Die vorliegende Erfindung betrifft ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, mit mindestens zwei offenporigen Faserschichten, sowie ein Verfahren zur Herstellung desselben.
Schallabsorbierende Dünnschichtlaminate finden ihre Verwendung im Wesentlichen in der Automobilindustrie, welche in zunehmendem Masse die Herstellung von leichten, kostengünstigen und geräuscharmen Fahrzeugen anstrebt. Dies macht den Einsatz von kostengünstigen, dünnen und leichten Bauteilen erforderlich, welche gleichzeitig gute schallabsorbierende Eigenschaften aufweisen.
In der US-5 298 694 werden dünne Faservlieslaminate für die Verkleidung von Fahrzeugtüren beschrieben. Diese Laminate umfassen ein mindestens 5 mm dickes Faservlies aus thermoplastischen Fasern, welches mit einem dünnen Gewebe, einem Vlies, einem Film oder einer Folie laminiert ist. Das mindestens 5 mm dicke Faservlies besteht aus einem Gemisch von schmelzgeblasenen Mikrofasern (melt-blown mikrofibers) und gebauschten Kräuselfasern (crimped bulking fibers). Wegen des relativ grossen Durchmessers der Mikrofasern (bis zu 15 mu m) und der Tatsache, dass der Luftströmungswiderstand in den einzelnen Schichten nicht geregelt oder vorgegeben ist, sind die schallabsorbierenden Eigenschaften dieser Materialien nicht optimiert und berücksichtigen diese Materialien die Schallabsorption insbesondere für die tieferen Frequenzen nicht.
Wegen des relativ grossen Durchmessers der verwendeten Fasern (5-15 mu m) haben diese Faservlieslaminate im Wesentlichen eine Trägerfunktion und zeichnen sich durch ihre mechanischen Eigenschaften aus, wobei deren schallabsorbierende Wirksamkeit eher durchschnittlich ist.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einfacher und kostengünstiger Weise ein akustisch hochwirksames und leichtes Dünnschichtlaminat zu schaffen. Insbesondere soll ein Laminat geschaffen werden, welches in den tieferen Frequenzen hervorragende schallabsorbierende Eigenschaften (bei vergleichbarer Dicke) sowie gleichzeitig eine gewisse strukturelle Stabilität aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein schallabsorbierendes Dünnschichtlaminat mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst und insbesondere durch ein Dünnschichtlaminat aus zwei unterschiedlichen Materialien. Das erfindungsgemässe Laminat umfasst eine dünne Schicht aus Mikrofasern, welche an eine Trägerschicht aus einem offenporigen Faservlies mit geringer Dichte gebunden ist. In einer bevorzugten Ausführungsform bestehen die Mikrofasern aus schmelzgeblasenem Polypropylen und weisen einen Faserdurchmesser von ca. 2-5 mu m auf. Es versteht sich, dass diese Mikrofasern auch aus einem anderen Polyolefin, Polyester, Polyurethan oder Nylon erzeugt sein können. Die Mikrofaserschicht erreicht eine Dicke von lediglich 0.3 bis 0.7 mm und hat ein Flächengewicht von 30 bis 100 g/m<2>.
Die erfindungsgemäss verwendete Trägerschicht weist ein Flächengewicht von weniger als 2000 g/m<2> auf, eine Dicke von bis zu 50 mm und kann aus Baumwollfasern, synthetischen Fasern oder einem anderen Fasergemisch gefertigt sein. Dabei ist die Mikrofaserschicht auf die Faservliesschicht aufgeklebt.
Es zeigt sich, dass durch die erfindungsgemässe Beschichtung einer offenporigen, schwach verdichteten Faservliesschicht mit einer äusserst dünnen Lage aus Mikrofasern ein Bauteil entsteht, welches einen überraschend hohen Absorptionskoeffizienten aufweist. Dies führt zu hochwirksam schallabsorbierenden, dünnen Bauteilen mit geringem Flächengewicht. Darüber hinaus erweist sich die Mikrofaserschicht als Wasser abstossend und ermöglicht damit die Verwendung der erfindungsgemässen Dünnschichtlaminate auch in feuchter oder nasser Umgebung.
Die schwach verdichtete Faservliesträgerschicht umfasst vorteilhalfterweise Fasern, die mit thermoplastischen Fasern oder duroplastischen Harzen gebunden sind, um bei der Herstellung von schallabsorbierenden Fahrzeugteilen, insbesondere Teppichen oder Armaturenverkleidungen, mithilfe von Druck- und Wärmebehandlung in vorgegebene Konturen geformt werden zu können.
In Weiterbildungen des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats kann über die Schicht aus Mikrofasern eine dritte Schicht aus Faservlies angebracht werden. Diese dritte Faservliesschicht kann die Schallabsorptionsfähigkeit des Dünnschichtlaminats weiter verbessern und schützt die äusserst dünne Mikrofaserschicht gleichzeitig vor einer allfälligen Abrasion.
Das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat findet seine Anwendung bevorzugt im Automobilbau, und insbesondere überall dort, wo dünne, hochwirksam schallabsorbierende Bauteile mit geringem Gewicht erforderlich sind.
Im Folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und mithilfe der Figuren näher erläutert werden. Dabei zeigt:
Fig. 1 ein Diagramm mit Vergleichsmessungen der Schallabsorptionskoeffizienten verschiedener Dünnschichtlaminate,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Verfahrens zur Herstellung erfindungsgemässer Dünnschichtlaminate.
Die in Fig. 1 dargestellten Schallabsorptionsmessungen verschiedener Dünnschichtlaminate machen die überraschend signifikante Verbesserung der Schallabsorption bei Verwendung von erfindungsgemässen Dünnschichtlaminaten deutlich. Der Verlauf der Kurve b zeigt die Frequenzabhängig keit des Absorptionskoeffizienten für ein 9 mm dickes Laminat aus konventionellem Schaum und konventionellem Faservlies (Polypropylen, 0.5 "osy" = ounce per square yard). Dieser Absorptionskoeffizient alpha b beträgt im Bereich tiefer Frequenzen, d.h. unterhalb 1000 Hz, weniger als 0.1 und nimmt im Bereich höherer Frequenzen im Wesentlichen linear zu, d.h. zeigt bei Frequenzen von 2000 Hz einen Wert von 0.15 und im Bereich von 4000 Hz einen Wert von 0.3.
Als Referenzmessung wurde der Absorptionskoeffizient alpha a des unbeschichteten Schaums gleicher Dicke (9 mm) unter den gleichen Bedingungen ausgemessen. Der Verlauf dieses Absorptionskoeffizienten alpha a ist aus der Kurve a in Fig. 1 ersichtlich. Die Werte des Absorptionskoeffizienten alpha a liegen etwa 30% unter den Werten des Absorptionskoeffizienten alpha b. Der Verlauf des Absorptionskoeffizienten alpha c eines erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats ist aus Kurve c in Fig. 1 ersichtlich. Dieses Dünnschichtlaminat weist bei einer Frequenz von 500 Hz bereits einen höheren Absorptionskoeffizienten alpha c mit einem Wert von 0.1 auf. Der Wert dieses Absorptionskoeffizienten steigt gegen höhere Frequenzen mehr oder weniger linear bis auf 0.9 bei 4000 Hz.
Versieht man das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat mit einem konventionellen Faservlies, sodass die Gesamtdicke des Bauteils 9.5 mm beträgt, verbessert sich der Schallabsorptionskoeffizient alpha d dieses erweiterten Dünnschichtlaminats gegenüber dem Absorptionskoeffizienten alpha c im Bereich von 1500 bis 3500 Hz um etwa 5% bis 10%.
Die überraschende Verbesserung des Absorptionskoeffizienten alpha c kommt durch den erfindungsgemässen Aufbau des Dünnschichtlaminats zu Stande. Dieses umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform ein konventionelles, 9 mm dickes, offenporiges Faservlies mit einem Flächengewicht von weniger als 300 g/m<2>. Auf diesem Faservlies liegt eine 0.5 mm dicke Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern. Diese Fasern weisen einen Durchmesser im Bereich von 2-5 mu m auf und werden in der Regel aus Polypropylen gefertigt.
Das für die Messung des Absorptionskoeffizienten alpha c verwendete Dünnschichtlaminat weist 40 g/m<2> derartiger schmelzgeblasener Mikrofasern auf. Bei dem gemessenen Absorptionskoeffizienten alpha d des Trilaminats ist die Mikrofaserschicht mit einer schützenden Faservliesschicht belegt, welche aus einem Gemisch aus Zellulosefasern und Polyesterfasern besteht (17 g/m<2>).
Fig. 2 zeigt einen möglichen Verfahrensablauf für die kontinuierliche Herstellung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats. Dabei wird von einer ersten Rolle 3 eine geeignete Bahn aus einem Faservlies-Trägermaterial 4 abgezogen und über Umlenkrollen 5, 6, 7 zu einem Quetschrollenpaar 8 geführt. An einer Arbeitsstation I wird die abgezogene Faservliesbahn 4 mit einem Haftmittel 9, insbesondere einem Kontaktkleber resp. einem vernetzenden PSA-Kleber (pressure-sensitive-adhesive) besprüht, welcher mithilfe eines IR-Strahlers 10 angetrocknet wird. Auf den derart vorbehandelten Faservlies-Träger 4 wird eine aus schmelzgeblasenen Fasern gefertigte Bahn 11 aufgelegt. Die beiden Bahnen 4, 11 werden gemeinsam durch die Quetschrollen 8 geführt und miteinander verbunden.
Mit den Quetschrollen 8 kann das Material des Faservlies-Trägers 4 gleichzeitig in gewünschter Weise verdichtet werden. Das derart laminierte Material wird anschliessend in Rohstücke geschnitten und einer Formpresse zugeführt. Es versteht sich, dass die erfindungsgemässen Dünnschichtlaminate auch aus vorgeschnittenen Materialstücken gefertigt sein können. In jedem Fall wird das Haftmittel 9 in sehr feiner Form aufgesprüht und wird darauf geachtet, dass die sich auf dem offenporigen Faservlies ablagernden Tröpfchen nicht verlaufen, d.h. keinen geschlossenen Film bilden und/oder in die Poren des Faservlieses eindringen, damit sich beim anschliessenden Laminieren die einzelnen Poren des Faservlies nicht verschliessen.
Das derart hergestellte Dünnschichtlaminat weist also im Wesentlichen eine dünne Faservliesschicht aus einem leichten Faservlies mit einem Flächengewicht von weniger 2000 g/m<2> und einer Dicke von weniger als 50 mm auf, sowie eine damit verbundene Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenen Mikrofasern, deren Faserdurchmesser 1 bis 10 mu m beträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die leichte Faservlies-Trägerschicht eine Dicke von etwa 6 bis 15 mm, vorzugsweise 9 mm auf. Diese Faservliesschicht ist vorzugsweise aus Baumwollfasern, synthetischen Fasern oder Mischfasern gefertigt. Bei dieser Ausführungsform weist die Mikrofaserschicht eine Dicke von 0.3 bis 0.7 mm und ein Flächengewicht von 30 bis 100 g/m<2> auf.
Dabei bestehen die Mikrofasern dieser Mikrofaserschicht aus schmelzgeblasenem Polypropylen, Polyolefin, Polyester, Polyurethan oder Nylon und weisen diese Fasern einen Durchmesser von 2 bis 5 mu m auf. Die Dicke der verwendeten Mikrofaserschicht beträgt vorzugsweise 0.3 bis 0.7 mm und weist ein Flächengewicht von 35 bis 45 g/m<2>, insbesondere von 40 g/m<2> auf. Das derart aufgebaute Dünnschichtlaminat weist einen Schallabsorptionskoeffizienten alpha auf, welcher bei 2000 Hz einen Wert von mehr als 0.4 aufweist. Vorzugsweise werden die aufeinander laminierten Schichten mithilfe eines aufgesprühten Haftmittels miteinander verbunden. Als geeignete Haftmittel können vernetzende PSA-Kleber auf Wasserbasis betrachtet werden.
In einer Weiterbildung des erfindungsgemässen Dünnschichtlaminats ist auf die Mikrofaserschicht eine Faservliesdeckschicht aufgebracht. Diese Deckschicht kann aus einem Gemisch von Cellulosefasern und Polyesterfasern oder aus Polypropylenfasern gebildet sein. Vorteilhafterweise besteht diese Faservliesdeckschicht aus einem schmelzgeblasenen Gespinst, welches mit Ultraschall provisorisch gebunden ist. Diese schützende Deckschicht weist vorzugsweise ein Gewicht von 10 bis 25 g/m<2>, insbesondere 17 g/m<2> auf. Dieses Faservlies kann eine Dicke von weniger als 1 mm aufweisen.
Es versteht sich, dass das erfindungsgemässe Dünnschichtlaminat als Verkleidungsteil ebenso gut im Automobilbau verwendet werden kann wie im Maschinen- und Bauwesen. Insbesondere eignet es sich zur Verwendung als Fahrzeugtürabsorber, Dachhimmelverkleidung oder Gepäckablageverkleidung.
The present invention relates to a sound-absorbing thin-layer laminate according to the preamble of claim 1, with at least two open-pore fiber layers, and to a method for producing the same.
Sound-absorbing thin-film laminates are mainly used in the automotive industry, which is increasingly striving to manufacture light, inexpensive and low-noise vehicles. This necessitates the use of inexpensive, thin and light components which also have good sound-absorbing properties.
US 5,298,694 describes thin nonwoven laminates for the cladding of vehicle doors. These laminates comprise a fiber fleece of at least 5 mm thick made of thermoplastic fibers, which is laminated with a thin fabric, a fleece, a film or a foil. The fiber fleece, which is at least 5 mm thick, consists of a mixture of melt-blown microfibers and bulged crimped fibers. Due to the relatively large diameter of the microfibers (up to 15 μm) and the fact that the air flow resistance in the individual layers is not regulated or specified, the sound-absorbing properties of these materials are not optimized and these materials take sound absorption into account, in particular for the lower frequencies Not.
Because of the relatively large diameter of the fibers used (5-15 μm), these nonwoven fiber laminates essentially have a carrier function and are distinguished by their mechanical properties, their sound-absorbing effectiveness being rather average.
It is an object of the present invention to provide an acoustically highly effective and lightweight thin-film laminate in a simple and cost-effective manner. In particular, a laminate is to be created which, in the lower frequencies, has excellent sound-absorbing properties (with a comparable thickness) and at the same time has a certain structural stability.
This object is achieved according to the invention by a sound-absorbing thin-film laminate with the features of claim 1 and in particular by a thin-film laminate made from two different materials. The laminate according to the invention comprises a thin layer of microfibers, which is bonded to a carrier layer made of an open-pore fiber fleece with a low density. In a preferred embodiment, the microfibers consist of melt-blown polypropylene and have a fiber diameter of approximately 2-5 μm. It goes without saying that these microfibers can also be produced from another polyolefin, polyester, polyurethane or nylon. The microfiber layer reaches a thickness of only 0.3 to 0.7 mm and has a basis weight of 30 to 100 g / m <2>.
The backing layer used in accordance with the invention has a basis weight of less than 2000 g / m 2, a thickness of up to 50 mm and can be made from cotton fibers, synthetic fibers or another fiber mixture. The microfiber layer is glued to the nonwoven layer.
It can be seen that the coating according to the invention of an open-pore, weakly compressed fiber fleece layer with an extremely thin layer of microfibers creates a component which has a surprisingly high absorption coefficient. This leads to highly effective, sound-absorbing, thin components with a low basis weight. In addition, the microfiber layer proves to be water-repellent and thus enables the thin-film laminates according to the invention to be used even in a damp or wet environment.
The weakly compacted nonwoven backing layer advantageously comprises fibers which are bonded with thermoplastic fibers or thermosetting resins in order to be able to be shaped into predetermined contours by means of pressure and heat treatment in the production of sound-absorbing vehicle parts, in particular carpets or dash panels.
In further developments of the thin-layer laminate according to the invention, a third layer of non-woven fabric can be applied over the layer of microfibers. This third nonwoven layer can further improve the sound absorption capacity of the thin-layer laminate and at the same time protects the extremely thin microfiber layer against any abrasion.
The thin-film laminate according to the invention is preferably used in automobile construction, and in particular wherever thin, highly effective, sound-absorbing components with low weight are required.
The present invention is to be explained in more detail below using an exemplary embodiment and with the aid of the figures. It shows:
1 is a diagram with comparative measurements of the sound absorption coefficients of different thin-film laminates,
Fig. 2 is a schematic representation of the method for producing thin-film laminates according to the invention.
The sound absorption measurements of various thin-film laminates shown in FIG. 1 clearly show the surprisingly significant improvement in sound absorption when using thin-film laminates according to the invention. The course of curve b shows the frequency dependency of the absorption coefficient for a 9 mm thick laminate of conventional foam and conventional fiber fleece (polypropylene, 0.5 "osy" = ounce per square yard). This absorption coefficient alpha b is in the range of low frequencies, i.e. below 1000 Hz, less than 0.1 and increases essentially linearly in the range of higher frequencies, i.e. shows a value of 0.15 at frequencies of 2000 Hz and a value of 0.3 in the range of 4000 Hz.
As a reference measurement, the absorption coefficient alpha a of the uncoated foam of the same thickness (9 mm) was measured under the same conditions. The course of this absorption coefficient alpha a can be seen from curve a in FIG. 1. The values of the absorption coefficient alpha a are about 30% below the values of the absorption coefficient alpha b. The course of the absorption coefficient alpha c of a thin-layer laminate according to the invention can be seen from curve c in FIG. 1. At a frequency of 500 Hz, this thin-film laminate already has a higher absorption coefficient alpha c with a value of 0.1. The value of this absorption coefficient increases more or less linearly towards higher frequencies up to 0.9 at 4000 Hz.
If the thin-film laminate according to the invention is provided with a conventional fiber fleece, so that the overall thickness of the component is 9.5 mm, the sound absorption coefficient alpha d of this expanded thin-film laminate is improved by about 5% to 10% compared to the absorption coefficient alpha c in the range from 1500 to 3500 Hz.
The surprising improvement in the absorption coefficient alpha c comes about through the structure of the thin-layer laminate according to the invention. In a preferred embodiment, this comprises a conventional, 9 mm thick, open-pore fiber fleece with a weight per unit area of less than 300 g / m 2. A 0.5 mm thick microfiber layer made of melt-blown microfibers lies on this non-woven fabric. These fibers have a diameter in the range of 2-5 µm and are usually made of polypropylene.
The thin-layer laminate used for the measurement of the absorption coefficient alpha c has 40 g / m 2 of such melt-blown microfibers. With the measured absorption coefficient alpha d of the trilaminate, the microfiber layer is covered with a protective fiber fleece layer, which consists of a mixture of cellulose fibers and polyester fibers (17 g / m 2).
2 shows a possible process sequence for the continuous production of the thin-film laminate according to the invention. In this case, a suitable web of a nonwoven carrier material 4 is drawn off from a first roll 3 and guided to a pair of pinch rolls 8 via deflection rolls 5, 6, 7. At a work station I, the removed nonwoven web 4 with an adhesive 9, in particular a contact adhesive, respectively. sprayed a crosslinking PSA adhesive (pressure-sensitive adhesive), which is dried using an IR radiator 10. A web 11 made of meltblown fibers is placed on the nonwoven carrier 4 pretreated in this way. The two webs 4, 11 are guided together through the pinch rollers 8 and connected to one another.
With the pinch rollers 8, the material of the nonwoven support 4 can be compressed in the desired manner at the same time. The material laminated in this way is then cut into raw pieces and fed to a molding press. It goes without saying that the thin-film laminates according to the invention can also be produced from pre-cut pieces of material. In any case, the adhesive 9 is sprayed on in a very fine form and care is taken to ensure that the droplets deposited on the open-pored nonwoven fabric do not run, i.e. do not form a closed film and / or penetrate into the pores of the nonwoven fabric so that the individual pores of the nonwoven fabric do not close during the subsequent lamination.
The thin-layer laminate produced in this way essentially has a thin non-woven layer made of a light non-woven fabric with a basis weight of less than 2000 g / m 2 and a thickness of less than 50 mm, and an associated microfiber layer made of melt-blown microfibers, the fiber diameter of which is 1 to Is 10 µm. In a preferred embodiment, the light nonwoven backing layer has a thickness of about 6 to 15 mm, preferably 9 mm. This nonwoven layer is preferably made of cotton fibers, synthetic fibers or mixed fibers. In this embodiment, the microfiber layer has a thickness of 0.3 to 0.7 mm and a basis weight of 30 to 100 g / m 2.
The microfibers of this microfiber layer consist of meltblown polypropylene, polyolefin, polyester, polyurethane or nylon and these fibers have a diameter of 2 to 5 μm. The thickness of the microfiber layer used is preferably 0.3 to 0.7 mm and has a weight per unit area of 35 to 45 g / m 2, in particular 40 g / m 2. The thin-layer laminate constructed in this way has a sound absorption coefficient alpha, which has a value of more than 0.4 at 2000 Hz. The layers laminated on top of one another are preferably connected to one another with the aid of a sprayed-on adhesive. Crosslinking water-based PSA adhesives can be considered as suitable adhesives.
In a development of the thin-film laminate according to the invention, a nonwoven cover layer is applied to the microfiber layer. This cover layer can be formed from a mixture of cellulose fibers and polyester fibers or from polypropylene fibers. Advantageously, this nonwoven cover layer consists of a meltblown web, which is temporarily bound with ultrasound. This protective cover layer preferably has a weight of 10 to 25 g / m 2, in particular 17 g / m 2. This nonwoven fabric can have a thickness of less than 1 mm.
It goes without saying that the thin-film laminate according to the invention can be used as a covering part in automotive engineering as well as in mechanical engineering and construction. In particular, it is suitable for use as a vehicle door absorber, headliner trim or luggage rack trim.