Материал для шумоизоляционных покрытий, комплект деталей шумоизоляционных покрытий в пассажирском отделении автомобиля и способ изготовления этих деталей

Изобретение относится к производству шумоизоляционных покрытий для пассажирского отделения автомобиля и касается комплекта деталей, материала для их изготовления, технологии производства деталей, и может быть использовано в транспортной промышленности. Материал для шумоизоляционных покрытий в пассажирском отделении автомобиля включает тяжелый слой из термопластичного листового материала толщиной 2-3 мм и массой поверхности 3-4,5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом или сополимера этилена с винилацетатом и слой пористого пенополиуретана, полученный при взаимодействии по меньшей мере полиола и изоцианата, взятых в соотношении, определяемом заранее заданной необходимой величиной плотности пенополиуретана. Детали - щиток переда, передний и задний пол готовят цельноформованными и повторяющими поверхность и очертания рельефа кузова из указанного материала. Изобретение обеспечивает достижение высоких показателей шумоизоляции, легкости, экологичности, простоты изготовления и монтажа в салоне автомобиля. 3 н. и 2 з.п. ф-лы.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к транспортной промышленности, а именно к производству шумоизоляционных покрытий для пассажирского отделения автомобиля и касается комплекта деталей, материала для их изготовления и технологии производства деталей.

В настоящее время в автомобильной промышленности идет интенсивная разработка шумоизоляционных покрытий, материалов для их изготовления и технологии изготовления.

Широкое распространение получило использование слоистых материалов для шумоизоляционных покрытий.

Известно использование многослойных материалов, включающих по 3-5 слоев (см., например, RU 1678668 A1, Wo 01/10682 А1, RU 7391 U1, RU 22454 U1, RU 2117582 C1, RU 1400928 A1, RU 2198798 C1 и др.).

Так, например, в патенте Wo 01/10682 A1 используемый материал включает следующие слои: основа, алюминиевый сэндвич, промежуточный слой адгезионной пены, тяжелый слой. В патенте RU 22454 U1 используется такая комбинация слоев: термоскрепленное полотно на основе полиэфирных волокон, 2 слоя измельченного пенополиуретана, армирующий слой на основе стеклохолста, слой из нетканого холстопрошивного полотна из смеси полиэфирных и вискозных волокон.

Шумоизоляционные слоистые материалы, включающие по 4-5 слоев, сложны и трудоемки в изготовлении, требуют наличия большого количества исходного сырья.

В связи с этим в последнее время все большее внимание уделяется разработке слоистых шумоизоляционных материалов, включающих два слоя: так называемый тяжелый слой и нанесенный на него пористый слой из полимерных материалов. Известен, например, 2-слойный материал, используемый в заявке на патент RU 2000127852 A. В этом шумоизоляционном материале один слой выполнен из нетканого безниточного полотна на основе полиэфирного и вискозного материала, а второй слой - из смеси полипропилена и волокон льна.

Известные шумоизоляционные материалы используются для изготовления различных шумоизоляционных покрытий, изготавливаемых в виде системы модулей, кожухов, специальных прокладок и облицовок. Сбор, монтаж, установка и закрепление этих покрытий в салоне автомобиля зачастую представляют много сложностей.

Так, например, для сборки шумоизоляционного покрытия по патенту RU 5959 U1 авторами разработана специальная схема-инструкция установки отдельных шумовибродемпфирующих модулей на панелях салона автомобиля. Модули имеют различную конфигурацию со сложной системой сквозных прорезей, вырезов и глухих отверстий для обеспечения плотной установки на рельефные поверхности панели салона и плотного охвата закрепленных на них функциональных элементов.

В виде отдельных модулей выполнено также шумоизоляционное покрытие по патенту RU 7391 U1. Сборка модулей идет с использованием принципа мозаики.

Сложные системы деталей с множеством отверстий определенного размера и конфигурации описаны также в патентах RU 25871 U1, RU 27026 U1, SU 183593, RU 2042547 C1 и др. Подобные комплекты, как уже было сказано, чрезвычайно сложны в монтаже и закреплении в салоне автомобиля. Трудность обеспечения плотного прилегания шумоизоляционных покрытий к рельефным поверхностям салона автомобиля делает необходимой разработку дополнительных сложных элементов комплектов шумоизоляционных покрытий. Так, например, в заявке №2002116046 описаны специальные крепежные элементы, в а.с.№522969 - намагниченные прокладки.

Трудоемки, сложны и продолжительны во времени и многие известные способы изготовления шумоизоляционных материалов.

Так, например, в патенте RU 2198743 C1 проводят нанесение полимерного покрытия на основе силоксановой или фторкаучуковой композиции на тканевую основу из минеральных волокон путем наложения композиции на тканевую основу в виде ленты, движущейся поступательно с помощью приводного шкива, распределения композиции по ленте с помощью вертикального скребкового ножа, подачи ленты с распределенной по ней композицией в сушильную камеру. Композицию распределяют по ленте с равномерностью 10-120 г/м² при скорости подачи ленты 3-8 м/мин, до сушильной камеры с температурой сушки 130-200°С ленту с композицией снизу обрабатывают паром с температурой 100-120°С. Композицию наносят в два слоя, причем второй слой наносят на первый, распределяя по нему полимерную композицию с равномерностью 10-80 г/м² с помощью второго поворотного вертикального скребкового ножа, установленного за сушильной камерой по ходу движения ленты; ленту с двумя слоями композиции также подвергают сушке в камере с температурой 130-200°С, а до камеры ее обрабатывают паром с температурой 100-120°С. При осуществлении такого способа возможна обработка тканевой основы до нанесения первого слоя композиции паром с температурой 100-120°С и сушка при температуре 130-200°С для удаления замасливателя при скорости ленты 5-10 м/мин.

Сложный трудоемкий способ изготовления шумоизоляционного материала описан также в патенте ЕР 1215085 А2. Звукопоглощающий элемент, особенно акустический компонент, включающий в себя основную структуру, включая волокно, армированное термопластическим материалом, термопластической фольгой, расположенной поверх основной структуры, множество отдельных поглощающих частей материала, соединенные к вышеуказанному материалу термопластической фольгой и отделяющей термопластиковой фольгой, покрывающей вышеуказанные поглощающие части материала, посредством чего разделяющая фольга кладется неплотно поверх поглощающих частей материала и между поглощающих частей материала и крепко присоединяется к термопластиковой фольге, которая плотно присоединяется к основной структуре. Метод производства вышеуказанного звукопоглощающего элемента включает в себя шаги по формующей оснастке и воздействия сжатым воздухом на пустоты, так что отделяющая фольга, поглощающие части материала и термопластиковая фольга прессуются супротив основной структуры так, чтобы формование основной структуры, присоединение термопластиковой пленки с основной структурой и соединение термопластиковой пленки с отделяющей фольгой с их совместными точками соприкосновения выполнялись в один заход.

Многих описанных выше трудностей удастся избежать при использовании формующихся двухслойных шумоизоляционных материалов с использованием полиуретановой пены, применение которых получило широкое распространение в последние годы.

За прототип предлагаемого материала для шумоизоляционных покрытий в пассажирском отделении автомобиля выбран двухслойный материал с использованием пористого пенополиуретана, полученного при взаимодействии полиоля и изоцианата (Wo 01/42053 А1, РСТ/ЕР 00/12306). В патенте описан звукоизоляционный материал, а также способ его производства.

Материал, выбранный за прототип, так же, как и предлагаемый, содержит два слоя, однако, в отличие от предлагаемого материала, в прототипе оба слоя состоят из пористого пенополиуретана, получаемого смешением полиоля и изоцианата, при этом слои отличаются по твердости. Реактивная смесь для производства более твердой полиуретановой пены (т.е. пены более высокой жесткости и твердости обжатия) содержит большее количество изоцианата, чем реактивная смесь для производства слоя с обычной или меньшей устойчивостью. Согласно описанию патента, воздействие на плотность и структурирование слоев достигают путем подбора компонентов и их соотношений, а также за счет условий реакции их взаимодействия.

Способ изготовления шумоизоляционного материала, описанный в патенте Wo 01/42053 А1, включает смешение изоцианата и полиоля в формах. Этот способ выбран в качестве прототипа предлагаемого в данной заявке способа получения шумоизоляционного материала.

Как основные преимущества, в прототипе выделены легковесность, а также упрощение утилизации за счет исключения других материалов, кроме полиуретана.

Однако прототип не лишен недостатков. Во-первых, он не обеспечивает достаточного уровня шумоизоляции, так как материал является легковесным, он обладает частичной устойчивостью, что затрудняет его использование для покрытия пола автомобиля, так как в этом случае возможно возникновение у пассажира ощущения «плавающего пола».

Кроме этого, способ изготовления материала по прототипу требует специального сложного оборудования и управления им, а именно выделения в формах областей, геометрически ограниченных пластмассовыми или металлическими пластинами, а также оснащение форм несколькими смешивающими головками. Все это необходимо для получения во время смешения полиоля и изоцианата полиуретана различной твердости.

В патенте, приводимом здесь в качестве прототипа, не описана возможность изготовления деталей шумоизоляционного покрытия методом формования, что, во-первых, является еще одним недостатком прототипа, а во-вторых, не позволяет выбрать прототип для предлагаемого в данной заявке комплекта деталей шумоизоляционного покрытия.

В задачу предлагаемого изобретения положено создание шумоизоляционного материала, являющегося легким, экологичным и при этом более эффективным при шумоизоляции, обеспечивающего хорошее облегание поверхности кузова автомобиля и облегчающего монтаж его установки.

В задачу изобретения положена также возможность изготовления цельноформованных деталей (щитка переда, переднего пола и среднего пола), повторяющих поверхность кузова.

В задачу предлагаемого способа изготовления материала положено упрощение способа, исключение необходимости оснащения форм системой разделительных пластин, особо расположенных и требующих специального управления смешивающих головок и за счет этого снижение трудозатрат и продолжительности способа.

Поставленная задача в материале для шумоизоляционных покрытий достигается тем, что материал для шумоизоляционных покрытий в пассажирском отделении автомобиля, включающий тяжелый слой и второй слой, выполненный из пористого пенополиуретана, полученного с использованием полиола и изоцианата, отличается тем, что тяжелый слой выполнен из термопластичного листового материала толщиной 2-3 мм и массой 3 - 4.5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом, а соотношение полиола и изоцианата составляет 100/40 -100/50 и определяется величиной плотности пенополеуретана, полученного с использованием воды в качестве вспенивателя, составляющей 50-70 кг/м³, причем модуль упругости полиуретановой пены составляет 50-250 Н/м².

Поставленная задача в комплекте деталей шумоизоляционного покрытия достигается тем, что комплект деталей шумоизоляционного покрытия в пассажирском отделении автомобиля включает три детали: щиток переда, передний пол, средний пол, при этом каждая деталь выполнена из материала по п.1, является цельноформованной и повторяющей поверхность и очертания рельефа сопрягаемой части кузова, также каждая деталь имеет единую по всей поверхности толщину тяжелого слоя и различную толщину пенополиуретанового слоя, определяемую степенью шумового излучения зоны; в зонах наименьшего шумового излучения толщина пенополиуретанового слоя наименьшая, а в зонах наибольшего шумового излучения - наибольшая.

Поставленная задача в способе изготовления деталей шумоизоляционного покрытия достигается тем, что способ изготовления деталей шумоизоляционного покрытия в пассажирском отделении автомобиля включает предварительный нагрев в электропечи до 120±10°С листа термопластичного материала толщиной 2-3 мм и массой поверхности 3-4.5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом, выкладку разогретого листа тяжелого материала, вакуумирование для формования листа по конфигурации формы с одновременным охлаждением материала за счет охлаждения нижней части формы, впрыск пенополеуретана через заливочную горловину формы, причем пенополеуретан получают непосредственно при смешивании в момент впрыска полиола и изоцианата, взятых в соотношении 100/40 - 100/50, определяемом величиной плотности пенополеуретана, полученного с использованием воды в качестве вспенивателя, составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны, причем модуль упругости полиуретановой пены составляет 50-250 Н/м², при этом время изготовления деталей составляет 2-4 минуты; дополнительно при приготовлении пены полиуретана добавляют воду в количестве от 0.1-1%, причем количество воды определяется величиной плотности полиуретана, составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны.

Новый технический результат заключается в том, что предлагаемый материал более эффективен при шумоизоляции (шум снижается от 1,5 до 2 дБ) и при этом легок, экологичен, обеспечивает хорошее облегание поверхности кузова и простой и быстрый монтаж при установке в салон автомобиля, т.к. изготовленные из него детали являются цельноформованными и повторяющими поверхность и очертания сопрягаемой части кузова. Упрощение и ускорение монтажа достигается также за счет того, что комплект состоит из 3-х деталей (щиток передка, передний пол, средний пол), а не, например, из сложной системы многочисленных модулей.

Новый технический результат в способе изготовления деталей заключается в упрощении и ускорении технологии изготовления (время изготовления детали составляет 2-4 минуты).

Предварительно проводят подготовку тяжелого материала, затем соединение тяжелого материала и пенополеуретана в момент вспенивания с последовательной формовкой детали, при этом подготовку тяжелого материала проводят путем разогрева в электропечи до 120±10°С листа термопластичного материала толщиной 2-3 мм и массой поверхности 3-4.5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом; затем разогретый лист тяжелого материала выкладывают на нижнюю часть заливочной формы, форму закрывают и включают вакуум для формования листа по конфигурации формы (роль прижимной рамки выполняет верхняя часть формы) с одновременным охлаждением материала за счет охлаждения нижней части формы, после чего производят впрыск пенополеуретана через заливочную горловину формы, причем пенополеуретан получают непосредственно при смешивании в момент впрыска полиола и изоцианата, взятых в соотношении 100/40 - 100/50, определяемом величиной плотности пенополеуретана, полученного с использованием воды в качестве вспенивателя, составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны, причем модуль упругости полиуретановой пены составляет 50-250 Н/м², при этом время изготовления деталей определяют как 2-4 минуты.

Дополнительно при приготовлении пены полиуретана могут добавлять воду, которую вводят в количестве 0.1-1%, причем количество воды определяют величиной плотности полиуретана, составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны. В качестве вспенивателя используют, например, воду.

Предлагаемый комплект деталей из предлагаемого материала с помощью предлагаемого способа изготавливается следующим образом.

В качестве тяжелого материала используется термопластичный листовой материал (толщиной 2-3 мм и массой 3-4,5 кг) на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом.

В качестве пористого звукопоглощающего материала используется высокоэластичный открытопористый пенополиуретан (плотность 50-70 кг/м³), получаемый при взаимодействии двух компонентов: полиола и изоцианата. В зависимости от области применения и частотного диапазона возможно за счет изменения соотношения компонентов и введения вспомогательных веществ (катализаторы, вспениватели, стабилизаторы) выбрать вариант наиболее эффективного действия.

Технология изготовления деталей по данной конструкции предусматривает использование заливочных форм для формования пенополиуретана и заливочной машины для смешивания компонентов, электропечи для нагрева тяжелого слоя.

Лист тяжелого материала разогревают в электропечи до температуры 120±10°С и выкладывают по форме (температура формы зависит от используемой пенополиуретановой системы), форму закрывают и производят впрыск пены через заливочную горловину формы. Время формования детали 2-4 минуты.

Данная технология производства деталей шумоизоляции пола автомобиля позволяет обеспечить точное повторение поверхности кузова, что обеспечивает наиболее плотное прилегание и соответственно улучшение звукоизоляционных свойств. В то же время, изменяя толщину детали по поверхности в определенных зонах наиболее сильного шумового излучения, мы также имеем возможность увеличить эффективность данного изделия.

Использование пенополиуретана дает возможность совместить шумоизоляцию с ковровым покрытием пола салона в одно изделие, а также в случае необходимости применять в качестве защиты пористого слоя от проникновения воды различные пленочные материалы.

Далее заявляемая группа изобретений поясняется примерами конкретного исполнения.

Пример 1: Деталь №2123-5007032 Обивка шумоизоляционная щитка передка автомобиля ВА3-2123.

Устанавливается в салоне на переднюю панель кузова и выполняет роль защиты пассажирского салона от проникновения внешнего шума со стороны моторного отсека, которая определяется эффективностью работы данной конструкции в определенном диапазоне частот, в частности это частотный диапазон звука от 250 до 3500 Гц.

В данном случае используется следующий вариант конструкции материала для изготовления детали, включающий в себя:

а) тяжелый слой из термопластичного листового материала на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом толщиной 2.5 мм и массой поверхности 4 кг/м²;

б) пористый слой из высокоэластичного пенополеуретана максимальной толщиной 18 мм с кажущейся плотностью 65+/-5 кг/м³, получаемый при взаимодействии полиола и изоцианата, взятых в соотношении полиол/изоцианат - 100/40 с полученным модулем упругости полиуретановой пены 65 Н/м².

Пример 2: Деталь №2123-5007210 Обивка шумоизоляционная пола передняя автомобиля ВА3-2123.

Устанавливается в передней части салона на пол кузова в районе первого ряда сидений и выполняет роль защиты пассажирского салона от проникновения внешнего шума, которая определяется эффективностью работы данной конструкции в определенном диапазоне частот, в частности это частотный диапазон звука от 250 до 5000 Гц. В этом случае возникает необходимость увеличения модуля упругости пены, т.к. данная деталь устанавливается непосредственно на пол автомобиля, и чтобы устранить эффект "плавающего пола" необходимо увеличить жесткость детали за счет уменьшения разности соотношения компонентов при смешивании, но т.к. в этом случае снижается эффективность данной конструкции к звукоизоляции, мы уменьшаем кажущуюся плотность материала на 10-15%, за счет этого восстанавливается полученный ранее эффект по звукоизоляции.

В данном случае используется следующий вариант конструкции материала для изготовления детали, включающий в себя:

а) тяжелый слой из термопластичного листового материала на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом толщиной 2 мм и массой поверхности 3.4 кг/м²;

б) пористый слой из высокоэластичного пенополеуретана максимальной толщиной 16 мм с кажущейся плотностью 60+/-5 кг/м³, получаемый при взаимодействии полиола и изоцианата, взятых в соотношении полиол/изоцианат - 100/50 с полученным модулем упругости полиуретановой пены 240 Н/м².

Пример 3: Деталь №2123-5007230 Обивка шумоизоляционная пола средняя автомобиля ВА3-2123.

Устанавливается в средней части салона на пол кузова между первым и вторым рядами сидений и выполняет роль защиты пассажирского салона от проникновения внешнего шума, которая определяется эффективностью работы данной конструкции в диапазоне частот от 250 до 5000 Гц. В этом случае возникает необходимость увеличения модуля упругости пены, т.к. данная деталь устанавливается непосредственно на пол автомобиля, и чтобы устранить эффект "плавающего" пола необходимо увеличить жесткость детали за счет уменьшения разности соотношения компонентов при смешивании, но т.к. в этом случае снижается эффективность данной конструкции к звукоизоляции, мы уменьшаем кажущуюся плотность материала на 10-15%, за счет этого восстанавливается полученный ранее эффект по звукоизоляции.

В данном случае используется следующий вариант конструкции материала для изготовления данной детали, включающий в себя:

а) тяжелый слой из термопластичного листового материала на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом толщиной 2 мм и массой поверхности 3.4 кг/м²;

б) пористый слой из высокоэластичного пенополеуретана максимальной толщиной 16 мм с кажущейся плотностью 60+/-5 кг/м³, получаемый при взаимодействии полиола и изоцианата, взятых в соотношении полиол/изоцианат - 100/50 с полученным модулем упругости полиуретановой пены 240 Н/м².

При изготовлении деталей №2123-5007210 Обивка шумоизоляционная пола передняя автомобиля ВА3-2123 и №2123-5007230 Обивка шумоизоляционная пола средняя автомобиля ВА3-2123 для получения необходимой плотности пенополеуретана в систему вводится 0.6% воды.

1. Материал для шумоизоляционных покрытий в пассажирском отделении автомобиля, включающий тяжелый слой и второй слой, выполненный из пористого пенополиуретана, полученного с использованием полиола и изоцианата, отличающийся тем, что тяжелый слой выполнен из термопластичного листового материала толщиной 2-3 мм и массой 3-4,5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом, а соотношение полиола и изоционата составляет 100/40-100/50 и определяется величиной плотности пенополиуретана, полученного с использованием воды в качестве вспенивателя, и составляющей 50-70 кг/м³ причем модуль упругости полиуретановой пены составляет 50-250 Н/м².

2. Комплект деталей шумоизоляционного покрытия в пассажирском отделении автомобиля, отличающийся тем, что он включает три детали: щиток переда, передний пол, средний пол, при этом каждая деталь выполнена из материала по п.1, является цельноформованной и повторяющей поверхность и очертания рельефа сопрягаемой части кузова, также каждая деталь имеет единую по всей поверхности толщину тяжелого слоя и различную толщину пенополиуретанового слоя, определяемую степенью шумового излучения зоны.

3. Комплект по п.2, отличающийся тем, что в зонах наименьшего шумового излучения толщина пенополиуретанового слоя наименьшая, а в зонах наибольшего шумового излучения - наибольшая.

4. Способ изготовления деталей шумоизоляционного покрытия в пассажирском отделении автомобиля, включающий предварительный нагрев в электропечи до (120±10)°С листа термопластичного материала толщиной 2-3 мм и массой поверхности 3-4,5 кг/м² на основе термопласта этиленпропиленового каучука с полиэтиленом высокого давления или сополимера этилена с винилацетатом, выкладку разогретого листа тяжелого материала, вакуумирование для формования листа по конфигурации формы с одновременным охлаждением материала за счет охлаждения нижней части формы, впрыск пенополиуретана через заливочную горловину формы, причем пенополиуретан получают непосредственно при смешивании в момент впрыска полиола и изоционата, взятых в соотношении 100/40-100/50, определяемом величиной плотности пенополиуретана, полученного с использованием воды в качестве вспенивателя, и составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны, причем модуль упругости полиуретановой пены составляет 50-250 Н/м², при этом время изготовления деталей составляет 2-4 мин.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что дополнительно при приготовлении пены полиуретана добавляют воду в количестве 0,1-1%, причем количество воды определяется величиной плотности полиуретана, составляющей 50-70 кг/м³, зависимой от степени шумового излучения зоны.