JP2006523567A - コルク粒子と熱反応性結合剤とから形成された多孔質吸音材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
本発明は、特に車両用の吸音材、ならびにその製造方法に関する。本発明の課題は、高い吸音作用のほかに、同様に高い温度安定性ならびに加圧時に高い戻り能力を有する車両用の音響効果を有する構成要素を提供することである。この課題を解決するために、コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された開口の成形材料7から形成される吸音材が提案され、この場合、成形材料7の結合剤の割合は最大1〜20重量%である。吸音材の製造は、本発明によれば、コルク粒子が、熱反応性結合剤と共に、射出成形機械の型式に従って形成された成形機械の中空室に導入される方法で行われる。結合剤の凝固は、成形機械1の中空室4の結合剤に水蒸気20が吹き付けられることによって誘起されることが好ましい。
Description
本発明は、コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された多孔質成形材料から形成される特に車両用の吸音材、ならびにコルク粒子が熱反応性結合剤と共に成形機械に導入され、結合剤の凝固が熱作用によって誘発される、このような吸音材を製造するための方法に関する。
車両から発する音エミッションを低減するために、多数の音を遮断または減衰する構成要素が既に開発されている。この場合、特に、比較的高温または飛石による機械的な応力にさらされるエンジンルームおよびホイールハウスの音響効果を有する内張りが対象とされる。プラスチック製、例えば発泡ポリプロピレン製の構成要素は、圧力応力時または飛石の際に僅かな1つの戻り能力のみを有する。このような構成要素に対する通常の要件には、さらに、車両重量と共に一般的に増加する燃費に関して可能な限り小さな重量および廉価な製造性が挙げられ、このことは、高い音響作用とそれぞれ関連する。
特許文献1から、低い周囲圧力で熱供給の下で焼成されたコルク粒子および接着剤から成る混合物から構成される多孔質成形体が公知であり、この場合、混合物は、おがくずおよび松葉または松葉くずをさらに含む。コルク粒子は、1〜2mmの粒子サイズのコルク粉およびコルクくずから構成される。接着剤として、尿素縮合生成物が使用される。成形体の接着剤の割合は25重量%である。さらに、成形体は常温用にかわから成る外被を備える。成形体は、特に植物部分用の差し込み台として使用される。代わりに、この成形体は、断熱および防音の構造板としても使用される。しかし、この成形体の音減衰作用は、月並みであろう。
独国特許第3730208A1号明細書
本発明の課題は、高い吸音作用のほかに、同様に高い温度安定性ならびに加圧時に高い戻り能力を有する車両用の音響効果を有する構成要素を提供することである。さらに、構成要素は、比較的小さな重量を有しかつ廉価に製造可能であるべきである。
この課題は、請求項1の特徴を有する本発明による吸音材によって解決される。本発明による吸音材は、コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された開口形成される多孔質成形材料から構成され、この場合、成形材料の結合剤の割合は最大1〜20重量%である。
コルク材料は、高い温度安定性を吸音材に付与し、この温度安定性は、多くのプラスチックの場合よりも本質的により高く、特にEPP(発泡ポリプロピレン)から成る吸音材の場合よりも高い。さらに、コルクは、卓越した戻り能力を有する。このことは、本発明による吸音材が例えばホイールハウスライニングの形態で形成される場合、特に飛石に関し利点である。さらに、コルク粒子は再生原料として廉価に獲得可能であり、本明細書の関心の対象である種類の構成要素のゴミのない製造を可能にする。コルクは、一般に、音響効果を有する細孔、特に微細孔を有する。
コルク粒子および熱反応性結合剤は、本発明による吸音材の場合、コルク粒子および熱反応性結合剤から形成された成形体が粗孔を有する開口構造であるように、選択されかつ寸法決めされる。これによって、高い吸音作用が達成される。成形材料の結合剤の割合は、1〜10重量%であり、特に1〜5重量%に過ぎない。
さらに、本発明の課題は、このような吸音材を製造するための方法を提供することである。この課題は、請求項25の特徴を有する方法によって解決される。
本発明による方法は、本質的に、コルク粒子が、熱反応性結合剤と共に、射出成形機械の型式に従って形成された成形機械の中空室に導入されることを特徴とし、この場合、結合剤に対するコルク粒子の比率は、完成した多孔質成形材料の結合剤の割合が最大1〜20重量%であるように選択される。結合剤の凝固は、成形機械の中空室の結合剤に水蒸気が印加されることによって誘発されることが好ましい。
本発明の有利な実施態様は、吸引開口部を介して成形機械の中空室とそれぞれ連通する互いに無関係に制御可能な複数の吸引管を備える成形機械が使用され、この場合、吸引開口部は互いに離間して配置され、また吸引管の吸引出力がそれぞれ異なる高さに設定され、この結果、成形機械の中空室の様々な部分のコルク粒子は、異なる強さで圧縮される。このようにして、本発明による完成した成形材料が、異なる密度および/または気孔率の部分を備えることが達成される。このように、成形材料、したがって吸音材をそれぞれの局所的な音強度分布ならびに周波数スペクトルに適応させ、したがって、最適な吸音を達成することが可能である。
この関連で、本発明の好ましい実施態様は、本発明による成形材料を製造するために、互いに離間して配置された複数の供給管を備える成形機械が使用され、これらの供給管を介して、平均粒径および/または粒子サイズ分布に関し区別されるコルク粒子を成形機械の中空室に選択的に供給することができることを意図している。
本発明による吸音材のさらに好ましい実施態様によれば、吸音材は、羊毛材料、発泡材、重量層材料および/または繊維組織から成る少なくとも1つの層を備えることが意図される。1つまたは複数の層は、多孔質成形材料の結合剤によって成形材料と結合できることが好ましい。
本発明による吸音材は、特に、ホイールハウスライニング、アンダフロアカバー、ルーフ内張り、ドア内張り、車体ピラーカバー、エンジンルームライニング、エンジンフードカバー、トランクルーム内張り、ラゲッジルームカバー、車両フロア内張りとして、特に、カーペット下部構造、トランスミッショントンネルカバーまたはリヤシェルフとして形成される。
本発明のさらに好ましく有利な実施態様は、下位請求項に示されている。
以下に、複数の実施例を例示した図面を参照して本発明について詳細に説明する。
図1から図4に示した成形機械1は、射出成形機械の型式に従って形成され、下部工具2と昇降可能な上部工具3とを含む。下部工具2は、上部工具3によって閉鎖可能である片側が開口した中空室4を備える。上部工具の下側3は、下部工具2の成形プロフィール6と共に、製造すべき成形材料7の形状または輪郭を画定する成形プロフィール5を備える。
上部工具3は、その成形プロフィール5の領域に出口を有する供給管8を有し、この供給管を介して、閉じた成形機械の中空室4に成形塊を導入することができる。下部工具2に、比較的小さな直径を有する複数のチャネル10を介して、成形塊を収容する成形機械の中空室4と連通する分配室9が形成される。
図1に、上部工具3の引き下げによって成形機械が閉じられる状況が示されている。成形機械1の閉鎖状態では、供給管8を介して、コルク粒子と熱反応性結合剤とから構成された成形塊11が中空室4に導入される(図2)。成形塊の導入は、空圧的に、例えば吹込みによって行われる。代わりにまたは補充的に、コルク粒子と結合剤とから成る既存の成形塊11を中空室4に吸入することもできる。この場合、下部工具2の分配室9に、吸引器(図示せず)等が接続される。
コルク粒子は、2mm〜8mmの範囲の平均粒径を有する。優れた結果が、特に、3〜6mmの範囲の平均粒径のコルク粒子で達成された。
コルク粒子および結合剤は、混合物として成形機械1に導入することができる。この場合、結合剤は、粒状体または粉末として本質的に乾燥して存在する。しかし、コルク粒子も使用でき、このコルク粒子は、成形機械1の中空室4に導入する前に、すでに結合剤で少なくとも部分的に被覆される。
熱反応性結合剤の場合、尿素、メラミン樹脂またはポリアクリレートをベースとする結合剤が対象とされることが好ましい。特に結合剤として、架橋の前に熱可塑性的に形成可能である熱反応性アクリレート樹脂の形態のジュロ可塑性の結合剤が使用される。このようなアクリレート樹脂は、例えば、BASF株式会社(BASF AG)から名称アクロドゥル(Acrodur)(登録商標)の下で入手可能である。結合剤は、フォルムアルデヒドを含まないことが好ましい。
中空室1の成形機械4が、コルク粒子と熱反応性結合剤とから構成された成形塊11で充填された後、供給管8は中空室4への出口で閉じられ、供給管8になお存在する成形塊11は、中空室4に少なくとも直接隣接する領域で除去されるかまたは吸引される。供給管8を介して、製造すべき成形材料7にそれぞれ対応する量の成形塊11をチャージ毎に供給することも当然可能である。
次に、分配室9、したがって、中空室4に存在する成形塊11に、高温の水蒸気が印加され、この結果、熱反応性結合剤の凝固が誘発される(図3参照、本図では黒く示した水蒸気が参照番号20で示されている)。
結合剤が完全にまたは少なくとも大部分凝固した後、成形機械は上部工具3を持ち上げることによって開かれ、完成した開口の成形材料7が工具1から取り出される(図4)。開口の成形材料7の固化は、冷却流体、例えば低温の空気を用いて成形機械1および/または成形材料7を冷却することによって補助することができる。
成形材料7の結合剤の割合は最大1〜20重量%である。成形材料7の気孔率および安定性に関し、試験により、1〜10重量%の結合剤の割合で、特に1〜5重量%の結合剤で優れた結果が達成された。
凝固した結合剤は弾性的である。この凝固剤は、少なくとも90℃、好ましくは少なくとも120℃の温度安定性を有する。特に、凝固状態で約180℃の温度安定性を有する結合剤を使用できる。
本発明による吸音材は、原則として、コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された開口の成形材料7のみから構成できる。成形材料7の気孔率は比較的高い。気孔率は、少なくとも20%、特に少なくとも30%であることが好ましい。平均粒径ならびにコルク粒子の粒子サイズ分布は、完成した多孔質成形材料7が、5kPas/m2〜50kPas/m2の範囲の単位長さ当たりの流動抵抗を有するように選択される。粒子サイズ分布は、成形材料7の単位長さ当たりの流動抵抗が8kPas/m2〜20kPas/m2の範囲にあるように選択されることが好ましい。
図5〜図7は、コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された開口の成形材料7をそれぞれ備える、本発明による吸音材の3つの様々な実施態様を示している。
図5に示した吸音材の場合、開口の成形材料の片側は重量層材料から成る層12で覆われる。ここで本質的に板状に形成された吸音材は、1つの作業工程で製造でき、この場合、重量層材料から成るカバー層または下層12は、しかるべき成形機械の中空室に挿入されるかまたは射出成形によってその中に作成される。次に、カバー層または下層12は、コルク粒子と結合剤とから成る成形塊を吹き込むかおよび/または吸入することによって被覆される。重量層材料から成る層の代わりに、この方法で、場合によっては、羊毛材料、発泡材および/または繊維組織から成る層にコルク粒子および結合剤を被覆することができる。この場合、羊毛材料、発泡材、繊維組織または重量層材料から成る成形材料7および層12は、成形塊に含まれる熱反応性結合剤によって互いに結合される。カバー層または下層12の場合、開口またはガス透過性ならびに本質的にガス密、特に水密の材料層を対象とすることができる。
図6に示した吸音材は、開口の成形材料7の露出側に隆起部13が形成されることによって、図5による実施例とは異なる。ここで、隆起部13は、本質的に網目状に配置される半球状のイボの形態を備える。隆起部13はまた、例えば、ピラミッド、円錐、円筒、直方体、ダイスおよび/またはスタッドの形態で、異なって形成できることが理解される。異なる密度および/または幾何学的寸法の隆起部13を配置または形成することも、本発明の範囲にある。
図7に図示した実施例の場合、マット状の多孔質成形材料7と重量層材料から成るカバー層12との間に、羊毛材料または発泡材から成る中間層14が配置される。羊毛材料は、溶融繊維および/または熱可塑性繊維であることが好ましい。
図8には、本発明による吸音材を製造するための成形機械の別の実施態様が示されている。成形機械1’は、再び、射出成形機械の型式に従って構成され、この場合、昇降可能な上部工具3’は、互いに離間して配置された複数の供給管8’、8”を備え、これらの供給管を介して、コルク粒子と熱反応性結合剤とから構成された成形塊を成形機械1’の中空室4内に選択的に供給することができる。下部工具2’には、少なくとも1つの吸引開口部16を介して成形機械1’の中空室4とそれぞれ連通する複数の吸引管15、15’が設けられる。この場合、吸引開口部16は互いに離間して配置される。吸引管15、15’には、互いに無関係に制御可能な電気機械的仕切り弁17が設けられる。仕切り弁17を用いて、吸引管15、15’の吸引出力が異なる高さに設定され、この結果、結合剤で被覆されたコルク粒子は成形機械1’の内部で局所的に異なる強さで圧縮される。このようにして、異なる気孔率および流動抵抗の部分18、19を備える開口の成形材料7’が作成される。
図8に、中央の吸引管15に、両方の外側吸引管15’におけるよりも高い吸引出力が設定された製造方法が示されている。それに応じて、成形材料の外側に位置する領域19におけるよりもより強いコルク粒子の圧縮が、成形材料7’の中央部分18に得られる。
供給管8’、8”を介して、平均粒径および/または粒子サイズ分布に関し区別されるコルク粒子を選択的に供給することも可能である。このように、例えば中央の供給管8’を介して、比較的小さな平均粒径を有するコルク粒子、例えば2〜4mmの平均粒径を有するコルク粒子が供給され、一方、他の供給管8”を介して同時にまたは時間的に後接続して、より大きな平均粒径を有するコルク粒子、例えば5〜8mmの平均粒径を有するコルク粒子が供給される。このようにして、図8〜図10に概略的に示したように、開口の成形材料7’、7”を作成できる。
図10による吸音成形材料7”は、多孔質羊毛材料または発泡材から成るカバー層12の存在によって、図9による多孔質成形材料7’とは異なる。カバー層12は、既述したように、成形機械1’に挿入して、コルク粒子と熱反応性結合剤とから構成された成形塊を後部に吹き付けるかまたは被覆することができる。参照番号18と19により、図9と図10に、異なる粒子サイズ、したがって異なる気孔率を有する部分または領域が示されている。
本発明による吸音材は、特に、車両に取り付けるための吸音構成要素として規定される。吸音材の高い温度安定性に基づき、吸音材は、例えばトランスミッションカバーとしてならびにエンジン側のファイアウォールカバーとして形成される。別の好ましい用途範囲は、吸音のホイールハウスライニングとしての使用である。さらに、本発明による吸音材は、車両内の別の用途範囲にも適しており、例えば、エンジンカバー、エンジンフード断熱材、アンダフロアカバー、カーペット下部構造、ドア内室カバー、ルーフ内張り、ルーフピラーカバー、リヤシェルフおよび/またはトランクルームライニングとしても形成できることが理解される。本発明による成形材料が湿度または水分さらされると、成形材料は、水密であるが、音透過性の被覆を備えるかおよび/または特に結合剤に混合可能な疎水性の含浸剤を成形材料に設けることができる。水密の被覆として、例えば薄いプラスチック泊またはアルミ箔を使用することができる。
本発明の仕様は、前述の実施例に限定されない。むしろ、基本的に異なる形状の場合にも、特許請求の範囲に示した発明構想を使用する複数の変形が考えられる。
Claims (40)
- コルク粒子と熱反応性結合剤とから製造された多孔質成形材料(7、7’、7”)から形成される特に車両用の吸音材において、
前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が開口形成され、前記成形材料の結合剤の割合が最大1〜20重量%であることを特徴とする吸音材。 - 前記成形材料(7、7’、7”)の結合剤の割合が1〜10重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の吸音材。
- 前記成形材料(7、7’、7”)の結合剤の割合が1〜5重量%であることを特徴とする、請求項1に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が少なくとも20%の気孔率を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が少なくとも30%の気孔率を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が、2〜8mmの平均粒径のコルク粒子から形成されることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が、3〜6mmの平均粒径のコルク粒子から形成されることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が、5kNs/m4〜50kNs/m4の範囲の単位長さ当たりの流動抵抗を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が、8kNs/m4〜20kNs/m4の範囲の単位長さ当たりの(length specific) 流動抵抗を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7’、7”)が、異なる密度および/または気孔率の部分を備えることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7’、7”)が、異なる粒度分布のコルク粒子から成る部分を備えることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が、異なる流動抵抗の部分を備えることを特徴とする、請求項1〜11のいずれか1項に記載の吸音材。
- 凝固状態の前記結合剤が弾性的であることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記結合剤が、その凝固が水蒸気(20)によって誘起可能な結合剤であることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記結合剤が、少なくとも120℃の温度安定性を有することを特徴とする、請求項1〜14のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記結合剤が、少なくとも180℃の温度安定性を有することを特徴とする、請求項1〜15のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記結合剤が、架橋結合の前に熱可塑性的に成形可能であるジュロ可塑性(duroplastic)の結合剤であることを特徴とする、請求項1〜16のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7)が、イボ、ピラミッド、円錐、円筒、直方体、ダイスおよび/またはスタッドの形状の隆起部(13)を備えることを特徴とする、請求項1〜17のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記隆起部(13)が網目状に配置されることを特徴とする、請求項18に記載の吸音材。
- 前記隆起部(13)が異なる密度で配置されることを特徴とする、請求項18に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7)が板状またはマット状に形成されることを特徴とする、請求項1〜20のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記吸音材が、羊毛材料、発泡材、重量層材料および/または繊維組織から成る少なくとも1つの層(12、14)を備えることを特徴とする、請求項1〜21のいずれか1項に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7”)と、羊毛材料、発泡材、重量層材料および/または繊維組織から成る前記層(12、14)とが、前記結合剤によって互いに結合されることを特徴とする、請求項22に記載の吸音材。
- 前記多孔質成形材料(7、7’、7”)が防水性の音透過性の被覆を備えるか、および/または、前記多孔質成形材料に疎水性の含浸剤が設けられることを特徴とする、請求項1〜23のいずれか1項に記載の吸音材。
- コルク粒子が熱反応性結合剤と共に成形機械(1、1’)に導入され、前記結合剤の凝固が熱作用によって誘発される、特に車両用の多孔質吸音材を製造するための方法において、
前記コルク粒子が、前記結合剤と共に、射出成形機械の型式に従って形成された成形機械(1、1’)の中空室(4)に導入されることと、前記結合剤に対する前記コルク粒子の比率が、前記完成した多孔質成形材料(7、7’、7”)の前記結合剤の割合が最大1〜20重量%であるように選択されることを特徴とする方法。 - 前記結合剤に対する前記コルク粒子の比率が、前記成形材料(7、7’、7”)の結合剤の割合が1〜10重量%であるように選択されることを特徴とする、請求項25に記載の方法。
- 前記結合剤に対する前記コルク粒子の比率が、前記成形材料(7、7’、7”)の結合剤の割合が1〜5重量%であるように選択されることを特徴とする、請求項26に記載の方法。
- 前記成形機械(1、1’)の中空室(4)の中にある結合剤に、水蒸気(20)が吹き付けられることを特徴とする、請求項25〜27のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成形機械(1’)が、吸引開口部(16)を介して前記成形機械(1’)の中空室(4)とそれぞれ連通する互いに無関係に制御可能な複数の吸引管(15、15’)を備え、前記吸引開口部(16)が互いに離間して配置され、また前記吸引管(15、15’)の吸引出力が異なる高さに設定され、この結果、前記成形機械(1’)の中空室(4)の様々な部分の前記コルク粒子が、異なる強さで圧縮される、請求項25〜28のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成形機械(1’)が、互いに離間して配置された複数の供給管(8’、8”)を備え、該供給管を介して、平均粒径に関し区別されるコルク粒子が、前記成形機械(1’)の中空室(4)に選択的に供給される、請求項25〜29のいずれか1項に記載の方法。
- コルク粒子として、2〜8mmの範囲の平均粒径のコルク粒子が使用されることを特徴とする、請求項25〜30のいずれか1項に記載の方法。
- コルク粒子として、3〜6mmの範囲の平均粒径のコルク粒子が使用されることを特徴とする、請求項25〜31のいずれか1項に記載の方法。
- 結合剤として、凝固状態で弾性的である結合剤が使用されることを特徴とする、請求項25〜32のいずれか1項に記載の方法。
- 結合剤として、約180℃の温度安定性を有する結合剤が使用されることを特徴とする、請求項25〜33のいずれか1項に記載の方法。
- 結合剤として、架橋によって熱可塑性的に成形可能であるジュロ可塑性の結合剤が使用されることを特徴とする、請求項25〜34のいずれか1項に記載の方法。
- コルク粒子と結合剤とから形成された前記多孔質成形材料(7、7”)に、羊毛材料、発泡材重量層材料および/または繊維組織から成る少なくとも1つのカバー層または下層(12、14)が設けられることを特徴とする、請求項25〜35のいずれか1項に記載の方法。
- 羊毛材料、発泡材重量層材料および/または繊維組織から成る少なくとも1つのカバー層または下層(12、14)が、前記成形機械(1、1’)の中空室(4)に挿入されるかまたはその中に作成され、次に前記カバー層または下層(12、14)が、前記結合剤と前記コルク粒子とを吹き込むかおよび/または吸入することによって被覆されることを特徴とする請求項25〜35のいずれか1項に記載の方法。
- 前記成形材料(7、7’、7”)の固化が、冷却流体(7、7’、7”)を用いて前記成形機械(1、1’)および/または前記成形材料を冷却することによって補助されることを特徴とする、請求項25〜37のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コルク粒子がそれらの粒子サイズに関して、また前記結合剤に対する前記コルク粒子の比率が、前記完成した多孔質成形材料(7、7’、7”)が5kNs/m4〜50kNs/m4の範囲の単位長さ当たりの流動抵抗を有するように選択されることを特徴とする、請求項25〜38のいずれか1項に記載の方法。
- 前記コルク粒子がそれらの粒子サイズに関して、また前記結合剤に対する前記コルク粒子の比率が、前記完成した多孔質成形材料(7、7’、7”)が8kNs/m4〜20kNs/m4の範囲の単位長さ当たりの流動抵抗を有するように選択されることを特徴とする、請求項25〜38のいずれか1項に記載の方法。
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