針刺吸聲隔音纖維氈材料的應用及研究進展

楊 菲，徐山青

（南通大學，江蘇 南通226019）

在全球議論的環境、資源問題中，交通噪聲被公認為是一種嚴重的公害。汽車噪聲不但增加駕駛員和乘員的疲勞度，影響行駛安全，對人體健康也有不良的影響。國內外汽車生產廠家對汽車產品的噪聲控制都非常重視，都有專門的噪聲研究和控制隊伍，他們把低噪聲汽車產品的設計制造作為產品開發的主要目標之一。針刺纖維氈以其天然的網狀結構以及多孔性、柔軟性及彈性等特點，非常適合于吸聲材料。除此之外，針刺纖維氈還具有原料來源廣、產品品種多；生產工藝簡單，生產速度快，產量高；工藝變化多，產品用途廣等特點，因此針刺纖維氈在吸聲材料中的應用前景廣闊。

1 針刺纖維氈的吸聲隔音

1.1 針刺纖維氈結構性能及特點

針刺法是經過機械刺針的上下運動，對經過梳理并按不同纖維取向鋪疊而成的纖維網進行針刺，使纖維自身相互纏結，以達到纖維網固結的作用。通過針刺方法加工的纖維氈，可以形成多層立體網狀結構，三維孔隙分布均勻，可作為一種理想的吸聲隔音材料。由于針刺非織造布生產工藝簡單，工藝流程短，產品成本低，結構獨特，技術性能優越，所以被廣泛地應用于汽車工業中，其應用比例遠遠大于其它工藝方法生產的非織造布。

1.2 針刺纖維氈的吸聲隔音原理

針刺纖維氈是一種多孔性吸聲材料，其噪聲控制機理為，當聲波進入吸聲材料孔隙后，部分聲波反射，部分聲波透入材料內部微孔內，激發孔內空氣與筋絡發生振動，空氣與筋絡之間的摩擦阻力使聲能不斷轉化為熱能而消耗；空氣與筋絡之間的熱交換也消耗部分聲能，從而達到吸聲的目的。

1.3 針刺纖維氈的吸聲性能的測量與評價

測量吸聲材料的吸聲性能有兩種方法：一種為駐波管法；另一種是混響室法。

駐波管法用于測量吸聲材料或吸聲結構垂直入射吸聲系數。用混響室測量吸聲材料或吸聲結構的吸聲系數時，混響室應滿足如下要求：室內壁邊界面能有效地反射聲波，并使各方向來的聲波盡可能幾乎相等，形成擴散場條件。這樣，室內除了靠近聲源的范圍外，全室各點處的聲壓線變化不大；室內容積V大于100m3，樣品要求量很大，在實際測量應用中受到限制，但是這種測量方式是最接近實際情況的測量方法。

吸聲材料對于不同頻率的聲波具有不同的吸聲系數。在工程上，一般采用125Hz、250Hz、500Hz、1 000Hz、2000Hz、4 000Hz的6個頻率的吸聲系數之算術平均值，來表示某種吸聲材料的吸聲頻率特性。對于吸聲系數大于0.2的材料，稱為吸聲材料［6］。兩種測量方法的比較如表1所示。

表1 駐波管法和混響室法兩種測量方法的比較

2 針刺吸聲隔音纖維氈的材料選擇

2.1 植物纖維

早期使用的吸聲材料主要是植物纖維及其制品，如棉、麻纖維、甘蔗纖維、木質纖維等。這類植物纖維用于降噪常采用模壓工藝做成板材或以非織造纖維氈的形式作為填料。這些材料在中、高頻范圍里有良好的吸聲性能，如黃麻纖維是一種天然的可再生資源，有良好的吸聲隔熱性能，我國“中華”牌轎車以其前衛的設計理念率先采用黃麻纖維制造門板、頂棚、衣帽架和行李廂襯板等吸聲內飾產品。偉世通（Visteon）公司采用一步模壓成形方法，使用德國R＋S公司的成形設備，其第一個產品是福特公司“Mondeo”牌汽車的門板。

2.2 無機纖維

吸聲材料常常采用的無機纖維有玻璃纖維、巖棉纖維、礦渣棉纖維。例如，超細玻璃棉是一種采用火焰熔化拉絲噴吹成直徑0.1～3.5um的棉絮狀玻璃微纖維。玻璃棉容重輕、導熱系數小、吸聲系數高，是較理想的吸聲材料。超細玻璃棉吸聲材料主要用于發動機殼體，吸收和降低其聲輻射效率。汽車發動機罩殼體內側吸聲層一般是以超細玻璃纖維和毛氈為吸聲材料的基體材料進行表面處理，背后設計成空氣層結構。但是關于玻璃棉的環保問題目前處于爭議之中，部分發達國家對玻璃棉的使用進行了嚴格限制。

2.3 合成纖維

近年來，各種合成纖維也用于針刺吸聲隔音纖維氈的制造，這類紡織纖維主要有聚丙烯纖維、聚酯纖維、聚酰胺纖維等。美國通用公司，在0.44～0.666tex聚酯纖維網中加入低熔點聚酯纖維，經針刺加固而成的材料，具有成本低、重量輕、可回收等特點，并且吸音效果良好。

2.4 再生纖維

近年來，廢舊紡織品成為增長最快的固體垃圾之一，對環境壓力日益加劇。因此，廢舊紡織品回收和綜合利用受到了廣泛的重視，它既能節約大量資源，又能夠減輕對環境產生的污染。國內各汽車內飾件生產企業主要以再生棉纖維／PET纖維／低熔點纖維通過針刺非織造加工方式生產出吸聲隔音纖維氈材料，用于制造隔音墊。隔音墊多分布于汽車底板、儀表板、汽車輪廓罩、引擎罩、中央通道等位置，主要吸收車輛運行時產生的噪音，是降低整車NVH的措施之一。瑞士EMSCHEMIE采用70%專用聚酯短纖維與低收縮再生纖維混合成網，經針刺形成高蓬松材料，再經復合、模壓成形的材料，具有合適的硬挺度和良好的吸音效果，可用于汽車底部。

2.5 金屬纖維

用于降噪領域的金屬纖維主要有鋁纖維、鋼纖維。金屬纖維氈可以用于一些特殊環境和條件下的隔離材料，在高分貝條件下，金屬纖維氈吸音效果很好，這是由于它的多孔性和空隙曲折相連性，使聲音能量因粘滯流動而損失，改變了聲音傳播的路徑，降低了傳播中的聲音能量，達到了降噪的目的。美國已開發出一種POLPRENT的產品，其主要成分是聚酯纖維，再加少量的聚丙烯纖維，通過針刺、熱粘合方法而成非織造纖維氈，其本身與其他的非織造纖維氈沒有任何區別，但如果在其夾層中加入金屬層或金屬網的話，就會有良好的隔音性能。

3 針刺吸聲隔音纖維氈應用現狀及發展趨勢

3.1 應用現狀

近年來，經濟型轎車持續升溫，采用非織造材料做汽車內飾材料已是國際流行趨勢，其中以針刺產品最受關注，它具有成本低、強度高、質量輕、吸音、保暖、減震等特點，還具有較好的可塑性、穩定性、多功能性和外觀好等優良性能，因而非常適合用作汽車內飾的頂篷布、車內地毯、行李箱襯里等。如今，車用非織造布最引人注意的是隔音材料，它們正在取代較重的EVA型阻隔材料。根據Frost Sullivan的一份報告，用于隔音和發動機罩的針刺非織造材料在終端市場的應用會不斷增長，北美地區2012年在這一領域的銷售達5.80億美元。德國卷材商Sandler公司提供基于PET的、具有吸音功能的Sawasorb非織造布。該公司稱，這些材料的應用幾乎涵蓋了汽車行業所有隔音部件的用途，在歐洲已用于30多種車型。

3.2 發展趨勢

3.2.1 可回收車用非織造材料

汽車內飾紡織品纖維要符合循環利用的基本要求：可以拆開、選擇合適的材料（不使用對環境有害的材料，限制使用多種類塑料，著重使用純凈的單一品種的塑料，使用可循環利用的材料）。可循環再生型汽車隔音墊是一種具有低密度等優點又有廢纖氈可循環利用、較廉價、節能等優點的填充成形的新型汽車隔音墊。它利用回收棉／化纖、回收PU海綿、低熔點纖維、滌綸纖維等材料制成，其特殊的制造工藝和技術使產品的粉塵含量極低，產品各部位密度均勻，壓縮回彈強度和恢復性能優良，并具有抗霉和阻燃性。不僅在制造過程中節能，廢邊料可再利用，而且產品在車輛報廢后也可再循環利用；更主要的是原料從纖維開松混合開始到帶型面產品的一次成型，具有流程短、速度快、節能的制造優勢。避免了傳統隔音墊纖維須經開松、混配、混合氣流或機械成網再加熱定形，再進行第二次加熱模壓冷卻成形的工藝，從而節約能源，提高效率，減少排放。

3.2.2 綠色健康車用非織造材料

隨著人們健康意識的日益增強，“綠色健康消費”將成為人們的第一選擇。據有關資料顯示，目前，在神龍汽車有限公司（DPCA）所有車型乘員艙和行李廂中使用的源于回收的廢舊棉纖維的棉基聲學降噪材料，不能滿足DPCA關于氣味和揮發性有機化合物（VOC）的技術要求，對整車VOC和氣味的技術質量控制目標構成了極大的威脅，尤其是甲醛檢出率及水平嚴重超標。為了從根本上消除廢舊棉氈聲學降噪材料在VOC和氣味方面的風險，必須采用環境友好、低氣味、低VOC排放的新材料。

3.2.3 功能化車用非織造材料

隨著汽車生產廠商對汽車內飾要求的不斷提高，功能化勢在必行。對于汽車內飾非織造材料來說，在原有的基本特性之外，還應具有較高的阻燃性、耐磨、染色牢度、抗靜電等性能，以及質量輕、防水、防油、易清潔、不易變形抗菌等特性。如：防紫外線纖維可以使座椅面料、地毯、車篷等紡織品不至于褪色和脆化；涼爽纖維通過屏蔽大部分的紫外線、可見光及紅外線，使車內溫度降低。

4 結論

針刺纖維氈由于具有多孔性、柔軟性及彈性，非常適合用作吸聲材料，但目前，其在降噪領域的應用還十分有限，我們應該大力開發及推廣新的非織造布復合降噪材料，不僅可以增加紡織企業的經濟效益，而且可以降低噪聲對環境的影響。

［1］杜兆芳，胡鳳霞，趙淼淼，黃芙蓉，王少松，王安洋.汽車內飾材料的吸聲性能［J］.紡織學報，2011，6（32）：45—47.

［2］李晶.環境友好型非織造布吸聲材料的研究［D］.天津：天津工業大學，2007.

［3］朱曉娜，左保齊.紡織品吸聲隔音材料研究進展［J］.現代絲綢科學與技術，2010，（2）：34—36.

［4］張錦寬.針刺非織造材料吸聲性能研究［D］.上海：東華大學，2010.

［5］羅以喜.吸聲隔音用纖維與非織造布復合材料［J］.非織造布，2003，4（11）：35—38.

［6］汪軍，楊璇，傅婷.廢舊紡織品回收綜合利用和產品開發相關問題的探討［J］.現代紡織技術，2013，（3）：25—27.

［7］姚桂香，周彬.再生棉的生產實踐［J］.山東紡織經濟，2010，（10）：87—88.

［8］趙淼淼.汽車內飾材料吸音隔音性能的研究［D］.合肥：安徽農業大學，2010.

［9］劉海洋，劉慧英，王偉霞，馬海健，陳云法.金屬纖維的發展現狀及前景展望［J］.產業用紡織品，2005，（10）：1—4.

［10］杜兆芳，胡鳳霞，趙淼淼，黃芙蓉，王少松，王安洋.汽車內飾材料的吸聲性能［J］.紡織學報，2011，6（32）：45—47.

［11］劉偉軍.汽車內飾紡織品現狀研究及數據庫構建［D］.上海：東華大學，2005.

［12］姚明華，萬玉峰.新型紡織品復合材料在汽車內飾中的應用［J］.上海紡織科技，2010，5（38）：20—22.

［13］趙磊，俞建勇，劉麗芳，等.黃麻纖維氈增強復合材料的力學性能研究［J］.山東紡織科技，2008，49（5）：8—11.