ES2418805T3 - Material compuesto ultraligero para tapicería - Google Patents

Abstract

Un material compuesto ultraligero para tapicería, que comprende al menos una capa fibrosa de AFR absorbente del sonido, que tiene una resistencia al paso de aire entre 500 Ns/m3 y 10.000 Ns/m3 y una masa superficial específica mA entre 200 g/m2 y 3000 g/m2, una capa soporte de espuma y una película no porosa, muy delgada y ligera de peso, acústicamente transparente, entre la capa de AFR y la capa soporte de espuma, en el que la capa soporte espumada se espuma directamente contra la película, caracterizado por que la capa soporte de espuma tiene una rigidez SD de entre 100 Pa y 100.000 Pa.

Description

Material compuesto ultraligero para tapicería.

La presente invención concierne a un material compuesto ultraligero para tapicería para reducir el ruido en vehículos a motor y comprende las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Este material compuesto se da a conocer en el documento WO98/18656 y describe una configuración de material ligero de peso con propiedades que proporcionan un comportamiento definido de absorción del sonido. En particular, este comportamiento en cuanto a la absorción está controlado principalmente por el peso de la superficie

y las propiedades de resistencia al paso del aire de una capa porosa abierta de resistencia al paso del aire (“AFR”)

así como por el espesor de un soporte poroso o capa desacoplante. La intención de este concepto es compensar la reducción de la pérdida de la transmisión del material compuesto (causado por su peso reducido en comparación con un sistema convencional de aislamiento de barrera de masa), con un comportamiento de absorción de sonido bien definido.

La industrialización original de este concepto, en el que se usaron capas de fibra resonada para la capa de AFR y la capa porosa soporte, ha demostrado tener éxito. A medida que continúa el trabajo de desarrollo para mejorar el éxito de este concepto con otros materiales tales como espumas de poliuretano, se han encontrado dificultades en cuanto a la identificación de procedimientos para producir componentes que sigan las directrices de la patente antes mencionada. Específicamente, cuando se espuma directamente una capa de AFR fibrosa, los productos químicos de espumación saturan las fibras y cierran eficazmente los poros, lo que da por resultado configuraciones poco absorbentes con valores altos de resistencia al paso de aire que quedan fuera del intervalo diana de la doctrina de la publicación anterior.

En la técnica son ya conocidos similares productos multicapa de poco peso, considerados por ejemplo en el documento EP-B-0 384 420. El producto de acuerdo con esta descripción comprende una capa acústicamente eficaz que consiste en una combinación de dos capas: al menos una capa porosa sintética de una masa específica de 150 g/m2 a 1500 g/m2 y una capa vellosa con una masa específica de aproximadamente 50 g/m2 a 300 g/m2. La capa vellosa está reespumada o está cubierta con una hoja densa y/o una capa pesada antes de la reespumación. El documento nada dice sobre la resistencia al paso de aire o el espesor de la capa acústicamente eficaz, siendo ambos parámetros importantes para optimizar el comportamiento acústico de productos de tapicería.

Todos estos productos de peso ligero conocidos son más bien difíciles de fabricar y por ello originan unos costes de fabricación altos cuando se adaptan a diferentes fines o aplicaciones que requieren unas propiedades acústicas ligeramente modificadas.

Por tanto, la finalidad de la presente invención es conseguir un material compuesto de tapicería que permita ajustar fácilmente las propiedades acústicas, esto es, que tenga una alta capacidad para una producción barata o de bajo coste de una gran cantidad de productos y un comportamiento acústico predeterminado.

Esto se logra con un material compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 y, en particular, equilibrando el comportamiento de absorción y de transmisión de sonido en un producto que comprende una primera capa acústicamente eficaz (capa de AFR) que tiene una resistencia al paso de aire R entre 500 Ns/m3 y 10.000 Ns/m3, preferiblemente entre 500 Ns/m3 y 5.000 Ns/m3, en particular entre 500 Ns/m3 y 2.500 Ns/m3 y que tiene una masa superficial específica entre 200 g/m2 y 3.000 g/m2, en particular entre 200 g/m2 y 1.600 g/m2. Esta capa de AFR consiste en un fieltro de fibra densificada, en particular, que comprende microfibras. La absorción de sonido se puede optimizar fácilmente variando el espesor (0,5-8 mm, en particular 0,5-6 mm, preferiblemente 2 mm) o la composición fibrosa de esta capa de AFR. El producto multicapa de acuerdo con la presente invención comprende además una segunda capa de espuma subyacente, capa subyacente con un módulo de deflexión de fuerza a compresión (CFD) muy bajo, de acuerdo con las normas ISO, DIN o ASTM. La rigidez SD de esta segunda capa subyacente elástica que actúa como desacoplador tiene un valor típico en el intervalo de entre 100 Pa y 100.000 Pa. Este desacoplador puede estar constituido por cualquier material adecuado, en particular una espuma porosa o un gel. Además, el producto multicapa de acuerdo con la presente invención comprende una película acústicamente transparente muy delgada y ligera, colocada entre la capa soporte, esto es. la segunda subyacente de espuma, y la primera capa de AFR, absorbente de sonido. Esta película acústicamente transparente puede consistir en un material termoplástico cualquiera, en particular puede consistir en hoja de PVOH, PET, EVA, PE, PP o, en particular, en una hoja capa dual de PE/PA. Esta hoja en combinación con la capa soporte actúa como hoja absorbente acústica. La rigidez a compresión SD antes mencionada de la capa soporte y el espesor de esta película influyen sobre el comportamiento acústico del producto de acuerdo con la presente invención. Se entenderá que esta película no está perforada con el fin de aumentar la pérdida de transmisión del producto de material compuesto.

Las realizaciones preferentes de la presente invención comprenden rasgos de las reivindicaciones dependientes.

Las ventajas de la presente invención son obvias para un experto en la técnica. Dependiendo del comportamiento acústico deseado, es posible fácilmente y eficazmente en cuanto a costos montar el producto correspondiente variando el valor de AFR de la primera capa, variando la cantidad y el tamaño de las perforaciones de la película y/o variando la estructura de la superficie de la espuma.

Además, este material compuesto permite separar fácilmente las partes de espuma del fieltro de fibra durante el reciclado.

En lo que sigue se discute la viabilidad de la presente configuración de material compuesto ultraligero proporcionando fácilmente un comportamiento fácilmente ajustable de absorción de sonido y pérdida por transmisión.

La Fig. 1 es una vista esquemática de un conjunto de material compuesto de acuerdo con la invención.

El material compuesto ultraligero de tapicería 1 de la presente invención comprende una combinación de capas que se comportan principalmente como un sistema acústico de masa muelle, esto es, que comprende al menos una capa que actúa como un muelle 2 y al menos una capa 4 de AFR absorbente de sonido que actúa como masa 3 del sistema acústico de masa-muelle. Esta capa 4 de AFR absorbente de sonido consiste en fibras o una combinación de fibras y espuma cortada.

Los rasgos principales de este material compuesto son una película fina 6 acústicamente transparente (invisible acústicamente) presente entre la capa de espuma 5 y la capa de AFR 4, película que previene la saturación de la espuma en las fibras de la capa de AFR. La capa soporte 5 de espuma blanda tiene preferiblemente propiedades de rigidez similares a las de la capa 4 de AFR. Este material compuesto puede comprender además otras capas tales como una capa decorativa o de tapete 7, que se considera que es parte de la capa 8 de absorción de resistencia al paso de aire.

Debido a limitaciones de la tecnología actual de procesos, la espumación directa de una capa fibrosa de AFR da por resultado una saturación de las fibras de la capa 4 de AFR con los productos químicos de espumación. Esto cierra la capa 4 de AFR, lo que da por resultado unos niveles muy altos de resistencia al paso de aire y a la correspondiente degradación del comportamiento de absorción del material compuesto.

Para evitar la saturación de las fibras de AFR, se puede insertar una película fina 6, no porosa, entre la capa 4 de AFR y la espuma 5 en el proceso de producción. Se puede ver claramente que las películas 6 con valores del espesor de aproximadamente 0,01 mm o menos tienen un comportamiento de pérdida de la transmisión despreciable y han de considerarse como acústicamente transparentes. Cuando este tipo de película 6 se combina con un material compuesto ultraligero de acuerdo con el documento WO 98/18656, se posibilita que una parte suficiente de la onda acústica que entra pase a través de la capa soporte porosa y se disipe. El resultado final es una ligera degradación del comportamiento de absorción del material compuesto.

Se ha simulado el comportamiento normal de absorción del sonido incidente de una capa soporte 25 mm de espuma y una capa soporte de espuma con una película es 0,0125 mm y se ha comparado con medidas de impedancia. Luego se usan los modelos de simulación validados de la espuma y la película para definir las propiedades de la capa de película insertada entre la capa de AFR y las capas soporte de espuma, asegurando el mejor comportamiento de absorción posible.

Se simuló la absorción de sonido de tal material compuesto (con película) para valores del espesor de 1 mm, 0,1 mm, 0,01 mm y 0,001 mm respectivamente. El caso con una película de 1 mm ofrece generalmente un comportamiento de absorción mediocre, mientras que los resultados revelan que usando películas de menos de 0,01 mm de espesor sólo se pueden lograr pequeñas mejoras.

Se midió el comportamiento de transmisión de sonido de este material compuesto con valores variables del espesor de la película. En el caso de la película de 0,091 mm. se produjo una ligera reducción de la pérdida de transmisión (TL) a frecuencias bajas en comparación con una configuración sin película, pero para más de 300 Hz se observó una mejora global de aproximadamente 2 – 3-dB. La reducción de la TL a frecuencias bajas no es una gran causa de preocupación en aplicaciones de automoción puesto que, para estas frecuencias, el ruido debido a la estructura es más importante que el ruido originado por el aire, y la TL del material compuesto no contribuye significativamente a este tipo de excitación.

Para resumir, una dimensión crítica de la película es que el espesor debe ser de aproximadamente 0,01 mm para asegurar un equilibrio suficiente entre absorción y transmisión de sonido en tal material compuesto. Una degradación cualquiera en el comportamiento de la absorción de tal material compuesto (con película) se puede compensar aumentando ligeramente el comportamiento en la transmisión de sonido.

Junto con la especificación del espesor de la película no porosa, se puede definir también la rigidez a compresión del soporte de espuma 5 para asegurar que el presente material compuesto tenga un comportamiento de transmisión del sonido similar al de los materiales compuestos conocidos.

En particular, las presentes configuraciones de peso ligero son más sensibles a la rigidez a compresión de la capa soporte porosa que los sistemas convencionales basados en masa. Esto se demostró cuando la pérdida de transmisión de sonido simulada de un material compuesto conocido, junto con configuraciones en las que se había aumentado por factores de 5, 10 y 20 la rigidez del soporte de espuma. Se puede ver claramente que al aumentar la rigidez de la capa soporte se desplaza la resonancia sandwich del material compuesto a frecuencias más altas. El riesgo es luego que la resonancia sandwich coincida con vibraciones localizadas del panel en el vehículo creando un radiador o transmisor de ruido efectivo.

Por tanto, para sistemas con un espesor y peso equivalentes, la rigidez a compresión de la espuma usada en el soporte de espuma de acuerdo con la invención debe ser similar al soporte del fieltro resonado en montajes conocidos con el fin de asegurar que el presente material compuesto tenga un comportamiento similar de transmisión del sonido.

Esto se demostró con otro ensayo en el que se ha medido la Carga-Fuerza-Deflexión (LFD) para muestras de 25 mm de espesor de fieltro resonado y soporte de espuma de acuerdo con la invención. Estas curvas expresan cómo cambia la rigidez del material con la deformación. De esta información se puede derivar la rigidez del material a compresión a partir de la pendiente de la curva en la región elástica lineal totalmente relajada (inferior a 5% de deformación). Las pendientes son similares para la espuma y las capas de filtro relajadas, lo que indica que ambos materiales tienen valores de la rigidez a compresión similares, esto es, que tienen un comportamiento similar de la pérdida de transmisión de sonido.

La característica acústica principal de la capa de espuma de acuerdo con la invención es que es blanda en cuanto a la rigidez a compresión (la razón de su eficacia como parte de un material compuesto ultraligero), más que las espumas típicas de poliuretano (PU) y comparable a la de las espumas denominadas viscoelásticas pesadas.

Se puede usar información sobre la capacidad de transmisión (relación del movimiento en la parte superior del material compuesto multicapa al del fondo del material compuesto) para reforzar más esta afirmación. Se ha determinado la capacidad de transmisión simulada de un material compuesto de acuerdo con la invención junto con las configuraciones en las que la rigidez del soporte de espuma ha disminuido por un factor de 0,5 y aumentado por factores de 5, 10 y 20. En estas mediciones se ha puesto de manifiesto claramente la frecuencia de la resonancia sandwich junto a las resonancias de otro material a frecuencias más altas. Como era de esperar, para configuraciones con capas ligeras de peso de AFR, el uso de una capa soporte de espuma blanda a compresión es eficaz para desplazar la resonancia sandwich del material compuesto ultraligero a por debajo del intervalo de frecuencia sensible de 400 Hz-1000 Hz. Luego se puede mejorar el comportamiento del material compuesto reduciendo aún más la rigidez de la capa soporte, lo que se puede lograr mediante la elección de los ingredientes de espumación y los métodos de procesamiento.

Finalmente, a partir del perfil medio de la capacidad de transmisión se puede derivar un conjunto de valores permisibles de la rigidez del soporte de espuma de acuerdo con la invención para pesos dados de la capa de AFR. Aquí se han calculado las capacidades de transmisión de materiales compuestos UL con una capa de AFR de 2 mm y capa soporte porosa de 25 mm. y se han promediado sobre bandas de 3ª frecuencia (10 Hz-2000 Hz) para pesos de capa de AFR y valores de rigidez a compresión de la capa soporte variables.

Usando esta información se pueden dar las siguientes especificaciones generales para un material compuesto ultraligero: peso específico superficial de la capa de AFR mayor que 0,2 kg/m2, rigidez a compresión de la espuma menor que 50.000 Pa (las espumas corrientemente usadas y un fieltro típico tiene valores de aproximadamente

20.000 Pa).

Como se ha descrito antes, la reespumación directa de una capa de fibras de AFR sella la capa y causa una notable degradación en el comportamiento de absorción del material compuesto. Al colocar una película delgada entre la AFR y las capas de espuma y usando un soporte de espuma blanda, el comportamiento acústico de un material compuesto de acuerdo con la invención puede lograrse un balance similar entre absorción y transmisión de sonido al de los materiales compuestos convencionales (sistemas de muelle-masa que tienen una capa gruesa) con una absorción ligeramente reducida y un comportamiento en la transmisión de sonido ligeramente mejorado.

Obviamente, el material compuesto de acuerdo con la invención se puede usar no sólo en el campo de la automoción, sino también en cualesquier campos técnicos en los que se usan paneles que aminoran el sonido, tales como construcción de edificios, industria de la maquinaria o cualquier vehículo de transporte.

Claims (4)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un material compuesto ultraligero para tapicería, que comprende al menos una capa fibrosa de AFR absorbente del sonido, que tiene una resistencia al paso de aire entre 500 Ns/m3 y 10.000 Ns/m3 y una masa superficial específica mA entre 200 g/m2 y 3000 g/m2, una capa soporte de espuma y una película no porosa, muy delgada y

   5 ligera de peso, acústicamente transparente, entre la capa de AFR y la capa soporte de espuma, en el que la capa soporte espumada se espuma directamente contra la película, caracterizado por que la capa soporte de espuma tiene una rigidez SD de entre 100 Pa y 100.000 Pa.
2. 2. Un material compuesto para tapicería de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la rigidez de la capa de espuma es inferior a 50.000 Pa.

   10 3. Un material compuesto para tapicería de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa de AFR tiene un espesor de 0,5-8 mm.
3. 4. Un material compuesto para tapicería de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la capa de AFR está hecha de fieltro de fibras densificadas, en particular microfibras.
4. 5. Un material compuesto para tapicería de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, en el que la 15 película está hecha de un material termoplástico como PVOH, PET, PE, PP o una hoja de capa dual de PE/PA.