超细陶瓷纤维棉复合吸音软包的研究

王宝祥，沈毅，陈伟，单正萍，赵焕悦，郑艺

（1.唐山华纤科技有限公司，唐山 063700；2.华北理工大学材料科学与工程学院，唐山 063009）

1 前言

在科学技术日益发达的今天，噪声污染的治理也越来越备受关注。噪声不仅会对人体健康产生深度影响，而且在机械结构和建筑层面有一定作用，甚至战争领域也应用良多。因此开展降噪材料的研究对加强保障经济社会的可持续发展具有重要的意义，治理噪音问题刻不容缓，所以吸声材料的研发受到广泛关注[1]。

吸声材料包括的几种基本类型有金属材料、颗粒材料、泡沫材料、纤维材料、薄板振动吸声材料、工业固体废弃物多孔吸音材料、其他复合材料等[2]。但是传统多孔吸声材料也不是那么完美，它们有着吸声效果受外部因素影响大、制作复杂、成本偏高等缺点。因此研制出一种新的、性能均衡的、吸声效果好的新型吸声材料意义重大。

纤维吸声材料作为多孔吸声材料的重要组成部分我们按照它的物理特性和外观分为以下几种：有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、金属纤维吸声材料、以及纤维吸声复合材料等[3]。其中发展最好的是纤维吸声复合材料，通过将纤维材料和其他材料复合，不仅吸声效率大大增加，而且还增加了耐久性和稳定性等优点。

而多孔材料的吸声性能在高频声段表现优异，近年来柔性吸声材料的应用越来越广泛，如聚氨酯泡沫塑料[4]、聚酯纤维吸声板[5]等。然而，柔性吸收器最大的缺点之一是易燃和在发生火灾事故时也会释放出有毒气体，对人体健康构成极大威胁。因此，具有高吸声性能和阻燃性能的材料仍然是科学界的一大难题。为了实现这一目标，吸声陶瓷作为一种刚性吸声材料，因其独特的孔隙结构、耐腐蚀、环保和阻燃性能而被认为是最佳的候选材料。到目前为止，有限的工作集中在制备具有优良吸声性能的陶瓷上。

本文以超细陶瓷纤维板为主要原料，通过与玻璃维毡、防火吸音布结合形成吸引软包产品，以氯丁胶为粘合剂，通过喷涂的施工方式研发出一种生产成本低，吸音效果好、防火能力强、无甲醛污染的超细陶瓷纤维棉复合吸音软包。

2 实验部分

2.1 主要材料、仪器

主要材料：超细陶瓷纤维棉，玻璃纤维毡，氯丁胶。

仪器：自动切割机，喷涂机，阻抗管。

2.2 超细陶瓷纤维棉复合吸音软包的制备

以超细陶瓷纤维棉板为芯材，玻璃纤维毡为加强层，防火吸声布或环保皮革为饰面，氯丁胶为粘合剂，以直角、小切角、大切角、不规则形状（定制化）的边角处理方式，通过喷涂来制备超细陶瓷棉吸音软包。

2.3 实验效果评价方法

本研究评价吸音材料的性能主要是使用阻抗管法测试吸音材料的吸声系数进行比较。用倍频程0-5000Hz范围内取4个频率进行测试比较，在250、500、1000、2000Hz吸声系数下取算数平均值来算降噪系数。

3 结果与讨论

3.1 吸声性能与容重的关系

以阻抗管法测定的吸音曲线为依据，测试了不同容重下的陶瓷纤维板吸声性能，从图1的数据可以看出，随着容重降低，吸声性能有所提高。这个结果与预期一致，随着容重下降，板中的孔隙率提升，纤维棉丝有更多自由度振动，吸收声波能量。

图1 厚度为15mm，不同容重的陶瓷纤维板吸声性能

3.2 吸声性能与厚度的关系

在最佳容重基础上，测试了不同厚度下的陶瓷纤维板吸声性能，从图2的数据可以看出，随着厚度提升，高频波段，吸声效果有明显提高，但是低频波段有所降低，综合考虑吸声效果，确定25mm厚度为最佳厚度。

图2 容重为107的陶瓷纤维板不同厚度下的吸声性能

3.3 超细陶瓷纤维吸音材料特性及其与矿棉板对比分析

通过表1和图三可以看出，超细陶瓷纤维吸音材料有着两倍于矿棉板的平均吸声系数，而且防火性能可达A1级，热导系数达0.028-0.040W/（m·k），有着极佳的保温性能，而且具有优异的环保特性，实现零甲醛，零VOC、零石棉。此外，其压缩强度高达44KPa，代表有着较高的力学性能。相比于市面常规的矿棉板，超细陶瓷纤维吸音板具有更高的降噪系数和平均吸声系数，无论是高频还是低频波段，吸声值均有显著提升，结合其A1级防火性能，零甲醛释放性能，在吸声建筑材料领域具有无法替代的优势。

表1 陶瓷棉板与矿棉板的吸声性能对比（阻抗管法）

3.4 超细陶瓷纤维吸音材料特性及其与玻璃纤维棉的对比

图3 陶瓷棉板和矿棉板的吸声曲线

从表2和图4的结果可以看出，超细陶瓷纤维吸音材料降噪系数是相同厚度的玻璃纤维吸音棉的1.4倍，相比于市面常规的玻璃纤维吸音棉，超细陶瓷纤维吸音板具有更高的降噪系数和平均吸声系数。

图4 陶瓷棉板和矿棉板的吸声曲线

表2 陶瓷棉板与矿棉板的吸声性能对比（阻抗管法）

3.5 样品中试实验

形成了以超细陶瓷纤维棉为主材的室内吸音装饰样板间，进行了中试产品随机抽样检验，结果如表4和图5所示。从数据可知，该产品吸声效果良好，工艺路线可行。该产品可以应用于公安审讯室、牢狱、法院等司法行政机构、电影院、体育馆、礼堂、多功能厅、会议室、报告厅、录音室、演播室、家庭影院、家装背景墙等声学要求高的场所。

图5 超细陶瓷棉吸音软包产品吸声曲线（阻抗管法）

4 结语

表3 超细陶瓷棉吸音软包产品吸声系数（阻抗管法）

通过材料与工艺上的改进，得到了超细陶瓷棉吸音软包，并对其进行了吸音性能的研究分析，得到的产品具有以下特点：

（1）超细陶瓷棉吸音软包具有更高的降噪系数和平均吸声系数，无论是高频还是低频波段，吸声值均有显著提升，结合其A1级防火性能，零甲醛释放性能，在吸声建筑材料领域具有无法替代的优势。

（2）该产品各项测试指标超出现有市面产品标准，小试和中试获得圆满成功，产品测试结果合格。可以应用于公安审讯室、牢狱、法院等司法行政机构、电影院、体育馆、礼堂、多功能厅、会议室、报告厅、录音室、演播室、家庭影院、家装背景墙等声学要求高的场所。

（3）符合国家循环经济的政策导向，采用特殊工艺生产，产品单耗比同行业降低40%，社会效益明显。