[发明专利]约束层阻尼材料

说明书

技术领域

本发明涉及用于约束阻尼系统的振动阻尼材料以及用于在汽车应用中减弱噪音的约束层阻尼产品。

背景技术

振动阻尼材料被广泛地用于汽车应用中来减弱公路噪音和发动机的振动和声音。对于阻尼材料来说，粘弹性材料是优选的。与粘弹性材料中消耗的能量相关的阻尼效应随着杨氏摸量以及粘弹性材料的损耗因数的增加而增加。当然，它还随着材料承受的变形而增加。一些材料具有高损耗因数但是低杨氏摸量，其对金属板提供有限的阻尼，另一些材料具有高杨氏摸量但是较低的损耗因数(例如，橡胶)，其用作阻尼部件同样并不是非常好。良好的阻尼材料提供杨氏摸量和损耗因数之间的折中。

由于在粘弹性材料中，杨氏摸量随着温度而减小，损耗因数在温度的函数中具有峰值，当在金属板上的阻尼效应(称作复合阻尼)具有峰值时，存在温度窗口。阻尼部件被设计成具有与应用温度相对应的峰值。

有两个主要的阻尼原则：自由层阻尼(FLD)和约束层阻尼(CLD)。

在FLD中，粘弹性材料的主要变形是由弯曲金属板所引起的张力，通常是弯曲易于受到声波引起的振动的结构部分。对于给定的阻尼材料，消耗的能量的量随着厚度而增加。因此，这些材料趋向于较厚。杨氏模量也通常较高。

在CLD中，由于材料被夹入在振动中沿着材料的平面布置的两个更硬的板(结构和铝约束层)之间，粘弹性材料的主要变形是剪切。由于剪切变形比FLD的张力变形更大，所以可使用薄层的粘弹性材料。该材料通常比FLD中更软，以确保在金属板的硬度和阻尼之间存在大的差异，由此确保高的剪切力。实际上，变形是对低的杨氏模量的很大补偿。如果材料太硬，那么张力变形会太小。当然，阻尼效应随着粘弹性材料的阻尼因数的增加而增加。

例如汽车车体面板等较硬的结构需要约束层阻尼。约束层阻尼包括在结构基层(4)和约束层(2)之间的约束阻尼材料(3)，见图1。结构基层和约束层都能有效地用作约束层。对于约束层阻尼，连接层的方法并不重要，只要发生足够的表面接触和耦合。但是，如果需要的话，粘合剂(5)应该具有高的剪切刚度，这是因为软的粘合剂不能充分地传递剪切应力到中间阻尼层。

约束层阻尼材料结合用作约束层的金属板被应用到车辆的选择部分或区域，形成约束阻尼系统的结构基层，以避免振动和噪音在车辆内部被传递到客舱。问题是被加工有这种阻尼系统的许多表面并不是水平的，而是在垂直方向上倾斜甚至颠倒。这意味着该部分或附加粘合层的粘合功能必须抵抗重力。该粘合层因此应该随着年月增长没有或具有少许慢的蠕变或流动特性。

通常，用于约束层的材料包括热塑性材料或橡胶材料，其能够抑制振动和声音。

沥青基阻尼材料比橡胶基材料便宜，但是具有缺点，它不是自粘性的。

沥青通常由针入度、软化点以及粘度的组合来表现，并被分成下面的材料等级：

·针入度等级沥青是由原油的分馏获得的，最轻的分馏物是蒸汽，即丁烷和丙烷，较重的分馏物被列为汽油产品，然后是煤油，然后是柴油，最重的分馏物是高分子量的碳氢化合物。这些重的碳氢化合物被称作常压渣油，并进一步在真空蒸馏塔中被蒸馏来生产柴油、蒸馏液和减压渣油。减压渣油是用来生产超过20等级沥青的原料，这些沥青由它们的针入度指数来分类，通常PEN值为10到330dmm，这是针在标准测试方法中刺入沥青的距离，单位是1/10毫米。针入度等级沥青由针入度和软化点来表现。

·氧化沥青由软化点和针入度来表现，例如，85/40是软化点为85并且针入度为40的氧化沥青。氧化沥青通过进一步处理减压渣油来获得。氧化沥青使用空气来半吹制或完全吹制，以增加它们的分子量。

·硬等级沥青由它们的软化点和针入度来表现，但是仅通过软化点范围来指定，例如，H80/90。

经验已经证明，对于在车辆中的隔音面板中的应用，针入度或PEN等级提供比氧化等级更好的阻尼特性。然而，对于生产在存储中流动的面板，通常认为15pen是易碎的，而50pen以及更高的pen等级是太软的。沥青被布置在待阻尼的车体面板上，受热(大约140℃)，然后它们必须在它们自身的重量下符合车体面板的形状并牢固地粘合。典型的成分(质量％)是：

·沥青(25pen)25～30％；

·聚合物(例如，APP、EVC等)0～5％；

·纤维3～5％；

·填料(例如，石灰岩、粘土、云母等)60～70％(摩根等的壳牌沥青工业手册，Thomas Telford，1995)。