简单介绍汽车防噪高分子材料

NVH是客户直接感受到的，通常指在某特定工况下对车子的主观感觉，如抖动和轰鸣噪声。NVH特性是衡量汽车设计和制造质量的一个综合性能指标。整车振动噪声也是国内客户买车时越来越关注的重点性能，更是自主品牌轿车要进入国际先进车辆行列从而打进国际市场的关键指标之一。

一、汽车NVH背景

国内汽车市场成为国际汽车厂家的竞技场，各汽车厂商争相推出最具市场竞争力的产品。在竞争激烈的市场上，同档次车型在常规性能方面的综合“性价比”越来越相似，顾客要求越来越高，需要汽车生产厂家推出性能更好的汽车产品。乘驾舒适性作为用户对汽车的第一印象及感觉，可以直接影响顾客的购买欲望，从而影响市场占有率和销售量。在此背景下，提高车辆噪声控制水平已成为新的竞争焦点、技术发展方向和重要的的市场卖点，与安全性能、动力性能、耐久可靠性能、时尚环保等构成重要的购买要素。


图 车内受到噪音折磨的孩子

目前汽车NVH（噪音、振动、声振舒适性）性能已经成为影响新车型开发成功与否的重要因素之一，国外大型汽车厂家如丰田、通用、福特、克莱斯勒、宝马等从80年代以来已经设立专门的NVH研究部门，将约1/5的开发费用用于对NVH产生机理、传播途径和解决方案的系统研究，以寻求系统解决方案，提升车辆的NVH性能。近年国内汽车厂家也开始从只关注车辆的成本、外观、安全性、燃油经济性等方面到开始重视NVH问题,总体而言，国内对于NVH的研究和解决属于刚刚起步阶段，虽然发展很快，但大部分国内汽车企业对改善NVH做法属于“亡羊补牢”，车型研发生产出来后发现不理想才开始考虑减振降噪。部分大的汽车企业如一汽、奇瑞汽车、福田汽车、长安汽车、吉利汽车等厂家已开始“未雨绸缪”，分别成立了专门的NVH部门或聘请国外专业NVH降噪公司针对相关车型制定专业降噪方案，在车辆NVH提升方面取得了不错的效果。

二、降噪措施

减振降噪措施可以分为两类：
1. 对激励源直接采取措施，消除激励源称为主动降噪措施，譬如提高发动机制造水平，增加车身刚度等等；
2. 对已产生的振动和噪音在其传播过程中采取补强、减振、阻尼、密封、隔音、吸音、消音等措施降低其影响称为被动措施。

三、材料使用标准

在上述被动措施中，能达到减振降噪作用的材料很多，基本要满足如下的一些应用条件。
1. 要阻燃。这是涉及到安全的性能，是国家强制性要求，也是目前降噪材料的唯一一个国家强制标准。
2. 要环保。既要气味小，雾化小，又要VOC的排放小，更不能使用石棉、玻璃棉或者重金属等对人体危害大的材料。VOC性能要求有可能近期会成为第二个国家强制标准。
3. 声学效果要好。既然是降噪材料，就需要对噪音有很好的抑制效果。
4. 可靠性好。在经过高低温等恶劣环境因素影响后，仍然能保持性能稳定。有的外部降噪材料还要防水防潮。
5. 要耐磨、耐光、有一定的抗弯、抗压强度。有的降噪材料是外观材料的，会有这些要求。
6. 尽量轻量化。轻量化是整个汽车制造领域发展的大趋势，可以节油、减排、增加驾驶乐趣；
7. 要低成本。汽车行业竞争激烈，如果材料成本过高，就算性能再好，也较难得到应用。

四、降噪材料介绍

目前高分子减振降噪材料在汽车上的应用非常普通，从发动机舱到车身内表面、车门内表面、车身内部到顶棚、地毯、行李箱零件再到车外轮罩等都得到了应用，这些材料和由材料制成的零部件就像一个“包装(package)”一样把车身包住了，它们的目的又是为了降低噪音，所以在汽车NVH专业术语里，我们把这些用途为降噪的高分子材料统称为“声学包装”。
小编在这里也整理了一些常见的声学包装材料在汽车减振降噪方面的应用，请见下表所示。


表 降噪材料实例

上面表格可以看出，汽车上面使用的减振降噪材料主要有五种。这里我们就具体介绍下。

丁基橡胶

由异丁烯和异戊二烯合成。一般被应用在制作汽车轮胎以及汽车隔音制品。


图 丁基橡胶材料

透气性：丁基橡胶分子链中侧甲基排列密集，限制了聚合物分子的热运动，因袭透气率低，气密性好。
稳定性：丁基橡胶的高饱和结构是指具有有良心的耐热稳定性和化学稳定性。
吸能性：丁基橡胶分子结构总缺少双键，且侧链甲基分布密布密度较大，因此具有良好的吸收震动和冲击能量的特性。还具有优良的电绝缘性和吸水性。

EVA乙烯-醋酸乙烯共聚物

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）是由乙烯和乙酸乙烯共聚而制得，醋酸乙烯（VA）含量在5%~40%。与聚乙烯相比，EVA由于在分子链中引入了醋酸乙烯单体，从而降低了其结晶度，提高了其柔韧性、抗冲击性、填料相容性和热密封性能，被广泛应用于发泡鞋料功能性棚膜、包装膜、热熔胶、电线电缆等领域。


图 乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）材料

EVA特性：具有良好的柔软性，橡胶般的弹性，在-50℃下仍能够具有较好的在-50℃下仍能够具有较好的可挠性，透明性和表面光泽性好，化学稳定性良好，抗老化和耐臭氧强度好，无毒性。与填料的掺混性好，着色和成型加工性好。

隔音机理：EVA中存在支链，分子间内摩擦增加，限制了大分子链的运动，同时EVA中酯基氢键产生的物理交联，使大分子链运动困难，声音传递过程中生能消耗变大，材料隔声性能得到提高。

优点：EVA隔音材料与其他材质的隔音材料相比，综艺大的优点就是环保无任何异味，完全复合欧盟RoSH环保要求，材质细腻光洁、密实，耐低温性好，具有防潮、防震、隔音、保温、可塑性佳、韧性强、循环再造、环保、抗撞力、防震防滑能力强等诸多优点。已具有很好的抗化学性能和加工性能，而且成本较其他材料低。

EPDM三元乙丙橡胶

三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。


图 三元乙丙橡胶（EPDM）材料

突出的耐老化性能：分子链上无不饱和建，因此是最耐老化，耐臭氧的橡胶。其耐臭氧性是氯丁橡胶的5倍，耐候性是丁苯橡胶的100倍。
EPDM分子结构中无极性取代基，分子内聚能低，分子链可在较宽范围内保持柔韧性，仅次于天然橡胶和顺丁橡胶，并在低温下人能保持。
缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品有较好的抗耐性，还具有优异的电绝缘性能。
低密度高填充性：EPDM的比重很小，可大量充油和加入填充剂，降低橡胶制品的成本。并且对高门尼值EPDM来说，高填充后物理机械性能降低幅度不大。
EPDM隔音材料与在制作过程中填充了高密度矿物质，增加了隔音材料的面密度，因为EPDM的高填充性，所以三元乙丙橡胶在保持优良性和阻尼性能的前提下，比重可达2.5以上，具有很好的隔音性能。同时EPDM具有优异的综合性能，因此EPDM在汽车隔音材料上得到了广泛应用。

虽然EPDM隔音材料与其他隔音材料（例如PVC/EVA）相比，无毒环保，综合性能优异，但成本要高出好多，所以为了降低成本以及获得更加综合的性能，一般会与其他隔音材料复合使用。

POE聚烯烃弹性体

POE是采用限定几何构型茂金属催化剂对乙烯和α-烯烃实现原位聚合而制得的一种热塑性弹性体。


图 POE颗粒

POE结构与性能

POE有很窄的相对分子质量分布和短支链，因而具有优异的物理机械性能（高弹性、高强度、高伸长率）和良好的低温性能；
分子链是饱和的，所含有叔碳原子相对较少，因而具有优异的耐热老化和抗紫外线性能;
较强的剪切敏感性和熔体强度，可实现高挤出，提高产量；
良好的流动性可改善填料的分散效果，同时亦可提高制品的熔接痕强度。

POE与乙丙橡胶相比，具有更好的电绝缘性、耐热氧化老化性，它可以重复加工利用，因此可以代替一部分EPDM的应用。在防噪材料上的应用还不是很广泛，一般作为辅助材料用。

TPV热塑性弹性体

其结构特征不同于用高分子合成方法制备的其他热塑性弹性体（POE/SEBS/TPU）。TPV是由橡胶和塑料组成的一种结构复杂的高分子复合材料。在TPV的塑料连续相中分散着大量的交联橡胶粒子。TPV产品中用量最大的是EPDM/PP。


图 TPV材料制品

TPV以其特有的阻尼性和低压缩形变性能，一般用于汽车隔音降噪的密封材料。与传统的PVC、EPDM密封材料相比，其具有以下特点：
材料无毒；
密度小：密度小于1.仅相当于EPDM密封材料的67%，符合汽车轻量化要求；
耐老化性能好；
回弹性好
材料硬度随温度变化小，由于传统材质PVC和EPDM密封材料。

TPU聚氨酯弹性体

TPU（热塑性聚氨酯弹性体）由硬段和软段组成。
软段：长链多元醇，控制TPU的低温性能，耐溶剂性和耐候性。包括端羟基聚酯和端羟基聚醚，故TPU分为聚酯型TPU和聚醚型TPU。
硬段：扩链剂加成到多异氰酸酯形成。

图 聚氨酯弹性体制品

优点：耐磨性优异，耐臭氧性极好。硬度大，弹性好。耐低温性极好，耐化学药品性也很好。

缺点：是耐老化性不好，具有强极性，易降解，加工温度窄，成本高。

TPU本身良好的阻尼减震性，所以可用于汽车减震隔音材料上。值得注意的是微发泡TPU的发展，微发泡TPU与未发泡TPU相比，密度减轻20%~60%；抗冲击性能可提高5~7倍，同时具有隔音、隔热、减震等功能。可以作为一种良好的汽车防噪材料。

五、结论

近30多年来，国际上汽车高分子材料尤其是塑料的用量在不断增加，平均每辆车上塑料的用量从20世纪70年代初的50--60kg已发展到目前的150kg，而且增长还在继续。在日本、美国和欧洲等发达国家中，每辆轿车平均使用塑料已超过150kg，占汽车总重量的10%，而且这种趋势在今后将会越来越明显，市场潜力将会越来越大。