新型水性阻尼涂料在车身上的应用

周铭斌，曹会元，林志睿，莫文彬，黄锦华 （东莞职业技术学院，广东东莞 523808）

0 引言

车用阻尼材料具有降噪减振等功能，被广泛应用于车身底板、轮罩、侧围、车门、挡泥板等位置，传统的阻尼橡胶板或聚氨酯类阻尼涂料会散发出有害气体，无法消除车辆振动所带来的噪声。新一代水性阻尼涂料是聚合物乳液与一定的无机填料和助剂共混而得到的，具有减震、降噪、阻燃、防腐等性能［1］，同时解决了溶剂型阻尼涂料易燃、易爆的问题。本研究通过水性阻尼涂料在车身上的应用试验，对其所表现出来的性能进行数据分析，以便提供更好的解决方案。

1 车身有阻尼涂层设计减振降噪阻尼特性

在大部分的振动控制应用中，激励覆盖了很宽的频率范围且具有随机属性，因而要求振动控制系统具有足够的阻尼，与金属弹簧相比，水性阻尼材料具有非常好的阻尼特性，并且还消除了在高频时发生驻波的麻烦。弹性材料承载量是由其存储的能量所决定的，在大多数情况下，相对于静挠度而言，振动幅值相对较小，并且材料的数量可以通过材料中储存的能量与材料在振动控制系统中所完成的功等量换算来计算。在使用有机材料的情况下，通过弹簧的静挠度试验确定刚度、计算固有频率几乎总是比振动的经验要低，即动态模量大于静态模量。

减振器通过直接消耗主振动系统的振动能量来控制振动，但是结果会产生大量的热，并带来相关的散热问题和部件磨损问题。有阻尼吸振器的系统设计［2］：

有阻尼吸振器的系统的传递函数=

从中可以看出，阻尼吸振与吸振器质量及主系统的固有频率有关。

1.1 设计阻尼结构

2 mm钣金+2 mm MDC（Medium Damping Coating，中阻尼涂层）+20 mm EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）+15 mm环氧纤维板+18 mm密度板+50 mm波浪海绵吸音棉，其在不同条件测试过程下的噪声指标如下：

（1） 环境噪声在90.7～96.0 dB之间波动，取较稳定的中间值93.3 dB。

（2） 无阻尼涂层箱内噪声在50.6～56.8 dB之间波动，取较稳定中间值53.5 dB。

（3） 有阻尼涂层箱内噪声在31.2～37.2 dB之间波动，取较稳定中间值35.6 dB。

上述结果表明：

（1） 增加减振材料——水性阻尼涂料（MDC）后，噪声降低值为17.9 dB，功效明显；

（2） 使用现设计的降噪材料组合，噪声降低值为39.8 dB，基本可行；

（3） 将阻尼涂层和降噪材料进行组合，整体降噪57.7 dB，完全满足客户的噪声声级要求。

2 隔热水性阻尼涂料的性能分析［3-6］

2.1 涂料组成

隔热水性阻尼涂料的主要成分［3］、配比及功能详见表1。

表1 隔热水性阻尼涂料的主要成分、配比及功能Table 1 Main components，proportions and functions of thermal insulation water-based damping coatings

2.2 涂料导热性分析

检测仪器：夏溪热线法导热仪，型号：TC3010L。

检测依据：GB/T 10297—2015《非金属固体材料导热系数的测定》。试验数据见表2。

表2 不同实验温度下样品的导热系数Table 2 Thermal conductivity of the samples at different experimental temperatures

2.3 涂料轻量化分析

由于水性阻尼涂料的密度比沥青阻尼垫小20 %～ 40 %，故同样体积下可减少质量20 %～40 %，另外水性阻尼涂料含有水分，烘干后质量可再减少25 %左右。通过试验可知，相比沥青阻尼垫，喷涂同样厚度的水性阻尼涂料至少可减少质量40 %左右（表3）。

表3 水性阻尼涂料对车身轻量化数据分析Table 3 Analysis of lightweight data of water-based damping paint

2.4 涂料防火性分析

基材：钢板，银色，厚度0.8 mm。

样品：钢板+涂料，1组3块。

样品尺寸：800 mm×155 mm×（3.1～3.5）mm。

测试标准：ISO 5658-2：2006《垂直火焰蔓延测试》；ISO 5660-1：2005《热释放速率测试》。

（1） 测试通过闪燃的方式观察样板的防火性，要求持续燃烧32 min，根据每一个试样的试验数据计算出结果，见表4。

表4 火焰熄灭时的临界辐射通量Table 4 Critical radiation flux when flame is extinguished

（2） 在（23±2）℃，相对湿度（50±5）%的条件下，试验条件1：25 kW/m2，有引燃火焰；试验条件2：25 kW/m2，无引燃火焰；试验条件3：50 kW/m2，无引燃火焰，样品燃烧至恒重量时的测试结果如表5所示。

表5 在不同试验条件下样品的测试结果Table 5 Test results of samples under different test conditions

（2） 热释放速率/时间曲线图，如图1所示。

图1 热释放速率与时间的关系Figure 1 The relation between heat release rate and time

从图1可以看出，随着时间积累，热释放速率在120 ℃左右出现峰值，随后逐渐下降。样品3随着时间较样品1和样品2较快出现热释放速率峰值，其热释放速率值较样品1和样品2要大一点。在300 ℃左右基本接近0值。

2.5 涂料减振降噪分析

本产品在东莞永强汽车有限公司做了现场试验，检测设备：AWA6228+多功能声级计、AWA6221A声校准器。检测方法：GB 12348—2008《工业企业厂界环境噪声排放标准》。在大型汽车驾驶室内进行试验，分别在发动机怠速和发动机1 800转速的情况下，选择驾驶室的不同位置作为测试点，试验数据见表6。

表6 涂料减振降噪试验数据Table 6 Vibration and noise reduction test data of paint dB（A）

由表6可见，在车身驾驶室下面喷涂新型水性阻尼涂料后，所测试的10个点位噪声监测平均值降低了1.1 dB（A），考虑到只是车身驾驶室的下面局部喷涂，而且两次检测都是白天作业，噪声影响因素较多，平均值有所降低，已经说明水性阻尼涂料起到了较好的效果。

3 结语

在东莞市永强汽车制造有限公司进行了水性阻尼涂料在汽车车身上的应用试验，试验结果表明，水性阻尼涂料在导热性、轻量化、防火性、降噪性方面均有良好表现，且无毒无味、环境友好，应用前景广阔。