CN111119950B - 一种具有吸音显像的复合内壁及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属建筑结构技术领域，具体涉及一种具有吸音显像的复合内壁及其应用。所述具有吸音显像的复合内壁，包括由内至外各结构：第一层：基础内壁；第二层：龙骨；第三层：多孔吸声板；第四层：光致变色涂层；第五层：镀膜滤光片。本发明首次提出将多孔吸声材料应用于地铁列车隧道内壁吸声降噪，解决了地铁列车在随道内行驶时，隧道‑列车噪声耦合混响持续时间长、声压级高问题；同时联用光致变色技术，在多孔吸声板表面形成光致变色涂层，从而能够在隧道内壁形成动态图案，消除司机视觉疲劳，提升商业广告的吸引力，实现降噪显像双重功能。本发明还增设了与其相适配的镀膜滤光片，通过协同作用，进一步提升降噪显像功能。

Description

一种具有吸音显像的复合内壁及其应用

技术领域

本发明属建筑结构技术领域，具体涉及一种具有吸音显像的复合内壁及其应用。

背景技术

目前在地铁列车过隧道的过程中，存在隧道-列车噪声耦合混响持续时间长、声压级高及司机视觉疲劳问题。

针对此类噪声问题，现阶段解决方法是在车体内部安装隔音降噪装置，但降噪效果不十分明显，且存在成本较高、影响车体结构及空间等缺点；此外，对于视觉疲劳问题，目前尚无解决方法。

CN107178380A公开了一种模块化的隧道内壁吸音系统，包括龙骨和采用复合材料制成的吸音板；所述吸音板包括面层和处于面层下方的基层；所述面层为设置有流线形凹状的预制气流导流槽的吸音面层；所述基层为蜂窝状空腔的无机矿物材料板，该基层底部设置有凸线条；所述龙骨安装在隧道内壁上，所述吸音板通过龙骨安装在隧道内壁上。所述龙骨包括底板和对称设置在底板上的两块侧边板，所述底板和两块侧边板组成一凹槽；所述底板的两端设置有耳板，所述龙骨的侧边板的上边线为波浪形状，该侧边板的内侧设置有弹簧片；所述吸音板的凸线条插入龙骨的凹槽内，通过与弹簧片相互卡合与龙骨连接。

上述方案虽能一定程度上改善隧道内噪音，但效果仍不十分理想。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种具有吸音显像的复合内壁。所得复合内壁可同时满足吸音降噪和改善视疲劳的功能，且改善程度显著；同时所得复合内壁体积小、所占空间少，不妨碍列车地铁运行；此外，还可提高乘坐舒适性。

本发明所述的具有吸音显像的复合内壁，包括由内至外结构如下：

第一层：基础内壁；

第二层：龙骨；

第三层：多孔吸声板；

第四层：光致变色涂层；

第五层：镀膜滤光片。

本发明首次将多孔吸声材料应用于隧道内壁，显著降低地铁列车隧道内噪声；同时随着列车前射灯由远及近的光线变化，镀膜滤光片的波长特性也随之变化，从而实现材料光致变色，形成动态图案，缓解司机疲劳，还可兼顾商业广告功能。同时，为了实现墙壁动态图像功能，选取镀膜滤光片对动态入射光初步滤波，经滤波后的定波长入射光接触光致变色涂料，实现了动态图像显示功能。所得复合内壁可同时满足吸音降噪和改善视疲劳的功能，提高乘坐舒适性。

根据本发明的一些实施例，所述多孔吸声板的材质选自铝制纤维。研究发现，虽然常规多孔结构吸声材料均能实现吸音降噪功效，但综合考虑强度、耐用性、经济性和易加工性，选择基于铝制纤维的多孔结构吸声材料的综合效果更好。

根据本发明的一些实施例，所述多孔吸声板是通过两片铝网板夹住中间的铝纤维毡并滚压而成。所述多孔吸声板的尺寸可根据实际需求而定，例如尺寸通常选择600mm×1200mm；由于所述多孔吸声板是全铝制造，不含粘接剂，可循环利用。

根据本发明的一些实施例，所述多孔吸声板具有互相贯通的多微孔结构；通过这些互相贯通的微孔，可以显著降低噪声。优选地，所述微孔的孔径为0.1-0.5mm，所述微孔的密度为6.36×10⁴-1.59×10⁶个/m²。

根据本发明的一些实施例，所述多孔吸声板通过龙骨安装在基础内壁表面。所述龙骨的材质为轻钢材质。

根据本发明的一些实施例，所述龙骨与所述基础内壁之间形成空腔结构；优选地，所述空腔深度为5-10cm。所述多孔吸声板与所述空腔结构组成吸声结构，可进一步提高吸声效果。而所述龙骨的具体尺寸可根据实际需要而调整。

所述多孔吸声板的降噪原理为：

(1)当有声波入射到多孔吸声板表面时，一部分声波在多孔吸声板的表面被反射掉，另一部分进入多孔吸声板的内部激发起微孔内的空气振动，致使多孔吸声板的内部的空气与固体筋络之间产生相对位移，又由于空气的粘滞性，在微孔内产生相应的粘滞阻力，从而使振动空气的动能不断转化成热能，声能衰减，进而起到降低地铁列车隧道内噪声的作用。

(2)同时，所述多孔吸声板中互相贯通的微孔类似于很多个相互并联的亥姆霍兹共振器，类似于共振吸声结构。当声波传播至多孔吸声板的表面时，多孔吸声板内部以及周边空气会对声波振动产生的体积、速度变化产生一个惯性阻抗。

根据声波振动频率的不同，该惯性阻抗反抗强度也有所不同；在声波频率与共振吸声系统固有频率接近时，这种惯性阻抗最强，对声能的衰减也最强。因此，共振吸声材料的吸声性能很大程度上受到入射声波频率影响，声波振动频率与共振结构固有频率越接近，吸声结构吸声效果越好，进而降低地铁列车隧道内的混响噪声。

根据本发明的一些实施例，所述光致变色涂层是由光致变色材料被均匀喷涂至所述多孔吸声板表面形成的颗粒所组成的。所述颗粒的尺寸为0.1-0.5mm，密度为6.36×10⁴-1.59×10⁶个/m²。

所述光致变色材料是指受到光源激发后能够发生颜色变化的一类材料。所述光致变色材料的变色原理为：当灯光照射时，颜料吸收了特定波长的光能量而产生分子结构变化，进而产生颜色；当失去这种特定波长的光能量，则恢复到原来的分子结构，又变回原来的无色状态。所述光致变色材料分为无机和有机两大类。

作为本发明的具体实施方式之一，所述变色闪光内墙装饰涂料，其组分及质量份数配比为：苯丙乳液30-50份、成膜助剂2-5份、消泡剂0.1-0.5份、增稠剂0.5-1份、纳米二氧化钛5-8份、光致变色荧光颜料3-5份、闪光粉2-3份、分散剂1-2份、流平剂1-2份、润湿剂1-2份、纳米级电气石粉5-8份、水5-15份。所述光致变色荧光颜料通过煅烧稀土氧化物、硼酸和碳酸锂的混合物得到，光致变色荧光颜料的粒径为50-100nm。

本发明利用上述光致变色材料的特点，将其应用于隧道内壁，在不同天气下，随着列车前照灯距离远近，复合内壁的所述光致变色涂层会产生颜色变化，从而缓解驾驶员视觉疲劳，减少安全事故的发生。具体工作原理为：当列车灯光照射到所述光致变色涂层时，所述光致变色涂层显示某种颜色，而当列车灯光极弱或无列车灯光照射时，所述光致变色涂层的颜色就变浅淡或呈无色。

利用所述光致变色涂层的变色特点，本发明还可根据所需呈现动图形式设定所述光致变色涂层的显色色谱数量、显色浓度和鲜艳度、显色变色速度和显色累积时间，从而实现商业广告功能。

根据本发明的一些实施例，所述镀膜滤光片优选为德国肖特集团生产的B270浮法白玻璃，厚度为2.3mm，密度为2.56g/cm³，熔点为536℃，莫氏硬度为8。随着列车前射灯由远及近，光线的入射角度发生改变，镀膜滤光片的波长特性会产生变化。

在射入倾斜光线时，光线通过镀膜滤光片的光程会变长，当入射角度为0度(垂直)时，波长特性在最长波长一侧；当入射角度变大时，波长特性向较短波长一侧移动。所以提高入射角将使它移向较短的波长(即对蓝波长)；降低角度则会移向较长的波长(即对红波长)。

单独的镀膜滤光片或光致变色涂层显像效果较为单一，若要实现复杂的动态图像则需要两者协同作用。镀膜滤光片可以通过调整厚度、角度和涂料对入射光线进行滤波，满足光致变色涂层对同一入射光线产生动态响应的需求。同时，滤光片加入光致变色材料能得到智能化的光致变色涂料，通过调整涂料比例可实现多种颜色变换的效果。和光致变色涂料协同作用不仅拥有多彩涂料的多种颜色，还可以利用隧道内灯光(包括列车前照灯)变换来调节色彩，实现光控的目的。二者协同作用可优势互补，形成动态图像。

本发明还提供上述具有吸音显像的复合内壁在地铁列车隧道、高铁列车隧道等中的应用。

本发明的有益效果如下：

本发明首次提出将多孔吸声材料应用于地铁列车隧道内壁，用于隧道内列车运行的吸声降噪；同时联用光致变色技术，在多孔吸声板表面形成光致变色涂层，从而实现降噪显像双重功能。

本发明通过对多孔吸声材料和光致变色材料的筛选，确定两者最佳的搭配组合方式，从而在保证实现降噪显像双重功能的同时，还具有优异的耐候性、稳定性，经久耐用，经济效益较佳。

此外，本发明还增设了与其相适配的镀膜滤光片，通过协同作用，进一步提升降噪显像功能。

本发明提出的具有吸音显像的复合内壁，解决了地铁列车在随道内行驶时，隧道-列车噪声耦合混响持续时间长、声压级高及视觉疲劳问题；还可以缓解隧道内噪声对车上司机、乘客及检修人员造成的严重危害，并缓解司机驾驶疲劳，并提高地铁列车行车安全性及乘坐舒适性；

同时，光致变色材料及镀膜滤光片的合理使用，能够在隧道内壁形成动态图案，消除司机视觉疲劳；同时用于商业广告展示，让乘客及司机在车内、列车灯光远近的变化下体验图案中花纹色彩的变化，提升商业广告的吸引力，使广告文化产品向人文化、绿色化、个性化方向发展。

附图说明

图1为本发明所述复合内壁的结构示意图。

图2为本发明所述多孔吸声板的四种常见结构。

图3为本发明所述多孔吸声板的工作原理示意图。

图4为光源入射角度对镀膜滤光片的影响示意图；其中(a)表示镀膜滤光片对多角度光线的反射特性；(b)表示镀膜滤光片的作用原理。

图5为漫反射光谱检测结果。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所述变色闪光内墙装饰涂料可采用下述方法之一制得。

方案1：一种变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括：

S1、准备所述变色闪光内墙装饰涂料的配方：苯丙乳液40份、成膜助剂3份、消泡剂0.2份、增稠剂0.6份、纳米二氧化钛6份、光致变色荧光颜料4份、珠光粉1.2份、金葱粉1.2份、分散剂1.5份、流平剂1.5份、润湿剂1.5份、纳米级电气石粉6份、水10份；

其中，所述光致变色荧光颜料是通过煅烧氧化钕、硼酸和碳酸锂的混合物得到，其粒径为50-100nm；其中氧化钕、硼酸和碳酸锂的质量份数比为40：25：35；

其中，所述金葱粉为金片、银片及各色塑料和镭射闪光七彩片，形状为四角形粉末颗粒，粒径大小为0.01-0.05微米；

其中，所述纳米二氧化钛的粒径为10-100nm；

其中，所述纳米级电气石粉的粒径为50-100nm。

S2、上述的变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按照质量份数配比将氧化钕、硼酸和碳酸锂混合并研磨1.5小时，得到混合粉体；将制得的混合粉体在800℃下煅烧5小时后自然冷却，冷却至室温后置于高能纳米冲击磨中进行超细研磨5小时，直至粒径达到50-100nm，得到光致变色荧光颜料；

步骤2)：按照质量份数配比向苯丙乳液中依次加入成膜助剂、分散剂、增稠剂、纳米二氧化钛、光致变色荧光颜料、水、纳米级电气石粉、闪光粉、流平剂、润湿剂、消泡剂，加入的过程中不停搅拌，直至混合均匀，得到变色闪光内墙装饰涂料。

方案2：一种变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括：

S1、准备所述变色闪光内墙装饰涂料的配方：苯丙乳液30份、成膜助剂2份、消泡剂0.1份、增稠剂0.5份、纳米二氧化钛5份、光致变色荧光颜料3份、珠光粉1份、金葱粉1份、分散剂1份、流平剂1份、润湿剂1份、纳米级电气石粉5份、水5份；

其中，所述光致变色荧光颜料是通过煅烧氧化钬、硼酸和碳酸锂的混合物得到，光致变色荧光颜料的粒径为50-100nm；其中所述氧化钬、硼酸和碳酸锂的质量份数比30：20：30；

其中，所述金葱粉为金片、银片及各色塑料和镭射闪光七彩片，形状为六角形粉末颗粒，粒径大小为0.01-0.05微米；

其中，所述纳米二氧化钛的粒径为10-100nm；

其中，所述纳米级电气石粉的粒径为50-100nm。

S2、上述的变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按照质量份数配比将氧化钬、硼酸和碳酸锂混合并研磨1.5小时，得到混合粉体；将制得的混合粉体在700℃下煅烧8小时后自然冷却，冷却至室温后置于高能纳米冲击磨中进行超细研磨6小时，直至粒径达到50-100nm，得到光致变色荧光颜料；

步骤2)：按照质量份数配比向苯丙乳液中依次加入成膜助剂、分散剂、增稠剂、纳米二氧化钛、光致变色荧光颜料、水、纳米级电气石粉、闪光粉、流平剂、润湿剂、消泡剂，加入的过程中不停搅拌，直至混合均匀，得到变色闪光内墙装饰涂料。

方案3：一种变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括：

S1、准备所述变色闪光内墙装饰涂料的配方：苯丙乳液50份、成膜助剂5份、消泡剂0.5份、增稠剂1份、纳米二氧化钛8份、光致变色荧光颜料5份、珠光粉1.5份、金葱粉1.5份、分散剂2份、流平剂2份、润湿剂2份、纳米级电气石粉8份、水15份；

其中，所述光致变色荧光颜料通过煅烧氧化钬、硼酸和碳酸锂的混合物得到，光致变色荧光颜料的粒径为50-100nm；其中所述氧化钬、硼酸和碳酸锂的质量份数比50：30：40；

其中，所述金葱粉为金片、银片及各色塑料和镭射闪光七彩片，形状为四角形粉末颗粒，粒径大小为0.01-0.05微米；

其中，所述纳米二氧化钛的粒径为10-100nm；

其中，所述纳米级电气石粉的粒径为50-100nm。

S2、上述的变色闪光内墙装饰涂料的制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按照质量份数配比将氧化钬、硼酸和碳酸锂混合并研磨1.5小时，得到混合粉体；将制得的混合粉体在1000℃下煅烧4小时后自然冷却，冷却至室温后置于高能纳米冲击磨中进行超细研磨5小时，直至粒径达到50-100nm，得到光致变色荧光颜料；

步骤2)：按照质量份数配比向苯丙乳液中依次加入成膜助剂、分散剂、增稠剂、纳米二氧化钛、光致变色荧光颜料、水、纳米级电气石粉、闪光粉、流平剂、润湿剂、消泡剂，加入的过程中不停搅拌，直至混合均匀，得到变色闪光内墙装饰涂料。

实施例1

本实施例提供一种用于隧道的具有吸音显像的复合内壁，如图1所示，包括由内至外各结构：

第一层：隧道基础内壁；

第二层：龙骨；

第三层：多孔吸声板；

第四层：光致变色涂层；

第五层：镀膜滤光片(滤镜)。

在上述复合内壁结构中：

(1)所述多孔吸声板的特征如下：

所述多孔吸声板的材质为铝纤维。

所述多孔吸声板具有多个互相贯通的微孔，所述微孔的孔径为0.1-0.5mm，所述微孔的密度为6.36×10⁴-1.59×10⁶个/m²；所述多孔吸声板的厚度为1.2mm；本实施例中选择图2(a)所示的结构，当然也可替换为图2(b)、(c)或(d)。

所述多孔吸声板是通过两片铝网板夹住中间的铝纤维毡，利用其塑性通过压机滚压而成；尺寸为600mm×1200mm。

所述多孔吸声板的工作原理如图3所示：材料表面有很多互相贯通的孔径d为0.1-0.5mm的微孔，空腔V的深度L为10cm，板厚t为1.2mm。当有声波入射到多孔材料表面时，一部分声波在多孔材料的表面被反射掉，另一部分进入多孔材料内部激发起微孔内的空气振动，致使多孔材料内部的空气与固体筋络之间产生相对位移，又由于空气的粘滞性，在微孔内产生相应的粘滞阻力，从而使振动空气的动能不断转化成热能，声能衰减，起到降低地铁列车隧道内噪声的作用。

(2)所述龙骨的特征如下：

所述龙骨的材质为轻钢材料，用膨胀螺丝固定在隧道内壁，然后将板幅尺寸为600mm×1200mm的铝纤维吸声板材固定在主龙骨上，板件连接处刷乳胶漆粘结。

所述多孔吸声板与龙骨和隧道基础内壁的壁面之间形成的空腔结构组成吸声结构，空腔深度为8cm。

(3)所述光致变色涂层的特征如下：

所述光致变色涂层为CN108084815A中实施例3所得变色闪光内墙装饰材料被均匀喷涂至所述多孔吸声板表面形成的颗粒所组成的。所述颗粒的尺寸为50-100nm，密度为2-6g/cm³。

(4)所述滤镜的特征如下：

所述滤镜为德国肖特集团生产的B270浮法白玻璃，厚度为2.3mm，密度为2.56g/cm³，熔点为536℃，莫氏硬度为8。

图4为光源入射角度对镀膜滤光片的影响示意图。在改变光线的入射角度时，镀膜滤光片的波长特性会产生变化。由于膜的各层薄膜的相对厚度，在射入倾斜光线时，光线通过薄膜中的光程会变长。因此，入射角度为0度(垂直)时，波长特性在最长波长一侧，入射角度变大时，向较短波长一侧移动。所以提高入射角将使它移向较短的波长(即对蓝波长)；降低角度则会移向较长的波长(即对红波长)。

图5为本实施例所制备的复合内壁在紫外光激发后和可见光照射或高温处理后的漫反射光谱检测结果。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种应用于地铁列车隧道、高铁列车隧道的具有吸音显像的复合内壁，其特征在于，包括由内至外如下结构：

第一层：基础内壁；

第二层：龙骨；

第三层：多孔吸声板；

第四层：光致变色涂层；

第五层：镀膜滤光片；

其中：

所述多孔吸声板的材质选自铝制纤维；

所述龙骨与所述基础内壁之间形成空腔结构；所述空腔深度为5-10cm；所述多孔吸声板具有互相贯通的多个微孔结构；所述微孔的孔径为0.1-0.5mm；所述微孔的密度为6.36×10⁴-1.59×10⁶个/m²；

所述光致变色涂层是由光致变色材料被均匀喷涂至所述多孔吸声板表面形成的颗粒所组成的；所述颗粒的尺寸为0.1-0.5mm，密度为6.36×10⁴-1.59×10⁶个/m²；

随着列车前射灯由远及近的光线变化，镀膜滤光片的波长特性也随之变化，从而实现材料光致变色，形成动态图案。

2.根据权利要求1所述的具有吸音显像的复合内壁，其特征在于，所述多孔吸声板是通过两片铝网板夹住铝纤维毡，滚压而成。

3.根据权利要求1所述的具有吸音显像的复合内壁，其特征在于，所述镀膜滤光片选自德国肖特集团生产的B270浮法白玻璃。

4.根据权利要求3所述的具有吸音显像的复合内壁，其特征在于，所述镀膜滤光片的特征如下：密度为2.56g/cm³，熔点为536℃，莫氏硬度为8。

5.权利要求1-4任一所述的具有吸音显像的复合内壁在地铁列车隧道、高铁列车隧道中的应用。

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