专利名称：汽车隔声装饰件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于车辆中的减声的汽车隔声装饰件。
背景技术：
车辆中噪声源是很多的，其包括传动系、动力传动系统、轮胎接触印迹(由道路表面引起)、制动器以及风，等等。由车辆驾驶舱中的这些源所产生的噪声覆盖了较大的频率范围，对于一般柴油和汽油车辆来说，该频率范围可以大到6. 3kHZ(在该频率以上，由车辆中的噪声源所福射的声功率一般是可忽略的)。车辆噪声一般分成低、中和高频率噪声。通常，低频率噪声可被认为覆盖从50Hz到500Hz的频率范围，并由“结构”噪声占首要地位振动通过多个结构路径传递到环绕乘客驾驶舱的面板，这些面板然后将噪声发散到驾驶舱自身。另一方面，通常高频率噪声被认为覆盖2kHz以上的频率范围。高频率噪声通常由“气载”噪声占首要地位；在这种情形下，振动通过空气路径传递到环绕乘客驾驶舱的面板。人 们认识到存在灰色区域，在该灰色区域中这两种效应结合并且任一种都不占主导地位。但是，对于乘客的舒适度来说，使噪声在中频率噪声中减弱应当同使噪声在低频率、高频率噪声中减弱同等重要。众所周知，为了诸如汽车和卡车等车辆中的减声，隔声器、减声器以及吸声器等被用来反射和消散声音，并由此减少了整体的内部声音水平。通常使用“质量-弹簧”隔离系统来获得隔声，由此，质量元件由一层高密度的不可渗透的材料形成，一般称作重层；弹簧元件由一层低密度的材料形成，例如不可压缩的毛租或泡沫。术语“质量-弹簧”通常用来限定隔离系统，其通过称为“质量”和“弹簧”的两元件的结合来提供声音隔离。如果部件或装置的物理行为可由质量元件和弹簧元件的结合来表现，那么该部件或装置被称为作为“质量-弹簧”工作。理想的质量-弹簧系统用作隔声器，这主要是由于其结合在一起的元件的机械特性。质量-弹簧系统一般放在汽车内的钢层的顶部上，其弹簧元件与钢层相接触。如果看作一个整体，整个系统(质量-弹簧加上钢层)具有双重隔离的特性。插入损耗是用来描述当放在钢层的顶部上时质量-弹簧系统的作用的有效的程度，其独立于由钢层本身所提供的隔离。因此，该插入损耗显示了质量-弹簧系统的隔声性能。描述质量-弹簧系统的理论插入损耗曲线(IL，以dB测量)特别具有下列特征。在频率范围的大部分上，曲线随着频率以近似线性方式增加，增长率为大约12dB/倍频程；这种线性趋势被认为是非常有效地保证对传入声波的良好隔离；为此，质量-弹簧系统已经广泛地用于汽车工业。这种趋势仅在称作“质量-弹簧系统的谐振频率”的特定频率值以上才能实现，在该特定频率值，系统不能有效地用作隔声器。该谐振频率主要取决于质量元件的重量(重量越大，谐振频率越低)和弹簧的刚度(刚度越大，谐振频率越高)。在质量-弹簧系统的谐振频率上，弹簧元件将底层结构的振动以非常高效的方式传递到质量元件。在该频率，质量元件的振动比底层结构的振动更大，因此由质量元件所传播的噪声比没有质量-弹簧系统的底层结构所传播的噪声更大。因此，在质量-弹簧系统的谐振频率周围，IL曲线具有负的最小值。吸声和隔声系统都各自有它们最佳工作的小频带。吸声器一般在高频率下更好地工作，而隔声器一般在低频率下更好地工作。而且，这两个系统对于用在现代车辆中都是次优选的。隔声器的效率很强地依赖于其重量，隔声器的重量越大，效率越高。另一方面，隔声器的效率很强地依赖于材料的厚度，越厚越好。但是，厚度和重量都越来越受到限制。例如，重量影响车辆的燃油经济性，材料的厚度影响车辆的空间。近来，一种典型质量-弹簧系统的质量层或重层的更小重量的趋势将平均重量从大约3kg/m2减小到大约2kg/m2。面积重量(areaweight)的减少还意味着比普通技术使用更少的材料，因此花费更少的成本。即使小至lkg/m2的更低质量在市场上是可能的并且是存在的，但是获得这种效果的技术是昂贵的，并具有缺点，特别是针对于小批量的量产。典型的质量层由诸如EPDM、EVA、PU、PP等高填充密度材料制成。由于这些材料具有一般在1000kg/m3以上的高密度，因此需要制成非常薄的层来获得低面积重量。这可能增加了产品 成本并引起例如材料在模制中容易磨损等生产问题。声学隔板的隔声性能通过声音传输损耗(TL)来评定。声学隔板减少被传递的噪声的强度的能力依赖于形成隔板的材料的性质。一种重要的控制声学隔板的声音TL的物理特性是其组分层的每单位面积的质量。为了获得最好的隔声性能，质量-弹簧系统的重层将通常具有将声波的反射最大化的平滑的高密度表面、非多孔结构和将振动最小化的特定材料刚度。在这一点上，众所周知，薄的和/或结构上有孔的许多纺织织物对于隔声而言都是不理想的。JP2001310672公开了一种包括两个吸声层的多层结构,两个吸声层之间具有声音反射薄膜层。该薄膜层将穿过顶部吸收层的声音反射回同一层，由此增加了多层结构的吸声效果。该系统可通过优化薄膜的厚度和密度来进行调整。JP2001347899公开了一种典型的质量-弹簧系统，其具有在质量层的顶部上的附加吸声层。由于附加吸声层保证了减声的提高，质量层的厚度和/或密度能够减少。EP 1428656公开了包括泡沫层和纤维层的多层结构，在两个层之间具有薄膜。该纤维层由压缩毛毡制成，用作吸声层，其气流阻力(AFR)在大约500和2500Nsm_3之间，面积重量在200和1600g/m2之间。所公开的泡沫层具有低的压应力变形，其刚度在100到IOOOOOPa之间，这与一般用作解耦器的毛毡层的刚度相当。使用的薄膜优选被穿孔，或者很薄，使得其不会影响两个吸声层的吸声。该薄膜在声学上是透明的，以表示声波能够穿过该薄膜。为此目的，公开的薄膜的厚度在O. Olmm或更小的范围内。通常，为了降低乘客座舱中的声压等级，车辆需要由声学装饰部件来提供隔声和吸声的良好平衡。不同的部件可具有不同的功能(例如，隔声可设置在内部控制板，而吸声可设置在地毯上)。但是，当前趋势是用各种方式在单个区域上获得声学性能的更精确的划分，以优化整体的声学性能。作为例子，内部控制板可被分成两部分，一部分提供高吸声，而另一部分提供高隔声。一般地，由于穿过下部区域的来自发动机以及前轮的噪声更相关，所以控制板的下部分更适合隔声，而由于一些隔声已经由于汽车的其它元件(例如，仪表板)来提供，所以控制板的上部分更适合吸声。另外，仪表板的背面将反射通过隐藏在仪表板后的控制板的上部分传来的声波。这些反射的声波通过使用吸声材料被有效地消除。相似的考虑还适用到汽车的其它声学部分。例如，地板隔声主要用在脚部区域和通道区域，而吸声主要用在前座下和后底板中。出于上述原因，车辆制造商通常使用贴片，即在局部上应用附加材料(US20040150128)。例如，US5922265公开了在装饰部件的特定区域上应用附加的重层材料的方法，不具有重层材料的区域将用作吸声器。这些混合型的产品具有缺点，它们仍然增加了面积重量，以获得结合的吸声和隔声方案。它们还是劳力和成本密集。此外，用作声学质量-弹簧系统的解耦器的材料一般不优选用作吸声器。此外，不同类型的材料的使用使得部件和被丢弃的材料的回收变得更困难。
发明内容
因此，本发明的目的在于获得一种隔声装饰部件，特别是获得在声学质量-弹簧系统中使用的由诸如EPDM、EVA、PU、PP等高填充密度材料制成的典型质量层的一个替换方案。所述隔声装饰部件工作在对于车辆中的减声很重要的频率范围上，而不具有现有技术的缺点。 该目的是通过根据权利要求I的装饰部件实现的。具有声学质量-弹簧特性的隔声装饰部件包括质量层和解耦层，其特征在于，所述质量层包括有孔纤维层和薄的不可渗透的隔离层，其中隔离层位于所述有孔纤维层和所述解耦层之间，所有的层被层压在一起，其中所述有孔纤维层的动态杨氏模量为至少96AW-t (Pa) ,Aff是面积重量(g/m2)，以及t是所述有孔纤维层的厚度(mm)。高传输损耗对于质量-弹簧系统是可预期的，其中质量层包括常规的重层，其是不可渗透的。不可渗透意味着不透气。出乎意料地，人们发现借助于在薄的不可渗透的隔离层上的有孔纤维材料可能形成用于质量-弹簧系统的质量层。但是，为了获得满意的隔声，有孔的纤维材料的动态杨氏模量需要为至少96AW -t(Pa)，以获得至少4900 (Hz)的这种有孔纤维材料的辐射频率，从而在所关心的全部频率范围上获得良好的隔声性能，而不会在声音TL频谱内形成干扰频率下降。在引言中所描述的质量-弹簧系统的谐振频率和在本发明中所描述的纤维顶层的辐射频率对IL曲线产生不同且独立的影响。两者出现在根据本发明的多层结构的IL曲线中，并对隔声性能产生不利的影响，都使IL曲线出现下降。通常观察到这两个下降位于IL曲线的两个分开的部分。对于考虑过的类型的多层结构，通常观察到质量弹簧的谐振频率处于200到500Hz的范围内，而有孔纤维层的辐射频率处于1000Hz以上的范围内。为了清楚，选择使用两个不同的词语来区分这两个不同的频率。薄隔离层在有孔纤维层和解耦层之间的薄隔离层必须是不透气的，但是它本质上不具有质量-弹簧系统的质量元件的功能，这同一般在典型的质量-弹簧系统中发现的重层隔离层相同。这种功能仅通过所述有孔纤维层和薄隔离层的组合来实现。根据本发明，只要薄隔离层是不可透气的，有孔纤维层与薄隔离层就将用作典型质量-弹簧系统的质量层。尽管在示例中给出了薄膜，但是也可使用替换的不可透气的薄材料。如果使用薄膜用作薄隔离层，那么该薄膜的厚度优选为至少40 μ m，更优选为大约60到80 μ m。尽管更厚的薄膜也起作用，但是它们并没有增加功能，而只是增加了这部分的价格。此外，更薄的隔膜可能影响毛毡的形成。薄隔离层，特别是薄膜，可以由诸如PV0H、PET、EVA、PE、或PP等热塑性材料或诸如PE/PA箔片层压的双层材料制成。隔离材料的选取取决于有孔纤维层和解耦层，并应该能够形成将所有层结合到一起的层压材料。还可以使用例如以薄膜或粉末用作粘合剂的材料。但是，在装饰部件结合和/或成形以后，成形的隔离层应该在最终的产品中是不可透气的。还可以使用最初以粉末或其它形式应用的材料来作为薄隔离层，只要这些材料在加工后形成不可渗透的隔离层。有孔纤维层使用诸如毛毡和非纺织物等有孔纤维材料来构建吸声部件是已知的。 纤维层越厚，吸声效果越好。这种类型的材料用在质量-弹簧系统中来获得质量层在本领域是未知的。人们发现动态杨氏模量与有孔纤维层的福射频率有关，E = AW · 4t V2，E表示动态杨氏模量(Pa), V表示福射频率(Hz), Aff表示面积重量(kg/m2), t表示厚度(m)。根据该关系式，动态杨氏模量的适当值允许设计具有在所关心的频率范围以外的辐射频率的装饰部件，并因此允许在所关心的频率范围内的无扰动的插入损耗。特别是，如果动态杨氏模量大于由Emin = AW · 4 · t · v02, V0 = 4900Hz所限定的最小值，那么有孔纤维层的辐射频率将在装饰部件的应用的频率范围以上。因此，动态杨氏模量应该至少为96 · AW · t(Pa)，其中AW为g/m2，t为_。这可以提供材料不再被轻易压缩的高动态杨氏模量。该装饰部件包括动态杨氏模量至少为96 · AW · t(Pa)的有孔纤维层、解耦层和在有孔纤维层和解耦层之间的薄的不可渗透的隔离层(例如不可渗透的薄膜层等)，所有的层被层压在一起来形成一个部件，用作声学质量-弹簧系统。有孔纤维层和薄的不可渗透的隔离层是可替换的质量层，并可替代通常使用的重层材料。相比使用典型填充的重层材料的质量-弹簧系统，这种材料更便宜，而且整个部件更易于回收。有孔纤维层可以是任何类型的毛毡，其可通过任何可热成形的纤维材料制成，包括那些来自天然和/或合成纤维的材料。优选地，该毛毡由回收的多孔材料制成，例如翻造棉或例如聚酯纤维等其它回收的纤维。纤维毛毡材料优选包括例如热塑聚合物的粘合材料，可以是在粘合纤维中或在树脂材料中。至少30%的环氧树脂或至少25%的双组分粘合纤维是优选的。能够获得根据本发明的有孔纤维层的其它粘合纤维或材料也是可能的，并不排除。优选地，该面积重量在500到2000g/m2之间，更优选地，在800到1600g/m2之间。一个增加的限制通常是汽车内能够放置声学装饰部件的可用空间。该限制通常是由汽车制造商给出的，并在最大值为20到25mm的范围内。装饰部件的所有层必须共用这一空间。因此，有孔纤维层的厚度优选在I到IOmm之间，更优选在I到6mm之间。这为解耦层留出了足够的空间。特别地，解耦层在厚度上变化来符合该部件的三维形状，该部件必须与汽车内的可用空间相配合。在现有技术中，高压缩区域存在于装饰部件上供电缆或安装装置穿过的孔周围。由于这些孔的声学缺陷损害了它们周围区域的任意隔声特性，所以这些后面的区域通常不用于隔声。解稱层
作为解耦层，用于典型声学质量-弹簧系统中的弹簧层的标准材料可根据相同的原理用在根据本发明的装饰部件中。该层可由任何类型的热塑性和热固性泡沫形成，闭孔或开孔的泡沫，例如聚氨酯泡沫等都可以。其例如由可热成形的纤维材料等纤维材料形成，包括来自天然和/或合成纤维的那些材料。该解耦层优选具有小于IOOkPa的较低压缩刚度。优选地，该解耦层还可有孔或开孔，以增强弹簧效应。原则上，该解耦层应该在该部件的整个表面上被连接到薄膜层，以具有最优化的效应。但是，由于生产技术的局部性，这可能并非如此。因为该部件整体上用作声学质量-弹簧系统，一些小的局部区域上，多个层没有被耦接，这不会损坏整体的衰减效应。解耦层的厚度能够被优化，但是，它主要依赖于汽车内的空间限制。优选地，该厚度在该部件的区域上变化，以符合汽车内的可用空间。通常，该厚度在I到100之间，在大多区域内为5到20mm。附加层根据本发明的装饰部件包括如所要求的至少3层，并用作声学质量-弹簧系统。但 是，可以通过在有孔纤维层上增加具有吸声特性的附加层来优化该部件。至少部分上增加附加的吸声材料。附加层的面积重量优选在500到2000g/m2。该吸声层可以由任何类型的热塑性和热固性泡沫形成，例如，聚氨酯泡沫。但是，为了吸收噪声，泡沫必须开口和/或有孔，以根据声音吸收原理来允许声波进入，这在本领域是已知的。该吸声层还可由纤维材料制成，例如，可热成形的纤维材料，包括来自天然和/或合成纤维的那些材料。该吸声层可由与有孔纤维质量层相同或更好的材料制成。该吸声层的气流阻力(AFR)优选为至少500Nsm_3，更优选为500到2500Nsm_3。并且，具有一个以上吸声层的吸声系统可被放置在有孔纤维层的顶部。并且，附加的网布可放置在吸声材料或有孔纤维层的顶部，来进一步增强吸声和/或保护底层，例如防水。网布是薄的非纺织物，其厚度在O. I到大约1_之间，优选在O. 25到O. 5mm之间，并具有增强的气流阻力，其气流阻力(AFR)优选在500到3000NsnT3之间，更优选在1000和1500Nsm_3之间。借此，该网布和底部吸收层优选具有不同的AFR，以获得增强的吸声。优选地，网布的AFR不同于有孔纤维层的AFR。该网布层的面积重量可以在50到250g/m2之间，更优选在80到150g/m2之间。该网布可由连续或短纤维或纤维混合物制成。该纤维可以通过熔喷或纺粘技术制成。它们还可混有天然纤维。该网布例如由聚酯纤维或聚烯烃纤维或例如聚酯纤维和纤维素、或聚酰胺和聚乙烯、或聚丙烯和聚乙烯等纤维的混合物形成。根据下面结合附图作为非限制性示例给出的优选实施方式的说明，本发明的这些和其它特征将变得清楚。生产方法根据本发明的装饰部件可以通过本领域中公知的冷和/或热模塑方法生产。例如，具有或不具有薄隔离层的有孔纤维层可被形成来获得所需的动态杨氏模量，并同时形成所需3D形状的部件，以及在第二步骤中，解耦层可以是注塑成型，或者泡沫或纤维层可以被添加到薄隔离层的背面。机械和压缩刚度的限定和测量机械刚度是指材料(材料层)对外部压缩刺激的反应。压缩刚度涉及压缩刺激，而弯曲刚度涉及弯曲刺激。弯曲刚度将施加的弯曲力矩与引起的偏斜相关联。另一方面，压缩或法向刚度将施加的法向力与引起的应变相关联。对于由各向同性材料制成的均匀板，法向力是材料的弹性模量E和板的表面A的乘积。对于由各向同性材料制成的均匀板，压缩和弯曲刚度直接关联材料的杨氏模量，可能根据一个来计算另一个。但是，如果材料不是各向同性的，如对于大多毛毡情形，所解释的关系将不再适用，这是因为弯曲刚度主要涉及平面内材料的杨氏模量，而压缩刚度主要涉及平面外的杨氏模量。因此，根据一个计算另一个将不再可能。此外，压缩刚度和弯曲刚度都可在静态或动态条件下进行测量，并且原则上在静态和动态条件下是不同的。这层材料的辐射来自垂直于其平面的该层的振动，并主要与材料的动态压缩刚度相关。有孔材料的动态杨氏模量使用商业上可获得的“Elwis-S”装置(Rieter AutomotiveAG)来测量，其中，样品被压缩力来刺激。例如在2008年12月布拉德福德关于多孔弹性材料的声学石开讨会(Symposium on acoustics of poro-elastic materials (SAPEM) ,Bradford,Dec. 2008)上，在BERT0LINI等人的“用于确定多孔弹性材料的依赖于频率的杨氏模量、泊松比以及阻尼损耗因素的基于转移函数的方法(Transfer function based method to identifyfrequency dependent Young' s modulus,Poisson' s ratio and damping lossfactor ofporoelastic materials) ” 中描述了使用 “Elwis-S” 装置进行的测量。由于这些类型的测量方法通常不用于有孔材料，所以不存在荷兰国家标准或ISO标准。但是，基于相似的物理原理，其它相似的测量方法是已知的并被使用，如在2001年第10册第6期美国科学技术期刊的第3032到3040页(J. Acoustical Soc. Am. 2001, vol. 10，no. 6，p. 3032-3040)，在LANGL0IS等人的“各向同性的多孔弹性材料的准静态机械特性的多项式关系(Polynomial relations for quasi-static mechanical characterizationof isotropic poroelastic materials)”。使用静态方法测量的杨氏模量和使用动态方法测量的杨氏模量并不是直接相关的，并且在大多数情形下是毫无意义的，这是因为动态杨氏模量是在预定频率范围(例如，300-600Hz)的频域内测量，而杨氏模量的静态值对应于OHz的极限情况，这并不能根据动态测量方法直接获得。对于本发明，重要的是压缩刚度，而不是在本领域中通常使用的机械刚度。其它测量根据IS09053测量气流阻力。使用本领域已知的标准方法来测量面积重量和厚度。结构的传输损耗(TL)是对其隔声的测量。传输损耗被定义为结构上的声功率和由结构传输到接收侧的声功率的比率，由分贝来表示。在配有声学部件的汽车结构中，传输损耗不仅取决于该部件的存在，还取决于安装该部件的钢结构。因为独立于安装汽车声学部件的钢结构来评估该汽车声学部件的隔声性能是重要的，所以引入插入损耗。安装在结构上的声学部件的插入损耗(IL)被定义为配备有声学部件的结构的传输损耗和单独结构的传输损耗的差ILpart = TLpart+steel-TLsteel (dB)插入损耗和吸收系数是使用基于转移矩阵方法来计算声学部件的声学性能的数值模拟软件SISAB来模拟的。该转移矩阵方法是用来模拟分层媒质中的声音传播，并在例如1995年第193册第I期声音和振动期刊的第129-142页(Journal of Sound andVibration. 1995，vol. 193，no. I, p. 129-142.)，BROUARD B 等的“用于模仿分层媒体中的声音传播的一般方法(A general method for modelling sound propagation in layeredmedia) ”中有所描述。
图I示出了样品A-C的插入损耗；图2示出了隔声装饰部件的层的示意图；图3示出了样品A和C的吸声的比较，样品与图I中相同。图4示出了具有隔声区域和吸声区域的内控制板的装饰部件的示例；
图5不出了与有孔纤维层的面积重量和厚度相关的动态系数E的图表；以及图6示出了不同样品的插入损耗的比较图表。图例说明I隔声层II组合的隔声和吸声区域A质量层，至少包括I有孔纤维层2薄隔离层B弹簧层，至少包括3解稱层其它层4吸声层5网布层
具体实施例方式图I示出了比较样品A-B和样品C的插入损耗的曲线。所示的模拟插入损耗是由多层和多层所应用在的钢板所构成的系统的传输损耗减去钢板本身的传输损耗。本领域的不同减声多层结构的插入损耗和吸声使用测量的材料参数来模拟，并与根据本发明的减声多层结构的插入损耗和减声对比。所有的样品具有相同的总厚度25mm。比较样品A是典型的质量-弹簧系统，其具有由lkg/m2的EPDM重层材料形成的质量层以及作为解耦层的注塑泡沫。样品A的总面积重量是2370g/m2。比较样品B根据EP 1428656的原理来制造，EP 1428656公开了一种多层结构，其包括泡沫解耦层和顶部纤维层，两层之间设有薄膜。顶部纤维层是气流成网(air-laid)软毛毡层，其面积重量为1000g/m2，厚度为6mm，AFR为1000Nsm_3。该多层结构的总面积重量为2150g/m2。纤维层的动态杨氏模量被测量，且为大约70000Pa。根据给定的方程式，纤维层具有在大约1700Hz范围内的辐射频率。使用的薄膜为0.06mm且不可渗透。解耦层是注塑泡沫，其面积重量为1100g/m2。样品C根据本发明来制造，并包括与比较样品B相同的解耦层和薄膜层。在薄膜层顶部上的有孔纤维层由压缩的刚性毛毡层制成，该毛毡层的面积重量为900g/m2，厚度为3mm,以及动态杨氏模量为550000Pa。根据给定的方程式，有孔纤维层将具有在大约7100Hz范围内的辐射频率。样品A为典型的质量-弹簧系统，其重层的面积重量为lkg/m2。该绝缘性能在大部分频率范围上是高的，因此该样品表示用于汽车中减声的优选系统，但是该系统非常重。此夕卜，通常用于重层的材料(在本实施例中为EPDM)是难以回收的。关于整体的减声，由于在比较样品B中，顶部毛毡层的辐射频率为大约1700Hz，其损坏多层结构的隔声特性，所以典型的质量-弹簧系统A仍是较好的。在图I中可以看出，比较样品B的IL曲线在以1600Hz为中心1/3倍频程的频带内下降，该频带包括用于该样品的顶部毛毡层的辐射频率。现在已经发现通过增加构成顶部有孔纤维层的材料的动态刚度，特别是通过增加该层的平面外方向的压缩刚度，该层的辐射频率可以转移到较高的频率上。通过这样选取构成有孔纤维层的纤维材料的动态杨氏模量，使得 该层的辐射频率在需要减声的频率范围之外，当放置在薄隔离层的顶部上时，该层将表现为在所需频率范围上的质量-弹簧系统的质量层。样品C例如具有在薄膜层的顶部上的有孔纤维层，其由压缩的刚性毛毡层制成，该毛毡层的面积重量为900g/m2，厚度为3mm，以及动态杨氏模量为550000Pa。样品C展示了与比较样品A相当的或更好的插入损耗，以及具有Ikg重层的典型质量-弹簧系统。并且，福射频率仅表现为在以6300Hz为中心的1/3倍频带中的插入损耗曲线的下降。这远在高于通常为车辆中的减声所考虑的频率范围。与具有至少96 · AW · t Pa的动态杨氏模量的有孔纤维层相耦合的薄隔离层能够形成典型的声学质量-弹簧系统的质量层，这种效果不仅依赖于有孔纤维层的压缩，还依赖于用于这种有孔纤维层的材料的类型以及在材料组分之间例如在纤维之间或在树脂和纤维之间的粘合剂的量。因此，方程式只是引导如何根据本发明设计装饰部件。有孔纤维层的辐射频率实际发生的实际频率可能偏离计算值，然而只要其在至少4900Hz以上，就不再会干扰车辆中所需并通常想要的减声。对于其它应用，所需的最小动态杨氏模量会不同，但是本领域技术人员将能够根据本发明的引导来调整方程式。如本技术领域所给出的，装饰部件的隔声的所有优化方式都涉及限定至少吸声层的气流阻力。人们发现对于根据本发明的装饰部件，整体辐射以及特别是上部有孔纤维层的辐射频率不会显著地依赖于其气流阻力。人们发现该气流阻力在测量的整个频率范围上对传输损耗的斜率主要具有衰减影响。该衰减效果随着气流阻力增大而变大。图2示出了根据本发明的装饰部件的示意性横截面。根据本发明，质量层A包括薄隔离层2和有孔纤维层3的组合，弹簧层B包括解耦层1，其共同形成声学质量-弹簧系统。因此，在区域I中，仅仅可以期望隔声特性。在区域II中，附加吸声层4被放置在有孔纤维层3的顶部上，为该区域提供结合的隔声和吸声特性。优选地，附加的网布层5可被放置在吸声层4的顶部上，来进一步增强吸声效果。正如图3中所示，与在第三倍频带中的比较样品A和C的吸声相比，纤维层3依然是有孔的这一事实本身将提供一些吸声效果。图4示出了包括具有两个不同声学功能的两个单独区域的内控制板部件的示例，目的是获得隔声和吸声的优化折中。一般地，因为通过下部区域来自发动机和前轮的噪声路径是更相关的，所以内控制板的下部分(I)更适合隔声；因为通过例如仪表板等其它汽车部件已经提供了一些隔声，所以控制板的上部分(II)更适合吸声。为了借助内控制板的装饰部件获得整体更好的减声，整个部件可被构造成具有根据本发明的质量层的隔声器。在图中装饰部件的区域I中，隔声功能将是主要的一个功能。另一方面，区域II还包括顶部吸声层，用来增加该部件的整体减声效果。为了进一步增强噪声衰减，还可以在区域II中的吸声器上放置附加的网布。该附加的吸声器可以作为一个部件或分离的贴片放置在内控制板上。通常，纤维材料被制造成毛坯，即半成品，纤维在其中组装在一起。毛坯是一种合理的均质近似。毛坯由一片具有最初厚度的材料组成，并且以其面积重量为特征，这是因为纤维均匀地分布在该区域上。当毛坯例如通过压缩形成时，其表现最后的形状。最终，获得具有一定厚度的层。在成型过程之后维持面积重量，即每单位面积内的材料的重量。从同一毛坯可以获得数个最终的厚度，这依赖于压缩程度。纤维材料的杨氏模量依赖于数个参数。首先，材料本身的特性，即材料组分、纤维类型和数量、粘合剂的类型和数量等。此外，对于相同的纤维制法，这依赖于材料的密度，材料的密度与层的厚度相关。因此，对于一定组分的毛毡，杨氏模量可以在不同的厚度下测 量，并因此表现出不同的值，当厚度减少时，该值通常增加(对于相同的初始毛坯)。如果有孔纤维层测得的动态杨氏模量至少等于或大于高于使得其在对车辆中噪声衰减重要的频率范围上作用为刚性质量所必需的最小值，将获得根据本发明的特定的有孔纤维层，该频率范围由公式96 · AW · t确定。根据本发明，若满足该条件，当放置在薄的不可渗透的隔离层上时，该层将作为刚性质量，并将具有最佳的隔声性能。因此，根据本发明的作为刚性质量的有孔纤维层的设计包括下面的步骤。I.选取毛毡组分和面积重量。2.然后，材料形成特定的厚度。3.测量形成的材料的面积重量(AW，g/m2)和厚度(t，mm)。4.通过Elwis-S测量厚度t的成型样品的杨氏模量(测得的杨氏模量Emeas)。5.通过公式96 *AW *t计算最小必需的杨氏模量(Emin),其中AW是面积重量(g/m2)，t是厚度(mm)，两者都被测量。6.需要证实已经满足条件Emeas > Emin。根据本发明，如果满足该条件，那么材料的选择是符合要求的，纤维材料能够在确定的厚度下使用，作为刚性隔声质量。否则，需要改变选择，并重复，从I到4重新开始，其中必须改变参数(纤维组分和/或面积重量和/或厚度)。在下面，通过示例来进一步描述上述设计步骤。图5示出了根据本发明的隔声质量层的动态杨氏模量随厚度变化的图表。在这种情形下，使用主要由具有30%酚醛树脂的回收棉线制成的毛毡层。直到不久前，这种材料才被作为解耦层或吸声层主要用于多层结构中。现在，由于汽车内部关于水蒸气的规定，苯酚粘合剂不再适用于车辆的内部部件。但是，这种材料还能够用于汽车的外部构件上、发动机舱区域中或卡车中。它在这里没有被选作限制性的样品，而更多地是显示怎样设计根据本发明的材料的例子。在图5中，线LlOOOgsm显示了作为层的厚度的函数，根据本发明的具有IOOOg/Hi2的面积重量的有孔纤维层需要具有的最小动态杨氏模量。这是根据公式E = AW · 4t V 2计算的，V为4900Hz，然后在图5中被表示为直线。同一图中的线L1200gsm、LHOOgsm和L1600gsm表示关于1200、1400和1600g/m2的面积重量的相似数据。具有给定厚度和这些面积重量中的一个的有孔纤维层的动态杨氏模量应该在对应于其面积重量的线的上方，以确保该层的辐射频率被转移到至少4900Hz，并因此在车辆中的减声所关心的频率范围以外。在图5中，线AlOOOgsm显示了作为层的厚度的函数，主要是具有30%酚醛树脂的棉织毛毡、面积重量为1000g/m2的层的测得的动态杨氏模量。在同一图中，线A1200gsm、A1600gsm示出了分别关于1200g/m2和1600g/m2的面积重量的相似数据。对于某些点，动态杨氏模量被测量并且所示出的性能是根据这些测量外推的。该材料显示了动态杨氏模量的急速增加，已经示出了在面积重量为1000g/m2且厚度为大约8mm处辐射频率在4900Hz以上。但是，由于空间限制，该厚度在例如内控制板等汽车内部不是优选的。尽管在理论上可以获得具有非常低的密度的恰当的动态杨氏模量，但是装饰部件的有孔纤维层将不再足以确保该部分用作良好的隔声部件。在图5中，线B 1200gsm显示了作为层的厚度的函数，主要是具有30%酚醛树脂的 棉织毛租、面积重量为1200g/m2的层的动态杨氏模量。线B 1600gsm显不了关于面积重量为1600g/m2的相似数据。对于某些点，动态杨氏模量被测量并且所示出的性能是根据这些测量外推的。如果有人将这些数据与前面描述的酚醛树脂毛毡的数据进行对比，可以清楚地看到粘合材料对材料的压缩刚度具有影响，并由此影响特定面积重量和厚度的动态杨氏模量。线C 1400gsm显示了作为层的厚度的函数，主要粘结有15%双组分粘合纤维的棉织毛毡、面积重量为1400g/m2的层的动态杨氏模量。对于某些点，动态杨氏模量被测量并且所示出的性能是根据这些测量外推的。在第二组样品中，可以更详细地观察粘合剂材料的影响，特别是粘合剂的类型和数量。30%环氧样品，其由具有30%环氧树脂的棉毛毡构成，所测得的面积重量为1090 (g/m2)，厚度为2. 7mm，该样品被发现测量的动态杨氏模量为5. 55E5 (Pa)，因此高于根据本发明计算的所需杨氏模量。3O %环氧样品，其由具有2O %环氧树脂的棉毛毡构成，所测得的面积重量为1450 (g/m2)，厚度为4mm，该样品被发现测量的动态杨氏模量为2. 2E5 (Pa)，因此低于根据本发明计算的所需杨氏模量。25%双组份，其由具有25%双组分粘合纤维的棉毛毡构成，所测得的面积重量为1040 (g/m2)，厚度为2. 1mm，该样品被发现测量的动态杨氏模量为5. 08E5 (Pa)，因此非常高于根据本发明计算的所需杨氏模量。25%双组份样品，其由具有25%双组分粘合纤维的棉毛毡构成，所测得的面积重量为1280 (g/m2)，厚度为4mm，该样品被发现测量的动态杨氏模量为9. 91E4 (Pa)，因此非常低于根据本发明计算的所需杨氏模量。对于这些样品，另外模拟了插入损耗。图6示出了样品的模拟插入损耗，对比具有限定的顶层、70 μ m薄膜以及剩余厚度覆盖有泡沫来作为解耦层的25_厚的样品。样品A的隔声曲线也在这里用作参考样本，样本A是先前介绍的典型质量-弹簧系统，其重层的面积重量为lkg/m2。样品的顶部有孔纤维层的测量和计算的辐射频率在IL曲线中表现为下降D。对于25%环氧样品和15%双组分样品，发现辐射频率为3150Hz (D2)，1600Hz (D I)，都处于汽车内的减声所关心的区域内。尽管发现30%环氧样品和20%双组分样品的辐射频率都为大约6300Hz (D3和D4)，但是处于汽车工业所关心的区域以外。令人惊讶的是，获得了与顶层的AFR并不是很相关的隔声效应。另一方面，根据本发明，发现想要获得一致的隔声而不在例如汽车应用所关心的频率范围内产生下降效应的驱动因素是顶层的杨氏模量。当上部层的厚度改变时，AFR和杨氏模量也改变，并且通常是当层的厚度减小时，杨氏模量增加。然而，这些参数的每一个的值与材料的性质相关。有孔材料的AFR和杨氏模量以及其它声学和机械参数不仅仅是厚度的函数。作为例子，比较两个具有相同厚度的相当的毛毡材料。通常用于汽车应用的、具有1000g/m2的面积重量的“气流成网”毛毡在大约2. 5mm的厚度表现出3200Nsm_3的AFR。相同的材料在6mm的厚度表现出1050Nsm_3的AFR。相比之下，通常用于汽车应用的、大致具有1000g/m2的相同面积重量的“针织”毛毡在大约6mm的厚度表现出220NsnT3的AFR。在相同的厚度，两材料具有不同的AFR。这两种毛毡主要不同在纤维被处理形成一层材料的方式，并且这种方式对AFR会有影响。对于杨氏模量也有相同的考虑对于每种材料，当厚度减小时，杨氏模量增加，然而，两种不同的材料在相同的厚度不需要具有相同的杨氏模量，并可表现出非常不同的杨氏模量，这主要依赖于它们的组分及其生产方式。此夕卜，AFR和杨氏模量是独立的参数，AFR与材料的声学特性相关,而杨氏模量与材料的机械特性相关。作为示例，具有相同AFR(例如，与材料中的纤维的相似分布相关)的两种材料可能具有不同的杨氏模量(例如，与材料中的粘合剂的不同的量相关)，并因此具有不同的性能(见图5和6中示例)。从所述材料中可以看出，某些材料不适合形成根据本发明的质量层，这本质上是因为它们必须被压缩到不再可能完成的厚度或耗费非常高的压力，这使得工艺不再划算。但是，通过调整粘合材料和纤维材料的比率、使用的粘合材料和面积重量和/或厚度，可能设计出适合用作根据本发明的有孔纤维质量层的材料。该隔声装饰部件或用作隔声器或用作组合的隔声器和吸声器，其具有声学质量弹簧特性，包括在不可渗透的薄隔离层上的由有孔纤维层构成的质量层，该有孔纤维层的动态杨氏模量E至少为96 · AW · t (Pa)，由此薄隔离层位于纤维层和解耦层之间，所有的层被层压在一起，该隔声装饰部件可用于汽车中，例如用作前面描述的内控制板。但是，该装饰部件还可用作最终在顶部上具有装饰层或地毯层的地板覆盖层，因此该地毯层有选为有孔系统，例如簇绒地毯或非纺织地毯。该装饰部件还可用于外部或内部车轮衬垫。所有的应用都处于诸如汽车或卡车等车辆中。权利要求
1.一种隔声装饰部件，其具有声学质量弹簧特性，所述隔声装饰部件包括质量层和解耦层，其特征在于，所述质量层包括有孔纤维层(I)和不可渗透的薄隔离层(2)，其中所述不可渗透的薄隔离层(2)布置在所述有孔纤维层(I)和所述解耦层(3)之间，并且所有的层被层压在一起，其中所述有孔纤维层(I)的动态杨氏模量为至少96AW· t Pa，AW表示面积重量g/m2，t表示所述有孔纤维层的厚度mm。
2.根据权利要求I所述的隔声装饰部件，其中，所述有孔纤维层(I)的面积重量AW在500 到 2000g/m2 之间。
3.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件，其中，所述有孔纤维层(I)的厚度t在I到IOmm之间。
4.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件，其中，在所述有孔纤维层上至少部分地放置附加吸声层。
5.根据权利要求4所述的隔声装饰部件，其中，至少所述吸声层被覆盖有网布层。
6.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件，其中，所述不可渗透的薄隔离层的厚度为至少40 μ m,优选为大约60到80 μ m。
7.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件，其中，所述有孔纤维层(I)至少部分被覆盖有网布层。
8.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件，其中，装饰层或地毯层被放置在所述有孔纤维层(I)上，所述地毯层优选为簇绒地毯或非纺织地毯。
9.根据前述任一权利要求所述的隔声装饰部件的用途，所述隔声装饰部件用作隔声器或组合的隔声器和吸声器，用作例如汽车或卡车等车辆中的例如内控制板、地板覆盖层或车轮衬板等汽车装饰部件。
全文摘要
一种具有声学质量弹簧特性的隔声装饰部件，其包括质量层和解耦层，其中，所述质量层包括有孔纤维层(1)和不可渗透的薄隔离层(2)，所述不可渗透的薄隔离层布置在所述有孔纤维层和解耦层(3)之间，所有的层被层压在一起，所述有孔纤维层的动态杨氏模量为至少96AW·t Pa，其中AW表示所述有孔纤维层的面积重量g/m2，t表示所述有孔纤维层的厚度mm。
文档编号B60R13/08GK102792366SQ201180013340
公开日2012年11月21日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者克劳迪奥·卡斯塔格内蒂, 克劳迪奥·贝托里尼 申请人:欧拓管理公司