CN103073224B - 一种有机声学材料的制备方法和制备得到的材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种有机声学材料的制备方法，包括步骤：1）材料粉碎，所述材料为木材加工和/或农业生产中产生的碎屑材料；2）用粉碎了的碎屑材料和辅料制备培养材料，然后消毒灭菌；3)接入食用菌的菌种；4）模具栽培；5）干燥加工。本发明提出的方法，利用食用菌菌丝体粘合有机材料制成声学材料，由食用菌菌丝体粘合成的材料，无添加化学有害成份，因此绿色友好无污染，可应用于对环境要求高的场所。本发明的制备方法利用农业、工业的生产、加工形成的碎屑、废料作为培养料生成材料，较现有技术材料来源广泛，具有成本优势。
Description
技术领域
本发明属于有机复合材料领域，具体涉及一种具有吸声效果的材料的制备方法及制备得到的声学材料。
背景技术
人们对安全、健康、舒适的关注促进了声学材料的发展和进步。在工业化初期，以“蒸汽机”提供能量的动力机械大量投入到工业化的生产活动之中，在提高生产效率的同时，由于机械装置部件的往复运动产生严重的噪声。高能量的噪声会对作业工人的安全健康造成影响，特别是听觉器官，轻者会造成听力损失，重者会彻底丧失听力。基于人们对噪声危害的关注，各国先后开始针对作业场所的噪声制定不同的噪声标准用以控制噪声的危害，一般地，当作业场所的噪声超过允许限值一定范围时，职业安全健康管理机构要求生产企业采取措施进行控制，因此产生了噪声控制学，促进了吸声、隔声等材料的出现。此外，在环境保护领域，交通运输和汽车行业的发展致使交通噪声的问题越发突出，干扰人们工作和休息，影响身体健康，通过采用吸声、隔声等材料控制噪声以获得安静的环境。另一方面，教堂、礼堂、会议室、音乐厅等大型空间的出现，由于未采取任何吸声材料，空间内部存在着严重的回声（混响），使重要的声音模糊不清，很难辨识。因此，为获得良好的听觉效果，诞生了采用声学材料控制空间混响的建筑声学。以上三个领域的实际需求，促进了声学材料的快速发展。
早期的吸声材料主要是棉、麻、植物纤维和木丝板、软质纤维板、海草等一类有机材料，由于它们原材料生长周期长、易腐烂、不防潮等因素而限制了它们的使用。近几年来，以无机材料为基础的吸声材料得到了快速的发展，国内发展了颗粒性、泡沫性多孔材料如矿渣砖、微孔砖、膨胀珍珠岩砌块以及某些松散无机纤维材料，但它们大都有各自的局限性，始终未能得到广泛的应用。只有无机矿物纤维材料如玻璃棉、矿渣棉等，凭借其耐腐、防潮、吸声性能好、导热性能低等优点得到了快速的发展。在噪声控制工程、室内音质工程，矿物棉成为应用最为广泛的吸声材料。但是矿物纤维材料在施工安装过程中，会扎手产生刺痒感觉，另外棉尘飘浮在空中对人体健康不利，因此很少在环境质量要求高的场所使用。70年代，马大猷先生发明了微穿孔板结构吸声体。他在穿孔板的基础上，将孔径开至1mm以下，这样孔内对空气的黏滞作用就无法忽略不计，其形成的流阻就足以与空气的声阻匹配，从而无需加入任何填充材料也能获得较高的吸声系数。这种结构绿色环保，减少了制作素材，但由于板材通常以金属薄板为主，需专业的设备加工且加工过程麻烦，使生产成本居高不下，在实际工程中应用较少。综合上述材料的不足，本发明应用以木材加工业、农业生产活动中产生的碎屑废料为基础，开发出具有绿色环保的声学材料，不仅拥有良好稳定的声学性能，而且能减少环境污染和对人体健康的危害。
目前，声学材料的材质主要由人工材料和天然材料组成。
人工材料多是利用化学原料为基础，经过技术手段制成轻质或是多孔的具有吸声性能的建筑材料。这类材料的缺点是存在污染，大多数无法降解，会对环境和人类造成潜在危害。此外，这类材料多是用在户外，很少在室内应用。
由天然材料制作的吸声材料其材质主要包括两大类：一类是可再生的材料，如木材、棉、麻等；另一类为非可再生的材料，和轻质岩石、矿渣等。对于可再生的天然材料，其缺点主要有以下几个方面：（一）材料的生成时间长，如棉花，生长周期需要六个月左右；木材，生长周期少则一年，多则几年。生成周期过长影响了其应用。（二）材料需要粘合剂，存在环境与健康危害的风险。木材需加工成木丝，木丝需要粘合剂才能聚集形成吸声材料，粘合剂多具有化学成分，存在一定的危害。（三）加工的设备复杂，往往需要投入机构设备才能制成，需要的投入大。而对于非可再生的材料，其硬度较硬，加工较为复杂，难成形，吸声性能差，且不可再生和降解困难，一般多应于条件恶劣的环境。
发明内容
针对上述材料存在的诸多问题，本发明利用无任何污染和危害的物料，不使用化学粘合剂生成性能稳定的声学材料，可应用大型公众场馆、居住建筑的起居室、卧室等环境要求较高的场所，既保证了环境健康、无污染，又能筑造良好的声学环境。因此，本发明的目的在于提出一种有机声学材料的制备方法。
本发明的另一目的是提出该方法制备得到的有机声学材料。
本发明的第三个目的是提出该有机声学材料的应用。
实现本发明上述目的的技术方案为：
一种有机声学材料的制备方法，包括步骤：
1）材料粉碎，所述材料为木材加工和/或农业生产中产生的碎屑材料；
2）用粉碎了的碎屑材料和辅料制备培养材料，然后消毒灭菌；
3)接入食用菌的菌种；
4）模具栽培；
5）干燥加工。
其中，所述碎屑材料为木屑、农作物秸秆、农作物皮壳中的一种或多种。例如，该碎屑材料为木屑、谷壳、棉仔壳等，含有丰富的碳、氮和无机盐，具备食用菌菌丝体生长的物质条件。在一定的环境条件下，经过加工处理的碎屑经过接种能生长出大量的菌丝体。菌丝体在生长过程中，形成锁状联合，能将周围的有机碎屑材料粘合成整体材料，从而形成具有一定形状和力学性能的材料。将生成的材料，利用声学原理加工制成绿色环保的声学材料。
粉碎了的碎屑材料的颗粒大小为1.7-15mm粒径。即，粒径的下限为12目。
其中，所述辅料为氮源、钙源、糖中的一种或多种；所述碎屑材料和辅料的质量份数为97-99份和1-3份；所述食用菌的菌种为平菇、蘑菇、香菇、草菇、金针菇、滑菇菌种中的一种。
富含碳素营养的碎屑材料，如木屑、棉籽壳、各类作物秸秆皮壳等，可将碎屑材料作为主料，占培养料的97%～99%；若是碎屑废料含氮量不高，可用各种饼肥、大豆粉、玉米粉等作辅料，用以提高栽培料中氮含量。使用稻糠、麦麸等含氮量高的碎屑材料为主料，则可少添加氮源类的辅料。稻糠、麦麸的添加量可为5-25重量份。
其中，所述氮源为硝酸钙、尿素、饼肥中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.4份；所述钙源为碳酸钙、生石灰、石膏中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.2份；所述糖为葡萄糖、蔗糖、果糖中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.5份；且辅料添加量不超过3质量份。
所述模具为透明硬质材料制成的模具，所述透明硬质材料为玻璃、塑料中的一种；所述模具的高度为所述模具的高度为限定培养食用菌材料的厚度。
所述栽培为在黑暗场所栽培5-10天，料水比为1：1.3—1.4。
在所述干燥之前对栽培得到的混合物进行穿孔，穿孔率为3-15%。
其中，所述干燥为40-60℃下干燥2-4小时。
本发明所述的制备方法制备得到的有机声学材料，该有机声学材料的孔隙率可根据需要调整，宜为30-70%。
本发明所述的有机声学材料在建筑中的应用。
具体，可用作吸声材料或隔声材料。凡能阻断噪声传播的材料，均可称为隔声材料。对于隔声材料，要减弱透射声能，材料应密实，少孔。隔声量遵循质量定律原则，就是隔音材料的单位密集面密度越大，隔声量就越大，面密度与隔声量成正比关系基于本发明制备方法得到的材料，可增大材料的面密度获得较大的隔声量。可将本材料作为填充材料加入其它密实厚重材料之中，如石膏、发泡水泥等，组成具有隔声性能的材料。
吸声材料的原理是利用材料的孔隙或材料形成的结构将声能转化为热能，从而达到降低噪声的目的。本发明的方法制备的材料具有适当的孔隙率。
本发明的有益效果在于：
本发明提出的方法，利用食用菌菌丝体粘合有机材料制成声学材料，其优点体现在：
（1）由食用菌菌丝体粘合成的材料，无添加化学有害成份，因此绿色友好无污染，可应用于对环境要求高的场所。
（2）利用农业、工业的生产、加工形成的碎屑、废料作为培养料生成材料，较现有技术材料来源广泛，具有成本优势。
（3）有机碎屑材料可在生产模具内自我粘合，形状可根据模具形状快捷调整，不需要借助人工和机械加工设备，简化了生产工艺，节省了生产成本。
（4）穿孔吸声材料可用简单的扎孔板取代专业的机械设备，穿孔方法简单，操作简便，既提高了工作效率，又能低穿孔板的生产成本。
附图说明
图1为本发明提出的有机声学材料的制备流程图。
图2为实施例1培养食用菌之后的材料的剖视图。
图3为扎孔和烘干的流程图；
图4为扎孔板结构图；
图5为扎孔过程示意图；
图6为扎孔板和材料组合在一起的示意图；
图7为扎孔和烘干结束后材料的立体视图；
图8为添加谷壳的材料的剖视图；
图9为实施例3制备的材料的立体视图。
图中，1为扎孔板，2为铁钉，3为模具，4为材料。
具体实施方式
以下以实施例以具体说明本发明。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例中，平菇菌种购自北京吉蕈园科技有限公司；吸收系数测试设备为丹麦B&K公司生产的3560型PULSE多分析系统。
实施例1：
参见图1。棉籽壳粉碎至粒度6目，加入90质量份，麸皮8份，再加入1份蔗糖、1份碳酸钙，混合均匀，在压力1.5公斤／平方厘米，温度128℃的条件下，处理1.5小时；放置至室温后，铺放于培养的模具，接入平菇的菌种，浇水至料水比为1：1.3—1.4。培养的模具为透明PVC制造，圆形平底（直径500mm），高30mm，铺放并压实培养材料高度为30cm。
在黑暗中培养8天后，菌丝与棉籽壳等完全混合。其剖视图如图2。此时按照图3的步骤，扎孔。扎孔板1（图4）平面形状和培养的模具相同，均匀固定有210个直径6mm的铁钉2，长120mm。将扎孔板1扎入材料4（图5），将扎孔板和模具3、材料4（图6）一同烘干，温度50℃，持续2-4小时。烘干后，取出模具和扎孔板，即得声学材料（图7）。该材料吸声系数0.47，孔隙率15%，是优良的吸声材料。
新形成的穿孔吸声板与微穿孔板具有不同的吸声机理。微穿孔板吸声主要是利用微穿孔板与其它板材结合构成共振器，依靠共振消声；而新形成的吸声孔板，通过穿孔连通了材料本身的小孔隙和细小纤维，因此综合了共振消声和孔隙材料消声的原理，具有相对稳定的吸声结构。
实施例2：
谷壳粉碎至粒度8目，加入75质量份，麸皮22份，再加入1份蔗糖、2份碳酸钙，混合均匀，在压力1.5公斤／平方厘米，温度128℃的条件下，处理1.5小时；放置至室温后，铺放于培养的模具，接入平菇的菌种，浇水并控制料水比为1：1.3—1.4。培养的模具为透明PE制造，圆形平底（直径800mm），高30mm，铺放的培养材料高度30cm。
在黑暗中培养7天后，菌丝与谷壳等完全混合。将模具和培养的材料一同放入烘箱加热，加热的温度为55℃，保持2天。取出材料（其剖视图如图8）。所得材料容重212克/升，厚度30mm。与石膏按比例1：1混合，即得隔声材料。
实施例3
玉米芯粉碎至粒径15mm以下，加入74质量份，麸皮23份，再加入1份葡萄糖、1份石灰、1份尿素，混合均匀，在压力1.5公斤／平方厘米，温度128℃的条件下，处理1小时；放置至室温后，铺放于培养的模具，接入磨菇的菌种，浇水并控制料水比为1：1.3。培养的模具为透明玻璃制造，长方形平底（500×200mm），高30mm，铺放的培养材料高度30cm。
在黑暗中培养8天后，菌丝与棉籽壳等完全混合。此时按照图4的步骤，扎孔。扎孔板平面形状和培养的模具相同，均匀固定有200个直径5mm的铁钉，长150mm。将扎孔板扎入材料，将扎孔板和模具、材料一同烘干，温度50℃，持续2-4小时。烘干后，取出模具和扎孔板，即得声学材料（图9）。
该材料吸声系数0.38，是优良的吸声材料。
虽然，上面以最佳实施例详细说明了本发明，但本领域技术人员应当知晓，在不偏离本发明思想和精神的前提下，对本发明做出的任何改进和修饰，仍属于本发明要求保护的范围之内。
Claims (10)
1.一种有机声学材料的制备方法，包括步骤：
1）材料粉碎，所述材料为木材加工和/或农业生产中产生的碎屑材料；
2）用粉碎了的碎屑材料和辅料制备培养材料，然后消毒灭菌；
3)接入食用菌的菌种；
4）模具栽培；
5）干燥加工。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碎屑材料为木屑、农作物秸秆、农作物皮壳中的一种或多种；粉碎了的碎屑材料的颗粒粒径大小为1.7-15mm。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述辅料为氮源、钙源、糖中的一种或多种；所述碎屑材料和辅料的质量份数为97-99份和1-3份；所述食用菌的菌种为平菇、香菇、草菇、金针菇、滑菇菌种中的一种。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氮源为硝酸钙、尿素、饼肥中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.4份；所述钙源为碳酸钙、生石灰、石膏中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.2份；所述糖为葡萄糖、蔗糖、果糖中的一种或多种，添加的质量份数为0.1-0.5份，且辅料的添加量不超过3质量份。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述模具为透明硬质材料制成的模具，所述透明硬质材料为玻璃、塑料中的一种。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述栽培为在黑暗场所栽培5-10天。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在干燥之前对栽培得到的混合物进行穿孔，穿孔率为3-15%。
8.如权利要求1或7所述的制备方法，其特征在于，所述干燥为40-60℃下干燥2-4小时。
9.权利要求1-8任一所述的制备方法制备得到的有机声学材料，其特征在于，该有机声学材料的孔隙率为30-70%。
10.权利要求9所述的有机声学材料在建筑或包装中的应用。
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