專利名稱：具有改進(jìn)的吸聲性能的熱塑性復(fù)合材料的制作方法
具有改進(jìn)的吸聲性能的熱塑性復(fù)合材料本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域和工業(yè)實(shí)用性 本發(fā)明一般性涉及聲學(xué)產(chǎn)品，以及更具體地，涉及一種復(fù)合材料，其包括增強(qiáng)纖維、有機(jī)纖維和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維，并且 其在較低頻率具有改進(jìn)的吸聲性能。還提供一種形成該復(fù)合材料的方 法。發(fā)明背景隔音材料用于各種需要衰減來自外源的噪聲的環(huán)境中。例如，隔 音材料已經(jīng)用于各種應(yīng)用中，例如用于器具中以降低散發(fā)到住房周圍 區(qū)域的聲音，用于汽車中以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械聲音和路面噪音，以及 用于辦公樓以衰減由工作場所，例如由電話交談或由辦公設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn) 生的聲音。常規(guī)隔音材料包括例如泡沫塑料、壓縮纖維、玻璃纖維絮 墊、趁以及纖維，例如熔噴纖維的無紡網(wǎng)的各種材料。隔音通常依賴 于聲音吸收(能夠吸收入射聲波)和傳輸損耗(能夠反射入射聲波)來提 供充分的聲音衰減。汽車中，絕緣材料也依賴于熱屏蔽性能以降低或防止熱量由汽車 中的各個(gè)熱源(發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器、排氣裝置等)向車輛的客艙傳遞。這 種絕緣體通常在汽車中用作車頂村墊(headliner)、隔板襯墊或防火壁 襯墊。襯墊通常由提供所需機(jī)械強(qiáng)度性能的一個(gè)或多個(gè)絕緣材料層和 允許汽車中的簡便安裝以及適當(dāng)功能特性的一個(gè)或多個(gè)剛性材料附加 層的層壓材料形成。常規(guī)隔音材料的實(shí)例以下闡明。Chenoweth等人的US專利4， 889， 764和US專利4， 946， 738描述 了一種無紡纖維毯，其包括礦物纖維(玻璃纖維)、合成纖維(聚酯)和 雙組分纖維。合成纖維優(yōu)選具有1/4-4英寸的長度和1-15旦尼爾的旦 尼爾。雙組分纖維優(yōu)選具有1/4-3英寸的長度和1-10旦尼爾的旦尼爾。
Souders等人的US專利5， 591， 289公開了 一種車頂襯墊，其具有 由高膨松度的聚合物熱塑性纖維(聚丙烯和聚對苯二甲酸乙二醇酯)的 毛絮形成的纖維芯。該纖維具有大約2英寸的長度和5-30的旦尼爾。Olinger等人的US專利5, 662, 981描述了一種模塑復(fù)合材料產(chǎn) 品，其具有包含增強(qiáng)纖維(玻璃和聚合物纖維)的樹脂芯層和基本上不 含增強(qiáng)纖維的樹脂表面層。該表面層可以由熱塑性或熱固性材料形成， 例如聚四氟乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚氯乙烯(PVC)、聚 苯硫醚(PPS)或聚碳酸酯。Patel等人的US專利5， 886， 306公開了 一種層狀隔音網(wǎng)，其包括 夾在熔噴或紡粘的熱塑性纖維(聚丙烯)層和薄膜、箔片、紙張或紡粘 熱塑性纖維層之間的許多纖維素纖維層。Tilton等人的US專利6, 669, 265描述了一種纖維材料，其具有 膨松的隔音部分和可以起防水層作用的較高密度的表層。該纖維材料 包括聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、玻璃纖維、 天然纖維及其混合物。Nakamura等人的US專利6， 695， 939公開了一種內(nèi)部裝飾材料， 其由基材和粘合到基材的表層形成?；臑闊崴苄岳w維和無機(jī)纖維的 共混物的氈狀纖維結(jié)構(gòu)。表層為由熔點(diǎn)高于基材中的熱塑性纖維熔點(diǎn) 的纖維形成的高熔點(diǎn)纖維片材。高熔點(diǎn)纖維可以為聚對苯二甲酸乙二 醇酯(PET)纖維。Sandoe等人的US專利6， 756， 332描述了 一種車頂襯墊，其包括 位于兩個(gè)硬化層之間的芯層，該芯層由共混的無紡纖維的絮墊形成。 芯層包括熱塑性纖維，其具有(1) 20-50 wt。/。的細(xì)纖維，旦尼爾為 0.8-3.0， (2)10-50 wto/。的粘合劑纖維，和(3)旦尼爾為4. 0-15. 0的 其它纖維。熱塑性纖維可以包括聚酯、聚烯烴和尼龍。聚酯纖維優(yōu)選 包括雙組分纖維。Tilton等人的US專利公開2003/0039793 Al描述了一種車輛用 修飾鑲板絕緣體，其包括聚合物纖維的非層壓隔音和隔熱層。該絕緣 體還可以包括聚合物纖維的較高密度非層壓表層和/或由聚酯、聚丙 烯、聚乙烯、人造纖維、乙烯-乙酸乙烯酯、聚氯乙烯、纖維紗布(scrim)、 金屬箔及其混合物形成的一個(gè)或多個(gè)覆面層。Tilton的US專利公開2004/0002274 Al公開了一種層壓材料， 其包括(l)由聚酯、聚丙烯、聚乙烯、玻璃纖維、天然纖維、尼龍、人 造纖維及其共混物形成的基礎(chǔ)層和(2)覆面層。基礎(chǔ)層的密度為大約 0.5-15.0 pcf，覆面層的密度為約IO pcf到約100 pcf。Tilton等人的US專利公開2004/0023586A1和Block等人的US 專利公開2003/0008592公開了一種纖維毯材料，其具有由聚酯、聚丙 烯、聚乙烯、玻璃纖維、天然纖維、尼龍和/或人造纖維形成的第一纖 維層和熔噴聚丙烯纖維層。第二纖維層可以夾在第一纖維層和熔噴纖 維層之間。該毯材料可以加以調(diào)節(jié)以提供用于特定產(chǎn)品應(yīng)用的聲音衰減oSchmidt等人的US專利公開2004/0077247描述了一種無紡層壓 材料，其包含由平均旦尼爾低于約1.8 dpf的熱塑性紡粘長絲形成的 第一層和包含平均旦尼爾大于約2. 3 dpf的熱塑性多組分紡粘長絲的 第二層。該層壓材料具有一種結(jié)構(gòu)，使得第一層的密度大于第二層的 密度，以及第二層的厚度大于第一層的厚度。雖然在汽車應(yīng)用領(lǐng)域中存在許多隔音產(chǎn)品，但是并不存在在低頻 率提供足夠的吸聲性能并同時(shí)保持足夠的結(jié)構(gòu)性能的隔音產(chǎn)品。因此， 需要一種顯示優(yōu)越的聲音衰減性能、改進(jìn)的結(jié)構(gòu)和熱性能以及輕質(zhì)和 成本低廉的聲學(xué)材料。發(fā)明概述本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造聲和熱吸收性復(fù)合材料的方 法，該復(fù)合材料包括增強(qiáng)纖維、有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維。為形成該 復(fù)合材料，濕增強(qiáng)纖維被開松并成絲，而且濕增強(qiáng)纖維中存在的至少 一部分水被除去以形成脫水的增強(qiáng)纖維。脫水的增強(qiáng)纖維與聲學(xué)增強(qiáng) 纖維和有機(jī)纖維例如在高速空氣流中共混以形成所述纖維的基本上均勻的混合物?；旌衔锶缓蟊惠斔偷狡某尚蜋C(jī)并成型為片材。將至少 一些脫水的增強(qiáng)纖維、有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維粘合以形成復(fù)合材料。 在至少一個(gè)示例性實(shí)施方案中，片材被加熱至高于有機(jī)纖維和/或聲學(xué) 增強(qiáng)纖維熔點(diǎn)并低于脫水的增強(qiáng)纖維熔點(diǎn)的溫度，以至少部分熔融有 機(jī)纖維和/或聲學(xué)增強(qiáng)纖維，并將增強(qiáng)纖維、有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維粘合在一起。在優(yōu)選的實(shí)施方案中，增強(qiáng)纖維為濕法應(yīng)用的短切玻璃 纖維。聲學(xué)增強(qiáng)纖維優(yōu)選為聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維和/或改性的聚 對苯二曱酸乙二醇酯纖維。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種形成層壓復(fù)合材料產(chǎn)品的方法。 在第一個(gè)裝配線中，形成包括紗布、第一粘合劑、復(fù)合材料和第二粘 合劑的順次層的第一層狀材料，所述復(fù)合材料包括增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增 強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維。在第二個(gè)裝配線中，生產(chǎn)由聚對苯二甲酸乙二醇 酯纖維和/或改性的聚對苯二曱酸乙二醇酯纖維的芯層、第三粘合劑層、復(fù)合材料和第四粘合劑層形成的笫二層狀材料，所述復(fù)合材料包 括增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維。第一和第二裝配線可以在線會合，使得第二粘合劑層鄰近于聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維芯層設(shè)置。 由此形成的層狀復(fù)合材料可以穿過層壓烘箱，在其中施加熱和壓力以 形成層壓復(fù)合材料。層壓復(fù)合材料可以進(jìn)一步由常規(guī)方法加工成復(fù)合 材料產(chǎn)品，例如汽車的村墊。例如，層壓復(fù)合材料可以修整和例如通 過模塑工藝成型為車頂襯墊。為了美觀性目的，泡沫塑料或織物然后 可以施加于該車頂襯墊。本發(fā)明的又一個(gè)目的是提供一種制造復(fù)合材料的方法，該復(fù)合材料由(1)包括增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維的第一層和(2)包括聲學(xué)增強(qiáng)纖維的 第二層形成。為形成第一層，濕增強(qiáng)纖維束被開松并成絲，而且該濕 增強(qiáng)纖維中存在的至少一部分水被除去形成脫水的增強(qiáng)纖維。脫水的 增強(qiáng)纖維與有機(jī)纖維混合以形成所述纖維的基本上均勻的混合物。然 后輸送混合物到片材成型機(jī)并成型為片材。將至少一些脫水的增強(qiáng)纖 維和有機(jī)纖維粘合以形成第一層。在至少一個(gè)示例性實(shí)施方案中，片 材被加熱至高于有機(jī)纖維熔點(diǎn)并低于脫水的增強(qiáng)纖維熔點(diǎn)的溫度，以 至少部分熔融有機(jī)纖維，并將增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維粘合在一起。在優(yōu)
選的實(shí)施方案中，增強(qiáng)纖維為濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維。將聲學(xué)增強(qiáng) 纖維的第二層設(shè)置在第一層上以形成復(fù)合材料產(chǎn)品。優(yōu)選的是聲學(xué)增 強(qiáng)纖維為聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維和/或改性的聚對苯二甲酸乙二 醇酯纖維。此外，第二層可以由氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或熔噴工藝形成。 第二層可以任選地包括可熱熔融的纖維，例如雙組分纖維。復(fù)合材料 產(chǎn)品的聲學(xué)性能可以通過改變聲學(xué)增強(qiáng)纖維的長度和旦尼爾加以微 調(diào)。本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是復(fù)合材料的聲學(xué)性能可以通過復(fù)合材料中存 在的纖維的特定組合來加以改變或改進(jìn)，并且因此可以調(diào)節(jié)上述性能 來滿足特定應(yīng)用的需要。例如，特定應(yīng)用所需的聲學(xué)性質(zhì)可以通過改 變纖維重量、改變增強(qiáng)纖維含量和/或增強(qiáng)纖維的長度或直徑、或者通 過改變聲學(xué)增強(qiáng)纖維或有機(jī)纖維的纖維長度和/或旦尼爾得到最佳化。本發(fā)明的另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由復(fù)合材料形成的復(fù)合材料部件的厚度、 形成的復(fù)合材料部件的孔隙率(孔隙含量)以及形成的復(fù)合材料部件的 空氣流路可以通過改變有機(jī)纖維的基重和/或復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維含 量加以控制。另 一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是例如在本發(fā)明中使用濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維以干 法成網(wǎng)工藝形成的復(fù)合材料具有更高的膨松度(孔隙率增大)。本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過改變用于復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維和/或 有機(jī)纖維的重量、長度和/或旦尼爾，復(fù)合材料提供能夠最佳化和/或 調(diào)節(jié)特定應(yīng)用所需的物理性能(例如剛性或強(qiáng)度)的能力。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是由在此所述的方法形成的復(fù)合材料具有均 勻的或基本上均勻的纖維分布，由此提供改進(jìn)的強(qiáng)度以及改進(jìn)的聲學(xué) 和熱性能、強(qiáng)度、剛性、耐沖擊性和吸聲性能。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維用作增強(qiáng)纖維 材料時(shí)，由于所述玻璃纖維中存在的水分，可以在幾乎不產(chǎn)生靜電的 情況下容易地將玻璃纖維開松并纖維化。本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)闈穹☉?yīng)用的短切玻璃纖維制造起來比 干燥短切纖維更廉價(jià)(干燥纖維通常在切短之前在分開的步驟中干燥
和包裝)，所以形成的最終產(chǎn)品可以更低成本制造。通過考慮以下詳細(xì)說明，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn) 將更加充分地呈現(xiàn)。但是應(yīng)清楚地理解，附圖是為了說明性目的，以 及并不被認(rèn)為是限定本發(fā)明的界限。附圖簡述當(dāng)考慮本發(fā)明的以下詳細(xì)公開時(shí)，特別是當(dāng)結(jié)合附圖考慮時(shí)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將是顯而易見的，其中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，說明在千法成網(wǎng)工藝中使用濕增 強(qiáng)纖維的步驟的流程圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案，使用濕增強(qiáng)纖維形成復(fù)合材料的氣流成網(wǎng)工藝的示意圖；圖3為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案，由聲學(xué)層和熱學(xué)層形成的復(fù)合材料的示意圖；圖4為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案，利用聲學(xué)增強(qiáng)纖 維和聚合物纖維形成聲學(xué)層的氣流成網(wǎng)工藝的示意圖；圖5為根據(jù)本發(fā)明的至少一個(gè)示例性實(shí)施方案，用于制造層狀復(fù) 合材料產(chǎn)品的層壓工藝的示意圖；圖6為由圖5中所繪示例性工藝形成的層狀復(fù)合材料產(chǎn)品的示意圖；圖7為常規(guī)聚丙烯/玻璃復(fù)合材料和根據(jù)本發(fā)明的聚丙烯/玻璃/ 聚對苯二甲酸乙二醇酯復(fù)合材料的隨機(jī)入射(random inc ident)吸聲 性能的圖解說明；和圖8為常規(guī)聚丙烯/玻璃復(fù)合材料和根據(jù)本發(fā)明的聚對苯二甲酸 乙二醇酯/玻璃復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)入射(normal incident)吸聲性能的圖 解說明。本發(fā)明的詳細(xì)說明和優(yōu)選實(shí)施方案 除非另外規(guī)定，在此使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語都具有與由本發(fā) 明所屬領(lǐng)域普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。雖然與在此所述的那 些相似或等效的任何方法和材料都可以用于本發(fā)明的實(shí)踐或測試，但 是在此描述優(yōu)選的方法和材料。在此引用的所有參考文獻(xiàn)，包括公開的或相應(yīng)的us專利或外國專利申請、發(fā)布的us專利或外國專利、或者任何其它參考文獻(xiàn)，均全文引入作為參考，包括引用的參考文獻(xiàn)中 給出的所有數(shù)據(jù)、表格、附圖和正文。附圖中，為了清楚性，線、層和區(qū)域的粗度可以放大。應(yīng)當(dāng)注意 在各附圖中發(fā)現(xiàn)的相同數(shù)字表示相同元件。僅為了解釋的目的，在此 使用術(shù)語"頂部"、"底部"、"側(cè)面"等。應(yīng)理解，當(dāng)例如層、區(qū) 域、基材或板的元件被稱為在另一個(gè)元件"上"時(shí)，其可以直接位于 所述另一個(gè)元件上或者也可以存在插入的元件。如果元件或?qū)颖幻枋?為"鄰近"或"靠近"另一個(gè)元件或?qū)?，那么?yīng)理解，該元件或?qū)涌?以直接鄰近或直接靠近所述另一個(gè)元件或?qū)樱蛘呖梢源嬖诓迦氲脑?件。還應(yīng)理解，當(dāng)例如層、區(qū)域或基材的元件被稱為在另一個(gè)元件之 上時(shí)，其可以直接位于所述另一個(gè)元件之上，或者可以存在插入的元 件。術(shù)語"增強(qiáng)用纖維"和"增強(qiáng)纖維"在此可互換使用。此外，術(shù) 語"聲學(xué)增強(qiáng)纖維"可以與術(shù)語"聲學(xué)增強(qiáng)用纖維"互換使用。本發(fā)明涉及一種聲和熱吸收性復(fù)合材料，其由增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維(例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維或改性的聚對苯二甲酸 乙二醇酯纖維)、以及一種或多種有機(jī)纖維形成。該復(fù)合材料可以用于 許多結(jié)構(gòu)應(yīng)用，例如用于汽車(車頂襯墊、發(fā)動(dòng)機(jī)罩襯墊、地板村墊、 裝飾板、包裹架、車輛遮光罩、儀表板結(jié)構(gòu)、門襯墊等)，以及用于旅 游汽車(RV)的墻板和頂板以及用于許多非結(jié)構(gòu)性聲學(xué)應(yīng)用，例如用于 廚房器具、辦公室屏風(fēng)和隔斷，用于天花板面磚、用于建筑鑲板以及 地下室飾面系統(tǒng)。用于復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維可以為適合提供優(yōu)良結(jié)構(gòu)質(zhì)量以及優(yōu)良 聲和熱性能的任何有機(jī)或無機(jī)纖維類型?？梢杂糜趶?fù)合材料的增強(qiáng)纖 維的非限制實(shí)例包括玻璃纖維、羊毛玻璃纖維(wool glass fiber)、 天然纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、碳纖維、石墨纖維、納
米纖維及其結(jié)合物。如結(jié)合本發(fā)明使用的，術(shù)語"天然纖維"表示從 植物的任何部分，包括但不限于莖、種子、葉、根或韌皮提取的植物 纖維。復(fù)合材料中，增強(qiáng)纖維可以具有相同或不同的長度、直徑和/ 或旦尼爾。優(yōu)選，增強(qiáng)纖維材料為玻璃纖維。用于復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維可以具有大約10-100 mm，以及更優(yōu)選 25-50 mm的長度。另外，增強(qiáng)纖維可以具有11-25微米，優(yōu)選12-18 微米的直徑。.增強(qiáng)纖維可以在該復(fù)合材料內(nèi)具有彼此不同的長度(長徑 比)和直徑。增強(qiáng)纖維可以全部纖維的20-60 wt。/。的量，優(yōu)選以30-50 wt %的量存在于復(fù)合材料中。此外，復(fù)合材料包括至少一種聲學(xué)增強(qiáng)纖維。聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以 為特別在較低頻率，例如低于大約2000 Hz的頻率下提供提高或增強(qiáng) 的吸聲性能的任何纖維。這種纖維的非限制實(shí)例包括聚對苯二甲酸乙 二醇酯(PET)纖維和改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(例如聚對苯二 甲酸1，4-環(huán)己烷二甲酯、二醇(glycol)改性的聚對苯二曱酸乙二醇 酯)、棉和黃麻纖維(纖維素的和天然的)、玻璃纖維和聚氨酯泡沫。優(yōu) 選，聲學(xué)增強(qiáng)纖維為聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維或改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維。聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以具有不同的旦尼爾和纖維長度， 以提供提高的吸聲性能。用于復(fù)合材料的聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以具有大約 6-75 mm，以及優(yōu)選18-50 mm的長度。此外，聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以具有 大約1.5-30旦尼爾，優(yōu)選1.5-6旦尼爾的旦尼爾。聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以 全部纖維的30-70 wt % ，以及優(yōu)選30-40 wt %的量存在于復(fù)合材料中。 另外，復(fù)合材料包括至少一種有機(jī)纖維。復(fù)合材料中存在的有機(jī) 纖維可以包括聚合物類熱塑性纖維，例如但不限于聚酯纖維、聚乙烯 纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維、聚苯硫醚(PPS) 纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)纖維、 丙烯酸低級烷基酯聚合物纖維、丙烯腈聚合物纖維、部分水解的聚乙 酸乙烯酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯吡咯烷酮纖維、苯乙烯-丙烯酸 酯纖維、聚烯烴、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸酯、人造纖維、尼龍和 丁二烯共聚物，例如苯乙烯/丁二烯橡膠(SBR)和丁二烯/丙烯腈橡膠 (NBR)。有機(jī)纖維可以用酸性基團(tuán)官能化，例如通過用例如馬來酸或丙 烯酸的酸進(jìn)行羧基化，或者聚合物纖維可以通過添加酸酐基團(tuán)或乙酸 乙烯酯官能化。有機(jī)纖維另外可以釆取薄片、顆粒或粉末形式，而不 是聚合物纖維形式。在一些實(shí)施方案中，除了有機(jī)纖維之外，還可以 添加薄片、顆粒和/或粉末形式的樹脂。復(fù)合材料中可以存在一種或多種有機(jī)纖維。復(fù)合材料中存在的有 機(jī)纖維類型的特定組合可以變化以滿足特定應(yīng)用的特定聲學(xué)要求。復(fù) 合材料中存在的有機(jī)纖維可以具有相同或不同的長度、直徑和/或旦尼 爾。例如，復(fù)合材料的有機(jī)纖維可以包括單一的聚合物纖維材料(例如 聚丙烯)，其中聚合物纖維具有不同的長度、直徑和/或旦尼爾。作為 另一個(gè)實(shí)例，復(fù)合材料中存在的有機(jī)纖維可以包括兩種或更多種不同 的聚合物纖維材料，而且聚合物的每一種可以具有相同的長度和/或直 徑和/或旦尼爾，或者可選地，聚合物可以具有不同的長度和/或直徑 和/或旦尼爾。復(fù)合材料的聲學(xué)性能可以通過改變有機(jī)聚合物纖維的長 度和旦尼爾來加以微調(diào)。此外，復(fù)合材料中存在的不同有機(jī)纖維的比 率可以變化以得到特定的聲學(xué)性質(zhì)。有機(jī)纖維可以具有大約6-75 mm，以及優(yōu)選18-50 mm的長度。另 外，有機(jī)纖維可以具有2-30旦尼爾，優(yōu)選2-18旦尼爾，和更優(yōu)選3-7 旦尼爾的旦尼爾。復(fù)合材料中存在的有機(jī)纖維可以具有不同的長度和 直徑，取決于復(fù)合材料的所需聲學(xué)特性。所述聚合物纖維可以全部纖 維的10-50 wt%，優(yōu)選10-30 wt。/。的量存在于復(fù)合材料中。有機(jī)纖維的一種或多種可以為多組分纖維，例如雙組分聚合物纖 維、三組分纖維或塑料涂布的礦物纖維，例如熱塑性塑料涂布的玻璃 纖維。雙組分纖維可以殼-芯、并排、天星狀或扇形嵌段結(jié)構(gòu)排列。優(yōu) 選，雙組分纖維形成殼-芯結(jié)構(gòu)，其中殼由第一種聚合物纖維形成，其 基本上包圍由第二種聚合物纖維形成的芯。并不需要?dú)だw維完全包圍 芯纖維。笫一種聚合物纖維的熔點(diǎn)低于第二種聚合物纖維的熔點(diǎn)，使 得當(dāng)加熱雙組分纖維時(shí)，第一種和第二種聚合物纖維發(fā)生不同的反應(yīng)。 具體地， 點(diǎn)并且低于第二種聚合物纖維(芯纖維)的熔點(diǎn)的溫度時(shí)，第一種聚合 物纖維將軟化或熔融，而第二種聚合物纖維保持完好。第一種聚合物 纖維(殼纖維)的這種軟化將使第一種聚合物纖維變?yōu)檎承缘?，并且?第一種聚合物纖維自身以及可能緊密相鄰的其它纖維粘合。很多的材料組合物可用于制備雙組分聚合物纖維，例如但不限于 使用聚酯、聚丙烯、聚硫化物、聚烯烴和聚乙烯纖維的組合物。用于 雙組分纖維的具體聚合物組合物包括聚對苯二甲酸乙二醇酯/聚丙烯、 聚對苯二曱酸乙二醇酯/聚乙烯和聚丙烯/聚乙烯。其它非限制雙組分纖維實(shí)例包括共聚聚酯聚對苯二曱酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(coPET/PET)、聚對苯二甲酸1， 4-環(huán)己烷二甲酯/聚丙烯(PCT/PP)、 高密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(HDPE/PET)、高密度聚乙烯/聚 丙烯(HDPE/PP)、線性低密度聚乙烯/聚對苯二甲酸乙二醇酯 (LLDPE/PET)、尼龍6/尼龍6， 6 (PA6/PA6， 6)和二醇(glycol)改性的聚 對苯二曱酸乙二醇酯/聚對苯二甲酸乙二醇酯(6PETg/PET)。雙組分聚合物纖維可以具有2-4mm的長度和大約1-18旦尼爾的旦 尼爾。優(yōu)選的是第一種聚合物纖維(殼纖維)的熔點(diǎn)為約150-400°F， 和更優(yōu)選為約170-300。F。第二種聚合物纖維(芯纖維)具有更高的熔 點(diǎn)，優(yōu)選高于約350。F。當(dāng)雙組分纖維用作復(fù)合材料的組分時(shí)，雙組 分纖維可以全部纖維的至多20 wt%，優(yōu)選至多10 wt。/。的量存在。復(fù)合材料可以由無規(guī)取向的增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和/或有機(jī)纖 維的氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或熔噴的無紡氈或網(wǎng)形成。在至少一個(gè)示例 性實(shí)施方案中，復(fù)合材料由干法成網(wǎng)方法，例如2003年10月17日 Enamul Haqye 提交的名為 "Development Of Thermoplastic Composites Using Wet Use Chopped Strand Glass In A Dry Laid Process"的US專利申請10/688, 013中所述的干法成網(wǎng)方法形成，在 此將其全部引入作為參考。在優(yōu)選實(shí)施方案中，用于形成復(fù)合材料的 增強(qiáng)纖維為濕增強(qiáng)纖維，以及最優(yōu)選為濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維。用 作增強(qiáng)纖維的濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維可以由本領(lǐng)域已知的常規(guī)方法 形成。理想的是濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維的含水量為5-30%，和更優(yōu) 選為5-15%。根據(jù)本發(fā)明，用于形成復(fù)合材料的示例性方法在圖1中概括性說 明，并且其包括至少部分開松增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維(步 驟IOO)，將增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維共混(步驟110)，將 增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維成型為片材(步驟120)，任選地 針刺該片材以賦予片材結(jié)構(gòu)完整性(步驟130)，以及將增強(qiáng)纖維、聲 學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維粘合(步驟140)。增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維通常以單根纖維的束的形式 聚集。在形成復(fù)合材料過程中，增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維 的束各自可以由開松系統(tǒng)，例如工業(yè)中常用的束開松系統(tǒng)開松。現(xiàn)在參見圖2，可以最好地看到濕增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有 機(jī)纖維的開松。通常為束形式的濕增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210 和有機(jī)纖維220分別進(jìn)料到第一開松系統(tǒng)230、第二開松系統(tǒng)240和 第三開松系統(tǒng)250，以至少部分地將濕增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維 210和有機(jī)纖維220開松和/或成絲(個(gè)體化)。應(yīng)當(dāng)注意，雖然圖1和 2中所繪示例性方法顯示由第二開松系統(tǒng)240開松聲學(xué)增強(qiáng)纖維210 以及由第三開松系統(tǒng)250開松有機(jī)纖維220，但是如果聲學(xué)增強(qiáng)纖維 210和/或有機(jī)纖維220以成絲形式、而不是以束的形式存在或得到， 那么聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖維220可以直接進(jìn)料到纖維傳輸系 統(tǒng)270 (未示出的實(shí)施方案)。這種實(shí)施方案被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍 內(nèi)。在其中有機(jī)纖維為薄片、顆?；蚍勰┬问降目蛇x實(shí)施方案中，第 三開松系統(tǒng)250可以用適合于將薄片、粉末或顆粒分配到纖維傳輸系 統(tǒng)270的設(shè)備替代，使得這些樹脂材料可以與增強(qiáng)纖維200和聲學(xué)增 強(qiáng)纖維210混合。適合的分配設(shè)備將是本領(lǐng)域技術(shù)人員容易確定的。 在其中除了有機(jī)纖維220 (不是代替)之外還使用薄片、顆?；蚍勰┬?式的樹脂的實(shí)施方案中，分配薄片、顆?；蚍勰┑脑O(shè)備可以不替代第 三開松系統(tǒng)250。第一、第二和第三開松系統(tǒng)230、 240、 250優(yōu)選為束開松機(jī)，但
是可以為適合開松增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220 的束的任何開松機(jī)類型。開松機(jī)的設(shè)計(jì)取決于待開松的纖維的類型和 物理特性。用于本發(fā)明的適合開松機(jī)包括有或者沒有稱重設(shè)備的任何 常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)型束開松機(jī)。當(dāng)部分開松的纖維穿過束開松機(jī)時(shí)，稱重設(shè)備 用來對其進(jìn)行連續(xù)稱重，以監(jiān)測傳遞到下一個(gè)工藝步驟上的纖維量。 束開松機(jī)可以裝有多個(gè)精細(xì)開松機(jī)、 一個(gè)或多個(gè)刺輥轉(zhuǎn)筒或鋸齒轉(zhuǎn)筒、 進(jìn)料輥和/或進(jìn)料輥和凸桿的組合。部分開松的濕增強(qiáng)纖維200然后可以由第一開松系統(tǒng)230計(jì)量加 入或進(jìn)料到冷凝裝置260以從濕纖維除去水。在示例性實(shí)施方案中， 除去大于70%的游離水(增強(qiáng)纖維外部的水)。但是優(yōu)選由冷凝裝置 260除去基本上所有的水。應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)在此使用時(shí)，短語"基本上 所有的水"用來表示除去所有的或幾乎所有的游離水。冷凝裝置260 可以為本領(lǐng)域已知的任何已知干燥或除水設(shè)備，例如但不限于空氣干 燥器、烘箱、輥、抽吸泵、加熱的鼓式干燥器、紅外加熱源、熱鼓風(fēng) 機(jī)或微波發(fā)射源。在增強(qiáng)纖維200穿過冷凝裝置260之后，所述纖維可以穿過另一 個(gè)開松系統(tǒng)，例如上述束開松機(jī)，以進(jìn)一步將增強(qiáng)纖維200成絲和分 離(未示出)。增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220由纖維傳輸系 統(tǒng)270，優(yōu)選在高速空氣流中共混在一起。纖維傳輸系統(tǒng)270既用作 將增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220運(yùn)輸?shù)狡某尚?機(jī)280的管道，又用作將所述纖維在空氣流中基本上均勻混合的管道。 理想的是盡可能均勻地分布增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī) 纖維220。進(jìn)入纖維傳輸系統(tǒng)270中的空氣流的增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增 強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220的比率可以由以上關(guān)于第一、第二和第三 開松系統(tǒng)230、 240、 250所述的稱重設(shè)備控制或者由纖維穿過開松系 統(tǒng)220、 230、 250的量和/或速率控制。增強(qiáng)纖維200:聲學(xué)增強(qiáng)纖維 210:有機(jī)纖維220的比率可以為大約50:20: 30 (分別對應(yīng)增強(qiáng)纖維 200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220)。但是，應(yīng)理解空氣流內(nèi)存
在的纖維的比率將取決于最終產(chǎn)品的所需結(jié)構(gòu)和聲學(xué)要求而變化。取決于復(fù)合材料的所需組成，另外的纖維，例如短切粗紗、干法應(yīng)用的短切玻璃纖維(DUCS)、玻璃纖維、天然纖維(例如黃麻、大麻和 洋麻)、芳族聚酰胺纖維、金屬纖維、陶瓷纖維、礦物纖維、碳纖維、 石墨纖維、聚合物纖維或其結(jié)合物可以由另外的開松系統(tǒng)(未示出)開 松和成絲。這些另外的纖維可以加入到纖維傳輸系統(tǒng)270并與增強(qiáng)纖 維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維200、 210、 220混合?？蛇x地，如果所 述纖維以成絲形式得到，那么它們可以在不首先穿過開松系統(tǒng)的情況 下加入到纖維傳輸系統(tǒng)270中。當(dāng)所述另外的纖維加入到纖維傳輸系 統(tǒng)270時(shí)，優(yōu)選的是全部纖維的約10-30wt%由這些另外的纖維組成。再次參見圖2，增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220 的混合物可以輸送到片材成型機(jī)280，在其中纖維成型為片材。在至 少 一 個(gè)示例性實(shí)施方案中，纖維的混合物由高速空氣流輸送到片材成 型機(jī)280。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，共混的纖維在進(jìn)入片材成型 機(jī)280之前，由纖維傳輸系統(tǒng)270輸送到填充箱塔290，其中增強(qiáng)纖 維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220例如由計(jì)算機(jī)監(jiān)測的電子 稱重設(shè)備按體積進(jìn)料到片材成型機(jī)280。填充箱塔290理想地設(shè)置在 片材成型機(jī)280的外部。填充箱塔290也可以包括擋板以在進(jìn)入片材 成型機(jī)280之前進(jìn)一步共混和混合增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210 和有機(jī)纖維220。在一些實(shí)施方案中，片材成型機(jī)280具有冷凝器和 分配輸送機(jī)以實(shí)現(xiàn)進(jìn)入填充箱塔290的更高的纖維進(jìn)料和增加穿過填 充箱塔290的空氣體積。為了得到改進(jìn)的開松纖維的橫向分布 (cross-distribution)，分配輸送才幾可以相對片材方向橫向運(yùn)行。結(jié) 果，增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220可以在幾乎沒 有或沒有壓力以及最小纖維斷裂的情況下輸送進(jìn)入填充箱塔290。在至少一個(gè)示例性實(shí)施方案中，由片材成型機(jī)280形成的片材被 輸送到笫二片材成型機(jī)(未示出)。笫二片材成型機(jī)促進(jìn)增強(qiáng)纖維200、 聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220在片材中基本上均勻地分布。此外， 使用另外的片材成型機(jī)可以增強(qiáng)成型片材的結(jié)構(gòu)完整性。在可選實(shí)施
方案(未示出)中，增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220 的混合物在進(jìn)入片材成型機(jī)280之前被吹送到覆蓋有細(xì)線或齒的一個(gè) 或一系列鼓上以將纖維梳理成為平行排列(未示出)，如在精梳工藝中 那樣。由片材成型機(jī)280形成的片材以所需比例和重量分布包含基本上 均勻分布的增強(qiáng)纖維210、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維的束。由片 材成型機(jī)280形成的片材的重量分布為400-3000 g/m2，優(yōu)選的重量分 布為約600-2000 g/m2。在本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案中，離開片材成型機(jī)280的片材 任選地在針刺制氈設(shè)備300中進(jìn)行針刺工藝，在其中倒刺針或叉形針 以向下和/或向上運(yùn)動(dòng)形式推進(jìn)穿過片材的纖維，以將增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220纏結(jié)或纏繞，并賦予片材機(jī)械強(qiáng)度 和完整性。針刺制氈設(shè)備300可以包括送網(wǎng)機(jī)構(gòu)、帶有針板的針板橫 梁、倒刺制氈針數(shù)為每米機(jī)寬約500針到每米機(jī)寬約7， 500針、托板、 底板和巻取機(jī)構(gòu)。增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220 的機(jī)械互鎖通過使倒刺制氈針反復(fù)穿入和穿出片材實(shí)現(xiàn)。與選定用于 本發(fā)明方法的特定纖維一起使用的最佳針刺選擇將是本領(lǐng)域技術(shù)人員 容易確定的。在片材離開片材成型機(jī)280之后或任選的片材針刺之后，片材可 以穿過熱粘合系統(tǒng)310以將增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī) 纖維220粘合并形成復(fù)合材料。但是，應(yīng)理解如果片材在針刺制氈設(shè) 備300中針刺而且增強(qiáng)纖維200、聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220 被機(jī)械結(jié)合，那么片材可以不需要穿過熱粘合系統(tǒng)310來形成復(fù)合材 料320。在熱粘合中，聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和有機(jī)纖維220的熱塑性性能用 來在加熱時(shí)形成與增強(qiáng)纖維200的粘合。在熱粘合系統(tǒng)290中，片材 被加熱至高于聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖維220的熔點(diǎn)但低于增強(qiáng) 纖維200的熔點(diǎn)的溫度。當(dāng)雙組分纖維用作有機(jī)纖維220時(shí)，熱粘合 系統(tǒng)310中的溫度升高到高于殼纖維的熔融溫度但低于增強(qiáng)纖維200
的熔融溫度的溫度。將聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖維220加熱到高 于它們的熔點(diǎn)的溫度，或者在其中有機(jī)纖維220為雙組分纖維的情況 下加熱到高于殼纖維熔點(diǎn)的溫度，使得聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖 維220成為粘合劑，并將聲學(xué)增強(qiáng)纖維210、有機(jī)纖維220和增強(qiáng)纖 維200粘合。如果聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖維完全熔融，那么熔 融的纖維可能包封增強(qiáng)纖維200。只要熱粘合系統(tǒng)310內(nèi)的溫度不升 高到增強(qiáng)纖維200和/或芯纖維的熔點(diǎn)，那么這些纖維將在熱粘合系統(tǒng) 310和復(fù)合材料320內(nèi)保持纖維形式。雖然聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或有機(jī)纖維220可以用來將增強(qiáng)纖維 200彼此粘合，但是粘合劑樹脂285可以在片材穿過熱粘合系統(tǒng)310 之前作為另外的粘合劑添加。粘合劑樹脂285可以為樹脂粉末、薄片、 顆粒、泡沫或液體噴霧形式。粘合劑樹脂285可以由任何適合的方式 添加，例如溢流和提取方法或者通過在片材上噴涂粘合劑樹脂285。 添加到片材的粘合劑樹脂285的量可以取決于復(fù)合材料的所需特性而 變化。催化劑，例如氯化銨、對曱苯、磺酸、硫酸鋁、磷酸銨或硝酸 鋅可以用來改進(jìn)固化速率和固化的粘合劑樹脂285的質(zhì)量。單獨(dú)的或除了在此所迷的其它粘合方法之外，可以用來進(jìn)一步粘 合增強(qiáng)纖維200的另一種方法為膠乳粘合。在膠乳粘合中，由單體， 例如乙烯(Tg-1251C)、 丁二烯(T「781C)、丙烯酸丁酯(T「521C)、丙烯 酸乙酯(Tg-22t:)、乙酸乙烯酯(Tg301C)、氯乙烯(Tg80"C)、甲基丙烯 酸曱酯(Tgl05X:)、苯乙烯(TJ05lC)和丙烯腈(Tgl301C)形成的聚合物 用作粘合劑。較低的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)產(chǎn)生較軟質(zhì)的聚合物。膠乳 聚合物可以在片材進(jìn)入熱粘合系統(tǒng)310之前以噴霧形式添加。 一旦片 材進(jìn)入熱粘合系統(tǒng)310，膠乳聚合物熔融并將增強(qiáng)纖維200粘合在一 起?？梢詥为?dú)使用或與在此所述的其它粘合方法結(jié)合使用的另一種任 選的粘合方法為化學(xué)粘合。液體類粘合劑、粉末粘合劑、泡沫以及在 一些情況下，，有機(jī)溶劑可以用作化學(xué)粘合劑。化學(xué)粘合劑的適合實(shí)例 包括但不限于丙烯酸酯聚合物和共聚物、苯乙烯-丁二烯共聚物、乙
酸乙烯酯-乙烯共聚物及其結(jié)合物。例如，聚乙酸乙烯酯(PVA)、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯(EVA/VC)、丙烯酸低級烷基酯聚合物、丁苯橡膠、 丙烯腈聚合物、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、聚氯乙烯、聚偏二氯乙烯、偏二 氯乙烯與其它單體的共聚物、部分水解的聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、 聚乙烯吡咯烷酮、聚酯樹脂和苯乙烯-丙烯酸酯可以用作化學(xué)粘合劑。 化學(xué)粘合劑可以通過浸漬、涂布或噴涂片材而均勻施加。熱粘合系統(tǒng)可以包括本領(lǐng)域已知的任何已知加熱和粘合方法，例 如烘箱粘合、使用強(qiáng)制空氣的烘箱粘合、紅外加熱、熱壓延、帶壓延、 超聲波粘合、微波加熱和加熱轉(zhuǎn)筒。任選地，這些粘合方法的兩種或 更多種可以組合用于將片材中的纖維粘合。熱粘合系統(tǒng)310的溫度取 決于使用的特定聲學(xué)增強(qiáng)纖維210、有機(jī)纖維220、粘合劑樹脂和/或 膠乳聚合物的熔點(diǎn)以及在片材中是否存在雙組分纖維而加以變化。在可選實(shí)施方案(未說明)中，復(fù)合材料由濕法成網(wǎng)方法形成。例 如，增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維可以分散在包含粘合劑以及 分散劑、粘度調(diào)節(jié)劑、消泡劑和/或其它化學(xué)試劑的水溶液中并攪拌以 形成淤漿。然后將位于淤漿中的增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維 沉積到運(yùn)動(dòng)篩網(wǎng)上，在其中水被除去。任選地，該氈在烘箱中干燥。 該氈然后可以浸入粘合劑組合物中以用粘合劑組合物浸漬該氈。該氈 然后穿過固化烘箱以除去任何殘留水、固化粘合劑、和至少部分熔融 聲學(xué)增強(qiáng)纖維和/或有機(jī)纖維以將增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維 粘合在一起。得到的復(fù)合材料為分散的熱塑性纖維(聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有 機(jī)纖維)和增強(qiáng)纖維的組合體。在圖3中說明的示例性實(shí)施方案中，復(fù)合材料320由聲學(xué)層360 和熱學(xué)層37Q形成。在該實(shí)施方案中，聲學(xué)增強(qiáng)纖維210位于粘貼于 或?qū)訅河跓釋W(xué)層370的聲學(xué)層360中，所述熱學(xué)層由有機(jī)纖維220和 增強(qiáng)纖維200形成。熱學(xué)層370可以由上述以及圖1和2中所繪工藝 制成，除了沒有聲學(xué)增強(qiáng)纖維。應(yīng)理解，為了便于在此論述，使用聲 學(xué)層360和熱學(xué)層370的命名，而且聲學(xué)層360和熱學(xué)層370都能提 供隔音和隔熱性能。
聲學(xué)層360可以為由氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或熔噴工藝形成的無紡 氈，并且理想地其由100%的上述聲學(xué)增強(qiáng)纖維210形成。可選地， 聲學(xué)層360可以由一種或多種聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和聚合物類熱塑性有 機(jī)材料，例如但不限于聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯硫醚(PPS)、聚氯 乙烯(PVC)、聚烯烴、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸酯及其混合物形成。 另外，聲學(xué)層360可以包括可熱熔融的纖維，例如上述雙組分纖維。 當(dāng)雙組分纖維用作聲學(xué)層360的組分時(shí)，它們可以全部纖維的10-80 %的量存在。形成聲學(xué)層360的纖維可以具有相同或不同的長度和/ 或直徑和/或旦尼爾。聲學(xué)層360設(shè)置在熱學(xué)層370的主表面上，并且可以例如通過軋 輥系統(tǒng)或通過使用層壓機(jī)附著于熱學(xué)層370。因此，聲學(xué)增強(qiáng)纖維210 位于復(fù)合材料320的一側(cè)，而不是如以上圖1和2所述的分散于整個(gè) 復(fù)合材料中?？梢允褂脴渲澈蠈樱鏟lexarTM(可商購自Quantum Chemical) 、 AdmerTM(可商購自Mitsui Petrochemical)和Byner"(酸 酐改性的聚烯經(jīng)，可商購自DuPont)、噴涂(spray-on)粘合劑、壓敏 粘合劑、超聲波、振動(dòng)焊接或其它通常使用的固定技術(shù)來粘合聲學(xué)層 360和熱學(xué)層370。由熱學(xué)層370和聲學(xué)層360形成的復(fù)合材料產(chǎn)品320的聲學(xué)性能 可以通過改變聲學(xué)層360中的聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和/或聚合物類熱塑性 有機(jī)材料(如果存在)的長度和旦尼爾加以微調(diào)。此外，聲學(xué)增強(qiáng)纖維 210與可能存在于聲學(xué)層360中的其它纖維聚合物材料的比率可以變 化，以得到特定的聲學(xué)性能。在一些示例性實(shí)施方案中，聲學(xué)層360 中的聲學(xué)增強(qiáng)纖維210的長度基本上與熱學(xué)層370中存在的增強(qiáng)纖維 200的長度相同，以有助于加工。在干法成網(wǎng)工藝中形成由聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和熱塑性類聚合物纖 維形成的聲學(xué)層360的一個(gè)示例性實(shí)施方案在圖4中繪出。應(yīng)理解， 另外的聲學(xué)增強(qiáng)纖維和/或聚合物纖維可以用來形成聲學(xué)層360,并且 圖4中所繪的特定纖維僅用于說明目的。如圖4所示，聲學(xué)增強(qiáng)纖維 210和聚合物纖維330可以通過使通常為束狀的聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和
聚合物纖維330分別穿過第一開松機(jī)340和第二開松機(jī)350而開松， 將纖維開松和成絲。聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和聚合物纖維330可以由纖維傳輸系統(tǒng)270， 優(yōu)選在高速空氣流中共混在一起?？蛇x地，聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和聚合 物纖維330可以輸送到填充箱塔290,將聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和聚合物 纖維330按體積進(jìn)料到片材成型機(jī)280中。離開片材成型機(jī)280的片 材然后可以任選地輸送到第二片材成型機(jī)(未示出)和/或用于機(jī)械加 固的針刺制氈設(shè)備300。粘合劑樹脂285可以在片材以上述方式穿過 熱粘合機(jī)310之前添加。片材然后穿過熱粘合機(jī)310以固化粘合劑樹 脂285 (如果存在)而且粘合聲學(xué)增強(qiáng)纖維210和聚合物纖維330。在本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案中，復(fù)合材料用于層壓工藝以 形成襯墊，例如汽車用車頂襯墊。這種層壓工藝的實(shí)例在圖5中說明。 在第一裝配線400中，由第一粘合劑420形成的第一粘合劑層410經(jīng) 由分配裝置430沉積到紗布440上。本發(fā)明的復(fù)合材料320從輥330 進(jìn)料并層壓到第一粘合劑層410上。第二粘合劑WO沉積到復(fù)合材料 320上以形成第二粘合劑層460。由此產(chǎn)生的第一層狀材料包括紗布 440、第一粘合劑層410、由復(fù)合材料產(chǎn)品320形成的層和第二粘合劑 層460的順次層。在第二裝配線470中，第三粘合劑480經(jīng)由分配裝置430沉積到 由聚對苯二甲酸乙二醇酯的輥495進(jìn)料的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維 的芯層490上。聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維490的芯層可以為完全由 聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、改性的聚對苯二曱酸乙二醇酯纖維或聚 對苯二甲酸乙二醇酯纖維與改性的聚對苯二曱酸乙二醇酯纖維的混合 物形成的氈。在一些實(shí)施方案中，其它纖維可以包括在芯層490中， 以增強(qiáng)特定頻率下的吸聲性能和/或起阻隔某些頻率下噪音的作用。在 優(yōu)選實(shí)施方案中，氈中僅存在一種類型的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維。 由輥330進(jìn)料的復(fù)合材料320然后層壓到第三粘合劑層500上并由第 四粘合劑層510覆蓋，使得復(fù)合材料320夾在第三和第四粘合劑層 500、 510之間。第四粘合劑層510通過由分配裝置430沉積第四粘合 劑520形成。由此產(chǎn)生的第二層狀材料可以由聚對苯二曱酸乙二醇酯 纖維490、第三粘合劑層500、復(fù)合材料層320和第四粘合劑層510 的順次層形成。如圖5中描繪的，第一和第二裝配線可以一定方式在線會合，使 得第二粘合劑層460鄰近于聚對苯二曱酸乙二醇酯層490設(shè)置。圖6 中示意性描繪的層狀復(fù)合材料產(chǎn)品530可以由紗布440、第一粘合劑 層410、復(fù)合材料層320、第二粘合劑層460、聚對苯二曱酸乙二醇酯 纖維層490、第三粘合劑層500、復(fù)合材料的第二層320和第二粘合劑 層510的連續(xù)層形成。層狀復(fù)合材料產(chǎn)品530可以穿過層壓烘箱(未示 出)，在其中施加熱和壓力以形成最終的層壓復(fù)合材料(未示出)。層壓 復(fù)合材料可以進(jìn)一步由常規(guī)方法加工成復(fù)合材料產(chǎn)品，例如汽車的襯 墊。例如，層壓復(fù)合材料可以修整和例如通過模塑工藝成型為車頂襯 墊。為了美觀性目的，泡沫塑料或織物然后可以施加于該車頂襯墊。 第一、第二、第三和第四粘合劑包括例如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚物 (EVA)、乙烯和乙酸的共聚物(EAA)、酸改性的聚乙烯、共聚酰胺和丙 烯酸乙酯的粘合劑。粘合劑可以彼此相同或不同，并且可以采取液體 形式、泡沫形式或粉未形式。優(yōu)選粘合劑為液體粘合劑。應(yīng)當(dāng)理解， 雖然上述層壓工藝已經(jīng)以被認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施方案的形式加以描述，但 是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可以確認(rèn)的該方法的其它變體和可選方案同樣被認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如，在可選實(shí)施方案(未示出)中，層 壓復(fù)合材料可以通過順次沉積紗布440、第一粘合劑層410、復(fù)合材料 層320、第二粘合劑層460、聚對苯二曱酸乙二醇酯纖維芯層490、第 三粘合劑層500、復(fù)合材料的第二層320和第二粘合劑層510的各層本發(fā)明的復(fù)合材料形成了特別是在較低頻率(例如2000 Hz以及以 下)顯示改進(jìn)的吸聲性能的最終產(chǎn)品。這種改進(jìn)的吸聲質(zhì)量可以在圖7 和8所繪的實(shí)例中看到。首先參看圖7，可以看到與由聚丙烯和玻璃 纖維形成的常規(guī)復(fù)合材料相比，本發(fā)明的復(fù)合材料(聚丙烯/玻璃/聚對 苯二曱酸乙二醇酯復(fù)合材料)在所有頻率下吸收更多的入射聲音。因
此，本發(fā)明的復(fù)合材料不僅在較低頻率顯示改進(jìn)的吸聲性能，其同樣在中等頻率和更高頻率提供改進(jìn)的吸聲性能。圖8描繪由聚對苯二曱 酸乙二醇酯纖維(PET)和玻璃纖維形成的本發(fā)明的復(fù)合材料以及由有 機(jī)纖維和玻璃纖維形成但沒有聲學(xué)增強(qiáng)纖維的常規(guī)復(fù)合材料的標(biāo)準(zhǔn)入 射曲線圖解。如圖8所示，在低于大約4500 Hz的頻率下，與常規(guī)聚 丙烯玻璃復(fù)合材料相比，包含聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維(聲學(xué)增強(qiáng)纖 維)的復(fù)合材料具有極大改進(jìn)的吸收系數(shù)百分比。如圖7和8所示，由 本發(fā)明復(fù)合材料提供的在較低頻率下增強(qiáng)的吸聲質(zhì)量提供了較小的來 自例如路面噪音、輪胎噪音、發(fā)動(dòng)機(jī)噪音和/或風(fēng)噪音的聲源的汽車內(nèi) 部車廂噪音，并從而為汽車的乘客和駕駛員提供更多的舒適性。例如， 路面噪音通常出現(xiàn)在大約30-1000 Hz，發(fā)動(dòng)機(jī)噪音出現(xiàn)在大約 500-4000 Hz，輪胎噪聲出現(xiàn)在大約800-2000 Hz，以及風(fēng)噪音出現(xiàn)在 大約2000-4000 Hz。此外，該復(fù)合材料產(chǎn)品提供了目前市場上可獲得 的常規(guī)復(fù)合材料所缺乏的結(jié)構(gòu)應(yīng)用所需的結(jié)構(gòu)完整性和剛性。復(fù)合材料的聲學(xué)性能可以通過復(fù)合材料中存在的纖維的特定組合 加以改變或改進(jìn)，并且因此可以對聲學(xué)性能進(jìn)行調(diào)節(jié)以滿足特定應(yīng)用 的需要。例如，特定應(yīng)用所需的聲學(xué)性質(zhì)可以通過改變纖維重量、改 變增強(qiáng)纖維含量和/或增強(qiáng)纖維的長度或直徑、或者通過改變聲學(xué)增強(qiáng) 纖維或有機(jī)纖維的纖維長度和/或旦尼爾得到最佳化。形成的復(fù)合材料部件的厚度、形成的復(fù)合材料部件的孔隙率(孔隙含量)以及空氣流路 可以通過改變有機(jī)纖維的基重和/或復(fù)合材料的玻璃含量加以控制。此 外，在如上所述的干法成網(wǎng)工藝中使用濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維還有 助于改進(jìn)本發(fā)明復(fù)合材料的吸聲性能，因?yàn)橛稍诖怂龅母煞ǔ删W(wǎng)工 藝形成的復(fù)合材料具有更高的膨松度(增大的孔隙率)。此外，通過改變用于復(fù)合材料的增強(qiáng)纖維和/或有機(jī)纖維的重量、 長度和/或直徑，該復(fù)合材料提供能夠最佳化和/或調(diào)節(jié)為特定應(yīng)用所 需的物理性能(例如剛性和/或強(qiáng)度)的能力。此外，由在此所述方法形成的復(fù)合材料具有均勻的或基本上均勻的纖維分布，由此提供改進(jìn)的 強(qiáng)度以及改進(jìn)的聲學(xué)和熱性能、剛性、耐沖擊性和吸聲性能。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維用作增強(qiáng)纖維 材料時(shí)，由于所述玻璃纖維中存在的水分，可以在幾乎不產(chǎn)生靜電的 情況下容易地將玻璃纖維開松和纖維化。此外，因?yàn)楦稍锢w維通常在 切短之前在分開的步驟中加以干燥和包裝，所以相比干燥短切纖維， 濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維制造相對廉價(jià)。因此，使用濕法應(yīng)用的短切 玻璃纖維使得可以更低成本制造由復(fù)合材料形成的產(chǎn)品。本申請的發(fā)明已經(jīng)在以上概括性地和根據(jù)特定實(shí)施方案加以描 述。雖然本發(fā)明已經(jīng)以被認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施方案的形式加以闡明，但是 可以在一般公開范圍內(nèi)選擇本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種可選方案。除 了以下闡明的權(quán)利要求的敘述之外，本發(fā)明并不另外受到限制。
權(quán)利要求
1.一種制造聲和熱吸收性復(fù)合材料(320)的方法，包括以下步驟至少部分開松濕增強(qiáng)纖維的束；從所述至少部分開松的濕增強(qiáng)纖維除去水以形成脫水的增強(qiáng)纖維；將所述脫水的增強(qiáng)纖維與有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維共混以形成所述脫水的增強(qiáng)纖維、所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維的基本上均勻的混合物；將所述混合物成型為片材；和將至少一些所述脫水的增強(qiáng)纖維、所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維粘合以形成復(fù)合材料。
2. 權(quán)利要求1的方法，其中所述粘合步驟包括使所述片材進(jìn)行針 刺工藝以機(jī)械結(jié)合所述脫水的增強(qiáng)纖維、所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增 強(qiáng)纖維。
3. 權(quán)利要求1的方法，其中所述粘合步驟包括將所述片材加熱到 高于所述有機(jī)纖維和所迷聲學(xué)增強(qiáng)纖維的至少一種的熔點(diǎn)和低于所述 脫水的增強(qiáng)纖維熔點(diǎn)的溫度，以使所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維 的至少一種至少部分熔融。
4. 權(quán)利要求1的方法，進(jìn)一步包括在所述粘合步驟之前，添加粘 合劑(285)的步驟，所述粘合劑選自樹脂粉末、樹脂薄片、膠乳聚合物、 樹脂顆粒、粘合劑泡沫和有機(jī)溶劑。
5. 權(quán)利要求1的方法，其中所述成型步驟包括使所述混合物穿過 至少一個(gè)片材成型機(jī)(280)。
6. 權(quán)利要求5的方法，進(jìn)一步包括在所述成型步驟之前，將所述 混合物輸送到填充箱塔(290)的步驟，所述填充箱塔按體積將所述混合 物進(jìn)料到所述片材成型機(jī)。
7. 權(quán)利要求1的方法，其中所述有機(jī)纖維選自雙組分纖維、聚酯 纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維、聚苯硫醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯 (EVA/VC)纖維、丙烯酸低級烷基酯聚合物纖維、丙烯腈聚合物纖維、 部分水解的聚乙酸乙烯酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯吡咯烷酮纖維、 苯乙烯-丙烯酸酯纖維、聚烯烴、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸酯、人造 纖維、尼龍和丁二烯共聚物。
8. 權(quán)利要求7的方法，其中所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維選自聚對苯二曱酸 乙二醇酯(PET)纖維和改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維。
9. 權(quán)利要求8的方法，其中所述濕增強(qiáng)纖維為濕法應(yīng)用的短切玻 璃纖維。
10. —種由權(quán)利要求l的方法制造的復(fù)合材料氈。
11. 一種形成層壓復(fù)合材料產(chǎn)品的方法，包括以下步驟 形成第一層狀材料，包括在第 一紗布(44 0)上沉積由第 一粘合劑(42 0)形成的第 一粘合劑層 (410);在所述第一粘合劑層上設(shè)置第一復(fù)合材料層(320),所述復(fù)合材料 包括脫水的濕增強(qiáng)纖維、有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維；在所述第一復(fù)合材料層上設(shè)置由第二粘合劑(450)形成的笫二粘 合劑層(460);形成第二層狀材料，包括在芯層上沉積由第三粘合劑(5 2 0)形成的第三粘合劑層(5 00)，所 述芯層由選自聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維、改性的聚對苯二甲酸乙二 醇酯纖維及其結(jié)合物的成分形成；在所述第三粘合劑層上設(shè)置包括所述增強(qiáng)纖維、所述聲學(xué)增強(qiáng)纖 維和所述有機(jī)纖維的第二復(fù)合材料層；和在所述第二復(fù)合材料層上沉積由第四粘合劑形成的笫四粘合劑層 (510);和設(shè)置所述第二層狀材料和所述第一層狀材料，使得所述第二粘合 劑層與所述芯層鄰近以形成層壓復(fù)合材料產(chǎn)品(5 3 0)。
12. 權(quán)利要求11的方法，其中所述層壓復(fù)合材料產(chǎn)品為用于汽車的車頂襯墊，以及所述方法進(jìn)一步包括以下步驟 修整所述層壓復(fù)合材料產(chǎn)品；和 將所述修整的層壓復(fù)合材料產(chǎn)品模塑成車頂襯墊。
13. 權(quán)利要求12的方法，進(jìn)一步包括在所述修整步驟之前，加熱 所述層壓復(fù)合材料產(chǎn)品的步驟。
14. 權(quán)利要求ll的方法，進(jìn)一步包括形成所述復(fù)合材料的步驟， 所述形成步驟包括至少部分開松濕增強(qiáng)纖維的束；從所述至少部分開松的濕增強(qiáng)纖維除去水以形成脫水的增強(qiáng)纖維；將所述脫水的增強(qiáng)纖維與有機(jī)纖維和聲學(xué)增強(qiáng)纖維共混以形成所 述脫水的增強(qiáng)纖維、所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維的基本上均勻的混合物；將所述混合物成型為片材；和將至少一些所述脫水的增強(qiáng)纖維、所述有機(jī)纖維和所述聲學(xué)增強(qiáng) 纖維粘合以形成所述復(fù)合材料。
15. 權(quán)利要求ll的方法，其中所述第一、第二、第三和第四粘合 劑具有選自液體形式、泡沫形式和粉未形成的形式。
16. —種制造復(fù)合材料的方法，包括以下步驟 至少部分開松濕增強(qiáng)纖維的束；從所述至少部分開松的濕增強(qiáng)纖維除去水以形成脫水的增強(qiáng)纖維；將所述脫水的增強(qiáng)纖維與有機(jī)纖維共混以形成所述脫水的增強(qiáng)纖 維和所述有機(jī)纖維的基本上均勻的混合物； 將所述混合物成型為片材；將所述片材中的所述增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維粘合以形成第一層；和 將由聲學(xué)增強(qiáng)纖維形成的第二層粘貼于所述第一層以形成復(fù)合材料，所述聲學(xué)增強(qiáng)纖維選自聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維和改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維。
17. 權(quán)利要求16的方法，其中所述有機(jī)纖維選自雙組分纖維、聚 酯纖維、聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維、 聚苯硫醚(PPS)纖維、聚氯乙烯(PVC)纖維、乙烯-乙酸乙烯酯/氯乙烯 (EVA/VC)纖維、丙烯酸低級烷基酯聚合物纖維、丙烯腈聚合物纖維、 部分水解的聚乙酸乙烯酯纖維、聚乙烯醇纖維、聚乙烯吡咯烷酮纖維、 苯乙烯-丙烯酸酯纖維、聚烯烴、聚酰胺、聚硫化物、聚碳酸酯、人造 纖維、尼龍和丁二烯共聚物。
18. 權(quán)利要求17的方法，其中所述濕增強(qiáng)纖維為濕法應(yīng)用的短切 玻璃纖維。
19. 權(quán)利要求16的方法，其中所述粘合步驟包括將所述片材加熱 到高于所述有機(jī)纖維熔點(diǎn)和低于所述脫水的增強(qiáng)纖維熔點(diǎn)的溫度，以 使所述有機(jī)纖維至少部分熔融，并將至少一部分所述脫水的增強(qiáng)纖維 和所述有機(jī)纖維粘合。
20. 權(quán)利要求19的方法，進(jìn)一步包括在所述粘合步驟之前，使所 述片材進(jìn)行針刺工藝以機(jī)械結(jié)合所述脫水的增強(qiáng)纖維和所述有機(jī)纖維 的步驟。
21. 權(quán)利要求15的方法，進(jìn)一步包括在所述粘合步驟之前，添加 粘合劑的步驟，所述粘合劑選自樹脂粉末、樹脂薄片、膠乳聚合物、 樹脂顆粒、粘合劑泡沫和有機(jī)溶劑。
全文摘要
提供一種由增強(qiáng)纖維、例如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)纖維或改性的聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維的聲學(xué)增強(qiáng)纖維以及一種或多種有機(jī)纖維形成的復(fù)合材料。聲學(xué)增強(qiáng)纖維可以為特別在低頻率提供提高或增強(qiáng)的吸聲性能的任何纖維。該復(fù)合材料可以通過部分開松濕增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維，混合增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維，使所述纖維成型為片材，以及粘合片材中的纖維而形成。優(yōu)選地，增強(qiáng)纖維為濕法應(yīng)用的短切玻璃纖維。復(fù)合材料可以由增強(qiáng)纖維、聲學(xué)增強(qiáng)纖維和有機(jī)纖維的單層形成?？蛇x地，復(fù)合材料可以為多層復(fù)合材料，其中聲學(xué)增強(qiáng)纖維位于層壓到由有機(jī)纖維和增強(qiáng)纖維形成的熱學(xué)層上的聲學(xué)層中。
文檔編號D04H1/54GK101163827SQ200580047204
公開日2008年4月16日 申請日期2005年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者A·布林克庫恩, E·哈克, T·陳尼 申請人:歐文斯科寧知識產(chǎn)權(quán)資產(chǎn)有限公司