WO2001057301A1 - Acoustically effective fibrous material - Google Patents

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Abstract

The invention relates to a layer of fibrous material (1) for use as a noise-reducing lining in vehicle interiors, a number of elastic hollow bodies (4) being embedded in said layer. The dimensions of the hollow bodies are between a hundredth and a millimetre, preferably between 0.02 and 0.1 mm, and they make up at least 10 % of the volume of the fibrous material layer. The layer of fibrous material has a bulk density of 150 kg/m3 at most.

Description

AKUSTISCH WIRKSAMER ISOLATIONSFASERWERKSTOFF ACOUSTICALLY EFFECTIVE INSULATION FIBER MATERIAL
Die Erfindung betrifft eine Faserstoffschicht zur Verwendung als geräuschmindernde Auskleidung in Fahr- zeuginnenräumen, beispielsweise zur Verwendung als Bodenbelag, Dachhimmel oder Kofferraumauskleidung.The invention relates to a fibrous layer for use as a noise-reducing lining in vehicle interiors, for example for use as a floor covering, headlining or trunk lining.
Um die Übertragung von Fahrgeräuschen ins Fahrzeuginnere zu mindern, werden in der Automobilindustrie seit längerem mehrschichtige Schallisolierungen verwendet. Diese sind vorwiegend als Masse/Feder-System konzipiert, bei dem die Federschicht aus Faservliesen oder Weichschaum besteht und die Masse durch eine kompakte, meist Bitumen enthaltende Schwerschicht ge- bildet wird. Bodenisolierungen und Kofferraumauskleidungen besitzen zumeist noch eine sichtseitige Tep- pichkaschierung, die ebenfalls zur Verbesserung der Akustik beitragen kann. Naturgemäß sind derartige Schichtverbundsysteme schwer. Das Flächengewicht ei- nes solchen Dämm- und Dämpfungssystems beträgt mehre- re Kilogramm je Quadratmeter. Zur Gewichtsreduzierung, möglichst ohne Verlust an akustischer Wirksamkeit, wurden Abwandlungen des Feder/Masse/Systems vorgeschlagen. In EP-A-0 334 178 wird beispielsweise offenbart, die Federschicht aus Weichschaum, und die Masseschicht aus demselben Material zu gestalten, wobei der Masseschichtbereich durch Vlies- oder Schnittschaumeinlagen verfestigt und nahezu luftundurchlässig kompaktiert ist. Wie üblich gehört auch zu diesem System eine Dekorabdeckung wie eine Teppichschicht. Laut WO 98/18657 kann die Schwerschicht des Schichtverbundes durch eine mikroporöse Versteifungsschicht geringen Flachengewichtes ersetzt werden, mit der Folge verbesserter akustischer Eigen- schaffen.In order to reduce the transmission of driving noise into the vehicle interior, multilayer sound insulation has been used in the automotive industry for a long time. These are primarily designed as a mass / spring system, in which the spring layer consists of non-woven fabrics or soft foam and the mass is formed by a compact, mostly containing bitumen heavy layer. Floor insulation and trunk linings mostly still have a carpeting on the visible side, which can also contribute to improving the acoustics. Such layered composite systems are naturally difficult. The basis weight of such an insulation and damping system is several re kilograms per square meter. Modifications to the spring / mass / system have been proposed to reduce weight, if possible without loss of acoustic effectiveness. EP-A-0 334 178, for example, discloses designing the spring layer from soft foam and the mass layer from the same material, the mass layer area being consolidated by fleece or cut foam inserts and being compacted almost airtight. As usual, this system also includes a decorative cover like a layer of carpet. According to WO 98/18657, the heavy layer of the layer composite can be replaced by a microporous stiffening layer with a low basis weight, with the result of improved acoustic properties.
In allen beschriebenen akustisch wirksamen Verbundsystemen ist die Federschicht entweder ein offenporiger Leichtschaum oder ein ebenfalls offenporiges Faser- vlies aus Natur-Organo- oder Mineralfasern, ggf. ein Vlies aus Mischungen dieser Fasern. Die Offenporig- keit bewirkt zusatzlich, wenn die Dekorabdeckung ebenfalls offenportg ist, eine gewisse Dampfung der hohen Frequenzen des Storschalles .In all of the acoustically effective composite systems described, the spring layer is either an open-pore lightweight foam or a likewise open-pore fiber fleece made from natural organo or mineral fibers, possibly a fleece made from mixtures of these fibers. The open porosity also causes a certain damping of the high frequencies of the Storschalles if the decor cover is also open port.
Hier setzt die Erfindung an, die zur Aufgabe hat eine FaserstoffSchicht anzugeben, die in möglichst verschiedenartigen Schichtverbundwerkstoffen an sich bekannten Aufbaues und ggf. unterschiedlicher akusti- scher Wirkung einsetzbar ist und die darüber hinaus als Einzelschicht schon akustisch wirksam ist. In einem Schichtverbund soll sie dadurch erheblich zur Gewichtsreduzierung beitragen, daß wegen ihrer großen akustischen Wirksamkeit in den meisten Fallen eine Schwerschicht entfallen kann. Diese Aufgabe wird erfmdungsgemaß gelost durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale. Die Unteranspruche geben vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung an.This is where the invention comes in, which has the task of specifying a fibrous layer which can be used in a variety of different layered composites known structure and possibly different acoustic effect and which is also acoustically effective as a single layer. In a layered composite, it is said to contribute significantly to weight reduction in that, due to its great acoustic effectiveness, a heavy layer can be dispensed with in most cases. This object is achieved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1. The subclaims indicate advantageous developments of the invention.
Bei Schallabsorptionsmessungen an Faserschichten, die auf ihre Eignung als Federschicht in Schallabsorptions-Verbundsystemen untersucht wurden, wurde überraschend gefunden, daß Faserschichten, denen gebiahte elastische Hohlkörper gemäß Anspruch 1 zugemischt waren, ein erhebliches eigenes Schallabsorptionsvermo- gen aufweisen. Bereits ohne Zusammenwirken mit anderen Verbundschichten wurden Absorptionswerte erreicht, die denen handelsüblicher Produkte erheblich größerer Dicke entsprechen, sie sogar in Frequenzbereichen zwischen 400 Hz und 1 KHz übertreffen konnten. Ein Vergleich einer erfindungsgemaßen Faserschicht mit einem handelsüblichen Fertigprodukt aus phenolharzgebundener Baumwolle, das für den gleichen Zweck eingesetzt wird, zeigt die Vorteile der Erfindung :In sound absorption measurements on fiber layers, which were examined for their suitability as a spring layer in sound absorption composite systems, it was surprisingly found that fiber layers to which curved elastic hollow bodies had been mixed had a considerable inherent sound absorption capacity. Even without interaction with other composite layers, absorption values were achieved which correspond to those of commercially available products of considerably greater thickness, and which could even exceed them in frequency ranges between 400 Hz and 1 KHz. A comparison of a fiber layer according to the invention with a commercially available finished product made of phenolic resin-bonded cotton, which is used for the same purpose, shows the advantages of the invention:
Handelsprodukt (Sommold)Commercial product (Sommold)
Flachengewicht: 1220 g/m2 Dicke: 15mmWeight: 1220 g / m 2 Thickness: 15mm
Faserschicht mit elastischen HohlkörpernFiber layer with elastic hollow bodies
Flachengewicht: 300 g/m2 Dicke: 4,5 mmWeight per unit area: 300 g / m 2 Thickness: 4.5 mm
Bei vergleichbaren Absorptionswerten betragt das Flachengewicht der Faserschicht somit nur etwa ein Vier- tel des Flachengewichtes des Handelsproduktes, bei nur etwa einem Drittel von dessen Dicke. Weiterhin zeigte sich, daß in dem empfindungserheblichen Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 1 KHz die untersuchte Faserschicht mit Hohlkörpern sogar deut- lieh bessere Absorptionswerte aufwies als das Handelsprodukt. Da in einem Fahrzeug meist mehrere Quadratmeter Dämmstoff eingesetzt sind, ergibt der erfindungsgemäße Schichtverbundwerkstoff ein erhebliches Einsparpotential an Gewicht und Raum. Bei ver- gleichbarer Dicke mit dem Handelsprodukt ergäbe sich bei ca. 14 mm Dicke für eine entsprechende Faserschicht mit 900 g/m2 immer noch eine Gewichtsersparnis von über 300 g/m2, entsprechend dem bekannten Zusammenhang zwischen der Dicke der Absorptionsschicht und der Schallabsorption ergäbe sich für diesen Fall eine in allen Frequenzbereichen deutlich verbesserte Schallabsorption gegenüber dem Handelsprodukt.With comparable absorption values, the basis weight of the fiber layer is thus only about a fourth of the basis weight of the commercial product, with only about a third of its thickness. Furthermore, it was found that in the frequency range between 400 Hz and 1 KHz, the fiber layer examined with hollow bodies had significantly better absorption values than the commercial product. Since several square meters of insulation material are usually used in a vehicle, the layered composite material according to the invention results in considerable weight and space savings potential. In a comparable thickness to the commercial product still the known relationship between the thickness of the absorption layer and the sound absorption would result in approximately 14 mm thickness for a corresponding fiber layer having 900 g / m 2, a weight saving of about 300 g / m 2, corresponding to this would result in significantly improved sound absorption in all frequency ranges compared to the commercial product.
Um die erforderliche akustische Wirksamkeit des Fa- servlieses mit eingebetteten Hohlkörpern zu erzielen, ist ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m3 ausreichend. Die Dicke des Faservlieses kann unter 20 mm liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 10 mm. Der Anteil der Hohlkörper am Volumen der gesamten Fa- serstoffschicht beträgt mindestens 10%. Die Hohlkörper haben vorzugsweise Kugelgestalt. Derartige Kugeln sind als blähfähige Vorprodukte beispielsweise unter dem Handelsnamen Expancel der Firma Akzo (dies sind kleine Polymerpartikel, die mit einem Gas gefüllt sind, welches bei Erwärmung expandiert) erhältlich. In Wasser dispergiert, lassen sie sich in ein Vlies aus 2-Komponenten-Polyesterfasern (Biko-Fasern) beispielsweise durch Tränken oder Aufsprühen einbringen. Derartige Faservliese lassen sich thermisch verfesti- gen, d.h. die äußere Komponente der Biko-Fasern, die einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Kernfa- sern, schmilzt beim thermischen Verfestigen und verklebt die Fasern des Vlieses an deren Kreuzungspunkten. Dieser thermische Prozeß kann auch genutzt werden, das ungeblähte Vorprodukt zu blähen und so die elastischen Hohlkörper im Faservlies zu erzeugen.To achieve the required acoustic effectiveness of the fiber fleece with embedded hollow bodies, a density of at most 150 kg / m 3 is sufficient. The thickness of the nonwoven fabric can be less than 20 mm, preferably in the range between 5 and 10 mm. The proportion of the hollow body in the volume of the entire fiber layer is at least 10%. The hollow bodies preferably have a spherical shape. Balls of this type are available as expandable precursors, for example under the trade name Expancel from Akzo (these are small polymer particles which are filled with a gas which expands when heated). Dispersed in water, they can be introduced into a fleece made of 2-component polyester fibers (bico fibers), for example, by soaking or spraying. Such nonwovens can be thermally consolidated, ie the outer component of the bico fibers, which has a lower melting point than the core fibers. it melts during thermal consolidation and glues the fibers of the fleece at their crossing points. This thermal process can also be used to inflate the unexpanded preliminary product and thus produce the elastic hollow bodies in the nonwoven fabric.
Für die akustische Wirksamkeit ist die Kugelgestalt der Hohlkörper jedoch nicht unabdingbar: Langgestreckt ausgebildete Hohlkörper, beispielsweise in Form von endseitig verschlossenen Hohlfaserabschnitten, erfüllen den gleichen Zweck. Die gute akustische Wirksamkeit der Faserstoffschichten mit eingebetteten Hohlkörpern ermöglicht in vielen Fällen einen sehr einfachen Schichtverbund: Ein einheitlicher Kern aus dem Faserstoff ist zwischen zwei Deckschichten angeordnet, von denen die rückseitige beispielsweise eine Feuchtesperre sein kann, während die sichtseitige Kaschierung nach Beanspruchungs- und/oder ästhetischen Kriterien gewählt ist. In vielen Fällen ist die Sichtseite beispielsweise eine Teppichkaschierung .However, the spherical shape of the hollow bodies is not indispensable for the acoustic effectiveness: elongated hollow bodies, for example in the form of hollow fiber sections closed at the ends, serve the same purpose. The good acoustic effectiveness of the fibrous layers with embedded hollow bodies enables a very simple layer composite in many cases: A uniform core made of the fibrous material is arranged between two cover layers, of which the back can be, for example, a moisture barrier, while the visible lamination after stress and / or aesthetic criteria is chosen. In many cases, the visible side is, for example, carpet lamination.
Doch auch in komplizierter ausgebauten Schallschlucksystemen ist eine derartige Faserstoffschicht als Komponente einsetzbar, beispielsweise als Federschicht in einem Masse/Feder-System. In diesem Fall wird die akustische Wirksamkeit des Verbundsystems zusätzlich verbessert.However, such a fibrous layer can also be used as a component in more complicated sound absorption systems, for example as a spring layer in a mass / spring system. In this case, the acoustic effectiveness of the composite system is further improved.
Das angeführte Beispiel des thermisch verfestigten Polyestervlieses erläutert ein fertigungstechnisch besonders günstiges Fertigungsverfahren. Andere Fasern aus dem Organo-Mineral- und Biobereich, mit denen Vliese gebildet werden können, eignen sich für die Realisierung der Erfindung ebenso, wie Mischfaser-Vliese. Ggf. ist die thermische Verfestigung ver- zichtbar und kann durch Vernadeln ersetzt werden.The given example of the thermally bonded polyester fleece explains a manufacturing process that is particularly favorable in terms of production technology. Other fibers from the organic mineral and bio sector, with which nonwovens can be formed, are just as suitable for realizing the invention as mixed fiber nonwovens. Possibly. thermal bonding is not necessary and can be replaced by needling.
Auch in solchen Vliesen können blähfähige Vorprodukte durch eine thermische Nachbehandlung des vernadelten Vlieses zu entsprechenden Hohlkörpern entwickelt werden.Expandable precursors can also be used in such nonwovens can be developed into corresponding hollow bodies by thermal post-treatment of the needled fleece.
Die Erfindung sei nunmehr anhand der Figuren näher erläutert:The invention will now be explained in more detail with reference to the figures:
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einesFig. 1 shows a schematic representation of a
Volumenelementes der FaserstoffSchicht , undVolume element of the fibrous layer, and
Fig. 2 zeigt die Absorptionskurven eines Handelsproduktes und einer FaserstoffSchicht mit eingebetteten Hohlkörpern.Fig. 2 shows the absorption curves of a commercial product and a fibrous layer with embedded hollow bodies.
In Figur 1 ist mit 1 ein Volumenausschnitt eines Faservlieses bezeichnet. 2 sind die Biko-Polyesterfa- sern, die an den Kreuzungspunkten 5 durch thermisches Verfestigen miteinander verklebt sind. Die kugelförmigen Hohlräume 3 sind von die Hohlkörper bildenden elastischen Polymerhüllen 4 umschlossen, die sich zwischen den Fasern 2 anlagern und beim thermischen Verfestigen nach dem Blähen punktuell ebenfalls mit der Außenhülle der Fasern 2 verbunden werden. Der Durchmesser der Hohlkörper liegt zwischen etwa einem Hundertstel Millimeter und einem Millimeter; er ist vor allem von der Faserstoffdicke abhängig, in die die Hohlkörper eingelagert werden sollen. Bevorzugt sind Durchmesser zwischen 0,02 mm und 0,1 mm.In Figure 1, 1 denotes a volume section of a nonwoven fabric. 2 are the biko-polyester fibers which are glued together at the crossing points 5 by thermal solidification. The spherical cavities 3 are enclosed by the elastic polymer shells 4 forming the hollow bodies, which accumulate between the fibers 2 and are also selectively connected to the outer shell of the fibers 2 during thermal consolidation after expansion. The diameter of the hollow body is between approximately one hundredth of a millimeter and one millimeter; it is primarily dependent on the fiber thickness in which the hollow bodies are to be embedded. Diameters between 0.02 mm and 0.1 mm are preferred.
In Figur 2 ist mit 6 die flächenbezogene Frequenzkurve eines Faservlieses mit eingebetteten elastischen Hohlkörpern (Dicke: 4,5 mm, Flächengewicht: 300 g/m2) bezeichnet, die der entsprechenden Kurve für den handelsüblichen Dämmstoff Sommold (Dicke: 15 mm, Flä- chengewicht: 1200 g/m2) gegenübergestellt, welche mit 7 bezeichnet ist. In den empfindungsrelevanten Fre- quenzbereichen zwischen 0,4 KHz und 1 KHz ist das Faservlies mit Hohlkörpern trotz geringerer Dicke und vor allem trotz geringeren Flächengewichtes dem Handelsprodukt deutlich überlegen, im Bereich zwischen 2 KHZ und 5 KHz, in dem Bereich also, der für dieIn FIG. 2, 6 denotes the area-related frequency curve of a nonwoven fabric with embedded elastic hollow bodies (thickness: 4.5 mm, area weight: 300 g / m 2 ), which corresponds to the corresponding curve for the commercially available insulation material Sommold (thickness: 15 mm, area chenggewicht: 1200 g / m 2 ), which is denoted by 7. In the sensation-relevant fre- frequency ranges between 0.4 KHz and 1 KHz, the nonwoven fabric with hollow bodies is clearly superior to the commercial product, despite its reduced thickness and, above all, its lower basis weight, in the range between 2 KHZ and 5 KHz, i.e. in the range for the
Sprachverständlichkeit maßgebend ist, hat das Faservlies zwar keine so große Absorptionsfähigkeit wie das Handelsprodukt, aber immer noch Werte, die eine gute Sprachverständlichkeit im Innenraum bei ausreichender Absenkung des Störschallpegels garantieren." Speech intelligibility is decisive, the fiber fleece does not have as great an absorbency as the commercial product, but still values that guarantee good speech intelligibility in the interior with sufficient reduction of the noise level. "

Claims

Patentansprüche claims
1. Faserstoffschicht (1) zur Verwendung als geräuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenraumen, in die eine Vielzahl von elastischen Hohlkörpern (4) eingebettet ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m3 besitzt, daß die Hohlkörper (4) Abmessungen im Bereich von etwa einem Hundertstel Millimeter bis zu einem Millimeter haben, und daß der Volumenanteil der Hohlkörper (4) mindestens 10% des Vo- lumens der Faserstoffschicht (1) beträgt.1. fibrous layer (1) for use as a noise-reducing lining in vehicle interiors, in which a variety of elastic hollow bodies (4) is embedded, characterized in that a density of at most 150 kg / m 3 has that the hollow body (4) dimensions in the area have from about a hundredth of a millimeter to a millimeter, and that the volume fraction of the hollow bodies (4) is at least 10% of the volume of the fibrous layer (1).
2. Faserstoffschicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlkörper (4) im Bereich von 0,02 mm bis 0,1 mm liegen.2. fibrous layer according to claim 1, characterized in that the dimensions of the hollow body (4) are in the range of 0.02 mm to 0.1 mm.
3. Faserstoffschicht nach Anspruch 1 oder 2, da- durch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) näherungsweise Kugelgestalt haben.3. Fibrous layer according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow bodies (4) have approximately spherical shape.
4. Faserstoffschicht nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (49 langgestreckt ausgebildet sind.4. fibrous layer according to claim 1 or 2, characterized in that the hollow body (49 are elongated).
5. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis5. Fibrous layer according to one of claims 1 to
4, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein thermisch verfestigtes Polyestervlies ist.4, characterized in that it is a thermally bonded polyester fleece.
6. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis6. Fibrous layer according to one of claims 1 to
5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Dicke von 2 mm bis 20 mm, vorteilhaft von 5 mm bis 10 mm besitzt. 5, characterized in that it has a thickness of 2 mm to 20 mm, advantageously from 5 mm to 10 mm.
7. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) aus Kunststoff bestehen.7. fibrous layer according to one of claims 1 to 6, characterized in that the hollow body (4) consist of plastic.
8. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie ein Flachengewicht von 300 g/m2 bei einer Dicke von 4,5 mm aufweist .8. fibrous layer according to one of claims 1 to 7, characterized in that it has a basis weight of 300 g / m 2 at a thickness of 4.5 mm.
9. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis9. fibrous layer according to one of claims 1 to
8, dadurch gekennzeichnet, daß sie Fasern (2) aus 2-Komponenten-Polyester mit einer äußeren8, characterized in that they have fibers (2) made of 2-component polyester with an outer
Komponente mit niedrigerem Schmelzpunkt als dem der inneren Komponente enthält.Contains component with a melting point lower than that of the inner component.
10. Faserstoffschicht nach einem der Ansprüche 1 bis10. Fibrous layer according to one of claims 1 to
9, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil eines Schichtverbundes ist.9, characterized in that it is part of a layer composite.
11. Faserstoffschicht nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer Schwerschicht ein Masse/Federsystem bildet. 11. Fibrous layer according to claim 10, characterized in that it forms a mass / spring system with a heavy layer.
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