木屑復合板的隔音性能測試研究

卞步喜，尹 賀，夏 元，何 葉，徐帆遠，葉以謝

（合肥工業(yè)大學，合肥 230009）

隨著社會的不斷發(fā)展和人民生活水平的提高，噪聲控制越來越成為一項重要的指標。噪聲對人的生理、心理和精神狀態(tài)等多方面都會有一定的危害。目前市面上已經(jīng)有多重吸聲、隔音的材料，其中以金屬纖維、多孔海綿和塑料等為主要代表。

對于復合材料隔音性能已經(jīng)有眾多學者進行了研究。涂征制備了2 cm厚的玻璃纖維增強隔音復合材料，以常用的松木壓制板為基材，玻璃纖維增強聚氯乙烯隔音材料為芯層，其非對稱結(jié)構(gòu)的隔音量大于30 dB[1]。孫學光等[2]的發(fā)明專利介紹了一種基于竹木混合纖維的輕質(zhì)混凝土隔音墻，采取纖維層-混凝土層復合結(jié)構(gòu)，兼顧吸音和隔音，降噪效果明顯，可降噪10 dB以上。

我國木材資源需求量大，如何有效提高木材的利用率是必須要考慮的重大問題之一。柏木刨花木屑具有天然的蓬松、多孔性質(zhì)，本文以奧松板為基材，以柏木刨花為芯層隔音材料，制備隔音層合板，研究隔音性能，以便為室內(nèi)隔音板材研究提供參考。

1 實驗情況

奧松板，共24塊，每塊尺寸為500 mm×500 mm×5 mm。

柏木刨花木屑共10 kg，柏木刨花主要由4種尺寸的木屑構(gòu)成：10～20 mm木屑（大顆粒），占比77.1%；5～10 mm木屑（中顆粒），占比20.5%；2～5 mm木屑（小顆粒），占比2.0%；2 mm以下的粉塵，占比0.4%。柏木刨花中5～20 mm的木屑占比約97%，本次實驗采用10～20 mm和5～10 mm的2種木屑作為芯層的主要材料。

以厚5 mm的奧松板為基材，將原始板材裁切成合適的形狀，用截面為10 mm×10 mm的木條為骨架，制備芯層厚度為1 cm的層合板如圖1和圖2所示。再用6塊層合板黏接圍成1個內(nèi)部尺寸為240mm×240mm×240 mm的立方體試件，如圖3所示。同時為了便于測試儀器探頭的放入，在其中1塊層合板上打孔，并在置入儀器探頭后作密封處理。

圖1 1 cm芯層的復合板

圖2 已填充木屑芯材的1 cm芯層復合板

圖3 1 cm芯層的層合板的立方體

將不同尺寸的木屑分別填入層合板中，手工填充，采用振動的方式使木屑自然密實。6個面都填充完畢后將上下板安裝到位，即可得到1個用于隔音性能測試的試件，如圖4所示。

圖4 已填充木屑芯材的立方體試件

柏木刨花木屑原材料為多種大小顆粒混合，需要對其進行篩選處理。利用震擊式標準震篩機對原材料進行篩選，可得到一定顆粒大小范圍內(nèi)純度相對較高的木屑顆粒，如圖5所示。本次實驗采用的是5～10 mm顆粒和2～5 mm顆粒，直接篩選獲得，大、中混合顆粒按一定比例稱量、混合并均勻攪拌后備用。再將不同尺寸的木屑分別填入層合板中，手工填充，采用振動的方式使木屑自然密實。6個面都填充完畢后將上下板安裝到位，即可得到1個用于隔音性能測試的試件。

圖5 1～20 mm木屑形態(tài)

搭建本次的隔音測試系統(tǒng)，由音響、試件和噪音分貝儀組成。試樣的隔音性能測試參考傅雅琴等[3]的研究進行。所用測試儀器為日本三量San Liang公司生產(chǎn)的噪音分貝儀SM550，可測量范圍為30～130 dB，準確度為±1.5 dB，解析度為0.1 dB，采用該公司的Sound Lab軟件進行實時數(shù)據(jù)獲取。用計算機軟件Sweep Gen進行不同頻率聲源的模擬，選擇1倍頻程作為測試頻率，在63、125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz 7種頻率下測試隔音材料的隔音量。用音響作為發(fā)聲設備。

材料的隔音性能采用聲音衰減量R來表示，其計算公式如下所示[4]

式中：Ii為聲波的入射強度；It為聲波的透射強度；T為聲波的透射率；Ei為聲波的入射能量；Et為聲波的透射能量。

2 結(jié)果與討論

2.1 層合板的隔音性能

芯層為空心的無填充層合板的隔音效果比對如圖6所示，在250～4 000 Hz范圍內(nèi)聲源為89.7～98.0 dB，音量隨其頻率升高而升高；層合板在63～250 Hz范圍內(nèi)的隔音量為11.4 dB，而在250～4 000 Hz范圍內(nèi)的隔音量為21.5 dB。

圖6 無填充層合板的隔音效果比對

空心層合板在中高頻范圍內(nèi)具有一定的隔音能力，在低頻范圍內(nèi)隔音效果較差，但是達不到30 dB的一般場所的隔音要求。因此將柏木刨花木屑作為芯材，填充到層合板的芯層中去，進一步測試其隔音能力。

2.2 木屑復合板的隔音性能

填充了10～20 mm顆粒（大顆粒）芯層和5～10 mm顆粒（中顆粒）芯層的復合板的隔音效果圖如圖7所示。從圖中可以看出，大顆粒芯層在63～125 Hz范圍保留了一定的隔音能力，為7.4 dB；在250～4 000 Hz范圍內(nèi)，平均隔音量達到28.4 dB，相較于無芯層提高了6.9 dB，在4 000 Hz頻率隔音量更是達到39 dB。中顆粒芯層在63～125 Hz范圍只有1.3 dB，效果較差；在250～4 000 Hz范圍內(nèi)有較好的隔音效果，達到26.9 dB。

圖7 不同顆粒大小芯層的復合板的隔音效果

為了進一步研究木屑材料的隔音性能，提高復合板的隔音量，設計了3種材料混合比例，并對各自比例的隔音性能進行了測試，結(jié)果如圖8所示。

圖8 不同混合比例顆粒芯層的復合板的隔音效果

從圖中可以看出，各混合比例曲線芯材的隔音量曲線趨勢基本一致，其中1∶2比例曲線在低頻范圍隔音效果較差，1∶2和2∶1比例曲線在250 Hz頻率有一峰值，1∶1和2∶1比例曲線在1 000 Hz頻率有一峰值，三者都在4 000 Hz達到了最高隔聲量。為了進一步分析，對各混合比例在低頻（63～125 Hz）和中高頻（250～4 000 Hz）范圍的隔音性能進行計算，取其隔音量平均值，計算結(jié)果見表1。

表1 各混合比例顆粒芯層的復合板在不同頻率的隔音效果

從表1中可以看出，當材料混合比例為1∶2時的芯層隔音量在中高頻達到31.5 dB，高于另外2種比例，同時也高于只填充大顆粒芯層的隔音量，但是在低頻隔音量較低，只有0.7 dB，而混合比例為2∶1時的芯層隔音量在低頻和中高頻都有較高的隔音量。

3 結(jié)論

（1）利用柏木刨花木屑的蓬松、多孔特性，先對木屑進行篩選，以其作為隔音復合板的芯材，以奧松板為基材，制備了一種隔音板，并具有一定的隔音效果。

（2）制備的2 cm厚隔音板在填充10～20 mm木屑芯材時，在63～125 Hz頻率范圍隔音量為7.4 dB，在250～4 000 Hz頻率范圍內(nèi)隔音效果為39 dB；在填充10～20 mm木屑∶5～10 mm木屑=1∶2芯材時，在63～125 Hz頻率范圍內(nèi)隔音效果只有0.7dB，在250～4000 Hz頻率范圍內(nèi)隔音效果為39 dB可以達到31.5 dB。

（3）混合材料的隔聲效果測試結(jié)果表明，5～10 mm木屑顆粒會破壞10～20 mm木屑顆粒形成的多孔結(jié)構(gòu)，顯著降低隔音板的隔音效果，對于多種尺寸顆粒混合芯層的隔音效果還有待進一步研究。