（纺织材料与纺织品设计专业论文）环保型墙体吸音装饰非织造板材的研究.pdf

东华人学硕士学位论文 环保型墙体吸音装饰非织造板材的研究 摘要 近年来，绿色建筑问题越来越受到人们的关注，它以入、建 筑、自然环境的协调发展为目标，在利用天然条件和人工手段创 造良好、健康的居住环境的同时，尽可能地控制和减少人类对自 然资源的使用和破坏，充分体现向大自然的索取与回报之间的平 衡。本课题的研究工作以此思想为出发点，目的在于研制出一种 环保型的非织造室内建筑装饰材料，它具有吸音、隔热、阻燃等 功能，满足人们对绿色装饰目益增长的需求。 本课题利用涤纶纤维( 包括低熔点热熔性涤纶纤维和普通染 色涤纶纤维) 为原料，采用针刺加固工艺和热定型设备，研究了 环保型墙体吸音装饰非织造板材的生产工艺，以及工艺参数与产 品性能之间的关系。非织造板材的成型和定型是生产中的关键技 术，他们都对产品的最终性能起着重要作用。在试样研制中，重 点研究了非织造工艺中的开松、混合、梳理、铺网、预针刺，主 针刺工序对非织造板材成型性能的影响，尤其对针刺加固工艺中 的针刺密度、针刺深度和针刺频率进行了系统的分析。实验中采 用热风穿透式热定型机进行固结定型，热风温度、速度和加热时 间是热定型的重要工艺参数。速度根据生产需要并结合表面粘结 情况确定为5 m m i n ，温度的选择依据热熔性涤纶纤维的熔点， 并考虑到吸音非织造板材厚度较大的特点，最终确定热定型工艺 温度为17 0 。c ，同时研究了热定型工艺中热风温度、速度和加热 时间、冷却速率，以及拉伸率和含湿率对吸音非织造板材力学性 能和物理性能的影响。 环保型墙体吸音装饰非织造板材的性能研究主要包括对吸 声性能、保温性能、弯曲性能和阻燃性能的研究，其中非织造板 材的吸声性能和弯曲性能是本课题的研究重点。实验中采用驻波 管法测量材料的吸声系数，驻波管内径为lo o m m ，其测量频率上 限为2 0 0 0 h z ，下限为2 0 0 h z 。主要从非织造材料的厚度、表面粗 糙度、针刺密度、组成纤维和后空腔大小几方面来研究对非织造 板材吸声性能的影响因素，通过比较分析最终确定了较为合理的 工艺参数，当厚度为9 m m ，针刺密度为3 0 0 刺c m 2 ，原料中细纤 维含量比例大约6 0 ，安装后空腔的距离为5 c m 时非织造板材的 吸声性能较好，吸声系数可达到o 9 7 。非织造板材的保温性主要 与它本身的厚度、孔隙率和透气性有关，通过研究发现非织造板 材的保温性与厚度、孔隙率成正比关系，与透气性成反比关系。 在对弯曲性能分析时，建立了弯曲性能力学模型，得出厚度一定 的非织造板材的弹性模量与表层板材及非织造板材的芯层的弹 性模量正相关，与芯层厚度负相关。实验中还发现热定型的温度、 时间对吸音非织造板材的弯曲性能影响很大，随着定型温度和时 间的增加，板材的弯曲强度呈现先升高后下降的变化趋势。 由于吸音非织造板材为室内建筑装饰用材料，因此要求必须 具有阻燃性。实验中考虑到吸音非织造板材的实际应用情况，决 定采用阻燃后整理的方法来获得阻燃的效果。阻燃整理后非织造 板材的阻燃性能等级可达到b 2 级。 课题中还对环保型墙体吸音装饰非织造板材的工程应用进 行了分析研究，举例说明了该产品适用的场所，并制定了一套科 学的安装施工方法。 关键字：环保，墙体，吸音，非织造，装饰，涤纶 东华大学硕士学位论文 s t u d yo fe n v i r o n m e n t a ln e e d l e p u n c h e d n o n w o v e n sf o ri n d o o ra p p l i c a t i o n a b s t r a c t n o w a d a y s ，p e o p l ep a y m o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot h e e n v i r o n m e n t a lc o n s t r u c t i o n ，w h i c ha i m sa t t h eh a r m o n i o u s d e v e l o p m e n ta m o n gh u m a n ，c o n s t r u c t i o na n dn a t u r e w h i l ec r e a t i n g t h ec o m f o r t a b l ei n h a b i t a n c y ，w es h o u l dt r yo u rb e s tt oc o n t r o la n d d e c r e a s et h eu s ea n dd e s t r o y i n gt ot h en a t u r er e s o u r c e s ，a n de m b o d y t h eb a l a n c eb e t w e e nr e c e i v i n ga n dr e t u r n t h i st h e s i si sb a s e do nt h e a b o v et h i n k i n g ，a n dw i t ht h ep u r p o s eo fm a n u f a c t u r i n gak i n do f e n v i r o n m e n t a lo r n a m e n tf o ri n d o o rw a l l i n g ，w h i c hh a v et h ef u n c t i o n o fs o u n da b s o r p t i o n ，h e a ti n s u l a t i o n ，f l a m er e t a r d a n ta n ds oo n a t t h es a m et i m e ，s a t i s f y i n gt h e i n c r e a s i n gr e q u i r e m e n t o fe n v - i r o n m e n t a lo r n a m e n t w eu s et h es i n g l ep o l y e s t e r ( i n c l u d e sl o w m e l t i n gh e a ts e a l i n g p o l y e s t e r a n dc o m m o nc o l o r i n gp o l y e s t e r ) a sm a t e r i a l s ，a d o p t n e e d l ep u n c h i n gp r o c e s sa n dh e a ts e t t i n gm a c h i n e ，r e s e a r c ht h e r e l a t i o nb e t w e e np r o c e s s i n gp a r a m e t e ra n dp r o d u c tp e r f o r m a n c e s t h ek e yt e c h n o l o g yi nt h i ss u b j e c ti st h ep r o d u c t sf o r m i n ga n d s e t t i n g ，w h i c hi si m p o r t a n tt o t h ef i n a lp e r f o r m a n c e d u r i n gt h e m a n u f a c t u r e ，w ed i s c u s st h ei n f l u e n c eo fo p e n i n g ，m i x i n g ，c a r d i n g ， l a y i n ga n dn e e d l ep u n c h i n go nt h ep r o d u c t sf o r m i n g ，e s p e c i a l l y t h e n e e d l e dd e n s i t y ，d e p t ha n df r e q u e n c y t h ek i n do fh e a ts e t t i n g 东华大学硕 ：学位论文 m a c h i n ew eu s ei sh o t a i rp e n e t r a t i o n t h eh o t a i r st e m p e r a t u r e ， s p e e da n dh e a t i n gt i m ei st h em a i np r o c e s s i n gp a r a m e t e r i nt h e e x p e r i m e n tw em a d es u r et h eh o t a i rt e m p e r a t u r ew a s17 0 。ca n dt h e s p e e dw a s5 m m i nt h r o u g ha n a l y t i c a ls t u d y a tt h es a m et i m e ，w e r e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo fh o t a i rt e m p e r a t u r ea n ds p e e d ，h e a t i n g t i m e ，c o o l i n gr a t e ，e x t e n s i o n r a t ea n dm o i s t u r ec o n t e n to n n o n w o v e n sb o a r d t h e p e r f o r m a n c es t u d y i n c l u d e ss o u n d a b s o r p t i o n ，h e a t i n s u l a t i o n ，b e n da n df l a m er e t a r d a n t ，t h e r e i n t ot h es o u n da b s o r p t i o n a n d b e n dp e r f o r m a n c ei st h e s t u d ye m p h a s e s w e u s esw r m e a s u r e m e n tm a c h i n ef o rm e a s u r i n gs o u n da b s o r p t i o nc o e f f i c i e n t ， t h e f r e q u e n c yr a n g e i sf r o m2 0 0 h zt o2 0 0 0 h z w ed i s c u s st h e i n f l u e n c eo fn o n w o v e n s t h i c k n e s s ，s u r f a c er o u g h n e s s ，n e e d l e d d e n s i t y ，c o n t e n to ff i b e ra n db a c kd i s t a n c et ot h ew a l lo ns o u n d a b s o r p t i o np e r f o r m a n c e t h r o u g he x p e r i m e n ta n da n a l y s i s w e c o n c l u d et h a tt h en o n w o v e n sb o a r dh a sn i c es o u n da b s o r p t i o n p e r f o r m a n c ew h e nt h e t h i c k n e s si s9 m m ，n e e d l e dd e n s i t yi s3 0 0 p i n c m za n dt h ec o n t e n to ff i n ef i b e rl e s st h a n6 0 ，a n dt h es o u n d a b s o r p t i o nc o e f f i c i e n tc a nr e a c ht oo 9 7 t h eh e a ti n s u l a t i o ni s i n r e l a t i o nt ot h en o n w o v e n sb o a r d s t h i c k n e s s ，p o r o s i t ya n d a i r p e r m e a b i l i t y w e s e tu pb e n dm o d e lf o r a n a l y z i n g t h eb e n d p e r f o r m a n c e t h eb e n dp e r f o r m a n c ei sr e l a t e d t oh e a ts e t t i n g s t e m p e r a t u r ea n dt i m e w i t ht h e i n c r e a s eo ft e m p e r a t u r ea n dt i m e ， t h es t r e n g t ho fb e n dg ou pf i r s t ，a n dt h e nd e c l i n e i n t h ee x p e r i m e n t ，w eu s ef i r er e t a r d a n tf o rf l a m er e t a r d a n t f i n i s h i n g a f t e rf i n i s h i n gt h en o n w o v e n sb o a r d sf l a m er e t a r d a n t c l a s sc a nr e a c ht ob 2 i nt h i st h e s i s ，w ea l s os t u d yt h ep r o j e c ta p p l i c a t i o no ft h e e n v i r o n m e n t a l n e e d l e p u n c h e dn o n w o v e n s ，a n d i l l u s t r a t et h e 东华大学硕七学位论文 a p p l i c a t i o n sl o c a t i o n ，a n dc o n s t i t u t e t h es c i e n t i f i cc o n s t r u c t i o n p l a n y a nz h i p e n g ( t e x t i l em a t e r i a l sa n df a b r i cd e s i g n ) s u p e r v i s e db yj i nx i a n g y u ( a s s o c i a t ep r o f e s s o r ) k e yw o r d s ：e n v i r o n m e n t a l ，w a l l i n gm a t e r i a l ，s o u n da b s o r p t i o n ， n o n w o v e n s ，o r n a m e n t ，p o l y e s t e r 附件一： 东华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。 学位论文作者签名：闫恚脚挎 日期：埘年；f l 加日 附件- - r - 东华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。本人授权东华大学可 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。 保密，在! 二年解密后适用本版权传。 本学位论文属于 不保密口。 繇闺删乌躲芬础呈 e t 期：五一舜阳加日 筘从年缈砧 东华大学硕：l = 学位论文第一章前言 1 1 吸声材料介绍 第一章前言 人们在生活中离不开声音，声音作为信息，传递人们的思维和感情， 并进行工作和社会活动，声音在生活中起着非常重要的作用。但有些声音 干扰人们的工作、学习、休息、影响人们的身心健康。从声理学上讲，人 们不需要的声音就称其为噪声。从物理学上看，无规律、不协调的声音， 即频率和声强都不同的声波杂乱组合就称其为噪声。 近年来，随着现代工业化和交通运输业的发展，噪声污染问题日益突 出，已成为危害人身健康和污染环境的主要因素，它和空气污染、水污染 并列为当代三大污染源。而且，噪声是受到抱怨和控告最多的污，染源，已 成为当今世界性的大问题，被列为国际公害之一。古往今来，人们都希望 生活在安静舒适的环境中，这对于人类文明有着十分重要的意义。进入2 1 世纪，随着科学进步，人们生活质量进一步提高，人们对声学质量的要求 越来越高。如何降低噪声的危害已成为目前一项十分迫切的任务。 综观国内外在噪声控制方面所做的工作可以看到，噪声控制主要从两 方面入手，一是对噪声源进行治理，即将发声大的设备改造成发声小或者 不发声的设备，这是最积极最彻底的措施；二是在传播途径上降噪，主要 是开发研制各种吸声材料及其结构。 所谓吸声材料，就是可以把声能转换为热能的材料，它按吸声机理可 分为多孔吸声材料和共振吸声结构材料两大类 。本课题所研究的环保型 墙体吸声装饰非织造板材属于多孔吸声材料，因此下文将主要对多孔吸声 材料进行介绍。一般的多孔吸声材料具有高频吸声系数大、比重小等优点， 但低频吸声系数低；虽然多孔吸声材料存在一些不足，但由于其取材范围 广，加工制造工艺相对简单，并且随着一些新型多孔材料的研究成功，其 低频吸声性能已得到很大提高，因此多孔吸声材料成为目前应用最广泛的 吸声材料。 东华大学硕士学位论文第一章前言 1 1 1 多子l 吸声材料的结构特征和吸声机理 最初的多孔吸声材料是以麻、棉、棕丝、毛发、甘蔗渣等天然动植物 纤维为主，目前则以玻璃棉、矿渣棉等无机和有机纤维替代。这些材料可 以为松散的，也可以加工成棉絮状或采用适当的粘结剂加工成毡状或板 状。 1 多孔吸声材料的结构特征 ( 1 ) 材料内部具有大量微孔或间隙，而且孔隙细小且在材料内部均匀 分布。 ( 2 ) 材料内部的微孔是互相连通的，单独的气泡和密闭间隙不起吸声 作用。 ( 3 ) 微孔向外敞开，使声波易于进入微孔内，不具有敞开微孔而仅有 凹凸表面的材料不会有好的吸声性能。 2 二多孔吸声材料的吸声机理【2 】 惠更斯原理：声源的振动引起波动，波动的传播是由于介质中质点间 的相互作用。在连续介质中，任何一点的振动，都将直接引起邻近质点的 振动。声波在空气中的传播满足其原理。 多孔吸声材料具有吸声作用主要是：多孔材料内部具有无数细微孔 隙，孔隙间彼此贯通，且通过表面与外界相通，当声波入射到材料表面时， 一部分在材料表面反射掉，另一部分则透入到材料内部向前传播。在传播 过程中，引起孔隙的空气运动，与形成孔壁的固体筋络发生摩擦，由于粘 滞性和热传导效应，将声能转变为热能而耗散掉。声波在刚性壁面反射后， 经过材料回到其表面时，一部分声波透射到空气中，一部分又反射回材料 内部，声波通过这种反复传播，使能量不断转换耗散，如此反复，直到平 衡，由此使材料“吸收”了部分声能。可见，只有材料的孔隙在表面开口， 孔孔相连，且孔隙深入材料内部，才能有效地吸收声能。有些材料内部虽 然有许多微小气孔，但气孔密闭，彼此不互相连通，当声波入射到材料表 面时，很难进入到材料内部，只是使材料做整体振动，其吸声机理和吸声 特性与多孔材料不同。如聚苯和部分聚乙烯泡沫塑料以及加气混凝土等， 内部虽有大量气孔，但多数气孔为单个闭合，互不相通，它们只能作为隔 2 东华大学硕士学位论文第一章前言 热保温材料，不能用作吸声材料。 1 1 2 影响多孔材料吸声特性的因素 影响多孔材料的吸声特性的主要因素是材料自身的空气流阻、孔隙率 和结构因子，其中，以空气流阻最为重要。 空气流阻是指在稳定气流状态下，吸声材料中压力梯度与气流线速度 之比，它反映了空气通过多孔材料的阻力大小。单位厚度材料的流阻，称 为比流阻。流阻对材料吸声特性的作用表现为，当材料流阻降低时，其低 频吸声系数很低，但到了某一中高频段后，吸声系数陡然增大，而且高流 阻材料与低流阻材料相比高频吸声系数明显下降，低中频吸声系数有所提 高。当材料厚度不大时，比流阻越大，说明空气穿透量越小，吸声性能会 下降；但若比流阻太大，声能因摩擦力、粘滞力而损耗的功率也将降低， 吸声性能也会下降。当材料厚度充分大时，比流阻越小，圾声越大。所以， 多孔材料存在一个最佳的流阻值，过高和过低的流阻值都无法使材料具有 良好的吸声性能。通过控制材料的流阻可以调整材料的吸声特性。 1 1 3 多孔吸声材料的种类 内部有许多微小细孔直通材料表面，或其内部有许多相互连通的气 泡，具有一定的通气性能，凡在结构上具有以上特征的材料都可以作为吸 声材料。 多孔吸声材料按其选材的柔顺程度分为柔顺性和非柔顺性材料3 ，4 1 ，其 中柔顺性吸声材料主要是通过骨架内部摩擦、空气摩擦和热交换来达到吸 声的效果；非柔顺性材料主要靠空气的粘滞性来达到吸声的功能。 多孔吸声材料按其选材的物理特性和外观可分为有机纤维材料、无机 纤维材料、吸声金属材料、泡沫材料和吸声建筑材料五大类【5 扣】。 ( 1 ) 有机纤维材料。早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品，如 棉、麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板，以及稻草板等有机天然纤 维材料。有机合成纤维材料主要是化学纤维，如丙纶、涤纶等。这些材料 在高频范围内具有良好的吸声性能其优点是成本低，但防腐、防潮性能 差。 ( 2 ) 无机纤维材料。无机纤维材料主要有玻璃丝、玻璃棉、岩棉和 东华大学硕士学位论文第一章前言 矿渣棉及其制品。这类材料的优点是密度小、防蛀、耐蚀、耐热、抗冻、 隔热等。它们的缺点是在施工安装的过程中因纤维性脆，容易折断形成粉 尘散逸而污染环境、影响呼吸、刺痒皮肤，受潮后吸声性能急剧下降，且 软性结构，表面需有保护层，如穿孔板、透气织物等进行保护和装饰，构 造比较复杂，体积大，储存和运输麻烦【7j 。 ( 3 ) 吸声金属材料。包括金属纤维材料和多孔泡沫金属材料。其中 金属纤维材料，有不锈钢纤维8 1 ，铝纤维9 1 等金属纤维经过加工制作而成， 金属纤维材料的优点是强度高、耐高温、较好的耐水性和耐腐蚀性，但金 属纤维材料跟无机纤维材料一样，其质软表面，需保护层。多孔泡沫金属 材料的研究，目前涉及到的金属包括a l 、n i 、c u 、m g 等 1 0 , 1 1 】，多孔泡沫 金属材料也有强度高、耐高温、较好的耐水性和耐腐蚀性的特点。但由于 其仍然拥有金属的特性，故在耐水性、耐候性、耐腐蚀性方面不如吸声建 筑材料。 ( 4 ) 泡沫材料。泡沫材料主要有泡沫塑料和泡沫玻璃。用作吸声材 料的泡沫塑料有米波罗、氨基甲酸脂泡沫塑料等，这类材料的特点是密度 小、导热系数小、材质柔软等。其缺点是易老化，耐火性差【1 2 】。 ( 5 ) 吸声建筑材料。吸声建筑材料为各种具有微孔的泡沫吸声砖、 膨胀珍珠岩 泡沫猩凝土等材料，其中多孔陶瓷吸声材料也属于吸声建筑 材料，它们具有保温、防潮、耐蚀、耐冻、耐高温等优点。 1 1 4 顷声材料的应用 吸声材料最早用于对听闻音乐和语言有较高要求的建筑物中，如音乐 厅、剧院、播音室等。随着人们对声环境质量要求的提高，吸声材料在一 般建筑中也得到了广泛的应用。图1 1 为吸声材料在会议室和高级宾馆大厅 中的应用图片，左面图中吸声非织造材料装饰在墙面，右面图中深色部分 为吸声非织造材料。 在音质设计中，对房间的墙面、顶棚进行吸声处理或者悬挂强吸声体， 可以减弱反射声，降低噪声；在产生气流噪声的进气或排气管道中设置消 声器，能有效地降低气流噪声，减少噪声污染；利用吸声材料还可以调整 声场分布、消除回声、控制反射声以获得合适的混响时间。 4 东牛人学，学位论立靖一秆前 固l 幽1 1 吸卢材料在会议空莆i 宾馆人j 于中的廊 随着现代科学技术的飞速发展，吸声材料的花色和品种越来越多，以 满足人们对吸声材料不断增长的需要吸声材料的应用也会越来越广泛。 1 2 吸声材料国内外发展状况 随着社会的芨展和生活水平的提高，人们在工作、学习和生活中，对 声环境的要求已经愈柬愈高。噪声对人们的听力、睡眠、生理、心理及周 围环境等方面造成很大影响和危害，社会对吸声材料的需求量呈迅猛增长 之势，同时也对吸声材料的性能提出了更高更多的要求。吸声材料强须实 现从过去单一吸声功能向高吸声性、装饰性、经济性和j ；| ：保性等多功能转 变。 吸声材料的发展经历了以下几个阶段：第一阶段是利用棉、麻等天然 有机材料作为吸声材料，但由于这类材料不防火、不防潮、易腐烂等因素 限制了它们的使用；第二阶段是无机材料取代了上述有机材料的阶段，如 膨胀珍珠岩砌块，岩棉等，但它们又由于性脆、不易施工、对人体皮肤有 刺激性等因素，未能得到广泛应用：第三个阶段是利用合成高分子材料为 基础材料柬制取新的吸声材料。由于这类吸声材料具有吸声性能优良、导 热系数低、防腐防潮、成本低、工艺简单、阻燃等优点，在近些年得到广 泛的关注、研究和丌发。 近几十年来，多孔纤维性无机吸声材料。特别是矿物纤维材料得到了 东华大学硕士学位论文第一章前言 广泛的生产和应用，这其中包括岩棉、矿棉和玻璃棉等。由于无机维材料 具有吸声性能好、质轻、不易燃等特性，所以在声学工程中得到广泛的应 用。国内有好几家建材公司都有这些材料的生产，如江西诚达阻燃吸声材 料有限公司、上海启隆装饰材料有限公司、承德天工建材有限公司等。但 是这类纤维材料本身比较疏松，纤维性脆，在安装施工过程中易于折断散 落形成粉尘，造成粉尘污染，短纤维粉末使人体皮肤产生刺痒；另外，使 用过程中容易风化脱落，造成环境污染，所以越来越受到环保和卫生保健 专家的批评，世界上一些国家已经明令禁止了这种材料的生产。为此，对 新型吸声材料的开发和研究日益受到人们的重视。 基于钎维性吸声材料的这些不足之处，人们发出了对下一代吸声材料 研究的呼声。当前普遍采用三种解决办法，第一种就是金属微穿孔板吸声 体，微穿孔板吸声体是根据国内著名声学专家，中国科学院声学研究所马 大猷教授的微穿孔板吸声结构基础理论 13 1 发展而来的一种新型清洁无污 染的吸声材料。这种吸声材料在吸声性能及环境保护方面都具有很多优 点。中国访问学者查雪琴曾成功地运用此吸声材料解决了德国联邦议会全 体会议大厅的音质问题，为微穿孔板吸声体提供了大展身手的机会。微穿 孔板吸声体是一种良好的共振吸声结构，它利用丝米级微孔( 1 丝米= 0 1 毫米) 来取得与歹汽相匹配的声阻，利用改变穿孔率和后空腔来改变共振 频率。但是，钻孔造价成本昂贵却是这种吸声材料市场拓展的致命弱点。 第二种是薄板吸声材料。这种材料清洁无污染，但吸声频带太窄，不 利于频带较宽噪声的控制。另外还有一种应用较少的多孔性金属板吸声材 料，像金属纤维1 4 1 、多孔铝等1 1 5 】。这些金属吸声材料具有耐高温、耐高压、 不怕水、不怕油、纤维之间缠绕力强、不易被吹飞等特点，可被应用于汽 车的消声器、过滤器、核反应器内壁等。但是，这些金属吸声材料造价相 对较高，在吸声材料竞争日益加剧的今天，用其作为室内墙体降噪吸声材 料是很不划算的。 第三种是目前应用的即有机泡沫型吸声材料。现在，世界上许多国家 正在利用合成高分子材料来制取具有阻燃性、防腐防潮、使用寿命长、导 热系数低、吸声性能优良、无污染的泡沫型有机吸声材料。国内西安交通 6 东华大学顾l 学位论文第一章前吉 大学环境与工程学院在这方面进行了研究，他们对聚合物基复合泡沫材料 的吸声机理进行了正交实验分析；上海同济大学声学所也曾对聚氰胺酯泡 沫材料的吸声性能进行过分析 16 i ，但他们都没有指出该材料的具体应用范 围。在国外，日本也注意新吸声材料的研究开发 1 7 】，他们已经研制生产出 了一种泡沫型有机吸声材料，具有清洁卫生标准，同时吸声效果也很不错。 但是，这种泡沫吸声材料的造价目前还令人难以接受，高出我国矿棉类吸 声材料价格1o 倍以上( 矿棉类吸声材料价格大约为4 0 元m 2 ) ，因此在我国 还不能得到推广应用。 对建筑方面的减振、防噪多孔材料的研究与应用，国内外已取得较大 的成就，但对纺织材料吸声研究的资料还比较少。国内的研究也只是停留 在一些新型和常用的室内装饰纺织材料性能的定性评价上，。对纺织装饰织 物吸声特性的系统实验研究较少。而且这些研究仅着眼于织物材料的吸声 ， 性能，只是对整体环境效果的一般评价，而没有针对织物本质的吸、隔音 效果和机理的分析，即没有针对同种织物在不同频段中其声压级的变化情 况，以及不同种织物在同频段中其声压级的变化情况的分析，尤其是目前 的多层织物、非织造材料和纺织复合材料的分析。 有关室内装饰材料的吸声性能也只是有理论研究，至于开发这类具有 吸音性能的新产品，国内外报道的不多。 国外对减振、防噪材料的研究主要是针对由铅纤维制成的复合材料， 这种材料具有隔音、吸声、减振等多种功能。各种金属非织造复合材料都 有较好的吸音性能，其中以铅纤维复合材料的吸音效果尤为突出。 美国己开发出一种p o l p r e n t 的产品 1 8 】，其主要成分是聚酯纤维，再 加少量的聚丙烯纤维，通过热粘合方法加工而成非织造材料，其本身与其 他的非织造材料没有任何区别，但如果在其夹层中加入金属层或金属网的 话，就会有良好的吸音性能。 s o u n d t e x 吸声非织造布1 9 1 是德国百得补公司研制生产的一种新型纺 织纤维吸声材料，它同无机纤维吸声材料相比重量轻、体积小，且运输、 安装极为方便。 中国台湾一厂家加工普通的非织造材料时，在其中间层加人锡箔纸， 7 东o # 人学觑1 学位论义 第一帝前一 显著地提高了其吸音性能m l 。 1 3 非织造吸声材料 非织造是纺织工业新的工艺技术，它具有许多其它纺织品不可比拟的 突出性能，并被广泛应用于人类的衣食住行和各产业领域。新型非织造材 料与计算机学科、高分子材料学科相结合，综合了纺织、化工、塑料、造 纸，印刷等技术，充分利用了现代物理学、化学等学科的有关研究成果。 非织造材料的飞速发展，充分体现了构成非织造材料基础的化学纤维、粘 合剂及其加工技术的不断创新，同时表现在非织造产品及其市场用途的迅 猛拓展。 j 璺ii 一21 r 织造吸卢材料的麻川 非织造材料由于具有多孔性、柔软性及弹性，非常适合用作吸声材料。 当声波入射到这些多孔、柔性的材料表面时，有一部分透入材料内部，而 另一部分在材料表面上反射。透入材料内部的声波在央缝和微孔中左右传 播并与构成狭缝和微孔的固体材料产生摩擦。由于粘滞性和热传导效应 会消耗一部分声能这样就具有了吸声的效果。图1 2 为非织造吸声材料 在高级餐厅中的应用图片，其中吸声材料装饰在墙面和顶棚。 众所周知，目前国内装饰材料主要采用木质板材，但木质板材易变形， 吸音效果差，而且容易燃烧，施工不方便；用于木板连接的枯合剂大部分 含有易挥发的有毒性物质，如甲醛含量超标。有些术质材料还会挥发出刺 激性气味，人们长期生活在这样的环境下，会对身体健康造成很大危害。 东华人学硕1 ：学位论文第一章前言 而目前使用的吸声材料大多为无机纤维材料，如：玻璃棉、岩棉和矿渣棉。 由于无机纤维材料具有吸声性能好、质轻、不燃等特性，所以在声学工程 中得到广泛应用。但是，这类纤维材料本身比较疏松，纤维性脆，在安装 施工过程中易于折断散落，形成粉尘，短纤维粉末对皮肤产生刺痒，同时 也污染工作环境。 非织造材料作为室内装饰吸声材料，可用以替代织物用于装修墙壁， 有柔和的外观和舒适的触感，有吸湿放湿的湿度调节功能，还便于加入功 能性纤维材料。比如在非织造材料中加入镀金属纤维，可以增加屏蔽电磁 波的功能；加入抗菌纤维、防霉纤维、消臭纤维可有利于卫生保健，同时 具有阻燃功能。 开发吸声装饰非织造材料，它不仅在性能上较木质材料有了很大改进。 而且与无机纤维吸声材料相比，重量轻，体积小，储藏运输、安装施工 7 ， 极为方便。它可以改变生环境，提高音质量，集功能性与装饰性于二体， 具备吸音、降噪、保温、防霉、防潮的特性。结构紧密防撞，抗拉强力大， 不易变形，从而解决了人们对装饰材料安全性、舒适性和环保型的要求， 顺应了人们对自然与美，舒适与健康结合的需求。 1 4 本课题的研究内容及意义 1 4 1 研究内容 本课题对非织造吸声装饰板材进行研制，通过对该材料应用要求，吸 声板的基本特征，可加工性，涤纶纤维材料对吸声性能，成型性能与针刺 工艺定型温度关系的研究，制定实验方案，并根据对实验结果的分析进一 步优化实验方案，得到物理，机械性能更加优良的产品。 板材的成型和定型是生产中的关键技术，他们都对产品的最终性能起 着关键性作用。因此对针刺工艺的参数研究和固结定型中温度、速度、时 问的控制变得尤为重要，实验重点也主要放在这两大方面，通过对产品性 能进行研究分析，最终得到一组使产品的性能值达到最佳效果的工艺参 数。 9 东华大学硕士学位论文第一章前言 1 4 2 课题研究意义 1 改变以往使用木质材料作为室内装修建筑的历史，原料来源丰富 易回收。 从可持续发展的角度来看：目前全球的森林资源正在受到严重的破 坏，人们大量砍伐树木造成了水土流失，土壤沙漠化，大气条件也随之恶 化。为了保护我们的生存环境，许多领域已经禁止使用木质材料来减少对 森林的破坏。据了解，目前我国室内装修材料大多采用三夹板，但在生产 三夹板过程中会产生大量污水，碱水，废弃物等污染，对环境造成严重破 坏。而我们采用聚酯纤维作为非织造板材的原料，不仅摆脱了室内装修对 木质材料的依赖，而且原料来源广泛，可利用瓶料、泡泡料、三角料等聚 7 酯材料生产相关的涤纶纤维，来制造非织造吸声材料。 从环保的角度来看：采用同类的聚酯纤维为原料易回收，并可循环使 用，不污染环境。 2 利用针刺非织造材料自身的三维多孔结构特点，赋予非织造板材 吸声的功能。 由于针刺非织造板材具有多孔的结构，当声波入射到材料表面时，就 有一部分透人材料内部，而另一部分在材料表面上反射。透人材料内部的 声波在夹缝和微孔中左右传播，并与构成狭缝和微孔的固体材料产生摩 擦。由于粘滞性和热传导效应会消耗一部分声能，这样就具有了吸声的效 果。 3 使装饰材料实用性，安全性与舒适性的要求得到统一。 非织造板材结构紧密防撞，抗拉强力大，不易变形，无刺激性气味， 对人体无害。且经过后处理有阻燃效果，从而解决了人们对装饰材料安全 性、舒适性和环保型的要求，顺应了人们对自然与美，舒适与健康结合的 需求。 同时非织造装饰吸声板材便于切削，安装施工都很简捷。节省了人力、 物力，具有实用经济性。 1 0 东华大学颂= e 学位论文 第一章前言 参考文献 1 刘惠玲主编环境噪声控制 m ，哈尔滨：哈尔滨一l ：业大学出版社，2 0 0 2 ：7 5 9 8 e 23 洪宗辉主编环境噪声控制工程 m ，北京：高等教育出版社，2 0 0 2 ：儿8 1 4 4 3 c g u i g o u ，c r f u l l e r ，c o n t r o lo fa i r c r a f ti n t e r i o rb r o a d b a n dn o i s ew i t hf o a mp v d f s m a r ts k i n ，a i a a ，1 9 9 9 ，2 2 0 ( 3 ) ：5 4 l - 5 5 7 4 m c c o r m a c ktm ，m i l l e rr ，k e l s e rg ，e t c ，f a i l u r eo fs a n d w i c hb e a m sw i t hm e t a l l i c f o a mc o r e s ，i n t js o l i d sa n ds t r u c t u r e s ，2 0 0 l ，( 3 8 ) ：4 9 0 1 - 4 9 2 0 5 a n d r e w sew ，g i b s o n 【j ，t h ei n f l u e n c eo fc r a c k sn o t c h e sa n dh o l e so nt h et e n s i l e s t r e n g t ho fc e l l u l a rs o l i d s a e t am a t e r i a l i a ，2 0 0 1 ，5 ( 4 9 ) ：2 9 7 5 2 9 7 9 6 叶海，钟祥璋吸声材料研究的发展 j ，上海建材，2 0 0 1 ，( 1 ) ：1 2 1 4 7 钟祥璋铝纤维吸声板的材料特性及应用 j ，新型建筑材料，2 0 0 0 ，( 1 1 ) ：1 9 2 2 8 马建敏金属纤维材料吸声特性的试验研究 j ，机械科学与技，2 0 0 0 ，1 9 ( 3 ) ： 4 4 9 4 5 l 9 陈宏灯，程桂萍孔结构对多孔铝吸声性能的影响 j ，机械工程材料，1 9 9 9 ，( 4 ) ： 1 0 1 3 i 0 汤慧萍，张正德金属多孔材料的发展现状 j ，稀有金属材料与工程? ，1 9 9 7 ， 2 6 ( 1 ) ：l 6 11 金卓仁泡沫金属吸声材料的研究 j ，噪声与振动控制，1 9 9 3 ，6 ( 3 ) ：3 1 3 5 1 2 z w i c k e r c ，k o s t e n c ，s o u n da b s o r b i n gm a t e r i a l s j 】，e l s e v i e ra m s t e r d a m m ，1 9 9 4 ， 2 ( 2 ) ：2 2 2 4 1 3 马大猷微穿孔板结构的理论与设计 j ，中国科学，1 9 7 5 ，( 1 ) ：2 4 2 6 1 4 张燕，陈花玲金属纤维材料的吸声特性及应用研究 j ，噪声振动与控制，1 9 8 2 ， 2 ( 2 ) ：3 2 3 5 1 53 陈宏灼，程桂萍孔结构对多孔铝吸声性能的影响 j ，机械工程材料，1 9 9 9 ， ( 4 ) ：1 0 1 3 1 6 毛东兴，洪宗辉聚氰胺脂泡沫材料吸声性能及其低频扩展 j ，喋声与振动控 制，1 9 9 9 ，1 ( 4 ) ：1 4 1 8 i7 z w i c k e r c ，k o s t e n c ，s o u n da b s o r b i n gm a t e r i a l s j ，e l s e v i e ra m s t e r d a m m ， 东华大学硕士学位论文 第一章前言 1 9 9 4 ，2 ( 2 ) ：2 2 2 4 1 8 s h o s h a n i ，y ，y a k u b o v ，y a ，n u m e r i c a la s s e s s m e n to fm a x i m a la b s o r p t i o n c o e f f i c i e n t sf o rn o n w o v e nf i b e rw e b s j ，a p p l i e da c o u s t i c s ，2 0 0 0 ，( 3 ) ：5 9 ， 7 7 - 8 7 1 9 冬利，罗小华，钟祥章s o u n d t e x 吸声无纺布的吸声特性【j 】，噪声与振动控制， 1 9 9 8 ，( 5 ) ：3 2 3 4 2 0 】程文彬纺织材料隔声性能的研究， 硕士研究生论文 ，上海：东华大学，1 9 9 6 1 2 东华大学硕二t 学位论文第二章实验设计 第二章实验设计 帚一早头与亚阪丌 2 1 环保型墙体吸音装饰非织造板材设计 本课题所研究的是一种用于室内装饰的建筑性材料，严格地说，应当 称为室内建筑装饰材料。现代室内装饰材料，不仅能改善室内的艺术环境， 使人们得到美的享受，同时还兼有绝热、防潮、阻然、吸声、隔音等多种 功能，起着保护建筑物主体结构，延长其使用寿命以及满足某些特殊要求 的作用，是现代建筑装饰不可缺少的类材料。 以往室内装饰材料多为木板，玻璃纤维，矿棉等材料制成，它们对环 境和人体都有定的危害作用，这在第一章中已经详细说明了，而一些高 弋 级的装饰材料，虽然在各方面效果都很优越，但价格过于昂贵7 ；还不能得 到普及。因此本课题以此为出发点，预期研制出一种性能优越，同时适合 于大众消费者的室内装饰材料。 首先考虑到产品的环保问题。在生态危机向人类挑战的今天，人们越 来越关注人居与自然生态的和谐，绿色建筑应时而出。绿色建筑也称可持 续发展建筑，包括生态建筑、回归大自然建筑、节能环保建筑等概念，是 同“可持续发展”这一战略概念密切相关的。它以人、建筑、自然环境的 协调发展为目标，在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境 的同时，尽可能地控制和减少人类对自然资源的使用和破坏，充分体现向 大自然的索取与回报之间的平衡。我国政府推行的“绿色住宅”认证制度 以及中国室内装饰协会开展的“绿色装饰年”等活动都推动了绿色建筑 这一趋势的发展。本课题所研制的产品以此思想为出发点，选择单一品种 涤纶纤维作为原材料，有利于产品的回收再利用，节约了能源。同时它具 有吸声、保温、阻燃等作用，而且对人体和环境没有任何危害，很好的体 现了绿色装饰这一概念。 其次是生产工艺的确定。近年来，非织造工艺以其流程短、生产速度 快、产量高、产品用途广等优点