(57)【要約】制御可能な密度、厚さ、多孔性、および表面完全性を有する、任意形状の、均一な、軽量の、断熱性のおよび吸音性の自動車部品を形成する方法が開示される。この方法は、厚紙および紙に見られるような天然のセルロース繊維に基づき、そして可融性部品を形成するため、熱可塑性繊維および粒子のスラリーを使用する。この方法は、市販の熱成形繊維マットや連続気泡押出発泡部品の優位性、例えば優れた音響特性、優れた断熱性、軽量性などを有する部品を製造し、そしてエンジンの非効率性と、大規模な実装を可能にするためのこのような製品の高コストを制限する。【選択図】図１
2019521873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法であって、
選択された繊維と水を有するスラリーを生成するステップと；
前記スラリーに多孔性金型を曝露し、そして前記スラリーの繊維を前記多孔性金型の上に堆積させてプリフォームを形成するステップと；
前記プリフォームを脱水するステップと；
前記プリフォーム内に使用される任意の特定の結合剤を活性化しダクトを形成するために前記プリフォームに熱と圧力を印加するステップと；そして
融着した要素を金型から取り出すステップと；
を有し、
ここにおいて前記要素は実質的に構造的に安定しており、制御された密度、厚さ、多孔性、および表面完全性を有し、そして前記要素は類似の形状の固体構造と比較して本質的に音響的に吸収性である、
ことを特徴とする音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項２】
前記スラリーの繊維を前記多孔性金型の上に堆積させる前記ステップは、真空源を使用して前記多孔性金型を通過して前記スラリーを引き出すか、または印加された圧力によりポンプを使用して前記金型を通過して前記スラリーを吸い出すか、または重力を使用して前記金型を通過して前記スラリーを排出するか、のいずれかにより実行される、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項３】
前記プリフォームに熱と圧力を印加する前記ステップは、加熱した圧縮金型で前記プリフォームを圧縮することにより、および／または前記プリフォームを通過して加熱空気を流すことにより、および／または加熱空気を前記プリフォームの内側または外側を通過して流すことにより実行可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項４】
前記スラリーはまた、以下の１つまたはそれ以上から構成される、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法：種々の構成、直径、プロファイル、形状および長さの繊維、種々のポリマーの粒子、プロセススクラップの再研削を含むフィラー、発泡性ミクロスフェア、および分散剤、増粘剤、界面活性剤および他の加工助剤。
【請求項５】
前記プリフォームが前記多孔性金型から、請求項２に記載の加熱および／または冷却を印加する装置に移送されるステップを有する、ことを特徴とする請求項３に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項６】
前記プリフォームを横切って可変の堆積厚みを形成するために、分割真空を使用するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項７】
同一の組成と制御された厚みの、複数の層から構成されるダクトを形成するために、前記プリフォームを前記スラリーに複数回暴露するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項８】
種々の組成の複数の層から構成されるダクトを形成するために、前記プリフォームを種々のスラリーに１回またはそれ以上の回数暴露するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項９】
前記プリフォームを脱水した後、疎水性のために表面修飾剤を適用するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１０】
相互結合された繊維ネットワークを形成するため、接触ポイントにおいて構成繊維を熱的に結合するため熱を使用するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１１】
前記プリフォームに対し内部表面スキンを形成するため、蒸気を加えるかまたは誘導成形を使用するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１２】
前記プリフォームに対し外部表面スキンを形成するため、蒸気を加えるかまたは誘導成形を使用するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１３】
プラスチック溶接を使用してダクトを一緒に結合するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１４】
完全なダクト組立体を形成するために、前記ダクトの周囲の材料を溶かし、そして圧力を加えて前記ダクトの溶けた端部を一緒に圧迫することによりダクトを接合するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１５】
前記ダクトの製造に必要な時間を削減するため、または特定の局所的特性を付与するため、前記金型および／またはプリフォームに素早い加熱および／または冷却を印加するステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１６】
前記ダクトを形成するステップは、前記スラリーに混入された結合繊維の使用を介して前記ダクトの前記繊維を結合させるステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１７】
前記ダクトを形成するステップは、接着剤を前記プリフォームの上に噴霧することにより前記ダクトの前記繊維を結合させるステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【請求項１８】
前記ダクトを形成するステップは、前記繊維を溶かすステップを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の音響的に吸収性の自動車用ダクトを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用音響ダクトの形成の分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
繊維製ダクトを製造する現在のプロセスでは、入力供給原料のシート形成、続いてダクト半体の融着、および入力供給原料の大部分をリサイクルされない廃棄物としてトリミングする必要がある。このような技術は、一定の厚さの入力シート材料で始まり、成形中に材料をより薄い部分に実質的に引き伸ばすので、形成可能な形状と最終製品内の材料分布の均一性の両方が厳しく制限される。補強のため表面プロファイルの波形を部品内に形成することができるが、成形プロセスは材料を伸ばしそして圧縮することのみが可能であるので、これらのプロセスにとってリブまたは厚い部分を組み込むことは一般に不可能である。このような製品は、だらりと垂れるほど本質的に非常に柔軟性がある傾向があり、製品がシステムに適切に組み立てられるためには補強材、取り付けタブ、およびエンドフィッティングの追加を必要とする。このような性質の材料の熱成形は一般的に製造プロセスが遅いと考えられ、少量生産に最も適している。
【０００３】
消費財のためのセルロース系繊維、包装のパルプ形成の使用は周知である。繊維マットまたは押出連続気泡フォーム製品の熱成形およびマッチドモールド成形は、消費財での使用において一般的に行われている。発泡ポリマーのブロー成形がますます普及しつつあるが、公知の技術は、現在まだ自動車に使用される真に音響ダクトを製造するのに必要なほど十分にオープンセル構造を生成することができない。すべての既知の技術は、延伸比に対する感度に悩まされており、それは深絞り領域では壁の薄化が課題となっている。
【０００４】
ほとんどの適用可能な従来技術は、多孔性の可能性および音響特性に対する重要性、ならびに材料のオープン構造に起因して、厚さの増加および断熱性の改善によって主に定義される。このような従来技術は、主に、部分的または完全な連続気泡押出発泡体シートまたは不織ポリマー繊維マットシートのマッチドモールド熱成形に関する。これらの技術は、金型の輪郭に合致するように有限の材料を引き伸ばさなければならないという点でその能力が限られており、深絞り領域の局所的な伸び率および過度の薄化を制限するため設計が制限されなければならない。これらの技術の別の課題は、材料が一般的に長方形の材料で使用され、それにより成形後、別々のダクト部品を一緒に接合する前または後のいずれかにトリミングしなければならないことである。多くの場合、ダクトの形状が不規則であることに起因して、成形された形状を金型レイアウトにネストすることができず、また材料を直接一次原材料の流れにリサイクルして戻すことが出来ず、そしてさもなければ廃棄されなければならないので、部品の歩留まりが制限され、入力材料の大きな部分がスクラップとして取り除かれることになる。さらに、厚さおよび剛性に制限がある本明細書の材料は、しばしば、適切なインターフェースおよび組立のために、取り付けタブおよびダクト端部の高価な二次的取り付けをしなければならない。そのような製品の製造に固有のすべてのステップおよび廃棄物は、有用な性能上の利点を提供するものの、広範な市場で受け入れられるには高価すぎるため、主に選択性の高級車に限定されている。低コストの車両が非効率な技術で苦しむことを強いられている。
【０００５】
ＷＯ２０１６／００４５２２Ａ１（特許文献１）は、蒸気箱成形プロセスで半分の要素に成形された発泡ポリプロピレンビーズ（ＥＰＰ）からなる多孔性の自動車用ＨＶＡＣダクトを開示している。しかしながら、ＥＰＰは、材料がその表面のみに融着する態様にいくつかの欠点があるため、ダクトのような薄い部分には一般的に適していない。  ＥＰＰから形成された構造は圧縮性に優れ、一般的には厚いエネルギー吸収剤として適用されるが、それらは典型的には引っ張りおよび曲げ特性が悪い。この材料は、インスツルメントパネルの背後にあるような永続的に非接触の状況では良好に機能するが、かなりの厚さまたは補強なしに、踏み込み荷重に起因する高集中力に晒される床ダクトにはあまり適していない。薄いＥＰＰの壁部位は、チューブ破損および要素組立力の条件下で破損する傾向がある。成形されたＥＰＰ取り付けタブは破損しがちであり、パッケージング可能な厚さよりもはるかに厚くしなければならないか、または射出または成形タブとして二次操作において追加しなければならず、システムのコストをさらに増大させる。多くの緊密にパッケージされた状況でしばしば必要とされる非常に薄い壁部位は、ＥＰＰに不向きである。最後に、ＥＰＰやＥＰＥのような発泡ビーズ製品は、バイオ材料またはリサイクルポリマーでさえも容易に組み込むことができない特殊材料である。
【０００６】
当技術分野に欠けているのは、自動車用ダクトおよび関連する品目の成形にセルロース系繊維技術を使用することである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ＷＯ２０１６／００４５２２Ａ１
【発明の概要】
【０００８】
制御可能な密度、厚さ、多孔性、および表面の完全性を有する、任意形状の、均一な、軽量の、生体阻害性、および吸音性および／または断熱性の自動車部品を形成する方法が開示される。以後、多孔性という用語は、空隙率、開放表面積、露出した繊維表面積、屈曲度、空気透過率などの、より特定の音響関連特性の広い範囲を指す一般用語として使用される。所望の音響特性を示す繊維状のダクトも所望の断熱特性を示す傾向があるので、一般に「熱的に」と「音響的に」という言葉は交換使用することができる。選択された材料に応じて、このプロセスは、望ましい音響特性のみを有するダクトまたは望ましい断熱特性のみを有するダクトを製造するために使用することができる。本開示の目的のために、音響という用語は、音響吸収性および断熱性の両方を有するダクト、または音響吸収性または断熱性のいずれかを有するダクトを指すことができる。この方法は、厚紙および紙に見られるような天然のセルロース繊維に主に基づくパルプ形成技術の適応である。ＯＥＭ顧客が望む改善された自動車ＨＶＡＣおよびＡＩＳ（空気誘導システム）ダクトを作成するために、パルプ技術を適応させて熱可塑性繊維と任意の粒子のスラリーを使用して可融性部品を形成するコンセプトが想定された。その目的は、市販の熱成形繊維マットや連続気泡押出発泡体部品の優位性、例えば優れた音響特性、優れた断熱性、軽量化などを有し、最終的には大規模な実装を制限する、固有の廃棄物、製造上の課題、非効率性、このような製品の高いコストなどを有しない、部品の製造である。
【０００９】
本発明の目的は、延伸比を考慮しない均一な壁を有する任意の形状を可能にする製造方法を開示することである。この方法では、内部および外部の頑強なリブとタックオフを備える構造のような自己補強された構造を可能にし、それは固有の能力であり、壁の薄化を伴わない。
【００１０】
本発明の目的は、プロセス中のスクラップを大幅に低減または排除するネット形状の音響ダクトの製造方法を開示することである。
本発明の別の目的は、一般に部品の形状に関係なく、極めて均一な面積質量および厚さ分布の部品を製造する方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、一体的に形成された、厚い、音響的及び熱的なパッディングのための、局所的に可変の面積質量及び厚さポテンシャルを許容する製造方法を開示することである。
【００１２】
本発明の別の目的は、より理想的な音響特性のために、内部空隙のポテンシャルを有する、密度および気孔率勾配を提供する堆積壁構造を創出することである。
【００１３】
本発明のさらに別の目的は、一体的に形成された半連続的なスキンから連続的なスキンの可能性を許容する方法を開示することである。
【００１４】
本発明の別の目的は、形状を維持し、取り付け機構を支持するために、強靭で弾力性のある構造を形成するのに使用される方法を開示することである。
【００１５】
本発明のさらに別の目的は、ポリエチレン、ポリプロピレン、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、ポリエステル、ポリエステル共重合体、脂肪族または半芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリル、メラミン、ガラス、カーボン、またはアラミドおよび／または大麻、ジュート、亜麻、セルロースなどを含む天然材料、およびそれらの材料ブレンドから形成される製品を許容する製造方法を開示することである。
【００１６】
本発明の別の目的は、局部的または全体的に適用されるポリマービーズまたは発泡粒子、発泡性マイクロスフェア、粒子ダンピング添加剤などを用いて、機能化および調整可能な製造方法を開示することである。
【００１７】
本発明の他の目的は、スラリー段階でのオーバーモールド、成形段階での融着、または接合段階でのトラッピングによる、要素の追加を可能にする製造方法を開示することである。
【００１８】
本発明のさらに別の目的は、リサイクル材料およびバイオ繊維を製品に組み込み、最終的には１００％リサイクルまたはバイオベースとなる固有の能力を許容する製造方法を開示することである。
【００１９】
本発明のさらに別の目的は、吸収性セルロース系繊維またはポリマー粒子または繊維、例えばポリアクリルアミドゲルを壁構造体に組み込んで、自動車のＨＶＡＣシステムにおいて破損または厄介な問題を引き起こす凝縮水を一時的に吸収し、その後蒸発を介して放出させることである。
【００２０】
本発明の別の目的は、社内または外部および地域的に分散された地域のいずれかにおいて、プリフォームを非常に迅速に作成するパルプ形成システムを許容し、柔軟性が向上した組立を完成するため分散型製造を許容する、製造方法を開示することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、他の特性の中でも、補強、空隙率調整、着色、外観または表面化学修飾を提供するための表面スクリム、フィルムまたは装飾コーティングのインモールドラミネーションを開示することである。
【００２２】
本発明の別の目的は、マイクロ波、赤外線、または無線周波数加熱が、構成要素を乾燥、融着または結合する任意のステップに必要とされる熱を提供するために使用される方法、およびこのような加熱方法を改善するためにマット組成にサセプタを組み込むことができる手段を教授することである。
【００２３】
本発明の他の目的は、多孔性の、穿孔された、または他の方法で受容可能な予め形成された材料上にマットを堆積させて担体、結合剤として機能させ、または他の方法で複合材料の特性を変える方法を教示することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、全体的または選択的な特性向上を目的として、液体結合剤、接着剤粒子、炭化水素吸収剤、殺生物剤、発泡性ミクロスフェア、表面エネルギー改質剤などを適用するために、複合体に溶液を塗布する方法を教示することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、融着前にプリフォームから除去された未融着繊維、または予め融着または結合された要素から得られた融着繊維束およびクラスターのいずれかの再処理材料が許容可能な形状に細断され、そして廃棄物を最小限に抑えるために許容レベルでパルプに再導入されるプロセスを教授することである。
【００２６】
本発明の利点は、改善された強度、剛性、導電性、または他の有益な特性のための方法に、高い強度の有機または無機の繊維、例えば炭素、ガラスまたは金属繊維を含めることができることである。
【００２７】
本発明のさらに別の利点は、製造方法が、ＡＩＳシステムの炭化水素の吸着／脱着特性、またはＨＶＡＣダクトの臭気軽減または殺生剤特性を付与するために、活性炭粒子または繊維、または同様の機能性ゼオライトまたは他の材料を組み込むことができることである。
【００２８】
本発明のさらに別の利点は、この技術を、荷台、下体シールド、のような非構造的または半構造的な物、ドアライナーのような内装トリム用基材などに適用できることである。
【００２９】
本発明の他の目的及び利点は、本発明の例示及び実施例、並びに本発明の特定の実施形態として示される任意の添付図面と併せて以下の説明から明らかになるであろう。本明細書に含まれるあらゆる図面は、本明細書の一部を構成し、本発明の例示的な実施形態を含み、それらの様々な目的および特徴を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】オペレーションの方法を示すフローチャートである。
【図２−３】図２はスラリーを説明する図である。図３はスラリーに曝露された多孔質金型を示す図である。
【図４】引き上げられた多孔質金型を示す図である。
【図５−６】図５は加熱された金型内に堆積されたマットの図である。図６は金型が閉じられている様子を示す図である。
【図７】部品を取り出すために金型が開いている状態を示す図である。
【図８−９】図８は２つのシェル物品の図である。図９は接合されたシェル物品の図である。
【図１０】それらの物品から形成された空気ダクトの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
本発明の好ましい実施形態の詳細な説明は、本明細書に開示されている。しかしながら、開示された実施形態は、本発明の単なる例示であり、本発明は様々な形態で実施することができることを理解されたい。したがって、本明細書で開示される特定の機能的および構造的詳細は、限定として解釈されるのではなく、単に特許請求の根拠として、および事実上任意の適切な詳細構造で本発明を使用することを当業者に教示するための代表的基礎として解釈される。
【００３２】
本明細書で開示される方法は、多くの、またはすべての天然繊維を合成ポリマー繊維および粒子で置き換えるものであり、現在の最大関心事を追求するために、熱可塑性樹脂に主として焦点を当てるが、これに限定されない。特定のレベルの性能を達成するために、天然繊維および粒子を組み込むこともできる。好ましい実施形態では、繊維の長さは２〜３８ｍｍであるが、他の長さの繊維を使用することも可能であり、繊維の直径は１〜４５デニールであるが、他の直径の繊維を使用することも可能である。
【００３３】
このプロセスの第１段階は、スラリーを調製することである。この工程では、繊維は十分に開かれまたは分離されなければならない。これはパルプおよび製紙業界で一般的に使用される高せん断混合装置であるハイドロパルパーを使用して実行され、それは繊維を開繊し、繊維を混合し、そしてスラリーに分散剤、増粘剤および／または界面活性剤などの任意の加工助剤を混合することによってスラリーを調製するために使用される。次いで、調製されたスラリーは、スラリーが多孔質の金型に曝されることを可能にする容器に移される。
【００３４】
次に、スラリーは、真空の作用下で流動化スラリーに曝露された多孔質金型の表面上に蓄積される。この実施形態では、スラリーを多孔質金型の表面に引き込むために真空が使用され、金型の表面を通ってスラリーからの水が通過し、一方スラリー中に存在する固体が多孔質金型の表面上に蓄積し、それによりネット形状マットを形成する。金型が、重力が作用する方向と平行で反対の方向を向いている間に、多孔質金型の表面上にスラリーを注ぐことによってマットを形成することが可能である。またポンプを使用してスラリーが多孔質金型を通過するようにすることも可能である。必要な作用は、スラリーから固体を濾過するために多孔質金型を使用することである。これを行うためには、金型の外面で最も高く、金型に亘って減少する圧力が多孔質金型を横切って形成されなければならない。圧力差を生成するために使用される方法は、決定的に重要ではない。
【００３５】
多孔質金型は、金属ブロック、好ましくは重量を最小限に抑えるためにアルミニウムから機械加工することが可能であり、空気および水を通過させるための孔を備え、そしてスラリーに曝露される金型の側は、繊維および粒子が金型を通過するのを防ぐのに十分なほど十分に小さい開口寸法を有するスクリーンで覆われる。スクリーン材料は、好ましくはステンレス鋼である。しかし、多孔質金型の詳細部分は重要ではない；担持流体が金型を通過する際にスラリー中の固体を担持流体から十分に分離し、そして特定のプロセスに必要な場合、分割真空の使用を可能にする、任意の金型設計または材料が使用可能である。所定の時間後、粒子および繊維は、金型の多孔質領域上に実質的にランダムなマットを形成する；ほぼネット形状のプリフォームを形成する。堆積材料は、典型的に延伸またはブロー比に敏感な熱成形およびブロー成形部品を制限するような形状にかかわらず、極めて均一であり得る。金型をスラリーから抜き取った後、担持流体の大部分は抜き取られ、そしてシステム内にリサイクルされる。形成された部品の形のルーズなマットは別の金型に移され、そこで十分な熱で圧縮成形され、繊維および粒子を融着させて、優れた構造特性および所望の厚さ、密度、および表面完全性を有する最終部品を形成する。
【００３６】
融着は多くのメカニズムを介して行うことができる。一実施形態では、加熱プロセスは、プリフォーム内の繊維のすべてを融着させて構造体を生成することができる。あるいは、２つの異なる材料で作られた繊維、典型的には高い溶融温度の材料を取り囲む低い溶融温度の材料が繊維の外側にある、二成分繊維をプリフォームに組み込むことができる。ダクトを融着するため、二成分繊維の外側の材料は溶融し、他の二成分繊維に結合するか、または周囲に流れ、そしてマトリックス中の他の繊維のカプセル化によって、機械的に結合する。適切なメカニズムの選択は、ダクト製品所望の特性、原材料経済などに依存する。
【００３７】
ダクトの融着は圧縮成形プロセスで行う必要はない。プリフォームの表面を貫通するかまたは通過する加熱空気を用いて熱および圧力を加えることによってダクトを融着することが可能である。このような実施形態では、プロセスにおける移送工程を省略することができ、例えば、プリフォームが金型上にまだ残った状態で多孔質金型を加熱空気にさらし、そしてその後多孔質金型を通過して空気を引き込み、それにより、加熱された空気をプリフォームを通して引き出し、そしてダクトの繊維を融着させる、ことによって融着を多孔質金型上で行うことができる。このタイプの融着プロセスは、純粋なセルローススラリーを使用する場合不可能であろう；セルロース繊維は、この製造方法を大量生産において経済的にするために十分なほどの容積流量の空気がプリフォームを通って流れることを可能にしない。
【００３８】
加熱圧縮成形プロセスはまた、フィルム、織布または不織布のような薄い内側および外側表面スキンを適用することを可能にする。さらに、樹脂注入または布地または固体補強材の局所適用も適用され得る。所望の製品が中空部材である場合には、２つの半体を溶接、接着、または他の方法で接合することを可能にするために、適切な接合手段を有する最終部品の２つの半体を製造することが想定される。部品は実質的にネット形状の形態で製造されるので、プロセス中の廃棄物はほとんどない。
【００３９】
本発明は、繊維および、可能性として、粒子の層を金型の多孔質表面上に堆積させることによって、開放構造の多孔質構成要素を選択的に形成する能力を可能にすることによって、上記の既存技術を改善する。この方法は、部品の形状にかかわらず、堆積材料の非常に均一な厚さを作り出すことができ、そして金型の局所領域における真空引きの持続時間および強度に応じて、劇的に増加した厚さの領域を作り出して、厚い音響吸収材、熱パッド他として機能する。多孔質金型を異なるスラリーに曝露することによって連続する層を堆積させる能力は、音響、構造的完全性、および断熱における劇的な改善のための層状構造の形成を可能にし、かつ合致するシェルの結合を促進するのを助ける。堆積プロセスはまた、発泡性ポリマーミクロスフェアを壁に選択的に組み込むために使用することができ、それは加熱プロセスの間に材料の厚さを増加させ、かつ多孔度および表面完全性を調節するために使用することができる。成形前、または成形後に、所望に応じて、型保護、疎水性、難燃性、着色、炭化水素吸着などのために、噴霧または浸漬化学処理を選択的に追加することができる。使用される繊維は、１つのタイプまたは材料、または様々なサイズ、形状、および向きの、異なる構造的、結合剤および/または二成分繊維または粒子のブレンドである。
【００４０】
接触点で繊維を融着させる成形プロセスは、構造体を所望の壁厚、密度、および多孔度に固化と拡張の両方のために使用することができる。スラリー中に形状断面、中空またはささくれだったマイクロ/ナノ繊維または他の軽量粒子、例えばインターカレートグラファイトまたは有機ケイ酸塩粘土を混合することにより、粘性および粒子ダンピングの両方ためのねじれが得られ、音響特性および熱特性がさらに改善される。ある程度まで全ての方向に向けられた繊維を含む、構造全体にわたる結合された繊維の３Ｄネットワークは、限られた破損で破砕力により良く耐え、元の形状に比較的容易に戻ることができる、非常に強靭で弾力のある構造を生成する。内蔵の取り付けタブと取り付けフランジも同様に強靭で弾力性がある。形成された壁の厚さは、成形プロセスで印加される固化および膨張の程度に依存して、１ｍｍ未満から２０ｍｍ超まで変化し得る。
【００４１】
業界では、ダクトの内面部分の外曲がり部に接着剤で裏打ちされた連続気泡発泡体パッドのような吸音材を適用することは、しばしば気流音を低減するのに有益であることが知られている。類似の外部パッドの適用は、断熱性を向上させるため、または結露の蓄積および落下に対する対策を提供するために、また音響性能を改善し、うなり、きしみ、およびガタガタ音を低減するために頻繁に使用される。ブロー成形などの成形技術では、深い内部曲げ部へアクセスできない場合があり、吸収材料の適用は困難である。射出成形、ＥＰＰ成形、熱成形などのオープンシェル技術では、ダクト内部の曲がり部へのアクセスが容易であり、接着剤で裏打ちされた音響フォームの適用が可能であり、その後シェルを結合してダクトを完成させる。このようなアプローチはコストを追加し、一度部品を閉じてボンディングすると検証が困難になり、品質がさらに課題となる。この製造方法は、局所的に厚い材料の層を堆積させるか、またはその領域を選択的に成形してより厚く、より多孔質にすることによって、局所的な厚さを変化させる能力を提供する。吸音または断熱の特徴を組み込む能力もまた、この製造方法を用いることによる固有のものである。これにより、そのような機能のために２次オペレーションを使用するコスト、複雑さ、およびリスクが削減される。
【００４２】
パルプ化システムにおいて部品を直接オーバーモールドすることにより、アセンブリリスクをさらに低減することが可能である。開いた構造の、穿孔された、または多孔質の適合する物品を備えた端部継手のような適切に設計された物品を、スラリーに曝す前に金型に入れることができる。金型の表面に繊維堆積物を蓄積する間に、繊維および粒子は、オーバーモールドされた部分の細孔および通路に進入して、それをカプセル化することができる。成形／融着工程の間、モールドイン部品は、構造体の永久的な添加物に融着することができる。これは、フォームシール、パッド、およびその他の物品などの本来多孔質の物品を構造物に、接着剤を必要とせずに追加する理想的な方法であり得る。融着プロセスの間に追加の構成要素を加えることも、固有で明白な可能性でもある。
【００４３】
表面を加熱することはある程度の表面溶融を引き起こし、それは、局部的に形成された滑らかで一体的なポリマーフィルムを生成し、それによりさらに音響チューニング、接着剤吸収の調節、ドリップ防止などのための局所的多孔度をさらに調整することができる。さらに様々な膨張および分解温度を有する発泡性ミクロスフェアの適用は、金型キャビティ内での複合材料の膨張および繊維の分離（ロフト）を促進するだけでなく、それは適切な表面完全性のために繊維を型表面に押し付け、構造の圧縮および曲げ特性を増大させ、そして最終的に多孔度をさらに調節するために使用することができる。発泡性ミクロスフェアが膨張して空洞を満たすと、発泡性ミクロスフェアは分解温度に加熱され、ここでミクロスフェアのいくつかは崩壊し、より空隙のある最終構造を残すことができる。ポリマービーズ、発泡性ミクロスフェア、および発泡粒子は、プログラムされた温度で溶融および崩壊して空隙を残し、凝固の際にバインダー樹脂として作用して複合材をさらに強化する、ように選択することができる。形成されたシェルは、隣接するシェルまたは追加の要素の効果的な結合を促進するために、様々な程度の圧密で製造することができる。
【００４４】
この方法の性質に起因して、内面および外面の両方が第１の実施形態で成形されるので、内面は非常に滑らかであり、それにより、圧力降下が少なくかつ気流誘発ノイズの可能性の低い効率的な空気流を促進し、それらは両方ともＨＶＡＣダクトの重要な性能基準である。滑らかな壁のＡＩＳダクトは、粗い表面の存在下で望ましくない圧力損失を引き起こす高速空気流の性質に起因して有益である。第１の実施形態の代替案は、中空の多孔質型の内部キャビティ内にスラリーが圧送され、そしてそれにより壁を形成するのに適した材料の層を堆積させる能力である。これは、二次的な結合オペレーションを必要とせずに、単一のステップで中空要素を作成することができる。この代替案は、閉じられた金型内で加熱され、溶融されるが、その表面は溶融中に金型に接触しないので、より荒い内部表面をもたらす。この代替案は、空気の流速が低く、摩擦損失または流れ誘導ノイズを受けにくい複雑な形状に使用できる。いくつかの例では、膨張可能な膜またはチューブのような可撓性部材を使用して内面を押圧して、加熱成形段階の間に内面を固化および平滑化することができる。
【００４５】
図を参照すると、繊維スラリーから網状の音響ダクトを製造する本発明の方法が示されている。図１は、繊維／粒子スラリーから製品を製造する方法を示す。このステップは、１つまたは複数の繊維／粒子スラリーの生成からなる。スラリー組成物の例は、以下からなる：
【００４６】
粒子０〜５％；繊維０．０１〜５％；接着促進剤０〜２％；分散助剤０〜１％；増粘剤０〜１％；および界面活性剤０〜１％；スラリーの残部は担持流体からなる。
【００４７】
粒子は、ポリマー粒子、ビーズおよびフレーク、発泡性ミクロスフェア、ポリマー発泡粒子、有機ケイ酸塩粘土、発泡性または非発泡性黒鉛フレーク、マイカ、金属フレーク、グラフェン、炭素繊維またはカーボンナノチューブなどの群から選択される。
【００４８】
微細繊維は、フィブリル化（ささくれた）またはナノフィブリル化ポリオレフィン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアクリロニトリル、またはセルロース含有植物繊維、綿などのようなバイオ繊維の群から選択される。
【００４９】
チョップド繊維（短繊維）はポリエチレン、ポリプロピレンを含む熱可塑性プラスチック、熱可塑性エラストマー（ＴＰＥ）、ポリエステル、ポリエステルコポリマー、脂肪族または半芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアクリロニトリルおよび／または熱可塑性樹脂、メラミン、ガラス、炭素、またはアラミドのような非熱可塑性プラスチック、および／または大麻、ジュート、亜麻、セルロースなどを含む天然材料から選択される。そのような繊維は、いくつかの別個の特性を組み込むだけでなく、円形、多角形、多葉形、平坦、または中空の範囲の輪郭形状、そして潜在的に異なる直径および長さで供給される多成分繊維であってもよい。
【００５０】
担持流体は、水および水、金属塩、ＰＨ改質剤、および本明細書に記載の種々の添加剤の主として水性の溶液からなる群から選択される。
【００５１】
接着促進剤は、有機官能性シラン、マレイン化モノマーまたはポリマーまたは他の同様の相溶化改質剤の群から選択される。
【００５２】
分散補助剤は、１，２−プロパンジオール、１，３−プロパンジオール、１，４−ブタンジオール、１，２−ブタンジオールおよび１，３−ブタンジオールの群から選択される。
【００５３】
増粘剤は、ポリプロピレングリコールまたは高分子量を有する酸化物、または高分子量ポリアクリルアミドの群から選択される。
【００５４】
界面活性剤は、主として、セチルトリメチルアンモニウムブロミドまたはステアリルジメチルベンジルアンモニウムクロライドのようなカチオン性界面活性剤の群から選択される。
【００５５】
図２は、微細繊維１２、粒子１４、チョップド繊維１６および添加剤１８を含む組成物からスラリー１０を生成するために、従来のパルプ形成システムおよびプラクティスをほとんど使用する適切なスラリー１０の使用を示す図である。
【００５６】
図３は、スラリー１０をディップ２０等に入れる方法、または多孔質金型２２をスラリー１０に曝露する方法を示している。真空を用いてキャリア液体を金型の多孔質表面を通過して引き出すと、粒子および繊維は適切な層を金型２２の多孔質領域のみに蓄積する（図４）。これにより、プロセスのネット形状ポテンシャルマット２５が確立される。好ましい実施形態では、堆積マット２５が加熱された成形型に移されるので、堆積マットは真空抽出によって脱水される。しかしながら、潜在的に依然として多孔質金型上にあるマットが、真空抽出を使用する代わりに重力または外部からの圧力の助けにより排水するように、多孔質金型を配向させることによって、マットを脱水することが可能である。
【００５７】
必要な脱水の程度は、組成および特定のプロセスの要件に依存し、脱水を完了する必要がない場合がある。場合によっては、実質的な脱水が望ましくないか、または全く必要とされないことがある。
【００５８】
図５および図６を参照すると、マット２５は、基部３０および頂部３２を有する加熱された金型に移され、繊維および粒子を圧縮して半連続物品に融着させるために閉じられる。所望により、成形中に物品に融着される物品の表面特性をさらに調節するために、追加のフィルムまたはスクリムを金型表面に添加することができる。金型３０，３２はマット上で閉じられ、構造体を溶融させるのに適した時間保持され、場合によっては表面を溶融させて、空隙率の制御と構造的完全性の両方のための半連続的な一体的な膜を作り出す。金型の異なる領域は異なる温度にすることができ、金型システムは、サイクル時間を改善するため、または選択的な表面フィルミングのような特定の構造的特徴を付与するための急速加熱／急速冷却方式の態様を組み込むことができる。
【００５９】
図７は、今やシェル２５´であり、金型３０および３２から取り外された溶融マットを示す。シェル２５´は、必要な場合のトリミングと組立の準備が完了している。
【００６０】
図８および図９は、溶接または結合固定に配置された、中空ダクト４０を形成するように設計された異なるシェル物品２５´および２５´´を示している。この時点で、内部支持体、末端アダプターなどを挿入することができる。この時に二次処理を加えることもできる。異なるシェル物品２５´および２５´´は、互いに溶接または結合されて中空ダクトを形成する。
【００６１】
図１０  −  最終的な構成要素は、非常に均一な壁、一体的な表面皮膜、および調整された表面および全体的多孔性を有する任意の形状である。全体的に繊維が結合されたネットワークに起因して、物品は非常に構造的に健全であるが、柔軟性と弾力性を有することができる。
【００６２】
この製造方法の全体により、プログラム可能な厚さおよび密度のポテンシャルを有する、本質的にネット形状の軽量で選択的に多孔性の構成要素が生成され、それにより競合する先行技術の技術的利益を満たすかまたは超過する技術的利益を提供し、工程内の廃棄物を殆ど生成せず、全体的なコストを改善する。リサイクルされたポリマー繊維は、この技術には非常に適しており、持続可能性を改善し、さらにシステムコストを削減する。さらに、この方法は、必要に応じてポリマー繊維の一部に取って代わるバイオベースの再生可能な繊維の組み込みに適応可能である。
【００６３】
本明細書において言及される全ての特許および刊行物は、本発明が関係する当業者のレベルを示す。本発明の特定の形態が示されているが、本発明は本明細書に記載され特定された形態または配置に限定されるものではないことを理解されたい。本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を行うことができ、本発明は明細書および図面／図面に示され記載されたものに限定されるとみなされるべきでないことは、当業者には明らかであろう。
【００６４】
当業者であれば、本発明が目的を実行し、言及された目的および利点、ならびにそれらに固有の目的および利点を得るために十分に適合していることを容易に理解するであろう。本明細書に記載の実施形態、方法、手順および技術は、現在好ましい実施形態を代表しており、例示的なものであり、範囲の限定を意図しない。当業者には、その中の変更および他の用途が想起されるであろうが、それらは本発明の精神の範囲内に包含される。本発明を特定の好ましい実施形態に関連して説明したが、本発明はそのような特定の実施形態に限定されるべきではないことを理解されたい。
【図１】
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【図２−３】
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【図４】
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【図５−６】
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【図７】
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【図８−９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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