用於汽車應用的聚合物/wucs氈片的製作方法

2023-05-29 04:33:51 1

專利名稱：用於汽車應用的聚合物/wucs氈片的製作方法
用於汽車應用的聚合物/wucs氈片 本發明的技術領域和工業實用性
本發明一般性涉及聲學產品，以及更具體地涉及一種聲和熱吸收 性短切纖維氈片，其由熱塑性粘合材料和增強纖維束形成並且可以用 作汽車和工業應用中的增強材料。
背景技術：
隔音材料用於各種需要衰減來自外源的噪聲的環境中。例如，隔 音材料已經用於各種應用中，例如用於器具中以降低散發到住房周圍 區域的聲音，用於汽車中以降低發動機的機械聲音和路面噪音，以及 用於辦公樓以衰減由工作場所，例如由電話交談或由辦公設備運轉產 生的聲音。常規隔音材料包括例如泡沫塑料、壓縮纖維、玻璃纖維絮 墊、氈以及纖維，例如熔噴法纖維的無紡網的各種材料。隔音通常依 賴於聲音吸收(能夠吸收入射聲波)和傳輸損耗(能夠反射入射聲波)來 提供充分的聲音衰減。
汽車中，絕緣材料也依賴於熱屏蔽性能來降低或防止熱量由汽車 中的各個熱源(例如發動機、變速器、排氣裝置等)向車輛的客艙傳遞。
這種絕緣材料通常在汽車中用作車頂村墊(headl iner)、隔板襯墊或防 火壁襯墊。祌塾通常由(1)提供所需機械強度性能的一個或多個絕緣材 料層和(2)允許汽車中的簡便安裝以及適當功能特性的一個或多個剛 性材料附加層的層壓材料形成。
層壓材料常規地可以通過將鬆散的短切玻璃纖維層沉積到位於移 動式傳送帶上的稀紗布(scrim)上的粘合劑層上而形成。然後將第二個 粘合劑層放置在玻璃纖維頂部使玻璃纖維保持在原位。如果該層壓材 料將用於形成汽車的車頂襯墊，那麼將聚氨酯板放置在第二粘合劑上， 以及將粘合劑、短切玻璃纖維和粘合劑的順次層放置在該聚氨酯板上。
該層狀的材料然後通過層壓烘箱，在其中施加熱量和壓力以形成隨後 可以形成車頂襯墊的複合材料。
這些層壓複合材料的製造商所面對的一個問題是將短切玻璃纖維 均勻分布到 一個或多個粘合劑層上。如果不能形成玻璃纖維的均勻分 布，那麼最終的複合材料可能具有非所需的性能。使用鬆散的短切玻 璃纖維的常規方法的另一個問題是在製造工藝過程中添加短切玻璃纖
維是緩慢的和昂貴的。此外，如果纖維接觸到成形加工層壓材料的工 人，鬆散的玻璃具有刺激皮膚的可能性。
與使用鬆散的短切玻璃纖維有關的問題的一種解決方案是用玻璃 氈片替代鬆散的短切玻璃纖維。在一種常規方法中，玻璃纖維粗紗在 傳送帶系統上切斷以及將薄的粘合劑紡粘材料放置在玻璃上面。短切 玻璃纖維的第二層位於該紡粘材料上，形成短切玻璃纖維/紡粘粘合劑
/短切玻璃纖維的三明治狀材料。該三層材料穿過層壓烘箱形成短切玻 璃氈片。然後使用該氈片生產車頂襯墊，作為用於其它常規方法的松 散的短切玻璃纖維的替代。但是，使用短切粗紗的常規氈片製造昂貴。 此外，該氈片沒有多孔結構來輔助最終產品的聲學特性。
因此，本領域中對於顯示優越的聲音衰減性能、具有改進的結構、 聲學和熱性能以及輕便和成本低廉的在汽車應用中用作襯墊中的增強 材料的無紡氈片存在需求。
發明概述
本發明的一個目的是提供一種形成短切纖維氈片的方法，該短切 纖維氈片包括增強纖維束和熱塑性粘合材料。為形成短切纖維氈片， 溼的增強纖維束被部分開松或"疏鬆"，但並不成絲，以及通過從增 強纖維除去水而至少部分脫水。乾燥的增強纖維束優選在高速空氣流 中與熱塑性粘合材料混合，形成增強纖維束和熱塑性粘合材料的基本 上均勻的混合物。在至少一個示例性實施方案中，熱塑性粘合材料為 纖維束形式，並在與脫水的增強纖維束混合之前通過開松設備成絲。 增強纖維束和熱塑性粘合材料的混合物然後例如通過使該混合物穿過
片材成型機而成型為片材。該片材然後可以被加熱到高於熱塑性粘合 材料熔點但低於增強纖維束熔點的溫度，以使熱塑性材料至少部分地 熔融以及將脫水的增強纖維束與熱塑性粘合材料粘合。此外，粘合劑 可以在將增強纖維束與熱塑性粘合材料粘合之前加入到片材中。在本 發明的一些其中熱塑性材料為熱塑性粘合纖維或雙組分纖維的實施方 案中，片材可以經歷針刺工藝，以在將增強纖維束與熱塑性粘合材料 粘合之前將脫水的增強纖維束與熱塑性粘合纖維機械結合，或者其可 以代替纖維粘合。由此形成的短切纖維氈片可以用作汽車應用中的增 強材料，例如用於機動車輛的車頂襯墊。
本發明的另 一個目的是提供一種適合用於汽車應用的低重量的隔 音和隔熱的無紡短切纖維氈片。短切纖維氈片由基本上均勻分布的脫 水的溼增強纖維束和至少一種熱塑性粘合材料形成。溼增強纖維可以
為有機、無機、熱塑性或熱固性纖維，並且可以具有約ll到約75mm 的長度和約8到約35微米的直徑。增強纖維優選為溼法應用的短切玻 璃纖維。熱塑性粘合材料可以為任何熱塑性材料，只要該熱塑性材料 的熔點低於增強纖維的熔點。熱塑性粘合材料和增強纖維束由部分熔 融的熱塑性粘合材料粘合。熱塑性粘合材料可以為纖維形式，或者可 以為薄片、顆粒或粉末形式。增強纖維束可以約80到約98 wt。/。的量 存在於短切纖維氈片中，以及熱塑性粘合材料可以全部纖維的約2到 約20wt。/。的量存在。此外，短切纖維氈片優選具有約80到約500 g/m2 的重量分布。
本發明的又一個目的是提供一種形成層壓複合材料的方法，包括 在移動式傳送帶上沉積稀紗布、第一粘合劑層、第一短切玻璃氈片層、 第二粘合劑層、聚氨酯板、第三粘合劑層、根據本發明的第二短切纖 維氈片層和最終粘合劑層的連續層。該層狀的複合材料產品然後可以 穿過層壓烘箱，在其中施加熱量和壓力以形成最終的層壓複合材料。 層壓複合材料可以進一步加工成複合材料產品，例如汽車的襯墊。例 如，層壓複合材料可以修整和模塑成為車頂襯墊。在進一步的加工步 驟中，為了美觀性目的，車頂村墊織物材料，例如布料、乙烯基樹脂、皮革或壁紙可以施加於該車頂襯墊。
本發明的進一步目的是提供一種形成層壓複合材料的方法，該層 壓複合材料可以形成汽車的車頂襯墊。在第一裝配線中，製成由稀紗 布、第一粘合劑、根據本發明的短切纖維氈片和第二粘合劑的順次層 形成的第一層壓產品。在第二裝配線中，製成由聚氨酯泡沫材料、第 三粘合劑層、短切纖維氈片層、第四粘合劑層和稀紗布形成的第二層 壓產品。第一和第二裝配線可以在線會合，使得第二粘合劑層靠近聚 氨酴泡沫材料設置。由此形成的層狀複合材料由稀紗布、笫一粘合劑 層、第一短切纖維氈片層、第二粘合劑層、聚氨酯泡沫材料層、笫三 粘合刑層、笫二短切纖維氈片層、笫四粘合刑層和笫二稀紗布層的連 續層構成。該層狀複合材料產品可以穿過層壓烘箱，在其中施加熱量 和壓力以形成最終的層壓複合材料，層壓複合材料可以進一步由常規 方法加工成複合材料產品，例如汽車的村墊。例如，層壓複合材料可 以修整和例如通過模塑工藝成型為車頂襯墊。為了美觀性目的，泡沫 塑料或織物然後可以施加於該車頂襯墊。
本發明的一個優點是通過改變用於短切纖維氈片的增強纖維和/ 或熱塑性粘合纖維的重量、長度和/或直徑，短切纖維氈片能夠使氈片 的物理性能最佳化和/或得到調整。因此，可以製造多種短切纖維氈片 和由短切纖維氈片形成的複合材料產品。
本發明的另 一個優點是短切纖維氈片具有均勻的或基本上均勻的 增強纖維束和熱塑性粘合纖維的分布，其提供改進的強度、聲學和熱 性能、勁度、耐沖擊性和聲學吸收性。
本發明的又一個優點是與常規短切玻璃纖維氈片相比，本發明的 短切纖維氈片具有更均勻的重量一致性和均勻的性能。
本發明的另一個優點是當溼法應用的短切玻璃纖維用作增強纖維 時，玻璃纖維可以容易地開松並纖維化，由於玻璃纖維中存在水分， 而幾乎不產生靜電。此外，因為乾燥纖維通常在切斷之前在分開的步 驟中加以乾燥和包裝，所以相比乾燥的短切纖維，溼法應用的短切玻 璃纖維製造相對低廉。因此，使用溼法應用的短切玻璃纖維使得可以
較低成本製造襯墊。
根據考慮以下詳細說明，本發明的上述和其它目的、特徵和優點 將更加充分地呈現。但是應清楚地理解，附圖是為了說明性目的，以 及並不被認為是限定本發明的界限。
附圖簡述
當考慮本發明的以下詳細公開時，特別是當結合附圖考慮時，本
發明的優點將是顯而易見的，其中


圖1為根據本發明的一個方面，說明在幹法成網工藝中使用溼增 強纖維的步驟的流程圖2為根據本發明的至少一個示例性實施方案，使用溼增強纖維 形成短切纖維氈片的氣流成網工藝的示意圖3為根據本發明的一個方面，用於製備玻璃/聚氨酯層狀複合材 料產品的乾燥聚氨酯層壓工藝的示意圖4為由圖3中所繪示例性工藝形成的玻璃/聚氨酯層狀複合材料 產品的示意圖5為根據本發明的至少一個其它示例性實施方案，用於製備玻 璃/聚氨酯層壓複合材料產品的溼聚氨酯層壓工藝的示意圖；和
圖6為由圖5中所繪示例性工藝形成的玻璃/聚氨酯層狀複合材料 產品的示意圖。
本發明的詳細說明和優選實施方案
除非另外規定，在此使用的所有科技術語具有與由本發明所屬領 域技術人員通常理解的相同含義。雖然與在此所述的那些相似或等效 的任何方法和材料都可以用於本發明的實踐或測試，但是在此描述優 選的方法和材料。
附圖中，為了清楚性，線、層和區域的粗度可以放大。應當注意 在各附圖中發現的相同數字表示相同元件。僅為了解釋的目的，在此 使用術語"頂部"、"底部"、"側面"等。應理解，當例如層、區
域、基材或板的元件被稱為在另一個元件"上"時，其可以直接位於 另一個元件上或者也可以存在插入的元件。如果元件或層被描述為"鄰 近"或"靠近"另一個元件或層，那麼應理解，該元件或層可以直接 鄰近或直接靠近另一個元件或層，或者可以存在插入的元件。還應理 解，當例如層、區域或基材的元件被稱為在另一個元件之上時，其可 以直接位於另一個元件之上，或者可以存在插入的元件。
術語"片材"和"氈片"在此可互換使用。此外，術語"熱塑性 結合纖維"和"熱塑性粘合纖維"可互換使用，以及術語"增強纖維" 和"增強用纖維"可互換使用。
本發明涉及一種由增強纖維和熱塑性粘合材料形成的短切纖維氈 片。增強纖維可以為適合提供優良結構質量以及優良聲學和熱性能的 任何纖維類型。增強纖維可以為任何有機、無機、熱塑性或熱固性纖 維類型，只要增強纖維的熔點大於熱塑性粘合纖維的熔點。增強纖維
的適合實例包括玻璃纖維、羊毛玻璃纖維(wool glass fiber)、天然 纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、碳纖維、石墨纖維、尼龍纖 維、人造纖維素纖維和聚合物類熱塑性材料，例如但不限於聚酯纖維、 聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維、聚苯硫 醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維和乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC) 纖維及其混合物，短切纖維氈片可以完全由一種增強纖維類型(例如天 然纖維或玻璃纖維)形成，或者可選地，多於一種的增強纖維類型可以 用於形成短切纖維氈片。如結合本發明使用的，術語"天然纖維"表 示從植物的任何部分，包括但不限於莖、種子、葉、根或韌皮提取的 植物纖維。優選，增強纖維材料為玻璃纖維。
增強纖維可以為具有約11到約75 mm長，優選約12到約30 mm 長的不連續長度的短切纖維。另外，增強纖維可以具有約8到約35 微米，優選約12到約23微米的直徑。此外，增強纖維可以在短切纖 維氈片內具有彼此不同的長度(長徑比)和直徑。增強纖維可以全部纖 維的約80到約98wt。/。的量，優選以約85到約95wt。/。的量存在於短 切纖維氈片中。
熱塑性粘合材料可以為熔點低於增強纖維的任何熱塑性或熱固性 材料。適合用於短切纖維氈片的熱塑性和熱固性粘合材料的非限制實 例包括聚酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯
(PET)纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維、乙烯-乙酸乙 烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纖維、丙烯酸低級烷基酯聚合物纖維、丙烯腈聚 合物纖維、部分水解的聚乙酸乙烯酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯吡 咯烷酮纖維、苯乙烯丙烯酸酯纖維、聚烯烴、聚醯胺、聚硫化物、聚 碳酸酯、人造纖維、尼龍、盼醛樹脂、環氣樹脂和丁二烯共聚物，例 如苯乙烯/丁二烯橡膠(SBR)和丁二烯/丙烯腈橡膠(NBR)。 一種或多種 熱塑性或熱閨性材料類型可以用來形成短切纖維氈片。此外，如果熱 塑性粘合材料為熱塑性粘合纖維，那麼纖維可以用酸性基團官能化， 例如通過用例如馬來酸或丙烯酸的酸羧基化，或者熱塑性粘合纖維可 以通過添加酸酐基團或乙酸乙烯酯官能化。熱塑性粘合材料也可以為 薄片、顆粒或粉末的形式，而不是熱塑性聚合物纖維形式。
熱塑性粘合材料也可以為多組分纖維的形式，例如雙組分聚合物 纖維、三組分聚合物纖維或塑料塗布的礦物纖維，例如熱塑性塑料塗 布的玻璃纖維。雙組分纖維可以殼-芯、並排、天星狀或扇形嵌段結構 排列。優選，雙組分纖維形成殼-芯結構，其中殼由第一種聚合物纖維 形成，其基本上包圍由第二種聚合物纖維形成的芯。並不需要殼纖維 完全包圍芯纖維。第一種聚合物纖維的熔點低於第二種聚合物纖維的 熔點，使得當將雙組分纖維加熱到高於第一種聚合物纖維(殼纖維)的 熔點並且低於笫二種聚合物纖維(芯纖維)的熔點的溫度時，第一種聚 合物纖維將軟化或熔融，而第二種聚合物纖維保持完好。第一種聚合 物纖維(殼纖維)的這種軟化將使第一種聚合物纖維變為粘性的，並且 將第一種聚合物纖維自身以及可能緊密相鄰的其它纖維粘合。
很多材料的組合物可用於製備雙組分聚合物纖維，例如但不限於 使用聚酯、聚丙烯、聚硫化物、聚烯烴和聚乙烯纖維的組合物。用於 雙組分纖維的特定聚合物組合物包括聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯、 聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯和聚丙烯/聚乙烯。其它非限制雙組分
纖維實例包括共聚聚酯聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇
酯(coPET/PET)、聚對苯二甲酸1， 4-環己烷二曱酯/聚丙烯(PCT/PP)、 高密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(HDPE/PET)、高密度聚乙烯/聚 丙烯(HDPE/PP)、線性低密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LLDPE/PET)、尼龍6/尼龍6， 6 (PA6/PA6， 6)和二醇(glycol)改性的聚 對苯二曱酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(6PETg/PET)。
雙組分聚合物纖維可以具有約1到約18旦尼爾的wt。/。和約2到 約4咖的長度。優選的是第一種聚合物纖維(殼纖維)的熔點為約150 到約400°F，和更優選為約170到約300°F。笫二種聚合物纖維(芯纖 維)具有更高的熔點，優選高於約350。F。
熱塑性粘合材料可以全部纖維的約2到約20wt%，以及優選約2 到約5 wt。/。的量存在於短切纖維氈片中。
短切纖維氈片可以通過幹法成網工藝形成，例如Enamul Haque 的名為"Development Of Thermoplastic Composites Using Wet Use Chopped Strand Glass In A Dry Laid Process"的美國專利公開號 2005-0082721中描述的千法成網工藝。在優選實施方案中，用於形成 短切纖維氈片的增強纖維為溼增強纖維，以及最優選為溼法應用的短 切玻璃纖維。用作增強纖維的溼法應用的短切玻璃纖維可以由本領域 已知的常規方法形成。理想的是溼法應用的短切玻璃纖維的含水量為 約5到約30%，和更優選為約5到約15%。
形成短切纖維氈片的示例性工藝在圖1中概括性說明，其包括部 分開松增強纖維和熱塑性粘合纖維(步驟100),使增強纖維和熱塑性 粘合纖維共混(步驟110),將增強纖維和熱塑性粘合纖維成型為片材 (步驟120)，任選地針刺該片材以產生片材結構完整性(步驟130)，以 及將增強纖維和熱塑性粘合纖維粘合(步驟140)。
增強纖維和形成熱塑性粘合材料的纖維通常以單根纖維的束的形
式聚集。在形成短切纖維氈片過程中，增強纖維束和熱塑性粘合纖維 束由開松系統，例如工業中常用的束開松系統部分地開松。開松系統 用來分離聚集的纖維並增強纖維-纖維之間的接觸。
現在參看圖2，可以最好地看到溼增強纖維和熱塑性粘合纖維的 開松。溼增強纖維200被進料到第一開松系統220，熱塑性粘合纖維 210被進料到第二開松系統230，分別至少部分地開松溼增強纖維束和 熱塑性粘合纖維束。理想的是第一開松系統220部分開松溼增強纖維 200束，但不使其成絲。應當注意雖然圖l和2中所繪示例性工藝顯 示由第二開松系統230開松熱塑性粘合纖維210，如果熱塑性粘合纖 維210以成絲的形式(未示出)存在或得到，而不是以束的形式存在或 得到，那麼熱塑性粘合纖維210可以直接送入纖維傳輸系統250。這 種實施方案被認為在本發明的範圍內。
笫一和笫二開松系統220、 230優選為束開松機，但是可以為適合 開松熱塑性粘合纖維210束和溼增強纖維200束的任何開松機類型。 開松機的設計取決於待開松的纖維的類型和物理特性。用於本發明的 的適合開松機包括有或者沒有稱重設備的任何常規標準型束開松機。 當部分開松的纖維穿過束開松機時，稱重設備用來對其進行連續稱重， 以監測傳遞到下一個工藝步驟上的纖維量。束開松機可以裝有多個精 細的開松機、 一個或多個刺輥轉筒或鋸齒轉筒、進料輥和/或進料輥和 凸杆的組合。
在可選實施方案中，其中熱塑性粘合材料為薄片、顆粒或粉末形 式(圖2中未示出)，而不是熱塑性粘合纖維，第二開松系統230可以 用適合於將粉末狀或片狀熱塑性粘合材料分布到用於與增強纖維200 混合的纖維傳輸系統25Q的設備替換。適合的設備將是本領域技術人 員容易確定的，在其中除了熱塑性粘合纖維210之外還使用薄片、顆 粒或粉末形式的樹脂的實施方案中(圖2中未示出)，用於分布薄片、 顆粒或粉末的設備通常不替換第二開松系統230。熱塑性薄片、顆粒 或粉末可以直接進料到用於將增強纖維束和熱塑性粘合材料混合的纖 維傳輸系統250中。
部分開松的溼增強纖維200然後可以由第一開松系統220計量加 入或進料到冷凝裝置240以從溼纖維除去水。在示例性實施方案中， 除去大於約70%的自由水(增強纖維外部的水)。但是優選由冷凝裝置
240除去基本上所有的水。應當注意，當在此使用時，短語"基本上 所有的水"用來表示除去所有的或幾乎所有的自由水。冷凝裝置240 可以為本領域已知的任何已知乾燥或除水設備，例如但不限於空氣幹 燥器、烘箱、輥、空吸泵、加熱的轉鼓式乾燥器、紅外加熱源、熱鼓 風機或微波發射源。
增強纖維200束和熱塑性粘合纖維210由纖維傳輸系統250共混 在一起。在優選實施方案中，纖維在高速空氣流中共混。纖維傳輸系 統250既用作將熱塑性粘合纖維210和增強纖維200束運輸到片材成 型機270的管道，又用作在空氣流中將纖維基本上均勻混合的管道。 理想的是儘可能均勻地分布增強纖維200和熱塑性粘合纖維210。進 入纖維傳輸系統250中空氣流的增強纖維200和熱塑性粘合纖維210 的比率可以由以上關於第一和第二開松系統220、 230所述的稱重設備 控制，或者由纖維穿過第一和第二開松系統220、 230的量和/或速率 控制。在優選實施方案中，存在於空氣流中的增強纖維200與熱塑性 粘合纖維210的比率為90: IO(分別對應增強纖維200和熱塑性粘合纖 維210)。
增強纖維200和熱塑性粘合纖維210的混合物可以由纖維傳輸系 統250中的空氣流輸送到片材成型機270,在其中纖維成型為片材。 一個或多個片材成型機可以用於形成短切纖維氈片。在本發明的一些 實施方案中，共混的纖維在進入片材成型機270之前，由纖維傳輸系 統250輸送到填充箱塔260，其中增強纖維200束和熱塑性粘合纖維 210例如通過計算機監測的電子稱重設備按體積進料到片材成型機 270,填充箱塔260可以位於片材成型機270內部或者其可以設置在片 材成型機270外部。填充箱塔260也可以包括擋板以在進入片材成型 機270之前進一步共混和混合增強纖維200和熱塑性粘合纖維210。 在一些實施方案中，帶有冷凝器和分布傳送帶的片材成型機270可以 用來得到進料到填充箱塔260的更高纖維進料和穿過填充箱塔260的 提高的空氣體積。為了得到開松纖維的改進的橫向分布，分布器傳送 帶可以相對片材方向橫向運行。結果，熱塑性粘合纖維210和增強纖
維200束可以在幾乎沒有或沒有壓力並且纖維斷裂最小的情況下輸送 進填充箱塔260中。
由片材成型機270形成的片材以所需比例和重量分布包含基本上 均勻分布的增強纖維200和熱塑性粘合纖維210的束。由片材成型機 270形成的片材的重量分布為約80到約500 g/m2，優選的重量分布為 約80到約300 g/m2。
在本發明的一個或多個實施方案中，離開片材成型機270的片材 任選地在針刺制氈設備280中進行針刺工藝，在其中倒刺針或叉形針 以向下和/或向上運動形式推進穿過片材的纖維，將增強纖維200和熱 塑性粘合纖維210纏結或纏繞，並賦予氈片機械強度和完整性。針刺 制氈設備280可以包括送網機構、帶有針板的針板橫梁、倒刺制氈針 數為每米機寬約500針到每米機寬約7, 500針、託板、底板和巻取機 構。增強纖維200和熱塑性粘合纖維210的機械互鎖通過使倒刺制氈 針反覆穿入和穿出片材而得到。與選定用於本發明工藝的特定增強纖 維和聚合物纖維一起使用的最佳針刺選擇將是本領域技術人員容易確 定的。
雖然熱塑性粘合劑材料210用於將增強纖維200彼此粘合，但是 可以在片材穿過熱粘合系統290之前添加粘合劑樹脂285作為額外的 粘合劑。粘合劑樹脂285可以為樹脂粉末、薄片、顆粒、泡沫或液體 噴霧形式。粘合劑樹脂285可以由任何適合的方式添加，例如溢流和 提取方法或者通過在片材上噴塗粘合劑樹脂285。添加到片材的粘合 劑樹脂285的量可以根據短切纖維氈片的所需性能變化。催化劑，例 如氯化銨、對甲苯、磺酸、硫酸鋁、磷酸銨或硝酸鋅可以用來改進固 化速率和固化的粘合劑樹脂285的質量。
單獨的或除了在此所述的其它粘合方法之外，可以用來進一步粘 合增強纖維200的其它方法為膠乳粘合。在膠乳粘合中，由單體，例 如乙烯(T「125T)、 丁二烯(Tg-78X:)、丙烯酸丁酯(T「52X:)、丙烯酸
乙酯(1-22<0、乙酸乙烯酯(Tg3or;)、氯乙烯(Tg8or;)、甲基丙烯酸
甲酯(Tgl05X:)、苯乙烯(TJ05lC)和丙烯腈(Tgl30iC)形成的聚合物用
作粘合劑。較低的玻璃化轉變溫度(Tg)產生較軟質的聚合物。膠乳聚 合物可以在片材進入熱粘合系統290之前以噴霧形式添加。 一旦片材 進入熱粘合系統290，膠乳聚合物熔融並將增強纖維200粘合在一起。
可以單獨使用或與在此所述的其它粘合方法結合使用的另一種任 選的粘合方法為化學粘合。液體類粘合劑、粉末粘合劑、泡沫以及在 一些情況下，有機溶劑可以用作化學粘合劑。化學粘合劑的適合實例 包括但不限於丙烯酸酯聚合物和共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙 酸乙烯酯-乙烯共聚物及其結合物。例如，聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)、丙烯酸低級烷基酯聚合物、丁苯橡膠、 丙烯猜聚合物、聚氡酯、環氣樹脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、偏二 氯乙烯與其它單體的共聚物、部分水解的聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、聚酯樹脂和苯乙烯丙烯酸酯可以用作化學粘合劑， 化學粘合劑可以通過浸漬、塗布或噴塗片材而均勻施加。
在片材離開片材成型機270之後或任選的片材針刺之後，片材可 以穿過熱粘合系統290以將增強纖維200和熱塑性粘合纖維210粘合 並形成短切纖維氈片295。但是，應理解如果片材在針刺制氈設備280 中針刺並且增強纖維200和熱塑性粘合纖維210機械結合，那麼片材 可以不需要穿過熱粘合系統290來形成短切纖維氈片295。
在熱粘合系統290中，片材被加熱至高於熱塑性粘合纖維210熔 點但低於增強纖維200熔點的溫度。當雙組分纖維用作熱塑性粘合纖 維210時，熱粘合系統290中的溫度升高到高於殼纖維的熔融溫度但 低於增強纖維200的熔融溫度的溫度。將熱塑性粘合纖維210加熱到 高於其熔點的溫度，或者在其中熱塑性粘合纖維210為雙組分纖維的 情況下，將熱塑性粘合纖維210加熱到高於殼纖維熔點的溫度使熱塑 性粘合纖維210變為粘合劑，並使熱塑性粘合纖維210自身和與相鄰 增強纖維200粘合。熔融的熱塑性粘合纖維210起膠水的作用，使分 散的玻璃纖維保持束狀。如果熱塑性粘合纖維210完全熔融，那麼熔 融的纖維可以包封增強纖維200。只要熱粘合系統290內的溫度不升 高到增強纖維和/或芯纖維的熔點，那麼這些纖維將在熱粘合系統290和短切纖維氈片295內保持纖維狀形式。
熱粘合系統290可以包括本領域已知的任何已知加熱和/或粘合 方法，例如烘箱粘合、使用強制空氣的烘箱粘合、紅外加熱、熱壓延、 帶壓延、超聲波粘合、微波加熱和加熱轉鼓。任選地，這些粘合方法 的兩種或更多種可以組合用於將增強纖維200和熱塑性粘合纖維210 粘合。熱粘合系統290的溫度根據使用的特定熱塑性粘合纖維210、 粘合劑樹脂和/或膠乳聚合物的熔點以及在片材中是否存在雙組分纖 維加以變化。從熱粘合系統290排出的短切纖維氈片295包含分散的 熱塑性粘合纖維和束狀增強纖維。當溼法應用的短切玻璃纖維用作溼 增強纖維200時，從熱粘合系統290排出的短切纖維氈片295包含分 散的熱塑性粘合纖維210和束狀玻璃長絲。
在可選實施方案(未示出)中，短切纖維氈片由溼法成網方法形成。 例如，將增強纖維和熱塑性粘合纖維分散在包含粘合劑以及分散劑、 粘度調節劑、消泡劑和/或其它化學試劑的水溶液中並且攪拌形成淤 漿。位於淤漿中的熱塑性粘合纖維和增強纖維然後沉積到運動篩網上， 在其中水被除去。任選地，該氈片在烘箱中乾燥。該氈片然後可以浸 入粘合劑組合物中，用粘合劑組合物浸漬該氈片。該氈片然後穿過固 化烘箱以除去任何殘留水，固化粘合劑，和至少部分熔融熱塑性粘合 纖維以將增強纖維和熱塑性粘合纖維粘合在一起。得到的短切纖維氈 片為分散的熱塑性纖維和束狀玻璃長絲的組合物。
在另一個可選實施方案(未示出)中，短切纖維氈片由例如上述但 並不使用熱塑性粘合纖維的溼法成網方法形成。在這種實施方案中， 結合劑在固化烘箱中的固化足以提供增強纖維的完整性和形成短切纖 維氈片。
短切纖維氈片295可以用於許多應用，例如汽車應用中的增強材 料，例如車頂襯墊、發動機罩襯墊、地板襯墊、裝飾板、包裹架、遮 光軍、儀錶板結構、門襯墊等，用於船舶工業(造船)的手工lay-up、 真空和壓力袋、冷壓模具、匹配的金屬壓型模具和離心澆鑄。短切纖 維氈片295也可以用於許多非結構性聲學應用，例如用於器具、辦公 室屏風和隔斷、天花板面磚和建築鑲板。
在本發明的一個示例性實施方案中，短切纖維氈片295用於乾燥 聚氨酯泡沫層壓工藝以形成襯墊，例如汽車用車頂襯墊。用於生產汽 車用襯墊的乾燥聚氨酯泡沫層壓工藝的一個實例在圖3中說明。第一 粘合劑層320進料到位於移動式傳送帶300上的稀紗布310上。由輥 330進料的短切纖維氈片295層壓到第一粘合劑層320上並由第二粘 合劑層340戾蓋，使得短切纖維氈片295的第一層夾在第一和笫二粘 合劑層320、 340之間。然後由聚氨酯泡沫材料分配裝置360將半剛性 聚氨酯泡沫材料，例如聚氨酯泡沫板350設置在笫二粘合劑層340上， 並且將笫三粘合劑層370設置在聚氨酯板350上。應當理解其它結構 板或結構層可以代替聚氨酯泡沫板350，以及包括這些結構板或結構 層的層狀復命材料產品3"被認為在本發明的範圍內。然後將第二短 切纖維氈片層沉積在第三粘合劑層370上。將最終粘合劑層380設置 在第二短切纖維氈片層上，由此將第二短切纖維氈片層設置在第三粘 合劑層370和最終粘合劑層380之間。由此，如圖4中示意性描繪的 層狀複合材料產品395可以由稀紗布310、笫一粘合劑層320、由短切 玻璃纖維氈片2"形成的層、第二粘合劑層340、聚氨酯板350、笫三 粘合劑層370、由短切纖維氈片295形成的第二層和最終粘合劑層380 的連續層形成。
層狀複合材料產品395可以穿過層壓烘箱(未示出)，在其中施加 熱和壓力以形成最終的層壓複合材料(未示出)。層壓複合材料可以進 一步由常規方法加工成複合材料產品，例如汽車的襯墊。例如，層壓 複合材料可以修整和例如在模塑工藝中成型為車頂襯墊。在另外的加 工步驟中，為了美觀性目的，車頂襯墊織物材料，例如布料、乙烯基 樹脂、皮革、泡沫塑料或壁紙可以設置在最終粘合劑層380上。
笫一、第二、第三和最終粘合劑層分別由第一、第二、第三和第 四粘合劑形成。粘合劑優選為薄膜形式，但可以為粉末形式。適合的 粘合劑實例包括但不限於聚乙烯或其衍生物、乙烯和乙酸乙烯酯的共 聚物(EVA)、乙烯和乙酸的共聚物(EAA)、酸改性的聚乙烯、共聚醯胺
和丙烯酸乙酯。第一、第二、第三和最終粘合劑層可以由相同的粘合 劑或不同的粘合劑形成。
在另一個示例性實施方案中，短切纖維氈片295可以用於溼聚氨 酯泡沫層壓工藝，用於生產汽車用襯墊。這種溼聚氨酯泡沫層壓工藝 的一個實例在圖5中說明。在第一裝配線400中，第一液體粘合劑層 410經由粘合劑分配裝置420沉積到稀紗布310上。由輥330進料的 短切纖維氈片295層壓到第一液體粘合劑層410上並由第二液體粘合 劑層430覆蓋，使得短切纖維氈片295的層夾在第一和第二液體粘合 劑層410、 430之間。由此產生的第一層壓材料產品可以由稀紗布310、 第一液體粘合劑層410、短切纖維氈片295的層和第二液體粘合劑層 430的順次層形成。
在第二裝配線435中，第三液體粘合劑層440經由粘合劑分配裝 置420沉積到半剛性聚氨酯泡沫材料(例如聚氨酯泡沫板350)上。應 當理解其它結構板或結構層可以代替聚氨酯泡沫板350,以及包括這 些結構板或結構層的層狀複合材料產品460被認為在本發明的範圍 內。由輥330進料的短切纖維氈片295被層壓到第三液體粘合劑層410 上並由第四液體粘合劑層450覆蓋。然後將稀紗布310設置在第四液 體粘合劑層450上以形成第二層壓材料產品，其包括聚氨酯板350、 第三液體粘合劑層440、由短切纖維氈片295形成的層、第四液體粘 合劑層450和稀紗布310的順次層。
如圖5中描繪的，第一和第二裝配線可以一定方式在線會合，使 得第二粘合劑層430鄰近於聚氨酯板350設置。圖6中示意性描繪的 層狀複合材料產品460可以由稀紗布310、第一液體粘合劑層410、由 短切玻璃纖維氈片295形成的層、第二液體粘合劑層430、聚氨酯板 350、第三液體粘合劑層440、由短切玻璃纖維氈片295形成的第二層、 第四液體粘合劑層450和稀紗布310的連續層形成。形成第一液體粘 合劑層410、第二液體粘合劑層430、第三液體粘合劑層440和第四液 體粘合劑層450的第一、第二、第三和第四液體粘合劑優選為聚氨酯 類粘合劑，以及粘合劑彼此可以相同或不同。層狀複合材料產品460
可以穿過層壓烘箱(未示出)，在其中施加熱和壓力以形成最終的層壓 複合材料(未示出)。層壓複合材料可以進一步由常規方法加工成複合 材料產品，例如汽車的襯墊。例如，層壓複合材料可以修整和例如通 過模塑工藝成型為車頂襯墊。為了美觀性目的，泡沫塑料或織物然後 可以施加於該車頂襯墊。應當理解，雖然上述乾燥和溼的泡沫層壓工 藝已經以被認為是優選實施方案的形式加以描述，但是對於本領域技 術人員可以確認的這些方法的其它變化和可選方案同樣被認為是在本 發明的範圍內。
本發明的一個優點是與常規短切玻璃纖維氈片相比，如上所述形 成的短切纖維氈片具有更均勻的重量一致性。本發明短切纖維氈片的
均勻的重量一致性在最終產品中產生均勻的性能。例如，當由該氈片
形成的車頂襯墊要具有DVD容量或從車頂襯墊側面展開的防護氣囊 時，均勻的重量一致性是有利的。沒有均勻的重量一致性，防護氣嚢 不能以目標展開速率展開。
此外，本發明短切纖維氈片的均勻性能促進使用比傳統短切玻璃
纖維氈片重量更輕的增強材料。另外，本發明的短切纖維氈片提供改 進的流動和整個車頂襯墊基材的一致性，其對於汽車製造商產生更大 的設計和款式自由度。此外，根據本發明的短切纖維氈片通過提高拉 伸比提供改進的模塑性能，並且其能夠與車頂襯墊的形狀一致並仍然 提供均勻性能。
此外，通過改變用於短切纖維氈片的增強纖維和/或熱塑性粘合纖 維的重量、長度和/或直徑，該短切纖維氈片具有使特定應用所需的物 理性能(例如勁度或強度)最佳化和/或得到調整的能力。此外，增強纖 維的上漿化學過程容易改造以配合熱塑性粘合纖維的各種類型的性 能。結果，可以形成多種短切纖維氈片和由短切纖維氈片形成的複合 材料產品。此外，短切纖維氈片具有均勻的或基本上均勻的增強纖維 束和粘合纖維的分布，由此提供改進的強度以及改進的聲學和熱性能、
強度、勁度、耐衝擊性和聲學吸收性。
另外，使用溼法應用的短切玻璃纖維提供優於常規幹法成網玻璃
纖維工藝的成本。例如，因為乾燥纖維通常在切斷之前在分開的步驟 中加以乾燥和包裝，所以相比乾燥的短切纖維，溼法應用的短切玻璃 纖維製造相對低廉。此外，由於玻璃纖維中存在水分，所以溼法應用 的短切玻璃纖維可以容易地開松，而幾乎不產生靜電。結果，使用溼 法應用的短切玻璃纖維使得可以較低成本製造短切纖維氈片。此外， 因為增強(玻璃)纖維並未成絲，所以它們具有潤溼片材中的其它組分 (聚氨酯泡沫)的能力。如果增強纖維無法潤溼片材的熱塑性粘合組分 (一種或多種)，那麼最終產品可能層離並且機械性能差。
本申請的發明已經在以上一般性地和根據特殊實施方案加以描 述。雖然本發明已經以被認為是優選實施方案的形式加以闡明，但是 可以在一般公開範圍內選擇本領域技術人員已知的多種可選方案。除 了以下闡明的權利要求的敘述之外，本發明並不另外受到限制。
權利要求
1.一種形成隔音和隔熱的短切纖維氈片的方法，該短切纖維氈片適合用於汽車應用中，該方法包括以下步驟至少部分開松溼增強纖維束(100)；從所述部分開松的溼增強纖維束除去至少一部分水以形成脫水的增強纖維束；混合所述脫水的增強纖維束和熱塑性粘合材料以形成所述脫水的增強纖維束和所述熱塑性粘合材料的基本上均勻的混合物(110)；將所述脫水的增強纖維束和所述熱塑性粘合材料的所述混合物成型為片材(120)；和將所述脫水的增強纖維束的至少一部分和所述熱塑性粘合材料粘合以形成短切纖維氈片(140)。
2. 權利要求1的方法，其中所述粘合步驟包括將所述片材加熱到 高於所述熱塑性粘合材料熔點和低於所述脫水的增強纖維束熔點的溫 度，以使所述熱塑性粘合材料至少部分熔融並將所述脫水的增強纖維 束的至少一部分和所述熱塑性粘合材料粘合。
3. 權利要求2的方法，其中所述成型步驟包括使所述脫水的增強 纖維束和所述熱塑性粘合材料的所述混合物穿過片材成型機(270)。
4. 權利要求3的方法，進一步包括在所述成型步驟之前，將所述 脫水的增強纖維束和所述熱塑性粘合材料的所述混合物輸送到填充箱 塔(260)的步驟，所述填充箱塔按體積將所述混合物進料到所述片材成 型機。
5. 權利要求2的方法，進一步包括在所述粘合步驟之前，使所述塑性粘合材料的步驟；和其中所述熱塑性粘合材料為至少一種選自熱 塑性纖維、熱固性纖維和雙組分纖維的材料。
6.權利要求1的方法，其中所述粘合步驟包括使所述片材進行針 刺工藝以機械結合所述脫水的增強纖維束和所述熱塑性粘合材料；和其中所述熱塑性粘合材料為至少一種選自熱塑性纖維、熱固性纖維和 雙組分纖維的材料。
7. 權利要求1的方法，進一步包括在所述粘合步驟之前，添加粘 合劑(285)的步驟，所述粘合劑選自樹脂粉末、樹脂薄片、膠乳聚合物、 樹脂顆粒、粘合劑泡沫和有機溶劑。
8. 權利要求1的方法，進一步包括開松所述熱塑性粘合材料的束 以使所述熱塑性粘合材料成絲的步驟，所述熱塑性粘合材料為至少一 種選自熱塑性纖維、熱固性纖維和雙組分纖維的材料。
9. 權利要求1的方法，其中所述溼增強纖維為溼法應用的短切玻 璃纖維，以及所述熱塑性粘合材料為至少一種選自熱塑性纖維、熱固 性纖維和雙組分纖維的材料。
10. —種適合用於汽車應用的隔音和隔熱的無紡短切纖維氈片， 包括脫水的溼增強纖維(200)束；和熔點低於所述脫水的溼增強纖維束熔點的熱塑性粘合材料(210)， 所述熱塑性粘合材料將所述脫水的溼增強纖維束的至少一部分和所述 熱塑性粘合材料粘合；和其中所述脫水的溼增強纖維束和所述熱塑性粘合材料在整個所述 短切纖維氈片中基本上均勻分布。
11. 根據權利要求IO的短切纖維氈片，其中所述增強纖維選自玻 璃纖維、羊毛玻璃纖維、天然纖維、金屬纖維、陶資纖維、礦物纖維、 碳纖維、石墨纖維、尼龍纖維、人造纖維素纖維、聚合物類熱塑性纖 維及其結合物。
12. 根據權利要求IO的短切纖維氈片，其中所述脫水的溼增強纖 維以全部纖維的約80到約98 wt。/。的量存在於所述短切纖維氈片中， 和所述熱塑性粘合材料以全部纖維的約2到約20 wt。/。的量存在於所 述短切纖維氈片中。
13. 根據權利要求12的短切纖維氈片，其中所述短切纖維氈片具 有約80到約500 g/n^的重量分布。
14. 根據權利要求IO的短切纖維氈片，其中所述脫水的溼增強纖 維為脫水的溼法應用的短切玻璃纖維，和所述熱塑性粘合材料為雙組 分纖維。
15. 根據權利要求14的短切纖維氈片，其中所述雙組分纖維選自 聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚乙烯、聚 丙烯/聚乙烯、共聚聚酯聚對苯二曱酸乙二醇酯/聚對苯二曱酸乙二醇 酯(coPET/PET)、聚對苯二甲酸1， 4-環己烷二甲酯/聚丙烯(PCT/PP)、 高密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(HDPE/PBT)、高密度聚乙烯/聚 丙烯(HDPE/PP)、線性低密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LLDPE/PET)、尼龍6/尼龍6， 6 (PA6/PA6， 6)和二醇改性的聚對苯二甲 酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(6PETg/PET)。
16. —種形成層壓複合材料的方法，包括以下步驟 在稀紗布(310)上設置由笫 一粘合劑形成的第 一粘合劑層(320); 在所述第一粘合劑層上沉積第一短切纖維氈片層(340),所述短切纖維氈片包括脫水的溼增強纖維束和熔點低於所述脫水的溼增強纖維 熔點的熱塑性粘合材料，所述熱塑性粘合材料已經進行熱處理至至少 部分熔融，並將所述脫水的溼增強纖維束的至少一部分和所述熱塑性 粘合材料粘合；在所述笫 一短切纖維氈片層上設置由第二粘合劑形成的第二粘合 劑層(340);和在所述第二粘合劑層上設置泡沫材料(350)以形成層壓複合材料。
17. 權利要求16的方法，進一步包括以下步驟在所述泡沫材料上沉積由第三粘合劑形成的第三粘合劑層(37 0); 在所述笫三粘合劑層上設置第二短切纖維氈片層(295);和 在所述第二短切纖維氈片層上設置由笫四粘合劑形成的第四粘合 劑層(380)。
18. 權利要求17的方法，進一步包括形成所述短切纖維氈片的步 驟，所述形成步驟包括部分開松溼增強纖維(200)束；從所述部分開松的溼增強纖維束除去至少一部分水以形成所述脫水的溼增強纖維束；混合所述脫水的溼增強纖維束和所述熱塑性粘合材料以形成所述 脫水的溼增強纖維束和所述熱塑性粘合材料的基本上均勻的混合物 (250);將所述脫水的溼增強纖維束和所述熱塑性粘合材料的所述混合物 成型為片材(270);和將所述脫水的溼增強纖維束的至少一部分和所述熱塑性粘合材料 粘合以形成所述短切纖維氈片(290)。
19. 權利要求17的方法，其中所述笫一、第二、笫三和第四粘合 劑具有選自薄膜和粉末的形式。
20. 權利要求16的方法，其中所述泡沫材料為聚氨酯泡沫板。
21. 權利要求17的方法，其中所述層壓複合材料產品為汽車的車 頂襯墊，以及所述方法進一步包括以下步驟修整所述層壓複合材料產品；和 將所述修整的層壓複合材料模塑成車頂襯墊。
22. 權利要求21的方法，進一步包括在所述修整步驟之前，使所 述層壓複合材料產品穿過層壓烘箱的步驟。
23. —種形成層壓複合材料產品的方法，包括以下步驟 形成第一層狀材料(400)，包括在第一稀紗布(310)上沉積由第一粘合劑形成的第一粘合劑層 (410);在所述第一粘合劑層上設置第一短切纖維氈片層(295)，所述短切 纖維氈片包括脫水的溼增強纖維束和熔點低於所述脫水的溼增強纖維 熔點的熱塑性粘合材料，所述熱塑性粘合材料將所述脫水的溼增強纖 維束和所述熱塑性粘合材料粘合；和在所述第 一短切纖維氈片層上設置由第二粘合劑形成的第二粘合 劑層(430);形成第二層狀材料(435)，包括 在泡沫材料層(350)上沉積由第三粘合劑形成的第三粘合劑層 (440);在所述第三粘合劑層上設置第二短切纖維氈片層(295);在所述第二短切纖維氈片層上沉積由第四粘合劑形成的第四粘合 劑層(450);和在所述第四粘合劑層上設置第二稀紗布(310);和設置所述第二層狀材料和所述笫一層狀材料，使得所述泡沫材料 層與所述第二粘合劑層鄰近以形成所述層壓複合材料產品。
全文摘要
提供一種由熱塑性粘合材料和增強纖維束形成的聲和熱吸收性短切纖維氈片(295)。增強纖維優選為溼法應用的短切玻璃纖維(WUCS)。熱塑性粘合材料可以為熔點低於增強纖維的任何熱塑性或熱固性材料。可以通過部分開松WUCS纖維以及使熱塑性粘合材料成絲，將增強纖維和熱塑性粘合纖維共混，使增強纖維和熱塑性粘合纖維成型為片材，以及粘合該片材，從而形成該短切纖維氈片。粘合過程中，片材被加熱到高於熱塑性粘合纖維熔點但低於玻璃纖維熔點的溫度。熔融的熱塑性粘合纖維起膠水的作用，使玻璃纖維保持束狀。由此形成的短切纖維氈片可以用作汽車應用中的增強材料。
文檔編號D04H1/54GK101160425SQ200580046684
公開日2008年4月9日 申請日期2005年12月6日 優先權日2004年12月28日
發明者E·哈克 申請人:歐文科寧智慧財產權資產有限公司