随着社会经济的发展,噪声污染逐渐引起⼈们的关注,已与空⽓污染和⽔污染并列成为世界三⼤主要污染之⼀。汽车作为现代⼈的常⽤代步⼯具,⽬前的产销量和保有量都在快速增加,并且⼈们对汽车车内噪声的控制关注的越来越多。车内噪声的控制⽔平已逐渐成为衡量汽车安全舒适质量的重要标志之⼀[1]。汽车上存在着多种振动源,长期的振动和噪声会造成严重的危害,如引起结构破坏;影响仪器、仪表的正常⼯作;影响驾乘⼈员的舒适性,易造成驾驶员疲劳等。
当前⽤于改善汽车减振降噪的⽅法主要有3种:1)汽车的车⾝结构设计,在进⾏结构设计时为削弱车⾝共振对车内噪声的贡献,应使整个车⾝结构模态的固有频率避开外界产⽣的激励频率; 2)采⽤密封技术提⾼整个车⾝的密封性,避免外部噪⾳直接通过缝隙传递到乘驾室内;3)在车内外使⽤⼀些隔⾳和吸⾳的阻尼材料⽤于降低噪声。本⽂着重介绍第3种汽车减振降噪的技术,即使⽤阻尼材料实现汽车内外部的减振降噪。
阻尼技术是利⽤⾼分⼦材料的黏弹性将振动能转化为热能耗散掉,从⽽有效地降低结构振动和噪声,实现对汽车舒适性的主动控制[2]。阻尼材料在车体内外部均可使⽤,⽤于车辆内部时可降低车辆发动机产⽣的振动并减⼩噪⾳,⽤于汽车外部如车辆底盘、挡泥板等部位时,可有效吸收⾏驶过程中碎⽯及沙粒撞击产⽣的能量,防⽌汽车的损坏和腐蚀并起到减振降噪的作⽤。
1 阻尼涂料减振降噪机理及分类
1.1 阻尼涂料减振降噪机理
阻尼涂料是⼀类由特定功能⾼分⼦材料和填料构成的可有效抑制振动和噪声的特种功能涂料。这种材料可使⽤在各种异型结构表⾯和平整基体表⾯,施⼯⽅式是喷涂或⼈⼯刮涂。此类涂料利⽤⾼聚物的黏弹性,通过分⼦链段运动产⽣的内摩擦将部分外场作⽤如机械振动、声振动产⽣的能量转化为热能耗散掉(即发⽣所谓⼒学损耗),从⽽达到减振降噪的⽬的[3]。阻尼机理是:在交变应⼒的作⽤下,⾼分⼦材料因其特有的黏弹性使其形变滞后于应⼒的变化,部分的功(机械能)以热或其他形式消耗掉,通过产⽣⼒学损耗起到阻尼作⽤[4]。
1.2 阻尼涂料分类
阻尼涂料是⼀种已经被⼴泛应⽤于减振降噪⼯程的⾼分⼦阻尼材料,⼀般来说阻尼涂料按分散介质来分可分为溶剂性阻尼涂料和⽔性阻尼涂料。早期的溶剂性阻尼涂料主要为沥青类阻尼材料,这种材料的阻尼性能低且含有⼤量有机溶剂,有机物挥发较多,容易污染环境,已经基本淘汰[5]。⽔性阻尼涂料所⽤的基料是⽔性乳液、分散介质是⽔,与溶剂性阻尼涂料相⽐,具有绿⾊、环保、施⼯安全等优点;与阻尼胶板相⽐可在设备或设施的表⾯直接进⾏喷涂,具有施⼯⽅便、黏结强度⾼等优点;是未来阻尼涂料发展的主流[6]。
⽬前市场上应⽤的阻尼涂料多为环保型的⽔性阻尼涂料和⽆溶剂阻尼涂料,本⽂主要以青岛爱尔家佳新材料股份有限公司⽣产的⽤于汽车领域的新型⽔性阻尼涂料(Air++3201⽔性底盘防腐阻尼涂料、Air++3202车内⽤⽔性阻尼涂料、Air++3103⾼温域⽔性阻尼涂料)为例,对⽔性阻尼涂料的性能特点进⾏阐述。
2 新型汽车⽤⽔性阻尼涂料介绍
2.1 Air++3201⽔性底盘防腐阻尼涂料
该产品是以⽔性⾼分⼦弹性树脂为主,配合多种核壳结构的阻尼树脂、补强材料、防腐材料制成的⼀种新型环保防护涂料。该产品具有优异的阻尼性能、防腐性能、附着⼒强、抗⽯击、安全环保等优点,具有⼴阔的应⽤前景。主要⽤于汽车底盘、客车⾏李箱、发动机舱、轿车后备箱、特种车辆、集装箱的外部结构减振降噪和表⾯防护。Air++3201⽔性底盘防腐阻尼涂料性能指标见表1.
⽬前该产品已成功应⽤于苏州吉姆西客车制造有限公司⽣产的纯电动汽车上。纯电动汽车在⽣产制造过程中⾸先要考虑的就是让整个车⾝轻量化,从⽽提⾼车辆⾏驶⾥程。我公司研发
的Air++3201⽔性底盘防腐阻尼涂料完全符合该车型的条件,在具有优异的抗⽯击、减振降噪性能的前提下,不会太多地增加车⾝质量。轻量化的车⾝、良好的驾乘环境成为该车的⼀⼤卖点。
2.2 Air++3202车内⽤⽔性阻尼涂料
Air++3202车内⽤⽔性阻尼涂料是以⽔性⾼分⼦核壳丙烯酸树脂为主,配合多种功能填料、补强材料制成的⼀种新型环保阻尼涂料。该涂料除具备优异的减振降噪性能外,更具安全环保性能,是传统阻尼材料的理想替代材料。主要⽤于汽车车⾝、客车⾏李箱、轿车后备箱等内部结构的减振降噪。Air++3202车内⽤⽔性阻尼涂料性能指标见表2。
2.3 Air++3103⾼温域⽔性阻尼涂料
针对某些特殊设备,如⼤型⾼温铸造设备、汽车发动机,正常⼯作时外壳温度为70~110 ℃,需要⽔性阻尼涂料在如此⾼的温域范围内既能够起到阻尼减振效果,⼜必须具有良好的散热性能,否则将加重冷却系统的⼯作负担,导致严重的不良后果。⽬前,国内外的⽔性阻尼涂料主要应⽤于常温域,也没有散热⽅⾯的严格要求。为解决该问题我公司开发了⾼温域⽔性阻尼涂料。Air++3103⾼温域⽔性阻尼涂料性能见表3。
由表3可以看出:Air++3103⾼温域⽔性阻尼涂料在-10~80 ℃范围内具有⾮常好的阻尼性能,复合损耗因数η在0.037~0.173之间,最⼤值出现在40 ℃时,可以达到0.173,在80 ℃的⾼温环境下依然可以达到0.047,因此可在⾼温环境下使⽤,并对低频振动及噪声具有⾮常好的治理效果。汽车隔音材料
3 结语
随着汽车⼯业的快速发展,必然对汽车的减振降噪提出更⾼的要求,从⽽对阻尼涂料的阻尼性能及其它性能提出更⾼的要求,这需要⼴⼤阻尼涂料科研⼯作者不断开拓创新,不断研制出在宽频带范围内具有良好的阻尼隔声性能,物理机械性能长时期稳定可靠,贮存性能稳定,施⼯⽅便且安全环保的新型⽔性阻尼材料。
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