高阻尼高抗沖聚苯乙烯解決空調(diào)蝸舌異響的研究

馬令慶 別清峰 朱標(biāo) 李云蹊

1.海信家電集團(tuán)股份有限公司 山東青島 266100；2.海信（山東）空調(diào)有限公司 山東青島 266100

1 引言

隨著用戶對(duì)空調(diào)產(chǎn)品聲品質(zhì)要求的不斷提高，空調(diào)在冷熱轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的“咔吧”聲異響被越來(lái)越多的用戶投訴。產(chǎn)生“咔吧”聲異響主要是因?yàn)樵诳照{(diào)冷熱轉(zhuǎn)換時(shí)，不同部件因熱脹冷縮尺寸變化不一致導(dǎo)致裝配處產(chǎn)生擠壓變形，進(jìn)而能量釋放振動(dòng)發(fā)聲。對(duì)于掛機(jī)，產(chǎn)生“咔吧”聲的主要部位是蝸舌。為解決該問(wèn)題，目前主要采取在兩部件接觸處粘貼植絨布的方法，避免剛性接觸，但長(zhǎng)時(shí)間使用后植絨布會(huì)磨損，而且粘貼植絨布增加材料成本，耗費(fèi)工時(shí)又進(jìn)一步增加了成本，不利于整機(jī)生產(chǎn)效率的提升。也有一些減小接觸面積的結(jié)構(gòu)方案，主要為面接觸改為點(diǎn)接觸或線接觸[1]，都存在加工精度較高及無(wú)法根治異響的問(wèn)題；目前有采用PP改性料的方案[2]，但PP材料本身收縮率大，改性后也不能保證部件線性度及整機(jī)裝配的精細(xì)化；也有采用防異響ABS或PC/ABS材料[3-5]，但成本高昂，不利于普及推廣。

高抗沖聚苯乙烯（high impact polystyrene，HIPS）具有較好的尺寸穩(wěn)定性、加工性和較高的沖擊強(qiáng)度，以及相對(duì)低廉的價(jià)格[6]，廣泛應(yīng)用于家電產(chǎn)品。通過(guò)對(duì)HIPS進(jìn)行改性，提高其阻尼，使空調(diào)蝸舌部件在振動(dòng)時(shí)振幅減小，并快速衰減。我司Q型號(hào)掛機(jī)，經(jīng)反復(fù)測(cè)試確認(rèn)其熱脹冷縮異響集中在蝸舌部件，本文將高阻尼HIPS材料用于蝸舌部件，研究了其對(duì)熱脹冷縮異響的改善效果。

2 試驗(yàn)部分

2.1 試驗(yàn)樣品

高阻尼HIPS和普通HIPS國(guó)標(biāo)樣條各1套，粒子各10 g，分別用于測(cè)試缺口沖擊強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、彎曲模量、內(nèi)耗因子。

高阻尼HIPS和普通HIPS注塑蝸舌部件各2個(gè)，一個(gè)用于部品測(cè)試，另一個(gè)用于裝機(jī)進(jìn)行異響測(cè)試。

2.2 測(cè)試儀器與方法

懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度：長(zhǎng)春智能儀器設(shè)備有限公司（DR-602），按照GB/T 1843-2008《塑料 懸臂梁沖擊強(qiáng)度的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試；

拉伸強(qiáng)度：高鐵檢測(cè)儀器有限公司（GT-TCS-200），按照GB/T 1040.2《塑料 拉伸性能的測(cè)定 第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗(yàn)條件》進(jìn)行測(cè)試；

彎曲強(qiáng)度、彎曲模量：高鐵檢測(cè)儀器有限公司（GT-TCS-200），按照GB/T 9341-2008《塑料 彎曲性能的測(cè)定》進(jìn)行測(cè)試；

內(nèi)耗因子：梅特勒托利多（DMA），升溫速率為10℃/min；

振幅時(shí)域頻譜：采用LMS公司測(cè)試錘、采集傳感器和數(shù)據(jù)處理器測(cè)試采集；

蝸舌熱脹冷縮尺寸變化率：采用恒溫恒濕試驗(yàn)箱及游標(biāo)卡尺，測(cè)試設(shè)定溫度及時(shí)長(zhǎng)后蝸舌的尺寸變化率；

整機(jī)異響頻譜：噪音室測(cè)試采集。

3 結(jié)果與討論

3.1 材料性能

從表1可以看出，高阻尼HIPS的缺口沖擊強(qiáng)度高于普通HIPS，達(dá)到11 kJ/m2，而拉伸和彎曲性能低于普通HIPS，這是因?yàn)楦咦枘酘IPS改性時(shí)添加了橡膠相，使材料韌性增加，剛性降低。高阻尼HIPS的內(nèi)耗因子為0.29，遠(yuǎn)高于普通HIPS，這是因?yàn)樘砑拥南鹉z相阻尼高，提升了HIPS的阻尼性能，有利于提升材料的吸聲、隔振性能。

表1 材料指標(biāo)對(duì)比

3.2 材料阻尼性能

采用高阻尼HIPS和普通HIPS分別注塑成蝸舌部件，對(duì)蝸舌部件施加固頻激勵(lì)，測(cè)試其振幅隨時(shí)域的變化。該試驗(yàn)用來(lái)模擬蝸舌在整機(jī)上因溫差變化與底座受熱膨脹尺寸不同，部件裝配連接處擠壓變形產(chǎn)生的振動(dòng)，若振動(dòng)振幅小，則產(chǎn)生的聲音也會(huì)小，振動(dòng)衰減快，則響聲持續(xù)時(shí)間也會(huì)短。從圖1可以看出，受到固頻激勵(lì)后，高阻尼HIPS材質(zhì)蝸舌的振幅遠(yuǎn)低于普通HIPS材質(zhì)，且衰減速度快，高阻尼HIPS振動(dòng)持續(xù)約0.04 s后基本衰減結(jié)束，而普通HIPS的振動(dòng)持續(xù)時(shí)間約0.07 s。這說(shuō)明高阻尼HIPS對(duì)振動(dòng)的吸收能力優(yōu)于普通HIPS，即防止噪聲產(chǎn)生的能力強(qiáng)。

圖1 振幅時(shí)域頻譜

3.3 部件熱脹冷縮尺寸變化率

蝸舌位于掛機(jī)出風(fēng)口，是溫度變化最大且短時(shí)間溫差最大的區(qū)域。當(dāng)空調(diào)開(kāi)啟制熱功能時(shí)，蝸舌受熱膨脹，卡扣等裝配部位產(chǎn)生形變位移，而形變釋放瞬間部件會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)發(fā)聲。減小線性熱膨脹系數(shù)有利于減小形變，即減小振動(dòng)發(fā)聲的概率。空調(diào)掛機(jī)出風(fēng)口溫度最高為55℃左右，一般15 min整機(jī)及房間溫度就達(dá)到穩(wěn)定。將不同材質(zhì)的蝸舌部件放入恒溫恒濕試驗(yàn)箱，按表2的試驗(yàn)條件進(jìn)行處理，并計(jì)算試驗(yàn)前后的尺寸變化率。從表2可以看出，在不同溫度下受熱1 h后，兩種材料的尺寸均變大，普通HIPS的變化率更為明顯，在55℃受熱1 h的變化率差異更為明顯，高阻尼HIPS為0.27%，普通HIPS為0.38%。另外模擬開(kāi)機(jī)狀態(tài)，溫度在15 min內(nèi)由10℃升至55℃，可以看出高阻尼HIPS蝸舌的尺寸變化率也是遠(yuǎn)低于普通HIPS蝸舌。相同時(shí)間相同溫差條件下，高阻尼HIPS蝸舌的尺寸變化率低于普通HIPS蝸舌，則其形變小，產(chǎn)生熱脹冷縮異響的概率也會(huì)低于后者。

表2 蝸舌尺寸隨溫度的變化率

3.4 對(duì)整機(jī)熱脹冷縮異響的影響

我司Q型號(hào)掛機(jī)，經(jīng)之前反復(fù)測(cè)試發(fā)現(xiàn)其熱脹冷縮異響集中在蝸舌部件，但該蝸舌結(jié)構(gòu)特殊不適合粘貼植絨布，更換高阻尼HIPS的蝸舌進(jìn)行整機(jī)異響測(cè)試，并將測(cè)試結(jié)果與普通HIPS材質(zhì)的蝸舌進(jìn)行對(duì)比。將機(jī)器按規(guī)定安裝在消音室內(nèi)，麥克置于規(guī)定位置，消音室工況為室內(nèi)干球10℃，室外干球6℃，達(dá)到工況4 h后進(jìn)行異響測(cè)試，機(jī)器設(shè)定制熱最高溫度、打開(kāi)輔熱、最大風(fēng)量，測(cè)試15 min。從圖2可以看出，采用高阻尼HIPS蝸舌的掛機(jī)只在開(kāi)機(jī)初期的1.5 min內(nèi)有3聲，且聲音均低于40 dB(A)，而采用普通HIPS蝸舌的機(jī)器異響多達(dá)27聲，且有2聲＞45 dB(A)的超大聲。這是因?yàn)楦咦枘岬腍IPS減小了震動(dòng)的振幅，并使其快速衰減，從而使異響減少；另外高阻尼的HIPS的尺寸隨溫度變化率低于普通HIPS，使其形變小，從而減小異響產(chǎn)生的概率，高阻尼與低形變使得異響大幅減少。

3.5 振動(dòng)與聲音的相關(guān)性

測(cè)試異響頻譜的同時(shí)，在蝸舌上布置了振動(dòng)采集傳感器以收集振幅時(shí)域頻譜，從圖3a)、b)可以看出有異響發(fā)出時(shí)，蝸舌上均有振動(dòng)產(chǎn)生，即聲音頻譜的峰均有振幅的峰對(duì)應(yīng)，聲音頻譜的峰值越大，振幅頻譜的峰也是越大的，這說(shuō)明改善材料的阻尼與熱膨脹尺寸變化率有利于解決熱脹冷縮異響。

圖3 聲音、振幅時(shí)域頻譜

4 結(jié)論

本文為解決空調(diào)掛機(jī)在制熱時(shí)蝸舌處由于熱脹冷縮產(chǎn)生異響的問(wèn)題，研究了高阻尼HIPS材料用于蝸舌的改善效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：（1）高阻尼HIPS材料具有阻尼高、溫度變化時(shí)尺寸變化率小的優(yōu)點(diǎn)；（2）提高阻尼使振動(dòng)時(shí)的振幅減小并快速衰減，有利于降低異響分貝；（3）尺寸隨溫度變化率小，可減小受熱膨脹時(shí)的形變位移，有利于減少異響次數(shù)；（4）聲音頻譜峰和振動(dòng)頻譜峰，在時(shí)域及大小上呈對(duì)應(yīng)關(guān)系，這對(duì)振動(dòng)源或者發(fā)聲源的尋找確認(rèn)工作提供了啟發(fā)，可幫助整機(jī)異響的解決。