专利名称：一种宽频吸声材料及吸声装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种吸声材料及吸声装置，具体涉及一种用于高速公路隧道、在宽频范围内具有较大吸声系数的高效吸声材料及应用该材料的吸声装置。
背景技术：
随着我国西部大开发的深入，高速公路的建设进入了前所未有的快速发展阶段。近年建设和规划中的高等级公路的大都分布在群山峻岭之中，为了达到快速、安全等指标，出现了大量的高速公路隧道。近年来随着公路交通建设事业的飞速发展，高速公路隧道(特别是特长隧道)越来越多，其交通噪声污染这一环境问题显得尤为突出。目前，我国建成的大多数隧道内未采取降噪措施，而隧道内壁常为混凝土、瓷砖、石材之类的硬质材料， 吸声系数很小，致使车辆在隧道内行驶时，噪声经壁面多次反射，混响声、直达声等叠加，产生较大的噪声值，使隧道内的司机、乘客和检修人员感到非常不舒适，严重影响他们身心健康，对需要长时间驻留隧道中的检修人员影响尤为严重。隧道内的强噪声可能对隧道本身也造成危害，使隧道顶部，内壁以及地面遭到一定程度的损坏，从而造成经济损失和安全隐患。为缓解城市交通压力和山区高速公路的建成，更多的公路隧道必将不断建成，我们也将面临更加严峻的隧道内噪声污染问题，在此大环境下，研究开发具有治理隧道噪声的材料和技术刻不容缓。在隧道噪声的治理方面，研究人员做过大量的研究，发现使用吸音材料能够有效地降低噪音，但由于隧道的特定环境要求及施工的特点对吸音材料的要求很高，吸音材料应持久耐用、防火、防腐、阻燃，并且使用寿命长，材料的吸音性能符合隧道内的声频特性(主要集中在300-3000 Hz的中低频范围内);应具有足够的强度，既要具有良好的抗气流冲击能力，与四周混凝上墙基良好结合，施工又要方便快捷。而目前开发的吸声材料或者由于中低频范围内吸声系数不够高，或者由于制作工艺复杂、成本较高，或者由于阻燃性能不佳，或者由于不适应于隧道内潮湿的环境等原因，均不能满足高速公路隧道用吸声材料的多重要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种能有效满足高速公路隧道用的吸声材料及吸声装置。为了达到上述目的，本发明提供了一种宽频吸声材料，包括活性炭纤维三维织物层和多孔性材料层；活性炭纤维三维织物层为两层；多孔性材料层设于两层活性炭纤维三维织物层中间；每层活性炭纤维三维织物层外表面涂覆有纳米纤维膜；多孔性材料层采用泡沫铝或水泥基多孔复合材料；纳米纤维膜的厚度为1(Γ 000μπι，优选5(T200 ym;活性碳纤维三维织物层的厚度为flO mm，优选Γ5 mm ;多孔材料层采用泡沫铝时，厚度为广10mm，优选5 6 mm ;多孔材料层采用水泥基多孔复合材料时,厚度为1 10 cm,优选4 6 cm。本发明还提供了一种采用上述吸声材料的吸声装置，通过连接件将吸声材料固定在墙体上。连接件前端为固定宽频吸声材料的连接装置，后端为空腔；空腔的深度为 (Γιοο_，优选30 50 mm η连接装置为长方体，左右两端开口，且前端面上设有多个吸声孔；连接装置的宽度与宽频吸声材料的厚度相适配；宽频吸声材料从连接装置的开口处沿长度方向(水平方向)插入连接装置内。连接装置的上、下端内表面的对应位置沿垂直方向(高度方向)分别设有两个卡片，将连接装置内部分成三个连通的隔层；上述宽频吸声材料中的多孔性材料层和两层活性炭三维织物层分别插入连接装置的中部隔层和两边隔层内。空腔由上下两端面、吸声材料和墙体围成；上、下两端面的一端分别与连接装置后端面相连，另一端沿垂直方向分别向外延伸设有连接片；上、下两端的连接片上分别设有螺栓。本发明相比现有技术具有以下优点1、活性炭纤维三维织物具有较高比表面积(1000-3000m2/g)和微孔结构(5-ΙΟΟΑ)，同时也是优良的防火材料(极限氧指数闻达50以上)；ACF的闻比表面积, 可提闻隧道内壁吸声有效面积，有利于材料的吸声系数提闻，在使用同等容重的吸声材料时，可大幅提闻公路隧道的吸声降噪效果。且活性炭材料对汽车尾气具有吸附作用，能起到一定的净化隧道内空气的作用。2、对活性炭纤维三维织物表面喷涂纳米纤维膜，起到一定的拒水作用，保证吸声材料的工作可靠性，同时还使复合材料内部的孔隙形成一定的梯度结构，对拓宽复合材料的吸声频带起到了有利作用。3、连接件通过隔层设计，方便吸声材料各层直接插入，无需采用黏合剂等进行各层连接，更加方便。同时连接件外表面设有多个吸声孔，在固定吸声材料表层的活性炭纤维三维织物的同时，也不影响吸声效果。4、将活性炭纤维三维织物与多孔性材料复合，组成三明治形式的多层复合材料，同时结合连接件后部留有一定长度的空腔，将多孔吸声和共振吸声结合起来，起到一定的协同效应，得到宽频范围尤其是中低频范围内具有较大吸声系数的高效吸声材料，从而满足高速公路隧道内使用的多重要求。5、本发明吸声装置在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数均高于O. 55，最大值可达 O. 98。
图1为本发明吸声装置的结构示意图。图中1-纳米纤维膜，2-活性炭纤维三维织物层，3-多孔性材料层，4-连接装置，41-连接装置的前端面，5-连接件，6-空腔，7-墙体，8-卡片，9-连接片，10-螺栓。
具体实施例方式下面结合附图对本发明吸声材料及吸声装置进行详细说明。实施例一
如图1所示，本发明宽频吸声材料，包括活性炭纤维三维织物层2和多孔性材料层3 ；活性炭纤维三维织物层2为两层，每层活性炭纤维三维织物层2的外表面涂覆有纳米纤维膜I。多孔性材料层3设于两层活性炭纤维三维织物层2中间。多孔性材料层3采用泡沫招。纳米纤维膜I的厚度为10 μ m,活性碳纤维三维织物层2的厚度为I mm，多孔材料层2厚度为I mm。本发明吸声装置采用上述吸声材料，包括连接件5。连接件5采用钢板整体成型，前端为中空的连接装置4，后端为与之相连通的空腔6。连接装置4为长方体，左右两端开口，且连接装置的前端面41上设有多个吸声孔(未画出)。连接装置4的上、下端内表面对应位置沿高度方向分别设有两个卡片8，将连接装置4内部分成三个连通的隔层。上述吸声材料中的多孔性材料层3和两层活性炭三维织物层2分别插入连接装置4的中部隔层和两边隔层内，各隔层的深度(即连接装置4长方体的宽度)与对应材料层的厚度一致。空腔 6由上下两端面、插入连接装置4内的吸声材料和墙体7围成。上、下两端面的一端分别与连接装置4后端面相连(上、下端面和连接装置4整体成型)，另一端沿垂直方向分别向外延伸设有连接片9。上、下两个连接片9上均设有螺栓10，吸声装置可通过螺栓10固定在隧道的墙体7上。空腔6的深度(即从连接装置4至墙体7的距离)为10 mm。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 65，最大值为O. 81。实施例二
本发明宽频吸声材料的各层材料及结构同实施例一。其中，纳米纤维膜I的厚度为100 μ m,活性碳纤维三维织物层2的厚度为4 mm,多孔材料层2厚度为6 mm。本发明吸声装置的结构同实施一。其中空腔6的深度为40 _。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 82，最大值为O. 98 ο实施例三
本发明宽频吸声材料的各层材料及结构同实施例一。其中，纳米纤维膜I的厚度为1000 μ m,活性碳纤维三维织物层2的厚度为10 mm,多孔材料层2厚度为10 mm。本发明吸声装置的结构同实施一。其中空腔6的深度为100 mm。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 70，最大值为O. 97。实施例四
本发明宽频吸声材料的结构同实施例一。其中，纳米纤维膜I的厚度为ΙΟμπι，活性碳纤维三维织物层2的厚度为I mm，多孔材料层2采用粒径为2(Γ30目膨胀珍珠岩含量为16. 5%的水泥基多孔复合材料，厚度为I cm。其中，水泥基多孔复合材料的制备过程如下取粒径为2(Γ30目膨胀珍珠岩，按照水水泥膨胀珍珠岩(重量比)=0. 775 1 0. 35称重，水泥和膨胀珍珠岩先混合均匀，然后加入水搅拌均匀后浇入模具内成形。本发明吸声装置的结构同实施一。其中空腔6的深度为10 mm。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 56，最大值为O. 78。实施例五本发明宽频吸声材料的结构同实施例一。其中，纳米纤维膜I的厚度为200 μ m，活性碳纤维三维织物层2的厚度为5 mm，多孔材料层2采用粒径为3(Γ50目膨胀珍珠岩含量为18. 8%的水泥基多孔复合材料，厚度为5 cm。其中，水泥基多孔复合材料的制备过程如下取粒径为3(Γ50目膨胀珍珠岩，按照水水泥膨胀珍珠岩(重量比)=0. 725 1 0. 4称重，水泥和膨胀珍珠岩先混合均匀，然后加入水搅拌均匀后浇入模具内成形。本发明吸声装置的结构同实施一。其中空腔6的深度为50 mm。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 78，最大值为O. 98 ο实施例六 本发明宽频吸声材料的结构同实施例一。其中，纳米纤维膜I的厚度为ΙΟΟΟμπι，活性碳纤维三维织物层2的厚度为10 mm,多孔材料层2采用粒径为3(Γ50目膨胀珍珠岩含量为18. 8%的水泥基多孔复合材料，厚度为10 cm。本发明吸声装置的结构同实施一。其中空腔6的深度为100 mm。对该吸声装置进行测试，在80-6300 Hz频段内的平均吸声系数为O. 75，最大值为O. 95。
权利要求
1.一种宽频吸声材料，其特征在于所述宽频吸声材料包括活性炭纤维三维织物层和多孔性材料层；所述活性炭纤维三维织物层为两层；所述多孔性材料层设于两层活性炭纤维三维织物层中间；所述每层活性炭纤维三维织物层外表面涂覆有纳米纤维膜；所述多孔性材料层采用泡沫铝或水泥基多孔复合材料；所述纳米纤维膜的厚度为1(Γ1000 μ m ;所述活性碳纤维三维织物层的厚度为广10 mm;所述多孔材料层采用泡沫铝时，厚度为广10mm;所述多孔材料层采用水泥基多孔复合材料时，厚度为flO cm。
2.根据权利要求1所述的宽频吸声材料，其特征在于所述纳米纤维膜的厚度为50^200 μ m;所述活性炭纤维三维织物层的厚度为:Γ5 mm ;所述多孔材料层采用泡沫铝时，厚度为5飞mm;所述多孔材料层采用水泥基多孔复合材料时，厚度为Γ6 cm。
3.—种吸声装置，通过连接件将权利要求1或2所述宽频吸声材料固定在墙体上，其特征在于所述连接件前端为固定宽频吸声材料的连接装置，后端为空腔；所述空腔的深度为 10 100 mmη
4.根据权利要求3所述的吸声装置，其特征在于所述连接装置为长方体，左右两端开口，且前端面上设有多个吸声孔；所述宽频吸声材料从所述连接装置的开口处沿长度方向插入所述连接装置内。
5.根据权利要求4所述的吸声装置，其特征在于所述连接装置的上、下端内表面的对应位置沿垂直方向分别设有两个卡片；所述连接装置内部通过所述卡片分成三个连通的隔层；所述宽频吸声材料中的多孔性材料层和两层活性炭三维织物层分别插入所述连接装置的中部隔层和两边隔层内。
6.根据权利要求3所述的吸声装置，其特征在于所述连接件的后端面沿垂直方向向外延伸设有连接片；所述连接片上设有螺栓。
7.根据权利要求3所述的吸声装置，其特征在于所述空腔的深度为3(T50mm。
全文摘要
本发明公开了一种宽频吸声材料及吸声装置。该吸声材料包括活性炭纤维三维织物层和多孔性材料层；活性炭纤维三维织物层为两层；多孔性材料层设于两层活性炭纤维三维织物层中间；每层活性炭纤维三维织物层外表面涂覆有纳米纤维膜；多孔性材料层采用泡沫铝或水泥基多孔复合材料。本发明吸声装置通过连接件将吸声材料固定在墙体上，连接件前端为固定宽频吸声材料的连接装置，后端为空腔。本发明吸声装置能有效满足高速公路隧道的使用要求。
文档编号E21D11/38GK103016030SQ20121056110
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者高强, 刘其霞, 季涛, 余进 申请人:南通大学