CN108269565A - 具有肋状形态仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，包括：基板，且所述基板上表面设置有凸起；所述凸起与所述基板为一体结构，且材质均为聚氨酯；所述凸起为呈同心圆环状均匀分布的三角肋状体或梯形肋状体；本发明提供了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，能够在较薄的厚度范围内，展现出优异的吸声性能，从而达到吸声降噪的目的。
Description
技术领域
本发明涉及声学材料技术领域，更具体的说是涉及一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法。
背景技术
非光滑表面仿生理论是生物为自身生存以适应环境所表现出的生物体表非光滑特性。生物体表状态表现为生物非光滑表面,生物体表所表现出的这种特性，是自然界的客观存在。非光滑仿生技术是以自然界中生物非光滑形态结构为原型，解决工程问题的一种科学应用技术。
随着汽车工业的发展，汽车厂商对汽车的NVH性能要求越来越严格。声学包装的好坏直接影响到车内噪声的大小，因此优良的声学包装对于汽车的降噪具有积极的影响。目前对于声学包装的研究仅仅止步于光滑表面的研究，对于非光滑表面声学包装性能的研究存在空白，因此结合仿生学将非光滑表面应用到声学包装上开展新型高性能吸声材料不仅具有重要的学术价值，而且具有非常广阔的应用前景。当前关于仿生非光滑表面降噪的专利有一些，专利公告号为“CN103982705A”的发明专利公开了一种基于耦合仿生原理的降溢流阀，该发明在液压油流经阀芯、阀体时，非光滑体表可以降低流动阻力，减少摩擦噪声，适用于各种溢流阀结构形式的液压控制元件的噪声控制，原理新颖，结构简单，降噪效果显著；
但是，本领域中仅仅停留在对非光滑表面降噪的研究，对于吸声的研究存在空缺；
因此，如何结合仿生学将非光滑表面应用到汽车声学包装上，提供一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，能够在较薄的厚度范围内，展现出优异的吸声性能，从而达到吸声降噪的目的。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，包括：基板，且所述基板上表面设置有凸起；所述凸起与所述基板为一体结构，且材质均为聚氨酯；所述凸起为呈同心圆环状均匀分布的三角肋状体或梯形肋状体。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板分为基板和凸起，使中频和高频吸声性能明显提高，大大提高吸声系数，同时吸声材料板的厚度可在较薄的范围内，根据实际情况进行调整。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述三角肋状体的截面为等边三角形，所述等边三角形的边长为5mm，相邻所述等边三角形距离为7mm。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述梯形肋状体的截面为等腰梯形，所述等腰梯形下底为5mm，上底为2mm，高度3mm，相邻所述等腰梯形距离为5mm。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：通过截面为等边三角形的所述三角肋状体和截面为等腰梯形的所述梯形肋状体构成的不同形态的具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的结构，能够增加入射波与材料的接触面积，能够使更多的声波入射到声波材料中，进而增大声波的吸收率，提高吸声性能。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述基板和凸起总厚度为30mm。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述基板和所述凸起均具有孔隙。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：当声波入射到材料表面时，一部分声能发生反射，另一部分通过孔隙进入材料内部，空气与材料内部孔隙发生相对运动产生摩擦，声波经过非光滑表面时空气振动速度的提高可以加速动能转化成摩擦热能进而提高聚氨酯泡沫板的吸声性能。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板通过粘贴方式与待包装物进行包装。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述聚氨酯由聚醚多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油、去离子水和MDI组成；其质量分数比55-63：35-43：0.9-1.1：0.9-1.1：0.1-0.12：1.8-2.0：4.5-5.0：30-35。
一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的制备方法：
首先按照材料配比称取聚醚多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油和去离子水，将其倒置于纸杯中，并用材料搅拌机以2000r/min的搅拌速度进行搅拌90s；其次称取相应的MDI并倒入到纸杯中，利用材料搅拌机以500r/min进行搅拌，待纸杯发热时将其迅速倒入模具中，并将模具密封；最后将模具放入干燥箱，干燥箱温度设置为50℃，在保温箱存放2小时后，取出样品。
优选的，在一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板制备方法中，所述模具为圆柱铁盒，所述圆柱铁盒盒盖根据基板表面肋状体形状，选择3D打印的方式制备，打印材料选择ABS树脂制备。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板分为基板和凸起，使中频和高频吸声性能明显提高，大大提高吸声系数，同时吸声材料板的厚度可在较薄的范围内，根据实际情况进行调整；
通过截面为等边三角形的所述三角肋状体和截面为等腰梯形的所述梯形肋状体构成的不同形态的具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的结构，能够增加入射波与材料的接触面积，能够使更多的声波入射到声波材料中，进而增大声波的吸收率，提高吸声性能；当声波入射到材料表面时，一部分声能发生反射，另一部分通过孔隙进入材料内部，空气与材料内部孔隙发生相对运动产生摩擦，声波经过非光滑表面时空气振动速度的提高可以加速动能转化成摩擦热能进而提高聚氨酯泡沫板的吸声性能；
本发明提供的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，使聚氨酯泡沫板能够在较薄的厚度范围内，展现出优异的吸声性能，从而达到吸声降噪的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明设置三角肋状体基板的轴测图；
图2附图为本发明设置三角肋状体基板主视图的全剖视图；
图3附图为本发明设置梯形肋状体基板的轴测图；
图4附图为本发明设置三角肋状体基板主视图的全剖视图；
图5附图为不同仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板吸声性能对比曲线；
图6附图为仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的分类。
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。
本发明实施例公开了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，能够在较薄的厚度范围内，展现出优异的吸声性能，从而达到吸声降噪的目的。
结合附图1--4，本发明公开了一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，包括：基板1，且所述基板1上表面设置有凸起2；所述凸起2与所述基板1为一体结构，且材质均为聚氨酯；所述凸起2为呈同心圆环状均匀分布的三角肋状体11或梯形肋状体12。
为了进一步优化上述技术方案，三角肋状体11的截面为等边三角形，等边三角形的边长为5mm，相邻等边三角形距离为7mm。
为了进一步优化上述技术方案，梯形肋状体12的截面为等腰梯形，等腰梯形下底为5mm，上底为2mm，高度3mm，相邻等腰梯形距离为5mm。
为了进一步优化上述技术方案，基板1和凸起2总厚度为30mm。
为了进一步优化上述技术方案，基板1和凸起2均具有孔隙。
为了进一步优化上述技术方案，具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板通过粘贴方式与待包装物进行包装。
聚氨酯由多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油、去离子水和MDI组成；其质量分数比60：40：1：1：0.12：1.8：4.8：30。
一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的制备方法：
首先按照材料配比称取聚醚多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油和去离子水，将其倒置于纸杯中，并用材料搅拌机以2000r/min的搅拌速度进行搅拌90s；
其次称取相应的MDI并倒入到纸杯中，利用材料搅拌机以500r/min进行搅拌，待纸杯发热时将其迅速倒入模具中，并将模具密封；
最后将模具放入干燥箱，干燥箱温度设置为50℃，在保温箱存放2小时后，取出样品。
为了进一步优化上述技术方案，模具为圆柱铁盒，圆柱铁盒盒盖根据基板表面肋状体形状，选择3D打印的方式制备，打印材料选择ABS树脂制备。
实施例1
设计制造具有三角肋状体仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板。
参照图1和图2，聚氨酯泡沫板的非光滑表面形态，是位于基体表面上呈同心圆环状均匀分布的三角肋状体形成的，三角肋状体截面为等边三角形，三角形边长为5mm，相邻三角肋状体距离L为7mm。基体1和凸起2为聚氨酯原料，材料厚度为30mm，设计制造出来的三角肋状聚氨酯泡沫与同等基体材料的光滑表面聚氨酯泡沫相比，中频和高频吸声性能明显提高，且质量降低5.5％。
实施例2
设计制造具有梯形肋状的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板。
参照图3和图4，聚氨酯泡沫板的非光滑表面形态，是位于基体表面上呈同心圆环状均匀分布的梯形肋状体形成的，梯形肋状体截面为等腰梯形，等腰梯形上边长为2mm，下边长为5mm，相邻梯形肋状体距离L为5mm。基体1和凸起2为聚氨酯原料，材料厚度为30mm，设计制造出来的梯形肋状聚氨酯泡沫与同等基体材料的光滑表面聚氨酯泡沫相比，中频和高频吸声性能明显提高，且质量降低4.8％。
综上实施例，通过以下吸声性能对比曲线可以看出本发明所获得的积极效果。
参照图5，图5为不同仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板吸声性能对比曲线，在20-1500Hz频率范围内，各种表面聚氨酯泡沫板的吸声系数均随着频率的增大而增大，而且不同表面吸声材料在此频率范围内吸声系数区别不大，其中，光滑表面和三角肋状体表面在1250Hz时达到峰值，梯形肋状体表面声学包装的吸声系数在1500Hz达到最大值；在1500-3000Hz范围内，各个表面吸声系数随着频率的增大而降低，其中光滑表面，和三角肋状体表面的吸声系数相对较低，梯形肋状体表面的吸声性能相对较好；3000-6000Hz范围内，吸声材料吸声系数随着频率增大先增加后减小，其中梯形肋状体模型吸声性能相对最好，在5000Hz达到0.945。
综上所述，与光滑平面相比，具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板在低频和中低频范围(20-1500Hz)内影响不大，在中高频和高频范围(1500-6000Hz)内，吸声吸能有了较大的提高。吸声性能由高到低的顺序排列为：梯形肋状体表面、三角肋状体表面。
图6附图为仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的分类。
考虑到实际情况，为尽可能减少试验的次数，本实验选择四因素三水平的正交表，如表1所示。
表1
表2中的数值为各个因素所对应的水平及平均吸声系数。
表2
表3为各因素信噪比数据，信噪比越大说明该因素对吸声系数的影响越大，根据表格可以得知A2B1C2D2组合的吸声性能最佳，去离子水、三乙醇胺、硅油和催化剂A33的份数分别为4.8、1、1.8和1。
表3
| 符号 | 因素 | 水平1 | 水平2 | 水平3 |
| A | 去离子水 | -5.94 | -5.87 | -5.92 |
| B | 三乙醇胺 | -5.84 | -5.88 | -5.91 |
| C | 硅油 | -5.90 | -5.86 | -5.88 |
| D | A33 | -5.95 | -5.92 | -5.94 |
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，包括：基板(1)，且所述基板(1)上表面设置有凸起(2)；所述凸起(2)与所述基板(1)为一体结构，且材质均为聚氨酯；所述凸起(2)为呈同心圆环状均匀分布的三角肋状体(11)或梯形肋状体(12)。
2.根据权利要求1所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述三角肋状体(11)的截面为等边三角形，所述等边三角形的边长为5mm，相邻所述等边三角形距离为7mm。
3.根据权利要求2所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述梯形肋状体(12)的截面为等腰梯形，所述等腰梯形下底为5mm，上底为2mm，高度3mm，相邻所述等腰梯形距离为5mm。
4.根据权利要求3所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述基板(1)和凸起(2)总厚度为30mm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述基板(1)和所述凸起(2)均具有孔隙。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板通过粘贴方式与待包装物进行包装。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述聚氨酯由聚醚多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油、去离子水和MDI组成；其质量分数比55-63：35-43：0.9-1.1：0.9-1.1：0.1-0.12：1.8-2.0：4.5-5.0：30-35。
8.一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的制备方法，其特征在于，具体步骤包括：
首先按照材料配比称取聚醚多元醇330N、多元醇3630、催化剂A33、三乙醇胺、催化剂A1、硅油和去离子水，将其倒置于纸杯中，并用材料搅拌机以2000r/min的搅拌速度进行搅拌90s；
其次称取相应的MDI并倒入到纸杯中，利用材料搅拌机以500r/min进行搅拌，待纸杯发热时将其迅速倒入模具中，并将模具密封；
最后将模具放入干燥箱，干燥箱温度设置为50℃，在保温箱存放2小时后，取出样品。
9.根据权利要求8所述的一种具有肋状形态的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的制备方法，其特征在于，所述模具为圆柱铁盒，所述圆柱铁盒盒盖根据基板表面肋状体形状，选择3D打印的方式制备，打印材料选择ABS树脂制备。
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