CN101558193B - 消音器预型件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

在由可纤维化材料形成消音器预型件的方法中，将该纤维供给到模具内，并对该纤维施涂低温固化粘合剂。在低温下使该粘合剂固化以将该纤维粘合到一起，由此形成大致具有模具形状的预型件。将该预型件从模具中脱除。该预型件具有***消音器内的结构。消音器预型件包括可纤维化材料的纤维和将该纤维粘合到一起的低温固化粘合剂。

Description

消音器预型件及其形成方法
技术领域
本发明主要涉及纤维预型件，特别涉及用于消音器例如***或其它汽车排气部件中的预型件。 
背景技术
通常，在汽车排气部件中包括吸音材料以在发动机废气从发动机经过排气***到达大气时将它们中所包含的声能阻尼或衰减。经常使用玻璃纤维预型件作为吸音材料。 
用于汽车排气部件的预型件经常通过将连续玻璃纤维束卷曲变形(膨体化，texturizing)(将该束分离成单丝)，将该纤维供给到模具内，和当将其卷曲变形时或者其在模具内之后对纤维施涂粘合剂而制造。粘合剂在升高的温度下固化以将纤维粘合在一起，由此形成具有模具形状的多少有些刚性的预型件。通过将热空气吹入纤维内或将带有未固化的粘合剂的预型件放入烘箱内，一般将粘合剂和预型件的温度升至固化温度。加热过程需要相当大的投资和相当大量的能量，这会增加制造预型件所需的循环时间。 
德国专利申请No.06.1092.4.wz公开了用于汽车排气部件的纤维预型件，其包括用酚醛树脂粘合剂粘合在一起的玻璃纤维。在固化过程期间对粘合剂施加二氧化碳以使用最小加热进行固化。 
日本专利公开No.06-143272公开了纤维预型件生产方法。将短切玻璃纤维、聚酯树脂和固化剂一起喷涂到模具上。然后在室温下将树脂固化。 
美国专利No.3,927,139公开了通过喷涂(spray-up)技术制造树脂粘合纤维增强制品的方法。该制品通过将催化剂-液体树脂混合物喷涂到短切玻璃纤维上而形成。在室温下将该树脂快速固化。 
美国专利No.6,426,121公开了适合用于由非织造网状材料制备产品的二元可交联聚合物粘合剂。该粘合剂可在室温下固化。 
美国专利No.5,766,541公开了通过将玻璃纤维束和粘合剂供给到穿孔的模具内，并且经过模具吹送加热的空气以使粘合剂固化来制造用于汽车***的纤维预型件的方法。 
发明内容
本发明涉及由可纤维化材料的纤维形成消音器预型件的方法。将该纤维供给到模具内。对该纤维施涂低温固化粘合剂。在低温下使该粘合剂固化以将纤维粘合到一起，由此形成大致具有模具形状的预型件。将预型件从模具中脱除。将该预型件形成***消音器内的结构。 
本发明还涉及消音器预型件。该预型件包括可纤维化材料的纤维，和将该纤维粘合到一起的低温固化粘合剂。将该预型件形成***消音器内的结构。 
由本发明的附图和详细说明以及优选实施方案，本发明其它的各种方面将变得清楚。 
附图说明
图1是能够根据本发明制造的预型件的透视图。 
图2是能用于制造该预型件的穿孔模具的透视图。 
图3是***汽车***的壳体内的预型件的透视图。 
具体实施方式
与已知用于消音器的预型件相比，本发明的预型件用能在较短时间内在低温下固化的粘合剂制造。这能显著地降低制造预型件所需要的资金和能量成本以及循环时间。 
该预型件能用于制造任何类型的消音器。众所周知，消音器是起到将声能(声音)阻尼或衰减的作用的部件或器件。它们常包括外壳或外罩和安装在该壳体/罩体内的预型件。消音器常用作较大***或装 置的一部分。可包括消音器的一些***或装置是汽车排气***、柴油和燃气发动机、压缩机、高压气体释放***、鼓风机、真空泵、通风/排气装置和燃气轮机。 
本文中所用的“低温固化粘合剂”，意指在室温或接近室温下能基本上完全固化(硬化形成稳定的材料)的粘合剂。例如，固化温度可以小于等于约50℃，典型地在约17℃～约35℃的范围内。 
该粘合剂能在相对短期的时间内固化，例如小于等于约30分钟的时间。例如，固化时间可以小于等于约20分钟，小于等于约15分钟，或者在约1～约10分钟的范围内。 
在没有对粘合剂施用非粘合剂材料下该粘合剂可以在低温下固化，该非粘合剂材料没有变成最终粘合剂的一部分。例如，如下文所讨论，包括树脂和固化促进剂的混合物的粘合剂是本发明的一个实施方案。但是，在没有对粘合剂施用气体固化促进剂例如二氧化碳下该粘合剂可以在低温下固化。 
在没有对该粘合剂施加热例如加热的空气或电磁辐射下可以进行该固化。但是，在一些情形下，可以施加热或某种类型的电磁辐射以进一步加速固化过程。 
在本发明中能使用任何适合的低温固化粘合剂或不同粘合剂的混合物。粘合剂可以包括一种材料或多种材料。例如，粘合剂可以包括低温固化树脂。在一个实施方案中，粘合剂包括与促进树脂固化的材料例如活化剂、催化剂或固化/硬化剂组合的树脂。当与树脂混合时，固化促进剂可以是液体、乳液或粒状固体，其在预型件的纤维上变成最终固化的粘合剂的一部分。在一个实施方案中使用液体固化促进剂。可以对纤维分别施涂树脂和固化促进剂以避免在将纤维粘合到一起形成预型件之前使树脂固化，但它们也可以一起施涂。 
在粘合剂中能使用任何合适的树脂、或者不同树脂的混合物。一些合适树脂的非限制性的实例包括可以与酯固化剂组合的碱性改性的酚醛树脂、可以与氨固化剂组合的环氧化物、可以与酸固化剂组合的蜜胺、聚氨酯、呋喃和脲醛。 
碱性改性的酚醛树脂的一些具体例子是由Hexion SpecialtyChemicals，Columbus，Ohio(以前为Borden Chemical)制造的 
Figure G2007800463675D00041
树脂系列。例如，ALPHASET 9010、9020、9030和9040树脂可适合用于该粘合剂。该系列的不同树脂在它们的粘度、固体含量和其它性质上稍有差别。 
Figure G2007800463675D00042
树脂主要从添加的氢氧化钠或氢氧化钾得到它们的碱性。在美国专利No.4,424,467和再版号32,812中公开了 
Figure G2007800463675D00043
树脂。Hexion也制造可适合用于该粘合剂的 
Figure G2007800463675D00044
(碱性改性的酚醛树脂)和 
Figure G2007800463675D00045
(酚醛聚氨酯)树脂系列。 
Figure G2007800463675D00046
树脂能与粘合剂中的酯固化/硬化剂组合以促进树脂的固化。例如，Hexion制造液体酯固化/硬化剂 
Figure G2007800463675D00047
系列例如ALPHACURE103、104和105。 
粘合剂中树脂和固化促进剂的比例取决于具体组合物和工艺条件。例如，树脂和固化促进剂的不同组合能产生适合于不同施涂方法和成型技术的不同固化速率。在一些实施方案中，当树脂是碱性酚醛树脂和活化剂是酯时，该树脂和该酯可以以约2∶1～约10∶1或者约3∶1～约5∶1的范围内的比例使用。 
对纤维施涂的粘合剂的量也取决于具体组合物和工艺条件。以足够用于将最终预型件中的纤维粘合到一起并对预型件提供足够的机械完整性的量来施涂粘合剂。预型件在其随后使用的期间保持其形状，例如在***组装操作中将其******壳体内的期间。在所有的纤维上可相对均匀地施涂该粘合剂或者主要对预型件的表面施涂。在一些实施方案中，以在最终预型件重量的约1％～约30％、约1％～约20％、约2％～约10％或约2％～约5％的范围内的量施涂粘合剂。 
在将它们暴露在相对高温的应用中经常制造和/或使用消音器预型件。为了工人和用户的安全，粘合剂可以基本上无毒以致当将预型件加热到250℃的温度时，例如在安装到车辆上的***中，粘合剂放出小于等于OSHA允许暴露极限的有毒气体。 
任何合适的可纤维化材料或不同的可纤维化材料的混合物能用于 制造预型件的纤维。例如，用于制造矿物纤维例如玻璃纤维或玄武岩纤维、聚合物纤维、碳纤维、沥青纤维和这些纤维的混合物的组合物和方法在现有技术中是已知的。纤维能承受将预型件***其中的声音衰减设备中存在的热、机械和化学条件。 
该纤维可具有任何合适的形式，例如连续纤维、切成几厘米或更长长度的纤维、或者通常具有小于4厘米长度的短切纤维和/或具有几厘米长度的纤维例如在矿棉或AF玻璃棉工艺中制备的那些。可以在纤维形成装置例如纺丝机、口模(bushing)或孔板中由衰减纤维形成材料制备该纤维，尽管也可以通过任何其它合适的方法制造它们。在纤维制备过程期间，可以用包括功能性试剂例如润滑剂、偶联剂和成膜聚合物的上浆组合物涂覆纤维丝。通过利用切碎机或现有技术中已知的类似设备将纤维束切成不连续长度的纤维来制造短切或切断的纤维。通过粗梳工艺制造的纤维也能用某种类型上浆材料进行涂覆，并且随后利用在预型件中使用的低温固化粘合剂进行涂覆。预型件中使用的纤维可以通过任何合适的方法进行卷曲变形，以增加它们的声音衰减/阻尼性能，尽管也可以使用非卷曲变形的纤维。 
能用任何合适的方法对纤维施涂粘合剂。能在已将纤维供给到模具内之前或之后施涂粘合剂。例如，能在纤维卷曲变形或切断工艺期间进行施涂。能以任何合适的方式，例如喷涂、刷涂、浸涂或帘式涂布施涂粘合剂。例如，一种方式是在将纤维卷曲变形时或者之后不久，以小滴形式分别但同时在纤维上喷涂液体树脂和液体固化剂。 
具有相对较高粘度的粘合剂或该粘合剂的一部分在对纤维施涂粘合剂期间可能出现困难。例如，具有相对较高粘度的树脂可能难以喷涂，这将导致喷涂器代替能在所有纤维上相对均匀地施涂的分散雾而产生粘合剂细流。因此，在本发明的一些实施方案中，使用加压施涂设备例如加压喷涂***对于纤维施涂至少部分粘合剂。 
或者，除了使用加压设备以外，能对至少部分粘合剂添加粘度调节剂以有利于将其施涂于纤维。例如，能将粘度降低剂例如氢氧化钾或其它已知材料添至相对粘的树脂以降低其粘度。 
粘合剂在其固化时往往倾向于与材料粘附。如果该粘合剂与模具表面粘附，将会使得预型件难以从模具中脱除和/或促进模具上的堆积。因此，在本发明的一些实施方案中，对模具施涂脱模剂以防止或减少这些问题。能使用任何合适的脱模剂，例如有机硅或含有 
Figure G2007800463675D00061
的材料。 
在本发明中能使用任何合适的模具和相关的装置。在一些实施方案中，将模具穿孔，尤其当在将纤维供给模具内和/或对纤维施涂粘合剂之前使用压缩空气对纤维进行卷曲变形时。美国专利No.5,766,541记载了用于制造纤维预型件的穿孔模具和相关装置，在本文中将其引为参考。下文中说明另一穿孔模具并示于图2中。但是，在本发明的一些实施方案中未穿孔模具也适合。 
当将预型件从模具中脱除时，将该预型件形成作为消音器的一部分而包括的结构。在一些实施方案中，对该预型件进行尺寸、形状设计使得基本上填充消音器壳体或罩体的内腔，例如***的壳体，同时为与***相连的任何相连部件设备例如排气管、挡板或穿孔管留出空间。或者，能使用多个预型件以填充消音器的内腔。对这些预型件能进行尺寸和形状设计以适合消音器的任何部分。 
现在参照附图，图1表示能根据本发明制造的预型件10。该预型件包括通过粘合剂10b粘合到一起的纤维10a。对该预型件的尺寸和形状进行设计以基本上填充***壳体的内腔。预型件具有三个孔12、14和16，这些孔延伸通过预型件以使与***相连的管通过该预型件。 
图2示出模具18，其能用来制造该预型件10。该模具包括长方形的实心底端20。三个圆柱形管22、24及26与模具的底端相连，并且由该底端垂直延伸。在示出的实施方案中，管为中空并具有穿孔的圆柱形表面和实心顶端。模具的管对应于预型件的孔。 
模具还包括外壳28。在示出的实施方案中，外壳包括穿孔的第一和第二半壳体28a和28b。半壳体可绕着在壳体一端的合叶30旋转，以开合外壳体。外壳体包括在壳体另一端的夹具32、33和34以紧固 闭合的半壳体。闭合的外壳体的内部限定了具有***壳体内腔大概的尺寸和形状的空腔。 
该模具还包括长方形的实心顶部36。模具的顶部36具有三个孔38、40和42以使得当顶部安装在模具上时管22、24及26的顶端穿过孔。该顶部在其端部包括邻接外壳端部的折边棒44和46，以有利于顶部在模具上的定位。可以将该顶部36设计成安装在模具壳体28内部以使得模具中的吸音材料在模具壳体内部能压缩到由薄片(未示出)决定的给定高度。 
该模具能由各种材料制成，因为其不必为了待固化的粘合剂而加热到室温附近以上。由对与模具粘合的粘合剂具有耐受性的材料(例如， 
Figure G2007800463675D00071
)制成模具，能更高效地将预型件从模具脱除。另外，模具的部分(例如管)或者整个模具能由弹性体材料制成，其使得模具的尺寸和形状能变成易于将预型件脱除。 
Owens Corning出售 
Figure G2007800463675D00072
机器，其一般用来对***或预型件模具或囊袋填充卷曲变形的玻璃纤维材料。这种类型的机器使用含有几千根单纤维的玻璃纤维束作为输入材料。该纤维束经过将压缩空气引入其中的喷嘴。该压缩空气用作将单丝分开以致它们将更高效地减弱声能。另外，压缩空气有助于从喷嘴移出卷曲变形纤维束并进入要填充的任意类型的容器中。在本发明中，能将粘合剂提供给喷嘴以致在将材料卷曲变形后能将两种液体流引入喷嘴内，或者在卷曲变形材料离开喷嘴后随即对卷曲变形材料施涂粘合剂并在该纤维束进入模具时或之前对卷曲变形纤维束进行施涂。可用确保均匀填充模具并对于束的卷曲变形质量没有负面影响的方式将涂敷有粘合剂的该卷曲变形纤维束导入模具内。在将卷曲变形材料引入模具内后可降低模具的一个或多个尺寸，以使得预型件具有能易于安装在消音器中的合适尺寸。 
图3示出***汽车***50的壳体48内的预型件10。可以看出，预型件基本上填充***壳体的内腔，但这样并非是必要的。 
本领域技术人员将理解本发明并不限于文中所说明的具体方法和 组合物，并且在不脱离本发明范围下能进行所附权利要求中限定的变化。 

Claims (19)

1.由可纤维化材料的纤维形成消音器预型件的方法，其包括以下步骤：
将该纤维供给到模具内；
在将该纤维供给到模具内之前或之后对该纤维施涂树脂，分别且同时地对所述纤维施涂固化促进剂，其中所述树脂和所述固化促进剂一起构成低温固化粘合剂，并且其中施涂该固化促进剂使该粘合剂在小于等于35℃的温度下固化；
将该纤维粘合到一起并且形成大致具有模具形状的预型件；和
将该预型件从模具中脱除，该预型件具有***消音器内的结构，其中该固化在小于等于20分钟的时间内完成。
2.权利要求1的方法，其中在没有对该粘合剂施加热的情况下进行该固化。
3.权利要求1的方法，以最终预型件重量的1％～20％范围内的量施涂该粘合剂。
4.权利要求1的方法，其中该粘合剂是基本上无毒的，以致当加热该预型件至250℃的温度时，该粘合剂放出小于等于OSHA允许暴露极限的有毒气体。
5.权利要求1的方法，其中该固化促进剂是液体。
6.权利要求1的方法，其中该树脂包括碱性改性的酚醛树脂。
7.权利要求1的方法，其中使用加压施涂设备对该纤维施涂至少部分该粘合剂。
8.权利要求1的方法，包括在对该纤维施涂树脂之前将粘度调节剂添加至该树脂的附加步骤。
9.权利要求1的方法，其中该模具是穿孔的。
10.权利要求1的方法，其中该模具部分或全部由弹性体材料制成。
11.权利要求1的方法，包括在向模具内供给纤维之前对该模具施涂脱模剂的附加步骤。
12.权利要求1的方法，其中该可纤维化材料包括玻璃。
13.权利要求1的方法，其中该纤维是卷曲变形的。
14.权利要求1的方法，其中该消音器是汽车排气***的部件。
15.由可纤维化材料的纤维形成汽车排气预型件的方法，其包括以下步骤：
将该纤维供给到模具内；
在将该纤维供给到模具内之前或之后对该纤维施涂树脂，分别且同时地对所述纤维施涂固化促进剂，与所述树脂混合时所述固化促进剂是乳液或粒状固体，其中该树脂和固化促进剂一起构成低温固化粘合剂，并且其中施涂所述固化促进剂使该粘合剂在小于等于50℃的温度下固化小于等于20分钟的时间，并且对该粘合剂没有施加热，以将该纤维粘合到一起，由此形成大致具有模具形状的预型件；和
将该预型件从模具中脱除，该预型件具有***汽车排气部件内的结构。
16.消音器预型件，包括：
可纤维化材料的纤维，所述纤维为切断或短切的纤维；和
将该纤维粘合到一起以形成该预型件的低温固化粘合剂；
该预型件具有***消音器内的结构。
17.权利要求15的方法，其中该汽车排气部件是***。
18.权利要求1的方法，其中所述固化促进剂具有选自乳液和粒状固体的形式。
19.权利要求16的消音器预型件，还包括固化促进剂，该固化促进剂具有选自液体、乳液和粒状固体的形式，其中所述固化促进剂在所述预型件的所述纤维上变成所述低温固化粘合剂的一部分。
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