CN102086596B - 一种提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法 - Google Patents

一种提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种简单有效地提高纤维类多孔材料中低频吸声性能且能够减少纤维类材料在安装和使用过程的污染的方法。包括如下步骤：a)将聚合物弹性体置于溶剂中，搅拌配制成浓度为0.1～30wt％的聚合物溶液、乳液或者悬浊液；b)将纤维类多孔类材料在所述聚合物溶液、乳液或悬浊液中浸泡；c)将浸泡后的纤维类多孔类材料取出，在50-60℃烘箱中烘干至恒重。本发明通过简单的方法将弹性体附着于纤维的表面，实现中低频吸声性能的提高。与此同时，本发明中的聚合物弹性体可以将纤维粘接起来，从而减少纤维类吸声材料在安装过程中由于纤维飘逸造成的环境污染问题。

Description

一种提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法
技术领域
本发明涉及一种提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法。
背景技术
21世纪科技日新月异的发展使得噪音问题日趋严重。如何有效地降低噪音，特别是中低频噪音成为当下一个亟待解决的课题。一般而言，纤维类多孔类材料的高频吸声较好，而中低频吸声效果不理想。目前常用的提高多孔材料中低频吸声性能的方法有以下几种：一种是直接增加多孔材料的厚度；一种是利用亥姆霍兹共振器的原理，在多孔材料背后留有一定的空腔，通过增加空腔深度，使得材料在中低频段有特定的吸收。[文献1：刘伯伦，钟祥璋。提高多孔材料低频吸声性能的探讨。声学技术。1992，11(1)：57-59]。这两种方法存在的缺点在于如果材料本身的厚度或者材料与墙壁之间的空间范围较小，其吸声效果将大大受到制约，同时纤维类材料在安装和使用过程中还可能造成环境污染。近些年来，发展了一些新的方法来提高多孔材料中低频性能，如：在亥姆霍兹共振吸声结构上插入软管[文献2：盛美萍，张立，张会萍。插入软管的低频宽带共振吸声机理与实验研究。振动工程学报。2007，20(2)：145-148]；在吸声无纺布纤维内部分散有压电材料[文献3：TORAY IND INC。DampingSound-absorption structure for civil-engineering construction applications，comprises piezoelectricmaterial dispersed in interfiber of non-woven fabric。JP2003241766-A]。但是上述方法往往成本昂贵，处理复杂，同时还有可能导致高频吸声系数的急剧下降，因此如何用简单的方法在较小的空间范围内有效地提高纤维类多孔材料的中低频吸声性能并减少污染成为一个重要的课题。
发明内容
本发明的目的就是提供一种简单有效地提高纤维类多孔材料中低频吸声性能且能够减少纤维类材料在安装和使用过程的污染的方法。
本发明提供的提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法，包括如下步骤：
a)将聚合物弹性体溶解在溶剂中，搅拌配制成浓度为0.1～30wt％的聚合物溶液、乳液或者悬浊液；
b)将纤维类多孔类材料在所述聚合物溶液、乳液或悬浊液中浸泡；
c)将浸泡后的纤维类多孔类材料取出，在50～60℃烘箱中烘干至恒重。
其中，步骤a)所述的聚合物弹性体的弹性模量可以为0.1～7MPa。
其中，步骤a)所述的聚合物弹性体可以选自天然橡胶生胶、丁腈橡胶生胶、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物弹性体和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物弹性体中的一种或多种。
其中，步骤a)所述溶剂可以选自水、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃中的一种或其上述两种或多种形成的混合溶剂。
其中，步骤a)制得的聚合物溶液、乳液或者悬浊液的浓度较佳为1～5wt％。
其中，较佳地，步骤b)所述的纤维类多孔类材料的容重为50～120kg/m3，厚度为3～26mm。
其中，较佳地，步骤b)中浸泡的时间可以为5分钟～5小时。
其中，步骤b)所述的纤维类多孔类材料可以为无机纤维材料、金属纤维和有机纤维材料中的一种或由其中的多种形成的复合纤维类材料。所述无机纤维材料可以为玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种。
下面解释以上主要术语的含义。
弹性模量：衡量材料产生弹性变形难易程度的物理量，其包括“杨氏模量”、“剪切模量”、“体积模量”等多种表示方法。本文中，弹性模量指的是“杨氏模量”，即表征在弹性限度内物质材料抗拉或抗压的能力，其值为线应力除以线应变的数值，具体来说，通过万能材料实验机对一根细杆施加一个拉力F，这个拉力除以杆的截面积S，称为“线应力”，杆的伸长量dL除以原长L，称为“线应变”，线应力除以线应变就等于杨氏模量E＝F/S/(dL/L)。
下面说明本发明的有益效果。本发明通过简单的方法将弹性体附着于纤维的表面，实现中低频吸声性能的提高。处理后的多孔材料在其与背墙之间的空腔距离为0～20mm时，100～1000Hz的平均吸声系数提高了10％～70％，与此同时，本发明中的聚合物弹性体可以将纤维粘接起来，从而减少纤维类吸声材料在安装过程中由于纤维飘逸造成的环境污染问题。
附图说明
图1-1和图1-2分别表示实施例1改性前后的14mm厚玄武岩纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图
图2-1和图2-2分别表示实施例2改性前后的8mm厚的玻璃纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图3-1和图3-2分别表示实施例3改性前后的14mm厚的有机纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图4-1和图4-2分别表示实施例4改性前后的18mm厚的玻璃纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图5-1和图5-2分别表示实施例5改性前后的14mm厚的玻璃纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图6-1和图6-2分别表示实施例6改性前后的26mm厚的玄武岩纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图7-1和图7-2分别表示实施例7改性前后的14mm厚的玻璃纤维在背空为20mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图8-1和图8-2分别表示实施例8改性前后的8mm厚的碳纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
图9-1和图9-2分别表示实施例9改性前后的14mm厚的碳纤维在背空为20mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
具体实施方式
实例一：将14mm厚，容重为120Kg/m3的玄武岩纤维浸泡在质量分数为3％的丁腈橡胶生胶/N，N-二甲基甲酰胺的浸渍液中，浸泡3小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量(以下实施例也利用该方法进行测量)，在背空为0mm时1000Hz以下平均吸声系数提高67％。图1-1和图1-2分别表示该实施例改性前后的14mm厚玄武岩纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例二：将8mm厚，容重为50kg/m3的玻璃纤维浸泡在质量分数为1％的丁腈橡胶生胶/N，N-二甲基乙酰胺的浸渍液中，浸泡1小时，随后在50摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为0mm时1000Hz以下平均吸声系数提高43％。图2-1和图2-2分别表示该实施例改性前后的8mm厚的玻璃纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例三：将14mm厚，容重为100kg/m3的有机纤维浸泡在质量分数为5％的聚氨酯/N，N-二甲基甲酰胺和N，N-二甲基乙酰胺混合溶剂的溶液中，浸泡4小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为10mm时1000Hz以下平均吸声系数提高62％。图3-1和图3-2分别表示该实施例改性前后的14mm厚的有机纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例四：将18mm厚，容重为70kg/m3的玻璃纤维浸泡在质量分数为3％的聚氨酯/N，N-二甲基甲酰胺的溶液中，浸泡2小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为0mm时1000Hz以下平均吸声系数提高31％。图4-1和图4-2分别表示该实施例改性前后的18mm厚的玻璃纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例五：将14mm厚，容重为120kg/m3的金属纤维浸泡在质量分数为4％的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物弹性体/乙酸乙酯和丙酮的混合浸渍液中，浸泡5小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为10mm时1000Hz以下平均吸声系数提高50％。图5-1和图5-2分别表示该实施例改性前后的14mm厚的金属纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例六：将26mm厚，容重为70kg/m3玄武岩纤维浸泡在质量分数为2％的丁腈橡胶生胶/N，N-二甲基甲酰胺的浸渍液中，浸泡3小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为0mm时1000Hz以下平均吸声系数提高17％。图6-1和图6-2分别表示该实施例改性前后的26mm厚的玄武岩纤维在背空为0mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例七：将14mm厚，容重为100kg/m3的玻璃纤维浸泡在质量分数为3％的天然橡胶生胶/甲苯的浸渍液中，浸泡3小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为20mm时1000Hz以下平均吸声系数提高30％。图7-1和图7-2分别表示该实施例改性前后的14mm厚的玻璃纤维在背空为20mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例八：将8mm厚，容重为100kg/m3的碳纤维浸泡在质量分数为5％的丁腈橡胶生胶/N，N-二甲基甲酰胺的浸渍液中，浸泡2小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，在背空为10mm时1000Hz以下平均吸声系数提高23％。图8-1和图8-2分别表示该实施例改性前后的8mm厚的碳纤维在背空为10mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。
实例九：将14mm厚，容重为90kg/m3的碳纤维浸泡在质量分数为3％的聚氨酯/N，N-二甲基甲酰胺的溶液中，浸泡1小时，随后在60摄氏度鼓风干燥箱中烘干。改性后的纤维样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学 阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》，通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，背空为20mm时1000Hz以下平均吸声系数提高14％。图9-1和图9-2分别表示该实施例改性前后的14mm厚的碳纤维在背空为20mm时，1000Hz以下的吸声性能曲线比较图和平均吸声系数比较图。

Claims (8)

1.一种提高纤维类多孔材料中低频吸声性能的方法，其特征是，包括如下步骤：
a)将聚合物弹性体溶解在溶剂中，搅拌配制成浓度为0.1～30wt％的聚合物溶液、乳液或者悬浊液；
b)将纤维类多孔类材料在所述聚合物溶液、乳液或悬浊液中浸泡；
c)将浸泡后的纤维类多孔类材料取出，在50～60℃烘箱中烘干至恒重，
步骤a)所述的聚合物弹性体的弹性模量为0.1～7MPa。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征是，步骤a)所述的聚合物弹性体选自天然橡胶生胶、丁腈橡胶生胶、聚氨酯弹性体、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物弹性体和乙烯-醋酸乙烯酯共聚物弹性体中的一种或多种。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征是，步骤a)所述溶剂选自水、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、乙酸乙酯、醋酸丁酯、N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜和四氢呋喃中的一种或其上述两种或多种形成的混合溶剂。
4.按照权利要求1所述的方法，其特征是，步骤a)制得的聚合物溶液、乳液或者悬浊液的浓度为1～5wt％。
5.按照权利要求1所述的方法，其特征是，步骤b)所述的纤维类多孔类材料的容重为50～120kg/m3，厚度为3～26mm。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征是，步骤b)中浸泡的时间为5分钟～5小时。
7.按照权利要求1～6任一项所述的方法，其特征是，步骤b)所述的纤维类多孔类材料为无机纤维材料、金属纤维和有机纤维材料中的一种或由其中的多种形成的复合纤维类材料。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征是，步骤b)所述的纤维类多孔类材料为无机纤维材料，所述无机纤维材料为玻璃纤维、玄武岩纤维和碳纤维中的一种或多种。
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