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震动声、嘎嘎声和嗡嗡声--丙烯酸化学赋予厚膜涂料降噪功能

作者:Justin Gimbal,技术负责人和Raymond Somich,产品开发经理|美国宾夕法尼亚州学院村陶氏涂料材料业务部   |  发表于:2016-02-24   |  关键词:树脂,丙烯酸树脂,水性涂料,   | 摘自: 2015年美国PCI中文版电子杂志2月刊

虽然我们看不到噪音,但我们随时都会听到。从汽车发动机的嘎嘎声到洗碗机的嗡嗡声,振动引起的躁音无处不在。几乎带有运动部件的任何东西都能发出声音:暖气、通风及空气调节系统(HVAC)、洗衣机,公共汽车,火车,汽车及更多。声音阻尼技术通过降低产生这些噪音的机械振动,能使嘈杂变得宁静。在汽车和其它应用中,一种声音阻尼的常用方法是将厚沥青垫放在门框之间、地板和其它振动部件下面。虽然这些材料对降噪起着关键的作用,但是它们与汽车配件不兼容。需要将垫切割、胶接以及手工安装;它们尤其很难安装在汽车或其它终端产品难以触及的区域。

图1

认识到需要采用简洁的解决方案,陶氏公司开发了一种水性丙烯酸树脂的组合物,来将沥青垫更换为厚膜涂料。人们称之为车内防声阻尼涂料(LASD),与传统沥青垫相比,这种技术提供了许多重要的OEM优点,包括更容易施工、较高的阻尼性能、质量轻以及减少浪费。对于涂料配方设计师来说,该技术为新的市场销售提供了机会:潜在的用途包括汽车制造、家电和商业建筑。

运动中的声音

多年来汽车厂商纷纷采取措施来减少振动和噪音。汽车行业最早的一些解决方法是仅仅通过加入珠子和肋骨状的金属板。虽然这在增加硬度方面是一种有效的方法,其局限性是增加了面板设计和生产工艺的复杂性。另外,它还会使车体的重量显著增加,且不能有效地降噪。如今的汽车制造已经从钢架向一体化构造转变,由于一体化结构是使用薄金属板和中空管而形成的,这样就带来了另外的声音阻尼难题。这些特征有助于于降低整车的质量,有更低的油耗,更高安全评级和用于保护乘客的缓冲区。它们也意味着车辆能够传播更多不想要的声音,由此增加了噪声、振动与声振粗糙度(NVH),这影响了乘坐的舒适性。当家电和其它类似结构使用较薄的金属片时,也会增加产品的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)。

车内防声阻尼涂料

ACOUSTICRYL™水性丙烯酸树脂通过转移机械应力的技术创新形成了享有专利权的粘弹性聚合物,这样为液态施工的涂料带来了声音阻尼性能。研究表明,与沥青垫相比较,这种机理能提供改进的声音阻尼性能,如图1所示,这是通过增加感兴趣的重要温度范围内的复合损耗因子(CLF)。CLF是声音阻尼性能的标准量度:其值表示从基材上抑制振动能量的能力。CLF值越高,说明去除的声音能量越大。

除了具有与较高CLF相关的性能改进外,与沥青垫相比,ACOUSTICRYL树脂技术能提供许多重要的材料处理和施工的优点。例如,为了在汽车内能容纳各种不同的配置空间,沥青垫必须备有各种形状和大小。这增加了库存管理的复杂性,需增加仓储空间。此外,沥青垫常常需要在现场修整来安装,从而导致了材料的浪费。相比之下,ACOUSTICRYL树脂,提供了一种单一来源的解决方案,能适应各种汽车或家电构造,但也能更方便进入难以到达的空间。它们与自动化涂装兼容,需要更少的库存,占用更少的仓储空间,且产生的材料浪费更少。这种多用途的涂料技术可以以各种厚度喷涂到几乎任何的传播声音的基材上,包括具有挑战性的弯曲或独特的形状,提供的柔韧性水平允许喷涂后的钢板弯曲和成型(图2),所有这些确保了更完整的覆盖,提高了效率。与溶剂型涂料相比,它还具有与水性涂料优势有关的低气味、低VOC的内在优点。

图2

防声阻尼原理

LASD涂料通常厚2-4毫米(约80到160密耳厚),但根据与基材有关的因素和性能要求,可以更厚或更薄。

如图3所示,ACOUSTICRYL树脂技术的阻尼性能与涂层厚度有关:涂层越厚,提供的阻尼性能越高,反之亦然。其结果是,与预先确定了厚度的沥青垫相比,这种新技术具有灵活定制化的声音阻尼性能的功能。这意味着振动活跃的地方可采用具有较高阻尼性能的较厚的涂层来处理,而温和的振动点可以用较薄的涂层进行处理以获得适中的阻尼性能。此定制功能有助于降低需要,降低汽车或OEM噪声有关的材料成本和重量(与沥青垫相比,重量最多降低35%)。

图3

用示例说明声音的阻尼

尽管CLF是一种测量LASD涂层声音阻尼性能的公认的科学测量方法,声音阻尼效果可以更简单地通过实际实验室演示来观察。例如,在陶氏的东北技术中心的LASD研究实验室进行的落球演示实验,可以从听觉上和视觉上捕获该涂层除去振动的能力。在这个录像演示中,钢球是从相同高度跌落到一个没有涂层和有LASD涂层的夸脱钢罐中。从听觉上,共鸣的声音明显较低,有较少的声振粗糙度,并且钢珠跌落到涂有LASD的罐上时,声音消散得更快。视觉上,与没有涂漆的罐相比,跌落到涂有LASD罐上的球反弹得没有前者高,并几乎立即停止反弹,而对于没有涂漆的罐,钢珠反弹得更高,需要更长的反弹时间。这种视觉差异反映在视频中,并仍用图4进行了说明(完整的视频可通过www.dow.com/coatings网页观看。)

图4

结论

如果没有控制金属表面上的噪音和振动,现代生活微妙的声音将更多地类似于稳定的轰鸣声。传统的解决方法,如沥青垫,有助于降低噪音的水平,但一般都很难生产和涂覆,并且会显著增加终端产品的重量,并带来高排放。ACOUSTICRYL树脂技术是一种可喷涂的替代方法,通过液态施工的声音阻尼涂层来进行噪声管理。该技术是一类相对较新的涂料品种,与沥青垫相比,能提供许多重要的优点。这些优点包括出色的减震性能、自动化涂装、质量减轻、多功能的用途和简化的库存。因为是水性,这种新的树脂技术还有助于降低VOC排放,同时通过使用各种能用自动化控制操作的无气喷涂施工系统,能减少工人的暴露,同时保持高的处理效率。从家电到汽车运输,再到商业建筑等,ACOUSTICRYL技术有助于更方便地进行噪声管理,生活更安静。




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