DE102020114724A1

DE102020114724A1 - Schallabsorptions- und isolationskissen für ein fahrzeug und verfahren zur herstellung davon

Info

Publication number: DE102020114724A1
Application number: DE102020114724.4A
Authority: DE
Inventors: Ji Wan Kim; Keun Young Kim; Jung Wook Lee; Tae Yoon Kim; Seong Je KIM; Yong Gu Jo; Hwang Ki Kim
Original assignee: SAM WON CO Ltd; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp; Toray Advanced Materials Korea Inc
Current assignee: SAM WON CO Ltd; Hyundai Motor Co; Toray Advanced Materials Korea Inc; Kia Corp
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2020-06-03
Publication date: 2021-07-01
Also published as: US20210198822A1; KR20210085622A

Abstract

Ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial, das eine Polyester-Hohlfaser, eine Polyester-Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und eine Polyester-Basisfaser aufweist, ein Schallabsorptions- und Isolationskissen für einen Boden, das dieses aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung davon zur Verbesserung der Schallabsorptions- und Isolierleistung des Schallabsorptions- und Isolationsmaterials sind bereitgestellt. Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial ist ein umweltfreundliches Material, das Beschwerden aufgrund der Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen und einer Emission toxischer Gase bei einer Verbrennung verringern kann. Außerdem kann ein Schallabsorptions- und Isolationskissen, dass das Schallabsorptions- und Dämmmaterial aufweist, im Vergleich zu einem herkömmlichen Schallabsorptions- und Isolationskissen derselben Dicke eine bessere Schallabsorptions- und Dämmleistung sowie eine bessere Leistung im tatsächlichen Fahrzeug aufweisen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial, das eine Polyester-Hohlfaser, eine Polyester-Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und eine Polyester-Basisfaser aufweist, ein Schallabsorptions- und Isolationskissen für einen Boden, welches dieses Material aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung davon.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen können Bodenbeläge für Fahrzeuge insofern problematisch sein, als während der Fahrt erzeugte Außengeräusche über verschiedene Wege in das Innere des Fahrzeugs gelangen; insbesondere Geräusche durch die Reibung zwischen Reifen und Boden, Geräusche durch den Abgasstrom bei hoher Temperatur und hohem Druck in der Auspuffanlage sowie mechanische Geräusche durch den Betrieb des Motors gelangen in den Fahrzeuginnenraum, was die Stille stört.
Herkömmlicher Weise wurden zur Verbesserung der Stille im Fahrgastraum Verfahren zum Blockieren des Lärmeintrags in Fahrzeuge durch den Einbau von Schallabsorptions- und Isolationskissen aus verschiedenen Materialien am Fahrgastraumboden eingesetzt.
So ist z.B. das Schallabsorptions- und Isolationskissen aus einem Teppichgewebe und einem Schallabsorptionsmaterial gebildet, und das Schallabsorptionsmaterial weist hauptsächlich einen Vliesstoff oder Polyurethanschaum unter Verwendung von Glasfaser, Urethanschaum, Mischgarnfilz, allgemeiner Polyesterfaser und ähnlichem auf.
Der Polyurethanschaum hat die Vorteile der leichten Formbarkeit und der überlegenen Druckbelastung im Vergleich zu Vliesstoffmaterialien, ist aber nachteilig, weil er nicht recycelbar ist und eine geringe Luftdurchlässigkeit hat und weil flüchtige organische Verbindungen (VOCs) aus Isocyanat-Zusätzen entstehen.
Daher besteht die Notwendigkeit, ein Schallabsorptions- und Isolationskissen zu entwickeln, das in der Lage ist, die Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen (engl. „volatile organic compounds“; auch kurz: VOCs) und der damit verbundenen Gerüche zu reduzieren und die Schallabsorptions- und Schalldämmleistung zu verbessern.
KURZERLÄUTERUNG
Als bevorzugte Aspekte werden ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial (bspw. auch als Dämmmaterial bezeichnet), das in der Lage ist, ein Unbehagen aufgrund dem Entstehen flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) zu verringern, und das ein überlegenes Schallabsorptions- und Schalldämmungsvermögen sowie die tatsächliche (bspw. Lärmreduktions-)Leistung des Fahrzeugs hat, sowie ein Schallabsorptions- und Isolationskissen (bspw. auch als Dämmkissen oder Dämmunterlage bezeichnet) bereitgestellt, das dieses aufweist,.
Als ein weiterer bevorzugter Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorptions- und Isolationsmaterials bereitgestellt, z.B. durch Ausrichtung einer in dem Schallabsorptions- und Isolationsmaterial enthaltenen Faser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung desselben, wodurch Elastizität und eine verbesserte Schallabsorptions- und Dämmleistung erzielt werden.
Die Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das Vorhergehende beschränkt und können durch die folgende Beschreibung klar verstanden und mit den in den Ansprüchen und Kombinationen davon beschriebenen Mitteln verwirklicht werden.
In einem Aspekt ist ein schallabsorbierendes und isolierendes Material bereitgestellt, welches eine Hohlfaser, eine Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt bzw. eine niederschmelzende Verbundfaser und eine Basis- bzw. Grundfaser (im Weiteren kurz: Basisfaser) aufweisen bzw. daraus bestehen kann.
Der Begriff „Hohlfaser“, wie er hier verwendet wird, betrifft eine Faser, die eine Struktur haben kann, die einen inneren Leerraum, wie z.B. einen Kanal oder ein Loch, aufweist, der von einem Fasermaterial oder anderen Komponenten, wie z.B. Füllstoff, umgeben ist, die den inneren Leerraum umgeben. Bevorzugte Hohlfasern können einen Kern als eine Form von Loch oder Kanal ohne Füllmaterial oder andere Komponenten aufweisen.
Der Begriff „Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt“, wie er hier verwendet wird, betrifft eine Faser, die aus mindestens zwei oder mehr Faserkomponenten gebildet ist, die eine strukturelle oder physikalische Unterscheidung in einer Verbundstruktur darstellen können. Eine bevorzugte Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt weist zumindest eine „Faser mit niedrigem Schmelzpunkt“-Komponente auf, die einen niedrigen Schmelzpunkt oder eine niedrige Schmelztemperatur im Vergleich zu einer Schmelztemperatur einer regulären Faser hat, z.B. aufgrund einer Änderung der chemischen Eigenschaften oder der Zusammensetzung dieser Faser. Beispielsweise kann der Polyester mit niedrigem Schmelzpunkt eine Schmelztemperatur haben, die um etwa 10 °C, 20 °C, 30 °C, 40 °C, 50 °C, 60 °C, 70 °C, 80 °C, 90 °C, 100 °C, 150 °C, 200 °C, 250 °C, 300 °C oder mehr niedriger ist als die des regulären Polyesters.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial kann in geeigneter Weise eine Menge von etwa 10 bis 50 Gew.-% der Hohlfaser, eine Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-% der niedrigschmelzenden Verbundfaser und eine Menge von etwa 20 bis 50 Gew.-% der Basisfaser aufweisen (bspw. eine Mischung, die aus den angegebenen Komponenten mit dem angegebenen Verhältnis besteht). Alle Gew.- % beziehen sich auf das Gesamtgewicht des Schallabsorptions- und Dämmmaterials.
Die Hohlfaser kann in geeigneter Weise eine Feinheit von etwa 5 bis 15 Denier (bspw. gilt: 1 Denier = 1 Gramm Fasergewicht pro 9000 Meter Faserlänge), eine Faserlänge von etwa 50 bis 70 mm, ein Hohlkernverhältnis von etwa 25 bis 29% (bspw. ein Volumenverhältnis eines Hohlraums (Kern) der Faser zum Fasermaterial), eine Bauschigkeit von etwa 12.300 bis 12.800 cm3/g und etwa 4 bis 10 Kräuselungen/2,54 cm (Kräuselungen/Zoll) aufweisen.
Die niedrigschmelzende Verbundfaser kann eine Feinheit von etwa 3 bis 5 Denier, eine Faserlänge von etwa 40 bis 60 mm und einen Schmelzpunkt von etwa 100 bis 200° C haben.
Die Basisfaser kann in geeigneter Weise eine Feinheit von etwa 5 bis 15 Denier und eine Faserlänge von etwa 50 bis 70 mm haben.
Die Hohlfaser und/oder die Basisfaser kann in geeigneter Weise eine Polyesterfaser enthalten.
Die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt kann in geeigneter Weise eine Polyesterfaser mit niedrigem Schmelzpunkt als Hülle und eine normale Polyesterfaser als Kern enthalten.
Die Polyesterfaser kann in geeigneter Weise eine oder mehrere aus der Gruppe aufweisen, die besteht aus Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT).
Die Hohlfaser, die niedrigschmelzende Verbundfaser und/oder die Basisfaser kann orthogonal zu einer Flächenrichtung des Schallabsorptions- und Dämmmaterials angeordnet sein.
Das Schallabsorptions- und Dämmmaterial kann in geeigneter Weise einen Schall- bzw. Lärm- bzw. Geräuschdämpfungskoeffizienten (engl. „noise reduction coefficient“; im Weiteren kurz: Schalldämpfungskoeffizient oder NRC) von etwa 0,799 bis 0,830, einen Schalldämmungsmaß (bspw. Schalldämmungskoeffizient) von etwa 18 bis 22% und eine leistungsbezogene Lärmminderung (engl. „power-based noise reduction“; auch kurz: PBNR) von etwa 43 bis 44 dB aufweisen.
In einem Aspekt wird ein Schallabsorptions- und Isolationskissen bereitgestellt, welches das hier beschriebene Schallabsorptions- und Isolationsmaterial aufweist.
Das Schallabsorptions- und Isolationskissen kann einen Schalldämpfungskoeffizienten (NRC) von etwa 0,950 bis 1,100 aufweisen.
In einem Aspekt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorptions- und Dämmmaterials bereitgestellt. Das Verfahren kann die folgenden Schritte aufweisen: Herstellen einer Mischfaser bzw. Fasermischung (bspw. eines Faserstrangs, aufweisend unterschiedliche Fasern) durch Mischen einer Hohlfaser, einer Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und einer Basisfaser, Zerfasern bzw. Schwingen bzw. Aufschluss der Mischfaser (engl. „scutching“; im Weiteren kurz: Schwingen) mit einer Zerfaserungs- bzw. Schwing- bzw. Faseraufschlussmaschine (engl. „scutching machine“; im Weiteren kurz: Schwingmaschine), Kardieren der geschwungenen Mischfaser z.B. mit einer Kardiermaschine, Ausrichten der kardierten Mischfaser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung und thermisches Behandeln der orthogonal ausgerichteten Mischfaser.
Die Kardiermaschine kann mit einer Vorschubgeschwindigkeit von etwa 160 bis 180 Umdrehungen pro Minute (U/min) und einem Doffer bzw. Tambour (bspw. eine Nadel- bzw. Kammwalze) von etwa 740 bis 760 U/min betrieben werden.
Die thermische Behandlung der Mischfaser kann in einem Heißluftofen bei einer Temperatur von etwa 140 bis 160° C durchgeführt werden.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial ist ein umweltfreundliches Material, ein Unbehagen aufgrund der Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und der Emission toxischer Gase bei einer Verbrennung verringern kann.
Darüber hinaus kann das Schallabsorptions- und Isolationskissen im Vergleich zu einem herkömmlichen Schallabsorptions- und Isolationskissen derselben Dicke eine bessere Schallabsorptions- und Schalldämmleistung sowie bei einer besseren Leistung im tatsächlichen Fahrzeug (bspw. einer im Fahrzeug tatsächlich erzielten Schalldämmleistung) bereitstellen.
Das Verfahren zur Herstellung des Schallabsorptions- und Dämmmaterials kann die Elastizität und die Schallabsorptions- und Dämmleistung des Schallabsorptions- und Dämmmaterials verbessern.
Fahrzeuge, die ein wie hierin beschriebenes schallabsorbierendes und schallisolierendes Material oder ein Schallschutz- und Dämmkissen aufweisen, werden ebenfalls bereitgestellt.
Weitere Aspekte der Erfindung sind weiter unten beschrieben.
Die Effekte der vorliegenden Erfindung sind nicht auf das Vorhergehende beschränkt und sollten so verstanden werden, dass sie alle Wirkungen aufweisen, die aufgrund der folgenden Beschreibung vernünftigerweise erwartet werden können.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Herstellungsverfahren eines Schallabsorptions- und Dämmmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 zeigt einen beispielhaften Betrieb von Klingen zur Orientierung einer Mischfaser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Graph, der den Schallabsorptionskoeffizienten bei 400 bis 10.000 Hz in Vergleichsbeispiel 1-1, Vergleichsbeispiel 1-2 und Beispiel 1-1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
4 ist ein Graph, der den Schallabsorptionskoeffizienten bei 400 bis 10.000 Hz in Beispiel 1-1 bis Beispiel 1-3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
5 ist ein Graph, der den Schalldämmungskoeffizienten bzw. das Schallreduktionsmaß bei 100 bis 10.000 Hz in Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist ein Graph, der PBNR (dB) bei 400 bis 8.000 Hz in Vergleichsbeispiel 2 und Beispiel 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
7 ist ein Graph, der den Schallabsorptionskoeffizienten bei 400 bis 10.000 Hz in Vergleichsbeispiel 3 und Beispiel 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
8 zeigt ein beispielhaftes, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestelltes Schallabsorptions- und Dämmmaterial, bei dem eine Hohlfaser, eine niedrigschmelzende Verbundfaser und eine Basisfaser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung des Schallabsorptions- und Dämmmaterials angeordnet sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die obigen und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden bevorzugten Ausführungsformen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden wird. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die hier offengelegten Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen Formen modifiziert werden. Diese Ausführungsformen werden zur Verfügung gestellt, um die Erfindung gründlich zu erklären und den Umfang der vorliegenden Erfindung dem Fachmann zu verdeutlichen.
Es ist weiter klar, dass die Begriffe „aufweisen“, „einschließen“, „enthalten“, „haben“ usw., wenn sie in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Vorgängen, Elementen, Komponenten oder Kombinationen davon angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Hinzufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, ganzer Zahlen, Schritte, Vorgänge, Elemente, Komponenten oder Kombinationen davon ausschließen.
Sofern nicht anders angegeben, sind alle Zahlen, Werte und/oder Darstellungen, die die Mengen der Komponenten, Reaktionsbedingungen, Polymerzusammensetzungen und Mischungen ausdrücken, die hier verwendet werden, als Näherungswerte einschließlich verschiedener Unsicherheiten zu verstehen, die sich auf die Messungen auswirken, die im Wesentlichen beim Erlangen dieser Werte auftreten, und sollten daher in allen Fällen als durch den Begriff „etwa / in etwa“ modifiziert verstanden werden.
Darüber hinaus wird der Begriff „etwa / in etwa“, sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext, wie er hier verwendet wird, offensichtlich ist, als innerhalb der Technik üblichen Toleranzbereichs verstanden, zum Beispiel innerhalb von zwei Standardabweichungen des Mittelwerts. Der Begriff „etwa / in etwa“ kann als innerhalb von 10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%, 4%, 3%, 2%, 1%, 0,5%, 0,1%, 0,05% oder 0,01% des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, werden alle hier angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „etwa / in etwa“ modifiziert.
Wenn in dieser Beschreibung ein numerischer Bereich angegeben wird, ist der Bereich außerdem kontinuierlich und weist alle Werte vom Minimalwert dieses Bereichs bis zu dessen Maximalwert auf, sofern nicht anders angegeben. Wenn sich ein solcher Bereich auf ganzzahlige Werte bezieht, sind außerdem alle ganzen Zahlen einschließlich des Minimalwertes bis zum Maximalwert eingeschlossen, sofern nicht anders angegeben.
Es ist klar, dass der Begriff „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug...“ oder ein anderer ähnlicher Begriff, wie er hier verwendet wird, Kraftfahrzeuge im allgemeinen einschließt, wie Personenkraftfahrzeuge einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge einschließlich einer Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und dergleichen, und auch Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennungs-, Plug-in-Hybrid-Elektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden).
In einem Aspekt ist ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial bereitgestellt, das eine Hohlfaser, eine Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und eine Basisfaser aufweisen kann und vorzugsweise durch Mischen einer Hohlfaser, einer Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und einer Basisfaser und durch thermisches Verbinden (bspw. Aufschmelzen) hergestellt wird.
Das Schallabsorptions- und Dämmmaterial gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann in geeigneter Weise eine Menge von etwa 10 bis 50 Gew.-% der Hohlfaser, eine Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-% der niedrigschmelzenden Verbundfaser und eine Menge von etwa 20 bis 50 Gew.-% der Basisfaser aufweisen bzw. bestehen.
Die Menge jeder Komponente des Schallabsorptions- und Dämmmaterials gemäß der vorliegenden Erfindung, die im Folgenden beschrieben wird, wird auf der Grundlage von 100 Gew.-% (Gesamtgewicht) des Schallabsorptions- und Dämmmaterials dargestellt. Wenn die Mengenbasis geändert wird, wird die neue Basis immer angegeben, so dass ein Fachmann die Basis, auf der die Menge beschrieben wird, klar erkennen kann.
Hohlfaser
Die Hohlfaser ist nicht besonders beschränkt, solange sie dem Schallabsorptions- und Dämmmaterial Bauschigkeit und Elastizität verleiht. Die Hohlfaser kann aus einer Polyesterfaser, einer Polyurethanfaser, einer Vinylesterfaser oder einer Epoxidfaser gebildet sein und kann vorzugsweise eine Polyesterfaser sein, die in der Lage ist, ein Unbehagen aufgrund der Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und der Emission toxischer Gase bei einer Verbrennung zu verringern, und die eine überlegene Schallabsorptions- und Dämmleistung aufweist.
Die als Hohlfaser verwendete Polyesterfaser kann eine oder mehrere aus der Gruppe aufweisen, die aus Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT) besteht. Die Hohlfaser kann vorzugsweise aus PET gebildet sein.
Eine Menge der Hohlfaser kann zweckmäßigerweise eine Menge von etwa 10 bis 50 Gew.-% sein, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schallabsorptions- und Dämmmaterials. Wenn die Menge davon geringer ist als etwa 10 Gew.-%, kann die Schallabsorptionsleistung abnehmen. Andererseits, wenn deren Menge größer ist als etwa 50 Gew.-%, kann die Verarbeitbarkeit aufgrund der Bauschigkeit abnehmen und eine schlechte Form- bzw. Verformbarkeit des Produkts kann die Folge sein.
Die gesponnene Hohlfaser kann eine Feinheit von etwa 5 bis 15 Denier, eine Faserlänge von etwa 50 bis 70 mm, ein Hohlkernverhältnis von etwa 25 bis 29%, eine Bauschigkeit von etwa 12.300 bis 12.800 cm3/g und etwa 4 bis 10 Kräuselungen/Zoll (4 bis 10 Kräuselungen pro 2,54 cm Faserläne) aufweisen. Wenn die Feinheit weniger als etwa 5 Denier beträgt, kann die Festigkeit des Vliesstoffes abnehmen und das Gewicht des Vliesstoffes aufgrund der übermäßigen Dichte des Vliesstoffes zunehmen. Ist die Feinheit hingegen größer als etwa 15 Denier, kann die Dichte des Vliesstoffes aufgrund seiner übermäßigen Bauschigkeit abnehmen und der Schallabsorptionskoeffizient kann sich verringern. Wenn die Faserlänge geringer ist als etwa 50 mm, kann die Oberfläche auch nicht ausreichend glatt sein, da sie bei der Verarbeitung des Vliesstoffs flockig wird oder sich abschält. Andererseits, wenn die Faserlänge größer ist als etwa 70 mm, kann eine schlechte Verarbeitbarkeit von Vliesstoffen die Folge sein. Auch bei einem Hohlkernverhältnis von weniger als etwa 25% kann es zu einer schlechten Schallabsorptionsleistung kommen. Andererseits, wenn der Hohlkernverhältnis größer ist als etwa 29%, kann die Dichte und/oder Verarbeitbarkeit des Vliesstoffes aufgrund einer hohen Bauschigkeit abnehmen. Auch wenn die Bauschigkeit geringer ist als etwa 12.300 cm3/g, können Elastizität und Bauschigkeit des Vliesstoffes abnehmen und somit die Schallabsorptionsleistung abnehmen. Andererseits ist es bei einer Bauschigkeit von mehr als etwa 12.800 cm3/g aufgrund der hohen Dicke des Vliesstoffes schwierig, Teile zu montieren. Auch wenn die Anzahl der Kräuselungen weniger als etwa 4 Kräuselungen/Zoll (4 Kräuselungen pro 2,54 cm Faserlänge) beträgt, ist es schwierig, einen Kardiervorgang durchzuführen. Andererseits, wenn die Anzahl der Kräuselungen grösser ist als etwa 10 Kräuselungen/Zoll (10 Kräuselungen pro 25,4 cm Faserlänge), kann es aufgrund der hohen Kräuselungsdichte zu einer schlechten Verarbeitbarkeit beim Kardiervorgang kommen.
Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt bzw. niedrigschmelzende Verbundfaser
Die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt ist nicht besonders beschränkt, solange sie in der Lage ist, die Hohlfaser und die Basisfaser, die gemischt werden, durch eine thermische Behandlung aneinander zu binden. Die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine reguläre Faser oder eine Faser mit niedrigem Schmelzpunkt aufweisen und kann vorzugsweise eine Faser aufweisen, die dadurch gebildet wird, dass eine reguläre Faser und eine Faser mit niedrigem Schmelzpunkt einem Verbundspinnen unterzogen werden. Die reguläre Faser oder Faser mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine Polyesterfaser, eine Polyurethanfaser, eine Vinylesterfaser oder eine Epoxidfaser sein. Vorzugsweise kann die reguläre Faser oder die Faser mit niedrigem Schmelzpunkt eine reguläre Polyesterfaser oder eine Polyesterfaser mit niedrigem Schmelzpunkt sein, die ein Unbehagen aufgrund der Entstehung flüchtiger organischer Verbindungen (VOCs) und der Emission toxischer Gase bei einer Verbrennung verringern und eine bessere Schallabsorptions- und Dämmleistung aufweisen kann.
Die Polyesterfaser, die als reguläre Faser verwendet werden kann, und die niedrigschmelzende Faser, die in der niedrigschmelzenden Verbundfaser enthalten ist, kann eine oder mehrere aus der Gruppe aufweisen, die aus Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT), Polytrimethylenterephthalat (PTT) besteht. Die Polyesterfaser, die als reguläre Faser verwendet werden kann, und die niedrigschmelzende Faser, die in der niedrigschmelzenden Verbundfaser enthalten ist, kann vorzugsweise PET sein.
Die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt kann vorzugsweise eine Polyesterfaser mit niedrigem Schmelzpunkt als Hülle und eine reguläre Polyesterfaser als Kern enthalten. Zum Beispiel kann die reguläre Polyesterfaser als Kern PET aufweisen, und die Polyesterfaser mit niedrigem Schmelzpunkt als Hülle kann durch Mischen von 100 Gewichtsteilen Terephthalsäure (TPA), etwa 47 bis 75 Gewichtsteilen Isophthalsäure (IPA), etwa 67 bis 74 Gewichtsteilen Ethylenglykol (EG) und etwa 2,5 bis 13 Gewichtsteilen Diethylenglykol (DEG) hergestellt werden.
Die Menge der niedrigschmelzenden Verbundfaser kann vorzugsweise eine Menge von etwa 20 bis 40 Gew.-% sein, bezogen auf das Gesamtgewicht des Schallabsorptions- und Dämmmaterials. Wenn deren Menge geringer ist als etwa 20 Gew.-%, kann es schwierig sein, die Hohlfaser und die Basisfaser, die gemischt sind, aneinander zu binden. Andererseits kann das resultierende Schallabsorptionsmaterial hart werden, wenn seine Menge größer ist als etwa 40 Gew.-%.
Die gesponnene Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt kann eine Feinheit von etwa 3 bis 5 Denier, eine Faserlänge von etwa 40 bis 60 mm und einen Schmelzpunkt von etwa 100 bis 200° C haben. Wenn die Feinheit geringer ist als etwa 3 Denier, ist es wegen unzureichender Haftung schwierig, die Fasern zu verbinden. Ist die Feinheit hingegen größer als etwa 5 Denier, kann der resultierende Vliesstoff aufgrund übermäßiger Adhäsion hart werden. Außerdem besteht bei einer Faserlänge von weniger als etwa 40 mm die große Wahrscheinlichkeit, dass die Oberfläche aufgrund von Flocken oder Schälen bei der Verarbeitung von Vliesstoffen nicht ausreichend glatt wird. Andererseits, wenn die Faserlänge größer ist als etwa 60 mm, kann es sein, dass die gleichmäßige Faserverteilung nicht ausreichend erzielt wird und somit die Festigkeit des Vliesstoffes herabgesetzt wird. Auch wenn der Schmelzpunkt unter etwa 100° C liegt, kann eine Fahrzeugkomponente (bspw. ein aus dem Schallabsorptions- und Dämmmaterial hergestelltes Kissen) beim Abstellen im Freien schon aufgrund geringer Außenwärme leicht verformt werden, wodurch sich die Form des Vliesstoffes verändern kann. Andererseits, wenn der Schmelzpunkt über etwa 200° C liegt, kann ein Bindemittelschmelzen bzw. ein Verbindungsschmelzen in einem typischen Heißluftofen aufgrund des hohen Schmelzpunktes unmöglich werden.
Basisfaser
Die Basisfaser, die als Substrat bzw. Trägermaterial (im Weiteren kurz: Substrat) für ein Schallabsorptions- und Dämmmaterial dient, ist nicht besonders beschränkt, solange es sich um ein recyceltes umweltfreundliches Substrat handelt, das eine verbesserte Schallabsorptions- und Dämmleistung aufweisen kann. Die Basisfaser kann in geeigneter Weise eine Polyesterfaser, eine Polyurethanfaser, eine Vinylesterfaser oder eine Epoxidfaser aufweisen bzw. sein. Die Basisfaser kann vorzugsweise eine kurze Faser mit einem soliden bzw. Vollkörper-Querschnitt sein, wie eine Polyesterfaser, die ein Unbehagen aufgrund der Entstehung von VOCs und der Emission von toxischen Gasen bei einer Verbrennung verringern kann, eine bessere Schallabsorptions- und Dämmleistung aufweist und recycelt werden kann.
Die als Basisfaser verwendbare Polyesterfaser kann eine oder mehrere aus der Gruppe aufweisen, die aus Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT) oder insbesondere PET besteht.
Der Basisfasergehalt kann eine Menge von etwa 20 bis 50 Gew.-% sein, bezogen auf das Gesamtgewicht von 100 Gew.-% des Schallabsorptions- und Dämmmaterials. Wenn ihre Menge geringer ist als etwa 20 Gew.-%, kann sich ihre Funktion als Substrat verschlechtern. Andererseits kann die Schallabsorptions- und Dämmleistung abnehmen, wenn die Menge davon größer ist als etwa 50 Gew.-%.
Die gesponnene Basisfaser kann in geeigneter Weise eine Feinheit von etwa 5 bis 15 Denier und eine Faserlänge von etwa 50 bis 70 mm aufweisen, insbesondere von etwa 51 bis 64 mm. Wenn deren Feinheit geringer ist als etwa 5 Denier, ist es schwierig, die Form des Vliesstoffes mit der Basisfaser zu erhalten. Andererseits kann die Elastizität von vertikalorientierten Vliesstoff bei einer Feinheit von mehr als etwa 15 Denier abnehmen, was zu einer geringen Dichte führen kann. Auch wenn die Faserlänge geringer ist als etwa 50 mm, kann eine kurze Faser, die als Basisfaser dient, nicht zufällig verteilt sein. Andererseits, wenn die Faserlänge größer ist als etwa 70 mm, kann eine kurze Faser, die als Basisfaser dient, agglomerieren.
Schallabsorptions- und Isolationsmaterial und Schallabsorptions- und Isolationskissen
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial kann durch Mischen der Hohlfaser, der Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und der Basisfaser und anschließendes thermisches Verkleben hergestellt werden. Das Schallabsorptions- und Dämmmaterial kann einen Schalldämpfungskoeffizienten (NRC) von etwa 0,799 bis 0,830, ein Schalldämmungsmaß von etwa 18 bis 22% und eine leistungsbezogene Lärmminderung (PBNR) von etwa 43 bis 44 dB haben. Somit sind der Schalldämpfungskoeffizient (NRC) und das Schalldämmungsmaß im Vergleich zu herkömmlichen Schallabsorptions- und Dämmmaterialien hoch, und die leistungsbezogene Lärmminderung (PBNR) ist um 1 dB oder mehr gesteigert.
Zusätzlich kann das Schalldämm- und Isolationskissen das oben beschriebene Schalldämm- und Isolationsmaterial aufweisen, z.B. kann das Kissen ein Bodenmaterial und ein Schalldämm- und Dämmmaterial aufweisen. Bei dem Bodenmaterial kann es sich um einen Vliesstoffteppich oder einen Schlingenteppich aus gebauschten Endlosfilamenten (engl. „bulked continuous filament“ oder BCF) handeln. Als Bodenmaterial kann z.B. ein BCF-Material geeignet sein, weil ein einzelner Faden durch eine Gesamtheit davon verbunden ist und keine feinen Haare herausfallen. Das Schallabsorptions- und Isolationskissen kann einen Schalldämpfungskoeffizienten (NRC) von etwa 0,950 bis 1,100 haben.
Das Schallabsorptions- und Isolationskissen, dass das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial aufweist, kann eine überlegene Schallabsorptions- und Schalldämmungsleistung sowie die Leistung im tatsächlichen Fahrzeug erzielen.
Darüber hinaus kann gemäß einem Aspekt das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial unter Verwendung einer umweltfreundlichen Polyesterfaser hergestellt werden, wodurch ein Unbehagen aufgrund der Entstehung von VOCs und der Emission von toxischen Gasen bei einer Verbrennung verringert werden können. Die Hohlfaser, die niedrigschmelzende Verbundfaser oder die Basisfaser, die durch Mischen im Schallabsorptions- und Dämmmaterial der vorliegenden Erfindung erhalten werden, können durch das hier beschriebene Verfahren orthogonal zu einer Flächenrichtung (bspw. Erstreckungsrichtung) des Schallabsorptions- und Dämmmaterials angeordnet werden, wie in 8 dargestellt. Auf diese Weise kann die Elastizität und die Schallabsorptions- und Dämmleistung des Schallabsorptions- und Isolationskissen weiter verbessert werden.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Herstellungsverfahren des Schallabsorptions- und Dämmmaterials gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In Bezug darauf weist das Verfahren die Herstellung einer Mischfaser (bspw. eines Mischfaserstrangs) durch Mischen einer Hohlfaser, einer Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und einer Basisfaser (S10), das Schwingen der Mischfaser mit einer Schwingmaschine (S20), das Kardieren der geschwungenen Mischfaser mit einer Kardiermaschine (S30), das Ausrichten der kardierten Mischfaser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung (S40) und die thermische Behandlung der orthogonal ausgerichteten Mischfaser (S50) aufweisen.
Im Schritt der Herstellung der Mischfaser (S10) kann die Mischfaser durch Mischen der Hohlfaser, der niedrigschmelzenden Verbundfaser und der Basisfaser hergestellt werden.
Zum Beispiel können die Hohlfaser und die Basisfaser durch Verspinnen eines Polyesterharzes mit einer Spinnmaschine hergestellt werden, und die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt kann hergestellt werden, indem ein normales Polyesterharz und ein Polyesterharz mit niedrigem Schmelzpunkt dem Verbundspinnen unter Verwendung einer Spinndüse unterzogen werden, die üblicherweise in der Technik verwendet wird.
Die oben bereitgestellten Hohlfaser, niedrigschmelzende Verbundfaser und Basisfaser können in Mengen von etwa 10 bis 50 Gew.-% (Hohlfaser), etwa 20 bis 40 Gew.-% (niedrigschmelzende Verbundfaser) bzw. etwa 20 bis 50 Gew.-% (Basisfaser) in einen Mischbehälter gegeben werden und werden gleichmäßig vermischt werden, so dass die resultierende Mischfaser bzw. Fasermischung bereitgestellt wird.
Während des Schrittes des Schwingens mit der Schwingmaschine (S20) kann die so vorbereitete Mischfaser geöffnet (z.B. gebrochen) und gestreckt werden. Die Mischfaser kann z.B. aus dem Mischbehälter der Schwingmaschine zugeführt und dann geschwungen werden. Wenn die Mischfaser über einen Förderer zu einer Einzugswalze transportiert wird, kann die Mischfaser von der Einzugswalze erfasst und von einem Zylinder geschwungen werden, wobei die oben zugeführte Mischfaser in der Art wie gleichmäßig gemischte Baumwolle bereitgestellt werden kann.
Während des Kardierschritts mit der Kardiermaschine (S30) kann die geschwungene Mischfaser gleichmäßig gestreckt werden, z.B. kann die geschwungene Mischfaser der Kardiermaschine zugeführt werden, und nach dem gleichen Prinzip wie beim Kämmen werden die Faserstränge nacheinander getrennt und vollständig geöffnet, so dass die Faser so gestreckt werden kann, dass sie eine Vliesstruktur (Vlies: Dünnschichtfaserstruktur) erhält. In der Zwischenzeit kann das Strecken davon in Abhängigkeit von der Drehzahl (Umdrehungen pro Minute) des Einzugs und des Doffers der Kardiermaschine variieren, so dass sie je nach Dicke und Eigenschaften des zu konfigurierenden Schalldämm- und Isolationsmaterials (wie von einem Verbraucher gewünscht) entsprechend angepasst werden können.
Die Kardiermaschine kann mit einer Vorschub- bzw. Zufuhrgeschwindigkeit von etwa 160 bis 180 U/min und einem Doffer (bspw. Tambour- bzw. Kämmwalze, d.h. die Drehzahl davon) von etwa 740 bis 760 U/min betrieben werden. Wenn die Vorschubgeschwindigkeit geringer ist als etwa 160 U/min, kann die Produktivität sinken. Andererseits wird die Produktion aufgrund des hohen Gewichts schwierig, wenn die Vorschubgeschwindigkeit größer ist als etwa 180 U/min. Wenn der Doffer (bspw. dessen Drehzahl) geringer ist als etwa 740 U/min, kann die Produktivität ebenfalls abnehmen. Wenn der Doffer (bspw. dessen Drehzahl) dagegen größer ist als etwa 760 U/min, wird die Formgebung bei hohem Gewicht schwierig.
Das Ausrichten der Mischfaser orthogonal zur Flächenrichtung (S40) ist ein Schritt, bei dem die Faser auf eine erforderliche Dicke (bspw. ist die Dicke zur Flächenrichtung orthogonal) geformt wird, indem die Faser in einer Richtung orthogonal zur Flächenrichtung ausgerichtet wird, während die Faser mit Hilfe von Klingen gefaltet wird. Wie in 2 gezeigt, kann die von der Kardiermaschine zugeführte Mischfaser zwar unter Verwendung einer Vielzahl von auf der Außenfläche einer Formungsscheibe angeordneten Klingen gefaltet werden, die Mischfaser kann jedoch orthogonal zur Flächenrichtung, die die Bewegungsrichtung der Klingen ist, ausgerichtet werden, so dass die Mischfaser zu einer gewünschten Dicke geformt werden kann, wie in 8 gezeigt.
Das Schallabsorptions- und Isolationskissen, welches das Schallabsorptions- und Dämmmaterial aufweist, das schließlich wie hier beschrieben hergestellt wird, kann im Hinblick auf Elastizität und Schallabsorptions- und Dämmleistung weiter verbessert werden.
Während des Schrittes der thermischen Behandlung (S50) kann die orthogonal orientierte Mischfaser thermisch behandelt und somit so geformt werden, dass die niedrigschmelzende Verbundfaser durch Wärme geschmolzen und somit verbunden bzw. fixiert wird, gefolgt von Abkühlen, wodurch das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial in Form einer notwendigen Dicke erhalten bleibt. Zum Beispiel kann die Faser, die orthogonal orientiert ist und eine vorbestimmte Dicke hat, in einen Ofen gelegt werden und durch eine Zone mit einer erforderlichen Höhe (Dicke) erhitzt werden. Die Mischfaser kann geformt werden, während die Faser mit niedrigem Schmelzpunkt durch Wärme geschmolzen wird, und kann kontinuierlich gekühlt werden, indem sie durch eine Kühlmaschine geführt wird, wodurch ein schallabsorbierendes und isolierendes Material hergestellt wird.
Der Ofen ist so eingerichtet, dass eine Heißpresse bereitgestellt ist, um in einem Heißluftofen zur Erzeugung von Wärme einen vorbestimmten Spalt beizubehalten, der breiter ist als die Dicke (Höhe) der geformten Faser, die durch diesen hindurchtritt, und Wärme bei einer Temperatur von etwa 140 bis 160°C (die je nach Dicke variieren kann) kann bereitgestellt werden. Wenn die Temperatur niedriger ist als etwa 140° C, kann die Steifigkeit des Vliesstoffes verringert werden. Wenn die Temperatur hingegen größer ist als etwa 160° C, kann die Gefahr eines Brandes bestehen. Die Kühlmaschine ist eingerichtet, um eine Kühlpresse aufzuweisen, in der ein Gebläse-Luft-Heizer in einem vorgegebenen Intervall angeordnet ist und durch die Kühlwasser oder Öl zur Kühlung hindurchtritt oder dass die durch den Ofen hindurchtretende Faser mit kalter Luft gekühlt wird, so dass die Mischfaser, die durch den Ofen und die Kühlmaschine hindurchtritt, zu einem schallabsorbierenden und isolierenden Material geformt wird.
Nach den thermischen Behandlungs- und Abkühlungsschritten kann das hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial weiter geschnitten werden. Zum Beispiel kann das so hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial Randbereiche mit ungleichmäßigen Dicken auf beiden Seiten aufweisen, können die Randbereiche des Schallabsorptions- und Dämmmaterials beschnitten werden, und kann das Schallabsorptions- und Dämmmaterial auf eine vom Benutzer gewünschte Größe zugeschnitten werden.
Darüber hinaus kann der Schritt der Herstellung der Schallabsorptions- und Isolationskissen einen Schritt der einstückigen Verbindung eines Fußbodenmaterials mit dem hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterial aufweisen, wobei z.B. die niedrigschmelzende Faser geschmolzen und somit die reguläre Faser verbunden werden kann.
BEISPIEL
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung soll anhand der folgenden Beispiele vermittelt werden. Diese Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung, sind aber nicht so auszulegen, dass sie den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken.
Beispiel 1-1
(S10) 30 g einer Hohlfaser als hochelastische Faser, die ein Polyesterharz, insbesondere ein PET-Harz, aufweist bzw. daraus besteht und eine Feinheit von 7 Denier hat, und 40 g einer Basisfaser, die eine normale umweltfreundliche Faser aufweist bzw. daraus besteht und eine Feinheit von 7 Denier hat, wurden gesponnen und hergestellt. Auch eine Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt wurde auf eine Weise hergestellt, bei der 30 g eines regulären Polyesterharzes, insbesondere eines PET-Harzes, mit einer Feinheit von 4 Denier, und 40 g eines Polyesterharzes mit niedrigem Schmelzpunkt, das durch Mischen von 100 Gewichtsteilen Terephthalsäure (TPA), 47 bis 75 Gewichtsteilen Isophthalsäure (IPA), 67 bis 74 Gewichtsteilen Ethylenglykol (EG) und 2,5 bis 13 Gewichtsteilen Diethylenglykol (DEG) erhalten wurde, einem Verbundspinnen unterzogen wurden. Die Hohlfaser, die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und die Basisfaser, die wie oben hergestellt wurden, wurden in Mengen von 40 Gew.-% (bspw. Hohlfaser), 30 Gew.-% (bspw. Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt) bzw. 30 Gew.-% (bspw. Basisfaser) gemischt, wodurch eine Mischfaser bzw. eine Fasermischung hergestellt wurde.
(S20, S30) Die oben hergestellte Mischfaser wurde mit einer AR-Schwing-Misch-Maschine (Hersteller: „Seowon Machinery“, Maschinentyp „Air blow“) geschwungen, und die Mischfaser wurde in der Art von gleichmäßig gemischter Baumwolle bereitgestellt. Die geschwungene Mischfaser wurde mit einer Walzenkardiermaschine gleichmäßig gestreckt. Dabei wurde die Kardiermaschine mit einer Vorschubgeschwindigkeit von 160 bis 180 U/min und einem Doffer von 740 bis 760 U/min betrieben.
(S40) Die von der Kardiermaschine bereitgestellte Mischfaser wurde mit Hilfe von Klingen orthogonal zu einer Flächenrichtung, d.h. der Bewegungsrichtung der Klinge, ausgerichtet, wodurch eine Mischfaser mit einer Dicke von 20 T (20 mm) hergestellt wurde (bspw. einer Dicke von Wendepunkt zu Wendepunkt der orthogonal ausgerichteten Mischfaser).
(S50) Die Mischfaser mit einer Dicke von 20 T wurde bei 140 bis 160°C in einen Heißluftofen gelegt, um so bei 140 bis 160 C zu binden (bspw. zu verschmelzen), und bei 15°C durch eine Kühlmaschine geleitet, wodurch ein schallabsorbierendes und isolierendes Material mit 20 T, einer Größe von 1,2 x 1 m und einer Flächendichte von 1200 g/m2 hergestellt wurde.
Beispiel 1-2
Ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Hohlfaser mit 15 Denier und eine Basisfaser mit 15 Denier gesponnen und gemischt wurden.
Beispiel 1-3
Ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass eine Basisfaser mit 15 Denier gesponnen und gemischt wurde.
Beispiel 2
Um ein Teil aus dem oben hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterial zu bewerten, wurde ein Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterial durch einstückiges Laminieren des Schallabsorptions- und Dämmmaterials mit einer Dicke von 20 T, einer Größe von 840 x 840 mm und einer Flächendichte von 2400 g/m², hergestellt wie in Beispiel 1-1, mit einem Gewebe (Nylon/Polyester-Vliesstoff (N/P) und einer PE-Beschichtung von 250 g/m²) und einem Schalldämmmaterial (engl. „adhesive polymer coating“; auch kurz: AP-Beschichtung, d.h. Polymerklebstoff-Beschichtung, von 1000 g/m² (z.B. IKSUNG's sound insulation material) hergestellt.
Beispiel 3
Ein Schallabsorptions- und Isolationskissen wurde auf eine Weise hergestellt, bei der das wie in Beispiel 1-1 hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial mit einer Flächendichte von 2400 g/m2 einstückig mit einem BCF-Schlingenpolteppich (9 Oz bzw. 255,1 g) als Bodenmaterial, einer PE-Beschichtung von 300 g/m2 und einem Schallisolationsmaterial (AP-Beschichtung von 1000 g/m2) durch das T-Form-Verfahren, gefolgt von einem Heißschmelzklebeverfahren, laminiert wurde. Das T-Form-Verfahren ist ein Verfahren zum Beschichten eines Schallisolationsmaterials bzw. einer AP-Beschichtung auf ein Gewebe. Das flache Gewebe wird mit einem T-förmigen Extruder extrudiert, wobei durch den langen, geraden Basisabschnitt-der T-Form extrudiert wird, um ein Band zu formen. Hierbei wird geschmolzenes Polymer über den vertikal-orientierten T-Abschnitt in die Form zugeführt, d.h. dringt von beiden Seiten in die Form ein, und wird über den horizontal-orientierten Basisabschnitt der T-Form extrudiert.
Vergleichsbeispiel 1-1
Ein Urethanschaum mit einer Schütt- bzw. Rohdichte 85 K wurde gemäß einem herkömmlichen Verfahren hergestellt.
Vergleichsbeispiel 1-2
Ein Schallabsorptions- und Dämmmaterial wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass 70 Gew.-% der niedrigschmelzenden Verbundfaser und 30 Gew.-% der Basisfaser gemischt wurden, um eine Mischfaser zu erhalten.
Vergleichsbeispiel 2
Um ein aus dem Urethanschaum hergestelltes Teil zu bewerten, wurde ein Urethanverbundschaum durch einstückiges Laminieren des Urethanschaums mit einer Dicke von 20 T, einer Größe von 840 x 840 mm und einer Schütt- bzw. Rohdichte 85 K, hergestellt wie im Vergleichsbeispiel 1-1, mit einem Nylon/Polyester-Vliesstoff (N/P), einer PE-Beschichtung von 250 g/m² und einem Schalldämmmaterial (AP-Beschichtung von 1000 g/m²) hergestellt.
Vergleichsbeispiel 3
Ein Schallabsorptions- und Isolationskissen wurde so hergestellt, dass der wie im Vergleichsbeispiel 1-1 hergestellte Urethanschaum mit einer Schütt- bzw. Rohdichte 85 K einstückig mit einem BCF-Schlingenpolteppich (9 Oz bzw. 255,1 g) als Bodenmaterial, einer PE-Beschichtung von 300 g/m² und einem Schalldämmmaterial (AP-Beschichtung von 1000 g/m²) durch ein T-Form-Verfahren mit anschließendem Schmelzklebeverfahren laminiert wurde.
Testbeispiel 1 - Bewertung der Schallabsorptionsleistung des Schallabsorptions- und Isolationsmaterials

Gemessen wurden die Schalldämmungswerte des in Beispiel 1-1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterials sowie des Urethanschaums und des in Vergleichsbeispiel 1-1 bzw. Vergleichsbeispiel 1-2 hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterials. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 unten dargestellt. Tabelle 1

Frequenz [Hz]	Beispiel 1-1	Vergleichsbeispiel 1-1	Vergleichsbeispiel 1-2
400	0,388	0,243	0,232
500	0,626	0,478	0,390
630	0,726	0,658	0,413
800	0,771	0,872	0,512
1.000	0,851	0,952	0,601
1.250	0,892	0,899	0,667
1.600	0,875	0,871	0,697
2.000	0,844	0,832	0,751
2.500	0,830	0,753	0,774
3.150	0,825	0,728	0,786
4.000	0,817	0,689	0,790
5.000	0,812	0,704	0,740
6.300	0,874	0,776	0,710
8.000	0,936	0,760	0,715
10.000	0,953	0,724	0,797
NRC	0,801	0,729	0,638
* Messverfahren = Die Probe des schallabsorbierenden und isolierenden Materials und die oben hergestellte Urethanschaumprobe wurden in eine Messkammer gelegt, 15 Schallquellen im Bereich von 400 Hz bis 10.000 Hz wurden eingegeben, und der Schallabsorptionsgrad des Materials gegen Nachhall wurde gemessen und verglichen (ISO 354, bspw. DIN EN ISO 3542003-12)
* Schalldämpfungskoeffizient (NRC) = Mittelwert der Schalldämmungswerte im Bereich von 400 bis 10.000 Hz

Wie aus Tabelle 1 und 3 hervorgeht, betrug der Schalldämpfungskoeffizient 0,801 in Beispiel 1-1, 0,729 in Vergleichsbeispiel 1-1 und 0,638 in Vergleichsbeispiel 1-2, was angibt, dass der Schalldämpfungskoeffizient von Beispiel 1-1 größer war als der Schalldämpfungskoeffizient der Vergleichsbeispiele 1-1 und 1-2.
Das gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial wies daher ein besseres Schallabsorptionsvermögen auf als herkömmlicher Urethanschaum und als Schallabsorptions- und Dämmmaterialien, deren Komponentenanteile aus dem Bereich der vorliegenden Erfindung herausfielen.
Testbeispiel 2 - Bewertung der Schallabsorptionsleistung in Abhängigkeit von der Dicke der im Schallabsorptions- und Dämmmaterial enthaltenen Fasern

Gemessen wurden die Schallabsorptionskoeffizienten der in Beispiel 1-1 bis Beispiel 1-3 gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterialien. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 unten dargestellt. Tabelle 2

Frequenz [Hz]	Beispiel 1-1	Beispiel 1-2	Beispiel 1-3
400	0,38774237	0,3541942	0,36584234
500	0,62622943	0,5827366	0,600763661
630	0,7258185	0,6637322	0,689921539
800	0,77077543	0,7159251	0,742984783
1.000	0,85117879	0,7840002	0,804351783
1.250	0,8921578	0,8478025	0,870796837
1.600	0,87499796	0,8030664	0,838134217
2.000	0,84432079	0,799092	0,823860033
2.500	0,82954355	0,7816184	0,806134893
3.150	0,82537351	0,7727316	0,78532056
4.000	0,81722142	0,7661789	0,77636544
5.000	0,81166015	0,7642325	0,789583237
6.300	0,87408339	0,8241633	0,855162175
8.000	0,93585896	0,8682667	0,920321447
10.000	0,95338693	0,9003318	0,918137062
NRC	0,8013566	0,7485381	0,772512001
* Messverfahren = Die Probe des schallabsorbierenden und isolierenden Materials und die oben hergestellte Urethanschaumprobe wurden in eine Messkammer gelegt, 15 Schallquellen im Bereich von 400 Hz bis 10.000 Hz wurden eingegeben, und der Schallabsorptionsgrad des Materials gegen Nachhall wurde gemessen und verglichen (ISO 354, bspw. DIN EN ISO 3542003-12)
* Schalldämpfungskoeffizient (NRC) = Mittelwert der Schalldämmungswerte im Bereich von 400 bis 10.000 Hz

Wie aus Tabelle 2 und 4 hervorgeht, betrug der Schalldämpfungskoeffizient 0,801 in Beispiel 1-1, 0,749 in Beispiel 1-2 und 0,773 in Beispiel 1-3, was angibt, dass der Schalldämpfungskoeffizient von Beispiel 1-3 größer war als der von Beispiel 1-2 und dass der Schalldämpfungskoeffizient von Beispiel 1-1 größer war als der von Beispiel 1-3.
Es wurde daher bestätigt, dass das gemäß der beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial ein überlegenes Schallabsorptionsverhalten mit einer Abnahme der Dicke der niedrigschmelzenden Verbundfaser und der Basisfaser hat.
Testbeispiel 3 - Bewertung der Schalldämmleistung von Schallabsorptions- und Dämmmaterial

Um die Leistung eines Teils aus dem in Beispiel 1-1 hergestellten Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterial gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bewerten, wurden der Transmissionsverlust des in Beispiel 2 hergestellten Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterials und der Transmissionsverlust des in Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Urethanverbundschaums gemessen, und die Ergebnisse der Schalldämmung sind in Tabelle 3 unten dargestellt. Tabelle 3

Hz	Beispiel 2	Vergleichsbeispiel 2
100	2,78	4,50
125	6,39	4,68
160	1,75	5,15
200	-1,53	0,04
250	3,39	-0,68
315	2,48	-4,90
400	4,41	-0,46
500	10,11	2,44
630	16,66	5,42
800	24,44	8,14
1.000	19,46	9,01
1.250	21,29	9,91
1.600	26,52	14,87
2.000	29,62	15,40
2.500	30,55	20,99
3.150	35,78	29,23
4.000	32,78	33,05
5.000	39,59	42,69
6.300	42,69	45,54
8.000	41,44	43,14
10.000	31,49	31,58
* Messverfahren = Die Probe des Schallabsorptions- und Dämmmaterials und die oben gefertigte Urethanschaumprobe wurden in eine Messkammer gelegt, und ihr Transmissionsverlust wurde in Intervallen von 1/3 Oktave von 100 Hz bis 10.000 Hz gemessen.

Testbeispiel 4 - Bewertung der Leistung im tatsächlichen Fahrzeug von Schallabsorptions- und Isolationsmaterial
Um die Leistung eines Bauteils aus dem in Beispiel 1-1 hergestellten Schallabsorptions- und Dämmmaterial gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zu bewerten, wurde die leistungsbezogene Lärmreduktion (PBNR) des in Beispiel 2 hergestellten Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterials und die PBNR des in Vergleichsbeispiel 2 hergestellten Urethanverbundschaums gemessen, deren Ergebnisse in 6 dargestellt sind.
Die PBNR-Messung wurde unter Verwendung einer akustischen Übertragungsfunktion (engl. „acoustic transfer function“; kurz ATF; ATF = Druck am Antwortpunkt (Pa) / Volumenbeschleunigung am Anregungspunkt (m³/s²)) für das Schalldruckverhältnis des Motorraummikrofons und einer Volumenbeschleunigung einer Punktquelle durchgeführt. Diese Technik ist in der Lage, das Ausmaß der Lärmminderung durch Luftübertragung auf der Grundlage der akustischen Reziprozität quantitativ zu messen.
Für ein typisches Schallabsorptions- und Dämmteil gilt: je größer das Gewicht, desto besser die PBNR-Leistung. Das Gewicht des Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterials von Beispiel 2 betrug 3.380 g und das Gewicht des Urethanverbundschaums von Vergleichsbeispiel 2 betrug 4.136 g. Obwohl das Gewicht des Verbund-Schallabsorptions- und Dämmmaterials von Beispiel 2 um 756 g verringert ist, basierend auf den Ergebnissen der Bewertung des PBNR, wie in 7 gezeigt, betrug das PBNR (dB) etwa 43,8 dB in Beispiel 2 und etwa 42,8 dB im Vergleichsbeispiel 2, was angibt, dass das PBNR von Beispiel 2 größer war als das von Vergleichsbeispiel 2.
Das gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellte Schallabsorptions- und Dämmmaterial wies daher im Vergleich zum Urethanschaum nach herkömmlicher Technik eine bessere Leistung im tatsächlichen Fahrzeug auf.
Testbeispiel 5 - Bewertung der Schallabsorptionsleistung des Schallabsorptions- und Isolationskissens

Die Schallabsorptionskoeffizienten der in Beispiel 3 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellten Schallabsorptions- und Isolationskissen und der in Vergleichsbeispiel 3 hergestellten Urethanschaumunterlage wurden gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 unten dargestellt. Tabelle 4

Frequenz [Hz]	Beispiel 3	Vergleichsbeispiel 3
400	0,590	0,549
500	0,993	0,677
630	1,101	0,706
800	1,126	0,817
1.000	1,170	0,830
1.250	1,211	0,804
1.600	1,172	0,797
2.000	1,172	0,834
2.500	1,091	0,786
3.150	1,059	0,798
4.000	1,051	0,862
5.000	1,065	0,859
6.300	1,104	0,864
8.000	1,090	0,886
10.000	1,054	0,848
NRC	1,070	0,769
* Messverfahren = Die Probe des Schallabsorptions- und Dämmmaterials und die oben hergestellte Urethanschaumprobe wurden in eine Messkammer gelegt, 15 Schallquellen im Bereich von 400 Hz bis 10.000 Hz wurden eingegeben, und der Schallabsorptionsgrad des Materials gegen Nachhall wurde gemessen und verglichen (ISO 354, bspw. DIN EN ISO 354:2003-12).
* Schalldämpfungskoeffizient (NRC) = Mittelwert der Schalldämmungswerte im Bereich von 400 bis 10.000 Hz

Wie aus Tabelle 4 und 7 hervorgeht, betrug der Schalldämpfungskoeffizient in Beispiel 3 1,070 und im Vergleichsbeispiel 3 0,796, was angibt, dass der Schalldämpfungskoeffizient von Beispiel 3 größer war als der von Vergleichsbeispiel 3.
Daher zeigte das gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hergestellte Schallabsorptions- und Isolationskissen, welches das Schallabsorptions- und Dämmmaterial aufweist, eine bessere Schallabsorptionsfähigkeit als das Urethanschaumkissen, welches den Urethanschaum gemäß der herkömmlichen Technik aufweist.
Obwohl die beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Veranschaulichung offenbart wurden, ist es dem Fachmann klar, dass verschiedene Modifikationen, Ergänzungen und Substitutionen möglich sind, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie sie in den begleitenden Ansprüchen offenbart wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

ISO 354 [0085, 0088, 0096]
DIN EN ISO 3542003-12 [0085, 0088]
DIN EN ISO 354:2003-12 [0096]

Claims

Ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial, aufweisend: eine Hohlfaser; eine Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt; und eine Basisfaser.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß Anspruch 1, aufweisend: eine Menge von 10 bis 50 Gew.-% der Hohlfaser; eine Menge von 20 bis 40 Gew.-% der Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt; und eine Menge von 20 bis 50 Gew.-% der Basisfaser, wobei alle Gew.-% auf das Gesamtgewicht des Schallabsorptions- und Isolationsmaterials bezogen sind.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Hohlfaser eine Feinheit von 5 bis 15 Denier, eine Faserlänge von 50 bis 70 mm, ein Hohlkernverhältnis von 25 bis 29%, eine Bauschigkeit von 12.300 bis 12.800 cm³/g und 4 bis 10 Kräuselungen pro 2,54 cm aufweist.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt eine Feinheit von 3 bis 5 Denier, eine Faserlänge von 40 bis 60 mm und einen Schmelzpunkt von 100 bis 200°C hat.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Basisfaser eine Feinheit von 5 bis 15 Denier und eine Faserlänge von 50 bis 70 mm hat.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlfaser oder die Basisfaser eine Polyesterfaser ist.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt eine Polyesterfaser mit niedrigem Schmelzpunkt als Hülle und eine reguläre Polyesterfaser als Kern aufweist.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß Anspruch 6, wobei die Polyesterfaser eines oder mehrere aus der Gruppe aufweist, die aus Polyethylenterephthalat (PET), Polybutylenterephthalat (PBT) und Polytrimethylenterephthalat (PTT) besteht.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hohlfaser, die Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt oder die Basisfaser orthogonal zu einer Flächenrichtung des Schallabsorptions- und Isolationsmaterials angeordnet ist.
Das Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Schalldämpfungskoeffizienten (NRC) von 0,799 bis 0,830, einem Schalldämmungskoeffizienten von 18 bis 22% und einer leistungsbezogenen Lärmreduktion (PBNR) von 43 bis 44 dB.
Ein Schallabsorptions- und Isolationskissen, aufweisend ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche.
Das Schallabsorptions- und Isolationskissen gemäß Anspruch 11 mit einem NRC von 0,950 bis 1,100.
Ein Fahrzeug, das ein Schallabsorptions- und Isolationsmaterial gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Ein Fahrzeug, das ein Schallabsorptions- und Isolationskissen gemäß Anspruch 11 oder 12 aufweist.
Ein Verfahren zur Herstellung eines Schallabsorptions- und Isolationsmaterials, aufweisend: Herstellen (S10) einer Mischfaser durch Mischen einer Hohlfaser, einer Verbundfaser mit niedrigem Schmelzpunkt und einer Basisfaser; Schwingen (S20) der Mischfaser unter Verwendung einer Schwingmaschine; Kardieren (S30) der geschwungenen Mischfaser unter Verwendung einer Kardiermaschine; Orientieren (S40) der kardierten Mischfaser in einer Richtung orthogonal zu einer Flächenrichtung; und thermische Behandlung (S50) der orthogonal orientierten Mischfaser.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15, wobei die Kardiermaschine bei einer Vorschubgeschwindigkeit von 160 bis 180 Umdrehungen pro Minute und einem Doffer von 740 bis 760 Umdrehungen pro Minute betrieben wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 15 oder 16, wobei die thermische Behandlung der Mischfaser in einem Heißluftofen bei einer Temperatur von 140 bis 160° C durchgeführt wird.