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                汽車內飾及電器降噪選材:防異響材料的制造與應用必讀!

                返回列表 來源:漢克斯隔音 發布日期:2022-09-01 10:21:12 閱讀量:0

                煩死了!當你開車的時候聽到“咔噠咔噠”的聲音,是不是會寒毛直豎,變得焦躁起來?

                汽車輕量化的潮流讓塑料材料在OEM商的心中占有了一席之地,隨著汽車保有量的增加,汽車舒適性成為各汽車競爭的主要領域,尤其是隨著新能源車的增加,車內異響問題逐步凸顯。塑料材料的應用不僅會帶來更輕的質量,也讓實現“更輕的噪聲”有了新的可操作空間。

                根據車質網投訴搜索結果顯示,過去一年僅車內飾相關的異響問題,就高達15000+多次。同樣異響投訴也頻現于空調,游戲手柄等產品上。由此可見,市場對防異響降噪材料具有相當強烈的需求。今天小編整理了一些防異響材料的應用及制造要點,一起來學習吧!

                • ● 異響產生的原因

                異響(BSR)是指受外部激勵的情況下相鄰零部件之間發生相對位移而產生的摩擦或敲擊噪音。金屬板、金屬管、齒輪、軸承等,在設備運行時,受到撞擊、摩擦及各種突變機械力的作用,會產生振動,再通過空氣傳播,形成噪聲。

                對汽車而言,懸架、輪轂、內飾件(包括電子設備、內飾板、空調、音響)等等,把這些拆開了看大都是用螺絲或者卡扣固定。伴隨著車體的運動顛簸往往會互相碰撞,產生異響。

                汽車防異響材料應用部分示意圖

                汽車防異響材料應用部分示意圖

                根據異響激勵源不同,異響分為整車道路異響和靜態異響。道路異響是由路面激勵所引起的異響,靜態異響是指整車未行駛狀態操作功能件及按壓內飾件產生的異響。

                汽車異響產生原因

                ○—————— 現有的防異響手段 ——————○

                貼絨布,潤滑油:人工加貼絨布等辦法,可以從物理上有效降低摩擦力,減弱異響。但這樣會帶來裝配工序的增加,而且裝配質量不能保證,最主要的是高里程后(尤其在長時間的高低溫環境暴露下)毛氈粘貼位置出現脫落,導致異響衰減出現急劇增加。

                減少熱脹冷縮:熱脹冷縮導致的材料變形會在一定程度上加劇異響的存在,但更普遍的、由位移產生的異響仍然無法避免。

                降低不同材料間的摩擦:材料表面硬度降低可以減少摩擦,但根本要從材料內部入手,通過提高材料的阻尼性能,將更多的機械振動能量轉化為內能,從而減小噪音。

                內飾件典型材料異響兼容性
                內飾件典型材料異響兼容性
                • ● 防異響材料的降噪原理

                在上文中提到,提高材料的阻尼性能,將更多的機械振動能量轉化為內能,能夠減少異響。

                什么是阻尼呢?

                指任何振動系統在振動中,由于外界作用或系統本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性。

                從減振角度看,就是將機械振動的能量轉變成熱量和其他可消耗的能量,從而達到減振的目的。

                什么是阻尼

                而在振動物體產生高的共振振幅前,先將一部分振動能在自身中消耗,以達到減少振幅、降低振幅為目的的材料,我們統稱為阻尼材料。

                這種阻尼材料是具有減振降噪和一定密封性的特種材料,而高分子阻尼材料是阻尼材料中最有效的一類,由于結構的特殊性而廣泛地應用。阻尼材料已廣泛應用于飛機、火箭、各種飛行器和裝甲車、坦克、汽車等各種交通工具的減震降噪,潛水艇的吸波隱身、環境保護等。

                高分子材料一般在玻璃化轉變溫度(Tg)附近具有較大的阻尼。

                部分材料的玻璃化轉變溫度
                部分材料的玻璃化轉變溫度

                聚合物在玻璃態時模量很高,分子幾乎不能運動,因此不能吸收機械能;在高彈態時分子運動很容易,不能吸收足夠的機械能;但是在Tg附近,聚合物的模量大幅度下降,并伴隨著明顯的力學阻尼特性,機械振動被轉化為大分子鏈或鏈段的運動,通過分子間的內摩擦把機械能轉化為熱能,起到阻尼效果。

                應變落后于應力的相角差δ稱為力學損耗角, 常用力學損耗角正切tanδ(也稱阻尼因子)來表示內耗的大小。力學損耗與阻尼性能關系非常密切, 聚合物的內耗愈大則阻尼效果愈好,tanδ和儲能模量E′和損耗模量E"的關系如下:

                tanδ=E"/E'

                阻尼因子tanδ越大,阻尼溫域越寬,則材料的阻尼性能越好。

                聲波

                • ● 影響材料阻尼性能的因素

                阻尼材料的形態結構 (相容性) 、各組分聚合物的Tg 、各組分聚合物阻尼能力的大小、交聯度、填料、環境溫度都對材料的阻尼性能有影響。

                (1)相容性

                完全相容的聚合物網絡(IPN)類似于單組分高聚物,玻璃化溫度區域有所加寬,但E″、tanδ值變化呈現單一尖峰;完全不相容的IPN類似于共混,網絡的互穿相容程度差,呈現兩個孤立尖峰,中間區域出現較低的tanδ;半相容的IPN的Tg向內遷移互相靠近,同時,由于互穿協同效應顯著而使中間過渡區域的阻尼值E″、tanδ有明顯上升。說明恰當的相容可使阻尼性能得以提高。

                (2)溫度

                根據阻尼材料使用時的環境溫度來選擇合適的聚合物或共混物,使其Tg與環境溫度一致,這樣的阻尼材料才能在指定的環境下具有最大的阻尼效果。

                (3)共聚

                通過接枝和嵌段共聚制備的共聚物可以在寬廣的范圍內呈現良好的阻尼性能。增加側鏈的數目和增大側鏈的極性,均可提高接枝共聚物的阻尼性能。

                (4)各組分聚合物的Tg

                對寬溫域阻尼材料設計, 要求阻尼材料組分的Tg相隔要遠。從理論上講,阻尼復合材料的阻尼溫域不可能超過兩組分Tg上、下限的溫度區域。再考慮到形成復合體系后,Tg的內移效應,因此兩組分的Tg相隔要足夠遠。若每個組分都有較高的阻尼性能,毫無疑問,阻尼復合材料將具有優異的阻尼性能。

                (5)交聯度

                隨著交聯度的提高,增加了兩組分的相容性。因此通過選擇合適的交聯度,可以在較寬的溫域內獲得較高的阻尼性能。

                (6)填料

                填料可使聚合物阻尼性能增加,因為填料粒子相互接觸時產生粒子間摩擦,界面處發生粒子與高分子間的摩擦,使界面附近高分子的內耗增加,進而使阻尼性能提高。

                例如某降噪 PC/ABS

                是將PC,ABS,TPEE 及抗氧劑和潤滑劑PETS按照質量比65/27/8/0.5/0.5進行混合 (抗氧劑1010與168質量比為1/1,下同;小試實驗中,當TPEE用量低于8份時其對材料的降噪效果不大,而當TPEE用量高于8份時會影響相容性從而影響材料沖擊性能)。然后在雙螺桿擠出機上進行熔融擠出造粒。擠出機的溫度為200~250℃,螺桿轉速為350r/min,相對真空度為–0.09 MPa。

                降噪改性后的PC、ABS在剛性方面 (拉伸強度、彎曲強度和彎曲彈性模量) 略有下降,這是因為TPEE彈性體分子鏈的柔性鏈段可以有效增大分子內摩擦,從而降低材料剛性、增強材料的阻尼性能。缺口沖擊強度的小幅減小可能歸因于TPEE的加入一定程度降低了PC與ABS之間的相容性

                ○—————— 除降噪外須達到的標準 ——————○

                1. 要阻燃。這是涉及到安全的性能,是國家強制性要求,也是目前降噪材料的唯一一個國家強制標準。

                2. 要環保。既要氣味小,霧化小,又要VOC的排放小,更不能使用石棉、玻璃棉或者重金屬等對人體危害大的材料。VOC性能要求有可能近期會成為第二個國家強制標準。

                3. 聲學效果要好。既然是降噪材料,就需要對噪音有很好的抑制效果。

                4. 可靠性好。在經過高低溫等惡劣環境因素影響后,仍然能保持性能穩定。有的外部降噪材料還要防水防潮。

                5. 要耐磨、耐光、有一定的抗彎、抗壓強度。有的降噪材料是外觀材料的,會有這些要求。

                6. 盡量輕量化。輕量化是整個汽車制造領域發展的大趨勢,可以節油、減排、增加駕駛樂趣;

                7. 要低成本。汽車行業競爭激烈,如果材料成本過高,就算性能再好,也較難得到應用。

                • ● 防異響材料的應用

                目前高分子減振降噪材料在汽車上的應用非常普通,從發動機艙到車身內表面、車門內表面、車身內部到頂棚、地毯、行李箱零件再到車外輪罩等都得到了應用。

                防異響材料的應用實例

                除了汽車行業的應用,從發展的需求來看,阻尼材料對不斷開發寬溫域高阻尼性能的環境,具有越來越重要的意義。

                室內建筑空間

                近年來因撞擊聲(見空氣聲和撞擊聲)所形成的噪聲干擾居民事件日益增多,原因是:

                ①城市人口的集中,建筑密度的增加,使一個振源所影響的家庭和人數隨之增加;

                ②為了節約城市用地,建筑向高層發展,由于設備的增多及樓板密度不夠,生活產生的撞擊聲的振源和危及面都在不斷的擴大;

                ③人們生活水平的提高,家用電氣設備增加,也帶來了新的振源。

                室內電氣設備可以在內部結構中使用阻尼材料進行制造,也可在樓板、墻面表面鋪設阻尼面板來改善,如黏彈性阻尼材料。

                工業設備及設施

                工業噪音是機械設備運轉時產生的噪聲,主要以氣流噪聲、機械噪聲和電磁噪聲為主,這些噪聲往往對人體具有一定的危害性。

                通常采用的辦法是防止機器與基礎及其他結構件的剛性連接,如使用阻尼材料作為結構件分隔,或在機器和其他結構之間鋪設具有阻尼特性的材料,如減振墊等。

                軍事裝備

                材料技術作為國家國防力量最重要的物質基礎,其研究和開發對國防工業和武器裝備的發展起著決定性的作用。

                阻尼材料在航空航天領域的應用

                軍用新材料按其用途可分為結構材料和功能材料兩大類,主要應用于航空航天工業和船艦工業中。

                ①阻尼材料在航空航天領域主要用于制造火箭、導彈、噴氣機等控制盤或陀螺儀的外殼;

                ②在船舶工業中,阻尼材料用于制造推進器、傳動部件和艙室隔板,有效地降低了來自于機械零件嚙合過程中表面碰撞產生的振動和噪聲。

                內容來源:AUTO內飾行家,聲博士,汽車異響BSR,高分子物理學等,鏈塑網整理

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                本文關鍵詞: 汽車內飾降噪,電器降噪,汽車防異響材料

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