CN107379646A - 一种多孔材料‑穿孔波纹复合轻质多功能夹层板及制备方法 - Google Patents
一种多孔材料‑穿孔波纹复合轻质多功能夹层板及制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种多孔材料‑穿孔波纹复合轻质多功能夹层板及制备方法，将穿孔金属薄板、穿孔波纹夹芯结构以及未穿孔金属薄板依次焊接，并在穿孔波纹夹芯结构和未穿孔金属薄板形成的空间内填充开孔多孔材料，将开孔多孔材料与穿孔波纹三明治板复合，相比其他传统声学结构的单一窄频吸声或者隔声性能，该发明的结构能够在低频、宽频内同时实现较好的吸声以及隔声性能；且由于三明治板本身的良好的比刚度、强度、抗冲击等力学特性，该发明的结构是一种兼具优良声学、力学性能的超轻多功能结构，在工程领域具有重大的应用前景。
Description
【技术领域】
本发明属于噪声处理技术，涉及一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板及制备方法。
【背景技术】
随着社会发展，噪声问题日渐严重。噪声直接影响了人类的生活质量，甚至对人类的心理、生理等诸多方面也有不可低估的影响，所以，噪声是一种危害严重的污染，必须加以控制。对于建筑、汽车、高速列车以及飞行器舱体等诸多工程环境，除了对结构的力学性能等的考量，隔声和吸声性能也都是很重要的标准。隔声是指声音从结构一侧向另一侧传播时，由于结构的阻挡而使传进去一侧的声能量小于进入侧的声能量。吸声是指声音通过或者入射到介质时，声能量被介质内部的结构或物质所消耗而减小。
三明治板具有良好的强度、刚度和低密度，以及抗冲击、耐高温、耐腐蚀等优良特性，是一种优良的工程材料。常见的三明治板包括泡沫夹心、蜂窝夹心以及波纹夹心三明治板等。特别是波纹三明治，制备简单，性能优良，具有十分广泛的应用前景。
三明治板是一种良好的隔声材料，但是其并不具有吸声性。相反，穿孔板和开孔多孔材料等结构内部有微小的空间形成声损耗通道，具有很好的吸声性能，但是其隔声性能很差，且其2000Hz以下的中低频时吸声性能和频带宽度也有待提高。目前未有结构能同时实现优良的低频、宽频的隔声和吸声性能。设计一种兼具优良低频、宽频的隔声、吸声以及力学性能的多功能结构对实际应用有重大意义。
【发明内容】
为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板及制备方法，具有优良的低频声学、力学性能的轻质多功能材料。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，包括穿孔薄板、未穿孔薄板和采用穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板，在穿孔波纹板两侧连接穿孔薄板和未穿孔薄板形成多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板。
进一步，在穿孔波纹板和未穿孔薄板连接形成的空间内填充有开孔多孔材料。
进一步，穿孔薄板、未穿孔薄板和穿孔波纹板为碳钢钢板，不锈钢板，结构钢板、铝板、铝合金板、钛合金板、纤维增强复合材料板或高分子材料板。
进一步，所述开孔多孔材料为烧结金属纤维、开孔以及半开孔泡沫铝或岩棉。
进一步，穿孔薄板、穿孔波纹板中的圆形孔直径范围为1.5mm～3mm。
一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板制备方法，包括以下步骤：
将薄板利用激光穿孔机穿出均匀分布的圆孔，随后将该穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板；
将穿孔波纹板、穿孔薄板和未穿孔薄板按照穿孔薄板、穿孔波纹板、未穿孔薄板顺序叠加并连接在一起；
将开孔多孔材料切割成和穿孔波纹板相匹配的梯形棱柱，将该梯形棱柱填塞进入穿孔波纹板和未穿孔薄板形成的空间内，连接界面采用环氧粘接剂胶结处理。
进一步，步骤2)之前对穿孔波纹板、穿孔薄板和未穿孔薄板去除油污和锈迹。
进一步，将穿孔薄板、穿孔波纹板、未穿孔薄板通过真空炉钎焊或者激光焊接顺序焊接起来。
本发明具有如下优点：
本发明多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板的包括穿孔薄板、未穿孔薄板和采用穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板，在穿孔波纹板两侧连接穿孔薄板和未穿孔薄板形成多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，相比传统的波纹三明治结构的零吸声效果，本发明的复合夹层板能将在100Hz～1600Hz的低频、宽频范围内实现有效吸声。
另外，本发明的隔声性能相比传统波纹三明治结构能够提升10％左右。传统的波纹三明治结构，声波入射到面板时，绝大部分声能量被反射，因此是零吸声的效果，相比之下，本发明的复合夹层板，面板及波纹夹心的微穿孔使得入射声能量能够进入到波纹板内部，声波经过微穿孔以及在多孔材料中传播时，由于微孔和多孔材料内部的粘性以及热损耗作用，声能量能够被大幅度的消耗，因此能实现有效吸声。
另外，对于传统的波纹三明治结构，其隔声性能主要依靠入射声场的能量反射而实现透射声场的能量减弱，而本发明的复合夹层板，由于声能量在板内部实现了大幅度损耗，吸声性能增加的同时，也会减弱透射声场中能量，因此相比传统波纹三明治结构，隔声性能也会相应提高。
【附图说明】
图1为穿孔波纹夹芯结构示意图；
图2为本发明开孔多孔材料-穿孔波纹三明治板复合轻质多功能结构示意图；
图3为本发明开孔多孔材料-穿孔波纹三明治板复合结构与传统波纹三明治板的吸声以及隔声系数对比实施例1；
图3a为隔声系数曲线；
图3b为吸声系数曲线；
图4为本发明开孔多孔材料-穿孔波纹三明治板复合结构与传统波纹三明治板的吸声以及隔声系数对比实施例2；
图4a为隔声系数曲线；
图4b为吸声系数曲线；
图中：1-穿孔薄板；2-未穿孔薄板；3-开孔多孔材料；4-穿孔波纹板；5-圆形孔。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，包括穿孔薄板1、未穿孔薄板2和采用穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板4，在穿孔波纹板4两侧连接穿孔薄板1和未穿孔薄板2形成多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板。
进一步，在穿孔波纹板4和未穿孔薄板2连接形成的空间内填充有开孔多孔材料3，穿孔薄板1、未穿孔薄板2和穿孔波纹板4为碳钢钢板，不锈钢板，结构钢板、铝板、铝合金板、钛合金板、纤维增强复合材料板或高分子材料板。
进一步，所述开孔多孔材料3为烧结金属纤维、开孔以及半开孔泡沫铝或岩棉；穿孔薄板1、穿孔波纹板4中的圆形孔直径范围为1.5mm～3mm。
一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板制备方法，包括以下步骤：
1)将薄板利用激光穿孔机穿出均匀分布的圆孔，随后将该穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板4；
2)将穿孔波纹板4、穿孔薄板1和未穿孔薄板2按照穿孔薄板1、穿孔波纹板4、未穿孔薄板2顺序叠加并连接在一起；
3)将开孔多孔材料3切割成和穿孔波纹板4相匹配的梯形棱柱，将该梯形棱柱填塞进入穿孔波纹板4和未穿孔薄板2形成的空间内，连接界面采用环氧粘接剂胶结处理。
进一步，步骤2)之前对穿孔波纹板4、穿孔薄板1和未穿孔薄板2去除油污和锈迹；将穿孔薄板1、穿孔波纹板4、未穿孔薄板2通过真空炉钎焊或者激光焊接顺序焊接起来。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
首先将厚度为1mm的铝板通过激光切割机穿孔，孔径为2mm，穿孔率为0.9％。将穿孔板通过模压折叠形成高度为18mm的波纹板，参见图1。对另一块厚度为1mm的铝板通过激光切割机进行穿孔，孔径为2mm，穿孔率为1.4％。采用真空炉钎焊方式将穿孔铝板、穿孔波纹铝板、另一块厚度1mm的未穿孔铝板按顺序排布进行钎焊处理，得到穿孔型铝制波纹夹芯板。利用切割机将一块孔隙率为97％，流阻率为51200Pa·s/m2，粘性特征长度为41μm，热特征长度为59μm，材料曲折度为1.06的岩棉切割成与波纹夹芯结构匹配的梯形棱柱，将梯形棱柱填充进入波纹板与未穿孔铝板形成的空间内，参见图2，界面处采用AB型双组分快速固化环氧树脂胶粘剂进行胶结处理，于40～60℃烘箱中固化，得到岩棉-铝基穿孔波纹复合夹芯板。相比于同样尺寸同样材料的传统波纹三明治板，本发明的结构能够在100Hz～1600Hz范围内实现有效吸声，在300Hz～1600Hz频率范围内隔声性能也能提高10％左右，参见图3，图3a和图3b。
实施例2
首先将厚度为1mm的结构钢板通过激光切割机穿孔，孔径为1.5mm，穿孔率为0.67％。将穿孔板通过模压折叠形成高度为17mm的波纹板，参见图1。对另一块厚度为1mm的结构钢板通过激光切割机进行穿孔，孔径为1.5mm，穿孔率为1.1％。采用激光焊机将穿孔结构钢、穿孔波纹钢板、另一块厚度2mm的未穿孔结构钢板依次焊接处理，得到穿孔型钢制波纹夹芯板。利用切割机将一块孔隙率为98％，流阻率为45000Pa·s/m2，粘性特征长度为105μm，热特征长度为201μm，材料曲折度为1.05的烧结金属纤维材料切割成与波纹夹芯结构匹配的梯形棱柱，将梯形棱柱填充进入波纹板与未穿孔结构钢板板形成的空间内参见图2，界面处采用AB型双组分快速固化环氧树脂胶粘剂进行胶结处理，于40～60℃烘箱中固化，得到烧结金属纤维-钢制穿孔波纹复合夹芯板。相比于同样尺寸同样材料的传统波纹三明治板，本发明的结构能够在100Hz～1600Hz范围内实现有效吸声，且隔声性能在500Hz～1600Hz内也能提高10％左右，参见图4，图4a和图4b。
以上所述是本发明的优选实施方式，通过上述说明内容，本技术领域的相关工作人员可以在不偏离本发明技术原理的前提下，进行多样的改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，其特征在于：包括穿孔薄板(1)、未穿孔薄板(2)和采用穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板(4)，在穿孔波纹板(4)两侧连接穿孔薄板(1)和未穿孔薄板(2)形成多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板。
2.根据权利要求1所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，其特征在于：在穿孔波纹板(4)和未穿孔薄板(2)连接形成的空间内填充有开孔多孔材料(3)。
3.根据权利要求1所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，其特征在于：穿孔薄板(1)、未穿孔薄板(2)和穿孔波纹板(4)为碳钢钢板，不锈钢板，结构钢板、铝板、铝合金板、钛合金板、纤维增强复合材料板或高分子材料板。
4.根据权利要求2所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，其特征在于：所述开孔多孔材料(3)为烧结金属纤维、开孔以及半开孔泡沫铝或岩棉。
5.根据权利要求1-4任一项所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板，其特征在于：穿孔薄板(1)、穿孔波纹板(4)中的圆形孔直径范围为1.5mm～3mm。
6.一种多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将薄板利用激光穿孔机穿出均匀分布的圆孔，随后将该穿孔薄板通过模压、折叠制备出穿孔波纹板(4)；
2)将穿孔波纹板(4)、穿孔薄板(1)和未穿孔薄板(2)按照穿孔薄板(1)、穿孔波纹板(4)、未穿孔薄板(2)顺序叠加并连接在一起；
3)将开孔多孔材料(3)切割成和穿孔波纹板(4)相匹配的梯形棱柱，将该梯形棱柱填塞进入穿孔波纹板(4)和未穿孔薄板(2)形成的空间内，连接界面采用环氧粘接剂胶结处理。
7.根据权利要求6所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板制备方法，其特征在于：步骤2)之前对穿孔波纹板(4)、穿孔薄板(1)和未穿孔薄板(2)去除油污和锈迹。
8.根据权利要求6所述的多孔材料-穿孔波纹复合轻质多功能夹层板制备方法，其特征在于：将穿孔薄板(1)、穿孔波纹板(4)、未穿孔薄板(2)通过真空炉钎焊或者激光焊接顺序焊接起来。
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