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1、纤维材料在土木工程中的应用纤维材料在土木工程中的应用吸音纤维材料在土木工程中的应用吸音纤维材料在土木工程中的应用1 吸音 隔音材料用于抑制声音透射，而吸音材料则用于降低声音反射。常见的用于屋顶、墙面的内衬材料属吸音材料。选定吸音材料时会考虑吸音率OL这一性能指标：OL= _ (L 1l )式中：入射音的强度；，r反射音的强度。当材料无反射音即Ir=0时，OL=1；当材料完全反射即Ii=Ir时，Ol=0。一般Ol在01之间，OL值越大，则吸音性能越好吸音材料根据吸音机理可分为三种：-多孔型：如石棉、玻璃绒、软聚氨酯泡沫、吸音绝缘材料、纤维板等。该类型材料中存在连续的空隙，空隙会对空气运动产生黏性
2、阻抗，形成热能，从而使音能衰减。其对高音频具有较好的吸音效果，且偏厚型的材料也可适用于低音频。-板(膜)振动型：如层合板、硬纤维板、石膏板、石板、塑料板、金属板聚氧乙烯膜等。无透气性板(膜)的背后有空气层，声音使板(膜)振动，音能衰减。代表性的声音频率在100200 Hz，吸音率为0305，适用于低音区域的吸音。-共鸣器型：如有孔硬纤维板、有孔石膏板、有孔石板、有孔金属板等。多孔板背后有空洞，利用共鸣在中低音区域形成山形的吸音效果。共鸣频率可通过计算得出，板厚、孔径、孔距及背后的空气层是决定因素，不拘于材料的种类。多空型板（膜）震动型共鸣器型 测定吸音率的方法有很多，且各有优缺点，按实测定吸音
3、率的方法有很多，且各有优缺点，按实际状况分为：际状况分为：-jIs A1409jIs A1409残余音响室法，无序入射残余音响室法，无序入射音；音；-JS A1405JS A14051 1管内驻波比法，垂直入射音；管内驻波比法，垂直入射音；-JIS A1405-2JIS A1405-2管内传递函数法，垂直入射音。管内传递函数法，垂直入射音。 残余音响室法可测定各种角度的入射音，更接近残余音响室法可测定各种角度的入射音，更接近实际的使用条件，应用广泛，但需要较大面积的试样实际的使用条件，应用广泛，但需要较大面积的试样(10(1012 1212 121 )1 )，测定难度大。，测定难度大。 而管内
4、法利用音响管测试，试样直径仅需而管内法利用音响管测试，试样直径仅需10 em10 em，测定容易，但需以垂直角度入射，与实际使用条件，测定容易，但需以垂直角度入射，与实际使用条件有差异。聚酯非织造布试样厚度有差异。聚酯非织造布试样厚度1(3111(311，表观密度，表观密度69 69 kgkgm m。，采用管内传递函数法测试。，采用管内传递函数法测试。 其中，管内驻波比法应用较早、测定简易，但管其中，管内驻波比法应用较早、测定简易，但管内传递函数法仍是主流。（内传递函数法仍是主流。（1em=16px 161em=16px 16点的像素）点的像素）吸音率的测定吸音率的测定 背后空气层的影响背后空
5、气层的影响 当声音的频率在当声音的频率在1 600 Hz1 600 Hz、吸音材料背后空、吸音材料背后空气层为气层为0 elTl0 elTl时，材料吸音率为时，材料吸音率为0 05 5。若假定材。若假定材料表面无反射音，则无论吸音材料处于音源和刚料表面无反射音，则无论吸音材料处于音源和刚壁之间的任何位置，吸音率都会保持在壁之间的任何位置，吸音率都会保持在0 05 5不变。不变。但在实际测试中，当非织造材料距离刚壁但在实际测试中，当非织造材料距离刚壁1 1cm(cm(即即背后空气层为背后空气层为1 em)1 em)时，吸音率为时，吸音率为0 07 7；当背后；当背后空气层为空气层为4 cm4 c
6、m时测得吸音率为时测得吸音率为1 10 0；当背后空气；当背后空气层为层为9 O1TI9 O1TI时测得吸音率为时测得吸音率为0 05 5。这说明实际安。这说明实际安装位置不同，吸音率也不同。装位置不同，吸音率也不同。 吸音率的变化起因于音波。声音由于振动等吸音率的变化起因于音波。声音由于振动等原因交互产生了空气密而压力高和空气疏而压力原因交互产生了空气密而压力高和空气疏而压力低的两部分，属逐渐传递的纵波。当有入射波反低的两部分，属逐渐传递的纵波。当有入射波反射波时，空气粒子会向音源侧移动。若将吸音材射波时，空气粒子会向音源侧移动。若将吸音材料放置在距离刚壁料放置在距离刚壁A A4(A4(A为
7、音波波长为音波波长) )位置时，由位置时，由于此处压力倾斜大，空气振动最大，吸音效果最于此处压力倾斜大，空气振动最大，吸音效果最好。例如，音速为好。例如，音速为340 m340 ms s，当背后空气层为，当背后空气层为5 5、9 9、1414、19 cm19 cm，低中音声音频率为，低中音声音频率为1 2001 200、700700、500500、400 Hz400 Hz时，所对应的时，所对应的A A4 4处分别为处分别为7 7、1212、l7l7、21 em21 em。但实际安装位置却在。但实际安装位置却在A A4 4更靠近音源更靠近音源处，这与材料中的表观音速降低、吸音材料正反处，这与材料
8、中的表观音速降低、吸音材料正反两面及刚壁的反射波相互干涉等复杂因素有关两面及刚壁的反射波相互干涉等复杂因素有关厚度的影响厚度的影响 一般，吸音材料厚度在一般，吸音材料厚度在3 cm3 cm范围内增范围内增308I308I，对低频，对低频声音的吸音率是渐增的；但若厚度达到声音的吸音率是渐增的；但若厚度达到4 cm4 cm以上，吸音以上，吸音率随厚度增加变化不大。例如，当声音频率在率随厚度增加变化不大。例如，当声音频率在1 600 Hz1 600 Hz左右、非织造材料厚度为左右、非织造材料厚度为4 cm4 cm时，改变背后空气层，测时，改变背后空气层，测得吸音率在得吸音率在0 08 8左右且变化较
9、小。据此可知，非织造材左右且变化较小。据此可知，非织造材料厚度增到料厚度增到4 cm4 cm以上对吸音性能的影响较小。以上对吸音性能的影响较小。 可利用特性阻抗和传输常数两个参数，或根据可利用特性阻抗和传输常数两个参数，或根据BiotBiot模模型中的多孔度、流阻、迷向度、黏性、热特性、密度、弹型中的多孔度、流阻、迷向度、黏性、热特性、密度、弹性模量、剪切弹性模量、泊松比等九个参数进行预测。特性模量、剪切弹性模量、泊松比等九个参数进行预测。特别是别是BiotBiot模型，适用于无透气性的材料。模型，适用于无透气性的材料。吸音特性的预测吸音特性的预测聚酯非织造材料及其边材回用材料的吸音性聚酯非织
10、造材料及其边材回用材料的吸音性 密度密度32 kg32 kgm m 、厚度、厚度50 mm50 mm的聚酯非织造材料，纤维的聚酯非织造材料，纤维呈卷曲状、截面为密圆形、线密度呈卷曲状、截面为密圆形、线密度0 022 tex22 tex其中黏合聚其中黏合聚酯纤维占酯纤维占3030( (质量分数质量分数) )，其吸音性能及绝热性能类似玻，其吸音性能及绝热性能类似玻璃绒，可将两块聚酯非织造材料重合璃绒，可将两块聚酯非织造材料重合( (厚度厚度50 mm)50 mm)用作简用作简易无音响室的吸音材料。易无音响室的吸音材料。 聚酯非织造材料边材回用时，通过对聚酯非织造材料边材聚酯非织造材料边材回用时，通
11、过对聚酯非织造材料边材进行粉碎切断、添加黏合剂、热压、纺粘加工等四道工序，生进行粉碎切断、添加黏合剂、热压、纺粘加工等四道工序，生产出的吸音材料性能稍差于原材料。如材料中混有粗于产出的吸音材料性能稍差于原材料。如材料中混有粗于0 022 22 textex的纤维则会影响材料的吸音性能，此时应适当减少黏合剂的纤维则会影响材料的吸音性能，此时应适当减少黏合剂的添加量。据测定，的添加量。据测定， ( (单位面积的流动阻抗单位面积的流动阻抗) )为为3 6113 61114 175 14 175 NsNsm m 的聚酯非织造边材回用材料对声音频率为的聚酯非织造边材回用材料对声音频率为250250l 2
12、50 l 250 HzHz的吸音效果，与的吸音效果，与6 6为为6 1406 14039 200 Ns39 200 Nsm m 的聚酯非织造材的聚酯非织造材料的吸音效果相当。根据料的吸音效果相当。根据 可近似推测出特性阻抗和传输常数。可近似推测出特性阻抗和传输常数。又因为绝热性能稍好于同密度的玻璃绒，故可兼用作吸音材料又因为绝热性能稍好于同密度的玻璃绒，故可兼用作吸音材料和绝热材料。和绝热材料。 建筑物局部使用吸音材料的目的：一方面是控建筑物局部使用吸音材料的目的：一方面是控制噪音，如噪声源经机械室的内饰材料的吸音处理制噪音，如噪声源经机械室的内饰材料的吸音处理后可防止声音向周围扩散，屋外防音
13、屏的顶部利用后可防止声音向周围扩散，屋外防音屏的顶部利用吸音材料可增加对声音的衍射衰减效果；另一方面吸音材料可增加对声音的衍射衰减效果；另一方面是控制音响，可根据具体用途选用音响调整材料用是控制音响，可根据具体用途选用音响调整材料用作屋顶及壁的内饰材料。另外，建筑用吸音材料的作屋顶及壁的内饰材料。另外，建筑用吸音材料的选用除吸音性外，还需考虑耐久性、耐气候性、耐选用除吸音性外，还需考虑耐久性、耐气候性、耐火性、耐冲击性、施工性，以及图案和成本。火性、耐冲击性、施工性，以及图案和成本。建筑用吸音材料建筑用吸音材料 。1 1、控制噪音、控制噪音一停车场的噪音对策一停车场的噪音对策(90 dB(90
14、 dB，A A级级) )室内顶壁覆有玻璃绒室内顶壁覆有玻璃绒板，可降低噪音。玻璃绒密度为板，可降低噪音。玻璃绒密度为32 kg32 kgm m ，玻璃板厚，玻璃板厚50 mm50 mm，通过拒水处理能令声音衰减，通过拒水处理能令声音衰减5 51O dB1O dB。但是玻璃。但是玻璃绒的操作环境较差，最近有用废材聚酯瓶生产的纤维多绒的操作环境较差，最近有用废材聚酯瓶生产的纤维多孔板作为其代替品，但在成本方面存在问题。孔板作为其代替品，但在成本方面存在问题。-防音屏防音屏高速公路上的多用防音屏可扩大衍射衰减效果，最近多高速公路上的多用防音屏可扩大衍射衰减效果，最近多采用由聚丙烯酸酯制成的采光型防音
15、屏。采用由聚丙烯酸酯制成的采光型防音屏。-高性能隔音结构高性能隔音结构两层板壁型两层板壁型( (内有螺旋型玻璃绒，以柱分隔内有螺旋型玻璃绒，以柱分隔) )比一层板壁比一层板壁型轻且隔音性能好，对中高音域的隔音效果可改进型轻且隔音性能好，对中高音域的隔音效果可改进5 510 dB10 dB。具体应用实例具体应用实例-音乐厅音乐厅针对直接音、初期反射音及残响音而设计，所用吸针对直接音、初期反射音及残响音而设计，所用吸音材料主要为了调整残晌音，其指标是残晌时间。音材料主要为了调整残晌音，其指标是残晌时间。一般，音乐厅的参详时间设定较长，讲堂的参详时一般，音乐厅的参详时间设定较长，讲堂的参详时间设定较
16、短。间设定较短。2、控制音响、控制音响-广播台录音时为抑制音响需进行吸引处理，壁及顶多采用玻璃绒进行表面处理，一般选用透气性织物、有孔板、隔条结构等透明表面材料-会议室、办公室最近多用多孔成型板（如石棉吸音板），且都经过吸音处理。下表对不同特性的表面处理进行了归纳3、环保型吸音材料、环保型吸音材料 日本帝人公司开发了一种聚酯非织造吸音材料Sepaton利用垂直取向的非织造材料（V-lap）制成，可用作汽车吸音内饰材料、建筑用壁及顶材、铺地板材。阻燃性能高而且可以自行熄灭，这与所用原料聚酯纤维有关，可确保安全车用吸音材料V-LAP非织造材料的纤维是按厚度方向取向，可充分发挥纤维的刚度，且由于是聚
17、酯纤维，材料轻回收利用，可与超细纤维组合成多层结构，可提高吸音性能，有利于减轻车重，目前已经有所成品住宅用吸音、隔热、绝热材料日本提出到2020年 将比1990削减25%，且日本能耗的14%来自家庭消费，为此对于日本来说节能住宅使用绝热材料很有必要。纤维垂直取向、面密度一定的吸音、绝热材料V-LAP的吸音率和厚度为20mm的废毛相同，另外，结合高反射率的铝箔，其绝热性能可在密度达到一定标准时达到0.036W/(m*K),且具有透湿性能。应对环境问题应对环境问题 可利用回收材料，如回收的聚酯瓶可经过粉碎工艺后制成短纤及产品； 从纤维到纤维的化学回收利用，如回收纤维制品经过粉碎、造粒、脱色后制成聚酯原料DMT及聚酯切片，再加工成长丝及制品。生产中，聚酯纤维用的催化剂已从危险的锑改为安全的钛。 纤维垂直取向的吸音、绝热材料还开发出了环保型产品，通过将质轻、安全、易回收、耐光的聚酯纤维与功能性纤维相结合，开拓了应用领域。
