CN112497858A - 板膜复合吸声板及其加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种板膜复合吸声板及其加工方法，涉及环境工程技术领域，以在一定程度上解决单层微穿孔板吸声频带较窄、结构强度较小以及微孔加工复杂的技术问题。本发明提供的板膜复合吸声板,包括基板、胶层以及膜层；基板的厚度为0.2mm‑15mm，基板上开设有多个贯穿厚度方向的通孔，多个通孔的等效水力直径不小于1.0mm；膜层通过胶层与基板相粘合，且膜层覆盖通孔；膜层对应通孔的位置形成有缝隙。

Description

板膜复合吸声板及其加工方法
技术领域
本发明涉及环境工程技术领域，尤其是涉及一种板膜复合吸声板及其加工方法。
背景技术
现阶段针对噪声的控制手段主要包括吸声、隔声和消声等方式，而吸声材料在上述三种方式中均发挥重要作用。传统阻性吸声材料面临低频吸声性能不足和耐候性能较差等问题，而在薄板上穿以大量的微孔形成的微穿孔板，其依靠结构与声波发生共振而消耗声能达到吸声，具有无需填充多孔材料、重量轻、耐候性能优良、无二次污染等特点，被广泛地应用于建筑、工业、交通等诸多领域，发展潜力非常可观。
微穿孔板的声能耗散机理主要包括两部分，一是孔内的粘滞摩擦引起的孔内效应，二是末端效应，主要由声波出入微孔时沿障板流动、末端声辐射、孔间相互作用和声线弯折等引起。其声阻抗与空气特性阻抗匹配较好，即具备足够的声阻与较小的声抗，而表现较好的吸声性能。其有效吸声频率上下限比值的理论最大值为8.24，超过3个倍频带。减小孔径和穿孔率或增大板厚能够提高微穿孔板的声阻，而减小孔径和板厚或增大穿孔率能够降低微穿孔板的声抗。因此，只有微孔、薄板和大穿孔率组合的微穿孔板结构才能平衡好声阻和声抗的关系，获得接近理论极限的吸声性能，苛刻的几何参数严重制约了其工程应用的可行性。一般的单层微穿孔板往往吸声频带较窄、结构强度较小，实际应用中常采用多层微穿孔板、或与其他结构复合或背腔分割优化等方法提升其综合性能，但均需借助单层微穿孔板结构之外的力量，使系统变的复杂，经常受限于使用空间、安装条件和工程造价等因素。
此外，要想获得较好的吸声效果，微孔的加工是一个非常重要的问题。目前，比较常用的微穿孔板加工制作方法包括冲压机械加工方法、激光打孔方法、电腐蚀法、化学切削法以及增材加工技术等方法。但这些方法均难以在厚板上加工微孔，且加工成本较高。
因此，亟需提供一种单层、宽带、结构强度高、加工制作简单的吸声板，以在一定程度上解决现有技术中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种板膜复合吸声板及其加工方法，以在一定程度上解决单层微穿孔板吸声频带较窄、结构强度较小以及微孔加工复杂的技术问题。
本发明提供的一种板膜复合吸声板，包括基板、胶层以及膜层；所述基板的厚度为0.2mm-15mm，所述基板上开设有多个贯穿厚度方向的通孔，多个所述通孔的等效水力直径不小于1.0mm；所述膜层通过所述胶层与所述基板相粘合，且所述膜层覆盖所述通孔；所述膜层对应所述通孔的位置形成有缝隙。
其中，相邻两个所述通孔的间距不小于2.0mm，所述膜层厚度不大于0.2mm，所述缝隙为撕裂缝，且最大宽度不大于0.5mm，所述胶层的厚度不大于0.05mm。
具体地，所述基板上的多个所述通孔的截面均呈圆形或均呈多边形，且多个所述通孔呈方形晶格或三角形晶格的周期性分布。
进一步地，所述膜层的数量为两张，且分别覆盖于所述通孔的两端；所述膜层与所述胶层一一对应设置。
更进一步地，所述基板的数量为两个，所述膜层夹设于两个所述基板之间，且所述膜层的两侧分别与两个所述基板相贴合；两个所述基板上的所述通孔一一对应或错位设置。
其中，本发明提供的板膜复合吸声板，还包括蜂窝机构；所述基板的数量为两个，所述蜂窝机构设置于所述两个所述基板之间；所述蜂窝机构包括多个孔道，且多个所述孔道沿所述通孔的轴向与两个所述基板上的通孔一一对应或错位设置；所述膜层通过所述胶层粘附于两个所述基板背离所述蜂窝机构的一侧。
具体地，所述缝隙为多条，且多条所述缝隙均沿第一方向延伸，沿所述第一方向上同一直线的全部所述通孔上覆盖有至少一条所述缝隙。
进一步地，所述基板的材料为金属、丙烯酸、塑料、玻璃、陶瓷或木材；所述膜层的材料为金属箔、聚酯纤维、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
相对于现有技术，本发明提供的板膜复合吸声板具有以下优势：
（1）吸声系数较高、吸声频带较宽。本发明在膜层上获得大量的撕裂缝，撕裂缝的缝宽较小，能够提供足够的声阻，较小厚度的膜层和较大穿孔率的撕裂缝有助于降低声抗。另外，撕裂缝具有类似于狭缝的声阻抗特性，即相同声阻下声抗最小的特性，而足够的声阻有利于提高吸声系数，较小的声抗有助于拓展吸声带宽。
合理的几何参数设置能够使膜层获得与空气特性阻抗相匹配的声阻抗。另外，基板上的通孔和膜层上的撕裂缝相连通形成变截面穿孔结构，通孔的孔径和穿孔率较大，附加的声阻抗较小，因而整体结构的声阻抗依然与空气特性阻抗匹配较好，获得吸声系数较高且吸声频带较宽的声学性能。
（2）结构强度较高、使用寿命较长。本发明将膜层复合在基板上，基板较厚，能够有效保护膜层和撕裂缝，并提升结构的工程强度和耐候性能。
（3）加工工艺简单、生产成本低廉。本发明采用的基板和膜层因材质要求较低而均比较容易获取；基板上通孔的孔径和孔间距较大，加工制作便捷；膜层与基板的复合可通过在基板上刷覆胶层，再覆盖膜层或在膜层上刷覆胶层，再与基板相粘合，均比较容易实现。另外，撕裂缝的加工也比较简单，只需在膜层上利用刀具在对应通孔的位置刻划便形成撕裂缝。
此外，本发明还提供一种板膜复合吸声板的加工方法，包括如下步骤：步骤S100、沿基板的厚度方向开设多个通孔；步骤S200、通过胶层将膜层张紧粘接于所述基板上，并使所述膜层覆盖多个所述通孔；步骤S300、设定刀具的进刀深度和间隔后，通过刀具在膜层上对应所述通孔的位置沿第一方向进行刻划，以形成缝隙。
其中，所述刀具的数量为至少一个。
通过本申请提供的加工方法，能够提供一种既能降低微孔的加工难度，又能保证整体装置吸声性能和结构强度的板膜复合吸声板。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的板膜复合吸声板第一视角的示意图；
图2为本发明实施例提供的板膜复合吸声板第二视角的示意图；
图3为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中一个通孔对应多条撕裂缝的第一视角的示意图；
图4为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中一个通孔对应多条撕裂缝的第二视角的示意图；
图5为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中基板两侧均设置膜层的示意图；
图6为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中两块基板相对设置的示意图；
图7为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中蜂窝机构与基板的连接示意图；
图8为本发明实施例提供的加工方法的流程图。
图中：1-基板；101-通孔；2-膜层；201-撕裂缝；3-蜂窝机构；
S1-第一方向。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明实施例提供的板膜复合吸声板第一视角的整体结构示意图；图2为本发明实施例提供的板膜复合吸声板第二视角的示意图。
如图1结合图2所示，本发明提供一种板膜复合吸声板，包括基板1、胶层以及膜层2；基板1的厚度为0.2mm-15mm，基板1上开设有多个通孔101，多个通孔101分别沿基板1的厚度方向贯穿基板1，多个通孔101的等效水力直径不小于1.0mm，相邻两个通孔101的间距不小于2.0mm；胶层与膜层2相贴合，以使膜层2能够粘附于基板1上，且覆盖通孔101；膜层2对应通孔101的位置形成有撕裂缝201。
相对于现有技术，本发明提供的板膜复合吸声板具有以下优势：
本申请中的通孔101的等效水力直径为2.0mm，优选地，相邻通孔101之间的间距为5.0mm，基板1厚度为2.0mm。通孔101直径较大，相邻通孔101之间的间距较大，能够在一定程度上降低在基板1上加工通孔101的加工难度；基板1厚度较大，能够在一定程度上增加整体结构的强度；通孔101的孔径较大，附加的声阻抗较小，能够在一定程度上减小对膜层2的声学性能的影响。
本申请通过在基板1上贴覆膜层2，并使膜层2上对应通孔101的位置形成大量的撕裂缝201，能够获得匹配空气特性阻抗的声阻抗，能够在一定程度上提升吸声效果，从而能够解决单层微穿孔板吸声性能和结构强度的技术矛盾。
本申请中膜层2通过胶层张紧粘附于基板1上，并通过刀具在膜层2上的划动，使膜层2对应通孔101的位置由于张力而发生收缩或由于刀具施加竖直方向作用力而发生凹陷或由于刀具行进而发生扭曲等情况，从而形成本申请中的撕裂缝201，其区别于传统方法加工形成的微细孔或微缝，并没有通过刀具减少或去除材料。
优选地，本申请中的基板1厚度为2.0mm，能够稳定地支撑膜层2，保护撕裂缝201。
此处需要补充说明的是，本申请中的胶层可直接刷覆于基板1上，再将膜层2进行粘附，由于通孔101的尺寸较大，因此，少量进入通孔101的胶体对整体结构性能的影响很小，可忽略不计。本申请中胶层也可在膜层2上刷覆后，再将膜层2粘接于基板1上。而该种方式在加工撕裂缝201时，需划穿的厚度为膜层2和胶层的厚度之和。
使用时，基板1背离膜层2的一侧朝向声源，声音进入通孔101后经过撕裂缝201，从而达到吸声效果。而将基板1背离膜层2的一侧朝向声源能够在一定程度上避免撕裂缝201被灰尘或絮状物堵塞，并使高频声波更容易进入结构，减小高频声波在基板1板面上的反射。
其中，如图1结合图2所示，膜层2厚度不大于0.2mm，撕裂缝201的最大宽度不大于0.5mm，胶层的厚度不大于0.05mm。
优选地，本申请中膜层2厚度0.1mm，胶层厚度0.03mm，一方面便于加工，另一方面，能够减小撕裂缝201的厚度，搭配合理的撕裂缝201宽度和穿孔率等几何参数有助于降低声抗，能够一定程度上拓展吸声带宽。
优选地，本申请中撕裂缝201的最大宽度为0.3mm，一方面能够便于加工，另一方面，最大宽度为0.3mm的撕裂缝201搭配合理的撕裂缝201厚度和穿孔率等几何参数能够提供匹配于空气特性阻抗的声阻抗，从而在一定程度上提高整体结构的吸声效果。
图3为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中一个通孔对应多条撕裂缝的第一视角的示意图；图4为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中一个通孔对应多条撕裂缝的第二视角的示意图。
具体地，如图1-图4所示，基板1上的多个通孔101的截面均呈圆形或均呈多边形，且多个通孔101呈方形晶格或三角形晶格的周期性分布。
本申请中在基板1上开设的通孔101的截面可以为规则或不规则的形状，但优选地，本申请中的通孔101采用圆形和矩形的方式。
优选地，多个通孔101在基板1上的排布可以呈方形晶格或三角形晶格的周期性分布，但不仅限于上述方式，也可根据需求设计如多边形等不同方式的图案分布。
进一步地，如图1结合图3所示，撕裂缝201为多条，且多条撕裂缝201均沿第一方向S1延伸，沿第一方向S1上同一直线的全部通孔101上覆盖有至少一条撕裂缝201。
基于上述基板1、通孔101以及撕裂缝201的设置参数，如图1结合图2所示，本申请的其中一种实施方式为，基板1上的通孔101呈圆形，多个通孔101呈方形晶格的周期性分布于基板1，且当通孔101呈圆形时，通孔101的直径为2mm。一条撕裂缝201覆盖沿第一方向S1上位于同一直线的全部呈圆形的通孔101。
如图3结合图4所示，本申请的其中一种实施方式为，基板1上的通孔101呈矩形，多个呈矩形的通孔101呈方形晶格的周期性分布于基板1上，且多条撕裂缝201覆盖沿第一方向S1上位于同一直线的全部呈矩形的通孔101。
本申请中的上述两种实施方式中，撕裂缝201的数量可根据需要进行设置，通过一条或多条的撕裂缝201确保整体结构的声阻抗能够较好地匹配空气特性阻抗，从而提升整体装置的吸声效果。
此处需要补充说明的是，本申请中的上述两种实施方式中，胶层即可直接刷覆于基体上，也可刷覆于膜层2上。
图5为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中基板两侧均设置膜层的示意图。
具体地，如图5所示，膜层2的数量为两张，且分别覆盖于通孔101的两端；膜层2与胶层一一对应设置。
基于上述基板1、通孔101以及撕裂缝201的设置参数，如图5所示，本申请的其中一种实施方式为，膜层2的数量为两张，且分别覆盖于通孔101的两端，即膜层2覆盖于基板1在厚度方向上的两侧。声波首先经过第一层膜层2上的撕裂缝201进入通孔101内，再穿过第二层膜层2上的撕裂缝201，从而能够进一步地提升吸声效果。
上述实施方式中，胶层可直接刷覆于基板1上，再将膜层2进行粘附，也可刷覆于膜层2上，再将膜层2粘附于基板1。
此处需要补充说明的是，如图5所示的实施方式中，通孔101可以呈圆形或多边形，且撕裂缝201不仅限于图示中的单一通孔101仅对应一条撕裂缝201，也可对应多条撕裂缝201。
图6为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中两块基板相对设置的示意图。
具体地，如图1结合图6所示，基板1的数量为两个，且两个基板1之间设有膜层2；膜层2夹设于两个基板1之间，且膜层2的两侧分别与两个基板1相贴合；两个基板1上的通孔101一一对应或错位设置。
基于上述基板1、通孔101以及撕裂缝201的设置参数，如图6所示，本申请的其中一种实施方式为，基板1的数量为两块，膜层2设置在两个基板1之间，两块基板1相对设置，且优选地，通孔101一一对应设置，以使膜层2上形成的撕裂缝201能够在一定程度上与上下两层基板1上的通孔101相对应，从而使上下两层基板1能够双向更好地保护膜层2和撕裂缝201。
此处需要补充说明的是，由于此种实施方式中两个基板1之间夹设一层膜层2，优选地，首先在底层的基板1上刷覆胶层，再将膜层2粘结在基板1上，之后在膜层2上刷覆胶层，并通过刀具在膜层2和胶层上共同刻划，形成撕裂缝201，最后将上层的基板1扣设在膜层2上，完成此种实施方式的吸声板的安装。
图7为本发明实施例提供的板膜复合吸声板中蜂窝机构与基板的连接示意图。
具体地，如图2结合图7所示，本发明提供的板膜复合吸声板，还包括蜂窝机构3；基板1的数量为两个，蜂窝机构3设置于两个基板1之间；蜂窝机构3包括多个孔道，且多个孔道沿通孔101的轴向与两个基板1上的通孔101一一对应或错位设置；膜层2覆盖于两个基板1背离蜂窝机构3的一侧。
基于上述基板1、通孔101以及撕裂缝201的设置参数，如图7所示，本申请的其中一种实施方式为，基板1的数量为两个，且两个基板1之间设有蜂窝机构3，优选地，蜂窝机构3包括与通孔101一一对应设置的孔道，形成类似于双层微穿孔板吸声结构，拓展整体结构的吸声带宽，且蜂窝机构会阻断声波在两个基板1之间的横向传播，迫使声波沿孔道方向传播，使整体结构具备局部反应的特性，提升声波斜入射或无规入射时的吸声性能。
此处需要补充说明的是，优选地，本申请中膜层2位于基板1背离孔道的一面，能够便于蜂窝机构3与基板1的安装，避免对膜层2产生影响和损坏。且本申请中的蜂窝机构3能够起到支撑作用并提升整体结构的机械强度。
更进一步地，基板1的材料为金属、丙烯酸、塑料、玻璃、陶瓷或木材；膜层2的材料为金属箔、聚酯纤维、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
本申请中基板1和膜层2的材料可根据具体作业环形进行选择，且基板1与膜层2的材料也可进行任意搭配。
此处需要补充说明的是，在上述所有实施方式中，复合吸声板后部均设有密闭的空腔，以形成共振吸声结构。
本发明提出的一种板膜复合吸声结构的吸声机理如下：
板膜复合吸声板后部设置密闭的空腔便形成了微穿孔板吸声结构，是一种典型的共振吸声结构。膜层2上形成大量的撕裂缝201，能够在很宽的频带范围内提供匹配于空气特性阻抗的声阻抗（即相对声阻接近于1.0，相对声抗接近于0），由于基板1上形成的通孔101的等效水力直径较大且穿孔率较高，因而附加的声阻抗较小，因此整体结构的声阻抗与空气特性阻抗匹配较好。
当声波到达结构表面时，大部分入射的声能量能够穿过通孔101进入撕裂缝201内，提高撕裂缝201内的局部声能量。撕裂缝201颈中的空气在声波压力的作用下像活塞一样做往返运动，由于孔颈壁面的摩擦和阻尼作用，使一部分声能转化为热能而消耗掉。
当外来声波频率与整体结构的固有频率相同时，就发生了共振，共振振幅最大，空气柱往返于孔颈中的速度也最大，能量损耗也最大。另一方面，孔壁表面的热传导和薄膜的振动也会引起一部分能量损失。
三方面能量损耗机理使得结构的能量损耗系数比较大，尤其在共振频率附近。吸收的声能量等于局部声能量与能量损耗系数乘积的体积积分，较高的局部声能量和较大的能量损耗系数使得被吸收的声能量较多。
图8为本发明实施例提供的加工方法的流程图。
此外，如图8所示，本发明还提供一种板膜复合吸声板的加工方法，包括如下步骤：步骤S100、沿基板1的厚度方向开设多个通孔101；步骤S200、通过胶层将膜层2张紧粘接于基板1上，并使膜层2覆盖多个通孔101；步骤S300、设定刀具的进刀深度和间隔后，通过刀具在膜层2上对应通孔101的位置沿第一方向S1进行刻划，以形成撕裂缝201。
本申请的步骤S100中，通孔101可通过现有的机械加工设备进行加工。
本申请的步骤S200中，为避免胶层对膜层2上形成的撕裂缝201产生影响，因此，本申请中除图6示出的实施方式中需要在膜层2背离底层基板1上刷覆胶层外，其他实施方式中，优选地，胶层均刷覆于基板1上后，粘接膜层2。
本申请中的步骤S300中，刀具可以为一个，也可以为多个，一个或多个刀具设定进刀深度以及撕裂缝201间隔后，在膜层2上依次划出撕裂缝201。可以沿第一方向S1从基板1一端划向另一端，也可以只沿第一方向S1从通孔101的一端划向另一端。
通过本申请提供的加工方法，能够提供一种既降低加工难度，又保证整体装置吸声性能和结构强度的板膜复合吸声板。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种板膜复合吸声板，其特征在于，包括基板、胶层以及膜层；
所述基板的厚度为0.2mm-15mm，所述基板上开设有多个贯穿厚度方向的通孔，多个所述通孔的等效水力直径不小于1.0mm；
所述膜层通过所述胶层与所述基板相粘合，且所述膜层覆盖所述通孔；
所述膜层对应所述通孔的位置形成有缝隙。
2.根据权利要求1所述的板膜复合吸声板，其特征在于，相邻两个所述通孔的间距不小于2.0mm，所述膜层厚度不大于0.2mm，所述缝隙为撕裂缝，且最大宽度不大于0.5mm，所述胶层的厚度不大于0.05mm。
3.根据权利要求2所述的板膜复合吸声板，其特征在于，所述基板上的多个所述通孔的截面均呈圆形或均呈多边形，且多个所述通孔呈方形晶格或三角形晶格的周期性分布。
4.根据权利要求2所述的板膜复合吸声板，其特征在于，所述膜层的数量为两张，且分别覆盖于所述通孔的两端；
所述膜层与所述胶层一一对应设置。
5.根据权利要求2所述的板膜复合吸声板，其特征在于，所述基板的数量为两个，所述膜层夹设于两个所述基板之间，且所述膜层的两侧分别与两个所述基板相贴合；
两个所述基板上的所述通孔一一对应或错位设置。
6.根据权利要求2所述的板膜复合吸声板，其特征在于，还包括蜂窝机构；
所述基板的数量为两个，所述蜂窝机构设置于所述两个所述基板之间；
所述蜂窝机构包括多个孔道，且多个所述孔道沿所述通孔的轴向与两个所述基板上的通孔一一对应或错位设置；
所述膜层通过所述胶层粘附于两个所述基板背离所述蜂窝机构的一侧。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的板膜复合吸声板，其特征在于，所述缝隙为多条，且多条所述缝隙均沿第一方向延伸，沿所述第一方向上同一直线的全部所述通孔上覆盖有至少一条所述缝隙。
8.根据权利要求7所述的板膜复合吸声板，其特征在于，所述基板的材料为金属、丙烯酸、塑料、玻璃、陶瓷或木材；
所述膜层的材料为金属箔、聚酯纤维、聚丙烯、聚乙烯或聚氯乙烯。
9.一种板膜复合吸声板的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S100、沿基板的厚度方向开设多个通孔；
步骤S200、通过胶层将膜层张紧粘接于所述基板上，并使所述膜层覆盖多个所述通孔；
步骤S300、设定刀具的进刀深度和间隔后，通过刀具在膜层上对应所述通孔的位置沿第一方向进行刻划，以形成缝隙。
10.根据权利要求9所述的板膜复合吸声板的加工方法，其特征在于，所述刀具的数量为至少一个。
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