一种微粒吸声板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微粒吸声板，它包括粘结剂和吸声颗粒，吸声颗粒外表面覆盖一层粘结剂，覆盖粘结剂后的颗粒的角形系数小于1.3；所述吸声颗粒包括骨架颗粒和填充颗粒，骨架颗粒构成吸声板骨架，填充颗粒进入骨架颗粒间的孔隙形成吸声缝隙，吸声缝隙横截面的平均直径为0.07mm。本实用新型提供的微粒吸声板在保证吸声板结构强度的同时提高吸声板的吸声系数，获得较好的吸声效果。
【专利说明】一种微粒吸声板
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种吸声材料，具体涉及一种微粒吸声板。
【背景技术】
[0002] 吸声材料是借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的 材料，按其物理性能和吸声方式可分为多孔性吸声材料和共振吸声结构两大类。
[0003] 多孔性吸声材料的结构特征是材料内部有大量的、互相贯通的、向外敞开的微孔， 其吸声原理是声波进入材料孔隙后，引起孔隙中空气和材料的细小纤维振动导致摩擦和粘 滞阻力，声能转变成热能而被吸收，工程上广泛使用的有纤维材料和灰泥材料两大类。前者 包括玻璃棉和矿渣棉或以此类材料为主要原料制成的各种吸声板材或吸声构件等；后者包 括微孔砖和颗粒性矿渣吸声砖等。
[0004] 多孔性灰泥吸声材料种类繁多，由于原料使用的不同，分为矿渣吸声砖、膨胀珍珠 岩吸声砖、陶土吸声砖、砂岩环保吸声板等。虽然该类吸声材料种类很多，但由于受制作方 法、成孔机理和结构强度的限制，其孔隙率低，吸声系数低，吸声效果不好，都没有得到大面 积的推广。
[0005] 例如专利申请号为201210398344. 3公开了一种砂岩环保吸声板，它是由天然圆 砂粒或天然彩色圆砂粒与环氧树脂胶混合后压成板材构成基础层，膨化珍珠岩颗粒与环氧 树脂胶混合后压在板材上构成轻质层，网格布压在轻质层上起到强度拉力和骨架作用，该 吸声板采用基础层、轻质材料层、网格布层和装饰面层的四层结构，其结构复杂、制造工序 多，成本高。砖岩环保吸声板中基础层和轻质层的成孔机理是水分子蒸发环氧树脂胶固化 后出现的自然孔隙起到吸声作用，由于水分子蒸发形成的空隙是断续的、随机的，所以其孔 隙率是不可预知的，并且水分子蒸发形成的空隙大多为无法通气和储气的闭孔，该闭孔是 无法完成吸声功能的，所以其吸声系数是不确定的，吸声效果并不好。并且由于采用砂粒外 表面的不规则性，造成砂粒之间粘结的比表面积增大，加大了粘结剂的用量，使该吸声板的 成本居高不下，影响其推广使用。
[0006] 上述不足仍有值得改进的地方。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的就在于针对现有技术的不足，提供一种微粒吸声板，它可以在 保证吸声板结构强度的同时提高吸声板的吸声系数，获得较好的吸声效果。
[0008] 为了实现上述目的，本实用新型提供了一种微粒吸声板，它包括粘结剂和吸声颗 粒，吸声颗粒外表面覆盖一层粘结剂，覆盖粘结剂后的吸声颗粒的角形系数小于1. 3 ;所述 吸声颗粒包括骨架颗粒和填充颗粒，骨架颗粒构成吸声板骨架，填充颗粒进入骨架颗粒间 的孔隙形成吸声缝隙。
[0009] 进一步的，上述吸声缝隙横截面的平均直径在0. 06-0. 09mm之间，优选0. 07mm。
[0010] 进一步的，所述骨架颗粒的直径为0. 8-lmm，所述填充颗粒的直径为0. 15mm;所述 骨架颗粒和填充颗粒的重量比为80-90 : 10-15。
[0011] 为了选得更多的角形系数小于1.5的颗粒，提高选料的速度，上述吸声颗粒选自 砂粒、陶粒和再生建筑废料形成的微粒。
[0012] 为了保证颗粒的粘结强度和粘结力，上述粘结剂选自环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树 脂和糠醇树脂。
[0013] 本实用新型的微粒吸声板是由两种不同直径的微粒粘合在一起形成的，其吸声机 理为声波进入吸声板时，孔隙中的空气与微粒的外表面发生摩擦，通过摩擦将声能转变成 热能消耗，而孔隙的长度增加可以促进声能的消耗，从而提高吸声效果。众所周知，微粒之 间组成的空隙有三种状态：闭孔、半连通孔和连通孔。闭孔无法储气、通气，不具有吸声功 能，因此要具备好的吸声效果，其空隙应多为半连通孔和连通孔。本实用新型提供的微粒吸 声板就具备这种优良的吸声结构，它通过骨架颗粒(直径较大的颗粒）相互紧靠粘结形成吸 声板的骨架，再通过填充颗粒(直径较小的颗粒）来填充骨架间的空隙形成吸声缝隙，从而 形成吸声所需要的一种特定微孔结构，当这种结构的微孔直径为0. 07mm时，结构具有优良 的吸声性能，它包括可储气、通气的连通孔隙和可储气、但无法通气的半连通孔隙。
[0014] 发明人经过长期的实验分析研究，影响微粒吸声板吸声性能有3个因素：微粒之 间形成孔隙的长度、形状(宽窄)和数量。孔隙的长度与吸声板的厚度有关，当微粒吸声板的 孔隙形状确定后，微粒板的厚度对吸声效果有影响。微粒板越厚，其流阻加大，吸声带宽增 大。出于经济性及使用范围的考虑，微粒板的厚度最好在l〇mm至50mm之间。
[0015] 当采用同一直径的微粒时，其形成的总孔隙率是一定的，为0.472,与颗粒直径无 关，只是随着颗粒直径的变小，颗粒间的孔隙变窄，孔隙数量变多，但孔隙率是不变的，也就 是说依靠微粒相互紧靠形成的吸声板的极限孔隙率为〇. 472。但是并不是孔隙率最大时其 吸声效果最好，如图5所示，单一直径的微粒形成的吸声板其吸声性能呈现低频不佳、高频 较好的特性。同时如图5所示，颗粒间形成的孔隙的宽窄对吸声效果是有影响的，大直径颗 粒形成的孔隙较宽，吸声的低频效果较好，小颗粒直径形成的孔隙较窄，吸声的高频效果较 好，因此孔隙的形状和数量将影响吸声频段与吸声频宽。为了使吸声板对高、低频都具有较 好的吸声效果，本实用新型人经过多次研究实验发现，通过在大直径的颗粒间填充小直径 的颗粒，使大颗粒形成的孔隙被小微粒分割成三个小的缝隙，从而使孔隙既相互连通又曲 直拐弯，既可以增加孔隙的长度，又可以得到不同形状的孔隙，从而获得较好的吸声性能。 见图7所示。
[0016] 当采用同一直径的微粒时，其孔隙是由五个微粒相互靠近形成的，理论上，该孔隙 10的最大截面积sx应该是三个互相接触的微粒形成的孔的横截面面积，如图6所示。该横 截面积理论计算方法如下所示。
[0017] Sx=(三角形面积S) -3X弓形面积Si
[0018] (1)三角形7为全等三角形，三个内角均为60°，
[0019]S= (RXC0N30。）X(RXSIN30。）=0?433R2
[0020] (2)弓形8面积Se(扇形9面积）-(三角形7面积S)
[0021] 扇形 9 面积=(60/360)X3. 14XR=0. 523R2
[0022] 8^(0.523-0.433)R2=0. 09R2
[0023] (3)孔隙 10 面积Sx
[0024]Sx=S-3X8^(0. 433-3X0. 09)R2 = 0.163R2
[0025] R--颗粒半径。
[0026] 因此，孔隙的面积与微粒半径的平方成正比，即使用微粒的直径越大，形成的孔隙 的面积也越大。
[0027] 实用新型人经过数次实验得到，当采用一种直径的砂粒形成吸声板时，直径为 0. 3mm(60-70目筛网）的砂粒的吸声系数相对较好。由上式可以求得该缝隙面积5)(=0.1631? 2 =0? 163X0. 15X0. 15=0. 00367mm2,其缝隙直径为：0? 069mm。
[0028] 当在大直径中嵌入小直径微粒时，通过计算我们知道：当五个大微粒所辖的缝隙 中嵌入一个小直径微粒时，其缝隙截面积S2:
[0029]S2=3. 14r2=3. 14X(0. 155R) 2=3. 14X0. 024R2=0. 075R2
[0030] 当缝隙直径变大时，吸声的峰值变小，频道变窄。当缝隙直径等于0. 069mm时，吸 声系数呈现最佳状态。等缝隙进一步变窄，则中频变差。所以，缝隙直径〇.〇7mm为最佳吸 声缝隙。
[0031] 若大微粒直径为0. 8mm时，S2=0. 012mm2,相当于增加了 3个直径为0. 07mm的小圆 缝隙。即：〇. 8mm大微粒内嵌小颗粒形成的缝隙与0. 3mm微粒形成的缝隙是相等的，故其 吸声性能也较好。
[0032] 当缝隙的直径为0. 07mm时，缝隙的数量增加3倍，吸声系数呈现出将单个峰值进 行了削弱，同时扩大了全频道的吸声性能。
[0033] 因此经过多次实验，发明人确认直径为0. 8-lmm的颗粒中内嵌0. 15mm颗粒形成的 孔隙的宽窄对于高低频的吸声效果都是合适的。本实用新型最佳的配比方案为：80-90份 ￠0. 8-lmm的骨架颗粒、10-15份￠0. 15mm填充颗粒。
[0034]而为了保证颗粒间形成孔隙的均匀与一致性，颗粒的圆度要求也是十分重要的。 理论上圆球状的颗粒相靠时其形成的孔隙是最大的，但实际上使用的颗粒的形状总是不规 则的，当不规则的颗粒相靠时形成的孔隙一方面会变小，另一方面在局部会发生堵死孔隙 形成"闭孔"的现象，因此最终会使微粒吸声板的总孔隙率变小，同时会生成许多对吸声没 用的"闭孔"，降低微粒吸声板的声学性能。因此，控制颗粒的圆度是十分重要的。
[0035] 在理论上，我们用角形系数来表征颗粒的圆度，它是以颗粒的实际比表面积比上 相应理想球体的比表面积得到的，因此它可以表示颗粒形状偏离圆球状的程度，角形系数 越大，颗粒的形状越不规则，越偏离圆球状。因此为了获得较大的孔隙率及吸声孔隙，我们 选择用于吸声板制备的颗粒的角形系数应小于1. 3,尽量保证颗粒呈圆形，当大微粒直径为 0? 8mm时，并内嵌0? 15mm的微粒形成，形成缝隙面积S2=0. 12mm形成了三个相当于增加了 3个直径为0. 07的小圆缝隙。但实际的微粒一般角形系数小于1. 5左右，因此我们采用颗 粒外表面覆盖粘结剂的方法来修正颗粒的圆度，颗粒在外覆粘结剂后应保证角形系数达到 1. 3,呈基本圆形。
[0036] 进一步的，为了减小覆膜厚度，同时保证颗粒被修圆，应选择吸声颗粒的角形系数 小于1. 5,因为选择角形系数小于1. 5的颗粒可以保证在覆膜颗粒角形系数达到1. 3时其颗 粒外表面覆盖粘结剂的厚度在〇. 1-0. 2mm之间，达到最佳声学性能。因为颗粒覆膜(粘结剂） 过厚的话，在重力的作用下会在颗粒表面形成"泪滴"，这种多余的泪滴会堵塞缝隙，影响微 粒吸声板的声学性能；而覆膜太薄的话，颗粒不容易被修圆，不易形成较大的粘结面积，粘 结强度不够。粘结剂的厚度在0.l-o. 2_，既可以保证颗粒的粘结强度，又可以减少粘结剂 的用量，降低成本。
[0037] 本实用新型对吸声颗粒进行覆膜具有两个优点：（1)可进一步提高颗粒的角形系 数，使颗粒基本呈圆球状，利于砌块吸声孔隙的形成，因为本实用新型是依靠颗粒相互挤靠 形成的孔隙来实现吸声的，若颗粒都为圆球状，则利于提高其孔隙率，但实际上颗粒基本均 为多边体，覆膜则可以将表面具有菱角的颗粒包裹成基本呈圆球状；（2)均匀覆膜可形成 较大的粘结面6,从而获得良好的机械性能，如图4所示。
[0038] 因此，本实用新型提供的微粒吸声板可以在保证吸声板结构强度的同时提高吸声 板的吸声系数，获得较好的吸声效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0039] 图1为本实用新型微粒吸声板的立体结构示意图；
[0040] 图2为本实用新型微粒吸声板的剖面示意图；
[0041] 图3为吸声颗粒的覆|旲不意图；
[0042] 图4为吸声颗粒的粘结不意图；
[0043] 图5为混合颗粒吸声板与单一直径颗粒吸声板的吸声系数对比图；
[0044] 图6为微粒孔隙示意图；
[0045] 图7为本实用新型实施例1-3和对比实施例1-8的吸声系数对比图。
[0046] 图例说明：1、骨架；2、连通孔；3、半连通孔；4、吸声颗粒；5、粘结剂；6、粘结面；7、 三角形；8、弓形；9、扇形；10、孔隙；11、骨架颗粒；12、填充颗粒。
【具体实施方式】
[0047] 为了更加清楚的理解本实用新型的目的、技术方案及有益效果，下面结合具体实 施例和附图对本实用新型做进一步的说明，但并不将本实用新型的保护范围限定在以下实 施例中。
[0048] 参见图1、图2,本实用新型提供的微粒吸声板的孔隙是依靠不同直径的微粒紧密 挤靠而形成的。它是依靠骨架颗粒11形成吸声板的骨架1，通过填入一定比例的填充颗粒 12 (较细颗粒）来填充骨架间空隙形成吸声缝隙，吸声缝隙横截面的平均直径为0. 07mm，从 而形成吸声所需要的一种特定微孔结构。当这种微孔直径为〇. 〇7_时，结构具有优良的吸 声性能，包括可储气、通气的连通孔2和可储气、但无法通气的半连通孔3。下面以具体实施 例说明本实用新型微粒吸声板的具体制作工艺。
[0049] 实施例1 :
[0050] 1、原料选择：选择角形系数小于1. 5的风积砂砂粒，用20目和25目的筛网筛选出 0? 8mm直径的微粒；用90目和100目的筛网筛选出0? 15mm直径的微粒。
[0051] 2、原料混合：取4>0. 8mm微粒90kg，4>0. 15mm微粒10kg混合均勻。
[0052] 3、覆盖粘结剂：将上述混合好的原料放入一密封装置内，启动密封装置顶部连接 的吸尘器，除去原料中的泥浆和灰尘后关闭；然后密闭装置底部通入压缩空气搅动原料悬 浮，同时雾状喷入粘结剂环氧树脂3kg，控制粘结剂的喷入速度为20mg/s，喷完后取出常温 下阴干即为覆膜颗粒。经检测，覆膜颗粒的角形系数小于1. 3,颗粒外表面覆盖的粘结剂平 均厚度为〇? 12mm。
[0053] 4、制备30mm厚的吸声板：将覆膜颗粒与适量固化剂充分搅拌后，置于30mm模具内 填满，通过震动的方式使小颗粒能更好的进入大颗粒间形成的缝隙中，同时加压，当固化剂 充分交联反应完成后，脱模即得吸声板。
[0054] 将该吸声板进行强度、吸声效果等检测，结果见下表。
[0055] 实施例2 :
[0056] 1、原料选择：选择角形系数小于1. 5的陶粒，用20目和25目的筛网筛选出0. 8mm 直径的微粒；用90目和100目的筛网筛选出0. 15mm直径的微粒。
[0057] 2、原料混合：取4>0. 8mm微粒90kg，4>0. 15mm微粒10kg混合均勻。
[0058] 3、覆盖粘结剂：将上述混合好的原料放入一密封装置内，启动密封装置顶部连接 的吸尘器，除去原料中的泥浆和灰尘后关闭；然后密闭装置底部通入压缩空气搅动原料悬 浮，同时雾状喷入粘结剂酚醛树脂5kg，控制粘结剂的喷入速度为40mg/s，喷完后取出常温 下阴干即为覆膜颗粒。经检测，覆膜颗粒的角形系数小于1. 3,颗粒外表面覆盖的粘结剂平 均厚度为〇. 20mm。
[0059] 4、制备30mm厚吸声板：将覆膜颗粒与适量固化剂充分搅拌后，置于30mm模具内填 满，通过震动的方式使小颗粒能更好的进入大颗粒间形成的缝隙中，同时加压，当固化剂充 分交联反应完成后，脱模即得吸声板。
[0060] 将该吸声板进行强度、吸声效果等检测，结果见下表。
[0061] 实施例3:
[0062] 1、原料选择：选择再生建筑废料粉碎后的微粒，其角形系数小于1. 5,用20目和25 目的筛网筛选出〇? 8-lmm直径的微粒；用90目和100目的筛网筛选出0? 15mm直径的微粒。
[0063] 2、原料混合：取8-lmm微粒90kg，15mm微粒10kg混合均勻。
[0064] 3、覆盖粘结剂：将上述混合好的原料放入一密封装置内，启动密封装置顶部连接 的吸尘器，除去原料中的泥浆和灰尘后关闭；然后密闭装置底部通入压缩空气搅动原料悬 浮，同时雾状喷入粘结剂脲醛树脂和糠醇树脂l〇kg，控制粘结剂的喷入速度为30mg/s，喷 完后取出常温下阴干即为覆膜颗粒。经检测，覆膜颗粒的角形系数小于1.3,颗粒外表面覆 盖的粘结剂平均厚度为〇. 20mm。
[0065] 4、制备30mm厚吸声板：将覆膜颗粒与适量固化剂充分搅拌后，置于30mm模具内填 满，通过震动的方式使小颗粒能更好的进入大颗粒间形成的缝隙中，同时加压，当固化剂充 分交联反应完成后，脱模即得吸声板。
[0066] 将该吸声板进行强度、吸声效果等检测，结果见下表。
[0067] 对比实施例1 :具体操作同实施例1，只是步骤1中选择颗粒的角形系数小于1. 8， 经检测，覆膜后颗粒外表面覆盖的粘结剂平均厚度为〇. 〇7mm，覆膜颗粒的角形系数小于 1. 5。
[0068] 对比实施例2 :具体操作同实施例1，只是步骤1中选择颗粒的角形系数小于1. 8， 为了使覆膜后颗粒的角形系数小于1. 3,在步骤3中增加粘结剂的用量至10. 5kg，经检测， 覆膜后颗粒外表面覆盖的粘结剂平均厚度为〇. 25mm。
[0069] 对比实施例3 :具体操作同实施例1，只是改变步骤2中原料配比(骨架颗粒配比不 变，减少填充颗粒的配比）具体为：小〇. 8mm微粒90kg, 4>0. 15mm微粒8kg,根据计算其粘 结剂用量为2.94kg。
[0070] 对比实施例4 :具体操作同实施例1，只是改变步骤2中原料配比(骨架颗粒配比不 变，增加填充颗粒的配比）具体为：小〇? 8mm微粒90kg，0? 15mm微粒20kg,根据计算其粘 结剂用量为3.3kg。
[0071] 对比实施例5 :具体操作同实施例1，只是改变步骤2中原料配比(填充颗粒配比不 变，减少骨架颗粒的配比）具体为微粒60kg，4>0. 15mm微粒10kg,根据计算其粘 结剂用量为2.lkg。
[0072] 对比实施例6 :具体操作同实施例1，只是改变步骤2中原料配比(填充颗粒配比不 变，增加骨架颗粒的配比）具体为：小〇. 8mm微粒100kg，4>0. 15mm微粒10kg,根据计算其 粘结剂用量为3.3kg。
[0073] 对比实施例7 :材料选用同实施例1，只是其制备方法为将吸声颗粒与粘结剂、固 化剂直接混合、搅拌、加压成型。
[0074] 对比实施例8 :具体操作同实施例1，只是原料选择仅为小0. 8mm微粒100kg。
[0075] 将本实用新型实施例与对比实施例以及目前较常使用的砖岩环保吸声砖、膨胀珍 珠岩吸声砖和陶土吸声砖进行强度、吸声效果对比，具体见下表所述：
【权利要求】
1. 一种微粒吸声板，其特征在于：包括粘结剂和吸声颗粒，所述吸声颗粒外表面覆盖 一层粘结剂，覆盖粘结剂后的吸声颗粒的角形系数小于1. 3 ;所述吸声颗粒包括骨架颗粒 和填充颗粒，骨架颗粒构成吸声板骨架，填充颗粒进入骨架颗粒间的孔隙形成吸声缝隙。
2. 根据权利要求1所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述吸声缝隙横截面的平均 直径在0.06-0. 09mm之间。
3. 根据权利要求2所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述吸声缝隙横截面的平均 直径为〇· 07mm。
4. 根据权利要求1-3中任一项所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述骨架颗粒的 粒度为〇· 8-lmm，所述填充颗粒的粒度为0· 15mm。
5. 根据权利要求1所述的一种微粒吸声板，其特征在于：选择吸声颗粒的角形系数小 于 1. 5。
6. 根据权利要求4所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述吸声颗粒外表面粘结剂 的覆盖厚度为〇. 1-0. 2mm。
7. 根据权利要求1所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述吸声板的厚度在l〇_50mm 之间。
8. 根据权利要求1所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述吸声颗粒选自砂粒、陶粒 和再生建筑废料形成的微粒。
9. 根据权利要求1所述的一种微粒吸声板，其特征在于：所述粘结剂选自环氧树脂、酚 醛树脂、脲醛树脂和糠醇树脂。
【文档编号】C04B26/12GK204079799SQ201420403232
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】钱伟鑫, 沈加曙 申请人:四川正升声学科技有限公司