淺析汽車降噪復合非織造材料的選用

趙曉宇 馮 亮 劉 康

（沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159）

淺析汽車降噪復合非織造材料的選用

趙曉宇 馮 亮 劉 康

（沈陽理工大學 遼寧沈陽 110159）

隨著我國國民經濟的飛速發展，汽車制造業近些年也呈現出“井噴式”的火爆發展景象，一躍成為國民經濟的“重要支柱產業”。但隨之引發的噪聲問題也逐漸滲入到城市的邊緣，危害著人類健康。所以，控制汽車噪聲到最低水平成為汽車設計者追求的方向。而非織造材料在具有吸盧、隔聲性能的同時，還具有生產工藝簡單、成本低、可回收等眾多特點成為汽車降噪領域的首選。

降噪材料；機動車輛；非織造材料

非織造技術是20世紀40年代形成的一種纖維集合體材料的加工方法，目前已在世界范圍內獲得了迅猛發展，并得以廣泛應用。我國非織造材料經過三十多年的發展，其產量從1996年的28.78萬噸增加到了2015年的200萬噸，與北美和歐洲地區呈三足鼎立之勢。從工藝特點上講，針刺工藝是一種傳統且長青的，具有很大發展前景的非織造技術，其中聚酯針刺非織造材料，以其優良的降噪性能和物理機械性能、較低的生產成本、可循環利川且無污染等特點，備受汽車設計者和生產商的青睞。

一、汽車用非織造材料概述

汽車用非織造材料一般是利用聚酯纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維和部分天然纖維等經過針刺、水刺、紡粘、熔噴等成網方式制造的汽車結構件、裝飾件及配套產品，包括空氣和油的過濾介質、汽車內飾材料、隔熱絕緣板材料和吸音隔音材料等。由于汽車配套所必需的非織造產品具有來源廣泛工藝流程短、成本低等性能，同時非織造材料還具有良好的使用性能，因此，近年來越來越受到汽車材料工業的重視，其發展勢頭異常迅猛。

汽車業已經成為我國的重要支柱產業，汽車的平民化也為非織造材料帶米了巨大商機。據統計，過去生產一輛轎車平均僅需1m2非織造材料，而今天則需20m2非織造材料，而且用量還在繼續增加。在日本，汽車用非織造材料做車項棚的裝飾已很普遍，幾乎70%的車頂裝飾都是用非織造材料，在歐洲，這一數字也已超過50%。據權威機構預測，隨著汽車的逐漸普及，汽車用非織造材料的市場將進一步擴大，從而給產業用紡織品帶來了巨大市場。

1、非織造材料的結構特征

所謂非織造材料，足指一種不經過傳統的織布方法，而足用有方向忭的或雜亂的纖維網制成的布狀材料，它是用纖維問的摩擦力或者自身的粘合力，或者粘合劑的粘著力，或兩種以上的力使纖維結合在一起的方法，即通過摩擦加固、抱合加固或粘合加固的方法制成的纖維制品。非織造加工方法足一種不經過傳統的紡紗織布方法，而是使用機械的、化學的、熱力的或其他方法，使纖網固結在一起而形成的材料的方法，纖維之間的聯結主要有三種方式：機械外力(針刺、水刺)，化學(粘合劑)，熱學(熱粘合)，或者這兒種方式的復合。因此，生產工藝原理也不同于傳統的紡織方法。所用纖維可以是大然纖維或化學纖維；也可以是短纖維、長絲或當場形成的纖維狀物。非織造材料的加工過程主要是成網和加固，成網后再加固便成了具有一定力學性能的布。然而，成網和加固方式的不同，所形成的非織造材料的結構和性能都會有很大差異。但從總體上講，非織造材料的主體都是纖維，這些纖維在纖維網中會以不同的形式存在，纖維與纖維之間呈二維或三維網狀結構分布，形成彼此相通或不通的曲折的二維或三維通道。

2、非織造材料的吸聲原理

聲波是一種機械能。它的傳播必須借助一定定的媒質，并且它住不同的媒質中具有不同的傳播速度和損耗。吸音現象主要是將聲能或振動能轉換成其他形式的能量，通常是以熱能的形式耗散掉。紡織纖維及其非織造材料由于具有多孔性、柔軟性及彈性，屬于多孔材料的范疇，非常適合用作吸聲材料。當聲波入射到非織造材料表面時，由于材料本身具有多孔性，因此，就會有一部分聲波透射到材料內部，從而激起材料空隙中的空氣和纖維發生振動，由于摩擦和粘滯阻力及纖維熱導效應的存在，一部分聲能就會在傳遞的過程中轉化為熱能而耗散。這樣，就使非織造材料具有了吸聲效果。

二、汽車降噪用非織造材料所用纖維的選用

纖維是構成非織造材料的最基本單元，由于非織造材料是南纖維原料直接構成的纖維集合體，因此，纖維原料的性能對非織造材料的性能就有著直接影響。非織造材料應用的纖維原料非常廣泛，要生產性能價格比合理的非織造產品，纖維的選擇就應該給予以下兩個方面的考慮：非織造布使用性能、可加工性和成本等。

1、纖維原料性能方面

不同的非織造材料的使用性能對纖維原料的要求是不同的。非織造材料主要用于噪聲的吸收，要求材料具有強度高，性能穩定，不易老化，耐氣候性好。適用于該用途的纖維主要有動植物纖維、無機纖維和化學纖維這三大類。但是考慮到動物纖維防火、防蛀和防潮性能差，且成本較高，因此，不適合在汽車上大規模使用。無機纖維雖具有良好的吸聲特性和化學穩定性，但是遇水或受潮之后吸聲性能會明顯下降，而且無機纖維性脆，易折斷形成粉塵而污染環境，影響人體健康。因此，無機纖維的使用也受到了一定限制。而化學纖維性能穩定、品種多；不易老化、耐氣候性能優異，成本低廉且可以按照非織造生產工藝的要求進行控制。因此非常適合做降噪材料，而麻纖維是天然纖維中長度最長、纖維結晶度、取向度、縱向彈性模量較高的一種纖維。很適合作為汽車內飾復合材料的增強體。而且麻纖維具有良好的吸放濕性、防腐、絕熱、絕緣、隔音、吸音、防震性，因此，被越來越多的使用到汽車內飾材料的生產中。

我國研究開發的黃麻/聚丙烯復合材料板，主要用于轎車內飾件、噪音吸收板、備用輪罩等部位，該材料還可以有效的提高轎車的NVH性能。通過對苧麻、黃麻、大麻纖維針刺地毯的吸聲性能進行分析可以看出指出，苧麻纖維針刺毯在500Hz以下的低頻范圍較好，黃麻纖維針刺毯的吸聲性能在中頻500～1000Hz的中頻范圍較好

2、纖維原料可加工性的方面

非織造材料是由纖維原料直接通過成網和固網兩道工序加工而成的，因此纖維原料的特性和纖維在纖網中的排列方式對最終制品的物理性能和力學性能有著直接的影響。

此外，加固工序對纖維原料的選擇也有一定影響。非織造材料的加固可分為機械加固、化學加固和熱粘合加固三大類。機械加固主要考慮纖維的機械強度、伸長、纖維的長度、細度、表面形態、摩擦系數和截面形狀及靜電性能等；化學加固主要考慮纖維的吸濕、長度、線密度、表面形態、粘合劑的粘合特性和耐熱性能；熱粘合加固中，對丁具有粘合特性的纖維，其熱熔溫度、時間及熱熔之后形態的變化都是要考慮到的囚素。

聚酯纖維由于其與紡織機械金屬部件之問的摩擦系數較低、纖維與纖維問的摩擦系數較高、纖網的強度高等特點，所以，聚酯纖維的可紡性很好。同時聚酯纖維物理機械性能也很好，而且米源廣泛，成本低廉，無特殊氣味，不危害人體健康，經濟環保，因此，外界環境濕度對其吸聲性能穩定性的影響較小，同時聚酯纖維的彈性形變恢復能力很高，當聲波進入材料內部后，會帶動材料中空氣的振動，由此消耗的聲能也多。因此與聚丙烯纖維相比，從可加工能及成本方面考慮，聚酯纖維更適合做吸聲材料。

[1]柯勤飛，靳向煜.非織造學[M].上海：東華大學出版社，2004

[2]本報記者 張邁建. 巨大“蛋糕”等你切[N]. 中國紡織報,2007-02-27004.

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

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1007-6344（2017）01-0261-01