模制成型隔声车辆板及其制造方法

专利名称：模制成型隔声车辆板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种模制成型阻隔车辆板，特别涉及一种隔声的这种板，以及制造该 板的方法。更特别地，本发明涉及用于装配汽车和卡车车辆的这类板，如车门板、车身顶板、 背光源板及轮拱(wheel well)，且尤其是后者。
背景技术：
在本领域中一直持续不断地努力降低动力车辆的成本和重量。成本和重量的大部 分在于结构中使用的金属件，例如车身件、防护和隔声板等。尽管本发明可广泛地应用于多 种车辆板，但本发明可通过特别参考汽车和卡车的轮拱罩(wheel well shield)予以最好 地说明。这些罩定位于车辆轮拱下面，并阻止溅起的水及道路碎屑进入车身底部和发动机 舱。轮拱罩是本领域中的特别难的一个问题，因为这些罩不仅必须基本上阻止从道路上溅 起的水流溢到车身底部或发动机舱中，而且为了完全令人满意，还必须减轻由轮胎旋入轮 拱的碎屑所引起的道路噪声。关于此类噪声的显著的例子是当汽车穿过砾石路时，当轮拱 未被予以防护或者被不能够充分地减少噪声的罩予以防护时，则砾石被轮胎旋入轮拱并产 生非常令人反感的噪声。用于在车辆轮拱周围设置防护的传统解决方案是使用冲压钢片等。这类解决方案 在对发动机舱及车身结构进行物理防护方面十分有效，但在减轻车辆噪声水平方面却并不 有效。此外，在碎屑或水冲击罩并使所述结构受激而引起震动的诸多情况下，这类罩由于高 刚度和低衰减特性而产生不期望的噪声。当水飞溅或道路碎屑冲击罩时，这些不期望的噪 声常常导致清脆的或使人痛苦的声响。通过对轮拱或罩涂覆衰减涂层或者通过使用低机械刚度的材料，这些传统的系统 已得到了改进。当今常用的这类材料之一是聚丙烯。此材料可通过压模法或注模法而模制 成复杂三维形状。模制的聚丙烯罩相比冲压钢片在重量上减轻，且由于更低刚度和更高的 内部衰减性能而在声学性能上带来一些改善。然而，但它们仍不能满足目前的减噪要求。关于后一点，美国专利US 1，704，048公开了一种对此类减低噪声方式所做的早 期尝试，此专利提出在护板下使用薄橡胶型材，该型材不透水且通过其弹性减弱如砾石 之类的道路噪声。另一方面，美国专利US 3，068，794提出在轮拱内放置护板套(fender boot)。护板套由塑料材料制造以减轻道路噪声。在更近的方法中，美国专利US 4，620，745描述了用于减轻噪声的具有半弹性材 料的轮拱防护装置。美国专利us 4，735，427向现代应用更进一步，其提出采用轮廓近似于 轮拱轮廓的塑料材料外壳。优选地，塑料材料为针刺塑料纤维起绒材料，所述材料通过将薄 片材料温加工成轮拱轮廓形状并通过粘合、卡紧螺栓等紧固于轮拱来制造。此保护装置中的一种替代方案是，为了实现特别的隔声，可通过使用弹性塑料材料而使起绒材料在其正 面不透水。基本上，此为背景技术中目前最常用的方法。然而，作为更先进的方法，美国专利申请公开US2004/0096646A1提出了一种重量 轻的轮罩，通过使用泡沫或膨胀塑料来降低滚动噪声、溅水噪声、及石头冲击噪声。该公开 还提及对轮拱罩的多种尝试，并指出，该发明的膨胀塑料轮拱罩除了重量轻之外，其形状出 乎意料地稳定并具有优异的声学性能。轮拱罩可通过注模法或深拉法来制造。
背景技术：
中 的这种更现代的方法所具有的重大意义在于，其认识到，需要在提供良好的减噪的同时使 轮拱罩尽可能轻。因此很明显的是，成功的轮拱罩取决于其制造材料所具有的特征，特别在减噪方 面。在后一方面，美国专利US 5，094，318提出了用于汽车的吸声材料，该吸声材料为其内 具有衰减板的层的组合。美国专利US 4，801，169则特别涉及主干件衬垫，其清楚说明了车 辆板的自承的重要性，因为自承属性可以使板易于应用和紧固到车辆上。特别地，该专利建 议使用由纤维材料(如聚酯短纤维，其针刺有涂覆于衬垫背面的可模制涂层，以保持形状 并提供刚度)形成的模制主干件衬垫。建议采用聚乙烯涂层或可模制乳胶涂层。美国专利 US 4，673，207公开了一种类似的主干件衬垫，其中，当板被安装在主干件内时，板被朝着竖 立位置向内偏压，以便于安装。美国专利US 4，568，581与此类似，但提出使用用于主干件 舱室的模制板，所述模制板包括由熔点相对高的纤维和熔点相对低的热塑纤维的混合物形 成的无纺织物，其中，低熔点纤维形成大量的粘接部，这产生形状保持能力且在一表面上产 生了熔融形态。近来，转让给本受让人的美国专利申请公开US 2003/0199216A1提出了本领域中 在隔声方面的显著进展。该申请指出，隔声，特别是车辆板的隔声，一般具有低的x_y平面 强度，除非其有显著厚度或由多层组成，而其中的一层为强度产生层。但是，多数汽车隔声 应用必须限制于相对小的空间中，且厚度一般必须为1英寸或更小。对于汽车板的确如此， 且对于轮拱罩也的确如此。该申请提出使用由单层无纺材料制成的梯度密度材料，该单层 无纺材料被处理成至少一部分厚度相对于剩余部分厚度在密度上加大，且此单层材料在处 理后具有处于200-4000MKS瑞利范围内的气流阻抗，而该气流阻力范围如此申请中公开的 那样，是获得良好减声所需的范围。这在本领域中是显著的优点，且该公开结合于此作为参 考。因此，清楚的是，本领域长期以来一直在寻找提供更好的具有显著减声特性的车 辆板而且尤其是还具有自承属性的这类板。本发明旨在提供具有这种属性的专门的板，而 且它可在相对低的成本下制造且具有高的减声特性。

发明内容
本发明基于几个主要和次要的技术创新。首先，为了制造比较便宜的和改进的板，可通过比较便宜的干法成网工艺 (dry-laid process)来制造改进的板。此外，这类板可在无需向所述板提供加强层、液体 涂覆层、树脂浸渍或叠层的情况下制造。与通常的商用汽车板相比，这显著地降低了所述改 进的板的成本，而且这亦是本发明的一个主要特征。相反，根据本发明人的发明，通过使用 在针刺及模制状态下与低熔点粘合纤维相混合的高熔点短纤维(staple)的组合，改进的板可在无需另加这类涂覆层、树脂、或叠层的情况下制造。这就获得更加便宜但得到改进的 板。其次，且非常重要的是，可以模制所述板以固有地提供增密的半不透表面(称为 “蒙皮(skin) ”)，所述蒙皮紧密且一体地联结并结合至所述板的表面，以提供水溅保护和增 强的道路危险保护，同时也对所述板的自承和声学行为做出贡献。这是本发明的非常重要 的特征。第三，在处理过程中所述板的厚度的减少可提供增强的消声性能。厚度的减少导 致最终产品的更高密度，从而使得所述产品弯曲刚度最大化并提供有效的声阻来减少所不 期望的噪音传播。为了获得这些性能，最终产品密度应在约12-22磅/立方英尺(192-352 公斤/立方米)。通过为声波穿过材料产生更曲折的路径，这种密度增加和所产生的“蒙 皮”提供了更高的声阻。这种密度增加连同一体的耐用的蒙皮一起导致复合件的流阻为约 300-1000MKS瑞利，优选350-800MKS瑞利。所述“蒙皮”为下面将予以详述的第一部分的外 表面上的高密度部分，且具有至少两倍于、或更优选为四倍于、甚至10倍于直至50倍于总 体最终产品密度的密度，同时所述蒙皮的厚度为模制板的总体厚度的约5% -约20%。如 下面详述的，所述“蒙皮”为再固化(resolidified)且半不透水的第一部分的软化和/或 熔化表面。另外，可通过材料的第一部分中可熔粘合纤维和短纤维的相对关键的组合加上材 料的第二部分中可熔纤维和短纤维的不同混合，来制造所述板。另外，第一部分应具有约50-80%的可熔粘合纤维和约20-50%的短纤维，同时所 述第二部分应具有约20-50%的可熔粘合纤维和约50-80%的短纤维。这种纤维的复合件随后被充分地针刺，以形成加固的复合件。通常的针刺形成约 1 2到1 10的从背侧至蒙皮侧的最终整体密度梯度。所述加固的复合件被加热至足以 软化和/或熔化可熔粘合纤维而使可熔纤维可被模制的温度。该被加热和加固的复合件以 车辆板构型被模制，直至所述可熔粘合纤维被软化和/或熔化并随后再固化，从而使得复 合件的第一部分的再固化粘合纤维形成充分地连续的、半不透的、增密的蒙皮，所述蒙皮紧 密粘附、整体联结并结合至所述第一部分的表面，而且其中，所述两个部分在板的面积的大 部分上具有约6-30磅/立方英尺(96-481公斤/立方米)、且最优选12-22磅/立方英尺 (192-352公斤/立方米)的密度。这种通过干法成网工艺制造的无纺的、复合的、模制成型的隔声车辆板不仅提供 了噪声的显著消减，而且还是自承的，这极大地便于车辆装配过程中板的移动及连接，而且 比较便宜。所述板的自承属性还提供了在将板最终应用到汽车的具体部件(尤其是轮拱) 时的其它显著优点。本发明的板的一个重要优点在于，它不要求在所述轮拱中具有类似形 状的支承结构。换句话说，已不需要传统的金属轮拱，因为本发明的板的刚度足以消除了对 金属轮拱的需要。这可有助于车辆制造商使得在特定型号上采用的构件的数量最小化。这 也导致了重量和成本的显著减少。此外，本发明的板的自承特征可用于改进在存在车身支 承结构的应用场合中的声学性能。板的模制形状可设计成使得存在与所述模制板后方的支 承结构相关的特殊气隙。这些气隙与所述板的声阻一起提供了对在空气中传播的吸声性能 的进一步改善。这在图6通过吸声情况曲线示出，当板与支承结构间隔开0mm、10mm和20mm 的气隙时，在约250-2500HZ的低频至中频范围内的吸声性能方面，这种吸声情况呈现出显著的改善。因此，广义而言，本发明提供了一种模制成型的隔声车辆板。所述板包括干法成网 并针刺的纤维复合件，所述复合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由约50-80%的 可熔粘合纤维和约20-50%的短纤维制成，所述第二部分由约20-50%的可熔粘合纤维和 约50-80%的短纤维制成，所述百分比都是重量百分比。所述可熔粘合纤维的一部分处于经 模制及再固化状态以便使得所述第一部分上的再固化的粘合纤维形成充分地连续的、半不 透的、增密的蒙皮，该蒙皮一体联结并结合至所述第一部分的表面。所述模制的复合件处于 经热压模制状态下以使得在所述两个部分的面积的大部分上，所述两个部分具有约12-22 磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的密度，并且模制的板具有足够的刚度以便具有自 承能力。本发明还提供了用于制造如上所述的车辆板的方法，其中通过干法成网制造纤维 的第一部分，所述第一部分具有约50 % -80 %的可熔粘合纤维和约20 % -50 %的短纤维。在 所述第一部分上干法成网制造纤维的第二部分，以形成其复合件，其中所述第二部分具有 约20% -50%的可熔粘合纤维和约50% -80%的短纤维，所述百分比都是重量百分比。所 述复合件被充分地针刺，以形成加固的复合件；所述加固的复合件被加热至足以软化和/ 或熔化所述可熔粘合纤维而使所述可熔粘合纤维能被模制的温度。随后所述加热并加固的 复合件在模具中被模制成车辆板构型(例如车辆轮拱罩)，直至所述可熔粘合纤维再固化。 所述第一部分的再固化粘合纤维的至少一些形成充分地连续的、半不透的、增密的蒙皮，所 述蒙皮紧密粘附且结合至所述第一部分，而且其中，所述两个部分在它们的面积的大部分 上具有约12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的阻隔密度，且模制的板具有足够 的刚度以具有自承能力。


图1为本发明的模制成型的隔声车辆板的一个示意性的理想化的剖开的侧视图；图2为本发明的板的一个示意性的、理想化的俯视图；图3为依照本发明一个实施例的干法成网针刺复合件的一个示意性的理想化的 横截面侧视图；图4为依照本发明的另一实施例的干法成网针刺复合件的一个示意性的理想化 的横截面图；图5为本发明的工艺的示意图；以及图6为如上简要说明的与支承件间隔设置的板的吸收性能的曲线图。
具体实施例方式从图3中可以清楚地看到，本发明的板一般地由第一部分1和第二部分2组成。 第一部分1有约50% -约80%的可熔粘合纤维和约20% -50%的短纤维。在此，术语“可 熔粘合纤维”指的是这样的纤维该纤维在选定的模制温度下将充分软化和/或熔化以便 其在冷却时将再固化成“蒙皮”，下文将对此进一步说明。“短纤维”指的是这样的纤维该 纤维在选定的模制温度下并不充分软化和/或熔化以充分地参与“蒙皮”的再固化形成物 中，即，短纤维将存在于蒙皮里但并非以再固化形式。可熔粘合纤维和短纤维可以是也可以不是同样的化学名称，如聚酯纤维。但是，它们将会具有不同的软化和/或熔化温度。术语 “蒙皮”指的是在模制后第一部分1表面处的纤维的一部分，其含有连接至自身的再固化粘 合纤维和包含在蒙皮中的短纤维。这种再固化粘合纤维和短纤维的结合导致生成半不透 (水)部分，从而该蒙皮将能使溅入到模制板中的水从模制板排出或蒸发出，而与此同时， 将不允许所溅的水无阻碍地传送通过所述板而进入发动机舱以及车身结构中，这种进入是 最不期望的。若蒙皮不是半不透的话，则减噪受到负面影响，并且本发明的半不透属性(以 阻抗来定义)允许进入到板中的溅射水从板中排出和蒸发出，以恢复至干板的最佳声学有 利状态。在图3中，第一部分1示出为由一层梳理纤维制成，而第二部分2为由一层梳理纤 维制成。这两层针刺在一起，以形成图3中的复合件10。可从至少一侧将第一部分1和第 二部分2针刺至彼此，以使纤维从第一部分延伸进入第二部分，例如由此提供了模制之后 第一部分和第二部分之间的高的结合强度，从而防止模制后第一部分从第二部分上剥离。 换言之，通过将第一部分和第二部分的针刺至彼此并结合随后的模制复合件10的步骤，提 供了这样的模制产品所述模制产品具有与第二部分的粘合纤维粘附的来自第一部分1的 粘合纤维。此外，由于所述针刺，来自第一个部分的纤维延伸到第二部分中，这导致结合强 度提高。还应注意到的是，第一部分1和第二部分2可各自单独地被针刺，并在另外的步骤 中被针刺在一起，以进一步提高第一部分内和第一部分与第二部分之间的结合强度。在图4中，第一部分1示出为层5，作为本发明的一种优选形式，这在下面将予以 解释。第一部分1通过采用一梳理层5来制成，而第二部分2通过采用第二梳理层6和第 三梳理层7来制成，最优选的是，所有梳理层是交叉铺网(cross-lapped)的。然而，也可以 采用相反的方式，即，第一部分1可以由两个梳理层来制成，而第二部分可由一个梳理层制 成。但为简明起见，将只对此两个实施例中的第一个实施例予以详细讨论。在图4的实施例中，例如，第一梳理层5可包含30%的黑色短纤维和70%的昂贵 高级黑色可熔纤维。第二层6可包含60%的黑色短纤维和40%的白色可熔纤维。第三层 可包含80%的黑色短纤维和20%的白色可熔纤维。纤维颜色的意义将在随后予以解释。无论具体的梳理层如何，经梳理的复合件应在第一部分1具有约50% -80%的可 熔粘合纤维和约20% -50%的短纤维，特别是60% -70%的可熔粘合纤维和25% -45%的 短纤维。第二部分2应具有50% -80% (特别是60-70% )的短纤维和20% -50% (特别 是25-45% )的可熔粘合纤维。在所述层被梳理到彼此之上来形成所述纤维的复合件后，所 述复合件被充分针刺，以形成图3所示的加固复合件，整体由附图标记10来表示。为了得到 本发明的半不透蒙皮和自承特征，由针刺导致的混合是必须的，但是所述混合不是完全的。 因此，在针刺后，与朝向复合件10的背面11的比例相比，显著更大比例的粘合纤维存在于 或接近于针刺复合件10的表面12。这在模制后提供了从背面11到表面12密度增加的密 度梯度。所述密度梯度对自承特征有贡献，并且也显著影响所述板所实现的减噪频率。虽然任何干法成网方法都可以使用，例如气流成网法、溅射法、纺粘法等，但最方 便的是如上所述的利用梳理机来进行干法成网。由此，如图5示意所示的一个优选实施例 的工艺采用至少3个梳理机30、31和32来沉积相应的层5、6和7。这些层被以常规方式 由辊33压制成其复合件34。复合件34在针刺台35中被充分针刺，以形成加固复合件36。 加固复合件36随后在加热设备37 (如炉子、红外灯等)内被加热至足以使可熔粘合纤维软化和/或熔化从而使可熔粘合纤维可进行模制的温度。在本发明的一种优选形式中，在此 加热步骤以后，加固复合件随后被传递给模制装置39，所述模制装置39将加热的复合件模 制成所期望的板构型。如果需要，所述复合件可在加热前、加热后或在模制过程中或在模制 后切成适宜长度，此后，所述模制件被允许在冷却台40处冷却，且由此制成成品模制件41。图1是高度理想化的模制板的示意图。可注意到的是，整体由附图标记50表示的 模制板实际上是由图3或图4的复合件所形成的复合的、无纺布的模制成型板。模制能力取 决于能在模制期间在不使蒙皮层51断裂和不使所述复合件撕裂的情况下施加给复合件的 拉伸量。为了使蒙皮层51保持耐用性，以便能够制造不起皱、能深拉且在模制板内不起皱 的板，同时也获得良好的审美效果，复合件应可拉伸至相当大的程度，例如具有至少为75% 的延伸率，更优选地为120%或甚至200%，所述延伸率由美国材料与试验协会的标准ASTM D5034最大载荷下的百分比应变确定。这样的拉伸允许在保持耐用性及固有的自承性能的 同时能模制出复杂形状。在很大程度上，针刺的程度和型式决定了复合件可能达到的最大 百分比应变值。应当注意，蒙皮层51在模制后由图3或图4的第一部分1形成。具体的针刺不仅会影响整体密度梯度，也影响复合件内在强度，因为更高的针刺 产生层内和层间的更多纤维缠结，这通过所述可熔纤维导致更大的缠结强度和更强的热粘 合。高的内在强度减少了在轮拱内的环境应力作用下发生层分离的几率，同时伴随有板的 耐用性和寿命周期的增加。当按如上所述且以车辆轮拱罩的型式制造出所述板时，所述罩期望地具有约10 磅/英寸至18磅/英寸(17. 5N/cm至31. 5N/cm)之间的弯曲刚度，且具有在约300MKS瑞 利至1000MKS瑞利之间的ASTM流阻，优选350MKS瑞利至800MKS瑞利。弯曲刚度由连接至 CRT设备(Instron或与之相当的)的三点弯曲装置测量。夹头速度应为约0. 5英寸/分 钟(12. 7mm/分钟)，跨距为1. 89英寸(48mm)。试样的宽度应约2倍于所述跨度。弯曲刚 度由斜率计算出，单位为单位英寸挠曲上磅力(单位厘米挠曲上牛顿)。如上所指出，板可以通过使用三个梳理机而形成三个层5、6和7来制造。在针刺 过程中，这些层被充分地混合，尽管与被针刺的复合件的剩余部分相比，被针刺的复合件 (以及模制板)的顶面12具有的可熔粘合纤维对短纤维比率要高得多。这增加了总体密 度梯度，且在上述针刺将纤维混合时，所述混合不是完全的。所述板具有一体缠结并粘合 至第二部分2的增密蒙皮51，如上所述，该部分在针刺过程中与第一部分2的纤维稍微混 合。如上所述，可熔粘合纤维被加热到足以使纤维软化或熔化的温度，从而使得可熔粘合 纤维可模制。当将被加热的复合件置于模具(可以是加热的或未加热的)中时，模具将上 述板构造成存在有对制造结构自承形状有重大意义的阻隔密度，例如12-22磅/立方英寸 (192-352公斤/立方米)。已发现，厚度减少不仅在为模制板提供自承方面有益，而且在获 得消声改善方面亦有帮助。然而，如果模制厚度减得太多，则声学性能就会被显著削弱。厚 度减少由制工模具的固定间隙来控制。为了获得所期望厚度，仅有的附加要求是材料在模 制前的厚度必须比模制后的厚度大。在一个优选实施例中，在这方面，被针刺的复合件被加 热到至少300° F(148.9°C )的温度，且高可达450° F(232. 2°C)的温度，但更优选的是约 320° F(160°C)至380° F(193. 3°C )之间的温度。所述温度将足以使可熔纤维软化或熔 化，从而使得它们可随着冷却而再固化成连续的半不透的增密蒙皮51 (参见图1)。此外， 为了保证所述减小以及保证半不透的增密蒙皮，更为优选的是将加热的复合件在冷模中模制。冷模将促使熔化的和/或软化的纤维相当快速地聚结成蒙皮，且这种快速聚结将阻止 熔化纤维材料的总体横向流动，否则这种横向流动将会产生非半不透的蒙皮。冷模可低于 200° F(93. 3°C )，但更优选的模温将处于约室温至100° F(37. 8°C )之间。从上面的说明可以看出，需要在表面附近具有大量的粘合纤维，它们将形成半不 透的蒙皮。为了帮助形成此蒙皮，期望的是，通过增加在复合件那侧上的针刺密度来使蒙 皮表面增密。优选的是，使将要具有蒙皮的表面12(图3)具有300-600的针刺密度，例如 约500刺/平方英寸(约77刺/平方厘米)。在背侧(图3中的表面11)上，优选的是具 有更软的、密度更小的表面，以便它将填充模的大部分厚度。在所述背侧上0-110刺/平方 英寸(0-17刺/平方厘米)的针刺密度是优选的，而且这种较低的针刺也影响整体密度梯 度。出于美观的缘故，减少针的穿透也是重要的，从而使得大量的来自第二部分的纤维不 被挤到复合件的第一部分中。也将容易看到的是，过度的针刺可能会使所述层(如5、6和 7(见图4))的纤维混合成使得被针刺的复合件10 (参见图3)不具有呈梯度分布的可熔纤 维(其中在将要形成蒙皮的表面12附近具有更大的含量)或显著的总体密度梯度。当然， 形成加固复合件所要求的针刺数量，在不会从将要形成蒙皮的表面过度移去粘合纤维的情 况下，将取决于复合件的重量。在这方面，非常优选的是，第一部分1(见图3)具有约4-12盎司/平方码(136-407 克/平方米)的重量，而第二部分2具有约20-35盎司/平方码(678-1187克/平方米) 的重量。这将保证板在制造时有正确的厚度。然而，再次地，厚度将在一定程度上取决于针 刺，而如上所述，针刺可只从复合件的一侧进行或可从两侧进行。但是，如果针刺是从复合 件的两侧进行，则每平方英寸的针刺应该趋向于取上述范围的低数值。然而，层5、6和7 (参 见图3)中的纤维进行一定程度的显著混合是必须的。为此，优选的是，刺针采用侵入针或 者相当侵入性的至少部分三叶针。此外，将容易领会到的是，针刺将部分地取决于复合件中使用的纤维。虽然纤维可 以是短纤维和粘合纤维的任何所期望的混合物，如尼龙、人造丝、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃和 聚酯、天然和无机纤维，但优选的是更常规的聚酯纤维。可熔纤维可以是单独的纤维或者可 以是一部分双组分纤维。可熔粘合纤维和短纤维两者都应具有约2-15丹尼尔，而短纤维应 具有约1-3英寸的长度。可熔粘合纤维可以是也可以不是这些尺寸规格，但为达到纤维混 合和自承属性所需的针刺的程度和类型，短纤维期望地具有这些尺寸规格。当按照上述并以车辆轮拱罩形式形成所述板时，该罩应具有约5-20磅/英寸 (8. 75N/cm-35. ON/cm)的弯曲刚度，尤其是约10-18磅/英寸(17. 5N/cm-31. 5N/cm)的弯曲 刚度，且具有约300-1000MKS瑞利的流阻，优选350-800MKS瑞利的流阻。这种板将显著地减轻穿过车辆的所述舱的道路噪声，尤其是由在轮胎和道路之间 的接触和交互作用形成的频率范围内产生的噪声。甚至在所述罩的一些特别应用中要求板 与支承结构阻隔时，情况也是如此。对于轮拱罩，重要的一点是它们必须比较便宜。否则，成本会限制其商业使用。此 外，主要出于习惯，车辆制造商们要求大多数车辆板具有黑色表面和/或灰色底面。这些颜 色与大多数车身颜色是相容的。然而，例如，黑色聚酯粘合纤维由于其在工业中的商业应用 有限而通常成本高于白色纤维。白色粘合纤维通常是最便宜的可熔纤维。黑色聚酯短纤维 在可购买性和产量方面近来已经增长，驱使这些纤维的价格达到与白色聚酯短纤维可比的水平。为了达到期望的美观性能，已发现，黑色聚酯粘合纤维和黑色聚酯短纤维的混合物可 用于复合件的第一部分。这提供了期望的坚实的黑色表面，所述黑色表面将板表面上污物 (灰尘等)隐藏并与大多数车身颜色相容。还发现的是，黑色聚酯短纤维和白色聚酯粘合纤 维的混合物可用于复合件的第二部分，以制造出灰色背侧表面颜色。黑色纤维混合物比白 色纤维和黑色纤维的组合贵。由此，纤维的这种混合物对于第二部分而言是有利的，因为白 色粘合纤维混合物减少了材料成本，由此减少了成品板的成本。板还将具有连接区57 (参见图1)，所述连接区具有的连接厚度58约为阻隔厚度 53的0. 3-0. 7倍。这将在连接位置周围产生具有高密度区域的部分，这导致这些区域的机 械强度更高。这种更高的机械强度与所述复合件的拉伸强度性能和撕裂强度性能有关。这 些更高的强度性能在最终应用中是有利的，因为它们降低了在紧固件头(fastenerhead) 周围的分离或撕裂的可能性。在图2中，连接区57示出为围绕所述部件的整个周长延伸， 且三个连接孔59示出为用于容置紧固件(未示出)。然而，密度的增加仅在直接与所述紧 固件相邻的位置(例如，图2中的孔59)是必要的，且应只占整个部件区域的小部分。这一 般小于部件总表面积的10%。还在图2中，示出有孔61，同时连接区57示出为围绕所述孔 61。在此情形下，连接区57不具有连接孔，但是为围绕所述孔的密度增加部分，以提供在该 位置处的强度。任意数量的元件(包括压杆、螺栓等)可延伸穿过孔61。图2还示出有凸 起62，该凸起仅是向外弯曲部分，其只在为与要安装所述部件的结构相适配而需要时予以 设置。当然，所述密度增加区域和所述凸起并非本发明所要求的，且只表示针对特定应 用的一种可能改进。所述材料的组成和所述装配方法为使能在结构上自承。虽然以上通过使用三个梳理机对本发明予以具体说明，但本发明也可通过只使用 一个梳理机(其梳理所述复合件的第一部分1中的纤维)来实现。该被梳理的层随后被针 刺到无纺复合件中，所述无纺复合件可被卷成卷或以其他方式存贮，以用于进一步的处理。 梳理且针刺过的第一部分1随后可被第二次引入到所述梳理机中，以梳理所述复合件的第 二部分2的纤维。第二部分可以图3的一层或以图4的两层方式(两次通过梳理机)形成。 无论如何，如前所述，所述复合件随后可被针刺成成品复合件。在有些情况下，可采用除了层5、6和7之外的层，用于为所述板增加其他功能，例 如阻火。依据上述发明，所述板是自承的以便使得其可在轮胎之上安装在轮拱内而无需另 外的由模制塑料或冲压金属制成的轮拱形状插件。当其具有至少6磅力/英寸(10. 5N/cm)、 更优选10磅力/英寸(17.5N/cm)的弯曲刚度时，所述板的刚度足够来桥接紧固件之间的 所有间隙。它也可被拾起并移入到例如在轮拱内的连接位置并连接至该舱，而无需使所述 板显著挠曲，或者至少任何挠曲不足以造成由车辆装配者进行那种连接的困难。这为本发 明提供了 一个非常重要的有益效果。实例在此第一个实例中，将对使用三个单独的梳理机的三层产品的一个具体实例予以 详述。第一层由两种不同的聚酯纤维构成。占主要地位的纤维是具有约230° F(110°C) 的外皮(sheath)熔点的黑色聚酯双组分纤维。该纤维占混合物比例的70%。第一层中的第二种纤维为黑色聚酯短纤维，且所述第二种纤维占混合物的30%。这两种纤维以上述重 量比例被混合，随后完全地展开、混合并引入梳理机。所述梳理机制造出幅材(web)，所述幅 材由交叉铺网机(cross-lapper)承载，所述交叉铺网机形成经梳理的幅材的水平重叠件。 水平重叠件的数目设定成使得在成品针刺复合件中第一层的总重为7.0盎司/平方码(237 克/平方米)。本发明的第一部分完全由第一梳理层构成。第二梳理层由两种不同的聚酯纤维构成。第二层中占主要地位的纤维为黑色聚酯 短纤维，且它占混合物比例的60%。第二层中的第二种纤维为具有约356° F(180°C)的 外皮熔点的白色聚酯双组分纤维，且它占混合物比例的40%。该纤维混合物通过与第一层 类似的梳理操作进行处理，以制造在第二层的最终针刺复合件中总重为17. 2盎司/平方 码(583克/平方米)的幅材。第二层在第一梳理层的上面被处理，以形成复合纤维毡层 (composite fibrous batt)0第三梳理层由两种不同的聚酯纤维构成。第三层中占主要地位的纤维为黑色聚酯 短纤维、且它占混合物比例的80%。第三层中的第二种纤维为具有约356° F(180°C)的 外皮熔点的白色聚酯双组分纤维，且它占混合物比例的20%。该纤维混合物通过与第一层 类似的梳理操作进行处理，以制造在第三层的最终针刺复合件中总重为17. 2盎司/平方码 (583克/平方米)的幅材。第三层在第一梳理层和第二梳理层的上面被处理，以形成复合 纤维毡层。在第二梳理层和第三梳理层之间，加入作为加工助材的载体织物(carrier fabric)。在无纺工业中，所述载体织物被称为纺粘(spun-bond)聚酯。该载体织物的重量 为0. 59盎司/平方码(20克/平方米)。该载体织物的用途在于在通过针织机(needle loom)处理之前和处理过程中使所述三个层稳定。所述三个单独的经梳理并交叉铺网的层与所述载体织物一起在辊间被压制，并被 送入到针织机中。所述针织机将所有这三层机械缠结并产生缝合部(stitches)，这些缝合 部通过从顶面和底面针刺而使所述纤维缠结并将这些层锁定在一起。顶针刺部分提供的针 刺密度为212刺/平方英寸(33刺/平方厘米)。针织机的底针刺部分提供的针刺密度为 423刺/平方英寸(66刺/平方厘米)。底针刺部分的针刺密度明显更大，以将第一梳理层 足够增密成使得可在随后的模制操作中制造流阻蒙皮。一旦产品通过针织机进行处理后， 它就被卷成卷材(rollgood)并运送至模制线。所述复合织物的总重量为41. 4盎司/平方 码(1400克/平方米)，而在此状态下的厚度为0. 315-0. 475英寸(8. 0-12. 1mm)。现予以说明由采用一个梳理机的两层产品实施的本发明的第二个具体实例。第一层由两种不同的聚酯纤维构成。占主要地位的纤维为具有约230° F(110°C) 的外皮熔点的黑色聚酯双组分纤维。该纤维占混合物比例的70%。第一层中的第二种纤维 为黑色聚酯短纤维、且它占化合物比例的30%。所述两种纤维以上述重量比例被混合，随后 被完全地展开、混合、并引入到梳理机中。所述梳理机制造出幅材，所述幅材由交叉铺网机 承载，所述交叉铺网机形成经梳理的幅材的水平重叠件。水平重叠件的数目设定成使得在 成品针刺复合件中第一层的总重为7.0盎司/平方码(237克/平方米)。本发明的第一部 分完全由第一梳理层构成。一旦第一层由梳理机和交叉铺网机形成，则它必须通过针织机处理，以使所述幅 材结构稳定。类似于第一实例，从两侧同样地针刺第一层，但针刺密度更低。总的针刺密度为520刺/平方英寸(81刺/平方米)。随后，第一层被卷成卷并存贮，以用于进一步处理。第二梳理层由两种不同的聚酯纤维构成。第二层中占主要地位的纤维为黑色聚酯 短纤维，且它占混合物比例的60%。第二层的第二种纤维为具有约356° F(180°C)的外皮 熔点的白色聚酯双组分纤维，且它占混合物比例的40%。该纤维混合物通过与第一层类似 的梳理操作进行处理，以制造在第二层的最终针刺复合件中总重为28. 4盎司/平方码(963 克/平方米)的幅材。在通过针织机对第二层进行处理之前，现呈卷形式的第一层被装载到开卷台 (unwind station)、并被输送到第二层之上。随后，第一层和第二层被同时输送通过针织 机，在该针织机处它们被一起针刺成单一的复合织物。针织机将所述纤维层机械地缝合在 一起，以使它们充分地结合在一起，从而进行处置以及通过模制操作进行进一步处理。该复 合织物从两侧以596刺/平方英寸(92刺/平方厘米)的总针刺密度来针刺。所述复合织 物具有35. 4盎司/平方码(1200克/平方米)的重量以及0. 300-0. 400英寸(7. 6-10. 2mm) 的厚度。实例1和实例2中制成的卷材随后被送入到如下所述的传统热成型工序。所述织 物被送入冲切机，所述冲切机将所述织物剪切成精确长度。预切的坯料随后被自动送入炉 子中，在该炉子处被加热到能使所述坯料被模制的温度。当具体实例1和实例2的复合织 物从模制炉中出来时，所述复合织物的温度为380° F-450。F(193. 3°C -232. 2°C )。操作 者从炉子中移出被加热的织物，并将其置于压模机中。在所述压模机中的模具包含冷却水， 所述冷却水在所述模具中循环以保持所述模具处于冷却状态，优选在100° F(37. 8°C )以 下。所述织物在所述模具中模制，直至所述织物被充分冷却，以永久保持所需的形状和适当 的厚度。在实例1中，对于重为41. 4盎司/平方码(1400克/平方米)的材料而言，模制出 的板的最佳厚度为5mm。在实例2中，对于重为35. 4盎司/平方码(1200克/平方米)的 材料而言，模制出的板的最佳厚度为4. 2mm。所述产品随后被传输到传统的修整工序，例如 喷水切割或三维(3D)模切，以针对应用情况制成最终部件形状和修整线。这些实例制造出 模制成型的隔声车辆板，所述隔声车辆板具有高刚度，以使得部件具有自承能力。此外，所 述复合件的第一部分产生与第二部分的表面一体联结并结合的充分地连续的、半不透的、 增密的蒙皮。对于实例1，所得到的复合件的密度为17. 5磅/立方英尺(280公斤/立方 米)；对于实例2，所得到的复合件的密度为17. 8磅/立方英尺(285公斤/立方米)。在 实例1中，所得到的复合件的流阻为750MKS瑞利；而对于实例2，所得到的复合件的流阻为 650MKS瑞利，这产生如图6所示出的高水平的吸声。虽然本发明被如此进行说明，但是将显而易见的是，本发明可以按许多方式进行 变化。这些变化不视为脱离本发明的精神和范围，且所有的这些对本领域普通技术人员显 而易见的修改将意欲被包含在随附权利要求的范围内。
权利要求
一种模制成型的隔声车辆板，包括干法成网并针刺的纤维复合件，该复合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由约50-80％的可熔粘合纤维和约20-50％的短纤维制成，所述第二部分由约20-50％的可熔粘合纤维和50-80％的短纤维制成；以及所述可熔粘合纤维的至少一部分处于经模制及再固化状态以便使得所述第一部分的再固化的粘合纤维形成充分地连续的、半不透的、增密的蒙皮，该蒙皮一体联结并结合至所述第一部分的表面，其中，模制的复合件处于经热压模制状态以使得所述复合件在其面积的大部分上具有约12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的密度，并且模制的板具有足够的刚度以便具有自承能力。
2.如权利要求1所述的板，其中，所述干法成网的复合件经过梳理。
3.如权利要求2所述的板，其中，所述模制的复合件从背侧到蒙皮侧具有密度梯度。
4.如权利要求1所述的板，其中，所述模制的复合件的所述蒙皮具有足够的孔隙率，以 使溅入其中的水能被排出。
5.如权利要求4所述的板，其中，所述模制的复合件的蒙皮在冷模中形成，以使熔化和 /或软化的纤维聚结成所述蒙皮。
6.如权利要求1所述的板，其中，模制的板为车辆轮拱罩的形式且具有300-1000MKS瑞 利的流阻。
7.如权利要求1所述的板，其中，所述模制的板为车辆轮拱罩的形式且具有 350-800MKS瑞利的流阻。
8.如权利要求1所述的板，其中，所述板具有自承能力以便使得所述板将保持其模制 的形状而无需支承。
9.一种用于制造如权利要求1所述的车辆板的方法，包括干法成网制造纤维的第一部分，所述第一部分具有约50% -80%的可熔粘合纤维和约 30% -50%的短纤维；在所述第一部分上干法成网制造纤维的第二部分，以形成其复合件，其中所述第二部 分具有约20% -50%的可熔粘合纤维和约50% -80%的短纤维；充分地针刺所述复合件，以形成加固的复合件；将所述加固的复合件加热至足以软化和/或熔化所述可熔粘合纤维而使所述可熔粘 合纤维能被模制的温度；在模具中以车辆板构型模制所述加热的加固的复合件，直至所述可熔粘合纤维再固 化，以使所述第一部分的再固化粘合纤维的至少一些形成充分地连续的、半不透的、增密的 蒙皮，所述蒙皮紧密粘附且结合至所述第一部分，而且其中，所述两个部分在它们的面积的 大部分上具有约12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的阻隔密度，且模制的板具 有足够的刚度以具有自承能力。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述加固的复合件被加热到至少 300° F(148.9°C)的温度，而所述模具为温度不超过200° F(93. 3°C )的冷模，从而使得所 述加热的加固的复合件在所述模具中被成型及冷却，并能作为自承板从所述模具中移出。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述复合件以至少300刺/平方英寸(47刺/平方厘米)的针刺密度被针刺。
12.—种模制成型的隔声车辆板，包括干法成网制造的纤维复合件，所述复合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分具 有约50-80%的可熔粘合纤维和约20-50%的短纤维，所述第二部分具有约20-50%的可熔 粘合纤维和50-80%的短纤维；所述第一部分和所述第二部分被从至少一侧针刺至彼此，以使纤维从所述第一部分延 伸到所述第二部分中；以及所述第一部分和所述第二部分在针刺后被模制，从而使得可熔粘合纤维的至少一部分 处于经模制及再固化状态下，以便使得所述第一部分的再固化的粘合纤维形成充分地连续 的、半不透的、增密的蒙皮，该蒙皮一体联结并结合至所述第一部分的表面；其中，所述纤维的针刺提供了模制后在所述第一部分和所述第二部分之间的高的结合 强度，以防止所述第一部分从所述第二部分上剥离；以及其中，模制的复合件处于经热压模制状态以使得所述复合件在其面积的大部分上具有 约12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的密度，并且模制的板具有足够的刚度以 便具有自承能力。
13.如权利要求12所述的板，其中，所述干法成网制造的复合件经梳理。
14.如权利要求13所述的板，其中，所述模制的复合件从背侧到蒙皮侧具有密度梯度。
15.如权利要求12所述的板，其中，所述模制的复合件的所述蒙皮具有足够的孔隙率， 以使溅入其中的水能被排出。
16.如权利要求15所述的板，其中，所述模制的复合件的蒙皮在冷模中形成，以使熔化 和/或软化的纤维聚结成所述蒙皮。
17.如权利要求12所述的板，其中，所述模制的板为车辆轮拱罩的形式且具有 300-1000MKS瑞利的流阻。
18.如权利要求12所述的板，其中，所述模制的板为车辆轮拱罩的形式且具有 350-800MKS瑞利的流阻。
19.如权利要求12所述的板，其中，所述板具有自承能力以便使得所述板将保持其模 制的形状而无需支承。
全文摘要
本发明公开了一种模制成型的隔声车辆板，具有干法成网并针刺的纤维复合件，该复合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由约50-80％的可熔粘合纤维和约20-50％的短纤维制成，所述第二部分有约20-50％的可熔粘合纤维和50-80％的短纤维制成。所述可熔粘合纤维的至少一部分处于经模制及再固化状态以便使得所述第一部分的再固化的粘合纤维形成充分地连续的、半不透的、增密的蒙皮，该蒙皮一体联结并结合至所述第一部分的表面。所述模制的复合件处于经热压模制状态以使得所述复合件在其面积的大部分上具有约12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的密度，并且模制的板具有足够的刚度以具有自承能力。
文档编号D04H1/54GK101878132SQ200880116997
公开日2010年11月3日 申请日期2008年9月29日 优先权日2007年9月28日
发明者B·贾拉德, S·博尔查德特 申请人:兰德公司