CN103928022A - 一种热塑性吸声板材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子复合材料技术领域，涉及一种热塑性吸声板材，该吸声材料从上到下依次包括有第三粘结层，上表层、第一粘结层、芯层、第二粘结层、下表层和第四粘结层，所述的上表层与芯层之间、下表层与芯层之间分别通过第一、第二粘结层加热塑化辊压连接。本发明同现有技术相比，具有吸声性好、轻质、耐用和可再循环使用的性质；通过辊压塑化成型设备，可以由被设计具有蓬松的多层结构的无纺织物制成具有细孔层。该热塑性吸声板材可以为多层复合材料，通过混合增强纤维、声学增强纤维和有机纤维使之成型为片材，以及粘合片材中的纤维形成。因此，这种热塑性吸声板材可用于各种汽车内饰部件，以及建筑和工业材料。
Description
技术领域
本发明属于新型高分子复合材料技术领域，涉及一种热塑性的吸声板材及其制备方法。
背景技术
汽车及相关行业的发展对社会能源供给、环境保护等方面的影响日益明显，因此要承受的节能减排的压力也日趋增大。汽车结构的轻量化和轻量化材料的使用等汽车轻量化技术，可以有目的地减轻汽车自身的重量，又能保证汽车行驶的安全性、耐撞性、抗振性及舒适性，同时满足汽车本身的经济性要求。吸声材料用于各种需要衰减来自外源的噪声的环境中。例如，用于汽车中以降低发动机的机械声音和路面噪音，用于器具中以降低散发到住房周围区域的声音，以及用于办公楼以衰减由工作场所产生的声音。常规吸声材料包括泡沫塑料、压缩纤维、玻璃纤维毡等。吸声通常依赖于声音吸收和传输损耗来提供充分的声音衰减。
Souders等人的US专利5591289公开了一种车顶衬垫，其具有由高蓬松度的聚合物热塑性纤维（聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯）的毛絮形成的纤维芯。Patel等人的US专利5886306公开了一种层状隔音网，其包括夹在熔喷或纺粘的热塑性纤维（聚丙烯）层和薄膜、箔片、纸张或纺粘热塑性纤维层之间的许多纤维素纤维层。Nakamura等人的US专利6695939公开了一种内部装饰材料，其由基材和粘合到基材的表层形成。基材为热塑性纤维和无机纤维的共混物的毡状纤维结构。表层为由熔点高于基材中的热塑性纤维熔点的纤维形成的高熔点纤维片材。
虽然在汽车应用领域中存在不少吸声材料产品，但是并不存在在低频率提供足够的吸声性能并同时保持足够的结构性能的吸声产品。因此需要一种显示优越的声音衰减性能、改进的结构和热性能以及轻质和成本低廉的声学材料。当增强纤维含量低时，制品强度达不到理想要求；当增强纤维含量高时，基材与增强纤维又很难混匀并粘接。并且纤维之间如没有形成多层网状结构，造成孔隙率低，隔热吸音性效果有限。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热塑性吸声板材及其制备方法。该吸声板材由内外层片状复合材料组成，复合材料包括增强纤维、有机纤维和声学增强纤维，将纤维混合，通过梳理、针刺制成片状材料，将片状材料加热至高于有机纤维或声学增强纤维熔点并低于增强纤维熔点的温度，以至少部分熔融有机纤维或声学增强纤维，并将增强纤维、有机纤维和声学增强纤维粘合在一起。并在内外层片状材料间添加粘结层，最后辊压成型。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种热塑性吸声板材，从上到下依次包括有第三粘结层，上表层、第一粘结层、芯层、第二粘结层、下表层和第四粘结层，所述的上表层与芯层之间、下表层与芯层之间分别通过第一、第二粘结层加热塑化辊压连接。
所述的上表层或下表层为混合纤维毡片状复合材料。
所述的芯层为声学增强纤维毡片状材料。
所述的第一、第二、第三或第四粘结层为热塑性树脂薄片，选自乙烯-醋酸乙烯脂胶膜或聚乙烯胶膜中的一种或一种以上，其中，所述的乙烯-醋酸乙烯脂胶膜或聚乙烯胶膜的面密度为60-90g/m2。
所述的混合纤维毡片状复合材料由包含以下重量份组分制成：
有机纤维 100份，
增强纤维 100-150份，
声学增强纤维 40-80份。
所述的有机纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、双组分纤维、聚苯硫醚纤维、聚氯乙烯纤维或聚酰胺纤维；
所述的增强纤维选自玻璃纤维，优选为无碱合股无捻粗纱玻璃纤维。
所述的声学增强纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯纤维一种或一种以上。
所述的上表层或下表层的厚度为1.5~2.5mm。
所述的芯层的厚度为2.5~4.0mm。
所述的芯层的克重为600~1000g/m2。
所述的上表层或下表层的克重为400~600g/m2。
所述的第一、二、三或四粘结层的克重为60~90g/m2。
所述的热塑性吸声板材成型后克重为1600~2400g/m2。
一种上述热塑性吸声板材的制备方法，该方法包括以下步骤：
（1）将100份有机纤维、100－150份增强纤维和40－80份声学增强纤维混合均匀、梳理成网、针刺成毡，得作为上、下表层材料的混合纤维毡片状复合材料；
将声学增强纤维通过梳理机梳理成网、然后经过针刺机针刺成毡得芯层；
（2）将步骤（1）中制备的上、下表层、芯层片状材料依次按照上表层、第一粘结层、芯层、第二粘结层、下表层顺序层叠在一起，形成多层片状材料；
（3）将步骤（2）中的多层片状材料通过红外烘箱加热塑化使纤维之间熔融粘结；
（4）然后在塑化后的多层片状材料上下表面分别覆上第三粘结层和第四粘结层，通过加热复合辊热压成型，再经过冷却单元冷却、定型、切割修边得到所述的热塑性吸声板材。
所述的步骤（3）中红外烘箱包括预热单元和熔融膨胀单元，其中预热单元的温度为195~220℃，熔融膨胀单元的温度为230~260℃。
所述的步骤（4）中热复合辊上下辊温度为110~130℃，辊间隙为4~7mm；冷却单元两个区温度分别为55~65℃和25~35℃。
一种上述热塑性吸声板材用作汽车内饰部件材料、建筑吸声材料或工业吸声材料的用途。
本发明同现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1.本发明提供的热塑性吸声板材通过组合使用有机纤维、声学增强纤维和增强纤维的蓬松的多层结构的设计，克服了热塑性有机纤维在用于汽车内饰部件时因其低吸声、低耐热性带来的限制；由于使用有机纤维、声学增强纤维和增强纤维制造的多层结构，具有轻质、耐用和可再循环使用的性质；通过辊压塑化成型设备，可以由被设计具有蓬松的多层结构的无纺织物制成具有细孔层。
2.本发明通过设计多层结构和控制热粘合时的辊间隙，在相同重量下可以制造具有不同吸声系数和强度的热塑性板材。通过调整组分不同纤维含量、内外层厚度等可以改变吸声系数，特别是在低频率下提供足够的吸声性能并同时保持足够的结构性能。因此，这种热塑性吸声板材可用于各种汽车内饰部件，以及建筑和工业材料，由于具有多层复合结构和高孔隙率，因而具有优异的吸声性、隔热性和冲击吸收性，是一种显示优越的声音衰减性能、改进的结构以及轻质和成本低廉的吸声产品。
附图说明
图1为本发明实施例制备的热塑性吸声板材的结构示意图；
附图标注：
1芯层，
2第一粘结层， 3第二粘结层，
4上表层， 5下表层，
6第三粘结层， 7第四粘结层。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施例中采用GB（国标）测定材料的各项性能，如无特别说明，组分的份数均为重量份数。
实施例1
如图1所示的一种热塑性吸声板材结构示意图，从上到下依次包括有第三粘结层6、上表层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3、下表层5和第四粘结层7，上述各层依次粘合在一起。
（1）（1a）开纤并均匀地混合双组分纤维（高密度聚乙烯作为壳层和聚丙烯作为芯层的壳芯双组分纤维）100份、玻璃纤维130份和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维40份，以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成上表层4和下表层5的材料，上下表层的厚度分别为2.0mm，克重为400g/m2；
（1b）开纤和均匀地混合声学增强纤维聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成芯层1的材料，芯层的厚度为2.5mm，克重为600g/m2；
（2）上下层片状材料叠合并添加粘结层
将步骤（1）中制得的上表层4、下表层5和芯层1按照上表层4、第一粘结层2（60g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、芯层1、第二粘结层3（60g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、下表层5、的顺序堆叠在一起，形成多层片状材料结构；
（3）烘箱塑化
将步骤（2）得到的多层片状材料通过红外烘箱塑化，使有机纤维或声学增强纤维中的至少一种熔融粘合未融化的纤维，其中预热单元的温度为195~205℃，熔融膨胀单元的温度为230~240℃；
（4）辊压成型
将塑化后的多层片状材料上下表面分别铺设有第三粘结层6（70g/m2聚乙烯胶膜）和第四粘结层7（70g/m2聚乙烯胶膜），通过加热复合辊热粘合成型，再经过冷却单元冷却、定型，经切割修边得到所述的热塑性吸声板材，热复合辊上下辊温为115~120℃，辊间隙为4mm；冷却单元包含的两个区分别保持为55~60℃和25~30℃的温度。
下表1中是该实施例所得样品的吸声性能测试数据。
表1
下表2是实施例1所得样品的力学性能测试数据。
表2
| 克重g/m2 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 缺口冲击强度KJ/m2 |
| 1660 | 22.4 | 28.7 | 38.5 |
实施例2
如图1所示的一种热塑性吸声板材结构示意图，从上到下按照第三粘结层6、上表层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3、下表层5、第四粘结层7的顺序粘合在一起。
（1）（1a）开纤并均匀地混合双组分纤维（高密度聚乙烯作为壳层和聚丙烯作为芯层的壳芯双组分纤维）100份、玻璃纤维100份和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维80份，以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成上表层4和下表层5的材料，上下表层的厚度分别为1.5mm，控制克重在500g/m2；
（1b）开纤和均匀地混合声学增强纤维聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成芯层1，厚度为4.0mm，控制克重在800g/m2；
（2）上下层片状材料叠合并添加粘结层
将步骤（1）中制得的上表层4、下表层5和芯层1按照上表层4、第一粘结层2（80g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、芯层1、第二粘结层3（80g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、下表层5的顺序堆叠在一起，形成多层片状材料结构；
（3）烘箱塑化
将步骤（2）得到的多层片状材料通过红外烘箱塑化，使有机纤维或声学增强纤维中的至少一种熔融粘合未融化的纤维，其中预热单元的温度为200~210℃，熔融膨胀单元的温度为235~245℃；
（4）辊压成型
将塑化后的多层片状材料上下表面分别铺第三粘结层6（70g/m2聚乙烯胶膜）和第四粘结层7（70g/m2聚乙烯胶膜），通过加热复合辊热粘合成型，再经过冷却单元冷却、定型，经切割修边得到所述的热塑性吸声板材，热复合辊上下辊温为110~115℃，辊间隙为5mm；冷却单元包含的两个区分别保持为55~60℃和25~30℃的温度。
下表3中是该实施例所得样品的吸声性能测试数据。
表3
下表4是该实施例所得样品的力学性能测试数据。
表4
| 克重g/m2 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 缺口冲击强度KJ/m2 |
| 2100 | 26.2 | 32.3 | 41.2 |
实施例3
如图1所示的一种热塑性吸声板材结构示意图，从上到下按照第三粘结层6、上表层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3、下表层5、第四粘结层7的顺序粘合在一起。
（1）（1a）开纤并均匀地混合聚丙烯100份、玻璃纤维150份和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维60份，以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成上表层4和下表层5的材料，上下表层的厚度分别为2.5mm，控制克重在600g/m2；
（1b）开纤和均匀地混合声学增强纤维聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成芯层1，厚度为3.5mm，控制克重在900g/m2；
（2）上下层片状材料叠合并添加粘结层
将步骤（1）中制得的上表层4、下表层5和芯层1按照上表层4、第一粘结层2（70g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、芯层1、第二粘结层3（70g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、下表层5的顺序堆叠在一起，形成多层片状材料结构；
（3）烘箱塑化
将步骤（2）得到的多层片状材料通过红外烘箱塑化，使有机纤维或声学增强纤维中的至少一种熔融粘合未融化的纤维，其中预热单元的温度为210~220℃，熔融膨胀单元的温度为250~260℃；
（4）辊压成型
将塑化后的多层片状材料上下表面分别铺第三粘结层6（80g/m2聚乙烯胶膜）和第四粘结层7（80g/m2聚乙烯胶膜），通过加热复合辊热粘合成型，再经过冷却单元冷却、定型，经切割修边得到所述的热塑性吸声板材，热复合辊上下辊温为120~125℃，辊间隙为6mm；冷却单元包含的两个区分别保持为60~65℃和30~35℃的温度。
下表5中是该实施例所得样品的吸声性能测试数据。
表5
下表6是该实施例所得样品的力学性能测试数据。
表6
| 克重g/m2 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 缺口冲击强度KJ/m2 |
| 2400 | 27.8 | 34.4 | 43.5 |
实施例4
如图1所示的一种热塑性吸声板材结构示意图，从上到下按照第三粘结层6、上表层4、第一粘结层2、芯层1、第二粘结层3、下表层5、第四粘结层7的顺序粘合在一起。
（1）（1a）开纤并均匀地混合聚丙烯100份、玻璃纤维150份和聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维80份，以形成纤维混合物，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成上表层4和下表层5的材料，上下表层的厚度分别为2.5mm，控制克重在550g/m2；
（1b）开纤和均匀地混合声学增强纤维聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维和改性的聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维，将纤维混合物通过梳理机形成层状纤维网，通过针刺将所述多层纤维网的各层相互连接在一起，以制成芯层1，厚度为4.0mm，控制克重在1000g/m2；
（2）上下层片状材料叠合并添加粘结层
将步骤（1）中制得的上表层4、下表层5和芯层1按照上表层4、第一粘结层2（60g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、芯层1、第二粘结层3（60g/m2乙烯-醋酸乙烯酯胶膜）、下表层5的顺序堆叠在一起，形成多层片状材料结构；
（3）烘箱塑化
将步骤（2）得到的多层片状材料通过红外烘箱塑化，使有机纤维或声学增强纤维中的至少一种熔融粘合未融化的纤维，其中预热单元的温度为210~220℃，熔融膨胀单元的温度为245~255℃；
（4）辊压成型
将塑化后的多层片状材料上下表面分别铺第三粘结层6（90g/m2聚乙烯胶膜）和第四粘结层7（90g/m2聚乙烯胶膜），通过加热复合辊热粘合成型，再经过冷却单元冷却、定型，经切割修边得到所述的热塑性吸声板材，热复合辊上下辊温为125~130℃，辊间隙为7mm；冷却单元包含的两个区分别保持为60~65℃和30~35℃的温度。
下表7中是该实施例所得样品的吸声性能测试数据。
表7
下表8是该实施例所得样品的力学性能测试数据。
表8
| 克重g/m2 | 拉伸强度(MPa) | 弯曲强度(MPa) | 缺口冲击强度KJ/m2 |
| 2400 | 27.1 | 33.2 | 45.3 |
由上述各实施例所测的数据可看出，实施例3和实施例4所得样品的综合性能较好，力学性能和吸声性能优于实施例1、2。随着样品克重的加大、内层声学增强纤维材料含量增大，力学强度相应也会增强，吸声性能也有变化，特别是是在频率3000Hz以下，吸声系数有明显变大现象。在同等克重下，增加内层片状材料（声学增强纤维）含量和厚度，其吸声系数也增大，冲击吸收性能也增强。因此，上述实施例1-4制备的热塑性吸声板材可用作汽车内饰部件、建筑吸声材料或工业吸声材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种热塑性吸声板材，其特征在于：从上到下依次包括有第三粘结层，上表层、第一粘结层、芯层、第二粘结层、下表层和第四粘结层，所述的上表层与芯层之间、下表层与芯层之间分别通过第一、第二粘结层加热塑化辊压连接。
2.根据权利要求1所述的热塑性吸声板材，其特征在于：所述的上表层或下表层为混合纤维毡片状复合材料；
或所述的芯层为声学增强纤维毡片状材料；
或所述的第一、第二、第三或第四粘结层为热塑性树脂薄片，选自乙烯-醋酸乙烯脂胶膜或聚乙烯胶膜中的一种或一种以上，其中，所述的乙烯-醋酸乙烯脂胶膜或聚乙烯胶膜的面密度为60-90g/m2。
3.根据权利要求2所述的热塑性吸声板材，其特征在于：所述的混合纤维毡片状复合材料由包含以下重量份组分制成：
有机纤维 100份，
增强纤维 100-150份，
声学增强纤维 40-80份。
4.根据权利要求3所述的热塑性吸声板材，其特征在于：所述的有机纤维选自聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、双组分纤维、聚苯硫醚纤维、聚氯乙烯纤维或聚酰胺纤维；
或所述的增强纤维选自玻璃纤维，优选为无碱合股无捻粗纱玻璃纤维；
或所述的声学增强纤维选自聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维或聚对苯二甲酸1，4-环己烷二甲酯纤维一种或一种以上。
5.根据权利要求1所述的热塑性吸声板材，其特征在于：所述的上表层或下表层的厚度为1.5~2.5mm；
或所述的芯层的厚度为2.5~4.0mm；
或所述的芯层的克重为600~1000g/m2；
或所述的上表层或下表层的克重为400~600g/m2；
或所述的第一、二、三或四粘结层的克重为60~90g/m2；
或所述的热塑性吸声板材成型后克重为1600~2400g/m2。
6.一种上述权利要求1-5中任一所述的热塑性吸声板材的制备方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
（1）将100份有机纤维、100-150份增强纤维和40-80份声学增强纤维混合均匀、梳理成网、针刺成毡，得作为上、下表层材料的混合纤维毡片状复合材料；
将声学增强纤维通过梳理机梳理成网、然后经过针刺机针刺成毡得芯层；
（2）将步骤（1）中制备的上、下表层、芯层片状材料依次按照上表层、第一粘结层、芯层、第二粘结层、下表层顺序层叠在一起，形成多层片状材料；
（3）将步骤（2）中的多层片状材料通过红外烘箱加热塑化使纤维之间熔融粘结；
（4）然后在塑化后的多层片状材料上下表面分别覆上第三粘结层和第四粘结层，通过加热复合辊热压成型，再经过冷却单元冷却、定型、切割修边得到所述的热塑性吸声板材。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（3）中红外烘箱包括预热单元和熔融膨胀单元，其中预热单元的温度为195~220℃，熔融膨胀单元的温度为230~260℃。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述的步骤（4）中热复合辊上下辊温度为110~130℃，辊间隙为4~7mm；冷却单元两个区温度分别为55~65℃和25~35℃。
9.一种上述权利要求1-5中任一所述的热塑性吸声板材用作汽车内饰部件材料、建筑吸声材料或工业吸声材料的用途。
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