目前,世界各大跨國汽車公司均在汽車研發流程的各個階段,將汽車的NVH性能等同于安全性、燃油經濟性和排放等性能,進行設計和控制。在世界著名的汽車質量評估機構J. D. Power 評估汽車質量性能指標中有近1/3的質量指標與汽車的NVH直接相關。隨著我國汽車產業的跨越式發展,汽車的大眾化和普及以及中國汽車顧客群的成熟,人們對作為顧客可直接感受的汽車的NVH性能的要求將越來越高。
汽車車身用NVH聲學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用。
阻尼減振材料
車身板結構很容易被外界激勵起來,然后板對車內輻射噪聲。阻尼消耗了激勵力所做的一部分功而使得振動幅值降低,阻尼另一個關鍵作用是抑制共振。
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,都具備高損耗因子,是最理想的選擇。
1.補強膠片
補強膠片是一種以環氧樹脂為主的合成材料,具有3層復合材料,最上層為玻璃纖維骨架材料,中間是以環氧樹脂/橡膠為基材的粘接層,底層為防粘紙。補強膠片很容易地粘貼在鋼板表面,經過高溫烘烤后,硬化發泡,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。加強減振材料的作用原理,就是通過材料的使用來提高車身鋼板的剛度,從而提高其固有頻率,達到避免共振,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、石蠟及甲苯等有機和無機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用在車身地板上,其特點是熔點低,加熱后會有一定流動性,當通過涂裝線烘烤時材料熔化,冷卻后便會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),并覆蓋一張保護紙,使用的時候,將保護紙去掉,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保、重量重且還需要烘烤等缺點,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,無需烘烤,由于使用的方便性,在汽車開發過程中,橡膠類阻尼膠片得到了廣泛應用。
橡膠類阻尼膠片的性能好,在達到同等效果的前提下,使用丁基阻尼的重量為瀝青的40%~70%,丁基阻尼的無味性及低VOC性也與傳統瀝青的致癌性形成了鮮明對比。
4.噴涂類阻尼材料
噴涂類阻尼材料分為兩種:一種是目前廣泛應用的PVC防石擊涂料,這種材料應用在輪轂包、地板底側等地方,來降低石頭打擊和濺水聲;另一種是可噴涂的液態阻尼材料LASD(Liquid Applied Sound Damping),這是一種新型的阻尼材料,普遍采用機器人自動噴涂,具有清潔環保、設計柔性好且施工便利等特點,目前已在部分乘用車車型上應用。
吸音隔音材料
吸音隔音材料在總裝工序中應用,通過卡扣或膠粘劑與相關部件貼合,車身上極少單獨使用隔音材料,它通常與吸音材料組合一起使用, 絕大多數聲學包裝材料都是吸音和隔音材料的組合應用處理。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
車身與發動機艙連接的部位需重點考慮吸音隔音材料的應用,以隔絕吸收發動機傳入車內的噪聲,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(無紡布、鋁箔和EVA等)。此外,車身內飾如座椅、地毯及內襯等設計時均要考慮其吸隔音性能,以減少外界傳入車內的噪聲。
評價吸隔音材料性能的參數為吸聲系數或隔聲量時,材料的吸音性能越好,隔聲量數值越大,說明材料隔絕聲音的能力越強,材料的隔聲性能越好。材料的吸聲系數或隔聲量是隨聲音頻率而變化的,當頻率大于250 Hz,吸隔音材料才有實質性的作用,因此吸隔音材料不能解決低頻噪聲問題,只能解決中高頻的車內噪聲問題。
吸聲系數或隔聲量除了與材料本身性能(如流阻、孔隙率及結構因子)有關外,與厚度和密度也有關系。厚度增加,吸聲系數增加,特別是在中低頻段。但是厚度增加到一定的值之后,吸聲系數增加量就開始減少。在車身上,聲學包裝材料的厚度一般不超過30 mm。在這個厚度范圍內,增加厚度對提高吸聲系數是有益的。在設計內飾結構時,要盡可能地給聲學材料留下足夠大的空間。體積密度一樣的不同材料,其吸聲系數可能不同。一定的體積密度對某種吸聲材料能達到最佳的吸聲效果,但是對另一種吸聲材料的效果不一定合適,因此對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圍上存在一些封閉的箱體加強梁結構,即所謂的“旁路空腔結構”,如A/B/C柱、門檻、前圍和側圍等。旁路空腔結構會傳遞車外噪聲,當汽車高速行駛時,這些空腔中還會產生高速氣流,氣流與空腔障礙物發生摩擦,從而在空腔壁處形成渦流,產生湍動氣流噪聲;湍動氣流會引起空腔板金件共振,從而產生共振噪聲。值得注意的是,這時的旁路空腔就象樂器的共鳴箱,會引起空腔噪聲的共鳴,有放大噪聲的作用。因此在旁路空腔結構內應用阻隔發泡材料,以阻隔噪聲在梁空腔內的串通,從而阻止其對車內的傳遞。
阻隔材料使用膨脹材料,主要有四類,具體見表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性能的因素有發泡倍率、吸聲系數和隔聲量,其填充越好,吸聲系數或隔聲量越大,阻隔性能就越好。
由于車身有系列的工藝孔、裝配過孔,需要使用堵塞進行密封,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耐高溫、耐老化、耐油、耐溶劑等使用環境以及裝飾要求來確定,詳見表3。
總結
整車NVH控制需要多學科的專業知識,主動控制主要是降低發動機、變速器等零部件的噪聲水平,從而優化外流場,降低風噪等,而在車身上應用NVH聲學包裝材料則是被動降噪的一種方法。通過分析車內噪聲的特征,在不同部位應用不同的NVH材料,對于低頻噪聲的控制,采用增強材料或者阻尼材料來降低板結構的振動;對于中高頻噪聲,采用吸隔音材料進行控制。利用各種NVH聲學包裝材料來阻隔噪聲的傳遞,降低駕駛室內的噪聲,提高舒適性。
來源:汽車材料網
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