熔喷非织造材料/玻璃纤维复合材料的吸声性能研究

史 磊 刘建立 左保齐

(1.苏州大学现代丝绸国家工程实验室，苏州，215123;2.江南大学，无锡，214000)

近些年来，噪声已被认为是危害性很大的污染源之一。随着现代工业、交通运输和城市建设事业的发展，特别是城市人口的急剧增加，城市噪声污染已变得日益严重。因此，如何降低噪声的危害已成为目前一项十分迫切的任务。从设计原理划分，目前应用较普遍的吸声产品可分为共振式吸声结构产品和多孔吸声材料产品。共振吸声结构是指穿孔板共振吸声结构，此类吸声体常适用于低频段声波，特别是在噪声频谱中发现低频段具有明显峰值的情形，因而其有一定的频带限制。相比于穿孔板吸声结构，多孔吸声材料吸声性能一般是高频优于低频，且具有较宽的频率范围，是新型吸声材料的主要发展方向。非织造材料是典型的多孔材料，具有成本低、强度高、质量轻的特征，在吸声领域有很大的发展潜力［1-3］。本研究将熔喷非织造材料与玻璃纤维布通过热熔纤网构成复合材料(图1)，并测试其吸声性能，探讨不同层数熔喷非织造材料与玻璃纤维布复合后吸声性能的变化及其原因。该复合材料可应用在汽车、会议室、实验室、工厂、录音棚、礼堂、影院和家庭装修等不同场合，用于吸声降噪。

图1 复合材料结构示意

1 试验部分

1.1 原材料

(1)熔喷非织造材料，面密度26.41 g/m2，厚度0.253 mm，容重1.04×105g/m3，记作RP;

(2)玻璃纤维布，面密度61.14 g/m2，厚度0.512 mm，容重1.19 ×105g/m3，记作 BX;

(3)聚酰胺(PA)丝网状热熔胶(热熔纤网)，上海远智热熔胶有限公司。

1.2 仪器与工具

驻波管，北京声望声电技术有限公司;

YG141N型织物厚度仪，南通宏大实验仪器有限公司;

圆形取样器，苏州金星通用机械厂;

HD101A热风干燥烘箱，南通宏大实验仪器有限公司;

赛多利斯分析天平;

玻璃板两块，30 cm×50 cm，相当于压强为0.15～0.2 kPa;

剪刀，50 cm钢尺。

1.3 试样制备

本试验是将不同层数的材料复合在一起，测试其吸声性能。试样的制备方法是:先按试验方案分别制备熔喷非织造材料和玻璃纤维布的叠层材料，然后将不同层数的玻璃纤维叠层材料和不同层数的熔喷非织造叠层材料复合制成复合材料(中间层为玻璃纤维叠层材料，两侧为熔喷非织造叠层材料)。

1.3.1 同种原材料叠层材料的制备

将原材料裁剪成30 cm×50 cm大小，按照试验方案需要的层数，在层与层之间夹入热熔纤网;将一块玻璃板放入热风干燥烘箱底部并开启烘箱，预设温度115℃;当烘箱内的温度达到预设温度时，放入准备好的材料，热熔纤网融化将材料粘接在一起，(1±0.3)min后取出材料，放在平板上，用另一块玻璃板对其加压定型3～5 s，自然降温，即可得到复合好的叠层材料。熔喷非织造材料和玻璃纤维布的叠层材料都用此方法制备。

1.3.2 复合材料的制备

将制备好的玻璃纤维叠层材料和熔喷非织造叠层材料按制备同种原材料叠层材料的方法进行黏合。熔喷非织造叠层材料在两侧，玻璃纤维叠层材料在中间，两种叠层材料之间放入热熔纤网叠加复合，制成测试所需的复合材料。

1.4 复合材料厚度测试

本试验共制备了20种不同层数的复合材料，其结构组成和实测的厚度见表1。

表1 复合材料的厚度 (单位:mm)

1.5 吸声性能测试

采用驻波管对复合材料的吸声性能进行测试，测量采用传递函数法，测试结果见图2和图3。图中出现的数字表示所在位置材料的层数，例如2-4-2表示两侧分别是2层熔喷非织造材料、中间是4层玻璃纤维布所构成的复合材料。

图2 不同层数玻璃纤维布的复合材料吸声图谱

图3 不同层数熔喷非织造材料的复合材料吸声图谱

2 结果与分析

2.1 不同声波频率对吸声性能的影响

从吸声图谱可以看出:在一定范围内，随着声音频率的增加，吸声系数增大;超过一定频率之后，吸声系数不会继续增大。根据多孔材料吸声机理，多孔材料内有许多微细的小孔和间隙，当声波在多孔材料内部传播时，部分声能在传播的过程中转变成热能损耗掉，从而达到吸声的作用。低频声波的波长比较长，在材料中传播时可以更加容易地穿过，声能损失会更少;而高频声波的波长比较短，会加快材料内空气分子的振动速度，声波与纤维之间产生的摩擦会更加剧烈，就会有更多的声能转化为热能。由于多孔材料间隙的大小与数量、内部空间结构等都是一定的，所以当声波频率增大到一定值之后，吸声系数并不会随频率的增加而增大，还可能会降低。

2.2 不同层数复合材料的吸声图谱分析

如图2和图3所示，随着两侧非织造材料层数以及中间层玻璃纤维布层数的增加，吸声频率特性曲线向低频方向移动，中低频段的吸声系数明显提高，但当增加到一定层数之后，影响程度会逐渐变小［如图 2中(c)、(d)、(e)和图 3 中(b)、(c)、(d)］。这说明材料的吸声性能与材料的厚度有密切的关系，在一定范围内，材料越厚，吸声性能就越好［4-5］。这是因为随着材料厚度的增加，材料内部空隙、小孔的数量会增多，而且声波在材料内部的传播路径也会变长，因此会有更多的声能损耗。

3 结论

(1)随着声音频率的增大，复合材料的吸声系数曲线为先上升后变平稳或下降。

(2)中间层材料或者两侧材料的层数增加(即厚度增加)，会使吸声曲线向低频频段方向移动，吸声图谱变宽，吸声系数峰值由较高频段向低频段偏移，中、低频段的吸声系数显著提高。

(3)根据不同应用场合的需要选择不同厚度的本研究所示结构的复合材料，可以满足吸声降噪的要求。

(4)本研究所示结构材料的吸声系数与材料的其他物理参数(如孔径大小、孔隙率等)的关系，中低频段的吸声系数与厚度之间的相关关系等，还有待进一步探讨。

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