高阻尼高抗沖聚苯乙烯解決空調蝸舌異響的研究

馬令慶 別清峰 朱標 李云蹊

1.海信家電集團股份有限公司 山東青島 266100；2.海信（山東）空調有限公司 山東青島 266100

1 引言

隨著用戶對空調產品聲品質要求的不斷提高，空調在冷熱轉換時產生的“咔吧”聲異響被越來越多的用戶投訴。產生“咔吧”聲異響主要是因為在空調冷熱轉換時，不同部件因熱脹冷縮尺寸變化不一致導致裝配處產生擠壓變形，進而能量釋放振動發聲。對于掛機，產生“咔吧”聲的主要部位是蝸舌。為解決該問題，目前主要采取在兩部件接觸處粘貼植絨布的方法，避免剛性接觸，但長時間使用后植絨布會磨損，而且粘貼植絨布增加材料成本，耗費工時又進一步增加了成本，不利于整機生產效率的提升。也有一些減小接觸面積的結構方案，主要為面接觸改為點接觸或線接觸[1]，都存在加工精度較高及無法根治異響的問題；目前有采用PP改性料的方案[2]，但PP材料本身收縮率大，改性后也不能保證部件線性度及整機裝配的精細化；也有采用防異響ABS或PC/ABS材料[3-5]，但成本高昂，不利于普及推廣。

高抗沖聚苯乙烯（high impact polystyrene，HIPS）具有較好的尺寸穩定性、加工性和較高的沖擊強度，以及相對低廉的價格[6]，廣泛應用于家電產品。通過對HIPS進行改性，提高其阻尼，使空調蝸舌部件在振動時振幅減小，并快速衰減。我司Q型號掛機，經反復測試確認其熱脹冷縮異響集中在蝸舌部件，本文將高阻尼HIPS材料用于蝸舌部件，研究了其對熱脹冷縮異響的改善效果。

2 試驗部分

2.1 試驗樣品

高阻尼HIPS和普通HIPS國標樣條各1套，粒子各10 g，分別用于測試缺口沖擊強度、拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量、內耗因子。

高阻尼HIPS和普通HIPS注塑蝸舌部件各2個，一個用于部品測試，另一個用于裝機進行異響測試。

2.2 測試儀器與方法

懸臂梁缺口沖擊強度：長春智能儀器設備有限公司（DR-602），按照GB/T 1843-2008《塑料 懸臂梁沖擊強度的測定》進行測試；

拉伸強度：高鐵檢測儀器有限公司（GT-TCS-200），按照GB/T 1040.2《塑料 拉伸性能的測定 第2部分：模塑和擠塑塑料的試驗條件》進行測試；

彎曲強度、彎曲模量：高鐵檢測儀器有限公司（GT-TCS-200），按照GB/T 9341-2008《塑料 彎曲性能的測定》進行測試；

內耗因子：梅特勒托利多（DMA），升溫速率為10℃/min；

振幅時域頻譜：采用LMS公司測試錘、采集傳感器和數據處理器測試采集；

蝸舌熱脹冷縮尺寸變化率：采用恒溫恒濕試驗箱及游標卡尺，測試設定溫度及時長后蝸舌的尺寸變化率；

整機異響頻譜：噪音室測試采集。

3 結果與討論

3.1 材料性能

從表1可以看出，高阻尼HIPS的缺口沖擊強度高于普通HIPS，達到11 kJ/m2，而拉伸和彎曲性能低于普通HIPS，這是因為高阻尼HIPS改性時添加了橡膠相，使材料韌性增加，剛性降低。高阻尼HIPS的內耗因子為0.29，遠高于普通HIPS，這是因為添加的橡膠相阻尼高，提升了HIPS的阻尼性能，有利于提升材料的吸聲、隔振性能。

表1 材料指標對比

3.2 材料阻尼性能

采用高阻尼HIPS和普通HIPS分別注塑成蝸舌部件，對蝸舌部件施加固頻激勵，測試其振幅隨時域的變化。該試驗用來模擬蝸舌在整機上因溫差變化與底座受熱膨脹尺寸不同，部件裝配連接處擠壓變形產生的振動，若振動振幅小，則產生的聲音也會小，振動衰減快，則響聲持續時間也會短。從圖1可以看出，受到固頻激勵后，高阻尼HIPS材質蝸舌的振幅遠低于普通HIPS材質，且衰減速度快，高阻尼HIPS振動持續約0.04 s后基本衰減結束，而普通HIPS的振動持續時間約0.07 s。這說明高阻尼HIPS對振動的吸收能力優于普通HIPS，即防止噪聲產生的能力強。

圖1 振幅時域頻譜

3.3 部件熱脹冷縮尺寸變化率

蝸舌位于掛機出風口，是溫度變化最大且短時間溫差最大的區域。當空調開啟制熱功能時，蝸舌受熱膨脹，卡扣等裝配部位產生形變位移，而形變釋放瞬間部件會產生振動發聲。減小線性熱膨脹系數有利于減小形變，即減小振動發聲的概率。空調掛機出風口溫度最高為55℃左右，一般15 min整機及房間溫度就達到穩定。將不同材質的蝸舌部件放入恒溫恒濕試驗箱，按表2的試驗條件進行處理，并計算試驗前后的尺寸變化率。從表2可以看出，在不同溫度下受熱1 h后，兩種材料的尺寸均變大，普通HIPS的變化率更為明顯，在55℃受熱1 h的變化率差異更為明顯，高阻尼HIPS為0.27%，普通HIPS為0.38%。另外模擬開機狀態，溫度在15 min內由10℃升至55℃，可以看出高阻尼HIPS蝸舌的尺寸變化率也是遠低于普通HIPS蝸舌。相同時間相同溫差條件下，高阻尼HIPS蝸舌的尺寸變化率低于普通HIPS蝸舌，則其形變小，產生熱脹冷縮異響的概率也會低于后者。

表2 蝸舌尺寸隨溫度的變化率

3.4 對整機熱脹冷縮異響的影響

我司Q型號掛機，經之前反復測試發現其熱脹冷縮異響集中在蝸舌部件，但該蝸舌結構特殊不適合粘貼植絨布，更換高阻尼HIPS的蝸舌進行整機異響測試，并將測試結果與普通HIPS材質的蝸舌進行對比。將機器按規定安裝在消音室內，麥克置于規定位置，消音室工況為室內干球10℃，室外干球6℃，達到工況4 h后進行異響測試，機器設定制熱最高溫度、打開輔熱、最大風量，測試15 min。從圖2可以看出，采用高阻尼HIPS蝸舌的掛機只在開機初期的1.5 min內有3聲，且聲音均低于40 dB(A)，而采用普通HIPS蝸舌的機器異響多達27聲，且有2聲＞45 dB(A)的超大聲。這是因為高阻尼的HIPS減小了震動的振幅，并使其快速衰減，從而使異響減少；另外高阻尼的HIPS的尺寸隨溫度變化率低于普通HIPS，使其形變小，從而減小異響產生的概率，高阻尼與低形變使得異響大幅減少。

3.5 振動與聲音的相關性

測試異響頻譜的同時，在蝸舌上布置了振動采集傳感器以收集振幅時域頻譜，從圖3a)、b)可以看出有異響發出時，蝸舌上均有振動產生，即聲音頻譜的峰均有振幅的峰對應，聲音頻譜的峰值越大，振幅頻譜的峰也是越大的，這說明改善材料的阻尼與熱膨脹尺寸變化率有利于解決熱脹冷縮異響。

圖3 聲音、振幅時域頻譜

4 結論

本文為解決空調掛機在制熱時蝸舌處由于熱脹冷縮產生異響的問題，研究了高阻尼HIPS材料用于蝸舌的改善效果，結果發現：（1）高阻尼HIPS材料具有阻尼高、溫度變化時尺寸變化率小的優點；（2）提高阻尼使振動時的振幅減小并快速衰減，有利于降低異響分貝；（3）尺寸隨溫度變化率小，可減小受熱膨脹時的形變位移，有利于減少異響次數；（4）聲音頻譜峰和振動頻譜峰，在時域及大小上呈對應關系，這對振動源或者發聲源的尋找確認工作提供了啟發，可幫助整機異響的解決。