一種輕質(zhì)PU隔音墊的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

操倩+許明春+李子田

摘 要：面對(duì)汽車輕量化的需求和車用材料的發(fā)展，人們傾向于使用新型的輕質(zhì)材料達(dá)到降低重量和提升性能的目標(biāo)。作為聲學(xué)包的部件之一，隔音墊需要具備優(yōu)良的隔音性能。文章通過(guò)對(duì)隔音墊新型材料的工藝調(diào)研和微觀結(jié)構(gòu)分析研究在輕量化的同時(shí)提升吸音性能的關(guān)鍵因素，并制作樣塊進(jìn)行摸底試驗(yàn)，依托于試驗(yàn)結(jié)論有效的支撐數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，最終通過(guò)實(shí)物驗(yàn)證達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)值。相對(duì)于傳統(tǒng)的材料，降重率達(dá)到60%以上，并獲得優(yōu)異的吸音性能，實(shí)現(xiàn)了輕量化工作的真正意義，為客戶提供良好的乘坐環(huán)境和聲品質(zhì)感受。

關(guān)鍵詞：輕量化；吸音性；輕質(zhì)PU；混響-半消聲

中圖分類號(hào)：U463.9 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）30-0115-02

引言

隨著汽車輕量化趨勢(shì)的發(fā)展，聲學(xué)包逐漸走向“以吸代隔”的趨勢(shì)，由高密度的隔音材料替換為低密度的多孔吸音材料，輕質(zhì)且性能優(yōu)良的材料越來(lái)越得到青睞，在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隔音墊作為聲學(xué)包的部件之一，在輕量化的同時(shí)也必須具有優(yōu)異的聲學(xué)性能，為乘員提供優(yōu)異的乘坐環(huán)境和聲品質(zhì)感受。本文通過(guò)材料試驗(yàn)驗(yàn)證在傳統(tǒng)樹脂氈隔音墊的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，引進(jìn)輕質(zhì)PU隔音墊，調(diào)研工藝流程及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分析微觀上結(jié)構(gòu)對(duì)吸音性的貢獻(xiàn)，并探討如何在輕量化的同時(shí)保證優(yōu)良的吸音性，達(dá)到輕量化目標(biāo)的真正意義。

1 生產(chǎn)工藝

區(qū)別于傳統(tǒng)的PU發(fā)泡，隔音墊使用的PU為開模發(fā)泡，自然發(fā)泡，無(wú)壓力，無(wú)回彈性，通過(guò)切割得到片材，以此形成引擎蓋隔音墊模壓的基材，而傳統(tǒng)的座椅及前圍發(fā)泡為閉模發(fā)泡，高壓力，且具有高回彈性，密度根據(jù)部件需要調(diào)整。故輕質(zhì)PU密度較低，目前使用的密度均在15kg/m3至18kg/m3之間。

與傳統(tǒng)的樹脂氈隔音墊相同，得到片材后通過(guò)模壓模具覆表面面料形成最終的成品。樹脂氈大部分只覆表面一層面料即可，也可根據(jù)需要覆正反兩面面料，而輕質(zhì)PU需要覆正反兩面面料，防止PU破損，吸濕，以及長(zhǎng)時(shí)間風(fēng)化后剝落。（如圖1）

2 吸音原理

吸音的原理就是聲能轉(zhuǎn)化成熱能，而熱能是產(chǎn)生是微乎其微的，對(duì)零部件和整車沒有影響。傳統(tǒng)的樹脂氈為纖維交織而成的結(jié)構(gòu)，工藝流程為PET纖維混合PP纖維和低熔點(diǎn)纖維通過(guò)開松、混合、梳理、鋪網(wǎng)、針刺形成樹脂氈墊，故而微觀結(jié)構(gòu)為纖維絲互相纏繞糾結(jié)的形態(tài)。輕質(zhì)PU是通過(guò)A、B料混合反應(yīng)而成，微觀結(jié)構(gòu)為多孔互聯(lián)結(jié)構(gòu)，孔與孔之間互相串聯(lián)，路徑不同扭曲。當(dāng)聲波傳入進(jìn)去后，多孔之間類似迷宮的微觀結(jié)構(gòu)使能量大幅衰減，從而達(dá)到吸音目的。故而從微觀結(jié)構(gòu)本身分析，輕質(zhì)PU相對(duì)于樹脂氈在吸音性上會(huì)更有明顯優(yōu)勢(shì)。（如圖2）

3 吸音性片材測(cè)試

為獲得不同材料具體的吸音性數(shù)值，驗(yàn)證理論結(jié)構(gòu)。用混響-半消聲法對(duì)傳統(tǒng)樹脂氈及輕質(zhì)PU片材的吸音性進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，輕質(zhì)PU常用的密度均在15kg/m3～18kg/m3，根據(jù)應(yīng)用在不同部件上選擇不同厚度，以下選擇常用厚度15mm、20mm、25mm、30mm、35mm進(jìn)行測(cè)試。樹脂氈常用克重1200g/m2左右，根據(jù)針刺工藝可以做到的范圍，厚度可以實(shí)現(xiàn)5mm、10mm、15mm、20mm，太薄纖維無(wú)法進(jìn)一步刺緊，太厚纖維無(wú)法纏繞連接形成氈墊。分別測(cè)試以上共9組片材，得到以下吸音性結(jié)果。（如圖3）

從測(cè)試結(jié)果可以看出：輕質(zhì)PU的吸音性隨頻率增加響應(yīng)更快，很快到達(dá)較高水平，表現(xiàn)為在中低頻階段相對(duì)于樹脂氈吸音性明顯提高，每個(gè)頻率上平均高出50%～125%不等，高頻階段兩者幾乎相當(dāng)。

我們可以根據(jù)吸音特性曲線，根據(jù)重量目標(biāo)，成本目標(biāo)以及吸音性目標(biāo)選擇合適規(guī)格的輕質(zhì)PU片材來(lái)設(shè)計(jì)隔音墊。在密度相當(dāng)?shù)那闆r下，厚度在一定范圍內(nèi)增加，會(huì)獲得更好的吸音性，但是成本和重量隨之進(jìn)一步增加，所以需要權(quán)衡選擇。

4 3D設(shè)計(jì)

確認(rèn)了面料及PU片材的規(guī)格后可以開始進(jìn)行隔音墊的3D數(shù)據(jù)制作，以用于引擎蓋上的隔音墊為例：

（1）確認(rèn)覆蓋面積，根據(jù)引擎蓋鈑金的型面及尺寸確認(rèn)隔音墊的外形尺寸；（2）主定位及輔定位確認(rèn)，根據(jù)優(yōu)先要保證精度的位置或者裝配卡扣的操作慣性，確定定位孔的位置；（3）安裝點(diǎn)間距確認(rèn)，傳統(tǒng)的樹脂氈隔音墊推薦間距在250mm左右，保證安裝牢靠且不下塌變形，經(jīng)過(guò)驗(yàn)證輕質(zhì)PU隔音墊重量較輕，安裝點(diǎn)可適當(dāng)減少也無(wú)影響，間距可放寬至300mm左右；（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝點(diǎn)的位置保證和鈑金貼合，其余位置設(shè)計(jì)3mm左右間隙，保證裝配方便性；（5）壓變?cè)O(shè)計(jì)，相對(duì)于樹脂氈隔音墊，輕質(zhì)PU隔音墊外觀更美觀在于壓變厚度更小，封邊美觀，邊界幾乎不可見，不易炸邊。具體的壓邊厚度要根據(jù)隔音墊的主體厚度來(lái)確定；（6）翻邊設(shè)計(jì)，為了外觀裝配后更美觀，通常會(huì)一圈增加反向翻邊結(jié)構(gòu)，通過(guò)和鈑金干涉，達(dá)到裝配后無(wú)縫隙的效果。

5 實(shí)物吸音性驗(yàn)證

根據(jù)3D數(shù)據(jù)開發(fā)一款隔音墊，利用混響-半消聲法進(jìn)行檢測(cè)，經(jīng)過(guò)兩輪次PU內(nèi)部孔隙率的適應(yīng)性調(diào)整，對(duì)照當(dāng)初輸入的目標(biāo)值，吸音性達(dá)成，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目標(biāo)值。（如圖4）

在孔隙率調(diào)整的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)隨著孔隙率的上升，PU內(nèi)部開孔率提高后吸音性逐漸提高，在微觀結(jié)構(gòu)上，此為一大影響因素。

6 推廣應(yīng)用

目前輕質(zhì)PU根據(jù)不同部件的功能特性可應(yīng)用在引擎蓋隔音墊和前圍隔熱墊上，可實(shí)現(xiàn)降重60%左右且不影響性能。應(yīng)用在前圍隔熱墊上后，除了吸音性之外，還要保證隔熱性不降低。

7 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)吸音性原理的分析，對(duì)不同規(guī)格的片材進(jìn)行摸底對(duì)比測(cè)試，用理論結(jié)果支撐實(shí)際設(shè)計(jì)，最終驗(yàn)證達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)值且遠(yuǎn)優(yōu)于目標(biāo)值。為輕量化工作提供了科學(xué)且有效的實(shí)施方向，深入輕量化的真正本質(zhì)，在降重的同時(shí)保證產(chǎn)品性能，提升車型的產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，為客戶提供經(jīng)濟(jì)、舒適的產(chǎn)品方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]周燕.摩擦噪聲與降噪技術(shù)研究[D].機(jī)械科學(xué)研究總院，2006.

[2]陳漢全.全水發(fā)泡聚氨酯泡沫的制備及納米改性的研究[D].武漢理工大學(xué)，2007.

[3]曾月蓮.聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料降噪性能的研究[D].機(jī)械科學(xué)研究總院，2007.endprint