淺議汽車內(nèi)飾常用材料的吸聲性能

衛(wèi) 星 陳 英 向倩瑤 王 勇 陳進秋 陳一元 任俊俠

(中國汽車工程研究院有限公司，重慶 401122)

1 前言

隨著我國社會經(jīng)濟在近年來發(fā)展迅速，導致汽車保有數(shù)逐年遞增。在城市中，汽車所導致噪聲已成為城市的主要的噪聲源之一。由于人們在汽車內(nèi)的時間越來越長，所以在汽車噪聲中，人們感受最直觀，最關(guān)注的是車內(nèi)噪聲。因此用戶都把車內(nèi)噪聲作為汽車舒適性的重要指標之一。而降低車內(nèi)噪聲水平，是目前各車輛生產(chǎn)廠家和各用戶共同關(guān)注的問題。

影響車內(nèi)噪聲的主要因素有風噪，胎噪，結(jié)構(gòu)噪聲等。根據(jù)噪聲產(chǎn)生和傳播的原理，噪聲控制技術(shù)一般分為以下三種：一是對噪聲源的控制，二是對噪聲傳播途徑的控制，三是對噪聲接受者的保護。而汽車內(nèi)飾件起到的就是第二種作用——對噪聲傳播途徑的控制。汽車內(nèi)飾件選用的材料一般都是具有反射噪聲功能或是吸收噪聲功能的材料，但是這二者是相矛盾的，反射噪聲需要結(jié)構(gòu)致密的高密度材料，而吸收噪聲需要結(jié)構(gòu)疏松，多孔的低密度材料。反射噪聲屬于隔聲范疇，本文暫不討論，下面筆者淺議一下目前國內(nèi)汽車內(nèi)飾件常用的幾種吸聲材料以及其應(yīng)用情況。

2 汽車內(nèi)飾件常用的幾種吸聲材料

吸聲系數(shù)的表達公式為α=1-Er/Eo，其中Eo表示入射到材料面上的噪聲總量，Er表示材料對噪聲的反射量，所以吸聲系數(shù)并不表示由材料吸收的能量而是表示入射到材料面上的能量中不能反射的部分。在生產(chǎn)和研究中常取125Hz、250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz、4000Hz等六個頻率的吸聲系數(shù)的平均值作為所檢測材料吸聲性能，也有的企業(yè)把250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz四個頻率吸聲系數(shù)的平均值叫做降噪系數(shù)。幾乎所有材料都有一定的吸聲性能，但大多數(shù)材料吸聲系數(shù)較低，沒有實用價值。一般把125Hz、250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz、4000Hz六個頻率吸聲系數(shù)平均值大于0.2的材料稱作吸聲材料，而這六個頻率吸聲系數(shù)平均值大于0.56的稱作高效吸聲材料。吸聲性能優(yōu)良材料一般為低密度多孔洞結(jié)構(gòu)的材料，且材料厚度對細聲系數(shù)也有明顯的影響，目前國內(nèi)汽車內(nèi)飾件常用的幾種材料都屬于這種結(jié)構(gòu)，其中應(yīng)用最為廣泛的主要有以下幾種：

2.1 玻璃纖維材料

在玻璃纖維材料中，應(yīng)用最為廣泛的是玻璃棉。玻璃棉屬于玻璃纖維中的一個類別，是一種人造無機纖維。玻璃棉是將熔融玻璃纖維化，形成棉狀的材料，化學成分屬玻璃類，是一種無機質(zhì)纖維。具有成型好、體積密度小、熱導率彽、保溫絕熱、吸音性能好、耐腐蝕、化學性能穩(wěn)定。由于這些優(yōu)點，玻璃棉逐漸替代了傳統(tǒng)的天然纖維吸聲材料。但從環(huán)境保護的角度來看，化學性能穩(wěn)定的優(yōu)點又變成了一個缺點。化學性能穩(wěn)定使得材料的降解時間大大延長，所以廢棄的玻璃棉材料對環(huán)境造成極大的污染。

玻璃棉的吸聲性能是相當優(yōu)良的，以密度為100kg/m3的普通玻璃棉為例，當其厚度分別為15mm、20mm和30mm時，其各特征頻段的吸聲系數(shù)入圖1所示。

圖1 玻璃棉材料吸聲曲線圖

從圖示曲線可以看出，在低于2000Hz的頻率下，玻璃棉材料的吸聲系數(shù)隨著頻率的提高而增加，同時也隨材料厚度增加而增加；但是在高于2000Hz的頻率下，玻璃棉材料的吸聲系數(shù)已經(jīng)相當高了，頻率和厚度對吸聲系數(shù)的影響已不明顯。

由數(shù)據(jù)可以算出，3種厚度的玻璃棉6個頻段的平均吸聲系數(shù)分別為0.77、0.87、0.94，遠超過高效吸聲材料的標準0.56，可見玻璃棉的吸聲性能的確是相當優(yōu)良。但是玻璃棉因纖維直徑細，而且性脆容易折斷，產(chǎn)生的玻璃粉塵會影響呼吸、刺癢皮膚、污染環(huán)境，并且這種缺陷在車內(nèi)的密閉空間中被無限放大，更為致命。正由于此，導致玻璃棉在汽車內(nèi)飾件上的使用并不廣泛，幾乎不使用在駕駛室內(nèi)，只運用在發(fā)動機艙等位置。所以玻璃棉雖然吸聲性能優(yōu)良，卻一般只用于生產(chǎn)發(fā)動機罩、發(fā)動機蓋板以及前壁板外消音墊等產(chǎn)品。

為了消除這個缺陷而保留玻璃棉的其它優(yōu)點，一些廠家采用高密度玻璃纖維壓制成氈，對四側(cè)邊緣進行固化處理，表面再用織物或皮革進行裝飾，制成玻璃纖維氈材料。這種材料克服了普通玻璃棉污染環(huán)境的缺陷，同時保留了玻璃棉吸聲性能好的優(yōu)點，但是美中不足的是工藝相對復(fù)雜，價格也偏高，因此在中低檔車型上很難見到這種材料的身影，一般只出現(xiàn)在中高檔車型上。

2.2 絨氈材料

絨氈是一種統(tǒng)稱，是由各種化學纖維材料通過針刺的工藝而織成。依然具有吸聲性能好、質(zhì)輕、不蛀、不腐的優(yōu)點，且成本低廉，性價比高，成型溫度低，加工生產(chǎn)工藝簡單，再加上具有可回收再利用的功能，所以在汽車內(nèi)飾件上應(yīng)用極為廣泛。

我們?nèi)匀灰悦芏葹?00kg/m3的再生絨氈為例，當其厚度分別為15mm、20mm和30mm時，其各特征頻段的吸聲系數(shù)入圖2所示。

圖2 絨氈材料吸聲曲線圖

從圖示可以看出，絨氈材料的吸聲系數(shù)曲線趨勢與玻璃棉材料基本相同，只是從250Hz開始各厚度各頻段的吸聲系數(shù)均略低于玻璃棉。這可能是由于測試時使用的絨氈材料為再生材料(因為非再生的絨氈材料價格較高，所以汽車內(nèi)飾件生產(chǎn)所使用的原材料大多為再生材料)，在回收再生的過程中混入了雜質(zhì)，破壞了絨氈材料的正常結(jié)構(gòu)所至。

總的來說，即使是再生材料，3種厚度的絨氈6個頻段的平均吸聲系數(shù)也分別達到了0.59、0.64、0.69，也超過了高效吸聲材料的標準0.56，再加上其成本低廉，性價比高，成型溫度低，加工生產(chǎn)工藝簡單，具有可回收再利用的功能的巨大優(yōu)勢，在內(nèi)飾件使用的多孔低密度材料中運用最為廣泛，幾乎能應(yīng)用到汽車上所有部位內(nèi)飾件的生產(chǎn)中。日系汽車和國內(nèi)汽車高中低檔車型上均有所使用，相對而言，歐美汽車上絨氈的使用要少于日系汽車。

2.3 PU發(fā)泡材料

發(fā)泡材料種類繁多，汽車內(nèi)飾件常用就包括PU發(fā)泡材料、PE發(fā)泡材料、EPDM發(fā)泡材料等，而其中又以PU發(fā)泡材料應(yīng)用最為廣泛。同絨氈材料相比價格偏高，吸聲性能也低于絨氈材料，但是PU發(fā)泡材料成型效果要高于絨氈材料，制造成產(chǎn)品能緊密貼合車體，美觀方面也要優(yōu)于絨氈材料，所以歐美汽車上常用PU發(fā)泡材料代替地毯以及前壁板消音墊上的絨氈材料，另外頂棚、擱物板、行李箱地毯等產(chǎn)品的減震塊也經(jīng)常使用PU發(fā)泡材料。但是PU發(fā)泡材料也有著受熱易老化的缺陷，所以不能使用在發(fā)動機倉等溫度較高的位置。

PU發(fā)泡材料密度可通過工藝和配方進行調(diào)整，一般密度為45kg/m3較為常見。按照此密度，為了方便對比，我們還是取15mm、20mm和30mm這3種厚度進行測試，測試結(jié)果見圖3。

圖3 PU發(fā)泡材料吸聲曲線圖

由圖3可見，PU發(fā)泡材料的吸聲系數(shù)曲線趨勢較之前兩種材料不是很明顯，在2500Hz左右吸聲系數(shù)有一個明顯的回落。由于高頻段噪聲波長較段，理論上均質(zhì)單一材料高頻段的吸聲系數(shù)應(yīng)高于低頻段，且材料的吸聲系數(shù)應(yīng)該與材料的厚度成正比。而造成吸聲系數(shù)明顯回落的因素很多，泡沫氣泡大小，壁厚，開孔或閉孔，材料配方甚至發(fā)泡溫度等都會對其造成影響。目前國內(nèi)發(fā)泡技術(shù)總體水平不高，在溫度控制和材料均勻度等方面同國外技術(shù)相比還有一定差距，筆者曾檢測過某些國外進口內(nèi)飾件的PU發(fā)泡材料，吸聲系數(shù)明顯高于國內(nèi)的同類產(chǎn)品，但是同之前介紹的兩種材料相比仍有一定差距。除了歐美汽車外，國內(nèi)部分品牌的汽車也采用PU發(fā)泡材料生產(chǎn)前壁板消音墊和地毯等產(chǎn)品。

2.4 PU板材

PU板材的主要成分同PU發(fā)泡材料相同，都是PU泡沫，但是與PU發(fā)泡材料不同的是，PU板材一般是復(fù)合材料。PU板材無固定結(jié)構(gòu)，但是最常見的結(jié)構(gòu)為一層PU泡沫，兩面各加上一層玻璃纖維，層與層之間用膠粘合，再加上一層裝飾面料，加熱后可直接壓制為頂棚，擱物板等產(chǎn)品。部分高檔車型所用PU板材的材料有10層之多。

PU板材厚度一般為10～15mm之間，所以測試不能再取3種厚度，圖4所示厚度為11mm，面密度290g/m2，結(jié)構(gòu)為最常見的結(jié)構(gòu)的PU板材的吸聲系數(shù)曲線。

圖4 PU板材吸聲系數(shù)曲線

由于厚度不同和材料機構(gòu)均不相同，PU板材吸聲系數(shù)曲線和前3種材料沒有可比性，但是就PU板材的厚度來說，該材料的吸聲性能也是比較優(yōu)良的。在汽車頂棚的生產(chǎn)制造方面，PU板材有著重量輕，挺度好，易于成型，外形美觀等優(yōu)點，所以目前汽車市場上的絕大部分車型頂棚均是使用該材料進行生產(chǎn)。

4 結(jié)束語

目前汽車內(nèi)飾件均采用吸聲性能優(yōu)良的材料，最大限度地提高汽車內(nèi)飾件的吸聲性能，但是消除噪聲除了吸聲性能外，還有隔聲性能的要求，而吸聲和隔聲對于材料的性能參數(shù)要求是截然相反的，換言之，如果要提高材料的吸聲性能就必然要犧牲其隔聲性能。所以，單一的材料結(jié)構(gòu)其發(fā)展將會受到很大的局限性，所以為了進一步提高吸聲材料的性能，研究新型的復(fù)合材料是以后汽車內(nèi)飾件的發(fā)展道路。

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