浅议汽车内饰常用材料的吸声性能

卫 星 陈 英 向倩瑶 王 勇 陈进秋 陈一元 任俊侠

(中国汽车工程研究院有限公司，重庆 401122)

1 前言

随着我国社会经济在近年来发展迅速，导致汽车保有数逐年递增。在城市中，汽车所导致噪声已成为城市的主要的噪声源之一。由于人们在汽车内的时间越来越长，所以在汽车噪声中，人们感受最直观，最关注的是车内噪声。因此用户都把车内噪声作为汽车舒适性的重要指标之一。而降低车内噪声水平，是目前各车辆生产厂家和各用户共同关注的问题。

影响车内噪声的主要因素有风噪，胎噪，结构噪声等。根据噪声产生和传播的原理，噪声控制技术一般分为以下三种：一是对噪声源的控制，二是对噪声传播途径的控制，三是对噪声接受者的保护。而汽车内饰件起到的就是第二种作用——对噪声传播途径的控制。汽车内饰件选用的材料一般都是具有反射噪声功能或是吸收噪声功能的材料，但是这二者是相矛盾的，反射噪声需要结构致密的高密度材料，而吸收噪声需要结构疏松，多孔的低密度材料。反射噪声属于隔声范畴，本文暂不讨论，下面笔者浅议一下目前国内汽车内饰件常用的几种吸声材料以及其应用情况。

2 汽车内饰件常用的几种吸声材料

吸声系数的表达公式为α=1-Er/Eo，其中Eo表示入射到材料面上的噪声总量，Er表示材料对噪声的反射量，所以吸声系数并不表示由材料吸收的能量而是表示入射到材料面上的能量中不能反射的部分。在生产和研究中常取125Hz、250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz、4000Hz等六个频率的吸声系数的平均值作为所检测材料吸声性能，也有的企业把250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz四个频率吸声系数的平均值叫做降噪系数。几乎所有材料都有一定的吸声性能，但大多数材料吸声系数较低，没有实用价值。一般把125Hz、250Hz、500Hz、l000Hz、2000Hz、4000Hz六个频率吸声系数平均值大于0.2的材料称作吸声材料，而这六个频率吸声系数平均值大于0.56的称作高效吸声材料。吸声性能优良材料一般为低密度多孔洞结构的材料，且材料厚度对细声系数也有明显的影响，目前国内汽车内饰件常用的几种材料都属于这种结构，其中应用最为广泛的主要有以下几种：

2.1 玻璃纤维材料

在玻璃纤维材料中，应用最为广泛的是玻璃棉。玻璃棉属于玻璃纤维中的一个类别，是一种人造无机纤维。玻璃棉是将熔融玻璃纤维化，形成棉状的材料，化学成分属玻璃类，是一种无机质纤维。具有成型好、体积密度小、热导率彽、保温绝热、吸音性能好、耐腐蚀、化学性能稳定。由于这些优点，玻璃棉逐渐替代了传统的天然纤维吸声材料。但从环境保护的角度来看，化学性能稳定的优点又变成了一个缺点。化学性能稳定使得材料的降解时间大大延长，所以废弃的玻璃棉材料对环境造成极大的污染。

玻璃棉的吸声性能是相当优良的，以密度为100kg/m3的普通玻璃棉为例，当其厚度分别为15mm、20mm和30mm时，其各特征频段的吸声系数入图1所示。

图1 玻璃棉材料吸声曲线图

从图示曲线可以看出，在低于2000Hz的频率下，玻璃棉材料的吸声系数随着频率的提高而增加，同时也随材料厚度增加而增加；但是在高于2000Hz的频率下，玻璃棉材料的吸声系数已经相当高了，频率和厚度对吸声系数的影响已不明显。

由数据可以算出，3种厚度的玻璃棉6个频段的平均吸声系数分别为0.77、0.87、0.94，远超过高效吸声材料的标准0.56，可见玻璃棉的吸声性能的确是相当优良。但是玻璃棉因纤维直径细，而且性脆容易折断，产生的玻璃粉尘会影响呼吸、刺痒皮肤、污染环境，并且这种缺陷在车内的密闭空间中被无限放大，更为致命。正由于此，导致玻璃棉在汽车内饰件上的使用并不广泛，几乎不使用在驾驶室内，只运用在发动机舱等位置。所以玻璃棉虽然吸声性能优良，却一般只用于生产发动机罩、发动机盖板以及前壁板外消音垫等产品。

为了消除这个缺陷而保留玻璃棉的其它优点，一些厂家采用高密度玻璃纤维压制成毡，对四侧边缘进行固化处理，表面再用织物或皮革进行装饰，制成玻璃纤维毡材料。这种材料克服了普通玻璃棉污染环境的缺陷，同时保留了玻璃棉吸声性能好的优点，但是美中不足的是工艺相对复杂，价格也偏高，因此在中低档车型上很难见到这种材料的身影，一般只出现在中高档车型上。

2.2 绒毡材料

绒毡是一种统称，是由各种化学纤维材料通过针刺的工艺而织成。依然具有吸声性能好、质轻、不蛀、不腐的优点，且成本低廉，性价比高，成型温度低，加工生产工艺简单，再加上具有可回收再利用的功能，所以在汽车内饰件上应用极为广泛。

我们仍然以密度为100kg/m3的再生绒毡为例，当其厚度分别为15mm、20mm和30mm时，其各特征频段的吸声系数入图2所示。

图2 绒毡材料吸声曲线图

从图示可以看出，绒毡材料的吸声系数曲线趋势与玻璃棉材料基本相同，只是从250Hz开始各厚度各频段的吸声系数均略低于玻璃棉。这可能是由于测试时使用的绒毡材料为再生材料(因为非再生的绒毡材料价格较高，所以汽车内饰件生产所使用的原材料大多为再生材料)，在回收再生的过程中混入了杂质，破坏了绒毡材料的正常结构所至。

总的来说，即使是再生材料，3种厚度的绒毡6个频段的平均吸声系数也分别达到了0.59、0.64、0.69，也超过了高效吸声材料的标准0.56，再加上其成本低廉，性价比高，成型温度低，加工生产工艺简单，具有可回收再利用的功能的巨大优势，在内饰件使用的多孔低密度材料中运用最为广泛，几乎能应用到汽车上所有部位内饰件的生产中。日系汽车和国内汽车高中低档车型上均有所使用，相对而言，欧美汽车上绒毡的使用要少于日系汽车。

2.3 PU发泡材料

发泡材料种类繁多，汽车内饰件常用就包括PU发泡材料、PE发泡材料、EPDM发泡材料等，而其中又以PU发泡材料应用最为广泛。同绒毡材料相比价格偏高，吸声性能也低于绒毡材料，但是PU发泡材料成型效果要高于绒毡材料，制造成产品能紧密贴合车体，美观方面也要优于绒毡材料，所以欧美汽车上常用PU发泡材料代替地毯以及前壁板消音垫上的绒毡材料，另外顶棚、搁物板、行李箱地毯等产品的减震块也经常使用PU发泡材料。但是PU发泡材料也有着受热易老化的缺陷，所以不能使用在发动机仓等温度较高的位置。

PU发泡材料密度可通过工艺和配方进行调整，一般密度为45kg/m3较为常见。按照此密度，为了方便对比，我们还是取15mm、20mm和30mm这3种厚度进行测试，测试结果见图3。

图3 PU发泡材料吸声曲线图

由图3可见，PU发泡材料的吸声系数曲线趋势较之前两种材料不是很明显，在2500Hz左右吸声系数有一个明显的回落。由于高频段噪声波长较段，理论上均质单一材料高频段的吸声系数应高于低频段，且材料的吸声系数应该与材料的厚度成正比。而造成吸声系数明显回落的因素很多，泡沫气泡大小，壁厚，开孔或闭孔，材料配方甚至发泡温度等都会对其造成影响。目前国内发泡技术总体水平不高，在温度控制和材料均匀度等方面同国外技术相比还有一定差距，笔者曾检测过某些国外进口内饰件的PU发泡材料，吸声系数明显高于国内的同类产品，但是同之前介绍的两种材料相比仍有一定差距。除了欧美汽车外，国内部分品牌的汽车也采用PU发泡材料生产前壁板消音垫和地毯等产品。

2.4 PU板材

PU板材的主要成分同PU发泡材料相同，都是PU泡沫，但是与PU发泡材料不同的是，PU板材一般是复合材料。PU板材无固定结构，但是最常见的结构为一层PU泡沫，两面各加上一层玻璃纤维，层与层之间用胶粘合，再加上一层装饰面料，加热后可直接压制为顶棚，搁物板等产品。部分高档车型所用PU板材的材料有10层之多。

PU板材厚度一般为10～15mm之间，所以测试不能再取3种厚度，图4所示厚度为11mm，面密度290g/m2，结构为最常见的结构的PU板材的吸声系数曲线。

图4 PU板材吸声系数曲线

由于厚度不同和材料机构均不相同，PU板材吸声系数曲线和前3种材料没有可比性，但是就PU板材的厚度来说，该材料的吸声性能也是比较优良的。在汽车顶棚的生产制造方面，PU板材有着重量轻，挺度好，易于成型，外形美观等优点，所以目前汽车市场上的绝大部分车型顶棚均是使用该材料进行生产。

4 结束语

目前汽车内饰件均采用吸声性能优良的材料，最大限度地提高汽车内饰件的吸声性能，但是消除噪声除了吸声性能外，还有隔声性能的要求，而吸声和隔声对于材料的性能参数要求是截然相反的，换言之，如果要提高材料的吸声性能就必然要牺牲其隔声性能。所以，单一的材料结构其发展将会受到很大的局限性，所以为了进一步提高吸声材料的性能，研究新型的复合材料是以后汽车内饰件的发展道路。

[1]徐传友，苟凤祥，杜鑫，赵学超.吸声材料研究的进展.

[2]翁海蓉.汽车车内噪声控制技术研究进展.

[3]钟祥璋.玻纤装饰板的吸声特性.

[4]张娟，张慧萍，崔建伟，晏雄.纺织材料的吸声性能及机理.