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1、材料成型前沿探讨1多孔吸声材料的展望多孔吸声材料的展望课程名称：材料成型趋势前沿探讨 姓名:王勇 班级 ：08302031 学号：08430220摘要: 本文结合吸声材料的吸声原理和实际应用,通过生活常识性的举例来进一步的阐述，多空吸声材料的原理及优越性。 在简单介绍目前研究的两类主要吸声材料的基础上, 重点介绍了多孔材料的吸声性能及其影响因素。多孔吸声材料具有吸声系数高、吸声频带宽等优点，结合工程实际，研究多孔材料孔隙率、孔径、厚度以及结构因子对多孔材料吸声性能的影响，对实际的设计有一定参考价值1。也最后对吸声材料的发展趋势作了展望。关键词: 吸声材料; 多孔材料; 泡沫材料；吸声系数Pro
2、spect of Porous Absorption MaterialsAbstractAbstract:：This paper represents sound absorption theory and practical application of acoustic mater ials, and also briefly intr oduced the current study of the major types of acoustic materials It focuses on the acoustic propert ies of porous materials and
3、 the impact factors. Porous sound-absorbing materials are widely used because of its high sound absorption coefficient and wide absorption frequency range. The influence of porosity, diameter of holes, thickness and structure of the material on its sound-absorbing property is analyzed. This work pro
4、vides a reference for the development of new sound-absorbing material. Finally, a prospect for the development of the acoustic materials 材料成型前沿探讨2are made.KeyKey wordswords:：acoustic material; porous material; foamed material；absorption coefficient目目 录录1 1 引言 32 2 吸声及多孔吸声材料原理 32.1吸声材料的原理 42.2多孔吸声材料的
5、结构及机理 43 3 多孔吸声材料的分类 43.1 纤维结构吸声材料 53.1.1 纤维吸声结构材料的分类53.2 泡沫结构吸声材料53.2.1 泡沫吸声结构的原理63.2.2 泡沫吸声结构的分类64 4 影响多孔吸声材料的因素74.1 空气阻流的影响74.2 空隙率的影响84.3 孔径的影响84.4 厚度的影响94.5 背后空腔的影响105 5 复合型吸声材料105.1 梯度孔径通孔多孔铝合金.105.2 穿孔板背面紧贴吸声薄层的结构.10材料成型前沿探讨35.3 双层的电解多孔铁镍薄板复合结构 .106 6 其他的研究结果及未来展望106.1 其他研究结果106.2 未来展望107 7 参
6、考文献111 1 引言引言在我们现在的社会，随着现代工业和交通运输事业的发展, 环境污染也随着产生, 噪声污染是当今世界污染的三大问题之一, 噪声不仅危害人的听觉系统, 使人疲倦、耳聋, 而且还会加速建筑物和机械结构的老化, 影响设备及仪表的精度和使用寿命2 。因此吸声降噪逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决的重要课题, 而吸声降噪新材料的结构、声学特性及其应用是一个涉及多学科交叉的重要课题。这样的我们就会拥有一份安静的生活。对噪声的防治措施主要是控制声源和采用吸声材料3 。声源控制主要是通过改进设备结构, 提高加工和装配质量, 以降低声源的辐射能量; 而实际应用中最有效的
7、噪声治理则是通过采用吸声材料来达到降噪的效果。雪后为什么很寂静，在冬天， 一场大雪过后， 人们会感到窗外万籁俱寂。这是怎么回事?难道是人为的活动减少了吗?为什么在雪被人踩过后，大自然又恢复了以前的喧嚣？ 原来，刚下过的雪是新鲜蓬松的，它的表面层有许多小气孔。当外界的声波传入这些小气孔时便要发生反射。由于气孔往往是内部大而口径小。所以，仅有少部分波的能量能通过出口反射回来， 而大部分的能量则被吸收掉了， 从而导致自然界声音的大部分能量均被这个表面层吸收， 故出现了万籁俱寂的场面。而雪被人踩过后，情况就大不相同了。原本新鲜蓬松的雪就会被压实， 从而减小了对声波能量的吸收。所以，自然界便又恢复了往日
8、的喧嚣。根据疏松多孔的材料对声音的这种特性， 人们制造出了吸声材料，即材料成型前沿探讨4多孔吸声材料，所谓多孔吸声材料， 顾名思义就是这类材料是由固体筋络和微孔或间隙所组成。材料从表到里都含有大量的互相贯通的微孔或间隙， 具有适当的透气性， 微孔向外敞开， 使声波易于进入微孔内。要想有更好的吸声性能，多孔吸声材料不仅孔隙率要高， 要通孔， 而且这些孔隙还应该尽可能地细小， 并且在材料内部均匀分布， 这样，材料内部的筋络总表面积大， 有利于声能吸收。多孔材料是当前应用最为广泛的吸声材料， 它的类型包括无机与有机纤维状多孔吸声材料、泡沫状多孔吸声材料、颗粒状多孔吸声材料等。随着声学、技术的发展、创
9、新，声学工作者的潜心研究以及市场的开发，还会有新的多孔吸声材料问世。目前，多孔吸声材料在会议厅、音乐厅、大礼堂、等对声音要求较高的建筑上，应用的很广泛4。2 2 吸声及多孔吸声材料原理吸声及多孔吸声材料原理2.12.1吸声原理吸声原理吸声材料吸声是声波通过材料的孔隙与固体骨骼相互摩擦而消耗其能量的5。在吸声材料中，声波与固体接触，要有能量交换，主要是黏滞性与热传导作用。根据克希霍夫的研究结果，运动方程只受黏滞系数的影响，而连续性方程则只受热传导系数的影响，这种区分大大简化推导工作，根据运动方程，计入粘滞系数，很容易地求出管内的声阻抗及其吸声特性。通过微孔粘滞吸声理论模型进行一些修改，可以更精确
10、定量地分析多孔材料孔径大小、厚度、孔隙率等参数对多孔材料吸声性能的影响。按吸声机理可以分为共振吸声结构材料和多孔吸声结构材料。共振吸声结构材料, 主要结构为亥姆霍兹共鸣器式结构, 它是利用入射声波在结构内产生共振, 从而使大量能量耗逸。而由多孔材料构成的吸声材料, 能使大部分声波进入材料, 从而具有很强的吸声能力, 使进入该材料的声波在传播过程中逐渐消耗殆尽。第一种共振吸声结构, 利用了共振原理, 因而吸声的频带较窄, 而后一种多孔材料的吸声频带则比较宽 6。下面主要介绍一下多孔吸声材料。2.22.2 多孔吸声材料多孔吸声材料结构特性及机理结构特性及机理材料内部具有大量互相连通的微孔或间隙,
11、而且孔材料成型前沿探讨5隙细小且在材料内部均匀分布。其吸声机理是当声波入射到材料表面时, 一部分在材料表面反射, 另一部分则透人到材料内部向前传播, 在传播过程中, 引起孔隙中的空气运动, 与形成孔壁的固体孔筋或孔壁发生摩擦, 由于粘滞性和热传导效应, 将声能转变为热能耗散掉。声波在刚性壁面反射后, 经过材料回到表面时, 一部分声波透射到空气中, 一部分又反射回材料内部, 声波通过这种反复传播, 使能量不断转换耗散, 如此反复, 直到平衡, 由此使材料吸收部分声能 7 。目前采用的多孔吸声材料可分泡沫类吸声材料和纤维类吸声材料 8 。3 3 多孔吸声材料的分类多孔吸声材料的分类3.13.1纤维
12、结构多孔吸声材料纤维结构多孔吸声材料纤维材料按其选材的物理特性和外观主要分为有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料、金属纤维吸声材料等 9。 现在的研究中, 更注重各种纤维材料在实际中的应用。3.3. 1.11.1 有机纤维材料有机纤维材料传统的有机纤维吸声材料在中、高频范围具有良好的吸声性能, 如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木丝板等有机天然纤维材料, 以及丙烯腈纤维、聚酯纤维 10 、三聚氰胺 11 等化学纤维材料, 但这类材料的防火、防腐、防潮等性能较差, 应用时受环境条件的制约。3.1.23.1.2 无机纤维材料无机纤维材料无机纤维材料主要有岩棉、玻璃棉、矿渣棉以及硅酸铝纤维
13、棉 12 等, 由于具有吸声性能好、质轻、不蛀、不腐、不燃、不老化等特点,从而逐渐替代了传统的天然纤维吸声材料, 在声学工程中得到了广泛应用。但是由于纤维性脆, 易于折断, 产生的纤维粉末会在空中飞扬, 形成的粉尘会刺痒皮肤, 污染环境, 影响呼吸, 这是它在应用中的缺点。过去的玻璃纤维和天然纤维与合成有机纤维相比不易老化的特性曾经是玻纤材料性能的一个优点, 但是从环境保护的角度来看, 材料的不易降解使其最终会成为固体废弃物, 对环境造成二材料成型前沿探讨6次污染13.3.1.33.1.3金属纤维材料金属纤维材料金属纤维材料具有强度高、耐冲击、易加工、耐高温、抗恶劣工作环境的能力强等优点, 可
14、用于高温、承载、震动等特殊的吸声场所,例如喷气式飞机的发动机消声装置 14 。较常见的有铝质纤维吸声材料、变截面金属纤维材料以及不锈钢纤维吸声材料 15 等。铝质纤维吸声材料是由两片铝网板夹住中间的铝纤维毡 16 , 利用其塑性通过压机滚压而成, 加工工艺简单, 产品成本大大降低, 易于弯折成型, 甚至可做成圆筒形的空间吸声体。由于具有强度高、抗风、不燃、耐水、导水、耐热以及抗冻等优异的耐候性能, 因此十分适合于户外露天环境和地下建筑中使用。对于烧结金属纤维材料, 当存在温度梯度场作用时, 应重视温度梯度对多孔金属材料总体吸声性能的影响, 在一定条件下, 负温度梯度可以提高材料的吸声性能, 而
15、正温度梯度可使材料吸声性能趋于降低17。3.23.2 泡沫结构吸声材料泡沫结构吸声材料泡沫吸声结构材料的分类-根据泡沫材料孔形式的不同, 可分为闭孔、开孔和半开孔3 种。微孔间互相封闭的称为闭孔型泡沫材料, 互相连通的称为开孔型泡沫材料, 既有连通又有封闭的为半开孔型泡沫材料18 。3.2.1 闭孔泡沫材料闭孔结构的泡沫金属材料,以闭孔泡沫铝为代表, 闭孔泡沫铝的吸声系数比较低, 是由于声波很难到达孔隙内部, 与其内部相互作用, 仅有一些裂缝和微孔, 本身并不能作良好的吸声材料19,20。材料成型前沿探讨7图1 闭孔泡沫铝宏观照片20Fig 1 Typical structure of close celled aluminum foam3.2
