典型汽車用簇絨地毯復(fù)合材料性能與構(gòu)成

摘要：汽車用地毯與整車鈑金接觸面積比較大，因而對于整車的聲學(xué)性能起著非常重要的作用，文章通過對典型汽車用簇絨地毯復(fù)合材料性能與構(gòu)成的闡述，以期為業(yè)界開發(fā)乘用車簇絨地毯起到一定的參考意義。

關(guān)鍵詞：簇絨地毯 聲學(xué)性能 復(fù)合材料 性能與構(gòu)成

0 引言

隨著現(xiàn)代紡織技術(shù)和工藝的發(fā)展，汽車工業(yè)大量采用高性能纖維材料，充分滿足了消費(fèi)者的需求。就目前而言，汽車地毯類主要有針刺地毯及簇絨地毯兩大類。前者所用纖維原料95%以上是聚酰胺纖維，其優(yōu)點(diǎn)在于優(yōu)異的回彈和耐磨性。針刺地毯所用纖維主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯價(jià)格上的優(yōu)勢，各國都投入了較大的人力和物力對其進(jìn)行研究和開發(fā)，而國內(nèi)目前針刺地毯主要應(yīng)用在中低檔的小型家轎上，中型及豪華轎車上大都采用了簇絨地毯。

下面就從汽車地毯的幾個(gè)主要性能要求上，對典型汽車用簇絨地毯復(fù)合材料開發(fā)與應(yīng)用做一簡明的闡述。

作為汽車內(nèi)飾件的地毯，其主要的性能包括：外觀、聲學(xué)、機(jī)械性能、氣味、排放、阻燃性等。

圖1即為一種典型的簇絨地毯復(fù)合材料構(gòu)成，它是一種層迭式的復(fù)合結(jié)構(gòu)，通過簇絨、涂膠、熱壓成型以及發(fā)泡等工藝流程制造。

1 簇絨地毯復(fù)合材料構(gòu)成最上層-毯面的外觀特性

首先，汽車用簇絨地毯外觀，需滿足人們對于舒適豪華感觀上的追求，因而對于最上層結(jié)構(gòu)的毯面設(shè)計(jì)，就需考慮兩個(gè)要點(diǎn)：毯面的風(fēng)格及顏色。產(chǎn)業(yè)用紡織品的纖維原料已經(jīng)從過去主要采用棉、毛、麻等天然纖維逐步發(fā)展到采用粘膠、丙綸、綿綸、腈綸等化纖，從采用常規(guī)化纖發(fā)展到大量采用各種高強(qiáng)、高模、耐高溫、耐酸堿、高氧化、耐水解的高性能纖維，由于聚酰胺纖維（俗稱：尼龍紗線）優(yōu)異的回彈和耐磨性，它迅速地在汽車簇絨地毯中得到廣泛的應(yīng)用，各供應(yīng)商也積極地投入到此紗線的開發(fā)中來，目前國內(nèi)比較大規(guī)模開發(fā)簇絨尼龍紗線的廠家中有Aquafil，Universal以及Invista等，隨著中國汽車工業(yè)近幾年的蓬勃發(fā)展，高中檔家用轎車和商業(yè)用車產(chǎn)銷兩旺，合成化學(xué)纖維用量需求越來越大。

所謂簇絨，是將一束束的尼龍紗線植于無紡布的基布上，簇絨機(jī)將紗線剪斷，紗線直立或彎曲形成絨感，背面將紗線束用PE膠粘附形成。對毯面的風(fēng)格而言，主要體現(xiàn)在絨高，簇絨機(jī)的幅寬方向的紗線束的針腳距離，毯面的單位面積的克重等，目前國內(nèi)外的毯面的加工過程大都通過簇絨機(jī)完成，以進(jìn)口機(jī)器為主，絨線束針距現(xiàn)在較為普遍的有兩種，一種為1/10"，另一種5/64"，是指在簇絨機(jī)的橫向上在一英寸的基布上有多少束的尼龍紗線束。1/10" =10束/英寸，5/64"=12.8束/英寸。

其中1/10"規(guī)格見圖2，5/64"規(guī)格見圖3。

圖2 1/10" 圖3 5/64"

其次，對于毯面顏色，豪華車大都采用了黑色灰色，亞光效果顯得沉穩(wěn)和大氣，對于絨面的手感來說非常舒適，對于這些顏色的毯面而言也耐臟，尼龍紗線的顏色通常由原材料下一級制紗企業(yè)獲得，過程上采用浸染和匹染（化學(xué)染），區(qū)別在于，從橫斷面上看，前者為單根紗線的顏色整個(gè)都為同種顏色，是在制紗噴紗時(shí)就已著色，因而耐光色牢度非常好，而后者只是紗線的表面著色，耐光色牢度差，時(shí)間久會(huì)褪色。

2 簇絨地毯復(fù)合材料構(gòu)成中間層-重涂層（EVA或

EPDM）的聲學(xué)和機(jī)械特性

汽車用簇絨地毯，其中重要的一個(gè)功能就是其要滿足聲學(xué)上的要求：降噪及隔音。

首先，了解掌握“噪聲學(xué)”中幾點(diǎn)基礎(chǔ)知識：

2.1 基本聲學(xué)定義-頻率。通常假定聽頻范圍為20Hz至20000Hz；倍頻程用作說明頻率范圍和組成，除考慮總的聲壓級外，還必須考慮聲音的頻譜構(gòu)成，即聲壓是如何伴隨頻率的變化而變化的，頻率低，則聲壓級必定高，聲響大。

2.2 SPL（聲壓級）。測量聲壓波動(dòng)-用分貝表示（dB），聲壓波動(dòng)的數(shù)值范圍很廣，因此通常認(rèn)為使用分貝標(biāo)度表示更為方便，分貝標(biāo)度基于功率比例之上。聲壓級=10log（（測得聲壓）2/（參考聲壓）2）=20log（測得聲壓）-20log（參考聲壓）。標(biāo)準(zhǔn)的參考聲壓為20μPa，這是身體健康并具有良好聽覺的年輕人所能聽到的最小聲音，規(guī)定為 “0dB”。

2.3 基本噪音控制功能

圖4 噪音控制圖

2.4 噪音控制材料性能。傳聲損失，傳聲損失的理論知識可以解釋不同聲屏障的不同性能，這些聲屏障包括隔板、地毯、行李箱飾件、后窗臺、車門裝飾板等?！案粢舨考睘橹饕脕砀粢舻牧悴考ǔＪ褂梅罎B材料制作而成。安裝在車身內(nèi)的隔板、密閉件、輪室隔板等隔熱材料則起不到隔音的作用。聲音插入損耗為傳聲損失的另一種表現(xiàn)形式，此情況下，消除了金屬板的影響。

傳輸損失即為入射到隔離件上的聲功率同通過隔離件傳輸?shù)墓β实谋壤?，比例值越高越好，高比例值意味著通過隔離件傳輸?shù)哪芰枯^少。

隔音是通過傳聲損失定義的：STL=10log（1/τ）

τ=傳輸?shù)墓β?入射的功率

對于地毯，我們通常在隔音上，采用以下結(jié)構(gòu)材料構(gòu)成：

表1 隔音材料厚度及隔音效果關(guān)系

最終的材料的應(yīng)用聲學(xué)效果，通常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選材，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

3 簇絨地毯復(fù)合材料構(gòu)成底層-發(fā)泡層（PUR聚氨脂發(fā)泡材料）的聲學(xué)及機(jī)械特性

吸音，“吸音部件”主要用來吸收噪音的部件，通常使用多孔滲水型材料制作而成。通常其材料同隔熱材料相似，其作為聲屏障的效果不明顯。例如座椅、車頂內(nèi)襯、飾件后部的針氈等。

吸音和氣流阻力，通過將聲能轉(zhuǎn)化為熱量可達(dá)到吸音的目的，這一過程是通過聲音穿過多孔滲水材料時(shí)粘性的損失實(shí)現(xiàn)的。激活多孔滲水結(jié)構(gòu)后聲能會(huì)消散。聲能激活無孔結(jié)構(gòu)時(shí)也會(huì)被吸收，某些聲能將轉(zhuǎn)化為機(jī)械能并消散在無孔結(jié)構(gòu)中。氣流很容易穿過多孔滲水型材料因?yàn)榇祟惒牧喜粫?huì)吸收太多聲能，聲能正好穿過這些材料。氣流不能通過的材料，也不會(huì)吸收聲能，遇到此類材料聲能會(huì)被反射回來。存在達(dá)到優(yōu)良吸音效果的最佳的氣流流速。

表2 吸音材料厚度及性能關(guān)系

衡量某一部件吸音量單位是公制sapiens，即吸音系數(shù)與表面積（m2）的乘積。大面積覆蓋吸音性能差的吸音材料同覆蓋小面積吸音性能好的吸音材料所取得的效果相同。材料中的小孔不會(huì)嚴(yán)重降低吸音性能。

與厚度成函數(shù)關(guān)系的纖維性材料正入射吸音率，見圖6。

最終的材料的應(yīng)用吸音聲學(xué)效果，通常也是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選材，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。在具備SEA（統(tǒng)計(jì)能量分析系統(tǒng)）材料建模能力的實(shí)驗(yàn)室，可以提供優(yōu)化早期車室減噪方案的信息，應(yīng)對成本和重量進(jìn)行優(yōu)化，提示NVH項(xiàng)目活動(dòng)小組會(huì)產(chǎn)生NVH問題的任何區(qū)域。固定裝置的部件設(shè)計(jì)可先期進(jìn)行，這樣可以防止固定最后進(jìn)行，并盡量減少使部件設(shè)計(jì)的費(fèi)用。

4 簇絨地毯復(fù)合材料滿足安全及環(huán)保性的要求如阻燃性、氣味、排放

汽車內(nèi)飾材料必須有很好的阻燃性能，不論是前面的尼龍紗線，PET基布、EVA或是發(fā)泡材料都須符合阻燃性這一安全性能，內(nèi)飾材料的燃燒性也被列入國家強(qiáng)制認(rèn)證檢查的項(xiàng)目。車用紡織材料合成纖維的組成和化學(xué)結(jié)構(gòu)各不相同，其熱性能和阻燃性能各不一樣，因而針對不同的復(fù)合材料，采用不同的方式，以期達(dá)到阻燃安全特性上的要求，比如，聚胺脂纖維在受熱分解時(shí)，其N-C和CH2-CO鏈均斷，添加含氮化合物作為阻燃劑有肋于聚胺脂纖維的阻燃。

另一方面，地毯內(nèi)飾材料必須滿足FOG霧化及VOC總碳揮發(fā)的指標(biāo)。當(dāng)前各大主機(jī)廠對于揮發(fā)性實(shí)驗(yàn)的這兩項(xiàng)目標(biāo)值的達(dá)到，控制得非常嚴(yán)厲，霧化是指內(nèi)飾材料中的易揮發(fā)的成分物質(zhì)汽化冷凝在車窗或檔風(fēng)玻璃上，影響視線且不易擦除，嚴(yán)重影響行車安全，且對車內(nèi)空氣質(zhì)量造成影響。其中有些化學(xué)物質(zhì)對人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重不良后果。因而，在內(nèi)飾物材料的選擇開發(fā)上，必須從材料的整個(gè)生命周期中去考慮，也就是從材料、加工過程以及后道工序中去考慮，從原材料級別就需要考慮到其排放性能指標(biāo)及禁用物質(zhì)的檢驗(yàn)。

5 結(jié)論

簇絨地毯是一個(gè)由復(fù)合材料組成的結(jié)構(gòu)，選材的好壞和正確與否，影響著整車的聲學(xué)性能和舒適性能。相信隨著綠色紡織材料的開發(fā)與應(yīng)用，人造和合成纖維的開發(fā)與應(yīng)用，以及傳統(tǒng)新型紡織設(shè)備、工藝及裝備的最新發(fā)展，紡織技術(shù)與創(chuàng)新，乘用車簇絨地毯還有很大的發(fā)展?jié)摿?，各方面性能還會(huì)得到很大的提高。

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作者簡介：馮德偉（1976-），男，江蘇宜興人，研究生，研究方向：工程管理。