同质非织造材料吸声体的制备与吸声性能研究

同质非织造材料吸声体的制备与吸声性能研究

0多孔材料材料的进一步使用噪声不仅会严重干扰人们的正常生活和工作，还会影响人们的睡眠和思维，导致人们的反应缓慢，工作效率降低。最严重的是，它会影响人们的身心健康。非织造材料是典型的多孔型材料,具有强度高、重量轻、成本低、可实现柔性切割加工的优点,在吸声领域有很大的发展潜力1实验部分1.1熔喷非织造材料的形貌深圳赤纺涤纶针刺法非织造材料,记做Z,其表面结构SEM照片如图1-1所示;海南新龙丙纶熔喷非织造材料,记做R,其表面结构SEM照片如图1-2所示。上海远智公司的热熔胶聚酰胺热熔纤网。从图1中可以看出,涤纶针刺法非织造材料与丙纶熔喷非织造材料内部都具有较多的孔隙,但前者空隙较大。熔喷非织造材料内部纤维比针刺非织造材料内部纤维缠绕程度高,且纤维细度较小。1.2圆形取样器和仪器北京声望声电技术有限公司SW477型驻波管;南通宏大YG141N型织物厚度仪、HD101A热风干燥烘箱和ZB圆盘取样器;苏州金星通用机械厂吸声体圆形取样器;北京赛多利斯仪器系统有限公司ISO9001型分析天平;美国施多威尔公司CFP—1100—AEX型毛细管流动空隙测量仪;日本Hitach公司HitachS—480扫描电子显微镜;玻璃板两块(大小为30cm×50cm,压强为0.15-0.2KPa),剪刀,50cm钢尺。1.3复合玻璃板温度首先,将实验材料剪成30cm×50cm大小,按照实验方案设定的单种材料厚度范围,将同一种材料分层复合,以满足材料厚度要求。在复合时,两层材料之间加入聚酰胺热熔纤网;然后,将一块玻璃板放入热风干燥烘箱底部并开启烘箱,预设温度115℃。当烘箱内的温度达到预设温度时,放入制备好的材料,热熔纤网融化将两层材料粘结在一起,1(±0.3)min后取出材料放在平板上,对其加压定型3-5s,压强为0.2KPa,自然降温后得到复合材料。2测量结果采用北京声望驻波管对材料进行测试,设定温度为25℃,相对湿度为75%,此条件下的大气压力为101325.0Pa,大气密度为1.2kg/m3,声速346.116m/s。测量结果依据ISO10534-2:1998和/GB/T1869.2-2002,测量采用传递函数法,测试仪器如图2所示。运用驻波管声学仪器,采用传递函数法,对不同厚度、面密度、孔径、孔隙率下的针刺材料熔喷材料的吸声系数进行测试并分析材料的结构参数与其平均吸声系数的关系。2.1平均吸声系数取五组不同厚度的针刺材料试样,记为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5,取六组不同厚度的熔喷材料试样,记为R1、R2、R3、R4、R5、R6。分别对其进行测量,并绘制材料厚度与平均吸声系数的关系变化曲线。针刺材料与熔喷材料的厚度如表1所示,材料厚度与平均吸声系数的关系如图3-1和3-2所示。从图3-1中可以看出针刺材料的平均吸声系数随材料的厚度增加而增加,且增加趋势明显,几乎呈线性关系。这是因为当声波进入材料内部,带动纤维周围空气与纤维发生摩擦,将声能转化成热能,使声波的能量减少。但针刺材料孔径较大,孔隙率大于90%,声波带动材料内部空气振动与纤维孔壁发生摩擦的机会较少,因此声能消耗较少,致使针刺材料的吸声性能较差。当材料的厚度增加时,这就增加“摩擦、碰撞”的几率,使得声能损失增加,材料吸声性能改善。从图3-2可以看出超细丙纶熔喷材料的平均吸声系数随材料厚度的增加先增加后减小,再增加再减小的趋势。这是因为对于超细丙纶熔喷材料而言材料孔径远远小于针刺材料,且孔隙率也较小,但比表面积大。熔喷材料的这一特性使得声波在材料内部传播的过程中带动纤维周围空气与材料摩擦碰撞较多,因此声能损失较大。但材料厚度小于声波波长时,材料的吸声系数特别差。随着材料厚度的增加,声能损失增加,材料的吸声性能逐渐改善。但当厚度无限增加时,材料反射的声波增加而消耗的声能减小,这就导致熔喷材料的吸声性能变差。因此对于熔喷材料而言,存在最佳的厚度参数。2.2材料面密度与平均吸声系数的关系取五组不同面密度的针刺材料试样,记为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5,取六组不同面密度的熔喷材料试样,记为R1、R2、R3、R4、R5、R6。分别对其进行测量,并绘制不同面密度与平均吸声系数的关系变化曲线。针刺材料与熔喷材料的面密度如表2所示,材料面密度与平均吸声系数的关系如图4-1和4-2所示。从图4-1可以看出针刺材料的平均吸声系数与材料面密度成正相关关系,当材料面密度增加时,材料的平均吸声系数随之增加。这是因为针刺材料结构疏松,当材料面密度增加时,材料的致密程度增加,声波入射到材料内部时带动周围空气与纤维壁发生摩擦、碰撞,从而使得声能转化成热能,声能损失增加。从图4-2中可以看出超细丙纶熔喷材料的平均吸声系数与材料的面密度整体上是呈正相关关系,当材料面密度增加时,材料的平均吸声系数增加。但材料面密度增加的过程中,材料的平均吸声系数不是直线增加的,而是先增加后降低,再增加再降低的过程,且在增加的过程中存在最佳面密度。2.3针刺材料平均孔径的影响非织造材料是典型的多孔材料,孔径的大小及分布是非织造材料的重要参数,并对材料的声学性能影响很大从图5-1可以看出针刺材料的平均吸声系数随材料平均孔径的增加整体呈负相关关系,即随着针刺材料平均孔径的增加,材料的平均吸声系数降低。这是因为针刺材料本身结构疏松,孔径较大。当声波穿过材料内部时,较大的孔径使得声波很“轻松”地穿过,声能损失较小。当平均孔径降低时,声波穿过的过程中带动周围空气与材料发生摩擦的机会增加,使得声波能量损失增加,因此平均吸声系数增加。从图5-2中可以看出,超细丙纶熔喷材料的平均吸声系数随材料的平均孔径的增加整体呈负相关的关系。随着熔喷材料平均孔径的增加,材料的平均吸声系数降低。但在降低的过程中与针刺材料有所不同,随着熔喷材料的平均孔径的增加,其吸声系数先增加后降低,再增加,再降低。2.4孔隙率对非织造材料平均吸声系数的影响非织造材料的孔隙率是指材料的孔隙体积与总体积的比值,它对非织造材料的吸音隔声性能有较大影响。取五组不同孔隙率的针刺材料试样,记为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5,取六组不同孔隙率的熔喷材料试样,记为R1、R2、R3、R4、R5、R6。分别对其进行测量,并绘制不同孔隙率与平均吸声系数的关系变化曲线。针刺材料与熔喷材料的孔隙率如表4所示,材料孔隙率与平均吸声系数的关系如图6-1和6-2所示。从图6-1和图6-2可以看出材料的平均吸声系数与材料的孔隙率没有较大的规律性的关系,这是因为孔隙率是由材料的厚度与面密度共同来决定的。但从整体来看针刺材料的平均吸声系数与针刺材料的孔隙率呈正相关,熔喷材料的平均吸声系数与熔喷材料呈负相关。这是因为针刺材料的孔隙率整体都大于90%,熔喷材料的孔隙率相比针刺材料而言较小,都小于90%。较大的孔隙率使得声波在穿过材料内部时,声能损失较小。当孔隙率增加时声波损失的机率增加,但当材料的孔隙率较大时,再增加材料的孔隙率,那么就会有大部分反射声波,从而声能损失减小。3结构参数对非织造材料平均吸声系数的影响本文分别以涤纶针刺非织造材料和丙纶熔喷非织造材料为基。通过分析同质非织造材料吸声体的厚度、面密度、孔径、孔隙率等结构参数与其平均吸声系数之间的关系,探讨非织造材料结构参数对其吸声性能的影响。对于同种材料而言,其平均吸声