熔噴非織造材料/玻璃纖維復合材料的吸聲性能研究

史 磊 劉建立 左保齊

(1.蘇州大學現代絲綢國家工程實驗室，蘇州，215123;2.江南大學，無錫，214000)

近些年來，噪聲已被認為是危害性很大的污染源之一。隨著現代工業、交通運輸和城市建設事業的發展，特別是城市人口的急劇增加，城市噪聲污染已變得日益嚴重。因此，如何降低噪聲的危害已成為目前一項十分迫切的任務。從設計原理劃分，目前應用較普遍的吸聲產品可分為共振式吸聲結構產品和多孔吸聲材料產品。共振吸聲結構是指穿孔板共振吸聲結構，此類吸聲體常適用于低頻段聲波，特別是在噪聲頻譜中發現低頻段具有明顯峰值的情形，因而其有一定的頻帶限制。相比于穿孔板吸聲結構，多孔吸聲材料吸聲性能一般是高頻優于低頻，且具有較寬的頻率范圍，是新型吸聲材料的主要發展方向。非織造材料是典型的多孔材料，具有成本低、強度高、質量輕的特征，在吸聲領域有很大的發展潛力［1-3］。本研究將熔噴非織造材料與玻璃纖維布通過熱熔纖網構成復合材料(圖1)，并測試其吸聲性能，探討不同層數熔噴非織造材料與玻璃纖維布復合后吸聲性能的變化及其原因。該復合材料可應用在汽車、會議室、實驗室、工廠、錄音棚、禮堂、影院和家庭裝修等不同場合，用于吸聲降噪。

圖1 復合材料結構示意

1 試驗部分

1.1 原材料

(1)熔噴非織造材料，面密度26.41 g/m2，厚度0.253 mm，容重1.04×105g/m3，記作RP;

(2)玻璃纖維布，面密度61.14 g/m2，厚度0.512 mm，容重1.19 ×105g/m3，記作 BX;

(3)聚酰胺(PA)絲網狀熱熔膠(熱熔纖網)，上海遠智熱熔膠有限公司。

1.2 儀器與工具

駐波管，北京聲望聲電技術有限公司;

YG141N型織物厚度儀，南通宏大實驗儀器有限公司;

圓形取樣器，蘇州金星通用機械廠;

HD101A熱風干燥烘箱，南通宏大實驗儀器有限公司;

賽多利斯分析天平;

玻璃板兩塊，30 cm×50 cm，相當于壓強為0.15～0.2 kPa;

剪刀，50 cm鋼尺。

1.3 試樣制備

本試驗是將不同層數的材料復合在一起，測試其吸聲性能。試樣的制備方法是:先按試驗方案分別制備熔噴非織造材料和玻璃纖維布的疊層材料，然后將不同層數的玻璃纖維疊層材料和不同層數的熔噴非織造疊層材料復合制成復合材料(中間層為玻璃纖維疊層材料，兩側為熔噴非織造疊層材料)。

1.3.1 同種原材料疊層材料的制備

將原材料裁剪成30 cm×50 cm大小，按照試驗方案需要的層數，在層與層之間夾入熱熔纖網;將一塊玻璃板放入熱風干燥烘箱底部并開啟烘箱，預設溫度115℃;當烘箱內的溫度達到預設溫度時，放入準備好的材料，熱熔纖網融化將材料粘接在一起，(1±0.3)min后取出材料，放在平板上，用另一塊玻璃板對其加壓定型3～5 s，自然降溫，即可得到復合好的疊層材料。熔噴非織造材料和玻璃纖維布的疊層材料都用此方法制備。

1.3.2 復合材料的制備

將制備好的玻璃纖維疊層材料和熔噴非織造疊層材料按制備同種原材料疊層材料的方法進行黏合。熔噴非織造疊層材料在兩側，玻璃纖維疊層材料在中間，兩種疊層材料之間放入熱熔纖網疊加復合，制成測試所需的復合材料。

1.4 復合材料厚度測試

本試驗共制備了20種不同層數的復合材料，其結構組成和實測的厚度見表1。

表1 復合材料的厚度 (單位:mm)

1.5 吸聲性能測試

采用駐波管對復合材料的吸聲性能進行測試，測量采用傳遞函數法，測試結果見圖2和圖3。圖中出現的數字表示所在位置材料的層數，例如2-4-2表示兩側分別是2層熔噴非織造材料、中間是4層玻璃纖維布所構成的復合材料。

圖2 不同層數玻璃纖維布的復合材料吸聲圖譜

圖3 不同層數熔噴非織造材料的復合材料吸聲圖譜

2 結果與分析

2.1 不同聲波頻率對吸聲性能的影響

從吸聲圖譜可以看出:在一定范圍內，隨著聲音頻率的增加，吸聲系數增大;超過一定頻率之后，吸聲系數不會繼續增大。根據多孔材料吸聲機理，多孔材料內有許多微細的小孔和間隙，當聲波在多孔材料內部傳播時，部分聲能在傳播的過程中轉變成熱能損耗掉，從而達到吸聲的作用。低頻聲波的波長比較長，在材料中傳播時可以更加容易地穿過，聲能損失會更少;而高頻聲波的波長比較短，會加快材料內空氣分子的振動速度，聲波與纖維之間產生的摩擦會更加劇烈，就會有更多的聲能轉化為熱能。由于多孔材料間隙的大小與數量、內部空間結構等都是一定的，所以當聲波頻率增大到一定值之后，吸聲系數并不會隨頻率的增加而增大，還可能會降低。

2.2 不同層數復合材料的吸聲圖譜分析

如圖2和圖3所示，隨著兩側非織造材料層數以及中間層玻璃纖維布層數的增加，吸聲頻率特性曲線向低頻方向移動，中低頻段的吸聲系數明顯提高，但當增加到一定層數之后，影響程度會逐漸變小［如圖 2中(c)、(d)、(e)和圖 3 中(b)、(c)、(d)］。這說明材料的吸聲性能與材料的厚度有密切的關系，在一定范圍內，材料越厚，吸聲性能就越好［4-5］。這是因為隨著材料厚度的增加，材料內部空隙、小孔的數量會增多，而且聲波在材料內部的傳播路徑也會變長，因此會有更多的聲能損耗。

3 結論

(1)隨著聲音頻率的增大，復合材料的吸聲系數曲線為先上升后變平穩或下降。

(2)中間層材料或者兩側材料的層數增加(即厚度增加)，會使吸聲曲線向低頻頻段方向移動，吸聲圖譜變寬，吸聲系數峰值由較高頻段向低頻段偏移，中、低頻段的吸聲系數顯著提高。

(3)根據不同應用場合的需要選擇不同厚度的本研究所示結構的復合材料，可以滿足吸聲降噪的要求。

(4)本研究所示結構材料的吸聲系數與材料的其他物理參數(如孔徑大小、孔隙率等)的關系，中低頻段的吸聲系數與厚度之間的相關關系等，還有待進一步探討。

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