ES2313128T3 - Sistema de aislamiento de sonido. - Google Patents

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ES2313128T3 ES04818322T ES04818322T ES2313128T3 ES 2313128 T3 ES2313128 T3 ES 2313128T3 ES 04818322 T ES04818322 T ES 04818322T ES 04818322 T ES04818322 T ES 04818322T ES 2313128 T3 ES2313128 T3 ES 2313128T3
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Saeed J. Siavoshai
Ellen Dubensky
Eric G. Owen
Jay Tudor
Xiaodong Tao
Joann Blandon
Douglas A. Brune
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Abstract

Un sistema de aislamiento de sonido (10) que comprende: una primera capa absorbente de absorción de sonido (12) que tiene un espesor de entre 0 y 100 mm; una capa de barrera sustancialmente impermeable adyacente a dicha capa absorbente primera (14), la capa de barrera tiene un espesor entre 0,1 y 50 mm; y una segunda capa que absorbe el sonido adyacente a dicha capa de barrera (16), la segunda capa absorbente de sonido tiene un espesor entre 0 y 100 mm, en donde la primera capa absorbente comprende espuma o una capa fibrosa, la segunda capa absorbente comprende espuma o una capa fibrosa y la capa de barrera comprende una lámina de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poliestireno de gran impacto, ftereftalato de polietileno, polietileno, polipropileno, etilen vinil acetato, acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo o una olefina, en donde el peso de superficie de dicha capa de barrera es mayor que 0,1 kg/m 2 y en donde la calidad de rigidez de dicho sistema está entre 0,18 N/mm y 45 N/mm.

Description

Sistema de aislamiento de sonido.
Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de EE.UU. Nº 60/516.539, presentada el 31 de Octubre de 2003 La descripción de la solicitud anterior se incorpora aquí como referencia.
Campo de la invención
La presente invención se refiere generalmente a un sistema de aislamiento de sonido.
Antecedentes de la invención
Los fabricantes de automóviles se han esforzado en reducir el ruido total y la vibración en los vehículos. El limitar ruido y vibración así como las asperezas (NVH) ha llegado a ser una consideración importante en los diseños de vehículos. Anteriormente, el ruido del motor típicamente dominaba el ruido del conjunto del vehículo. Más recientemente, otras fuentes de ruido, tales como los neumáticos, el viento y el tubo de escape han llegado a ser tan importantes para reducir el ruido como el motor. El ruido exterior de paso ha sido regulado por restricciones gubernamentales. Sin embargo, la reducción del ruido en el interior del vehículo ha sido un resultado directo de las demandas del consumidor de reducir el ruido en el vehículo.
Es deseable minimizar el ruido total del vehículo interior y exterior. Por lo tanto, esfuerzos significativos han sido dirigidos a reducir el ruido interior del vehículo. Uno de estos esfuerzos ha sido usar un concepto de barrera o una cubierta del salpicadero. Estas cubiertas del salpicadero se usan para reducir el ruido desde el motor al interior del vehículo. Típicamente tales cubiertas del salpicadero se colocan sobre o adyacentes a un substrato, tal como una barrera de fuego para reducir la cantidad de ruido que pasa desde el motor a través de la barrera al interior del vehículo.
Las cubiertas del salpicadero anteriores estaban hechas típicamente de un desacoplador, normalmente hecho de espuma (plancha o espuma moldeada) y una barrera hecha de poliolefina termoplástica (TPO) o lámina de etilen vinil acetato (EVA). Se intenta que todas estas cubiertas del salpicadero reduzcan el ruido total del compartimiento del motor. Dichas cubiertas del salpicadero de tipo de barrera típicamente han sido relativamente pesadas para producir los resultados de reducción de ruido deseados.
Más recientemente, se han usado cubiertas del salpicadero ligeras de peso. El concepto de ligereza de peso utiliza material de absorción, tal como algodón de mala calidad. Más que bloquear el ruido del motor, el objetivo de este tipo de cubierta del salpicadero es absorber y disipar el ruido del motor según viaja desde el compartimiento del motor al interior del vehículo. Uno de tales sistemas de cubierta del salpicadero de peso ligero se muestra en el documento de patente de los Estados Unidos Nº. 6.145.617 por Alts y asignado a Rieter Automotive AG. Otro tipo de sistema de cubierta del salpicadero de peso ligero se muestra en el documento de patente de los Estados Unidos Nº. 6.296.075 para Gish et al y asignado a Lear Corporation. Estos sistemas de cubierta del salpicadero de peso ligero también disminuyen el peso total del vehículo.
Todavía otro tipo de sistema de cubierta del salpicadero se muestra en las solicitudes de patentes japonesas números 2000-209070 y 2000-209059 y en la publicación de la solicitud de patente europea Nº. EP 1.428.656 A1. Estas solicitudes muestran materiales a prueba de ruido que incluyen materiales de absorción y un material de barrera.
La función primaria de estos tipos de cubiertas del salpicadero es reducir los niveles de ruido en el interior del vehículo. Tradicionalmente, se creía que bloqueando el ruido según la ley de masas proporcionaba la mejor pérdida de transmisión de ruido y reducción de ruido. La pérdida de transmisión y la reducción del ruido son típicamente parámetros de medida usados para cuantificar la reducción del ruido.
El bloqueo del ruido es eficaz solamente si la barrera cubre todos los agujeros y pasos a través. Si no, pueden ocurrir filtraciones y la actuación de NVH se degrada. Dado que las cubiertas del salpicadero se usan en varias áreas del vehículo que tiene aberturas o pasos a través, tales como las áreas de aire acondicionado o las columnas de dirección, la técnica de bloqueo no es totalmente eficaz. Típicamente, en ciertas cubiertas del salpicadero que usan la técnica de bloqueo, la espuma de aislamiento (por ejemplo el desacoplador) ha sido menos eficaz y no posee buenas propiedades acústicas de absorción. Así, el ruido no se disipa suficientemente cuando viaja a través de la cubierta del salpicadero.
Sería deseable proporcionar cubiertas del salpicadero de peso ligero que tratan ambos el ruido del compartimiento del motor que viene a través de la barrera de fuego y el ruido que viene dentro del compartimiento del pasajero de otras fuentes durante la operación del vehículo. Además, sería deseable tener un sistema de cubierta del salpicadero que fuera afinable o ajustable para cualquier aplicación particular del vehículo.
Compendio de la invención
Según una realización de la presente invención, se proporciona un sistema de aislamiento del sonido que comprende:
una primera capa de absorción de sonido que tiene un espesor de entre 0 y 100 mm;
una capa de barrera sustancialmente impermeable adyacente a dicha capa absorbente primera, la capa de barrera tiene un espesor entre 0,1 y 50 mm; y
una segunda capa que absorbe el sonido adyacente a dicha capa de barrera, la segunda capa absorbente de sonido tiene un espesor de entre 0 y 100 mm,
en donde la primera capa absorbente comprende una capa de espuma o fibrosa, la segunda capa absorbente comprende una capa de espuma o fibrosa y la capa de barrera comprende una lámina de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poliestireno de alto impacto, tereftalato de polietileno, polietileno, polipropileno, etilen vinil acetato, polivinilacetato, cloruro de polivinilo o una olefina, en donde el peso de superficie de dicha capa de barrera es mayor de 0,1 kg/m^{2} y en donde la calidad de rigidez de dicho sistema está de 0,18 N/mm a 45 N/mm.
Breve descripción de los dibujos
La presente invención será más enteramente comprendida con la descripción detallada y los dibujos que acompañan, en donde:
La figura 1 es una vista de la sección transversal de una realización de la presente invención;
La figura 2 es una vista de la sección transversal de una realización alternativa de la presente invención;
La figura 3 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 4 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 5 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 6 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 7 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 8 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 9 es una vista de la sección transversal de otra realización alternativa de la presente invención;
La figura 10 es un gráfico que muestra los resultados de reducción de ruido;
La figura 11 es un gráfico que muestra los resultados de reducción de ruido;
La figura 12 es un gráfico que muestra los resultados de reducción de ruido;
La figura 13 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba;
La figura 14 es una tabla que describe los pesos de superficie;
La figura 15 es un gráfico que muestra los resultados de las pruebas de reducción de ruido;
La figura 16 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de pérdida de inserción;
La figura 17 es un gráfico que muestra la pérdida de inserción;
La figura 18 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de amortiguamiento;
La figura 19 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de amortiguamiento;
La figura 20 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de pérdida de inserción; y
La figura 21 es un gráfico que muestra los resultados de la prueba de amortiguamiento;
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La descripción siguiente de la(s) realización(es) preferidas es meramente ejemplarizante en naturaleza y de ninguna forma pretende limitar la invención, su aplicación, o usos.
La figura 1 es una vista de la sección transversal de una realización de la presente invención. Como se muestra en la figura 1, hay un sistema de aislamiento del sonido, generalmente mostrado en 10. El sistema de aislamiento del sonido 10 comprende un sistema de multicapa. El sistema aislante del sonido 10 generalmente comprende una primera capa que absorbe el sonido generalmente indicada como 12. Una capa de barrera generalmente indicada como 14 está adyacente a la primera capa absorbente 12. Una segunda capa que absorbe el sonido generalmente indicada como 16 está adyacente a la capa de barrera 14. Como se muestra, la primera 12 y segunda 16 capas absorbentes se disponen en sitios opuestos de la capa de barrera 14. Como se usan aquí las capas absorbentes 12, 16 son referidas algunas veces como capas A. De forma similar, la capa de barrera 14 es referida algunas veces como capa B. El sistema completo puede ser referido como un sistema ABA.
El sistema 10 mostrado proporciona una cubierta de salpicadero multicapa que se usa preferiblemente para reducir la transmisión del ruido al interior del vehículo a través del panel del salpicadero frontal. Además de los aspectos bloqueantes del sonido, el sistema 10 reduce los niveles de ruido dentro del interior del vehículo a través de la absorción del sonido. Adicionalmente, el sistema 10 preferiblemente puede usarse en el compartimiento del motor para reducir el ruido que sale del compartimiento del motor al exterior del vehículo. El sistema 10 también preferiblemente mejora la percepción de la calidad del sonido para el ambiente interior y/o el ambiente exterior. El sistema 10 puede también ser incorporado dentro de otros componentes del automóvil tales como, pero no limitados a, cubiertas para las cavidades de las ruedas, guardabarros, compartimientos del motor, paneles de las puertas, techos, tratamientos del cuerpo del suelo, maleteros y estanterías para empaquetar. Además, el sistema 10 puede incorporarse en aplicaciones no
automotoras.
En la realización de la figura 1, la primera y segunda capas absorbentes 12, 16 comprende cada una, una capa de espuma. La capa de espuma preferiblemente es una espuma viscoelástica. La espuma puede comprender cualquier espuma natural o sintética, tanto en plancha como moldeada. Las espumas pueden ser de celda abierta o cerrada o combinación de las mismas. La espuma puede comprender espuma de látex, poliolefina, poliuretano, poliestireno o poliéster. La espuma puede también comprender espuma reciclada, cubierta de fibra impregnada de espuma o espuma de elastómero microcelular. Adicionalmente, la espuma puede incluir rellenos orgánicos y/o inorgánicos. Además, pueden incorporarse aditivos adicionales dentro de la composición de la espuma, tales como, pero no limitados a, retardantes de llama, agentes antiniebla, absorbentes de ultravioleta, estabilizadores térmicos, pigmentos, colorantes, agentes de control del olor, y semejantes.
La capa de barrera 14 preferiblemente comprende una capa sustancialmente impermeable relativamente fina. En la realización de la figura 1, la capa de barrera 14 preferiblemente comprende láminas de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poliestireno de alto impacto (HIPS), tereftalato de poliestireno (PET), polietileno, polipropileno, etilenvinilacetato, acetato de polivinilo (PVA), cloruro de polivinilo (PVC), olefinas que incluyen olefinas termoplásticas (TPO) y semejantes. La capa de barrera 14 puede también incluir fibras naturales o sintéticas para añadir fuerza. La capa de barrera 14 es también preferiblemente de contorno formateable y retenible para conformar al sustrato de cualquier aplicación particular. Adicionalmente, la barrera puede incluir rellenos orgánicos y/o inorgánicos. Además, pueden incorporarse aditivos adicionales en la composición de la barrera, tales como pero no limitados a retardantes de llama, agentes antiniebla, absorbentes de ultravioleta, estabilizantes térmicos, pigmentos, colorantes, agentes controladores del olor, y semejantes.
Será apreciado que pueden usarse materiales alternativos para formar cualquiera de las capas de absorción 12,16 y la capa de barrera 14. A continuación se ilustran varios ejemplos.
La Figura 2 es una vista de la sección transversal de una realización alternativa de la presente invención. En esta realización, la capa de barrera 14 comprende una cubierta de espuma. Preferiblemente la capa de barrera 14 comprende la cubierta de una espuma de un poliestireno autopelable que se incluye en al menos una de las capas absorbentes 12, 16. Será apreciado que la cubierta puede estar formada sobre ambas de las capas absorbentes 12, 16 y posicionadas adyacentes una a otra para formar la capa de barrera 14. Como se muestra, la porción sin cubierta de la capa absorbente 12,16 se posiciona tal que está entre las dos capas absorbentes 12, 16.
La figura 3 es una vista de la sección transversal de una realización alternativa de la presente invención; En esta realización, la capa de barrera 14 comprende una capa de espuma de gran densidad. La capa de barrera de espuma de gran densidad 14 no es porosa. La primera y segunda capas absorbentes 12, 16 son como se estableció anteriormente en conexión con la realización de la figura 1.
La figura 4 es una realización alternativa de la presente invención. En la realización de la figura 4, el sistema 10 comprende una espuma de gradiente. Como se muestra, la espuma de gradiente incluye dos capas 12, 16, absorbentes porosas y de baja densidad en las superficies exteriores. La densidad de la espuma aumenta desde el exterior de las capas absorbentes 12, 16 al interior. Localizado en el centro de la espuma de gradiente hay una capa de barrera no porosa 14, de densidad relativamente más alta, que puede o no ser un componente discreto del sistema 10.
La figura 5 es una realización alternativa de la presente invención. En la realización de la figura 5, la segunda capa absorbente 16 comprende un material fibroso, que incluye pero no está limitado a fibras naturales y/o sintéticas. Estas fibras pueden estar orientadas, no orientadas, o una combinación de las mismas. En adición, el material fibroso puede incluir una capa de cañamazo ligero tejido o no tejido. Una fibra de polímero del tipo es comercializada por Owens Corning (Toledo, Ohio) con el nombre registrado de VERSAMAT. La primera capa absorbente comprende una espuma viscoelástica. Será apreciado, sin embargo, que una o ambas de las capas absorbentes 12, 16 pueden comprender una capa fibrosa. Adicionalmente, la composición de la capa fibrosa puede incluir rellenos orgánicos y/o inorgánicos. Además, pueden incorporarse aditivos adicionales dentro de la composición de la capa fibrosa, tales como, pero no limitados a, retardantes de llama, agentes antiniebla, resinas, absorbentes de ultravioleta, estabilizadores térmicos, pigmentos, colorantes, agentes de control del olor, y semejantes.
La figura 6 es una realización alternativa de la presente invención. La figura 6 incluye la primera y segunda capas absorbentes 12, 16 como se estableció en conexión con la realización de la figura 1. La capa de barrera 14 preferiblemente comprende una espuma de celda cerrada con tamaños de celda grandes. Dicha espuma de celda cerrada es comercializada por Dow Chemical (Midland, Michigan) con el nombre registrado de QUASH. El uso de la espuma de celda grande proporciona una barrera para limitar la transmisión del ruido.
La figura 7 es una realización alternativa de la presente invención. La realización de la figura 7 incluye las capas absorbentes de espuma 12,16. La capa de barrera 14 preferiblemente comprende una capa de panal. Más específicamente, la capa de barrera 14 comprende una lámina de panal polimérico y/o metálico que se abre en la dirección de la transmisión del ruido. Esto es, los extremos abiertos del panal están adyacentes a las capas absorbentes 12, 16. En esta realización, se prefiere que las capas absorbentes 12, 16 cada una comprenda una espuma sin cubierta. La parte sin cubierta 18, 20 de la espuma se posiciona adyacente a las aperturas del panal de forma que la piel 18, 20 cierra los extremos abiertos del panal para proporcionar la capa de barrera 14. Mientras que la cubierta 18, 20 se muestra en cada capa absorbente 12, 16, será apreciado que la cubierta necesita solamente ser localizada sobre una de las capas absorbentes 12, 16. La espuma sin cubierta puede ser reemplazada con una capa absorbente de espuma de celda abierta o fibrosa y una película adyacente o capa de recubrimiento.
La figura 8 es una realización alternativa de la presente invención. En la realización de la figura 8, se usa material polimérico extruido, tal como polipropileno para formar el sistema 10. El polipropileno extruido actúa como una capa de barrera reduciendo la transmisión del sonido en la dirección de la extrusión. Más específicamente, el polipropileno extruido incluye una serie de aperturas extruidas que se extienden perpendiculares a la dirección de la transmisión del ruido. Para crear las capas absorbentes 12, 16, el polipropileno extruido es perforado en una dirección paralela a la dirección de la transmisión del ruido. Estas perforaciones permiten al ruido ser absorbido y disipado en las capas absorbentes 12, 16 mientras que proporcionan una capa de barrera 14 en el área donde no está presente ninguna perforación.
La figura 9 es una realización alternativa de la presente invención. En la realización de la figura 9, la primera capa absorbente 12 comprende espuma de látex de densidad relativamente baja. La capa de barrera 14 comprende espuma de látex de gran densidad. La segunda capa absorbente 16 comprende un material tejido.
Como se indicó en las realizaciones descritas anteriormente, la primera y segunda capas absorbentes 12, 16 pueden comprender varios materiales diferentes. Se prefiere que los materiales muestren propiedades mejoradas de absorción de sonido y de pérdida de transmisión. Además, se prefiere que los materiales tengan propiedades de amortiguación de la vibración. Así, las capas absorbentes 12, 16 disipan el ruido y minimizan la vibración del panel. Son preferidos los materiales que tienen un amortiguamiento, un tan delta, de entre alrededor de 0,01 a alrededor de 1,5. Todavía más preferidos son los materiales que tienen un tan delta de entre alrededor de 0,3 a alrededor de 1,5. Esta amortiguación ayuda a eliminar el ruido debido a la vibración del sustrato.
Los materiales preferidos que cumplen estos criterios incluyen materiales fibrosos naturales o sintéticos, tales como, por ejemplo, lana, algodón, poliéster, poliolefinas y vidrio. Otros materiales preferidos incluyen espumas naturales o sintéticas, tanto de plancha como moldeadas, tales como, por ejemplo, látex, poliestireno, poliuretano, poliolefina o poliéster. Las espumas viscoelásticas son las más preferidas. Estas espumas podrían ser también espuma reciclada, compuesto de fibra, cubiertas de fibra impregnadas de espuma o espuma elástica microcelular. Los materiales pueden también incluir rellenos orgánicos y/o inorgánicos.
El espesor de las capas absorbentes 12, 16 puede variar dependiendo de la aplicación particular. Como ejemplo no limitativo, el espesor de las capas absorbentes 12, 16 puede no ser uniforme. Se prefiere que el espesor de las capas absorbentes 12, 16 sea entre 0 mm y 50 mm.
Además, en cada ejemplo mostrado anteriormente, se usa un material único para hacer cada capa absorbente 12, 16. Debe entenderse que las capas absorbentes 12, 16 pueden también comprender combinaciones de materiales juntos el uno al otro. O sea, cada capa absorbente 12, 16 puede comprender más de una subcapa tanto de un material similar como de un material diferente. Además, pueden usarse mezclas de materiales como capas absorbentes 12, 16. Adicionalmente, se apreciará que la primera capa absorbente 12 y la segunda capa absorbente 16 pueden comprender el mismo material o estar hechas de materiales diferentes.
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Tanto utilizando una capa absorbente 12, 16 hecha de un material único como un ensamblaje de multicapa como la capa absorbente 12, 16 que tiene un espesor variable, el sistema 10 puede afinarse o ajustarse para cumplir los requerimientos de reducción de ruido y de absorción específicos para cualquier lugar particular del vehículo. Esta flexibilidad de ajuste del sistema 10 permite su uso en varias aplicaciones. Este tipo de sistema permite también la supresión del ruido creado por el motor, eje de transmisión u otros componentes del vehículo así como la supresión de la vibración o amortiguación de varios componentes del vehículo.
La capa de barrera 14, como se expresó anteriormente, es preferiblemente sustancialmente impermeable y reduce el ruido que pasa a través de ella. Opcionalmente, la capa de barrera 14 puede proporcionar mejor rigidez y retención de la forma. La capa de barrera utiliza así la técnica bloqueante para reducir la transmisión de ruido a través de ella. Igual que las capas absorbentes 12, 16, la capa de barrera 14 puede tener un espesor variable. Se prefiere que el espesor de la capa de barrera, sea entre 0,1 mm y 50 mm. De nuevo, debe entenderse que el espesor puede variarse, incluso fuera del intervalo preferido, para afinar o ajustar el sistema 10 para que cumpla los requerimientos específicos de reducción de ruido en un lugar particular dentro del vehículo.
La capa de barrera 14 tiene un peso de superficie de alrededor de 0,1 kg/m^{2} o mayor. Se prefiere que la capa de barrera 14 tenga un peso de superficie mayor de 0,4 kg/m^{2}. Generalmente, el peso de superficie mayor de la capa de barrera origina mejor capacidad de reducción de ruido del sistema aislante de sonido. El peso de superficie de la capa de barrera 14 se calcula multiplicando la densidad de la capa de barrera por el espesor de la capa de barrera.
Se prefiere que el sistema aislante de sonido tenga una calidad de rigidez de alrededor de 0,18 N/mm a alrededor de 45 N/mm. La calidad de rigidez se mide usando una muestra que es 2 pulgadas x 4,5 pulgadas soportada sencillamente con un espacio de 3 pulgadas según el sistema de prueba de ASTM D-5934-02. La calidad de rigidez ayuda en la instalación del sistema, particularmente dentro de un vehículo.
Ejemplos de rigidez de flexión de varias muestras se presentan a continuación:
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El material inferior usado en cada ejemplo comprende fibras de poliéster reciclado. El material inferior está comercializado por Janesville Products de Ohio. Además, se muestra el espesor de cada capa de absorción 12, 16. Se da también la densidad del material inferior. En la primera muestra, la densidad del material inferior es 85 g/m^{3}. En cada una de las otras muestras la densidad del material inferior es 110 g/m^{3}.
Mientras que se muestra una única capa de barrera 14, debe entenderse que pueden usarse múltiples capas de barrera 14 de espesores variados. O sea, cada capa absorbente 14, puede comprender más de una subcapa tanto de un material similar como de un material diferente. Cada capa puede ser del mismo material o diferente. Además, pueden usarse mezclas de materiales diferentes. Además, la capa de barrera puede tener un espesor variado.
Materiales preferidos para la capa de barrera 14 incluyen película o lámina de polímero, espuma de celda cerrada, película de metal, y espuma sin cubierta. Como se ha mencionado anteriormente, la capa de barrera 14 puede comprender olefinas, PET, PVC o cualquier otro material adecuado. Cuando la capa de barrera comprende una espuma sin cubierta, la cubierta puede ser la cubierta de un material usado para formar la capa absorbente 12, 16. Además, la capa de barrera 14 puede incluir productos poliméricos reciclados. La capa de barrera 14 puede también incluir fibras naturales o sintéticas para añadir fuerza. La capa de barrera 14 puede también incluir una estructura de panal o una malla que contiene un material sustancialmente impermeable, tal como cubiertas, películas o láminas añadidas a uno o ambos lados del panal o malla.
La capa de barrera 14 es preferiblemente de contorno formateable y retenible para conformar la forma del sistema 10 al sustrato de cualquier aplicación. Para combinar las capas absorbentes 12, 16 con la capa de barrera 14, puede usarse cualquier técnica de fabricación adecuada. Algunos de dichos ejemplos incluyen conectar las capas varias por laminación por calor, o aplicando adhesivos entre las capas. Dichos adhesivos pueden ser activados por el calor. Las capas varias pueden ser también adheridas durante el proceso de formación de la forma calentando las capas y después aplicando presión con la herramienta de formatear, o aplicando adhesivo a las capas y después aplicando presión con la herramienta de formatear.
La capa de barrera 14 puede también ser una capa de lámina aislada, o podría ser aplicada directamente a la capa de absorción por aplicación con pulverización de un material, tal como, por ejemplo, poliuretano. La capa de barrera puede también formarse como una cubierta en la capa absorbente tal como una espuma de poliuretano o látex durante el procedimiento de formación de la espuma.
El sistema podría también construirse en un aparato de moldeo de espuma insertando el material de la capa de barrera, tal como una película de polímero en la sección central de un molde y después inyectando el material para hacer la espuma, tal como una espuma de poliuretano en ambos lados del aparato. El sistema 10 puede también formarse creando cada una de las capas absorbentes 12, 16 y las capas de barrera 14 a la vez y/o independientemente y después uniéndolas con métodos convencionales, por ejemplo, usando medios mecánicos, fusión por el calor, fusión sónica y/o adhesivos.
Además, como se ha mencionado anteriormente, las capas absorbentes no necesitan tener necesariamente un espesor uniforme sobre todo su contenido. Por ejemplo, las capas absorbentes pueden ser compactadas en ciertas áreas durante el procedimiento de formateo. Además, puede ser necesario tener distintos espesores de las capas de absorción para encajar en áreas distintas del vehículo. Esto es, puede haber diferencias en los espacios libres del vehículo que requieran capas absorbentes más delgadas en esas áreas. Así diseñando un espesor variable, se reduce la necesidad de hacer agujeros en el sistema. Esto permite un área de cubierta máxima por el sistema, produciéndose un aumento en la reducción total del ruido del sistema.
Como se mostró anteriormente cada realización comprende una primera capa absorbente 12 adyacente a una capa de barrera 14. Una segunda capa absorbente 16 está adyacente a la capa de barrera 14 en el lado opuesto a la primera capa absorbente. Este sistema permite que la absorción del sonido ocurra en cualquier lado de la capa de barrera, así como la supresión de la transmisión del ruido dentro del vehículo. Además, el uso de la capa de barrera en conexión con las capas absorbentes ayuda también a la supresión del ruido en cualquier dirección a través del sistema.
El sistema 10 puede también construirse produciendo primero la primera capa absorbente 12 y la capa de barrera 14. La segunda capa absorbente 16 puede añadirse a continuación.
Se construyeron y probaron cuatro ejemplos usando varias capas absorbentes y capas de barreras como se muestra a continuación. Los resultados de las pruebas de estas cuatro muestras se muestran en las figuras 10-14 y se describen en más detalle a continuación. Además se probaron dos sistemas de cubierta del salpicadero comparativos. Los sistemas incluyen el aislante del salpicadero ULTRALIGHT de Rieter y el aislante del salpicadero SONOTEC de Lear.
Ejemplo A
Se fabricó el aislante del salpicadero de absorbente-barrera-absorbente o sistema 10 usando espumas viscoelásticas como las capas absorbentes 12, 16 y una lámina de polietileno como la capa de barrera 14.
Se fabricaron muestras de tres capas con dimensiones de 0,69 m X 0,69 m X 27 mm de espesor usando 2 capas de espuma de poliuretano viscoelástica Developmental de Dow #76-16-10-HW de un espesor de 13 mm, y una lámina de 0,36 mm de espesor de polietileno como la capa de barrera de en medio. Se calculó la densidad del área de la muestra midiendo la masa de la muestra y dividiendo por el área de la muestra. La densidad del área se muestra en la Figura 14. Se colocó la muestra sobre una placa de acero de 0,8 mm de espesor, y se insertó el ensamblaje en la pared entre la cámara de reverberación y la cámara semi-anecoica. Se generó el ruido en la habitación de reverberación usando un altavoz, y el nivel de presión del sonido se midió usando cuatro micrófonos colocados a una distancia de 1,17 m de la placa de acero. Una red de doce micrófonos se colocó en la cámara semianecoica a una distancia de 0,76 m del lado externo de la espuma de la muestra. Se calculó la reducción del ruido usando la ecuación 1, según el protocolo general de SAE J1400. El resultado de la prueba de reducción de ruido se muestra en la figura 10.
Ecuación 1.NR = (average SPL_{1}) - (average SPL_{2})
donde:
SPL_{2} = Nivel de presión de sonido anecoico (dB)
SPL_{1} = Nivel de presión de sonido de reverberación (dB)
Se midió el coeficiente de absorción de sonido de incidencia normal de la muestra cortando un disco de 29 mm de diámetro de la muestra de tres capas e insertándolo en un tubo de impedancia de dos micrófonos de Bruel y Kjaer (Dinamarca). El método de prueba del tubo de impedancia se describe en ASTM E-1050. Los resultados del coeficiente de absorción se muestran en la figura 13.
El coeficiente de absorción de la espuma viscoelástica se midió también usando el método del tubo de impedancia. Además, se midió el factor de pérdida de amortiguamiento de la espuma usando pruebas de compresión y el método de la histéresis de bucle. La espuma viscoelástica mostró un factor de amortiguación de 1,6.
Ejemplo B
Se fabricó el aislante del salpicadero de absorbente-barrera-absorbente o sistema 10 con espuma viscoelástica como la primera capa absorbente 12 frente a la lámina de metal, una lámina de polietileno de 0,36 mm como la capa de barrera 14 y una cubierta de fibra de polímero como la segunda capa absorbente 16.
Se fabricaron muestras de tres capas con dimensiones de 0,69 m X 0,69 m X 32 mm de espesor usando 1 capa de espuma de poliuretano viscoelástica Developmental de Dow #76-16-10-HW de un espesor de 13 mm, una capa de material fibroso VERSAMAT (Sample 506R4800) de Owens Coming de 18 mm de espesor, y una lámina de polietileno de 0,4 mm de espesor como la capa de barrera 14. La densidad del área de la muestra se calculó midiendo la masa de la muestra y dividiendo por el área de la muestra. La densidad del área se muestra en la figura 14. La reducción de ruido se midió usando el método descrito en el Ejemplo A con la espuma viscoelástica contra la placa de acero. Los resultados se muestran en la Figura 10.
Se midió la absorción de sonido de incidencia normal de esta muestra usando el método del tubo de impedancia del Ejemplo A.
Ejemplo C
Se fabricó el aislante del salpicadero de absorbente-barrera-absorbente o sistema 10 con espuma sin cubierta, de celda abierta de poliuretano Grado ES-50 de E-A-R Specialty Composites (Indianapolis, Indiana) como las capas absorbentes 12, 16 y una lámina de polipropileno en panal de Plascore (Zeeland, Michigan) como la capa de barrera 14.
Se fabricaron muestras de tres capas con dimensiones de 0,69 m X 0,69 m X 30 mm de espesor usando dos capas 12, 16 de espuma E-A-R, cada una de 12,5 mm de espesor con un material de panal de polipropileno de 7,5 mm de espesor como la capa de barrera 14. En esta construcción de la barrera 14 la cubierta de superficie en las láminas de espuma de E-A-R, está en contacto con el panal. Este ejemplo utiliza un espacio de aire estructural que incluye una barrera para proporcionar una capa de barrera muy ligera, pero sin embargo fuerte y que puede formatearse para el sistema 10. La densidad del área se muestra en la Figura 14. La reducción de ruido se midió usando el método descrito en el Ejemplo A, con la espuma E-A-R contra la placa de acero. Los resultados se muestran en la Figura 11.
Se midió la absorción de sonido de incidencia normal de esta muestra usando el método del tubo de impedancia del Ejemplo A, y los resultados se muestran en la Figura 13.
Ejemplo D
Se fabricó el aislante del salpicadero de absorbente-barrera-absorbente o sistema 10 usando un látex de densidad baja como la primera capa absorbente 12 y una espuma de látex de densidad mayor como la capa de barrera 14 que se deposita en un sustrato tejido que comprende la segunda capa absorbente 16.
Se proporcionaron tres muestras de capas que medían 0.61 m X 0.61 m X 22 mm de espesor de Dow-Reichhold (Carolina del Norte). El espesor de la capa de fibra fue de 11 mm, el espesor de la espuma media de látex fue de 3 mm y el espesor de la espuma de látex exterior fue de 8 mm. Las muestras se cortaron y pegaron juntas para fabricar una placa de 0,69 m X 0,69 m X 22 mm para medir la reducción del ruido. La densidad del área se muestra en la Figura 14. La muestra se colocó sobre una placa de acero de 0,8 mm con el lado del la espuma adyacente al acero, y se midió la reducción del ruido como se describió en el Ejemplo A. Los resultados se muestran en la Figura 13.
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Ejemplo Comparativo 1
Aislante del salpicadero ULTRALIGHT de Reiter
Se cortó un aislante del salpicadero ULTRALIGHT de Reiter para el 2003 DCX RS Minivan en secciones y se pegaron juntas (la densidad del área se ajustó en cuanto a la masa del adhesivo) para hacer una muestra de 0,69 m X 0,69 m X 22 mm para medir la reducción del ruido. La muestra se colocó sobre una placa de acero de 0,8 mm y se midió la reducción del ruido como se describió en el Ejemplo A. Los resultados del coeficiente de absorción del sonido se muestran en la figura 13. La densidad del área se muestra en la figura 14.
Aislante del salpicadero SONOTEC de Lear
Se cortó un aislante del salpicadero SONOTEC de Lear para el vehículo 2003 Ford U-222 en secciones y se pegaron juntas (la densidad del área se ajustó en cuanto a la masa del adhesivo) para hacer una muestra de 0,69 m X 0,69 m X 25 mm para medir la reducción del ruido. La muestra se colocó sobre una placa de acero de 0,8 mm y se midió la reducción del ruido como se describió en el Ejemplo A. Los resultados del coeficiente de absorción del sonido se muestran en la figura 13. La densidad del área se muestra en la figura 14.
Se realizaron pruebas adicionales con sistemas 10 que tenían varias configuraciones. La Figura 15 muestra la reducción de ruido de varias muestras. La reducción de ruido se determinó de la misma forma que se describió anteriormente. Los resultados de los coeficientes de absorción del sonido se muestran en la Figura 13. La densidad del área se muestra en la Figura 14.
Se realizaron pruebas adicionales con sistemas 10 que tenían varias configuraciones. La Figura 15 muestra la reducción de ruido de varias muestras. La reducción de ruido se determinó de la misma forma que se describió anteriormente.
En la Figura 15, A se refiere a capas absorbentes, tanto 12 como 16. Para cada capa A 12 se usó una espuma viscoelástica. La espuma viscoelástica específica usada fue FOAMEX H300-10N, 3 pcf (libras/pie^{3}). Para cada capa A 16 se usó un material inferior. El material inferior específico comprende fibras de poliéster reciclado comercializadas por Janesville Products de Ohio.
B se refiere a la capa de barrera 14. En las varias muestras, la capa B comprende materiales diferentes. En las capas B en donde se muestra que el espesor es 0,05 mm, 0,19 mm y 0,25 mm, las capas B comprenden PVA. La capa B en donde se muestra que el espesor es 0,5 mm, 0,78 mm y 1,0 mm comprende HIPS. La capa B en donde se muestra que el espesor es 2,25 mm comprende TPO. Como se muestra en la leyenda de la Figura 15, el espesor de las capas B en las muestras está en el intervalo entre 0,5 mm y 2,25 mm. Adicionalmente, el peso de superficie de las capas B está en el intervalo entre 0,14 kg/m^{2} y 2,71 kg/m^{2}.
Se aprecia que un aumento en el peso de superficie de la capa de barrera 14 da una pérdida de transmisión y una reducción de sonido más altas. Esto origina niveles de ruido más bajos en el interior del vehículo.
La Figura 16 muestra la pérdida de inserción de las mismas muestras mostradas en la Figura 15. La pérdida de inserción es una cantidad calculada. Se calcula tomando la reducción del ruido para el sistema y sustrayendo la reducción de ruido del acero solo.
La Figura 17 muestra la pérdida de inserción para otro conjunto de muestras. Como con las muestras según las Figuras 15 y 16, las capas A comprenden espuma viscoelástica y material inferior. En las muestras de la Figura 17, la capa de barrera o capa B comprende PET. Como puede verse, ocurre un desplazamiento de la frecuencia de resonancia de pared doble. De forma similar, la Figura 17 indica un aumento de la pérdida de inserción con un aumento en el peso de superficie de la capa B, capa de barrera para reducir la vibración de dicha capa de barrera. De esta manera, la capa absorbente actúa también como una capa de amortiguación de la vibración. Esto puede originar un aumento de la pérdida de transmisión del sistema 10. Espumas viscoelásticas adicionales tienen propiedades de absorción de sonido buenas debido a la estructura de celdas de la espuma y su viscoelasticidad. Cuando se usa una espuma viscoelástica como una capa absorbente o capa A, se prefiere que la espuma tenga un módulo de Young menor de 7,0 e+5 Pa y amortiguación mayor de 0,3. Se apreciará que la capa de espuma viscoelástica se adapta para colocarla contra un sustrato, tal como el componente del vehículo.
La Figura 18 muestra una comparación de amortiguación de varias muestras de espuma del mismo espesor. La primera espuma listada en la leyenda es una espuma viscoelástica como se describió anteriormente pero es una espuma de 2 pcf. La segunda espuma listada es una espuma de plancha que es de 1,2 pcf. Se muestra también el peso de la muestra de espuma. La espuma de plancha usada comprende melamina. La prueba de amortiguación se realizó de forma conocida en la técnica. Se excitó la muestra con vibración. Se calcula la función de transferencia dividiendo la aceleración de la placa con la fuerza aplicada. De esta forma, se elimina el efecto de la magnitud de la fuerza en los resultados. Como puede verse en la Figura 18, la espuma viscoelástica produce una amortiguación mayor. Así, cuando se usa en un sistema 10 como la capa A o capa absorbente, la espuma viscoelástica reduce la moción de vibración de la capa de barrera por medio de la amortiguación. Esto puede aumentar la pérdida de transmisión de todo el sistema.
La Figura 19 muestra una comparación de amortiguación de muestras que tienen la misma masa. La prueba se realizó de la misma forma que se describió anteriormente en conexión con la Figura 18.
La Figura 20 muestra el efecto sobre la pérdida de inserción de colocar la capa viscoelástica A sobre el acero. Más específicamente, se preparó una muestra de un sistema 10. La muestra consistía en una capa absorbente de espuma viscoelástica 12, una capa de barrera de HIPS 14 y una capa absorbente de material inferior 12. Las pruebas se realizaron colocando primero la capa absorbente de material inferior adyacente al acero y determinando la pérdida de inserción de la misma forma que se ha descrito anteriormente. Subsecuentemente, se probó la misma muestra colocando la capa absorbente viscoelástica contra el acero y determinando la pérdida de inserción. Los resultados se muestran en la Figura 20. Como puede verse, se consigue un aumento de la pérdida de inserción cuando se coloca la espuma viscoelástica contra el acero. Así, se prefiere que la capa de espuma viscoelástica se coloque contra el sustrato, tal como el componente del vehículo cuando se instala el sistema 10.
La Figura 21 muestra el efecto de la amortiguación de la espuma viscoelástica en la capa de barrera. Para probar el efecto de la amortiguación de una capa absorbente viscoelástica sobre la barrera, se probaron dos muestras. Cada una de las muestras consistía solo en una capa absorbente y una capa de barrera. En cada caso la capa absorbente era una espuma viscoelástica. En la primera muestra, la espuma viscoelástica es la espuma FOAMEX identificada anteriormente. En la segunda muestra, la espuma viscoelástica comprende Qylite, también comercializada por FOAMEX. La capa de barrera en cada caso fue HIPS. Solo se usó una capa absorbente de manera que hubiera acceso a la capa de barrera. Se necesita el acceso a la capa de barrera para determinar la vibración de la capa de barrera misma. La respuesta de la frecuencia como se muestra en la Figura 21 significa lo mismo que la función de transferencia como se muestra en la Figura 18. La prueba para determinar la respuesta de la frecuencia fue la misma como se describió anteriormente en conexión con la Figura 18. Como puede verse por los resultados mostrados en la Figura 21, una capa absorbente de espuma viscoelástica reduce la moción o vibración de la capa de barrera. Esto origina que se transmita menos ruido al interior del vehículo.
El sistema 10 como se ha descrito anteriormente puede absorber y bloquear ruido en una u otra dirección. Esto es ventajoso porque el sistema 10 puede usarse y ajustarse para cumplir muchos requerimientos de reducción de ruido en un vehículo. Se apreciará también que, aunque sea particularmente bien adecuado para aplicaciones automovilísticas, el sistema 10 puede también usarse en otras aplicaciones. Dichas otras aplicaciones incluyen aplicaciones en la construcción, industriales, de electrodomésticos, aeroespaciales, camiones/autobuses/trenes, industria del ocio, marinas y militares.
Se apreciará que la invención se ha descrito de forma ilustrativa. La terminología que se ha usado se intenta que sea como palabras de descripción más que de limitación. Obviamente, muchas modificaciones y variaciones son aparentes dentro del alcance de las reivindicaciones. Debe, por lo tanto, entenderse que la invención descrita en las reivindicaciones puede practicarse de otra forma que como está específicamente descrita.

Claims (10)

1. Un sistema de aislamiento de sonido (10) que comprende:
una primera capa absorbente de absorción de sonido (12) que tiene un espesor de entre 0 y 100 mm;
una capa de barrera sustancialmente impermeable adyacente a dicha capa absorbente primera (14), la capa de barrera tiene un espesor entre 0,1 y 50 mm; y
una segunda capa que absorbe el sonido adyacente a dicha capa de barrera (16), la segunda capa absorbente de sonido tiene un espesor entre 0 y 100 mm,
en donde la primera capa absorbente comprende espuma o una capa fibrosa, la segunda capa absorbente comprende espuma o una capa fibrosa y la capa de barrera comprende una lámina de acrilonitrilo-butadieno-estireno, poliestireno de gran impacto, ftereftalato de polietileno, polietileno, polipropileno, etilen vinil acetato, acetato de polivinilo, cloruro de polivinilo o una olefina, en donde el peso de superficie de dicha capa de barrera es mayor que 0,1 kg/m^{2} y en donde la calidad de rigidez de dicho sistema está entre 0,18 N/mm y 45 N/mm.
2. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 1, en donde el peso de superficie de dicha capa de barrera es mayor de 0,4 kg/m^{2}.
3. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 1, en donde el espesor de cada dicha primera y dicha segunda capa absorbente está entre 0 y 50 mm.
4. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos una de dicha primera y dicha segunda capa absorbente amortigua las vibraciones a dicha capa de barrera para reducir la vibración de dicha capa de barrera.
5. Un sistema de aislamiento de sonido como se ha descrito en la reivindicación 4, en donde al menos una de dicha primera y dicha segunda capa absorbente comprende espuma.
6. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 5, en donde dicha espuma comprende espuma viscoelástica.
7. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 6, en donde dicha espuma tiene un módulo de Young menor de 7,0 e+5 Pa.
8. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde dicha primera capa absorbente comprende espuma viscoelástica.
9. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 8, en donde dicha primera capa absorbente está adaptada para ser colocada contra un sustrato.
10. Un sistema de aislamiento del sonido como se ha descrito en la reivindicación 9, en donde dicha segunda capa absorbente comprende un material inferior.
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