WO2015055338A1 - Akustisch wirksame abschirmteile und abdeckungen - Google Patents

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    • B32B2262/00—Composition or structural features of fibres which form a fibrous or filamentary layer or are present as additives
    • B32B2262/14—Mixture of at least two fibres made of different materials

Definitions

  • the invention relates to acoustically effective shielding parts and covers, in particular for motor vehicles.
  • thermoforming process are mats that consist of thermoplastic and possibly other textile fibers, heated initially removed so that activation of the contained ⁇ requested thermoplastic fibers takes place. Through this activation, the fibers are heated to the extent that they are plastic, but the fiber mat structure of the overall composite is retained. To this activated material then zuformen by ⁇ , the semifinished product is pre-stretched and pre-molded in a mold ⁇ tool. Demoulding therefrom the gewonne ⁇ NEN thermoplastic and Matt deformed part occurs after this is cooled below the melting or activation temperature of the fibers forming the plastic.
  • aerogels are unsuitable for automotive Daem ⁇ regulations because they do not absorb the vibration and shear stresses occur and are ground relatively quickly to the smallest particles.
  • the fiber materials will in this case be composed of aerogels, wherein said fibrous material at least 50 vol .-% 85 Vol .-% and most preferably entirely be composed of aerogels preferably, whereby a high thermal isolati ⁇ ons Sab should be achievable.
  • the airgel should be a cellulose airgel or carbon airgel, wherein the Fa ⁇ sermaterial diameter from 0.1 to 2000 microns at a density of 1 to 100 kg per m 3 and a specific Oberflä ⁇ surface of 100 to 300 m 2 should have per gram.
  • WO 2004/065424 A1 discloses a process for producing a porous cellulosic body, comprising preparing a cellulose solution in a tertiary amine oxide, preparing a body from the cellulose solution and precipitating the body in a precipitating agent.
  • a structure which has at least one fiber-reinforced airgel, and ⁇ least a binding layer, the binding layer is a silizi ⁇ umenthaltendes organic material and on at least one surface of the airgel material attached.
  • the object of the invention is to provide shielding parts or covers, in particular for motor vehicles, which are thermally and acoustically well insulated and in this case are readily deformable.
  • a fiber mixture for producing such preformed shielding components, which Contains cellulose aerogels.
  • the fiber mixture itself consists of different combinations of melt fibers, such as polymer, bicomponent and monocomponent fibers, which allow the necessary bond between the individual fiber components, such as reinforcing fibers such as glass, silicate and mineral wool fibers, which mainly apply the required mechanical stability.
  • the fiber composite which contains a sufficient amount of melt ⁇ fibers, but also cellulose Aerogelfasern, as a mat or fabric or scrim or nonwoven finished component formed ge ⁇ .
  • aerogels are able - in contrast to blocks or infiltrates - to withstand occurring vibrations and shear forces.
  • the fiber mixture of cellulose aerogels and reinforcing fibers is formed and then introduced a binding material by infiltration, impregnation or spraying.
  • a molding is then carried out, wherein this or subsequent ⁇ td is cured the binder material.
  • Bin ⁇ dematerial curing takes place by temperature or pressure or other chemical or physical conditions.
  • 2-components can be resins, aerogels, ceramic systems and the like. As a result, components can be produced, on the one hand have high acoustic, but also high thermal insulation properties and also meet high thermal requirements.
  • the proportion of all fiber components is arbitrarily adjustable.
  • the mechanical properties of the ⁇ cellulose Aerogelmaschinen can be adapted to the application in fiber production. Depending on mechanical, thermal and acoustical requirements can so by a variation in the fiber mixture and the composition of airgel cellulose fibers stable to meet specific requirements Aerogelverbundsysteme used economically ⁇ the.
  • both versions can also be combined for the production of composites and multilayer / multilayer composites or other materials are connected herewith, so z.
  • B. a cellulose airgel insulation layer is present, which combined with a kera ⁇ mix or metallic temperature protection layer who ⁇ can.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein akustisch und thermisch wirksames Abschirmteil oder Abdeckung aufweisend ein Fasergemisch, welches geeignet ist, warmumgeformt zu werden, wobei das Fasergemisch aus Schmelzfasern, wie Polymer, Bikomponenten- und Einkomponentenfasern, Cellulose-Aerogelfasern sowie Verstärkungsfaser wie Glas-, Silikat- und Mineralwollfasern besteht, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Description

Akustisch wirksame Abschirmteile und Abdeckungen
Die Erfindung betrifft akustisch wirksame Abschirmteile und Abdeckungen insbesondere für Kraftfahrzeuge.
Akustische Abschirmteile und Abdeckungen im Kraftfahrzeugbe¬ reich werden insbesondere im Unterbodenbereich auf Kunststoff- und Textilbasis mithilfe des sogenannten Thermoformverfahrens hergestellt .
Beim Thermoformverfahren werden Matten, welche aus thermoplastischen und gegebenenfalls weiteren textilen Fasern bestehen, zunächst entfernt erwärmt, sodass eine Aktivierung der enthal¬ tenen thermoplastischen Fasern erfolgt. Durch diese Aktivierung werden die Fasern soweit erhitzt, dass sie zwar plastisch sind, die Fasermattenstruktur des Gesamtverbundes jedoch erhalten bleibt. Um dieses aktivierte Material anschließend um¬ zuformen, wird das Halbzeug vorgestreckt und in einem Form¬ werkzeug fertig geformt. Eine Entformung des hieraus gewonne¬ nen thermoplastischen und verformten Mattenteiles erfolgt nachdem dies unter die Schmelz- bzw. Aktivierungstemperatur des die Fasern ausbildenden Kunststoffs abgekühlt ist.
Es ist bekannt, in derartige Abschirmteile und Abdeckungen Ae- rogele zu integrieren. Hierzu wird das Formteil bzw. die Matte durch ein dem Umformprozess vor- oder nachgelagertes Tränken mit Aerogellösungen infiltriert. Nach entsprechenden Gelati- ons- und Trocknungsvorgängen ist entsprechendes Aerogel im Formteil vorhanden. Abhängig von dem Zeitpunkt der Infiltrati¬ on können bereits ausgebildete Aerogelanteile im Halbzeug wäh¬ rend des Umformprozesses jedoch wieder zerstört werden, außer¬ dem ist das Formteil nach Fertigstellung relativ empfindlich, da die sehr filigranen Aerogele, die zwischen den Fasern ausgebildet werden, durch Umbiegen zerstört werden können.
Es hat sich herausgestellt, dass Aerogele für automobile Däm¬ mungen ungeeignet sind, da sie die Vibrationen und auftretenden Schubspannungen nicht verkraften und relativ schnell zu kleinsten Partikeln zerrieben werden.
Bei der Integration der Aerogele in dieser Weise kann zwar eine hohe akustische und thermische Abschirmleistung möglich sein, die hierfür erforderlichen Prozessschritte sind jedoch sehr aufwendig. Aufgrund der Wartezeiten zwischen den einzelnen Vorgängen des Gelierens und Trocknens und teilweisen kos¬ tenintensiven Nachbearbeitungsschritten, ist ein massentaugliches Herstellungsverfahren insbesondere unter betriebswirt¬ schaftlichen Gesichtspunkten hier noch nicht realisiert worden. Des Weiteren beschränkt sich die Herstellungsmethode aus¬ schließlich auf thermoplastische formbare Kunststoffe, sodass der Einsatz fertiger Bauteile auf einen Temperaturbereich von 120 bis 200° C beschränkt ist.
Aus der DE 10 2006 049 179 AI sind Aerogel-Fasermaterialien, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie deren Verwendung bekannt. Die Fasermaterialien sollen hierbei aus Aerogelen aufgebaut sein, wobei das Fasermaterial zu mindestens 50 Vol.-% vorzugsweise 85 Vol.-% und besonders bevorzugt vollständig aus Aerogelen bestehen soll, wodurch eine hohe thermische Isolati¬ onswirkung erzielbar sein soll. Hierbei soll das Aerogel ein Cellulose-Aerogel oder Kohlenstoff-Aerogel sein, wobei das Fa¬ sermaterial Durchmesser von 0,1 bis 2.000 Mikrometer bei einer Dichte von 1 bis 100 kg pro m3 und einer spezifischen Oberflä¬ che von 100 bis 300 m2 pro Gramm besitzen soll. Die durch Ge¬ lierung und Gefriertrocknung gewonnenen Fasern sollen bei 250 bis 1.050° C pyrolisiert werden. Aus der WO 2004/065424 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer porösen cellulosischen Körpers bekannt, umfassend das Herstellen einer Celluloselösung in einem tertiären Aminoxid, Herstellen eines Körpers aus der Celluloselösung und Ausfällen des Körpers in einem Fällungsmittel.
Aus der US 6,068,882 ist eine thermische Isolation durch das Formen von Aerogelen innerhalb einer Fasermatrix bekannt, wobei der resultierende Verbundwerkstoff keine Faser-Faser- Kontakte mehr besitzen soll und der Isolierwerkstoff dadurch hergestellt wird, dass die Fasermatrix mit einem Aerogel ge¬ tränkt wird, welches einen sogenannten Precursor schafft und der Aerogel-Precursor unter Druck überkritisch getrocknet wird .
Aus der US 2006/0263587 AI ist eine Struktur bekannt, welche zumindest eine faserverstärkte Aerogelschicht besitzt und zu¬ mindest eine Bindeschicht, wobei die Bindeschicht ein silizi¬ umenthaltendes organisches Material ist und an zumindest einer Fläche des Aerogelmaterials angebunden ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, Abschirmteile bzw. Abdeckungen insbesondere für Kraftfahrzeuge zu schaffen, welche thermisch und akustisch gut isolieren und hierbei gut verformbar sind.
Die Aufgabe wird mit Abschirmteilen und Abdeckungen mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen gekennzeichnet .
Erfindungsgemäß wird ein Fasergemisch zur Herstellung derartiger vorgeformter Abschirmbauteile zur Verfügung gestellt, wel- ches Cellulose-Aerogelfasern enthält. Das Fasergemisch selbst besteht aus unterschiedlichen Kombinationen von Schmelzfasern, wie Polymer-, Bikomponenten- und Einkomponentenfasern, welche die notwendige Bindung zwischen den einzelnen Faserkomponenten ermöglichen, so wie Verstärkungsfasern wie Glas-, Silikat- und Mineralwollfasern, die vor allem die benötigte mechanische Stabilität aufbringen. Mithilfe des Thermoformverfahrens wird der Faserverbund, welcher eine ausreichende Menge an Schmelz¬ fasern, aber auch Cellulose-Aerogelfasern enthält, als Matte oder Gewebe oder Gelege oder Vlies zum fertigen Bauteil ge¬ formt .
Es hat sich überraschend herausgestellt, dass Aerogelfasern in der Lage sind - im Gegensatz zu Blöcken oder Infiltraten - auftretende Vibrationen und Schubmassen zu widerstehen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Fasermischung aus Cellulose-Aerogelfasern und Verstärkungsfasern gebildet und anschließend ein Bindematerial durch Infiltrierung, Tränkung oder Aufsprühen eingebracht. Eine Formung erfolgt anschließend, wobei hierbei oder anschlie¬ ßend eine Aushärtung des Bindematerials erfolgt. Je nach Bin¬ dematerial erfolgt die Aushärtung durch Temperatur oder Druck oder andere chemische oder physikalische Bedingungen. Bei¬ spielsweise können 2-Komponenten Harze, Aerogele, keramische Systeme und dergleichen verwendet werden. Hierdurch können Bauteile erzeugt werden, die einerseits hohe akustische, aber auch hohe thermische Isoliereigenschaften haben und zudem auch hohen thermischen Anforderungen entsprechen.
Bei beiden Ausführungsformen ist der Anteil aller Faserbestandteile beliebig einstellbar. Überdies können die mechani¬ schen Eigenschaften der Cellulose-Aerogelfasern bei der Faserherstellung an den Anwendungsfall angepasst werden. Je nach mechanischer, thermischer und akustischer Anforderung können so durch eine Variation in der Fasermischung sowie der Zusammensetzung von Aerogel-Cellulose-Fasern stabile, anforderungsgerechte Aerogelverbundsysteme wirtschaftlich eingesetzt wer¬ den .
Selbstverständlich können beide Ausführungen aber auch zur Herstellung von Kompositen und mehrlagigen/Mehrlagen-Verbundwerkstoffen kombiniert werden bzw. auch andere Werkstoffe hiermit verbunden werden, sodass z. B. eine Cellulose-Aerogel Dämmlage vorhanden ist, die mit einer kera¬ mischen oder metallischen Temperaturschutzlage kombiniert wer¬ den kann.
Durch die Integration von Cellulose-Aerogelfasern in Fasergemischen kann abhängig vom Gehalt ein Bauteil mit besonders ho¬ her thermischer und akustischer Dämmleistung erzielt werden, wobei diese Bauteile aufgrund des Gehalts an aktivierbaren Fa¬ sern in einfacher Weise in Form gebracht werden können. Hierdurch gelingt es, massentaugliche Herstellungsverfahren zu re¬ alisieren .

Claims

Patentansprüche
Akustisch und thermisch wirksames Abschirmteil oder Abde¬ ckung aufweisend ein Fasergemisch, welches geeignet ist, warmumgeformt zu werden, wobei das Fasergemisch in jeweils beliebigen Mischanteilen aus Schmelzfasern, wie Polymer-, Bikomponenten- und Einkomponentenfasern, Cellulo- se-Aerogelfasern sowie Verstärkungsfasern wie Glas-, Silikat- und Mineralwollfasern besteht.
Abschirmteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmteil mittels des Thermoformverfahrens umge¬ formt ist.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasermischung ein Binde¬ material enthält, welches durch Infiltrierung, Tränkung oder Aufsprühen eingebracht ist, wobei das Bindematerial durch Temperatur oder Druck oder andere chemische oder physikalische Bedingungen aushärtet.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindematerial Harze, 2-Komponenten-Harze, Aerogele, keramische Systeme und der- gleichen umfasst.
Abschirmteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschirmteil aus mehreren Lagen bestehend jeweils aus Cellulose-Aerogelfasern und Schmelzfasern und Verstärkungsfasern besteht, wobei die unterschiedlichen Lagen unterschiedliche Zusammensetzungen und/oder unterschiedliche oder Bindematerialien Binder be- sitzen und gegebenenfalls zusätzlich keramische und/oder metallische Schichten vorhanden sind.
Verfahren zum Herstellen eines akustischen und thermisch wirksamen Abschirmteils oder einer akustisch und thermisch wirksamen Abdeckung aufweisend ein Fasergemisch, wobei ein Fasergemisch in beliebigen Mischanteilen aus Schmelzfasern, wie Polymer-, Bikomponenten- und Einkomponentenfasern, Cellulose-Aerogelfasern sowie Verstärkungsfasern wie Glas, Silikat- und Mineralwollfasern gemischt wird und diese Fasermischung als Gewebe und/oder Gelege und/oder Gewirk und/oder Vlies und/oder Nadelvlies ausgebildet wird und die so erzeugte Fasermischung anschließend einem Ther- moformprozess unterworfen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in die Fasermischung vor oder nach dem Thermoformen ein Bindematerial eingebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet dass das Bindematerial durch Infiltrierung, Tränkung ode Aufsprühen ein- oder aufgebracht wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindematerial bei der Formung oder anschließend aushärtet, wobei die Aushärtung durch das Aufbringen von Temperatur und/oder Druck und/oder andere chemische und/oder physikalische Bedingungen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass als Binder 2-Komponenten-Harze, Aeroge- le, Gele, keramische Systeme und dergleichen verwendet werden . Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Faser¬ mischungen bzw. Fasermatten oder Gelege zu mehrlagigen Verbundwerkstoffen kombiniert werden, wobei zwischen den einzelnen Schichten Bindeschichten vorgesehen sein können, wobei die Schichten unterschiedliche Faserzusammensetzungen haben können und/oder mit keramischen und/oder metallischen Lagen kombiniert sind.
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