Передняя стенка

Группа изобретений относится к трехмерно деформированной акустически действующей передней стенке автомобиля, а также ее применению. Передняя стенка включает в себя по меньшей мере один трехмерно деформированный поглотитель из одного или нескольких пластов, который на одной плоскостной стороне по полной поверхности или частично покрыт продуваемым слоем, при этом продуваемый слой содержит нановолокна. Сопротивление продуванию продуваемого слоя/слоев одинаково или локально определенным образом различно. Передняя стенка также включает в себя открытый для потока несущий материал, причем открытый для потока несущий материал с поглотителем и продуваемым слоем включает в себя несколько свободно лежащих друг на друге или спрессованных слоев. Продуваемый слой расположен между несколькими свободно лежащими друг на друге или спрессованными слоями и поглотителем. Толщина передней стенки по всей ее поверхности одинакова или локально определенным образом различна, причем нановолоконный слой имеет сопротивление продуванию, локально определенным образом различное по конструктивному элементу. Обеспечивается улучшение звукопоглощения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предметом изобретения является акустически действующий, плоскостно контурированный или трехмерно деформированный конструктивный элемент, то есть в смысле настоящего изобретения передняя стенка автомобиля, а также его применение. Изобретение включает в себя по меньшей мере один звукопоглощающий материал, то есть трехмерно деформированный поглотитель и при необходимости по меньшей мере один несущий материал, при этом звукопоглощающий материал, то есть трехмерно деформированный поглотитель – в один или несколько пластов – по меньшей мере на плоскостной стороне или в многослойном композите по всей поверхности или частично покрыт продуваемым слоем, который наносится непосредственно на поглотитель и состоит из нановолокон, соответственно, включает в себя эти волокна. В частности, продуваемый слой по всей поверхности или частично наносится непосредственно на несущий материал.

Известны звукопоглощающие материалы (поглотители), которые покрывают поглотитель дополнительным продуваемым слоем по всему объему (с обеих сторон) или только на одной стороне; и тем самым улучшают акустические свойства.

В зависимости от применяемого материала, такие конструктивные элементы могут также обеспечивать теплозащиту.

В DE 10 2004 050 649 A1 описывается звукопоглощающий теплозащитный экран, имеющий лист-основу, который несет на себе акустически и термически действующий изоляционный слой. Теплозащитный экран имеет расположенную на обращенной во время его применения к источнику звука стороне изоляционного слоя защитную пленку, которая имеет микроперфорирование.

Тепло- и звукоизолирующая облицовка для моторного отсека автомобилей, которая описывается в DE 101 43 167 A1, состоит из расположенного со стороны двигателя микроперфорированного теплоотражателя, находящегося с ним в контакте слоя полиуретанового пеноматериала, который со стороны двигателя пропитан термореактивным, способным в течение трех недель выдержать нагрузку длительно действующей температурой 200°C, в частности 150°C, и находящегося с ним в контакте, обращенного от стороны двигателя покрывающего слоя.

Изготовление микроперфорированных пленок, в частности металлических фольг, известно давно. Например, можно сослаться на US 7,838,125 B2, где описан особый вариант осуществления микроперфорированной металлической фольги. Здесь описывается, что посредством иглопробивки металлическая фольга деформируется таким образом, что в направлении, противоположном втыканию игл, образуется раковина, повышенная по сравнению со средним пластом фольги, нижний край которой при прокалывании иглой образует бахрому.

Известны конструкции, у которых в качестве продуваемого слоя применяются спрессованные нетканые материалы. В WO 98/18656 описывается конструкция из нескольких пластов, которая состоит из по меньшей мере одного пористого упругого слоя и одного микропористого слоя, придающего жесткость, причем этот слой имеет сопротивление продуванию R=900 Нсм^-3 до 200 Нсм^-3. В особом варианте осуществления между упругим слоем и кузовом имеется воздушный зазор.

В WO 2004/107314 A1 конструкция звукопоглотителя из двух соединенных друг с другом, термопластично и/или термореактивно связанных текстильных волоконных нетканых материалов, имеющих различные толщины, плотности, веса, отнесенные к единице поверхности, и сопротивления продуванию слоев. Конструкция имеет металлический слой и поэтому в целом не является акустически открытой.

DE 10 2004 053 751 A1 описывает часть облицовки для транспортного средства, в частности облицовку днища кузова. Она имеет пористый средний слой и по меньшей мере один покрывающий слой с каждой стороны, при этом пористый средний слой имеет такую конструкцию, что он обладает акустической прозрачностью или акустически поглощающим действием. При этом акустически поглощающий пористый средний слой с одной или с обеих сторон может быть обложен одним или несколькими акустически прозрачными или, соответственно, поглощающими покрывающими слоями.

Для области во внутреннем помещении автомобиля известны конструкции, включающие в себя поглотитель и микроперфорированную полимерную пленку. В EP 1 101 218 B1 описывается микроперфорированная полимерная пленка для использования в звукопоглотителе, которая образована полимерной пленкой определенной толщины и несколькими микроперфорациями, причем эти микроперфорации имеют каждая наиболее узкий диаметр меньше толщины пленки и наиболее широкий диаметр, который больше 125% наиболее узкого диаметра.

Таким образом, описывается микроперфорированная полимерная пленка, имеющая определенную геометрию отверстий в зависимости от толщины пленки. В частности, здесь описываются перфорации в виде каналов, столбиков или воронкообразного вида, имеющие изменяющиеся диаметры.

В DE 10 2010 035 431 A1 описывается конструкция, в которой материал поглотителя полностью заключен в продуваемый слой, здесь микроперфорированную пленку. В представленной конструкции заключенный внутри материал поглотителя является разрозненным и не деформированным.

DE 10 2012 216 500 A1 описан состоящий из нескольких пластов звукопоглотитель, имеющий микроперфорированную полимерную пленку, слой клея и термически деформируемый поглотитель, который включает в себя пласт их пеноматериала, волоконную ткань или пласт из волоконного нетканого материала. В этой публикации учитывается влияние обработки на продуваемый слой, который вследствие релаксации и склеивания изменяет свое сопротивление продуванию.

Общеизвестно, что с помощью покрытия из нановолокон можно оказывать влияние на акустическое действие, например, нетканых материалов (А. Рабби и др.; Внедрение слоев из нановолокон в нетканые материалы для улучшения их акустических свойств; Journal of Engineered Fibers and Fabrics (Журнал по синтетическим волокнам и материалам), том 8, выпуск 4-2013, также К. Адльхарт; Тонкие волокна - большой эффект: с электропрядением к новым продуктам; Textil Plus (Текстиль плюс) 05/06-2014).

Все названные продуваемые слои состоят из натурального волоконного, синтетического или биокомпонентного (бико) материала и поэтому являются горючими; соответственно, негорючие решения из металла или неорганического материала имеют заметно более высокий вес. Соответственно конструкции продуваемого слоя, имеется различный размер и распределение пор. В зависимости от изготовления продуваемого слоя, у волоконных конструктивных элементов всегда получаются разброс веса, отнесенного к единице поверхности, и вместе с тем распределение сопротивления продуванию.

Плоскостно контурированные конструктивные элементы на основе звукопоглощающих материалов, которые снабжены слоем, содержащим нановолокна, известны, например, в DE 10 2008 025 840 A1, DE 10 2009 044 649 A1, US 2014/0224576 Al, US 2008/0173497 A1, WO 2014/111068 A2, WO 2014/111067 A2, US 2013/0112499 A1, US 2013/0115837 Al, US 2014/0216847 A1, US 2010/0170746 Al, DE 600 21 177 T2 и DE 10 2010 033 959 A1.

Задача настоящего изобретения, в отличие от вышеназванного уровня техники, заключается в том, чтобы оснастить трехмерно деформированный конструктивный элемент, а именно, поглощающую переднюю стенку, непосредственно продуваемым слоем из нановолокон.

Поставленная таким образом задача решается с помощью широкополосного звукопоглотителя (фиг. 1), а именно передней стенки, имеющей высокую акустическую изоляцию, с признаками п.1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления содержатся в зависимых от него пунктах формулы изобретения, а также пунктах формулы изобретения, касающихся применения.

Настоящее изобретение описывает акустические конструктивные элементы, а именно, передние стенки, состоящие из поглощающего материала, при необходимости в многослойном композите, и при необходимости несущего, а также промежуточных слоев, которые покрыты очень легким, акустически гомогенным продуваемым слоем, в частности состоящим из нановолокон, полностью, то есть с обеих сторон или частично, то есть с одной стороны и/или на выбранных областях поверхности одной или обеих сторон звукопоглощающего материала. Причем этот слой из нановолокон (продуваемый слой) может быть нанесен, во-первых, непосредственно на материал поглотителя (звукопоглощающий материал), во-вторых, с применением несущего слоя. Также этот слой из нановолокон может находиться между различными слоями материала поглотителя и носителя (основы).

В одном из существенных вариантов осуществления поглотитель передней стенки состоит из пены, связанных волокон, связанных частиц пены или их смеси, при необходимости в многослойном композите, трехмерно деформирован соответственно контуру конструктивного элемента и с одной стороны или полностью по всей поверхности покрыт нановолокнами.

В одном другом предпочтительном варианте осуществления материал поглотителя не связан и находится между двумя соприкасающимися по окружному краю текстильными акустически открытыми основами, имеющими содержащее нановолокна покрытие.

Для применения между двумя стенками открытый для потока несущий слой (слой основы) сформован так, что по меньшей мере на одной стороне, однако предпочтительно на обеих сторонах возникает расстояние до стенки. Оно составляет преимущественно около 1 мм (чистый воздушный зазор) и/или примерно три четверти имеющегося в распоряжении конструктивного пространства. При необходимости этот легкий акустический конструктивный элемент может заполнять все конструктивное пространство.

В вышеназванных вариантах осуществления покрытие (слой из нановолокон) определено так, что по поверхности возникают равномерный или определенным образом различный, то есть частично неодинаковый по поверхности отнесенный к единице поверхности вес и вместе с тем локально различные сопротивления продуванию.

Наибольшая часть акустически действующих конструктивных элементов в транспортных средствах является плоскостной, чаще всего контурированно плоскостной, имеет трехмерную и по существу плоскую форму и прилегает к кузову, так что в этих случаях полностью целесообразно частичное покрытие нановолокнами. Для конструктивных элементов во впадине, конечно, имеет также смысл полноповерхностное, то есть двухстороннее покрытие из нановолокон.

В качестве свободного, а также связанного/формованного наполнителя применяются известные материалы поглотителя:

синтетические волокна, в частности полиэфирные волокна, полиамидные волокна, в частности нейлон 6 и/или нейлон 66; полиолефиновые волокна, в частности ПП (полипропилен) или ПЭ (полиэтилен); акриловые волокна, а также смеси этих волокон, включая биокомпонентные волокна и многокомпонентные волокна и/или смеси из натуральных волокон, в частности волокон хлопка-сырца, пеньки, кокоса, кенафа, джута и/или сизаля, с вышеназванными синтетическими волокнами; волокна животного происхождения, металлические или неорганические волокна, а также материалы, которые главным образом выполняют функцию прокладок (прокладочные трикотажи, пенопластовая крошка и т.д.); кроме того, ПУР-(полиуретановый) пеноматериал.

В качестве пластинчатого материала, а также материала для фасонных деталей, кроме материалов, которые выполняют функцию прокладок (распорок), применимы те же материалы, которые, однако, связаны посредством связующих материалов (бико-волокна, полимерные порошки) или механического упрочнения (иглопробивка, шитье).

В качестве несущего слоя применяются открытые для потока текстильные плоскостные структуры или объемно текстильные структуры, такие как, например, ткани, трикотажи, вязаные изделия, плетеные изделия, швейные трикотажи, нетканые материалы и войлоки, а также объемные текстильные структуры (корпусные структуры), такие как, например, текстильные шланги.

Материалы для текстильных носителей зависят от области применения: полимеры (ПА (полиакрил), ПП (полипропилен), ПЭТ (полиэтилентерефталат), арамиды и пр.); натуральные волокна (лен, хлопок и пр.), неорганические и металлические волокна (стекло, углерод, алюминий и пр.).

В качестве нановолокон имеется в распоряжении широкая палитра материалов. Могут применяться почти все полимеры; как волокна на основе натуральных материалов, так и металлические и неорганические волокна. Нановолокна в смысле настоящего изобретения включают в себя, в частности, волокна, имеющие диаметр волокна меньше 900 нанометров (нм), предпочтительно в пределах от 50 до 800 нм, в частности предпочтительно 75 нм до 300 нм.

Нановолокна в соответствии с изобретением предпочтительно перерабатываются в, соответственно, на композитный нетканый материал и на трехмерно предварительно деформированные конструктивные элементы.

Для синтетических волоконных нетканых материалов это означает, что они уже при изготовлении, например, путем электропрядения, другими способами, такими как прядение из расплава и другие, комбинируются и так могут входить в композит с микроволокнами. Кроме того, аддитивно к микро-нано-волоконному композиту могут также добавляться опорные или защитные нетканые материалы, так что возникает композитный нетканый материал. У стекловолоконных нетканых материалов очень распространен дутьевой способ изготовления нетканых материалов для воздушных фильтров, содержащих наноразмерные волокна.

Отнесенный к единице поверхности вес нановолокон у испытывающих акустическую нагрузку конструктивных элементов, а именно передней стенки, составляет предпочтительно 0,01г/м² до 15 г/м², в частности 0,2 г/м² до 1,5 г/м², применительно к продуваемому слою.

Сопротивление продуванию продуваемого слоя составляет предпочтительно 500 Нс/м³ до 100000 Нс/м³, предпочтительно 3000 Нс/м³ до 20000 Нс/м³. Для конструктивных элементов, имеющих полное поверхностное покрытие, сопротивления продуванию должны лежать в верхней области и могут быть для каждой стороны одинаковыми или различными.

Посредством величины сопротивления продуванию может регулироваться отношение поглощающего действия конструктивного элемента к изолирующему действию.

Настоящее изобретение улучшает гомогенность распределения пор таким образом, что оно использует нановолокна для образования продуваемого слоя и тем самым смещает шкалу описания как размера полостей, так и их расположения друг относительно друга в сторону меньших размеров. Если удельное сопротивление продуванию продуваемого слоя слишком высоко, звук не может проникать в задний поглотитель и отражается в широком диапазоне. Конструктивный элемент ведет себя по существу как изолятор. Если сопротивление продуванию продуваемого слоя является очень низким (открыт), действует по существу только поглотитель.

Примеры осуществления

Пример 1/сравнительный пример 1

Необходимо изложить применение изобретения на предлагаемых изобретением конструктивных элементах.

В первом применении передняя стенка уровня техники для транспортного средства класса люкс, имеющая упруго-инерционную конструкцию, состоящую из обычной имеющейся в продаже упругой пены и обычного имеющегося в продаже термопластичного тяжелого слоя, имеющая средний отнесенный к единице поверхности вес 4 кг/м², заменяется на так называемую конструкцию Dual Impedance (двойного импеданса).

Конструкция Dual Impedance состоит из изготовленной способом инжекции волокон сердцевины из смеси волокон, имеющей 20 вес.% ПЭТ-бико-волокон, 40 вес.% хлопковых волокон из вторичного сырья и 40 вес.% ПЭТ-волокон. Несущий нетканый материал состоит из 40 г/м² нетканого ПЭТ-материала и равномерно покрыт 0,8 г/м² ПА-нановолокнами (бесконечные волокна). Несущий нетканый материал с нановолокнами (продуваемый слой) был напрессован посредством обычного имеющегося в продаже ПЭ-клея 20 г/м² на волоконный поглотитель при температуре выше температуры плавления ПЭ. Изготовленная таким образом передняя стенка была прибл. на 5 кг легче, чем серийная передняя стенка, и в рейтинге в ходовом испытании только на 0,5 пункта при субъективном суждении хуже, чем серийная передняя стенка. С локально ограниченным разносом масс при снижении веса на 3 кг могло бы достигаться одинаковое акустическое действие.

Пример 2

В другом применении изготовленный способом инжекции волокон трехмерно формованный поглотитель, состоящий из 25 вес.% ПЭТ-бико-волокон, 40 вес.% хлопковых волокон из вторичного сырья и 35 вес.% ПЭТ-волокон, непосредственно с одной стороны оснащается 0,6 г/м² ПА-нановолоконным покрытием, продуваемым слоем.

1. Трехмерно деформированная, акустически действующая передняя стенка автомобиля, включающая в себя по меньшей мере один трехмерно деформированный поглотитель из одного или нескольких пластов, который по меньшей мере на одной плоскостной стороне по всей поверхности или частично покрыт продуваемым слоем, нанесенным непосредственно на поглотитель и состоящим из нановолокон,

отличающаяся тем, что сопротивление продуванию продуваемого слоя/слоев одинаково или локально определенным образом различно, причем передняя стенка также включает в себя открытый для потока несущий материал, причем открытый для потока несущий материал с поглотителем и продуваемым слоем включает в себя несколько свободно лежащих друг на друге или спрессованных слоев, причем продуваемый слой расположен между несколькими свободно лежащими друг на друге или спрессованными слоями и поглотителем, причем толщина передней стенки по всей ее поверхности одинакова или локально определенным образом различна, причем нановолоконный слой имеет сопротивление продуванию, локально определенным образом различное по конструктивному элементу.

2. Передняя стенка по п.1, отличающаяся тем, что материал поглотителя на обеих плоскостных сторонах по всей поверхности или частично покрыт продуваемым слоем.

3. Передняя стенка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она включает в себя многослойный композит из нескольких, в частности 2-5, пластов поглотителя и продуваемого слоя.

4. Передняя стенка по одному из пп.1-3, отличающаяся тем, что сопротивление продуванию продуваемого слоя/слоев составляет соответственно от 500 Нс/м³ до 100000 Нс/м³, предпочтительно от 3000 Нс/м³ до 20000 Нс/м³.

5. Передняя стенка по одному из пп.1-4, отличающаяся тем, что продуваемый слой нанесен с одной стороны на открытый для потока несущий материала, который находится на поглотителе и/или выполняет функцию оболочки.

6. Передняя стенка по одному из пп.1-5, отличающаяся тем, что открытый для потока несущий материала с поглотителем и продуваемым слоем включает в себя от 3 до 7 свободно лежащих друг на друге или спрессованных слоев.

7. Применение передней стенки по одному из пп.1-6 на расстоянии от неподвижной стенки.

8. Применение передней стенки по одному из пп.1-6 на расстоянии от примыкающего конструктивного элемента.