DE10004859A1 - Fibrous material lining for reducing noise in motor vehicles, comprises hollow elastic members embedded in it - Google Patents

Fibrous material lining for reducing noise in motor vehicles, comprises hollow elastic members embedded in it

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Abstract

A fibrous material layer (1), comprises hollow elastic members (4) which are embedded in it. The hollow bodies are 0.01-1.0 mm, especially 0.02-0.1 mm in size, and make up at least 10% of the layer volume. The fibrous material has a bulk density of up to 150 kg/m3>.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbundwerkstoff zur Verwendung als geräuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenräumen, beispielsweise zur Verwendung als Bodenbelag, Dachhimmel oder Kofferraumausklei­ dung.The invention relates to a layered composite material for use as a noise reducing lining in Vehicle interiors, for example for use as flooring, headlining or trunk lining dung.

Um die Übertragung von Fahrgeräuschen ins Fahrzeugin­ nere zu mindern, werden in der Automobilindustrie seit längerem mehrschichtige Schallisolierungen ver­ wendet. Diese sind vorwiegend als Masse/Feder-System konzipiert, bei dem die Federschicht aus Faservliesen oder Weichschaum besteht und die Masse durch eine kompakte, meist Bitumen enthaltende Schwerschicht ge­ bildet wird. Bodenisolierungen und Kofferraumausklei­ dungen besitzen zumeist noch eine sichtseitige Tep­ pichkaschierung, die ebenfalls zur Verbesserung der Akustik beitragen kann. Naturgemäß sind derartige Schichtverbundsysteme schwer. Das Flächengewicht ei­ nes solchen Dämm- und Dämpfungssystems beträgt mehre­ re Kilogramm je Quadratmeter. Zur Gewichtsreduzierung, möglichst ohne Verlust an akustischer Wirksam­ keit, wurden Abwandlungen des Feder/Masse/Systems vorgeschlagen. In EP-A-0 334 178 wird beispielsweise offenbart, die Federschicht aus Weichschaum, und die Masseschicht aus demselben Material zu gestalten, wo­ bei der Masseschichtbereich durch Vlies- oder Schnittschaumeinlagen verfestigt und nahezu luftun­ durchlässig kompaktiert ist. Wie üblich gehört auch zu diesem System eine Dekorabdeckung wie eine Tep­ pichschicht. Laut WO 98/18657 kann die Schwerschicht des Schichtverbundes durch eine mikroporöse Verstei­ fungsschicht geringen Flächengewichtes ersetzt wer­ den, mit der Folge verbesserter akustischer Eigen­ schaften.For the transmission of driving noises into the vehicle mitigate others in the automotive industry multilayer sound insulation ver turns. These are primarily a mass / spring system designed in which the spring layer is made of non-woven fabrics or soft foam and the mass by a compact heavy layer containing mostly bitumen is forming. Floor insulation and trunk lining most of the time, the dung has a visible tep lamination, which also improve the Acoustics can contribute. Such are natural Layered composite systems difficult. The basis weight egg Such an insulation and damping system is several re kilograms per square meter. For weight loss,  if possible without loss of acoustic effectiveness There have been modifications of the spring / mass / system suggested. For example, in EP-A-0 334 178 discloses the spring layer of soft foam, and the To design the ground layer from the same material where in the mass layer area by fleece or Cut foam inserts solidified and almost air-free is compactly permeable. As usual also belongs for this system a decorative cover like a tep layer. According to WO 98/18657, the heavy layer the layer composite by a microporous reinforcement layer of light basis weight who replaced that, with the consequence of improved acoustic properties create.

In allen beschriebenen akustisch wirksamen Verbundsy­ stemen ist die Federschicht entweder ein offenporiger Leichtschaum oder ein ebenfalls offenporiges Faser­ vlies aus Natur-Organo- oder Mineralfasern, ggf. ein Vlies aus Mischungen dieser Fasern. Die Offenporig­ keit bewirkt zusätzlich, wenn die Dekorabdeckung ebenfalls offenportg ist, eine gewisse Dämpfung der hohen Frequenzen des Störschalles.In all acoustically effective composite systems described The spring layer is either an open-pore one Light foam or an open-pored fiber fleece made of natural organic or mineral fibers, if necessary Fleece made from mixtures of these fibers. The open pore speed also causes if the decorative cover is also open port, a certain damping of the high frequencies of noise.

Hier setzt die Erfindung an, die zur Aufgabe hat eine Faserschicht anzugeben, die in möglichst verschieden­ artigen Schichtverbundwerkstoffen an sich bekannten Aufbaues und ggf. unterschiedlicher akustischer Wir­ kung einsetzbar ist, die darüber hinaus als Einzel­ schicht schon derartig akustisch wirksam ist, daß ein einfacher Schichtverbund möglich wird, der zudem noch dadurch erheblich zur Gewichtsreduzierung beitragen kann, daß wegen der großen akustischen Wirksamkeit der Faserschicht in den meisten Fällen eine Schwer­ schicht im Verbundwerkstoff entfallen kann. This is where the invention comes in, which has a task Specify fiber layer that is as different as possible like layered composite materials known per se Structure and possibly different acoustic we can also be used as a single layer is so acoustically effective that a simple layered composite is possible, which also thereby contribute significantly to weight loss can that because of the great acoustic effectiveness the fiber layer is heavy in most cases layer in the composite material can be omitted.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Merkmal. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Wei­ terbildungen der Erfindung an.This object is achieved by the specified in the characterizing part of claim 1 Characteristic. The subclaims give advantageous Wei further developments of the invention.

Bei Schallabsorptionsmessungen an Faserschichten, die auf ihre Eignung als Federschicht in Schallabsorpti­ ons-Verbundsystemen untersucht wurden, wurde überra­ schend gefunden, daß Faserschichten, denen geblähte elastische Hohlkörper zugemischt waren (ursprünglich zur Volumenvergrößerung der Faserschicht), ein erheb­ liches eigenes Schallabsorptionsvermögen aufweisen. Bereits ohne Zusammenwirken mit anderen Verbund­ schichten wurden Absorptiotiswerte erreicht, die de­ nen handelsüblicher Produkte erheblich größerer Dicke entsprechen, sie sogar in Frequenzbereichen zwischen 400 Hz und 1 KHz übertreffen konnten. Ein Vergleich einer erfindungsgemäßen Faserschicht mit einem han­ delsüblichen Fertigprodukt aus phenolharzgebundener Baumwolle, das für den gleichen Zweck eingesetzt wird, zeigt die Vorteile der Erfindung:For sound absorption measurements on fiber layers, the on their suitability as a spring layer in sound absorption ons composite systems were examined, was exceeded schend found that layers of fiber, the blown elastic hollow bodies were mixed in (originally to increase the volume of the fiber layer), a significant increase have their own sound absorption capacity. Already without interaction with other associations layers were reached, the de commercially available products of considerably greater thickness correspond, they even in frequency ranges between 400 Hz and 1 KHz could surpass. A comparison a fiber layer according to the invention with a han commercially available finished product from phenolic resin-bound Cotton that is used for the same purpose shows the advantages of the invention:

Handelsprodukt (Sommold)Commercial product (Sommold)

Flächengewicht: 1220 g/m2
Basis weight: 1220 g / m 2

Dicke: 15 mmThickness: 15 mm

Faserschicht mit elastischen HohlkörpernFiber layer with elastic hollow bodies

Flächengewicht: 300 g/m2
Basis weight: 300 g / m 2

Dicke: 4,5 mmThickness: 4.5 mm

Bei vergleichbaren Absorptionswerten beträgt das Flä­ chengewicht der Faserschicht somit nur etwa ein Vier­ tel des Flächengewichtes des Handelsproduktes, bei nur etwa einem Drittel von dessen Dicke. With comparable absorption values, the area is weight of the fiber layer is only about a four tel of the basis weight of the commercial product, at only about a third of its thickness.  

Weiterhin zeigte sich, daß in dem empfindungserhebli­ chen Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 1 KHz die untersuchte Faserschicht mit Hohlkörpern sogar deut­ lich bessere Absorptionswerte aufwies als das Han­ delsprodukt. Da in einem Fahrzeug meist mehrere Qua­ dratmeter Dämmstoff eingesetzt sind, ergibt der er­ findungsgemäße Schichtverbundwerkstoff ein erhebli­ ches Einsparpotential an Gewicht und Raum. Bei ver­ gleichbarer Dicke mit dem Handelsprodukt ergäbe sich bei ca. 14 mm Dicke für eine entsprechende Faser­ schicht mit 900 g/m2 immer noch eine Gewichtserspar­ nis von über 300 g/m2, entsprechend dem bekannten Zu­ sammenhang zwischen der Dicke der Absorptionsschicht und der Schallabsorption ergäbe sich für diesen Fall eine in allen Frequenzbereichen deutlich verbesserte Schallabsorption gegenüber dem Handelsprodukt.Furthermore, it was found that in the sensation-significant frequency range between 400 Hz and 1 KHz, the examined fiber layer with hollow bodies even had significantly better absorption values than the commercial product. Since several square meters of insulation material are usually used in a vehicle, the layered composite material according to the invention results in considerable weight and space savings potential. At comparable thickness with the commercial product, there would still be a weight saving of over 300 g / m 2 , corresponding to the known relationship between the thickness of the absorption layer and at approx. 14 mm thickness for a corresponding fiber layer with 900 g / m 2 In this case, the sound absorption would result in a significantly improved sound absorption compared to the commercial product in all frequency ranges.

Um die erforderliche akustische Wirksamkeit des Fa­ servlieses mit eingebetteten Hohlkörpern zu erzielen, ist ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m3 ausrei­ chend. Die Dicke des Faservlieses kann unter 20 mm liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 10 mm, und der Volumenanteil der Hohlkörper am Volumen der gesamten Faserstoffschicht sollte 10% nicht unter­ schreiten. Die Hohlkörper haben vorzugsweise Kugelge­ stalt. Derartige Kugeln sind als blähfähige Vorpro­ dukte beispielsweise unter dem Handelsnamen Expancel erhältlich. In Wasser dispergiert, lassen sie sich in ein Vlies aus 2-Komponenten-Polyesterfasern (Biko- Fasern) beispielsweise durch Tränken oder Aufsprühen einbringen. Derartige Faservliese lassen sich ther­ misch verfestigen, d. h. die äußere Komponente der Biko-Fasern, die einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Kernfasern, schmilzt beim thermischen Verfe­ stigen und verklebt die Fasern des Vlieses an deren Kreuzungspunkten. Dieser thermische Prozeß kann auch genutzt werden, das ungeblähte Vorprodukt zu blähen und so die elastischen Hohlkörper im Faservlies zu erzeugen.In order to achieve the required acoustic effectiveness of the Fa servlieses with embedded hollow bodies, a density of at most 150 kg / m 3 is sufficient. The thickness of the nonwoven fabric can be less than 20 mm, preferably in the range between 5 and 10 mm, and the volume fraction of the hollow body in the volume of the entire fiber layer should not be less than 10%. The hollow body preferably have Kugelge shape. Such balls are available as expandable Vorpro products, for example under the trade name Expancel. Dispersed in water, they can be introduced into a fleece made of 2-component polyester fibers (bico fibers), for example by soaking or spraying. Such non-woven fabrics can be thermally solidified, ie the outer component of the bico fibers, which has a lower melting point than the core fibers, melts during thermal Verfe and glues the fibers of the non-woven fabric at their crossing points. This thermal process can also be used to inflate the unexpanded preliminary product and thus produce the elastic hollow bodies in the nonwoven fabric.

Für die akustische Wirksamkeit ist die Kugelgestalt der Hohlkörper jedoch nicht unabdingbar: Langge­ streckt ausgebildete Hohlkörper, beispielsweise in Form von endseitig verschlossenen Hohlfaserabschnit­ ten, erfüllen den gleichen Zweck. Die gute akustische Wirksamkeit der Faserstoffschichten mit eingebetteten Hohlkörpern ermöglicht in vielen Fällen einen sehr einfachen Schichtverbund: Ein einheitlicher Kern aus dem Faserstoff ist zwischen zwei Deckschichten ange­ ordnet, von denen die rückseitige beispielsweise eine Feuchtesperre sein kann, während die sichtseitige Ka­ schierung nach Beanspruchungs- und/oder ästhetischen Kriterien gewählt ist. In vielen Fällen ist die Sichtseite beispielsweise eine Teppichkaschierung. Doch auch in komplizierter ausgebauten Schallschluck­ systemen ist eine derartige Faserstoffschicht als Komponente einsetzbar, beispielsweise als Feder­ schicht in einem Masse/Feder-System. In diesem Fall wird die akustische Wirksamkeit des Verbundsystems zusätzlich verbessert.The spherical shape is for acoustic effectiveness but the hollow body is not essential: Langge stretches hollow bodies, for example in Form of hollow fiber section closed at the end serve the same purpose. The good acoustic Effectiveness of the fibrous layers with embedded In many cases, hollow bodies make it possible simple layer composite: a uniform core the fiber is between two outer layers arranges, of which the back one, for example Moisture barrier can be, while the visible Ka Lubrication according to stress and / or aesthetic Criteria is selected. In many cases it is On the visible side, for example, a carpet lamination. But also in more complicated developed sound absorption systems is such a fibrous layer as Component can be used, for example as a spring layer in a mass / spring system. In this case becomes the acoustic effectiveness of the composite system additionally improved.

Das angeführte Beispiel des thermisch verfestigten Polyestervlieses erläutert ein fertigungstechnisch besonders günstiges Fertigungsverfahren. Andere Fa­ sern aus dem Organo-Mineral- und Biobereich, mit de­ nen Vliese gebildet werden können, eignen sich für die Realisierung der Erfindung ebenso, wie Mischfa­ ser-Vliese. Ggf. ist die thermische Verfestigung ver­ zichtbar und kann durch Vernadeln ersetzt werden. Auch in solchen Vliesen können blähfähige Vorprodukte durch eine thermische Nachbehandlung des vernadelten Vlieses zu entsprechenden Hohlkörpern entwickelt wer­ den.The given example of the thermally hardened Polyester fleece explains a manufacturing technology particularly inexpensive manufacturing process. Other company organo-mineral and organic products, with de Nene nonwovens can be used for the implementation of the invention as well as Mischfa fleece. Possibly. is the thermal consolidation ver essential and can be replaced by needling. Expandable precursors can also be used in such nonwovens by thermal post-treatment of the needled  Who develops fleece to corresponding hollow bodies the.

Die Erfindung sei nunmehr anhand der Figuren näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to the figures explains:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Volumenelementes der Faserstoffschicht, und Fig. 1 shows a schematic representation of a volume element of the fibrous layer, and

Fig. 2 zeigt die Absorptionskurven eines Handels­ produktes und einer Faserstoffschicht mit eingebetteten Hohlkörpern. Fig. 2 shows the absorption curves of a commercial product and a fibrous layer with embedded hollow bodies.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Volumenausschnitt eines Fa­ servlieses bezeichnet. 2 sind die Biko-Polyesterfa­ sern, die an den Kreuzungspunkten 5 durch thermisches Verfestigen miteinander verklebt sind. Die kugelför­ migen Hohlräume 3 sind von die Hohlkörper bildenden elastischen Polymerhüllen 4 umschlossen, die sich zwischen den Fasern 2 anlagern und beim thermischen Verfestigen nach dem Blähen punktuell ebenfalls mit der Außenhülle der Fasern 2 verbunden werden. Der Durchmesser der Hohlkörper kann zwischen einigen Hun­ derstel Millimeter und ca. einigen Millimetern vari­ ieren; er ist vor allem von der Faserstoffdicke ab­ hängig, in die die Hohlkörper eingelagert werden sol­ len. Bevorzugt sind Durchmesser zwischen 0,02 mm und 0,1 mm.In Fig. 1, 1 is a volume section of a Fa servlieses. 2 are the biko-polyester fibers that are glued together at the crossing points 5 by thermal solidification. The kugelför shaped cavities 3 are surrounded by the hollow body-forming elastic polymer sheaths 4 , which accumulate between the fibers 2 and are also selectively connected to the outer shell of the fibers 2 after thermal expansion after expansion. The diameter of the hollow body can vary between a few hundredths of a millimeter and approximately a few millimeters; it is primarily dependent on the fiber thickness in which the hollow bodies are to be stored. Diameters between 0.02 mm and 0.1 mm are preferred.

In Fig. 2 ist mit 6 die flächenbezogene Frequenzkur­ ve eines Faservlieses mit eingebetteten elastischen Hohlkörpern (Dicke: 4,5 mm, Flächengewicht: 300 g/m2) bzeichnet, die der entsprechenden Kurve für den han­ delsüblichen Dämmstoff Sommold (Dicke: 15 mm, Flä­ chengewicht: 1200 g/m2) gegenübergestellt, welche mit 7 bezeichnet ist. In den empfindungsrelevanten Frequenzbereichen zwischen 0,4 KHz und 1 KHz ist das Fa­ servlies mit Hohlkörpern trotz geringerer Dicke und vor allem trotz geringeren Flächengewichtes dem Han­ delsprodukt deutlich überlegen, im Bereich zwischen 2 KHz und 5 KHz, in dem Bereich also, der für die Sprachverständlichkeit maßgebend ist, hat das Faserv­ lies zwar keine so große Absorptionsfähigkeit wie das Handelsprodukt, aber immer noch Werte, die eine gute Sprachverständlichkeit im Innenraum bei ausreichender Absenkung des Störschallpegels garantieren.In Fig. 2, the area-related frequency curve ve of a nonwoven fabric with embedded elastic hollow bodies (thickness: 4.5 mm, weight per unit area: 300 g / m 2 ) is designated by 6, which corresponds to the corresponding curve for the commercially available insulating material Sommold (thickness: 15 mm , Area weight: 1200 g / m 2 ), which is designated by 7. In the frequency ranges between 0.4 KHz and 1 KHz that are relevant to sensation, the fa servlies with hollow bodies is clearly superior to the commercial product, despite its reduced thickness and, above all, its lower basis weight, in the range between 2 KHz and 5 KHz, in the range for the Speech intelligibility is decisive, although the fiber read has not as much absorption capacity as the commercial product, but still values that guarantee good speech intelligibility in the interior with sufficient reduction of the noise level.

Claims (12)

1. Schichtverbundwerkstoff zur Verwendung als ge­ räuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenräu­ men, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine Faserstoffschicht (1) enthält, in die eine Vielzahl von elastischen Hohlkörpern (4) eingebettet ist.1. Layered composite material for use as ge noise-reducing lining in Fahrzeuginnenräu men, characterized in that it contains at least one fibrous layer ( 1 ) in which a plurality of elastic hollow bodies ( 4 ) is embedded. 2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Faserstoffschicht (1) ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m3 besitzt.2. Composite material according to claim 1, characterized in that the fibrous layer ( 1 ) has a density of at most 150 kg / m 3 . 3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) nähe­ rungsweise Kugelgestalt haben.3. Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow body ( 4 ) have approximately spherical shape. 4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) langge­ streckt ausgebildet sind.4. Composite material according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow body ( 4 ) are formed langge stretches. 5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) Abmessungen im Bereich von etwa einem Hun­ dertstel Millimeter bis zu mehreren Millimetern haben.5. Composite material according to one of claims 1 to 4, characterized in that the hollow body ( 4 ) have dimensions in the range of about one hundredth of a millimeter to several millimeters. 6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlkörper (4) im Bereich von 0,02 mm bis 0,1 mm liegen.6. Composite material according to claim 5, characterized in that the dimensions of the hollow body ( 4 ) are in the range of 0.02 mm to 0.1 mm. 7. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Hohlkörper (4) mindestens 10% des Volumens der Faserstoffschicht (1) beträgt. 7. Composite material according to one of claims 1 to 6, characterized in that the volume fraction of the hollow body ( 4 ) is at least 10% of the volume of the fibrous layer ( 1 ). 8. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoff­ schicht (1) ein thermisch verfestigtes Poly­ estervlies ist.8. Composite material according to one of claims 1 to 7, characterized in that the fibrous layer ( 1 ) is a thermally bonded polyester fleece. 9. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoff­ schicht (1) eine Dicke von 2 mm bis 20 mm, vor­ teilhaft von 5 mm bis 10 mm besitzt.9. Composite material according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fibrous layer ( 1 ) has a thickness of 2 mm to 20 mm, before geous from 5 mm to 10 mm. 10. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine seiner Außenschichten eine Feuchtesperre ist.10. Composite material according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least one its outer layers is a moisture barrier. 11. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schwer­ schicht enthält, die mit der Faserstoffschicht (1) ein Masse/Federsystem bildet.11. Composite material according to one of claims 1 to 10, characterized in that it contains a heavy layer which forms a mass / spring system with the fibrous layer ( 1 ). 12. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) aus Kunststoff bestehen.12. Composite material according to one of claims 1 to 11, characterized in that the hollow body ( 4 ) consist of plastic.
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