一种约束性阻尼和声衰减结构及具有其的车辆的制作方法

本实用新型涉及交通工具技术领域，尤其涉及一种约束性阻尼和声衰减结构及具有其的车辆。

背景技术：

在汽车等交通工具中，其车身前围、地板等覆盖件多由冲压成形的薄钢板焊接而成，由于钢板较薄且阻尼损耗因子低，所以在行驶过程中车身结构发生振动或是发动机、路面的激励带来薄板件的振动，而振动产生的噪声会辐射到车内，影响驾驶员驾驶的舒适型，加重驾驶疲劳感。

目前，阻尼材料一般为以沥青为主要基材、以无机物为主要填料的粘弹性阻尼涂层结构，经过涂装车间烘烤工序之后熔融粘贴在钢制钣金上，通常粘贴厚度2～3mm，另外还有一种水基阻尼材料(lasd，liquidappliedsounddamping)，该水基阻尼材料以聚合物乳液为基料并配以碳酸钙、重晶石、铝片、云母等填料制成阻尼涂层结构，使用机器人均匀喷涂到钢制钣金表面，厚度为2～3mm，实现减振降噪的效果。

如图1所示的为以上所述的一现有技术中阻尼和声衰减结构的结构示意图，其中，以上所述的高分子聚合物的阻尼涂层结构1主要通过高分子链之间的内摩擦、高分子链与填料之间的摩擦、填料与填料之间的摩擦作用是将机械能转换为热能，从而使振动衰减下来，控制住振动和噪音，所以在薄钢板的钣金2上粘贴阻尼材料涂层1已经成为减弱钣金振动、降低车内噪声的常用方法之一。

但以上阐述的阻尼结构如图1所示，该阻尼结构一般为自由型阻尼结构，阻尼层厚度较厚，阻尼减振效果一般，主要存在的问题或缺陷如下：

1)目前阻尼板普遍使用沥青基阻尼材料，阻尼层较厚而且易燃，并会挥发对人体和环境有害的挥发性有机化合物(英文：volatileorganiccompounds，中文：挥发性有机化合物)刺激性气味；沥青本身经加热或阳光照射，容易老化降解；沥青玻璃化转变温度窄，阻尼损耗因子峰值低，容易受温度影响，在冬天沥青就会弹性降低，变硬，减振作用降低；沥青密度大，2.1～2.7g/cm3，重量较重，不利于整车轻量化。

2)水基阻尼材料(lasd，liquidappliedsounddanping)以水性聚合物乳液为基料并配云母等各种填料，虽然无味无毒无挥发，安全可靠，但是水基阻尼材料易干结，且干结过程不可逆，干结后难以清洗；应用过程中，遇高温、高压、用量过少或接触空气、高温高湿、雨雪冰冻、细菌、污染物等都将使其过早固化，导致阻尼涂层缺陷；同时正因为水基阻尼材料的这些特点，导致水基阻尼材料在存储和运输过程必须密封保存，避免与空气接触，而且对存储环境、管路、泵内的温度均需管控，增加车间成本；且水基阻尼材料的使用需要一套运行比较复杂的机器人喷涂设备，结构复杂，维护不便，对于垂直面和反转面喷涂不能太厚，喷涂过程的飞溅物颗粒飞溅到车身外观表面，需要后续打磨返修处理；此外水基阻尼材料阻尼涂层填料的粒径一般较大(～700μm)，比表面积小，与高分子链段之间物理结合及摩擦生热效果小，不能充分发挥提升阻尼损耗因子的优势。

现有方案中，沥青基阻尼材料或是lasd水性阻尼材料一般直接喷涂在钣金层上，阻尼材料没有受到约束，属于自由阻尼结构(重点参考图1)，为了获得较大的结构损耗因子η，阻尼材料厚度普遍是钢板厚度的2～5倍，导致整车重量增加以及成本增加；而且这类阻尼材料一般主要是减振作用，对于声衰减的作用较小。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提供一种不但要在温度和频率范围内尽可能发挥粘弹性阻尼材料的阻尼减振特性、还要最大限度增加阻尼材料的声衰减性能的约束性阻尼和声衰减结构及具有其的车辆。

本实用新型提供了一种约束性阻尼和声衰减结构，包括钣金层、约束层和设于所述钣金层与所述约束层之间的阻尼层，所述阻尼层的内部填充有玻璃微珠，所述玻璃微珠的内部中空。

一实施例中，所述钣金层为钢制钣金层，所述约束层为铝箔层。

一实施例中，所述阻尼层为高分子树脂材料层。

一实施例中，所述高分子树脂层为聚丙烯酸类树脂材料层。

一实施例中，所述玻璃微珠为改性成的不规则微珠，且弥散分布于所述阻尼层中。

一实施例中，所述阻尼层与所述钣金层之间、所述阻尼层与所述约束层之间通过胶层粘结连接。

本实用新型还提供了一种车辆，包括以上所述的约束性阻尼和声衰减结构。

综上，本实用新型提供的阻尼层的内部填充有改性过的中空的玻璃微珠，同时结合胶层，以与约束层和钣金层贴合粘结形成双阻抗隔声结构，相比于传统的自由阻尼结构，该结构一方面在阻尼层厚度较薄(重量轻)的情况下具有更大的结构损耗因子，另一方面可反射多的车外噪音，有效降低由钣金层振动引起的车内噪声和车外传来的空气噪声。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为一现有技术中阻尼和声衰减结构的结构示意图；

图2为具有本实用新型提供的约束性阻尼和声衰减结构一具体实施例的结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型详细说明如下。

如图2所示，本实用新型提供了一种约束性阻尼和声衰减结构，包括钣金层11、阻尼层12、以及约束层13。

其中，约束层13能够阻挡光线照射或是其他腐蚀性物质的接触以很好的保护阻尼层12；同时，阻尼层12的一侧设于钣金层11，另一侧设于约束层13，也即是，阻尼层12设于钣金层11与约束层13之间，形成“三明治”夹层结构，以在钣金层11振动时，由于约束层13的作用，钣金层11与阻尼层12之间会相对滑移运动，使阻尼层12产生剪切运动衰减钣金层11振动，从而使机械能转换成热能，可有效衰减车外空气噪声。

本实用新型中，阻尼层12与钣金层11之间、阻尼层12与约束层13之间均通过胶层14粘结连接，可以理解，约束层13、阻尼层12、钣金层11以及胶层14共同组合形成双阻抗结构，使钣金层11振动的机械运动转换为阻尼层12的剪切，从而转换成热能耗散掉；同时由于声音在该双阻抗隔声结构中经过多次入射、反射、透射、吸收，最后衰减，达到提升隔声能力的目的。

本实用新型中，钣金层11为钢制钣金层钢制钣金层，约束层13为可塑性强、重量轻且弹性模量高的铝箔层，通过将阻尼层通过胶层14粘在钢板上，弹性模量较大的铝箔压住以形成“三明治”结构的约束性阻尼结构，首先，由于铝箔层的约束层13和阻尼层12共同形成的铝箔约束性阻尼结构可以裁剪成任何形状，易粘贴，在贴合粘结的过程中，能够适用于各种复杂3d结构的钣金层11的表面上，且没有颗粒飞溅；且不需要复杂的机器设备，通过手工、半自动化及自动化地施工，对生产线影响小。其次，由于铝箔本身的弹性模量大、耐腐蚀，可铝箔层的约束层13，能够阻挡光线照射或是其他腐蚀性物质的接触以很好的保护阻尼层12。

本实用新型提供的阻尼层12为高分子树脂材料层，具有良好的减振、声衰减、隔热的作用；同时阻尼层12的内部填充有玻璃微珠15，而在同等厚度下，添加了玻璃微珠15的阻尼材料的重量是传统沥青等形成的阻尼材料的1/2，降低重量，满足轻量化要求。

本实用新型提供的一优选实施例中，阻尼层12使用的高分子树脂为无色无味的聚丙烯酸类树脂材料层，且由于不使用有机溶剂，故不会产生对身体有害的voc(英文：volatileorganiccompounds，中文：挥发性有机化合物)气味，同时在铝箔层的约束层13的保护下，更耐老化、抗冲击、阻燃性能更好；由于其弹性受温度影响小，故不会因为寒冷变硬和降低阻尼减振性能。

本实用新型提供的一优选实施例中，玻璃微珠15的内部中空，由于中空的玻璃微球15由耐水耐化学介质优异的硼硅酸盐玻璃材料制成，能起到减重、声衰减、隔热和改善工艺(低粘度)的作用，通常作为高强度、低密度的填料，经过涂装车间高温烘烤后可贴附于各类车身材料曲面，适用于顶棚、车门、备胎池、地板、轮罩、前围等需要减振降噪的钣金层部位，在优化nvh性能的同时，达到系统的减重降噪作用，提高整车轻量化、nvh舒适型。

更进一步地，填充的玻璃微珠15为表面改性过而形成的不规则的微珠，且弥散分布于阻尼层12中，以在能够改善高分子树脂的流动性的同时减少高分子树脂的用量、增宽高分子树脂玻璃化转变温度，使树脂阻尼材料在较宽的温度范围内都有较高的阻尼损耗因子，增加其对环境温度的适应性，提高了阻尼损耗因子的峰值。

由于玻璃微珠直径为微米级中空材料，进一步降低了阻尼层12的密度，达到减重、实现轻量化的效果；玻璃微珠15的粒径比lasd云母片小很多，因此比表面积更大，与树脂的接触面积更大，与高分子链的物理结合点多，在阻尼树脂剪切时，接触点不断地分解与生成，与比表面积大的玻璃微珠15互相摩擦生热多，阻尼损耗因子大。

可以理解，在高分子树脂中填充(混合)中空的玻璃微珠15，并通过挤出工艺制成成型的阻尼层12的过程中，玻璃微珠15尽可能地在高分子树脂中均匀分布，以调节复合材料的等效阻抗和声音散射，增加阻尼结构的声衰减，而且隔声量随频率的增大而逐步提高，也即是该阻尼层12，不仅对低频结构噪声衰减，同样也可衰减高频空气噪声。有关于中空的玻璃微珠12b的制备、玻璃微珠12b的改性方法以及利用该改性的玻璃微珠12b制备的树脂复合材料、制备高性能中空玻璃微珠填充改性树脂基复合材料的方法的相关内容，具体可参考现有技术(cn201710302255.7、cn201710302255.7、201210152658.5)，具体在此不做赘述。

同时，该阻尼层12类似于物理学中的“声子晶体”，当声波穿透物质的过程中，玻璃微珠15与声波产生相互作用－声音散射，空心的玻璃微珠15主要通过调节介质等效阻抗和损耗来提高复合材料的声衰减(隔声量)，相较于传统一般的阻尼结构的最佳使用频率为200～500hz，而本实用新型中除了很好的减轻结构振动，对于多频段(中高频为主)的噪声衰减也有帮助，相当于增加了阻尼结构的频率适用范围。更进一步地，填充了表面改性过的玻璃微珠15的高分子树脂形成的阻尼层15的物理状态温度，受环境温度、湿度影响小，材料存储稳定可靠，运输保存方便简单，不增加车间的维护成本。

在实际情况下，当钣金层11做弯曲振动时，由于钣金层11和约束层13的弹性模量远大于阻尼层12的弹性模量，因此钣金层11和铝箔层的约束层13之间产生相对滑移运动，继而带动阻尼层12产生剪切运动，从而将振动的机械能转换为高分子材料剪切产生的热能，与传统的自由阻尼结构相比，本实用新型提供的阻尼层12在厚度较薄的情况下也能达到同样的结构阻尼损耗因子。

本实用新型还提供了一种车辆，包括以上所述的约束性阻尼和声衰减结构。

综上所述，本实用新型提供的阻尼层的内部填充有改性过的中空的玻璃微珠，同时结合胶层，以与约束层和钣金层贴合粘结形成双阻抗隔声结构，相比于传统的自由阻尼结构，该结构一方面在阻尼层厚度较薄(重量轻)的情况下具有更大的结构损耗因子，另一方面可反射多的车外噪音，有效降低由钣金层振动引起的车内噪声和车外传来的空气噪声。

以上，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围。