行業(yè)新聞
淺析汽車車身用NVH聲學(xué)包裝材料
2017年07月24日
目前,世界各大跨國(guó)汽車公司均在汽車研發(fā)流程的各個(gè)階段,將汽車的NVH性能等同于安全性、燃油經(jīng)濟(jì)性和排放等性能,進(jìn)行設(shè)計(jì)和控制。在世界著名的汽車質(zhì)量評(píng)估機(jī)構(gòu)J. D. Power 評(píng)估汽車質(zhì)量性能指標(biāo)中有近1/3的質(zhì)量指標(biāo)與汽車的NVH直接相關(guān)。隨著我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展,汽車的大眾化和普及以及中國(guó)汽車顧客群的成熟,人們對(duì)作為顧客可直接感受的汽車的NVH性能的要求將越來(lái)越高。
汽車車身用NVH聲學(xué)包裝材料按作用分為三大類:阻尼減振材料、吸音隔音材料和阻隔密封材料。本文分別闡述其性能及應(yīng)用。
阻尼減振材料
車身板結(jié)構(gòu)很容易被外界激勵(lì)起來(lái),然后板對(duì)車內(nèi)輻射噪聲。阻尼消耗了激勵(lì)力所做的一部分功而使得振動(dòng)幅值降低,阻尼另一個(gè)關(guān)鍵作用是抑制共振。
阻尼材料的最佳使用頻率范圍是200~500 Hz。在寬溫度范圍和寬頻率范圍內(nèi),都具備高損耗因子,是最理想的選擇。
1.補(bǔ)強(qiáng)膠片
補(bǔ)強(qiáng)膠片是一種以環(huán)氧樹(shù)脂為主的合成材料,具有3層復(fù)合材料,最上層為玻璃纖維骨架材料,中間是以環(huán)氧樹(shù)脂/橡膠為基材的粘接層,底層為防粘紙。補(bǔ)強(qiáng)膠片很容易地粘貼在鋼板表面,經(jīng)過(guò)高溫烘烤后,硬化發(fā)泡,就像一塊鋼板貼在板件上,可以有效的提高板件局部的剛度。加強(qiáng)減振材料的作用原理,就是通過(guò)材料的使用來(lái)提高車身鋼板的剛度,從而提高其固有頻率,達(dá)到避免共振,降低噪聲的作用。
2.瀝青類阻尼膠片
瀝青類阻尼膠片是在以瀝青為基材的材料中加入石墨、鋸末、石蠟及甲苯等有機(jī)和無(wú)機(jī)填料混合而成的膠片。按照安裝方式主要分為熱熔型阻尼膠片、磁吸型阻尼膠片和自粘型阻尼膠片。熱熔型阻尼膠片主要應(yīng)用在車身地板上,其特點(diǎn)是熔點(diǎn)低,加熱后會(huì)有一定流動(dòng)性,當(dāng)通過(guò)涂裝線烘烤時(shí)材料熔化,冷卻后便會(huì)牢固地粘貼在地板上。磁吸型阻尼膠片是在瀝青主體材料中添加一些磁粉,使其具備一定的磁性,通常用在門板、側(cè)圍、頂棚以及輪轂包上,由于這些部位是垂直的、有斜度的、有弧面的,所以使用磁性材料使其附著在鋼板上。與熱熔型阻尼膠片合成類似,磁吸型阻尼膠片通過(guò)涂裝線烘烤后熔化,冷卻后牢固地與鋼板貼合在一起。自粘型阻尼膠片表面有一層壓敏膠(熱熔膠),并覆蓋一張保護(hù)紙,使用的時(shí)候,將保護(hù)紙去掉,把阻尼材料直接貼在車身上,這種材料用在車身板、前圍板以及輪轂包等地方。
3.橡膠類阻尼膠片
由于瀝青類阻尼膠片不環(huán)保、重量重且還需要烘烤等缺點(diǎn),目前正逐步被其他阻尼材料所替代,橡膠類阻尼膠片以丁基橡膠+鋁箔為主體材料,表面覆有一層壓敏膠,直接粘貼在車身上,無(wú)需烘烤,由于使用的方便性,在汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中,橡膠類阻尼膠片得到了廣泛應(yīng)用。
橡膠類阻尼膠片的性能好,在達(dá)到同等效果的前提下,使用丁基阻尼的重量為瀝青的40%~70%,丁基阻尼的無(wú)味性及低VOC性也與傳統(tǒng)瀝青的致癌性形成了鮮明對(duì)比。
4.噴涂類阻尼材料
噴涂類阻尼材料分為兩種:一種是目前廣泛應(yīng)用的PVC防石擊涂料,這種材料應(yīng)用在輪轂包、地板底側(cè)等地方,來(lái)降低石頭打擊和濺水聲;另一種是可噴涂的液態(tài)阻尼材料LASD(Liquid Applied Sound Damping),這是一種新型的阻尼材料,普遍采用機(jī)器人自動(dòng)噴涂,具有清潔環(huán)保、設(shè)計(jì)柔性好且施工便利等特點(diǎn),目前已在部分乘用車車型上應(yīng)用。
吸音隔音材料
吸音隔音材料在總裝工序中應(yīng)用,通過(guò)卡扣或膠粘劑與相關(guān)部件貼合,車身上極少單獨(dú)使用隔音材料,它通常與吸音材料組合一起使用, 絕大多數(shù)聲學(xué)包裝材料都是吸音和隔音材料的組合應(yīng)用處理。車身用吸音隔音材料主要種類如表1。
表1 車身用吸音隔音材料種類

車身與發(fā)動(dòng)機(jī)艙連接的部位需重點(diǎn)考慮吸音隔音材料的應(yīng)用,以隔絕吸收發(fā)動(dòng)機(jī)傳入車內(nèi)的噪聲,如乘用車前圍、貨車地板和客車后五人座,使用的吸音隔音材料種類為:主體材料(玻璃纖維、毛氈、PE和PU等)+ 表面材料(無(wú)紡布、鋁箔和EVA等)。此外,車身內(nèi)飾如座椅、地毯及內(nèi)襯等設(shè)計(jì)時(shí)均要考慮其吸隔音性能,以減少外界傳入車內(nèi)的噪聲。
評(píng)價(jià)吸隔音材料性能的參數(shù)為吸聲系數(shù)或隔聲量時(shí),材料的吸音性能越好,隔聲量數(shù)值越大,說(shuō)明材料隔絕聲音的能力越強(qiáng),材料的隔聲性能越好。材料的吸聲系數(shù)或隔聲量是隨聲音頻率而變化的,當(dāng)頻率大于250 Hz,吸隔音材料才有實(shí)質(zhì)性的作用,因此吸隔音材料不能解決低頻噪聲問(wèn)題,只能解決中高頻的車內(nèi)噪聲問(wèn)題。
吸聲系數(shù)或隔聲量除了與材料本身性能(如流阻、孔隙率及結(jié)構(gòu)因子)有關(guān)外,與厚度和密度也有關(guān)系。厚度增加,吸聲系數(shù)增加,特別是在中低頻段。但是厚度增加到一定的值之后,吸聲系數(shù)增加量就開(kāi)始減少。在車身上,聲學(xué)包裝材料的厚度一般不超過(guò)30 mm。在這個(gè)厚度范圍內(nèi),增加厚度對(duì)提高吸聲系數(shù)是有益的。在設(shè)計(jì)內(nèi)飾結(jié)構(gòu)時(shí),要盡可能地給聲學(xué)材料留下足夠大的空間。體積密度一樣的不同材料,其吸聲系數(shù)可能不同。一定的體積密度對(duì)某種吸聲材料能達(dá)到最佳的吸聲效果,但是對(duì)另一種吸聲材料的效果不一定合適,因此對(duì)不同的材料有不同的最佳體積密度。
阻隔密封材料
焊接完成后的白車身側(cè)圍上存在一些封閉的箱體加強(qiáng)梁結(jié)構(gòu),即所謂的“旁路空腔結(jié)構(gòu)”,如A/B/C柱、門檻、前圍和側(cè)圍等。旁路空腔結(jié)構(gòu)會(huì)傳遞車外噪聲,當(dāng)汽車高速行駛時(shí),這些空腔中還會(huì)產(chǎn)生高速氣流,氣流與空腔障礙物發(fā)生摩擦,從而在空腔壁處形成渦流,產(chǎn)生湍動(dòng)氣流噪聲;湍動(dòng)氣流會(huì)引起空腔板金件共振,從而產(chǎn)生共振噪聲。值得注意的是,這時(shí)的旁路空腔就象樂(lè)器的共鳴箱,會(huì)引起空腔噪聲的共鳴,有放大噪聲的作用。因此在旁路空腔結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)用阻隔發(fā)泡材料,以阻隔噪聲在梁空腔內(nèi)的串通,從而阻止其對(duì)車內(nèi)的傳遞。
阻隔材料使用膨脹材料,主要有四類,具體見(jiàn)表2。
表2 車身用阻隔材料種類

表3 車身用堵塞種類

影響阻隔材料NVH性能的因素有發(fā)泡倍率、吸聲系數(shù)和隔聲量,其填充越好,吸聲系數(shù)或隔聲量越大,阻隔性能就越好。
由于車身有系列的工藝孔、裝配過(guò)孔,需要使用堵塞進(jìn)行密封,堵塞要求具有良好的防水、防塵、吸音以及隔音性能,堵塞的形式和材料需要根據(jù)耐高溫、耐老化、耐油、耐溶劑等使用環(huán)境以及裝飾要求來(lái)確定,詳見(jiàn)表3。
總結(jié)
整車NVH控制需要多學(xué)科的專業(yè)知識(shí),主動(dòng)控制主要是降低發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等零部件的噪聲水平,從而優(yōu)化外流場(chǎng),降低風(fēng)噪等,而在車身上應(yīng)用NVH聲學(xué)包裝材料則是被動(dòng)降噪的一種方法。通過(guò)分析車內(nèi)噪聲的特征,在不同部位應(yīng)用不同的NVH材料,對(duì)于低頻噪聲的控制,采用增強(qiáng)材料或者阻尼材料來(lái)降低板結(jié)構(gòu)的振動(dòng);對(duì)于中高頻噪聲,采用吸隔音材料進(jìn)行控制。利用各種NVH聲學(xué)包裝材料來(lái)阻隔噪聲的傳遞,降低駕駛室內(nèi)的噪聲,提高舒適性。
部分內(nèi)容來(lái)源:中國(guó)汽車材料網(wǎng)
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