CN1676316A - 用于车辆的吸音材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种包括至少两层的车辆用吸音材料，其中一层是高表面密度层，另外一层是低表面密度层，其中将高密度层放置在极大改善车辆噪音问题的部位。与传统的厚层结构相比，本发明的优点在于可循环利用，能改善吸音性能，同时减轻重量。

Description

用于车辆的吸音材料
相关申请的交叉参考
本申请要求2003年12月31日提交的韩国专利申请No.10-2003-0101955的优先权，在这里引用其公开的内容以供参考。
技术领域
本发明涉及一种用于车辆的吸音材料，尤其是一种包含高密度层的吸音材料，所述高密度层被放置以改善噪音问题。
背景技术
传入车辆内部的典型噪音是在车辆发动机上产生的，并且经空气或车体传送。发动机罩和车盖隔音装置等通常都用于减小这种噪音，但是上述部件减小噪音的效果并不明显，实际上，装备在车辆外部的仪表板外部部件或装备在车辆内部的仪表板内部部件起到了消除大部分噪音的作用。
为了防止噪音进入车辆内部，已经把通过将聚氨酯(PU)泡沫或聚对苯二甲酸乙二酯(PET)粘结或热熔在隔音层(厚隔音片)上制成的吸音材料(被称作厚层)附着在仪表板的仪表板内部部件上。这可提高隔音效果，但是它的缺点在于增加了组件的重量(每个大约6-9kg)，增加制造成本并且难以再利用。而且，由于这种隔音材料安装在车辆内部，所以它不能消除车辆内部产生的噪音。另外，将一种吸音隔音材料附着在仪表板上的方法已经被公开，这种吸音隔音材料通过将另外的厚层隔音材料附着在具有双层结构的吸音材料上而制成，该双层结构由高密度材料和低密度材料构成。在这种情况下，在减重和噪音吸收方面的改进并不充分。另外，厚层材料散发的难闻气味带来了另一个有待解决的问题。
作为一种替代方案，尝试过通过压碎纤维碎片加入粘合纤维制成的材料。在这种情况下，吸音性能因纤维碎片控制的难度而大幅度改变。而且，由于粉尘产生而使加工过程变得困难并且成本增加。另外，这种材料在长期使用时会产生难闻的气味。近年来一些专利文献(日本专利公开No.Hei 8-152890，No.Hei 11-180224，No.Hei 6-247202，No.Hei 6-259080，No.Hei 8-108500，No.Hei 10-247085，韩国专利公开No.2003-0000746等)公开了用热粘结非织造层代替厚隔音层来减轻重量的方法，该非织造层由较低熔点的粘合纤维(如聚烯烃和聚酯)和高熔点的合成纤维构成，以区分不同的密度和气流速度。但这些方法在减重方面只是部分有效，和本发明相比效果并不显著。
通常，有厚层隔音片附在其上的吸音材料和包括纤维材料的吸音材料的声音传递机理不同。在传统的有厚层隔音片附在其上的吸音材料中，发动机产生的噪音穿过车辆的仪表板。然后其在车辆内部的防震垫被反射并传递到厚层隔音片。最后，在隔音片被反射的噪音传递到车辆内部。因为在隔音片和防震垫之间没有吸音机构存在，所以高频声音直接被反射到车辆内部。对噪音的频率分析显示其主要是1000Hz或以上的响亮的高频声音。
应该注意的是，仅仅有50％左右的仪表板内部部件的厚度至少为15mm。因此，源自空调管的噪音或通过制动助力器孔泄漏的噪音没有经过吸收就传递到了车辆内部。
当发动机产生的噪音接触到仪表板时，对声压分布进行分析的结果表明，声压在中心处最高，在向外的位置逐渐降低。也就是说，仪表板内部的吸音材料的噪音改善效果在靠近发动机的位置最好，随着离发动机距离的增加而降低。因而没有必要要求吸音材料的结构在所有位置都一致。但是传统上，在所有位置都使用具有相同结构的吸音材料。因此在减轻重量或者提高加工性能方面没有优势。例如包括纤维材料的多层吸音材料，其具有相同面积的高表面密度层和低表面密度层，在形成高密度吸音材料层之后，表面变得过硬。因此经常会出现如下问题：仪表板内部吸音材料的移动和在仪表板处的消泡作用。
发明内容
本发明涉及一种用于车辆的吸音材料，其中表面密度相对较低的低密度吸音材料和表面密度相对较高的高密度吸音材料被层压成至少两层。
本发明的实施方案提供了一种包括至少两层的车辆用吸音材料，其中一层是高表面密度层，另外一层是低表面密度层，其中将高密度层放置在极大改善车辆噪音问题的部位。与传统的厚层结构相比，本发明的优点在于可循环利用，能改善吸音性能，同时减轻重量。
在要求优良的振动控制和低频噪音吸收和改进性能的部位层压高密度吸音材料。其它部位仅使用低密度吸音材料来形成单层结构。
特别是，在与仪表板中心相对的吸音材料中心层压高密度吸音材料。
一种非织造物可以插入高密度吸音材料与低密度吸音材料之间。
高密度吸音材料包括表面密度在500-2,000g/m2之间的吸音材料，并且低密度吸音材料包括表面密度在500-2,000g/m2之间的吸音材料。
高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的20-90％。
优选地，高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的30-80％。
更优选地，高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的40-60％。
附图说明
下面将结合附图详细解释本发明的前述方面和其它特征：
图1所示为本发明的双层吸音材料的截面图；
图2a所示为要求振动控制和低频吸音隔音的仪表板中心部位；
图2b所示为本发明的双层吸音材料的双层部分和单层部分；
图3为本发明的噪音传递机理的示意图；并且
图4a和4b显示了本发明的吸音材料和传统的厚层隔音片101的吸音隔音性能。
具体实施方式
下文将参照附图详细描述本发明的内容。
本发明涉及一种用于车辆的吸音材料，通过在显著减轻重量的同时防止降低吸音性能，该吸音材料有效地减小了车辆内部的噪音，并提高了加工性能。
本发明的吸音材料没有采用厚隔音片(该厚隔音片占总重量的80％)，而是在要求振动控制和低频吸音隔音性能的部位采用具有“硬吸音材料层+软吸音材料层”结构的双层，在要求高频吸音隔音性能的部位仅采用软吸音材料层。这样形成的部分双层吸音结构使高频吸音性能达到最佳。
换句话说，该吸音材料具有由高密度层和低密度层构成的双层结构。在直接受到噪音影响的部位，例如靠近发动机、风扇和传动皮带等部位，选择使用高密度层。在整个嘈杂部位使用低密度层。因此，在具有较小重量的情况下，本发明在减小车辆内部噪音和可加工性能方面取得了显著的效果。
对于发动机传输噪音，频率至少为1,000Hz，特别是1,000-4,000Hz这个范围的高频噪音被有效消除。1,000-4,000Hz的频率范围是大部分人最敏感的范围。在这个范围之外，人的听力感觉迟钝。主要通过吸音性能来评价本发明。采用Apamat(一种吸音隔音测试仪)和α-Cabin(一种吸音性能测试仪)对试样进行测试。然后使用韩国最可靠的车辆噪音和振动模拟程序AutoSEA(自动统计能量分析)对测试结果进行分析。进一步对车辆内部的实际噪音进行测试。试验结果表明该吸音材料在减轻60％重量的同时具有更好的吸音隔音性能。
下文将更详细地阐述用于仪表板内部的本发明吸音材料。
如图1所示，用于仪表板1的本发明吸音材料包括低密度材料层(软毡层)12和高密度材料层(硬毡层)13。该吸音材料仅仅在要求好的振动控制和低频吸音隔音性能的中心部位具有双层结构。换句话说，高密度材料13层压在中心部位以形成双层结构，其它部位仅包括低密度材料12(如图2b所示)。在图2a中，仪表板1的中心部位1a直接受到发动机产生的噪音的影响。再有风扇、传动皮带都安装在这个部位，所以该部位的振动控制和低频吸音隔音性能非常重要。因此，对应于中心部位1a的吸音材料的中心部位由双层结构构成，而其它部位由单层结构构成。由于空调软管、油门踏板钢索等通过仪表板1的中心部位1a，因此振动被传递到该部位。于是中心部位1a的吸音材料由“软毡层+硬毡层”的双层结构构成，以提高低频(500Hz或以下)振动控制和吸音性能。除中心部位1a之外的其它部位由单层软毡层结构构成，使高频(500Hz或以上)区域吸音性能最佳并改善发动机声音。本发明的吸音材料也吸收通过孔泄漏的噪音，并能使仪表板的振动控制和吸音性能最佳。
这种部分双层的吸音结构有效改善了吸音隔音效果。如在本发明中，如果使用仅由纤维材料构成的双层吸音材料，发动机产生的噪音穿过仪表板11，并经防震垫4反射后传递到吸音材料部位(参见图3)。由于噪音被该吸音材料吸收，因而1,000Hz或以上的大部分高频声音被吸收，并且具有令人愉悦的音质的声音传递到车辆内部(参见图4b)。
对本发明的吸音材料和传统的具有“厚层隔音片+聚氨酯(PU)”结构的吸音隔音材料进行对比试验。结果见图4a和图4b。采用Apamat和α-Cabin测试仪对吸音隔音性能进行测试。车辆内部的噪音采用用于分析噪音和振动的模拟程序AutoSEA进行测试。试验证明，相比传统的吸音材料，本发明的吸音材料更具优势。
更为特殊的是，本发明吸音材料的硬层(高密度材料)具有的表面密度是500-2,000g/m2。由于相对于其厚度来说其是很重的，因此它的表面变得相当的硬。为了改善固体传播声音的振动控制和低频(500Hz或以下)吸音隔音性能，可以用针型PET代替传统的层型PET。其组成是30wt％的LM(低熔)-PET 4De′+70wt％的R(常规)-PET6De′。
软层的表面密度在500-2,000g/m2之间。其低旦尼尔(denier)的含量比传统DASH ISO-PAD中的含量高，使得高频(500Hz或以上)吸音性能达到最佳。其组成是30wt％的LM-PET 4De′+50wt％的R-PET 3De′+20wt％的R-PET6De′。
本发明的吸音材料具有部分双层吸音结构。当发动机产生的传输噪音穿过仪表板时，通过测试在每个频段每个部位的声压分布来分析主要噪音源。通过分析，双层吸音结构被应用到仪表板需要优良振动控制和低频吸音隔音性能的部位。除此之外，仅有软层吸音材料被应用到只需要优良的高频吸音隔音性能的部位。优选地，在加工过程中，硬的高密度吸音材料层的面积被设置成软的低密度吸音材料层面积的20-90％。这样，在减轻重量的同时可以获得优良的吸音隔音性能。优选地，高密度吸音材料层的面积被设置成低密度吸音材料层面积的30-80％。最优选地，高密度吸音材料层的面积被设置成低密度吸音材料层面积的40-60％。
如果高密度材料层的面积小于低密度材料层面积的20％，吸音隔音性能显著下降。相反，如果其超过低密度材料层面积的90％，表面就会变得太硬，这对运输、安装和减轻重量是不利的。
对于大型豪华车辆，非织造物可以插入到软毡层和硬毡层之间，以提供更好的音质调节。它有助于改善低频吸音隔音性能。
下文将通过实施例对本发明进行更详细的阐述。但是，下面的实施例仅用于理解本发明的内容，而不应被看作是限制本发明的范围。
实施例和对比例
厚5mm且表面密度为800g/m2的高密度层吸音材料由两种纤维用针穿孔的方式织成，其中熔点为120℃且长度为51mm的4旦尼尔的皮芯型聚酯纤维占30wt％，熔点为255℃且长度为51mm的6旦尼尔的聚酯切断纤维占70wt％。厚15mm且表面密度为1,200g/m2的低密度层吸音材料由三种纤维织成，其中熔点为120℃且长度为51mm的4旦尼尔的皮芯型聚酯纤维占30wt％，熔点为255℃且长度为51mm的3旦尼尔的聚酯切断纤维占50wt％，熔点为255℃且长度为51mm的6旦尼尔的聚酯切断纤维占20wt％。
低密度吸音材料和高密度吸音材料被层压。采用Apamat和α-Cabin对吸音隔音性能进行测试。车辆内部的噪音模拟采用AutoSEA来进行。其结果如下表2所示。制造可以安装在车辆上的实际产品并进行试验。如下表1所示，高密度吸音材料先用预热炉和发泡模具进行处理。接着，将低密度吸音材料放在第一层上，施加压力使两层结合在一起。将得到的吸音材料安装在实际车辆上并进行试验。其结果见下表2。
表1
类别         特性   隔音材料(g/m2)                   吸音材料   第二层比例(％)
重量(kg/m2) 厚度(mm)         第二层         第一层
  厚度(mm)     表面密度(g/m2)    厚度(mm)     表面密度(g/m2)
实施例1   1.60   20   -   5     800    15     1,200   50
实施例2   1.92   20   -   5     800    15     1,200   90
实施例3   1.84   20   -   5     800    15     1,200   80
实施例4   1.76   20   -   5     800    15     1,200   70
实施例5   1.68   20   -   5     800    15     1,200   60
实施例6   1.52   20   -   5     800    15     1,200   40
实施例7   1.44   20   -   5     800    15     1,200   30
实施例8   1.36   20   -   5     800    15     1,200   20
对比例1   2.0   20   -   5     800    15     1,200   100
对比例2   1.28   20   -   5     800    15     1,200   10
对比例3 5.7 20   EVA 2T(4000) 18 1,700 - - -
表2
  类别     总重量(kg/个)    SEA模拟结果       实际噪音试验结果     减重(kg/个)
O/A(dBA) AI(％)
  实施例1     2.0    好     好     好     -4.5
  实施例2     2.4    好     好     好     -4.1
  实施例3     2.3    好     好     好     -4.2
  实施例4     2.2    好     好     好     -4.3
  实施例5     2.1    好     相当     好     -4.4
  实施例6     1.9    相当     相当     相当     -4.6
  实施例7     1.8    相当     相当     相当     -4.7
  实施例8     1.7    相当     相当     相当     -4.8
  对比例1     2.5    好     好     好     -
  对比例2     1.6    差     差     差     -4.9
  对比例3     6.5    标准     标准     标准     -
在实施例1-8中，除了高密度吸音材料和低密度吸音材料的面积比例不同，其它所有条件都完全一样。在对比例1中，高密度吸音材料层的面积被设置成低密度吸音材料层面积的100％(所有表面都是双层结构)。在对比例2中，高密度吸音材料层的面积被设置成低密度吸音材料层面积的10％。在对比例3中，加入了EVA层，采用聚氨酯泡沫作吸音材料。在实际的噪音试验中，采用了在EVA层中使聚氨酯发泡得到的产品。在测试吸音性能的试验中采用了混响室设备。在小型混响室中放入面积在0.7-1.44m2之间的吸音材料。当声音在混响室中反射到吸音材料上时测试吸音材料的吸音作用。
如表2所示，与对比例1相比，这些实施例的吸音材料显示出重量减少和90％-100％的吸音隔音性能。特别是它们改善了音质。这些实施例因其部分双层结构而在运输、安装和加工方面具有优势。对比例2显示了最差的结果。与对比例3相比，这些实施例在显著减轻总重量的同时表现了相当或更好的性能。
从以上的描述可以明显地看出，本发明用于车辆的吸音材料显著地减轻重量。因此，其有助于改善燃油效率、运输、安装和加工。而且由于其由可再生材料制成，因而有助于减少环境污染。
尽管已经参考优选实施方式详细描述了本发明，但本领域技术人员可以理解的是，可以对其进行各种改进和变化而不背离本发明随附的权利要求书所表明的精神和范围。

Claims (7)

1、一种用于车辆的吸音材料，包含由表面密度相对较低的低密度吸音材料和表面密度相对较高的高密度吸音材料构成的至少两层，其中高密度吸音材料在所述材料中被放置在要求较高程度的振动控制和低频吸音隔音性能的相应车辆部位，并且其它部位仅包含低密度吸音材料。
2、权利要求1的吸音材料，其中高密度吸音材料放置在与仪表板中心部位相对的吸音材料的中心。
3、权利要求1的吸音材料，其中在高密度吸音材料与低密度吸音材料之间另外插入非织造物。
4、权利要求1的吸音材料，其中高密度吸音材料的表面密度是500-2,000g/m2，并且低密度吸音材料的表面密度是500-2,000g/m2。
5、权利要求1-4中任一项的吸音材料，其中高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的20-90％。
6、权利要求5的吸音材料，其中高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的30-80％。
7、权利要求5的吸音材料，其中高密度吸音材料的层压面积是低密度吸音材料面积的40-60％。
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