典型汽車用簇絨地毯復合材料性能與構成

摘要：汽車用地毯與整車鈑金接觸面積比較大，因而對于整車的聲學性能起著非常重要的作用，文章通過對典型汽車用簇絨地毯復合材料性能與構成的闡述，以期為業界開發乘用車簇絨地毯起到一定的參考意義。

關鍵詞：簇絨地毯 聲學性能 復合材料 性能與構成

0 引言

隨著現代紡織技術和工藝的發展，汽車工業大量采用高性能纖維材料，充分滿足了消費者的需求。就目前而言，汽車地毯類主要有針刺地毯及簇絨地毯兩大類。前者所用纖維原料95%以上是聚酰胺纖維，其優點在于優異的回彈和耐磨性。針刺地毯所用纖維主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯價格上的優勢，各國都投入了較大的人力和物力對其進行研究和開發，而國內目前針刺地毯主要應用在中低檔的小型家轎上，中型及豪華轎車上大都采用了簇絨地毯。

下面就從汽車地毯的幾個主要性能要求上，對典型汽車用簇絨地毯復合材料開發與應用做一簡明的闡述。

作為汽車內飾件的地毯，其主要的性能包括：外觀、聲學、機械性能、氣味、排放、阻燃性等。

圖1即為一種典型的簇絨地毯復合材料構成，它是一種層迭式的復合結構，通過簇絨、涂膠、熱壓成型以及發泡等工藝流程制造。

1 簇絨地毯復合材料構成最上層-毯面的外觀特性

首先，汽車用簇絨地毯外觀，需滿足人們對于舒適豪華感觀上的追求，因而對于最上層結構的毯面設計，就需考慮兩個要點：毯面的風格及顏色。產業用紡織品的纖維原料已經從過去主要采用棉、毛、麻等天然纖維逐步發展到采用粘膠、丙綸、綿綸、腈綸等化纖，從采用常規化纖發展到大量采用各種高強、高模、耐高溫、耐酸堿、高氧化、耐水解的高性能纖維，由于聚酰胺纖維（俗稱：尼龍紗線）優異的回彈和耐磨性，它迅速地在汽車簇絨地毯中得到廣泛的應用，各供應商也積極地投入到此紗線的開發中來，目前國內比較大規模開發簇絨尼龍紗線的廠家中有Aquafil，Universal以及Invista等，隨著中國汽車工業近幾年的蓬勃發展，高中檔家用轎車和商業用車產銷兩旺，合成化學纖維用量需求越來越大。

所謂簇絨，是將一束束的尼龍紗線植于無紡布的基布上，簇絨機將紗線剪斷，紗線直立或彎曲形成絨感，背面將紗線束用PE膠粘附形成。對毯面的風格而言，主要體現在絨高，簇絨機的幅寬方向的紗線束的針腳距離，毯面的單位面積的克重等，目前國內外的毯面的加工過程大都通過簇絨機完成，以進口機器為主，絨線束針距現在較為普遍的有兩種，一種為1/10"，另一種5/64"，是指在簇絨機的橫向上在一英寸的基布上有多少束的尼龍紗線束。1/10" =10束/英寸，5/64"=12.8束/英寸。

其中1/10"規格見圖2，5/64"規格見圖3。

圖2 1/10" 圖3 5/64"

其次，對于毯面顏色，豪華車大都采用了黑色灰色，亞光效果顯得沉穩和大氣，對于絨面的手感來說非常舒適，對于這些顏色的毯面而言也耐臟，尼龍紗線的顏色通常由原材料下一級制紗企業獲得，過程上采用浸染和匹染（化學染），區別在于，從橫斷面上看，前者為單根紗線的顏色整個都為同種顏色，是在制紗噴紗時就已著色，因而耐光色牢度非常好，而后者只是紗線的表面著色，耐光色牢度差，時間久會褪色。

2 簇絨地毯復合材料構成中間層-重涂層（EVA或

EPDM）的聲學和機械特性

汽車用簇絨地毯，其中重要的一個功能就是其要滿足聲學上的要求：降噪及隔音。

首先，了解掌握“噪聲學”中幾點基礎知識：

2.1 基本聲學定義-頻率。通常假定聽頻范圍為20Hz至20000Hz；倍頻程用作說明頻率范圍和組成，除考慮總的聲壓級外，還必須考慮聲音的頻譜構成，即聲壓是如何伴隨頻率的變化而變化的，頻率低，則聲壓級必定高，聲響大。

2.2 SPL（聲壓級）。測量聲壓波動-用分貝表示（dB），聲壓波動的數值范圍很廣，因此通常認為使用分貝標度表示更為方便，分貝標度基于功率比例之上。聲壓級=10log（（測得聲壓）2/（參考聲壓）2）=20log（測得聲壓）-20log（參考聲壓）。標準的參考聲壓為20μPa，這是身體健康并具有良好聽覺的年輕人所能聽到的最小聲音，規定為 “0dB”。

2.3 基本噪音控制功能

圖4 噪音控制圖

2.4 噪音控制材料性能。傳聲損失，傳聲損失的理論知識可以解釋不同聲屏障的不同性能，這些聲屏障包括隔板、地毯、行李箱飾件、后窗臺、車門裝飾板等。“隔音部件”為主要用來隔音的零部件，通常使用防滲材料制作而成。安裝在車身內的隔板、密閉件、輪室隔板等隔熱材料則起不到隔音的作用。聲音插入損耗為傳聲損失的另一種表現形式，此情況下，消除了金屬板的影響。

傳輸損失即為入射到隔離件上的聲功率同通過隔離件傳輸的功率的比例，比例值越高越好，高比例值意味著通過隔離件傳輸的能量較少。

隔音是通過傳聲損失定義的：STL=10log（1/τ）

τ=傳輸的功率/入射的功率

對于地毯，我們通常在隔音上，采用以下結構材料構成：

表1 隔音材料厚度及隔音效果關系

最終的材料的應用聲學效果，通常根據經驗選材，通過實驗驗證。

3 簇絨地毯復合材料構成底層-發泡層（PUR聚氨脂發泡材料）的聲學及機械特性

吸音，“吸音部件”主要用來吸收噪音的部件，通常使用多孔滲水型材料制作而成。通常其材料同隔熱材料相似，其作為聲屏障的效果不明顯。例如座椅、車頂內襯、飾件后部的針氈等。

吸音和氣流阻力，通過將聲能轉化為熱量可達到吸音的目的，這一過程是通過聲音穿過多孔滲水材料時粘性的損失實現的。激活多孔滲水結構后聲能會消散。聲能激活無孔結構時也會被吸收，某些聲能將轉化為機械能并消散在無孔結構中。氣流很容易穿過多孔滲水型材料因為此類材料不會吸收太多聲能，聲能正好穿過這些材料。氣流不能通過的材料，也不會吸收聲能，遇到此類材料聲能會被反射回來。存在達到優良吸音效果的最佳的氣流流速。

表2 吸音材料厚度及性能關系

衡量某一部件吸音量單位是公制sapiens，即吸音系數與表面積（m2）的乘積。大面積覆蓋吸音性能差的吸音材料同覆蓋小面積吸音性能好的吸音材料所取得的效果相同。材料中的小孔不會嚴重降低吸音性能。

與厚度成函數關系的纖維性材料正入射吸音率，見圖6。

最終的材料的應用吸音聲學效果，通常也是根據經驗選材，通過實驗驗證。在具備SEA（統計能量分析系統）材料建模能力的實驗室，可以提供優化早期車室減噪方案的信息，應對成本和重量進行優化，提示NVH項目活動小組會產生NVH問題的任何區域。固定裝置的部件設計可先期進行，這樣可以防止固定最后進行，并盡量減少使部件設計的費用。

4 簇絨地毯復合材料滿足安全及環保性的要求如阻燃性、氣味、排放

汽車內飾材料必須有很好的阻燃性能，不論是前面的尼龍紗線，PET基布、EVA或是發泡材料都須符合阻燃性這一安全性能，內飾材料的燃燒性也被列入國家強制認證檢查的項目。車用紡織材料合成纖維的組成和化學結構各不相同，其熱性能和阻燃性能各不一樣，因而針對不同的復合材料，采用不同的方式，以期達到阻燃安全特性上的要求，比如，聚胺脂纖維在受熱分解時，其N-C和CH2-CO鏈均斷，添加含氮化合物作為阻燃劑有肋于聚胺脂纖維的阻燃。

另一方面，地毯內飾材料必須滿足FOG霧化及VOC總碳揮發的指標。當前各大主機廠對于揮發性實驗的這兩項目標值的達到，控制得非常嚴厲，霧化是指內飾材料中的易揮發的成分物質汽化冷凝在車窗或檔風玻璃上，影響視線且不易擦除，嚴重影響行車安全，且對車內空氣質量造成影響。其中有些化學物質對人體健康產生嚴重不良后果。因而，在內飾物材料的選擇開發上，必須從材料的整個生命周期中去考慮，也就是從材料、加工過程以及后道工序中去考慮，從原材料級別就需要考慮到其排放性能指標及禁用物質的檢驗。

5 結論

簇絨地毯是一個由復合材料組成的結構，選材的好壞和正確與否，影響著整車的聲學性能和舒適性能。相信隨著綠色紡織材料的開發與應用，人造和合成纖維的開發與應用，以及傳統新型紡織設備、工藝及裝備的最新發展，紡織技術與創新，乘用車簇絨地毯還有很大的發展潛力，各方面性能還會得到很大的提高。

參考文獻：

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作者簡介：馮德偉（1976-），男，江蘇宜興人，研究生，研究方向：工程管理。