CN111718554B - 一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于振动与噪声控制技术领域的一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法；该阻尼液由A和B双组分构成，A组分为丙烯酸‑淀粉‑膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶，B组分是乙二醇；配方为：A组分占阻尼液比例为48wt.％至50wt.％，B组分占阻尼液比例为50wt.％至52wt.％。将凝聚态凝胶引入该汽车悬置的阻尼液中，使得汽车发动机液压悬置降噪约2dB(A)，振动与噪声控制效果好。为凝聚态凝胶引入其它行业，诸如舰船、潜艇、航空、航天、轨道交通、矿山机械以及电池振动台等的液压阻尼减振器的阻尼液中，开创了全新方向。

Description

一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种汽车液压悬置含凝胶并具有降噪功能的阻尼液。尤其是涉及一种提升家用轿车发动机前悬置降噪功能的新型阻尼液的配方及其配制方法。

背景技术

对于发明题目为“一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法”中“悬置”的概念及其发展历史沿革，显然，对非汽车专业人员而言，“悬置”(suspension)与“发动机悬置”(suspension system或engine mounting system)等汉语词汇颇显怪癖。“悬置”，依据汉语顾名思义，其似乎是“以悬挂方式的放置或装置”的缩略语。然而，“悬置”在汽车专业为已经转变为专有汽车构件的名词。

汽车修理工将汽车发动机悬置俗称为“机爪垫”(engine claw rubber gasket或engine claw suspension)；这种俗称无论是汉语还是英语都有助于“门外汉”对专业术语“悬置”的理解。

“机爪垫”中的“机”、“爪”和“垫”三个字分解开来，“机”显然指发动机，“爪”示意着：像动物“爪”那样用其“爪”来抓住汽车发动机；“垫”显然指“垫片”，一种隔振的垫片。英语engine claw rubber gasket逐字分解也类同，冗余给第二外语的非英文专业人员：engine字义为发动机，claw字义为(动物的)“爪”，gasket字义为“垫”或“垫圈”或“垫片”；无非这个“垫”，在当今，更加具体限定为“橡胶垫”(rubber gasket)。

站在汽车发展史的视角，“悬置”并非难以理解，最初研制或生产汽车，为了防止汽车发动机振动传递到车身，用一块木头块垫在发动机与发动机架之间隔振与固定发动机，该“木头块”就是最初“止动”(停止振动)用的“悬置”，由于橡胶隔振效果较好，在木头块中间钻孔插上一个橡胶棒或增加上一个橡胶垫，用于更好地止动与隔振，这就是木头块基础上“升级的悬置”。木头易燃，将木头换成阻尼合金，并且设计成利于减振与隔振复杂系统或装置。可见，今天汽车工业上的“悬置”，其历经材料构件器件装置演变，符合“万物之始,大道至简,衍化至繁”的演变历程。

本质的说，“悬置”无非是汽车减振器一种，是专用于汽车振源——发动机的专用减振器；汽车工业同行之所以不称其为发动机减振器，而从减振器中脱颖而出后创造一个专属名词“悬置”，说明其像发动机或轮胎一样，对于汽车内成百上千种构件或器件而言，其占有不可或缺的重要地位。诸如，不难理解，站在振动与噪声控制角度，汽车轮胎也是汽车的减振器，这种减振器地位相对汽车中其它减振构件，其是占有不可或缺的地位，抑或是没有轮胎的汽车很难称其为“汽车”，其很可能是轨道机车或火车，有必要把“汽车整车减振器”，抑或是轮胎，单独从众多减振器中给予专属名词——“轮胎”。

对于发明题目为“一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法”中“阻尼液”的概念及其应用，阻尼液(damping liquid)，其原始概念是依靠液体介质的黏滞阻力使运动机械的动能衰减，可缩短机械摆动或运动时间的油状液体。由于“阻尼液”大多用于减振器或减震器中，振动控制领域人士常常称其为“减振液”，显然，“阻尼液”是“减振液”更加“上位”的概念。在中外专利局相关网站，以damping liquid(阻尼液)为关键词为口径检索，可检索到成百上千的涉及减振器或液压缸阻尼液的专利公开，可见其用途之广。诸如，表1归纳了以“阻尼液”为关键词检索口径在中国专利局上检索到的专利公开。

表1中国专利局公开的阻尼液一些代表性应用领域及用途

减振器中的阻尼液，其接界界面为金属材质，大多用润滑油的油类，属于油性阻尼液，油性可避免减振器中金属在使役过程中发生腐蚀，表1中的阻尼液基本上都为油性，表1中列举的阻尼液只能说与本发明中的阻尼液相关，而非密切相关。这是因为本发明阻尼液为水性，使用水性阻尼液，阻尼液不能与减振器中金属界面直接接界，通常其接界界面为橡胶。因为耐油橡胶种类奇缺并且价格高，大多数橡胶遇到油脂，都会发生或多或少的溶胀，而采用水性阻尼液，即可避免橡胶遇油溶胀，也无必要担心减振器中的金属腐蚀，因为阻尼液与金属并非直接接界。表2归纳了中国专利局中公开的与本发明水性阻尼液密切相关的阻尼液的配方等。

表2中国专利局公开的用于汽车液压悬置的水性阻尼液配方

从表2可见，其一：水性阻尼液主料多为二醇类，其中乙二醇最为普遍，之所以如此，因为乙二醇所具有的宽温性与低成本性满足汽车工业要求；乙二醇不仅用于汽车发动机悬置，用于汽车水箱代替水对发动机降温，也极其普遍；汽车行业将用于汽车水箱代替水对发动机降温的乙二醇水溶液俗称为“汽车防冻液”；因乙二醇与水相互比例等不同划分出各种牌号不一的制品，其中乙二醇与水相互某比例可使得汽车防冻液的凝固点达到零下-40℃。

从表2可见的其二：悬置中阻尼液的“液”并非真正物理意义上的液体，其中增加的硅酸铝镁一种耐火砖粉末，或白炭黑，二者都是固体；严格的说：该悬置阻尼液，应该为含有固体成份并且具有阻尼功效的液体。显然，增加固体粉末到黏度不高的乙二醇中，硅酸铝镁吸附乙二醇等，形成团簇，相当于极大的提高了黏度与触变性，形成团簇的该阻尼液在悬置网微孔穿梭，也就相当于极大提高了耗能数量或耗能速度，抑或是提升了振动控制公式中常用“C”值的大小。

然而，有一利就有一弊，该耐火砖粉末吸附乙二醇等形成团簇的牢固程度必定有限；当汽车停车或汽车发动机停火，汽车发动机振动消失，该团簇由于重力场作用会发生重力沉降，停车时间越长，重力沉降越严重，直至凝结；发动机再次启动，需要相当长时间才能复原或难以复原，另一个弊端是，该团簇牢固度不足，在一定条件下会产生固-液分离。

凝聚态物理同行周知，在物质常见的固态、液态或气态中，存在一种凝胶态，其介于固态与液态之间，若用凝胶态材料代替以上表2中耐火砖粉末或白炭黑等固态材料，或许可从根本上克解乙二醇分子量不高导致黏度不够，进而导致耗能系数(C)不高与该“固-液团簇”不牢固引发悬置阻尼液的种种弊端。

对于发明题目为“一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法”中“凝胶”的概念及其应用，凝胶(gel)，尤其是高分子行业严格意义上的水凝胶，其是在水中不能溶解于水的凝胶。在国内外专利网站可检索到千种以上的凝胶及其制备方法；其中人们熟知的由动物胶原蛋白或植物等获得的凝胶，例如人们常吃的“猪皮冻”或儿童经常吃的“果冻”，由有机硅与二醇等合成并用于“丰乳”的“硅(凝)胶”，牙医等用于“咬牙印”等使用含有海藻酸钠等形成的凝胶等等；这类凝胶用于悬置阻尼液，在初始状态，可能会改变悬置阻尼液的黏度或触变性能，进而提高耗能系数“C”值或改变振动频率等等；然而，汽车发动机悬置经常处于高强度且几乎无休止的振动，这种苛刻的使役环境，这类机械强度不够的凝胶，在使用不久就会“解体”；同时，如果悬置阻尼液主体成份选择宽工作温区的乙二醇(汽车防冻液)，还需要凝胶与乙二醇具有良好匹配性。表3列举了中国专利局公开的不适用于汽车液压悬置水性阻尼液中加入的凝胶种类的发明公开及缘由。

表3中国专利局公开的不适用于汽车液压悬置水性阻尼液代表性凝胶种类及缘由列举

列举表3不适用于汽车液压悬置水性阻尼液中加入的凝胶种类的发明的主要目的是：提供给后来发明者以参考，使得发明者在凝胶选材少走“弯路”。对于汽车发动机液压悬置经常处于高强度与高振动烈度使役工况，需要在其阻尼液中加入高机械强度的凝胶，水溶性高分子研究同行周知：

采用丙烯酸类或丙烯酰胺类或丙烯晴类单体，用“甲叉基”类为交联剂，合成出具有网状空间结构的凝胶强度最高，该类凝胶是在约1954年，美国农业研究所，依据人食用的“木耳”构造进行仿生学研究，由此获得的高强度凝胶。此后近70年，该类凝胶应用到许多行业；最初，丙烯酰胺类或丙烯晴类单体与“甲叉基”等构造出的具有网状空间结构的凝胶使用较广，而在1980年左右开始，丙烯酸为单体构造的凝胶成为许多行业使用的主流产品，典型的案例为生理卫生制品业广泛使用于婴儿或老年不能自理用的纸尿裤以及妇女用的妇女卫生巾。其中婴儿或老年使用的纸尿裤，通常每片会加入8克或以上丙烯酸类为单体的凝胶干粉，用于减少天然木浆用量与提高“吸收尿液”的数量，这种丙烯酸类凝胶吸收尿液后必须有一定强度，防止婴儿翻身等将吸液后的凝胶压碎，进而发生被凝胶吸入的尿液又反向流出来，导致婴儿皮肤被腐蚀，吸液后凝胶强度的大小，成为婴儿或老年使用的纸尿裤中添加丙烯酸类凝胶产品的重要指标之一。显然，站在汽车发动机液压悬置需要在其阻尼液中加入高机械强度的凝胶的角度，类似用于婴儿纸尿裤中添加丙烯酸类高机械强度的凝胶应该为本发明的首选，表4列举了中国专利局公开的此类凝胶代表性的发明。

表4中国专利局公开的适用于汽车液压悬置水性阻尼液代表性凝胶列举

表4序号为6的发明，抑或是中国专利局专利申请号为99126337.5号的发明，该发明的高吸水树脂，吸水后产生的水凝胶，被认为“最为适用”于汽车液压悬置阻尼液，其理由是：

矿物学同行周知：被百姓俗称为“膨润土”的物质，矿物学的学名是“蒙脱石”(Montmorillonite)粉，类属于一种矿石粉，该矿石粉层状构造，层与层之间在纳米级，可相互滑移，是一种位错阻尼的纳米材料。即使将该纳米材料单独加到阻尼液中，也比表2中序号为2+3+4的三项发明中加入的“硅铝酸镁”(一种耐火砖粉末)的阻尼效果要好，因为该层间位错阻尼团簇比“硅铝酸镁”团簇阻尼增加了一级梯度阻尼；而将膨润土合成到丙烯酸类树脂中，吸水后的凝胶，比表2中序号为2+3+4的三项发明中加入的“硅铝酸镁”形成的“团簇”阻尼，相当于增加了两级梯度阻尼。

对于发明题目为“一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法”中“降噪阻尼液”概念的澄清：

降噪阻尼液，是本发明依据发明效果提出或创造出的概念，其是指：用于汽车发动机液压悬置的阻尼液中，能显著增加降噪效果的阻尼液，命名为“降噪阻尼液”。

对汽车发动机的振动与噪声控制是极其复杂的科学问题，其中汽车发动机液压悬置，对于其振动与噪声二者之间关系也是极其复杂的科学问题，虽然振动与噪声控制同行常说“振动是噪声之母”，降低振动烈度或强度，能够降低噪声的声压级dB(一种声学强度)，而人耳朵能听到声音在20Hz至2万Hz，对应的声压级有约2万个dB值，在频率-声压级曲线中两组对照值形成的对照曲线，只有20Hz至2万Hz所对应的所有dB值全部分别下降，噪声指标才能下降。而对于目前98％的振动与控制器件或装置，都不能实现。

绝大多数情况是，在20Hz至2万Hz范围内，一部分频段比空白(对照组)的dB值增加，而另一部分频段比空白(对照组)的dB值减少，按照声响曲线加权后的“声响级”dB(A)值降低后，才能称其为“降噪”；抑或是振动与噪声控制同行常说的：对于振动控制与噪声控制器件或装置的改进而言，“降低10个或20个dB很容易，降低0.1个dB(A)极其难”；而对于非声学专业或非噪声控制专业的人而言，很难理解dB上增加一个“A”意味着什么，抑或是dB与dB(A)这两个声学指标的区别以及对dB(A)噪声控制专业工程技术人员的难度。

另一方面，对于汽车发动机液压悬置，降低汽车发动机对车身的振动，“主力”是该悬置中阻尼橡胶构件与壳体阻尼合金构件，抑或是二者贡献振动噪声控制公式中的“K”值(吸能系数)，而阻尼液仅仅承担该公式中的“C”值(耗能系数)贡献，从改善“C”值入手的降噪尝试，要比以“K”值为降噪切入点难得多。

以上冗余本发明题目“一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法”内涉猎的“悬置”、“阻尼液”、“凝胶”与“降噪阻尼液”概念与相关背景技术及其进展，目的之一是便于审查员及同行对本发明的理解；目的之二是给予未来欲改进汽车发动机液压悬置的同行提供参考。

总之，对于现有技术的归述：汽车发动机液压悬置，已经从液压减振器或汽车减振器行列里脱颖而出，由简至繁不断发展，已经从构件或器件跃迁到“装置”层面；其中的“阻尼液”，也由纯粹意义上的液体，跃迁到带有引号的“液体”，抑或是纯液体升级为含有固体的液体-固体组合物层面；而发明者站在梯度阻尼设计的科学性视角认为：

该“跃迁”或“升级”(液态含固体的液态)，应在固态与液态之间引入凝胶态作为梯度过度，更加优化的是：将具有位错功能的固态镶嵌到凝胶中，形成新型凝胶加入到液态阻尼液基体中，由此构造出的梯度阻尼，即克解了该“跃迁”或“升级”导致的固液分离或重力沉降等弊端，也可能带来意想不到的技术效果，诸如“降噪”效果等。

发明内容

针对汽车发动机液压悬置阻尼液现有技术存在的：液-固升级过快与升级梯度不合理等导致的阻尼梯度不佳的技术缺陷，为了弥补该缺陷与寻找到振动与噪声控制领域意想不到的技术效果；本发明的目的在于提供一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液及其制备方法；尤其是涉及一种提升家用轿车发动机前悬置降噪功能的新型阻尼液的配方及其配制方法。

本发明的目的还在于：以“抛砖引玉”形式，开辟出含有矿物粉的水凝胶作为液压悬置阻尼液的凝胶高效降噪新体系，逐步取代溶液或悬浊液类型的液压悬置阻尼液，通过将特种水凝胶新材料引入悬置阻尼液，来提高减振降噪原件的品质与社会效益。其抑或是：

抛出自身“将含有蒙脱石粉丙烯酸共聚类的SAP引入汽车液压悬置阻尼液”的这块“粗砖”，引出同行“将含有各种天然矿物粉末的丙烯酸共聚类的SAP，诸如丙烯酸与凹凸棒土、硅藻土、滑石粉、珍珠岩粉及云母粉等共聚类SAP，用于汽车液压悬置阻尼液，并诞生系列减振持久、降噪高效与成本低廉的新型汽车液压悬置凝胶阻尼液”这块“美玉”，提升专利的社会效益。

实现上述发明目的所采用的技术方案为：

一种汽车液压悬置的降噪阻尼液，其由A和B双组分构成，A组分为丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶，B组分是化学纯的乙二醇；二者配比为：A组分占阻尼液比例为48wt.％至50wt.％，B组分占阻尼液比例为50wt.％至52wt.％。

所述的A组分，其由丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末吸收自身重量的11倍至15倍的去离子水后形成的水凝胶构造而成；

所述的A组分，其吸收去离子水形成水凝胶之前所用的高吸水树脂粉末，该粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；

所述的A组分，其吸收去离子水形成水凝胶之前所用的高吸水树脂粉末，该粉末的残单含量范围在110ppm至200ppm。

一种汽车液压悬置含凝胶的降噪阻尼液制备步骤、条件与方法如下：

第一步：选料：

取通过60目泰勒标准筛丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末1克；在含有1000毫升去离子水的烧杯中加入1克该树脂粉末，开动磁力搅拌器并使得搅拌器上转子搅拌速度达到60转/分，搅拌10小时，再用200目金属镍网封闭烧杯口，过滤出清液，该清液静置24小时，取其上层清液10毫升，在液相色谱仪上分析其残单含量，抑或是没有发生聚合反应的丙烯酸含量，其残单含量在110ppm至200ppm范围内，抑或是残单含量在110微克/克至200微克/克范围内，即可选用，超出此范围不能选用。

第二步：筛分：

将60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛叠层放置，且60目筛放在100目筛的上方，将丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末倒入由60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛所构造成的叠层筛的上层筛内，摇动该叠层筛进行筛分，获得最粗粉、粗粉和细粉三种粉末，其中最粗粉为不能通过60目泰勒标准筛并留存在60目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末；粗粉为：能够通过60目泰勒标准筛，而不能通过100目泰勒标准筛并留存在100目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末，该留存在100目筛之内的粉末为筛分目标欲获得的“粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm”的丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末，装自封袋留存备用，而细粉为通过100目泰勒标准筛粉末，将该细粉与最粗粉留作它用。

第三步：构造A组分：

在室温下，按照高吸水树脂粉末与去离子水重量比1份比11份至15份的比例，抑或是：1公斤该树脂粉末比11公斤至15公斤去离子水的比例；首先将称重的去离子水倒入水桶内，按照该比例分批次将高吸水树脂粉末撒入水面，施加人工搅拌，待水表面粉末均匀分到水中，再向桶内液面撒入第二批高吸水树脂粉末，然后搅拌，依次类推，直至全部高吸水树脂粉末撒入桶内；检验撒入桶内的该树脂粉末无结块后，接着静置24小时使得该树脂粉末吸水后达到树脂颗粒吸水内外均匀，由此获得高吸水树脂水凝胶，该水凝胶即为A组分，构造A组分的步骤完成；

第四步：配制阻尼液：

在室温下，首先将称重的乙二醇倒入配料桶内，该乙二醇的纯度为化学纯，再将经过称重的A组分也倒入配料桶内，将每分钟60转的搅拌桨插入配料桶，搅动配料桶内混合物15分钟；二者混配的比例是：A组分占该混合物比例为48wt.％至50wt.％，余量为乙二醇；抑或是乙二醇占该混合物比例为50wt.％至52wt.％；该混合物即为配制的目标产物——本发明含凝胶的降噪阻尼液。

第五步：台架试验对照表征

按照汽车发动机在汽车中安装结构来构造汽车台架，台架安装在空间较大的厂房中(如图1)，使得声学测试尽可能的接近自由场，避免厂房墙壁的声反射多次重复叠加而影响测试精度，其中声学探头距离厂房墙壁直线距离不小于25平米，距离厂房高度的距离不小于6米。对照测定方法是：

其一：环境噪声扣除对照试验：测定过程中，首先不开动被测发动机以及关闭厂房内其它声源，测定环境噪声，以然后再测定目标噪声，二者之间差值要大于8dB(A)。以保证声学测定精度。

其二：以原始阻尼液配方的制品降噪效果为空白和对照参照物。测定阻尼液的各个新配方，均分别加注到同一型号的商品前悬置中，并以该型号阻尼液的原始配方作为空白而进行对照降噪测定。以此“货比货”的方式开展试验。

本发明的有益效果主要表现有三：

其一：在汽车发动机液压悬置阻尼液领域，首次“丙烯酸-淀粉-膨润土三元”网状共聚物引入到阻尼液配方中，与原有的“乙二醇+丙二醇+三乙醇胺+硅酸镁铝”四元混配物配方相比，降噪效果突出。图2为这种降噪效果突出的代表性数据测试图，该图揭示：新阻尼液配方比原有普遍使用该“四元混配物配方”降噪2.001dB(A)，为提高家用轿车乘坐的舒适性奠定了实用化基础。

其二：噪声控制同行周知：获得对照试验的全频谱图或接近全频普图的声压级全部降低的试验结果，一种观点认为：“可遇而不可求”，另一种观点认为，不经过精细的新材料筛选基础上的海量试验是不可能实现的。本发明实现了后者(接近全频谱图的声压级全部降低)。图3为代表性的对照试验的全频谱图数据测试结果，该图横轴为频率，纵轴为声压级，由图可见，在40Hz至2万Hz内，本发明的新配方降噪获得声压级都低于老配方，人耳能听到声响频率在20Hz至2万Hz，抑或是国际上规定的dB(A)值。20Hz至20000Hz人耳能听到声响频率范围内，本发明阻尼液的新配方与对照的老配方相比，只有在短短20Hz至40Hz频段内，新配方声压级高于老配方；其余的1万9千9百80赫兹，全部低于老配方声压级，接近全频谱图的声压级全部降低。该结果不仅为最大降噪2.001dB(A)的理论支撑；而深入对其全频谱分析并开展新假设的理论验证，为开辟凝聚态凝胶分子谐振耗能能等开辟了新的理论研究方向，为凝聚态凝胶引入其它行业的液压阻尼减振器阻尼液中，诸如舰船、潜艇、航空、航天、轨道交通和矿山机械等，即提供了全新的研究方向，也为分子层面减振凝胶设计与新型减振器提供了研究基础。

其三：网状交联聚丙烯酸盐或其多元聚合物，在农业、林业和生理制品业长期应用经验表明，其干品生产成本低，其水凝胶制品吸水后，吨成本几乎与吸水倍率成正比。这种优势促使其在阻尼液中替代乙二醇后，可降低原有汽车乙二醇阻尼液的成本。尤其是对于热带国度内的家用轿车，其悬置阻尼液最大限度的使用网状交联聚丙烯酸盐或其多元聚合物后，其低成本性，可提高汽车悬置的市场竞争力，在热带国度内的家用轿车行业，市场潜力巨大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的发动机台架试验工况环境示意图。图中1为汽车发动机；2为液压悬置；3为液压悬置与声学探头之间的水平距离，具体数值为1米；4为振动噪声测试仪声学探头；5为被测试的汽车发动机与发动机教学厂房之间水平方向的最长距离，其数值为38米；6为被测试的汽车发动机与发动机教学厂房之间水平方向的最短距离，其数值为26米；7为被测试的汽车发动机与发动机教学厂房孔板降噪天棚之间垂直方向的距离，其数值为8米。

图2为本发明实施例提供的代表性降噪效果图。图中曲线1是对照用的空白液压悬置安装到发动机上，发动机运转产生噪声经过等声响曲线法加权后的A声级-时间曲线；图中曲线2是本发明含凝胶的液压悬置安装到发动机上，发动机运转产生噪声经过等声响曲线法加权后的A声级-时间曲线；二者差值为1.970dB(A)。

图3为本发明实施例提供的代表性频谱分析图。图中1是对照用的空白液压悬置安装到发动机上，发动机运转产生噪声的频率-声压相互对应曲线；2是本发明含凝胶的液压悬置安装到发动机上，发动机运转产生噪声的频率-声压相互对应曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。

以下实施例中，A组分为丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶，B组分是化学纯的乙二醇；二者配比为：A组分占阻尼液比例为48wt.％至50wt.％，B组分占阻尼液比例为50wt.％至52wt.％。

所述的A组分，其由丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末吸收自身重量的11倍至15倍的去离子水后形成的水凝胶构造而成；该吸水树脂粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；残单分布范围为110ppm至200ppm。

实施例1

阻尼液的构成：A组分：丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶占阻尼液比例为48wt.％；B组分占阻尼液比例为52wt.％。

形成A组分选用的原料之一——丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末：按照其粒径大小选材指标为：粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；按照其残单大小选材指标为：残单含量等于110ppm；形成A组分选用的原料之二为去离子水；形成A组分两种原料的配比为：“树脂：水＝1：15”。

形成B组分选用的原料为乙二醇液体，纯度为化学纯。

制备方法如下：

第一步：选料及其选料原理：

Ⅰ、具体操作：取通过60目泰勒标准筛丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末1克；在含有1000毫升去离子水的烧杯中加入该1克树脂粉末，开动磁力搅拌器并使得搅拌器上转子搅拌速度达到60转/分，搅拌10小时，再用200目金属镍网封闭烧杯口，过滤出清液，该清液静置24小时，取其上层清液10毫升，在液相色谱仪上分析其残单含量，抑或是没有发生聚合反应的丙烯酸含量，测定结果为：其残单含量为110ppm，抑或是残单含量在110微克/克，此吸水树脂的残单含量没有超出200ppm，因而可选用。

Ⅱ、选择残单指标不超出200ppm的树脂的选料原理：

以丙烯酸为单体合成丙烯酸系高吸水树脂过程中，尽管合成工艺不同，但种种原因，交联反应不能100％的完成，或多或少的存在着一点未发生交联反应的丙烯酸，这部分丙烯酸残留在生成物(树脂)之中，业内同行定义为“残留单体”，简称为“残单”。

丙烯酸为不饱和一元酸中碳原子数最少的酸，酸性接近“中强酸”。而汽车发动机液压悬置阻尼液包裹在橡胶构件中，尽管没有与外壳阻尼锌合金直接接触，然而，考虑到橡胶件加工过程中的质量控制因素，一旦橡胶件微小缺陷导致阻尼液外泄，阻尼液中最容易与锌合金外壳发生化学反应的就是酸性接近“中强酸”的残单——(微量)丙烯酸。可见：残单量越少，对悬置的阻尼锌合金外壳腐蚀越小，锌合金外壳越安全；简言之：限定吸水树脂中残单为一个限定值，目的是保证汽车发动机液压悬置使役过程中的安全性与可靠性。

Ⅲ、选择丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂的选料原理：

本发明选择丙烯酸-淀粉-膨润土高吸水树脂，或称“超吸水树脂”或“吸水材料”，经常用英文名字字头的缩写形式SAP在文件中出现；其类属于三元共聚，相对于“一元”和“二元”共聚，其聚合难度较高。近40年来，市场上出现顺序的三个体系的高吸水树脂，从一元、二元和三元顺序逐步出现。

其中一元丙烯酸系聚合制品代表性的商品，商品俗名称为“卡波姆”(carbomer)，广泛用于医疗行业，“卡波姆”一词几乎被每名医生或药剂师所知晓；其分为多个系列，诸如：以丙烯酸为单体，以烯丙基蔗糖或烯丙基季戊四醇为交联剂获得的商品被命名为“卡波姆900系列”；以丙烯酸2烷基异丁烯酸单体，以烯丙基季戊四醇为交联剂获得的商品被命名为“卡波姆1300系列”等等。作为一种新型药用辅料,在世界各国普遍使用，我国已在《中国药典》2000年版及2005年版中收载。

以丙烯酸为单体，以甲叉基为交联剂，以氢氧化钠或氢氧化钾或碳酸钠或碳酸氢钠等为中和剂，获得交联丙烯酸钠(PAANa)或交联丙烯酸钾(PAAK)的SAP(高吸水树脂)，自从1986年世界范围内环境保护压力下的“电池无汞化”及“电池低汞化”运动，其作为电池中“汞的替代物”，被广泛用于新型绿色无污染的一次或二次电池的阳极区，或作为凝胶电解质的载体用于凝胶电解质电池或聚合物电池；这一应用被电池领域内高级研究人员所熟知。

其中二元丙烯酸系聚合制品代表性应用所得的商品是“妇女卫生巾”或“纸尿布”(老年或婴儿护理制品)，其是在一元SAP基础上，加入天然淀粉，诸如玉米、马铃薯淀粉等，充分利用淀粉的天然高分子链，形成接枝共聚，类似的有用秸秆水解纤维素、甲壳素或海藻酸钠等代替淀粉。世界每天消费的卫生巾和纸尿布都在万片以上，通常每片卫生巾内加入0.2克该SAP，每片纸尿布或纸尿裤内加入8克该SAP，加入淀粉接枝共聚的二元SAP，由于淀粉的加入，增加了固含量，极大的降低了SAP的相对原料成本。

其中三元丙烯酸系聚合制品代表性应用是：在二元基础上加入白炭黑或油页岩干馏渣粉或凹凸棒土，用于汽车防水密封胶条膨胀调节剂；加入天然麦饭石粉，用于农业含有植物微量元素的保水剂；加入膨润土，用于隧道挖掘堵水剂、隧道育秧盘保水剂和高层建筑粘挂是灭火剂等等。

上述“一元”、“二元”和“三元”丙烯酸系SAP，机械强度普遍能满足汽车发动机液压悬置阻尼液添加物的要求，也容易找到残单低含量制品，如果振动与噪声控制界的后来同行，有意挖掘含凝胶阻尼液的降噪与减振机理，不排除在除本发明选用加入膨润土之外的丙烯酸SAP品种中，还能获得诸如降噪等意想不到的结果；然而，本发明首选丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂，其设计原理是：

材料的梯度阻尼是减振器梯度阻尼的设计基础，本发明首选丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚SAP中的“膨润土”，其是由蒙脱石(Montmorillonite)在碱性环境中蚀变而成，其具有层状构造，层与层之间在纳米级，通常钠基膨润土层间距离在1纳米，层与层之间可相互滑移，是一种位错阻尼的纳米材料。这种位错阻尼，极大提升了含凝胶阻尼液的耗能速度与耗能总量；可想而知，汽车发动机高速往复运动产生振动能量，被悬置内橡胶构件吸收后，也必然积存在橡胶中，如果不能被阻尼液耗散掉，橡胶温升导致橡胶“K”值劣化。

本发明膨润土选择钠基膨润土，而钙基膨润土或不同产地膨润土，细微结构不同，这种差异性，为今后技术改进或提升或寻找新的“意想不到结果”都奠定物质基础。

第二步：筛分及其设计原理：

Ⅰ、具体操作：将60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛叠层放置，且60目筛放在100目筛的上方，将丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末倒入由60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛所构造成的叠层筛的上层筛内，摇动该叠层筛进行筛分，获得最粗粉、粗粉、和细粉三种粉末，其中最粗粉为不能通过60目泰勒标准筛并留存在60目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末；粗粉为：能够通过60目泰勒标准筛，而不能通过100目泰勒标准筛并留存在100目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末，该留存在100目筛之内的粉末为筛分目标欲获得的“粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm”的丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末，装自封袋留存备用，而细粉为通过100目泰勒标准筛粉末，将该细粉与最粗粉留作它用。

Ⅱ、选择获得的“粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm”的树脂颗粒的原理：

承装阻尼液的汽车发动机液压悬置的橡胶箱内安装有不锈钢网，其用途是扩大耗能接界面积，而阻尼液内不管是增加固体还是凝胶，都需要该固体(实际为固-液团簇)或凝胶在网孔之间像液体一样穿梭，显然，颗粒太大，不能通过该网孔，颗粒太小，与网孔不接触的固体或凝胶颗粒难以直接接受能量，导致耗能速度慢，凝胶颗粒必须与网孔具有最佳匹配度，而吸水前SAP固体颗粒粒度一定程度上决定了吸水后凝胶颗粒的粒度。尽管凝胶颗粒不像固体颗粒那样刚性，其可以通过自身柔软变形通过网孔，然而，本发明考虑到凝胶变形耗能与膨润土位错耗能之间匹配，也是选用固体SAP粉末“粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm”重要依据之一。

第三步：构造A组分及其原理：

Ⅰ、具体操作：在室温下，按照高吸水树脂粉末与去离子水重量比1份比15份的比例，抑或是：1公斤该树脂粉末比15公斤去离子水的比例或表示为：“树脂：水＝1：15”；首先将称重的去离子水倒入水桶内，按照该比例分批次将高吸水树脂粉末撒入水面，施加人工搅拌，待水表面粉末均匀分到水中，再向桶内液面撒入第二批高吸水树脂粉末，然后搅拌，依次类推，直至全部高吸水树脂粉末撒入桶内；检验撒入桶内的该树脂粉末无结块后，接着静置24小时使得该树脂粉末吸水后达到树脂颗粒吸水内外均匀，由此获得高吸水树脂水凝胶，该水凝胶即为A组分，构造A组分的步骤完成；

Ⅱ、选择“树脂：水＝1：15”与其它实施例中控制该比例的基本原理：

高吸水树脂商品通常吸水(去离子水)倍率在400至800倍，最低也有200倍，抑或是1公斤该树脂粉末至少需要200公斤去离子水才能达到饱和。水溶性高分子同行周知：固态SAP颗粒在没有吸水前，其中的高分子链像弹簧一样被压紧，随着吸水进行，高分子链逐步舒展，吸收最多水时，高分子链像弹簧一样趋近于被“拉直”。容易理解，弹簧减震器设计，必须根据虎克定律(Hookean law)与负载激励选定弹簧的伸缩范围，弹簧被压到最紧或被“拉直”，就超过了弹簧的弹性范围，该弹簧也就失去意义。高分子链的卷曲与伸张，在高分子物理传统教材的模型就是该弹簧模型，本发明控制固态SAP的吸水量，也就恒等于控制高分子链这根“弹簧”的伸张度；该伸张度是获得发明“意想不到”效果——降噪的关键技术之一。

第四步：配制阻尼液及其原理：

Ⅰ、具体操作：在室温下，首先将称重的乙二醇倒入配料桶内，该乙二醇的纯度为化学纯，再将经过称重的A组分也倒入配料桶内，将每分钟60转的搅拌桨插入配料桶，搅动配料桶内混合物15分钟；二者混配的比例是：A组分占该混合物比例为48wt.％，余量为乙二醇；抑或是乙二醇占该混合物比例为52wt.％；该混合物即为配制的目标产物——本发明的含凝胶的降噪阻尼液。

Ⅱ、选择“搅拌”目的与基本原理

搅拌基本目的是使得两种或以上物料混合均匀。而本发明搅拌是使得高吸水树脂网状空间内的“包络水”与网状空间外部的乙二醇液态分子充分交换，达到动态平衡。汽车防冻液设计同行周知，乙二醇混合水的比例不同，混合物凝固点不同，通常1比1的比例可获得约-50℃的防冻液。显然，如果高吸水树脂网状空间内的“包络水”与网状空间外部的乙二醇液态分子充分交换不充分，达不到设计的低温参数及其耗能系数等。

第五步：台架试验对照表征及其对应设计原理：

Ⅰ、具体操作：按照汽车发动机在汽车中安装结构来构造汽车台架，台架安装在空间较大的厂房中(如图1)，使得声学测试尽可能的接近自由场，避免厂房墙壁的声反射多次重复叠加而影响测试精度，其中声学探头距离厂房墙壁直线距离不小于25平米，距离厂房高度的距离不小于6米。对照测定方法是：

其一：环境噪声扣除对照试验：测定过程中，首先不开动被测发动机以及关闭厂房内其它声源，测定环境噪声，然后再测定目标噪声，二者之间差值要大于8dB(A)。以保证声学测定精度。

其二：以原始阻尼液配方的制品降噪效果为空白和对照参照物。测定阻尼液的各个新配方，均分别加注到同一型号的商品前悬置中，并以该型号阻尼液的原始配方作为空白而进行对照降噪测定。以此“货比货”的方式开展试验。

其三：试验用的汽车发动机与悬置：选择一汽大众生产品牌为“宝来”车上的新发动机，该发动机为四缸，排量＝1.8L，悬置支点方式为三支点；试验用的汽车发动机液压悬置，在汽车“4S”店配件中，选择声誉最好并且品牌的新液压悬置，其具体产品标号1JO-199-262；用其作对照试验，首先将该悬置安装到台架上，获得振动与噪声试验数据，然后，从台架上卸下该悬置，抽出其中阻尼液，在注入清水反复清洗至干净，再注入研究配方用的本发明的新配方阻尼液，安装到发动机台架相同位置，保持发动机转速与功率输出等相同条件，对照测定其振动与噪声参数。

其四：噪声与振动测试设备：选用牌号为AWA6290A/B的振动噪声测试信号分析仪(杭州爱华仪器设备有限公司生产)；噪声探头与机爪垫处于同一水平面并设置的距离1米(图1)。

其五：数据处理与试验结果：振动噪声测试信号分析仪连接上位机为计算机，计算机内软件自动处理，每次都会给出时间与声压级的对应曲线与该时段加权处理的dB(A)值，人工计算只需要将两个dB(A)数值做一下减法运算。当用本发明阻尼液获得的dB(A)值减去对照空白的dB(A)过程中，或者正值，说明本发明获得降噪效果，反之则反。

本实施例试验结果为降噪1.783dB(A)。

Ⅱ、选择“台架试验厂房”所基于的基本原理：

理论上说，台架试验可采用三种方式。第一种为实车方式，抑或是把声学探头与加速度探头安装实车对应位置，用引出线与振动噪声测试信号分析仪在相连。

其优点是能够更好反应该车噪声与振动的实况。然而伴随三个缺点：第一个缺点：

站在声学测定角度，这样测得的噪声数值根本不是汽车发动机的噪声，反映的基本是整车噪声的最大值；因为这种噪声测定场合属于多种设备联动的复杂封闭场。

第二个缺点：实用性窗口与适用意义非常狭窄，抑或是对该具体车有实用意义，但换个车型或同一品牌及型号车的新旧程度不同，该噪声指标也不能反映振源——发动机的噪声变化。

第三个缺点：试验拆装工作量非常之大，而且随着拆装，测定噪声误差难以忽略，测试精密度直接影响到测试准确度。利弊分析结果是“弊大于利”，固舍弃这种方案。

台架试验可采用的第二种方式为在尖劈实验室内测定：这种方式的优点是噪声指标反映发动机噪声情况最准确，因为声学测定在自由场内进行，声波的反射与折射及其二次叠加等都基本消除了。缺点是测试成本高，固定台架的基座处理不佳严重影响振动数据，声学同行周知，尖劈实验室，尤其是高级尖劈实验室，多用与纯理论性研究，各国工业噪声测试标准几乎不采用，而都是采用本发明的半自由场，规定出背景噪声的数值与声反射指标等。

台架试验可采用的第三种方式为本发明采用测定工况，这在各国噪声测试标准中都有普遍体现。

Ⅲ、本发明降噪1个dB(A)至2个dB(A)称其为“意想不到结果”或“降噪效果突出”的原理或缘由

振动与噪声控制领域之外的人士经常将“dB(A)”与“dB”混为一谈，也有不道德的业内人士蒙骗外行故意说自己的工作将振动或噪声降低5个或8个“dB”。本发明降噪效果约为2dB(A)，而不是2dB；一个“A”字之差，物理含义与攻关难度都有天壤之别。

业内人士周知，对于具有近百年历史的家用汽车发动机领域，高档家用轿车的减振降噪几乎成为领域内研究的永恒主题之一。几十年来，许许多多的汽车领域同行为汽车减振降噪做着不懈努力，才使得家用轿车达到今天如此低的噪声水平，降噪再降噪，就像百米赛跑一样，不断刷新着缩短时间的记录。

众所周知，当百米赛跑世界记录为“25秒时”，刷新5秒至8秒的人类记录相对容易。而当人类百米赛跑世界记录为“11秒时”，刷新1秒或2秒的人类记录已经相当不易。与此雷同。对于家用轿车行业，如果在行业内能够使得汽车发动机的噪声降低0.1个dB(A)，也实属相当不易。

声学同行周知：dB(A)是世界公认的人耳能够听到的声音的度量单位；是在20赫兹至1万6千赫兹振动频率内经过严格加权的等响度曲线得到加权结果。而“dB”是某个频率下对应的声压级，某个频率下降低5个或10个“dB”容易，而在20Hz-20000Hz内所有频率内，获得加权平均降低0.1个dB(A)实非易事。诸如，图3是声测时域曲线所对应的频域曲线，从图3的X轴100Hz所对应Y轴声压级差值可见，声压级降低了6个“dB”之多，而时域表征对应的dB(A)只降低了约1.970dB(A)。

实施例2

与实施例1不同的是：阻尼液的构成：A组分：丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶占阻尼液比例为52wt.％；B组分占阻尼液比例为48wt.％。

形成A组分选用的原料之一——丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末：按照其粒径大小选材指标为：粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；按照其残单大小选材指标为：残单含量等于200ppm；形成A组分选用的原料之二为去离子水；形成A组分两种原料的配比为：“树脂：水＝1：11”。

形成B组分选用的原料仍为乙二醇液体，纯度为化学纯。

本实施例试验结果为降噪1.970dB(A)。

其余同实施例1。

实施例3

与实施例1不同的是：阻尼液的构成：A组分：丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂(SAP)水凝胶占阻尼液比例为50wt.％；B组分占阻尼液比例为50wt.％。

形成A组分选用的原料之一——丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末：按照其粒径大小选材指标为：粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；按照其残单大小选材指标为：残单含量等于150ppm；形成A组分选用的原料之二为去离子水；形成A组分两种原料的配比为：“树脂：水＝1：13”。

形成B组分选用的原料仍为乙二醇液体，纯度为化学纯。

本实施例试验结果为降噪2.011dB(A)。

其余同实施例1。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液，其特征在于，所述阻尼液由A和B双组分构造而成，两组分的组分构成为：A组分占阻尼液比例为48wt.%至50wt.%，B组分占阻尼液比例为50wt.%至52wt.%；

所述A组分为丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂水凝胶，该水凝胶是由丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末吸收自身重量的11倍至15倍的去离子水后形成的水凝胶；其中的高吸水树脂粉末：

该粉末粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm；该粉末内的残单含量范围为110 ppm至200ppm；

所述B组分是化学纯的乙二醇。

2.根据权利要求1所述的汽车悬置含凝胶的降噪阻尼液的制备方法，其特征在于，按照如下步骤进行：

第一步：选料：

取通过60目泰勒标准筛丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末1克；在含有1000毫升去离子水的烧杯中加入该1克树脂粉末，开动磁力搅拌器并使得搅拌器上转子搅拌速度达到60转/分，搅拌10小时，再用200目金属镍网封闭烧杯口，过滤出清液，该清液静置24小时，取其上层清液10毫升，在液相色谱仪上分析其残单含量，残单含量在110 微克/克至200微克/克范围内，即可选用，超出此范围不能选用；

第二步：筛分：

将60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛叠层放置，且60目筛放在100目筛的上方，将丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末倒入由60目泰勒标准筛与100目泰勒标准筛所构造成的叠层筛的上层筛内，摇动该叠层筛进行筛分，获得最粗粉、粗粉和细粉三种粉末，其中最粗粉为不能通过60目泰勒标准筛并留存在60目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末；粗粉为：能够通过60目泰勒标准筛，而不能通过100目泰勒标准筛并留存在100目泰勒标准筛之内的高吸水树脂粉末，该留存在100目筛之内的粉末为筛分目标欲获得的粒径分布端值范围0.15mm至0.25mm的丙烯酸-淀粉-膨润土三元共聚的高吸水树脂粉末，装自封袋留存备用，而细粉为通过100目泰勒标准筛粉末，将该细粉与最粗粉留作它用；

第三步：构造A组分：

在室温下，按照高吸水树脂粉末与去离子水重量比1份比11份至15份的比例；首先将称重的去离子水倒入水桶内，按照该比例分批次将高吸水树脂粉末撒入水面，施加人工搅拌，待水表面粉末均匀分到水中，再向桶内液面撒入第二批高吸水树脂粉末，然后搅拌，依次类推，直至全部高吸水树脂粉末撒入桶内；检验撒入桶内的该树脂粉末无结块后，接着静置24小时使得该树脂粉末吸水后达到树脂颗粒吸水内外均匀，由此获得高吸水树脂水凝胶，该水凝胶即为A组分，构造A组分的步骤完成；

第四步：配制阻尼液：

在室温下，首先将称重的乙二醇倒入配料桶内，该乙二醇的纯度为化学纯，再将经过称重的A组分也倒入配料桶内，将每分钟60转的搅拌桨插入配料桶，搅动配料桶内混合物15分钟；二者混配的比例是：A组分占该混合物比例为48wt.%至50wt.%，余量为乙二醇；该混合物即为配制的目标产物——含凝胶的降噪阻尼液。

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