低气味、低VOC汽车用消音阻尼胶片的研究
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摘要：以丁基橡胶、增塑剂、增粘树脂、高效减振消音填充剂等为原料制备了一种低气味、低voc汽车用消音阻尼胶片，研究了这种材料的气味等级、voc挥发量、消音性能及阻尼性能.结果表明，该消音阻尼胶片具有低气味、低voc挥发量，高的吸声系数和损耗因子，是一种用于替代沥青的新型环保阻尼材料。
关键词：voc;消音阻尼胶片;吸声系数;损耗因子
中图分类号：TQ437文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2019）04-0011-04
NVH是指噪声、振动与声振粗糙度（NoiSe、Vibration、HatShness）的英文缩写，是衡量汽车舒适性的重要指标。汽车车身主要由多块冲压成形的薄钢板焊接而成。由于钢板较薄且损耗因子低，所以在行驶过程中车身结构容易发生振动，同时由振动产生的噪声也辐射到车内，影響汽车的舒适性。为了提升汽车NVH品质，经常利用具有粘弹性的阻尼胶片实现汽车舒适性的主动控制。阻尼胶片可以将机械振动的能力转变成热能或其他可以损耗的能量而达到减振的目的。
阻尼胶片按照材料可以分为沥青型阻尼胶片和橡胶型阻尼胶片2种。沥青型阻尼胶片因为其温度依存性较强，容易出现冬天发脆断裂、夏天粘附的现象，且受热和长期使用老化后会分解有害物质损害人体健康，在汽车向环保方向发展的大趋势下，该产品在汽车中的应用会越来越少。橡胶型阻尼胶片常年保持韧性，不易出现断裂和破碎现象;具有良好的抗流挂性、优良的耐侯性;此外还具有橡胶本身赋予的良好阻尼效果，采用高模量材料进行填充使阻尼层材料处于约束状态。当薄板发生振动弯曲时，在垂直方向上的压缩和伸展变形受到抑制，产生剪切变形，提高耗散能量。
本文采用丁基橡胶作为主体树脂，添加增塑剂、增粘树脂、高效减振消音填充剂等制备了一种低气味、低VOC的消音阻尼胶片，具有良好的消音、阻尼功能。
1实验部分
1.1主要原料
丁基橡胶，301，德国朗盛集团;邻苯二甲酸二异壬酯，山东齐鲁增塑剂股份有限公司;C5加氢石油树脂，C-100R，南京扬子伊士曼化工有限公司;云母粉，徐州金亚粉体有限公司;纳米碳酸钙，上海卓越纳米新材料股份有限公司;炭黑，N220，卡博特化工有限公司。
1.2设备与仪器
二辊机，S（x）K-160A，上海轻工机械技术研究所;捏合机，NHF-3L，南通密炼捏合机械有限公司;挤出机，自制;采样袋法环境箱，V-OV-1000，东莞市升微机电设备科技有限公司;高效液相色谱仪，LC-5510，北京东西分析仪器有限公司;气相色谱-质谱联用仪，GC-MS-3100，北京东西分析仪器有限公司;热解析仪，JX-5，北京中惠普分析技术研究所;阻抗管，SW477，北京声望声电技术有限公司;动态热机械分析仪，DMA 242E，德国耐驰仪器制造有限公司。
1.3消音阻尼胶片的制备
先用二辊机将100份（质量份，下同）丁基橡胶进行塑炼。将塑炼好的丁基橡胶投入密炼机，加入2份炭黑、20份C5加氢石油树脂，混合30min，边搅拌边依次加入60份云母粉、30份纳米碳酸钙、30份邻苯二甲酸二异壬酯进行混炼60min制得混炼胶。将挤出机加热至（60-80）℃，待温度达到后，将混炼胶放入挤出机开始挤出，挤出过程一侧敷0.15mm厚铝箔、一侧敷隔离纸，挤出通道中设有压辊，用压辊将胶片与铝箔压实，使胶片与铝箔粘牢，并分切成规定尺寸。
1.4性能测试
气味等级：参考VDA 270-1992进行测试，样件烘烤条件：（170±2）℃×20min，1L气味瓶，取样量（50±5）cm2。
VOC挥发量：参考HJ/T400-2007进行测试，样件烘烤条件：（170±2）℃×20min，10L袋子，采样条件：65℃×2h，取样量（25±1）g。
吸声系数：参考GB/T 18696.2-2002进行测试，样件厚度2.0mm。
损耗因子：
采用动态热机械分析仪（DMA）进行测试，选择单悬臂模式，胶片尺寸为35mm×10mm×2mm，测试温度范围：-100～100℃，升温速率2℃/min，测试频率为1Hz、2Hz、5Hz、10Hz、20Hz。
2结果与讨论
2.1气味
车内气味主要由车内零部件和内饰材料中所含有害物质释放，包括塑料、胶粘剂、阻尼材料（固化后）、皮革、橡胶、发泡剂、毛毡等。
对车内材料、零部件进行气味评价是目前主机厂对气味进行管控的简单而有效的方法之一，根据评价结果进行相应的质量管控。这种气味评价方法有别于车内挥发性有机物（VOC）的仪器分析方法和人工智能嗅觉系统，是完全依靠专业人员的鼻子进行主观嗅辨，而不是依靠气质联用仪、高效液相色谱仪和传感器阵列等仪器设备进行检测。表l是消音阻尼胶片在不同存放条件下的气味强度。
由表1可知，气味等级在不同存放条件下均≤3.0，这是由于该胶片在加工过程中用未加入硫磺或其他硫化剂对丁基橡胶进行硫化，从而不会产生部分有毒物质及难闻的刺激性气味。此外，选用的C5加氢石油树脂是采用催化加氢技术，在催化剂的作用下对石油树脂中的不饱和双键和有色基团加氢，并脱除在聚合过程中残留的卤素，从而使其气味更低。
2.2VOC挥发量
对消音阻尼胶片及其主要原材料的醛酮、苯系物及TVOC挥发量测定结果见表2。
由表2可知，消音阻尼胶片中醛酮、苯系物的含量较低，对整车车内的VOC挥发量影响较小。由于消音阻尼胶片的主要成分均为丁基橡胶、增塑剂、增粘剂和填充剂，3者对VOC含量的影响依次为增塑剂>丁基橡胶>增粘剂>填充剂。主要的来源为增塑剂邻苯二甲酸二异壬酯，在合成反应过程中苯系物的功能基团被破坏后会产生含碳量较小的苯类物质。此外丁基橡胶和C5加氢石油树脂也含有少量VOC。但通过原材料的合理配比可以使消音阻尼胶片的VOC挥发量控制在合格的范围内，满足整车的环保要求。
2.3吸声系数
消音阻尼胶片的消音性能通常由吸声系数来表示。由于丁基橡胶的特殊分子结构使得内摩擦大，内耗大，易生热，所以是吸声材料的首选材料。而片状云母是最常用、最有效的消音填料。当振动或噪声辐射时，片状云母粉会沿着振动和噪声传播的垂直方向运动，与其周边的高分子链，云母粉以及其他填料之间产生摩擦，快速将机械能转化成热能，从而起到减振降噪的作用。图1是消音阻尼胶片吸声系数曲线，吸声系数在4000Hz时最大值达到0.238，吸声效果明显。
2.4损耗因子
丁基橡胶由于其分子链上侧甲基十分密集，形成蠕虫状结构，因而具有较高的损耗因子，又因为玻璃化转变温度附近存在着次级转变，致使其阻尼性能不同于一般的弹性体，内耗峰既高又宽。图2是消音阻尼胶片损耗因子的测试结果，可以看出损耗因子的峰值均在0.6以上。且随着频率的升高，消音阻尼胶片损耗因子的峰值温度向高温移动，从-27.2℃（1HZ）升高到-10.9℃（20Hz）
。
由于DMA仪器设置的频率最高只能到100Hz，为了得到更高频率下的损耗因子，将1Hz，2Hz，5Hz，10Hz，20Hz这几个频率扫描的数据，根据时温等效原理对频率进行外推，得到了低温-30℃、室温25℃及高温50℃下消音阻尼胶片损耗因子随频率的变化曲线，见图3。高分子阻尼材料通常以损耗因子tand≧0.3相对应的频率范围为有效阻尼区，从图3可以看出-30℃下消音阻尼胶片tand≧0.3的频率范围为0.003～180Hz，25℃下消音阻尼胶片tand≧0.3的频率范围为10Hz～370000HZ，50℃下消音阻尼胶片tand≧0.3的频率范围为100～3460000Hz。
通过对消音阻尼胶片的气味、VOC挥发量、吸声系数及损耗因子的性能测试，实验结果表明，本文制备的消音阻尼胶片具有低气味、低VOC挥发量，可以在源头上降低车内环境污染的发生，是一种新型环保功能材料。同时，消音阻尼胶片的吸音性能和阻尼性能优异，因此是一种具有较强的吸收声能、减低振动的材料。该胶片在使用时可以用手直接操作，无毒、无味，容易与防粘纸脱离，而且工艺性好，粘贴后不位移，可以经受车身制作后续的洗油、磷化、电泳、喷漆、烘烤等工序，满足主机厂的性能要求。
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