木屑复合板的隔音性能测试研究

卞步喜，尹 贺，夏 元，何 叶，徐帆远，叶以谢

（合肥工业大学，合肥 230009）

随着社会的不断发展和人民生活水平的提高，噪声控制越来越成为一项重要的指标。噪声对人的生理、心理和精神状态等多方面都会有一定的危害。目前市面上已经有多重吸声、隔音的材料，其中以金属纤维、多孔海绵和塑料等为主要代表。

对于复合材料隔音性能已经有众多学者进行了研究。涂征制备了2 cm厚的玻璃纤维增强隔音复合材料，以常用的松木压制板为基材，玻璃纤维增强聚氯乙烯隔音材料为芯层，其非对称结构的隔音量大于30 dB[1]。孙学光等[2]的发明专利介绍了一种基于竹木混合纤维的轻质混凝土隔音墙，采取纤维层-混凝土层复合结构，兼顾吸音和隔音，降噪效果明显，可降噪10 dB以上。

我国木材资源需求量大，如何有效提高木材的利用率是必须要考虑的重大问题之一。柏木刨花木屑具有天然的蓬松、多孔性质，本文以奥松板为基材，以柏木刨花为芯层隔音材料，制备隔音层合板，研究隔音性能，以便为室内隔音板材研究提供参考。

1 实验情况

奥松板，共24块，每块尺寸为500 mm×500 mm×5 mm。

柏木刨花木屑共10 kg，柏木刨花主要由4种尺寸的木屑构成：10～20 mm木屑（大颗粒），占比77.1%；5～10 mm木屑（中颗粒），占比20.5%；2～5 mm木屑（小颗粒），占比2.0%；2 mm以下的粉尘，占比0.4%。柏木刨花中5～20 mm的木屑占比约97%，本次实验采用10～20 mm和5～10 mm的2种木屑作为芯层的主要材料。

以厚5 mm的奥松板为基材，将原始板材裁切成合适的形状，用截面为10 mm×10 mm的木条为骨架，制备芯层厚度为1 cm的层合板如图1和图2所示。再用6块层合板黏接围成1个内部尺寸为240mm×240mm×240 mm的立方体试件，如图3所示。同时为了便于测试仪器探头的放入，在其中1块层合板上打孔，并在置入仪器探头后作密封处理。

图1 1 cm芯层的复合板

图2 已填充木屑芯材的1 cm芯层复合板

图3 1 cm芯层的层合板的立方体

将不同尺寸的木屑分别填入层合板中，手工填充，采用振动的方式使木屑自然密实。6个面都填充完毕后将上下板安装到位，即可得到1个用于隔音性能测试的试件，如图4所示。

图4 已填充木屑芯材的立方体试件

柏木刨花木屑原材料为多种大小颗粒混合，需要对其进行筛选处理。利用震击式标准震筛机对原材料进行筛选，可得到一定颗粒大小范围内纯度相对较高的木屑颗粒，如图5所示。本次实验采用的是5～10 mm颗粒和2～5 mm颗粒，直接筛选获得，大、中混合颗粒按一定比例称量、混合并均匀搅拌后备用。再将不同尺寸的木屑分别填入层合板中，手工填充，采用振动的方式使木屑自然密实。6个面都填充完毕后将上下板安装到位，即可得到1个用于隔音性能测试的试件。

图5 1～20 mm木屑形态

搭建本次的隔音测试系统，由音响、试件和噪音分贝仪组成。试样的隔音性能测试参考傅雅琴等[3]的研究进行。所用测试仪器为日本三量San Liang公司生产的噪音分贝仪SM550，可测量范围为30～130 dB，准确度为±1.5 dB，解析度为0.1 dB，采用该公司的Sound Lab软件进行实时数据获取。用计算机软件Sweep Gen进行不同频率声源的模拟，选择1倍频程作为测试频率，在63、125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz 7种频率下测试隔音材料的隔音量。用音响作为发声设备。

材料的隔音性能采用声音衰减量R来表示，其计算公式如下所示[4]

式中：Ii为声波的入射强度；It为声波的透射强度；T为声波的透射率；Ei为声波的入射能量；Et为声波的透射能量。

2 结果与讨论

2.1 层合板的隔音性能

芯层为空心的无填充层合板的隔音效果比对如图6所示，在250～4 000 Hz范围内声源为89.7～98.0 dB，音量随其频率升高而升高；层合板在63～250 Hz范围内的隔音量为11.4 dB，而在250～4 000 Hz范围内的隔音量为21.5 dB。

图6 无填充层合板的隔音效果比对

空心层合板在中高频范围内具有一定的隔音能力，在低频范围内隔音效果较差，但是达不到30 dB的一般场所的隔音要求。因此将柏木刨花木屑作为芯材，填充到层合板的芯层中去，进一步测试其隔音能力。

2.2 木屑复合板的隔音性能

填充了10～20 mm颗粒（大颗粒）芯层和5～10 mm颗粒（中颗粒）芯层的复合板的隔音效果图如图7所示。从图中可以看出，大颗粒芯层在63～125 Hz范围保留了一定的隔音能力，为7.4 dB；在250～4 000 Hz范围内，平均隔音量达到28.4 dB，相较于无芯层提高了6.9 dB，在4 000 Hz频率隔音量更是达到39 dB。中颗粒芯层在63～125 Hz范围只有1.3 dB，效果较差；在250～4 000 Hz范围内有较好的隔音效果，达到26.9 dB。

图7 不同颗粒大小芯层的复合板的隔音效果

为了进一步研究木屑材料的隔音性能，提高复合板的隔音量，设计了3种材料混合比例，并对各自比例的隔音性能进行了测试，结果如图8所示。

图8 不同混合比例颗粒芯层的复合板的隔音效果

从图中可以看出，各混合比例曲线芯材的隔音量曲线趋势基本一致，其中1∶2比例曲线在低频范围隔音效果较差，1∶2和2∶1比例曲线在250 Hz频率有一峰值，1∶1和2∶1比例曲线在1 000 Hz频率有一峰值，三者都在4 000 Hz达到了最高隔声量。为了进一步分析，对各混合比例在低频（63～125 Hz）和中高频（250～4 000 Hz）范围的隔音性能进行计算，取其隔音量平均值，计算结果见表1。

表1 各混合比例颗粒芯层的复合板在不同频率的隔音效果

从表1中可以看出，当材料混合比例为1∶2时的芯层隔音量在中高频达到31.5 dB，高于另外2种比例，同时也高于只填充大颗粒芯层的隔音量，但是在低频隔音量较低，只有0.7 dB，而混合比例为2∶1时的芯层隔音量在低频和中高频都有较高的隔音量。

3 结论

（1）利用柏木刨花木屑的蓬松、多孔特性，先对木屑进行筛选，以其作为隔音复合板的芯材，以奥松板为基材，制备了一种隔音板，并具有一定的隔音效果。

（2）制备的2 cm厚隔音板在填充10～20 mm木屑芯材时，在63～125 Hz频率范围隔音量为7.4 dB，在250～4 000 Hz频率范围内隔音效果为39 dB；在填充10～20 mm木屑∶5～10 mm木屑=1∶2芯材时，在63～125 Hz频率范围内隔音效果只有0.7dB，在250～4000 Hz频率范围内隔音效果为39 dB可以达到31.5 dB。

（3）混合材料的隔声效果测试结果表明，5～10 mm木屑颗粒会破坏10～20 mm木屑颗粒形成的多孔结构，显著降低隔音板的隔音效果，对于多种尺寸颗粒混合芯层的隔音效果还有待进一步研究。