一种复合结构的轻量化隔音垫及其生产方法
【专利摘要】本发明公开了一种复合结构的轻量化隔音垫，依次包括隔声层，弹性层，膜层，吸声层，还公开了一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法：将隔声层切割成预定大小；膜层铺放在在吸声层上进行加热；将加热好的吸声层和膜层进行压制成型为棉毡半成品；将棉毡半成品固定到抽吸发泡冲切一体模的上模上；对隔声层进行辐射加热，加热后的隔声层通过真空吸附方式抽吸出预定形状，通过注料口向棉毡半成品和隔声层之间浇注异氰酸酯和组合聚醚两种原料形成弹性层；开模后在定型架上冷却定型。本发明所得到的产品不仅重量轻，而且声学性能好，生产方法先进环保，不使用胶粘剂，生产过程中工序较少，能够有效的降低生产成本，提高产品质量。
【专利说明】一种复合结构的轻量化隔音垫及其生产方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及汽车零部件制造领域，更具体涉及一种复合结构的轻量化隔音垫，还涉及一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，适用于汽车的防火墙隔音垫的生产制造，属于汽车零部件制造领域。
【背景技术】
[0002]防火墙区域的隔音减震对于整车乘客舱内的噪声表现具有重要作用，同时随着汽车油耗排放标准的日趋严格，轻量化也是需要重点考虑的目标。
[0003]传统的中高档汽车，在防火墙区域，使用重质层隔音垫，来达到较好的隔音水平。重质层隔音垫通过在一层聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)表皮上，覆盖一层聚氨酯(PU)软泡来实现，表皮主要起到隔音作用，泡沫层提供减震以及吸音作用。这种结构的隔声能力主要由表皮的单位面积质量，泡沫层的厚度，密度以及泡沫的微观结构决定，并遵循“质量定律”，表皮的单位面积质量越大，泡沫层的厚度越厚，其吸音以及隔音能力就越好。
[0004]在轻量化趋势下，单纯依靠增加表皮质量来增加隔音，既不经济且效果有限。根据质量定律，表皮的单位面积质量增加I倍，隔声量提高幅度仅为6db，但产品重量将增加约I倍。增加泡沫层厚度也不可取，尤其在小车身大空间的设计理念下，预留给零部件安装的空间越来越小。
[0005]开发兼顾轻量化以及声学性能要求的复合型结构隔音垫，具有重大的现实意义。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种复合结构的轻量化隔音垫，还提供一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法。所得到的产品不仅重量轻，总重量少于5kg，为现有使用结构的一半，而且声学性能好，生产方法先进环保，不使用胶粘剂，生产过程中工序较少，能够有效的降低生产成本，提高产品质量。
[0007]本发明的上述目的通过以下技术方案实现:
[0008]一种复合结构的轻量化隔音垫，包括4层结构，从上到下依次为隔声层，弹性层，膜层，吸声层，吸声层与车身钣金接触。
[0009]隔声层可以使用三元乙丙橡胶(EPDM)层或者聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)层，隔声层的邵氏硬度(SHORE A)65?85，单位面积质量为2000?3000g/m2，厚度I?1.5mm,耐高温尺寸变化率(85°C /4h) < 1%。主要起隔声作用。
[0010]隔声层通过电弧放电来打断表面的高分子链，从而增加表面张力，提高和泡沫的粘接性，防止脱层。
[0011]弹性层，为各向同性的聚氨酯(PU)软质泡沫，孔隙率为75%?95%，永久弹性变形率< 6%，泡沫体密度30?80kg/m3，厚度为8mm?30mm。主要起减震作用，并兼具一定的吸声作用。聚氨酯(PU)软质泡沫通过异氰酸酯(?NC0)和组合聚醚(?ISO)两种发泡原料按照45?50:100的比例混合后通过化学反应形成。[0012]膜层为一层表面平滑的薄膜层。可选用聚乙烯(PE)膜或者聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)膜，单位面积克重100?250g/m2，厚度0.1?0.25_，融化温度140?170°C。主要起工艺作用，用于减少发泡原料的流动阻力以及发泡原料对吸声层的渗透。膜层上打孔，可以采用矩形分布的圆形孔，孔直径为2?5mm，孔间距10?30mm，利于模腔内的空气排出，避免局部排气不畅导致吸声层2不能充满模腔而缺料。
[0013]吸声层为可热压成型的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)棉毡，燃烧速度(100mm/min。单位面积质量为400?1200g/m2,原材料厚度为10?20mm,做成成品后,产品厚度为5?10mm。主要起吸声作用。吸声层的吸声能力超过B654251标准中的2级曲线，能够发挥最好的功效。
[0014]如上结构的产品，将通过如下工艺过程来实现。
[0015]步骤1、原材料准备:根据产品的消耗定额要求，将隔声层，切割成既定大小的原材料片材。隔声层用电弧放电来进行表面的电晕处理，放电电流2.5?3A,表面张力大于等于36达因。
[0016]步骤2、膜层铺放在在吸声层上，使用夹紧工装将四边整体夹紧固定，并送入热风炉中加热。加热时，热风温度:230±20°C，热风喷射的风速为6?15m/s。出风口离加热面表面距离:10?20_。
[0017]分两步加热:先膜层面向出风口，加热时间10?20s，膜层会变软，并在热风风压下粘在吸声层上。翻转后，将吸声层4的另一面面向出风口，加热时间20?40s，将另一面加热均匀。
[0018]步骤3、将加热好的吸声层和膜层，转移到热压冲切模中，进行压制成型，并同步冲切周圈以及孔位，成为棉毡半成品。压制过程中，合模压力:15MPa?25MPa，加压下行距离50?100mm，加压下行速度:10?20mm/s，冲切过程中，冲刀冲切压力:15MPa?25MPa，保压时间20?40s。压制阶段和冲切阶段的缓冲时间:1?2s。得到棉毡半成品。
[0019]步骤4、将步骤3的棉毡半成品固定到抽吸发泡冲切一体模的上模上:上模的型面上，镶嵌有挂针，用于棉毡半成品的固定和贴合。
[0020]与抽吸发泡冲切一体模的上模型面贴合的面为吸声层。抽吸发泡冲切一体模的上模上的挂针密度:5?10针/100cm2，直径0.5?2mm，挂针高度5?10mm，以不穿透膜层为宜，挂针尖端带有倒扣。挂针分布的位置，可根据实际产品具体设定，优先选择在平面位置，料口位置，以及周边区域，这样能提高固定的稳定性。
[0021]棉毡半成品上开有注料口，用于后道工序聚氨酯发泡时，发泡原料的注入。棉毡半成品上的注料口为工艺孔，并不是产品设计上存在的。
[0022]抽吸发泡冲切一体模的上模上还镶嵌有刀具，刀具穿过棉毡半成品上的切孔，用于后继工序对隔声层的孔位及周圈的切割。
[0023]步骤5、隔声层I在辐射加热炉中加热，辐射加热温度，240±20°C，加热时间:25± 10s，加热后的隔声层通过真空吸附方式在抽吸发泡冲切一体模的下模上抽吸出预定形状，抽吸时的真空压力:-0.06?-0.09MPa。抽吸发泡冲切一体模的下模中设有冷却水管，冷却水设定温度:65±10°C。然后合抽吸发泡冲切一体模的上下模，通过注料口向棉毡半成品和隔声层之间浇注通过高压混合均匀的异氰酸酯(NCO)和组合聚醚(ISO)两种原料，混合压力:100?160bar。NCO与ISO经过化学反应，在隔声层和膜层中间，形成弹性层，熟化时间:80?120s。抽吸发泡冲切一体模的上模上的刀具在合模完成后，能够与抽吸发泡冲切一体模的下模过盈接触，完成对隔声层的孔位冲切。
[0024]膜层在此工艺中是必须的，如果没有膜层，聚氨酯发泡料在浇注过程中，将在吸声层上直接流动，这会导致流动阻力过大，导致远离注料口的区域缺料。
[0025]步骤6、开模后，取出产品，清理孔位以及浇口处的料桩后，在专用定型架上冷却定型后，经检验员确认，成为成品。冷却定型时间:60±20s。
[0026]三元乙丙橡胶(EPDM)可选用武汉双鸥高分子材料有限公司；
[0027]聚乙烯(PE)可选用武汉双鸥高分子材料有限公司；
[0028]聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)可选用武汉双鸥高分子材料有限公司(HL07)；
[0029]阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)棉毡可选用常熟中意无纺制品有限公司；
[0030]异氰酸酯(?NC0)可选用亨斯迈聚氨酯(中国)有限公司(MDI2456)；
[0031]组合聚醚(?ISO)可选用亨斯迈聚氨酯(中国)有限公司(JI88720)。
[0032]本发明的有益效果是:采用此种结构的产品，单件产品的重量能够减少50%，在低中频段315Hz?1000Hz区间具有更好的隔声以及吸声表现，在整车上进行噪声评估，在怠速，2档4000转以及3档全加速工矿下，驾驶员耳旁声压级在500Hz?8000Hz频率下，均略优于原车的重质层隔音垫(约10kg)。其工艺过程简单先进，半成品工序少，使用发泡料在形成PU泡沫过程中的化学反应作为粘结剂，实现了多层结构的轻松结合。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明的复合结构的轻量化隔音垫示意图；
[0034]图2为本发明的复合结构的轻量化隔音垫的生产方法的流程示意图；
[0035]图3为本发明的发泡冲切一体模结构。
[0036]图中:1:隔声层；2:弹性层；3:膜层；4:吸声层；5:挂针；6:发泡冲切一体模上模；7:刀具。
【具体实施方式】
[0037]以下对本发明的技术方案作进一步详细描述。
[0038]实施例1:
[0039]一种复合结构的轻量化隔音垫，将通过如下工艺过程来实现。
[0040]步骤1、原材料准备:根据产品的消耗定额要求，将隔声层1，切割成既定大小的原材料片材。隔声层I用电弧放电来进行表面的电晕处理，放电电流2.5A,表面张力达到36达因。
[0041]步骤2、膜层3铺放在在吸声层4上，使用夹紧工装将四边整体夹紧固定，并送入热风炉中加热。加热时，热风温度:210°C，热风喷射的风速为6m/s。出风口离加热面表面距离:10mm。
[0042]分两步加热:先膜层3面向出风口，加热时间10s，膜层会变软，并在热风风压下粘在吸声层4上。翻转后，将吸声层4的另一面面向出风口，加热时间40s，将另一面加热均匀。
[0043]步骤3、将加热好的吸声层4和膜层3，转移到热压冲切模中，进行压制成型，并同步冲切周圈以及孔位，成为棉毡半成品。压制过程中，合模压力:15MPa，加压下行距离50mm，加压下行速度:10mm/s，冲切过程中，冲刀冲切压力:15MPa，保压时间20s。压制阶段和冲切阶段的缓冲时间:1s。得到棉毡半成品。
[0044]步骤4、将步骤3的棉毡半成品固定到抽吸发泡冲切一体模的上模6上:抽吸发泡冲切一体模的上模的型面上，镶嵌有挂针5,用于棉租半成品的固定和贴合。
[0045]与上模型面贴合的面为吸声层4。抽吸发泡冲切一体模的上模上的挂针密度:10针/100cm2，直径0.5mm,挂针高度8_，挂针尖端带有倒扣。挂针分布在平面位置，料口位置，以及周边区域，提高固定的稳定性。棉毡半成品上预切出注料口。抽吸发泡冲切一体模的上模上的刀具7穿过棉毡半成品上的切孔，用于后继工序对隔声层I的孔位及周圈的切割。
[0046]步骤5、隔声层I在辐射加热炉中加热，辐射加热温度，230°C，加热时间:25s，力口热后的隔声层I通过真空吸附方式在抽吸发泡冲切一体模的下模上抽吸出预定形状，抽吸时的真空压力:_0.06MPa。抽吸发泡冲切一体模的下模中设有冷却水管，冷却水设定温度:70°C。然后合抽吸发泡冲切一体模的上下模，通过注料口向棉毡半成品和隔声层I之间浇注通过高压混合均匀的异氰酸酯(NCO)和组合聚醚(ISO)两种原料，混合压力JZObart5NCO与ISO经过化学反应，在隔声层I和膜层3中间，形成弹性层2，熟化时间:80s。抽吸发泡冲切一体模的上模上的刀具在合模完成后，与抽吸发泡冲切一体模的下模过盈接触，完成对隔声层I的孔位冲切。
[0047]步骤6、开模后，取出产品，清理孔位以及浇口处的料桩后，在专用定型架上冷却定型后，经检验员确认，成为成品。冷却定型时间:40s。
[0048]按照如上工艺生产的一种复合结构的轻量化隔音垫，包括4层结构，从上到下依次为隔声层1，弹性层2，膜层3，吸声层4，吸声层4与车身钣金接触。
[0049]隔声层I为聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)层，邵氏硬度(SHORE A)70，单位面积质量为2000g/m2，厚度1mm，耐高温尺寸变化率(85°C /4h) 0.8%。
[0050]弹性层2为各向同性的聚氨酯(PU)软质泡沫，孔隙率为75%，永久弹性变形率3%，泡沫体密度80kg/m3，厚度与模具随形。主要起减震作用，并兼具一定的吸声作用。聚氨酯(PU)软质泡沫通过异氰酸酯(?NC0)和组合聚醚(?ISO)两种发泡原料按照50:100的比例混合后通过化学反应形成。
[0051]膜层3为一层表面平滑的聚乙烯膜(PE),单位面积克重100g/m2,厚度0.12mm,融化温度140°C。主要起工艺作用，用于减少发泡原料的流动阻力以及发泡原料对吸声层4的渗透。膜层3上打孔，孔呈矩形分布，孔直径为2.5mm,孔间距10mm，用于模腔内的空气排出，避免局部排气不畅导致吸声层2不能充满模腔而缺料。
[0052]吸声层4为可热压成型的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)棉毡，燃烧速度约65mm/min。单位面积质量为1000g/m2,原材料厚度为20mm,做成成品后,产品厚度为10mm。主要起吸声作用。吸声层4的吸声能力达到B654251标准中的3级曲线。
[0053]在各频率下的声吸收系数如下(ALPHA CABIN测量，不加修正系数值):
[0054]
【权利要求】
1.一种复合结构的轻量化隔音垫，其特征在于，依次包括隔声层(I )，弹性层(2)，膜层(3)，吸声层(4)， 隔声层(I)为三元乙丙橡胶(EPDM)或者聚乙烯/聚醋酸乙烯酯； 弹性层(2)为各向同性的聚氨酯(PU)软质泡沫； 膜层(3)为聚乙烯(PE)膜或者聚乙烯/聚醋酸乙烯酯(PE/EVA)膜； 吸声层(4)为热压成型的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)棉毡。
2.根据权利要求1所述的一种复合结构的轻量化隔音垫，其特征在于，所述的 隔声层(I)的邵氏硬度为65~85，单位面积质量为2000~3000g/m2，厚度I~1.5mm,耐高温尺寸变化率，85°C /4h < 1% ； 弹性层(2)的孔隙率为75%~95%，永久弹性变形率< 6%，密度30~80kg/m3，厚度为8mm ~30mm ； 膜层(3)单位面积克重100~250g/m2，厚度0.1~0.25mm,融化温度140~170°C ； 吸声层(4)燃烧速度< 100mm/min,单位面积质量为400~1200g/m2,厚度为5~10mm。
3.根据权利要求2所述的一种复合结构的轻量化隔音垫，其特征在于， 弹性层(2)通过异氰 酸酯(~NCO)和组合聚醚(~ISO)两种发泡原料按照45~50:100的比例混合后通过化学反应形成。
4.根据权利要求1所述的一种复合结构的轻量化隔音垫，其特征在于，膜层(3)上设置矩形分布的圆形孔，圆形孔直径为2~5mm,孔间距10~30mm。
5.一种权利要求1所述的复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征自在于，包括以下步骤: 步骤1、将隔声层(I)切割成预定大小； 步骤2、膜层(3)铺放在在吸声层(4)上，使用夹紧工装将四边整体夹紧固定，并送入热风炉中加热； 步骤3、将加热好的吸声层(4)和膜层(3)，转移到热压冲切模中，进行压制成型为棉毡半成品； 步骤4、将步骤3的棉毡半成品固定到抽吸发泡冲切一体模的上模(6)上，；步骤5、对隔声层(I)进行辐射加热，加热后的隔声层(I)通过真空吸附方式在抽吸发泡冲切一体模的下模上抽吸出预定形状，然后合抽吸发泡冲切一体模的上下模，通过注料口向棉毡半成品和隔声层(I)之间浇注异氰酸酯(NCO)和组合聚醚(ISO)两种原料，异氰酸酯(NCO)和组合聚醚(ISO)经过化学反应在隔声层(I)和膜层(3)中间形成弹性层(2);步骤6、开模后在定型架上冷却定型。
6.根据权利要求5所述的一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征在于，步骤I中隔声层(I)用电弧放电来进行表面的电晕处理，经过电晕处理后的隔声层(I)表面张力大于等于36达因。
7.根据权利要求5所述的一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征在于，步骤2中加热时，热风温度:230±20°C，热风喷射的风速为6~15m/s，出风口离加热面表面距离:10~20mm ; 分两步加热:第一步，膜层(3)面向出风口，加热时间10~20s，膜层会变软并在热风风压下粘在吸声层(4)上；第二步，翻转后，将吸声层(4)的另一面面向出风口，加热时间20~40so
8.根据权利要求5所述的一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征在于，步骤3中压制过程中，合模压力:15MPa~25MPa，保压时间20~40s。
9.根据权利要求5所述的一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征在于，步骤4中抽吸发泡冲切一体模的上模的型面上镶嵌有挂针(5)，与抽吸发泡冲切一体模的上模的型面贴合的面为吸声层(4)，挂针密度:5~10针/100cm2，挂针直径0.5~2mm，挂针高度5~10mm，挂针尖端带有倒扣。
10.根据权利要求5所述的一种复合结构的轻量化隔音垫的生产方法，其特征在于，步骤5中辐射加热的温度为240±20°C，加热时间:25±10s ； 抽吸时的真空压力:-0.06~-0.09MPa ； 下模中设有冷却水管，冷却水设定温度:65±10°C ； 异氰酸酯(NCO)和组合聚醚(ISO)两种原料通过高压混合均匀进行浇注，高压混合压力范围:100~160bar，熟化时间:80~120s ； 步骤6中冷 却定型时间:60±20s。
【文档编号】B32B25/08GK103786659SQ201410034932
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月25日 优先权日:2014年1月25日
【发明者】张志龙, 田光胜, 王锦屏, 龙踏青, 司旭仓, 吴凌波, 段芳, 苏晓明, 陈萍, 罗鼎 申请人:湖北三环汽车工程塑料有限公司