汽车用非织造复合衬垫材料的相关性能研究

狐精

随着汽车工业的发展，人们对于汽车的舒适感要求越来越高，非织造布以其特有的优势迅速发展，成了汽车用纺织品的主角，具有成本低、强度高、减震、隔热、吸音、手感好、外观佳、重量轻，还具有优良的延伸性，适合模压成型，达到与车型匹配的造型要求，非织造布已成为理想的车用材料，取代传统纺织品和塑料制品。
1、汽车用复合衬垫材料的生产
汽车用的衬垫材料一般用在车顶部、车门、车身行李仓和箱体，要求有隔热、隔音、减震、密封、材料要有延伸性能，以满足模塑成形的要求。
汽车顶部非织造布复合材料一般为：主体、覆盖材料为针刺加工定形处理的非织造布，原料可以是纤维或废纺材料，规格为240-260g/m2。另2 种材料分别是65g/m2 涤纶热轧非织造布和规格为25g/m2 的丙纶长丝非织造布。涤纶非织造布用作加强筋增强材料起增强定型作用，丙纶非织造布则作为热熔材料起粘合作用[1] ，3 种材料经复合后，再模压成型。
汽车用隔音毡：使用针刺工艺加工，产品规格在500-800g/m2，主体原料为废纤维，包括纺织生产的下脚料，加入部分热熔粉或热熔纤维加热模压加工而成。也可由浸渍法加化学粘合剂经烘干、模压而成。采用2 层薄型针刺或热轧的非织造布与聚氨酯泡沫塑料复合成三明治结构，经模压后成型。
2、材料经过复合前后的结构变化
无论是废纺材料构成，还是纤维原料为主体的非织造布或是聚氨脂泡沫塑料，虽然已具备汽车用衬垫的一般性能，但其内在性能和外观均可以通过复合得到改变。未经复合的非织造布材料，虽然也具备了车用材料的一般性能，但其内在性能和外观均不如复合后的非织造布。
2.1 废纺材料复合后的性能改变
（1）表面覆盖一层较为致密的非织造布，对里面的废纺材料，特别是短绒等起了保护作用，并使粘合剂不致漏出。对露在外表面的纱筋等硬杂物有遮盖作用，并使复合后材料的手感不粗硬。
（2）未经复合的废纺车用非织造布，其纤维虽随机排列，但纠集程度不一，在不少纤维接合处无明显粘结点；由于热加工过程中整块非织造布内出现的热收缩和内聚力，致使密度和厚度不匀，有的地方紧密，有的地方疏松，因此强力较低。
（3）在纤维的网络交叉点上，热固性材料形成了粘合点，这种结构的存在，当材料受压缩弹性变形时，由于纤维间的内部摩擦产生一定的阻尼，因此具有良好的抗振性能。
（4）随机分布的纤维间形成了无数曲折连通的微孔并通至表面，从而成为多孔吸声材料。
（5）表面复合致密材料有利于内部形成静止空气层，提高了隔热性能。
2.2 聚氨脂泡沫塑料复合后的性能改变
（1）改变聚氨脂泡沫塑料的外观和手感；
（2）纤维材料的多孔性和孔隙的阻尼性及连通性，有利于提高隔音吸音效果；
（3）复合后材料强力有提高。
3、隔热性能的研究
汽车用的非织造布必须是隔热材料，要有良好的隔热性能，夏天要防止车外的热量传进来，冬天要不使车内热量散出去。车内隔热衬垫材料一般由纤维材料、泡沫材料等组成。材料的传热方式包括强迫和自然对流，热量由材料的一个表面传向另一个表面，隔热效应主要是通过织物中充满空气的孔隙、纤维本身及纤维之间的空隙体现的。因为空隙内的空气基本是静止的，导热系数很低。热传递以传导、对流、辐射3 种形式进行，热在传递过程中，受到隔热材料的厚度、平方米重量、透气性、蓬松率及外界空气运动等多种因素影响。不同隔热材料在不同条件下，各种传递方式传递的热量是不一样的。如废纺材料中各种纤维混杂，短绒比例高，纱筋、布筋多，材料比表面积小，因此分析材料各种因素的影响较困难，这里仅分析厚度对传热量、热阻的影响。实验仪器：KES 护热平板热传导仪。热板温度设定为33.5℃。
q=（0.01 I V）-（漏泄电流 △T）
式中：q—单位面积传热量（W/m2）；
I—加热系统的电流值（A）；
V—加热系统的电压值（V）；
△T—材料两面的温差。
热阻: R= △T/q （m2 ℃/W）
两种材料的热阻随着材料厚度增加而增加。实际上，材料内空气层并非处于绝对静止状态，随着空气层的厚度增加，加之非织造布具有孔洞，自然对流随之产生。从图中曲线可以看出，曲线开始时斜率较大，以后逐渐减小，这就是自然对流换热所引起的。但由于材料一个面紧贴着汽车内壁，故对流很少。同时，空气的导热系数很小（λ =0.026W/m ? k），而隔热材料的导热系数比它大得多。当空气层厚度小时，衬垫材料中的空隙全部被静止的贴壁空气层占据，对流不占主要地位，而以热传导为主，故衬垫材料的厚度引起热阻变化较显著。
经测定，复合废纺非织造布（复合型）的导热系数λ =0.0379（W/m k）左右。
两种材料比较：聚氨脂泡沫塑料具有大量的泡孔，而这些泡孔又有许多处于闭孔状态，也就是说可有效防止对流传热；而纤维材料由于纤维的形状、分布等因素，细孔亦有可能贯通，这时就有可能产生微小的对流，因此总体比较其隔热性能不如聚氨脂泡沫塑料。
4、吸声隔音性能
汽车在运动时，来自外界的交通嘈杂声和车本身发生的噪音，如发动机、传动系统、车轮与地面的摩擦产生的噪音等多种声源产生的噪音直接进入车内，影响乘车的舒适性。同时车内音响也要有良好的吸音环境，因此，汽车内饰材料要有吸声隔音的功能。
非织造布是一种多孔吸声材料，随机分布的纤维间形成了无数曲折连通的微孔并通至表面，当声波射到非织造布上时，能量被反射、散射、折射、绕射，一部分能量进入孔隙，引起孔隙中的空气和废纺材料的细小纤维的振动，由于摩擦和粘滞阻力以及纤维的导热性能，使大部分声能转化为热能被吸收掉， 从而减弱了反射声，使车内噪声明显降低。
材料的吸声性能以吸声系数a 表示：a=E吸/E入
式中：E吸：材料吸收的声能； E入：入射到材料表面的声能。
一般材料的吸声系数的数值在0 和1 之间。材料的吸声系数与材料的厚度、密度、孔隙率、流阻、声波的频率、纤维种类、含水率等有关。通过对废纺非织造布做试验，了解材料的厚度和声波的频率对吸声系数的影响。可以分析得到：
（1）从测试材料的厚度和吸声系数的关系来看，在密度相同的情况下，增加材料的厚度可以提高低频吸声效果，但也不能为此而大量增加厚度，造成不经济。
（2）随着频率的增高吸声系数逐渐较大，这说明了这种多孔吸声材料对高频声波吸收比低频好，但增加材料的厚度对高频吸声性能影响不大。
（3）两种材料比较：非织造材料有大量空隙，空隙之间有连通性，通过纤维，孔隙深入内部，声波能深入内部振动摩擦。聚氨脂泡沫也有许多空隙，但部分空隙没有连通性，有的闭孔， 声波深入材料内部产生振动摩擦的效果就差些，因此吸声效能比非织造布差。
5、结论
（1）汽车用非织造衬垫材料，具有成本低、强度高、减震、隔热、吸音等功能，经复合、模压等工艺，能达到使用要求。
（2）在废纺纤网表面复合2 层较为致密的非织造布，使其性能改善，不仅手感变软，且强力、隔热、隔音效果提高，也便于模压成型。
（3）实验分析得出，汽车用废纺非织造布的隔热性能较好，非织造布厚度对传热率、热阻等的影响， 随着厚度增加，传热率q下降，热阻R上升。其导热系数λ为=0.0379（瓦/米·度）。
（4）隔音吸声性能：从测试材料厚度和吸声系数的关系来看，增加材料的厚度，可以提高低频吸声效果。增加厚度对高频吸声性能影响不大

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