超細陶瓷纖維棉復合吸音軟包的研究

王寶祥，沈毅，陳偉，單正萍，趙煥悅，鄭藝

（1.唐山華纖科技有限公司，唐山 063700；2.華北理工大學材料科學與工程學院，唐山 063009）

1 前言

在科學技術日益發達的今天，噪聲污染的治理也越來越備受關注。噪聲不僅會對人體健康產生深度影響，而且在機械結構和建筑層面有一定作用，甚至戰爭領域也應用良多。因此開展降噪材料的研究對加強保障經濟社會的可持續發展具有重要的意義，治理噪音問題刻不容緩，所以吸聲材料的研發受到廣泛關注[1]。

吸聲材料包括的幾種基本類型有金屬材料、顆粒材料、泡沫材料、纖維材料、薄板振動吸聲材料、工業固體廢棄物多孔吸音材料、其他復合材料等[2]。但是傳統多孔吸聲材料也不是那么完美，它們有著吸聲效果受外部因素影響大、制作復雜、成本偏高等缺點。因此研制出一種新的、性能均衡的、吸聲效果好的新型吸聲材料意義重大。

纖維吸聲材料作為多孔吸聲材料的重要組成部分我們按照它的物理特性和外觀分為以下幾種：有機纖維吸聲材料、無機纖維吸聲材料、金屬纖維吸聲材料、以及纖維吸聲復合材料等[3]。其中發展最好的是纖維吸聲復合材料，通過將纖維材料和其他材料復合，不僅吸聲效率大大增加，而且還增加了耐久性和穩定性等優點。

而多孔材料的吸聲性能在高頻聲段表現優異，近年來柔性吸聲材料的應用越來越廣泛，如聚氨酯泡沫塑料[4]、聚酯纖維吸聲板[5]等。然而，柔性吸收器最大的缺點之一是易燃和在發生火災事故時也會釋放出有毒氣體，對人體健康構成極大威脅。因此，具有高吸聲性能和阻燃性能的材料仍然是科學界的一大難題。為了實現這一目標，吸聲陶瓷作為一種剛性吸聲材料，因其獨特的孔隙結構、耐腐蝕、環保和阻燃性能而被認為是最佳的候選材料。到目前為止，有限的工作集中在制備具有優良吸聲性能的陶瓷上。

本文以超細陶瓷纖維板為主要原料，通過與玻璃維氈、防火吸音布結合形成吸引軟包產品，以氯丁膠為粘合劑，通過噴涂的施工方式研發出一種生產成本低，吸音效果好、防火能力強、無甲醛污染的超細陶瓷纖維棉復合吸音軟包。

2 實驗部分

2.1 主要材料、儀器

主要材料：超細陶瓷纖維棉，玻璃纖維氈，氯丁膠。

儀器：自動切割機，噴涂機，阻抗管。

2.2 超細陶瓷纖維棉復合吸音軟包的制備

以超細陶瓷纖維棉板為芯材，玻璃纖維氈為加強層，防火吸聲布或環保皮革為飾面，氯丁膠為粘合劑，以直角、小切角、大切角、不規則形狀（定制化）的邊角處理方式，通過噴涂來制備超細陶瓷棉吸音軟包。

2.3 實驗效果評價方法

本研究評價吸音材料的性能主要是使用阻抗管法測試吸音材料的吸聲系數進行比較。用倍頻程0-5000Hz范圍內取4個頻率進行測試比較，在250、500、1000、2000Hz吸聲系數下取算數平均值來算降噪系數。

3 結果與討論

3.1 吸聲性能與容重的關系

以阻抗管法測定的吸音曲線為依據，測試了不同容重下的陶瓷纖維板吸聲性能，從圖1的數據可以看出，隨著容重降低，吸聲性能有所提高。這個結果與預期一致，隨著容重下降，板中的孔隙率提升，纖維棉絲有更多自由度振動，吸收聲波能量。

圖1 厚度為15mm，不同容重的陶瓷纖維板吸聲性能

3.2 吸聲性能與厚度的關系

在最佳容重基礎上，測試了不同厚度下的陶瓷纖維板吸聲性能，從圖2的數據可以看出，隨著厚度提升，高頻波段，吸聲效果有明顯提高，但是低頻波段有所降低，綜合考慮吸聲效果，確定25mm厚度為最佳厚度。

圖2 容重為107的陶瓷纖維板不同厚度下的吸聲性能

3.3 超細陶瓷纖維吸音材料特性及其與礦棉板對比分析

通過表1和圖三可以看出，超細陶瓷纖維吸音材料有著兩倍于礦棉板的平均吸聲系數，而且防火性能可達A1級，熱導系數達0.028-0.040W/（m·k），有著極佳的保溫性能，而且具有優異的環保特性，實現零甲醛，零VOC、零石棉。此外，其壓縮強度高達44KPa，代表有著較高的力學性能。相比于市面常規的礦棉板，超細陶瓷纖維吸音板具有更高的降噪系數和平均吸聲系數，無論是高頻還是低頻波段，吸聲值均有顯著提升，結合其A1級防火性能，零甲醛釋放性能，在吸聲建筑材料領域具有無法替代的優勢。

表1 陶瓷棉板與礦棉板的吸聲性能對比（阻抗管法）

3.4 超細陶瓷纖維吸音材料特性及其與玻璃纖維棉的對比

圖3 陶瓷棉板和礦棉板的吸聲曲線

從表2和圖4的結果可以看出，超細陶瓷纖維吸音材料降噪系數是相同厚度的玻璃纖維吸音棉的1.4倍，相比于市面常規的玻璃纖維吸音棉，超細陶瓷纖維吸音板具有更高的降噪系數和平均吸聲系數。

圖4 陶瓷棉板和礦棉板的吸聲曲線

表2 陶瓷棉板與礦棉板的吸聲性能對比（阻抗管法）

3.5 樣品中試實驗

形成了以超細陶瓷纖維棉為主材的室內吸音裝飾樣板間，進行了中試產品隨機抽樣檢驗，結果如表4和圖5所示。從數據可知，該產品吸聲效果良好，工藝路線可行。該產品可以應用于公安審訊室、牢獄、法院等司法行政機構、電影院、體育館、禮堂、多功能廳、會議室、報告廳、錄音室、演播室、家庭影院、家裝背景墻等聲學要求高的場所。

圖5 超細陶瓷棉吸音軟包產品吸聲曲線（阻抗管法）

4 結語

表3 超細陶瓷棉吸音軟包產品吸聲系數（阻抗管法）

通過材料與工藝上的改進，得到了超細陶瓷棉吸音軟包，并對其進行了吸音性能的研究分析，得到的產品具有以下特點：

（1）超細陶瓷棉吸音軟包具有更高的降噪系數和平均吸聲系數，無論是高頻還是低頻波段，吸聲值均有顯著提升，結合其A1級防火性能，零甲醛釋放性能，在吸聲建筑材料領域具有無法替代的優勢。

（2）該產品各項測試指標超出現有市面產品標準，小試和中試獲得圓滿成功，產品測試結果合格。可以應用于公安審訊室、牢獄、法院等司法行政機構、電影院、體育館、禮堂、多功能廳、會議室、報告廳、錄音室、演播室、家庭影院、家裝背景墻等聲學要求高的場所。

（3）符合國家循環經濟的政策導向，采用特殊工藝生產，產品單耗比同行業降低40%，社會效益明顯。