DE10004859A1

DE10004859A1 - Akustisch wirksamer Schichtverbundwerkstoff

Info

Publication number: DE10004859A1
Application number: DE10004859A
Authority: DE
Inventors: Dieter Schuster
Original assignee: Sommer Allibert Lignotock GmbH
Current assignee: Sommer Allibert Lignotock GmbH
Priority date: 2000-02-03
Filing date: 2000-02-03
Publication date: 2001-09-27
Also published as: AU2001237364A1; WO2001057301A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbundwerkstoff zur Verwendung als geräuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenräumen, welcher mindestens eine Faserstoffschicht (1) enthält, in die eine Vielzahl von elastischen Hohlkörpern (4) eingebettet ist. Die Abmessungen der Hohlkörper sollten vorzugsweise im Bereich von 0,02 bis 0,1 mm liegen und ihr Volumenanteil sollte mindestens 10% des Volumens der Faserstoffschicht betragen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtverbundwerkstoff zur Verwendung als geräuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenräumen, beispielsweise zur Verwendung als Bodenbelag, Dachhimmel oder Kofferraumausklei dung.

Um die Übertragung von Fahrgeräuschen ins Fahrzeugin nere zu mindern, werden in der Automobilindustrie seit längerem mehrschichtige Schallisolierungen ver wendet. 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 Kofferraumausklei dungen 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 Wirksam keit, 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, wo bei der Masseschichtbereich durch Vlies- oder Schnittschaumeinlagen verfestigt und nahezu luftun durchlässig kompaktiert ist. Wie üblich gehört auch zu diesem System eine Dekorabdeckung wie eine Tep pichschicht. Laut WO 98/18657 kann die Schwerschicht des Schichtverbundes durch eine mikroporöse Verstei fungsschicht geringen Flächengewichtes ersetzt wer den, mit der Folge verbesserter akustischer Eigen schaften.

In allen beschriebenen akustisch wirksamen Verbundsy stemen 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 zusätzlich, wenn die Dekorabdeckung ebenfalls offenportg ist, eine gewisse Dämpfung der hohen Frequenzen des Störschalles.

Hier setzt die Erfindung an, die zur Aufgabe hat eine Faserschicht anzugeben, die in möglichst verschieden artigen Schichtverbundwerkstoffen an sich bekannten Aufbaues und ggf. unterschiedlicher akustischer Wir kung einsetzbar ist, die darüber hinaus als Einzel schicht schon derartig akustisch wirksam ist, daß ein einfacher Schichtverbund möglich wird, der zudem noch dadurch erheblich zur Gewichtsreduzierung beitragen kann, daß wegen der großen akustischen Wirksamkeit der Faserschicht in den meisten Fällen eine Schwer schicht im Verbundwerkstoff entfallen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebene Merkmal. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Wei terbildungen der Erfindung an.

Bei Schallabsorptionsmessungen an Faserschichten, die auf ihre Eignung als Federschicht in Schallabsorpti ons-Verbundsystemen untersucht wurden, wurde überra schend gefunden, daß Faserschichten, denen geblähte elastische Hohlkörper zugemischt waren (ursprünglich zur Volumenvergrößerung der Faserschicht), ein erheb liches eigenes Schallabsorptionsvermögen aufweisen. Bereits ohne Zusammenwirken mit anderen Verbund schichten wurden Absorptiotiswerte erreicht, die de nen handelsüblicher Produkte erheblich größerer Dicke entsprechen, sie sogar in Frequenzbereichen zwischen 400 Hz und 1 KHz übertreffen konnten. Ein Vergleich einer erfindungsgemäßen Faserschicht mit einem han delsüblichen Fertigprodukt aus phenolharzgebundener Baumwolle, das für den gleichen Zweck eingesetzt wird, zeigt die Vorteile der Erfindung:

Handelsprodukt (Sommold)

Flächengewicht: 1220 g/m²

Dicke: 15 mm

Faserschicht mit elastischen Hohlkörpern

Flächengewicht: 300 g/m²

Dicke: 4,5 mm

Bei vergleichbaren Absorptionswerten beträgt das Flä chengewicht der Faserschicht somit nur etwa ein Vier tel des Flächengewichtes des Handelsproduktes, bei nur etwa einem Drittel von dessen Dicke.

Weiterhin zeigte sich, daß in dem empfindungserhebli chen Frequenzbereich zwischen 400 Hz und 1 KHz die untersuchte Faserschicht mit Hohlkörpern sogar deut lich bessere Absorptionswerte aufwies als das Han delsprodukt. Da in einem Fahrzeug meist mehrere Qua dratmeter Dämmstoff eingesetzt sind, ergibt der er findungsgemäße Schichtverbundwerkstoff ein erhebli ches Einsparpotential an Gewicht und Raum. Bei ver gleichbarer Dicke mit dem Handelsprodukt ergäbe sich bei ca. 14 mm Dicke für eine entsprechende Faser schicht mit 900 g/m² immer noch eine Gewichtserspar nis von über 300 g/m², entsprechend dem bekannten Zu sammenhang zwischen der Dicke der Absorptionsschicht und der Schallabsorption ergäbe sich für diesen Fall eine in allen Frequenzbereichen deutlich verbesserte Schallabsorption gegenüber dem Handelsprodukt.

Um die erforderliche akustische Wirksamkeit des Fa servlieses mit eingebetteten Hohlkörpern zu erzielen, ist ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m³ ausrei chend. Die Dicke des Faservlieses kann unter 20 mm liegen, vorzugsweise im Bereich zwischen 5 und 10 mm, und der Volumenanteil der Hohlkörper am Volumen der gesamten Faserstoffschicht sollte 10% nicht unter schreiten. Die Hohlkörper haben vorzugsweise Kugelge stalt. Derartige Kugeln sind als blähfähige Vorpro dukte beispielsweise unter dem Handelsnamen Expancel 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 ther misch verfestigen, d. h. die äußere Komponente der Biko-Fasern, die einen niedrigeren Schmelzpunkt hat als die Kernfasern, schmilzt beim thermischen Verfe stigen 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.

Für die akustische Wirksamkeit ist die Kugelgestalt der Hohlkörper jedoch nicht unabdingbar: Langge streckt ausgebildete Hohlkörper, beispielsweise in Form von endseitig verschlossenen Hohlfaserabschnit ten, 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 ange ordnet, von denen die rückseitige beispielsweise eine Feuchtesperre sein kann, während die sichtseitige Ka schierung nach Beanspruchungs- und/oder ästhetischen Kriterien gewählt ist. In vielen Fällen ist die Sichtseite beispielsweise eine Teppichkaschierung. Doch auch in komplizierter ausgebauten Schallschluck systemen ist eine derartige Faserstoffschicht als Komponente einsetzbar, beispielsweise als Feder schicht in einem Masse/Feder-System. In diesem Fall wird die akustische Wirksamkeit des Verbundsystems zusätzlich verbessert.

Das angeführte Beispiel des thermisch verfestigten Polyestervlieses erläutert ein fertigungstechnisch besonders günstiges Fertigungsverfahren. Andere Fa sern aus dem Organo-Mineral- und Biobereich, mit de nen Vliese gebildet werden können, eignen sich für die Realisierung der Erfindung ebenso, wie Mischfa ser-Vliese. Ggf. ist die thermische Verfestigung ver zichtbar und kann durch Vernadeln ersetzt werden. Auch in solchen Vliesen können blähfähige Vorprodukte durch eine thermische Nachbehandlung des vernadelten Vlieses zu entsprechenden Hohlkörpern entwickelt wer den.

Die Erfindung sei nunmehr anhand der Figuren näher erläutert:

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Volumenelementes der Faserstoffschicht, und

Fig. 2 zeigt die Absorptionskurven eines Handels produktes und einer Faserstoffschicht mit eingebetteten Hohlkörpern.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Volumenausschnitt eines Fa servlieses bezeichnet. 2 sind die Biko-Polyesterfa sern, die an den Kreuzungspunkten 5 durch thermisches Verfestigen miteinander verklebt sind. Die kugelför migen 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 kann zwischen einigen Hun derstel Millimeter und ca. einigen Millimetern vari ieren; er ist vor allem von der Faserstoffdicke ab hängig, in die die Hohlkörper eingelagert werden sol len. Bevorzugt sind Durchmesser zwischen 0,02 mm und 0,1 mm.

In Fig. 2 ist mit 6 die flächenbezogene Frequenzkur ve eines Faservlieses mit eingebetteten elastischen Hohlkörpern (Dicke: 4,5 mm, Flächengewicht: 300 g/m²) bzeichnet, die der entsprechenden Kurve für den han delsüblichen Dämmstoff Sommold (Dicke: 15 mm, Flä chengewicht: 1200 g/m²) gegenübergestellt, welche mit 7 bezeichnet ist. In den empfindungsrelevanten Frequenzbereichen zwischen 0,4 KHz und 1 KHz ist das Fa servlies mit Hohlkörpern trotz geringerer Dicke und vor allem trotz geringeren Flächengewichtes dem Han delsprodukt deutlich überlegen, im Bereich zwischen 2 KHz und 5 KHz, in dem Bereich also, der für die Sprachverständlichkeit maßgebend ist, hat das Faserv lies zwar keine so große Absorptionsfähigkeit wie das Handelsprodukt, aber immer noch Werte, die eine gute Sprachverständlichkeit im Innenraum bei ausreichender Absenkung des Störschallpegels garantieren.

Claims

1. Schichtverbundwerkstoff zur Verwendung als ge räuschmindernde Auskleidung in Fahrzeuginnenräu men, dadurch gekennzeichnet, daß er mindestens eine Faserstoffschicht (1) enthält, in die eine Vielzahl von elastischen Hohlkörpern (4) eingebettet ist.

2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß die Faserstoffschicht (1) ein Raumgewicht von höchstens 150 kg/m³ besitzt.

3. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) nähe rungsweise Kugelgestalt haben.

4. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) langge streckt ausgebildet sind.

5. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) Abmessungen im Bereich von etwa einem Hun dertstel Millimeter bis zu mehreren Millimetern haben.

6. Verbundwerkstoff nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abmessungen der Hohlkörper (4) im Bereich von 0,02 mm bis 0,1 mm liegen.

7. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Hohlkörper (4) mindestens 10% des Volumens der Faserstoffschicht (1) beträgt.

8. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoff schicht (1) ein thermisch verfestigtes Poly estervlies ist.

9. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Faserstoff schicht (1) eine Dicke von 2 mm bis 20 mm, vor teilhaft von 5 mm bis 10 mm besitzt.

10. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine seiner Außenschichten eine Feuchtesperre ist.

11. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Schwer schicht enthält, die mit der Faserstoffschicht (1) ein Masse/Federsystem bildet.

12. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkörper (4) aus Kunststoff bestehen.