[发明专利]具有减振降噪功能的车身轻量化材料

说明书

本发明涉及新材料领域，尤其是车身轻量化和减振降噪领域。本发明采用厚度为0.5‑8mm的高强度的金属板材作为基板，夹芯板材是具有凹凸型、三角型、梯型等特殊形状的高刚性的成型板材(不仅可以减轻材料重量还能增强其力学性能)，其内部复合有一种具有减振降噪功能的高分子胶液。本发明采用运动粘度为1‑30Pa*S范围内的高分子胶液作为阻尼材料，对于机械振动通过高分子缠结体的内摩擦机理可以具有优越的吸收振动能力。

技术领域

本发明属于新材料领域，尤其是车身轻量化和减振降噪领域，可以应用于汽车及高铁车辆等有轻量化和减振降噪等综合性能要求的领域。

技术背景

中国人口众多、内陆深广，解决大规模人口流动问题，最安全、最快捷、最经济、最环保、最可靠的交通方式就是高速铁路。随着科技与社会的快速发展，人们对高铁列车的性能要求也不断提高。列车研制部门一方面必须采用先进的技术满足旅客对高速及乘坐安全性、舒适性的要求，另一方面，必须采取有力措施满足政府及运营部门对节能与环保的要求。对列车车体的研制同样需要满足上述两方面的要求，主要体现在以下两方面：车体的轻量化及减振降噪性能。为此，有些国家已经在采用大型铝合金板制作车体以减轻整车的重量的同时还采用阻尼技术，在车体型材型腔内表面的适当位置附加阻尼层来降低车体的辐射噪声。

我国从20世纪八十年代中期开始研制阻尼结构，进展相对较慢，目前产品仅在舰艇、汽车制造、机械等领域得到应用。而阻尼结构在铝合金车体的减振降噪方面的研究和应用才刚刚开始。

阻尼材料多采用粘弹性材料，粘弹性材料是指高分子聚合物，主要是橡胶类和塑料类材料，这类材料可以把振动产生的机械能转化为热能，从而起到减振降噪的目的。表面敷设阻尼结构的方式主要有自由阻尼(Unconstrained Layer Damping)和约束阻尼(Constrained Layer Damping)结构。自由阻尼结构是在减振结构的表层敷设一定厚度的粘弹性材料，阻尼材料的外表面处于自由状态，通过粘弹性材料的的拉压变形消耗能量，属于拉压耗能，所以又称为拉伸型阻尼处理(Extensional Damping Treatment)；约束阻尼结构是将粘弹性材料夹在需要控制的结构与约束层之间组成的结构，要依靠粘弹性材料的剪切变形消耗能量，属于剪切耗能，又称为剪切型阻尼处理(Shear Damping Treatment)。大量计算结果表明，拉伸耗能远小于剪切耗能，因此，约束阻尼处理的效果要优于自由阻尼处理。

和高铁列车相同，汽车的研制也有轻量化和减振降噪两方面的要求。大量研究及实践表明，汽车质量每降低10％，油耗降低8％，排放降低4％。同时车内噪声也已经成为评价车辆好坏的一个重要指标。

铝合金是应用较早且技术比较成熟的轻量化材料，因为铝合金材料的强度与钢铁相当，密度却是钢铁的1/3，吸收冲击的能力是钢的2倍，导热性能比铁高3倍，不仅轻量化效果好，而且耐腐蚀性和回收利用性也好。然而，使用铝合金作为轻量化材料的车辆结构容易受振动，使隔音性能降低。由于高速化，导致转向架的振动及空气动力噪声等增大，使得车内噪声增大。因此，普及应用铝合金材料达到轻量化目的的同时，要解决车内环境舒适性和噪声问题。高分子聚合物是一种减振降噪效果很好的阻尼材料，但是现有的汽车减振降噪材料多是在成型后的车身上粘贴一些减振板，步骤繁琐且费时费力，见附图1；现有的高铁车身会在车体型材型腔内表面的适当位置附加阻尼层来降低车体的辐射噪声，同样步骤繁琐且费时费力，而且只能在部分位置粘贴降低了减振降噪的效果，见附图2。

发明内容

本发明为一种新型的具有减振降噪功能的车身轻量化材料，很好的解决了上述提到的车身减振降噪需要粘贴阻尼材料的缺点，本发明选用高强度金属板材，如高强钢或铝合金材料和高分子聚合物的胶液复合而成。