CN116001386B - 一种隔声装置及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种隔声装置及其制备方法和应用，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材。本发明所述的隔声装置不仅兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，还具有轻量化的特点。
Description
技术领域
本发明涉及隔声装置技术领域，尤其涉及一种隔声装置及其制备方法和应用。
背景技术
在传统的空气噪声控制中，常使用单层均质板材，它是最简单的隔声结构，通过一定的加工形成金属微孔板来降低环境噪音已经在生产车间、建筑工地、通风系统中得到了规模化的应用。
在局部空气环境噪音的治理上，一种方案是采用质量定律作用的传统消声材料，即使用砖墙、混凝土、珍珠棉、金属板材等，有较高的表面密度和刚度，通过增加构件面密度，隔声量也会相应增加一定的幅度。
CN212200840U公开了一种建筑工程隔声装置，包括隔声装置主体，所述隔声装置主体的一侧外表面设置有左侧板，所述隔声装置主体的另一侧外表面设置有右侧板，所述隔声装置主体的前端外表面设置有防护机构与吸音孔，所述吸音孔位于防护机构的下端，所述左侧板的一侧外表面设置有安装机构。
另一种方案是以人工设计结构为主的高分子材料，如聚乙烯材料、薄膜材料等；此种方案常见的形式是通过复合不同材料和橡胶或聚乙烯薄膜，达到吸声和降低系统阻尼的效果，常见的复合材料是PVC材料、聚乙烯(PE)和橡胶。
CN102733953A公开了一种应用于发动机试验台架技术领域的发动机台架的隔声装置，所述的应用于发动机台架的隔声装置设置为板状结构，隔声装置包括钢板层(1)，丁基阻尼橡胶层(2)，所述的隔声装置的钢板层(1)与丁基阻尼橡胶层(2)通过粘贴方式连接在一起，安装在发动机台架上的发动机的排气管(10)设置为穿过隔声装置的结构。
现有技术中的隔声装置，多数采用“迷宫结构”或设置腔体来实现声波在结构中的自消减；无法兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，并具有轻量化的特点。
综上所述，开发一种能克服上述缺陷的隔声装置是至关重要的。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种隔声装置及其制备方法和应用，所述的隔声装置不仅兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，还具有轻量化的特点。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供一种隔声装置，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材。
本发明中，所述隔声装置使声波在板材板微孔和通道内反射、折射与被吸收，声波在发泡层、闭孔泡沫金属层表面的弹性基体表面传播时遇到障碍物，改变了声波的传播路径，延长了声波在材料中的传播时间，增大声能的耗散。所述的隔声装置不仅兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，还具有轻量化的特点。
优选地，所述夹层材料的厚度为0.5-1.5mm，例如0.6mm、0.8mm、1mm、1.2mm、1.4mm等。
优选地，所述发泡层的厚度各自独立地≥15mm，例如16mm、18mm、20mm、22mm等。
优选地，所述闭孔泡沫金属层的厚度各自独立地为0.5mm-3mm，例如1mm、1.5mm、2mm、2.5mm等。
优选地，所述金属板基材的厚度各自独立地为1-2mm，例如1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm等。
优选地，所述面材的厚度各自独立地为0.5-10mm，例如1mm、2mm、4mm、6mm、8mm等。
优选地，所述夹层材料包括开孔泡沫铜、闭孔泡沫铜、闭孔泡沫铝、其他闭孔泡沫金属或闭孔非金属材料中的任意一种或至少两种的组合，其中典型但非限制性的组合包括：开孔泡沫铜和闭孔泡沫铜的组合，闭孔泡沫铝和其他闭孔泡沫金属的组合，开孔泡沫铜、闭孔泡沫铜、闭孔泡沫铝、其他闭孔泡沫金属和闭孔非金属材料的组合等。
优选地，所述闭孔泡沫铜的孔数量为5-50PPI，例如10PPI、15PPI、20PPI、25PPI、30PPI、35PPI、40PPI、45PPI等。
本发明中，所述开孔泡沫铜的孔数量优选为5-50PPI，原因在于：特定的开孔孔数量会使声波在小孔中发生反复的折射、反射、衍射，上述过程的发生能使声波能量在穿越孔隙后得到有效消减或自消减；其孔数目偏高，会导致微孔不能有效进行衍射，降低了声波的消减能力；其孔数目偏低，会导致折射和反射将在材料的外部发生，不利于声波的消减。
优选地，所述发泡层各自独立地包括聚氨酯发泡层。
优选地，所述聚氨酯发泡层的材质各自独立地包括压力发泡聚氨酯和/或闭孔发泡聚氨酯。
优选地，所述压力发泡聚氨酯的发泡压力≥0.1MPa，例如0.2MPa、0.4MPa、0.5Mpa等，进一步优选为0.1-0.5Mpa。
本发明中，所述压力发泡聚氨酯的发泡压力≥0.1MPa，原因在于：较低的发泡压力，会导致材料的密度和强度不能到达使用的要求；发泡压力偏低，会导致起泡后的聚氨酯孔的尺寸偏大，降低其消减声能的能力。
优选地，所述闭孔发泡聚氨酯的发泡密度≥35kg/m3，例如36kg/m3、38kg/m3、40kg/m3、42kg/m3、44kg/m3等。
本发明中，所述闭孔发泡聚氨酯的发泡密度≥35kg/m3，原因在于：保证发泡后的强度和孔径；其发泡密度偏低，会导致材料的孔径过大，消声能力不足。
优选地，所述闭孔泡沫金属层的材质包括闭孔泡沫铜和/或闭孔泡沫铝。
优选地，所述金属板基材各自独立地包括镀锌钢板和/或铝板。
优选地，所述金属板基材上设置有微孔。
本发明中，通过对不同孔隙率的材料的组合使用，能达到将噪声值降低到可接受的层次，通过对闭孔材料的应用将声波传播的路径拉长，能量耗散，达到消声的目的。具体而言，是沿着声波传递方向，设置有多个层次不同孔隙率的材料，利用声波在不同孔径中产生的反射、折射，增加声波传播的距离，进而降低声能，到达消减噪声的目的。具体地，声波在金属多孔介质内部传播时，不仅会因金属板基材的面密度较大产生隔声效果，同时也会引起孔隙内的空气振动，并与所述的闭孔复合材料及闭孔金属微孔材料表面相互摩擦化为热能消耗掉，最终使得透过多层板材料的声能变小，从而能够将环境中的噪音指标降低至一定水平。
优选地，所述微孔的厚度与金属板基材的厚度相同。
优选地，以所述金属板基材的面积为100％计，所述微孔的面积占比为2％-3％，例如2.2％、2.4％、2.6％、2.8％等。
优选地，所述面材各自独立地包括发泡硅橡胶板和/或发泡聚乙烯板。
优选地，所述发泡硅橡胶板的硬度≥30A，例如32A、34A、36A、38A等。
本发明中，所述发泡硅橡胶板的硬度≥30A，原因在于：发泡硅胶板为闭孔发泡材料，在30A硬度以上可以有效保证其孔隙率，且发泡工艺简单易于获取；其硬度偏低，会导致，材料孔隙率偏大，不利于消声。
优选地，所述发泡硅橡胶板的孔隙率≤1％，例如0.8％、0.6％、0.4％等。
优选地，所述发泡聚乙烯板的发泡密度≥160kg/m3，例如165kg/m3、170kg/m3、175kg/m3、180kg/m3等。
优选地，所述发泡聚乙烯板的厚度≥2mm，例如2.5mm、3mm、3.5mm、4mm、4.5mm等。
优选地，所述发泡聚乙烯板的孔隙率≥0.5％，例如0.6％、0.8％、1％、1.2％等，进一步优选0.5％-1.5％。
本发明中，所述发泡聚乙烯板的孔隙率≥0.5％，原因在于：发泡工艺简单易于获取；孔隙率偏低，会导致制作工艺复杂，成本较高。
本发明中，通过在噪声产生侧设置隔声装置，所述隔声装置在夹层材料两侧设置有发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材，利用不同发泡复合材料具有的不同孔隙率，使不同波长的声波分别在空隙中产生折射、反射，增加声波的传播路径，从而达到降噪的效果，此种方式的好处在于，利用泡沫金属微孔材料的刚度和面密度具有的隔声性能和多层板发泡聚氨酯复合材料的闭孔结构特点，声波的声能得到消耗，据此材料对常规频率段的声波产生有效的阻隔，进而达到降噪的效果。
第二方面，本发明提供一种第一方面所述的隔声装置的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
在夹层材料两侧设置发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材，得到所述隔声装置。
优选地，将所述面材通过热覆膜的方式预制于金属板基材表面。
优选地，将所述金属板基材通过发泡层粘贴于所述夹层材料两侧。
作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述面材通过热覆膜的方式预制于金属板基材表面；
(2)将所述金属板基材和发泡层之间设置闭孔泡沫金属层，并通过发泡层粘贴于所述夹层材料两侧，得到所述隔声装置。
本发明中，整体的生产可以通过常用的双面彩钢聚氨酯保温板的发泡工艺制成隔声装置，制作简单，成本低廉。
第三方面，本发明提供一种第一方面所述的隔声装置在机械设备、消音室、地铁站或高铁动车车厢上的应用。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明所述的隔声装置不仅兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，还具有轻量化的特点。
(2)本发明所述的隔声装置对于低频段(频率段在50-200Hz)的声波的隔音性能，在低频段上，噪音评估值在72.98dB(A)以下，相对于不设置夹层材料的隔音装置能降低噪音约1.9-5.66dB(A)；本发明所述的隔声装置对于中高频段(频率段在200-2000Hz，且不等于200Hz)的声波的隔音性能，噪音评估值在77.68dB(A)以下，能降低噪音约4.84-10.3dB(A)。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供一种隔声装置，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、金属板基材和面材，即依次层叠设置的第一面材、第一金属板基材、第一闭孔泡沫金属层、第一发泡层、夹层材料、第二发泡层、第二闭孔泡沫金属层、第二金属板基材和第二面材。
各层的设置具体如下：
夹层材料：厚度为1mm，材质为开孔泡沫铜，孔径为30PPI。
第一发泡层和第二发泡层：聚氨酯发泡层，厚度均为15mm，材质均为压力发泡聚氨酯，发泡压力为0.2MPa，购于江苏晶雪节能科技股份有限公司。
第一闭孔泡沫金属层和第二闭孔泡沫金属层：厚度均为1.5mm，材质为闭孔泡沫金属铜。
第一金属板基材和第二金属板基材：厚度均为1.5mm，材质为镀锌钢板，设置有均匀分布的微孔，微孔的面积占金属板基材的面积的2.5％。
第一面材和第二面材：厚度均为1.5mm，材质均为发泡硅橡胶板，硬度32A，孔隙率0.8％。
所述隔声装置由如下制备方法得到，所述制备方法包括如下步骤：
(1)将所述面材通过热覆膜的方式预制于金属板基材表面；
(2)将所述金属板基材和发泡层之间设置闭孔泡沫金属层，并通过发泡层粘贴于所述夹层材料两侧，得到所述隔声装置。
实施例2
本实施例提供一种隔声装置，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、金属板基材和面材，即依次层叠设置的第一面材、第一金属板基材、第一闭孔泡沫金属层、第一发泡层、夹层材料、第二发泡层、第二闭孔泡沫金属层、第二金属板基材和第二面材。
各层的设置具体如下：
夹层材料：厚度为1mm，材质为闭孔泡沫铜。
第一发泡层和第二发泡层：聚氨酯发泡层，厚度为15mm，材质均为闭孔发泡聚氨酯，发泡密度为38kg/m3。
第一闭孔泡沫金属层和第二闭孔泡沫金属层：厚度均为3mm，材质为质量比为1:1的闭孔泡沫铜和闭孔泡沫铝。
第一金属板基材和第二金属板基材：厚度均为1mm，材质为铝板。
第一面材和第二面材：厚度均为2mm，材质均为发泡聚乙烯板，发泡密度180kg/m3，孔隙率0.6％。
所述隔声装置的制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供一种隔声装置，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、金属板基材和面材，即依次层叠设置的第一面材、第一金属板基材、第一闭孔泡沫金属层、第一发泡层、夹层材料、第二发泡层、第二闭孔泡沫金属层、第二金属板基材和第二面材。
各层的设置具体如下：
夹层材料：厚度为1.5mm，材质为闭孔聚氨酯材料。
第一发泡层和第二发泡层：聚氨酯发泡层，厚度为15mm，材质均为闭孔发泡聚氨酯，发泡密度为38kg/m3。
第一闭孔泡沫金属层和第二闭孔泡沫金属层：厚度均为1.5mm，材质为闭孔泡沫铜。
第一金属板基材和第二金属板基材：厚度均为2mm，材质为铝板。
第一面材和第二面材：厚度均为2.5mm，材质均为发泡聚乙烯板，发泡密度160kg/m3，孔隙率0.6％。
所述隔声装置的制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供一种隔声装置，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、金属板基材和面材，即依次层叠设置的第一面材、第一金属板基材、第一闭孔泡沫金属层、第一发泡层、夹层材料、第二发泡层、第二闭孔泡沫金属层、第二金属板基材和第二面材。
各层的设置具体如下：
夹层材料：厚度为0.5mm，材质为开孔泡沫铜，孔径为50PPI。
第一发泡层：厚度均为15mm，材质为压力发泡聚氨酯，发泡压力为0.2MPa。
第二发泡层：厚度为15mm，材质为闭孔发泡聚氨酯，发泡密度为38kg/m3。
第一闭孔泡沫金属层：厚度均为3mm，材质为闭孔泡沫金属铜。
第二闭孔泡沫金属层：厚度均为0.5mm，材质为闭孔泡沫金属铜。
第一金属板基材：厚度均为2mm，材质为镀锌钢板，设置有均匀分布的微孔，微孔的面积占金属板基材的面积的2％。
第二金属板基材：厚度均为1mm，材质为铝板，设置有均匀分布的微孔，微孔的面积占金属板基材的面积的3％。
第一面材：厚度均为8mm，材质为发泡硅橡胶板，硬度30A，孔隙率0.8％。
第二面材：厚度均为2.5mm，材质为发泡聚乙烯板，发泡密度180kg/m3，孔隙率0.6％。
实施例5
本实施例与实施例1的区别在于所述夹层材料的开孔泡沫铜中，孔径为55PPI，其余均与实施例1相同。
实施例6
本实施例与实施例1的区别在于第一发泡层和第二发泡层中的压力发泡聚氨酯，发泡压力0.05MPa，其余均与实施例1相同。
实施例7
本实施例与实施例2的区别在于第一发泡层和第二发泡层中的闭孔发泡聚氨酯，发泡密度33kg/m3，其余均与实施例1相同。
实施例8
本实施例与实施例1的区别在于第一面材和第二面材中的发泡硅橡胶板的硬度28A，其余均与实施例1相同。
实施例9
本实施例与实施例2的区别在于第一面材和第二面材中的发泡聚乙烯板的孔隙率0.3％，其余均与实施例2相同。
对比例1
本对比例提供一种隔声装置，所述隔声装置为带有微孔的单层均质板材，厚度为4mm，材质为镀锌板。
对比例2
本对比例与实施例1的区别在于不包括夹层材料，其余均与实施例1相同。
性能测试
将实施例1-9和对比例1-2所述的隔声装置进行如下测试：
(1)隔音性能：
1)、使用噪声仪记录A计权声压级下的背景噪音；(测试值与背景噪音差值最少应当大于3dB,如果小于10dB需要修正)；
2)、距离被测设备1米正面中轴线上，高度为设备中间位置(约为设备高度的一半，不低于1m，不超过1.5m，一般在1.25m-1.3m)；
3)、测试四个面(前后左右)的中心点，每个方向至少5组数据，每个方向测试的数据时间间隔为不小于30s；
4)、人距离噪声仪最少0.5米，噪声仪打到A计权声压级，采用慢挡(SLOW)测量；
5)、标准测量的方式为：设备采用上述隔声材料封闭测量；
6)、分别采用传统隔音板和上述方式制备的隔声装置对比测试；
7)、以30s内记录的5组数据的平均值，作为当前设备的噪音评估值。
(2)低频质量或中高频质量：计算各实施例和对比例1的隔音性能和对比例2的差值，作为质量判断的依据。
测试结果汇总于表1中。
表1
分析表1数据可知，本发明所述的隔声装置对于低频段(频率段在50-200Hz)的声波的隔音性能，在低频段上，噪音评估值在72.98dB(A)以下，相对于对比例2能降低噪音约1.9-5.66dB(A)；本发明所述的隔声装置对于中高频段(频率段在200-2000Hz，且不等于200Hz)的声波的隔音性能，噪音评估值在77.68dB(A)以下，能降低噪音约4.84-10.3dB(A)；对于中高频的隔音效果明显的原因是，中高频率的声波波长在尺寸上更接近上述微孔或闭孔发泡材料或金属泡沫材料的特征尺寸；能更有效使声能在空隙中振荡、反射、折射、消减。本发明所述的隔声装置不仅兼具优异的对于低频段的声波的隔音性能和中高频段的声波的隔音性能，还具有轻量化的特点。
分析对比例1-2与实施例1可知，对比例1-2性能不如实施例1，证明本发明所述的隔声装置性能更佳。
分析实施例5与实施例1可知，实施例5性能不如实施例1，证明夹层材料选用开孔泡沫铜时，孔数量在5-50PPI范围内形成的隔声装置性能更佳。
分析实施例6与实施例1可知，实施例6性能不如实施例1，证明发泡层材质选用压力发泡聚氨酯时，发泡压力≥0.1MPa形成的隔声装置性能更佳。
分析实施例7与实施例2可知，实施例7性能不如实施例2，证明发泡层材质选用闭孔发泡聚氨酯时，发泡密度≥35kg/m3形成的隔声装置性能更佳。
分析实施例8与实施例1可知，实施例8性能不如实施例1，证明面材中选择发泡硅橡胶板材质时，硬度≥30A形成的隔声装置性能更佳。
分析实施例9与实施例2可知，实施例9性能不如实施例2，证明面材中选择发泡聚乙烯板材质时，孔隙率≥0.5％形成的隔声装置性能更佳。
本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (15)
1.一种隔声装置，其特征在于，所述隔声装置包括夹层材料以及由内至外设置于所述夹层材料两侧的发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材；
所述夹层材料包括开孔泡沫铜、闭孔泡沫铜、闭孔泡沫铝、其他闭孔泡沫金属或闭孔非金属材料中的任意一种或至少两种的组合；
所述闭孔泡沫铜的孔数量为5-50 PPI；
所述发泡层各自独立地包括聚氨酯发泡层；
所述聚氨酯发泡层的材质各自独立地包括压力发泡聚氨酯和/或闭孔发泡聚氨酯；
所述压力发泡聚氨酯的发泡压力≥0.1 MPa；
所述闭孔发泡聚氨酯的发泡密度≥35kg/m3；
所述面材各自独立地包括发泡硅橡胶板和/或发泡聚乙烯板；
所述发泡硅橡胶板的硬度≥30 A；
所述发泡硅橡胶板的孔隙率≤1%；
所述发泡聚乙烯板的发泡密度≥160 kg/m3；
所述发泡聚乙烯板的厚度≥2 mm；
所述发泡聚乙烯板的孔隙率≥0.5%。
2.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述夹层材料的厚度为0.5-1.5 mm。
3.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述发泡层的厚度各自独立地≥15mm。
4.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述闭孔泡沫金属层的厚度各自独立地为 0.5mm-3mm。
5.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述金属板基材的厚度各自独立地为1-2 mm。
6.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述面材的厚度各自独立地为0.5-10mm。
7.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述闭孔泡沫金属层的材质包括闭孔泡沫铜和/或闭孔泡沫铝。
8.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述金属板基材各自独立地包括镀锌钢板和/或铝板。
9.根据权利要求1所述的隔声装置，其特征在于，所述金属板基材上设置有微孔。
10.根据权利要求9所述的隔声装置，其特征在于，所述微孔的厚度与金属板基材的厚度相同。
11.根据权利要求9所述的隔声装置，其特征在于，以所述金属板基材的面积为100%计，所述微孔的面积占比为2%-3%。
12.一种权利要求1-11任一项所述的隔声装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
在夹层材料两侧设置发泡层、闭孔泡沫金属层、金属板基材和面材，得到所述隔声装置。
13.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，将所述面材通过热覆膜的方式预制于金属板基材表面。
14.根据权利要求12所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
（1）将所述面材通过热覆膜的方式预制于金属板基材表面；
（2）将所述金属板基材和发泡层之间设置闭孔泡沫金属层，并通过发泡层粘贴于所述夹层材料两侧，得到所述隔声装置。
15.一种权利要求1-11任一项所述的隔声装置在机械设备、消音室、地铁站或高铁动车车厢上的应用。
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