硅酸鋁—丙綸纖維雙層壁結構汽車內飾隔音材料開發

尉琪浩　張才前　汪秀芬　吳宏波

【摘 要】針對汽車隔音棉阻燃性差、隔音效果不佳的問題，本項目自主設計新型汽車隔音材料，主要包括：丙綸纖維進一步細化，利用丙綸熔噴布自身密布的細微、均勻的孔隙達到高聲音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸鋁纖維，提高產品阻燃效果；硅酸鋁和丙綸熔噴無紡布組合上，采用雙層壁結構（壁層為硅酸鋁纖維，芯層為丙綸熔噴無紡布），該結構可將聲源與周圍環境隔離，使輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區域，達到進一步降噪目的。

【關鍵詞】隔音；阻燃；硅酸鋁

0 前言

據中汽協發布，2015年我國汽車產銷分別完成2450.33萬輛和2459.76萬輛，創歷史新高，比上年分別增長3.3%和4.7%，同比增長7.3%，銷售汽車2349.19萬輛，同比增長6.9%，產銷量保持世界第一，這是中國汽車連續七年產銷量第一。但是汽車給人類的出行帶來極大的便利同時也帶來了噪聲污染、自燃等社會問題。如汽車噪聲過大會影響汽車的舒適性 語言清晰度，甚至影響駕駛員和乘客的心理 生理健康，如果駕駛員長期處于噪聲環境中容易引起疲勞造成交通事故和生命危險；同時，汽車噪聲過大也會影響路人的身心健康，人們長時間接觸噪音，會耳鳴 多夢 心慌及煩躁，或直接引起聽力下降甚至失聰，其中由車輛噪音間接引發的交通事故也為數不少。因此噪聲被稱為城市新公害，統計顯示，汽車所產生的噪音甚至已經占到了城市噪音的70%以上。

為了治理汽車噪聲污染，許多國家都規定汽車在規定的條件下的噪聲限度。中國國家質量監督總局和國家環?？偩钟?002年1月4日發布了 GB 1495-2002 《汽車加速行駛車外噪聲限值及測量方法》強制性標準，并于2002年10月1日實施，該標準與歐洲經濟共同體國家的規定接近，如大型客車為86～89分貝，中型的為86～90分貝，重型的為85～92分貝，轎車為82～84分貝，小型貨運汽車為84～89分貝。新標準，改變了以往標準不科學，測試項目不完整的局面，為治理汽車噪聲污染提供了有效的控制手段，對完善我國的汽車噪聲標準體系將起到積極的推動作用。

1 汽車內飾隔音材料研究現狀

汽車工業的快速發展，極大地提高了汽車內飾材料的生產規模和生產技術。在汽車內形成的小環境中，內飾材料與人們有著最直接的接觸，除部分高檔汽車使用皮革作為坐椅面料外，大部分汽車內飾材料均使用紡織品作為原料及面料。汽車內飾材料主要包括：襯墊材料、覆蓋材料、過濾材料。品種包括：座椅面料、頂棚、車門襯里、地毯、安全帶等。隨著近年對汽車安全、舒適問題的關注，人類越來越注意到汽車噪聲對環境的污染，對人體的損害，近年來人們已經投入了大量的人力、物力、財力從事汽車噪音控制方面的研究，并獲得了一定成果。主要表現在以下五個方面：

1.1 噪音來源及減振降噪系統的研究

主要從車內車外、汽車性能進行研究，分析了汽車行駛中各機械部分與外界環境的聲音來源以及人工處理方法。如地板貼上吸音墊進行吸音。引擎蓋內可以用波浪形吸音棉增強吸音隔熱效果（考慮到特殊位置，需要用阻燃材料）。車門內飾板則可以根據其內面結構剪裁貼上一層絨質吸音毯。車內頂棚可以使用纖維毯或工業毛氈作為吸音材料。車身后的行李廂也可以鋪設吸音毯進行吸音減噪。

1.2 新型材料的開發研究

美國通用公司，在0.44～0.666tex聚酯纖維網中加入低熔點聚酯纖維，經針刺加固而成的材料。日本尼桑公司采用內含異形截面纖維的混合原料經熱粘合法制成了纖維細度不超過0.555tex的材料，制成品平均密度為0.02～0.2Kg/m3。瑞士EMS-CHEMIE采用70%專用聚酯短纖維與低收縮再生纖維混合成網，經針刺形成高蓬松材料，再經復合、模壓成形的材料，具有合適的硬挺度，適合用于汽車底部。德國Wcrke采用亞麻纖維與聚丙烯纖維混合，經針刺固結后模壓成形的材料。

1.3 汽車內飾材料加工工藝研究

吉林防治技術開發中心研究的針刺起絨符合非織造材料，就是在傳統的針刺方法基礎上，采用一種彈性尼龍毛刷作為托網板的替代物。德國捷高機械工程（香港）有限公司研究的高端汽車用非織造布垂直成網技術，使用熱粘合方法將垂直排列的纖維粘合起來，形成高蓬松材料，廣泛運用于汽車填充材料和吸音隔熱材料。

1.4 對汽車內飾材料隔音的測試研究

江蘇大學能源與動力工程學院對隔音氈阻氣性能的研究，對不同規格的隔音氈進行阻氣測試，發現隔音氈的兩側壓差與流量間存在一定聯系，并可以用冪函數方程式表示出隔音氈阻氣率與兩側壓差（或流量）之間的關系，為新產品的開發提供了理論上的引導。

1.5 對汽車內部噪音的識別和聲場模擬分析的研究

華南理工大學和廣州本田汽車有限公司共同研究的選擇性聲強技術分析車內噪音。北京航空航天大學和清華大學共同研究的聲強模態分析。

2 汽車內飾材料吸音隔音存在問題

在汽車內飾加裝隔音材料上我國每年用量大約有2.4 萬噸，且預期每年以15%以上的速度發展，市場潛力極大。但是目前常規隔音材料多基于吸聲原理，以特種被動式材料來改變聲波的方向，常用吸聲材料有尼龍、人造絲、聚酯、丙綸等多孔性材料，其中丙綸熔噴無紡布材料應用最為廣泛，但這些材料存在吸音效果差（隔音系數≤20%），且存在阻燃性差、耐熱性不好等問題。

3 汽車內飾材料吸音隔音的發展趨勢

1）在吸音纖維的開發上，吸音纖維的開發主要是使用不同的天然纖維材料，或者在纖維形成前進行處理或者在纖維形成后的整理中增加吸音材料涂層加工成具有吸音功能的纖維，因此在汽車用內裝飾材料上根據汽車用紡織品的特點來開發具有吸音性能的纖維是未來發展一個趨勢。

2）在織物吸音隔音整理的方法和工藝方面，據已有的吸音隔音處理方法和工藝結合汽車內飾材料的特點來探索適合汽車內飾材料的吸音隔音方法和工藝。比如非織造材料與某些金屬材料或特殊材料進行復合，制造出外部非織造材料吸音、內部金屬材料隔音的復合材料，大大提高了材料的吸音隔音性能。

3）吸音隔音材料立法工作，制定出更多更有效的測試方法的標準和產品法規降低噪聲一直是汽車領域發展的重要研究課題，目前常規降低汽車噪聲的措施包括：在無回聲室中測定汽車和發動機的噪聲，改進排氣消聲器的設計；改進燃燒系統，降低燃油噴射和燃燒的粗暴性；提高氣缸體和其他結構件（尤其是車身鈑金件）的剛度；在噪聲源附近的大面積的平板上噴涂隔音材料；加裝發動機隔音罩和改進輪胎花紋的設計，車內飾加裝隔音材料等。

4 汽車內飾材料吸音隔音解決方法

4.1 主要設計內容

高性能丙綸熔噴無紡布加工工藝研究，包括丙綸原料及阻燃母粒選擇，螺桿注塑機型號選擇及加工工藝、熔噴工藝優化，制成高密度超細阻燃丙綸熔噴無紡布以提高無紡布孔隙率及隔音效果。丙綸熔噴無紡布熱軋工藝優化，在保證纖維完整性同時提高面料壓合力，以進一步提高消音材料強度。硅酸鋁纖維針刺布制備，通過氣流成網機，將硅酸鋁纖維以一定密度均勻地鋪成的纖維網，經過雙針板針刺機加工，對設備工作幅寬、植針密度、針刺頻率、針刺動程等工藝參數進行優化設計，制成一定定量的薄型高強硅酸鋁纖維針刺布。雙層壁加工工藝：雙層壁內側為多孔狀硅酸鋁纖維針刺布，孔隙由激光打孔技術制作，以減少聲音反射率；中間層填充）丙綸熔噴無紡布，外側為硅酸鋁纖維針刺布，三層材料復合方式采用超聲波熱復合。

4.2 技術關鍵

高聲音阻隔丙綸熔噴無紡布隔音材料加工核心部件螺桿注塑機的設計以及阻燃母粒添加量優化，其性能優劣直接影響消音材料的均勻度、耐熱性及力學性能。雙層壁加工工藝設計，優化雙層壁結構內側多孔狀硅酸鋁纖維針刺布孔隙尺寸及分布設計，達到最小聲音反射率效果；中間層填充丙綸熔噴無紡布空氣層尺寸設計也是本項目研究的關鍵技術。

4.3 主要創新點

設計加工微細丙綸纖維，利用丙綸熔噴布自身密布的細微、均勻的孔隙達到高聲音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸鋁纖維與阻燃處理后的微細丙綸纖維復合，提高產品阻燃效果；硅酸鋁和丙綸熔噴無紡布組合上，采用雙層壁結構（壁層為硅酸鋁纖維，芯層為丙綸熔噴無紡布），該結構可將聲源與周圍環境隔離，使輻射的噪聲不能直接傳播到周圍區域，達到進一步降噪目的。

[責任編輯：楊玉潔]