高性能聚氨酯基复合材料在汽车降噪方面应用

王增强，夏均忠，吴继辉

（1.军事交通学院 军用车辆工程技术研究中心，天津 300161；2.陕西汽车控股集团有限公司 陕西汽车技工学校，陕西 西安 710200；3.陕西重型汽车有限公司 汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

高性能聚氨酯基复合材料在汽车降噪方面应用

王增强1，2，夏均忠1，吴继辉3

（1.军事交通学院 军用车辆工程技术研究中心，天津 300161；2.陕西汽车控股集团有限公司 陕西汽车技工学校，陕西 西安 710200；3.陕西重型汽车有限公司 汽车工程研究院，陕西 西安 710200）

简单分析了产生汽车噪声的因素和控制汽车噪声的办法，从传递路径进行整车降噪的研究。通过驻波管法对高性能聚氨酯基复合材料进行吸声系数试验，并将新材料应用于发动机罩。然后通过整车车内噪声对比试验，确定高性能聚氨酯基复合材料对汽车降噪的影响。

噪声；高性能聚氨酯基；控制；吸声系数

随着现代工业、建筑业和交通运输事业等各部门的大力发展，噪声污染也日益严重地影响着人类的生活。研究表明：噪声对人心血管系统、听力及神经系统都有严重影响，长期处于噪声环境中容易使人急躁易怒，影响睡眠，造成疲倦，引起记忆力减退，也会导致交通事故的发生［1］。同时汽车行业迅速发展，人们对汽车降噪提出了更高的要求，也希望汽车噪声小，舒适性好。所以，在设计汽车的过程中一定要把汽车降噪与舒适性考虑全面，争取设计出令消费者更满意的汽车。

近年来，汽车制造工艺水平提高，降噪新材料及新技术不断被用于汽车降噪设计中。陈平、王锴等人通过CAE分析技术验证了轿车用胶可以（一种高分子粘接和密封技术）用于提高车身强度、改善耐疲劳性、密封性、减震降噪等作用［2］；李勇介绍了硬质聚氯酯发泡技术在汽车降噪隔热方面的优势［3］；本文从噪声传播路径入手，阻断削弱噪音。通过在噪声的传播途径上放置一些吸声隔声材料，使得噪声通过材料被削减，从而降低汽车噪声。

1　声学材料研究

汽车声学包装主要用于解决空气传播路径的噪声问题，在密封性和隔吸声性能等方面进行噪声控制。汽车声学包装部件可以分为吸声型、隔声型。

1.1吸声材料的工作原理

吸音材料的材质是多孔、疏松和透气的，是典型的多孔性吸声材料，它在工艺上通常是用纤维状、颗粒状或发泡材料以形成多孔性结构。它的结构特征是：材料中具有大量的、互相贯通的、从表到里的微孔，也即具有一定的透气性。当声波入射到多孔材料表面时，引起微孔中的空气振动，由于摩擦阻力和空气的黏滞阻力以及热传导作用，将相当一部分声能转化为热能，从而起吸音作用。当声波穿过材料时，吸音材料减少声波的声能。它们一般用于软化封闭环境的声环境，减少反射波的振幅。吸音材料的表面是多孔性应用材料，当声音多次穿过吸音材料时形成反射平面，使其降噪效果倍增，吸声材料工作原理如图1所示。

1.2吸声系数

吸声系数大小与材料、声波入射的角度有关，因此对不同材料的吸声频率特性难于进行比较，所以较为简单的处理方法是计算平均吸声系数或降噪系数来比较［4］。根据吸声系数检测规范，1/3倍频程规定的测试频率范围从200～2 000 Hz，需要测试11个频率的吸声系数。但是数据太多，不便于比较材料的整体吸声性能。为了计算简便，在工程中也常采用125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz六个频率下吸声系数的算术平均值来表示材料的平均吸声系数。

图1　吸声材料的工作原理

1.3降噪系数

在250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz频率下测出的吸声系数的算术平均值称为降噪系数，常被用来衡量材料的吸声性能。

2　高性能聚氨酯基复合材料吸声系数试验

2.1试验样件

试验样件信息如表1所示。

表1　试验样件信息

2.2驻波管法试验

采用驻波管系统测试垂直入射的吸声系数，方法依照《驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范》［5］进行，图2为驻波管测试系统。

驻波管有三种不同频率范围的测试管。这三种管的长短、粗细不同，因为驻波管测试的频率范围与管的大小长度有关，通常测试频率的上下限由公式（1）计算

图2　驻波管吸声系数测试系统的示意图

式中，C0为声速，D为驻波管直径，l为驻波管长度。

由上式可知，测量频率的上限主要由驻波管直径确定，测量频率的下限主要由驻波管长度决定，即测试不同范围的频率采用的测试管是不同的。

2.3测试结果

计算声压最大值与最小值的差值Δl，利用公式（3）计算吸声系数：

式中，a0为吸声系数；Δl为同一频率下声压极大值与声压极小值之差，单位为dB（A）。

本试验通过驻波管测出125 Hz、250 Hz、500 Hz、1 000 Hz、2 000 Hz、4 000 Hz频率下的吸声系数，以各频率为横坐标，吸声系数为纵坐标，将各频率下的吸声系数用直线连接起来，得到吸声系数特性曲线，也常称为吸声频谱曲线。通过曲线的起伏、走向分析材料的吸声性能的变化。

根据试验数据绘制曲线图，见图3。

图3　普通材料与高性能聚氨酯基复合材料吸声系数

高性能聚氨酯基复合材料吸声系数比普通材料吸声系数大，通过试验结果得出高性能聚氨酯基复合材料平均吸声系数为0.61，降噪系数为0.60。

3　吸声材料在汽车降噪中的应用

不同工作环境的汽车部件，对吸音材料的要求也不尽相同。例如，发动机罩盖材料除了要求具有良好的吸音隔音性能外，还要求材料具有较高的耐高温性和阻燃性，发动机底盘和车轮罩则要求材料具有良好的耐腐蚀性和抗磨损性，而内饰部件则更关注材料的环保性能。该材料具有强度高、质轻、耐火、不老化等多种功能，以用来制作发动机罩材料，降低发动机噪声传递。

使用该材料进行发动机仓吸音处理，然后通过在驾驶室内测量驾驶员耳旁噪声，并与原状态进行对比。怠速工况下，车内噪声由60.6 dB（A）降低到58.7 dB（A），车内噪声降低近 2 dB（A）。

4　结论

（1）本文仅针对噪音的传播途径对降噪处理做了部分研究，对于整车存在的噪声问题、产生的原理和来源复杂多样，需要针对不同的原因采取相对应的措施。

（2）通过驻波管测试方法对高性能聚氨酯基复合材料吸声性能进行研究，以聚氨酯为基体，辅之以无机胶凝材料包覆有机吸声基体，改善耐火性、强度等性能，研制的试样最大平均吸声系数为0.61，降噪系数为0.60。

（3）将高性能聚氨酯基复合材料应用于整车降噪工作中，通过对发动机罩进行材料更换，降低整车车内噪声近 2 dB（A）。

［1］ 马天飞，高刚，王登峰，等.基于声固耦合模型的车内低频结构噪声相应分析［J］. 机械工程学报，2011，47（15）：76～82.

［2］ 陈平，王锴，余乐铭，等. 基于CAE技术的车身用胶选择方法 ［J］. 重型汽车，2013（3）：32～33.

［3］ 李勇. 现代客车制造中的隔热降噪措拖［J］. 客车技术与研究，2010，23（4）：33～34.

［4］ 唐慧华. 陶粒材料吸声性能的测试及研究［D］. 桂林：桂林理工大学，2012.

［5］ 中华人民共和国国家标准. 驻波管法吸声系数与声阻抗率测量规范（GBJ88—85）［S］. 京：中国建筑工业出版社. 1986.

多个中国品牌轮胎参加九·三阅兵式

2015年9月3日是中国人民抗日战争暨世界人民反法西斯战争胜利70周年，当天上午10时在北京天安门广场举行了盛大的阅兵式。

当现场一个个方阵、一排排士兵精神抖擞，一台台坦克、一枚枚导弹整整齐齐，展现了解放军精良的装备，高昂的士气。本文将从比较特殊的轮胎角度给大家描述下参加阅兵的那些轮胎们。

（1）摩托车方队轮胎

这次阅兵的摩托车产自浙江，其轮胎配备是前轮120/70ZR17，后轮180/55ZR17；据称是江西建大轮胎制造。该轮胎为防爆子午线无内胎轮胎。

（2）玲珑轮胎

习近平主席乘坐的红旗检阅车配备的轮胎是来自中国山东的玲珑轮胎。

山东玲珑轮胎股份有限公司是一家专业化、规模化的技术型轮胎生产企业，具备年产能4100万条轮胎的能力，连续多年入围世界轮胎20强。

（3）三角轮胎

在抗战胜利70周年的阅兵式上，抗战老战士方队、轻型突击车方队、反恐突击车方队、指挥信息系统装备方队、无人机方队、二炮DF-5B洲际导弹方队、后勤保障方队、白求恩医疗方队等，全部配装三角特种子午线轮胎。

三角轮胎建设了国家级技术开发中心和轮胎行业唯一的国家工程实验室，根据国内外军用车辆的发展趋势，成功开发出高性能半钢丝/全钢丝宽基多用途（MPT系列）越野子午线轮胎，以及中/重型装甲车、军用越野运输车专用的高压高承载的公制全钢丝越野/特种子午线系列轮胎，共计46个规格、69个品种，其中80%多的产品为国内首创，1/3的产品为国际首创。

（4）前进轮胎

部分军队的装备车辆使用了贵州轮胎的产品。

贵州轮胎股份有限公司前身为贵州轮胎厂，始建于1958年春，1965年与上海大中华橡胶厂内迁部分合并扩建，1996年改制为上市公司，是中国十大轮胎公司之一，中国工程机械轮胎配套、出口基地。

合海橡塑供稿

High-performance polyurethane-based composite materials used in automotive noise reduction

TQ330.34

1009-797X（2015）19-0063-03

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.19.019

王增强（1986-），毕业于贵州大学测控技术与仪器专业毕业，从事汽车专业教学和科研工作。

2015-08-24