新型水性阻尼涂料在車(chē)身上的應(yīng)用

周銘斌，曹會(huì)元，林志睿，莫文彬，黃錦華 （東莞職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東東莞 523808）

0 引言

車(chē)用阻尼材料具有降噪減振等功能，被廣泛應(yīng)用于車(chē)身底板、輪罩、側(cè)圍、車(chē)門(mén)、擋泥板等位置，傳統(tǒng)的阻尼橡膠板或聚氨酯類(lèi)阻尼涂料會(huì)散發(fā)出有害氣體，無(wú)法消除車(chē)輛振動(dòng)所帶來(lái)的噪聲。新一代水性阻尼涂料是聚合物乳液與一定的無(wú)機(jī)填料和助劑共混而得到的，具有減震、降噪、阻燃、防腐等性能［1］，同時(shí)解決了溶劑型阻尼涂料易燃、易爆的問(wèn)題。本研究通過(guò)水性阻尼涂料在車(chē)身上的應(yīng)用試驗(yàn)，對(duì)其所表現(xiàn)出來(lái)的性能進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，以便提供更好的解決方案。

1 車(chē)身有阻尼涂層設(shè)計(jì)減振降噪阻尼特性

在大部分的振動(dòng)控制應(yīng)用中，激勵(lì)覆蓋了很寬的頻率范圍且具有隨機(jī)屬性，因而要求振動(dòng)控制系統(tǒng)具有足夠的阻尼，與金屬?gòu)椈上啾?，水性阻尼材料具有非常好的阻尼特性，并且還消除了在高頻時(shí)發(fā)生駐波的麻煩。彈性材料承載量是由其存儲(chǔ)的能量所決定的，在大多數(shù)情況下，相對(duì)于靜撓度而言，振動(dòng)幅值相對(duì)較小，并且材料的數(shù)量可以通過(guò)材料中儲(chǔ)存的能量與材料在振動(dòng)控制系統(tǒng)中所完成的功等量換算來(lái)計(jì)算。在使用有機(jī)材料的情況下，通過(guò)彈簧的靜撓度試驗(yàn)確定剛度、計(jì)算固有頻率幾乎總是比振動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)要低，即動(dòng)態(tài)模量大于靜態(tài)模量。

減振器通過(guò)直接消耗主振動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)能量來(lái)控制振動(dòng)，但是結(jié)果會(huì)產(chǎn)生大量的熱，并帶來(lái)相關(guān)的散熱問(wèn)題和部件磨損問(wèn)題。有阻尼吸振器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)［2］：

有阻尼吸振器的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)=

從中可以看出，阻尼吸振與吸振器質(zhì)量及主系統(tǒng)的固有頻率有關(guān)。

1.1 設(shè)計(jì)阻尼結(jié)構(gòu)

2 mm鈑金+2 mm MDC（Medium Damping Coating，中阻尼涂層）+20 mm EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）+15 mm環(huán)氧纖維板+18 mm密度板+50 mm波浪海綿吸音棉，其在不同條件測(cè)試過(guò)程下的噪聲指標(biāo)如下：

（1） 環(huán)境噪聲在90.7～96.0 dB之間波動(dòng)，取較穩(wěn)定的中間值93.3 dB。

（2） 無(wú)阻尼涂層箱內(nèi)噪聲在50.6～56.8 dB之間波動(dòng)，取較穩(wěn)定中間值53.5 dB。

（3） 有阻尼涂層箱內(nèi)噪聲在31.2～37.2 dB之間波動(dòng)，取較穩(wěn)定中間值35.6 dB。

上述結(jié)果表明：

（1） 增加減振材料——水性阻尼涂料（MDC）后，噪聲降低值為17.9 dB，功效明顯；

（2） 使用現(xiàn)設(shè)計(jì)的降噪材料組合，噪聲降低值為39.8 dB，基本可行；

（3） 將阻尼涂層和降噪材料進(jìn)行組合，整體降噪57.7 dB，完全滿足客戶(hù)的噪聲聲級(jí)要求。

2 隔熱水性阻尼涂料的性能分析［3-6］

2.1 涂料組成

隔熱水性阻尼涂料的主要成分［3］、配比及功能詳見(jiàn)表1。

表1 隔熱水性阻尼涂料的主要成分、配比及功能Table 1 Main components，proportions and functions of thermal insulation water-based damping coatings

2.2 涂料導(dǎo)熱性分析

檢測(cè)儀器：夏溪熱線法導(dǎo)熱儀，型號(hào)：TC3010L。

檢測(cè)依據(jù)：GB/T 10297—2015《非金屬固體材料導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定》。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 不同實(shí)驗(yàn)溫度下樣品的導(dǎo)熱系數(shù)Table 2 Thermal conductivity of the samples at different experimental temperatures

2.3 涂料輕量化分析

由于水性阻尼涂料的密度比瀝青阻尼墊小20 %～ 40 %，故同樣體積下可減少質(zhì)量20 %～40 %，另外水性阻尼涂料含有水分，烘干后質(zhì)量可再減少25 %左右。通過(guò)試驗(yàn)可知，相比瀝青阻尼墊，噴涂同樣厚度的水性阻尼涂料至少可減少質(zhì)量40 %左右（表3）。

表3 水性阻尼涂料對(duì)車(chē)身輕量化數(shù)據(jù)分析Table 3 Analysis of lightweight data of water-based damping paint

2.4 涂料防火性分析

基材：鋼板，銀色，厚度0.8 mm。

樣品：鋼板+涂料，1組3塊。

樣品尺寸：800 mm×155 mm×（3.1～3.5）mm。

測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)：ISO 5658-2：2006《垂直火焰蔓延測(cè)試》；ISO 5660-1：2005《熱釋放速率測(cè)試》。

（1） 測(cè)試通過(guò)閃燃的方式觀察樣板的防火性，要求持續(xù)燃燒32 min，根據(jù)每一個(gè)試樣的試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算出結(jié)果，見(jiàn)表4。

表4 火焰熄滅時(shí)的臨界輻射通量Table 4 Critical radiation flux when flame is extinguished

（2） 在（23±2）℃，相對(duì)濕度（50±5）%的條件下，試驗(yàn)條件1：25 kW/m2，有引燃火焰；試驗(yàn)條件2：25 kW/m2，無(wú)引燃火焰；試驗(yàn)條件3：50 kW/m2，無(wú)引燃火焰，樣品燃燒至恒重量時(shí)的測(cè)試結(jié)果如表5所示。

表5 在不同試驗(yàn)條件下樣品的測(cè)試結(jié)果Table 5 Test results of samples under different test conditions

（2） 熱釋放速率/時(shí)間曲線圖，如圖1所示。

圖1 熱釋放速率與時(shí)間的關(guān)系Figure 1 The relation between heat release rate and time

從圖1可以看出，隨著時(shí)間積累，熱釋放速率在120 ℃左右出現(xiàn)峰值，隨后逐漸下降。樣品3隨著時(shí)間較樣品1和樣品2較快出現(xiàn)熱釋放速率峰值，其熱釋放速率值較樣品1和樣品2要大一點(diǎn)。在300 ℃左右基本接近0值。

2.5 涂料減振降噪分析

本產(chǎn)品在東莞永強(qiáng)汽車(chē)有限公司做了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，檢測(cè)設(shè)備：AWA6228+多功能聲級(jí)計(jì)、AWA6221A聲校準(zhǔn)器。檢測(cè)方法：GB 12348—2008《工業(yè)企業(yè)廠界環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》。在大型汽車(chē)駕駛室內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)，分別在發(fā)動(dòng)機(jī)怠速和發(fā)動(dòng)機(jī)1 800轉(zhuǎn)速的情況下，選擇駕駛室的不同位置作為測(cè)試點(diǎn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。

表6 涂料減振降噪試驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 6 Vibration and noise reduction test data of paint dB（A）

由表6可見(jiàn)，在車(chē)身駕駛室下面噴涂新型水性阻尼涂料后，所測(cè)試的10個(gè)點(diǎn)位噪聲監(jiān)測(cè)平均值降低了1.1 dB（A），考慮到只是車(chē)身駕駛室的下面局部噴涂，而且兩次檢測(cè)都是白天作業(yè)，噪聲影響因素較多，平均值有所降低，已經(jīng)說(shuō)明水性阻尼涂料起到了較好的效果。

3 結(jié)語(yǔ)

在東莞市永強(qiáng)汽車(chē)制造有限公司進(jìn)行了水性阻尼涂料在汽車(chē)車(chē)身上的應(yīng)用試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，水性阻尼涂料在導(dǎo)熱性、輕量化、防火性、降噪性方面均有良好表現(xiàn)，且無(wú)毒無(wú)味、環(huán)境友好，應(yīng)用前景廣闊。