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摘要：汽车用地毯与整车钣金接触面积比较大，因而对于整车的声学性能起着非常重要的作用，文章通过对典型汽车用簇绒地毯复合材料性能与构成的阐述，以期为业界开发乘用车簇绒地毯起到一定的参考意义。
关键词：簇绒地毯 声学性能 复合材料 性能与构成
0 引言
随着现代纺织技术和工艺的发展，汽车工业大量采用高性能纤维材料，充分满足了消费者的需求。就目前而言，汽车地毯类主要有针刺地毯及簇绒地毯两大类。前者所用纤维原料95%以上是聚酰胺纤维，其优点在于优异的回弹和耐磨性。针刺地毯所用纤维主要是聚酯和聚丙烯，由于聚丙烯价格上的优势，各国都投入了较大的人力和物力对其进行研究和开发，而国内目前针刺地毯主要应用在中低档的小型家轿上，中型及豪华轿车上大都采用了簇绒地毯。
下面就从汽车地毯的几个主要性能要求上，对典型汽车用簇绒地毯复合材料开发与应用做一简明的阐述。
作为汽车内饰件的地毯，其主要的性能包括：外观、声学、机械性能、气味、排放、阻燃性等。
图1即为一种典型的簇绒地毯复合材料构成，它是一种层迭式的复合结构，通过簇绒、涂胶、热压成型以及发泡等工艺流程制造。
1 簇绒地毯复合材料构成最上层-毯面的外观特性
首先，汽车用簇绒地毯外观，需满足人们对于舒适豪华感观上的追求，因而对于最上层结构的毯面设计，就需考虑两个要点：毯面的风格及颜色。产业用纺织品的纤维原料已经从过去主要采用棉、毛、麻等天然纤维逐步发展到采用粘胶、丙纶、绵纶、腈纶等化纤，从采用常规化纤发展到大量采用各种高强、高模、耐高温、耐酸碱、高氧化、耐水解的高性能纤维，由于聚酰胺纤维（俗称：尼龙纱线）优异的回弹和耐磨性，它迅速地在汽车簇绒地毯中得到广泛的应用，各供应商也积极地投入到此纱线的开发中来，目前国内比较大规模开发簇绒尼龙纱线的厂家中有Aquafil，Universal以及Invista等，随着中国汽车工业近几年的蓬勃发展，高中档家用轿车和商业用车产销两旺，合成化学纤维用量需求越来越大。
所谓簇绒，是将一束束的尼龙纱线植于无纺布的基布上，簇绒机将纱线剪断，纱线直立或弯曲形成绒感，背面将纱线束用PE胶粘附形成。对毯面的风格而言，主要体现在绒高，簇绒机的幅宽方向的纱线束的针脚距离，毯面的单位面积的克重等，目前国内外的毯面的加工过程大都通过簇绒机完成，以进口机器为主，绒线束针距现在较为普遍的有两种，一种为1/10"，另一种5/64"，是指在簇绒机的横向上在一英寸的基布上有多少束的尼龙纱线束。1/10" =10束/英寸，5/64"=12.8束/英寸。
其中1/10"规格见图2，5/64"规格见图3。
图2 1/10" 图3 5/64"
其次，对于毯面颜色，豪华车大都采用了黑色灰色，亚光效果显得沉稳和大气，对于绒面的手感来说非常舒适，对于这些颜色的毯面而言也耐脏，尼龙纱线的颜色通常由原材料下一级制纱企业获得，过程上采用浸染和匹染（化学染），区别在于，从横断面上看，前者为单根纱线的颜色整个都为同种颜色，是在制纱喷纱时就已着色，因而耐光色牢度非常好，而后者只是纱线的表面着色，耐光色牢度差，时间久会褪色。
2 簇绒地毯复合材料构成中间层-重涂层（EVA或
EPDM）的声学和机械特性
汽车用簇绒地毯，其中重要的一个功能就是其要满足声学上的要求：降噪及隔音。
首先，了解掌握“噪声学”中几点基础知识：
2.1 基本声学定义-频率。通常假定听频范围为20Hz至20000Hz；倍频程用作说明频率范围和组成，除考虑总的声压级外，还必须考虑声音的频谱构成，即声压是如何伴随频率的变化而变化的，频率低，则声压级必定高，声响大。
2.2 SPL（声压级）。测量声压波动-用分贝表示（dB），声压波动的数值范围很广，因此通常认为使用分贝标度表示更为方便，分贝标度基于功率比例之上。声压级=10log（（测得声压）2/（参考声压）2）=20log（测得声压）-20log（参考声压）。标准的参考声压为20μPa，这是身体健康并具有良好听觉的年轻人所能听到的最小声音，规定为 “0dB”。
2.3 基本噪音控制功能
图4 噪音控制图
2.4 噪音控制材料性能。传声损失，传声损失的理论知识可以解释不同声屏障的不同性能，这些声屏障包括隔板、地毯、行李箱饰件、后窗台、车门装饰板等。“隔音部件”为主要用来隔音的零部件，通常使用防渗材料制作而成。安装在车身内的隔板、密闭件、轮室隔板等隔热材料则起不到隔音的作用。声音插入损耗为传声损失的另一种表现形式，此情况下，消除了金属板的影响。
传输损失即为入射到隔离件上的声功率同通过隔离件传输的功率的比例，比例值越高越好，高比例值意味着通过隔离件传输的能量较少。
隔音是通过传声损失定义的：STL=10log（1/τ）
τ=传输的功率/入射的功率
对于地毯，我们通常在隔音上，采用以下结构材料构成：
表1 隔音材料厚度及隔音效果关系
最终的材料的应用声学效果，通常根据经验选材，通过实验验证。
3 簇绒地毯复合材料构成底层-发泡层（PUR聚氨脂发泡材料）的声学及机械特性
吸音，“吸音部件”主要用来吸收噪音的部件，通常使用多孔渗水型材料制作而成。通常其材料同隔热材料相似，其作为声屏障的效果不明显。例如座椅、车顶内衬、饰件后部的针毡等。
吸音和气流阻力，通过将声能转化为热量可达到吸音的目的，这一过程是通过声音穿过多孔渗水材料时粘性的损失实现的。激活多孔渗水结构后声能会消散。声能激活无孔结构时也会被吸收，某些声能将转化为机械能并消散在无孔结构中。气流很容易穿过多孔渗水型材料因为此类材料不会吸收太多声能，声能正好穿过这些材料。气流不能通过的材料，也不会吸收声能，遇到此类材料声能会被反射回来。存在达到优良吸音效果的最佳的气流流速。
表2 吸音材料厚度及性能关系
衡量某一部件吸音量单位是公制sapiens，即吸音系数与表面积（m2）的乘积。大面积覆盖吸音性能差的吸音材料同覆盖小面积吸音性能好的吸音材料所取得的效果相同。材料中的小孔不会严重降低吸音性能。
与厚度成函数关系的纤维性材料正入射吸音率，见图6。
最终的材料的应用吸音声学效果，通常也是根据经验选材，通过实验验证。在具备SEA（统计能量分析系统）材料建模能力的实验室，可以提供优化早期车室减噪方案的信息，应对成本和重量进行优化，提示NVH项目活动小组会产生NVH问题的任何区域。固定装置的部件设计可先期进行，这样可以防止固定最后进行，并尽量减少使部件设计的费用。
4 簇绒地毯复合材料满足安全及环保性的要求如阻燃性、气味、排放
汽车内饰材料必须有很好的阻燃性能，不论是前面的尼龙纱线，PET基布、EVA或是发泡材料都须符合阻燃性这一安全性能，内饰材料的燃烧性也被列入国家强制认证检查的项目。车用纺织材料合成纤维的组成和化学结构各不相同，其热性能和阻燃性能各不一样，因而针对不同的复合材料，采用不同的方式，以期达到阻燃安全特性上的要求，比如，聚胺脂纤维在受热分解时，其N-C和CH2-CO链均断，添加含氮化合物作为阻燃剂有肋于聚胺脂纤维的阻燃。
另一方面，地毯内饰材料必须满足FOG雾化及VOC总碳挥发的指标。当前各大主机厂对于挥发性实验的这两项目标值的达到，控制得非常严厉，雾化是指内饰材料中的易挥发的成分物质汽化冷凝在车窗或档风玻璃上，影响视线且不易擦除，严重影响行车安全，且对车内空气质量造成影响。其中有些化学物质对人体健康产生严重不良后果。因而，在内饰物材料的选择开发上，必须从材料的整个生命周期中去考虑，也就是从材料、加工过程以及后道工序中去考虑，从原材料级别就需要考虑到其排放性能指标及禁用物质的检验。
5 结论
簇绒地毯是一个由复合材料组成的结构，选材的好坏和正确与否，影响着整车的声学性能和舒适性能。相信随着绿色纺织材料的开发与应用，人造和合成纤维的开发与应用，以及传统新型纺织设备、工艺及装备的最新发展，纺织技术与创新，乘用车簇绒地毯还有很大的发展潜力，各方面性能还会得到很大的提高。
参考文献：
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[2]庞剑，何华.汽车噪声与振动——理论与应用[M].北京：北京理工大学出版社，2005.
[3]刘显臣.汽车NVH综合技术[M].北京：机械工业出版社，2014.
作者简介：冯德伟（1976-），男，江苏宜兴人，研究生，研究方向：工程管理。