Изобретение касается как звукопоглощающих материалов в целом, так и звукопоглощающего материала, пригодного для использования в автомобилях, в частности, и технологии их изготовления, также звукопоглощающих матов, способа изготовления звукопоглощающего материала и применения соломы в качестве звукопоглощающего материала.
Звукопоглощающий материал используется в автомобилестроении в основном в форме разнообразных звукопоглощающих покрытий.
Компоненты основного материала соответствующей группы звукопоглощающих материалов состоят, как правило, из
- связующего вещества или смеси связующих веществ;
- одного или нескольких наполнителей.
В качестве связующих материалов известно большое количество материалов и смесей материалов, например, в типографском шрифте DE 69216238 Т2 используется состав из сополимеров этиленвинилацетата и нефтяной смолы.
В качестве наполнителей служат, например, такие минералы как базальт, слюда и материалы, которые расширяют возможности применения встраиваемых шумопоглощающих материалов, в которых в соответствии со специальной целью применения могут содержаться необходимые добавки в наполнителе, такие как, например, поверхностно-активные вещества, пластификаторы и т.д.
Подобные звукопоглощающие материалы предполагают наличие трудностей в удалении отходов и их повторном использовании, и недостатком является также то, что они относительно тяжелы.
Вес известных звукопоглощающих материалов, используемых в настоящее время в автомобилестроении, составляет в автомобилях среднего класса в основном около 25 кг, т.е. все же около 2% общего веса транспортного средства.
Недостатком также является то, что вес звукопоглощающего материала оказывает непосредственное влияние на потребление топлива.
С другой стороны в связи с постоянным ростом цен на бензин предъявляются высокие требования к автомобильной промышленности, касающиеся снижения веса автомобиля.
Из DE 3813984 А1 известна технология изготовления в горячих пресс-формах амортизационных деталей, в которой солома путем измельчения растирается в порошок и затем смешивается с растворенным в воде клеем. Образованная из соломы и клея смесь затем прессуется, и формованное изделие подвергается сушке.
Недостатком является то, что в процессе размельчения образуется мука, наличие которой может привести к возникновению электростатического напряжения со значительной степенью взрывоопасности.
Существенным недостатком является также то, что в процессе размельчения теряется такое важное положительное свойство соломы, как волокнистость.
Из DE 41588 А1 известен шумоизоляционный материал, содержащий разбухшую в растворах едкого натрия или калия солому и дополнительные присадки, способствующие образованию формованного изделия.
Недостатком этого звукоизоляционного материала, однако, является то, что солома вследствие разбухания становится более мягкой и гибкой.
Этого могло хватить для определенной области использования в строительстве, шумопоглощающий материал, однако, вследствие других требований коренным образом не пригоден для автомобилестроения.
Далее в DE 19543635 А1 говорится о связующем веществе из полигидроксидных жирных кислот и волокнистых материалов, который также предлагается для изготовления формованных деталей в автомобильной промышленности.
Недостатком при этом является то, что предлагаемые формованные детали не достигают величины, достаточной для гашения колебаний. Образующийся звук не прерывается в самом начале своего возникновения, что может привести к возникновению гула.
Следовательно, задачей настоящего изобретения является предоставление шумопоглощающего материала, который экономичен в изготовлении, экологичен и/или имеет незначительный вес.
Следующей задачей изобретения является предоставление материала, имеющего хорошие звуко- или теплоизоляционные свойства и особенно обладающего свойством демпфирования вызывающих появление звука колебаний и вибраций с улучшенным эффектом антигула.
Дополнительной задачей изобретения является предоставление материала, простого и надежного в обработке.
Изобретение должно способствовать появлению шумопоглощающего материала, гибкого и легко формуемого.
Задачей изобретения является также предоставление шумопоглощающего материала, не имеющего недостатков традиционных материалов или, по меньшей мере, уменьшающего их.
Задача изобретения неожиданно простым способом решается путем использования независимых требований.
Выгодные последующие образования изобретения являются предметом последующих требований.
Согласно изобретению для изготовления основного компонента звукопоглощающего материала для автомобилей или соответственно звукопоглощающего материала, который, по меньшей мере, охватывает связующее вещество и одно или несколько наполнителей, причем под связующим веществом подразумевается также смесь связующих веществ. Наполнитель содержит солому или состоит из соломы. Предпочтение отдается или одному виду-сорту растений или же смеси из них. Особенно пригодной показала себя солома пшеницы и ржи.
Особым преимуществом изобретения является использование обработанной соломы, причем под обработкой соломы понимается то, что естественная связь волокон, по меньшей мере, частично нарушается.
Путем обработки нарушается преимущественно естественная структура соломы в форме соединенных в стебель волокон, ее стеблеобразная и жесткая структура.
При обработке соломы ее волокна, из которых с помощью природного связующего вещества образуются стебли, выделяются из этой природной структуры стебля.
Скелет стебля, который образуется в стебель из волокон с помощью природных пентозан-, лигнин- и/или целлюлозных связей, при обработке ослабляется так, что эта природная структура соломы в форме соединенных в стебель волокон, по меньшей мере, частично теряет свои связи.
При обработке солома варится под давлением и при температуре от 100 до 150°С или выше, например, в паровом котле.
Растворение этих составных частей имеет в звукопоглощающем материале преимущество в том, что образование капель в шламовой зоне котла может быть затруднено и тем самым повышается степень демпфирования материала.
Преимуществом обработанной соломы является то, что с одной стороны ликвидируется или, по меньшей мере, уменьшается первоначальная или природная жесткость соломы и с другой стороны остается волокнистость соломы, что создает условия для создания превосходного, способного к последующей переработке, формуемого и тем не менее жесткого звукопоглощающего материала.
Кроме этого, соответствующий изобретению материал отличается простотой в изготовлении, а также очень хорошими свойствами поглощения звуков, особенно звукоизоляция корпуса, и гашения колебаний и вибраций.
Изобретенный звукопоглощающий материал может применяться как в изготовлении рельсовых транспортных средств, самолето- и кораблестроении, лифтах и других движущихся средствах, так и в изготовлении всевозможных потребительских предметов. Этим материалом или соответственно шумопоглощающим материалом может, кроме этого, выполняться звукоизоляция помещений или мест, например студий, концертных залов, и/или зданий, в особенности заводских зданий и т.д. Также возможно использование материала для изоляции стен и крыш.
Особенно важным является то, что благодаря этому изобретению известные и применяемые до этого времени наполнители частично или полностью будут заменены или дополнены соломой. Наполнители, придающие звукопоглощающему элементу особые, соответствующие конкретному случаю применения, свойства, останутся относительно уровня техники более предпочтительными.
Особое место занимает возможность изготовления из изобретенного материала звукопоглощающих матов для автомобилестроения.
Солома является издавна используемым людьми сырьем, почти забытым в настоящее время и едва ли используемым. Солому часто, кроме Западной Европы, намеренно сжигают или позволяют просто сгнить, так как она до сих пор не нашла достаточного применения. Устранить этот недостаток поможет настоящее изобретение.
Особенно следует выделить то преимущество, что, говоря о соломе, речь идет о постоянно подрастающем сырье, так что процесс изготовления материала удовлетворяет самым высоким требованиям охраны окружающей среды. Кроме этого, солома и, что предпочтительно, изготавливаемый согласно изобретению шумопоглощающий материал способны к гниению и сжиганию, тем самым в случае негодности изделия влияние на окружающую среду будет весьма незначительным.
Но значительными являются также и технические преимущества соломы в качестве наполнителя для изготовления изобретенного материала или шумопоглощающего материала. Солома отличается очень незначительным, особенно по сравнению с известными наполнителями, удельным весом и соответственно меньшей плотностью. Это преимущество в весе сохраняется даже, как это специально предусмотрено, при обработке соломы, необходимой для улучшения шумопоглощающих свойств материала.
Преимущественно прессованная солома, и соответственно звукопоглощающий материал, показывает перед смешиванием со связующим веществом плотность, менее или равную 2000 кг/м3, предпочтительнее меньше или равную 1000 кг/м3, еще предпочтительнее меньше или равную 500 кг/м3 и самую предпочтительную в диапазоне от 280 кг/м3 ±50% или ±25%.
Сокращение веса по сравнению с обычными материалами ведет к непосредственному и благоприятствующему улучшению экологии, сокращению потребления топлива транспортным средством, где этот материал используется.
Отсюда определяется стремление к максимально возможному соотношению соломы - наполнителя в зависимости от области применения материала.
Далее изобретенный звукопоглощающий материал отличается высокой степенью звукоизоляции или соответственно звукопоглощения в широком диапазоне частот.
Предпочтительнее наполнитель, точнее сказать солому, перед смешиванием со связующим веществом подвергать предварительной обработке. Предварительная обработка подразумевает под собой в первую очередь очистку, если это необходимо. Затем, особенно перед тепловой обработкой, солома может быть дополнительно размельчена или разрезана на кусочки, путем резания, измельчения или дробления, таким образом, что волокна соломы будут иметь укороченную по сравнению с естественной длину.
Альтернативой расщеплению может быть в некоторых областях применения только измельчение или дробление соломы.
Измельчение или дробление имеют по сравнению с размалыванием/расщеплением большое преимущество, так как в этом случае мало или почти не образуется муки, что способствует очень незначительному образованию электростатического напряжения.
В заключение солома пропитывается от гниения и/или воспламеняемости и/или затем подвергается сушке.
Согласно предпочтительному этапу изобретения материал доводится термически или путем нагрева до плавкого состояния. Для этой цели добавляются, например, термические расплавляемые связующие средства, особенно из битумов, используемых в строительстве зданий и дорог, этиленвинилацетатные сополимеры и/или другие смолы и/или другие в принципе известные расплавляемые под нагревом составные части. Предпочтительные температуры расплавления или точки размягчения находятся в диапазоне от 70 до 130°С. Предпочтительно звукопоглощающий материал перерабатывается в шумопоглощающий элемент, который затем соединяется наплавлением с несущей деталью, шум от которой необходимо уменьшить.
Звукопоглощающий материал обладает, благодаря комбинации соломы и битума, особенно благоприятными свойствами для наплавления.
Особенно предпочтительные свойства показало связующее средство, содержащее битумы высокого строительного качества. Преимущество проявляется в том, что оно содержит синтетический каучук. Это проявилось в том, что связующее вещество, которое содержит синтетический каучук, существенно улучшает свойства изобретенного материала.
Изобретенный звукопоглощающий материал имеет наряду с хорошим звукопоглощением дополнительные свойства, которые способствуют тому, что при использовании изобретения возникает двойная выгода. Преимуществом является также то, что изобретенный материал по сравнению с обычными шумоизоляционными материалами, показывает меньшую теплопроводность, т.е. показывает высокое теплопоглощение.
Значительное сокращение веса при одновременном улучшении коэффициентов шумопоглощения способствует использованию материала почти во всех случаях его применения в автомобиле, например, крыша, т.е. висящая позиция, стеновые панели - вертикальные позиции и на полу - горизонтальные позиции.
Для глушения шума, создаваемого полом или в багажнике автомобиля, оправдало себя использование частиц соломы после резки или дробления размером до 6 мм длиной, 4 мм диаметром и 4 мм шириной. При такой максимальной длине волокон звукопоглощающее покрытие оптимально поддается подгонке при наплавлении на пол стандартного автомобиля. При изготовлении шумопоглощающего покрытия для крыши длина волокон, благодаря незначительному радиусу искривления, может быть больше. Особенно хорошо длина волокон поддается подгонке по минимальным радиусам запланированных областей использования шумопоглощающего материала.
В соответствии с этим волокна могут быть меньше или равны 100 мм, 50 мм, 25 мм, 10 мм или 6 мм.
При этом изобретатель установил, что стебли или соответственно кусочки полой трубки стебля при механической резке делятся на кусочки размером менее 30 мм при определенных обстоятельствах. Полые трубки или частички наполнителя распадаются в основном вдоль их продольной оси на 2 или более трубкообразные или цилиндрообразные полые частички.
В основном используется солома, имеющая долю веса сырого волокна от 15 до 75%, предпочтительно в диапазоне от 45% ±15%, долю веса лигнина от 10 до 40%, предпочтительно в диапазоне от 25% ±10%, долю веса пентозана от 0 до 40%, предпочтительно в диапазоне от 20 ±10%, и/или долю целлюлозы от 0 до 60%, предпочтительно в диапазоне от 30 ±15%.
В основном шумопоглощающий материал содержит или состоит из следующих составных частей (в объемных процентах):
Особенно для изготовления обшивки крыши в шумопоглощающий материал добавляется некоторое количество способного к намагничиванию, ферромагнитного материала, например ферритовый порошок, и именно в таком количестве, чтобы изготовленная обшивка временно, но самостоятельно держалась на крыше, чтобы затем путем наплавления быть окончательно соединенной с крышей.
Уменьшенный по сравнению со стандартными шумопоглощающими материалами удельный вес материала может также сократить количество феррита, необходимого для создания магнитной силы удержания материала. Это в основном связано с потенциальной возможностью сокращения веса.
Далее в рамках изобретения необходимо выполнить процесс изготовления шумопоглощающего материала, причем связывающее вещество и наполнитель, т.е. солома, уже имеются в распоряжении. При известных условиях материал подвергается дальнейшей обработке до достижения необходимых свойств.
Последующими шагами обработки, которые используются по отдельности или вместе и/или в следующей последовательности, являются:
- размельчение соломы или наполнителя,
- дробление или разрезание соломы или наполнителя на частицы,
- сечка соломы или наполнителя на частицы,
- пропитка соломы или наполнителя,
- сушка соломы или наполнителя,
- смешивание размельченной соломы или наполнителя со связующим веществом до создания основного материала,
- добавка каолина и/или глины,
- прессование, заливка в формы и/или вальцовка основного материала,
- формование основного материала в элемент шумозащиты или звукопоглощающий холст/мат,
- горячее наплавление звукопоглощающего элемента на соответствующую деталь автомобиля.
Предпочтительной при смешивании является температура не менее 60°С, более предпочтительной - не менее 80°С и/или самое большее 250°С, более применяемой является температура максимально 140°С.
Далее изобретение будет объяснено более подробно, причем признаки различных способов исполнения могут комбинироваться между собой.
Соответствующий изобретению звукопоглощающий материал или соответственно заготовка состоит из органических и неорганических веществ.
Опыты показали, что тщательный выбор и состав базисных компонентов могут способствовать достижению требуемых целей.
Следующие композиции материалов зарекомендовали себя наиболее предпочтительными образцами, причем данные указаны в объемных процентах.
Проба 1
Проба 2
Проба 3
Проба 4
Для изготовления образцов 1-4 солома подвергается сечке или измельчению, при этом, как показали опыты, достигается лучшая смешиваемость с другими компонентами.
При сечке или измельчении солома подается в пучках через вращающийся шнек, на конце которого находится соединенный со шнеком и также вращающийся нож, который, жестко контактируя с диском, производит процесс резания. При использовании сухой соломы при резке образуются частицы длиной от 10 мкм до 5 мм и шириной не более 2 мм. Наибольший успех достигается, таким образом, при измельчении соломы до размеров от 10 мкм до максимум 5 мм длиной.
Для смешивания компонентов использовалась смесительная машина. На 1-м этапе битум и каучук смешивались от 3 до 20 минут. На 2-м этапе в течение 3-30 минут подмешивались другие компоненты. Выбранное число оборотов колебалось от 30 до 90 в минуту.
Температура при смешивании на 1-м и 2-м этапах должна находиться в пределах 100-150°С, большей частью в диапазоне 130°С. При таких условиях достигается однородность смеси.
В дальнейшем время процесса смешивания может быть сокращено при условии, что добавляемые в битум компоненты уже будут подогреты до минимум 60°С, предпочтительнее всего до 100°С.
Предполагается, что в процессе смешивания соломы с другими составными частями, т.е. при мешании и смешивании при температуре примерно 130°С, происходит частичное превращение соломы в волокнистую массу. Без претензии на полноту и правильность данных можно исходить из 20% растворения соломы, что могло бы объяснить удивительно хорошие результаты контрольных значений.
Полученные таким образом образцы каландрировались на толщину 2 мм.
Для изготовления описанных далее образцов 5 и 6 солома подвергалась растворению без предварительного размельчения. Растворение соломы может быть проведено, конечно, в комбинации, а точнее сказать, с предварительными, как описано выше, сечкой и резкой.
Образцы 5 и 6 состоят из следующего:
Проба 5
Проба 6
Для изготовления проб 5 и 6 использовалась солома прямо с поля, без измельчения, которая закладывалась в водяной раствор негашеной извести (СаО), подвергалась варке под давлением и в герметичном состоянии и таким образом химически разлагалась на свои составные части. При этом в растворе извести можно растворять лигнин, пентозан и/или целлюлозу.
Вследствие того, что лигнин связывает волокна соломы и эта связь теряется при воздействии на нее щелочного раствора и высокой температуры при варке, материал получает улучшенную формуемость.
Процесс варки продолжался 4 часа при температуре 110°С и давлении 10 бар. Превращенная при варке в волокнистую массу солома во влажном состоянии и температуре от 80 до 100°С добавлялась в смесь битума и каучука. В остальном процесс был аналогичен пробам 1-4.
Следует иметь в виду, что в случаях с пробами 5 и 6 при добавлении в битум влажной, совершенно мокрой, превращенной в волокнистую массу и нагретой до 100°С соломы проявляется кратковременное образование водяного пара.
Процесс и преимущества превращения соломы в волокнистую массу, т.е. разложение соломы на ее составные части, будет далее описано более подробно.
Солома, в таком состоянии, в котором она привозится с поля или с места хранения, добавляется в водный раствор негашеной извести. Доля извести составляет от одной десятой до половины полной массы соломы обрабатываемой загрузки.
При погружении соломы в кипящую жидкость последняя сразу же теряет свою объемность, так как содержащиеся в ней лигнин, пентозан и целлюлоза немедленно начинают процесс разложения.
Изобретатель далее установил, что в процессе варки образуется соединение извести и кремниевой кислоты, которое позднее придает звукопоглощаемому материалу дополнительную прочность.
Перечисленные компоненты приводят во всех пробах 1-6 в основном к следующим результатам и преимуществам.
Битум обеспечивает наплавление звукопоглощаеющего материала на звукоизолируемую деталь, т.е. создает такое соединение между деталью-носителем и звукопоглощающим материалом, которое может быть разрушено только механическим способом.
Эластомеры, такие, как, например, натуральный каучук, придают звукопоглощающему материалу улучшенную способность соответствовать форме детали-носителя. Таким образом, достигается улучшенная аккомодационная способность материала. Перечисленные в примерах эластомеры способствуют дополнительно улучшению формуемости, уменьшению хрупкости и улучшенной устойчивости к жаре и холоду.
Солома в измельченной различными способами и/или превращенной в волокнистую массу форме делает материал легким и придает ему хорошие звукопоглощающие свойства.
В связи с незначительной плотностью соломы, примерно 0,28 кг/дм3, по сравнению с битумом плотностью примерно 1 кг/дм3 создается значительное сокращение веса, что соответственно сокращает долю ферритового порошка в случаях вертикального или потолочного использования звукопоглощаемого материала.
Каолин и/или глина глушат звуки высокой частоты, солома же звуки низких частот. Благодаря этому достигается такое действие комбинации материалом, которое при смешивании покрывает широкую полосу звуковых частот.
Таким образом, при 40°С может быть достигнут коэффициент потерь от η=0,32 до 0,44 и даже выше.
Ограниченное добавление каолина и/или глины ведет к улучшению термической стабильности и глушению вибрационных колебаний. В связи с плотностью в 2 кг/дм3, превышающей примерно в 2 раза вес битума, их доля значительно сокращается.
Триэтилфосфат делает звукопоглощающий материал трудно воспламенимым, что способствует соответствию международным автомобильным стандартам. Доля частиц и волокон в тестуемом материале приводила к результатам, которые превосходили требования автомобильной промышленности.
Вследствие разложения соломы и ее добавления в мокром состоянии в смесь в процессе изготовления звукопоглощающий материал содержит наряду с волокнами такие составные части как лигнин, пентозан, целлюлозу и соединение кальциево-кремниевой кислоты.
Все эти вещества совместно с другими составными частями звукопоглощаемого материала создают соединение с такими преимуществами, которые показывают результаты испытаний.
Результаты испытаний
Соответствующий изобретению звукопоглощающий материал согласно пробам 1-6 был подвергнут испытаниям, проведения которых требуют потенциальные покупатели и особенно автомобильная промышленность. Требование → Результат
1.Плотность
а) немагнитный материал <2,5кг/м2 → ниже заданного значения
б) магнитный <4,5 кг/м → ниже заданного значения
2. Толщина 2,0 мм + 0,2 → соответствует
3. Прочность при растяжении >25 H/мм2 → соответствует
4. Сила адгезии магнитных образцов → соответствует
Образец из звукопоглощающего материала размером 200 мм × 100 мм прижимается по центру к лакированной автомобильной плоской детали размером 250 мм × 100 мм таким образом, что перекрываются 50 мм. Прижимающее усилие, составляющее 5 Н, равномерно распределяется по поверхности перекрытия 100×50 мм. При вертикальном расположении контрольной детали образец не должен сползать и/или отпадать.
Специалисту очевидно, что описанные выше формы исполнения доказательны и изобретение может варьироваться относительно различных аспектов, не теряя сути самого изобретения.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛИТНОГО КОМПОЗИТНОГО МАТЕРИАЛА ИЗ ЛИГНОЦЕЛЛЮЛОЗНОГО СЫРЬЯ | 2008 |
|
RU2404048C2 |
| МНОГОСЛОЙНЫЙ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ | 1991 |
|
RU2023084C1 |
| ПАНЕЛИ, СОДЕРЖАЩИЕ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ КОМПОНЕНТЫ, И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ | 2010 |
|
RU2532487C2 |
| ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ МАТЕРИАЛ | 2004 |
|
RU2358246C2 |
| ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ ОБЛИЦОВКА | 2017 |
|
RU2646252C1 |
| Комбинированная звукопоглощающая панель | 2016 |
|
RU2639759C2 |
| ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПОЗИЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ | 2014 |
|
RU2575102C1 |
| ШТУЧНЫЙ ЗВУКОПОГЛОТИТЕЛЬ С ВИНТОВЫМИ ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ | 2015 |
|
RU2655643C2 |
| ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ | 2015 |
|
RU2660814C2 |
| ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩАЯ ОБЛИЦОВКА | 2015 |
|
RU2583463C1 |
Изобретение касается звукопоглощающего материала, особенно для изготовления звукопоглощающих матов для автомобилей, содержащего, по меньшей мере, одно связующее вещество, содержащее битум и, по меньшей мере, один наполнитель, причем наполнитель содержит солому, которая, по меньшей мере, частично превращена в волокнистую массу, при этом превращенная в волокнистую массу солома образована из волокон, которые потеряли свою природную связь в стебле. Кроме того, настоящее изобретение касается звукопоглощающих матов для автомобилей, изготовленных из звукопоглощающего материала, способа изготовления звукопоглощающего материала и применения измельченной и превращенной в волокнистую массу соломы в качестве звукопоглощающего материала. Изготовленный в соответствии с изобретением звукопоглощающий материал позволяет производить экономичные экологичные легкие звукопоглощающие маты, которые одновременно обеспечивают высокую звукоизоляцию. 4 н. и 23 з.п.ф-лы.
размельчение наполнителя,
пропитка наполнителя,
сушка наполнителя,
смешивание звукопоглощающего материала с другими составными веществами,
добавление коалина,
добавление глины,
прессование, формование или вальцевание звукопоглощающего материала,
формование звукопоглощающего материала в звукопоглощающие элементы или маты и
горячее наплавление звукопоглощающего элемента или мата на несущий элемент, особенно на автомобильную деталь.
| DE 3624164, 21.01.1988 | |||
| Установка для набрызгбетона | 1976 |
|
SU608905A1 |
| Центробежный способ изготовления водосточных труб | 1945 |
|
SU74484A1 |
| Способ изготовления водоустойчивого строительного материала | 1932 |
|
SU31248A1 |
| DE 4436981, 11.04.1996. | |||
