专利名称：一种高效率纸基吸声材料及其制备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新型建筑功能材料，特别涉及能明显改善吸声材料的低、中频吸声特性的纸基吸声材料及制作工艺。
背景技术：
随着工业、交通运输业、建筑业等行业的迅速发展，噪声对人类的危害也越来越大。目前，噪声污染已同空气污染、水污染一起，被公认为当代世界三大环境公害。噪声影响正常的工作秩序和工作效率，也影响人们的日常生活和身心健康。据世界卫生组织估计，仅美国每年由噪声带来的损失就近40亿美元。可见，控制噪声已成为人类的当务之急，对吸声降噪材料的研究已成为世界各国科技工作者的重要研究方向之一。
吸声材料的发展经历了几个阶段第一阶段是利用棉、麻等天然有机材料作为吸声材料，但由于这类材料不防火、不防潮、易腐烂等因素而限制了它们的应用；第二阶段是无机材料取代了上述有机材料的阶段，如膨胀珍珠岩砌块、岩棉等，又因它们性脆、不易施工、对人体皮肤有刺激性等，未能得到广泛应用。但是这类无机吸声材料的造价低；第三个阶段是利用合成高分子材料为基本原料制取新的吸声材料。因此，市场上出现了各种类型的吸声材料，表1列出了主要吸声材料的种类。
由表1可以看出各类吸音材料的吸音性能对声音频率有选择，即我国吸声材料在低、中、高频的吸声系数不均衡，有些吸声材料对于低中频吸声效果不明显，而对于中高频吸声效果明显。因此，实际应用中常复合不同的吸音材料并附以吸声结构来满足对各个频段的高效吸收。
现有吸声材料中有相当一部分为有机高分子材料，这些有机高分子材料的成本较高，同时给相关结构带来消防隐患。还有相当一部分吸声材料强度较低，或者脆性高，这些问题影响吸声材料的运输、安装和使用寿命。
因此，基于以上诸因素，发明一种吸声效果优良、制作工艺简单、成本低、安全耐久的吸声材料是人们的希望。
发明内容
本发明的目的在于改善吸声材料对低、中频率段声波的吸收效果，以便对以中、低频率为主的交通噪声达到高效吸收的目的。同时，通过选用低成本原材料和简单易行的制备技术，降低生产成本，使该吸声材料得到广泛应用。
实现本发明目的的技术路线是，一种多孔预制纸基吸声材料，由纸制多孔基材和防水型发泡水泥浆体覆盖层组成。
所述的纸制多孔基材为相互插接的纸片形成的三角形或多边形贯通孔阵列空腔结构的材料，其三角形或多边形的外接圆直径为1mm至50mm，最佳为5mm至15mm。
所述的水泥浆体覆盖层为多孔轻集料水泥浆体覆盖层。
所述的多孔轻集料水泥浆体覆盖层由硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩、丙苯乳液、聚丙烯纤维、发泡剂、防水剂和水组成，其组成中各成分按重量份计为硅酸盐水泥100份、膨胀珍珠岩1～10份、丙苯乳液5～10份、聚丙烯纤维0.1～0.5份、发泡剂1～2份、防水剂1～5份、水40～60。
本发明的吸声材料的制备方法，其制备步骤如下1)纸基多孔基材即纸基空腔板的制备，用黄板纸片插接成三角形或多边形贯通孔阵列，其三角形或多边形的外接圆直径为1mm至50mm，最佳为5mm至15mm，2)将硅酸盐水泥，膨胀珍珠岩、丙苯乳液、聚丙烯纤维、发泡剂、防水剂和水，按设定的比例加入到搅拌机中，搅拌1～5分钟，以制成流动性良好有大量均匀气泡的浆体，3)将选定大小的纸基空腔板置于步骤(2)所配制的浆体中浸渍，使水泥浆体完全包裹住纸板，但又不封闭纸芯材料的孔洞，4)浸渍过水泥浆体的纸基空腔板按孔洞沿垂直方向放置在一个平板上，让部分浆体在重力作用下流至底部，使多孔板底部的孔封闭或半封闭，这样原来的贯通孔纸芯材料变成盲孔或半盲孔板，5)将步骤(4)所得纸基水泥浆体复合材料在常温、50％～80％相对湿度下养护20天以上，即得可使用的纸基吸声材料。
本发明所用发泡剂为普通松香酸钠，防水剂为普通无机铝盐类防水剂。
研究发现，这种空腔共振吸声结构使多孔材料内部形成一定孔隙范围的宏观和微观结构，即蜂窝状大孔与微孔相结合。在大孔隙内表面形成不同孔径的微孔，增加了对各种不同频率声音的吸收性能，使产品对低频、中频，和高频的噪音都有很好的吸收效果。同时，在空腔体内有一层多孔的吸声材料，使声音在空腔体内发生漫反射，引起腔体内空气的振动发热，从而达到消耗能量的目的。此处，还有部分声音进入材料内部的多孔结构，在材料内部发生物理作用达到吸声的作用。
纸基吸声材料的防水防潮层设计有两种方法应用于这层设计中，一种方法是苯丙乳液，即将多孔纸基材料先在水与苯丙乳液为1∶1比例的乳液中浸渍；另一方法是在防水浆体中浸渍，防水浆体由水泥、防水剂等组成。本发明所用的防水浆体由硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩、丙苯乳液、聚丙烯纤维、发泡剂、防水剂和水组成，材料强度设计按不同的水灰比配制不同稠度的泡沫水泥砂浆，这种水泥砂浆组成包括膨胀珍珠岩、硅酸盐水泥、发泡剂等，制备工艺如图1所示。并分别测出它们的3d、7d、28d强度，从图2和图3可以看到随着水灰比的增大，抗压和抗折强度呈现递减的趋势。
吸声系数设计将不同的配合比的泡沫砂浆浇注纸基多孔板，由泡沫浆体在纸芯上面的覆盖的均匀程度，再参照各个不同配合比的强度确定最佳的配合比。吸声材料吸声系数的测量，通常有混响室法和驻波管法两种。本发明采用驻波管法，即测量声波沿材料表面垂直方向传播时的吸声系数α。图4所示两个水灰比下的吸声系数，从表中可以看到在不同频率下的吸声系数均衡，每一个频率下的吸声系数均大于0.45，其中0.55水灰比下的平均吸声系数达0.6以上。
本发明的有益效果是，改善吸声材料的低、中频范围的吸声效果，同时也可以改善对高频声波的吸收效果，使材料对于噪声的各个频率吸声效果明显。同时，利用预制多孔纸板制备吸声材料，使吸声材料制备工艺简化。
图1为本发明泡沫水泥砂浆制备工艺2为本发明微孔水泥砂浆的水灰比与抗折关系3为本发明微孔水泥砂浆的水灰比与抗压关系4为本发明两个水灰比下的吸声系数曲线5纸基多孔吸声材料实物照片图6纸基多孔材料结构示意图。
图1所示泡沫水泥砂浆的制备工艺，是按设定重量比例，将普通42.5硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩、纤维、外加剂加入到小叶低速搅拌机中搅拌，搅拌均匀的发泡混合浆液流入模具成型。
具体实施例方式
采用下述的原材料，按前述的制备方法，制备水灰比为0.50和0.55的纸基吸声材料原材料1、预制多孔纸基；2、苯丙乳液和防水剂；3、膨胀珍珠岩和硅酸盐水泥；4、聚丙烯纤维。
实施例1用上述的原材料制备水灰比为0.50的纸基吸声材料组成和性能测试结果列于表2实施例2用上述的原材料制备水灰比为0.55的纸基吸声材料组成和性能测试结果列于表3表1主要吸声材料的种类
表2水灰比0.50的纸基吸声材料组成和性能测试结果
表3水灰比0.55的纸基吸声材料组成和性能测试结果
权利要求
1.一种多孔预制纸基吸声材料，其特征是该材料由纸制多孔基材和防水型发泡水泥浆体覆盖层组成。
2.如权利要求1所述的吸声材料，其特征是所述的纸制多孔基材为相互插接的纸片形成的三角形或多边形贯通孔阵列空腔结构的材料，其三角形或多边形外接圆的直径为1mm至50mm。
3.如权利要求1所述的吸声材料，其特征是所述的水泥浆体覆盖层为多孔轻集料水泥浆体覆盖层。
4.如权利要求3所述的吸声材料，其特征是所述的多孔轻集料水泥浆体覆盖层由硅酸盐水泥、膨胀珍珠岩、丙苯乳液、聚丙烯纤维、发泡剂、防水剂和水组成，其组成中各成分按重量份计为硅酸盐水泥100份、膨胀珍珠岩1～10份、丙苯乳液5～10份、聚丙烯纤维0.1～0.5份、发泡剂1～2份、防水剂1～5份、水40～60。
5.权利要求1所述的纸基吸声材料的制备方法，其特征是制备步骤如下1)纸基多孔基材即纸基空腔板的制备，用黄板纸片插接成三角形或多边形贯通孔阵列，其三角形或多边形的外接圆直径为1mm至50mm，2)将硅酸盐水泥，膨胀珍珠岩、丙苯乳液、聚丙烯纤维、发泡剂、防水剂和水，按设定的比例加入到搅拌机中，搅拌1～5分钟，以制成流动性良好有大量均匀气泡的浆体，3)将选定大小的纸基空腔板置于步骤(2)所配制的浆体中浸渍，使水泥浆体完全包裹住纸板，但又不封闭纸芯材料的孔洞，4)浸渍过水泥浆体的纸基空腔板按孔洞沿垂直方向放置在一个平板上，让部分浆体在重力作用下流至底部，使多孔板底部的孔封闭或半封闭，这样原来的贯通孔纸芯材料变成盲孔或半盲孔板，5)将步骤(4)所得纸基水泥浆体复合材料在常温、50％～80％相对湿度下养护20天以上，即得可使用的纸基吸声材料。
全文摘要
一种高效率纸基吸声材料及其制备，该吸声材料由纸制多孔基材和防水型发泡水泥浆体覆盖层组成。利用相互插接的纸片形成的三角形或多边形空腔来捕捉声波，再利用纸基材料表面所覆盖的多孔轻集料水泥浆体对声波进行漫反射和进一步的吸收。由于采取了防水措施，水泥浆体可对纸基材料起保护作用。本吸声材料首先将声波捕捉到相互独立的空腔中，再利用空腔内部的多孔水泥和轻集料上分布的大小不等的孔隙和纤维来吸收声波、消耗声能，因而，在100－2000Hz频率范围内获得了较高的吸声效果，平均吸声系数可达到0.6以上。制备本吸声材料所用的原材料来源广泛，价廉易得。另一方面，吸声材料制作工艺简单，使用方便，有利于推广应用。
文档编号E04B1/84GK1472725SQ03128220
公开日2004年2月4日 申请日期2003年6月27日 优先权日2003年6月27日
发明者水中和, 吴少鹏, 万惠文, 玄东兴, 黄学辉, 陈刚 申请人:武汉理工大学