用於車輛的聲學纖維隔絕產品的製作方法
2023-04-25 12:35:46
專利名稱：用於車輛的聲學纖維隔絕產品的製作方法
技術領域：
本發明涉及纖維隔絕產品，本發明更尤其涉及適用作車輛的隔音層，如卡車發動機罩的下面的纖維隔絕產品。
背景技術：
纖維隔絕通常通過將熔融材料纖維化並將纖維沉積在收集傳送機上而形成。某些纖維隔絕產品通過將纖維材料傳輸經過各種次級工藝，如溼工藝，氣載工藝，再取向，梳理，不同種類纖維的共混，或用於形成纖維材料覆蓋層的其它的工藝。通常，用於隔絕產品的纖維是無機纖維，如玻璃纖維，但某些隔絕產品由有機纖維，如聚酯製成。大多數纖維隔絕產品包含粘結劑材料以在纖維相互接觸時將纖維粘結在一起。常用於玻璃纖維絕緣層的粘結劑材料是熱固性脲苯酚一甲醛粘結劑，它在收集到收集傳送機之前施用到玻璃纖維上。粘結劑通過將粘結的絕緣產品經過爐而固化。在某些產品中，粘結劑在包裝之後賦予絕緣產品以回彈性。在大多數絕緣產品中，粘結劑提供挺度或可處理性，這樣該產品可根據需要在建築物的絕緣腔中，和在各種其它的隔絕場合，如在器件中和加熱，通風和空調(HVAC)設備，和在工業場合中處理或施用。粘結劑還使得隔絕材料能夠根據需要模塑成各種形狀。這些隔絕產品的一個重要產品特性是良好的聲學和熱性能。
已經嘗試改進用於常規纖維玻璃隔絕產品的脲苯酚-甲醛粘結劑。具有常規粘結劑的隔絕產品必須在溫度一般約450°F(232℃)的爐中固化。該粘結劑是水基的，因此固化該粘結劑只能在驅走所有的水之後進行。這需要大量的能量。在固化步驟之前，粘結劑沿著纖維流向纖維-纖維交叉點。在常規產品中的粘結劑固化之後，顯著百分數的脲苯酚-甲醛粘結劑在纖維-纖維交叉點上是固體材料的團塊或碎片(珠粒)的形式，而不是細表面塗層或由纖維至纖維的細小連接。這些非纖維團塊或碎片具有非常低的表面積-質量比率，因此該材料不能明顯阻斷通過輻射而由該隔絕產品傳熱。出於同樣原因，非纖維團塊不能提供任何顯著的聲學優點。如果可開發出一種能提供較小部分的非纖維形式的粘結劑材料的隔絕產品，可有利地為了聲學和熱效果而使該材料的表面積最大化。
施用常規粘結劑材料的另一問題在於，施用液體形式的粘結劑有可能使某些粘結劑材料作為揮發性或顆粒有機材料逃逸，這樣需要昂貴的環境保護措施和設備。如果可消除或減少揮發性或顆粒有機材料的形成，纖維隔絕層的製造得到改進。另外，常規粘結隔絕產品在使用時可能是刺激性的，因此進行改進以消除或減少隔絕產品的刺激性是非常有利的。
公路交通噪音已極大地影響著生活或工作在公路附近的人們的生活品質。這種噪音汙染大部分是因為移動的重型車輛，例如卡車的噪音釋放。這些卡車的主要噪音釋放源是來自發動機隔室。發動機隔室中的良好聲學隔絕體系可在儘量減少車輛噪音釋放時發揮重要作用。
U.S.專利No.5,298,694(Thompson等人)公開了一種適用於內門的儀錶板的隔音產品。該聲學產品包含與雙組分熱活化粘結劑纖維混合的細人造纖維聚合物。該纖維混合物被氣載以形成隔音產品。
儘管上述實踐已為提高效率，而且在某些情況下為提供新產品提供了新的可能，但仍然需要一種尤其用於車輛的隔絕產品，它能夠提供良好的聲學性能和在安裝過程中的易使用性。該產品在使用時應該減少或消除皮膚刺激。另外，該產品應該能夠被調整以適應消費者應用所需的尺寸和形狀限制。如果該隔絕產品用於車輛的發動機隔室，該產品應該具有對來自外部來源，例如油和水噴霧的損害的高耐受性。
發明概述以上目的以及未具體列舉的其它目的通過一種用於車輛的隔音產品而實現，該產品包括纖維覆蓋層和粘附到該覆蓋層的主要表面上的貼面材料。該產品具有一個通過將貼面材料和覆蓋層的邊緣部分壓制在一起而製成的周邊凸緣。該凸緣向產品提供挺度，而且該凸緣能夠通過連接體系在車輛上固定就位。
按照本發明，還提供了一種卡車罩隔音產品，該產品包括聚合物纖維的覆蓋層和粘附到該覆蓋層的主要表面上的貼面材料。該產品具有一個通過將貼面材料和覆蓋層的邊緣部分壓制在一起而製成的周邊凸緣。該凸緣向產品提供挺度，而且該凸緣能夠通過連接體系固定就位在卡車罩的下面。
按照本發明，還提供了一種用於車輛的隔音產品，該產品包括聚合物纖維的覆蓋層和粘附到該覆蓋層的主要表面上的耐水性貼面材料。該產品能夠通過連接體系在車輛上固定就位。
本領域熟練技術人員在參照附圖閱讀之後，顯然可由以下對優選實施方案的詳細描述得出本發明的各種目的和優點。
附圖的簡要描述
圖1是按照本發明的隔音產品的透視示意圖。
圖2是圖1隔絕產品的一部分纖維的更詳細的示意圖。
圖3是圖1隔音產品的下面的平面圖。
圖4是隔音產品沿著圖3的4-4線的剖視圖。
圖5是卡車的正面透視圖，其中罩的下面用本發明的隔音產品隔絕。
發明詳述如圖1中10所示的本發明的隔音產品由纖維覆蓋層12和貼面材料14構成。隔音產品10成型為滿足特定場合的輪廓的所需形狀或該隔音產品的預期用途所要求的形狀。
如圖2所示，隔音產品10的纖維通常包括主纖維16和雙組分聚合物纖維20形式的多組分纖維。可以理解，儘管例舉了雙組分纖維，但其它的多組分纖維，如三組分纖維也可用於本發明。
為了清楚起見，雙組分聚合物纖維20給出了橫截面，而主纖維16則沒有。雙組分聚合物粘結劑纖維20由基本聚合物組分22和粘結劑聚合物組分24構成。所示雙組分聚合物纖維20已成型為鞘-芯纖維，其中基本聚合物組分22形成芯材料，粘結劑聚合物組分24形成芯周圍的鞘。可以理解，雙組分聚合物纖維20可成型為其它排列，例如並排排列(未示)。可以看出，粘結劑聚合物組分24將雙組分聚合物纖維20和主纖維16粘結到自身上並且相互粘結。
主纖維16可以是適合提供良好的結構品質以及良好的聲學和熱性能的任何種類的纖維。優選用作主纖維16的纖維是聚合物纖維。可以理解，主纖維可具體是任何的無機纖維如由巖石、爐渣和玄武巖製成的纖維、以及玻璃纖維如羊毛玻璃纖維(未示)。羊毛玻璃纖維是本領域熟知的。優選用於本發明的主纖維是由優選直徑約3-約30微米的聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維製成的。主纖維的存在量優選為纖維覆蓋層(排除貼面)的約30-約95％重量，雙組分粘結劑纖維的存在量優選為約5-約70％重量。最優選，主纖維是PET纖維，其存在量為整個隔絕產品(排除貼面)的約40-約80％重量，且雙組分粘結劑纖維的存在量為約20-約60％重量。
將雙組分聚合物粘結劑纖維20引入主纖維有兩個目的。首先，粘結劑聚合物組分24供給將隔絕產品10粘結在一起所需的粘結劑。第二，雙組分粘結劑纖維作為附加隔絕纖維整合在隔絕產品10內以提供超出主纖維16的附加絕緣值。這種附加聲學和熱隔絕值主要來自用於阻斷輻射穿過隔絕產品的傳熱、以及用作聲音隔絕層和/或吸收劑的雙組分粘結劑纖維的附加纖維表面積。雙組分粘結劑纖維的加入不僅增加了粘結能力，而且也增加了產品的強度。
雙組分聚合物粘結劑纖維20的粘結劑聚合物組分24的軟化點低於基本聚合物組分22的軟化點，這樣，通過加熱該隔絕產品，這兩種材料響應不同。更具體地說，隔絕產品10可受熱至高於粘結劑聚合物組分24的軟化點，但低於基本聚合物組分22的軟化溫度的溫度下。這使得粘結劑組分軟化並變得粘性，這樣將各種雙組分聚合物粘結劑纖維20在它們接觸之處粘結到自身上。另外，粘結劑聚合物組分24的軟化會將主纖維16粘結到自身上，並將雙組分聚合物粘結劑纖維20粘結到主纖維16上，只要該溫度沒有升高至基本聚合物組分22的軟化點，該組分將保持纖維形式。使用沒有升至其軟化點的粘結劑聚合物組分24的一個特殊優點在於，聚合物粘結劑材料在加熱過程中不會表現出明顯的流動。對於非流動性粘結劑體系，通常在已有技術隔絕產品的纖維-纖維交叉點上形成的不希望有的粘結劑顆粒或珠粒較少。已有技術的脲苯酚-甲醛粘結劑體系得到具有大量的這些珠粒的產品。由於沒有這些珠粒，本發明的產品具有較低的產品K值或對流過該隔絕產品的熱流的較高耐受性。另一結果是用於良好聲學性能的較高的表面積和空氣阻力。
可以使用許多材料組合來製造雙組分聚合物粘結劑纖維20，包括使用PET(聚酯)，聚丙烯(PP)，聚硫化物，聚烯烴，和聚乙烯(PE)，以及其它纖維的組合。用於基本組分/粘結劑組分的組合可包括PET/PP，PET/PE，PET/PET和PP/PE。典型的組合是PET/PET和PP/PE。粘結劑聚合物組分24可製造得使它的軟化點為約150°F(65℃)-約400°F(204℃)，更優選約170°F(77℃)-約300°F(149℃)。最優選，該粘結劑聚合物組分24是一種熱塑性材料，它在本發明中定義為一種低溫熱可軟化的塑性材料，因此它可以根據需要進行多個模塑工藝。該基本聚合物組分22具有較高的軟化點，優選超過約300°F(149℃)，最優選超過約350°F(177℃)。
主纖維16和粘結劑纖維20的一種優選組合是約80％重量的約1.5英寸(3.81釐米)長的1.5旦尼爾單聚酯人造纖維、和約20％的約2英寸(5.08釐米)長的2旦尼爾鞘-芯雙組分鞘/芯聚酯纖維。覆蓋層是約1.5英寸(3.81釐米)厚，且密度為約2.2磅/立方英尺(pcf)(35.22千克/立方米(kg/m3))。
製造本發明隔絕產品的方法優選包括，使用展開設備(未示)對輸入原料的成束纖維體進行分離，這樣纖維接觸變成纖維-纖維而不是束-束。這增加了總纖維體的表面積，從而增加最終隔絕產品的熱和聲學性能。展開的纖維隨後加工經過任何合適的成型設備，例如片材成型機(未示)，形成均勻共混的纖維覆蓋層12。
在形成覆蓋層12之後，加入貼面材料14。貼面材料向隔音產品10提供挺度。貼面材料還提供聲學隔絕以防噪聲傳過隔音產品10。另外，貼面材料14提供一種保護性隔絕以防液體、油脂和其它材料進入纖維覆蓋層12而使得覆蓋層的聲學和熱絕緣性能下降。儘管貼面僅在覆蓋層的一面上示出，但可以理解，貼面材料可固定到產品的兩個主表面上。該貼面可通過直接熱粘結或利用粘合劑而施用。
貼面材料14可以是適合提供挺度、噪音隔絕和絕緣保護品質的任何材料。優選的貼面材料是紗布網和膜，其中膜具有足夠低的軟化點，以使得當該貼面材料受熱時，該膜軟化或熔化並將紗布網粘結到覆蓋層12上。該膜保持完整，使得它在隔音產品的表面上形成水分隔絕層，從而變得耐水以防止水分和其它汙染物滲透。該貼面還提供一定的防刺穿保護。貼面材料的另一用途在於，它向產品提供防黴性。構成貼面材料的聚合物材料可具有表面化學，例如包含氟碳或矽化合物以提高貼面的耐水性和耐油性或其它的性能。在本發明的一個優選的實施方案中，貼面材料是暗色或黑色的以掩蓋始終會汙染貼面材料的汙垢、油點和其它汙點。可以理解，另外的貼面層，如增強層或箔層可加入貼面層14中。
最優選，紗布由黑色聚酯紡粘無紡纖維製成且該膜是聚丙烯粘附膜。例如，紗布網可以是一種具有丙烯酸系粘結劑並由阻燃劑製成的Fiber Dynamics聚酯人造絲無紡織物。該粘附膜可以是聚酯和聚醯胺材料的15密耳厚共混物，並具有基重1.9盎司/平方碼、縱向拉伸強度25磅/平方英寸(172千帕)、橫向拉伸強度10磅/平方英寸(69千帕)、以及縱向伸長率12％和橫向伸長率33％。
如圖1，3和4所示，隔音產品10可在其周邊附近具有凸緣70。凸緣70有助於提供挺度並有助於將該隔音產品10安裝到車輛中。另外，凸緣提供一種具有清潔邊緣的用於切割和製造的良好工件，而且有助於防止產品在製造和安裝過程中受損或磨損。從圖4可以看出，凸緣70在覆蓋層12的厚度方向上並不居中，而是更靠近包含貼面材料14的表面。凸緣優選通過將隔絕產品的邊緣部分72在高溫條件下模塑或壓制而製成，這樣雙組分聚合物粘結劑纖維20軟化並使主纖維16相互粘結。用於模塑或壓制步驟的另一術語是″凹陷″(debossing)。在某些情況下，粘結劑纖維將聚合物纖維粘結到貼面材料上。在該壓制操作之後，覆蓋層12的邊緣部分的密度明顯大於覆蓋層12的其餘部分74的密度。例如，所述其餘部分的密度可以是約0.5-約3.0pcf(約8.0kg/m3-約48.0kg/m3)，而邊緣部分72在壓制之後的密度可以超過10pcf(16.0kg/m3)。另外，由於邊緣部分72中的纖維的壓縮，凸緣70的厚度明顯低於覆蓋層的厚度。例如，凸緣的厚度可以小於覆蓋層的厚度的約15％。凸緣提高了隔音產品10的邊緣的整體性，並增強其剛性。隔音產品在邊緣上的較高密度降低了空隙率，因此減少了透過纖維覆蓋層12的水分。
使用本發明聚合物貼面材料相對常規車輛罩隔絕板的一個優點在於，該聚合物貼面材料與泡沫隔絕產品相比具有較低的摩擦係數。本發明的隔音產品10可相對泡沫隔絕層更容易適當地安裝在隔絕腔中，因為本發明產品在安裝過程中更容易滑動或調動就位。相反，常規泡沫卡車罩襯裡在固定在隔音產品中的支架內不容易滑動，因此更難以精確地在優選取向上排列。優選，隔絕產品10的表面(即，覆蓋層12和貼面材料14兩者)的靜態摩擦係數低於約0.8，更優選低於約0.5。
本發明纖維隔絕產品的另一優點在於比傳統泡沫罩襯裡更貼合，這樣更容易將該隔絕產品安裝在複雜的罩幾何形狀中。本發明隔音產品的貼合性和相對容易的滑動性使得該隔絕產品更成功地在例如發動機隔室內的風湍流和負壓、以及造成車輛顛簸的道路凸起處的苛刻環境下保持在適當位置上。
如圖5所示，卡車76包括具有前窗80的駕駛室78。卡車76包括發動機隔室82，發動機84，和升高的罩86。兩個按照本發明的隔音產品10連接到罩86的下面。本發明的兩個隔絕產品10通過一個支架88形式的連接體系固定就位。該連接體系可以是任何適用於將隔絕產品10固定或安裝就位在罩86下面的裝置。例如，連接體系可以是密閉或夾緊到隔音產品10的凸緣70上的夾子。連接體系也可以是固定到罩86下面的通道。連接體系可以是在隔音產品周邊附近的單個部件的形式，或可包括多個具有用於固定或保持隔音產品的凸緣70的唇的較短元件。可以理解，支架可以是撳鈕的形式或其它種類的緊固零件。
本發明隔音產品的另一優點在於，聲學性能可通過選擇覆蓋層12的合適厚度、覆蓋層中纖維的纖維直徑、以及貼面材料14的厚度和聲音阻斷特性而根據消費者的需要調節。另外，本發明由聚酯纖維製成的隔音產品與常規聚氨酯泡沫罩襯裡相比具有更低的(即，較好的)火焰傳播速率，而且與聚氨酯泡沫罩襯裡相比明顯不太可燃且產生更少的一氧化碳釋放物。
儘管圖5中給出了兩個隔絕產品10，但可以理解，可以設計單個隔絕產品以隔絕該罩86。另外，儘管所示隔音產品被安裝以隔絕該車輛的罩，但可以理解，本發明的隔音產品可用於隔絕車輛的其它部件，例如輪艙和發動機隔室的側板。
本發明的操作原理和模式已在其優選實施方案中描述。但應該注意，本發明可在不背離其範圍的情況下按照具體說明和描述之外的其它方式而實施。
權利要求
1.一種包括纖維覆蓋層(12)和粘附到該覆蓋層主表面上的貼面材料(14)的用於車輛的隔音產品(10)，所述產品具有通過將貼面材料和覆蓋層的邊緣部分(72)壓制在一起而製成的周邊凸緣(70)，所述凸緣向所述產品提供挺度，且所述凸緣能夠通過連接體系在車輛上固定就位。
2.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述纖維是聚合物纖維。
3.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述覆蓋層(12)的邊緣部分(72)的密度明顯大於所述覆蓋層的其餘部分(74)。
4.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述凸緣(70)的厚度小於覆蓋層(12)的厚度的約15％。
5.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述貼面材料(14)是耐水性的。
6.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述貼面材料(14)是紗布網和膜，所述膜已熱軟化以將膜和紗布粘附到聚合物纖維的覆蓋層(12)上。
7.根據權利要求6的隔音產品(10)，其中所述紗布由聚酯纖維製成且所述膜是聚丙烯粘附膜。
8.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述隔絕產品的表面的靜態摩擦係數低於約0.8。
9.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述聚合物纖維覆蓋層(12)包括已受熱至足以將聚合物纖維粘結到貼面材料(14)上的溫度的聚合物粘結劑纖維。
10.根據權利要求1的隔音產品(10)，其中所述聚合物纖維覆蓋層(12)包括主纖維(16)和由基本聚合物組分(22)和粘結劑聚合物組分(24)製成的雙組分聚合物粘結劑纖維(20)，所述粘結劑組分的軟化點低於所述基本組分的軟化點，且所述粘結劑組分已受熱至不足以軟化該基本組分但足以軟化該粘結劑組分的溫度，以將多組分聚合物粘結劑纖維和主纖維粘結到自身上並且相互粘結。
11.根據權利要求10的隔音產品(10)，其中所述主纖維(16)是聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維且其中雙組分粘結劑纖維(20)包括聚對苯二甲酸乙二醇酯芯和聚對苯二甲酸乙二醇酯鞘。
12.一種包括聚合物纖維覆蓋層(12)和粘附到該覆蓋層主表面上的貼面材料(14)的卡車罩隔音產品(10)，所述產品具有通過將貼面材料和覆蓋層的邊緣部分(72)壓制在一起而製成的周邊凸緣(70)，所述凸緣向所述產品提供挺度，且所述凸緣能夠通過連接體系在卡車罩的下面固定就位。
13.根據權利要求12的隔音產品(10)，其中所述凸緣(70)的厚度小於覆蓋層(12)的厚度的約15％。
14.根據權利要求12的隔音產品(10)，其中所述貼面材料(14)是耐水性的。
15.一種包括聚合物纖維覆蓋層(12)和粘附到該覆蓋層主表面上的耐水性貼面材料(14)的用於車輛的隔音產品(10)，所述產品能夠通過連接體系在車輛上固定就位。
16.根據權利要求15的隔音產品(10)，其中所述貼面材料(14)是紗布網和膜，所述膜已熱軟化以將膜和紗布粘附到聚合物纖維的覆蓋層上。
17.根據權利要求16的隔音產品(10)，其中所述紗布由聚酯纖維製成，且所述膜是聚丙烯粘附膜。
18.根據權利要求15的隔音產品(10)，其中所述隔絕產品的表面的靜態摩擦係數低於約0.8。
19.根據權利要求15的隔音產品(10)，其中所述聚合物纖維覆蓋層(12)包括主纖維(16)和由基本聚合物組分(22)和粘結劑聚合物組分(24)製成的雙組分聚合物粘結劑纖維(20)，所述粘結劑組分的軟化點低於所述基本組分的軟化點，且所述粘結劑組分已受熱至不足以軟化該基本組分但足以軟化該粘結劑組分的溫度，以將多組分聚合物粘結劑纖維和主纖維粘結到自身上並且相互粘結。
20.根據權利要求19的隔音產品(10)，其中所述主纖維(16)是聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維且其中雙組分粘結劑纖維(20)包括聚對苯二甲酸乙二醇酯芯和聚對苯二甲酸乙二醇酯鞘。
全文摘要
本發明公開了一種用於車輛的隔音產品(10)，包括覆蓋層(12)和粘附到該覆蓋層主表面上的貼面材料(14)。所述產品具有通過將貼面材料和覆蓋層的邊緣部分(72)壓制在一起而製成的周邊凸緣(70)。所述凸緣向所述產品提供挺度，且所述凸緣能夠通過連接體系在車輛上固定就位。
文檔編號B32B5/02GK1414915SQ00817930
公開日2003年4月30日 申請日期2000年9月27日 優先權日1999年12月29日
發明者曾青瑜, S·A·舒特, L·A·斯泰爾格拉夫 申請人:歐文斯科爾寧格公司