噪音污染及吸音材料的发展

马学乐，刘　亚

(天津工业大学，天津 300387)



噪音污染及吸音材料的发展

马学乐，刘亚

(天津工业大学，天津 300387)

文章主要介绍了噪音污染的危害及吸音材料的吸音机理，重点分析了影响非织造吸音材料吸音效果的因素，并对其前景进行了展望。

噪音污染；吸音材料；非织造布

噪音的污染已经成为当今四大环境污染(噪声污染、水污染、大气污染及固体废弃物污染)之一。噪音对于人们的健康、生活和学习会产生很大的负面影响，因此吸音降噪已经成为一个亟待解决的问题，吸音材料的研究成为了解决这一问题的主要方法之一，其中非织造吸音材料因为其优良的性能得到了广泛的应用。

1　噪音简介

影响人们正常生活的声音统称为噪音。它显著的特点是无污染物的存在、不产生能量积累、时间有限、传播不远、振动源停止振动噪音消失、不能集中治理。

1.1噪音的分类及测评

通常情况下我们所说的噪音是指环境声学中的噪音。环境声学[1]对于噪音分别按城市环境和噪音的产生机理两方面分类。按照城市环境来分类，噪音包括：交通噪音、工业噪音、建筑施工噪音和社会生活噪音；按照产生机理来分类，噪音包括：空气动力性噪音、机械噪音和电磁噪音。

由于噪音的特殊性，国际上至今还没有一套通用的噪音评价方法和指标，各国都有各自的标准。在声音的测评方面分类，日本、欧洲发达国家和美国等国家的研究比较全面。

1.2噪音的危害

1.2.1长期处在噪音的环境中会严重影响人们的生理以及心理健康，噪音会使人们容易感到疲惫、烦躁，影响学习能力。世界卫生组织多项研究发现，长期生活在噪音污染环境中的孩子，在语言和认知技能测试中成绩更差，阅读成绩也较低。

1.2.2噪音影响人们的记忆力以及工作能力。在许多工厂车间里都存在着严重的噪音污染，这种环境会使人们很难集中注意力，同时会使得人们的基本技能(思维、计算等)变差，从而影响工作。

1.2.3近年来我国高血压患病的机率呈增长趋势，而噪音的污染加剧了这一问题。2011年世界卫生组织和欧洲执行委员会联合研究中心完成了一项研究，发现长期在飞机、火车等噪音污染严重的地方生活，会导致高血压和致命性心脏病等危险的增加。

1.2.4孕妇在超过85分贝噪音的环境中容易造成流产、早产或者容易形成弱智儿[2]，当噪音高于90分贝时会使人们不能进行思考和交谈，长期在噪音环境下工作会使听力受损，甚至耳聋。

1.2.5噪音会导致肥胖，研究指出噪音会影响人体神经系统和激素水平，包括皮质醇、肾上腺素、去甲肾上腺素等，从而导致心率加快、血压升高等问题，也会影响脂肪分解。

2　吸音材料

吸音材料是指那些能把声能转化为热能或者其它能量，从而降低噪音的材料，通常把平均吸声系数≥0.2的材料称为吸声材料，平均吸声系数≥0.56的材料称为高效吸音材料，目前这些吸音材料已经广泛应用与工业、交通业、建筑业等。

2.1吸音材料的分类

根据材料可以把吸音材料分为：①多孔吸音材料：纤维状吸音材料、颗粒状吸音材料和泡沫状吸音材料；②共振吸音材料：单个共振器吸音材料、薄板共振吸音材料和微穿孔吸音材料；③特殊结构吸音材料：吸音屏、吸音劈尖和空间吸音体。其中多孔吸音材料应用得最为广泛。

2.2吸音机理

2.2.1多孔材料吸音机理[3]

声音是一种波，声音的传递符合惠更斯原理。多孔材料具有很多微小的孔隙和孔洞，具有一定的通透性，当声音入射到多孔材料中，一部分被反射回来，一部分进入多孔材料，由于声音的传播从而引起孔隙中空气的震动，使空气和孔壁发生摩擦，在摩擦和粘带力的作用下，声能转化为热能，从而使声波减弱。对于高频的声波来说，由于声波的震动加快，孔隙中空气的震动加快，空气与孔壁的热交换也加快，声能的损失也就越多，所以多孔材料拥有良好的高频吸音性能。

2.2.2共振吸音材料[4]

目前共振吸音材料多采用赫姆霍共振器原理，当声音入射时，材料发生共振，基于自身的摩擦和与空气的摩擦，使声能转化成热能从而达到降噪的效果。由于材料拥有固有的振动频率，只有当声波的振动频率和共振材料的固有振动频率接近时才能发生共振，此时振幅达到最大，吸音效果最佳，所以共振材料的吸音频率范围较窄。

2.2.3空间吸音体

空间吸音体把各个界面全暴露于声场中，增大了与声波接触的几率，声波可以在正面被材料吸收，并且通过绕射、衍射、反射使声波达到吸音体的各个面，扩大了吸音的有效面积，充分发挥了材料的吸音作用。

2.3非织造吸音材料

非织造材料是由定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合、粘合或这些方法的组合而成的片状物、纤网或絮状物，其原料可以是天然纤维或者化学纤维，可以是短纤、长丝或者纤维状物质。非织造材料具有生产工艺简单、速度快、产率高、原料广、用途广等优点。其产品质轻、柔软、孔隙率高，是现在应用最广泛的多孔吸音材料之一。

2.4非织造吸音材料纤维原料的选用

非织造材料纤维原料的选用比较广泛，可分为动植物纤维、无机纤维和化学纤维。经研究发现动植物纤维在中高频范围内有着良好的吸音性能，但是其防火、防蛀和防潮性能较差，不利于在环境恶劣的条件下使用；无机纤维不仅具有良好的吸音性能，而且质轻、不燃、不腐、不易老化、强度高，但是其遇水或吸潮后吸音性能下降，且易脆损、污染环境、对人体健康有危害；化学纤维性能比较稳定而且品种繁多，不腐、不易老化，并且可以根据生产工艺进行控制，所以在非织造吸音材料的生产中应用最为广泛。

2.5非织造吸音材料的研究

非织造材料以其优良的特性，在建筑、工厂、家庭、汽车、航空等领域有着广泛的应用。100年前Rayleigh创立了多孔材料的微孔粘带吸音理论，Zwikker和Kosten以其为基础进一步建立了吸音理论，被众学者应用于开发新型非织造吸音材料。

张锦宽等[5]在探究针刺非织造材料吸声性能的影响时发现针刺非织造材料的厚度与材料的吸音性能呈线性关系，随着厚度的增加吸音材料在中低频段的吸音系数提高，而对于高频段的吸音系数则是先增加达到峰值后下降，随着针刺密度的增加也会发生相同的情况；Samson等[6]将大药树皮内层纤维组织作为一种天然的非织造材料并对其进行研究发现，其对高频声波来说有良好的吸音效果，随层数的增加吸音系数呈增长趋势；Younjooh Na和Gilsoo Cho[7]以普通的涤纶纤维和中空涤纶纤维非织造材料为原料进行一系列的实验得出结论，中空涤纶非织造材料较普通的聚酯纤维非织造材料的吸音性能强。经等离子体的处理后，中空涤纶纤维非织造材料的吸音性能有所提高，而普通的无显著影响。

2.6非织造吸音材料的种类及影响因素

非织造吸音材料种类繁多，分类方法也不同。按加工工艺来分，可分为干法非织造材料、湿法非织造材料、聚合物直接成网法非织造材料；按应用领域来分，可分为工业用非织造材料、建筑用非织造材料、汽车用非织造材料等。影响非织造吸音材料吸音性能的因素有多种：①厚度：随着厚度的增加，非织造材料的吸音性能增强，厚度对中低频声波的影响比高频声波的影响更加显著，当厚度增加到一定程度时对高频声波的影响可以忽略不计[8]；②容重：保持织物厚度不变的情况下增加织物的容重，则中低频声波的吸音系数增加，高频声波的吸音系数有所减小[9]，但是吸音材料拥有最优容重[10]，超过最优值其吸音效果就会下降；

③纤维细度：纤维的直径影响着空隙的大小和数量，从而影响非织造材料的吸音性能，纤维越细，形成的非织造材料的吸音性能越好，而且吸音系数的差距随着声波频率的增大而增大[11]；④孔隙率：孔隙率是非织造材料的重要特征，对于非织造吸音材料来讲，其孔隙率一般在70%以上，孔隙率升高，材料内部通道的结构变得越复杂，则吸音效果越好，孔隙率存在最优值，超过最优值后因为非织造材料过于稀疏，其吸音效果会下降[12]；⑤异形截面：目前生产的主要有三角形、三叶形、十字形、中空等，异形纤维的比表面积比普通纤维的大，能形成更多微小的孔隙，所以吸音效果也会更好；⑥成网方式：气流成网和梳理成网相比，气流成网的纤维更具随机性，纤维的杂乱度更好，孔隙率更高，吸音性能更好；⑦加固方式：相比热粘合加固方式，针刺加固而成的非织造材料具有更好的吸音性能，因为针刺非织造材料具有三维空间结构。

3　展望

目前噪音污染的防治已经到了刻不容缓的地步，吸音材料也将在家用、工业、建筑等多个领域迅速发展。非织造吸音材料因为其简单的生产工艺及优良的产品特性，使其在吸音材料中拥有独特的地位。虽然许多学者一直致力于非织造吸音材料的发展，但是到目前为止还没有出现一种能吸收各种频段噪音的材料，吸音体系也有待进一步完善，将来需更好地运用非织造材料多孔的特性以及完善吸音体系，使得吸音材料在各频段的吸音效果都能得到改善。非织造吸音材料生产工艺简单，生产成本低，具有巨大经济效益。

[1]张弛.噪声污染控制技术[M].北京：北京大学出版社，2013.

[2]马少妆，梁玉玲，姚婷.浅谈城市噪音污染对健康的危害与治理[J].广东科技，2010，19(10)：57—58.

[3]李晶，郭秉臣.非织造布吸声材料的现状与发展[J].非织造布，2007，15(1)：8—13.

[4]梁悦，卢耀成，陈珂.吸音材料应用研究进展[J].广东化工，2013，40(10)：80—81.

[5]张锦宽，崔建伟，晏雄.针刺非织造材料形态与组合结构对材料吸声性能的影响[J].产业用纺织品，2010，28(11)：5—8.

[6]Samson Rwawiire，Blanka Omkova，Eulalia Gliscinska，et al. Investigation of Sound Bsorption Properties of Bark Cloth Nonwoven Fabric and Composites[J]. Autex Research Journal，2015，15(3)：173—180.

[7]Youngjoo Na，Gilsoo Cho. Sound Sbsorption and Viscoelastic Property of Acoustical Automotive Nonwovens and Their Plasma Treatment[J]. Fibers and Polymers，2010，11(5)：782—789.

[8]Wen Su，Xiao Mingqian，Xin Yuli，et al. Influence of Thickness and Density of Nonwoven Sound-absorbing Material on the Sound-absorption Capability[J]. Advanced Materials Research， 2011，(198)：440—443.

[9]苏文，李新禹，刘树森.厚度和容重对非织造布吸声材料吸声性能的影响[J].天津工业大学学报，2009，28(03)：34—36.

[10]Xueting Liu，Xiong Yan，LiLi，et al. Sound-absorption Properties of Kapok Fiber Nonwoven Fabrics at Low Frequency[J]. Journal of Natural Fibers，2015，12(4)：311—322.

[11]Klara，Kalinova. Theoretical Assessment of Sound Absorption Coefficient for Anisotropic Nonwovens[J]. Qscience Connect，2013，(3)：1—8.

[12]鲍纬，刘建立，王双闪，等.结构参数对非织造材料吸声系数的影响[J].江苏纺织，2014，(5)：43—46.

The Noise Pollution and the Development of Sound-absorbing Materials

MaXuele,LiuYa

(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

This paper introduced harms of noise pollution and mechanisms of sound-absorbing materials. The influence factors of the nonwoven sound-absorbing materials were mainly analyzed， and its future was prospected.

noise pollution; sound-absorbing materials; nonwovens

2016-08-04

马学乐(1990—)，男，河北石家庄人，硕士研究生。

TS174.1

A

1009-3028(2016)05-0051-03