（纺织工程专业论文）柔性聚氯乙烯基隔声复合材料的性能研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

浙江理下大学硕士学位论文 摘要 目f i ，噪声污染和固体废弃物污染同益加剧，严重地破坏了人们的工作和生活环境。 这两大污染的防御与控制己成为急需解决的一个重大课题。本论文根据降噪机理，以聚氯 乙烯( p v c ) 为基体，玻璃纤维织物( g f ) 为增强材料，钢渣粉( s s p ) 、漂珠( c f a ) 为填料，采用常压浇注工艺制备可裁剪、轻量、柔性、薄型、具有较高力学性能、良好加 工性能和隔声性能的聚氯乙烯基复合材料，为通过对生态环境有害的固体废弃物制备高性 能、高功能的环境保护新材料提供新的思路。 实验中分别采用了双通道声学分析仪、万能材料试验机、自动氧指数仪等对材料的隔 声性能、机械性能、阻燃性能等进行研究。论文首先以聚氯乙烯基复合材料为研究对象， 讨论了声压级、多个加工参数和面密度对材料隔声性能的影响，详细分析了复合材料中各 组分对于降噪的作用。接着比较实际隔声量与质量定律预测值，评价聚氯乙烯基复合材料 隔声性能的好坏。最后研究加工参数对材料机械性能、阻燃性能的影响规律，在此基础上 尝试几种改善材料力学性能和阻燃性能的方法。主要研究结论如下： ( 1 ) 关于隔声性能：声压级对材料隔声量影响不大，可以固定在任一声压级的噪声 环境下测试。在面密度相近条件下，玻纤织物、s s p 、无机阻燃剂、偶联剂、增塑剂的种 类和用量均对p v c 基复合材料的隔声性能几乎没有影响。玻纤织物可提高材料高频的隔声 量，c f a 能改善材料低频段( 1 0 0 一- , 6 3 0 h z ) 、高频段( 1 2 5 0 h z ) 的隔声量。s s p 能显著 提高p v c 基复合材料的面密度，同时，s s p 和c f a 的填充能降低材料的成本，填充量应分 别控制在4 0 和2 0 附近。p v c 基复合材料的隔声性能基本遵循质量定律，但表现出了与 刚性材料不同的隔声性能。实际隔声量在低频段明显高于质量定律的预测值，在中频段 ( 6 3 0 - 1 2 5 0 h z ) 以近乎斜率为1 0 d b 倍频程的直线线性增加，变化大于质量定律所预测的 6 d b 倍频程，在高频段明显低于质量定律的预测值。实际隔声量随面密度的增速在低频段 最快，中频段次之，高频段最慢。 ( 2 ) 关于机械性能：p v c 基复合材料的刚度受玻纤织物、填料、增塑剂、面密度的影 响。其刚度随着织物平方米克重、填料含量、面密度的增大和增塑剂用量的减少而增大。 g f p v c 复合材料的拉伸强度随着增塑剂、阻燃剂用量的增加而减小。s s p g f p v c 复合材 料的拉伸强度随着s s p 含量的增加而减小，1 2 0 目时达到最大值，剥离强度随着s s p 含量的 增加先下降而后逐渐上升，含量1 0 时达到最小值；c 彤临f p v c 复合材料的拉伸强度随 着c f a 含量的增加先在1 0 处下降，接着再增大而后减小，含量2 0 时达到最大值，随着 i v 浙江理工大学硕士学位论文 目数的增大而增大，剥离强度随着c f a 含量的增加一直在减小。偶联剂k h 5 5 0 能显著提高 p v c 基复合材料的拉伸强度和剥离强度。s s p g f p v c 复合材料和c f a g f p v c 复合材料分 别在k h 5 5 0 用量为2 和1 时拉伸强度出现最佳值，分别在用量为2 、3 时剥离强度达到 最大值。此外，采用纯p v c 涂层保护玻纤也能提高s s p g f p v c 复合材料的拉伸强度。 ( 3 ) 关于阻燃性能：采用e h d p 代替t b c ，添加c f a 、s s p 、a i ( o h ) 3 或m g ( o h ) 2 均能改善软质p v c 复合材料的最终残碳量和l o i 值。e h d p 增塑体系发烟量大，c f a 比 s s p 具有较好的阻燃抑烟效果，a i ( o h ) 3 比m g ( o h ) 2 的阻燃效果要好，当协同使用，可同 时达到良好的阻燃与抑烟效果。 关键词：隔声、玻璃纤维织物聚氯乙烯、复合材料、柔性、钢渣粉、漂珠 v 浙江理下大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ei n c r e a s i n gn o i c ep o l l u t i o na n ds o l i dw a s t ep o l l u t i o nh a v es e r i o u s l ya f f e c t e dp e o p l e s w o r ka n dl i f ee n v i r o n m e n t ，s ot h ep r e v e n t i o na n dc o n t r o lo ft h et w ok i n d so fp o l l u t i o nh a v e b e c o m eav e r yi m p o r t a n tp r o b l e mt h a tp e o p l en e e dt os o l v eu r g e n t l y a c c o r d i n gt ot h en o i s e r e d u c t i o nm e c h a n i s m ，an o v e lp v c c o m p o s i t em a t e r i a lw i t h l i g h t w e i g h t ，f l e x i b i l i l y ，t h i n t h i c k n e s s ，h i g hs t r e n g t h ，g o o dp r o c e s s a b i l i t ya n ds o u n di n s u l a t i o n , w h i c hu s e dp v ca sm a t r i x ， g l a s sf a b r i ca sr e i n f o r c i n gm a t e r i a l ，c e n o s p h e r ef l ya s h ( c f a ) a n ds t e e ls l a gp o w d e r ( s s p ) a s f i l l e r s ，w a sp r e p a r e dw i t ht h ei n f u s i o nt e c h n o l o g yu d e rn o r m a lp r e s s u r ea tp r e s e n tt h e s i s i t p r o v i d e san e wi d e af o rh i g h p e r f o r m a n c e ，h i g h f u n c t i o nm a t e r i a l so fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n p r e p a r e db ym e a n so fh a z a r d o u ss o l i dw a s t e s t h es o u n di n s u l a t i o np e r f o r m a n c e ，m e c h a n i c a lp r o p e r t y ，f l a m e r e t a r d a n c eo fc o m p o s i t ew e r e i n v e s t i g a t e dv i at w o - c h a n n e la c o u s t i ca n a l y z e r ，u n i v e r s a lm a t e r i a lt e s t i n gm a c h i n e ，a u t o m a t i c o x y g e ni n d e xd e t e c t o r ，e t c t h i st h e s i s ，w h i c hf o c u s e do np v c c o m p o s i t em a t e r i a la st h er e s e a r c h o b j e c t ，d i s c u s s e dt h ei n f l u e n c e so fs o u n dp r e s s u r el e v e la n ds e v e r a lp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nt h e s o u n di n s u l a t i o np r o p e r t yo fm a t e r i a l ，a n da n a l y s e dt h ee f f e c to fe a c hc o m p o n e n ti nc o m p o s i t eo n n o i s er e d u c t i o ni nd e t a i l t h es o u n di n s u l a t i o np r o v i d e db yp v c - c o m p o s i t ew a se v a l u a t e db y c o m p a r i n gt h ea c t u a ls o u n dr e d u c t i o ni n d e x ( 尺) w i t ht h a tp r e d i c t e db ym a s sl a w f i n a l l y ，t h e r u l e so fi n f l u e n c eo fp r o c e s s i n gp a r a m e t e r so nt h em e c h a n i c a lp r o p e r t ya n df l a m e r e t a r d a n c eo f c o m p o s i t ew e r es t u d i e d ， a n ds e v e r a l w a y st oi m p r o v et h em e c h a n i c a lp e r f o r m a n c ea n d f l a m e - r e t a r d a n c ew e r ea t t e m p t e d t h em a i nc o n c l u s i o n sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) a b o u ts o u n di n s u l a t i o np e r f o r m a n c e ：s o u n dp r e s s u r el e v e ld o e s n th a v em u c hi n f l u e n c e o nt h es o u n dr e d u c t i o ni n d e x 俾) o fm a t e r i a l ，a n dc a l lb ef i x e dd u r i n gn o i s et e s t u n d e rs i m i l a r a r e a l d e n s i t yc o n d i t i o n , t h et y p e a n da m o u n to f g l a s sf a b r i c ，s s p ，i n o r g a n i c f l a m e r e t a r d a n t ，c o u p l i n ga g e n ta n dp l a s t i c i z e rh a r d l ya f f e c tt h es o u n di n s u l a t i o np r o p e r t yo fm a t e r i a l g l a s sf a b r i cc a ni n c r e a s et h es o u n dr e d u c t i o ni n d e x 俾) i nh i g hf r e q u e n c i e s ( 1 2 5 0 h z ) ，a n dc f a c a ni m p r o v et h es o u n dr e d u c t i o ni n d e x ( r ) o f m a t e r i a li nl o wf r e q u e n c i e s ( 10 0 - - - 6 3 0 h z ) a n dh i g h i j r e q u e n c i e s s s pc a ns i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e t h ep v c - c o m p o s i t ea r e a ld e n s i t y a tt h es a m e t i m e ，f i l l i n gs s pa n dc f ac a nr e d u c et h ec o m p o s i t ec o s t ，w h o s ef i l l i n g v o l u m es h o u l db e r e s p e c t i v e l yi nc o n t r o lo fa b o u t4 0 a n d2 0 t h es o u n di n s u l a t i o np r o p e r t yo fp v c c o m p o s i t e b a s i c a l l yf o l l o w sm a s sl a w ，b u ts h o w sd i f f e r e n ta c o u s t i cp r o p e r t yf r o mr i g i dm a t e r i a l t h ea c t u a l v i 浙江理r 大学硕士学位论文 s o u n dr e d u c t i o ni n d e x ( r ) i ss i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h a tp r e d i c t e db ym a s sl a wi nl o w f r e q u e n c i e s ，i n c r e a s e si nt h ef o r mo fal i n e 诵t l lt h es l o p eo fn e a r l y 10 d b o c t a v ei nm i d d l e f r e q u e n c i e s ( 6 3 0 - 12 5 0 h z ) ，w h o s ec h a n g e i sh i g h e rt h a n6d b o c t a v ep r e d i c t e db ym a s sl a w ，a n d i so b v i o u s l yl o w e rt h a nt h a tp r e d i c t e db ym a s sl a wi nh i g hf r e q u e n c i e s t h eg r o w t hv e l o c i t yo f t h es o u n dr e d u c t i o ni n d e x ( r ) 谢t ha r e a ld e n s i t yi sf a s t e s ti nl o wf r e q u e n c i e s ，s c e c o n di nm i d d l e f r e q u e n c i e sa n ds l o w e s ti nh i g hf r e q u e n c i e s ( 2 ) a b o u tm e c h a n i c a lp r o p e r t y ：t h ef l e x u r a lr i g i d i t yo fp v c - c o m p o s i t ei si n f l u e n c e db y g l a s s f a b r i c ，f i l l e r ，p l a s t i c i z e r , a r e a ld e n s i t y ，w h i c hi n c r e a s e sw i t ht h ea d d i t i o no fg l a s sf a b r i c g r a mw e i g h tp e rs q u a r em e t e r ，f i l l e rc o n t e n t ，a r e a ld e n s i t ya n dt h er e d u c t i o no fp l a s t i c i z e rc o n t e n t t h et e n s i l es t r e n g t ho fg f p v cc o m p o s i t ed e c r e a s e s 、析mt h ei n c r e a s eo fp l a s t i c i z e ra n d i n o r g a n i cf l a m er e t a r d a n tc o n t e n t w i t ht h ei n c r e m e n to fs s pc o n t e n t ，t h et e n s i l es t r e n g t ho f s s p g f p v cc o m p o s i t ep r e s e n t sad e c a y i n gt r e n d ，r e a c h e sm a x i m u mv a l u ew h e nt h em e s hi s 12 0 ，t h ep e e ls t r e n g t hf i r s t l yd e c l i n e s ，t h e nr i s e sg r a d u a l l y , a n dr e a c h e sm i n i m u mv a l u ea t10 w i t ht h ei n c r e a s eo fc f aa m o u n t ，t h et e n s i l es t r e n g t ho fs s p g f p v cc o m p o s i t ed e c r e a s e sa t 10 i n i t i a l l y ，p r e s e n t sar i s ei ns u c c e s s i o na n dad e c l i n el a t e r ，a n dr e a c h e sm a x i m u ma t2 0 ，t h e p e e ls t r e n g t ha l w a y sr e d u c e s t h et e n s i l es t r e n g t hs h o w sa na s c e n d i n gt r e n d 、析t hc f am e s h i n c r e a s i n g c o u p l i n ga g e n tk h 5 5 0c a ne f f i c i e n t l yi m p r o v et h et e n s i l es t r e n g t ha n dp e e ls t r e n g t h o fp v c c o m p o s i t e t h eo p t i m a lt e n s i l es t r e n g t hv a l u e so fs s p g f p v cc o m p o s i t ea n dc f a g f p v c c o m p o s i t ea r eo b t a i n e da tt h ek h 5 5 0 c o n t e n to f2 a n d1 r e s p e c t i v e l y ，a n dt h em a x i m u m p e e ls t r e n g t hv a l u e sa tt h ek h 5 5 0c o n t e n to f2 a n d3 r e s p e c t i v e l y m o r e o v e r , c o a t i n gg l a s s f a b r i cw i t hp u r ep v cc a na l s oa p p a r e n t l ye h a n c et h et e n s i l es t r e n g t ho fs s p g f p v cc o m p o s i t e ( 3 ) a b o u tf l a m e r e t a r d a n c e ：e h d p ，c f a ，s s p ，a i ( o h ) 3 a n d m g ( o h ) 2 c a n i m p r o v e f l a m e r e t a r d a n c eo fp v c m a t e r i a l ，p r o m o t ep v c t or e l e a s eh c le a r l i e ro rf a s t e r ，a n di n c r e a s et h e f i n a lc h a ry i e l d e h d pm a k e sp v cm a t e r i a lam a x i m i m u ms m o k ea m o u n td u et oi t sl o wc h r a t i o c f as h o w sb e t t e rf l a m e - r e t a r d a n c ea n ds m o k es u p p r e s s i o nb e c a u s ei t sc a r b o ns t r u c t u r ei s m o r es t a b l et h a ns s p t h ef l a m e r e t a r d a n te f f e c to fa i ( o h ) 3i sb e t t e rt h a nt h a to fm g ( o h ) 2 ， b e c a u s et h ew e i g h tl o s ss i t u a t i o no fa i ( o h ) 3a r o u s e db yi t sd e h y d r a t i o na n dh e a ta b s o r p t i o ni s c l o s et ot h a to fp v c r e l e a s i n gh c i k e yw o r d s ：s o u n di n s u l a t i o n ；g l a s sf a b r i c p v c ；c o m p o s i t em a t e r i a l ；f l e x i b i l i t y ；s t e e ls l a gp o w d e r ； c e n o p h e r ef l ya s h v 1 1 浙江理工大学硕士学位论文 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 1 1 学位论文作者签名：尚磊 日期： 2 ，7 年3 月1 5 日 浙江理1 = 大学硕十学位论文 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密。 学位论文作者签名：南磊 日期：2 0 口7 年弓月7 乡日 1 1 1 年解密后使用本版权书。 日期1 7 浙江理j 1 二大学硕士学位论文 1 1 论文研究的背景 第一章绪论 1 1 1 噪声概述 众所周知，噪声是环境污染的四大公害之一。从物理学的角度看，噪声是指发声体做 无规则的振动时发出的声音。从心理角度来讲，凡是人们不愿意听的声音都是噪声。但是 从环境保护的角度来看，凡是妨碍人们正常休息、学习和工作，以及对人们要听的声音起 干扰作用的声音，都属于噪声n 1 。 噪声来源很多盥。5 1 ，城市环境噪声可分为交通噪声、工业噪声、建筑施工噪声、社会生 活噪声。 ( 1 ) 交通噪声：交通噪声主要指的是机动车辆、飞机、火车和轮船等交通工具在运 行时发出的噪声。其中，危害面最大的是地面道路交通噪声，最主要的污染源是汽车。这 些噪声的噪声源是流动的，干扰范围大。在这类噪声中，飞机噪声最强，影响也比较严重。 民航机在起飞和着陆时，噪声在8 5 - 1 0 5 d b ( a ) 范围内。飞机在低空飞行时，噪声的影响范 围可以达到几公里。 ( 2 ) 工业噪声：主要指工厂在生产过程中产生的噪声。主要是来自各种动力设备、 加工机械、生产设备运转过程中由于机械振动、摩擦撞击及气流扰动而产生的。如化工厂 的空气压缩机、鼓风机和锅炉排气放空时产生的噪声，都是由于空气振动而产生的气流噪 声。球磨机、粉碎机和织布机等产生的噪声，是由于固体零件机械振动或摩擦撞击产生的 机械噪声。设备噪声的声级大小与设备种类、功率、型号有关。工业噪声的声级一般较高， 对工人的危害以及工厂附近居民的干扰都很突出。 ( 3 ) 建筑施工噪声：主要指建筑施工现场产生的噪声。如拆旧建新、铺设管道、更 新路面等，在施工中要大量使用各种动力机械，要进行挖掘、打夯、搅拌，要频繁地运输 材料和构件，从而会产生大量噪声。 ( 4 ) 社会生活噪声：主要指人们在商业交易、体育比赛、游行集会、娱乐场所等各 种社会活动中产生的喧闹声，如商业市场的叫卖声；学校各种教学活动中操作和练习的声 响，操场体育活动声。婚丧喜事的鞭炮、锣鼓声等等。钢琴管弦乐器练习声、儿章嬉闹声、 自来水管道噪声、楼板的敲击声、门窗关闭撞击声、走步声等等。 噪声污染是一种影响十分广泛的环境污染，被视为一种无形的污染，一种感觉性公害， 具有局部性、暂时性和多发性的特点。其危害性很大，主要表现在： 浙江理工大学硕七学1 7 ：论文 ( 1 ) 噪声对人体健康最显著的影响和危害是使人听力减退和发生噪声性耳聋。噪声 会使人体紧张，引起心律不齐，血压升高，诱发心脏病。噪声还影响神经系统和消化系统， 引发疾病。噪声对视觉器官也会造成不良影响。据调查，在高噪声环境下工作的人常有眼 痛、视力减退、眼花等症状。在噪声的刺激下，人们的注意力不易集中，反应迟钝，容易 疲乏。 ( 2 ) 噪声可对动物产生和人一样的生理、心理等危害。强噪声可使鸟类羽毛脱落、 不下蛋、内出血，甚至死亡。 ( 3 ) 特别强烈的噪声能损坏建筑物，影响仪器设备的正常运行，如工厂里大型振动 筛，空气锤，发动机试验站，城市施工的打桩，爆破等会造成附近建筑物墙壁开裂、屋顶 掀起、玻璃震碎、烟囱倒塌等不同程度的破坏；飞机发动机噪声产生的“声疲劳( a c o u s t i c f a t i g u e ) ”现象可以使铆钉松动、机件断裂等，最终会导致飞行事故。 随着我国国民经济的持续高速增长，城市化进程的加速发展，城市环境污染也随着日 趋严重，城市环境污染中噪声扰民投诉事件也越来越多，政府部门和有关专家已重视，并 制定了有关法规和标准。其中国家制定的中华人民共和国环境噪声污染防治法中把超 过国家规定的环境噪声排放标准，并干扰他人正常生活、工作和学习的现象称为环境噪声 污染。根据中华人民共和国环境保护法，在进行大量的调查研究的基础上，于1 9 8 2 年 颁布了城市区域环境噪声标准j 和城市区域环境噪声测量方法h 3 ，将城市按不同 社会功能划分为6 类区域，规定各类区域的环境噪声标准值。在总结2 6 年的执行情况后， 2 0 0 8 年该两项标准经合并修订为声环境质量标准m 3 ，新的标准将乡村纳入标准适用范 围，明确了交通干线的定义，于1 0 月1 日起开始实施，见表1 1 ： 表1 1 我国声环境功能区域环境噪声标准( 厶凹) 按照国家标准规定，住宅区的噪声，白天不能超过5 5 分贝，夜间应低于4 5 分贝，若 超过这个标准，便会对人体产生危害。各类声环境功能区夜间突发的噪声，其最大声压级 2 浙江理工人学硕七学位论文 超过噪声限值的幅度不得高于1 5 d b ( a ) 。 1 1 2 降噪的基本原理 声学系统一般是由声源，传播途径和接收器三个环节组成的，如图所示： 回一回一圈 图1 1 声学系统 但由于客观原因，第一及第三个环节是我们无法改变的，所以我们只能在噪声的传播 途径上采取适当的措施。目前，常用的控制噪声方法是以下三种方法： ( 1 ) 阻尼减振降噪 阻尼的基本原理1 是损耗能量，各种阻尼技术都是围绕如何把受激振动能转化为其他 形式的能( 如热能、变形能等) 而使系统尽快恢复到受激前的状态。阻尼的方法主要有3 种，即采用系统阻尼、结构阻尼和材料阻尼。系统阻尼是在系统中设置专用的阻尼减振器， 如减振弹簧、冲击阻尼器等；结构阻尼是在系统的某一振动结构上附加材料或形成附加结 构，增加系统自身的阻尼能力，这类方法包括接合面阻尼、库仑摩擦阻尼和复合结构阻尼 等。材料阻尼是依靠材料本身所具有的高阻尼特性达到减振降噪的目的。 基于不同的阻尼机理，高阻尼材料主要分为粘弹性高阻尼材料和金属合金高阻尼材 料。 粘弹性高阻尼材料兼有粘性液体在一定运动状态下损耗能量的特性和弹性固体材料 贮存能量的特性，这类材料一般都是高分子材料。高分子材料在受到交变力作用下发生的 滞后现象和力学损耗是其产生阻尼作用的根本原因。人们将应变落后于应力的相角差6 称 为力学损耗角，通常用力学损耗角正切t a n 8 表示内耗的大小。力学损耗与阻尼性能关系非 常密切，聚合物的内耗愈大则阻尼效果愈好。t a n 6 和模量的关系如下： e = e + i e t a n r = e e 1 一( 1 ) 1 一( 2 ) 式中：e 为实数模量，称贮能模量，表示应力作用下能量在试样中的贮存；为虚数模量， 称为损耗模量，表示能量的损耗。 当振动或噪音传递到高分子材料时，机械振动被转化为大分子链或链段的运动，通过 分子间的内摩擦把力学能转化为热能，起到阻尼效果。在玻璃化转变温度( t g ) 附近，高 分子链段能运动，但又不充分，所以滞后现象严重，出现一个内耗的极大值，阻尼效果最 3 浙江理t 大学硕士学位论文 好。材料的内耗峰愈高、玻璃化转变温域愈大、温域值与外部环境愈符合，阻尼效果愈好。 一般要求t a n i _ 0 7 ，温域范围5 0 锄3 。 金属合金材料的阻尼机理可归因于热弹性阻尼、磁性阻尼、粘弹性阻尼和缺陷阻尼。 热弹性阻尼是材料受力不均匀，在内部造成温度差，从而产生热流引起能量损耗产生阻尼。 磁性阻尼是铁磁金属受外力作用，引起磁畴壁的微小移动而产生磁化，从而产生损耗引起 的。粘弹性阻尼是当温度很高时，材料具有粘弹性而引起的阻尼，此时应力与应变间不具 有线性关系，变形也不能完全恢复。缺陷阻尼是由于材料本身对缺陷区域原子运动的阻碍 引起的阻尼，是材料的固有阻尼。 ( 2 ) 吸声降噪 吸声降噪原理：当声波入射到多孔、透气或纤维性的材料中时，由于这类材料具有许 多内外相通的微小间隙和连续空洞，声波会沿着这些细孔进人材料内部，引起空隙内的空 气和材料本身振动，空气的摩擦和粘滞作用使声能( 振动能) 不断转化为热能，从而使声 波衰减，消耗相当一部分声能。另外，空气绝热压缩时温度升高，绝热膨胀时温度降低， 由于热传导作用，在空气与孔壁之间不断发生热交换，也会使声能转化为热能。利用这种 措施来降低噪声的方法通常称为吸声降噪。 吸声材料或吸声结构的吸声性能好坏主要以其吸声系数的高低来表征。吸声系数是指 声波在物体表面反射时其能量被吸声的百分率( a ) 。q 值越大，吸声性能越好。 f = e 月e o = ( e o 一环) e 1 一( 3 ) 式中：e 。被吸声的声能，j ； e 入射总声能，j ； e 。反射声能，j 。 吸声系数的a 的取值在o 一1 之间。当a = 0 时，表示声能全部反射，材料不吸声；a - - 1 时表示材料吸收全部声能，没有反射。吸声系数q 的值愈大，表明材料( 或结构) 的吸声性 能愈好。般地，仅在o 2 以上的材料被称为吸声材料，a 在0 5 以上的材料就是理想的吸 声材料。 吸声系数0 【的值与入射声波的频率有关，同种材料对不同频率的声波，其吸声系数往 往不同。因此，在工程中常采用1 2 5 h z ，2 5 0 h z ，5 0 0 h z ，1 0 0 0 h z ，2 0 0 0 h z ，4 0 0 0 h z 六个 倍频程中心频率的吸声系数的算术平均值来表示某一材料( 或结构) 的平均吸声系数。 多孔性吸声材料的吸声性能主要受材料的厚度、密度、流阻、孔隙率、结构因子、材 4 浙江理一 大学硕十学位论文 料后面空气层厚度、表面装饰处理和使用时的外部条件等所影响。一般来说，多孔性材料 对中高频吸声效果较好。 ( 3 ) 隔声降噪 隔声原理：噪声在传播中如遇到一个边界很大的屏障或者是密实构件时，由于构件的 阻隔，其会有一部分声能被屏障吸收，一部分声能被反射，其余部分则透过屏障。构件对 声音的这种阻隔能力就是隔声。 在噪声控制技术中，常采用透射系数t i 来表示壁面的隔声能力，透射系数就是透射声 强( i t ) 与入射声强( i i ) 的比值( t l = i 以i ) 。透射系数一般远小于1 ，约在1 0 - 11 0 6 之间。 为了计算方便，通常采用1 0 1 9 ( 1 t i ) 的大小来表示一个隔声构件的隔声能力，它被称为隔声 材料的固有隔声量或传声损失，记为r ，单位为d b ，定义为： r = 1 0 1 9 ( 1 t 1 1 1 一( 4 ) t i 越小，r 值越大，壁面的隔声性能越好；相反，则隔声效果越差。隔声量的大小与 隔声构件的结构、性质和入射波的频率有关。同一构件对不同频率的声音，其隔声性能可 能有很大差别，因此工程中通常用1 2 5 h z - 4 0 0 0 h z 六个倍频程中心频率或1 0 0 h z 3 1 5 0 h z 十六个1 3 倍频程中心频率的隔声量的算术平均值来表示某一构件的隔声性能，也称为平 均隔声量。 单层匀质密实均质板材壁面在噪声的疏密压力波( 往复拉动力) 作用下，使板( 壁面) 产生相似于压缩变形( 纵波) 和剪切变形( 弯曲波) 的情况，这些波传到板体的另一侧， 则形成透射波。 要 咖l 诅 竖 一一 i 区+_ 一i l 区_一 小阻尼 谬二? 一一一 中阻尼 质量控制 一。夕 乏多 火阻尼 阻尼控制 馋醪 劲度控制一 一 。 7 + 小 j j 仔 伍 频率h z f e 图1 2 单层密实均质板材壁面的隔声频率特性曲线 实践证明，单层匀质密实均质板材壁面的隔声性能主要由其面密度、劲度( 刚度) 和 阻尼等因素决定，并与入射声波的频率及入射角有关。图1 2 为单层匀质密实均质板材壁 浙江理1 二大学硕士学位论文 面典型的隔声频率特性曲线，可分为三个区域h 曩：i 区域为劲度和阻尼控制区，i i 区域为 质量控制区，i 区域为吻合效应和质量定律延伸区。 i 区为劲度与阻尼控制区。在劲度控制区，入射频率范围从0 到第一共振频率。在此 区域，墙壁面对声压的反应类似于弹簧，其隔声量正比于w f ( k 为墙体的有效劲度，f 为频 率) 。显然，劲度大则隔声能力大，隔声量随频率f 增加而下降。而在阻尼控制区内，墙体 发生共振，曲线呈现低谷形式，其中第一个共振频率影响最大，它的谐振共振频率的 影响越来越弱直至消失。共振频率随墙体阻尼的大小而变，增加阻尼可以抑制其共振频率 和共振区的上限，故增大阻尼可提高隔声量和缩小共振区的范围。 对于厚重的墙，共振频率与其谐频率很低，可忽略不计。对于薄板，共振频率较高， 阻尼控制区的声频率分布很宽，应予以重视。一般采用增加墙板的阻尼来控制共振现象。 i i 区为质量控制区，此时声波对墙板的作用如同一个力作用于一个有一定质量的物体， 墙体的质量起主要作用，隔声量随频率和墙体重量的增加而增加。通常把隔声量随质量增 大而递增的规律称为隔声的“质量定律”。单层隔声结构的高频隔声好，低频差。频率每提 高一倍，传递损失就增 j 1 6 d b 。不透气的固体材料，对于空气中传播的声波都有隔声效果， 隔声效果的好坏最根本的一点是取决于材料的面密度。质量定律可表示为： r = 2 0 1 0 9 ( m x f ) 一4 7 5 1 一( 5 ) 式中：k 声音透过衰减量( d b ) ； 聊面密度( k g m 2 ) ； 户一频率( h z ) 。 反射 、 j v ， 、_ _ 、弋、 文、t 0 、 入 、 、 图1 3 弯曲波和吻合效应 i i i 区为吻合效应区，在此区临晁频率尼处出现隔声低谷。隔声材料在物理上有一定弹 6 浙江理工大学硕士学位论文 性，当声波入射时便激发振动在隔层内传播。当声波不是垂直入射，而是与隔层呈一角度 0 入射时( 见图1 3 ) ，声波依次到达隔层表面，而先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波 沿隔层表面横向传播，若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致 时，声波便加强弯曲振动，这一现象称为吻合效应。产生吻合效应时的入射声波频率称为 吻合频率。临界频瓤是产生吻合效应的最低频率，它可以用下式计算： r i - 1 堕1-(5)c一 2 r i d1 e r 7 后一临界频率( h z ) ； 卜声波在空气中的速度( r n s ) ； p 材料的密度( k g m 3 ) ； 卜材料的弹性模量( n m 2 ) ； 卜材料的厚度( m ) 。 从1 ( 5 ) 可见，提高材料的密度，减少板厚度与弹性模量均利于临界频率的上移。发 生吻合效应时，弯曲振动的幅度特别大，声能将大量透过物体，使隔声量出现低谷，降低 隔声效果，隔声性能不再遵循质量定律。 越过低谷，隔声量以每倍频程1 0 d b 趋势上升，然后逐渐接近质量控制的隔声量。 1 2 降噪材料的现状 国内外对降噪材料的研究比较多n 钔。根据降噪材料中对降噪的影响因子n 叫。1 及不同 机理，降噪材料可以分成高阻尼材料、吸声材料和隔声材料。但是实际上有的降噪材料对 噪声的衰减作用并不只是单一的影响因子所引起的，而是由于各种影响因子的综合结果 1 2 1 高阻尼材料 目前国内外得到广泛应用的高阻尼材料主要是以m n c u 系合金和t i n i 合金等为代表 的形状记忆合金类和高分子粘弹性材料。其中金属合金阻尼材料的阻尼效果符合质量定 律，即通过增加重量来更有效地降低振动与噪音引。而高分子阻尼材料由于比重轻、易于 加工，并且能够产生较大的内耗，所以具有更广泛的应用前景。 高分子阻尼材料在降噪材料中占有很大的比例，可以分为减振片材和减振涂料两大 类。减振片材包括塑料体系和橡胶体系。塑料体系有聚醚型聚氨酯( p u r ) 、聚苯乙烯( p s ) 、 聚氯乙烯( v v c ) 、聚酯、环氧树脂( e p ) 、互贯网络聚合物( i p n ) ，以及金属粉、陶瓷粉、玻 7 浙江理工大学硕士学位论文 璃微珠等填充高分子材料。橡胶体系有天然橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶等合成 橡胶。减振涂料则包括p u r 、丙烯酸酯类聚合物、( 乙烯乙酸乙烯酯) 共聚物、沥青等。 高分子材料要作为高性能阻尼材料通常有两个基本要求h 5 3 ：一是应具有足够高的阻 尼损耗因子，二是作为实际应用的高分子阻尼材料还应该具有足够宽的阻尼温度范围。而 单一的聚合物往往由于阻尼损耗因子不够高或阻尼温域较窄，需要进行改性处理。传统的 改性方法有共混：1 7 硎、共聚。虮驯、填充婚m 引、互贯聚合物网络喇：等；现在具有代表性的新 方法有添加压电材料及添a n d , 分子阻尼赋予剂等。 苗传威5 司等研究发现，聚甲基丙烯酸甲酯丙烯酸乙酯丙烯酸正丁酯以共混比为3 3 3 3 混合后，共混物的阻尼性能较好，共混体系在0 以上形成了一个t a n 6 值大于0 7 、温域达 1 0 0 的阻尼平台。 g uj i a n 1 等通过填充两种漂珠来改性环氧树脂制备出漂珠环氧树脂复合材料，研究孔 隙率对材料阻尼性的影响，并探讨材料的阻尼减振机理。结果表明：这两种漂珠环氧树脂 复合材料的损耗因子均大于基体的损耗因子，且中空漂珠环氧树脂复合材料( 孔隙率为 4 2 ) 的损耗因子达到了0 7 3 - - 0 8 4 ，大于破碎漂珠环氧树脂复合材料( 孔隙率仅为1 4 ) 的损耗因子( o 5 5 - 0 6 8 ) ；漂珠环氧树脂复合材料的阻尼性主要是由基体的粘弹性贡献 的，并受孔隙率很大的影响。 h o r i 嘞：等以p z t 压电陶瓷微粒为填料，与环氧树脂复合制得p z t 高分子复合膜，并 使其极化产生压电性。研究结果表明，该复合材料的吸声性能增加。如果再加人一定量的 导电碳黑填料，材料的吸声效果更佳。 晏雄脚6 q 等用具有压电、介电效应的有机材料代替无机压电陶瓷，在高分子材料氯化 聚乙烯( c p e ) 中，填充导电的气相生长超细碳纤维和具有强介电性能的n ，n 二环己基2 苯并噻唑基亚磺酸胺，制备导电压电型阻尼材料。结果表明，当导电网络形成时，材料的 阻尼效果较好，因为这时复合材料内部的能量损耗主要是靠振动机械能一