一種提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能的方法
2023-08-03 06:39:51
專利名稱：一種提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能的方法
技術領域：
本發明涉及一種提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能的方法。
背景技術：
21世紀科技日新月異的發展使得噪音問題日趨嚴重。如何有效地降低噪音，特別 是中低頻噪音成為當下一個亟待解決的課題。一般而言，纖維類多孔類材料的高頻吸聲較 好，而中低頻吸聲效果不理想。目前常用的提高多孔材料中低頻吸聲性能的方法有以下幾 種一種是直接增加多孔材料的厚度；一種是利用亥姆霍茲共振器的原理，在多孔材料背 後留有一定的空腔，通過增加空腔深度，使得材料在中低頻段有特定的吸收。[文獻1 劉伯 倫，鍾祥璋。提高多孔材料低頻吸聲性能的探討。聲學技術。1992，11 (1) :57-59]。這兩種 方法存在的缺點在於如果材料本身的厚度或者材料與牆壁之間的空間範圍較小，其吸聲效 果將大大受到制約，同時纖維類材料在安裝和使用過程中還可能造成環境汙染。近些年來， 發展了一些新的方法來提高多孔材料中低頻性能，如在亥姆霍茲共振吸聲結構上插入軟 管[文獻2:盛美萍，張立，張會萍。插入軟管的低頻寬帶共振吸聲機理與實驗研究。振動 工程學報。2007,20(2) 145-148]；在吸聲無紡布纖維內部分散有壓電材料[文獻3 :T0RAY IND INC。 DampingSound—absorption structure for civil-engineering construction applications，comprises ρiezoelectricmaterial dispersed in interfiber of non-woven fabric。JP2003241766-A]。但是上述方法往往成本昂貴，處理複雜，同時還有 可能導致高頻吸聲係數的急劇下降，因此如何用簡單的方法在較小的空間範圍內有效地提 高纖維類多孔材料的中低頻吸聲性能並減少汙染成為一 個重要的課題。
發明內容
本發明的目的就是提供一種簡單有效地提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能且 能夠減少纖維類材料在安裝和使用過程的汙染的方法。本發明提供的提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能的方法，包括如下步驟a)將聚合物彈性體溶解在溶劑中，攪拌配製成濃度為0. 1 30wt%的聚合物溶 液、乳液或者懸濁液；b)將纖維類多孔類材料在所述聚合物溶液、乳液或懸濁液中浸泡；c)將浸泡後的纖維類多孔類材料取出，在50 60°C烘箱中烘乾至恆重。其中，步驟a)所述的聚合物彈性體的彈性模量可以為0. 1 7MPa。其中，步驟a)所述的聚合物彈性體可以選自天然橡膠生膠、丁腈橡膠生膠、聚氨 酯彈性體、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物彈性體和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物彈性 體中的一種或多種。其中，步驟a)所述溶劑可以選自水、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、醋酸丁 酯、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸和四氫呋喃中的一種或其上述兩 種或多種形成的混合溶劑。
其中，步驟a)製得的聚合物溶液、乳液或者懸濁液的濃度較佳為1 5wt%。其中，較佳地，步驟b)所述的纖維類多孔類材料的容重為50 120kg/m3，厚度為 3 26mm。其中，較佳地，步驟b)中浸泡的時間可以為5分鐘 5小時。其中，步驟b)所述的纖維類多孔類材料可以為無機纖維材料、金屬纖維和有機纖 維材料中的一種或由其中的多種形成的複合纖維類材料。所述無機纖維材料可以為玻璃纖 維、玄武巖纖維和碳纖維中的一種。下面解釋以上主要術語的含義。 彈性模量衡量材料產生彈性變形難易程度的物理量，其包括「楊氏模量」、「剪切 模量」、「體積模量」等多種表示方法。本文中，彈性模量指的是「楊氏模量」，即表徵在彈性 限度內物質材料抗拉或抗壓的能力，其值為線應力除以線應變的數值，具體來說，通過萬能 材料實驗機對一根細杆施加一個拉力F，這個拉力除以杆的截面積S，稱為「線應力」，杆的 伸長量dL除以原長L，稱為「線應變」，線應力除以線應變就等於楊氏模量E = F/S/(dL/L)。下面說明本發明的有益效果。本發明通過簡單的方法將彈性體附著於纖維的表 面，實現中低頻吸聲性能的提高。處理後的多孔材料在其與背牆之間的空腔距離為0 20mm時，100 1000Hz的平均吸聲係數提高了 10% 70%，與此同時，本發明中的聚合物 彈性體可以將纖維粘接起來，從而減少纖維類吸聲材料在安裝過程中由於纖維飄逸造成的 環境汙染問題。
圖1-1和圖1-2分別表示實施例1改性前後的14mm厚玄武巖纖維在背空為Omm 時，IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較2-1和圖2-2分別表示實施例2改性前後的8mm厚的玻璃纖維在背空為Omm時， IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖3-1和圖3-2分別表示實施例3改性前後的14mm厚的有機纖維在背空為IOmm 時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖4-1和圖4-2分別表示實施例4改性前後的18mm厚的玻璃纖維在背空為Omm 時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖5-1和圖5-2分別表示實施例5改性前後的14mm厚的玻璃纖維在背空為IOmm 時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖6-1和圖6-2分別表示實施例6改性前後的26mm厚的玄武巖纖維在背空為Omm 時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖7-1和圖7-2分別表示實施例7改性前後的14mm厚的玻璃纖維在背空為20mm 時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖8-1和圖8-2分別表示實施例8改性前後的8mm厚的碳纖維在背空為IOmm時， IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。圖9-1和圖9-2分別表示實施例9改性前後的14mm厚的碳纖維在背空為20mm時， IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。
具體實施例方式實例一將14mm厚，容重為120Kg/m3的玄武巖纖維浸泡在質量分數為3%的丁腈橡膠生膠/N，N- 二甲基甲醯胺的浸漬液中，浸泡3小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘 幹。改性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻 抗的測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量(以下實施例 也利用該方法進行測量)，在背空為Omm時1000Hz以下平均吸聲係數提高67%。圖1_1和 圖1-2分別表示該實施例改性前後的14mm厚玄武巖纖維在背空為Omm時，IOOOHz以下的吸 聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例二 將8mm厚，容重為50kg/m3的玻璃纖維浸泡在質量分數為1 %的丁腈橡膠 生膠/N，N- 二甲基乙醯胺的浸漬液中，浸泡1小時，隨後在50攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。 改性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗 的測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，在背空為Omm時 IOOOHz以下平均吸聲係數提高43%。圖2-1和圖2_2分別表示該實施例改性前後的8mm厚 的玻璃纖維在背空為Omm時，IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例三將14mm厚，容重為100kg/m3的有機纖維浸泡在質量分數為5 %的聚氨酯 /N，N- 二甲基甲醯胺和N，N- 二甲基乙醯胺混合溶劑的溶液中，浸泡4小時，隨後在60攝氏 度鼓風乾燥箱中烘乾。改性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管 中吸聲係數和聲阻抗的測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數 測量，在背空為IOmm時1000Hz以下平均吸聲係數提高62%。圖3_1和圖3_2分別表示該 實施例改性前後的14mm厚的有機纖維在背空為IOmm時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較 圖和平均吸聲係數比較圖。實例四將18mm厚，容重為70kg/m3的玻璃纖維浸泡在質量分數為3%的聚氨酯/ N，N-二甲基甲醯胺的溶液中，浸泡2小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。改性後的 纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗的測量第 2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，在背空為Omm時1000Hz以 下平均吸聲係數提高31%。圖4-1和圖4-2分別表示該實施例改性前後的18mm厚的玻璃 纖維在背空為Omm時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例五將14mm厚，容重為120kg/m3的金屬纖維浸泡在質量分數為4%的苯乙 烯_ 丁二烯_苯乙烯三嵌段共聚物彈性體/乙酸乙酯和丙酮的混合浸漬液中，浸泡5小時， 隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。改性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002 《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗的測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行 法向吸聲係數測量，在背空為IOmm時1000Hz以下平均吸聲係數提高50%。圖5_1和圖5_2 分別表示該實施例改性前後的14mm厚的金屬纖維在背空為IOmm時，1000Hz以下的吸聲性 能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例六將26mm厚，容重為70kg/m3玄武巖纖維浸泡在質量分數為2%的丁腈橡 膠生膠/N，N- 二甲基甲醯胺的浸漬液中，浸泡3小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。 改性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗 的測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，在背空為Omm時 IOOOHz以下平均吸聲係數提高17%。圖6-1和圖6-2分別表示該實施例改性前後的26mm厚的玄武巖纖維在背空為Omm時，IOOOHz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例七將14mm厚，容重為100kg/m3的玻璃纖維浸泡在質量分數為3%的天然橡 膠生膠/甲苯的浸漬液中，浸泡3小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。改性後的纖 維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗的測量第2 部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，在背空為20mm時1000Hz以 下平均吸聲係數提高30%。圖7-1和圖7-2分別表示該實施例改性前後的14mm厚的玻璃 纖維在背空為20mm時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。實例八將8mm厚，容重為100kg/m3的碳纖維浸泡在質量分數為5%的丁腈橡膠生 膠/N，N-二甲基甲醯胺的浸漬液中，浸泡2小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。改 性後的纖維樣品按照國家標準GB-T 18696.2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗的 測量第2部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，在背空為IOmm時 IOOOHz以下平均吸聲係數提高23%。圖8-1和圖8_2分別表示該實施例改性前後的8mm 厚的碳纖維在背空為IOmm時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。 實例九將14mm厚，容重為90kg/m3的碳纖維浸泡在質量分數為3%的聚氨酯/N， N-二甲基甲醯胺的溶液中，浸泡1小時，隨後在60攝氏度鼓風乾燥箱中烘乾。改性後的纖 維樣品按照國家標準GB-T 18696. 2-2002《聲學阻抗管中吸聲係數和聲阻抗的測量第2 部分.傳遞函數法》，通過聲學阻抗管進行法向吸聲係數測量，背空為20mm時1000Hz以下 平均吸聲係數提高14%。圖9-1和圖9-2分別表示該實施例改性前後的14mm厚的碳纖維 在背空為20mm時，1000Hz以下的吸聲性能曲線比較圖和平均吸聲係數比較圖。
權利要求
1.一種提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能的方法，其特徵是，包括如下步驟a)將聚合物彈性體溶解在溶劑中，攪拌配製成濃度為0.1 30wt%的聚合物溶液、乳 液或者懸濁液；b)將纖維類多孔類材料在所述聚合物溶液、乳液或懸濁液中浸泡；c)將浸泡後的纖維類多孔類材料取出，在50 60°C烘箱中烘乾至恆重。
2.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟a)所述的聚合物彈性體的彈性模量為 0. 1 7MPa。
3.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟a)所述的聚合物彈性體選自天然橡 膠生膠、丁腈橡膠生膠、聚氨酯彈性體、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物彈性體和乙 烯-醋酸乙烯酯共聚物彈性體中的一種或多種。
4.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟a)所述溶劑選自水、甲苯、二甲苯、丙 酮、丁酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、N，N-二甲基甲醯胺、N，N-二甲基乙醯胺、二甲基亞碸和四氫 呋喃中的一種或其上述兩種或多種形成的混合溶劑。
5.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟a)製得的聚合物溶液、乳液或者懸濁液 的濃度為1 5wt%。
6.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟b)所述的纖維類多孔類材料的容重為 50 120kg/m3，厚度為3 洸讓。
7.按照權利要求1所述的方法，其特徵是，步驟b)中浸泡的時間為5分鐘 5小時。
8.按照權利要求1 7任一項所述的方法，其特徵是，步驟b)所述的纖維類多孔類材 料為無機纖維材料、金屬纖維和有機纖維材料中的一種或由其中的多種形成的複合纖維類 材料。
9.按照權利要求8所述的方法，其特徵是，步驟b)所述的纖維類多孔類材料為無機纖 維材料，所述無機纖維材料為玻璃纖維、玄武巖纖維和碳纖維中的一種或多種。
全文摘要
本發明的目的是提供一種簡單有效地提高纖維類多孔材料中低頻吸聲性能且能夠減少纖維類材料在安裝和使用過程的汙染的方法。包括如下步驟a)將聚合物彈性體置於溶劑中，攪拌配製成濃度為0.1～30wt％的聚合物溶液、乳液或者懸濁液；b)將纖維類多孔類材料在所述聚合物溶液、乳液或懸濁液中浸泡；c)將浸泡後的纖維類多孔類材料取出，在50-60℃烘箱中烘乾至恆重。本發明通過簡單的方法將彈性體附著於纖維的表面，實現中低頻吸聲性能的提高。與此同時，本發明中的聚合物彈性體可以將纖維粘接起來，從而減少纖維類吸聲材料在安裝過程中由於纖維飄逸造成的環境汙染問題。
文檔編號D06M15/333GK102086596SQ20091024205
公開日2011年6月8日 申請日期2009年12月3日 優先權日2009年12月3日
發明者向海帆, 張小莉, 徐堅, 趙寧 申請人:中國科學院化學研究所