硅酸铝—丙纶纤维双层壁结构汽车内饰隔音材料开发

尉琪浩　张才前　汪秀芬　吴宏波

【摘 要】针对汽车隔音棉阻燃性差、隔音效果不佳的问题，本项目自主设计新型汽车隔音材料，主要包括：丙纶纤维进一步细化，利用丙纶熔喷布自身密布的细微、均匀的孔隙达到高声音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸铝纤维，提高产品阻燃效果；硅酸铝和丙纶熔喷无纺布组合上，采用双层壁结构（壁层为硅酸铝纤维，芯层为丙纶熔喷无纺布），该结构可将声源与周围环境隔离，使辐射的噪声不能直接传播到周围区域，达到进一步降噪目的。

【关键词】隔音；阻燃；硅酸铝

0 前言

据中汽协发布，2015年我国汽车产销分别完成2450.33万辆和2459.76万辆，创历史新高，比上年分别增长3.3%和4.7%，同比增长7.3%，销售汽车2349.19万辆，同比增长6.9%，产销量保持世界第一，这是中国汽车连续七年产销量第一。但是汽车给人类的出行带来极大的便利同时也带来了噪声污染、自燃等社会问题。如汽车噪声过大会影响汽车的舒适性 语言清晰度，甚至影响驾驶员和乘客的心理 生理健康，如果驾驶员长期处于噪声环境中容易引起疲劳造成交通事故和生命危险；同时，汽车噪声过大也会影响路人的身心健康，人们长时间接触噪音，会耳鸣 多梦 心慌及烦躁，或直接引起听力下降甚至失聪，其中由车辆噪音间接引发的交通事故也为数不少。因此噪声被称为城市新公害，统计显示，汽车所产生的噪音甚至已经占到了城市噪音的70%以上。

为了治理汽车噪声污染，许多国家都规定汽车在规定的条件下的噪声限度。中国国家质量监督总局和国家环保总局于2002年1月4日发布了 GB 1495-2002 《汽车加速行驶车外噪声限值及测量方法》强制性标准，并于2002年10月1日实施，该标准与欧洲经济共同体国家的规定接近，如大型客车为86～89分贝，中型的为86～90分贝，重型的为85～92分贝，轿车为82～84分贝，小型货运汽车为84～89分贝。新标准，改变了以往标准不科学，测试项目不完整的局面，为治理汽车噪声污染提供了有效的控制手段，对完善我国的汽车噪声标准体系将起到积极的推动作用。

1 汽车内饰隔音材料研究现状

汽车工业的快速发展，极大地提高了汽车内饰材料的生产规模和生产技术。在汽车内形成的小环境中，内饰材料与人们有着最直接的接触，除部分高档汽车使用皮革作为坐椅面料外，大部分汽车内饰材料均使用纺织品作为原料及面料。汽车内饰材料主要包括：衬垫材料、覆盖材料、过滤材料。品种包括：座椅面料、顶棚、车门衬里、地毯、安全带等。随着近年对汽车安全、舒适问题的关注，人类越来越注意到汽车噪声对环境的污染，对人体的损害，近年来人们已经投入了大量的人力、物力、财力从事汽车噪音控制方面的研究，并获得了一定成果。主要表现在以下五个方面：

1.1 噪音来源及减振降噪系统的研究

主要从车内车外、汽车性能进行研究，分析了汽车行驶中各机械部分与外界环境的声音来源以及人工处理方法。如地板贴上吸音垫进行吸音。引擎盖内可以用波浪形吸音棉增强吸音隔热效果（考虑到特殊位置，需要用阻燃材料）。车门内饰板则可以根据其内面结构剪裁贴上一层绒质吸音毯。车内顶棚可以使用纤维毯或工业毛毡作为吸音材料。车身后的行李厢也可以铺设吸音毯进行吸音减噪。

1.2 新型材料的开发研究

美国通用公司，在0.44～0.666tex聚酯纤维网中加入低熔点聚酯纤维，经针刺加固而成的材料。日本尼桑公司采用内含异形截面纤维的混合原料经热粘合法制成了纤维细度不超过0.555tex的材料，制成品平均密度为0.02～0.2Kg/m3。瑞士EMS-CHEMIE采用70%专用聚酯短纤维与低收缩再生纤维混合成网，经针刺形成高蓬松材料，再经复合、模压成形的材料，具有合适的硬挺度，适合用于汽车底部。德国Wcrke采用亚麻纤维与聚丙烯纤维混合，经针刺固结后模压成形的材料。

1.3 汽车内饰材料加工工艺研究

吉林防治技术开发中心研究的针刺起绒符合非织造材料，就是在传统的针刺方法基础上，采用一种弹性尼龙毛刷作为托网板的替代物。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布垂直成网技术，使用热粘合方法将垂直排列的纤维粘合起来，形成高蓬松材料，广泛运用于汽车填充材料和吸音隔热材料。

1.4 对汽车内饰材料隔音的测试研究

江苏大学能源与动力工程学院对隔音毡阻气性能的研究，对不同规格的隔音毡进行阻气测试，发现隔音毡的两侧压差与流量间存在一定联系，并可以用幂函数方程式表示出隔音毡阻气率与两侧压差（或流量）之间的关系，为新产品的开发提供了理论上的引导。

1.5 对汽车内部噪音的识别和声场模拟分析的研究

华南理工大学和广州本田汽车有限公司共同研究的选择性声强技术分析车内噪音。北京航空航天大学和清华大学共同研究的声强模态分析。

2 汽车内饰材料吸音隔音存在问题

在汽车内饰加装隔音材料上我国每年用量大约有2.4 万吨，且预期每年以15%以上的速度发展，市场潜力极大。但是目前常规隔音材料多基于吸声原理，以特种被动式材料来改变声波的方向，常用吸声材料有尼龙、人造丝、聚酯、丙纶等多孔性材料，其中丙纶熔喷无纺布材料应用最为广泛，但这些材料存在吸音效果差（隔音系数≤20%），且存在阻燃性差、耐热性不好等问题。

3 汽车内饰材料吸音隔音的发展趋势

1）在吸音纤维的开发上，吸音纤维的开发主要是使用不同的天然纤维材料，或者在纤维形成前进行处理或者在纤维形成后的整理中增加吸音材料涂层加工成具有吸音功能的纤维，因此在汽车用内装饰材料上根据汽车用纺织品的特点来开发具有吸音性能的纤维是未来发展一个趋势。

2）在织物吸音隔音整理的方法和工艺方面，据已有的吸音隔音处理方法和工艺结合汽车内饰材料的特点来探索适合汽车内饰材料的吸音隔音方法和工艺。比如非织造材料与某些金属材料或特殊材料进行复合，制造出外部非织造材料吸音、内部金属材料隔音的复合材料，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测试方法的标准和产品法规降低噪声一直是汽车领域发展的重要研究课题，目前常规降低汽车噪声的措施包括：在无回声室中测定汽车和发动机的噪声，改进排气消声器的设计；改进燃烧系统，降低燃油喷射和燃烧的粗暴性；提高气缸体和其他结构件（尤其是车身钣金件）的刚度；在噪声源附近的大面积的平板上喷涂隔音材料；加装发动机隔音罩和改进轮胎花纹的设计，车内饰加装隔音材料等。

4 汽车内饰材料吸音隔音解决方法

4.1 主要设计内容

高性能丙纶熔喷无纺布加工工艺研究，包括丙纶原料及阻燃母粒选择，螺杆注塑机型号选择及加工工艺、熔喷工艺优化，制成高密度超细阻燃丙纶熔喷无纺布以提高无纺布孔隙率及隔音效果。丙纶熔喷无纺布热轧工艺优化，在保证纤维完整性同时提高面料压合力，以进一步提高消音材料强度。硅酸铝纤维针刺布制备，通过气流成网机，将硅酸铝纤维以一定密度均匀地铺成的纤维网，经过双针板针刺机加工，对设备工作幅宽、植针密度、针刺频率、针刺动程等工艺参数进行优化设计，制成一定定量的薄型高强硅酸铝纤维针刺布。双层壁加工工艺：双层壁内侧为多孔状硅酸铝纤维针刺布，孔隙由激光打孔技术制作，以减少声音反射率；中间层填充）丙纶熔喷无纺布，外侧为硅酸铝纤维针刺布，三层材料复合方式采用超声波热复合。

4.2 技术关键

高声音阻隔丙纶熔喷无纺布隔音材料加工核心部件螺杆注塑机的设计以及阻燃母粒添加量优化，其性能优劣直接影响消音材料的均匀度、耐热性及力学性能。双层壁加工工艺设计，优化双层壁结构内侧多孔状硅酸铝纤维针刺布孔隙尺寸及分布设计，达到最小声音反射率效果；中间层填充丙纶熔喷无纺布空气层尺寸设计也是本项目研究的关键技术。

4.3 主要创新点

设计加工微细丙纶纤维，利用丙纶熔喷布自身密布的细微、均匀的孔隙达到高声音阻隔的目的；引入高阻燃硅酸铝纤维与阻燃处理后的微细丙纶纤维复合，提高产品阻燃效果；硅酸铝和丙纶熔喷无纺布组合上，采用双层壁结构（壁层为硅酸铝纤维，芯层为丙纶熔喷无纺布），该结构可将声源与周围环境隔离，使辐射的噪声不能直接传播到周围区域，达到进一步降噪目的。

[责任编辑：杨玉洁]