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TW201739603A - 用於汽車引擎室的吸音襯及具有其之吸音飾板部件 - Google Patents

用於汽車引擎室的吸音襯及具有其之吸音飾板部件 Download PDF

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TW201739603A
TW201739603A TW105143693A TW105143693A TW201739603A TW 201739603 A TW201739603 A TW 201739603A TW 105143693 A TW105143693 A TW 105143693A TW 105143693 A TW105143693 A TW 105143693A TW 201739603 A TW201739603 A TW 201739603A
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TW
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sound absorbing
fiber
layer
lining
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TW105143693A
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黛芬妮 吉涅
維普 沙發利亞
格雷戈里 溫尼格
蘿拉 格塔多
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歐拓管理股份公司
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Publication date
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Abstract

一種用於汽車引擎室的吸音襯(sound absorbing liner)，其包括：至少一纖維層(fibrous layer)，所述纖維層由數個纖維與經熱模製過程形成所述吸音襯之熱固性黏合劑(thermoset binder)所組成。其特徵在於，此些纖維包括數個熱塑性並排雙元纖維(thermoplastic side by side fiber)，其中，所述熱塑性並排雙元纖維的並排側面不相同，使得纖維具有捲曲或彎曲的形狀。

Description

高級熱固性毛氈的雜訊衰減
本發明是有關於一種用於批覆層的纖維材料以及此種纖維材料之製造方法，特別是關於一種使用於汽車引擎室的飾板部件之纖維材料。
樹脂黏合紡織毛氈(resin bonded textile felts)係長期主要用於汽車工業的隔音材料。樹脂黏合毛氈係一種多孔纖維材料，其由原生纖維(virgin fiber)和/或回收纖維(主要為棉)加上用作黏合劑的熱固性樹脂(thermoset resin)所製成。其他的添加劑亦可存在於此種毛氈製劑(felt formulation)，例如：阻燃劑、加工助劑、疏水劑等。
樹脂毛氈可固化(cured)後經切割形成墊材(padding)而用以提升噪音衰減的性能，例如引擎室內的防火牆襯或小型局部板料。此種樹脂毛氈亦可用來襯填塑膠護片，例如下引擎護板(under engine shield)或引擎蓋板(bonnet shield)。
樹脂毛氈亦可固化後經熱模塑過程形成剛性或半剛性的板料，其用作如引擎護板(engine shield)、引擎蓋板(engine cover)、外檔板(outer dash panel)、或引擎蓋襯(bonnet liner panel)。
此種纖維合成物會使用玻璃纖維以提升結構剛性(stiffness)。
實例上所使用的樹脂黏合劑係係為改性或未改性的酚醛樹脂或甲階酚醛樹脂製品或環氧樹脂，上述的樹脂皆能以錠劑、粉末、薄片、團塊、溶劑型液體或水基液體的形式使用。
上述的樹脂毛氈材料係長期使用於汽車工業，且近十年來所使用的纖維合成物和/或材料並沒有實際的改變。然而，根據現有技術所使用的此種毛氈層克服了限制。尤其是在製造過程中毛氈的厚度趨於塌陷，且特以用於再生纖維的纖維趨於在精梳處理(carding)或氣流式織造過程(airlay process)後聚集在一起，從而產生不規則的毛氈墊料作為用於形成汽車部件的初始材料。此外，當前的毛氈墊料可使產品產生圓角但無法隨著模塑器具的輪廓強烈變化。因此，這些產品對於用作汽車的隔音內襯的適配性不佳，且降低噪音衰減的效果。由於所使用纖維材料的重量，在精梳處理(carding)或氣流式織造過程(airlaying)後之墊料的最大厚度亦受到限制，甚至有時不能達到所需的厚度。目前只能透過增加纖維的密度和/或墊料的單位面積重量來調整，而這將增加最終的批覆層(cladding)、板料(padding)，襯(liner)或飾板部件(trim part)的重量。
因此，本發明之目的在於進一步將現有技術的樹脂纖維隔音產品最佳化，特別是進一步最佳化產品整體的隔音與阻熱表現。
本發明之目的可由申請專利範圍第1項之吸音襯來達成。本發明之汽車外部吸音襯，其包括至少一個纖維層，此纖維層由數個纖維和經加熱固化形成襯的熱固性黏合劑所組成；其中所述纖維包括熱塑性並排雙元纖維(thermoplastic side by side bicomponent fiber)，且所述熱塑性並排雙元纖維之並排側面(side)不同，使得纖維具有捲曲或彎曲的形狀。
使用捲曲纖維(frizzy fiber)與熱固性黏合劑(thermoset binder)的組合物出乎意料地能在保有吸音性能的同時在較低的密度下增加厚度。這使得能夠更好地填充可用空間，而不需額外增加飾板部件的重量。
捲曲纖維由熱塑性雙組分或共軛(conjugate)並排的纖維所形成，並且並排側面不同，使得纖維具有捲曲或彎曲的形狀。舉例來說，兩並排側面係設置成使一側面與另一側面不同程度地收縮，由此導致纖維絲的形狀偏離直線而彎曲成形，例如：螺旋形(spiral)、Ω形(omega)或螺圈形(helical)。然而在大多數的情況下，所述纖維的形狀不一定是規則的結構，但不規則的三維形狀亦具有相同的技術特點。
捲曲纖維係為並排的雙元纖維或共軛纖維。較佳來說係選擇共軛材料(conjugate material)，因為黏滯係數的差異可使纖維本身產生蜷曲(curl)或捲曲(frizzy)。然而，亦可選擇其他類型的共軛纖維，若其可表現出類似所定義的功效。
在熱固性毛氈襯材料(thermoset felt lining material)中添加捲曲纖維出乎意料地會增加透過如精梳處理法(carding method)或更佳的氣流式織造法(airlaying method)所製造的材料層之均勻性，捲曲纖維會自然地趨向於回復成隨機的捲曲形式而賦予纖維額外的彈性。舉例來說，疏鬆的材料於加工過程中不再形成結塊，並且更佳地分散在整個纖維層之中。
申請專利範圍中所述材料出乎意料地可以更精確地熱成型為三維形狀。此外，材料本身的彈性在固化過程或模塑過程期間不會大幅度降低，這表示纖維在實際飾板部件進行固化過程(curing)或模塑過程(moulding)時不易於劣化。進一步說，這種材料纖維墊料料在使用過程中仍保持彈性，因此，經模塑過程後可直接獲得較大的初始厚度。
捲曲雙元纖維或捲曲共軛纖維係由以下其中一種或組合物所製成： ‧聚胺纖維(尼龍)，較佳為聚醯胺6或聚醯胺6,6，簡稱尼龍； ‧聚酯和/或其共聚物，例如：聚對苯二甲酸乙二酯，簡稱PET、聚對苯二甲酸丁二酯，簡稱PBT； ‧聚烯，例如：聚丙烯(PP)或聚乙烯(PE)；或者， ‧上述提及的聚合物與其之共聚物的組合物，例如：聚對苯二甲酸乙二酯與共聚對苯二甲酸乙二酯（PET / CoPET）之組合物。
因為聚酯具有良好的再回收性質，故使用上來說，聚酯為首選。只要材料達到可完全填充的門檻，所使用的聚合物可以是原生資源(virgin resource)或來自再回收的資源(recycled resource)。
捲曲纖較佳地具有整體為圓形的橫截面，更佳地具有中空的核結構，亦稱為中空共軛纖維(hollow conjugate fiber)。然而，亦可為習知技術領域中製造共軛捲曲纖維所使用的其他橫截面。
捲曲纖維較佳為中空結構。
所使用之捲曲纖維的短纖維長度較佳介於32 mm與76 mm之間，而纖維較佳介於2 dtex與20 dtex之間，更佳地介於2 dtex與10 dtex之間。
兩並排側面(side)、雙組成成份或兩聚合物應當分佈在纖維長絲中，使得其具有收縮差異量(shrink difference)。當數個纖維由每個組成成份的相等部分所組成並且所述組成成份在橫截面中彼此分離且位於纖維內的相對側時，可以產生兩個並排側面之間的最大收縮差異量(maximum shrink difference)。
纖維層的纖維還包括回收纖維、礦物纖維、天然纖維或熱塑性纖維中至少一種。
回收纖維由紡織織物製成，紡織織物較佳為廢絨料棉(shoddy cotton )，廢絨料合成纖維(shoddy synthetic)，廢絨料聚酯纖維(shoddy polyester)或廢絨料天然纖維(shoddy nature fiber)。其中，廢絨料的類型係界定為具有至少51%總重量的前述材料，剩下的49%可以是其他來源的纖維。舉例來說，廢絨料聚酯含有至少51％總重量的聚酯基底材料，或者廢絨料材料可以是不同合成纖維和天然纖維的混合物，而並不歸類為某一種類型。
所述的礦物纖維可係為例如：玻璃纖維、回收玻璃纖維、玄武岩纖維或碳纖維。
所使用的熱塑性纖維較佳為單組份纖維。此單組份纖維可以是以下至少一種材料：聚醯胺（尼龍），優選聚醯胺6或聚醯胺6,6；聚酯和/或其之共聚物，較佳為聚對苯二甲酸乙二酯或聚對苯二甲酸丁二酯；聚烯，較佳為聚丙烯或聚乙烯，或至少兩個上述纖維的混合物。
纖維層中的纖維可以是如下的組合物(此處的重量百分比係為纖維總重量的重量百分比)： 1 .80%棉廢絨料(cotton shoddy)與20%捲曲纖維。 2 .60%棉廢絨料(cotton shoddy)、20%捲曲纖維與20%玻璃纖維。 3. 25%棉廢絨料(cotton shoddy)、25%捲曲纖維與50%玻璃纖維。
第1項纖維組合物可以是例如用於抵靠牆壁或覆蓋於器具周圍的絕緣墊，經固化過程後便足以將材料鞏固在一起，而不需要另外做強化。第2項纖維組合和第3項纖維組合物因已增加玻璃纖維的含量，而可用於需要更堅硬的面板或飾板部件的地方，例如電池箱的周圍、引擎蓋板(engine cover)或引擎批覆層。
更一般來說，纖維層的纖維組合物可以是0至80%總重量的回收或人造纖維，至多40%總重量的捲曲纖維，以及0至60%總重量的玻璃纖維。
對於熱固性黏合劑，可以使用酚醛樹脂(novolak)或甲階型酚醛樹脂(resol type phenolic resin)或環氧樹脂(epoxy resin)。較佳可使用高達40%纖維襯總重量的樹脂，較佳為至少10%，較佳為20至30%。實例上，纖維組合物與30%纖維層總重量的樹脂結合經固化(curing)後，或經固化與成型(curing and forming)後能得到良好的飾板部件。
依照所要製造的產品，纖維墊料料較佳具有介於200和2000 g/m3 之間，較佳為介於400和1000 g/m3 之間的面積重量。
至少一熱固性纖維層可受不同程度的局部壓縮，而形成具有不同性質的區域以進一步加強襯的吸收性能，例如可以在剛性、密度、氣流阻力或這些性質的組合中之至少一個方面不相同。
在一較佳的實施例中，飾板部件被設置在汽車內而覆蓋汽車板料以減少噪音雜訊。
所製造的飾板部件會具有基本上固定的單位面積重量，然而部件的局部具有可變的密度，此可較佳地透過在飾板部件的模塑過程中壓縮熱固性纖維層以形成所需的形狀來達成，從而製造出整體透氣的產品且可用作吸音襯，以及具有重量輕且可在使用壽命期間保持產品的結構之功效。
或者，纖維墊料料會具有基本上固定的密度與可變的單位面積重量。舉例來說，當纖維墊料在注射纖維機器上製造時，如在EP 2640881中所公開的，其中包含黏合劑的纖維混合物以成品形式輸送到腔體中，在整個填充過程中纖維的密度保持固定而產生具有所需的厚度變化以及可變的單位面積重量和基本上固定的密度之纖維墊料形狀。此種預成形墊料可以如上引用的專利中公開之於機器上直接進行固化過程，或可以透過將成形體輸送至到具有相同腔體的模塑裝置內對毛氈墊料進行固化。
纖維墊料包含捲曲纖維和熱固性黏合劑，此種纖維墊料可透過精梳處理(carding)或氣流式織造過程(air laid process)形成墊料，且可經固化過程後切割形成襯墊或襯。
或者，經精梳處理後或氣流式織造過程的纖維墊料可以任意地預固化、切割和模塑以形成飾板部件或板料。
可視其需要加入附加層。例如：熱塑性或玻璃非織造紗幕層；薄膜層，較佳為熱塑性或金屬薄膜層(例如鋁)；或塑膠載體層之中至少一種。
熱塑性紗幕層、熱塑性薄膜層或塑料載體層的熱塑性材料可以是聚酯、聚烯或聚醯胺，例如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚丙烯、聚乙烯、聚醯胺6或聚醯胺6,6。
具有捲曲纖維的熱固性纖維墊料還可與泡棉層，較佳為聚氨酯多孔泡棉層結合以進一步增強隔音性能。
一種汽車飾板部件，批覆層或板料，其包括至少一個模製且固化的熱固性毛氈層，此熱固性毛氈層包括呈共軛或並排的雙元纖維形式的捲曲纖維，此些並排側面之間具有差異，致使纖維形狀呈蜷曲或捲曲
由根據本發明之由固化熱固性毛氈製成的襯可以用作為直接切割成一定尺寸的襯墊或批覆層，例如作為引擎蓋內襯的襯墊層、防火牆或外檔板襯、下引擎護板，或其他汽車車體安裝部件的襯。在大多數的此些情況下，飾板部件用作為噪音雜訊吸收器，而出乎意料地是，雖然飾板部件之間的噪音雜訊吸收能力相似，但卻具有相對於不具有捲曲纖維之飾板部件較輕的重量。
具有捲曲纖維的熱固性毛氈纖維與至少一個附加層的組合物，此附加層特別是泡棉層(foam layer)、重阻絕層(heavy barrier later)，錫箔層(foil layer)或第二毛氈層(second felt layer)，而形成具有增強的隔音性能(acoustic performance)的引擎蓋板(engine cover)或引擎批覆層(engine cladding)。
飾板部件的其它用途可以是電池蓋(battery cover)和/或側板(side pannel)以形成熱阻隔。熱固性毛氈纖維混合物或葉子板絕熱體(front fender insulator)較佳會具有玻璃纖維，其中具有捲曲纖維的熱固性毛氈纖維形成一絕熱且密封的外層。此種材料經模塑過程後具有較佳的適配程度而增強飾板部件的密封功能。
如下示例性的製造方法將會更詳細說明。然而本領域之通常知識者可預期理解如何使用其他製造方法來達到同樣的結果。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
根據本發明之教示與特定部分所需的性質來混合不同的纖維，使得纖維在所形成之材料中均勻混合。混合纖維可透過市場上習知技術製造來形成墊料或製毛氈層。較佳為使用梳棉纖維(card)或石榴石纖維(garnet)此些較定向(orientated)的纖維材料，或通過使用氣流式織造過程，例如使用Rando-Webber或其他習知的氣流式織造機器，其可製造出更散亂分布的網狀料或墊料，纖維墊料便由此形成。
由此製造的墊料可以在連續過程(continuous process)中進一步固化。墊料可固化並在最終的襯墊或襯中切割，或者預固化以形成纖維毛胚料(blank)。預固化使得黏合度僅足以運輸並儲存毛胚料用於後續處理，且足以使黏合劑樹脂再次活化。
毛胚料可以經熱模塑以形成飾板部件、批覆層或板料。舉例來說，透過將含有捲曲纖維的熱固性毛氈胚料置於模塑器具中，選擇性地加入附加層(additional layers)，例如：非梭織紗幕層(nonwoven scrim)和/或如玻璃紗層(glass veil)此類的其它加強外層(stiffening layer)，之後將模製器具封閉並加熱固化纖維毛氈層同時將所有外層疊壓在一起。亦可局部地選用玻璃紗層，而非整個表面皆為玻璃紗層，較佳以單軸向玻璃纖維(unidirectional glass)和熱塑性纖維毛氈彼此鄰接來增加飾板部件的局部彎曲剛度或整體彎曲剛度。
或者，毛胚料可在熱氣烘烤箱中預熱之後進行冷成形步驟來得到三維形狀的飾板部件。亦或將材料在模塑器具中直接進行加熱，例如使用熱流體(如熱空氣或蒸氣)加熱來得到固化後的部件。
樹脂黏合毛氈可使用如下製造方法為例： •切碎紡織材料來得到纖維，大約長1~6cm。 •透過多項定向過程(orietation process)中其一將纖維沉積在輸送機上，使得在最終毛氈墊料中可得到正確的纖維分佈。 •粉末樹脂和添加劑分佈在整個疏鬆的纖維墊料中，其中樹脂的添加比例約為3%，而紡織纖維約佔20~70%。 ‧隨後將含有樹脂的毛氈墊料移入熱空氣、蒸氣爐或兩者內，其中材料內的黏合劑會先軟化後固化，以將毛氈墊料內的纖維機械式黏合在一起。
對於未成形的毛氈墊料，烘烤箱的溫度通常在160~200 ℃的範圍內，而材料從烘烤箱拿出來時已完全固化。在切割和包裝之前，將從烘烤箱拿出的成品材料進行冷卻。而加壓蒸氣則較佳地控制在6~12bar之間以達到等效的溫度範圍。
對於加壓成形的製品，由於毛氈墊料在烘烤箱中僅部分固化，所以烘烤箱溫度可以更低和/或停留時間更短。材料僅在最後的加壓操作後才會完全固化。此加壓操作於170~190℃的加熱模塑器具中進行，且還可以將裝飾表面(decorative surface)的應用於成形製品。加壓成形後，在修飾(trimming)及包裝(packing)之前將毛氈墊料製品進行冷卻。
或者，成形製品可以在模塑器具中直接使用加壓蒸氣來製造。由此將毛氈墊料放置於模塑器具內，隨後關閉模塑器具並且將蒸氣注入模塑器具中以加熱及固化黏合劑，從而訂定成形製品。
請參照第1圖，其繪示根據本發明之熱塑性並排雙元纖維1或共軛並排纖維的橫截面。此纖維由兩種具有聚合物差異的熱塑性聚合物所製成，使得纖維在製程中捲曲形成捲曲纖維。側面2和側面3可以如第1圖中實施態樣A所示之對稱並排，或可如第1圖中實施態樣B所示之不對稱並排。此外，以第1圖實施態樣C所示之並排纖維的橫截面圖為例，纖維可以包括中空部分4。
請參照第2圖，其繪示出根據本發明之固化的熱固性毛氈層所製成的墊或襯5。本實施例中，此毛氈材料具有可變的厚度和單位面積重量，但具有固定的密度。孔洞部分6可以隨後進行切割或整合進所使用模塑器具中。由於包含捲曲纖維之熱固性纖維毛氈材料的組合物使之可以製造出複雜但形狀限定的汽車襯墊或襯。此複雜形狀係指材料厚度具有大躍階的變化。舉例來說，為了填充板料中更深的區域，可能會產生介於5mm至10mm之間的驟變，其中所需之變化係為直線變化，而非曲線逐漸變化。而飾板部件的適配程度將增強，因此飾板部件的隔音性能將隨之增加。此外，現今可製造出與不具有捲曲纖維的纖維組合物之形狀相同但重量較輕的飾板部件。因材料較為優異，故可增加噪音雜訊的吸收力。舉例來說，對於同樣的飾板部件，具有捲曲纖維的纖維層之零件可以將零件重量減少20%而不會減損厚度或其性能。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧熱塑性並排雙元纖維
2、3‧‧‧熱塑性並排雙元纖維之並排側面
4‧‧‧中空部分
5‧‧‧襯
6‧‧‧孔洞部分
A、B、C‧‧‧實施態樣
第1圖繪示雙元纖維的橫截面之示意圖。 第2圖繪示一具有根據本發明之熱固性毛氈材料之批覆層的實例。
1‧‧‧熱塑性並排雙元纖維
2、3‧‧‧熱塑性並排雙元纖維之並排側面
4‧‧‧熱塑性並排雙元纖維中空部分

Claims (11)

  1. 一種用於汽車引擎室的吸音襯，包括： 至少一纖維層，該纖維層由複數個纖維與一經熱模製過程形成該吸音襯之熱固性黏合劑所組成； 該吸音襯的特徵在於，該些纖維包括複數個熱塑性(thermoplastic)並排(side by side)的雙元纖維(bicomponent fiber)，其中該些雙元纖維的並排側面是相異的，使得各該纖維具有捲曲或彎曲的形狀。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之吸音襯，其中該些纖維更包括複數回收纖維(recycling fibers)，該些回收纖維較佳包括複數棉廢絨料(cotton shoddy)、複數合成廢絨料(synthetic shoddy)、複數聚酯廢絨料(polyester shoddy)、複數天然纖維廢絨料(natural fiber shoddy)及複數人造纖維(synthetic fiber)與複數天然纖維廢絨料(natural fiber shoddy)的混合物之其中一種。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之吸音襯，其中該些纖維更包括複數礦物纖維(mineral fiber)，該些礦物纖維較佳包括複數玻璃纖維(glass fiber)與複數玄武岩纖維(basalt fiber)之其中一種。
  4. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，其中該些纖維更包括複數熱塑性纖維，該些熱塑性纖維較佳包括聚酯(polyester)、聚胺纖維(polyamide)與聚丙烯(polypropylene)之其中一種。
  5. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，其中該些熱塑性並排雙元纖維係由聚胺纖維(polyamide)、聚酯(polyester)、聚酯的共聚物與聚烯(polyolefin)之至少一種製成，該些聚胺纖維較佳包括聚醯胺6(polyamide 6)或聚醯胺6,6(polyamide 6,6)，該聚酯較佳包括聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)或聚對苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)，該聚烯較佳包括聚丙烯(polypropylene)或聚乙烯(polyethylene)，或者，該些熱塑性並排雙元纖維係由一聚合物(polymer)和其共聚物所組成，該聚合物和其共聚物較佳包括聚對苯二甲酸乙二酯和其共聚物。
  6. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，其中該熱固性黏合劑係環氧樹脂(epoxy resin)與酚醛樹脂(phenolic resin)之其中一種。
  7. 如前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，其中該纖維層由介於0至80%重量之複數再生纖維或複數人造纖維、介於10至40%重量之複數捲曲纖維以及介於0至60%重量之複數玻璃纖維所組成。
  8. 一種吸音飾板部件(Sound absorbing trim part)，至少包括前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，該吸音襯係用作一交通工具(vehicle)之引擎室區域(engine bay area)之聲墊或聲襯，或是熱墊或熱襯。
  9. 一種吸音飾板部件，至少包括前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，該吸音襯係由熱模製形成一三維形狀部件。
  10. 一種吸音飾板部件，至少包括前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯，該吸音襯更包括至少一附加層(additional layer)，該附加層選自於一泡棉層(foam layer)、一毛氈層(felt layer)、一麻織層(scrim layer)、一非梭織層(nonwoven layer)、一阻隔層(barrier layer)、一選擇性穿孔薄膜層、一選擇性穿孔金屬層、一剛性載體層與一玻璃紗層所構成的群組。
  11. 一種如前述申請專利範圍任一項所述之吸音襯或如前述申請專利範圍第8至10項中任一項所述之吸音飾板部件之使用，其中該吸音襯或該吸音飾板部件係使用於一吸收襯或飾板、一引擎蓋板(engine cover)、一引擎蓋(hood)襯或飾板、一下引擎護板(under engine shield)、一外檔板(outer dash)、一電池蓋或一電池批覆層。
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