TWI558890B

TWI558890B - 具微孔隙金屬箔的吸音結構

Info

Publication number: TWI558890B
Application number: TW103143503A
Authority: TW
Inventors: 王尚智; 曹申; 邱佑宗; 陳春弟; 蘇育央; 宋睦喜
Original assignee: 財團法人工業技術研究院
Priority date: 2014-12-12
Filing date: 2014-12-12
Publication date: 2016-11-21
Also published as: TW201621123A

Description

具微孔隙金屬箔的吸音結構

本發明是有關於一種吸音結構，且特別是有關於一種具微孔隙金屬箔的吸音結構。

微穿孔板之吸聲原理是聲波在穿透微孔後在微穿孔板與底板間的共振腔內因共振摩擦而損失能量。依據微穿孔理論，穿孔之孔徑小於1mm具有較佳吸音功能，且孔徑越小越好。纖維類吸音材料有易燃之環保疑慮，石材類吸音材則有厚重問題，與前兩者相比微穿孔板有輕量及環保優勢，但要製備具良好吸音功能的薄型多孔金屬箔材困難度高，且成本昂貴。

本發明提供一種具微孔隙之金屬箔的吸音結構。

本發明的具微孔隙金屬箔的吸音結構包括至少一金屬箔以及與金屬箔保持有一距離的底板，藉由所述距離與金屬箔之間形成至少一共振腔空氣層。

在本發明的一實施例中，上述底板包括具有一開口的箱體，且金屬箔設置於開口處而與箱體的底面保持上述距離。

在本發明的一實施例中，上述底板包括具有一開口的箱體，所述金屬箔係複數個，這些金屬箔設置於所述開口處而與所述箱體的底面分別保持複數個距離。

在本發明的一實施例中，上述金屬箔具有穿透式的多數個微孔隙，其中每個所述微孔隙的側壁為不規則粗糙面，且每個所述微孔隙的兩端為銳角。

在本發明的一實施例中，每個所述微孔隙的長度與最大開口處寬度之比值為1~50之間。

在本發明的一實施例中，每個所述微孔隙的長度在0.039mm~1.5mm之間。

在本發明的一實施例中，每個所述微孔隙的最大開口處寬度在0.004mm~0.06mm之間。

為讓本發明的上述特徵能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100、802、1002a~c‧‧‧金屬箔

102、104‧‧‧材料片

106‧‧‧輥輪

108‧‧‧微孔隙

800、1000‧‧‧吸音結構

804、1004‧‧‧底板

806、1006a~c‧‧‧共振腔空氣層

D、D1、D2、D3‧‧‧距離

L‧‧‧長度

S‧‧‧側壁

W‧‧‧最大開口處寬度

圖1是依照本發明之一實施例的一種具微孔隙之金屬箔的製造流程示意圖。

圖2是圖1的第(I)步驟前的一種製造流程示意圖。

圖3與圖4是實驗例一中兩個不同條件所得到之具微孔隙的不銹鋼箔的SEM圖。

圖5是圖3之局部放大SEM圖。

圖6A是表一No.1的不銹鋼箔之微孔隙尺寸分佈圖。

圖6B是表一No.1的不銹鋼箔之微孔隙的長度與最大開口處寬度之關係分佈圖。

圖7A是表一No.5的不銹鋼箔之微孔隙尺寸分佈圖。

圖7B是表一No.5的不銹鋼箔之微孔隙的長度與最大開口處寬度之關係分佈圖。

圖8是依照本發明的另一實施例的一種包括有金屬箔的吸音結構示意圖。

圖9是實驗例二之單層金屬箔的正向入射吸音率測試圖。

圖10是依照本發明之另一實施例的一種包括有複數金屬箔的吸音結構示意圖。

圖11是實驗例三之吸音結構示意圖。

圖12A是包括有單層金屬箔與雙層金屬箔之吸音結構在不同共振腔空氣層高度的正向吸音率測試圖。

圖12B是包括有單層、雙層、與三層金屬箔之吸音結構在不同共振腔空氣層高度的正向吸音率測試圖。

圖1是依照本發明的一實施例的一種具微孔隙之金屬箔的製造流程示意圖。

請參照圖1的第(I)部分，首先將金屬箔100置於第一與第二材料片102和104之間，其中第一與第二材料片102和104的延展性均高於金屬箔100的延展性。舉例來說，金屬箔100的材料可為純銅、純鋁、純鈦、碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎳基合金、或鈦合金；第一與第二材料片102和104的材料可為純銅、純鋁、純鈦、碳鋼、合金鋼、不銹鋼、銅合金、鋁合金、鎳基合金、或鈦合金。以上材料雖有相同者，但是在選用的時候必須遵循第一與第二材料片102和104的延展性高於金屬箔100的延展性的原則。另外，第一與第二材料片102和104還可以是邊緣相連的兩片材料片或是對折的單片材料片。

然後，請參照圖1的第(II)部分，軋延第一與第二材料片102、104及其間的金屬箔(未顯示)。經輥輪106軋延後，因為金屬箔100的延展性比上下層的材料片102和104的延展性差，所以金屬箔100會受拉伸應變影響而自然產生狹長形裂縫。此外，根據所需的微孔隙數量，軋延的厚度減縮比與軋延次數可做調整，例如一次或者重複數次均可。

之後，請參照圖1的第(III)部分，移除第(III)部分的第一與第二材料片102和104後，就能得到具多個微孔隙108之金屬箔100。

在另一實施例中，於第(I)部分的步驟前，還可以選擇先軋延相疊的第一與第二材料片102和104，如圖2所示。

以下列舉數個實驗例來驗證本發明的效果，但並不以此為限。

實驗例一

取厚度為0.02mm及0.03mm的304不銹鋼箔置於不同厚度純銅片之間，再利用直徑105mm的輥輪進行軋延，詳細的軋延數據請見下表一。經軋延過後不銹鋼箔產生微孔隙，如圖3及圖4的SEM圖所示。從圖3(表一No.1)及圖4(表一No.5)SEM照片可以觀察到不銹鋼箔已具有數個微孔隙。由於金屬箔(如實驗例一的304不銹鋼箔)本身晶粒(lattice)的排列與方向性，會使金屬箔在軋延製程期間因為拉應力導致不同方向性的層狀(晶粒)結構間產生微孔隙。

經軋延過後不銹鋼箔產生微孔隙，如圖3及圖4的SEM圖所示。經檢視圖3(表一No.1)及圖4(表一No.5)SEM照片可估算其單位面積微孔隙數量分別約為351萬/m²及465萬/m²。而且，從放大圖3後得到的圖5可觀察到微孔隙的側壁S明顯為不規則粗糙面，且微孔隙的兩端為銳角。

經檢視圖3(表一No.1)及圖4(表一No.5)SEM照片，可得到微孔隙的長度L與最大開口處寬度W的大小，並分別製作成圖6A與圖7A。

在實驗例一中，微孔隙的長度L的範圍例如在0.039mm~1.5mm之間；微孔隙的最大開口處寬度W的範圍例如在0.004mm~0.06mm之間。至於表一的No.1及No.5中的微孔隙長度L與最大開口處寬度W之比值也分別製作成圖6B和圖7B，並可從這些圖得到L/W的範圍約為1~50之間，如2~45。

由於本發明所製作的金屬箔不但具有穿透微孔隙且其側壁具有延性變形斷裂所產生的不規則粗糙面，因此具有優異的吸音效果。

圖8為本發明的另一實施例的一種包括有金屬箔的吸音結構示意圖。

在圖8中，吸音結構800包括根據上述實施例所製作的金屬箔802以及與金屬箔802保持有一距離D的底板804，藉由所述距離D與金屬箔802之間形成一共振腔空氣層806。底板804係具有反射功能，譬如是具有一開口的箱體，而金屬箔802即設置於開口處而與箱體的底面保持所述距離D，但並不侷限於此，凡是能與金屬箔802保持距離D的底板804都可適用於本實施例。關於吸音結構800的效果，將以實驗例二來進行驗證。

實驗例二

將實驗例一(No.1)所製得的不銹鋼微孔隙箔作為圖8的802，以及一般0.02mm厚的無孔304不銹鋼箔和0.6mm厚鋁板所製的穿孔板(孔徑2mm/穿孔率8.7%，NRC 0.065)作為圖8的804，整合成如圖8的吸音結構，且共振腔空氣層約3cm(即距離D=3cm)。然後依照ASTM E1050進行測試，得到正向入射吸音率與聲音頻率的關係圖，請見圖9。

由圖9可知，實驗例一的具微孔隙之不銹鋼箔(金屬箔)在125Hz~4,000Hz都具有吸聲效果，NRC實測達0.505，最高吸聲係數0.96@1250Hz~1600Hz。與0.6mm厚鋁板所製的穿孔板(孔徑2mm/穿孔率8.7%，NRC 0.065)相比較，其吸音效果具有明顯的進步性。

圖10是依照本發明的另一實施例的一種包括有複數層金屬箔的吸音結構的立體示意圖。

在圖10中，吸音結構1000包括根據上述實施例所製作的複數個金屬箔1002a~c，以及底板1004。複數個金屬箔1002a~c分別與底板1004保持有距離D1、D2、D3，藉由所述距離形成複數個共振腔空氣層1006a~c。底板1004譬如是具有一開口的箱體，而複數個金屬箔1002a~c即設置於開口處而與箱體的底面保持所述距離D1、D2、D3，但並不侷限於此，凡是能與複數個金屬箔保持多個距離的底板1004都可適用於本實施例。此外，複數個金屬箔的數量以及多個距離均不限於三個，可依據不同的需求進行設計。

實驗例三

運用圖10的吸音結構，將數個厚度0.02mm具有微孔隙的不銹鋼箔，以有間隔距離的方式疊加形成包括有複數層金屬箔的吸音結構，如圖11。實際量測包括有單層金屬箔與雙層金屬箔之吸音結構的正向入射吸音率，測試結果如圖12A所示；另量測包括有單層金屬箔、雙層金屬箔、三層金屬箔之吸音結構的正向入射吸音率，測試結果如圖12B所示。兩個實驗結果都顯示出包括有複數層金屬箔之吸音結構比包括有單層金屬箔之吸音結構具有更寬廣的吸收頻率，以及更好的吸音效果。

綜上所述，本發明以多層軋延控制變形方式，在金屬箔上製造形成大面積分佈之微孔隙，且依此製程得到的金屬箔有吸聲與過濾等功能。本發明根據聲音頻率及頻寬，可設計金屬箔的層數與共振腔空氣層距離，以組裝形成具有簡單、良好功效的吸音結構。

1000‧‧‧吸音結構

1002a~c‧‧‧金屬箔

1004‧‧‧底板

1006a~c‧‧‧共振腔空氣層

D1~D3‧‧‧距離

Claims

一種具微孔隙金屬箔的吸音結構，包括至少一金屬箔以及與所述金屬箔保持有一距離的底板，藉由所述距離與所述金屬箔之間形成至少一共振腔空氣層；所述金屬箔具有穿透式的多數個微孔隙，其中每個所述微孔隙的側壁為不規則粗糙面，且每個所述微孔隙的兩端為銳角。
如申請專利範圍第1項所述之具微孔隙金屬箔的吸音結構，其中所述底板包括具有一開口的箱體，所述金屬箔設置於所述開口處而與所述箱體的底面保持所述距離。
如申請專利範圍第1項所述之具微孔隙金屬箔的吸音結構，其中所述底板包括具有一開口的箱體，所述金屬箔係複數個，該些金屬箔設置於所述開口處而與所述箱體的底面分別保持複數個距離。
如申請專利範圍第1項所述之具微孔隙金屬箔的吸音結構，其中每個所述微孔隙的長度與最大開口處寬度之比值為1~50之間。
如申請專利範圍第1項所述之具微孔隙金屬箔的吸音結構，其中每個所述微孔隙的長度在0.039mm~1.5mm之間。
如申請專利範圍第1項所述之具微孔隙金屬箔的吸音結構，其中每個所述微孔隙的最大開口處寬度在0.004mm~0.06mm之間。