不銹鋼纖維多孔材料的吸聲性能

150046 哈爾濱汽輪機廠有限責任公司 黑龍江 哈爾濱｜呼喚 周麗艷 朱玲 楊丹娜

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不銹鋼纖維多孔材料的吸聲性能

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文章從多方面進行深入分析不銹鋼纖維的厚度、孔隙率、后空腔深度、絲徑等對吸聲性能的影響。通過研究發現，孔隙率、厚度、絲徑不同程度的增大會導致平均吸聲系數和吸聲性能不同程度的提高?？涨簧疃鹊脑黾与m然會帶來低頻吸聲性能的提高，但是也會導致吸收谷的出現。相對于人造毛氈的吸聲性能來說，不銹鋼纖維具有比其更好地吸聲性能。關鍵詞：不銹鋼纖維材料；吸聲性能；多孔材料

不銹鋼纖維多孔材料的概念

不銹鋼纖維多孔材料，主要研究了在50-100μm范圍內，得到了溫度對材料吸聲性能的影響規律，更加嚴謹和細致的分析了不銹鋼纖維材料對于吸聲性能的影響。本文對不銹鋼超細纖維制作多孔吸聲材料的厚度及孔隙率等問題對吸聲系數的影響范圍進行了詳細的探究和分析。

不銹鋼纖維多孔材料孔徑與吸聲性能的關系

當不銹鋼纖維的絲徑擴大時，其吸聲指數先升后降，但幅度不會太大，開始頻率偏向起始頻率向高頻。當絲徑的直徑為5-6μm時，相對應的孔的直徑減小，可有效地阻擋聲音的傳播，但孔小的材料犧牲性能較差；當絲徑為直徑為11-12μm時，這時孔的大小正適宜，聲波能成功的進入到材料中進而被消耗；當絲樣的徑長為22μm時，這個時候的孔徑就會比較大，聲波就能夠順利的進入材料中，但是被耗散的聲波性能卻不及12μm的徑長?？偟膩碚f，12μm的平均吸聲系數是三者之中最大，起始頻率最低，吸聲頻帶很寬，平滑。通過詳細的數據分析使不銹鋼纖維多孔材料孔徑與吸聲性能的關系更加直觀清晰，一目了然。

針對不同的頻率范圍來說，每種孔隙度樣品的吸聲性能也相對不同，樣品的孔徑越小，吸收中頻聲音的效果越強，高頻的越弱。對于材料孔隙度過低的樣品來說，雖然其能夠在某種程度上對低頻吸聲性能得到一些改善，但是聲波卻十分不容易進入到材料內部，總體的吸聲性能也不盡如人意。

后腔深度對結構吸聲性能的影響

由于平均吸聲系數得到了提高，起始頻率可能會像低頻方向移動，造成后腔深度的增加，這樣做可以較大程度上提高材料對中低頻音頻的吸收性能，但是對于中高頻出現來講吸聲性能卻因為吸聲谷而大幅度下降。為了提高噪音吸收率，在材料背后設置了空氣層，這樣一來類似于微穿孔板吸聲體結構，空腔深度大大增大，材料的抗性得到提高，有效地提高了對中低頻噪音的吸收率，產生了雙吸收峰的作用。

不銹鋼纖維與毛氈的吸聲比較

人造毛氈和不銹鋼纖維都有很寬的吸聲頻帶，但是不銹鋼纖維平均吸聲系數卻遠遠大于人造毛氈。造成不銹鋼的具有更好的吸聲性能的主要原因在于其具有合理的孔隙率，具有有更寬的吸聲頻帶和更高的吸聲系數。

材料的薄厚直接影響到不銹鋼纖維，材料越厚，吸收聲波效果越強，吸收聲波頻率范圍越大，結合孔隙率，10-20毫米為最佳選擇。同時纖維直徑對吸聲有影響，結合全方面因素考慮，要想吸聲性能達到最好，要求材料厚度10毫米，孔隙率85%，絲徑12微米，開始頻率為512赫茲，吸聲系數平均67%。

纖維直徑對吸聲性能的影響

分別拿纖維直徑為50 μm和100 μm的樣品，在同等孔隙度和透氣性的條件下進行對低頻率聲音的吸收的比較，發現對高頻聲音的吸收性能較好。不銹鋼纖維多孔材料在吸聲峰頻率范圍內時比在吸聲谷頻率范圍內的吸聲系數要高很多那么吸聲谷和吸聲峰又是怎么產生的呢？原理是這樣的，當距離剛性壁面1/4波長處的聲壓為零時空氣質點能夠達到最大的振動速度，當使用的材料背面空腔深度等于1/4波長的奇數倍時，材料所引起的摩擦阻尼耗損的聲能，這時的產生的頻率可以使吸聲系數到達最大值。當離剛性壁面1/2波長處時，質點振動速度會變為零，此時的聲壓達到最大值，相同的材料能夠達到的吸聲系數就會變為最小。以上這些能夠證明吸聲谷和吸聲峰的出現頻率以及出現不僅受孔隙度影響還受纖維直徑的影響。上述事實表明，纖維的直徑越大，材料的中低頻吸聲性能越好。

具體的實驗操作

將316升的不銹鋼纖維當作制作孔隙大小不同的多孔吸聲材料的原料。纖維的直徑為100和50 微米。以下是實驗的操作流程：以60毫米為標準，將不銹鋼纖維裁剪成段，并將處理后的纖維平鋪在模型器具里，進行煅燒，燒結后按25毫米和10毫米的厚度壓制定型，之后將樣品再加工成直徑為29毫米和100毫米的吸聲材料。

結論

通過對不銹鋼纖維材料吸聲性能的研究，我們能夠得到以下的實驗結論：

a材料的纖維直徑、厚度和孔隙度等因素對材料的吸聲效果有影響，當纖維直徑、孔隙度和厚度向不同方向發展時，即孔隙度越小而其他兩項的值越大時，材料對中低頻的聲音吸收效果就會越顯著。

b不銹鋼纖維多孔材料對中低頻聲音的吸收效果與聲音頻率成正比，但當聲音頻段過高時又會出現起伏不定。吸聲谷和吸聲峰的聲音頻率受纖維直徑、材料的孔隙度等多方面因素的影響。

c當材料纖維的直徑變大而孔隙變窄時，吸收的聲波會移向低頻。

參考：

［1］劉惠玲.環境噪聲控制［M］.哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2002.

［2］王濱生，張建平.泡沫金屬吸聲材料制備及吸聲性能的研究［J］.化學工程師， 2005（6）： 15？18.

［3］張守梅，曾令可，黃其秀，黃浪觀.環保吸聲材料的發展及展望［J］.陶瓷學報， 2002， 23（1）： 56？6