25g/cm3的低体密度多孔吸音板材，复合过程采用范围为180-190℃的低温，短加热时长为1min-1.5min，低熔融指数为2-20g/10min的胶膜以及低增强纤维比例为增强纤维：粘接纤维＝40％：60％-50％：50％的无纺布；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸音板材，复合过程采用范围为200-210℃的高温，长加热时长为2.5min-3min，高熔融指数为40-60g/10min的胶膜以及高增强纤维。
多孔吸音板材拥有理想的吸音性能，Alpha-Cabin混响测试结果可达以下标准：
400Hz≥0.2；500Hz≥0.32；630Hz≥0.45；800Hz≥0.58；1000Hz≥0.6；1250Hz≥0.7；1600Hz≥0.8；2000Hz≥0.9。
下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明：
实施例一：
一种丰田亚洲龙汽车底护多孔吸音板材，其体密度为0.17g/m3，板材厚度4mm，Alpha-Cabin混响室测试标准：400Hz≥0.2；500Hz≥0.32；630Hz≥0.45；800Hz≥0.58；1000Hz-8000Hz≥0.7。
具体制备方法如下：
(1)将热塑性聚丙烯纤维和玻璃纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺，得到所述复合纤维毡2。
(2)将所述GMT纤维毡2放入烘箱加热，烘箱温度为190-200℃，随后，将所述纤维毡2放入高温复合机，复合机温度为180-190℃。冷却成型后得到所述GMT板材2。
(3)在所述GMT板材2芯材下表面敷上PET/PP无纺布1(PET：PP＝40％：60％)，上表面依次敷上PA打孔膜3(MI＝2g/10min)和PP/PET/LPET无纺布4(PET：LPET：PP＝40％：20％：40％)，之后将其置于高温复合机中，复合机上下区温度均为180℃，平板间隙为4.5mm，下压距离为0.5mm，加热时长1.2min。
(4)按照GB-T 25077-2010声学多孔吸音板材流阻测量测试标准，利用便携式流阻仪测量流阻；按照国家标准GB-T18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量；按照GB-T 20247-2006声学混响室吸音测试标准，利用Alpha-Cabin混响室进行法向和横向吸声系数测量。所述实施例一流阻测量结果为1680Pa·s/m3，对比例一流阻测量结果为3500Pa·s/m3，与实施例1相对比，对比例1胶膜层33采用PA胶膜(不打孔，熔融指数＝20g/10min)，其余技术内容均与实施例1相同，图2和图3分别为阻抗管和Alpha-Cabin混响室测试结果，表1为具体数据。
表1.不同类型胶膜多孔吸音板材吸音结果对比
Figure BDA0002351224630000061
表1可知，胶膜类型的变化对于多孔吸音板材的流阻和吸声系数结果影响较大，相同工艺条件下，采用PA不打孔膜的试样流阻较大，这是因为相比于PA打孔膜，其熔融指数较低，在高温条件下流动能力弱，更难以熔化开孔，透气性能较差，流阻较大，同时，声波难以入射进板材，产生大量反射声波，吸音性能减弱。而由于PA打孔膜本身存在密集孔隙，在高温下胶膜收缩易形成较高开孔率，并且PA打孔膜拥有更好的流动性，导致其更易开孔，声波更易入射进板材，减少声波反射率，拥有更好的吸音性能。综上所述，采用低熔融指数可使低体密度多孔吸声板材拥有更好的吸音性能。
实施例二：
一种雷克萨斯NX车型底护板多孔吸音板材，其体密度为0.6g/m3，板材厚度为7mm，Alpha-Cabin混响室测试标准：500Hz≥0.3；630Hz≥0.4；800Hz≥0.5；1000Hz≥0.6；1250Hz≥0.7；1600Hz≥0.8；2000Hz≥0.9。
(1)将热塑性聚丙烯纤维和玻璃纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺，得到所述复合纤维毡2。
(2)将所述GMT纤维毡2放入烘箱加热，烘箱温度为200-210℃。随后，将所述纤维毡2放入高温复合机，复合机温度为195-210℃，冷却成型后得到所述GMT复合板材2。
(3)在所述GMT板材2芯材下表面敷上PET/PP无纺布1(PET：PP＝80％：20％)，上表面依次敷上PP/PE丝网膜3(MI＝60g/10min)和PET纤维/(PES/PET皮芯纤维)无纺布4(PET：PES/PET皮芯纤维＝80％：20％)，之后将其置于高温复合机中，复合机温度为200℃，平板间隙为7.2mm，下压距离为0.2mm，加热时长3min。
(4)按照GB-T 25077-2010声学多孔吸音板材流阻测量测试标准，利用便携式流阻仪测量流阻；按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量；按照GB-T 20247-2006声学混响室吸音测试标准，利用Alpha-Cabin混响室进行法向和横向吸声系数测量。所述实施例二流阻测量结果为1200Pa·s/m3，对比例二流阻测量结果为690Pa·s/m3，与实施例2相对比，对比例2无纺布层4采用纯PET无纺布，其余技术内容均与实施例2相同，图4和图5分别为阻抗管和Alpha-Cabin混响室测试结果，表2为具体数据。
表2不同类型无纺布多孔吸音板材吸音结果对比
Figure BDA0002351224630000071
表2可知，无纺布类型的变化对于多孔吸音板材的流阻和吸声系数存在一定影响，相同工艺条件下，相比于采用PET：PES/PET皮芯纤维＝80％：20％无纺布多孔吸音板材，纯PET无纺布的试样流阻较小、吸音效果较差，这是因为PET纤维相比于PES纤维拥有更高的熔点，在高温条件下，PET纤维难以熔融塑化，无纺布表层拥有高开孔率，透气性好，但是此时流阻低于目标范围1500±500Pa·s·m3，在这种情况下，声波震动容易穿过材料基体，吸声性能反而下降。而PES纤维在高温下易熔化由纤维状转变为树脂状，降低无纺布表层开孔率，减弱透气性，从而起到增加流阻的作用，并且使声波震动更易与在多孔吸音板材内部损耗掉，吸音性能提高。
实施例三：
一种丰田雷凌汽车底护多孔吸音板材，其体密度为0.45g/m3，板材厚度要求6.5mm，Alpha-Cabin混响室结果要求：500Hz≥0.3；630Hz≥0.4；800Hz≥0.5；1000Hz≥0.6；1250Hz≥0.7；1600Hz≥0.8；2000Hz≥0.9。。
(1)将热塑性聚丙烯纤维和玻璃纤维按比例混合均匀，经梳理、铺网、针刺，得到所述复合纤维毡2。
(2)将所述GMT纤维毡2放入烘箱加热，烘箱温度为195-205℃。随后，将所述纤维毡2放入高温复合机，复合机温度为185-195℃，冷却成型后得到所述GMT复合板材2。
(3)在所述GMT板材2芯材下表面敷PET/PP无纺布1(PET：PP＝55％：45％)，上表面依次敷上PES热熔胶膜3(MI＝30g/10min)和纯PET无纺布，之后将其置于高温复合机中，复合机温度为190℃，平板间隙为6.7mm，下压距离为0.2mm，加热时长2.2min。
(4)按照GB-T 25077-2010声学多孔吸音板材流阻测量测试标准，利用便携式流阻仪测量流阻；按照国家标准GB-T18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量；按照GB-T 20247-2006声学混响室吸音测试标准，利用Alpha-Cabin混响室进行法向和横向吸声系数测量。所述实施例三流阻测量结果为1450Pa·s/m3，对比例三流阻测量结果为5000Pa·s/m3，与实施例3相对比，对比例3复合机加热时长采用1min，其余技术内容均与实施例3相同，图6和图7分别为阻抗管和Alpha-Cabin混响室测试结果，表3为具体数据。
表3不同复合机工艺多孔吸音板材吸音结果对比
Figure BDA0002351224630000091
表3可知，加热时长的变化对于多孔吸音板材的流阻和吸声系数存在一定影响，相同工艺条件下，长加热时长多孔吸音材料拥有更低的流阻，这是因为相比于短加热时长，加热时长可使PES热熔胶膜融化更加彻底，胶膜开孔率更高，透气性能较好，流阻符合目标范围1500±500Pa·s·m3，声波易入射进板材，减少声波反射率，使声波震动更易与在多孔吸音板材内部损耗掉，吸音性能提高，拥有更好的吸音性能。而对于PET无纺布4，由于PET本身拥有较高熔点，加热时长变化并不会改变表面开孔率。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述的多孔吸音材料从下到上依次为第一无纺布层(1)、GMT芯层(2)、胶膜层(3)和第二无纺布层(4)，所述的多孔吸声板材的流阻范围控制在1500±500Pa·s·m3以内。
2.根据权利要求1所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述的多孔吸声板材的体密度范围为0.15-0.6g/cm3。
3.根据权利要求1所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述的多孔吸音板材面密度范围在1200-2400g/m2，厚度范围为4-7mm。
4.根据权利要求1或2或3所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述的GMT芯层(2)为热塑性合成纤维和玻璃纤维GF复合毡板材，所述的胶膜层(3)的胶膜类型是丝网膜、打孔膜或熔融自开孔膜；所述的胶膜成分可选择PP、PE、PES、PA中的一种，胶膜层(3)的熔融指数范围为2-60g/10min。
5.根据权利要求4所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述的第一无纺布层(1)和第二无纺布层(4)的成分组成以PET纤维为增强纤维，以热塑性合成纤维、LPET纤维、PES纤维、PP/PET皮芯结构纤维、PES/PET皮芯结构纤维中的一种为粘接纤维，所述的增强纤维和粘接纤维比例范围为40％：60％-80％：20％。
6.根据权利要求5所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材，其特征在于，所述多孔吸声板材经过Alpha-Cabin混响测试结果可达以下标准：400Hz≥0.2；500Hz≥0.32；630Hz≥0.45；800Hz≥0.58；1000Hz≥0.6；1250Hz≥0.7；1600Hz≥0.8；2000Hz≥0.9。
7.一种如权利要求1或2或3或5或6所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材的制备方法，其特征在于，制备步骤如下：
1)生产出指定尺寸的所述GMT毡材，所述生产过程主要包括将热塑性合成纤维和玻璃纤维混合均匀、梳理、铺网和针刺；
2)将所述GMT毡材置于烘箱中加热，烘箱温度为190-210℃，以使热塑性合成纤维充分融化，热塑性合成纤维与玻璃纤维充分胶连，然后，将所述毡材置入高温复合机，目的是预热、热粘合、压缩毡材，最终冷却以得到GMT板材，复合机温度为190-210℃；
3)将胶膜、无纺布依次覆于GMT板材上表面，无纺布放置于GMT板材下表面，然后一起并置于高温复合机中，复合完成后得到所述多孔吸声板材，复合机温度范围为180-210℃，上下板间隙范围为4-7mm，加热时长范围为1-3min。
8.根据权利要求7所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材的制备方法，其特征在于，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.15-0.25g/cm3的低体密度多孔吸声板材，复合过程采用低增强纤维比例为增强纤维：粘接纤维＝40％：60％-50％：50％的无纺布；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸声板材，复合过程采用高增强纤维比例为增强纤维：粘接纤维＝60％：40％-80％：20％的无纺布。
9.根据权利要求7所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材的制备方法，其特征在于，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.15-0.25g/cm3的低体密度多孔吸声板材，复合过程采用范围为180-190℃的低温，短加热时长为1min-1.5min；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸声板材，复合过程采用范围为200-210℃的高温，长加热时长为2.5min-3min。
10.根据权利要求8或9所述的流阻可控高吸音车用底护板多孔吸声板材的制备方法，其特征在于，为实现流阻目标范围1500±500Pa·s·m3，对于范围为0.15-0.25g/cm3的低体密度多孔吸声板材，复合过程采用低熔融指数为2-20g/10min的胶膜；对于范围为0.4-0.6g/cm3的高体密度多孔吸声板材，复合过程采用高熔融指数为40-60g/10min的胶膜。
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