專利名稱：模制成型隔聲車輛板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模制成型阻隔車輛板，特別涉及一種隔聲的這種板，以及制造該 板的方法。更特別地，本發(fā)明涉及用于裝配汽車和卡車車輛的這類板，如車門板、車身頂板、 背光源板及輪拱(wheel well)，且尤其是后者。
背景技術(shù)：
在本領(lǐng)域中一直持續(xù)不斷地努力降低動力車輛的成本和重量。成本和重量的大部 分在于結(jié)構(gòu)中使用的金屬件，例如車身件、防護和隔聲板等。盡管本發(fā)明可廣泛地應用于多 種車輛板，但本發(fā)明可通過特別參考汽車和卡車的輪拱罩(wheel well shield)予以最好 地說明。這些罩定位于車輛輪拱下面，并阻止濺起的水及道路碎屑進入車身底部和發(fā)動機 艙。輪拱罩是本領(lǐng)域中的特別難的一個問題，因為這些罩不僅必須基本上阻止從道路上濺 起的水流溢到車身底部或發(fā)動機艙中，而且為了完全令人滿意，還必須減輕由輪胎旋入輪 拱的碎屑所引起的道路噪聲。關(guān)于此類噪聲的顯著的例子是當汽車穿過礫石路時，當輪拱 未被予以防護或者被不能夠充分地減少噪聲的罩予以防護時，則礫石被輪胎旋入輪拱并產(chǎn) 生非常令人反感的噪聲。用于在車輛輪拱周圍設(shè)置防護的傳統(tǒng)解決方案是使用沖壓鋼片等。這類解決方案 在對發(fā)動機艙及車身結(jié)構(gòu)進行物理防護方面十分有效，但在減輕車輛噪聲水平方面卻并不 有效。此外，在碎屑或水沖擊罩并使所述結(jié)構(gòu)受激而引起震動的諸多情況下，這類罩由于高 剛度和低衰減特性而產(chǎn)生不期望的噪聲。當水飛濺或道路碎屑沖擊罩時，這些不期望的噪 聲常常導致清脆的或使人痛苦的聲響。通過對輪拱或罩涂覆衰減涂層或者通過使用低機械剛度的材料，這些傳統(tǒng)的系統(tǒng) 已得到了改進。當今常用的這類材料之一是聚丙烯。此材料可通過壓模法或注模法而模制 成復雜三維形狀。模制的聚丙烯罩相比沖壓鋼片在重量上減輕，且由于更低剛度和更高的 內(nèi)部衰減性能而在聲學性能上帶來一些改善。然而，但它們?nèi)圆荒軡M足目前的減噪要求。關(guān)于后一點，美國專利US 1，704，048公開了一種對此類減低噪聲方式所做的早 期嘗試，此專利提出在護板下使用薄橡膠型材，該型材不透水且通過其彈性減弱如礫石 之類的道路噪聲。另一方面，美國專利US 3，068，794提出在輪拱內(nèi)放置護板套(fender boot)。護板套由塑料材料制造以減輕道路噪聲。在更近的方法中，美國專利US 4，620，745描述了用于減輕噪聲的具有半彈性材 料的輪拱防護裝置。美國專利us 4，735，427向現(xiàn)代應用更進一步，其提出采用輪廓近似于 輪拱輪廓的塑料材料外殼。優(yōu)選地，塑料材料為針刺塑料纖維起絨材料，所述材料通過將薄 片材料溫加工成輪拱輪廓形狀并通過粘合、卡緊螺栓等緊固于輪拱來制造。此保護裝置中的一種替代方案是，為了實現(xiàn)特別的隔聲，可通過使用彈性塑料材料而使起絨材料在其正 面不透水?；旧?，此為背景技術(shù)中目前最常用的方法。然而，作為更先進的方法，美國專利申請公開US2004/0096646A1提出了一種重量 輕的輪罩，通過使用泡沫或膨脹塑料來降低滾動噪聲、濺水噪聲、及石頭沖擊噪聲。該公開 還提及對輪拱罩的多種嘗試，并指出，該發(fā)明的膨脹塑料輪拱罩除了重量輕之外，其形狀出 乎意料地穩(wěn)定并具有優(yōu)異的聲學性能。輪拱罩可通過注模法或深拉法來制造。
背景技術(shù)：
中 的這種更現(xiàn)代的方法所具有的重大意義在于，其認識到，需要在提供良好的減噪的同時使 輪拱罩盡可能輕。因此很明顯的是，成功的輪拱罩取決于其制造材料所具有的特征，特別在減噪方 面。在后一方面，美國專利US 5，094，318提出了用于汽車的吸聲材料，該吸聲材料為其內(nèi) 具有衰減板的層的組合。美國專利US 4，801，169則特別涉及主干件襯墊，其清楚說明了車 輛板的自承的重要性，因為自承屬性可以使板易于應用和緊固到車輛上。特別地，該專利建 議使用由纖維材料(如聚酯短纖維，其針刺有涂覆于襯墊背面的可模制涂層，以保持形狀 并提供剛度)形成的模制主干件襯墊。建議采用聚乙烯涂層或可模制乳膠涂層。美國專利 US 4，673，207公開了一種類似的主干件襯墊，其中，當板被安裝在主干件內(nèi)時，板被朝著豎 立位置向內(nèi)偏壓，以便于安裝。美國專利US 4，568，581與此類似，但提出使用用于主干件 艙室的模制板，所述模制板包括由熔點相對高的纖維和熔點相對低的熱塑纖維的混合物形 成的無紡織物，其中，低熔點纖維形成大量的粘接部，這產(chǎn)生形狀保持能力且在一表面上產(chǎn) 生了熔融形態(tài)。近來，轉(zhuǎn)讓給本受讓人的美國專利申請公開US 2003/0199216A1提出了本領(lǐng)域中 在隔聲方面的顯著進展。該申請指出，隔聲，特別是車輛板的隔聲，一般具有低的x_y平面 強度，除非其有顯著厚度或由多層組成，而其中的一層為強度產(chǎn)生層。但是，多數(shù)汽車隔聲 應用必須限制于相對小的空間中，且厚度一般必須為1英寸或更小。對于汽車板的確如此， 且對于輪拱罩也的確如此。該申請?zhí)岢鍪褂糜蓡螌訜o紡材料制成的梯度密度材料，該單層 無紡材料被處理成至少一部分厚度相對于剩余部分厚度在密度上加大，且此單層材料在處 理后具有處于200-4000MKS瑞利范圍內(nèi)的氣流阻抗，而該氣流阻力范圍如此申請中公開的 那樣，是獲得良好減聲所需的范圍。這在本領(lǐng)域中是顯著的優(yōu)點，且該公開結(jié)合于此作為參 考。因此，清楚的是，本領(lǐng)域長期以來一直在尋找提供更好的具有顯著減聲特性的車 輛板而且尤其是還具有自承屬性的這類板。本發(fā)明旨在提供具有這種屬性的專門的板，而 且它可在相對低的成本下制造且具有高的減聲特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于幾個主要和次要的技術(shù)創(chuàng)新。首先，為了制造比較便宜的和改進的板，可通過比較便宜的干法成網(wǎng)工藝 (dry-laid process)來制造改進的板。此外，這類板可在無需向所述板提供加強層、液體 涂覆層、樹脂浸漬或疊層的情況下制造。與通常的商用汽車板相比，這顯著地降低了所述改 進的板的成本，而且這亦是本發(fā)明的一個主要特征。相反，根據(jù)本發(fā)明人的發(fā)明，通過使用 在針刺及模制狀態(tài)下與低熔點粘合纖維相混合的高熔點短纖維(staple)的組合，改進的板可在無需另加這類涂覆層、樹脂、或疊層的情況下制造。這就獲得更加便宜但得到改進的 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(稱為 “蒙皮(skin) ”)，所述蒙皮緊密且一體地聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述板的表面，以提供水濺保護和增 強的道路危險保護，同時也對所述板的自承和聲學行為做出貢獻。這是本發(fā)明的非常重要 的特征。第三，在處理過程中所述板的厚度的減少可提供增強的消聲性能。厚度的減少導 致最終產(chǎn)品的更高密度，從而使得所述產(chǎn)品彎曲剛度最大化并提供有效的聲阻來減少所不 期望的噪音傳播。為了獲得這些性能，最終產(chǎn)品密度應在約12-22磅/立方英尺(192-352 公斤/立方米)。通過為聲波穿過材料產(chǎn)生更曲折的路徑，這種密度增加和所產(chǎn)生的“蒙 皮”提供了更高的聲阻。這種密度增加連同一體的耐用的蒙皮一起導致復合件的流阻為約 300-1000MKS瑞利，優(yōu)選350-800MKS瑞利。所述“蒙皮”為下面將予以詳述的第一部分的外 表面上的高密度部分，且具有至少兩倍于、或更優(yōu)選為四倍于、甚至10倍于直至50倍于總 體最終產(chǎn)品密度的密度，同時所述蒙皮的厚度為模制板的總體厚度的約5% -約20%。如 下面詳述的，所述“蒙皮”為再固化(resolidified)且半不透水的第一部分的軟化和/或 熔化表面。另外，可通過材料的第一部分中可熔粘合纖維和短纖維的相對關(guān)鍵的組合加上材 料的第二部分中可熔纖維和短纖維的不同混合，來制造所述板。另外，第一部分應具有約50-80%的可熔粘合纖維和約20-50%的短纖維，同時所 述第二部分應具有約20-50%的可熔粘合纖維和約50-80%的短纖維。這種纖維的復合件隨后被充分地針刺，以形成加固的復合件。通常的針刺形成約 1 2到1 10的從背側(cè)至蒙皮側(cè)的最終整體密度梯度。所述加固的復合件被加熱至足以 軟化和/或熔化可熔粘合纖維而使可熔纖維可被模制的溫度。該被加熱和加固的復合件以 車輛板構(gòu)型被模制，直至所述可熔粘合纖維被軟化和/或熔化并隨后再固化，從而使得復 合件的第一部分的再固化粘合纖維形成充分地連續(xù)的、半不透的、增密的蒙皮，所述蒙皮緊 密粘附、整體聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述第一部分的表面，而且其中，所述兩個部分在板的面積的大 部分上具有約6-30磅/立方英尺(96-481公斤/立方米)、且最優(yōu)選12-22磅/立方英尺 (192-352公斤/立方米)的密度。這種通過干法成網(wǎng)工藝制造的無紡的、復合的、模制成型的隔聲車輛板不僅提供 了噪聲的顯著消減，而且還是自承的，這極大地便于車輛裝配過程中板的移動及連接，而且 比較便宜。所述板的自承屬性還提供了在將板最終應用到汽車的具體部件(尤其是輪拱) 時的其它顯著優(yōu)點。本發(fā)明的板的一個重要優(yōu)點在于，它不要求在所述輪拱中具有類似形 狀的支承結(jié)構(gòu)。換句話說，已不需要傳統(tǒng)的金屬輪拱，因為本發(fā)明的板的剛度足以消除了對 金屬輪拱的需要。這可有助于車輛制造商使得在特定型號上采用的構(gòu)件的數(shù)量最小化。這 也導致了重量和成本的顯著減少。此外，本發(fā)明的板的自承特征可用于改進在存在車身支 承結(jié)構(gòu)的應用場合中的聲學性能。板的模制形狀可設(shè)計成使得存在與所述模制板后方的支 承結(jié)構(gòu)相關(guān)的特殊氣隙。這些氣隙與所述板的聲阻一起提供了對在空氣中傳播的吸聲性能 的進一步改善。這在圖6通過吸聲情況曲線示出，當板與支承結(jié)構(gòu)間隔開0mm、10mm和20mm 的氣隙時，在約250-2500HZ的低頻至中頻范圍內(nèi)的吸聲性能方面，這種吸聲情況呈現(xiàn)出顯著的改善。因此，廣義而言，本發(fā)明提供了一種模制成型的隔聲車輛板。所述板包括干法成網(wǎng) 并針刺的纖維復合件，所述復合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由約50-80%的 可熔粘合纖維和約20-50%的短纖維制成，所述第二部分由約20-50%的可熔粘合纖維和 約50-80%的短纖維制成，所述百分比都是重量百分比。所述可熔粘合纖維的一部分處于經(jīng) 模制及再固化狀態(tài)以便使得所述第一部分上的再固化的粘合纖維形成充分地連續(xù)的、半不 透的、增密的蒙皮，該蒙皮一體聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述第一部分的表面。所述模制的復合件處于 經(jīng)熱壓模制狀態(tài)下以使得在所述兩個部分的面積的大部分上，所述兩個部分具有約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夠的剛度以便具有自 承能力。本發(fā)明還提供了用于制造如上所述的車輛板的方法，其中通過干法成網(wǎng)制造纖維 的第一部分，所述第一部分具有約50 % -80 %的可熔粘合纖維和約20 % -50 %的短纖維。在 所述第一部分上干法成網(wǎng)制造纖維的第二部分，以形成其復合件，其中所述第二部分具有 約20% -50%的可熔粘合纖維和約50% -80%的短纖維，所述百分比都是重量百分比。所 述復合件被充分地針刺，以形成加固的復合件；所述加固的復合件被加熱至足以軟化和/ 或熔化所述可熔粘合纖維而使所述可熔粘合纖維能被模制的溫度。隨后所述加熱并加固的 復合件在模具中被模制成車輛板構(gòu)型(例如車輛輪拱罩)，直至所述可熔粘合纖維再固化。 所述第一部分的再固化粘合纖維的至少一些形成充分地連續(xù)的、半不透的、增密的蒙皮，所 述蒙皮緊密粘附且結(jié)合至所述第一部分，而且其中，所述兩個部分在它們的面積的大部分 上具有約12-22磅/立方英尺(192-352公斤/立方米)的阻隔密度，且模制的板具有足夠 的剛度以具有自承能力。


圖1為本發(fā)明的模制成型的隔聲車輛板的一個示意性的理想化的剖開的側(cè)視圖；圖2為本發(fā)明的板的一個示意性的、理想化的俯視圖；圖3為依照本發(fā)明一個實施例的干法成網(wǎng)針刺復合件的一個示意性的理想化的 橫截面?zhèn)纫晥D；圖4為依照本發(fā)明的另一實施例的干法成網(wǎng)針刺復合件的一個示意性的理想化 的橫截面圖；圖5為本發(fā)明的工藝的示意圖；以及圖6為如上簡要說明的與支承件間隔設(shè)置的板的吸收性能的曲線圖。
具體實施例方式從圖3中可以清楚地看到，本發(fā)明的板一般地由第一部分1和第二部分2組成。 第一部分1有約50% -約80%的可熔粘合纖維和約20% -50%的短纖維。在此，術(shù)語“可 熔粘合纖維”指的是這樣的纖維該纖維在選定的模制溫度下將充分軟化和/或熔化以便 其在冷卻時將再固化成“蒙皮”，下文將對此進一步說明。“短纖維”指的是這樣的纖維該 纖維在選定的模制溫度下并不充分軟化和/或熔化以充分地參與“蒙皮”的再固化形成物 中，即，短纖維將存在于蒙皮里但并非以再固化形式?？扇壅澈侠w維和短纖維可以是也可以不是同樣的化學名稱，如聚酯纖維。但是，它們將會具有不同的軟化和/或熔化溫度。術(shù)語 “蒙皮”指的是在模制后第一部分1表面處的纖維的一部分，其含有連接至自身的再固化粘 合纖維和包含在蒙皮中的短纖維。這種再固化粘合纖維和短纖維的結(jié)合導致生成半不透 (水)部分，從而該蒙皮將能使濺入到模制板中的水從模制板排出或蒸發(fā)出，而與此同時， 將不允許所濺的水無阻礙地傳送通過所述板而進入發(fā)動機艙以及車身結(jié)構(gòu)中，這種進入是 最不期望的。若蒙皮不是半不透的話，則減噪受到負面影響，并且本發(fā)明的半不透屬性(以 阻抗來定義)允許進入到板中的濺射水從板中排出和蒸發(fā)出，以恢復至干板的最佳聲學有 利狀態(tài)。在圖3中，第一部分1示出為由一層梳理纖維制成，而第二部分2為由一層梳理纖 維制成。這兩層針刺在一起，以形成圖3中的復合件10?？蓮闹辽僖粋?cè)將第一部分1和第 二部分2針刺至彼此，以使纖維從第一部分延伸進入第二部分，例如由此提供了模制之后 第一部分和第二部分之間的高的結(jié)合強度，從而防止模制后第一部分從第二部分上剝離。 換言之，通過將第一部分和第二部分的針刺至彼此并結(jié)合隨后的模制復合件10的步驟，提 供了這樣的模制產(chǎn)品所述模制產(chǎn)品具有與第二部分的粘合纖維粘附的來自第一部分1的 粘合纖維。此外，由于所述針刺，來自第一個部分的纖維延伸到第二部分中，這導致結(jié)合強 度提高。還應注意到的是，第一部分1和第二部分2可各自單獨地被針刺，并在另外的步驟 中被針刺在一起，以進一步提高第一部分內(nèi)和第一部分與第二部分之間的結(jié)合強度。在圖4中，第一部分1示出為層5，作為本發(fā)明的一種優(yōu)選形式，這在下面將予以 解釋。第一部分1通過采用一梳理層5來制成，而第二部分2通過采用第二梳理層6和第 三梳理層7來制成，最優(yōu)選的是，所有梳理層是交叉鋪網(wǎng)(cross-lapped)的。然而，也可以 采用相反的方式，即，第一部分1可以由兩個梳理層來制成，而第二部分可由一個梳理層制 成。但為簡明起見，將只對此兩個實施例中的第一個實施例予以詳細討論。在圖4的實施例中，例如，第一梳理層5可包含30%的黑色短纖維和70%的昂貴 高級黑色可熔纖維。第二層6可包含60%的黑色短纖維和40%的白色可熔纖維。第三層 可包含80%的黑色短纖維和20%的白色可熔纖維。纖維顏色的意義將在隨后予以解釋。無論具體的梳理層如何，經(jīng)梳理的復合件應在第一部分1具有約50% -80%的可 熔粘合纖維和約20% -50%的短纖維，特別是60% -70%的可熔粘合纖維和25% -45%的 短纖維。第二部分2應具有50% -80% (特別是60-70% )的短纖維和20% -50% (特別 是25-45% )的可熔粘合纖維。在所述層被梳理到彼此之上來形成所述纖維的復合件后，所 述復合件被充分針刺，以形成圖3所示的加固復合件，整體由附圖標記10來表示。為了得到 本發(fā)明的半不透蒙皮和自承特征，由針刺導致的混合是必須的，但是所述混合不是完全的。 因此，在針刺后，與朝向復合件10的背面11的比例相比，顯著更大比例的粘合纖維存在于 或接近于針刺復合件10的表面12。這在模制后提供了從背面11到表面12密度增加的密 度梯度。所述密度梯度對自承特征有貢獻，并且也顯著影響所述板所實現(xiàn)的減噪頻率。雖然任何干法成網(wǎng)方法都可以使用，例如氣流成網(wǎng)法、濺射法、紡粘法等，但最方 便的是如上所述的利用梳理機來進行干法成網(wǎng)。由此，如圖5示意所示的一個優(yōu)選實施例 的工藝采用至少3個梳理機30、31和32來沉積相應的層5、6和7。這些層被以常規(guī)方式 由輥33壓制成其復合件34。復合件34在針刺臺35中被充分針刺，以形成加固復合件36。 加固復合件36隨后在加熱設(shè)備37 (如爐子、紅外燈等)內(nèi)被加熱至足以使可熔粘合纖維軟化和/或熔化從而使可熔粘合纖維可進行模制的溫度。在本發(fā)明的一種優(yōu)選形式中，在此 加熱步驟以后，加固復合件隨后被傳遞給模制裝置39，所述模制裝置39將加熱的復合件模 制成所期望的板構(gòu)型。如果需要，所述復合件可在加熱前、加熱后或在模制過程中或在模制 后切成適宜長度，此后，所述模制件被允許在冷卻臺40處冷卻，且由此制成成品模制件41。圖1是高度理想化的模制板的示意圖?？勺⒁獾降氖?，整體由附圖標記50表示的 模制板實際上是由圖3或圖4的復合件所形成的復合的、無紡布的模制成型板。模制能力取 決于能在模制期間在不使蒙皮層51斷裂和不使所述復合件撕裂的情況下施加給復合件的 拉伸量。為了使蒙皮層51保持耐用性，以便能夠制造不起皺、能深拉且在模制板內(nèi)不起皺 的板，同時也獲得良好的審美效果，復合件應可拉伸至相當大的程度，例如具有至少為75% 的延伸率，更優(yōu)選地為120%或甚至200%，所述延伸率由美國材料與試驗協(xié)會的標準ASTM D5034最大載荷下的百分比應變確定。這樣的拉伸允許在保持耐用性及固有的自承性能的 同時能模制出復雜形狀。在很大程度上，針刺的程度和型式?jīng)Q定了復合件可能達到的最大 百分比應變值。應當注意，蒙皮層51在模制后由圖3或圖4的第一部分1形成。具體的針刺不僅會影響整體密度梯度，也影響復合件內(nèi)在強度，因為更高的針刺 產(chǎn)生層內(nèi)和層間的更多纖維纏結(jié)，這通過所述可熔纖維導致更大的纏結(jié)強度和更強的熱粘 合。高的內(nèi)在強度減少了在輪拱內(nèi)的環(huán)境應力作用下發(fā)生層分離的幾率，同時伴隨有板的 耐用性和壽命周期的增加。當按如上所述且以車輛輪拱罩的型式制造出所述板時，所述罩期望地具有約10 磅/英寸至18磅/英寸(17. 5N/cm至31. 5N/cm)之間的彎曲剛度，且具有在約300MKS瑞 利至1000MKS瑞利之間的ASTM流阻，優(yōu)選350MKS瑞利至800MKS瑞利。彎曲剛度由連接至 CRT設(shè)備(Instron或與之相當?shù)?的三點彎曲裝置測量。夾頭速度應為約0. 5英寸/分 鐘(12. 7mm/分鐘)，跨距為1. 89英寸(48mm)。試樣的寬度應約2倍于所述跨度。彎曲剛 度由斜率計算出，單位為單位英寸撓曲上磅力(單位厘米撓曲上牛頓)。如上所指出，板可以通過使用三個梳理機而形成三個層5、6和7來制造。在針刺 過程中，這些層被充分地混合，盡管與被針刺的復合件的剩余部分相比，被針刺的復合件 (以及模制板)的頂面12具有的可熔粘合纖維對短纖維比率要高得多。這增加了總體密 度梯度，且在上述針刺將纖維混合時，所述混合不是完全的。所述板具有一體纏結(jié)并粘合 至第二部分2的增密蒙皮51，如上所述，該部分在針刺過程中與第一部分2的纖維稍微混 合。如上所述，可熔粘合纖維被加熱到足以使纖維軟化或熔化的溫度，從而使得可熔粘合 纖維可模制。當將被加熱的復合件置于模具(可以是加熱的或未加熱的)中時，模具將上 述板構(gòu)造成存在有對制造結(jié)構(gòu)自承形狀有重大意義的阻隔密度，例如12-22磅/立方英寸 (192-352公斤/立方米)。已發(fā)現(xiàn)，厚度減少不僅在為模制板提供自承方面有益，而且在獲 得消聲改善方面亦有幫助。然而，如果模制厚度減得太多，則聲學性能就會被顯著削弱。厚 度減少由制工模具的固定間隙來控制。為了獲得所期望厚度，僅有的附加要求是材料在模 制前的厚度必須比模制后的厚度大。在一個優(yōu)選實施例中，在這方面，被針刺的復合件被加 熱到至少300° F(148.9°C )的溫度，且高可達450° F(232. 2°C)的溫度，但更優(yōu)選的是約 320° F(160°C)至380° F(193. 3°C )之間的溫度。所述溫度將足以使可熔纖維軟化或熔 化，從而使得它們可隨著冷卻而再固化成連續(xù)的半不透的增密蒙皮51 (參見圖1)。此外， 為了保證所述減小以及保證半不透的增密蒙皮，更為優(yōu)選的是將加熱的復合件在冷模中模制。冷模將促使熔化的和/或軟化的纖維相當快速地聚結(jié)成蒙皮，且這種快速聚結(jié)將阻止 熔化纖維材料的總體橫向流動，否則這種橫向流動將會產(chǎn)生非半不透的蒙皮。冷模可低于 200° F(93. 3°C )，但更優(yōu)選的模溫將處于約室溫至100° F(37. 8°C )之間。從上面的說明可以看出，需要在表面附近具有大量的粘合纖維，它們將形成半不 透的蒙皮。為了幫助形成此蒙皮，期望的是，通過增加在復合件那側(cè)上的針刺密度來使蒙 皮表面增密。優(yōu)選的是，使將要具有蒙皮的表面12(圖3)具有300-600的針刺密度，例如 約500刺/平方英寸(約77刺/平方厘米)。在背側(cè)(圖3中的表面11)上，優(yōu)選的是具 有更軟的、密度更小的表面，以便它將填充模的大部分厚度。在所述背側(cè)上0-110刺/平方 英寸(0-17刺/平方厘米)的針刺密度是優(yōu)選的，而且這種較低的針刺也影響整體密度梯 度。出于美觀的緣故，減少針的穿透也是重要的，從而使得大量的來自第二部分的纖維不 被擠到復合件的第一部分中。也將容易看到的是，過度的針刺可能會使所述層(如5、6和 7(見圖4))的纖維混合成使得被針刺的復合件10 (參見圖3)不具有呈梯度分布的可熔纖 維(其中在將要形成蒙皮的表面12附近具有更大的含量)或顯著的總體密度梯度。當然， 形成加固復合件所要求的針刺數(shù)量，在不會從將要形成蒙皮的表面過度移去粘合纖維的情 況下，將取決于復合件的重量。在這方面，非常優(yōu)選的是，第一部分1(見圖3)具有約4-12盎司/平方碼(136-407 克/平方米)的重量，而第二部分2具有約20-35盎司/平方碼(678-1187克/平方米) 的重量。這將保證板在制造時有正確的厚度。然而，再次地，厚度將在一定程度上取決于針 刺，而如上所述，針刺可只從復合件的一側(cè)進行或可從兩側(cè)進行。但是，如果針刺是從復合 件的兩側(cè)進行，則每平方英寸的針刺應該趨向于取上述范圍的低數(shù)值。然而，層5、6和7 (參 見圖3)中的纖維進行一定程度的顯著混合是必須的。為此，優(yōu)選的是，刺針采用侵入針或 者相當侵入性的至少部分三葉針。此外，將容易領(lǐng)會到的是，針刺將部分地取決于復合件中使用的纖維。雖然纖維可 以是短纖維和粘合纖維的任何所期望的混合物，如尼龍、人造絲、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烴和 聚酯、天然和無機纖維，但優(yōu)選的是更常規(guī)的聚酯纖維?？扇劾w維可以是單獨的纖維或者可 以是一部分雙組分纖維?？扇壅澈侠w維和短纖維兩者都應具有約2-15丹尼爾，而短纖維應 具有約1-3英寸的長度?？扇壅澈侠w維可以是也可以不是這些尺寸規(guī)格，但為達到纖維混 合和自承屬性所需的針刺的程度和類型，短纖維期望地具有這些尺寸規(guī)格。當按照上述并以車輛輪拱罩形式形成所述板時，該罩應具有約5-20磅/英寸 (8. 75N/cm-35. ON/cm)的彎曲剛度，尤其是約10-18磅/英寸(17. 5N/cm-31. 5N/cm)的彎曲 剛度，且具有約300-1000MKS瑞利的流阻，優(yōu)選350-800MKS瑞利的流阻。這種板將顯著地減輕穿過車輛的所述艙的道路噪聲，尤其是由在輪胎和道路之間 的接觸和交互作用形成的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生的噪聲。甚至在所述罩的一些特別應用中要求板 與支承結(jié)構(gòu)阻隔時，情況也是如此。對于輪拱罩，重要的一點是它們必須比較便宜。否則，成本會限制其商業(yè)使用。此 外，主要出于習慣，車輛制造商們要求大多數(shù)車輛板具有黑色表面和/或灰色底面。這些顏 色與大多數(shù)車身顏色是相容的。然而，例如，黑色聚酯粘合纖維由于其在工業(yè)中的商業(yè)應用 有限而通常成本高于白色纖維。白色粘合纖維通常是最便宜的可熔纖維。黑色聚酯短纖維 在可購買性和產(chǎn)量方面近來已經(jīng)增長，驅(qū)使這些纖維的價格達到與白色聚酯短纖維可比的水平。為了達到期望的美觀性能，已發(fā)現(xiàn)，黑色聚酯粘合纖維和黑色聚酯短纖維的混合物可 用于復合件的第一部分。這提供了期望的堅實的黑色表面，所述黑色表面將板表面上污物 (灰塵等)隱藏并與大多數(shù)車身顏色相容。還發(fā)現(xiàn)的是，黑色聚酯短纖維和白色聚酯粘合纖 維的混合物可用于復合件的第二部分，以制造出灰色背側(cè)表面顏色。黑色纖維混合物比白 色纖維和黑色纖維的組合貴。由此，纖維的這種混合物對于第二部分而言是有利的，因為白 色粘合纖維混合物減少了材料成本，由此減少了成品板的成本。板還將具有連接區(qū)57 (參見圖1)，所述連接區(qū)具有的連接厚度58約為阻隔厚度 53的0. 3-0. 7倍。這將在連接位置周圍產(chǎn)生具有高密度區(qū)域的部分，這導致這些區(qū)域的機 械強度更高。這種更高的機械強度與所述復合件的拉伸強度性能和撕裂強度性能有關(guān)。這 些更高的強度性能在最終應用中是有利的，因為它們降低了在緊固件頭(fastenerhead) 周圍的分離或撕裂的可能性。在圖2中，連接區(qū)57示出為圍繞所述部件的整個周長延伸， 且三個連接孔59示出為用于容置緊固件(未示出)。然而，密度的增加僅在直接與所述緊 固件相鄰的位置(例如，圖2中的孔59)是必要的，且應只占整個部件區(qū)域的小部分。這一 般小于部件總表面積的10%。還在圖2中，示出有孔61，同時連接區(qū)57示出為圍繞所述孔 61。在此情形下，連接區(qū)57不具有連接孔，但是為圍繞所述孔的密度增加部分，以提供在該 位置處的強度。任意數(shù)量的元件(包括壓桿、螺栓等)可延伸穿過孔61。圖2還示出有凸 起62，該凸起僅是向外彎曲部分，其只在為與要安裝所述部件的結(jié)構(gòu)相適配而需要時予以 設(shè)置。當然，所述密度增加區(qū)域和所述凸起并非本發(fā)明所要求的，且只表示針對特定應 用的一種可能改進。所述材料的組成和所述裝配方法為使能在結(jié)構(gòu)上自承。雖然以上通過使用三個梳理機對本發(fā)明予以具體說明，但本發(fā)明也可通過只使用 一個梳理機(其梳理所述復合件的第一部分1中的纖維)來實現(xiàn)。該被梳理的層隨后被針 刺到無紡復合件中，所述無紡復合件可被卷成卷或以其他方式存貯，以用于進一步的處理。 梳理且針刺過的第一部分1隨后可被第二次引入到所述梳理機中，以梳理所述復合件的第 二部分2的纖維。第二部分可以圖3的一層或以圖4的兩層方式(兩次通過梳理機)形成。 無論如何，如前所述，所述復合件隨后可被針刺成成品復合件。在有些情況下，可采用除了層5、6和7之外的層，用于為所述板增加其他功能，例 如阻火。依據(jù)上述發(fā)明，所述板是自承的以便使得其可在輪胎之上安裝在輪拱內(nèi)而無需另 外的由模制塑料或沖壓金屬制成的輪拱形狀插件。當其具有至少6磅力/英寸(10. 5N/cm)、 更優(yōu)選10磅力/英寸(17.5N/cm)的彎曲剛度時，所述板的剛度足夠來橋接緊固件之間的 所有間隙。它也可被拾起并移入到例如在輪拱內(nèi)的連接位置并連接至該艙，而無需使所述 板顯著撓曲，或者至少任何撓曲不足以造成由車輛裝配者進行那種連接的困難。這為本發(fā) 明提供了 一個非常重要的有益效果。實例在此第一個實例中，將對使用三個單獨的梳理機的三層產(chǎn)品的一個具體實例予以 詳述。第一層由兩種不同的聚酯纖維構(gòu)成。占主要地位的纖維是具有約230° F(110°C) 的外皮(sheath)熔點的黑色聚酯雙組分纖維。該纖維占混合物比例的70%。第一層中的第二種纖維為黑色聚酯短纖維，且所述第二種纖維占混合物的30%。這兩種纖維以上述重 量比例被混合，隨后完全地展開、混合并引入梳理機。所述梳理機制造出幅材(web)，所述幅 材由交叉鋪網(wǎng)機(cross-lapper)承載，所述交叉鋪網(wǎng)機形成經(jīng)梳理的幅材的水平重疊件。 水平重疊件的數(shù)目設(shè)定成使得在成品針刺復合件中第一層的總重為7.0盎司/平方碼(237 克/平方米)。本發(fā)明的第一部分完全由第一梳理層構(gòu)成。第二梳理層由兩種不同的聚酯纖維構(gòu)成。第二層中占主要地位的纖維為黑色聚酯 短纖維，且它占混合物比例的60%。第二層中的第二種纖維為具有約356° F(180°C)的 外皮熔點的白色聚酯雙組分纖維，且它占混合物比例的40%。該纖維混合物通過與第一層 類似的梳理操作進行處理，以制造在第二層的最終針刺復合件中總重為17. 2盎司/平方 碼(583克/平方米)的幅材。第二層在第一梳理層的上面被處理，以形成復合纖維氈層 (composite fibrous batt)0第三梳理層由兩種不同的聚酯纖維構(gòu)成。第三層中占主要地位的纖維為黑色聚酯 短纖維、且它占混合物比例的80%。第三層中的第二種纖維為具有約356° F(180°C)的 外皮熔點的白色聚酯雙組分纖維，且它占混合物比例的20%。該纖維混合物通過與第一層 類似的梳理操作進行處理，以制造在第三層的最終針刺復合件中總重為17. 2盎司/平方碼 (583克/平方米)的幅材。第三層在第一梳理層和第二梳理層的上面被處理，以形成復合 纖維氈層。在第二梳理層和第三梳理層之間，加入作為加工助材的載體織物(carrier fabric)。在無紡工業(yè)中，所述載體織物被稱為紡粘(spun-bond)聚酯。該載體織物的重量 為0. 59盎司/平方碼(20克/平方米)。該載體織物的用途在于在通過針織機(needle loom)處理之前和處理過程中使所述三個層穩(wěn)定。所述三個單獨的經(jīng)梳理并交叉鋪網(wǎng)的層與所述載體織物一起在輥間被壓制，并被 送入到針織機中。所述針織機將所有這三層機械纏結(jié)并產(chǎn)生縫合部(stitches)，這些縫合 部通過從頂面和底面針刺而使所述纖維纏結(jié)并將這些層鎖定在一起。頂針刺部分提供的針 刺密度為212刺/平方英寸(33刺/平方厘米)。針織機的底針刺部分提供的針刺密度為 423刺/平方英寸(66刺/平方厘米)。底針刺部分的針刺密度明顯更大，以將第一梳理層 足夠增密成使得可在隨后的模制操作中制造流阻蒙皮。一旦產(chǎn)品通過針織機進行處理后， 它就被卷成卷材(rollgood)并運送至模制線。所述復合織物的總重量為41. 4盎司/平方 碼(1400克/平方米)，而在此狀態(tài)下的厚度為0. 315-0. 475英寸(8. 0-12. 1mm)。現(xiàn)予以說明由采用一個梳理機的兩層產(chǎn)品實施的本發(fā)明的第二個具體實例。第一層由兩種不同的聚酯纖維構(gòu)成。占主要地位的纖維為具有約230° F(110°C) 的外皮熔點的黑色聚酯雙組分纖維。該纖維占混合物比例的70%。第一層中的第二種纖維 為黑色聚酯短纖維、且它占化合物比例的30%。所述兩種纖維以上述重量比例被混合，隨后 被完全地展開、混合、并引入到梳理機中。所述梳理機制造出幅材，所述幅材由交叉鋪網(wǎng)機 承載，所述交叉鋪網(wǎng)機形成經(jīng)梳理的幅材的水平重疊件。水平重疊件的數(shù)目設(shè)定成使得在 成品針刺復合件中第一層的總重為7.0盎司/平方碼(237克/平方米)。本發(fā)明的第一部 分完全由第一梳理層構(gòu)成。一旦第一層由梳理機和交叉鋪網(wǎng)機形成，則它必須通過針織機處理，以使所述幅 材結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。類似于第一實例，從兩側(cè)同樣地針刺第一層，但針刺密度更低?？偟尼槾堂芏葹?20刺/平方英寸(81刺/平方米)。隨后，第一層被卷成卷并存貯，以用于進一步處理。第二梳理層由兩種不同的聚酯纖維構(gòu)成。第二層中占主要地位的纖維為黑色聚酯 短纖維，且它占混合物比例的60%。第二層的第二種纖維為具有約356° F(180°C)的外皮 熔點的白色聚酯雙組分纖維，且它占混合物比例的40%。該纖維混合物通過與第一層類似 的梳理操作進行處理，以制造在第二層的最終針刺復合件中總重為28. 4盎司/平方碼(963 克/平方米)的幅材。在通過針織機對第二層進行處理之前，現(xiàn)呈卷形式的第一層被裝載到開卷臺 (unwind station)、并被輸送到第二層之上。隨后，第一層和第二層被同時輸送通過針織 機，在該針織機處它們被一起針刺成單一的復合織物。針織機將所述纖維層機械地縫合在 一起，以使它們充分地結(jié)合在一起，從而進行處置以及通過模制操作進行進一步處理。該復 合織物從兩側(cè)以596刺/平方英寸(92刺/平方厘米)的總針刺密度來針刺。所述復合織 物具有35. 4盎司/平方碼(1200克/平方米)的重量以及0. 300-0. 400英寸(7. 6-10. 2mm) 的厚度。實例1和實例2中制成的卷材隨后被送入到如下所述的傳統(tǒng)熱成型工序。所述織 物被送入沖切機，所述沖切機將所述織物剪切成精確長度。預切的坯料隨后被自動送入爐 子中，在該爐子處被加熱到能使所述坯料被模制的溫度。當具體實例1和實例2的復合織 物從模制爐中出來時，所述復合織物的溫度為380° F-450。F(193. 3°C -232. 2°C )。操作 者從爐子中移出被加熱的織物，并將其置于壓模機中。在所述壓模機中的模具包含冷卻水， 所述冷卻水在所述模具中循環(huán)以保持所述模具處于冷卻狀態(tài)，優(yōu)選在100° F(37. 8°C )以 下。所述織物在所述模具中模制，直至所述織物被充分冷卻，以永久保持所需的形狀和適當 的厚度。在實例1中，對于重為41. 4盎司/平方碼(1400克/平方米)的材料而言，模制出 的板的最佳厚度為5mm。在實例2中，對于重為35. 4盎司/平方碼(1200克/平方米)的 材料而言，模制出的板的最佳厚度為4. 2mm。所述產(chǎn)品隨后被傳輸?shù)絺鹘y(tǒng)的修整工序，例如 噴水切割或三維(3D)模切，以針對應用情況制成最終部件形狀和修整線。這些實例制造出 模制成型的隔聲車輛板，所述隔聲車輛板具有高剛度，以使得部件具有自承能力。此外，所 述復合件的第一部分產(chǎn)生與第二部分的表面一體聯(lián)結(jié)并結(jié)合的充分地連續(xù)的、半不透的、 增密的蒙皮。對于實例1，所得到的復合件的密度為17. 5磅/立方英尺(280公斤/立方 米)；對于實例2，所得到的復合件的密度為17. 8磅/立方英尺(285公斤/立方米)。在 實例1中，所得到的復合件的流阻為750MKS瑞利；而對于實例2，所得到的復合件的流阻為 650MKS瑞利，這產(chǎn)生如圖6所示出的高水平的吸聲。雖然本發(fā)明被如此進行說明，但是將顯而易見的是，本發(fā)明可以按許多方式進行 變化。這些變化不視為脫離本發(fā)明的精神和范圍，且所有的這些對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯 而易見的修改將意欲被包含在隨附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種模制成型的隔聲車輛板，包括干法成網(wǎng)并針刺的纖維復合件，該復合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由約50-80％的可熔粘合纖維和約20-50％的短纖維制成，所述第二部分由約20-50％的可熔粘合纖維和50-80％的短纖維制成；以及所述可熔粘合纖維的至少一部分處于經(jīng)模制及再固化狀態(tài)以便使得所述第一部分的再固化的粘合纖維形成充分地連續(xù)的、半不透的、增密的蒙皮，該蒙皮一體聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述第一部分的表面，其中，模制的復合件處于經(jīng)熱壓模制狀態(tài)以使得所述復合件在其面積的大部分上具有約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夠的剛度以便具有自承能力。
2.如權(quán)利要求1所述的板，其中，所述干法成網(wǎng)的復合件經(jīng)過梳理。
3.如權(quán)利要求2所述的板，其中，所述模制的復合件從背側(cè)到蒙皮側(cè)具有密度梯度。
4.如權(quán)利要求1所述的板，其中，所述模制的復合件的所述蒙皮具有足夠的孔隙率，以 使濺入其中的水能被排出。
5.如權(quán)利要求4所述的板，其中，所述模制的復合件的蒙皮在冷模中形成，以使熔化和 /或軟化的纖維聚結(jié)成所述蒙皮。
6.如權(quán)利要求1所述的板，其中，模制的板為車輛輪拱罩的形式且具有300-1000MKS瑞 利的流阻。
7.如權(quán)利要求1所述的板，其中，所述模制的板為車輛輪拱罩的形式且具有 350-800MKS瑞利的流阻。
8.如權(quán)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將保持其模制 的形狀而無需支承。
9.一種用于制造如權(quán)利要求1所述的車輛板的方法，包括干法成網(wǎng)制造纖維的第一部分，所述第一部分具有約50% -80%的可熔粘合纖維和約 30% -50%的短纖維；在所述第一部分上干法成網(wǎng)制造纖維的第二部分，以形成其復合件，其中所述第二部 分具有約20% -50%的可熔粘合纖維和約50% -80%的短纖維；充分地針刺所述復合件，以形成加固的復合件；將所述加固的復合件加熱至足以軟化和/或熔化所述可熔粘合纖維而使所述可熔粘 合纖維能被模制的溫度；在模具中以車輛板構(gòu)型模制所述加熱的加固的復合件，直至所述可熔粘合纖維再固 化，以使所述第一部分的再固化粘合纖維的至少一些形成充分地連續(xù)的、半不透的、增密的 蒙皮，所述蒙皮緊密粘附且結(jié)合至所述第一部分，而且其中，所述兩個部分在它們的面積的 大部分上具有約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 有足夠的剛度以具有自承能力。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述加固的復合件被加熱到至少 300° F(148.9°C)的溫度，而所述模具為溫度不超過200° F(93. 3°C )的冷模，從而使得所 述加熱的加固的復合件在所述模具中被成型及冷卻，并能作為自承板從所述模具中移出。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述復合件以至少300刺/平方英寸(47刺/平方厘米)的針刺密度被針刺。
12.—種模制成型的隔聲車輛板，包括干法成網(wǎng)制造的纖維復合件，所述復合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分具 有約50-80%的可熔粘合纖維和約20-50%的短纖維，所述第二部分具有約20-50%的可熔 粘合纖維和50-80%的短纖維；所述第一部分和所述第二部分被從至少一側(cè)針刺至彼此，以使纖維從所述第一部分延 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針刺后被模制，從而使得可熔粘合纖維的至少一部分 處于經(jīng)模制及再固化狀態(tài)下，以便使得所述第一部分的再固化的粘合纖維形成充分地連續(xù) 的、半不透的、增密的蒙皮，該蒙皮一體聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述第一部分的表面；其中，所述纖維的針刺提供了模制后在所述第一部分和所述第二部分之間的高的結(jié)合 強度，以防止所述第一部分從所述第二部分上剝離；以及其中，模制的復合件處于經(jīng)熱壓模制狀態(tài)以使得所述復合件在其面積的大部分上具有 約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夠的剛度以 便具有自承能力。
13.如權(quán)利要求12所述的板，其中，所述干法成網(wǎng)制造的復合件經(jīng)梳理。
14.如權(quán)利要求13所述的板，其中，所述模制的復合件從背側(cè)到蒙皮側(cè)具有密度梯度。
15.如權(quán)利要求12所述的板，其中，所述模制的復合件的所述蒙皮具有足夠的孔隙率， 以使濺入其中的水能被排出。
16.如權(quán)利要求15所述的板，其中，所述模制的復合件的蒙皮在冷模中形成，以使熔化 和/或軟化的纖維聚結(jié)成所述蒙皮。
17.如權(quán)利要求12所述的板，其中，所述模制的板為車輛輪拱罩的形式且具有 300-1000MKS瑞利的流阻。
18.如權(quán)利要求12所述的板，其中，所述模制的板為車輛輪拱罩的形式且具有 350-800MKS瑞利的流阻。
19.如權(quán)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將保持其模 制的形狀而無需支承。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模制成型的隔聲車輛板，具有干法成網(wǎng)并針刺的纖維復合件，該復合件具有第一部分和第二部分，所述第一部分由約50-80％的可熔粘合纖維和約20-50％的短纖維制成，所述第二部分有約20-50％的可熔粘合纖維和50-80％的短纖維制成。所述可熔粘合纖維的至少一部分處于經(jīng)模制及再固化狀態(tài)以便使得所述第一部分的再固化的粘合纖維形成充分地連續(xù)的、半不透的、增密的蒙皮，該蒙皮一體聯(lián)結(jié)并結(jié)合至所述第一部分的表面。所述模制的復合件處于經(jīng)熱壓模制狀態(tài)以使得所述復合件在其面積的大部分上具有約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夠的剛度以具有自承能力。
文檔編號D04H1/54GK101878132SQ200880116997
公開日2010年11月3日 申請日期2008年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者B·賈拉德, S·博爾查德特 申請人:蘭德公司