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汽车内饰及电器降噪选材:防异响材料的制造与应用必读!

返回列表 来源:汉克斯隔音 发布日期:2022-09-01 10:21:12 阅读量:0

烦死了!当你开车的时候听到“咔哒咔哒”的声音,是不是会寒毛直竖,变得焦躁起来?

汽车轻量化的潮流让塑料材料在OEM商的心中占有了一席之地,随着汽车保有量的增加,汽车舒适性成为各汽车竞争的主要领域,尤其是随着新能源车的增加,车内异响问题逐步凸显。塑料材料的应用不仅会带来更轻的质量,也让实现“更轻的噪声”有了新的可操作空间。

根据车质网投诉搜索结果显示,过去一年仅车内饰相关的异响问题,就高达15000+多次。同样异响投诉也频现于空调,游戏手柄等产品上。由此可见,市场对防异响降噪材料具有相当强烈的需求。今天小编整理了一些防异响材料的应用及制造要点,一起来学习吧!

  • ● 异响产生的原因

异响(BSR)是指受外部激励的情况下相邻零部件之间发生相对位移而产生的摩擦或敲击噪音。金属板、金属管、齿轮、轴承等,在设备运行时,受到撞击、摩擦及各种突变机械力的作用,会产生振动,再通过空气传播,形成噪声。

对汽车而言,悬架、轮毂、内饰件(包括电子设备、内饰板、空调、音响)等等,把这些拆开了看大都是用螺丝或者卡扣固定。伴随着车体的运动颠簸往往会互相碰撞,产生异响。

汽车防异响材料应用部分示意图

汽车防异响材料应用部分示意图

根据异响激励源不同,异响分为整车道路异响和静态异响。道路异响是由路面激励所引起的异响,静态异响是指整车未行驶状态操作功能件及按压内饰件产生的异响。

汽车异响产生原因

○—————— 现有的防异响手段 ——————○

贴绒布,润滑油:人工加贴绒布等办法,可以从物理上有效降低摩擦力,减弱异响。但这样会带来装配工序的增加,而且装配质量不能保证,最主要的是高里程后(尤其在长时间的高低温环境暴露下)毛毡粘贴位置出现脱落,导致异响衰减出现急剧增加。

减少热胀冷缩:热胀冷缩导致的材料变形会在一定程度上加剧异响的存在,但更普遍的、由位移产生的异响仍然无法避免。

降低不同材料间的摩擦:材料表面硬度降低可以减少摩擦,但根本要从材料内部入手,通过提高材料的阻尼性能,将更多的机械振动能量转化为内能,从而减小噪音。

内饰件典型材料异响兼容性
内饰件典型材料异响兼容性
  • ● 防异响材料的降噪原理

在上文中提到,提高材料的阻尼性能,将更多的机械振动能量转化为内能,能够减少异响。

什么是阻尼呢?

指任何振动系统在振动中,由于外界作用或系统本身固有的原因引起的振动幅度逐渐下降的特性。

从减振角度看,就是将机械振动的能量转变成热量和其他可消耗的能量,从而达到减振的目的。

什么是阻尼

而在振动物体产生高的共振振幅前,先将一部分振动能在自身中消耗,以达到减少振幅、降低振幅为目的的材料,我们统称为阻尼材料。

这种阻尼材料是具有减振降噪和一定密封性的特种材料,而高分子阻尼材料是阻尼材料中最有效的一类,由于结构的特殊性而广泛地应用。阻尼材料已广泛应用于飞机、火箭、各种飞行器和装甲车、坦克、汽车等各种交通工具的减震降噪,潜水艇的吸波隐身、环境保护等。

高分子材料一般在玻璃化转变温度(Tg)附近具有较大的阻尼。

部分材料的玻璃化转变温度
部分材料的玻璃化转变温度

聚合物在玻璃态时模量很高,分子几乎不能运动,因此不能吸收机械能;在高弹态时分子运动很容易,不能吸收足够的机械能;但是在Tg附近,聚合物的模量大幅度下降,并伴随着明显的力学阻尼特性,机械振动被转化为大分子链或链段的运动,通过分子间的内摩擦把机械能转化为热能,起到阻尼效果。

应变落后于应力的相角差δ称为力学损耗角, 常用力学损耗角正切tanδ(也称阻尼因子)来表示内耗的大小。力学损耗与阻尼性能关系非常密切, 聚合物的内耗愈大则阻尼效果愈好,tanδ和储能模量E′和损耗模量E"的关系如下:

tanδ=E"/E'

阻尼因子tanδ越大,阻尼温域越宽,则材料的阻尼性能越好。

声波

  • ● 影响材料阻尼性能的因素

阻尼材料的形态结构 (相容性) 、各组分聚合物的Tg 、各组分聚合物阻尼能力的大小、交联度、填料、环境温度都对材料的阻尼性能有影响。

(1)相容性

完全相容的聚合物网络(IPN)类似于单组分高聚物,玻璃化温度区域有所加宽,但E″、tanδ值变化呈现单一尖峰;完全不相容的IPN类似于共混,网络的互穿相容程度差,呈现两个孤立尖峰,中间区域出现较低的tanδ;半相容的IPN的Tg向内迁移互相靠近,同时,由于互穿协同效应显著而使中间过渡区域的阻尼值E″、tanδ有明显上升。说明恰当的相容可使阻尼性能得以提高。

(2)温度

根据阻尼材料使用时的环境温度来选择合适的聚合物或共混物,使其Tg与环境温度一致,这样的阻尼材料才能在指定的环境下具有最大的阻尼效果。

(3)共聚

通过接枝和嵌段共聚制备的共聚物可以在宽广的范围内呈现良好的阻尼性能。增加侧链的数目和增大侧链的极性,均可提高接枝共聚物的阻尼性能。

(4)各组分聚合物的Tg

对宽温域阻尼材料设计, 要求阻尼材料组分的Tg相隔要远。从理论上讲,阻尼复合材料的阻尼温域不可能超过两组分Tg上、下限的温度区域。再考虑到形成复合体系后,Tg的内移效应,因此两组分的Tg相隔要足够远。若每个组分都有较高的阻尼性能,毫无疑问,阻尼复合材料将具有优异的阻尼性能。

(5)交联度

随着交联度的提高,增加了两组分的相容性。因此通过选择合适的交联度,可以在较宽的温域内获得较高的阻尼性能。

(6)填料

填料可使聚合物阻尼性能增加,因为填料粒子相互接触时产生粒子间摩擦,界面处发生粒子与高分子间的摩擦,使界面附近高分子的内耗增加,进而使阻尼性能提高。

例如某降噪 PC/ABS

是将PC,ABS,TPEE 及抗氧剂和润滑剂PETS按照质量比65/27/8/0.5/0.5进行混合 (抗氧剂1010与168质量比为1/1,下同;小试实验中,当TPEE用量低于8份时其对材料的降噪效果不大,而当TPEE用量高于8份时会影响相容性从而影响材料冲击性能)。然后在双螺杆挤出机上进行熔融挤出造粒。挤出机的温度为200~250℃,螺杆转速为350r/min,相对真空度为–0.09 MPa。

降噪改性后的PC、ABS在刚性方面 (拉伸强度、弯曲强度和弯曲弹性模量) 略有下降,这是因为TPEE弹性体分子链的柔性链段可以有效增大分子内摩擦,从而降低材料刚性、增强材料的阻尼性能。缺口冲击强度的小幅减小可能归因于TPEE的加入一定程度降低了PC与ABS之间的相容性

○—————— 除降噪外须达到的标准 ——————○

1. 要阻燃。这是涉及到安全的性能,是国家强制性要求,也是目前降噪材料的唯一一个国家强制标准。

2. 要环保。既要气味小,雾化小,又要VOC的排放小,更不能使用石棉、玻璃棉或者重金属等对人体危害大的材料。VOC性能要求有可能近期会成为第二个国家强制标准。

3. 声学效果要好。既然是降噪材料,就需要对噪音有很好的抑制效果。

4. 可靠性好。在经过高低温等恶劣环境因素影响后,仍然能保持性能稳定。有的外部降噪材料还要防水防潮。

5. 要耐磨、耐光、有一定的抗弯、抗压强度。有的降噪材料是外观材料的,会有这些要求。

6. 尽量轻量化。轻量化是整个汽车制造领域发展的大趋势,可以节油、减排、增加驾驶乐趣;

7. 要低成本。汽车行业竞争激烈,如果材料成本过高,就算性能再好,也较难得到应用。

  • ● 防异响材料的应用

目前高分子减振降噪材料在汽车上的应用非常普通,从发动机舱到车身内表面、车门内表面、车身内部到顶棚、地毯、行李箱零件再到车外轮罩等都得到了应用。

防异响材料的应用实例

除了汽车行业的应用,从发展的需求来看,阻尼材料对不断开发宽温域高阻尼性能的环境,具有越来越重要的意义。

室内建筑空间

近年来因撞击声(见空气声和撞击声)所形成的噪声干扰居民事件日益增多,原因是:

①城市人口的集中,建筑密度的增加,使一个振源所影响的家庭和人数随之增加;

②为了节约城市用地,建筑向高层发展,由于设备的增多及楼板密度不够,生活产生的撞击声的振源和危及面都在不断的扩大;

③人们生活水平的提高,家用电气设备增加,也带来了新的振源。

室内电气设备可以在内部结构中使用阻尼材料进行制造,也可在楼板、墙面表面铺设阻尼面板来改善,如黏弹性阻尼材料。

工业设备及设施

工业噪音是机械设备运转时产生的噪声,主要以气流噪声、机械噪声和电磁噪声为主,这些噪声往往对人体具有一定的危害性。

通常采用的办法是防止机器与基础及其他结构件的刚性连接,如使用阻尼材料作为结构件分隔,或在机器和其他结构之间铺设具有阻尼特性的材料,如减振垫等。

军事装备

材料技术作为国家国防力量最重要的物质基础,其研究和开发对国防工业和武器装备的发展起着决定性的作用。

阻尼材料在航空航天领域的应用

军用新材料按其用途可分为结构材料和功能材料两大类,主要应用于航空航天工业和船舰工业中。

①阻尼材料在航空航天领域主要用于制造火箭、导弹、喷气机等控制盘或陀螺仪的外壳;

②在船舶工业中,阻尼材料用于制造推进器、传动部件和舱室隔板,有效地降低了来自于机械零件啮合过程中表面碰撞产生的振动和噪声。

内容来源:AUTO内饰行家,声博士,汽车异响BSR,高分子物理学等,链塑网整理

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本文关键词: 汽车内饰降噪,电器降噪,汽车防异响材料

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