內裝飾性吸聲板的製作方法
2023-06-19 12:01:56
專利名稱：內裝飾性吸聲板的製作方法
技術領域：
一般來說，本發明涉及纖維增強熱塑性聚合物片材，本發明尤其涉及包含多孔性纖維增強熱塑性聚合物片材的裝飾性多層結構。
多孔性纖維增強熱塑性片材已公開在美國專利4978489和4670331中，由於纖維增強熱塑性片材易於模塑成製品，因而已廣泛用於製備各種工業產品的多種應用。已知的技術例如熱模切、壓塑和熱成形已成功地用於將纖維增強熱塑性片材成形為製品。
有時將多孔性纖維增強熱塑性片材成形為汽車、公共運輸車輛以及包括商務建築物和私人住宅在內的各類建築物的內裝飾性吸聲板。這類內裝飾性吸聲板通常在板的一面包括一層美觀的裝飾層。為了達到對頻率低於10000赫茲的聲音有最高的吸聲百分比，應讓空氣流入多孔的纖維增強片材中。在一些銷售的汽車中，吸聲板例如頂襯是做成不透空氣的，以阻止捲菸煙霧和塵埃沉積在板內，在該板的另一面是開孔的以供空氣循環。
在氣流界面層與吸聲板支持結構之間的設計間隙較小時會產生噪聲問題。由於吸聲板與支持結構相接觸，吸聲板的振動會產生不希望的噪聲。一種用來降低不希望有的噪聲的方法是增加氣流界面層與吸聲板支持結構之間的設計間隙。然而，這種方法可能需要增加額外的設計費用，需要對工具進行改進，還會縮小汽車內部容積。
而且，粘合在氣流界面層上的其它部件上的粘合劑也可能會存在粘合問題。在進行熱老化期間或之後，粘合層的剪切強度可能會成為不足以保持所要求的粘合強度。已採用在氣流界面層上刻痕的方法來提高粘合強度，但刻痕方法會降低氣流界面層的效能並會提高製造成本。此外，兩步粘合法有時也可用於氣流界面層是底層或是塗敷粘合劑前經化學處理的場合。
發明內容
本發明的一方面是提供一種多層纖維增強熱塑性吸聲板。該吸聲板包含具有第一表面和第二表面的、包括熱塑性材料和約20重量％-約80重量％纖維構成的多孔性纖維增強熱塑性芯層，覆蓋芯層第二表面的包括熱塑性材料的粘結層以及覆蓋粘結層的阻隔層。阻隔層包括熔融溫度高於芯層熱塑性材料熔融溫度的熱塑性材料。藉助粘結層將阻隔層粘合在芯層上。該吸聲板還具有包括至少一層粘合在阻隔層上的非織造織物和織造織物在內的織物層。該織物層構成吸聲板的外表面。
本發明的另一方面是提供一種複合片材，包括含不連續纖維與熱塑性樹脂粘結在一起的可滲透芯層。該可滲透芯層的密度為約0.2克/立方釐米-約1.8克/立方釐米，並具有第一表面和第二表面。該複合片材還包含覆蓋在可滲透芯層的第二表面上的阻隔層，還具有粘合在阻隔層上的包括至少一層非織造織物和織造織物在內的織物層，而該織物層構成複合片材的外表面。
本發明的再一方面是提供製造多孔性纖維增強熱塑性片材的方法。該方法包括提供具有第一和第二表面、包含至少一層包括熱塑性材料和約20重量％-約80重量％纖維的多孔芯層的多孔性纖維增強熱塑性片材，將阻隔層粘合在多孔性纖維增強熱塑性片材的第二表面上以及將織物層粘合在阻隔層上。
圖1是根據本發明一個實施方案的內裝飾板的橫截面示意圖。
圖2是圖1所示的內裝飾板的裝飾層的一個實施方案示意圖。
圖3是圖1所示內裝飾板的裝飾層的另一個實施方案示意圖。
具體實施例方式
用作汽車、公共運輸車輛以及包括商務建築物和私人住宅在內的各類建築物的內部裝飾性吸聲板詳述於下。該裝飾性吸聲板是一種包含可滲透裝飾層、可滲透熱塑性粘合劑層、可滲透多孔性纖維增強熱塑性複合層、粘結層、不可滲透阻隔層以及可滲透織物層的多層層合體。該裝飾性吸聲板的製造系統成本較模塑成形的裝飾性吸聲板低。由於該裝飾性吸聲板可採用成本較低的粘合劑將其它各部件粘固至該吸聲板，不需進行二次加工，因此也不需要與此有關的工具和人工費用，因而降低了總的系統成本，而這在已知吸聲板上粘固各部件是常需要的。
參看附圖，圖1是一個示範性裝飾性吸聲板10的橫截面，該吸聲板包含具有第一表面14和第二表面16的多孔芯層12。粘結層18連接阻隔層22的第一表面20與芯層12的第二表面16。稀鬆織物層24粘合在阻隔層22的第二表面26上。粘合劑層28將裝飾層30粘附在芯層12的第一表面14上。
芯層12是由隨機交叉的增強纖維由一種或多種熱塑性樹脂至少部分粘結在一起形成的開孔結構組成的網狀物，其中多孔芯層12的孔隙率通常為芯層12總體積的約5％與約95％之間，具體地說為約30％與約80％之間。在另一個實施方案中，多孔芯層12由隨機交叉的增強纖維由一種或多種熱塑性樹脂至少部分粘結在一起形成的開孔結構組成，其中約40％-約100％多孔結構是開孔的，允許空氣流和氣體通過。芯層12的密度在一個實施方案中為約0.2克/立方釐米-約1.8克/立方釐米，在另一個實施方案中為約0.3克/立方釐米-約1.0克/立方釐米。芯層12是採用已知的製造工藝例如溼法成網法，氣流鋪置法，幹混法，梳理和針刺法以及其它已知的用於製造非織造產品的方法來形成。也可採用這些製造方法相組合的製造工藝。芯層12包含約20重量％-約80重量％的具有高拉伸彈性模量、平均長度為約7與約200毫米之間的纖維和約20重量％-約80重量％的完全或基本上鬆散的纖維狀或顆粒狀熱塑性材料(所述重量百分比以芯層12總重量計)。在另一個實施方案中，芯層包含約35重量％-約55重量％纖維。將網狀物加熱至高於芯層12上的熱塑性樹脂的玻璃化轉變溫度以使塑性材料基本上軟化，並讓其通過一種或多種壓固設備例如夾輥、壓延輥、雙帶層壓機、轉位壓機、多層壓機、熱壓罐以及其它用於片材和織物的層合和壓固的類似設備，以使塑性材料能流動並浸潤纖維。在壓固設備中壓固部件之間的間隙尺寸應設定在小於未壓固網狀物的厚度而大於完全壓固後網狀物的厚度，從而使網狀物通過壓輥後可發生膨脹而基本保持可滲透性。在一個實施方案中，間隙尺寸大於完全壓固在網狀物厚度約5％-約10％。完全壓固的網狀物是指完全壓縮、基本上沒有空隙的網狀物。完全壓固的網狀物的空隙度應低於5％，而開孔結構是可忽略不計的。
高拉伸模量是指纖維的拉伸模量顯著地高於由網狀結構形成的壓固片材的拉伸模量。屬於這一範疇的纖維包括金屬纖維、金屬化無機材料纖維、金屬化合成材料纖維、玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維和陶瓷纖維以及諸如以商品名Kevlar和Nomex銷售的芳族聚醯胺纖維，通常還包括任何拉伸模量高於約10000兆帕(在室溫和常壓下)的纖維。
顆粒狀塑性材料包括在製造網狀結構時能增強網狀結構內聚作用的短塑性纖維。粘結作用是利用網狀結構中塑性材料的熱特性來實施的。對網狀結構進行充分加熱使熱塑性成分在其表面上與相鄰的顆粒和纖維相熔合。
在一個實施方案中，由於較短纖維在模塑成品中缺乏足夠的增強作用，因此就平均來說，單個增強纖維不應短於約7毫米，同樣由於長纖維在製造過程中難以處理，因此就平均來說，纖維也不應長於約200毫米。
在一個採用玻璃纖維的實施方案中，為了賦予結構強度，纖維的平均直徑為約7微米與約22微米之間。直徑小於約7微米的纖維容易懸浮在空氣中因而可能會引起健康和環境安全問題。直徑大於約22微米的纖維在製造過程中是難以處理的，且對模塑後的塑料基體不會產生有效增強作用。
在一個實施方案中，熱塑性材料是，至少部分是呈顆粒形態的。適用的熱塑性材料包括(但不受此限制)聚乙烯，聚丙烯，聚苯乙烯，丙烯腈基苯乙烯，丁二烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚對苯二甲酸丁二醇酯，polybutyleneterachlorate和聚氯乙烯，包括經增塑和未經增塑的這些材料，以及這些材料相互間的共混物或與其它聚合物材料的共混物。其它適用的熱塑性材料包括(但不受此限制)聚芳醚，熱塑性聚酯，丙烯腈-丙烯酸丁酯-苯乙烯聚合物，無定形尼龍，以及這些材料相互間或與其它聚合物材料的聚合物合金和共混物。可以預期，任何不會與水發生化學作用，並通過加熱能充分軟化而可熔融和/或進行模塑，且不會發生化學分解或熱分解的熱塑性樹脂都是可採用的。
在一個實施方案中，塑料顆粒不必非常細小，但顆粒的粗度大於約1.5毫米是不適宜的，這是由於它們在進行模塑加工時不能充分地流動，而難以製成均勻的結構。採用較大的顆粒會導致壓固後的材料的撓曲模量下降。在一個實施方案中，塑料顆粒的粒度不大於約1毫米。
阻隔層22可由任何一種熔融溫度顯著高於芯層12中熱塑性材料的非滲透性熱塑性材料形成。某些適用的非滲透性熱塑性材料包括(但不受此限制)聚烯烴樹脂(如聚乙烯、聚丙烯等)，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚醯胺，聚縮醛以及主要由這些樹脂所組成的共聚物(例如乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物等)，這些樹脂的接枝產物，熱塑性彈性體(如EPM、EPDM等)，以及這些材料相互間或與其它聚合物材料的聚合物合金和共混物。
粘接層18是由熱塑性材料形成的。形成該粘結層18的熱塑性材料可以是任何能與芯層12、阻隔層22牢固粘合的樹脂。粘結層18的粘合力應達到吸聲板10在經受包括熱、溼度及從約-40℃-約90℃的熱循環加工條件後，並在使用期間基本不發生變化的水平。適用的熱塑性樹脂包括(但不受此限制)聚烯烴樹脂(如聚乙烯、聚丙烯等)，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚醯胺，聚縮醛以及由這些樹脂形成的共聚物，它們的接枝產物，熱塑性彈性體(如EPM、EPDM等)，以及這些材料相互間或與其它聚合物材料的聚合物合金和共混物。
織物層24是由非織造織物、織造織物或織造織物與非織造織物的組合形成的。在一個實施方案中，織物層24是由經溼法成網法、氣流鋪置法、紡粘法和射流噴網成布法製造的非織造織物形成的稀鬆(scrim)織物。織物層24包括由有機纖維、無機纖維、合成纖維以及它們的組合製成的織物。織物層24包括由例如玻璃，碳，聚丙烯腈，芳族聚醯胺，聚(對-亞苯基-苯並雙唑)，聚(醚-醯亞胺)，聚(苯硫醚)，聚烯烴樹脂(例如聚乙烯、聚丙烯等)，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚縮醛等，主要由這些樹脂形成的共聚物(例如乙烯-氯乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物等)，這些樹脂的接枝產物，熱塑性彈性體(如EPM、EPDM等)，這些樹脂的聚合物合金或共混物，熱固性樹脂纖維(如酚醛樹脂)，天然纖維(如紙漿、綿花等)以及這些纖維的混合物製成的纖維。
裝飾層30是通過粘合劑層28而粘附在芯層12的第一表面14上的，其中粘合劑層是由具有單層或多層結構的熱塑性薄膜形成的。形成粘合劑層28的熱塑性薄膜可以是任何適用的熔點低於芯層12中熱塑性樹脂熔點的樹脂。適用的熱塑性樹脂包括(但不受此限制)聚烯烴樹脂(如聚乙烯、聚丙烯等)，聚苯乙烯，聚氯乙烯，聚對苯二甲酸乙二醇酯，聚碳酸酯，聚醯胺，聚縮醛以及這些樹脂形成的共聚物和其接枝產物，熱塑性彈性體(如EPM、EPDM等)，以及這些材料相互間或與其它聚合物材料的聚合物合金和共混物。此外，粘合劑層28還可以是任何適用的壓敏粘合劑。
在圖1所示的一個實施方案中，裝飾層30是例如聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯、熱塑性彈性體等熱塑性薄膜。在圖2所示的另一個實施方案中，裝飾層30是包含由例如聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等形成的泡沫體芯層32的多層結構。在泡沫芯層32上粘合有織物34，例如由天然和合成纖維製造的織造織物，經針刺等工藝製造的有機纖維非織造織物，起絨織物，針織品，植絨織物等。在圖3所示的另一個實施方案中，織物34是用熱塑性粘合劑36粘合在泡沫體芯層32上的，熱塑性粘合劑36包括壓敏粘合劑和熱熔粘合劑，例如聚醯胺、改性聚烯烴、氨基甲酸酯和聚烯烴。在另一個實施方案中，粘合劑層36是用由至少一層聚酯材料和聚醯胺纖維形成的非織造絮墊代替的。裝飾層30是用能經受加工溫度例如約100℃-約250℃的熱成形溫度的材料形成的。
阻隔層22、織物層24和裝飾層30是通過任何適用的層合工藝、採用加熱和/或加壓例如夾輥或層壓機層合在芯層12上。阻隔層22、織物層24和裝飾層30是在芯層成形後層合在芯層12上的，在一個實施方案中，阻隔層22、織物層24和裝飾層30是在芯層切成預定大小片材之前層合在芯層12上的。在另一個實施方案中，阻隔層22、織物層24和裝飾層30是在芯層切成片材後層合在芯層12上的。在一個實施方案中，層合過程的溫度高於形成阻隔層22和芯層12的熱塑性樹脂的玻璃化轉變溫度例如高於約25℃。
在一個實施方案中，先將粘接層18、阻隔層22和織物層24形成第一組合件，然後再將該組合件層合在芯層12上。在另一個實施方案中，先將裝飾層30和粘合劑層28形成第二組合件，然後再將該組合件層合在芯層12上。在另一個實施方案中，將第一組合件和第二組合件同時層合在芯層12上。
上述裝飾性吸聲板可用於(但不受此限制)建築物下部結構，汽車頂襯，門組件，承重地板，側壁板，天花板，定期貨輪，辦公室隔板以及其它目前採用聚氨酯泡沫體、天然纖維複合材料、聚酯纖維充填的多層複合材料和熱塑性片材的領域。裝飾性吸聲板可通過技術上已知方法例如壓力成形、熱成型、熱模切、真空成形、壓製成形和熱壓罐成形而模塑成各種製品。從高的勁度重量比、能深壓部分熱成型、使用期後的可回收利用性以及吸聲性能來看，該多孔性纖維增強熱塑性複合材料能製成比目前使用的更為理想的產品。
雖然已經依據各個不同的具體實施方案對本發明進行了說明，但技術熟練人員都知道在本發明的精神和權利要求範圍之內實施本發明是可以有所改變的。
權利要求
1.一種多層纖維增強熱塑性吸聲板，該板包含包含熱塑性材料和約20重量％-約80重量％纖維的多孔性纖維增強熱塑性芯層，所述芯層具有第一表面和第二表面；包含熱塑性材料的粘接層，所述粘接層覆蓋所述芯層的所述第二表面；覆蓋所述粘接層的阻隔層，所述阻隔層包含熔融溫度高於所述芯層中熱塑性材料熔融溫度的熱塑性材料，所述粘接層將所述阻隔層粘合在所述芯層上；以及粘合在所述阻隔層上的包括非織造織物和織造織物中至少一種的織物層，所述織物層形成所述吸聲板的外表面。
2.根據權利要求1的多層纖維增強熱塑性吸聲板，還包含粘合在所述芯層的第一表面的裝飾層。
3.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述裝飾層包括含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯以及熱塑性彈性體中至少一種的熱塑性薄膜。
4.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述裝飾層包括含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯以及熱塑性彈性體中至少一種的織造織物和非織造織物中至少一種。
5.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯層和織造或非織造織物的雙層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
6.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯、熱塑性粘合劑和織造或非織造織物的三層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
7.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯層、非織造絮墊和織造或非織造織物的三層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種，所述非織造絮墊包含至少一種聚酯材料和聚醯胺纖維。
8.根據權利要求2的多層纖維增強熱塑性吸聲板，還包含處於所述芯層第一表面與所述裝飾層之間的熱塑性粘合劑層，所述熱塑性粘合劑層將所述裝飾層粘合在所述芯層上。
9.根據權利要求8的多層纖維增強熱塑性吸聲板，其中所述熱塑性粘合劑層包含至少一層熱塑性粘合材料。
10.一種複合片材，該片材包含包含與熱塑性樹脂粘結在一起的不連續纖維的可滲透芯層，所述可滲透芯層的密度為約0.2克/立方釐米-約1.8克/立方釐米，所述可滲透芯層包括第一表面和第二表面；覆蓋所述可滲透芯層第二表面的阻隔層；以及粘合在所述阻隔層上的包括非織造織物和織造織物中的至少一種的織物層，所述織物層形成所述複合片材的外表面。
11.根據權利要求10的複合片材還包含粘接層，該粘接層包含熔融溫度低於所述阻隔層熔融溫度的熱塑性材料，所述粘接層覆蓋所述可滲透芯層第二表面，所述粘接層將所述阻隔層粘合在所述可滲透芯層上。
12.根據權利要求10的複合片材，還包含粘合在所述可滲透芯層第一表面上的裝飾層。
13.根據權利要求12的複合片材，其中所述裝飾層包括熱塑性薄膜，該熱塑性薄膜包含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯和熱塑性彈性體中至少一種。
14.根據權利要求12的複合片材，其中所述裝飾層包括含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯和熱塑性彈性體中至少一種的織造織物和非織造織物中的至少一種。
15.根據權利要求12的複合片材，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯層和織造或非織造織物的雙層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
16.根據權利要求12的複合片材，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯層、熱塑性粘合劑和織造或非織造織物的三層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
17.根據權利要求12的複合片材，其中所述裝飾層包括含泡沫體芯層、非織造絮墊和織造或非織造織物的三層層合體，所述泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種，所述非織造絮墊包含至少一種聚酯材料和聚醯胺纖維。
18.根據權利要求12的複合片材，還包含處於所述可滲透芯層第一表面與所述裝飾層之間的熱塑性粘合劑層，所述熱塑性粘合劑層將所述裝飾層粘合在所述可滲透芯層上。
19.根據權利要求18的複合片材，其中所述熱塑性粘合劑層包含至少一層熱塑性粘合劑材料。
20.一種製造多孔性纖維增強熱塑性片材的方法，所述方法包括提供具有第一表面和第二表面的並包含至少一層含熱塑性材料和約20重量％-約80重量％的纖維的多孔芯層的多孔性纖維增強熱塑性片材。將阻隔層粘合在多孔性纖維增強熱塑性片材的第二表面上；以及將織物層粘合在阻隔層上。
21.根據權利要求20的方法還包括將裝飾層粘合在多孔性纖維增強熱塑性片材的第一表面上。
22.根據權利要求20的方法，其中所述粘合阻隔層的步驟包括將粘合劑粘接層置於阻隔層與多孔性纖維增強熱塑性片材的第二表面之間；以及將阻隔層和粘接層層合在多孔性纖維增強熱塑性片材上。
23.根據權利要求20的方法，其中所述粘合阻隔層的步驟包括形成包括粘接層、阻隔層和織物層的組件；和將該組件層合在多孔性纖維增強熱塑性片材的第二表面上。
24.根據權利要求21的方法，其中裝飾層包含泡沫體芯層和織造或非織造織物，該泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
25.根據權利要求21的方法，其中裝飾層包含泡沫體芯層、熱塑性粘合劑和織造或非織造織物，該泡沫體芯層包括聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯和聚氨酯中至少一種。
26.根據權利要求21的方法，其中裝飾層包括含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯和熱塑性彈性體中至少一種的熱塑性薄膜。
27.根據權利要求21的方法，其中裝飾層包括含聚氯乙烯、聚烯烴、熱塑性聚酯和熱塑性彈性體中至少一種的織造織物和非織造織物中至少一種。
全文摘要
一種多層纖維增強熱塑性吸聲板包含具有第一表面和第二表面的，含熱塑性材料和約20重量％－約80重量％纖維的多孔性纖維增強熱塑性芯層，覆蓋芯層第二表面的、含熱塑性材料的粘結層，以及覆蓋粘結層的阻隔層。阻隔層包括熔融溫度高於芯層熱塑性材料的熔融溫度的熱塑性材料。粘結層將阻隔層粘結在芯層上。該吸聲板還具有包括粘合在阻隔層上的織物層在內的非織造織物層。非織造織物層構成吸聲板的外表面。
文檔編號E04B1/84GK1954126SQ200580015721
公開日2007年4月25日 申請日期2005年4月6日 優先權日2004年4月6日
發明者D·S·伍德曼, H·A·傑瑞, V·拉伽溫德蘭, J·G·希普韋爾 申請人:阿茲代爾公司