汽车降噪用非织造材料的应用及展望

白 媛 钱晓明

(天津工业大学纺织学院，天津，300160)

汽车降噪用非织造材料的应用及展望

白 媛 钱晓明

(天津工业大学纺织学院，天津，300160)

介绍汽车噪声的产生机理、传播途径及控制方法，概述降噪用非织造材料在汽车上的应用情况和国内外研究现状，指出汽车用非织造降噪材料的发展方向，为汽车用非织造降噪材料的发展提供参考建议。

汽车降噪材料，应用现状，展望

交通噪声是城市噪声的主要组成部分，占城市噪声的75%左右。由于交通噪声具有游走性，影响范围大，干扰时间长，因而危害较大。这与强调人性化、环保和舒适性的现代社会理念相左。因此，噪声污染已成为当今世界关注的问题，引起了各国的广泛重视。在噪声污染防治中，吸声和隔声材料的应用是不可缺少的技术环节。非织造材料在具有吸声、隔声性能的同时，还具有生产工艺简单、成本低、质量轻、可回收等众多特点以及较好的可塑性、稳定性、减振性、多功能性等优良特性，成为汽车降噪领域的首选材料。

1 汽车噪声的产生、传播与控制

汽车具有多种声源，因此在运行中会产生多种噪声，可分为车外噪声和车内噪声。车外噪声是交通噪声的重要公害源，车内噪声则关系到乘坐舒适性。车内噪声的成因比较复杂，主要来源于两个方面:一是由固体声传播形成的，即车身壁板振动向车内辐射的噪声在车内经反射、叠加形成声场;二是空气声传播形成的，即车外噪声由车身的缝隙或壁板孔隙传至车内，再经反射、叠加形成声场［1-4］。一般来说，从噪声的形成到接受共经历三个过程:噪声源—噪声的传播—接受者。由此可以看出，控制噪声的基本途径也主要围绕这三个方面:一是控制噪声源，二是控制噪声的传播途径，三是保护接受者［5］。其中，对噪声源的控制属于主动降噪范畴，也是降低噪声最根本、最有效的途径，它主要应用于车内低频噪声的控制。但是，目前我国尚没有成熟的车内主动噪声控制系统，故直接从声源上治理噪声往往受到限制。因此，综合应用降噪非织造材料的隔声、吸声与减振性能，从噪声的传播途径上实现降噪就显得尤为必要。

2 降噪非织造材料在汽车上的应用

随着世界工业经济的快速发展，汽车工业已成为我国国民经济的支柱产业。据统计，2008年我国生产汽车934.5万辆 ，超过美国，居世界第二;截至2009年4月，我国社会上的汽车保有量超过1.73亿辆，随着经济的发展，这一数字还会继续增加［6］。因此，中国将成为世界上最具潜力的汽车消费市场。中国汽车工业的高速发展带动了一系列相关行业的发展，同时也给降噪用非织造材料的发展带来了巨大的商机。

2.1 汽车降噪非织造材料所用纤维

综合国内外非织造材料的发展，目前汽车降噪非织造材料所用纤维包括:合成纤维，天然纤维(主要是各类麻纤维，如亚麻、大麻、黄麻和剑麻等)，无机纤维和金属纤维等。

随着人们对产品环保性、经济型、轻量化、回收性、便于施工等性能的重视，无机纤维和金属纤维的使用较少，大多被用在材料的增强复合上。如美国开发的一种POLPRENT产品，其主要成分是聚酯纤维，加少量的聚丙烯纤维，通过热黏合方法加工成非织造材料。其本身与其他非织造材料没有任何区别，但如果在其夹层中加入金属层或金属网，就会显著增加其隔声性能。合成纤维如聚丙烯纤维、聚酯纤维和聚酰胺纤维，由于其具有密度小、成本低、产量大、性价比高、化学稳定性好、易加工成型和回收等特点，备受广大汽车制造商的关注，这些材料在降噪用非织造材料中占很大比例，在亚洲市场较为畅销。天然纤维由于具有比强度高、比模量高、价格低廉、可回收、可降解、可再生、绿色环保等特性而作为增强体在复合材料中得到广泛应用，其织物、非织造材料作为吸声材料也备受研究者的青睐［7-8］。

2.2 汽车降噪用非织造材料

非织造降噪材料在汽车上的应用可分成减振、吸声、隔声和密封四大类。其中吸声和隔声工程用得最多。吸声材料着眼于声源一侧反射声能的大小，其目标是反射声能要小，这就意味着声能要很容易进入和透过这种材料。所以，吸声材料大都是多孔、疏松和透气的，工艺上通常使用纤维状、颗粒状或发泡材料以形成多孔结构。隔声材料着眼于入射声源另一侧的透射声能的大小，其目标是透射声能要小，所以要减弱透射声能，阻挡声音的传播。隔声材料就不能如同吸声材料那样多孔、透气，相反材质应该是重而密实的，如铅板、钢板等一类材料。由于这类材料密实，难于吸收和透过声能，从而反射声能强，吸声性能差。在汽车噪声问题的处理上，综合应用隔声和吸声材料能达到事半功倍的效果。即经过隔声之后，对于传入车内的噪声，可以采用在声空间的界面上贴附吸声材料的方法处理，空气波入射到这些界面时，利用吸声材料吸收辐射到达其上的声能，减弱反射声能，从而降低车内的噪声。

系统的降振隔噪工程可通过减振、降噪、密封三个步骤来完成。汽车上需要做隔声处理的位置依次是:车门、行李厢 、底盘 、发动机罩和车顶。绝大部分的噪声通过车的悬架系统、底盘、行李厢、车门而传入车内，所以降噪一般要对车门和行李厢做隔声处理。行李厢是个很大的噪声源，因其内部是个大空腔，会产生很大的共鸣，采用降噪材料可以减小对驾乘人员的影响［9］。此外，车主也可以根据自己的需求对汽车进行进一步的完善，以达到更好的降噪目的［10］。降噪措施有:①加装引擎盖防火隔声毡，它主要是吸收引擎运转时的噪声;②车厢内中央底盘、后车厢底盘的消声垫及防潮吸声毡，其主要作用是处理中央底盘、行李厢下的底盘，在高速行驶时钣件振动引起的共鸣，以及由轮胎传入底盘的路面噪声和排气声导入后厢的共鸣声压;③车门饰板专用止振垫与吸声棉相结合的方式进行处理，要尽可能贴满车门内壁，使其达到更好的吸声效果，车门板背面用5 mm标准吸声棉进行整体粘贴，即完成车门隔声。这样可有效制止车门因喇叭或车外噪声所引起的振动或噪声，更可加强音响效果，大大提升倾听环境。

3 汽车降噪用非织造材料的研究现状

3.1 国内汽车降噪用非织造材料的研究现状

20世纪80年代中期，上海市纺织科学研究院在“七五”和“八五”国家重点科技攻关项目中，先后研发了汽车内饰非织造材料，如低密度吸声、隔声、隔热、隔振衬垫材料;中高密度内饰件，如车顶内饰、门内饰、后行李厢盖板等。从此，掀起了国内降噪材料研制的高潮，降噪非织造材料也迎来了井喷式发展。如:南通工学院对新型聚丙烯纤维/麻复合材料进行了研究，利用低熔点聚丙烯纤维和麻纤维进行复合形成典型的“三明治”结构，中间是麻纤维层，上、下表面是聚丙烯纤维薄层，这种热塑非织造复合材料具有强度高、隔声、吸声、防腐、绝缘等优良性能，且无污染、成本低，应用十分广泛［11］。罗以喜等选取聚丙烯纤维为原料，采取非织造成网，以铜、铁为隔声材料，采用化学黏合工艺对吸声非织造材料与隔声片材进行复合制得了新型复合材料。其复合材料限氧指数达到了27%，有较好的阻燃性，隔声量达到19 dB，具有良好的隔声性能。此外，他还在纤维材料中加入惯性负载，如金属粒子铅、铁等，在入射声压一定的条件下，由于金属粒子受声波作用的振动幅度因惯性而减小，最终导致振幅减小，所以声波通过这种纤维材料后声能有很大的降低。中国台湾一厂家加工普通的非织造材料时，在其中间层加入锡箔纸，显著提高了其隔声性能［12］。

3.2 国外降噪用非织造材料的研究现状

英国科学家经研究后发现，不规则截面的纤维可制成高效吸声材料。他们用80%长50 mm、线密度约2.2 dtex的矩形聚酯纤维和20%异形截面低熔点聚酯皮芯纤维制成了高效吸声材料［13］。此外，国外在汽车内部已经开始使用一种异形截面金属纤维吸声材料。国内“奥迪”、“桑塔纳”汽车生产厂家也开始采用该种材料做汽车消声器的消声芯。日本丰田汽车公司联合一家化纤公司研制成功一种声学材料，它通过引进改性的异形纤维提高传统汽车装饰布的声学性能［14］。又如，杰作声学工程材料厂生产的商品名为lncide pc的阻燃吸声环保材料，是以天然植物纤维为原料，经过阻燃及防虫等化学处理而制成的一种符合环保要求的新型功能性吸声植物纤维材料，3.0 cm厚的lncide pc在频率为2 000 Hz时的吸声系数高达0.93，在频率为500 Hz时的吸声系数高达1.13。国外汽车内饰非织造材料研发的趋势是:在汽车内饰结构材料方面(如车顶、车门内饰板及行李厢盖板等)，重视采用麻类天然纤维。这已成为欧系轿车的标准配置，每辆轿车所用的天然纤维高达5～10 kg［15］。

3.3 汽车降噪用非织造材料的加工工艺

德国捷高机械工程(香港)有限公司研究的高端汽车用非织造材料垂直成网技术，与其他工艺的不同在于其成网方式。垂直成网非织造材料的纤维不是水平排列的，而是垂直排列的，使其可以以最少的纤维包容尽量多的空气，在提高其抗压和回弹性的同时，吸声隔声效果也得到了改善。垂直成网非织造材料属于高蓬松材料，使用热黏合方法加工而成，成本低，用途广，主要用作填充材料和隔声隔热材料［16］。

目前，在各种轿车中的降噪材料基本上都采用非织造材料，其加工技术主要采用针刺和熔喷两种方式。美国3M公司最近推出的“新雪丽”(Thinsulate)降噪材料，就是熔喷非织造材料的典型应用。该材料在喷丝过程中，吹入35%(质量分数)左右的聚酯短纤维，使材料具有良好的弹性回复性、单位重量的优良隔声吸声性能、高绝热性、疏水性、可压缩、易加工等优点，因此具有良好的降噪效果［17］。美国专利5942321采用黄麻、剑麻或洋麻代替玻璃纤维生产汽车车顶呢，其制作方法为:将天然韧皮纤维切断成38～76 mm长度，制成70～80 g/m2的纤维网;然后喷上胶黏剂，将纤维黏合在一起，形成弹性、多孔的非织造材料，这样两层非织造材料与聚氨酯泡沫塑料复合成“三明治”结构，靠聚氨酯胶黏剂黏合在一起 ，再将装饰材料层火焰胶合至薄薄的聚氨酯泡沫塑料层上，再靠黏合层将其与“三明治”复合层黏合在一起，最后以聚酯网作为底布，复合成良好的汽车车顶呢，这样的车顶呢具有良好的降噪、热绝缘、表面柔软的性能和减少乘客头部损伤的作用［19］。

4 展望

作为汽车后市场的汽车降噪起步较晚，是一个新兴项目，但正是由于它的这种特性，已成为现在汽车设计和制造中必不可少的环节，被越来越多的商家看好，如何解决汽车噪声问题也成为众多商家关注的焦点。但与国际先进水平相比，我国在汽车降噪方面的研究与开发工作还存在一定差距。为此，我们应在以下几个方面做出努力:

(1)改进并完善汽车噪声法规和测量标准。发达国家从20世纪60年代末、70年代初就引入汽车噪声法规和标准，到目前降噪成效十分显著。我国由于在降噪方面起步较晚，技术不成熟，在噪声标准的制定上还存在一些漏洞，范围要求太广泛，测量准确度受到一定影响。因此，我国的标准化工作在修改现有汽车噪声试验标准时，应认真参考国外成熟经验和国际惯例，在积极采用国际标准和国外先进标准的同时，优先制定适应社会发展需求的标准［19］。

(2)环保和可回收性已经成为时代主题。欧盟法律要求2006年汽车材料的回收率达到80%，到2015年这一数字将达到95%。这意味着用于汽车降噪的非织造材料也必须是可回收产品。非织造材料的大部分纤维是由合成高分子制成的，如聚酯、聚丙烯和聚酰胺等，可以进行回收使用，回收性已经成为汽车的一大课题，这一趋势将继续成为关注的焦点。此外，天然纤维，如麻类纤维以其独特的可再生、可循环使用性，且能耗少、成本低等特点备受美洲市场的欢迎，这种喜爱在亚洲市场也逐渐显现。

(3)顺应市场需求、低能耗、低成本是永远不变的努力方向。根据生活方式的变化和市场需求的不同，开发便利性、经济性和舒适性的非织造降噪材料，开发具有深度模压成型、轻量化、薄型化、能耗低等性能的材料也是未来降噪材料研发的方向。

(4)开发多功能吸声材料。在大多数情况下，人们都希望声学材料集多种功能于一体，除吸声、隔声、阻尼等声学性能外，还需要具有其他功能，如防火、隔热、阻燃、防虫、防腐等防护功能以及美观等要求。

［1］SAYYAADIH A，BEDI M.Acoustical identification of passenger cabin of vehicles［C］//Proceedings of Third International Conference on Modeling＆Experimental Measurements in Acoustics.Cadiz，Espagne，2003:339-348.

［2］NEFSKE J D，WOLF J A，HOWELL L J.Structuralacoustic finite element analysis of the automobile passenger compartment:a review of current practice［J］.Journal of Sound and Vibration，1982，80(2):247-266.

［3］李世岩，宫镇，蔡超.轻型客车内部声场的贡献度分析［J］.农业机械学报，1994，25(4):76-80.

［4］李舜酩，仪垂杰，赵玉成，等.车辆内腔噪声分析及控制研究的发展［J］.农业机械学报，1998，29(2):165-170.

［5］张红军.客车内外噪声控制的研究［D］.合肥:合肥工业大学，2006.

［6］朱柳坤.汽车发动机噪音分析及降噪措施［J］.装备制造技术，2010(3):92-94.

［7］MUELLER D H，KROBJILOWSKI A.New discovery in the properties of composites reinforced with natural fibers［J］.Journal of Industrial Textiles，2003，332:111-130.

［8］张辉，徐凡，张新安.大麻织物吸声性能研究［J］.青岛大学学报，2009，24(1):66-70.

［9］党相文，梁超.降振隔噪材料在汽车中的应用［J］.新材料及应用，2009(4):35-37.

［10］李晓静，李晓蕾.浅析汽车噪声的防止［J］.科技信息，2007(16):441-443.

［11］罗以喜.吸声隔音用纤维与非织造布复合材料［J］.非织造布，2003，11(4):35-38.

［12］赵淼淼，杜兆芳.汽车内饰材料吸音隔音性能的研究现状及发展趋势［J］.产业用纺织品，2009(11):6-8.

［13］杨文娟，焦晓宁.非织造布汽车吸音隔音材料的研制［J］.纺织导报，2005(11):92-94.

［14］朱晓娜，左保齐.纺织品吸声隔音材料研究进展［J］.现代丝绸科学与技术，2010(2):34-37.

［15］向阳.中国汽车用非织造材料的发展前景［J］.产业用纺织品，2008，26(1):1-7.

［16］徐孝平.高端汽车用非织造布的制造技术［J］.产业用纺织品，2008，26(7):19-25.

［17］齐烨.汽车降噪非织造材料的研发与测试［D］.上海:东华大学纺织学院，2009.

［18］曲丽君.麻纤维在汽车用装饰材料中的应用［J］.产业用纺织品，2002，20(8):36-39.

［19］刘春敏，李洪亮，顾灿松，等.某微车低速轰鸣声的降噪设计［J］.汽车工程师，2010(4):53-55.

The applications and prospects of nonwovens for automotive noise reduction

Bai Yuan，Qian Xiaoming
(School of Textiles，Tianjin Polytechnic University)

The mechanism，transmission and control methods of automobile noise were introduced.The application of nonwoven acoustic damping material on automobile and the studying status at home and abroad have also been discussed.The developing trend of automobile nonwoven acoustic damping material was indicated，and some referential suggestions accordingly was pointed out.

acoustic damping materials on automobile，application status，outlook

TS176.9

A

1004－7093(2011)05－0008－04

2011－02－23

白媛，女，1985年生，在读硕士研究生。主要从事汽车车内降噪非织造材料的研究。

钱晓明，E-mail:qianxiaoming@tjpu.edu.cn