CN111263961A - 声学制品和相关方法 - Google Patents

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乔纳森·H·亚历山大
迈克尔·R·贝里根
托马斯·P·汉施申
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Abstract

本发明提供了具有多孔层(102,104,106)的声学制品，所述多孔层被放置成与异质填料接触，所述异质填料包含多孔碳并且具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积。所述声学制品可具有10MKS Rayls至5000MKS Rayls的流动阻力。任选地，所述多孔层包括非织造纤维层或穿孔膜，所述穿孔膜具有多个开孔，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径。所述异质填料可增强低频性能而不显著损害高频性能、厚度或重量。

Description

声学制品和相关方法
技术领域
本文描述了适用于在隔热和隔声中使用的声学制品。所提供的声学制品可特别适用于减小机动车和航空应用中的噪音。
背景技术
从历史上看，机动车和航空技术的发展一直是由消费者对更快、更安全、更安静和更宽敞的车辆的需求驱动的。这些属性必须与对燃料经济性的需求反向平衡，因为对这些消费者驱动的属性的增强一般也会增加车辆的重量。
在能够提供约8％燃料效率增加的车辆重量减少10％的情况下，机动车和航空制造商在满足现有性能目标的同时具有很大的动力降低车辆重量。然而，随着车辆结构变轻，噪音可能变得越来越成问题。一些噪音是由结构振动承载的，其生成传播并传输到空气的声能，从而生成气载噪音。常规地使用由重粘性材料制成的阻尼材料来控制结构振动。常规地使用能够吸收声能的柔软柔韧材料(诸如纤维或泡沫)来控制气载噪音。
可通过被称为近场阻尼的技术来减轻结构载噪音和气载噪音。近场区域被定义为靠近振动结构的表面的区域，其中空气侧向地沿面板前后流动。近场区域可使用吸声体来改性，其中声能通过流体和纤维的粘稠相互作用而耗散。此类耗散可显著减少车辆乘员所经历的噪音、振动和不平顺。
发明内容
已知的气载吸声体可在高声音频率下表现良好，但一般在低声音频率(<800Hz)下表现较差。常规地，一直通过增加吸收体的厚度或添加重阻隔层来解决该技术问题。然而，这些选项中的每个可显著增加吸收体的总体重量和厚度。本文描述了一种另选的解决方案，该解决方案涉及将高孔隙率的声学粒子设置到一个或多个工程化的多孔层中，以获得能够在高频和低频两者下实现显著吸声的薄且轻型的声学制品。
基于多孔碳的声学粒子能够具有每单位重量的巨大表面积。除了其大表面积之外，活性炭将气体分子瞬时吸附到其表面上并从其表面瞬时解吸。不受理论的束缚，据信活性炭的吸附和解吸特性改变了空气的动态体模量以降低通过声学介质的声音的速度。这些特性导致非常好的低频吸声性能。例如，50％的法向入射吸声可用一定尺寸和量的活性炭在200Hz下实现。
声音速度的减小具有缩短声学波长的效应。因此，如果将合适量的合适尺寸的声学粒子与吸声材料结合使用，则可用相对薄层的吸收材料来实现低频吸声(低于600Hz)。
各种类型的多孔层可得益于这些声学粒子的添加。一种类型基于非织造纤维层，该非织造纤维层在足够的密度下可通过沿纤维表面耗散声波能量而提供宽带吸收。另一种类型的多孔层基于具有多个小开孔或穿孔的膜。穿孔膜通过穿孔的壁和在它们内振动的空气的塞之间的摩擦来耗散声能。基于开孔泡沫和颗粒床的多孔层也是可能的。这些材料得益于包含高表面能粒子，这出人意料地可增强低频性能而不显著损害高频性能、厚度或重量。
在第一方面，提供了一种声学制品。所述声学制品包括：多孔层；以及与所述多孔层接触的异质填料，所述异质填料包含多孔碳并且具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积，其中所述声学制品具有100MKS Rayls至5000MKS Rayls的流动阻力。任选地，所述多孔层包括具有多根纤维的非织造纤维层，所述异质填料至少部分地嵌入所述多根纤维中。任选地，所述多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径，其中所述异质填料在横跨所述穿孔膜的层中延伸。
在第二方面，提供了一种制备声学制品的方法，所述方法包括：将包含多孔碳的异质填料设置到多孔层中，所述异质填料具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积以增加声学制品在50Hz至2,000Hz的声音频率下的吸声。
在第三方面，提供了一种包括前述声学制品的声学组件。
在第四方面，一种使用前述声学制品的方法，包括：将所述声学制品靠近表面设置以抑制表面的振动。
在第五方面，一种使用前述声学制品的方法，包括：将所述声学制品靠近空气腔设置以吸收通过所述空气腔传输的声能。
附图说明
如本文所提供：
图1至图4为根据各种实施方案的多层声学制品的侧面剖视图；
图5为图4的声学制品的平面图，其中为清楚起见省略了顶层；
图6至图7为根据各种实施方案的多层声学制品的放大侧面剖视图；
图8为根据另一个实施方案的多层声学制品的侧面剖视图；
图9至图14为根据各种实施方案的声学组件的放大侧面剖视图。
图15a、图15b和图15c示出了示例性声学制品中穿孔膜的开孔尺寸。
图16为将示例性声学制品和比较声学制品的声学响应进行比较的加速曲线图。
图17为将示例性声学制品和比较声学制品的系数进行比较的法向入射吸收系数曲线图。
图18为将示例性声学制品和比较声学制品的阻抗的真实部分进行比较的特定声阻抗曲线图。
图19为将示例性声学制品和比较声学制品的阻抗的电抗部分进行比较的特定声阻抗曲线图。
在说明书和附图中重复使用的参考符号旨在表示本公开的相同或类似的特征结构或元件。应当理解，本领域的技术人员可以设计出许多落入本公开原理的范围内及符合本公开原理的实质的其它修改形式和实施方案。
附图可能未按比例绘制。
定义
如本文所用：
除非另外指明，否则“平均”意指数均。
“基重”计算为10cm×10cm幅材样品的重量乘以100，并且以克/平方米(gsm)表示。
“共聚物”是指由两种或更多种不同聚合物的重复单元制成的聚合物，并且包括无规、嵌段和星形(例如树枝状)共聚物。
“尺寸上稳定的”是指在重力下基本上保持其形状而无辅助(即，不软化)的结构。
“模头”意指在聚合物熔融处理和纤维挤出工艺(包括但不限于熔喷)中使用的包括至少一个孔口的加工组件。
“不连续”在用于一根或多根纤维时，意指纤维具有基本上受限的纵横比(例如，长度与直径的比率例如小于10,000)。
“嵌入”意指粒子分散并物理地和/或以粘接方式保持在幅材的纤维中。
聚合物的“玻璃化转变温度(或Tg)”是指随着温度增加，在无定形聚合物中(或在半结晶聚合物内的无定形区域中)存在从硬的且相对易碎的“玻璃态”状态可逆转变为粘稠或橡胶状态时的温度。
通过以下方式确定非织造纤维层中的纤维的“中值纤维直径”：诸如通过使用扫描电镜来制备纤维结构的一幅或多幅图像；测量一幅或多幅图像中的清晰可见的纤维的横向尺寸，从而得到纤维直径的总数；以及基于纤维直径的总数来计算中值纤维直径。
“非织造纤维层”意指多根纤维，其特征在于纤维通过缠结或点粘结形成片材或垫子，该片材或垫子表现出交织的各个纤维或长丝的结构，但是与针织物的方式不同。
“取向的”在用于纤维时，意指纤维内的聚合物分子的至少部分例如通过在纤维流离开模头时使用拉延工艺或拉细装置，与纤维的纵向轴线对齐。
粒子是指细分形式的材料的不同小块或单个部分。粒子也可包括以细分形式相关或群聚在一起的单个粒子的集合。因此，本公开的某些示例性实施方案中所使用的单独颗粒可以聚集、物理地互相结合、静电地相关或以其他方式相关以形成颗粒。在某些情形下，单个颗粒的聚集体形式的颗粒可如美国专利5,332,426(Tang等人)中所描述来形成。
“聚合物”意指相对高分子量的材料，该材料具有至少10,000g/mol的分子量。
“多孔的”意指透气的。
“收缩”意指基于美国专利公布2016/0298266(Zillig等人)中所述的测试方法，纤维非织造层在被加热至150℃7天后的尺寸减小；
“大小”是指给定对象或表面的最长尺寸。
“基本上”意指大多数或大部分为至少50％、60％、70％、80％、90％、95％、96％、97％、98％、99％、99.5％、99.9％、99.99％、或99.999％、或100％的量。
具体实施方式
如本文所用，术语“优选的”和“优选地”是指在某些情况下可提供某些益处的本文所述的实施方案。然而，在相同的情况或其它情况下，其它实施方案也可以是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其它实施方案是不可用的，且并非旨在将其它实施方案排除在本发明范围之外。
如本文和所附权利要求中所用，除非上下文另外明确指出，否则单数形式“一个/一种(a/an)”和“该/所述”包括复数对象。因此，举例来说，提及“一个/一种”或“该/所述”部件可包括本领域技术人员已知的一个或多个部件或其等价物。另外，术语“和/或”意指所列元件中的一个或全部或者所列元件中的任何两个或更多个的组合。
值得注意的是，术语“包括”及其变型在出现在所附说明书中时不具有限制性含义。此外，“一个”、“一种”、“该”、“至少一个”及“一个或多个”在本文中可互换使用。本文可使用相对术语诸如左、右、向前、向后、顶部、底部、侧面、上部、下部、水平，垂直等，并且如果是这样，则它们来自在具体附图中所观察的视角。然而，这些术语仅用于简化描述，而并非以任何方式限制本发明的范围。
贯穿本说明书的对“一个实施方案”、“某些实施方案”、“一个或多个实施方案”或“实施方案”的引用，意指结合实施方案描述的具体特征、结构、材料或特性被包括在本发明的至少一个实施方案中。因此，贯穿本说明书的多处出现的短语，诸如“在一个或多个实施方案中”、“在某些实施方案中”、“在一个实施方案中”或“在实施方案中”，不是必须指本发明的相同实施方案。
本公开涉及用作吸声体、减震器和/或隔声体和隔热体的声学制品、组件及其方法。声学制品和组件一般包括一个或多个多孔层和一种或多种与一个或多个多孔层接触的异质填料。任选地，所提供的声学制品和组件包括一个或多个邻近一个或多个多孔层的无孔阻隔层和/或气隙。这些部件中的每个的结构和功能特性在随后的子部分中有所描述。
多孔层
所提供的声学制品包括一个或多个多孔层。可用的多孔层包括但不限于非织造纤维层、穿孔膜、颗粒床、开孔泡沫、玻璃纤维、网、织造织物以及它们的组合。
含有细纤维的工程化非织造纤维层在航空、机动车、装运和建筑应用中可为有效的吸声体。具有多根细纤维的非织造材料在高声音频率下可特别有效，其中所述结构的高表面积促进声能的粘性耗散。非织造层可由玻璃纤维制成。聚合物非织造层可例如通过熔喷或熔体纺丝制成。
在熔喷中，一种或多种热塑性聚合物流通过包括紧密布置的孔口的模头挤出，并且在高速下被热空气的会聚流拉细以形成细纤维。这些细纤维可被收集在表面上以提供熔喷非织造纤维层。根据所选择的操作参数，例如熔融状态固化的程度，收集的纤维可以是半连续的或基本上不连续的。在某些示例性实施方案中，本公开的熔喷纤维可在分子水平上取向。纤维可被熔体中的缺陷、形成的长丝的交叉、由于用于拉细纤维的湍流空气的过度剪切或在形成工艺中发生的其他事件而中断。它们一般被理解为半连续的或具有比纤维缠结之间的距离长得多的长度，使得单根纤维不能端到端地完整从纤维块移除。
在熔体纺丝中，将非织造纤维作为长丝挤出一组孔口之外并允许其冷却并固化，以形成纤维。长丝通过空气空间，该空气空间可容纳移动空气的流，以有助于冷却长丝并通过拉细(即，拉延)单元以至少部分地拉延长丝。通过熔体纺丝工艺制备的纤维可为“纺粘的”，由此包含一组熔体纺丝纤维的幅材被收集为纤维幅材并且任选地经受一个或多个粘结操作以使纤维彼此熔合。熔体纺丝纤维的直径一般大于熔喷纤维。
纤维可由聚合物制成，该聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈、环状聚烯烃、或者它们的共聚物或共混物，基于多根纤维的总体重量计，该聚合物的量为至少35重量％。合适的纤维材料也包括弹性体聚合物。
基于脂族聚酯纤维的非织造层在高温应用中可特别有利于抵抗降解或收缩。可用脂族聚酯的分子量可在15,000g/mol至6,000,000g/mol、20,000g/mol至2,000,000g/mol、40,000g/mol至1,000,000g/mol的范围内，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于15,000g/mol；20,000g/mol；25,000g/mol；30,000g/mol；35,000g/mol；40,000g/mol；45,000g/mol；50,000g/mol；60,000g/mol；70,000g/mol；80,000g/mol；90,000g/mol；100,000g/mol；200,000g/mol；500,000g/mol；700,000g/mol；1,000,000g/mol；2,000,000g/mol；3,000,000g/mol；4,000,000g/mol；5,000,000g/mol；或6,000,000g/mol。
非织造纤维层的熔喷或熔体纺丝纤维可具有任何合适的直径。纤维可具有0.1微米至10微米、0.3微米至6微米、0.3微米至3微米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1微米、0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米、0.6微米、0.7微米、0.8微米、0.9微米、1微米、1.5微米、2微米、2.5微米、3微米、3.5微米、4微米、4.5微米、5微米、5.5微米、6微米、6.5微米、7微米、7.5微米、8微米、8.5微米、9微米、9.5微米、10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、22微米、25微米、27微米、30微米、32微米、35微米、37微米、40微米、42微米、45微米、47微米或50微米的中值直径。
任选地，非织造纤维层中的多根纤维中的至少一些物理粘结到彼此或物理粘结到异质填料。可使用在点粘结工艺中施加热和压力或通过平滑压延辊的常规粘结技术，但此类工艺可能会引起不期望的纤维变形或幅材压缩。任选地，纤维之间或纤维和异质填料之间的附接可通过在非织造纤维层内包括熔融纤维或粘结剂纤维来实现。
用于粘结纤维的其它技术在例如美国专利公布2008/0038976(Berrigan等人)和美国专利7,279,440(Berrigan等人)中提出。一种技术涉及使收集的纤维幅材和纤维经受受控的加热和淬火操作，该操作包括强制性地使气体流充分通过幅材，该气体流被加热到足以软化纤维的温度，以使纤维在纤维交集的点处粘结在一起，在该点处施加受热流的时间段太短而不能使纤维完全熔融，并且然后立即强制性地使温度比受热流低至少50℃的气体流通过幅材，以使纤维淬火。
在一些实施方案中，纤维内存在两种不同种类的分子相。例如，主要为半结晶的相可与主要为无定形的相共存。又如，主要为半结晶的相可与含有更低晶级的结构域(例如，其中聚合物不链延伸的结构域)和无定形的结构域的相共存，总体有序程度不足以结晶。此类纤维也可如上所述在加热下加工以形成非织造纤维层。
在一些实施方案中，非织造纤维层的纤维在粘结操作期间基本上不会熔融或失去它们的纤维结构，但仍保持为具有它们的原始纤维尺寸的离散纤维。
在一些实施方案中，纤维聚合物显示高玻璃化转变温度，这对于在高温应用中使用可能是期望的。某些非织造纤维层在随后的加工或使用(诸如用作隔热材料)中加热至甚至适度的温度时显著收缩。当熔喷纤维包含热塑性聚酯或它们的共聚物，并且特别是半结晶性质的那些时，此类收缩已被示出为有问题的。
在一些实施方案中，所提供的非织造纤维层具有邻近不致密的层的至少一个致密层。致密层和非致密层中的任一者或两者可负载有异质填料。致密层和相邻的非致密层由具有均匀密度的非织造纤维层的单一层制备可为节省成本的。如果需要，所提供的方法可提供致密层，该致密层在整个层中具有均匀的聚合物纤维分布。另选地，聚合物纤维的分布可有意地横跨非织造纤维层的主表面制成不均匀的，由此可基于其沿主表面的位置来定制声学响应。
在一些实施方案中，非织造纤维层的致密部分和非致密部分的中值纤维直径是基本上相同的。这可通过例如能够在致密区域中将纤维熔合到彼此而不显著熔融纤维的工艺方式来实现。避免熔融纤维可保持由非织造纤维层的致密层内产生的高表面积产生的声学有益效果。
工程化的非织造纤维层可显示许多优点，其中的一些是意料不到的。这些材料可用于高温下的隔热和隔声应用中，在该应用中，常规隔绝材料将热降解或失效。特别苛刻的是机动车和航空器应用，其中隔绝材料在不仅嘈杂，而且可达到极端温度的环境中操作。
所提供的非织造层可在高达150℃或更大的温度下抵抗收缩，如机动车和航空应用中可能遇到的那样。收缩可由热暴露或加工期间的结晶引起，并且一般是不可取的，因为其可降低声学性能并影响产品的结构完整性。如使用美国专利公布2016/0298266(Zillig等人)中所述的收缩测试方法所测量，所提供的非织造纤维层在被加热至150℃7天后可表现出小于15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％或1％的收缩。此类收缩值可沿纵向方向和横向方向两者施加。在一些实施方案中，将异质填料设置到非织造层的空隙中可进一步减小高温下的收缩度。
作为另外的优点，致密层可使得非织造纤维层能够被热模制成尺寸上稳定的三维结构。基于此类结构的制品和组件可被成形为具有定制的三维形状的贴合基底。定制用于特定应用的制品或组件的形状可优化空间的使用并简化与例如机动车或航空部件的附接。由于这些成形结构在尺寸上是稳定的，因此与具有回弹到它们的原始平坦构型的趋势的常规隔声和隔热产品相比，这些制品和组件也减小了脱层的风险。
另一个优点涉及制备非织造纤维层的能力，该非织造纤维层不仅在高温下操作且尺寸上是稳定的，而且也在幅材的致密部分和非致密部分内保持高密度的表面积。由纤维提供的高表面积的保持与具有高表面积的异质填料组合使得甚至非常小重量的材料能够实现作为吸声体的高性能水平。表面积是相关的，因为非织造纤维层耗散噪音的能力是基于纤维表面处的粘性耗散的，其中声压波的动能被转换为热量。
当由单一层制造非织造纤维幅材时，与用于制造包括多个层的制品的工艺相比，需要更少的加工步骤和幅材处理步骤。减少最终产品中的层数，同时保持其性能特性，简化了制造并减小了相关联的成本。
在一些实施方案中，将一种或多种附加纤维群体掺入非织造纤维层中。纤维群体之间的差异可基于例如组成、中值纤维直径和/或中值纤维长度。
在一些实施方案中，非织造纤维层可包括中值直径小于10微米的多根第一纤维和中值直径为至少10微米的多根第二纤维。出于各种原因，具有不同直径的纤维可为有利的。包括更厚的第二纤维可改善非织造纤维层的回弹力、抗压性，并有助于保持幅材的总体蓬松。第二纤维可由先前相对于第一纤维所述的聚合物材料中的任一种制成，并且可由熔喷或熔体纺丝工艺制成。
非织造层的纤维可具有任何合适的纤维直径，以提供所需的机械、声学和/或热特性。例如，第一纤维和第二纤维中的任一者或两者可具有至少10微米、10微米至60微米、20微米至40微米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于10微米、11微米、12微米、13微米、14微米、15微米、16微米、17微米、18微米、19微米、20微米、22微米、25微米、27微米、30微米、32微米、35微米、37微米、40微米、45微米、50微米、55微米或60微米的中值纤维直径。
任选地，第一纤维和第二纤维中的任一者或两者被取向。取向的纤维为在分子尺度上示出显著对齐的纤维。完全取向和部分取向的聚合物纤维是已知的，并且可商购获得。可以许多方式中的任一种测量纤维的取向，包括双折射率、热收缩量、X射线散射和模量(参见例如聚合物加工原理，Zehev Tadmor和Costas Gogos，约翰·威利父子出版社，纽约，1979年，第77-84页(Principles of Polymer Processing,Zehev Tadmor and CostasGogos,John Wiley and Sons,New York,1979,pp.77-84))。非织造纤维层中纤维的取向可使用任何已知的方法来实现。
在一些实施方案中，第二纤维为与多根第一纤维交替的短纤维。短纤维可包括粘结剂纤维和/或结构纤维。粘结剂纤维包括但不限于上面提及的聚合物纤维中的任一种。合适的结构纤维可包括但不限于上面提及的聚合物纤维中的任一种以及无机纤维，诸如陶瓷纤维、玻璃纤维和金属纤维；以及有机纤维，诸如纤维素纤维。短纤维共混到非织造层中有时被称为梳理。
与第一纤维和第二纤维的组合相关联的附加选项和优点描述于例如美国专利8,906,815(Moore等人)中。
多孔层本质上不必是纤维的。例如，一个或多个多孔层使用穿孔膜。穿孔膜由膜或壁构成，该膜或壁具有穿过其中延伸的多个穿孔或通孔。穿孔允许位于壁的相对侧上的空气空间彼此连通。
穿孔内包封有充当谐振系统内的质量部件的空气的塞。由于空气的塞和穿孔的壁之间的摩擦，这些质量部件在穿孔内振动并耗散声能。声能的吸收可与基本上为零的流体穿过声学制品的净流动一起发生。
穿孔可设置有适于在给定频率范围内获得所需声学性能的尺寸(例如，穿孔直径、形状和长度)。可测量声学性能，例如，通过将穿孔膜的声音反射开并表征与来自对照样品的结果相比声学耗散造成的声学强度的降低。
在附图中，穿孔沿穿孔膜的整个表面设置。另选地，壁可以是仅部分穿孔的—即在一些区域中是穿孔的，但在其他区域中是非穿孔的。在某些情况下，壁的穿孔区域可沿纵向延伸并且邻近一个或多个非穿孔区域—例如，壁可具有仅一个或两个侧面被穿孔的矩形横截面管。
穿孔可具有各种不同的形状和大小，并且可通过多种模制、切割或冲压操作中的任一种来产生。穿孔的横截面可为例如圆形、正方形或六边形。在一些实施方案中，穿孔由一系列伸长的狭缝表示。虽然穿孔可具有沿它们长度一致的直径，但是可能使用具有锥形截头形状或者以其他方式具有沿至少一些它们长度渐缩的侧壁的穿孔。如稍后所述，在使得异质填料能够被接纳在穿孔内的情况下，使穿孔的侧壁渐缩可为有利的。美国专利6,617,002(Wood)中描述了多种穿孔构型及其制作方法。
任选地并且如附图中所示，穿孔具有一般相对于彼此一致的间距。如果这样，则穿孔可按二维网格图案或交错图案布置。穿孔也可以随机构型设置在壁上，其中相邻穿孔之间的确切间距不一致，但尽管如此，穿孔在宏观尺度上均匀地分布在壁上。
在一些实施方案中，穿孔沿壁为直径基本上一致的。另选地，穿孔可具有一些直径分布。在任一种情况下，穿孔的平均最窄直径可小于、等于或大于10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米、50微米、60微米、70微米、80微米、90微米、100微米、110微米、120微米、150微米、170微米、200微米、250微米、300微米、350微米、400微米、450微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米、1500微米、2000微米、2500微米、3000微米、4000微米或5000微米。为清楚起见，非圆形孔的直径在本文中被定义为在平面图中具有与该非圆形孔等效的面积的圆的直径。
穿孔膜的孔隙率为无量纲量，表示给定体积中不被膜占据的部分。在简化表示中，穿孔可假设为圆柱形，在这种情况下，孔隙率相当近似于在平面图中由穿孔置换的壁的表面积的百分比。在示例性实施方案中，壁可具有0.1％至10％、0.5％至10％、或0.5％至5％的孔隙率。在一些实施方案中，壁具有小于、等于或大于0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％、0.7％、1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％的孔隙率。
膜材料可具有被适当地调谐以响应于具有相关频率的入射声波而振动的模量(例如，弯曲模量)。与穿孔内的空气塞的振动一起，壁本身的局部振动可耗散声能并且增强穿过声学制品的传输损耗。反映壁的刚度的弯曲模量也直接影响其声学传递阻抗。
在一些实施方案中，膜包含具有0.2GPa至10GPa、0.2GPa至7GPa、0.2GPa至4GPa的弯曲模量，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.2GPa、0.3GPa、0.4GPa、0.5GPa、0.7GPa、1GPa、2GPa、3GPa、4GPa、5GPa、6GPa、7GPa、8GPa、9GPa、10GPa、12GPa、15GPa、17GPa、20GPa、25GPa、30GPa、35GPa、40GPa、50GPa、60GPa、70GPa、80GPa、90GPa、100GPa、120GPa、140GPa、160GPa、180GPa、200GPa或210GPa的弯曲模量的材料。
合适的热塑性聚合物通常具有在0.2GPa至5GPa范围内的弯曲模量。在一些实施方案中，添加纤维或其他填料可将这些材料的弯曲模量增大至20GPa。热固性聚合物一般具有在5GPa至40GPa范围内的弯曲模量。可用的聚合物包括聚烯烃、聚酯、含氟聚合物、聚乳酸、聚苯硫醚、聚丙烯酸酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯以及它们的共混物。
可归因于设置在柔性膜中的多个穿孔的声学性能特性在例如美国专利6,617,002(Wood)、6,977,109(Wood)和7,731,878(Wood)中进行了描述。
在一些实施方案中，多孔层包括颗粒床。颗粒床可包含活性炭、蠕形碳、沸石、金属有机框架(MOF)、珍珠岩、氧化铝、玻璃泡、玻璃珠以及它们的混合物的粒子。颗粒床的粒子中没有、一些或全部可为声学活性的异质填料。颗粒床的孔隙率可部分地基于粒子的大小分布来调节。粒子可在0.1微米至2000微米、5微米至1000微米，10微米至500微米的范围内，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、700微米、1000微米、1500微米或2000微米。
多孔层一般可通过其特定声阻抗来表征，该声阻抗为声学介质中的声压频率空间与相关联粒子速度的比率。例如，在基于具有穿孔的刚性膜的理论模型中，速度是由空气流入孔和流出孔产生的。如果膜是柔性的，则壁的运动可有助于声阻抗计算。特定声阻抗作为频率的函数而变化，并且在渐进平面波条件下一般为实数，然而，在直立平面波或发散波条件下，特定声阻抗变为复数。因此，声学介质的特定阻抗反映了这样的事实：压力和速度波可在两种特性之间产生相位失配，并且该相位失配行为反映了吸声性能。当两种部件彼此同相时，最大吸声是可能的，并且当两种部件彼此异相时反之亦然。有利的是，所提供的声学制品和组件可在比常规吸声体更宽的频率范围内提供一致高水平的吸声(参见例如如图18所示的实施例和特定声阻抗比率)。
如本文所用，以MKS Rayl为单位测量特定声阻抗，其中1MKS Rayl等于1帕斯卡秒/米(Pa·s·m-1)，或者等同地，1牛顿秒/立方米(N·s·m-3)，或者另选地，1kg·s-1·m-2。
多孔层也可通过其传递阻抗来表征。对于穿孔膜，传递阻抗为该多孔层的入射侧的声阻抗与在该穿孔膜不存在时会观察到的声阻抗(即仅空气腔的声阻抗)之间的差。
流动阻力是传递阻抗的低频限制。实验上，这可通过在多孔层处喷吹已知的低速空气并测量与其相关联的压降来估计。流动阻力可被确定为测量的压降除以速度。
对于包括穿孔膜的实施方案，仅穿过穿孔膜(不存在异质填料)的流动阻力可为50MKS Rayl至8000MKS Rayl、100MKS Rayl至4000MKS Rayl、或400MKS Rayl至3000MKSRayl。在一些实施方案中，穿过穿孔膜的流动阻力可小于、等于或大于50MKS Rayl、60MKSRayl、70MKS Rayl、80MKS Rayl、90MKS Rayl、100MKS Rayl、120MKS Rayl、140MKS Rayl、160MKS Rayl、180MKS Rayl、200MKS Rayl、250MKS Rayl、300MKS Rayl、350MKS Rayl、400MKS Rayl、450MKS Rayl、500MKS Rayl、550MKS Rayl、600MKS Rayl、650MKS Rayl、700MKS Rayl、750MKS Rayl、800MKS Rayl、850MKS Rayl、900MKS Rayl、950MKS Rayl、1000MKS Rayl、1100MKS Rayl、1200MKS Rayl、1300MKS Rayl、1400MKS Rayl、1500MKSRayl、1600MKS Rayl、1700MKS Rayl、1800MKS Rayl、1900MKS Rayl、2000MKS Rayl、2500MKSRayl、3000MKS Rayl、3500MKS Rayl、4000MKS Rayl、4500MKS Rayl、5000MKS Rayl、5500MKSRayl、6000MKS Rayl、6500MKS Rayl、7000MKS Rayl、7500MKS Rayl或8000MKS Rayl。
对于包括非织造纤维层的实施方案，仅穿过非织造纤维层(不存在异质填料)的流动阻力可为50MKS Rayl至8000MKS Rayl、100MKS Rayl至4000MKS Rayl、或400MKS Rayl至3000MKS Rayl。在一些实施方案中，穿过非织造纤维层的流动阻力可小于、等于或大于50MKS Rayl、60MKS Rayl、70MKS Rayl、80MKS Rayl、90MKS Rayl、100MKS Rayl、120MKSRayl、140MKS Rayl、160MKS Rayl、180MKS Rayl、200MKS Rayl、250MKS Rayl、300MKS Rayl、350MKS Rayl、400MKS Rayl、450MKS Rayl、500MKS Rayl、550MKS Rayl、600MKS Rayl、650MKS Rayl、700MKS Rayl、750MKS Rayl、800MKS Rayl、850MKS Rayl、900MKS Rayl、950MKS Rayl、1000MKS Rayl、1100MKS Rayl、1200MKS Rayl、1300MKS Rayl、1400MKS Rayl、1500MKS Rayl、1600MKS Rayl、1700MKS Rayl、1800MKS Rayl、1900MKS Rayl、2000MKSRayl、2500MKS Rayl、3000MKS Rayl、3500MKS Rayl、4000MKS Rayl、4500MKS Rayl、5000MKSRayl、5500MKS Rayl、6000MKS Rayl、6500MKS Rayl、7000MKS Rayl、7500MKS Rayl或8000MKS Rayl。
穿过总体声学制品的流动阻力可为100MKS Rayl至5000MKS Rayl、120MKS Rayl至3000MKS Rayl、或150MKS Rayl至1000MKS Rayl。在一些实施方案中，穿过总体声学制品的流动阻力小于、等于或大于10MKS Rayls、20MKS Rayls、30MKS Rayls、40MKS Rayls、50MKSRayls、70MKS Rayls、100MKS Rayls、120MKS Rayls、150MKS Rayls、180MKS Rayls、200MKSRayls、250MKS Rayls、300MKS Rayls、400MKS Rayls、500MKS Rayls、600MKS Rayls、700MKSRayls、1000MKS Rayls、1100MKS Rayls、1200MKS Rayls、1500MKS Rayls、1700MKS Rayls、2000MKS Rayls、2500MKS Rayls、3000MKS Rayls、3500MKS Rayls、4000MKS Rayls、4500MKSRayls、5000MKS Rayls、5500MKS Rayls、6000MKS Rayls、6500MKS Rayls、7000MKS Rayls、7500MKS Rayls或8000MKS Rayls。
无孔层
任选地，所提供的声学制品包括一个或多个无孔层。无孔层包括基本上防止气体从中流过的阻隔膜，并且因此不具有释放压力效应。阻隔膜也可基本上不含孔隙率。与响应于穿透性低频声波而前后移动的柔性稀松布不同，固体膜可用于抵抗该低频移动并在声学制品中通过反射声波来诱导谐振。在各种实施方案中，多孔层和无孔层的组合可用于共同包封和耗散入射的声能。
合适的阻隔膜包括弹性体膜。合适材料的示例可包括含氟弹性体、氯丁橡胶和热塑性聚氨酯。一般来讲，含氟聚合物材料可用于声学和阻尼应用，因为它们提供高密度和低模量的有益组合。
可使用任何已知的方法来将阻隔膜结合到分层声学制品中。示例性方法包括直接涂覆到多孔层上。另选地，阻隔膜可单独形成并层压到一个或多个多孔层上。
异质填料
声学制品的多孔层接触能够改善声学性能的至少一种异质填料。合适的异质填料包括多孔粒子，其特征可在于开放孔、闭合孔或它们的组合。异质填料可以是刚性的，使得填料材料的运动与声学环境中的流体相(例如空气)的运动相比可忽略不计。
具有开放孔的填料粒子包括沸石、气凝胶、多孔氧化铝、云母、珍珠岩、粒状聚氨酯泡沫粒子、金属有机框架(MOF)和多孔碳材料。具有闭合孔的填料粒子包括闭孔泡沫粒子和中空粒子。可仅具有单个孔(或腔)的中空粒子包括膨胀聚合物微球、陶瓷微球和中空玻璃泡。
异质填料可相对于多孔层以各种构型存在。例如，在多孔层为非织造纤维层、开孔泡沫或颗粒床的情况下，异质填料可嵌入非织造纤维层、开孔泡沫或颗粒床中。在多孔层包括穿孔膜的情况下，异质填料可至少部分地驻留在延伸穿过穿孔膜的多个开孔内。在一些实施方案中，接触多孔层的异质填料的至少5％、至少10％、至少20％、至少30％、至少40％、至少50％、至少60％、至少70％、至少80％、至少90％或至少95％驻留在多个开孔内。另选地，异质填料可作为邻近多孔层的离散层存在。
多孔粒子可包括大孔(具有大于50纳米的宽度)、中孔(具有小于50纳米但大于2纳米的宽度)、微孔(具有小于2纳米的宽度)和/或上述的组合。示例这些特征的异质填料包括多孔碳粒子。多孔碳粒子包括活性炭和蠕形碳。
活性炭为具有主要由碳原子构成的复杂结构的高度多孔的含碳材料。活化工艺可在约1000℃的高温下使用蒸汽进行，或者在一些情况下，在更低温度下使用磷酸进行。活性炭中的孔网络为在碳原子的无序层的刚性骨架内形成的通道，通过化学键连接在一起并且不均匀地堆叠。这形成由碳层内的多个坑和裂缝形成的高度多孔结构。
活性炭的一个显著特征为其吸附气体分子的能力。1m3的具有0.3m3的内部孔隙率的活性炭能够吸附30m3或更多的气体。多孔碳在声学制品中的行为与环境空气分子的吸附一致。当多孔碳在限定空间内吸附空气分子时，在没有多孔碳的相同空间中，有效空气体积可超过空气体积的两倍。通过使声腔内的有效空气体积膨胀，多孔碳趋于将声学谐振频率从高切换到低。该频率切换可被解释为吸声中四分之一波长的缩短(或声学介质中的声音速度的减慢)，从而在更薄的层中提供高的声学性能。
蠕形碳(或蠕形石墨)为多孔碳的层状形式，通过将可膨胀石墨与渗透到石墨层中的客体分子嵌入而制成。在高温下，客体分子经历相变。该突然反应产生足够的压力，以迫使石墨层分离，如果不受限制，该石墨层快速增加粒子的体积。膨胀石墨具有称为蠕形石墨的蠕虫样结构。
蠕形石墨是值得注意的，因为基于其缺乏微孔(小于2nm的孔)，其具有比活性炭显著更大的孔结构。蠕形碳也具有小于1m2/g的表面积，数量级小于活性炭的数量级。这些差异可使蠕形碳在衰减高频噪音方面比活性炭更有效。因此，有利的是使用活性炭和蠕形碳的共混物，以在扩展的频率范围内提供吸声。
构成异质填料的粒子的平均大小不仅可与声学制品的机械特性相关，而且与影响吸声的加工考虑相关。例如，在蠕形石墨中，更小的片晶产生具有总体更高的边缘面积与内部体积的比率的层。随着粒度降低，膨胀气体具有更有效的逸出路径，从而减小总体膨胀潜力并降低孔径。
也发现，处理蠕形石墨的温度会影响声学性能，其中在更高温度下处理的粒子趋于在层之间表现出更大程度的膨胀。使用用于石墨层的弹簧模型，更大的膨胀等同于更柔性的弹簧，从而进一步导致改善的声阻尼。
不包括附聚物，异质填料可具有0.1微米至2000微米、5微米至1000微米、10微米至500微米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1微米、0.2微米、0.5微米、1微米、2微米、5微米、7微米、10微米、15微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、100微米、200微米、300微米、400微米、500微米、600微米、700微米、800微米、900微米、1000微米、1200微米、1500微米、1700微米或2000微米的平均粒度。
由于其多孔性质，异质填料可能具有极高的表面积，并且因此具有吸附容量。具有高表面积密度可反映孔结构的高复杂度和曲折度，从而导致更大的内部反射和通过摩擦损耗传递到固体结构的能量。这表现为吸收气载噪音。异质填料的平均表面积可为0.1m2/g至10,000m2/g、0.5m2/g至5000m2/g、1m2/g至2500m2/g，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1m2/g、0.2m2/g、0.5m2/g、0.7m2/g、1m2/g、2m2/g、5m2/g、10m2/g、20m2/g、50m2/g、100m2/g、120m2/g、150m2/g、200m2/g、250m2/g、300m2/g、350m2/g、400m2/g、450m2/g、500m2/g、1000m2/g、1500m2/g、2000m2/g、2500m2/g、3000m2/g、3500m2/g、4000m2/g、4500m2/g、5000m2/g、6000m2/g、7000m2/g、8000m2/g、9000m2/g或10,000m2/g。
在一些实施方案中，异质填料的高表面密度归因于存在极细的孔。例如，活性炭显示尺寸小于2nm的微孔，该微孔占据碳粒子中的绝大部分表面积。
异质填料可具有0.1纳米至50微米、1纳米至40微米、2.5纳米至30微米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1纳米、0.2纳米、0.3纳米、0.4纳米、0.5纳米、1纳米、1.2纳米、1.5纳米、1.7纳米、2纳米、3纳米、4纳米、5纳米、7纳米、10纳米、15纳米、20纳米、25纳米、30纳米、40纳米、50纳米、70纳米、100纳米、150纳米、200纳米、250纳米、300纳米、350纳米、400纳米、450纳米、500纳米、600纳米、700纳米、800纳米、900纳米、1微米、2微米、3微米、4微米、5微米、7微米、10微米、15微米、20微米、25微米、30微米、35微米、40微米、45微米或50微米的数均孔径。
异质填料粒子可显示比用于声学应用中的常规填料小得多的最小孔径。例如，活性炭的最小孔的直径可小于2nm。蠕形碳一般具有直径为数十微米的孔，但在纳米或亚纳米范围内没有孔。一般来讲，异质填料可具有至多500nm、至多400nm、至多300nm、至多200nm、至多100nm、至多50nm、至多20nm、至多10nm、至多5nm、至多2nm、以及至多1nm的最小孔径。
异质填料可具有0.01cm3/g至5cm3/g的数均孔体积。在一些实施方案中，数均孔体积可小于、等于或大于0.01cm3/g、0.02cm3/g、0.05cm3/g、0.07cm3/g、0.1cm3/g、0.2cm3/g、0.3cm3/g、0.4cm3/g、0.5cm3/g、0.7cm3/g、1cm3/g、1.2cm3/g、1.4cm3/g、1.6cm3/g、1.8cm3/g、2cm3/g、2.5cm3/g、3cm3/g、3.5cm3/g、4cm3/g、4.5cm3/g或5cm3/g。
如前所述，使用两种或更多种不同类型的异质填料可有效地改变复合材料制品的声学响应。在一些实施方案中，将两种或更多种不同类型的填料在声学制品的多孔层内共混。在其他实施方案中，不同类型的填料在邻近声学制品内的一个或两个多孔层的颗粒床内共混。在其它实施方案中，存在不同类型的填料，但各自独立地在多孔层或颗粒床内设置在离散层中。
如果异质填料为两种或更多种填料的粒状共混物，则共混物可包含平均表面积为至多1300m2/g的第一异质填料和平均表面积为至少1300m2/g的第二异质填料。另选地，共混物可包含平均表面积为至多500m2/g的第一异质填料和平均表面积为至少500m2/g的第二异质填料。另选地，共混物可包含平均表面积为至多500m2/g的第一异质填料和平均表面积为至少500m2/g的第二异质填料。另选地，共混物可包含平均表面积为至多500m2/g的第一异质填料和平均表面积为至少500m2/g的第二异质填料。
另选地或组合地，共混物可包含数均孔体积为至多500纳米的异质填料和数均孔体积为至少500纳米的第二异质填料。另选地，共混物可包含数均孔体积为至多1微米的异质填料和数均孔体积为至少1微米的第二异质填料。
还另选地，填料可由两种或更多种不同的填料组合物构成，诸如活性炭、蠕形碳、沸石、金属有机框架(MOF)、珍珠岩、氧化铝、玻璃泡和玻璃珠的组合。
声学制品
根据三个示例性实施方案的声学制品示出于图1-3中，并且在下文中由相应的数字100、200和300表示。如图所示，这些声学制品100、200、300中的每个为多层构造。在图1-3和随后的附图中，在适用的情况下，入射声波和反射声波的方向由禁止箭头表示。
制品100由三个主层构成。所述层按以下顺序包括第一多孔层102、第二多孔层104和第三多孔层106。任选地并且如图所示，多孔层102、104和多孔层104、106直接彼此接触。在一些实施方案中，一个或多个附加层可设置在这些层之间或沿多孔层102、106的面向外的主表面延伸。另选地，可省略多孔层102、104中的一者或两者。
在制品100中，多孔层102、104、106被示出为纤维非织造层，但应当理解，可替代地使用其他种类的多孔层(例如开孔泡沫、颗粒床)，如以上标题为“多孔层”的子部分中所详述。如图1中所指示，第二多孔层104含有异质填料，而多孔层102、106基本上缺乏异质填料。
具有所需声学特性的异质填料(诸如多孔碳)被嵌入第二多孔层104中的多根纤维中。相对于第二多孔层104和接触第二多孔层104的异质填料的总体重量，异质填料可以1重量％至99重量％、10重量％至90重量％、15重量％至85重量％、20重量％至80重量％，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于1重量％、2重量％、3重量％、4重量％、5重量％、7重量％、10重量％、12重量％、15重量％、20重量％、25重量％、30重量％、35重量％、40重量％、45重量％、50重量％、55重量％、60重量％、65重量％、70重量％、75重量％、80重量％、85重量％、90重量％、95重量％、97重量％、98重量％或99重量％的量存在。异质填料的具体方面描述于上述标题为“异质填料”的子部分中。
任选地但未示出，异质填料可仅部分地嵌入第二多孔层104中，其中一些异质填料驻留在第二多孔层104的外部。在一些实施方案中，基本上没有异质填料嵌入第二多孔层104中，并且基本上所有的异质填料存在于邻近第二多孔层104的异质填料的颗粒床中。
有利的是，添加由活性炭构成的异质填料可在低声音频率诸如50Hz至200Hz的声音频率下显著增加声学制品的吸声。在一些实施方案中，在小于、等于或大于50Hz、55Hz、60Hz、65Hz、70Hz、75Hz、80Hz、85Hz、90Hz、95Hz、100Hz、105Hz、110Hz、115Hz、120Hz、125Hz、130Hz、135Hz、140Hz、145Hz、150Hz、155Hz、160Hz、165Hz、170Hz、175Hz、180Hz、185Hz、190Hz、195Hz、200Hz、210Hz、220Hz、230Hz、240Hz、250Hz、260Hz、270Hz、280Hz、290Hz、300Hz、400Hz、500Hz、700Hz、1000Hz、2000Hz、3000Hz、4000Hz、5000Hz、7000Hz或10,000Hz的声音频率内添加由活性炭构成的异质填料可显著增加声学制品的吸声。
在所示出的实施方案中，第三多孔层106的厚度显著大于第一多孔层102的厚度。图2示出了包括与图1的那些实施方案类似的第一多孔层202、第二多孔层204和第三多孔层206的另选实施方案，但第三多孔层206的厚度显著大于第一多孔层202的厚度。
在这些构造中，一个多孔层的厚度可小于、等于或大于另一个多孔层的厚度的10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、130％、140％、150％、200％、250％、300％、400％、500％、600％、700％、800％、900％或1000％。
所提供的声学制品优选地具有在现有应用的空间约束内实现所需的声学性能的总体厚度。单个多孔层可具有1微米至10厘米、30微米至1厘米、50微米至5000毫米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于1微米、2微米、5微米、10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、100微米、200微米、500微米、1毫米、2毫米、3毫米、4毫米、5毫米、7毫米、10毫米、20毫米、50毫米、70毫米或100毫米的总体厚度。
多孔层106、206可用作改善总声学结构的低频性能的阻挡材料。多孔层106、206也可减小声粒子速度，这趋于在到达粒子填充的多孔层104、204时诱导声波的反射。因为声阻抗(压力/速度)随着速度接近零而变得非常高，所以反射趋于在该场景中发生。然而，声学粒子的存在可充当由如前所述的空气分子的可逆吸附/解吸诱导的减压层。减小压力也降低声阻抗，使得一些声音能够穿透并有助于将更多的声能捕集在声学制品100、200内，从而改善声学性能。
在该实施方案中，异质填料基本上与彼此和任何多孔层脱离；也就是说，异质填料的粒子不物理附接到彼此，并且能够独立于周围结构而进行至少有限的移动或振荡。在这些情况下，嵌入的粒子可很大程度上独立于纤维本身在非织造材料的纤维内移动和振动。
制品300组合了制品100、200的特征和有益效果，因为其包括负载有异质填料的两个多孔层304、308，该异质填料夹置在基本上缺乏异质填料的三个多孔层302、306、310之间。
应当理解，另外的实施方案也是可能的，其中声学制品由六个、七个或甚至更多个多孔层构成，其中至少一个多孔层含有异质填料或以其他方式与异质填料接触。
图4示出了声学制品400的侧视图，该声学制品具有第一多孔层402和第二多孔层404以及设置在第一多孔层402和第二多孔层404之间的异质填料层420。图5以平面视图示出了相同的制品400，其中为清楚起见，移除了第一多孔层402。多孔层402、404和异质填料420类似于图1-3中的多孔层。多孔层402、404不仅可有助于制品400的声学性能，而且用于将异质填料420物理地限制并固定到多孔层402、404之间的空间。
制品400的另一个值得注意的方面为其被壁432分成多个分段室430。室430相对于彼此位于横向方向上，其中每个室430容纳如图所示的第一多孔层402、异质填料层420和第二多孔层404。任选地并且如图所示，室430在平面视图中以网格图案布置。
将室430彼此分开的壁432在它们的组合物中没有特别限制，并且可为多孔的或者可不为多孔的。在优选的实施方案中，壁432由具有低流动阻力的柔性聚合物膜、稀松布或穿孔膜(诸如穿孔膜)制成。有利的是，壁432也可通过基于制品400内的侧向边界的存在提供放掠波耗散来改善声学性能。
再次参见图4和图5，壁432具有沿制品400的主表面上的相应正交方向限定的规则间距Δ1和Δ2。虽然理想尺寸将取决于感兴趣的声音频率，但Δ1和Δ2中的每个可独立地在多孔层402、404中的一者或两者的厚度的0.1％至200％的范围内，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于0.1％、0.2％、0.5％、1％、2％、5％、7％、10％、15％、20％、25％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％、110％、120％、150％、200％、250％、300％、350％、400％、450％或500％。
图6涉及基于由穿孔膜构成的多孔层的声学制品500。声学制品500具有限制在第一穿孔膜502和第二穿孔膜504之间的异质填料520(先前描述于标题为“穿孔膜”的子部分下)。膜502、504具有沿垂直于制品500的主表面的方向延伸穿过相应膜502、504的多个开孔503、505(或通孔)。任选地并且如图所示，多个开孔503、505以预定的二维图案设置，该图案在开孔503、505之间具有规则的中心至中心间距。
在所示的实施方案中，开孔503一般与开孔505对齐，但膜502、504以其他方式不对称。膜504显著厚于膜502；另外，开孔503一般为圆柱形，而开孔505具有渐缩的侧壁，以产生具有一般为锥形形状的开口。再次参见图6，异质填料520驻留在一般为锥形的开口内，并且机械地保持在膜502、504之间，因为异质填料520的粒子显著大于开孔503、505的最窄宽度。
可通过任何已知的方法将膜502、504固定到彼此，包括使用粘合剂、热层压和机械耦接。膜502、504中的任一个也可使用这些方法中的任一种耦接到如前所述的纤维非织造层。在一些实施方案中，纤维非织造层含有有助于其附接到异质填料、穿孔膜或另一个纤维非织造层的粘性聚合物纤维。合适的粘性纤维包括由例如苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯或聚乙烯/聚丙烯共聚物制成的粘合剂纤维。
图7示出了在许多方面类似于声学制品500的声学制品600，因为其包括第一穿孔膜602和第二穿孔膜604以及设置在它们之间的异质填料620。然而，制品600不同于现有制品，因为其附加地包括封闭气隙640，该封闭气隙接触远离入射声波的声学制品的主表面并沿该主表面延伸，如图所示。气隙640提供谐振室，该谐振室的尺寸可被设定成增强特定频率下的传输损耗。
气隙640可充当基于四分之一波长理论的声学谐振器。根据该理论，峰值吸声在表示声学层厚度的四分之一波长的频率下发生。更大的气隙将峰值吸声切换至更低频率。例如，5厘米厚的气隙可在1600Hz下具有峰值吸收，而10cm气隙可产生在800Hz下发生的峰值吸收。
根据感兴趣的声学频率，气隙可具有10微米至10厘米、500微米至5厘米、1毫米至3厘米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、100微米、200微米、500微米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米(10厘米)的厚度。
图8示出了根据另一个多层实施方案的声学制品700，该声学制品使用由负载有异质填料的吹塑微纤维构成的第一纤维非织造层702。负载的非织造层702接触不含有异质填料的第二非织造层704。任选地，将第一非织造层702压缩至具有显著小于第二非织造层704的厚度的致密层。由于嵌入粒子的压实和存在，第一非织造层702可具有比第二非织造层704的密度大得多的密度。非织造层702、704夹置在一对阻挡稀松布706、708之间。
与典型的熔喷纤维非织造背衬(大于150MKS Rayls)相比，粒子填充层一般具有低流动阻力(小于50MKS Rayls)。阻挡稀松布706、708为显示高流动阻力(例如，至多2000MKSRayls)的薄多孔层。在一些实施方案中，阻挡稀松布706、708具有小于5000微米的厚度，并且具有可忽略的弯曲刚度。
包括阻挡层诸如阻挡稀松布可进一步增强声学性能，特别是在更低的频率下。这是由于总体声学制品的流动阻力增加，以及第二非织造层704内的声能的截留增加。阻挡层可具有10MKS Rayls至5000MKS Rayls、20MKS Rayls至3000MKS Rayls、或50MKS Rayls至1000MKS Rayls的流动阻力。在一些实施方案中，穿过阻挡层的流动阻力小于、等于或大于10MKS Rayls、20MKS Rayls、30MKS Rayls、40MKS Rayls、50MKS Rayls、70MKS Rayls、100MKS Rayls、200MKS Rayls、300MKS Rayls、400MKS Rayls、500MKS Rayls、600MKSRayls、700MKS Rayls、1000MKS Rayls、1100MKS Rayls、1200MKS Rayls、1500MKS Rayls、1700MKS Rayls、2000MKS Rayls、2500MKS Rayls、3000MKS Rayls、3500MKS Rayls、4000MKSRayls、4500MKS Rayls、5000MKS Rayls、5500MKS Rayls、6000MKS Rayls、6500MKS Rayls、7000MKS Rayls、7500MKS Rayls或8000MKS Rayls。
阻挡层可具有1微米至10厘米、30微米至1厘米、50微米至5000微米，或者在一些实施方案中，小于、等于或大于10微米、20微米、30微米、40微米、50微米、70微米、100微米、200微米、500微米、1毫米、2毫米、5毫米、10毫米、20毫米、30毫米、40毫米、50毫米、60毫米、70毫米、80毫米、90毫米或100毫米(10厘米)的厚度。
图9-14各自示出了声学组件的示例，其中一个或多个穿孔膜直接或间接地耦接到非声学结构部件。
图9示出了具有穿孔膜802的声学组件800，该穿孔膜负载有异质填料，该异质填料邻近基本上缺乏异质填料的纤维非织造层804。如图所示，入射声波最初接触穿孔膜802。与穿孔膜802相反，纤维非织造层804横跨主结构850延伸并接触该主结构。
图10示出了具有一对声学制品902、906的声学组件900，每个声学制品902、906包括一对穿孔膜，其中异质填料设置在它们之间，如先前图6中所示例。在声学制品902、906之间延伸的是基本上缺乏异质填料的纤维非织造层904。如图所示，声学制品902面向入射声波，而声学制品906接触主结构950。
图11示出了具有通过气隙1040彼此间隔开的至少第一声学制品1002和第二声学制品1004的声学组件1000。如图所示，任何数目的附加声学制品可被插置在声学制品1002、1004和主结构1050之间。有利的是，组件1000内的穿孔膜可具有彼此不同的开孔尺寸、间距和布置，以提供对已知声音频率的定制声学响应。入射声波最初如图所示接触声学制品1002，但这些声波可传播穿过组件1000中的任何膜和全部膜。
图12示出了具有声学制品1102和颗粒床1160的声学制品1100。颗粒床1160由第二异质填料构成，该第二异质填料被捕获在限定在声学制品1102和主结构1150之间的间隙中。第一异质填料和/或第二异质填料包括声学活性多孔粒子，诸如活性炭或蠕形炭粒子。颗粒床对于某些声学应用可为有利的，因为床可具有0.4g/cc和更高的密度，提供比通常存在于纤维非织造层中的显著更大的质量。
图13示出了声学组件1200，其中声学制品1202负载有异质填料并且与主结构1250间隔开。声学制品1202的一侧面向入射声波，而相反侧面向主结构1250。声学制品1202通过一系列封闭的声学室(类似于图4-5中所示的那些)连接到主结构1250，该声学室继而由多个壁1232限定。每个壁1232沿一般垂直于声学制品1202的平面取向。壁1232由穿孔膜制成，并且提供附加的掠流耗散。
图14示出了声学组件1300，其中声学制品1302与主结构1350间隔开。声学制品1302通过多个支架1370耦接到主结构1350。支架1370如图所示为实心的，并且可响应于主结构1350中的振动而提供结构阻尼效应。
在一些实施方案中，上述声学制品可经工程化以用于同时需要声学屏障和吸声体两者的特性的应用中。常规的多孔吸声体不含声屏障性能，这意味着由于对吸声的高孔隙率要求，声传输损耗性能较差。在现有方法中，两种不同的处理被用于这些应用；例如，吸收体处理将被用于耗散声能和用于阻断声能传输的屏障处理。
改善非织造纤维材料的屏障性能的一种简单方法是增加材料的空气流动阻力。然而，如果采取该途径，则材料很可能将失去其吸声性能，因为穿过材料的孔隙率水平和声压的粘性耗散两者将减小。为了同时获得合理的吸收和屏障性能，可能在增加空气流动阻力的同时保持穿过材料的一定水平的孔隙率。
如将在即将到来的实施例中所示，高孔隙率和空气流动阻力的组合使得所提供的声学制品充当吸声体和声学屏障两者。在这些实施方案中，多孔碳(诸如具有极高表面积(通常超过800m2/g)的活性炭)以高水平负载，以耗散显著量的声能。令人惊讶的是，这些材料可提供超过由具有相同厚度的固体屏障的质量定律预测的隔声性能。
使用方法
所提供的声学制品可结合到用于控制声音传输的多种多样的应用中。例如，图9-14的主结构可为固定结构、陆地车辆、水车或航空器的一部分。固定结构的示例包括建筑物和产生噪音的装置，诸如机械。陆地车辆的示例包括机动车和火车。航空器的示例包括飞机、直升机和宇宙飞船。
陆地车辆包括商用卡车、客运卡车、自动化车辆、拖车、轨道车辆、轨道发动机、摩托车等。对于此类车辆，所提供的声学制品可被包括在车门、车顶、底板下、车辆卡车、发动机舱、行李区和轮胎中。轨道车辆包括地铁、本地通勤列车和高速列车。
建筑装置的示例包括HVAC(加热、通风、空调)系统，其涵盖加热和冷却装置、散热器、鼓风机和对应的管道工程和空气处理设备。机械装置包括内燃机、马达、冲压机、压缩机、干燥机、泵、注塑机、烘箱、机械运输装置、输送机，并且还可包括工业/商业或家用设备，诸如修草机/割草机、鼓风机、吹雪机、拖拉机、犁和收割机。其它家庭和建筑装置包括诸如冰箱、微波炉、洗碗机、洗衣机、干衣机、吸尘器和制冰机的器具。
更广义地，所提供的声学制品可用于建筑物、住宅、商业场所、制造厂、机场、电站、发电厂、医院、地铁、隧道、电梯、自动扶梯、购物中心、零售中心、体育场馆、音乐厅、仓库和办公楼。具体应用包括在天花板瓷砖、减音板、壁、立体壁和地板中使用。也可能将装饰性壁覆盖物(例如，壁纸、布料、窗帘)层压或以其他方式施加到声学制品或组件。同样，声学制品可用于电子器件中，包括计算机、手机、平板电脑和服务器场。如果需要，所提供的制品和组件可包括阻燃添加剂。
当将声学制品设置在结构或车辆中时，制品可定位并固定在两个面板之间。就机动车或飞机而言，第一面板可为内部装饰材料，并且第二面板可为诸如机动车车身或飞机机身的外表面，其可包含诸如钢或铝的材料。在一些附加的示例中，声学制品可设置有至少部分地围绕声学制品的外壳或袋。然后将第一面板和第二面板附接到外壳。外壳可包含任何合适的材料，诸如聚氟乙烯、聚醚酮、聚醚醚酮、聚酰亚胺、聚乙烯、聚偏二氟乙烯、环氧树脂或它们的混合物。外壳还可包括增强材料，该增强材料选自聚酰胺、非织造稀松布、矿物纤维或它们的混合物。
虽然不打算详尽无遗，但声学制品、组件和相关方法的另外的实施方案如下：
1.一种声学制品，所述声学制品包括：多孔层；以及与所述多孔层接触的异质填料，所述异质填料包含多孔碳并且具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积，其中所述声学制品具有100MKS Rayls至8000MKS Rayls的流动阻力。
2.根据实施方案1所述的声学制品，其中所述声学制品具有100MKS Rayls至6000MKS Rayls的流动阻力。
3.根据实施方案2所述的声学制品，其中所述声学制品具有100MKS Rayls至5000MKS Rayls的流动阻力。
4.根据实施方案1-3中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层包括具有多根纤维的非织造纤维层，所述异质填料至少部分地嵌入所述多根纤维中。
5.根据实施方案4所述的声学制品，其中所述多根纤维具有0.1微米至2000微米的中值纤维直径。
6.根据实施方案5所述的声学制品，其中所述多根纤维具有5微米至1000微米的中值纤维直径。
7.根据实施方案6所述的声学制品，其中所述多根纤维具有10微米至500微米的中值纤维直径。
8.根据实施方案4-7中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包含聚合物，所述聚合物选自聚烯烃、聚丙烯、聚乙烯、聚酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚酰胺、尼龙6,6、聚氨酯、聚丁烯、聚乳酸、聚苯硫醚、聚砜、液晶聚合物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯腈、环状聚烯烃、或者它们的共聚物或共混物，基于所述多根纤维的总体重量计，所述聚合物的量为至少35重量％。
9.根据实施方案4-8中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包括粘合剂纤维。
10.根据实施方案4-9中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包含热塑性半结晶聚合物。
11.根据实施方案4-9中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包括熔喷纤维。
12.根据实施方案4-11中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包括：多根第一纤维，所述多根第一纤维具有至多10微米的中值直径；以及多根第二纤维，所述多根第二纤维具有至少10微米的中值直径。
13.根据实施方案4-12中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包含重均分子量大于20,000g/mol的聚合物。
14.根据实施方案4-13中任一项所述的声学制品，其中基于收缩测试，纤维非织造层在150℃下7天后显示小于15％的收缩。
15.根据实施方案4-9中任一项所述的声学制品，其中所述多根纤维包括玻璃纤维。
16.根据实施方案1-3中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层包括开孔泡沫。
17.根据实施方案1-3所述的声学制品，其中所述多孔层包括颗粒床。
18.根据实施方案17所述的声学制品，其中所述颗粒床包含活性炭、蠕形碳、沸石、金属有机框架(MOF)、珍珠岩、氧化铝、玻璃泡、玻璃珠以及它们的混合物的粒子。
19.根据实施方案17或18所述的声学制品，其中所述颗粒床包含平均粒度为0.1微米至2000微米的粒子。
20.根据实施方案19所述的声学制品，其中所述颗粒床包含平均粒度为5微米至1000微米的粒子。
21.根据实施方案20所述的声学制品，其中所述颗粒床包含平均粒度为10微米至500微米的粒子。
22.根据实施方案1-3中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径，所述异质填料在横跨所述穿孔膜的层中延伸。
23.根据实施方案22所述的声学制品，其中所述穿孔膜单独具有10MKS Rayls至8000MKS Rayls的流动阻力。
24.根据实施方案23所述的声学制品，其中所述穿孔膜单独具有30MKS Rayls至6000MKS Rayls的流动阻力。
25.根据实施方案22-24中任一项所述的声学制品，其中所述穿孔膜以粘接方式耦接到所述异质填料层。
26.根据实施方案25所述的声学制品，其中所述多根纤维包括粘性纤维，所述粘性纤维将所述穿孔膜以粘接方式耦接到所述异质填料层。
27.根据实施方案22-26中任一项所述的声学制品，其中异质填料中的至少一些驻留在所述多个开孔内。
28.根据实施方案1-27中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层具有0.1GPa至420GPa的弯曲模量。
29.根据实施方案28所述的声学制品，其中所述多孔层具有0.2GPa至210GPa的弯曲模量。
30.根据实施方案29所述的声学制品，其中所述多孔层具有0.2GPa至5GPa的弯曲模量。
31.根据实施方案1-30中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层具有1微米至10厘米的厚度。
32.根据任何实施方案31所述的声学制品，其中所述多孔层具有30微米至1厘米的厚度。
33.根据实施方案32所述的声学制品，其中所述多孔层具有50微米至5000微米的厚度。
34.根据实施方案1-33中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层为第一多孔层，并且所述声学制品还包括第二多孔层，所述第二多孔层横跨所述第一多孔层延伸并且具有10MKS Rayls至8000MKSRayls的流动阻力。
35.根据实施方案34所述的声学制品，其中所述第二多孔层具有30MKS Rayls至6000MKS Rayls的流动阻力。
36.根据实施方案35所述的声学制品，其中所述第二多孔层具有50MKS Rayls至4000MKS Rayls的流动阻力。
37.根据实施方案34-36中任一项所述的声学制品，其中所述第二多孔层包括非织造纤维层。
38.根据实施方案34-36中任一项所述的声学制品，其中所述第二多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径。
39.根据实施方案34-38所述的声学制品，其中所述第二多孔层起到将所述异质填料固定在所述第一多孔层内的作用。
40.根据实施方案34-39中任一项所述的声学制品，其中所述第二多孔层具有0.01毫米至100毫米的厚度。
41.根据任何实施方案40所述的声学制品，其中所述第二多孔层具有0.1毫米至50毫米的厚度。
42.根据实施方案41所述的声学制品，其中所述第二多孔层具有0.3毫米至10毫米的厚度。
43.根据实施方案1-42中任一项所述的声学制品，其中相对于所述多孔层和接触所述多孔层的异质填料的总体重量计，所述异质填料以10重量％至95重量％的量存在。
44.根据实施方案43所述的声学制品，其中相对于所述多孔层的重量计，所述异质填料以15重量％至85重量％的量存在。
45.根据实施方案44所述的声学制品，其中相对于所述多孔层的重量计，所述异质填料以20重量％至80重量％的量存在。
46.根据实施方案34-45所述的声学制品，其中所述异质填料还设置在所述第二多孔层中。
47.根据实施方案46所述的声学制品，其中相对于所述第二多孔层和接触所述第二多孔层的异质填料的总体重量计，所述第二多孔层中的所述异质填料以10重量％至95重量％的量存在。
48.根据实施方案47所述的声学制品，其中相对于所述第二多孔层的重量计，所述第二多孔层中的所述异质填料以15重量％至85重量％的量存在。
49.根据实施方案48所述的声学制品，其中相对于所述第二多孔层的重量计，所述第二多孔层中的所述异质填料以20重量％至80重量％的量存在。
50.根据实施方案1-49中任一项所述的声学制品，所述声学制品还包括横跨所述多孔层的主表面的至少一部分延伸的阻挡层，所述阻挡层具有10MKS Rayls至8000MKSRayls的流动阻力。
51.根据实施方案50所述的声学制品，其中所述阻挡层具有20MKS Rayls至6000MKS Rayls的流动阻力。
52.根据实施方案51所述的声学制品，其中所述阻挡层具有30MKS Rayls至4000MKS Rayls的流动阻力。
53.根据实施方案50-52中任一项所述的声学制品，其中所述阻挡层包括稀松布。
54.根据实施方案50-53中任一项所述的声学制品，其中所述阻挡层具有1微米至10厘米的厚度。
55.根据任何实施方案54所述的声学制品，其中所述阻挡层具有30微米至1厘米的厚度。
56.根据实施方案55所述的声学制品，其中所述阻挡层具有50微米至5000微米的厚度。
57.根据实施方案1-56中任一项所述的声学制品，所述声学制品还包括邻近所述多孔层的气隙。
58.根据实施方案57所述的声学制品，其中所述气隙具有10微米至10厘米的厚度。
59.根据任何实施方案58所述的声学制品，其中所述气隙具有500微米至5厘米的厚度。
60.根据实施方案59所述的声学制品，其中所述气隙具有1毫米至3厘米的厚度。
61.根据实施方案1-60中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料具有0.5m2/g至5000m2/g的平均表面积。
62.根据实施方案61所述的声学制品，其中所述异质填料具有50m2/g至2500m2/g的平均表面积。
63.根据实施方案1-62中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料具有0.1纳米至50微米的数均孔径。
64.根据实施方案63所述的声学制品，其中所述异质填料具有1纳米至40微米的数均孔径。
65.根据实施方案64所述的声学制品，其中所述异质填料具有2.5纳米至30微米的数均孔径。
66.根据实施方案1-65中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料具有至多500纳米的最小孔径。
67.根据实施方案66所述的声学制品，其中所述异质填料具有至多200纳米的最小孔径。
68.根据实施方案67所述的声学制品，其中所述异质填料具有至多100纳米的最小孔径。
69.根据实施方案1-68中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料还包含多孔氧化铝、沸石、云母、气凝胶、二氧化硅、蛭石、珍珠岩、金属有机框架或它们的混合物。
70.根据实施方案69所述的声学制品，其中所述异质填料具有0.01cm3/g至5cm3/g的数均孔体积。
71.根据实施方案70所述的声学制品，其中所述多孔碳包括活性炭。
72.根据实施方案70或71所述的声学制品，其中所述多孔碳包括蠕形碳。
73.根据实施方案1-72中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料包括闭合孔填料。
74.根据实施方案73所述的声学制品，其中所述闭合孔填料包括膨胀聚合物微球、陶瓷微球、中空玻璃泡或它们的混合物。
75.根据实施方案1-74中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料包括基本上彼此脱离的粒子。
76.根据实施方案1-75中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料具有0.1微米至2000微米的数均粒度。
77.根据实施方案76所述的声学制品，其中所述异质填料具有10微米至1000微米的数均粒度。
78.根据实施方案77所述的声学制品，其中所述异质填料具有30微米至500微米的数均粒度。
79.根据实施方案1-78中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料为共混填料，所述共混填料包括：第一异质填料，所述第一异质填料具有至多1300m2/g的平均表面积；以及第二异质填料，所述第二异质填料具有至少1300m2/g的平均表面积。
80.根据实施方案1-78中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料包括：第一异质填料，所述第一异质填料具有至多500纳米的数均孔径；以及第二异质填料，所述第二异质填料具有至少500纳米的数均孔径。
81.根据实施方案1-78中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料包括：第一异质填料，所述第一异质填料包含多孔碳；以及第二异质填料，所述第二异质填料包含沸石、氧化铝、玻璃泡、炭黑、碳纤维和玻璃珠中的一种或多种。
82.一种声学制品，所述声学制品包括：穿孔膜，所述穿孔膜具有多个开孔，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径；以及异质填料，所述异质填料在横跨所述穿孔膜的层中延伸，其中异质填料中的至少一些驻留在所述多个开孔内。
83.一种制备声学制品的方法，所述方法包括：将包含多孔碳的异质填料设置到多孔层中，所述异质填料具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积以增加声学制品在50Hz至2,000Hz的声音频率下的吸声。
84.根据实施方案83所述的方法，其中所述多孔层包括非织造纤维幅材，所述非织造纤维幅材包括多根纤维，所述多孔碳至少部分地嵌入所述多根纤维中。
85.根据实施方案83所述的方法，其中所述多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径，其中将所述异质填料设置到所述多孔层中包括将所述异质填料设置到所述多个开孔中。
86.根据实施方案83-85中任一项所述的方法，其中所述多孔层为第一多孔层，并且所述方法还包括将第二多孔层设置在所述第一多孔层上以将所述异质填料固定在所述第一多孔层内。
87.根据实施方案86所述的方法，其中所述第二多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径。
88.根据实施方案83-87中任一项所述的方法，其中所述多孔层具有10MKS Rayls至8000MKS Rayls的流动阻力。
89.一种声学组件，所述声学组件包括根据实施方案1-82中任一项所述的声学制品，并且还包括耦接到所述声学制品的主航空或机动车结构。
90.一种使用根据实施方案1-82中任一项所述的声学制品的方法，所述方法包括：将所述声学制品靠近表面设置以抑制所述表面的振动。
91.一种使用根据实施方案1-82中任一项所述的声学制品的方法，所述方法包括：将所述声学制品靠近空气腔设置以吸收穿过所述空气腔传输的声能。
92.根据实施方案91所述的使用声学制品的方法，其中声能的吸收与基本上为零的流体穿过所述声学制品的净流动一起发生。
实施例
表1：材料
Figure BDA0002446425250000341
测试方法
法向入射吸声
根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声，“使用管、两个传声器和数字频率分析系统的声学材料的阻抗和吸收的标准测试方法(Standard Test Method for Impedance andAbsorption of Acoustical Materials Using a Tube,Two Microphones and a DigitalFrequency Analysis System)”。使用购自丹麦的Brüel&
Figure BDA0002446425250000351
公司(Brüel&
Figure BDA0002446425250000352
(Denmark))的“4206型阻抗管套件(50HZ–6.4KHZ)(IMPEDANCE TUBE KIT(50HZ–6.4KHZ)TYPE 4206)”。使用缩写“α”报告法向入射吸收系数。
传输损耗声学测试
通过遵循ASTM E2611-09(“基于传递矩阵法测量声学材料垂直入射声传输的标准测试方法(Standard Test Method for Measurement of Normal Incidence SoundTransmission of Acoustical Materials Based on the Transfer Matrix Method)”)中概述的规程测量用于检查屏障特性的声学材料的传输损耗。计算代表由材料传输、反射和耗散的声能的传输系数、反射系数和耗散系数，并且报告为T、R和αd。
活性炭材料的表面积
使用AUTOSORB IQ(佛罗里达州博因顿海滩的康塔器械(QuantachromeInstruments,Boynton Beach,Florida))分析了商购获得的活性炭材料的表面积。通过77K下的N2吸附来确定表面积。
空气流动阻力
根据ASTM C-522-03(2009年重新批准)，“声学材料的空气流动阻力的标准测试方法(Standard Test Method for Airflow Resistance of Acoustical Materials)”测量横跨“手动剥离的致密层部分”的流动阻力。用于测量的设备为PERMEAMETER，型号为GP-522-A，购自纽约伊萨卡的多孔材料公司(Porous Materials,Inc.,Ithaca,NY)。流动阻力以Rayls(Pa·s/m)报告。
在实施例中，BMF幅材粒子层的流动阻力测量为约30MKS Rayls。
实施例1(EX-1)
非织造熔喷幅材通过类似于Wente,Van A.，“超细热塑性纤维”，工业与工程化学，第48卷，第1342页及以下(1956年)(Wente,Van A.,“Superfine Thermoplastic Fibers”inIndustrial Engineering Chemistry,Vol.48,pages 1342et seq.(1956))中以及在海军研究实验室的报告4364(1954年5月25日公布，Wente,Van A.、Boone,C.D.和Fluharty,E.L.的标题为“超细有机纤维的制造(Manufacture of Superfine Organic Fibers)”)中所描述的工艺进行制备，不同之处在于使用钻模来生产纤维。
将聚丙烯树脂通过模头挤出成高速热空气流，其在其固化和收集之前抽出并拉细聚丙烯吹塑微纤维(“BMF”)。根据美国专利4,118,531(Hauser)中所述的方法，将聚丙烯吹塑微纤维流与聚丙烯短纤维共混。另外，根据美国专利3,971,373(Braun)的方法，将AC-1活性炭粒子进料到聚丙烯吹塑微纤维流中。以无规方式在尼龙带上收集聚丙烯吹塑微纤维、聚丙烯短纤维和活性炭粒子的共混物，得到负载有活性炭粒子的聚丙烯BMF幅材粒子层。BMF幅材粒子层负载有一定比率的95重量％活性炭粒子和5重量％吹塑微纤维，总面积密度为200gsm。
根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。EX-1的粒子层安装在具有20mm空气空间背衬的阻抗管中。测试结果汇总于表2中。
表2：EX-1的法向入射吸声(“α”)
频率，Hz α
99 0.03
125 0.05
157 0.03
198 0.05
250 0.06
315 0.07
397 0.08
500 0.10
630 0.14
794 0.19
1000 0.27
1260 0.37
1587 0.52
2000 0.67
2520 0.78
3175 0.82
实施例2(EX-2)
针对680gsm的总面积密度，将活性炭AC-1(3g)在BMF-1的整个样品随机分布(使用手动撕裂以在整个幅材分布粒子)。所得BMF幅材的样品的厚度为40mm。根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。测试结果汇总于表3中。
BMF-1(如所接收的，没有活性炭粒子)的测试结果也汇总于表3中。
实施例3(EX-3)
针对1450gsm的总面积密度，将活性炭AC-1(6g)在BMF-1的整个样品随机施加(使用手动撕裂以在整个幅材分布粒子)。所得BMF幅材的样品的厚度为40mm。根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。测试结果汇总于表3中。
实施例4(EX-4)
针对2900gsm的总面积密度，将活性炭AC-1(20g)在BMF-1的整个样品随机施加(使用手动撕裂以在整个幅材分布粒子)。所得BMF幅材的样品的厚度为40mm。根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。测试结果汇总于表3中。
表3
Figure BDA0002446425250000371
实施例5(EX-5)
通过在两层BMF-1(厚度＝11.3mm的层102和厚度＝25.7mm的层106)之间放置根据EX-1的BMF幅材粒子层(参见图1；厚度＝3mm的层104)来构造三层声学制品(参见图1中的100)，使得BMF幅材粒子层更设置到声学制品的一个主表面。当安装在用于法向入射吸收系数的阻抗管中时，总构造被设定为具有40mm的厚度。
根据ASTM E1050-12测试EX-5的法向入射吸声，其中测试结果汇总于表4中。在一种测试构型中，粒子层设置在“前部”中(即，朝向声源—参见图1中的声学制品200中的204)；在第二测试构型中，粒子层设置在“后部”中(即，距声源更远—参见图2中的声学制品100中的层104)。
表4
Figure BDA0002446425250000381
实施例6(EX-6)
通过根据EX-1(层304和层308，各自具有厚度＝3mm)在三层BMF-1(层302、层306和层310，各自具有厚度＝11.3mm)之中交替两个粒子层来构造五层声学制品(参见图2中的300)。当安装在用于法向入射吸收系数的阻抗管中时，总构造被设定为具有40mm的厚度。
根据ASTM E1050-12测试EX-6的法向入射吸声，其中测试结果汇总于表4中，报告法向入射吸收系数“α”。
实施例7(EX-7)
微穿孔膜“夹层”(参见图6中的500)由两层微穿孔膜和AC-1粒子构造。如美国专利6,617,002(Wood)中所述制备微穿孔膜。将膜级聚丙烯树脂PP-1用于聚丙烯膜(1.8mm厚)的挤出，并且然后将膜压花并热处理，使得压花形成开孔。开孔的尺寸如图15a-15c中和表5中所详述。
表5：EX-7的微穿孔膜中开孔的尺寸
Figure BDA0002446425250000391
表6
Figure BDA0002446425250000392
一层微穿孔膜(参见图5中的504)被取向成具有一般为锥形的开孔开口，其中更大的直径面朝上，并且用AC-1粒子喷洒以至少部分地填充开孔(参见图5中的505)。将相同类型的微穿孔膜的第二层放置到第一层上，取向成具有一般为锥形的开孔开口，其中更大的直径面朝下，使得其覆盖至少部分填充的开孔(参见图6中的500；在该实施例中，层502和504具有相同的厚度和开孔尺寸，以及开孔之间的距离)。未尝试完全对齐两个微穿孔膜层的开孔。所得的EX-7的声学制品具有约25gsm的总面积密度。
根据ASTM E1050-12测试EX-7的声学制品的法向入射吸声。测试构型包括设定为20mm或30mm的“气隙”(参见图6中的640)。测试结果汇总于表6中。
表6
Figure BDA0002446425250000401
实施例8(EX-8)
根据针对EX-1所述的规程制备BMF幅材粒子层，不同的是使用聚氨酯(“PU”)树脂代替聚丙烯树脂，并且使用AC-2活性炭粒子代替AC-1活性炭粒子。所得的PU BMF幅材粒子层具有一定比率的95重量％活性炭粒子和5重量％吹塑微纤维。
将PU BMF幅材粒子层放置到BMF-2的样品中，以制成“夹层”构造(参见图8中的声学制品700)。BMF-2非织造层(参见图8中的704)的阻挡稀松布层中的一个(参见图8中的706)被剥开，并且PU BMF幅材粒子层(参见图8中的702)沿稀松布层的内部表面放置，并且重新闭合稀松布层以得到具有8.9gsm的面积密度的夹层构造
根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。EX-8的粒子层安装在具有20mm空气空间背衬的阻抗管中。测试的EX-8的声学制品的厚度为10mm。为进行比较，也在10mm的厚度下测试BMF-2层。测试结果汇总于表7中。
表7
Figure BDA0002446425250000411
BMF-3的制备
根据类似于EX-1中所述的工艺来制备BMF-3，不同的是未加入活性炭粒子。聚合物材料为聚丙烯。包括的BMF-3包括SMS(纺粘/熔喷/纺粘)稀松布层的顶部和底部，具有约20gsm的面积密度。(类似于可商购获得的BMF-1和BMF-2上发现的那些)。BMF-3具有约400gsm的总面积密度和约20mm的厚度。
实施例9(EX-9)
根据EX-8中所述的规程制备具有夹层构造(参见图8中的700)的声学制品，不同的是使用BMF-3代替BMF-2作为非织造层(参见图8中的704)
根据ASTM E1050-12测试法向入射吸声。EX-9的粒子层安装在具有20mm空气空间背衬的阻抗管中。测试的EX-9的声学制品的厚度为10mm。为进行比较，也在10mm的厚度下测试BMF-3层。测试结果汇总于表8中。
表8
Figure BDA0002446425250000421
实施例10(EX-10)
根据EX-1所述的规程制备负载有活性炭粒子的BMF幅材粒子层，不同的是使用聚氨酯材料代替聚丙烯。活性炭粒子具有32×60的目大小。BMF幅材粒子层负载有一定比率的95重量％活性炭粒子和5重量％吹塑微纤维，总面积密度为1500gsm。BMF幅材粒子层的厚度为5mm。
BMF幅材粒子层的声阻尼测量如下进行。将BMF幅材粒子层(354mm乘288mm)的样品放置在钢板的顶部上(高度＝354mm，宽度＝288mm，厚度＝1mm)。通过定位在钢板的底侧上的模态振荡器摇动钢板。模态振荡器提供随机噪音信号，并且使用定位在钢板的同一侧上作为模态振荡器的加速度计测量板的振动响应，但从振荡器抵靠钢板的位置稍微移除。对于仅钢板(比较)和具有放置在顶部上的BMF幅材粒子层的钢板两者，测量加速响应对频率。测试结果汇总于图16中。
实施例11(EX-11)
根据EX-1所述的规程制备负载有活性炭AC-3粒子的BMF幅材粒子层。活性炭粒子具有48×100的目大小。BMF幅材粒子层负载有一定比率的40重量％活性炭粒子和60重量％吹塑微纤维，总面积密度为400gsm。BMF幅材粒子层的厚度为8mm。
根据ASTM E2611-09执行传输损耗声学测试。法向入射传输损耗的结果如表9中所示，并且与BMF-1进行比较，并且质量定律结果为300gsm和400gsm。
表9
Figure BDA0002446425250000431
功率传输系数、反射系数和耗散系数的结果具体地示于表10中。
表10
Figure BDA0002446425250000441
实施例12(EX-12)
根据EX-1所述的规程制备负载有活性炭AC-3粒子的BMF幅材粒子层。活性炭粒子具有48×100的目大小。BMF幅材粒子层负载有一定比率的80重量％活性炭粒子和20重量％吹塑微纤维，总面积密度为400gsm。BMF幅材粒子层的厚度为1mm。测试空气流动阻力(AFR)并且结果为约350Rayls。
实施例13(EX-13)
根据EX-1所述的规程制备负载有活性炭AC-3粒子的BMF幅材粒子层。活性炭粒子具有48×100的目大小。BMF幅材粒子层负载有一定比率的40重量％活性炭粒子和60重量％吹塑微纤维，总面积密度为60gsm。BMF幅材粒子层的厚度为1mm。测试空气流动阻力(AFR)并且结果为约650Rayls。
执行法向入射吸声测试，以计算如ASTM E1050-12中所定义的系数α。图17表示基于频率的EX-12、EX-13和分层SMS稀松布的法向入射吸收系数。
通过执行法向入射吸声测试来计算特定声阻抗，以计算如ASTM E1050-12中所定义的法向反射吸收系数R。然后使用公式(1)来计算特定声阻抗比率。
Figure BDA0002446425250000451
图18表示基于频率的EX-12、EX-13和分层SMS稀松布的特定声阻抗比率，其反映了特定声阻抗比率的真实部分。图19表示基于频率的EX-12、EX-13和分层SMS稀松布的特定声阻抗比率，其反映了特定声阻抗的虚部。
以上获得专利证书的申请中所有引用的参考文献、专利和专利申请以一致的方式全文以引用方式并入本文中。在并入的参考文献部分与本申请之间存在不一致或矛盾的情况下，应以前述说明中的信息为准。为了使本领域的普通技术人员能够实践受权利要求书保护的本公开而给出的前述说明不应理解为是对本公开范围的限制，本公开的范围由权利要求书及其所有等同形式限定。

Claims (15)

1.一种声学制品，所述声学制品包括：
多孔层；以及
与所述多孔层接触的异质填料，所述异质填料包含多孔碳并且具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积，
其中所述声学制品具有100MKS Rayls至5000MKS Rayls的流动阻力。
2.根据权利要求1所述的声学制品，其中所述多孔层包括具有多根纤维的非织造纤维层，所述异质填料至少部分地嵌入所述多根纤维中。
3.根据权利要求1所述的声学制品，其中所述多孔层包括具有多个开孔的穿孔膜，所述多个开孔具有30微米至5000微米的平均最窄直径，所述异质填料在横跨所述穿孔膜的层中延伸。
4.根据权利要求3所述的声学制品，其中所述穿孔膜单独具有10MKSRayls至3000MKSRayls的流动阻力。
5.根据权利要求3或4所述的声学制品，其中异质填料中的至少一些驻留在所述多个开孔内。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的声学制品，其中所述多孔层为第一多孔层，并且所述声学制品还包括第二多孔层，所述第二多孔层横跨所述第一多孔层延伸并且具有10MKSRayls至6000MKS Rayls的流动阻力。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的声学制品，其中相对于所述多孔层和接触所述多孔层的异质填料的总体重量计，所述异质填料以10重量％至95重量％的量存在。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的声学制品，所述声学制品还包括横跨所述多孔层的主表面延伸的阻挡层，所述阻挡层具有10MKS Rayls至5000MKS Rayls的流动阻力。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的声学制品，其中所述多孔碳包括活性炭、蠕形碳或它们的混合物。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的声学制品，其中所述异质填料为共混填料，所述共混填料包括：
第一异质填料，所述第一异质填料具有至多1300m2/g的平均表面积；以及
第二异质填料，所述第二异质填料具有至少1300m2/g的平均表面积。
11.一种声学制品，所述声学制品包括：
穿孔膜，所述穿孔膜具有多个开孔，所述多个开孔具有至多30微米至5000微米的平均最窄直径；以及异质填料，所述异质填料在横跨所述穿孔膜的层中延伸，
其中异质填料中的至少一些驻留在所述多个开孔内。
12.一种制备声学制品的方法，所述方法包括：
将包含多孔碳的异质填料设置到多孔层中，所述异质填料具有0.1m2/g至10,000m2/g的平均表面积以增加所述声学制品在50Hz至2,000Hz的声音频率下的吸声。
13.一种声学组件，所述声学组件包括根据权利要求1-11中任一项所述的声学制品，并且还包括耦接到所述声学制品的主航空或机动车结构。
14.一种使用根据权利要求1-11中任一项所述的声学制品的方法，所述方法包括：
将所述声学制品靠近表面设置以抑制所述表面的振动。
15.一种使用根据权利要求1-11中任一项所述的声学制品的方法，所述方法包括：
将所述声学制品靠近空气腔设置以吸收穿过所述空气腔传输的声能。
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