CN108424509A - 基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板制备方法 - Google Patents

基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，包括凸起和基板；凸起与基板为一体结构，且材质为聚氨酯，凸起和基板总厚度为30mm。凸起包括：三角尖劈形、梯形棱纹形和梯形凹坑形。本发明提供了一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，吸声系数高，吸声效果明显。

Description

基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板制备方法
技术领域
本发明涉及声学材料领域，更具体的说是涉及基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板制备方法。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车噪声问题越来越突出，声学包装材料对降低车内中高频和高频噪声能起到很好的效果，因此对声学材料在汽车降噪中的应用研究是很有必要的，研究过程和方法对汽车噪声的控制是非常有意义的。目前对于声学包装材料的研究局限于对光滑表面声学包装材料的研究，对于非光滑表面声学包装材料吸声性能的研究存在空缺。
自然界中，生物经过数万年的环境适应优化出了最佳的功能特性。近几年来，随着仿生学的不断发展，人们对于生物体表的非光滑表面的研究越来越深入。研究表明生物体表非光滑表面具有减阻、清洁、降噪等功能，然而针对自然界中，不同非光滑表面翅膀飞鸟和昆虫的静音飞行的研究主要集中在气动声学，对于非光滑表面声学包装材料的声学性能研究存在空缺。
因此，如何提供一种吸声系数高，吸声效果明显的基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板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，本发明提供了一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板及其制备方法，吸声系数高，吸声效果明显。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，包括：凸起和基板；所述凸起与所述基板为一体结构，且材质为聚氨酯，所述凸起和所述基板总厚度为30mm。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板分为凸起和基板，使中频和高频吸声性能明显提高，大大提高吸声系数。
优选的，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述凸起包括：三角尖劈形、梯形棱纹形和梯形凹坑形。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：凸起设置成三角尖劈形、梯形棱纹形和梯形凹坑形通过长耳鸮翼表进行设计，使中频和高频吸声性能明显提高，大大提高吸声系数。
优选的，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述的三角尖劈形的截面为等腰三角形；所述等腰三角形的底边边长为2-4mm，高度为2-4mm，相邻所述等腰三角形之间的距离为2-4mm。
优选的，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述梯形棱纹形的截面为等腰梯形；所述等腰梯形下底为4-6mm，上底为1-3mm，高度2-4mm，相邻所述等腰梯形之间的距离为4-6mm。
优选的，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述梯形凹坑形的截面为等腰三角形；所述等腰三角形底边边长为2-4mm，高度为2-4mm，相邻所述等腰三角形之间的距离为4-6mm。
通过上述技术方案，本发明的技术效果：分别由三角尖劈形、梯形棱纹形和梯形凹坑形构成的不同形态的基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的结构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，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述凸起和所述基板均具有孔隙。
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声学包装材料的吸声性能。
优选的，在上述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板中，所述基于长耳鸮翼表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，在上述的一种基于长耳鸮翼表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。
一种基于长耳鸮翼表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。
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基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，吸声系数高，吸声效果明显。首先，基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的结构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。其次，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声学包装材料的吸声性能。最后，基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板的非光滑表面改变材料的流阻率，从而导致吸声系数的改变，随着流阻率的降低，吸声材料的吸声系数进一步提高。
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附图为本发明的三角尖劈仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的轴测图；
图2附图为本发明的三角尖劈仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板侧视图的全剖视图；
图3附图为本发明的梯形棱纹的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的轴测图；
图4附图为本发明的梯形棱纹的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板侧视图的全剖视图；
图5附图为本发明的梯形凹坑的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的轴测图；
图6附图为本发明的梯形凹坑的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板侧视图的全剖视图；
图7为不同仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板吸声性能对比曲线。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图1-7，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基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，吸声系数高，吸声效果明显。
一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，凸起1和基板2；凸起1与基板2为一体结构，且材质为聚氨酯，凸起和基板总厚度为30mm。
为了优化上述技术方案，凸起1包括：三角尖劈形11、梯形棱纹形12和梯形凹坑形13。
为了优化上述技术方案，三角尖劈形11的截面为等腰三角形；等腰三角形的底边边长为3mm，高度为3mm，相邻等腰三角形距离为3mm。
为了优化上述技术方案，梯形棱纹形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。
为了优化上述技术方案，梯形凹坑形13的截面为等腰三角形；等腰三角形底边边长为5mm，高度为3mm，相邻等腰三角形距离为5mm。
为了优化上述技术方案，凸起1和基板2均具有孔隙。
为了优化上述技术方案，基于长耳鸮翼表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。
为了优化上述技术方案，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。
实施例1
设计制造具有三角尖劈仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板。
参照图1和图2，三角尖劈仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的三角尖劈形11的截面为等腰三角形；等腰三角形的底边边长为3mm，高度为3mm，相邻等腰三角形距离L为3mm。声学包装基体为聚氨酯原料，三角尖劈形11和基板2总厚度为30mm，设计制造出来的三角尖劈聚氨酯泡沫与同等基体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，且质量降低了5.6％。
实施例2
设计制造具有梯形棱纹的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板。
参照图3和图4，梯形棱纹的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的梯形棱纹形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L为5mm。声学包装基体为聚氨酯原料，梯形棱纹形12和基板2总厚度为30mm，设计制造出来的三角尖劈聚氨酯泡沫与同等基体的光滑表面聚氨酯泡沫相比，频和高频吸声性能明显提高，且质量降低4.5％。
实施例3
设计制造具有梯形凹坑的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板。
参照图5和图6，梯形凹坑的仿生非光滑形态的聚氨酯泡沫板的梯形凹坑形13的截面为等腰三角形；等腰三角形底边边长为5mm，高度为3mm，相邻等腰三角形距离L为5mm。声学包装基体为聚氨酯原料，梯形凹坑形13和基板2总厚度为30mm，设计制造出来的梯形凹坑聚氨酯泡沫与同等基体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6.2％。
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7，图7为不同仿生非光滑表面声学包装吸声性能对比曲线，在20-1500Hz频率范围内，各种表面声学包装材料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，光滑表面在1250Hz时达到峰值，梯形凹坑和梯形棱纹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，其中光滑表面相对较低，三种非光滑形态声学包装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，其中三角尖劈表面的吸声性能相对最好，在4500Hz达到0.925。综上所述，与光滑平面相比，仿生非光滑表面声学包装材料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。
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)

1.一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，包括：基板(2)，且所述基板(2)上表面设置有凸起(1)；所述凸起(1)与所述基板(2)为一体结构，且材质为聚氨酯，凸起和基板总厚度为30mm。
2.根据权利要求1所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述凸起(1)包括：三角尖劈形(11)、梯形棱纹形(12)和梯形凹坑形(13)。
3.根据权利要求2所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述的三角尖劈形(11)的截面为等腰三角形；所述等腰三角形的底边边长为2-4mm，高度为2-4mm，相邻所述等腰三角形之间的距离为2-4mm。
4.根据权利要求2所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述梯形棱纹形(12)的截面为等腰梯形；所述等腰梯形下底为4-6mm，上底为1-3mm，高度2-4mm，相邻所述等腰梯形之间的距离为4-6mm。
5.根据权利要求2所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述梯形凹坑形(13)的截面为等腰三角形；所述等腰三角形底边边长为2-4mm，高度为2-4mm，相邻所述等腰三角形之间的距离为4-6mm。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述凸起(1)和所述基板(2)均具有孔隙。
7.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于长耳鸮翼表的仿生非光滑表面聚氨酯泡沫板，其特征在于，所述基于长耳鸮翼表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。
8.根据权利要求1-5任一项所述的一种基于长耳鸮翼表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。
9.一种基于长耳鸮翼表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。
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