ES2382444T3 - Componente aislante de automóvil - Google Patents

Abstract

Componente aislante acústico con características de masa-resorte acústicas, que comprende una capa de masa y una capa de desconexión, caracterizado porque la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa con un módulo de Young dinámico E al menos de 96·AW·t (Pa), siendo AW el peso por unidad de superficie (g/m2) y siendo t el espesor (mm) de la capa fibrosa porosa, y una capa de barrera delgada impermeable al aire, en el que la capa de barrera delgada está dispuesta entre la capa fibrosa y la capa de desconexión y todas las capas están laminadas entre sí.

Description

Componente aislante de autom6vil

CAMPO TECNICO

La invenci6n se refiere a un componente de autom6vil para la atenuaci6n de ruidos en un vehfculo.

TECNICA ANTERIOR

Las fuentes de ruido en un vehfculo son numerosas e incluyen, entre otras, el motor, la transmisi6n, la superficie de rodadura de los neumaticos (provocada por la superficie de la carretera), los frenos y el viento. El ruido generado por todas estas fuentes en el interior del habitaculo del vehfculo cubre un intervalo de frecuencias bastante grande que, en vehfculos normales diesel y de gasolina, puede llegar hasta 6,3 kHz (por encima de esta frecuencia, la potencia acustica radiada por las fuentes de ruido es generalmente despreciable). El ruido del vehfculo se divide generalmente en ruido de baja, media y alta frecuencia. De forma tfpica, puede considerarse que el ruido de baja frecuencia cubre el intervalo de frecuencias entre 50 Hz y 500 Hz y esta dominado por ruido "transmitido por la estructura": la vibraci6n se transmite a los paneles que rodean el habitaculo de los pasajeros a traves de varias trayectorias estructurales y, de este modo, tales paneles radian ruido en el propio habitaculo. Por otro lado, de forma tfpica, es posible considerar que el ruido de alta frecuencia cubre el intervalo de frecuencias por encima de 2 kHz. De forma tfpica, el ruido de alta frecuencia esta dominado por ruido "transmitido por el aire": en este caso, la transmisi6n de vibraciones a los paneles que rodean el habitaculo de los pasajeros se produce a traves de trayectorias en el aire. Se admite que existe una zona indefinida en la que los dos efectos se combinan y ninguno de los dos domina. No obstante, para el confort del pasajero, es importante atenuar el ruido en el intervalo intermedio de frecuencias, asf como en los intervalos bajos y altos de frecuencias.

Para la atenuaci6n de ruidos en vehfculos tales como coches y camiones, es conocido el uso de aislantes, amortiguadores y elementos absorbentes para reflejar y disipar el sonido y, por lo tanto, reducir el nivel de sonido interior general.

Normalmente, el aislamiento se obtiene mediante un sistema de barrera de resorte-masa clasico, en el que la masa esta formada por un material impermeable de alta densidad, conocido tambien como capa pesada, y el resorte esta formado por un material de baja densidad, como fieltro o espuma no comprimidos. La rigidez del resorte es comparable a la suma de la compresibilidad del aire en la capa de desconexi6n y la rigidez de su estructura. Normalmente, el espesor de las barreras aislantes acusticas usadas viene predeterminado exclusivamente por el fabricante del vehfculo. Si este es el caso, y, de forma especffica, la capa aislante tiene un espesor sustancialmente uniforme, es posible llevar a cabo cambios en la frecuencia de resonancia aumentando la masa. Es conocido que la frecuencia de resonancia de los sistemas aislantes acusticos no debe estar en el mismo intervalo que las frecuencias perturbadoras del motor.

Ambos sistemas absorbentes y aislantes presentan por sf mismos solamente un pequeno ancho de banda de frecuencias en el que los mismos funcionan de forma 6ptima. El elemento absorbente funciona mejor en frecuencias altas. Ademas, ambos sistemas no resultan 6ptimos para usar en un vehfculo moderno. La funci6n del aislante depende en gran medida de su peso por unidad de superficie y de su densidad, siendo mejor el aislante cuanto mayor es su peso. Por otro lado, el elemento absorbente depende en gran medida del espesor del material, cuanto mas espeso, mejor. El espesor y el peso estan cada vez mas limitados. El espacio disponible en un coche en el que se disponen los componentes es limitado. Cuanto mas delgado es el material, mas espacioso es el vehfculo, siendo este un argumento de venta de un coche. El peso tiene una influencia directa en el consumo de combustible durante la conducci6n. Por lo tanto, un menor peso constituye una mejor opci6n econ6mica y ecol6gicamente.

Recientemente, la tendencia hacia pesos inferiores de la capa de masa o de la capa pesada en sistemas de resortemasa clasicos ha disminuido el peso promedio de aproximadamente 3 (kg/m2) a aproximadamente 2 (kg/m2). Esta disminuci6n del peso por unidad de superficie tambien supone una menor cantidad de material usado con la tecnologfa habitual y, por lo tanto, menos costes. Es posible conseguir incluso pesos inferiores de hasta 1 (kg/m2), y estan presentes en el mercado, aunque la tecnologfa para conseguirlos es cara y presenta inconvenientes, de forma especffica, en producci6n en serie de poco volumen. Las capas de masa clasicas tfpicas estan hechas de materiales densos con alto contenido de carga, tales como EPDM, EVA, PU, PP, etc. Debido a que estos materiales tienen una densidad alta, normalmente por encima de 1000 (kg/m3), es necesario producir una capa muy delgada para obtener un peso por unidad de superficie reducido. Esto aumenta los costes de producci6n y provoca problemas en los procesos correspondientes, por ejemplo, el material se rompe facilmente durante el moldeo.

El rendimiento del aislamiento de una barrera acustica se determina por la perdida de transmisi6n (TL) de sonido. La capacidad de una barrera acustica de reducir la intensidad del ruido transmitido depende del tipo y estructura de los materiales que comprenden la barrera. La propiedad ffsica mas importante que controla la TL de sonido de una barrera acustica es la masa por unidad de superficie de sus capas componentes. Para obtener un mejor rendimiento del aislamiento, la capa pesada de una masa-resorte tiene una superficie lisa y de alta densidad para maximizar la reflexi6n de las ondas sonoras, una estructura no porosa y una cierta rigidez del material para minimizar vibraciones.

Desde este punto de vista, es conocido que muchos tejidos textiles, de estructura delgada y/o porosa, no son ideales para el aislamiento acustico.

JP 2001310672 describe una estructura de capas multiples que consiste en dos capas absorbentes con una capa de pelfcula reflectante de sonido dispuesta entre las mismas. La capa de pelfcula debera reflejar el sonido que penetra en la capa absorbente hacia la misma capa absorbente, aumentando el efecto absorbente de las capas absorbentes. El sistema puede ajustarse optimizando el espesor de la pelfcula y la densidad de la pelfcula.

JP 2001347899 describe un sistema de resorte-masa clasico con una capa absorbente adicional sobre la capa de masa. Principalmente, para absorber el ruido que pasa a traves de los orificios en la pieza y que es reflejado por el interior del coche. Gracias a esta atenuaci6n de ruido adicional, es posible reducir el espesor y/o la densidad de la capa de masa.

EP 1428656 describe una estructura de capas multiples que consiste en una capa de espuma y una capa fibrosa con una pelfcula dispuesta entre ambas capas. (Ver figura 1, muestra C, que es un ejemplo de un material de capas multiples comparable al descrito en esta patente). La capa fibrosa funciona como una capa absorbente con una AFR entre 500 y 2500 (Nsm-3) y una masa por unidad de superficie entre 200 y 1600 g/m2. Esta capa consiste en fieltro comprimido. La capa de espuma descrita presenta una desviaci6n de fuerza de compresi6n muy reducida, con una rigidez entre 100 y 100000 (Pa), comparable con la rigidez de una capa de fieltro usada normalmente como un desconector. Preferiblemente, la pelfcula usada esta perforada o es suficientemente delgada para que la misma no tenga influencia en la absorci6n de ambas capas absorbentes conjuntamente. La pelfcula se denomina transparente acusticamente para indicar que las ondas sonoras pueden atravesar la pelfcula. Para tal fin, el espesor descrito esta en el intervalo de 0,01 (mm) o inferior.

Normalmente, en un buen equilibrio del aislamiento y de la absorci6n acustica de un coche obtenido por los componentes acusticos, es necesario reducir el nivel de presi6n sonora en el habitaculo de los pasajeros. Las diferentes partes pueden tener diferentes funciones (por ejemplo, aislamiento en el salpicadero interior, absorci6n en las alfombras), pero existe la tendencia a conseguir una subdivisi6n mas refinada de las funciones acusticas en las zonas especfficas para optimizar el rendimiento acustico general. Como ejemplo, un salpicadero interior puede dividirse en dos partes, una que proporciona una elevada absorci6n y otra que proporciona un elevado aislamiento. De forma general, la parte inferior del salpicadero es mas adecuada para el aislamiento, ya que el ruido procedente del motor y las ruedas delanteras a traves de esta zona inferior es mas importante, mientras que la parte superior del salpicadero es mas adecuada para la absorci6n, ya que otros elementos del coche ya proporcionan cierto aislamiento, por ejemplo, el panel de instrumentos. Ademas, la parte posterior del panel de instrumentos reflejara las ondas sonoras que pasan a traves de la parte superior del salpicadero oculta detras del propio panel de instrumentos. Estas ondas sonoras reflejadas podrfan ser eliminadas de forma eficaz usando material absorbente. Es posible aplicar consideraciones similares en otras partes acusticas del coche. Por ejemplo, en el suelo: El aislamiento se usa principalmente en las zonas del compartimento para comida y alrededor de la zona del tunel, mientras que las zonas absorbentes estan dispuestas principalmente debajo de las zonas del asiento y en las zonas que rodean el compartimento para comida y en las zonas del tunel, asf como en las zonas laterales.

En la actualidad, esta tendencia se obtiene mediante el uso de fragmentos o material adicional aplicado localmente (US 20040150128). Por ejemplo, US 5922265 describe un metodo de aplicaci6n de material de capa pesada adicional en zonas especfficas de un componente en las que es necesario aislamiento, mientras que las zonas sin el material de capa pesada actuaran como elemento absorbente. Todos estos tipos de productos hfbridos presentan el inconveniente de que los mismos siguen aumentando el peso por unidad de superficie para obtener una soluci6n combinada de absorci6n y aislamiento de ruido. Los mismos son intensivos en mano de obra, procesamiento y costes. Ademas, el material usado como desconector para un sistema de resorte-masa acustico no es 6ptimo para usar como elemento absorbente. Asimismo, el uso de diferentes tipos de materiales hace que el reciclaje de las piezas y del material desechado sea mas diffcil.

Resumen de la invenci6n

Por lo tanto, un objetivo de la invenci6n consiste en obtener un componente aislante acustico que funciona en el intervalo de frecuencias importante para la reducci6n del ruido en un vehfculo, sin los inconvenientes del estado de la tecnica, de forma especffica, en obtener una soluci6n alternativa a las capas de masa clasicas hechas de materiales densos con alto contenido de carga, tales como EPDM, EVA, PU, PP, usadas en la actualidad en sistemas de masa-resorte acusticos.

Este objetivo se alcanza gracias al componente segun la reivindicaci6n 1. Un componente aislante acustico con caracterfsticas de masa-resorte acusticas comprende una capa de masa y una capa de desconexi6n, caracterizandose porque la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa con un m6dulo de Young dinamico (Pa) al menos de (96·AW·t), siendo AW el peso por unidad de superficie (g/m2) y siendo t el espesor (mm) de la capa fibrosa, y una capa de barrera delgada impermeable dispuesta entre la capa fibrosa y la capa de desconexi6n.

Se esperaba una mayor perdida de transmisi6n en un sistema de resorte-masa tradicional con una capa de masa o una capa de barrera impermeable al aire. De forma imprevista, se descubri6 que es posible crear una capa de masa

acustica para un sistema de resorte-masa que consiste en un material fibroso poroso y una capa de barrera impermeable al aire. No obstante, para obtener un aislamiento satisfactorio, es necesario que el m6dulo de Young dinamico del material fibroso poroso usado como capa de masa sea al menos de: 96·AW·t (Pa) para obtener una frecuencia de radiaci6n de tal material fibroso poroso al menos de 4900 (Hz), obteniendo por lo tanto un buen rendimiento de aislamiento en todo el intervalo de frecuencias de interes, sin una cafda de frecuencia perturbadora en el espectro de TL de sonido.

Capa de barrera delgada

La capa de barrera delgada dispuesta entre la capa fibrosa porosa y la capa de desconexi6n debe ser impermeable para funcionar como una barrera acustica, no obstante, la misma no tiene o necesita la masa para funcionar como una capa de masa, como las barreras de capa pesada presentes normalmente en sistemas de resorte-masa clasicos. Solamente si la capa de barrera delgada es impermeable al aire, la capa fibrosa porosa, conjuntamente con la capa de barrera delgada, funcionaran segun la invenci6n como una capa de masa para un sistema de resortemasa clasico. Aunque en los ejemplos se muestra una pelfcula, es posible usar de forma alternativa materiales delgados no permeables.

Si se usa una pelfcula como capa de barrera, la misma tiene preferiblemente un espesor al menos de 40 (Im), preferiblemente aproximadamente de 60 a 80 (Im). Aunque las pelfculas mas espesas funcionaran, las mismas no mejoran realmente la funcionalidad de la pieza y solamente aumentan su precio. Ademas, las pelfculas mas espesas pueden interferir con la formaci6n del fieltro. Serfa necesario ajustar el espesor para asegurar una interacci6n con las ondas sonoras.

La capa de barrera delgada, de forma especffica, una pelfcula, puede estar hecha de material termoplastico, tal como PVOH, PET, EVA, PE o PP, o de materiales de doble capa, tal como un laminado de hojas de PE/PA. La selecci6n del material de barrera depende de la capa fibrosa y de la capa de desconexi6n, y deberfa ser capaz de formar un laminado con las 3 capas unidas entre sf. Tambien es posible usar materiales usados como un adhesivo, en forma de pelfcula o de polvo. No obstante, despues de la uni6n y/o formaci6n del componente, la pelfcula deberfa ser impermeable al aire en el producto final. Tambien es posible usar como capa de barrera delgada materiales aplicados inicialmente como un polvo o en otra forma, siempre que los mismos formen una capa de barrera impermeable despues de su procesamiento.

Capa fibrosa porosa

Se ha descubierto que el m6dulo de Young dinamico esta relacionado con la frecuencia de radiaci6n de la capa fibrosa porosa E = AW 4tl2, siendo E el m6dulo de Young dinamico (Pa), siendo v la frecuencia de radiaci6n (Hz), siendo AW el peso por unidad de superficie (kg/m2) y siendo t el espesor (m). Segun esta relaci6n, un valor adecuado del m6dulo de Young dinamico permite el diseno de un componente con la frecuencia de radiaci6n fuera del intervalo de frecuencias de interes y, por lo tanto, una perdida de inserci6n no perturbada en el intervalo de frecuencias de interes. De forma especffica, si el m6dulo de Young dinamico es mas grande que el valor mfnimo, definido como Emin=AW·4t·v02, siendo v0=4900Hz, entonces la frecuencia de radiaci6n de la capa fibrosa aparecera por encima del intervalo de frecuencias de aplicaci6n de los componentes. Por lo tanto, el m6dulo de Young dinamico deberfa ser al menos 96·AW·t (Pa), con AW en (g/m2) y t en (mm). Esto permite obtener un m6dulo de Young dinamico elevado, con el que el material ya no puede ser comprimido facilmente. El componente que contiene una capa fibrosa porosa al menos con un m6dulo de Young dinamico de 96·AW·t (Pa), una capa de desconexi6n y una capa de pelfcula impermeable dispuesta entre la capa fibrosa porosa y la capa de desconexi6n, estando laminadas las 3 capas para formar una pieza, funcionara como un sistema de resorte-masa acustico. La capa fibrosa porosa, conjuntamente con la capa de pelfcula, es una capa de masa alternativa y puede sustituir el material de capa pesada usado normalmente. El material es mas barato y la pieza en general es mas facil de reciclar en comparaci6n con los sistemas de resorte-masa que usan los materiales de capa pesada con carga.

La capa fibrosa porosa puede ser cualquier tipo de fieltro. La misma puede estar hecha de cualquier material fibroso termoconformable, incluyendo los derivados de fibras naturales y/o sinteticas. Preferiblemente, el fieltro esta hecho de material fibroso reciclado, tal como algod6n de baja calidad u otras fibras recicladas, tales como poliester.

Preferiblemente, el material de fieltro fibroso comprende un material de uni6n, ya sean fibras de uni6n o material de resina, por ejemplo, polfmeros termoplasticos. Es preferible un 30% de resina epoxi o al menos un 25% de fibras de uni6n de dos componentes. Es posible y no se excluye el uso de otras fibras o materiales de uni6n para obtener la capa fibrosa porosa segun la invenci6n.

Preferiblemente, el peso por unidad de superficie es entre 500 y 2000 (g/m2), mas preferiblemente entre 800 y 1600 (g/m2).

Normalmente, una limitaci6n adicional tambien consiste en el espacio disponible en el coche donde es posible disponer el componente acustico. Normalmente, esta limitaci6n esta determinada por el fabricante del coche y esta en el intervalo maximo de 20 a 25 mm. Todas las capas del componente deben compartir este espacio. Por lo tanto, el espesor de la capa fibrosa porosa es preferiblemente entre 1 y 10 (mm) y, preferiblemente, entre 1 y 6 (mm). Esto

deja espacio suficiente para la capa de desconexi6n. De forma especffica, el espesor de la capa de desconexi6n puede variar para compensar diferencias de forma en 3D y para montarse en el coche.

En el estado de la tecnica, existen zonas muy comprimidas alrededor de orificios en el componente, necesarios para la producci6n de cables o para el montaje de accesorios, o en zonas extremas conformadas en 3D, no estando dedicadas normalmente estas zonas al aislamiento acustico, ya que la naturaleza de los orificios destruye cualquier caracterfstica aislante cerca de los mismos.

Capa de desconexi6n

Como capa de desconexi6n, el material estandar usado para la capa de resorte en un sistema de resorte-masa acustico clasico puede ser usado en el componente segun la invenci6n siguiendo los mismos principios. La capa puede estar formada por cualquier tipo de espuma termoplastica y termoendurecible, cerrada o abierta, p. ej., espuma de poliuretano. La misma tambien puede estar hecha de material fibroso, p. ej., materiales fibrosos termoconformables, incluyendo los derivados de fibras naturales y/o sinteticas. Preferiblemente, la capa de desconexi6n tiene una rigidez de compresi6n muy baja, inferior a 100 (kPa). Preferiblemente, la capa de desconexi6n tambien es porosa o tiene poros abiertos para mejorar el efecto de resorte. En principio, la capa de desconexi6n deberfa estar unida a la capa de pelfcula en toda la superficie de la pieza para obtener el efecto mas 6ptimo, no obstante, debido a la tecnica de producci6n muy local, esto podrfa no producirse. Debido a que la pieza podrfa funcionar generalmente como un sistema de resorte-masa acustico, las zonas locales pequenas en las que las capas no estan conectadas no proporcionaran el efecto de atenuaci6n general.

El espesor de la capa de desconexi6n puede optimizarse, no obstante, el mismo depende en gran medida de las limitaciones de espacio en el coche. Preferiblemente, el espesor puede variar a lo largo de la zona de la pieza para seguir el espacio disponible en el coche. Normalmente, el espesor es entre 1 y 100, en la mayor parte de zonas, entre 5 y 20 (mm).

Capas adicionales

El componente segun la invenci6n comprende al menos 3 capas, tal como se reivindica, y funciona como un sistema de resorte-masa acustico. No obstante, es posible optimizar la pieza adicionalmente anadiendo en la capa fibrosa porosa una capa adicional con propiedades absorbentes. La adici6n de material absorbente adicional puede llevarse a cabo al menos parcialmente. Preferiblemente, el peso por unidad de superficie de la capa adicional es entre 500 y 2000 (g/m2).

La capa absorbente puede estar formada por cualquier tipo de espuma termoplastica y termoendurecible, p. ej., espuma de poliuretano. No obstante, con el objetivo de absorber ruido, la espuma debe ser de poros abiertos y/o porosa para permitir la entrada de ondas sonoras segun los principios de absorci6n acustica, tal como es conocido en la tecnica. La capa absorbente tambien puede estar hecha de material fibroso, p. ej., materiales fibrosos termoconformables, incluyendo los derivados de fibras naturales y/o sinteticas. La misma puede estar hecha del mismo tipo de material que la capa de masa porosa fibrosa, pero mas voluminoso. Preferiblemente, la resistencia al flujo de aire (AFR) de la capa absorbente es al menos de 500 (Nsm-3), preferiblemente entre 500 y 2500 (Nsm-3). Tambien es posible disponer sistemas absorbentes con mas de una capa absorbente sobre la capa fibrosa porosa.

Asimismo, es posible disponer una tela adicional sobre el material absorbente o la capa fibrosa porosa para mejorar incluso adicionalmente la absorbencia acustica y/o para proteger las capas subyacentes, por ejemplo, contra el agua, etc. Una tela es un material no tejido delgado con un espesor entre 0,1 y aproximadamente 1 (mm), preferiblemente entre 0,25 y 0,5 (mm), y con una mayor resistencia al flujo de aire. Preferiblemente, la misma tiene una resistencia al flujo de aire (AFR) entre 500 y 3000 (Nsm-3), mas preferiblemente, entre 1000 y 1500 (Nsm-3). Preferiblemente, la AFR de la tela y de la capa absorbente subyacente son diferentes para obtener una mayor absorci6n.

El peso por unidad de superficie de la capa de tela puede ser entre 50 y 250 (g/m2), preferiblemente entre 80 y 150 (g/m2).

Las telas pueden estar hechas de fibras continuas o cortadas o de mezclas de fibras. Las fibras pueden estar hechas mediante tecnologfas de fusi6n por soplado o de ligado por hilos. Las mismas tambien pueden mezclarse con fibras naturales. Por ejemplo, las telas estan hechas de poliester, o de fibras de poliolefina, o de una combinaci6n de fibras, por ejemplo, de poliester y celulosa, o poliamida y polietileno, o polipropileno y polietileno.

Estas y otras caracterfsticas de la invenci6n resultaran evidentes a partir de la siguiente descripci6n de formas preferidas, mostradas a tftulo de ejemplos no limitativos, haciendo referencia a los dibujos adjuntos.

Metodo de producci6n

El componente segun la invenci6n puede ser producido mediante metodos de moldeo en frfo y/o caliente, conocidos comunmente en la tecnica. Por ejemplo, la capa fibrosa porosa, con o sin la pelfcula, puede ser conformada para obtener el m6dulo de Young dinamico deseado y, al mismo tiempo, para conformar la pieza en la forma en 3D

necesaria y, en una segunda etapa, es posible moldear por inyecci6n la capa de desconexi6n o es posible anadir una espuma o capa de fibra en la cara posterior de la capa de pelfcula.

Definici6n de rigidez mecanica y de compresi6n y su medici6n

La rigidez mecanica esta asociada a la reacci6n que un material (una capa de material) ofrece a una excitaci6n de tensi6n externa. La rigidez de compresi6n esta relacionada con una excitaci6n de compresi6n y la rigidez de flexi6n esta relacionada con una excitaci6n de flexi6n. La rigidez de flexi6n esta relacionada con el momento de flexi6n aplicado en la desviaci6n resultante. Por otro lado, la rigidez de compresi6n o normal esta relacionada con la fuerza normal aplicada en la tensi6n resultante. En una placa homogenea hecha con un material isotr6pico, la misma es el producto del m6dulo elastico E del material y la superficie A de la placa.

En una placa hecha con un material isotr6pico, la rigidez de compresi6n y de flexi6n estan relacionadas directamente con el m6dulo de Young del material y es posible calcular una a partir de la otra. No obstante, si el material no es isotr6pico, tal como sucede en la mayor parte de los fieltros, ya no es posible aplicar las relaciones que acaban de explicarse, ya que la rigidez de flexi6n esta asociada principalmente al m6dulo de Young en plano del material, mientras que la rigidez de compresi6n esta asociada principalmente al m6dulo de Young fuera de plano. Por lo tanto, ya no es posible calcular una a partir de la otra. Ademas, la rigidez de compresi6n y la rigidez de flexi6n pueden medirse en condiciones estaticas o dinamicas y, en principio, son diferentes en condiciones estaticas y dinamicas.

La radiaci6n de ruido desde una capa de material se origina por las vibraciones de la capa ortogonales a su plano y esta relacionada mfnimamente con la rigidez de compresi6n dinamica del material. El m6dulo de Young dinamico de un material poroso se midi6 con el dispositivo comercializado "Elwis-S" (Rieter Automotive AG), en el que la muestra es excitada mediante una tensi6n de compresi6n. La medici6n realizada usando el dispositivo Elwis-S se describe, por ejemplo, en Transfer function based method to identify frequency dependent Young's modulus, Poisson's ratio and damping loss factor of poroelastic materials. Symposium on acoustics of poro-elastic materials (SAPEM), Bradford, Dic. 2008, de BERTOLINI,�et�al.

Debido a que estos tipos de medici6n todavfa no se usan de forma general en materiales porosos, no existe una norma oficial NEN o ISO. No obstante, se conocen y usan otros sistemas de medici6n similares, basados en principios ffsicos similares, tal como se describe de forma detallada en Polynomial relations for quasi-static mechanical characterization of isotropic poroelastic materials. J. Acoustical Soc. Am. 2001, vol.10, no.6, p.30323040, de LANGLOIS, et al.

Una correlaci6n directa entre un m6dulo de Young medido con un metodo estatico y un m6dulo de Young medido con un metodo dinamico no es sencilla y, en la mayor parte de casos, carece de sentido, ya que el m6dulo de Young dinamico se mide en un intervalo de frecuencias (por ejemplo, 300-600 (Hz), que se limita a 0 (Hz) (es decir, en el caso estatico).

En la presente invenci6n, la rigidez de compresi6n es importante, y no la rigidez mecanica usada normalmente en el estado de la tecnica.

Otras mediciones

La resistencia al flujo de aire se midi6 segun ISO9053.

El peso por unidad de superficie y el espesor se midieron usando metodos estandar conocidos en la tecnica.

La perdida de transmisi6n (TL) de una estructura es una medida de su aislamiento acustico. La misma se define como la relaci6n, expresada en decibelios, entre la potencia acustica incidente en la estructura y la potencia acustica transmitida por la estructura a la cara receptora. En el caso de una estructura de autom6vil equipada con una pieza acustica, la perdida de transmisi6n no se debe solamente a la presencia de la pieza, sino tambien a la estructura de acero en la que esta montada la pieza. Debido a que es importante evaluar la capacidad aislante acustica de una pieza acustica de autom6vil independientemente de la estructura de acero en la que la misma esta montada, se introduce la perdida de inserci6n. La perdida de inserci6n (lL) de una pieza acustica montada en una estructura se define como la diferencia entre la perdida de transmisi6n de la estructura equipada con la pieza acustica y la perdida de transmisi6n de la estructura independiente:

La perdida de inserci6n y el coeficiente de absorci6n se simularon usando SISAB, un software de simulaci6n numerica para el calculo de rendimiento acustico de piezas acusticas, basado en el metodo de matriz de transferencia. El metodo de matriz de transferencia es un metodo para simular la propagaci6n del sonido en un medio en capas y se describe, por ejemplo, en A general method for modelling sound propagation in layered media. Journal of Sound and Vibration. 1995, vol.193, no.1, p.129-142. de BROUARD B., et al.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

La figura 1 muestra la perdida de inserci6n de las muestras A-D.

La figura 2 muestra una vista esquematica de las capas del componente aislante.

La figura 3 muestra la absorci6n de la muestra B y de la muestra D de comparaci6n. Son las mismas muestras que en la figura 1.

La figura 4 muestra un ejemplo de un componente de salpicadero interior, con regiones de aislamiento acustico y regiones de absorci6n acustica.

La figura 5 muestra un grafico del m6dulo dinamico E con respecto al peso por unidad de superficie y el espesor de la capa fibrosa porosa.

La figura 6 muestra un grafico comparativo de la perdida de inserci6n de diferentes muestras.

Ejemplos

La figura 1 muestra las curvas de perdida de inserci6n de la muestra A-C y de la muestra D de comparaci6n. La perdida de inserci6n simulada mostrada es la perdida de transmisi6n de las capas multiples segun se define menos la perdida de transmisi6n de la placa de acero en la que las mismas estan aplicadas.

La perdida de transmisi6n y la absorci6n acustica de las diferentes capas multiples atenuantes acusticas del estado de la tecnica fueron simuladas usando parametros basados en mediciones y fueron comparadas con capas multiples atenuantes acusticas segun la invenci6n. Todas las muestras tienen el mismo espesor total de 25 (mm).

Las muestras A y B de comparaci6n son sistemas de masa-resorte clasicos, con la capa de masa conformada a partir de un material de capa pesada de EPDM de 2 y 1 (kg/m2), respectivamente, y con la capa de desconexi6n hecha de espuma inyectada. El peso por unidad de superficie total de A es de 3370 (g/m2), y el de B es de 2370 (g/m2).

La muestra C de comparaci6n esta realizada segun los principios de EP 1428656, que describe una estructura de capas multiples que consiste en una capa de espuma y en una capa fibrosa con una pelfcula dispuesta entre ambas capas. La capa superior es una capa de fieltro blando tendido al aire con un peso por unidad de superficie de 1000 (g/m2), un espesor de 6 (mm) y una AFR de 1000 (Nsm-3). El peso por unidad de superficie total de estas capas multiples es 2150 (g/m2). Se midi6 el m6dulo de Young dinamico, siendo el mismo aproximadamente de 70000 (Pa). Segun la ecuaci6n descrita, este material tendra una frecuencia de radiaci6n aproximadamente de 1700 (Hz). La pelfcula usada tiene 0,06 (mm) y es impermeable, la capa de desconexi6n es de espuma inyectada con un peso por unidad de superficie de 1100 (g/m2).

La muestra D se realiz6 segun la invenci6n, y contiene las mismas capa de desconexi6n y capa de pelfcula que la muestra C de comparaci6n. La capa fibrosa porosa sobre la capa de pelfcula estaba hecha de una capa de fieltro rfgido comprimido con un peso por unidad de superficie de 900 (g/m2), un espesor de 6 (mm) y un m6dulo de Young dinamico de 550000 (Pa). Segun la ecuaci6n descrita, este material tendra una frecuencia de radiaci6n aproximadamente de 7100 (Hz).

Las muestras A y B son sistemas de resorte-masa clasicos con un peso por unidad de superficie de la capa pesada de 2 (kg/m2) y 1 (kg/m2), respectivamente. El rendimiento del aislamiento es elevado en un intervalo amplio de frecuencias y, por lo tanto, constituye el sistema preferido para usar en la atenuaci6n de ruidos en un coche, no obstante, el sistema es demasiado pesado. Ademas, el material usado normalmente para la capa pesada, en este caso EPDM, es diffcil de reciclar. En terminos de peso, el sistema C de absorci6n acustica es mas ligero y, por lo tanto, es preferido. En terminos de atenuaci6n de ruidos general, los sistemas A y B de resorte-masa clasicos siguen siendo superiores. En la muestra C de comparaci6n, el material de la primera capa de fieltro empieza a radiar, produciendo por lo tanto ondas sonoras y, de este modo, ruido nuevamente. Esto puede observarse en la curva IL, con un bache aproximadamente a 1600 (Hz), que es la frecuencia de radiaci6n del material usado.

En ese momento, se descubri6 que, aumentando la rigidez dinamica de la capa superior, de forma especffica, aumentando la rigidez de compresi6n en la direcci6n fuera de plano de la capa, era posible desplazar la frecuencia de radiaci6n del material a una frecuencia mas alta.

Seleccionando un material superior fibroso poroso con un peso por unidad de superficie segun la ley de masa para aislamiento, y con un m6dulo de Young dinamico, en el que la frecuencia de radiaci6n del material esta fuera del intervalo de frecuencias a atenuar, el material se comportara como un sistema de masa-resorte en el intervalo de frecuencias deseado.

Por ejemplo, la muestra D tiene una capa fibrosa porosa sobre la capa de pelfcula hecha de una capa de fieltro rfgido comprimido, con un peso por unidad de superficie de 900 (g/m2), un espesor de 3 (mm) y un m6dulo de Young

dinamico de 550000 (Pa). La misma presenta una perdida de aislamiento comparable e incluso mejor con respecto a una capa pesada de 1 kg de un sistema de resorte-masa clasico. Y la frecuencia de radiaci6n solamente aparece como un bache aproximadamente a 6300 (Hz). La misma esta muy por encima del intervalo de frecuencias normalmente previsto como ruido en un vehfculo.

El efecto consistente en que una capa de barrera delgada, conjuntamente con una capa superior de fibras porosa con un m6dulo de Young dinamico al menos de 96·AW·t (Pa) pueden formar una capa de masa con caracterfsticas comparables a un sistema de resorte-masa acustico clasico no depende solamente de la compresi6n del fieltro. El mismo tambien puede depender del tipo de material usado y de la cantidad de aglutinante entre los componentes del material, por ejemplo, entre las fibras o la resina y las fibras. Por lo tanto, la ecuaci6n solamente sirve como gufa para disenar un componente segun la invenci6n. La frecuencia real que constituye la frecuencia de radiaci6n real puede desviarse de la calculada, no obstante, siempre que aparezca por encima al menos de 4900 (Hz), la misma ya no interferira con la atenuaci6n de ruidos necesaria y mas deseada en los vehfculos. En otras aplicaciones, el m6dulo de Young dinamico mfnimo necesario puede ser diferente, no obstante, un experto en la tecnica podra ajustar la ecuaci6n usando la invenci6n como gufa.

En el estado de la tecnica, todas las optimizaciones de atenuaci6n acustica de componentes tienen como objetivo definir la resistencia al flujo de aire al menos de la capa superior de las capas absorbentes. Se ha descubierto que, en el componente segun la invenci6n, la frecuencia de radiaci6n o resonancia de la capa de fieltro superior no depende en gran medida de su resistencia al flujo de aire. Se ha descubierto que la resistencia al flujo de aire tiene principalmente una influencia amortiguadora en la pendiente de la perdida de transmisi6n en toda la frecuencia medida. El efecto amortiguador es mas grande con una mayor resistencia al flujo de aire.

La figura 2 muestra una secci6n transversal esquematica del componente segun la invenci6n. Se muestra una capa A de masa que consiste en la capa 2 de barrera delgada y la capa fibrosa porosa segun la invenci6n 1 y una capa B de resorte que consiste en una capa de desconexi6n. Conjuntamente, las mismas forman un sistema de resortemasa acustico. De acuerdo con ello, en la zona I solamente puede esperarse una caracterfstica de aislamiento acustico. En la zona II una capa 4 absorbente adicional se dispone sobre la capa 1 fibrosa porosa, transmitiendo una caracterfstica combinada de aislamiento y absorci6n acusticos. Preferiblemente, es posible disponer una capa 5 de tela adicional sobre la capa absorbente 4 para mejorar incluso de forma adicional el efecto de absorci6n acustica. Ademas, el hecho de que la capa fibrosa 1 siga siendo porosa, permitira obtener por sf misma cierto efecto absorbente, tal como se muestra en la figura 3, comparando la absorci6n de las muestra B y D de comparaci6n en las terceras bandas del grupo de ocho.

La figura 4 muestra un ejemplo de una pieza de salpicadero interior con dos zonas de atenuaci6n acustica. De forma general, la parte inferior del salpicadero interior es mas adecuada para el aislamiento (I), ya que la trayectoria del ruido procedente del motor y las ruedas delanteras a traves de la zona inferior es mas importante, mientras que la parte superior del salpicadero (II) es mas adecuada para la absorci6n, ya que otros elementos del coche ya proporcionan cierto aislamiento, por ejemplo, el panel de instrumentos. Para conseguir una mejor atenuaci6n acustica general con un componente de salpicadero interior, es posible realizar la totalidad de la pieza como un aislante, con la capa de masa segun la invenci6n. En la zona I del componente de la figura, estas zonas solamente contienen el aislante. Ademas del aislante, en la zona II, la pieza contiene tambien una capa absorbente adicional en la parte superior para aumentar el efecto de atenuaci6n general de la pieza. Para mejorar incluso de forma adicional la atenuaci6n acustica, tambien es posible disponer una tela adicional en el elemento absorbente de la zona II. El elemento absorbente adicional puede disponerse en el salpicadero interior como una pieza o como fragmentos independientes.

A continuaci6n, se describe un ejemplo de la manera en que un experto en la tecnica puede usar la ecuaci6n para disenar un componente segun la invenci6n. La figura 5 muestra un grafico del m6dulo de Young dinamico con respecto al espesor de una capa de masa aislante segun la invenci6n. En este caso, se utiliz6 una capa de fieltro hecha principalmente de algod6n reciclado, con un 30% de resina fen6lica. Este material se utilizaba hasta hace poco como capa de desconexi6n o absorbente, principalmente en configuraciones de capas multiples. En la actualidad, el aglutinante de fenol ya no se aplica en piezas interiores de vehfculos, debido a las normas sobre vapores en el interior de los coches. No obstante, el material puede seguir siendo usado en piezas externas del coche, en la zona del vano motor o en camiones. La muestra no se ha seleccionado de forma limitativa, sino como un ejemplo para mostrar c6mo se disena el material segun la invenci6n.

Las muestras L1000gsm, L 1200gsm, L1400gsm y L1600gsm muestran el m6dulo de Young dinamico con un peso por unidad de superficie constante de 1000, 1200, 1400 o 1600 (g/m2), con respecto al espesor de la capa fibrosa porosa, segun E = AW 4tl2, siendo v = 5000 Hz. En la figura 5, las mismas se muestran como lfneas rectas. El m6dulo de Young dinamico de la capa fibrosa porosa con estos pesos por unidad de superficie deberfa estar por encima de la lfnea correspondiente para obtener una frecuencia de radiaci6n al menos de 5000Hz.

A1000, A1200 y A1600 muestran el comportamiento del material, es decir, el m6dulo de Young dinamico de un material de fieltro principalmente de algod6n, con un 30% de resina fen6lica. En puntos determinados, se midi6 el m6dulo de Young dinamico y el comportamiento representado se extrapol6 a partir de estas mediciones. Este

material presenta un aumento rapido del m6dulo de Young dinamico, mostrando ya una frecuencia de radiaci6n por encima de 5000 (Hz) con un peso por unidad de superficie de 1000 (g/m2) y un espesor de aproximadamente 8 (mm). No obstante, debido a las limitaciones de espacio, este espesor no serfa preferido en el interior de un coche, por ejemplo, en un salpicadero interior. Aunque en teorfa serfa posible conseguir el m6dulo de Young dinamico correcto con densidades mucho mas bajas, el peso del componente de capa fibrosa porosa ya no serfa suficiente para garantizar que la pieza puede funcionar como una buena pieza aislante.

Las muestras B1200gsm y B1600gsm muestran el m6dulo de Young dinamico de un material de fieltro principalmente de algod6n, con un 30% de resina epoxi. En puntos determinados, se midi6 el m6dulo de Young dinamico y el comportamiento representado se extrapol6 a partir de estas mediciones. Si se comparan estos datos con los del fieltro con resina fen6lica descritos anteriormente, resulta evidente que el material de uni6n presenta un efecto sobre la rigidez de compresi6n del material y, de este modo, sobre el m6dulo de Young dinamico, con un peso por unidad de superficie y un espesor determinados.

La muestra C1400gsm muestra el m6dulo de Young dinamico de un material de fieltro principalmente de algod6n, unido con un 15% de fibras de uni6n de dos componentes. En puntos determinados, se midi6 el m6dulo de Young dinamico y el comportamiento representado se extrapol6 a partir de estas mediciones.

En un segundo grupo de muestras, la influencia del material de uni6n, de forma especffica, el tipo y la cantidad de aglutinante, se describe de forma mas detallada.

Se descubri6 que una muestra EPO�I30% de fieltro de algod6n con un 30% de epoxi, con un peso por unidad de superficie medido de 1090 (g/m2) y un espesor de 2,7 (mm), presentaba un m6dulo de Young dinamico medido de 5,55E5 (Pa), superior al m6dulo de Young necesario calculado segun la invenci6n.

Se descubri6 que una muestra EPO�I20% de fieltro de algod6n con un 20% de epoxi, con un peso por unidad de superficie medido de 1450 (g/m2) y un espesor de 4 (mm), presentaba un m6dulo de Young dinamico medido de 2,2E5 (Pa), muy inferior al m6dulo de Young necesario calculado segun la invenci6n.

Se midi6 una muestra BICO25% de fieltro de algod6n con un 25% de fibras de uni6n de dos componentes, con un peso por unidad de superficie medido de 1040 (g/m2) y un espesor de 2,1 (mm), presentando un m6dulo de Young dinamico de 5,08E5 (Pa), muy superior al m6dulo de Young necesario calculado segun la invenci6n.

Se descubri6 que una muestra BICO15% de fieltro de algod6n con un 15% de fibras de uni6n de dos componentes, con un peso por unidad de superficie medido de 1280 (g/m2) y un espesor de 4 (mm), presentaba un m6dulo de Young dinamico de 9,91E4 (Pa), muy inferior al m6dulo de Young necesario calculado segun la invenci6n.

En estas muestras, tambien se simul6 la perdida de inserci6n. La figura 6 muestra la perdida de inserci6n simulada de las muestras, comparandose muestras de 25 (mm) de espesor con una capa superior como la descrita, una pelfcula de 70 (Im) y el espesor restante cubierto con espuma como desconector.

Las frecuencias medidas y calculadas de la radiaci6n propia de las muestras aparecen como un bache en las curvas IL. En las muestras EPO�I25% y BICO15%, la frecuencia de radiaci6n medida fue de 3150 y 1600 (Hz), ambas en la zona de interes para la atenuaci6n acustica en un coche. Asimismo, la frecuencia de radiaci6n medida de EPO�I30% y BICO25% fue en ambos casos de aproximadamente 6300 (Hz), fuera de la zona de interes en la industria del autom6vil.

Asimismo, tal como puede deducirse a partir de los materiales descritos, algunos materiales no resultan adecuados para conformar la capa de masa segun la invenci6n, basicamente porque los mismos deben ser comprimidos hasta un espesor que ya no es posible alcanzar o a cambio de aplicar fuerzas de presi6n extremadamente altas, haciendo que el proceso ya no sea econ6mico. No obstante, ajustando la relaci6n entre el material de uni6n y el material fibroso, el material de uni6n usado y el peso por unidad de superficie y/o el espesor, es posible disenar materiales adecuados para su uso como una capa de masa fibrosa porosa segun la invenci6n.

El componente aislante acustico, ya sea un aislante o una combinaci6n de aislante y elemento de absorci6n, con caracterfsticas de masa-resorte acusticas, con una capa de masa que consiste en una capa fibrosa porosa con un m6dulo de Young dinamico E al menos de 96·AW·t (Pa) y una capa de barrera delgada impermeable al aire, estando dispuesta la capa de barrera delgada entre la capa fibrosa y la capa de desconexi6n y estando laminadas todas las capas entre sf, puede ser usado en un coche, por ejemplo, como un salpicadero interior como el descrito anteriormente. No obstante, el mismo tambien puede ser usado para cubrir el suelo, ocasionalmente con una capa decorativa o una capa de alfombra sobre el mismo, siendo preferiblemente la capa de alfombra un sistema poroso, por ejemplo, una alfombra con mechones o una alfombra no tejida. El mismo tambien puede ser usado en recubrimientos para las ruedas exteriores o interiores. Todas las aplicaciones pueden ser usadas en vehfculos como un coche o un cami6n.

Leyendas de las figuras

I. �ona aislante

II. �ona aislante y absorbente combinada A Capa de masa que comprende al menos

1. capa porosa fibrosa

2. capa de barrera delgada 5 B Capa de resorte que comprende al menos

3.

Capa de desconexi6n Capas adicionales:

4.

Capa absorbente

5.

Capa de tela

Claims (7)

1. REIVINDICACIONES

   1. Componente aislante acustico con caracterfsticas de masa-resorte acusticas, que comprende una capa de masa y una capa de desconexi6n, caracterizado porque la capa de masa consiste en una capa fibrosa porosa con un m6dulo de Young dinamico E al menos de 96·AW·t (Pa), siendo AW el peso por unidad de superficie (g/m2) y siendo

   5 t el espesor (mm) de la capa fibrosa porosa, y una capa de barrera delgada impermeable al aire, en el que la capa de barrera delgada esta dispuesta entre la capa fibrosa y la capa de desconexi6n y todas las capas estan laminadas entre sf.
2. 2. Componente aislante acustico segun la reivindicaci6n 1, en el que el AW de la capa fibrosa es entre 500 y 2000 (g/m2).

   10 3. Componente aislante acustico segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que el espesor t de la capa fibrosa es entre 1 y 10 (mm).
3. 4. Componente aislante acustico segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que, al menos parcialmente, una capa absorbente adicional esta dispuesta en la capa fibrosa porosa.
4. 5. Componente aislante acustico segun la reivindicaci6n 4, en el que al menos la capa absorbente esta cubierta por 15 una capa de tela.

5. 6.

   Componente aislante acustico segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que la capa fibrosa porosa esta cubierta al menos parcialmente por una capa de tela.

6. 7.

   Componente aislante acustico segun una de las reivindicaciones anteriores, en el que una capa decorativa o una

   capa de alfombra, preferiblemente una alfombra con mechones o una alfombra no tejida, esta dispuesta en la capa 20 fibrosa porosa.
7. 8. Uso del componente aislante acustico como un aislante o como una combinaci6n de aislante y elemento absorbente, segun una de las reivindicaciones anteriores, como un componente de autom6vil, tal como un salpicadero interior, una cubierta de suelo o un paso de rueda de un vehfculo, tal como un coche o un cami6n.