ДЕКОРАТИВНАЯ ИНТЕРЬЕРНАЯ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ ПАНЕЛЬ
DECORATIVE INTERIOR SOUND-ABSORBING PANEL

Уровень техники
Настоящее изобретение относится в целом к армированным волокнами термопластичным полимерным листам и, более конкретно, к декоративным многослойным структурам, содержащим пористые армированные волокнами термопластичные полимерные листы.
Пористые армированные волокнами термопластичные листы описаны в патентах США №№4978489 и 4670331 и применяются в многочисленных областях производства благодаря легкости формовки армированных волокнами термопластичных листов в изделия. Для успешной формовки армированных волокнами термопластичных листов в изделия применяют известные способы, например горячую штамповку, литье под давлением и высокотемпературное формообразование.
Пористые армированные волокнами термопластичные листы иногда формуют в декоративные интерьерные звукопоглощающие панели для использования в интерьере автомобилей, общественного транспорта и зданий, в том числе зданий делового назначения и частных построек. Эти интерьерные звукопоглощающие панели имеют, как правило, на одной из сторон в целях эстетики декоративный слой. Для достижения наибольшей степени звукопоглощения при частотах ниже 10000 герц создается возможность для проникания воздуха в пористый армированный волокнами лист. В некоторых сегментах автомобильного рынка звукопоглощающие панели, например обшивку потолка салона, делают воздухонепроницаемыми, чтобы предотвратить преимущественное оседание сигаретного дыма и пепла на панели, причем противоположная сторона панели является открытой для циркуляции воздуха.
Проблемы шума могут возникать в тех случаях, когда зазоры между ограничивающим поток воздуха слоем и структурой, поддерживающей звукопоглощающую панель, слишком малы. Вибрация в звукопоглощающей панели может вызывать нежелательный шум, обусловленный контактом панели с поддерживающей структурой. Одним из способов, который используют для уменьшения нежелательного шума, является увеличение конструкционного зазора между ограничивающим поток воздуха слоем и структурой, поддерживающей звукопоглощающую панель. Однако такой путь может потребовать дополнительных проектных затрат и изменений с использованием механических работ. При этом также уменьшается размер внутреннего пространства автомобиля.
Кроме того, клеевое соединение дополнительных компонентов с ограничивающим поток воздуха слоем может создавать проблемы прочности клеевого соединения. Прочность на сдвиг по линии адгезионной связи во время и после выдержки для теплового воздействия может оказаться не достаточной для поддержания желаемой адгезионной связи. Для увеличения прочности связи было предпринято использование насечек на ограничивающем поток воздуха слое, но насечки могут снижать эффективность ограничивающего поток воздуха слоя и становиться причиной повышения производственных затрат. Иногда используют также двухстадийный способ склеивания, в котором ограничивающий поток воздуха слой перед нанесением на него клея покрывают грунтовкой или подвергают химической обработке.
Раскрытие изобретения
Одной из особенностей изобретения является создание многослойной армированной волокнами термопластичной звукопоглощающей панели. Панель включает пористый армированный волокнами термопластичный внутренний слой, имеющий первую поверхность и вторую поверхность и включающий термопластичный материал и от примерно 20 до примерно 80 мас.% волокон, соединительный слой, покрывающий вторую поверхность внутреннего слоя и включающий термопластичный материал, и барьерный слой, покрывающий соединительный слой. Барьерный слой включает термопластичный материал, имеющий температуру плавления, более высокую, чем температура плавления термопластичного материала внутреннего слоя. Соединительный слой связывает барьерный слой с внутренним слоем. Панель содержит также текстильный слой, включающий, по крайней мере, один нетканый текстильный материал или/и тканый текстильный материал и соединенный с барьерным слоем. Текстильный слой образует наружную поверхность панели.
3
Другой разновидностью является создание композиционного листа, который включает проницаемую сердцевину, содержащую непрерывные волокна, связанные между собой термопластичной смолой. Проницаемая сердцевина имеет плотность от примерно 0,2 до примерно 1,8 г/см и имеет первую поверхность и вторую поверхность. Композиционный лист включает также барьерный слой, покрывающий вторую поверхность проницаемой сердцевины, и текстильный слой, включающий, по крайней мере, один нетканый текстильный материал или/и тканый текстильный материал и соединенный с барьерным слоем, причем текстильный слой образует наружную поверхность композиционного листа.
Еще одной разновидностью является предложенный способ изготовления пористого армированного волокнами термопластичного листа. Способ включает создание пористого армированного волокнами термопластичного листа, имеющего первую поверхность и вторую поверхность и включающего, по меньшей мере, один пористый внутренний слой, включающий термопластичный материал и от примерно 20 до примерно 80 мас.% волокон, связывание барьерного слоя со второй поверхностью пористого армированного волокнами термопластичного листа и связывание текстильного слоя с барьерным слоем.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 представляет схематическую иллюстрацию в поперечном сечении декоративной интерьерной панели согласно одному из воплощений настоящего изобретения.
Фиг.2 представляет собой схематическую иллюстрацию в поперечном сечении одного из воплощений декоративного слоя декоративной интерьерной панели, показанной на фиг.1.
Фиг.3 представляет собой схематическую иллюстрацию в поперечном сечении еще одного воплощения декоративного слоя декоративной интерьерной панели, показанной на фиг.1.
Осуществление изобретения
Ниже подробно описана декоративная интерьерная звукопоглощающая панель для применения в интерьере автомобилей, общественного транспорта и зданий, в том числе зданий делового назначения и частных построек. Декоративная звукопоглощающая панель представляет собой многослойный ламинат, содержащий воздухопроницаемый декоративный слой, воздухопроницаемый термопластичный адгезионный слой, воздухопроницаемый пористый армированный волокнами термопластичный композиционный слой, соединительный слой, воздухонепроницаемый барьерный слой и воздухопроницаемый текстильный слой. Декоративная звукопоглощающая панель обеспечивает более низкие системные расходы, связанные с формовкой декоративной звукопоглощающей панели. Снижение общих системных расходов достигается благодаря тому, что декоративная звукопоглощающая панель позволяет использовать более дешевые клеи для прикрепления других компонентов к панели и устранить вторичные операции и связанные с ними фиксирующие приспособления и трудовые затраты, которые обычно имеют место в процессе прикрепления компонентов к известным звукопоглощающим панелям.
Представленная на чертежах фиг.1 представляет схематическую иллюстрацию в поперечном сечении типичной декоративной звукопоглощающей панели 10, которая включает пористый внутренний слой 12, имеющий первую поверхность 14 и вторую поверхность 16. Соединительный слой 18 соединяет первую поверхность 20 барьерного слоя 22 со второй поверхностью 16 внутреннего слоя 12. Слой 24 из холщового текстильного материала связан со второй поверхностью 26 барьерного слоя 22. Адгезивный слой 28 прикрепляет декоративный слой 30 к первой поверхности 14 внутреннего слоя 12.
3
3
Внутренний слой 12 сформирован из холста, имеющего открытоячеистую структуру, образованную путем беспорядочного пересечения армирующих волокон, скрепленных, по крайней мере частично, одной или более термопластичной смолой, причем объем пор в пористом внутреннем слое 12 составляет обычно от примерно 5 до примерно 95% и, в частности, от примерно 30 до примерно 80% от общего объема внутреннего слоя 12. В другом воплощении пористый внутренний слой 12 состоит из открытых ячеистых структур, образованных путем, по крайней мере, частичного неупорядоченного нанесения поперек выложенных вплотную друг к другу армирующих волокон одной или более термопластичных смол, где от примерно 40 до примерно 100% ячеистых структур являются открытыми и обеспечивают сквозной поток воздуха и газов. Внутренний слой 12 имеет плотность в одном из воплощений от примерно 0,2 до примерно 1,8 г/см и в другом воплощении от примерно 0,3 до примерно 1,0 г/см. Внутренний слой 12 образуют с помощью известного способа, например способа мокрой выкладки, способа воздушной выкладки, способа сухого смешения, способа прочесывания и прошивки и других известных способов, которые применяют для изготовления нетканых продуктов. Возможны также комбинации таких способов изготовления. Внутренний слой 12 включает от примерно 20 до примерно 80 мас.% волокон, обладающих высоким модулем упругости при растяжении и средней длиной от примерно 7 до примерно 200 мм, и от примерно 20 до примерно 80 мас.% полностью или в значительной степени неуплотненных волокнистых или зернистых термопластичных материалов, где мас.% относятся к общей массе внутреннего слоя 12. В еще одном воплощении внутренний слой включает от примерно 35 до примерно 55 мас.% волокон. Холст нагревают до температуры выше температуры стеклования термопластичных смол внутреннего слоя 12 с целью значительного размягчения пластических материалов и пропускают через одно или более уплотняющих устройств, например через прижимные ролики, каландрующие вальцы, двухременные ламинаторы, индексирующие прессы, многоэтажные прессы, автоклавы и другие подобные им устройства с целью ламинирования и уплотнения листов и тканей, в результате чего пластический материал может течь и увлажнять волокна. Зазор между сдавливающими элементами в уплотняющих устройствах устанавливается на размер, меньший размера неуплотненной ткани и больший размера ткани, если бы она была полностью уплотнена, обеспечивая тем самым возможность для ткани расширяться и оставаться в значительной степени проницаемой после пропускания через ролики. В одном из воплощений устанавливают размер зазора бóльшим размера ткани, если бы она была полностью уплотнена, на от примерно 5 до примерно 10%. Полностью уплотненная ткань - это ткань, которая имела бы менее 5% пустот и обладала бы незначительной открытоячеистой структурой.
Высокий модуль растяжения означает модуль растяжения, который значительно больше модуля растяжения уплотненного листа, который мог бы быть сформован из структуры ткани. Относящиеся к данной категории волокна включают металлические, металлизированные неорганические, металлизированные синтетические, стеклянные, графитовые, углеродные и керамические волокна, а также волокна такого типа, как арамидные волокна, продаваемые под коммерческими названиями Kevlar и Nomex, и обычно включают любое волокно, имеющее модуль растяжения выше приблизительно 10000 мегапаскаль при комнатной температуре и давлении.
Зернистые пластические материалы включают короткие волокна из пластических материалов, которые могут быть введены для усиления целостности структуры ткани при его изготовлении. На связывание можно повлиять путем использования тепловых характеристик пластических материалов в структуре ткани. Холст прогревают в достаточной степени для того, чтобы заставить термопластичный компонент на его поверхности сплавиться с соседними частицами и волокнами.
В одном из воплощений отдельные армирующие волокна не должны быть в среднем короче, чем приблизительно 7 мм, поскольку более короткие волокна обычно не обеспечивают адекватного армирования в конечном сформованном изделии. При этом волокна не должны быть в среднем длиннее, чем приблизительно 200 мм, так как такие волокна трудно обрабатываются в процессе изготовления.
В одном из воплощений используют стеклянные волокна, которые для придания структурной прочности имеют средний диаметр от примерно 7 до примерно 22 мкм. Волокна с диаметром менее чем приблизительно 7 мкм могут легко образовывать взвесь в воздухе и стать причиной проблем, связанных с экологическим здоровьем и безопасностью. Волокна с диаметром более чем приблизительно 22 мкм трудно обрабатываются в процессах изготовления, и они не в достаточной степени армируют матрицу пластических материалов после формовки.
В одном из воплощений материал термопластика находится, по крайней мере, частично в виде частиц. К числу подходящих термопластиков относятся (но не ограничивают этим изобретение) полиэтилен, полипропилен, полистирол, акрилонитрилстирол, бутадиен, полиэтилентерефталат, полибутилентерефталат, полибутилентерахлорат и поливинилхлорид, как пластифицированные, так и непластифицированные, и смеси этих материалов друг с другом или с другими полимерными материалами. К числу других подходящих термопластиков относятся (но не ограничивают этим изобретение) простые полиариленовые эфиры, термопластичные полиэстеры, акрилонитрил-бутилакрилат-стирольные полимеры, аморфный найлон, а также сплавы и смеси этих материалов друг с другом или с другими полимерными материалами. Предполагается, что может быть использована любая термопластичная смола, которая не вступает в химическое взаимодействие с водой и которая может быть в достаточной степени размягчена при нагреве, что позволило бы ее расплавить и/или формовать без химического или теплового разложения.
В одном из воплощений частицы пластического материала не должны быть чрезмерно малыми, но при этом частицы крупнее чем примерно 15 мм не отвечают требованиям, так как в процессе формовки они не достаточно текучи для того, чтобы образовать гомогенную структуру. Применение частиц большего размера может привести к снижению модуля изгиба материала в процессе его затвердевания. В одном из воплощений частицы пластических материалов имеют размер не более чем приблизительно 1 мм.
Барьерный слой 22 может быть образован из любого подходящего термопластичного материала с температурой плавления, значительно более высокой, чем температура плавления внутреннего слоя 12. К числу подходящих непроницаемых термопластичных материалов относятся (но не ограничивают этим изобретение) полиолефиновые смолы, такие как полиэтилен, полипропилен и т.п.; полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиамид, полиацеталь; сополимеры, в основном образованные этими смолами, например сополимер этилен-винилхлорид, сополимер этилен-винилацетат, сополимер стирол-бутадиен-акрилонитрил и т.п., и их привитые продукты; термопластичные эластомеры, такие как сополимер этилен-пропилен (ЕРМ), сополимер этилен-пропилен-диен (EPDM) и т.п.; а также полимерные сплавы и смеси этих материалов друг с другом или с другими полимерными материалами.
Слой 18 образован из термопластичного материала. Термопластичный материал соединительного слоя 18 может быть любой подходящей смолой, которая хорошо прилипает к внутреннему слою 12 и к барьерному слою 22. Сцепление соединительного слоя 18 не должно существенно изменяться при эксплуатации панели 10 после того, как она будет подвергнута условиям обработки, которые включают нагрев, увлажнение и тепловой цикл от примерно -40 до примерно 90°С. К числу подходящих термопластичных смол относятся (но не ограничивают этим изобретение) полиолефиновые смолы, такие как полиэтилен, полипропилен и т.п.; полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиамид, полиацеталь и сополимеры, образованные этими смолами, и их привитые продукты; термопластичные эластомеры, такие как ЕРМ и EPDM и т.п.; а также полимерные сплавы и смеси этих материалов друг с другом или с другими полимерными материалами.
Текстильный слой 24 образован нетканым текстильным материалом, тканым текстильным материалом или комбинацией тканого и нетканого текстильных материалов. В одном из воплощений текстильный слой 24 представляет собой грубый холст, образованный из нетканого текстильного материала, изготовленного способами мокрой выкладки, воздушной выкладки, скрепления прядением (spanbond), переплетения водяными струями высокого давления (spanlace). Текстильный слой 24 включает текстильный материал, изготовленный из органических волокон, неорганических волокон, синтетических волокон и их комбинаций. Текстильный слой 24 включает волокна, изготовленные, например, из стекла, углерода, полиакрилонитрила, арамида, поли(р-фенилен-бензо-бис-оксазола), поли(эфир-имида), полифениленсульфида; полиолефиновых смол, например полиэтилена, полипропилена и т.п.; полистирола, поливинилхлорида, полиэтилентерефталата, поликарбоната, полиацеталя и т.п.; сополимеров, в основном образованных этими смолами, например сополимера этилен-винилхлорид, сополимера этилен-винилацетат, сополимера стирол-бутадиен-акрилонитрил и т.п., и их привитых продуктов; термопластичных эластомеров, таких как ЕРМ, EPDM и т.п.; полимерных сплавов и смесей этих смол; термореактивных смол типа фенольных и т.п., натуральных волокон, таких как целлюлозные, хлопковые и т.п.; и смесей этих волокон.
Декоративный слой 30 прикреплен к первой поверхности 14 внутреннего слоя 12 посредством адгезивного слоя 28, который образован термопластичной пленкой, имеющей одно- или многослойную конструкцию. Термопластичная пленка адгезивного слоя 28 может быть любой подходящей смолой с температурой плавления, более низкой, чем температура плавления термопластичной смолы внутреннего слоя 12. К числу подходящих термопластичных смол относятся (но не ограничивают этим изобретение) полиолефиновые смолы, такие как полиэтилен, полипропилен и т.п.; полистирол, поливинилхлорид, полиэтилентерефталат, поликарбонат, полиамид, полиацеталь и сополимеры, образованные этими смолами, и их привитые продукты; термопластичные эластомеры, такие как ЕРМ и EPDM и т.п.; а также полимерные сплавы и смеси этих материалов друг с другом или с другими полимерными материалами. При этом адгезивный слой 28 может быть любым чувствительным к давлению адгезивным материалом.
Декоративный слой 30 в одном из воплощений, показанном на фиг.1, представляет собой термопластичную пленку из, например, поливинилхлорида, полиолефина, термопластичного полиэфира, термопластичного эластомера и т.п. В другом воплощении, показанном на фиг.2, декоративный слой 30 представляет собой многослойную структуру, которая включает пенную сердцевину 32, образованную, например, из полипропилена, полиэтилена, поливинилхлорида, полиуретана и т.п. Текстильный материал 34, связанный с пенной сердцевиной 32, представляет собой, например, ткань, изготовленную из натуральных и синтетических волокон, нетканый текстильный материал, изготовленный из органических волокон способом прошивки и т.п., рельефный текстильный материал, вязаные изделия, ворсовую ткань и т.п. В еще одном воплощении, показанном на фиг.3, текстильный материал 34 связан с пенной сердцевиной 32 через термопластичный адгезивный материал 36, включающий чувствительные к давлению адгезивные материалы и термоплавкие адгезивные материалы, например полиамиды, модифицированные полиолефины, уретаны и полиолефины. В еще одном воплощении адгезивный слой заменен нетканым ватином, образованным, по меньшей мере, одним полиэфирным материалом и полиамидными волокнами. Декоративный слой 30 образован из материалов, стойких к температурам обработки, например температурам горячей формовки от примерно 100 до примерно 250°С.
Барьерный слой 22, текстильный слой 24 и декоративный слой 30 ламинируют на внутренний слой 12 с помощью любого подходящего способа ламинирования с использованием температуры и/или давления, например с помощью прижимных роликов или ламинирующей машины. Барьерный слой 22, текстильный слой 24 и декоративный слой 30 ламинируют на внутренний слой 12 после его образования и в одном из воплощений барьерный слой 22, текстильный слой 24 и декоративный слой 30 ламинируют на внутренний слой 12 до его нарезки на листы определенного размера. В другом воплощении барьерный слой 22, текстильный слой 24 и декоративный слой 30 ламинируют на внутренний слой 12 после его нарезки на листы. В одном из воплощений температура процесса ламинирования выше температуры стеклования термопластичных смол барьерного слоя 22 и внутреннего слоя 12, например выше, чем примерно 25°С.
В одном из воплощений соединительный слой 18, барьерный слой 22 и текстильный слой 24 вначале формуют в качестве первого полуфабриката, и затем этот полуфабрикат ламинируют на внутренний слой 12. В другом воплощении декоративный слой 30 и адгезивный слой 28 формуют в качестве второго полуфабриката, и затем этот полуфабрикат ламинируют на внутренний слой 12. В еще одном воплощении эти первый и второй полуфабрикаты ламинируют на внутренний слой 12 одновременно.
Описанные выше декоративные звукопоглощающие панели могут применяться, но не ограничиваются этим, в строительной инфрастуктуре, обшивке потолка салонов автомобилей, дверных модулях, перекрытиях, панелях боковых стенок, потолочных панелях, грузовых лайнерах, офисных перегородках и других подобного рода применениях, которые в настоящее время выполняют из пенополиуретана, натуральных волоконных композитов, наполненных полиэфирными волокнами многослойных композитов и термопластичных листов. Декоративные звукопоглощающие панели могут формоваться в разные изделия с помощью известных в технике способов, например штамповкой, горячей формовкой, горячей штамповкой, вакуумной формовкой, штамповкой и автоклавированием. Высокое отношение жесткости к массе, способность к горячей формовке с участками глубокой вытяжки, возможность утилизации после завершения срока эксплуатации и акустика делают пористый армированный волокнами композит более востребуемым продуктом по сравнению с продуктами, используемыми в настоящее время.
Хотя изобретение описано с помощью разных конкретных воплощений, специалисты должны понимать, что изобретение может осуществляться с изменениями, не выходящими за рамки и объем формулы изобретения.