2018年12月7日-8日，以“创新驱动、技术推动”为主题的2018第六届“汽车与环境”创新峰会在北京·安亭正式举行。本次峰会完整覆盖汽车产业科技领域的研讨，旨在进一步推动整车企业与零组件企业之间对科技演进趋势的阐述、加强汽车市场人士之间的交流互动、增强整车与零组件企业的交流、搭建合作系统，通过活动推动汽车零组件产业创新改革更新、打造更具竞争力的整零协同创新关系，助力实现向汽车强国的转变。以下是吉林大学校长陈书明的演讲：
吉林大学主任陈书明
我现在跟你们分享的是多孔材料在汽车轻量化及NVH中的应用。多孔材料无论在我们日常生活中而是在汽车上用的十分多，比如汽车的内饰，不管是软内饰还是硬内饰基本上都是在多孔材料材料范畴内。多孔材料顾名思义就是孔多，这是它的特征，这个孔一般我们可以根据厚度的大小进行区别，基本上多孔材料属于纳米级的，一般大于2个纳米的材料我们把它称为多孔材料，2个纳米到50纳米之间我们称为多孔材料，大于50微米我们称为大孔材料。我们研究的多孔材料基本上是大孔材料，甚至可以说是超大孔材料。上午马同学也介绍了，马同学以后主编一本微结构材料方面的书，我也是幸参与到这个书的编写过程当中。多孔材料上午我们也提及微结构材料有也许是轻量化最终解决方案，这个还有待进一步的探究和考证。我们现在围绕的主题是轻量化，这是我们四化当中最重要的一化，轻量化、智能化、网联化、电动化，还有目前的共享化之类，甚至或许将来就会回来更多的化。
后面我主要从下面这几个方面介绍一下，首先是对多孔材料做一个简洁的介绍。其次是聚氨酯组份的改进或者声学性能分析，还有植物纤维复合材料合成及性能分析，多孔材料参数测试仪器研发，最后我们简单的介绍一下它在汽车声学包装上的应用。
多孔材料有相当多的特点，轻质，密度低是其中一个特别重要的特点，质量小、密度低甚至还无法吸收这些的能量，尤其用在吸声材料的之后，显现出的优势十分显著。多孔材料一般有这样几大类，一个是纤维类、泡沫类、颗粒类。纤维和泡沫在我们车上用的十分多，纤维包含有机的纤维和无机的纤维，泡沫有开孔的和闭孔的，有机纤维有植物纤维、化学纤维、植物纤维，无机纤维，比如说玻璃、矿渣棉、金属之类。开孔的有金属、塑料还有其他的一些复合材料。闭孔的有金属、玻璃、铝。
多孔材料我们也看到它质轻，当然也有其他的明显的作用，比如说它可以起到缓冲的作用，做缓冲件，吸收能量，还可以做结构件，很多多孔材料、微结构材料都可以做一些结构件，承载件等。它还可以防水、减震、过滤，还有特别重要的一点它可以做吸声材料。
一般这个材料它如何吸声呢？你们必须都知道，声波入射到材料表层的之后，有一个别声波经过反射，一部份被材料吸收，还有一部份透射出来，我们期望材料吸收的声能越多越好。
多孔材料原本就是一种轻量化，设计材料也就是轻量化的一种设计，今天早上我们中间很多人士的报告都看到，轻量化可以节油，节能降耗，这是必定的发展态势。除了我今天看到的材料之外，还有目前用的非常多的泡沫塑料，也有众多特别好的特点，比如说质轻、密度小、热导率低、恢复性强、可恢复。在汽车上还有众多应用的实例。
关于轻量化我们看到的大抵就是这样几个方法，一个是结构、材料、工艺，再有三个结合上去，结构、材料、工艺一体化的设计以及是多目标的改进设计。结构优化其实最早我们课题组在2006年那些时候就开始做结构改进方面的工作，那个时候也是停留在做结构方面的改进，通过构架优化实现轻量化，随后做材料和结构的应用，再到当时做结构、材料和工艺一体化的设计，目前复合材料，尤其是碳纤维复合材料在车上应用研究比较多，实际应用因为工艺也有成本各方面的限制还没有大范围的使用。这个表是一个关于发泡塑料我做的统计，它有硬脂的，还有软脂的，包括开孔、闭孔等等有众多类。
我们在做轻量化的之后它对车辆的性能特别车身的性能有巨大的妨碍，尤其是对我们的安全带有相当大的妨碍，还有生产工艺、成本、疲劳强度，更重要的是对我们的NVH性能有巨大的影响。
我们做轻量化的之后势必要充分考量对车身性能所带给的这种制约，比如说也有可能会使我们的吸隔声能力降低，还有或许会导致声辐射的减少。总之我们尽量使轻量化达到最优的之后，不损失其他的性能，或者损失很小一个别性能，实现最后的轻量化。
多孔纤维材料，一般可以做填料，把纤维放在多孔材料当中，实现性能的提高。现在用的非常多的就是聚氨酯材料，它不仅轻量化这方面非常明显之外，在吸声隔声方面性能也非常好。车内声学包装是NVH控制的主要方法，当然现今我们不仅这种被动控制之外，还有现在相当流行的噪音主动控制，声学包装包括吸声材料、隔声材料、阻尼材料、密封材料。现在对车内环境也规定环保。大家都有开新车的经验，我们最怕一进车，车底下的臭味更加的刺鼻，尤其是车放了一早上第二天不敢直接出来，先开窗通风一分钟再出来。
我们能不能做一种内饰材料，能够发出我们想要的味道，有没有这些也许？而且说马同学喜欢橘子味的，我们定制一个橘子味的内饰，比如说朱老师偏爱榴莲味的，我们做一个榴莲味的内饰，不是不可能。我们完全可以做到环保，最显然对人身体是无害的。
天然纤维在我们国家分布相当广，尤其是动物纤维用的十分多，开发轻质可降解的高性能、多孔声学包装材料，是我们追求的一个目标。下面我介绍一下聚氨酯泡沫优化和声学性能分析。这两个表是我们制备的原材料，从原材料大家可以看见，最重要的一个就是多元醇，现在基本上而是用的石油基的，并不环保，所以目前我们在用植物多元醇代替石油基的多元醇，可以减少材料的蓝色成分，并且推动最出色的性能。
我们的基础材料做起来以后想使其性能发挥到最优，我们就选了几个组份，去离子水、三乙醇胺、硅油、催化剂A33，用最优的组合实现最优的性能。我们设计了一个正交表，用了9次试验，对材料的吸声系数和隔声量做了一个测试，上面这个图是吸声系数，尤其在315赫兹以上差异而是非常显著的2012上海汽车车身及声学包装材料nvh技术研讨会，这是因为组份的差异所带给的吸声性能的差异。下面是隔声量，这个差异就更大了，最小的在5分贝以下，最大的超过了15分贝，尤其在整个频段内差异都十分显著，所以说组份对隔声性能影响十分大。
这个是我们借助优化受到的最后方案设计，我们看这个结果，上面的是改进前后吸声的对比，从低频100赫兹一直到2500赫兹，优化后曲线都比优化前要大，而且要大太多，所以改进效果比较好。平均吸声系数从0.48提升到了0.61，提升的力度还是非常大的。下面是改进前后隔声量的对比，优化后的结果在低频改善稍微大一些。
自然界给了我们好多的启发，比如说按照鸟的试飞我们制造了客机，根据穿山甲体表的特点，我们生产了耐磨的结构材料。由于猫头鹰翅膀的空气动力学静音特性十分显著，能不能提取表面的微结构特点，把这个特性表面变成非光滑的，看看它对材料的吸声性能是不是有妨碍，影响大不大。我们试着做了几种四边尖劈、梯形棱文、梯形凹坑、圆柱凸起、矩形凹陷表面，这些非光滑表面材料都申请了专利。
这个表是我们测得的不同吸声材料流阻率，矩形凸起这种材料流阻率是24.7kPas/m2，它是最大的。这是我们仿真建立的建模，非光滑表面的建模，这是仿真得到的不同表面多孔材料吸声系数的对比曲线。当然我们不可能所有的非光滑表面都用实验实现，因为很多了，所以我们构建了众多的建模，去探讨它对性能的影响。
前面我们看到植物纤维具备改性的功效，它对吸声性能会有妨碍，我们找了一些相关的纤维，因为有研究显示竹叶、麦秆等，不同大小的纤维对吸声性能有一个不同程度的妨碍，我们就做了一些，比如1-2毫米、2-3毫米、3-4毫米这种纤维，把它复合到聚氨酯泡沫当中，这是我们做的不同成分的热固性的发泡材料。
a是纯聚氨酯泡沫，b是6%含量1-2厘米竹叶，c是6%含量2-3毫米的竹叶。d是6%含量3-4厘米竹叶。下面是麦秆，a是1%，b是1.5%，c是2%，d是2.5%，这是它的孔隙的特点，这是纯聚氨酯的泡沫，b是加入了竹叶，c是加入了竹叶的秸秆，最前面这个图是它的孔径的分布。我们得到一个结论，纯聚氨酯泡沫泡孔都是开孔，相邻泡孔紧密相连，平均直径是0.144毫米。竹叶聚氨酯泡孔分布均匀度降低，竹叶或者秸秆的存在使其周边泡孔生长，限制泡孔继续长大，使泡孔不均匀。
这是竹叶秸秆对聚氨酯复合泡沫微观结构的影响，1-2毫米并且不同的竹叶含量孔的分布。我们借助这种受到了一个结论，它增加了平均厚度，竹叶含量的降低并且泡孔数量减少。它基本上先减少，后增加再减弱，这是随着竹叶添加量的差异显现的变迁趋势，这是流阻率的变化，当竹叶3-4毫米竹叶秸秆的之后，流阻率是先减少后增加，和其它两个稍微有所不同。
以下是竹叶的添加对吸声性能的妨碍，这几幅图大家可以看一下，这是对吸声性能的妨碍曲线，通过预测我们可以看出，当厚度为3-4厘米竹叶秸秆添加量为6%的之后，在全频段范围内有最佳的吸声性能，吸声系数是0.652。这是对隔声性能的制约，曲线上下波动非常大这个添加量对隔声性能影响十分大。我们可以得出结论，长度为2-3厘米竹叶添加量为8%的之后，聚氨酯复合泡沫在全频段内隔声量最大，达到18.9分贝的平均隔声量。
这是麦秆，我们国家也十分多，以前我记得我小时候在家基本上都是可以去割麦子，现在基本上都是联合收割，你想弄到麦秆也不是如此容易的，通常收割完就成肥料了。这是它的一个孔径的分布，A是麦秆含量为1%，B麦秆含量是1.5%，C是2%，D是2.5%。随着麦秆含量的降低，孔径分布越来越分散，孔径大小不均匀度逐渐降低，平均厚度呈现先降低后下降的态势。这是麦秆对吸声性能的妨碍，第二个图是流阻率的差异，整体呈减少的态势，这是吸声系数，最后是隔声量，我们看在高频的之后，影响十分大，对于吸声系数麦秆含量在1.5-2%的之后，吸声性能有显著的提升。这是竹叶麦秆聚氨酯复合泡沫吸声性能的对比，通过这两幅图对比我们可以看出，添加了纤维之后，吸隔声性能显著提升，麦秆对聚氨酯泡沫吸声性能提高最为显著，并且在2%浓度的之后，聚氨酯复合泡沫拥有最佳的吸声性能。
我们在做多孔材料的之后，由于我们要用到它的参数，比如孔隙率、流阻率，这都是一些小的测量设备，但是中国没有卖的，国外有，但是比较的廉价，非常小这个东西，大家可以看一下这是我们自己设计的测量孔隙率的一个小仪器。以后我们把它完善之后，看能不能把仪器在市场上面推广一下，下面这个图是我们设计的硬件的界面，当然我们也有一些必须加强的地方。
也有一个是流阻率，流阻和哪些有关系？和空气的速度也有材料上下表面的压力有关系，通常多孔材料流阻率的范围在103到107之间。如果流阻率偏低会由于摩擦力、粘滞力造成声能消耗减少，也会造成吸声性能的升高。我们针对流阻也设计了一个小的设备，同样这个东西十分贵，我坚信贵到你们认为非常吓人，大家有也许不太相信，小东西基本上都在10万以上，这是我们开发的，这是工具的界面。
聚氨酯复合材料的应用范围就相当广了。这是聚氨酯复合材料在汽车上的应用，应用的范围相当广，非常多。当然，随着我们对材料的研发，轻质、绿色、环保的聚氨酯复合材料在不久的以后我们必定能用到。
这是天然纤维在车上的应用，用的十分多的就是麻纤维，还有花生秸秆，马老师在用玉米做环保的结构材料做的也十分好。我们在作出材料后来，要把它应用在汽车上，我们构建了整车的统计能量分析建模，并将声学包装在建模中应用，把我们做的材料放到统计能量分析建模中，可以预测它对车内噪声的妨碍，这几个图是防火墙的吸隔声性能2012上海汽车车身及声学包装材料nvh技术研讨会，以及应用多孔材料前后吸声性能的对比。最左边这个图是我们做的一个对比，从这个图我们可以看出总声压级降低0.86分贝。材料在汽车上的应用要求越来越苛刻，随着开发的不断深入，我坚信它的性能也会愈发越好，我就介绍这样多，谢谢大家！
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