一种多孔吸声材料及其加工方法
【专利摘要】一种多孔吸声材料以及加工方法，其特征在于是由若干层具有微通道结构的片材经组合、叠加粘贴而形成的，其上开设有与叠加粘贴后的片材相竖直的多个开孔，其中每层微通道片材的内部排列着多个平行的微通道，相邻的两层微通道片材之间的微通道的方向相互垂直或呈不同的角度。制备时以热塑性聚合物为原料，先由带有特殊设计机头的挤出装置挤出拉伸成型，然后经定型、收卷、裁剪之后，根据应用需要选择合适的层数叠加，最后再经过不同孔径的开孔得到多孔吸声材料。本发明兼具多孔发泡材料和共振板结构的双重特点，兼有高低频吸声功能，综合性能优良，并且加工制作简单，工艺环保，成本低。
【专利说明】一种多孔吸声材料及其加工方法 【技术领域】
[〇〇〇1] 本发明属于环境材料【技术领域】，设计一种吸声材料，具体涉及一种多孔吸声材料 及其加工方法。 【背景技术】
[0002] 随着现代工业发展以及人们生活水平的提高，人们对声音、环境的要求也越来越 高。噪声污染与大气污染、水污染并列为全球三大污染，已成为一个急需解决的世界性难 题。在这种背景下，开发高效环保的吸声材料尤为重要。目前根据吸声的机理将吸声材料 分为以下三类：（1)共振吸声结构材料；（2)多孔性吸声材料；（3)其他吸声结构，主要有空 间吸声体、吸声尖劈结构、帘幕吸声体等。
[0003] 各种穿孔板、狭缝板背后设置空气层形成的吸声结构，均属于空腔共振吸声结 构。共振吸声结构可以克服多孔性吸声材料在低频范围吸声性能不好的缺陷。但是，共振 吸声结构的最大的缺点是吸声频带比较窄，当在共振频率区域附近，吸声系数很高，但当远 离共振频率，其吸声系数迅速降低。
[0004] 另一种常用的吸声材料是多孔吸声材料，其结构特征是材料内部具有大量微孔或 间隙，而且孔隙细小且在材料内部均匀分布。由于高频声波可使空隙中的空气质点振动加 快，空气与孔壁的热交换也加快，这就使多孔性吸声材料具有良好的高频吸声性能。多孔 吸声材料主要分为：有机纤维材料、无机纤维材料、金属吸声材料和泡沫材料四大类。有机 高分子材料由于具有粘弹及内阻尼特性，有利于将阻尼和其他吸声机制同时引人吸声材料 中，产生协同作用，改善其吸声性能，现被广泛应用于吸声降噪领域。高分子发泡材料是当 前大规模应用的吸声隔热材料，实际应用的主要是聚氨酯和聚苯乙烯泡沫塑料，但发泡塑 料存在强度低，结构控制比较困难，低频（〈500Hz)吸声性能较差等问题。
[0005] 早期使用的吸声材料主要为植物纤维制品，如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质 纤维板、水泥木丝板以及稻草板等有机天然纤维材料；之后无机纤维材料问世，如玻璃棉、 矿渣棉和岩棉等。泡沫吸声材料的制备方法可分为直接法（发泡法）和间接法等。所谓直 接法，就是利用发泡剂直接在熔融金属中发泡，或者利用化学反应产生大量气体在制品凝 固时减压发泡。间接法是以高分子发泡材料为基材，采用沉积法或喷溅法使之金属化，然后 加热脱出基材并烧结。除以上方法外，制备泡沫金属的方法还有渗流铸造法、粉末冶金法、 电沉积法等。
[0006] 综上所述，传统有机和无机纤维多孔吸声材料，由于性脆易断，受潮后吸声性能下 降严重等原因，适用范围受到很大的限制。对于金属类吸声材料，虽然其性能优越，但制作 成本高、质量重，还有待进一步发展。而共振吸声结构吸声频带窄。因此，迫切需要兼有高低 频吸声功能、综合性能优异的新型的多孔吸声材料，并且要求生产成本低，加工工艺环保。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高低频吸声性能良好、加工容易且 成本低的多孔吸声材料。
[0008] 本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种兼有高低频吸声功能、综合性能优 异的多孔吸声材料的加工方法，具有加工方便、工艺环保且成本低的特点。
[0009] 本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种多孔吸声材料，其特 征在于是由若干层具有微通道结构的片材经组合、叠加粘贴而成，其上开设有与叠加粘贴 后的片材相坚直的多个开孔，其中每层微通道片材的内部排列着多个平行的微通道，相邻 的两层微通道片材之间的微通道的方向相互呈不同的角度。
[0010] 作为优选，所述微通道片材的厚度为〇· 8?2mm，所述微通道的平均水力直径为 100?400 μ m，相邻的两层微通道片材之间的微通道的方向相互垂直。
[〇〇11] 作为改进，所述微通道片材是以热塑性塑料为原料经挤压成型的，所述开孔分为 两种，一种是用激光打孔机打孔形成微孔，或者，另一种是机床打孔形成穿孔；其中采用激 光打孔机打孔形成的微孔的孔径为0. 3?0. 8_，微孔与纵向平行排列的微通道相互贯通， 打孔率为1?5%，得到的结构类似于多孔发泡材料；采用打孔机打孔的穿孔的孔径为1? 5mm，打孔率为1?5%，得到的结构为微穿孔板结构。
[0012] 最后，所述微通道片材是由低密度聚乙烯材料加工而成，但不限于聚乙烯材料。
[0013] 本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种多孔吸声材料的加工 方法，其特征在于所述加工方法包括以下步骤：
[0014] 1)挤出成型：以热塑性塑料为原料，经微通道片材挤出装置导入微量气体挤出成 型得到内含微通道结构的塑料片材或板材雏形；
[0015] 2)将上述得到的塑料片材或板材雏形经拉伸冷却定型、切割收取得到微通道片 材；
[0016] 3)对微通道片材进行不同的组合、叠加和粘贴，得到多层结构材料，其中相邻两层 微通道片材之间微通道的方向呈不同的角度；
[0017] 4)最后对得到的多层结构材料进行打孔，并对其表面进行打磨或者改性，得到所 需的多孔吸声材料。
[0018] 作为改进，所述步骤1)的微通道片材挤出装置由挤出装置和供气装置组成，其中 挤出装置用于将原料塑化、横截面成型、冷却定型和收卷；供气装置提供不同压力的空气， 与挤出机头内的注射芯体连接，调节微通道横截面的变形。
[0019] 作为改进，所述步骤2)的拉伸冷却定型的冷却包括空气冷却或水冷却。
[〇〇2〇] 再改进，所述步骤2)的切割收取是采用自动控制系统，根据挤出拉伸速率，对微通 道结构片材进行自动切割收取。
[0021] 作为优选，所述步骤3)微通道片材的厚度为0. 8?2_，所述微通道的平均水力直 径为100?400 μ m，相邻的两层微通道片材之间的微通道的方向相互垂直。
[0022] 最后，所述步骤4)的打孔分为两种，一种是用激光打孔机打孔形成微孔，或者，另 一种是机床打孔形成穿孔；其中采用激光打孔机打孔形成的微孔的孔径为〇. 3?0. 8mm，吸 声材料坚直方向的微孔与纵向平行排列的微通道相互贯通，打孔率为1?5%，得到的结构 类似于多孔发泡材料；采用打孔机打孔的穿孔的孔径为1?5mm，打孔率为1?5%，得到的 结构为微穿孔板结构。
[0023] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0024] 1、由加工成型的微通道片材可自行选择加工得到共振板或者类似多孔材料，仅仅 只需改变微通道片材的层数、纵向开孔的孔径及开孔率；
[0025] 2、吸声制品的成型性好，加工成型之后，可以较方便的制作成各种形状的吸声板 及结构，并可以根据应用需求，制成异形规格。层数，厚度均可自选；
[0026] 3、整体刚度和强度较高，由于通过挤出加工得到的微通道片材在垂直于微通道的 水平方向上的拉伸性能良好，以及在垂直于微通道的坚直方向上抗压性能良好，通过简单 有效的组合叠加，制得的吸声材料(结构）力学性能优良，可以避免其他吸声材料(结构）常 见的裂纹等情况；
[0027] 4、易成型、加工简单、成本低、轻型、强度高、制作过程无污染，不需要使用化学发 泡剂；
[0028] 5、耐压性能良好，也可应用于海洋吸声材料领域。 【专利附图】
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的多孔吸声材料中的微通道片材的示意图；
[0030] 图2是本发明的多孔吸声材料的加工流程图；
[0031] 图3是实施例1制得的多孔吸声材料的结构示意图，下层微通道片材1、中间层微 通道片材2,上层微通道片材3,内置微通道4,表面开孔5;
[0032] 图4是实施例2制得的多孔吸声材料的结构示意图，下层微通道片材1、中间层微 通道片材2,上层微通道片材3,内置微通道4,表面微孔5 ;
[0033] 图5是实施例1制得的多孔吸声材料的吸声系数图。
[0034] 图6是实施例2制得的多孔吸声材料的吸声系数图。 【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0036] 实施例1
[0037] 1)由微通道片材挤出装置加工得到微通道片材，装置由挤出装置和供气装置组 成：挤出装置用于将聚合物原料塑化，横截面成型，冷却定型和收卷；供气装置提供不同压 力的空气，与挤出机头内的注射芯体连接，调节微通道横截面的变形；
[0038] 2)螺杆挤出机加热段的温度：1区：180°C，2区190°C，3区190°C，4区180°C。螺 杆转速：0-20r/min，多微通道片材挤出模头的基础间隙是1. 6mm ;
[0039] 3)挤出得到的微通道片材的参数为：片材长度30mm，厚度1. 2mm，微通道横截面水 平长度400 μ m，垂直长度350 μ m ;微通道平均水力直径385 μ m。
[0040] 4)将上述挤出得到的微通道片材截成长度为15cm的若干段，然后对其进行组合 粘贴，下层5片微通道片材依次紧密排列，上层同样工况加工的5片微通道片材与下层方向 垂直排列，上下两层之间通过粘接剂粘贴；
[0041] 5)在普通的机床上面对得到的多层微通道片材结构进行打孔处理，孔径为2mm，打 孔率为2% ;
[0042] 6)对上述得到的微通道多孔结构进行表面打磨处理；
[0043] 此例得到的多孔吸声材料类似于穿孔板结构，在不同中心频率下的吸声系数如下 表所示：
[0044]
【权利要求】
1. 一种多孔吸声材料，其特征在于是由若干层具有微通道结构的片材经组合、叠加粘 贴而成，其上开设有与叠加粘贴后的片材相坚直的多个开孔，其中每层微通道片材的内部 排列着多个平行的微通道，相邻的两层微通道片材之间的微通道的方向呈不同的角度。
2. 根据权利要求1所述的多孔吸声材料，其特征在于所述微通道片材的厚度为0. 8? 2_，所述微通道的平均水力直径为100?400μπι，相邻的两层微通道片材之间的微通道的 方向相互垂直。
3. 根据权利要求1所述的多孔吸声材料，其特征在于所述微通道片材是以热塑性塑料 为原料经挤压成型的，所述开孔分为两种，一种是用激光打孔机打孔形成微孔，或者另一种 是机床打孔形成穿孔；其中采用激光打孔机打孔形成的微孔的孔径为0. 3?0. 8mm，微孔与 纵向平行排列的微通道相互贯通，打孔率为1?5%，得到的结构类似于多孔发泡材料；采用 打孔机打孔的穿孔的孔径为1?5mm，打孔率为1?5%，得到的结构为微穿孔板结构。
4. 根据权利要求1所述的多孔吸声材料，其特征在于所述微通道片材是由低密度聚乙 烯材料加工而成，但不限于聚乙烯材料。
5. -种权利1多孔吸声材料的加工方法，其特征在于所述包括以下步骤： 1) 挤出成型：以热塑性塑料为原料，经微通道片材挤出装置导入微量气体挤出成型得 到内含微通道结构的塑料片材或板材雏形； 2) 将上述得到的塑料片材或板材雏形经拉伸冷却定型、切割收取得到微通道片材； 3) 对微通道片材进行不同的组合、叠加和粘贴，得到多层结构材料，其中相邻两层微通 道片材之间微通道的方向呈不同的角度； 4) 最后对得到的多层结构材料进行打孔，并对其表面进行打磨或者改性，得到所需的 多孔吸声材料。
6. 根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于所述步骤1)的微通道片材挤出装置由 挤出装置和供气装置组成，其中挤出装置用于将原料塑化、横截面成型、冷却定型和收卷； 供气装置提供不同压力的空气，与挤出机头内的注射芯体连接，调节微通道横截面的变形。
7. 根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于所述步骤2)的拉伸冷却定型的冷却包 括空气冷却或水冷却。
8. 根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于所述步骤2)的切割收取是采用自动控 制系统，根据挤出拉伸速率，对微通道结构片材进行自动切割收取。
9. 根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于所述步骤3)微通道片材的厚度为 0. 8?2mm，所述微通道的平均水力直径为100?400 μ m，相邻的两层微通道片材之间的微 通道的方向相互垂直。
10. 根据权利要求5所述的加工方法，其特征在于所述步骤4)的打孔分为两种，一种是 用激光打孔机打孔形成微孔，或者，另一种是机床打孔形成穿孔；其中采用激光打孔机打孔 形成的微孔的孔径为〇. 3?0. 8_，吸声材料坚直方向的微孔与纵向平行排列的微通道相 互贯通，打孔率为1?5%，得到的结构类似于多孔发泡材料；采用打孔机打孔的穿孔的孔径 为1?5mm，打孔率为1?5%，得到的结构为微穿孔板结构。
【文档编号】B32B3/26GK104097357SQ201310117614
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2013年4月7日 优先权日:2013年4月7日
【发明者】许忠斌, 王柏村, 黄兴, 胡瑜露, 周樯翔, 郑素霞, 顾云柱 申请人:宁波汇洲新材料科技发展有限公司, 浙江大学