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乐鱼体育6542)--新型吸声材料及吸声模型研究进展pdf

发布日期:2024-08-06 来源: 网络 阅读量(

  乐鱼体育6542)--新型吸声材料及吸声模型研究进展pdf五金新型吸声材料及吸声模型研究进展* : , 摘 要 首先简要介绍了吸声材料的分类及其原理并总结归纳了部分传统吸声材料 发现其虽然有较好的吸声 , :() ;() ;() ;() 效果 但仍存在以下问题 1容易产生二次污染 2使用寿命短 3 应用范围受到限制 4 部分材料造价成本 过高等。 , 、 、 、 针对传统吸声材料存在的弊端 探讨了以泡沫铝及其复合结构 纤维复合吸声材料 颗粒复合吸声材料 、 。 多孔 共振结构 高分子吸声材料为代表的新型吸声材料的特点及发展现状 分析了以圆管理论为基础的多孔材 - 。 , , , , 料的吸声模型 从原料 价格 性能等方面综合考量 新型吸声材料比传统吸声材料更具有优势 因此材料来源更 、 、 。 加广泛 价格更加低廉 更加环保是未来吸声材料的发展趋势 : ; ; ; ; 关键词 吸声材料 多孔吸声 共振吸声 复合吸声 吸声模型 中图分类号: 文献标识码: : / TB34TB535 A DOI 10.3969 issn.1001-9731.2020.05.003. j 1.1 多孔吸声材料的吸声原理 0 引 言 多孔吸声材料的吸声原理就是当声波通过媒介时 : , , 使得媒介产生压缩和膨胀变化 压缩区的体积变小 使 声学的发展历史悠久 世纪提出声学的波动理 18 温度升高; , , , 而膨胀区的体积变大 相应的温度也降低 论 世纪末 世纪初 提出混响时间理 19 20 W.C.SABINE , , , 从而使相邻的压缩区和膨胀区之间产生温度梯度 一 论 世纪初塞宾提出混响公式 该公式表明混响时间 20 近似与房间体积成正比, , 部分热量从温度高的部分流向温度较低的媒介中区, 与房间总吸声量成反比 使礼 , 。 , , 发生热量的交换 使声能转化为热能而耗散掉 从而 堂 剧院的设计有迹可循 而吸声材料首先就应用于室 [ ] [ ] 4 12 - 被衰减 。 内用来控制混响时间 。早期最常用的是有机植物纤 , : , 1.2 共振吸声材料的吸声原理 维吸声材料 但植物纤维有许多缺点 吸声系数低 易 , 共振吸声结构即亥姆霍兹共振结构 当入射声波 , 。 , 燃 使用范围小 在 世纪 年代 玻璃纤维成功开 20 30 [] 3 , 的频率接近共振器的固有频率时 孔径的空气柱会产 发, , 。 由于其优异的吸声性能 被广泛应用于声学领域 , , 我国吸声材料的发展主要从上世纪 年代至 年代 生强烈的振动 在该振动过程当中 由于克服摩擦阻力 20 30 , 而消耗声能 但当入射声波的频率远离共振器的固有 , 开始 主要是使用进口的甘蔗板和软质木纤维板来吸 频率时, , , 共振器振动很弱 消耗的声能很少 声吸收作 , 声 年代以后玻璃纤维和石棉材料逐渐替代有机植物 60 , 用很小 因此共振吸声材料吸声时入射声波的频率要 , , , 纤维 年代以后 随着经济的发展 噪声污染成为公 70 [ ] 5 接近共振器的固有频率 。 , , 害 引起各方的重视 随后各种吸声材料相继被研发应 。 , , , 用 目前 吸声材料仍存在很多问题 如污染严重 耐高 温性弱, 。 使用寿命短等问题 但泡沫铝及其复合结构的 , , , 应用 使吸声材料的耐高温性 使用寿命 产生污染等方 面的问题得到了有效的解决; 纤维复合吸声材料有效解 图 亥姆霍兹共振器 1 leyu·乐鱼(中国)体育官方网站, 。 决了传统吸声材料耐火 耐潮等方面的问题 为了更好 Fi 1Helmholtzresonator g , 的了解如今吸声材料的发展 介绍了吸声材料的分类及 , 根据这两种吸声机制 分述传统和新型吸声材料 其原理并总结归纳了部分传统吸声材料以及分析了以 如下。 圆管理论为基础的多孔吸声材料模型。 2 传统吸声材料 1 吸声材料分类及其原理 2.1 多孔吸声材料 , 吸声材料根据其吸声机制的不同 一般分为两大 2.1.1 纤维吸声材料 , 。 类 即多孔吸声材料和共振吸声材料 , 传统的纤维吸声材料包括无机纤维吸声材料 有 ( ) 年第 期 卷 05014 2020 5 51 [ ] 11 频率附近具有较大的吸声作用 。 , 针对传统吸声材料的存在的弊端 研究者们不断 , 探索具有更优良性能的吸声材料 新型吸声材料应运 而生。 3 新型吸声材料 3.1 泡沫铝及其复合结构 图 声波入射至吸收材料的传播途径 2 , , Fi 2Thewa ofthe roaationofsoundwavesto 泡沫铝作为新型吸声材料 根据孔型结构的不同 g y p pg 。 theabsorbin material 泡沫铝材料又分为开孔泡沫铝和闭孔泡沫铝 其中开 g , , 孔泡沫铝孔与孔之间由孔棱连接 互相连通 通气性 。 机纤维吸声材料和金属纤维吸声材料 其中无机纤维 , 、 ; 好 因此具有很好的换热散热能力 吸声能力等 闭孔 , , 吸声材料主要包括岩棉 玻璃棉等无机纤维材料 其优 , , 泡沫铝孔与孔之间除了孔棱连接 还有孔壁连接 且孔 点是具有良好的吸声性能且质量轻, , 不易燃 不易老化 , 、 , 型为近似球形的圆孔 孔隙率高 比表面积大 因此闭 。 , 等 但是由于其脆性较大容易导致断裂 并且受潮后 、 、 孔泡沫铝具有优异的力学性能 吸声性能 隔声性能和 , , 吸声性能严重下降 容易造成环境污染等一系列缺点 。 、 、 电磁屏蔽性能等 泡沫铝具有优良的吸声 隔声 电磁 。 导致其使用范围受到很大限制 有机纤维材料主要为 、 、 、 、 屏蔽性能 不燃 不易氧化 不易老化 回收再利用性强 , , 植物纤维制品和化学纤维 植物纤维主要有棉麻纤维 , , 等优点 但其低频段吸声效率低 因此需要泡沫铝进行 , , , 毛毡 甘蔗纤维板等 化学纤维主要有晴纶棉 涤纶棉 。 , 一系列处理 对于开孔泡沫铝 将其与一定厚度的铝 。 等 其优点是这些材料在中高频范围内有良好的吸声 [ ] 12 板制成复合板, 。 可大大提高其低频段吸声性能 赵 。 , , , , 性能 但其 防火 防腐 防潮等性能非常差 因此适用 [ ] 13 , [ ] 长银 以开孔泡沫铝为基体 向其内部孔洞填充聚氨 6 范围很小 。金属纤维吸声材料主要为不锈钢金属纤 , , 酯材料 得到泡沫铝 聚氨酯复合材料 大大改善了开 - , , , 维和铝纤维 其优点是强度高 防火性好 环境适应性 。 , [ ] 孔泡沫铝的吸声降噪性能 对于闭孔泡沫铝 由于其 7 , , 。 强 散热性强等 但其缺点是造价成本高 , , 孔型结构 导致吸声效果不理想 因此对其进行打孔处 2.1.2 泡沫吸声材料 , , , 理 并在背后填加空腔 使之形成亥姆霍兹共振结构 传统泡沫材料有泡沫塑料, 。 泡沫玻璃等 泡沫塑 [ ] 14 , 。 从而提高其吸声系数 其原理如图 所示 对于闭 3 , , , 料种类繁多 主要有聚氨酯泡沫塑料 脲醛泡沫塑料 , , 孔泡沫铝 为了提高闭孔泡沫铝吸声性能 可采用双层 , , 酚醛泡沫塑料等 这些泡沫塑料大多为闭孔型 主要用 , 闭孔泡沫铝板复合结构 该复合结构对吸声系数的提 , , 于保温绝热 只有少量开孔型泡沫塑料可用于吸声 如 ; 高和主吸声频段范围的扩大都是很有利的 还可以采 , 。 脲醛泡沫塑料 软质聚氨酯泡沫塑料 其优点是价格 , 用闭孔泡沫铝板与玻璃棉复合结构 该复合结构随着 , 。 , , , 较低 不易老化 但其具有不防火 燃点低 吸水性强 , , 玻璃棉厚度的增加 低频吸声系数整体得到提高 但该 , 。 强度低 且容易对环境造成污染等缺点 泡沫玻璃是 , ; 结构由于玻璃棉存在环境污染问题 适用范围不广 也 , 以玻璃粉为原料 加入发泡剂以及其他外掺剂经高温 可以在闭孔泡沫铝吸声板表面覆盖软质吸声布来增强 。 , , , 焙烧而成 其优点是质量轻 不易燃 不易老化 无气 [ ] 吸声性能。 89 - 味等, , 。 其缺点是强度较低 吸声系数较低 2.1.3 颗粒吸声材料 , , , 颗粒状原料如珍珠岩 蛭石 矿渣等 由于颗粒之 , , 间形成的间隙 加上一定的厚度 使其具有多孔吸声材 。 , , 料的性能 有膨胀珍珠岩吸声板 陶土吸声砖等产品 , , , , 其优点是耐潮 防火 耐腐蚀等 其缺点是用途单一 主 [ ] 10 要用于建筑吸声材料 。 2.2 共振吸声材料 2.2.1 穿孔板共振吸声结构材料 , 在各种薄板上穿孔并在板后设置空气层 可以组 图 打孔闭孔泡沫铝共振吸声结构及通孔内壁结构 3 。 , 成穿孔板共振吸声结构 一般胶合板 纤维水泥板以 Fi 3 Resonance sound absortion and throuh g p g , 。 及钢板 铝板均可以作为穿孔板结构的面板原料 其 holestructureof unchedclosedcellalumi - - p num foam 缺点是声阻过小, 。 不做处理时吸声频带较窄 穿孔铝 [ ] 9 板和穿孔钢板应用最为广泛 。 3.2 纤维吸声复合材料 2.2.2 薄板共振吸声结构材料 传统的有机纤维在中高频范围有良好的吸声性 leyu·乐鱼(中国)体育官方网站, , , , , 能 低频段吸声性能很差 且防火 防腐 防潮性能非常 在周边固定在框架上的金属板等后 设置适当厚 差, , 度的封闭空气层, , 因此 等研究发现 将废羊毛纤维与再生聚 使其形成一个共振系统 在系统共振 Patnaik : 梁李斯等 新型吸声材料及吸声模型研究进展 05015 ( ) / , , 。 酯纤维 RPET 进行复合得到 RPET 废羊毛纤维复 低廉 加工方法简单 属于绿色环保型吸声材料 水 , 、 、 、 、 , 合材料 该材料具有良好的绝缘 隔热 防火 吸声 防 泥 聚苯颗粒材料以水泥作为胶凝材料 聚苯颗粒为骨 - [ ] 15 潮性能和生物可降解性 。传统的无机纤维虽然具 , 料 聚丙乙烯纤维和可再分散乳胶粉为增韧材料而制 [ ] 27 , , , 。 有良好的吸声性能 但是其脆性大容易断裂 受潮后吸 成的吸声材料 被广泛应用于建筑吸声材料 为了 [ ] 16 , 。 声性能下降严重 周博等 研制了硅藻泥 草梗复合多 减小工业废渣造成的资源浪费和环境污染 孙朋 - [ ] 28 , , , , , 孔吸声材料 该材料具有密度低 质量轻 可净化空气 等 以转炉钢渣为主要原料 掺加黏土 长石等陶瓷 , , 等优点 在中低频范围有良好的吸声效果 可使适用于 , , 材料 制备了钢渣基陶瓷多孔吸声材料 该材料不仅具 , 。 电影院 房窝住宅区内等对吸声降噪要求较高的场所 , 。 有优异的声学性能 并且具有优异的力学性能 李云 [ ] [ ] 17 29 余海燕 等设计了水泥 木梗纤维复合多孔吸声材料, , - 涛等 以工业固废镍铁渣为基本原料 制备出镍铁渣 该复合材料大大提高了木梗纤维材料的强度和吸声能 , , 聚合微粒吸声材料 该材料在中低频吸声性能优异 能 , 。 力 并探究了影响该复合材料吸声能力的影响因素 够解决交通运输噪音污染。 [ ] 18 Kucuk等 设计了不同比例多种纤维混合制成的非 3.4 多孔 共振复合吸声材料 - [ ] 30 织造吸声复合材料, 棉纤维和 涤纶纤维混合 张会萍等 提出亥姆霍兹共振吸声结构附加多 70% 30% , 制得的非织造复合材料在中高频段有较好的吸声系 孔吸声材料的新型吸声结构 对其进行理论分析和仿 。 , , , 数 为了使中低频段具有较好的吸声性能 加入腈纶 真计算后 发现该结构的吸声性能得到了显著的提高 [ ] [ ] / 。 19 。 31 和聚丙烯纤维的棉 涤纶吸声复合材料 Yu等 利 并且拓宽了原本的吸声频带范围 龚凡等 建立了 用热压法将热塑性聚氨酯与废弃涤纶纤维进行复合, 由穿孔板及吸声材料构成的双层阻抗复合吸声结构, , leyu·乐鱼(中国)体育官方网站, , 使其成为机械性能优异的纤维复合材料 该材料钻孔 由外层穿孔板 外层吸声材料 内层穿孔板及内层吸声 , , , , 。 后制成多孔板 并附上涤纶织物 使其具有良好的吸声 材料组成 显著增大吸声频带范围 提高吸声性能 [ ] 20 性能。YuxiaChen等 研制了丝瓜纤维复合多孔吸 3.5 高分子吸声材料 , , , 高分子材料作为新型材料适用于各行各业 其中 声材料 如图 所示 该研究使用废弃的丝瓜屑和环保 4 。 的聚酯纤维为原料, 一些高分子材料可作为性能优异的吸声材料 李栋 制成的丝瓜纤维复合吸声材料不 [ ] 32 , 辉 将石墨烯与聚氯乙烯进行复合得到石墨烯 聚氯 仅具有良好的吸声性能 还具有良好的缓冲性能和吸 - 乙烯隔声材料, , , 以聚氨酯为发泡基体 与硅藻土进行复 湿消湿性能 并且由于丝瓜废料的燃烧会造成严重的 , , 。 合制备硅藻土 聚氨酯发泡吸声材料 然后将单层吸声 环境污染 因此该吸声材料可有效抑制环境污染 李 - [ ] 21 , , , 材料置于两层隔声材料之间 组合成层状结构材料 大 婷婷等 研制了竹粉 木粉纤维 聚氨酯泡沫塑料复合 - [ ] 33 。 , , , 大提高了吸声降噪能力 公晋芳 制备出硅藻土 聚 多孔吸声材料 竹粉 木粉原料易获得且价格低廉 可 - , 丙烯复合吸声材料, 回收无污染 经实验得出竹粉 聚氨酯复合材料在 1 该材料吸声机理为薄板振动与多 - , , , 左右处吸声效果较好 木粉 聚氨酯吸声材料 孔吸声相结合 吸声性能优异 最佳吸声系数可达 000Hz - , 。 。一般的吸声材料包括高分子吸声材料都存在吸 在 左右吸声效果较好 吸声系数可达到 0.85 4000Hz 0.87 [ ] [ ] 22 34 , , , 赵心一等 将玉米皮纤维与聚乳酸复合制备了玉米 声频段较窄的现象 赵宗煌 将聚苯胺 聚吡咯 八羧 , , , 皮纤维 聚乳酸吸声复合材料 当在该材料上添加一层 基酞菁铜三忠导电聚合物与石墨 环氧树脂 聚酰胺树 - , , , 3mm的麻毡及留有两层共 1cm空气层时 吸声性能 脂 N 甲基吡咯烷酮等混合后用球磨机制成浆液 然后 - , 。 , , 最好 可达0.95 传统的金属纤维造价成本高 杨富尧 将其涂覆在载体上 制成尤其在低频段吸声效果好并 [ ] 23 、 、 。 等 以铝纤维 铝箔 铝板网为原料制备不同结构参 且吸声频段宽的薄膜材料 , , 数的铝纤维吸声复合材料 使材料在中低频段具有优 为了更好的了解和制备新型吸声材料 人们开始 , 。 异的吸声性能 并大大降低了成本 为了解决吸声材 , 建立吸声材料模型 以下介绍了部分新型吸声材料模 [ ] 24 , 。 料吸声与散热不能同时兼顾的问题 王广克等 制备 型以及其建立的目的 , 了氧化镁 聚醚醚酮复合材料 通过该材料对吸声材料 - 4 新型吸声材料模型 。 进行处理 他们使用氧化镁 聚醚醚酮复合材料对玻 - , 为了更好的了解和制备新型吸声材料 人们开始 , , 璃棉进行处理 对玻璃棉的吸声性能基本没有影响 但 , 建立吸声材料模型 以下介绍了部分新型吸声材料模 。 大大提高了玻璃棉的散热能力 针对小空间内的消声 [ ] 25 型以及其建立的目的。 , 问题 王建忠等 制备了厚度为 2 mm 的不锈钢纤维 , 伴随着新型吸声材料的出现 吸声模型也不断涌 , , , 多孔材料 然后将该材料与穿孔板 金属薄板复合 改 。 , , , 。 现 吸声材料模型的研究与建立 对吸声材料的设计 结构显著扩宽了吸声频带 提高了吸声性能 。 3.3 颗粒复合吸声材料 应用提供了理论支持和研究基础 针对多孔性骨架为 , , 水泥基吸声材料具有多孔结构 因此其具有优异 刚体的吸声材料 圆管理论模型及基于圆管理论的 , , 的吸声性能 以水泥浆覆盖珍珠岩颗粒制备了含有纤 JCA模型得到广泛应用 本节介绍了部分基于圆管理 [ ] 26 , 论模型的吸声材料模型。 维和发泡多孔结构的水泥基吸声材料 其成本价格 ( ) 年第 期 卷 05016 2020 5 51 , 因为与合成吸声纤维相比 天然吸声纤维具有更不规 则的截面。 4.3 其他材料模型 [ ] 39 刘鹏辉等 采用了多孔吸声材料的圆管理论模 , 、 、 型 具体分析了孔隙率 孔径 厚度等对多孔材料吸声 , 性能的影响 该模型的建立对实际多孔材料的设计有 [ ] 40 。 着非常重要的意义 陈文炯等 采用 Zwikker & , Kosten模型和 Stinson模型 利用表面阻抗法和传递 矩阵法研究圆柱形孔多孔金属材料与结构的声传播特 , 性 并建立了声能吸收率与孔的尺寸和孔隙率之间的 图 多孔材料的构造 4 , 推导公式 根据该模型可得到一种较高吸声性能的多 Fi 4Structureofthe orousmaterials [ ] g p 41 。 孔吸声结构 刘新金等 采用了多孔吸声材料的圆 , , 管理论模型 利用声波在分层介质中的传播方程 得出 不同吸声材料复合而成的多孔吸声结构吸声系数的推 , 导计算公式 着重分析了由多孔吸声材料复合而成的 双层吸声结构的吸声能力与内外层材料的厚度、 孔隙 、 , , 率 微孔半径变化之间关系 由结果表明 分层吸声结 , 构具有优异的吸声能力 为多层吸声材料复合结构的 [ ] 42 应用和设计提供了研究基础。 等 采用 DuanCuiun y Delan Bazle 模型和 JohnsonAllard模型对高温烧 - - y y , , 结多孔陶瓷的吸声特性进行研究 结果表明 相比玻璃 , 。 棉和多孔沸石 多孔陶瓷具有更好的吸声能力 5 结 论 图 圆柱形孔示意图 5 Fi 5Schematicdiaramofclindricalhole g g y , 吸声材料具有非常广泛的应用前景 但传统吸声 4.1 泡沫铝吸声材料模型 , , , 材料有许多缺点 比如使用寿命短 产生二次污染 性 [ ] 35 曹曙明等 采用 Ra leihKirchhoff圆管模型考 y g - 能不稳定等。新型吸声材料的出现在一定程度上弥补 , 虑粘滞损耗和热传导 建立了一个适用于泡沫铝吸声 了传统吸声材料的不足。其中纤维吸声复合材料相较 , ( ) 性能的理论模型 分析了两种背衬 刚性和空腔 条件 , , 于传统纤维吸声材料 其吸声系数大大提高 很多可达 , , , 下 静态流阻对泡沫铝吸声性能的影响 结果表明 通 , 到0.8以上 很大程度上弥补了传统纤维吸声材料在 , 。 过控制静态流阻的大小 可得到最佳的吸声系数 段 , 应用范围所受到的限制 泡沫铝及其复合结构由于其 [ ] 36 翠云等 采用多孔材料吸声 JohnsonAllard模型来 - , 优异的性能以穿孔闭孔泡沫铝及其复合结构 开孔泡 , 计算泡沫铝的吸声系数 但是该模型在声波频率超过 、 沫铝及其复合材料被应用到道路 汽车消声等各个领 , , 后 计算结果与实验数据偏差较大 因此引入 3500Hz 。 , 域 吸声材料模型主要是多孔性材料 因此刚性骨架 修正因子 指数以扩宽模型对声波频率的适用范围, e 的圆管理论模型及基于圆管理论的JCA模型得到众 , , 经验证 引入该修正因子后 计算结果与实验数据基本 。 , 多学者的应用 随着如今对吸声材料的更高要求 未 一致。 , 来吸声材料的发展必然集多种功能于一体 这类吸声 4.2 纤维吸声材料模型 , , , 材料不仅要具有优异的吸声 降噪 阻尼等性能 还必 [ ] 37 , 沈岳等 采用多孔吸声材料圆管理论 以活性碳 , , , , 须具有隔热 阻燃 防火 耐腐蚀等一些防护功能 部分 , 纤维内部微小通道为基础 建立了活性碳纤维材料的 , 。 还要具有外观要求 以满足其应用领域的要求 , , 吸声理论模型 经对比分析发现 计算结果与实验数据 参考文献: 。 , 基本一致 因此该模型是可行的 为设计和研发活性 [ ] 38 碳纤维吸声材料提供了理论依据。 等 采用 Berardi [] , 1 SunXudon Wan Pen .The researchand rosectof g g g p p , Delan Bazle 模型 能够最准确地预测合成纤维声阻 - y y [ ] soundabsorbin materials J .Journal ofScientific and g 抗和传播常数定律。他们还发现将该理论吸声模型应 , ( ): ( Technolo icalInnovation 2019 5 151152 inChi g - - 用于天然纤维吸声材料的预测时准确性并不高, ) 这是 nese. : 梁李斯等 新型吸声材料及吸声模型研究进展 05017 , [] [] , , (): 孙旭东 王 鹏 浅析吸声材料的研究与展望 科学技 . J. J.JournalofRefri erat

  (高清版)ZT 0276.1-2015 岩石物理力学性质试验规程 第1部分:总则及一般规定.pdf

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