功能材料——多孔吸声材料

1、LOGO 多孔吸声材料的展望多孔吸声材料的展望 Prospect of Porous Absorption Materials u关敬涛关敬涛 u李李 东东 u刘晓丽刘晓丽 目录目录 u1. 背景说明及生活常识举例背景说明及生活常识举例 u2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 u3. 影响吸声材料的因素影响吸声材料的因素 u4. 未来展望及应用未来展望及应用 背景背景 随着现代工业和交通运输业的发展随着现代工业和交通运输业的发展, , 环境污染也随之产生环境污染也随之产生, , 噪声污染是当今世界污染的三大问题之一噪声污染是当今世界污染的三大问题之一, , 噪声不仅危害噪声不仅危害 人的听觉系统

2、人的听觉系统, , 而且还会加速建筑物和机械结构的老化而且还会加速建筑物和机械结构的老化, , 影响设备及仪表的精度和使用寿命。因此影响设备及仪表的精度和使用寿命。因此吸声降噪吸声降噪逐渐演逐渐演 变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决 的重要课题。的重要课题。 生活常识举例生活常识举例 在冬天，一场大雪过后在冬天，一场大雪过后， 人们会感到窗外万籁俱寂。人们会感到窗外万籁俱寂。 这是怎么回事这是怎么回事？ 1. 背景说明及生活常识举例背景说明及生活常识举例 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 吸声机理吸声机理 2.1 共振吸声结构

3、材料共振吸声结构材料 结构特性：结构特性：为亥姆霍兹共鸣器式结构为亥姆霍兹共鸣器式结构, , 利用入射声波在结构内产生共振利用入射声波在结构内产生共振, , 从而使大量能量从而使大量能量 耗逸。利用了共振原理耗逸。利用了共振原理, , 因而吸声的频带较窄。因而吸声的频带较窄。 2.2 多孔吸声结构材料多孔吸声结构材料 结构特征：结构特征：材料内部具有大量互相连通的材料内部具有大量互相连通的 微孔或间隙微孔或间隙, , 而且孔隙细小且在材料内部均匀分布而且孔隙细小且在材料内部均匀分布 。 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2 多孔吸声材料多孔吸声材料 吸

4、声机理吸声机理： 当声波入射到材料表面时当声波入射到材料表面时, , 一部分在材料表面反射一部分在材料表面反射, , 另一部分则透到材料内部向前传播另一部分则透到材料内部向前传播, , 在传播过程中在传播过程中, , 引起孔引起孔 隙中的空气运动隙中的空气运动, , 与形成孔壁的固体发生与形成孔壁的固体发生摩擦摩擦, 由于粘滞性由于粘滞性 和热传导效应和热传导效应, , 将声能转变为热能耗散掉。将声能转变为热能耗散掉。 声波在刚性壁面反射后声波在刚性壁面反射后, , 经过材料回到表面时经过材料回到表面时, , 一一 部分声波透射到空气中部分声波透射到空气中, , 一部分又反射回材料内部一部分又

5、反射回材料内部, , 声波通声波通 过这种反复传播过这种反复传播, , 使能量不断转换使能量不断转换耗散耗散, 如此反复如此反复, , 直到平直到平 衡衡, , 由此使材料吸收部分声能。由此使材料吸收部分声能。 2.2 多孔吸声结构材料多孔吸声结构材料 分类分类 泡沫类吸声材料泡沫类吸声材料 纤维类吸声材料纤维类吸声材料 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2 多孔吸声结构材料多孔吸声结构材料 2.2.1纤维类吸声材料纤维类吸声材料 按其选材的物理特性和外观主要分为按其选材的物理特性和外观主要分为 有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、 金属纤维吸声材料金

6、属纤维吸声材料。现在的研究中。现在的研究中, 更注更注 重各种纤维材料在实际中的应用。重各种纤维材料在实际中的应用。 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 2. 吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2 多孔吸声结构材料多孔吸声结构材料 2.2.2泡沫吸声结构材料泡沫吸声结构材料 分类分类 闭孔泡沫闭孔泡沫 半开孔泡沫半开孔泡沫 开开孔泡沫孔泡沫 2 .吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2.2泡沫吸声结构材料泡沫吸声结构材料 闭孔泡沫材料闭孔泡沫材料：闭孔结构的泡沫金属材料闭孔结构的泡沫金属材料, ,以闭孔以闭孔泡沫铝泡沫铝为为 代表代表, , 闭孔泡沫铝的吸声系数比较低闭孔泡沫铝的吸声系数比较低,

7、 , 是由于声波很难到达是由于声波很难到达 孔隙内部孔隙内部, , 与其内部相互作用与其内部相互作用, , 仅有一些裂缝和微孔仅有一些裂缝和微孔, , 本身本身 并不能作为良好的吸声材料。并不能作为良好的吸声材料。 闭孔泡沫铝宏观照片闭孔泡沫铝宏观照片 Typical structure of close celled aluminum foamTypical structure of close celled aluminum foam 2.吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2.2泡沫吸声结构材料泡沫吸声结构材料 半开孔泡沫材料半开孔泡沫材料：半开孔泡沫铝半开孔泡沫铝, , 可以通过高压渗流

8、制备可以通过高压渗流制备, , 在其制备过程中在其制备过程中, , 通过控制制备参数通过控制制备参数, , 来达到预计的孔连来达到预计的孔连 接性。接性。 半开孔泡沫铝宏观照片半开孔泡沫铝宏观照片 Typical structure of semi open celled aluminum foamTypical structure of semi open celled aluminum foam 2.吸声材料的分类吸声材料的分类 2.2.2泡沫吸声结构材料泡沫吸声结构材料 开孔泡沫材料开孔泡沫材料：现在提出了把旋转发泡法和颗粒浸出法结现在提出了把旋转发泡法和颗粒浸出法结 合起来的方法合起来

9、的方法, , 可以通过控制颗粒的形状尺寸可以通过控制颗粒的形状尺寸, , 来控制孔隙来控制孔隙 率和孔形状率和孔形状, , 能够制得孔隙率为能够制得孔隙率为0.9 0.9 的高孔率材料的高孔率材料, , 由于开由于开 孔泡沫材料具有孔泡沫材料具有复杂的渠道结构以及表面粗糙的内部空隙复杂的渠道结构以及表面粗糙的内部空隙, , 导致其具有较高流阻导致其具有较高流阻, , 所以开孔泡沫铝的整体吸声性能要比所以开孔泡沫铝的整体吸声性能要比 闭孔的好的多。闭孔的好的多。 开孔泡沫铝宏观照片开孔泡沫铝宏观照片 Typical structure of open celled aluminum foamTy

10、pical structure of open celled aluminum foam 3.影响吸声材料的因素影响吸声材料的因素 3.1 空气阻流的影响空气阻流的影响 空气流阻：空气流阻：定义为材料两面的静压差和气流线速度定义为材料两面的静压差和气流线速度 之比之比, , 它反映了空气通过多孔材料时材料的透气性。它反映了空气通过多孔材料时材料的透气性。 流阻越大流阻越大, , 材料的透气性就越小材料的透气性就越小, , 声波越不容易深声波越不容易深 入材料内部入材料内部, , 吸声性能会下降吸声性能会下降; ; 但流阻太小但流阻太小, , 使声能使声能 转化为热能的效率又会过低。转化为热能的

11、效率又会过低。 3.影响吸声材料的因素影响吸声材料的因素 3.2 空隙率的影响空隙率的影响 孔隙率：孔隙率：定义为材料中孔隙体积和材料总体积的比值定义为材料中孔隙体积和材料总体积的比值。总体总体 来说来说, 孔隙率越大孔隙率越大, 泡沫金属的吸声系数越大。泡沫金属的吸声系数越大。主要是因为孔主要是因为孔 隙度越大隙度越大, 孔隙的曲折度越大孔隙的曲折度越大, 内部通道越复杂。当声音进入内部通道越复杂。当声音进入 后后, 发生漫反射和折射发生漫反射和折射, 并且孔隙中的空气随之而振动并且孔隙中的空气随之而振动, 由于由于 孔隙壁的摩擦以及空气粘滞阻力等而使得相当一部分声能转化孔隙壁的摩擦以及空气

12、粘滞阻力等而使得相当一部分声能转化 为热能而被耗散。为热能而被耗散。 吸声系数与孔隙率的关系吸声系数与孔隙率的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient and porsity 3.影响吸声材料的因素影响吸声材料的因素 3.3 孔径的影响孔径的影响 孔径越小孔径越小, , 高频吸声性能越高高频吸声性能越高, , 低频吸声性低频吸声性 能没有很大变化。能没有很大变化。 吸声系数与孔径的关系吸声系数与孔径的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient and hole size

13、 3.影响吸声材料的因素影响吸声材料的因素 3.4 厚度的影响厚度的影响 多孔材料厚度增大时多孔材料厚度增大时, , 各个频段的吸声性能都有所增各个频段的吸声性能都有所增 高高, , 这是因为多孔材料厚度增大时这是因为多孔材料厚度增大时, , 孔隙通道延长孔隙通道延长, , 进入孔进入孔 隙中的声波经多次能量损失之后隙中的声波经多次能量损失之后, , 才可以穿过多孔材料而到才可以穿过多孔材料而到 达其另一侧。达其另一侧。 吸声系数与材料厚度的关系 Realtionship between sound-absorption coefficient and thickness 3.影响吸声材料的因

14、素影响吸声材料的因素 3.5 背后空腔的影响背后空腔的影响 背后加空腔背后加空腔, , 可以提高材料的低频吸声性能可以提高材料的低频吸声性能 。提高空腔的深度。提高空腔的深度, , 可以提高吸收峰的宽度和高度可以提高吸收峰的宽度和高度, , 并且使峰值向低频方向移动。没有空腔时并且使峰值向低频方向移动。没有空腔时, , 耗散机耗散机 制主要是粘滞和热损耗制主要是粘滞和热损耗, , 有空腔后有空腔后, , 亥姆霍兹共振亥姆霍兹共振 吸收占主要部分。吸收占主要部分。 4.未来展望及应用未来展望及应用 多孔吸声材料已广泛应用于噪声管理多孔吸声材料已广泛应用于噪声管理, , 虽然木质纤虽然木质纤 维板也具有较好的降噪功能维板也具有较好的降噪功能, , 但其应用范围经常受但其应用范围经常受 到强度和刚度不够高的限制到强度和刚度不够高的限制, , 多孔金属降噪材料多孔金属降噪材料具有具有 高比强度、高比刚度、耐腐蚀、防火、防潮、无毒、高比强度、高比刚度、耐腐蚀、防火、防潮、无毒、 美观美观等良好特性。等良好特性。 用于大城市高架桥吸声底衬、高速公路隔声屏障、隧用于大城市高架桥吸声底衬、高速公路隔声屏障