硅酸鋁—丙綸纖維雙層壁結(jié)構(gòu)汽車內(nèi)飾隔音材料開發(fā)

尉琪浩　張才前　汪秀芬　吳宏波

【摘 要】針對(duì)汽車隔音棉阻燃性差、隔音效果不佳的問題，本項(xiàng)目自主設(shè)計(jì)新型汽車隔音材料，主要包括：丙綸纖維進(jìn)一步細(xì)化，利用丙綸熔噴布自身密布的細(xì)微、均勻的孔隙達(dá)到高聲音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸鋁纖維，提高產(chǎn)品阻燃效果；硅酸鋁和丙綸熔噴無紡布組合上，采用雙層壁結(jié)構(gòu)（壁層為硅酸鋁纖維，芯層為丙綸熔噴無紡布），該結(jié)構(gòu)可將聲源與周圍環(huán)境隔離，使輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區(qū)域，達(dá)到進(jìn)一步降噪目的。

【關(guān)鍵詞】隔音；阻燃；硅酸鋁

0 前言

據(jù)中汽協(xié)發(fā)布，2015年我國汽車產(chǎn)銷分別完成2450.33萬輛和2459.76萬輛，創(chuàng)歷史新高，比上年分別增長3.3%和4.7%，同比增長7.3%，銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產(chǎn)銷量保持世界第一，這是中國汽車連續(xù)七年產(chǎn)銷量第一。但是汽車給人類的出行帶來極大的便利同時(shí)也帶來了噪聲污染、自燃等社會(huì)問題。如汽車噪聲過大會(huì)影響汽車的舒適性 語言清晰度，甚至影響駕駛員和乘客的心理 生理健康，如果駕駛員長期處于噪聲環(huán)境中容易引起疲勞造成交通事故和生命危險(xiǎn)；同時(shí)，汽車噪聲過大也會(huì)影響路人的身心健康，人們長時(shí)間接觸噪音，會(huì)耳鳴 多夢(mèng) 心慌及煩躁，或直接引起聽力下降甚至失聰，其中由車輛噪音間接引發(fā)的交通事故也為數(shù)不少。因此噪聲被稱為城市新公害，統(tǒng)計(jì)顯示，汽車所產(chǎn)生的噪音甚至已經(jīng)占到了城市噪音的70%以上。

為了治理汽車噪聲污染，許多國家都規(guī)定汽車在規(guī)定的條件下的噪聲限度。中國國家質(zhì)量監(jiān)督總局和國家環(huán)保總局于2002年1月4日發(fā)布了 GB 1495-2002 《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，并于2002年10月1日實(shí)施，該標(biāo)準(zhǔn)與歐洲經(jīng)濟(jì)共同體國家的規(guī)定接近，如大型客車為86～89分貝，中型的為86～90分貝，重型的為85～92分貝，轎車為82～84分貝，小型貨運(yùn)汽車為84～89分貝。新標(biāo)準(zhǔn)，改變了以往標(biāo)準(zhǔn)不科學(xué)，測試項(xiàng)目不完整的局面，為治理汽車噪聲污染提供了有效的控制手段，對(duì)完善我國的汽車噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系將起到積極的推動(dòng)作用。

1 汽車內(nèi)飾隔音材料研究現(xiàn)狀

汽車工業(yè)的快速發(fā)展，極大地提高了汽車內(nèi)飾材料的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)技術(shù)。在汽車內(nèi)形成的小環(huán)境中，內(nèi)飾材料與人們有著最直接的接觸，除部分高檔汽車使用皮革作為坐椅面料外，大部分汽車內(nèi)飾材料均使用紡織品作為原料及面料。汽車內(nèi)飾材料主要包括：襯墊材料、覆蓋材料、過濾材料。品種包括：座椅面料、頂棚、車門襯里、地毯、安全帶等。隨著近年對(duì)汽車安全、舒適問題的關(guān)注，人類越來越注意到汽車噪聲對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)人體的損害，近年來人們已經(jīng)投入了大量的人力、物力、財(cái)力從事汽車噪音控制方面的研究，并獲得了一定成果。主要表現(xiàn)在以下五個(gè)方面：

1.1 噪音來源及減振降噪系統(tǒng)的研究

主要從車內(nèi)車外、汽車性能進(jìn)行研究，分析了汽車行駛中各機(jī)械部分與外界環(huán)境的聲音來源以及人工處理方法。如地板貼上吸音墊進(jìn)行吸音。引擎蓋內(nèi)可以用波浪形吸音棉增強(qiáng)吸音隔熱效果（考慮到特殊位置，需要用阻燃材料）。車門內(nèi)飾板則可以根據(jù)其內(nèi)面結(jié)構(gòu)剪裁貼上一層絨質(zhì)吸音毯。車內(nèi)頂棚可以使用纖維毯或工業(yè)毛氈作為吸音材料。車身后的行李廂也可以鋪設(shè)吸音毯進(jìn)行吸音減噪。

1.2 新型材料的開發(fā)研究

美國通用公司，在0.44～0.666tex聚酯纖維網(wǎng)中加入低熔點(diǎn)聚酯纖維，經(jīng)針刺加固而成的材料。日本尼桑公司采用內(nèi)含異形截面纖維的混合原料經(jīng)熱粘合法制成了纖維細(xì)度不超過0.555tex的材料，制成品平均密度為0.02～0.2Kg/m3。瑞士EMS-CHEMIE采用70%專用聚酯短纖維與低收縮再生纖維混合成網(wǎng)，經(jīng)針刺形成高蓬松材料，再經(jīng)復(fù)合、模壓成形的材料，具有合適的硬挺度，適合用于汽車底部。德國Wcrke采用亞麻纖維與聚丙烯纖維混合，經(jīng)針刺固結(jié)后模壓成形的材料。

1.3 汽車內(nèi)飾材料加工工藝研究

吉林防治技術(shù)開發(fā)中心研究的針刺起絨符合非織造材料，就是在傳統(tǒng)的針刺方法基礎(chǔ)上，采用一種彈性尼龍毛刷作為托網(wǎng)板的替代物。德國捷高機(jī)械工程（香港）有限公司研究的高端汽車用非織造布垂直成網(wǎng)技術(shù)，使用熱粘合方法將垂直排列的纖維粘合起來，形成高蓬松材料，廣泛運(yùn)用于汽車填充材料和吸音隔熱材料。

1.4 對(duì)汽車內(nèi)飾材料隔音的測試研究

江蘇大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院對(duì)隔音氈阻氣性能的研究，對(duì)不同規(guī)格的隔音氈進(jìn)行阻氣測試，發(fā)現(xiàn)隔音氈的兩側(cè)壓差與流量間存在一定聯(lián)系，并可以用冪函數(shù)方程式表示出隔音氈阻氣率與兩側(cè)壓差（或流量）之間的關(guān)系，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供了理論上的引導(dǎo)。

1.5 對(duì)汽車內(nèi)部噪音的識(shí)別和聲場模擬分析的研究

華南理工大學(xué)和廣州本田汽車有限公司共同研究的選擇性聲強(qiáng)技術(shù)分析車內(nèi)噪音。北京航空航天大學(xué)和清華大學(xué)共同研究的聲強(qiáng)模態(tài)分析。

2 汽車內(nèi)飾材料吸音隔音存在問題

在汽車內(nèi)飾加裝隔音材料上我國每年用量大約有2.4 萬噸，且預(yù)期每年以15%以上的速度發(fā)展，市場潛力極大。但是目前常規(guī)隔音材料多基于吸聲原理，以特種被動(dòng)式材料來改變聲波的方向，常用吸聲材料有尼龍、人造絲、聚酯、丙綸等多孔性材料，其中丙綸熔噴無紡布材料應(yīng)用最為廣泛，但這些材料存在吸音效果差（隔音系數(shù)≤20%），且存在阻燃性差、耐熱性不好等問題。

3 汽車內(nèi)飾材料吸音隔音的發(fā)展趨勢

1）在吸音纖維的開發(fā)上，吸音纖維的開發(fā)主要是使用不同的天然纖維材料，或者在纖維形成前進(jìn)行處理或者在纖維形成后的整理中增加吸音材料涂層加工成具有吸音功能的纖維，因此在汽車用內(nèi)裝飾材料上根據(jù)汽車用紡織品的特點(diǎn)來開發(fā)具有吸音性能的纖維是未來發(fā)展一個(gè)趨勢。

2）在織物吸音隔音整理的方法和工藝方面，據(jù)已有的吸音隔音處理方法和工藝結(jié)合汽車內(nèi)飾材料的特點(diǎn)來探索適合汽車內(nèi)飾材料的吸音隔音方法和工藝。比如非織造材料與某些金屬材料或特殊材料進(jìn)行復(fù)合，制造出外部非織造材料吸音、內(nèi)部金屬材料隔音的復(fù)合材料，大大提高了材料的吸音隔音性能。

3）吸音隔音材料立法工作，制定出更多更有效的測試方法的標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品法規(guī)降低噪聲一直是汽車領(lǐng)域發(fā)展的重要研究課題，目前常規(guī)降低汽車噪聲的措施包括：在無回聲室中測定汽車和發(fā)動(dòng)機(jī)的噪聲，改進(jìn)排氣消聲器的設(shè)計(jì)；改進(jìn)燃燒系統(tǒng)，降低燃油噴射和燃燒的粗暴性；提高氣缸體和其他結(jié)構(gòu)件（尤其是車身鈑金件）的剛度；在噪聲源附近的大面積的平板上噴涂隔音材料；加裝發(fā)動(dòng)機(jī)隔音罩和改進(jìn)輪胎花紋的設(shè)計(jì)，車內(nèi)飾加裝隔音材料等。

4 汽車內(nèi)飾材料吸音隔音解決方法

4.1 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

高性能丙綸熔噴無紡布加工工藝研究，包括丙綸原料及阻燃母粒選擇，螺桿注塑機(jī)型號(hào)選擇及加工工藝、熔噴工藝優(yōu)化，制成高密度超細(xì)阻燃丙綸熔噴無紡布以提高無紡布孔隙率及隔音效果。丙綸熔噴無紡布熱軋工藝優(yōu)化，在保證纖維完整性同時(shí)提高面料壓合力，以進(jìn)一步提高消音材料強(qiáng)度。硅酸鋁纖維針刺布制備，通過氣流成網(wǎng)機(jī)，將硅酸鋁纖維以一定密度均勻地鋪成的纖維網(wǎng)，經(jīng)過雙針板針刺機(jī)加工，對(duì)設(shè)備工作幅寬、植針密度、針刺頻率、針刺動(dòng)程等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，制成一定定量的薄型高強(qiáng)硅酸鋁纖維針刺布。雙層壁加工工藝：雙層壁內(nèi)側(cè)為多孔狀硅酸鋁纖維針刺布，孔隙由激光打孔技術(shù)制作，以減少聲音反射率；中間層填充）丙綸熔噴無紡布，外側(cè)為硅酸鋁纖維針刺布，三層材料復(fù)合方式采用超聲波熱復(fù)合。

4.2 技術(shù)關(guān)鍵

高聲音阻隔丙綸熔噴無紡布隔音材料加工核心部件螺桿注塑機(jī)的設(shè)計(jì)以及阻燃母粒添加量優(yōu)化，其性能優(yōu)劣直接影響消音材料的均勻度、耐熱性及力學(xué)性能。雙層壁加工工藝設(shè)計(jì)，優(yōu)化雙層壁結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)多孔狀硅酸鋁纖維針刺布孔隙尺寸及分布設(shè)計(jì)，達(dá)到最小聲音反射率效果；中間層填充丙綸熔噴無紡布空氣層尺寸設(shè)計(jì)也是本項(xiàng)目研究的關(guān)鍵技術(shù)。

4.3 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)

設(shè)計(jì)加工微細(xì)丙綸纖維，利用丙綸熔噴布自身密布的細(xì)微、均勻的孔隙達(dá)到高聲音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸鋁纖維與阻燃處理后的微細(xì)丙綸纖維復(fù)合，提高產(chǎn)品阻燃效果；硅酸鋁和丙綸熔噴無紡布組合上，采用雙層壁結(jié)構(gòu)（壁層為硅酸鋁纖維，芯層為丙綸熔噴無紡布），該結(jié)構(gòu)可將聲源與周圍環(huán)境隔離，使輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區(qū)域，達(dá)到進(jìn)一步降噪目的。

[責(zé)任編輯：楊玉潔]