用于声音隔离和吸收的汽车装饰件 |
|||||||
| 申请号 | CN201180013339.X | 申请日 | 2011-03-09 | 公开(公告)号 | CN102892631B | 公开(公告)日 | 2015-09-30 |
| 申请人 | 欧拓管理公司; | 发明人 | 克劳迪奥·贝托里尼; 克劳迪奥·卡斯塔格内蒂; | ||||
| 摘要 | 一种声音隔离装饰件，其包括至少一个具有以声音吸收为主导特性的区域(吸收区域)，以及至少一个其他的具有声学 质量 - 弹簧 特性的区域(隔离区域)，其特点是，所述隔离区域的质量层像所述吸收区域一样包括相同的多孔 纤维 层，所述质量层在所述隔离区域中被调整为具有至少(96·AW·t)(Pa)的动态 杨氏模量 ，其中AW是所述多孔纤维层的面积重量(g/m2)，而t是所述多孔纤维层的厚度(mm)，所述隔离区域的质量层至少还包括位于所述多孔纤维层与所述解耦层之间的非可透过的薄屏障层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种声音隔离装饰件，其包括至少一个具有以声音吸收为主导特性的吸收区域，以及至少一个具有声学质量-弹簧特性的另外的隔离区域，其中所述吸收区域包括至少一个多孔纤维层，所述隔离区域至少包括质量层和解耦层；其特征在于，所述质量层包括非可透过的屏障层以及与所述吸收区域相同的多孔纤维层，所述质量层的多孔纤维层在所述隔离区域中被调整为具有至少96·AW·t Pa的动态杨氏模量，其中AW是所述质量层的多孔纤 |
||||||
| 说明书全文 | 用于声音隔离和吸收的汽车装饰件技术领域[0001] 本发明涉及用于在车辆中衰减噪声的汽车装饰件。 背景技术[0002] 车辆中的噪声源有很多，其包括传动系、动力传动系统、轮胎接地印迹(由路面引起)、刹车以及风，等等。在车辆座舱中的由所有这些源产生的噪声覆盖了相当大的频率范围，对于正常的柴油车和汽油车而言，该频率范围可能高达6.3kHz(由车辆中的这些噪声源发出的在此频率以上的声功率通常可以忽略)。车辆噪声通常被分为低频、中频以及高频噪声。通常地，低频噪声可以被认为覆盖在50Hz至500Hz之间的频率范围，并且以“结构声”为主：振动被通过各种结构路径传输到围绕乘客座舱的板上，而这些板接着将噪声散发到座舱本身中。另一方面，通常的高频噪声可以被认为覆盖2kHz以上的频率范围。高频噪声通常以“气载”噪声为主：在这种情况中，振动是被通过空气路径传输到围绕乘客座舱的板上。已认识到存在有灰色区域，在该灰色区域两种效应相混合且两种效应都不占据主导地位。然而，就乘客的舒适度而言，在该中频范围内噪声也应当同低频和高频范围一样被衰减。 [0005] 名称“质量-弹簧”通常被用于定义屏障系统，该屏障系统通过“质量”和“弹簧”两个元件的组合来提供声音隔离。如果一个部件或装置的物理行为能够由质量元件和弹簧元件的组合所代表，则该部件或装置被称为作为“质量-弹簧”。一个理想的质量-弹簧系统起到声音隔离器的作用，这主要归功于其被联接在一起的单元的力学特性。 [0006] 质量-弹簧系统通常被放置在汽车内钢层的顶部，其弹簧单元接触该钢层。如果被作为整体来考虑，完整的系统(质量弹簧加上钢层)具有两个隔离部分的特性。插入损耗是一种描述当被放置在钢层顶部时，该质量-弹簧系统的作用如何有效的量，其与钢层本身提供的隔离无关。插入损耗因此表示质量-弹簧系统的隔离性能。 [0007] 表征质量-弹簧系统的理论插入损耗曲线(IL，单位dB)特别具有下述特征。在大多数频率范围，该曲线随着频率近似线性地增加，并且增加比率大约为12dB/倍频程；这种线性趋势被认为非常有效地保证了对于传入声波的良好隔离，并且因此，质量-弹簧系统被广泛应用于汽车行业。这种趋势仅仅在一个特定频率值以上才能实现，该频率值被称为“质量-弹簧系统的共振频率”，在该频率值处系统不能够有效地作为声音隔离器。共振频率主要取决于质量单元的重量(重量越高，共振频率越低)与弹簧的刚度(刚度越高，共振频率越高)。在该频率处，质量单元的振动甚至高过底部结构的振动，并且因而由质量单元发出的噪声甚至高过由不具有质量-弹簧系统的底部结构所发出的噪声。因此，质量-弹簧系统的共振频率附近的IL曲线具有最小值。 [0008] 吸收系统和隔离系统本身都仅具有较小的能够最理想工作的频带。吸收器通常在高频工作得更好，而隔离器通常在低频工作得更好。此外，这两种系统用于现代车辆中都是次优的。隔离器的效率显著依赖其重量，隔离器的重量越高，其效果越好。另一方面，吸收器的效率显著依赖材料的厚度，越厚越好。然而厚度和重量都越来越受限制。例如，重量影响车辆的燃料经济性，而材料的厚度影响车辆的空间。 [0009] 近来，典型的质量-弹簧系统的质量层或厚层的较低重量的趋势将平均重量由约2 2 3(kg/m)减少到2(kg/m)。面积重量的下降还意味着采用通常技术所使用的材料较少，因 2 而具有较低的成本。甚至低至1(kg/m)的更低的重量也是可能的，并且已经在市场上出现，但是实现其的技术昂贵，并且特别是对于少量的量产而言具有劣势。典型的质量层由高填充致密材料构成，例如EPDM、EVA、PU、PP等等。由于这些材料具有高密度，通常超过 3 1000(kg/m)，因此有必要制成非常薄的层以获得低面积重量。这会增加生产成本，并引起生产问题，例如材料容易在铸模期间撕裂。 [0010] 声屏障的隔离性能通过声音传输损失(TL)评价。声屏障减少被传输的噪声强度的能力取决于构成该屏障的材料的属性。一个重要的控制声屏障声音TL的物理性质是其成分层的每单位面积的质量。为了最佳的隔离性能，质量弹簧的厚层通常具有用以最大化反射噪声波的光滑的高密度表面，非多孔结构以及特定的材料刚度以最小化振动。出于这一观点，已知许多纺织纤维，不管是薄的还是结构上多孔的，对于噪声隔离都不理想。 [0011] JP 2001310672公开了一种由两层吸收层构成的多层结构，这两层吸收层之间具有声音反射薄膜层。薄膜层将穿过顶部吸收层的声音反射回同一层，由此增加多层结构的吸收效果。该系统可以通过优化薄膜厚度和密度来被调整。 [0012] JP 2001347899公开了一种典型的质量-弹簧系统，其在质量层的顶部具有附加的吸收层。归因于附加的吸收层所保证的噪声衰减的提高，该质量层的厚度和/或密度可以被减少。 [0013] EP 1428656公开了一种包括泡沫层以及纤维层的多层结构，在这两层之间具有薄-3膜。由压缩的毛毡制成的纤维层作为吸收层，其具有500至2500(Nsm )的气流阻力(AFR) 2 以及200至1600g/m的面积质量。相比于通常用作分离器的毛毡层的刚度，所公开的泡沫层具有刚度在100至100000(Pa)的低压应力变形。所使用的薄膜优选为穿孔的或者如此薄的以至于其不会影响吸收层的吸收。该薄膜被称为声学透明以表示声波能够穿过该薄膜。 出于该目的，所公开的该薄膜的厚度处于0.01mm或更小的范围内。 [0014] 通常地，为了减少乘客座舱中的声压级别，车辆要求由声学装饰件提供的隔离和吸收很好的平衡。不同部件可以具有不同的功能(例如，隔离可以被提供在内部仪表上，而吸收可以被提供在地毯上)。当前有一种趋势是最优化整体声学性能，而不管怎样去达到单个区域上声学功能更细微的细分。作为一个例子，内部仪表可以被划分为两个部分，一个部分提供高吸收，而另一个部分提供高隔离。通常，仪表的下部更适合隔离，这是由于通过该下部的来自于发动机以及前轮的噪声更相关，而仪表的上部更适合吸收，这是由于已由汽车的其他部件提供了一些隔离，例如仪表盘。此外，仪表盘的背面会反射通过隐藏在仪表盘本身后面的仪表上部到来的声波。通过使用吸收材料，这些反射的声波可能被有效地消除。类似的考虑可以被应用在汽车的其他声学部件中。例如地板：在脚部空间区域和通道区域主要用于隔离，而在前排座位下方和后排地板中主要用于吸收。 [0015] 基于上述原因，车辆制造商通常采用贴片，即局部应用的附加材料(US2004150128)。例如US5922265公开了一种在装饰件的特定区域应用附加厚层材料的方法，而没有厚层材料的区域作为吸收器。这些混合类型的产品具有缺点，它们仍然会增加面积重量以得到混合的噪声吸收和隔离方案。它们还可能是劳动力密集且成本密集的。此外，用作声学质量-弹簧系统的分离器的材料通常并非优选用作吸收器。此外，不同类型材料的使用使得部件以及被丢弃材料的回收更困难。 发明内容[0016] 因此，本发明的目的是获得一种不具有现有技术缺陷的声音隔离装饰件，其工作在对于车辆中减少噪声重要的频率范围内，并且特别地，获得一种典型质量层的替代方案，该典型质量层由例如EPDM、EVA、PU、PP等当今用于声音质量-弹簧系统中的高填充致密材料构成。 [0017] 该目的通过根据权利要求1的装饰件实现。通过一种被划分为多个区域的声音隔离装饰件，不同的局部需求可以被满足，该声音隔离装饰件具有至少一个带有以声音吸收为主导特性的区域(吸收区域)，其中所述吸收区域包括至少一个多孔纤维层，以及至少一个其他的具有声学质量-弹簧特性的区域(隔离区域)，其中所述隔离区域至少由质量层以及解耦层构成。然而，通过在隔离区域中使用包括薄的非可透过屏障层和与吸收区域相同的多孔纤维层的质量层，但该质量层调整为具有至少(96·AW·t)的动态杨氏模量，其中2 AW是所述多孔纤维层的面积重量(g/m)，而t是所述多孔纤维层的厚度(mm)，并且其中非可透过的薄屏障层位于多孔纤维层与解耦层之间，并且所有层被层压在一起，该部件变得较为简单。相同的多孔纤维层被用于这两个区域，其中吸收区域中的多孔纤维层的厚度大于隔离区域中相同层的厚度。 [0018] 高传输损耗是质量-弹簧系统所期望的，在该系统中质量层由传统的厚层构成，其是非可透过的。非可透过意味着空气不能够穿过。出乎意料地，已经发现，借助于薄的空气不可透过的屏障层顶部上的多孔纤维材料创建质量-弹簧系统的质量层是可行的，其中该多孔纤维材料使用与通常声音吸收所使用的纤维层相同的纤维层。这使得通过在这些区域局部地调整该层，一种多孔纤维层能够被同时用于隔离以及吸收，其中在这些区域占主导地位的隔离特性是有利的。不管如何获得满意的隔离，该多孔纤维材料的动态杨氏模量至少是96·AW·t(Pa)，以获得至少为4900(Hz)的多孔纤维层的辐射频率，因此获得在所有感兴趣的频率范围内的良好的隔离性能，并且在声音TL频谱内没有干扰频率下降。 [0019] 在介绍中描述的质量-弹簧系统的共振频率以及本发明中描述的纤维顶层的辐射频率在IL曲线上产生不同且独立的影响。这两者都出现在根据本发明的多层的IL曲线中，并且造成了对隔离性能的负面影响，都引起了1L曲线的下降。但是两个下降通常在IL曲线的两个不同区域中被观测到。对于所考虑类型的多层，质量-弹簧共振频率通常被观测到处于200到500Hz的范围内，而多孔纤维层的辐射频率处于高于1000Hz的范围。出于清楚的目的，选择使用两个不同的术语来区分这两个不同的频率。 [0020] 根据本发明的装饰件是基于这一概念，隔离和吸收区域是精确调节汽车内的声音衰减所需要的。通过在装饰件的整个区域内对隔离区域和吸收区域使用相同的多孔纤维层，在一个装饰件中，优选地在不同区域，集成这两个功能是可行的。本领域技术人员可以根据经验得知哪些区域需要哪种隔离，他现在能够使用这种知识来提供部件，同时使用较少种类的材料，并且他能够根据需要来设计该部件。根据本发明的装饰件具有至少一个吸收区域以及一个隔离区域，然而，每个声学功能(隔离或吸收)的区域的实际数量和/或这些区域的尺寸可以依据该部件、使用该部件的位置以及最后但同样重要的实际需求而不同。 [0021] 吸收区域被限定为该装饰件主要表现为吸收器并显示不好的隔离性能的区域。隔离区域被限定为该装饰件至少表现为良好的隔离器的区域。 [0022] 多孔纤维层 [0023] 采用多孔纤维层，例如毛毡或非织造布，来构建声学吸收部件是已知的。纤维层越厚，声学吸收越好。在质量-弹簧系统中使用这种材料以获得质量层并未为本领域所知。 [0024] 已发现，动态杨氏模量与多孔纤维层的辐射频率相关E＝AW·4tv2，E是动态杨氏2 模量(Pa)，v是辐射频率(Hz)，AW是面积重量(kg/m)，而t是厚度(m)。根据这种关系，动态杨氏模量的适当值使得装饰件被设计为具有所关注的频率范围之外的辐射频率，并且因而在感兴趣的频率范围内具有不受干扰的插入损耗。特别地，如果动态杨氏模量高于由 2 Emin＝AW·4·t·v0限定的最小值，其中v0＝4900Hz，则多孔纤维层的辐射频率将处于装饰件应用的频率范围之上。因此，动态杨氏模量应当至少为(96·AW·t)(Pa)，其中AW单位 2 是g/m且t单位是mm。这提供了材料不再能够被轻易压缩的高动态杨氏模量。该装饰件区域包括动态杨氏模量至少为(96·AW·t)(Pa)的多孔纤维层，解耦层以及位于多孔纤维层与解耦层之间的薄的、非可透过的屏障层，例如非可透过的薄膜层，所有的层被层压在一起，并作用为一个声学质量-弹簧系统，因此作为隔离区域。多孔纤维层与非可透过的屏障层一起作为替代的质量层，并且能够替代通常所使用的厚层材料。相比于使用典型的填充厚层材料的质量-弹簧系统，该材料更便宜且整个部件更易于回收。 [0025] 通常纤维材料被制成坯料，也即纤维被一起组装在其中的半成品。坯料处于合理的齐性近似。坯料由具有初始厚度的一层材料构成，并且以其面积重量为特征，这是由于纤维均匀地分布在该区域上。当坯料形成时，例如通过压缩，认为其具有最终的形状。最后，获得具有特定厚度的一层。面积重量，也即该材料在单位面积的重量，在成型处理之后仍被保持。从相同的坯料上可以获得不同的最终厚度，这取决于压缩的程度。 [0026] 纤维材料的杨氏模量取决于一些参数。首先是该材料自身的特性，也即该材料的构成，纤维类型和数量，粘合剂的类型和数量，等等。此外，对于相同的纤维制程，杨氏模量取决于材料的密度，这关联于该层的厚度。因此，对于特定的毛毡构成，杨氏模量可以在不同厚度下测量，并且因而表现出不同的值，通常当厚度减少时杨氏模量增加(对于相同的初始坯料)。 [0027] 如果所测得的杨氏模量高于使其在对车辆中噪声衰减很重要的频率范围上作用为刚性质量所必需的最小值，那么给定的多孔纤维层将根据本发明由方程96·AW·t给出根据本发明，在该条件满足的情况下，当被放置在薄的非可透过的屏障层顶部上时，该层将作用为刚性质量并且将具有最优的隔离性能。 [0028] 因此，作为根据本发明的刚性质量的多孔纤维层的设计涉及下述步骤： [0029] 1.选取毛毡构成以及面积重量。 [0030] 2.该材料随后以特定厚度形成。 [0031] 3.测量所形成材料的面积重量(AW，g/m2)以及厚度(t，mm)。 [0032] 4.对形成的厚度t的样品，通过Elwis-S测量杨氏模量(测量的杨氏模量，Emeas)。 [0033] 5.通过方程96·AW·t计算必需的最小杨氏模量(Emin)，其中AW是面积重量(g/2 m)，而t是厚度(mm)，两者都被精确测得。 [0034] 6.需要验证条件Emeas＞Emeas是否满足。 [0035] 如果该条件满足，材料的选取根据本发明是符合要求的，而纤维材料可以被用于所确定的厚度，作用为刚性隔离质量。否则，必须改变选择并重复，从点1-4中的一个开始，其中必须改变参数(毛毡构成和/或面积重量和/或厚度)。 [0036] 多孔纤维层可以是任意类型的毛毡。它可以由任意的可热成形的纤维材料制得，包括那些从天然和/或合成纤维获得的纤维材料。优选地，毛毡可以由回收材料制得，例如翻造的棉线，或者其他回收的纤维，例如涤纶。 [0037] 多孔毛毡材料优选地包括粘合材料，可以是在粘合纤维中或在树脂材料中，例如热塑性聚合物。优选采用至少30％的环氧树脂或至少25％的双组分粘合剂纤维。其他的实现根据本发明的多孔纤维层的粘合纤维或材料也是可行的并且不被排除在外。 [0038] 优选地，面积重量在500至2000(g/m2)之间，更优选地在800至1600(g/m2)之间。 [0039] 附加的限制通常还有汽车内可用于放置声学装饰件的空间。这种限制通常由汽车制造商给定，并且在最大值为20-25mm的范围内。装饰件的所有层必须共享该空间。因此，隔离区域中的多孔纤维层的厚度优选为1至10mm，以留有用于解耦层的足够空间。吸收区域中的多孔纤维层的厚度基本上仅仅受限于可利用的空间。在整个区域以及不同区域之间厚度可以变化。然而，吸收区域中多孔纤维层的厚度大于隔离区域中多孔纤维层的厚度。 [0040] 吸收区域中的多孔纤维层的气流阻力(AFR)优选为300至3000(Nsm-3)，优选为-3400至1500(Nsm )。较高的AFR更有利于吸收。然而，气流阻力随着厚度增加而减少，因而-3 对于8至12(mm)的厚度，AFR优选为400至1500(Nsm )。增加附加的吸收层能够进一步增强吸收；不论是局部地位于吸收区域上还是作为附加层基本上位于整个装饰件上。在隔离区域，这能够有效地形成组合的吸收和隔离区域。附加层可以是以毛毡材料的形式，该毛毡材料与用于多孔纤维层和/或附加的网布层类似或相同。 [0041] 还存在与吸收区域与隔离区域相邻的中间区域，其构成了隔离区域与吸收区域之间的区域，或者位于该部件的边缘周围的区域。这些区域不太容易被识别为吸收区域或隔离区域，这主要归因于创建中间区域类型的处理条件，该中间区域具有变化的厚度、在吸收区域的方向上增加并由此表现为介于良好的吸收器与不太差的隔离器之间。 [0042] 其他类型的中间区域可以局部地存在，以符合与车内可利用的空间相匹配的该部件的3维结构。在现有技术中，高压缩区域存在于装饰件的孔洞周围，这些孔洞是贯穿线缆或安装配件所需的。由于这些孔洞的声学缺点连累其周围区域的任何隔离特性，因此这些后面的区域通常不用于声学隔离。 [0043] 薄屏障层 [0044] 至少隔离区域必须包含薄屏障层。位于多孔纤维层与解耦层之间的薄屏障层必须是空气非可透过的，然而其本身不具有典型的质量-弹簧系统中质量单元的功能，类似于通常在典型质量-屏障系统中发现的厚层屏障。这种功能只有通过多孔纤维层与薄屏障层的组合来实现。只要薄屏障层是空气可透过的，则根据本发明的多孔纤维层与该薄屏障层一起将根据本发明作用为典型质量-弹簧系统的质量层。虽然在示例中提供了一种薄膜，但是也可以使用替代的薄的空气非可透过的材料。 [0045] 如果薄膜被用作薄屏障层，则其优选地具有至少40(μm)的厚度，优选为60至80(μm)。尽管更厚的薄膜仍可以工作，但是它们并不能够真正地增加功能，而仅仅增加该部件的价格。此外，更厚的薄膜可能妨碍毛毡的形成。 [0046] 薄屏障层，特别是薄膜，可以由例如PVOH、PET、EVA、PE或PP等热塑材料或例如PE/PA薄板的双层材料制成。屏障材料的选择取决于多孔纤维层与解耦层，并且应当能够形成将所有层粘接在一起的薄板。并且，可以使用以薄膜或粉末用作粘合剂的材料。然而，在粘接和/或形成装饰件之后，所形成的屏障层应当在最终成品中对空气是非可透过的。 [0047] 薄屏障层并不必须存在于吸收区域和/或中间区域中，然而出于简化生产的考虑推荐这样做。 [0048] 解耦层 [0049] 对于解耦层，用作典型声学质量-弹簧系统中的弹簧层的标准材料至少可以遵照相同的原理而被用在根据本发明的装饰件的隔离区域。该层可以由任意类型的热塑和热固泡沫制成，闭孔或开孔泡沫，例如聚氨酯泡沫都可以。其还可以由纤维材料制得，例如可热成形的纤维材料，包括那些来源于天然和/或合成纤维的材料。解耦层优选地具有非常低的小于100(kPa)的压缩刚度。优选地，解耦层可以是多孔或开孔的，以增强弹簧效应。原则上，解耦层应当在该部件隔离区域的整个表面被附加在薄膜层上，以具有最优化的效果，然而由于生产技术非常地方性，这可能与实际不同。由于该部件的隔离区域应当整体地作用为声学质量-弹簧系统，小的局部区域上这些层没有耦合，这并不会削弱整体的衰减效果。 [0050] 解耦层的厚度可以被优化，然而这主要取决于车内的空间限制。优选地，厚度可以随该装饰件面积变化，以符合车内的可用空间。通常地，厚度在1至100(mm)之间，在大多数区域为5至20(mm)。 [0051] 附加层 [0052] 根据发明的装饰件在隔离区域中包括至少3层，以及在吸收区域包括至少1层-多孔纤维层，其中吸收区域的至少一层是共用的层。为了作用为质量-弹簧系统，隔离区域的至少3层被层压在一起。然而，通过在多孔纤维层上添加具有吸收性质的附加层来进一步优化该装饰件是可行的，或者是部分地在特定类型的区域局部添加，或者在该装饰2 件上局部或全部添加。附加层的面积重量优选为500至2000(g/m)。 [0053] 吸收层可以由任意类型的热塑和热固泡沫制成，例如聚氨酯泡沫。然而，根据本领域已知的声音吸收原理，出于吸收噪声的目的，泡沫必须是开孔的或者是多孔的，以使得声波能够进入。吸收层还可以由纤维材料制得，例如可热成形的多孔材料，包括那些来源于天然和/或合成纤维的材料。其可以采用与多孔纤维质量层相同类型但要更高级的材料制-3 -3得。吸收层的气流阻力(AFR)优选为至少500(Nsm )，优选为500至2500(Nsm )。优选地，吸收层的AFR不同于多孔纤维层的AFR。 [0054] 此外，附加的网布也可以被放置在吸收材料的顶部或直接放置在多孔纤维层上，以进一步增强声吸收和/或保护下面的层，例如防水。网布是薄的非织造布，厚度为0.1至约1(mm)的，优选为0.25至0.5(mm)，并具有增加的气流阻力。其优选地具有500至-3 -33000(Nsm )的气流阻力，更优选地为1000至1500(Nsm )。其中，网布和下面的吸收层优选地具有不同的AFR，以获得增强的吸收。 [0055] 网布层的面积重量可以为50至250(g/m2)，优选为80至150(g/m2)。 [0056] 网布可以由连续纤维或短纤维或纤维混合物制得。纤维可以通过熔喷或纺粘技术制得。它们还可以与天然纤维混合。网布可以例如由聚酯纤维或聚烯烃纤维或纤维的组合制得，例如聚酯纤维和纤维素，或聚酰胺纤维与聚乙烯，或聚丙烯与聚乙烯。 [0058] 生产方法 [0059] 根据本发明的装饰件可以采用本领域已知的冷模或热模方法生产。例如具有或不具有薄屏障层的多孔纤维层可以被形成以在隔离区域获得所要求的动态杨氏模量，并且同时形成所要求的三维形状的装饰件，以及在第二步骤注塑解耦层，或者泡沫或纤维层可以至少在隔离区域中添加到薄屏障层的背面。 [0060] 机械刚度和压缩刚度的定义以及测量 [0061] 机械刚度与材料(一层材料)对外部压力刺激的反应相关联。压缩刚度与压缩刺激相关，而弯曲刚度与弯曲刺激相关。弯曲刚度将所施加的弯矩与所导致的形变关联起来。另一方面，压缩刚度或法向刚度将所施加的法向力与随之产生的应变关联起来。对于由各向同性材料制得的均质板而言，压缩刚度是材料的弹性模量E与上述板的表面A的乘积。 [0062] 对于由各向同性材料制得的板，压缩刚度和弯曲刚度都直接关联于材料的杨氏模量，并且可以由一个刚度计算另一个刚度。然而，如果材料不是各向同性的，对于大多数毛毡而言都是这样的，刚才所解释的关系不再适用，这是由于弯曲刚度主要关联于平面内的杨氏模量，而压缩刚度主要关联于平面外的杨氏模量。因此，不再可能由一个刚度计算另一个刚度。此外，压缩刚度和弯曲刚度可以在动态或静态情况下被测量，并且在静态和动态情况下所测得的刚度原则上不同。 [0063] 一层材料的辐射来源于与其平面正交的该层的振动，并且主要关联于材料的动态压缩刚度。多孔材料的动态杨氏模量通过商业上可获得的“Elwis-S”设备(Rieter Automotive AG)来测量，在该设备中样品被压缩应力所刺激。在例如BERTOLINI等的“基于该方法的传递函数被用于确定弹性多孔材料的阻尼损耗因子、频率相关的杨氏模量以及柏松比(Transfer function based method to identify frequency dependent Young′s modulus，Poisson′s ratio and damping loss factor of poroelastic materials)”中描述了使用“Elwis-S”的测量方法，参见：Symposium on acoustics of poro-elastic materials(SAPEM)，Bradford，Dec.2008. [0064] 由于这些类型的测试并未被广泛用于多孔材料，现在还没有正式的NEN或ISO标准。然而，基于类似物理原理的其他类似测量系统是已知的且已被使用，具体描述参见LANGLOIS等的“各向同性弹性多孔材料的准静态机械特性的多项式关系(Polynomial relations for quasi-static mechanical characterization of isotropic poroelastic materials)”，参见：J.Acoustical Soc.Am.2001，vol.10，no.6，p.3032-3040。 [0065] 对使用静态方法测量的杨氏模量以及使用动态方法测量的杨氏模量的直接修正并不确定且大多数情况下没有意义，这是因为动态杨氏模量是在预定频率范围上的频域内(例如，300-600Hz)测量的，而杨氏模量的静态值对应于0Hz的极限情况，这并不可以直接由动态测量获得。 [0066] 对于本发明而言，重要的是压缩刚度，而不是本领域通常所使用的机械刚度。 [0067] 其他测量 [0068] 气流阻力根据ISO9053测量。 [0069] 面积重量和厚度使用本领域已知的标准方法测量。 [0070] 结构的传输损耗(TL)是该结构声音隔离的测量。其被定义为引入到该结构的声功率与由该结构传输到接收侧的声功率的比率，其被表示为分贝。在装载有声学部件的汽车结构的情况下，传输损耗并不仅仅归因于该部件的存在，而且还归因于该部件所安装在的钢结构。由于独立于安装有汽车声学部件的钢结构来评估该汽车声学部件的声音隔离能力很重要，因而引入了插入损耗。安装在一个结构上的声学部件的插入损耗(IL)被定义为安装有声学部件的结构的传输损耗与该结构自身的传输损耗的差值： [0071] ILpart＝TLpart+steet-TLsteel (dB) [0072] 插入损耗和吸收系数被使用SISAB来模拟，SISAB是一种用于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。转移矩阵方法是一种用于模拟分层媒质中声音传输的方法，其被描述在例如BROUARD B.等的“一种用于对分层媒质中的声音传播进行建模的通用方法”中，参见：Journal of Sound and Vibration.1995，vol.193，no.1，p.129-142。 附图说明[0073] 图1示出了样品A-C的插入损耗； [0074] 图2示出了具有声音隔离区域和声音吸收区域的内部仪表的装饰件； [0075] 图3示出了根据本发明的隔离区域或吸收区域的多层的示意图； [0076] 图4示出了根据本发明的隔离区域或吸收区域的替代的多层的示意图； [0077] 图5示出了根据图3或4的多层的插入损耗； [0078] 图6示出了根据图3或4的多层的吸收； [0079] 图7示出了根据本发明的隔离区域或吸收区域的替代的多层的示意图； [0080] 图8示出了根据图7的多层的插入损耗； [0081] 图9示出了根据图7的多层的吸收； [0082] 图10示出了动态模量E与多层纤维层的面积重量与厚度的关系图； [0083] 图11示出了不同样品的插入损耗的比较图。 [0084] 图例说明 [0085] I.隔离区域包括 [0086] A至少包括多孔纤维层与薄屏障层的质量层 [0087] B弹簧层 [0088] II.吸收区域 [0089] 1.多孔纤维层 [0090] 2.薄屏障层 [0091] 3.解耦层 [0092] 4.网布层 具体实施方式[0093] 图1示出了对比样品A-B与样品C的插入损耗曲线。所示出的模拟的插入损耗是由多层以及应用该多层的钢板构成的系统的传输损耗减去该钢板的传输损耗。 [0094] 现有技术中不同的噪声衰减多层的声音吸收与插入损耗被使用测量的材料参数所模拟，并且被与根据本发明的噪声衰减多层的插入损耗和声音吸收进行比较。所有的样品具有相同的总厚度25mm。 [0095] 对比样品A是典型的质量-弹簧系统，其具有由面积质量为1(kg/m2)的EPDM厚2 层材料制得的质量层，以及作为解耦层的注塑泡沫。A的总面积质量为2370(g/m)。 [0096] 对比样品B根据专利EP1428656的原理制得，该专利公开了一种由其间具有薄膜的泡沫解耦层与顶部纤维层构成的多层结构。顶部纤维层是气流成网(airlaid)软毛2 -3 毡层，其面积重量为1000(g/m)，厚度为6mm，AFR为1000(Nsm )。该多层的总面积重量为 2 2150(g/m)。测量了纤维层的动态杨氏模量，大约为70000Pa。根据所给的方程，该纤维层具有约1700Hz范围附近的辐射频率。所使用的薄膜为0.06mm，且为非可透过的。解耦层是 2 面积重量为1100(g/m)的注塑泡沫。 [0097] 样品C根据本发明制得，包括与对比样品B相同的解耦层与薄膜层。薄膜层的顶2 部上的多孔纤维层由压缩刚性毛毡层制得，其面积重量为900(g/m)，厚度为3mm，动态杨氏模量为550000Pa。根据所给的方程，该多孔纤维层具有约7100Hz范围附近的辐射频率。 [0098] 样品A是典型的质量-弹簧系统，其具有面积重量为1(kg/m2)的厚层。隔离性能在大频率范围上是高的，因此该样品表示用于汽车内噪声衰减的优选系统，然而该系统过重。此外，通常用于厚层的材料，在该实施例中为EPDM，难以回收。根据整体的噪声衰减，典型的质量-弹簧系统A仍然更好，这是由于在对比样品B中，顶部的毛毡层具有约1700Hz的辐射频率，这损害多层的隔离特性。在图1中可以看出，对比样品B的IL曲线在以1600Hz为中心的1/3倍频程的频带内下降，该频带包括了用于该样品的顶部毛毡层的辐射频率。 [0099] 还发现，通过增加构成多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内的压缩刚度，该层的辐射频率可以转移到更高的频率。 [0100] 通过以将隔离区域的辐射频率设置在需要衰减的噪声的频率范围之外的方式来选择隔离区域中构成多孔纤维层的纤维材料的动态杨氏模量，当该层被设置在薄的屏障层顶部时，该层将表现为所期望的频率范围上的质量-弹簧系统。 [0101] 样品C例如具有位于薄膜层上的多孔纤维层，该多孔纤维层由压缩的刚性毛毡层2 制得，该毛毡层的面积重量为900(g/m)，厚度为6mm，动态杨氏模量为550000Pa。其表现出 2 与对比样品A，即具有1kg/m厚层的质量-弹簧系统相当、并且甚至更好的插入损耗。并且，辐射频率仅在在以6300Hz为中心的1/3倍频程的频带内在插入损耗曲线上下降。这远高于通常作为车辆内噪声衰减所感兴趣的频率范围。 [0102] 一个与杨氏模量至少为96·AW·t(Pa)的多孔纤维层耦接的薄屏障层可以形成典型声学质量-弹簧系统的效应不仅仅取决于多孔纤维层的压缩。它还取决于用作这种多孔纤维层的材料的类型，以及材料组分之间的粘合程度，例如纤维之间或树脂和纤维之间的粘合程度。该方程因而仅给出如何设计根据本发明的装饰件的教导。实践中出现辐射频率的实际频率可能偏离所计算的值，然而只要它出现在至少4900Hz之上，它就不再会干扰车辆中必须的并且最期望的噪声衰减。对于其他的应用，所需的最小的动态杨氏模量可能变化，然而本领域计算人员能够根据本发明的教导调整该方程。 [0103] 正如现有技术中所给出的，装饰件声音衰减的所有优化都是针对限定至少吸收层的气流阻力。已发现，对于根据本发明的装饰件，一般辐射以及特别是上部多孔纤维层的辐射频率不显著依赖于其气流阻力。发现该气流阻力对所测量的整个频率上的传输损耗的斜率主要起阻尼影响。阻尼效应随着气流阻力增大而增大。 [0104] 图2示出了包括两个分离的具有不同声音功能区域的内部仪表的装饰件，目的是获得隔离和吸收的最优折中。通常地，内部仪表装饰件的下部更适合用于隔离(I)，这是由于通过该下部的来自于发动机以及前轮的噪声更相关，而仪表的上部(II)更适合吸收，这是由于已由汽车的其他部件提供了一些隔离，例如仪表盘。在这些区域之间，在封装空间最小的区域或者在严重三维形状的区域，通常不太可能确定实际的声学特性，例如由于解耦层的减弱或者应当作用为吸收层的较高层的压缩。具有所需不同声音衰减特性(隔离或吸收)的所定义区域的内部仪表，正如这里所示出的，通常被制成两个部分，而非一个部分。另一个选择是在吸收材料(通常为泡沫)的顶部上放置附加的厚层垫，以获得局部质量-弹簧系统。 [0105] 为了达到用于内部仪表装饰件的整体更好的声音衰减，整个部件被构造为不同的区域：隔离区域(I)可以通过结合薄的非可透过的屏障层与具有可调节的动态杨氏模量的多孔纤维层来一起形成根据本发明的替代的质量层，而吸收区域(II)可以通过相同的多孔纤维层形成，该多孔纤维层未被针对隔离而调整，因而也不是硬化的。因此，所示出的内部仪表中的装饰件的区域I包括根据本发明的替代的质量-弹簧系统。区域II包括作用为本领域所知的标准吸收器的非硬化的多孔纤维层。 [0106] 图3示出了根据本发明的多层的横截面的示意图。根据本发明的多层包括至少一个具有声音隔离特性(I)的区域，之后称为隔离区域，以及具有声音吸收特性(II)的区域，之后称为吸收区域。该部件上的这些区域的位置取决于车辆上使用该部件的位置，所期望的噪声水平以及该特定区域的特征频率(参见之前作为示例所述的内部仪表)。 [0107] 隔离区域(I)与吸收区域(II)具有至少相同的多孔纤维层(1)，其中隔离区域中的该层被压缩以形成刚性层(1)，以使得该多孔纤维层的动态杨氏模量至少为2 96·AW·t(Pa)，其中AW是该多孔纤维层的面积重量(g/m)，而t是该多孔层的厚度(mm)。 [0108] 隔离特性由质量层A与弹簧层B形成，该质量层A与弹簧层B共同形成了声学质量-弹簧系统，其中根据本发明，质量层A由多孔纤维层1与薄屏障层2构成，弹簧层B由解耦层(3)构成。相应地，在区域I期待起主导的是声音隔离特性。 [0109] 在区域II，多孔纤维层1未被压缩，而是被保持高的，从而使得该区域具有声音吸收特性。优选地，附加的网布层4可以被放置在吸收层4的顶部上，以进一步增强声音吸收效果。 [0110] 图4示出了根据本发明的替代的多层，其基于与图3相同的原理(参见那里)。区别在于，在压缩物下方的区域用于增加薄屏障层和解耦层，以形成更平整的部件。在实践中，该部件更可能是图3和4之间的交叠，特别是汽车装饰件的形状通常是三维形状，而这也会影响分层的最终布局。并且，在隔离区域和吸收区域之间没有清晰的边界，而是存在中间区域。 [0111] 没有网布层的根据图3或4的多层构造的插入损耗和吸收曲线被模拟，并且被表示在图5和6中，不同的层具有如下特性： [0113] 隔离区域包括被压缩到2.7mm的用以符合根据本发明的动态杨氏模量的要求的相同多孔纤维层，薄膜层以及泡沫解耦层。隔离层的总厚度为20mm。所模拟的隔离区域的吸收和隔离用INS表示。 [0114] 根据插入损耗(图5)，很明显振动下降仅出现在6300Hz附近，因而落入权利要求的范围。并且整体插入损耗的增加能够被观察到，表明具有这种隔离区域的部件的隔离特性上的提高。对于吸收区域，没有材料作用为弹簧，并且在该例中，插入损耗曲线示出了在整个频率范围上接近0的值。 [0115] 根据吸收损耗(图6)，很明显隔离区域的吸收较差，并且吸收区域的吸收远好于预期。从吸收的观点来看，对于吸收区域，类似于这里所模拟的单纯吸收器起到最好的作用。 [0116] 具有共用隔离区域与吸收区域的装饰件无论如何都能提高该部件的整体声音衰减性能，特别是因为一个相同的装饰件上的一个区域对特定类型的声音衰减(隔离或吸收)的贡献可以预先确定，并且可以不需要附加贴片或其他材料而在一个部件局部地形成。这还意味着类似地毯或内部仪表隔离器的大型装饰件现在能够被制作在一起，即使不同的部件区域需要不同的声音特性。 [0117] 图7示出了根据本发明的替代的分层，其中薄膜和解耦层在包括吸收区域的部件的整个表面可用。然而这会改变该部件的表现，特别是隔离特性，这可以从图8和图9中看出。在该例子中，考虑了总厚度为25mm的多层，其中多孔纤维层由具有30％环氧树脂作为2 粘合剂的棉毛毡层构成，并且该多孔纤维层的面积重量为1100(g/m)。这种多孔纤维层的厚度被调整为在隔离区域为2.7mm而在吸收区域为17.3mm；并且考虑了在多孔纤维层下方的非可透过的薄膜以及泡沫解耦层(在吸收区域和隔离区域)，其中泡沫的厚度被调整以在两个区域都获得25mm的总厚度。吸收区域现在开始运行为质量-弹簧系统，然而其插入损耗曲线将示出在1000和1600Hz附近的插入下降，这干扰了所期望频率范围内的噪声衰减。然而，相比于我们之前的样品，隔离区域的下降是在6300Hz附近。然而，对于相同的样品，所发现的吸收区域的吸收曲线因其自身辐射频率而略受影响。尽管这个方案可能相比于之前的布局存在一些声学劣势，但是相比于现有技术其仍然具有优势。相比于仅局部地应用泡沫，特别是如果泡沫是注塑在模具中的情况，在装饰件的整个区域上使用泡沫层将有助于形成更光滑的部件。 [0118] 其他替代的方案可能仅在隔离区域具有薄屏障层，但在整个表面上具有解耦层，这样，在不具有薄屏障层的区域，解耦层将和多孔纤维层一起作用为双层吸收器。 [0119] 为了增强隔离区域和/或吸收区域的总体作用，附加的吸收材料可以被放置在多孔纤维层的顶部。并且，使用非织造布(4)将增强装饰件的吸收特性。 [0120] 薄屏障层与动态杨氏模量至少为96·AW·t(Pa)的多孔纤维顶层一起形成具有可与典型声学质量-弹簧系统比拟的特性的质量层的效果不仅仅取决于毛毡的压缩。其还可能取决于所使用的材料的类型，以及材料组分之间的粘合程度，例如纤维之间或树脂和纤维之间的粘合程度。该方程因而仅给出如何设计根据本发明的装饰件的教导。实践中出现辐射频率的实际频率可能偏离所计算的值，然而只要它出现在至少4900Hz之上，它就不再会干扰车辆中必须的并且最期望的噪声衰减。对于其他的应用，所需的最小的动态杨氏模量可能变化，然而本领域技术人员能够根据本发明的教导调整该方程。 [0121] 正如现有技术中所给出的，装饰件声音衰减的所有优化都是针对限定至少上层或吸收层的气流阻力。已发现，对于根据本发明的装饰件，上部多孔纤维层的辐射频率不显著依赖于其气流阻力。发现气流阻力对所测量的整个频率上的插入损耗的斜率主要起阻尼影响。阻尼效应随着气流阻力增大而增大。 [0122] 在下文中，给出了一个本领域技术人员如何能够使用该方程来设计根据本发明的装饰件的例子。图10示出了动态杨氏模量随根据本发明的隔离质量层厚度变化的图。在该例子中采用了主要由具有30％酚醛树脂的再生棉制得的毛毡层。这种材料直到不久前才被用作解耦层或吸收层，主要应用在多层结构中。现今，由于关于汽车内部气体的规定，酚醛粘合剂不再被用于车辆的内部部件中。然而该材料仍可以被用于汽车外部部件上，在发动机室区域或卡车中。在此选择其并非作为限制性示例，而是作为示出如何设计根据本发明的材料的例子。 [0123] 在图10中，线L1000gsm示出了根据本发明，面积质量为1000(g/m2)的多孔纤维2 层必须具有的作为该层厚度的函数的动态杨氏模量。其由方程E＝AW·4tv计算，其中v是4900Hz，并且然后在图5中其被表示为直线。同一图中的线L1200gsm、L1400gsm以及 2 L1600gsm示出了面积重量为1200、1400以及1600(g/m)的类似数据。具有给定厚度和这些面积重量中的一个的多孔纤维层的动态杨氏模量应当在对应于其面积重量的线之上，以确保该层的辐射频率被转移到至少4900Hz，因而位于车辆中噪声衰减主要感兴趣的频率范围之外。 [0124] 在图10中，线A1000gsm示出了根据本发明，具有30％酚醛树脂的主要由棉毛毡构2 成的层的作为该层厚度的函数的动态杨氏模量，该层的面积重量为1000(g/m)。同一图中 2 的线A1200gsm与A1600gsm示出了面积质量为1200以及1600(g/m)的类似数据。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。这种材料示出了动 2 态杨氏模量的快速增加，其显示出在面积重量为1000(g/m)且厚度为约8mm处辐射频率超过4900Hz。然而，由于空间限制，这种厚度在汽车内部，例如内部仪表中并非是优选的。尽管理论上可以采用更低的密度来达到所需的动态杨氏模量，但是装饰件多孔纤维的重量不再能够足以保证该部件能够作用为好的隔离部件。 [0125] 在图10中，线B1200gsm示出了具有30％环氧树脂的主要是棉毛毡材料的作为该2 层厚度的函数的动态杨氏模量，该层的面积重量为1200(g/m)。线B1600gsm示出了面积重 2 量为1600(g/m)例子的类似数据。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。如果这些数据被用来与之前所讨论的酚醛树脂毛毡相比较，明显可以看出在一定面积重量和厚度下，这种粘合材料对材料的压缩刚度具有影响，并且因而对动态杨氏模量具有影响。 [0126] 线C1400gsm示出了具有15％双组份粘合纤维的主要是棉毛毡材料的层的作为该2 层厚度的函数的动态杨氏模量，其面积重量为1400(g/m)。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。 [0127] 在第二组样品中，可以更具体地看出粘合剂，特别是粘合剂的类型以及量的影响。 [0128] 样品EPOXY30％，其由具有30％环氧树脂的棉毛毡构成，所测得的面积重量为2 1090(g/m)，厚度为2.7mm，被发现所测量的动态杨氏模量为5.55E5(Pa)，因而高于根据本发明计算的所要求的杨氏模量。 [0129] 样品EPOXY20％，其由具有20％环氧树脂的棉毛毡构成，所测得的面积重量为2 1450(g/m)，厚度为4mm，被发现所测量的动态杨氏模量为2.2E5(Pa)，因而远低于根据本发明计算的所要求的杨氏模量。 [0130] 样品BICO25％，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2 为1040(g/m)，厚度为2.1mm，被发现所测量的动态杨氏模量为5.08E5(Pa)，因而远高于根据本发明计算的所要求的杨氏模量。 [0131] 样品BICO15％，其由具有15％双组分粘合纤维的棉毛毡构成，所测得的面积重量2 为1280(g/m)，厚度为4mm，被发现所测量的动态杨氏模量为9.91E4(Pa)，因而远低于根据本发明计算的所要求的杨氏模量。 [0132] 此外还模拟了这些样品的插入损耗。图11示出了所模拟的这些样品的插入损耗，并比较了具有所限定的顶层、70(μm)厚薄膜以及剩余厚度由作为解耦层的泡沫所覆盖的25mm厚的样品。 [0133] 样品A，也即之前介绍的具有1(kg/m2)面积重量的厚层的典型质量-弹簧系统，其隔离区曲线在此用作参考样品。 [0134] 所测量和计算的这些样品顶部多孔纤维层的辐射频率表现为IL曲线的下降D。对于样品EPOXY25％以及样品BICO15％，辐射频率被发现位于3150Hz(D2)和1600Hz(D1)，这均位于汽车中声音衰减所感兴趣的范围内。而样品EPOXY30％以及样品BICO20％的辐射频率被发现均位于6300Hz附近(D3和D4)，这位于汽车行业感兴趣的范围外。 [0135] 令人惊讶地，获得了并不显著关联于顶层的AFR的隔离效应。另一方面，还发现在感兴趣的频率范围，例如汽车应用中，获得稳定隔离且不具有任何下降效应的驱动因素是根据本发明的顶层的杨氏模量。 [0136] 当上层的厚度改变时，AFR和杨氏模量都改变，并且总体上当该层的厚度减小时，AFR和杨氏模量增加。然而，那些参数的每个的值都关联于材料的特性。AFR和杨氏模量，以及其他多孔材料的声学和机械参数，并不仅仅是厚度的函数。 [0137] 作为例子，比较了具有相同厚度的两个可比的毛毡材料的AFR。一种面积重量为2 -3 1000g/m的通常用于汽车应用的“气流成网”毛毡在约2.5mm厚度处具有3200Nsm 的AFR。 -3 2 厚度为6mm的相同材料具有1050Nsm 的AFR。作为对比，一种面积重量为1000g/m 的通常-3 用于汽车应用的“针状”毛毡在约6mm厚度处具有220Nsm 的AFR。在厚度相同时，两种材料具有不同的AFR。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。 [0138] 相同的考虑也适用于杨氏模量：对于每种材料，当其厚度减小时，杨氏模量增加，然而相同厚度的两种不同的材料并不必然具有相同的值，并且可能以非常不同的杨氏模量为特征，这主要取决于它们的构成以及他们的生产方式。 [0139] 此外，AFR和杨氏模量是独立的参数，前者关联于材料的升学特性，而后者关联于材料的机械特性。作为例子，具有相同AFR(例如，关于与材料中纤维的相似的分布)的两种材料可以具有不同的杨氏模量(例如，关联于材料中不同的粘合剂的量)，并且因而具有不同的性能(参见示例附图10和11)。 [0140] 可以从所示出的材料看出，某些材料并不适合形成根据本发明的质量层，基本上是由于它们必须被压缩到不可能达到的厚度，或者需要耗费极高的压力才能压缩到的厚度，这导致制程不是成本上有效的。然而，通过调整粘合材料和纤维材料的比率，所使用的粘合材料，以及面积重量和/或厚度，设计适合用作根据本发明的多孔纤维质量层的材料是可行的。 |
||||||
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈