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为了降低车辆在行驶过程中因振动产生的噪声，提高车辆的乘坐舒适性和保温性，在喷涂底漆之后，一般在门板、顶盖、侧壁板和发动机罩等内表面和地板的上表面涂饰隔声阻尼涂料。隔声阻尼涂料具有减弱振动、降低噪声的功能［1］。根据使用对象及使用环境的需要，阻尼涂料往往具有一定的阻尼、隔热、隔声等功能。其基本原理是利用高分子材料所具有的粘弹性能，吸收振动源的一部分振动能，再以“热”的形式释放出去，即发生所谓的力学损耗，以达到抑制振动、降低噪声的目的。在阻尼涂料中，填料起着重要作用，不同填料对涂料的阻尼性能和隔声性能有不同影响，本研究就云母粉、白炭黑、玻璃微珠等几种不同填料对阻尼涂料的阻尼性能和隔声性能的影响进行了研究。
1 实验
1. 1 试样制备
选用苯丙乳液和纯丙乳液的共混物作为基料，并按一定比例添加填料、去离子水和助剂，搅拌均匀得到水性阻尼涂料，然后按GB/T 1727—1992 制备涂层，待涂层干燥后用裁刀裁成测试要求尺寸的样品。
1. 2 性能测试
采用美国Rheometric Scientific TM 公司生产的DMTA －Ⅳ型动态热机械分析仪进行动态力学性能( DMTA) 测试，升温速率为3 ℃ /min; 频率为10 Hz，试样尺寸为( 24 ± 0. 2) mm × ( 6± 0. 2) mm × ( 2 ± 0. 2) mm，测试温度范围为－ 40 ～ 80 ℃。采用丹麦B＆K 公司生产的pulse 系统声学材料测试仪，对材料进行隔声量测试，样品直径为( 100 ± 0. 2) mm，厚度为( 4 ± 0. 2) mm，在声频f = 100 ～ 1 600 Hz范围内测定隔声量。
2 结果与讨论
2. 1 材料隔声机理
材料对于声波的隔声量包括吸收部分和反射部分，即吸收量或反射量的增加都有助于材料隔声性能的增加。单层均质密实的隔声构件受声波作用后，其隔声性能一般是由构件的面密度、隔声板的劲度、隔声材料的内阻尼、声波的频率决定的［2 － 4］。图1 为单层均质构件的隔声频率曲线，按频率可分为3个区域，即劲度和阻尼控制区( Ⅰ区) ，质量控制区( Ⅱ区) ，吻合效应和质量控制延续区( Ⅲ区) 。当声波的频率低于构件的共振频率fn时，构件的振动速度反比于比值K/f，其中K 为构件的劲度，f 为声波的频率，构件的隔声量与劲度成正比，因此，这一频率范围称为劲度控制区，在此区域内，构件的隔声量随频率的增加而下降，在共振频率fn处，隔声量最小，其主要由阻尼控制。共振频率fn与构件的几何尺寸、面密度、弯曲劲度和外界条件有关。一般建筑构件( 砖、钢筋混凝土等构件的墙体) ，其共振频率fn很低，不会影响隔声效果，但对于共振频率fn较高的隔声材料，则会影响隔声效果。随着声波频率继续增加，便进入质量控制区，即构件的振动速度受惯性质量的控制。这一区域内，构件的面密度越大，其惯性阻尼也越大，也就不易振动，隔声量也越大; 入射声波频率越高，隔声量也越大。声波频率再增高，则进入吻合效应和质量控制延续区，在此区的临界频率fc处，隔声量下降，出现吻合效应。高分子聚合物通常具有很长的分子链，当它受到声波作用而发生周期性形变时由于分子链间的摩擦，从而能有效地损耗一部分声能［5 － 6］。在高分子聚合物材料中加入适量的填料，可以提高材料的内损耗和面密度，从而改进材料的隔声性能。因此，本研究选用几种不同填料对水性阻尼涂料的阻尼性能和隔声性能的影响进行了研究。
2. 2 填料种类对隔音阻尼涂料性能的影响
为研究不同种类的填料对水性阻尼涂料性能的影响，选用了重质碳酸钙、云母粉、玻璃微球、白炭黑、二氧化钛和铝粉作为填充料，制得阻尼涂料干膜样品后，进行阻尼性能和隔声性能的测试。其中重质碳酸钙、云母粉、铝粉、二氧化钛、玻璃微球的填充量为乳液基体质量的20%，白炭黑为10% ( 因白炭黑在涂料体系中有触变增稠的作用，最大填充量不能达到20%) ，测试结果见图2 和图3。
从图2 可见，填料的加入对水性阻尼涂料阻尼性能的影响很明显，其中加入云母粉的涂料样品损耗因子峰值最高，加入玻璃微珠的损耗因子峰值最低，而加入白炭黑涂膜的玻璃化转变温度向高温移动。从图3 可见，加入玻璃微珠的涂膜共振频率fn最低，并且共振频率处隔声量最低，加入云母粉、二氧化钛、铝粉和重质碳酸钙的涂膜其共振频率fn和隔声量接近，而加入白炭黑的涂膜共振频率fn和共振频率处的隔声量最高。分析这种原因是由于云母粉为片状填料，在外力作用下有取向作用，从而使高分子树脂基体和片状云母之间的内摩擦力增大，损耗因子tanδ 值增大，对入射声波的衰减能力增大; 而玻璃微珠由于粒径较大并且具有微孔结构，其表面与高分子树脂基体结合不紧密，因而损耗因子tanδ 和面密度m 值较小，涂膜共振频率fn和共振频率处的隔声量低; 而白炭黑由于比表面积大，表面能高，在涂料成膜时聚结成网状结构，可大大提高涂膜的强度和致密性，因此隔声性能较高，但同时也导致涂膜的损耗因子tanδ 值较低，因此在对阻尼性能要求不高的情况下，可考虑在水性阻尼涂料中加入少量的白炭黑以提高隔声性能。
2. 3 填料粒径和用量对水性阻尼涂料性能的影响
云母粉是水性阻尼涂料中主要的填料，是一类含水铝硅酸盐的填料，由它特殊的片层结构，能提高涂料阻尼值，加宽阻尼温域，提高涂料的模量，它对阻尼涂料的性能影响很大。为研究云母粒径和用量对水性阻尼涂料性能的影响，固定云母粉用量为20%( 相对乳液基体) ，分别选用100 目、400 目和500 目云母粉作为填料; 选用500 目云母粉，分别采用20%、40%和60%的填充量，然后进行阻尼性能和隔声性能的测试，结果见图4 和图5。
图4 不同粒径云母粉对水性阻尼涂料阻尼性能的影响
图5 不同粒径云母粉对水性阻尼涂料隔声性能的影响
从图4 和图5 可见，随着云母粒径的减小，玻璃化转变温度变化不明显，但转变温度的损耗因子tanδ 值不断提高，玻璃化转变温域变窄，特别是在玻璃化转变的低温段，其损耗因子的数值下降很明显; 而随着云母粒径的减小，共振频率fn和共振频率处的隔声量均有所提高，这种原因可能是由于粒径粗的云母粉在阻尼涂料中分散较松散，在低温下较易移动，因此小粒径云母低温下损耗因子值比较大粒径的要高，随着温度升高到玻璃化转变温度区域，较小粒径的云母粉片层滑动起来的作用力比较大粒径的要大，所以其损耗因子tanδ 峰值、共振频率fn和共振频率处的隔声量较高。
图6、图7 为不同用量云母粉对水性阻尼涂料性能的影响。
从图6 和图7 可见，随着云母粉用量的增加，其玻璃化转变温度升高，损耗因子tanδ 值降低，但高温段的损耗因子受云母用量的提高的影响不大，而随着云母粉用量的增加，共振频率fn有所提高，低于共振频率处的隔声量有所提高，而共振频率处的隔声量相差不大。造成上述现象的原因主要是: 在阻尼涂料中，主要的摩擦耗能是通过高分子聚合物内部链段摩擦、高分子链段和填料之间的摩擦以及填料与填料之间的摩擦来贡献的，而这几种摩擦贡献的大小是不一样的。当涂料中使用一定量的云母粉，由于它特殊的片层结构，会增加填料与高分子链段之间的摩擦及填料与填料的摩擦，当然也会因为云母的加入降低了高分子聚合物在阻尼涂料中的比例，使高分子链段的摩擦降低，所以最后阻尼涂料前两者引起损耗的增加小于后者引起损耗的降低，因此损耗因子降低，同时由于填充量增加引起的涂膜面密度的提高，共振频率有所提高。
3 结语
( 1) 云母粉作为填料，水性阻尼涂料具有最佳的阻尼性能，白炭黑作为填料，水性阻尼涂料具有最佳的隔声性能;
( 2) 随着云母粒径的减小，损耗因子值提高，共振频率和共振频率处的隔声量有所提高;
( 3) 随着云母粉用量的增加，其玻璃化转变温度升高，损耗因子值降低，共振频率提高。
