一种复合吸声材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种吸声材料，尤其涉及一种复合吸声材料及其制备方法。
背景技术：
：随着经济全球化的推进，工业化进程的快速发展，城市发展迅速，在快速发展的经济下，大量的不可再生资源被消耗，“三废”排放量超标，温室效应加剧和全球气候变暖，我们的环境正遭受着越来越严重的破坏。噪声污染、大气污染、水污染和固体废弃物污染被公认为世界四大污染。而噪音是一种感觉公害，作为声音的一种，具有声学特征，区别于其他有害有毒物质引起的危害，它没有污染物，在空气中传播时并未给周围环境带来直接性的毒害性的物质，同时它对环境的影响不积累、不持久，传播的距离有限，一旦声源停止发声，噪声即消失。但噪声产生的危害是巨大的，噪音损害听力，诱发疾病，干扰工作生活，损伤仪器设备，其危害程度和噪声的频率、强度及暴露的时间密切相关。因此，吸声降噪是当前城市声环境热门的研究方向，鉴于噪声不像其他污染物可以集中处理，故需要通过特殊方式对其进行吸声处理而进行控制。噪音的控制通常有对噪声源、噪声的传播路径及接收者三者进行隔离或防护，将噪声的能量作阻绝或吸收。吸声材料是借助自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料。大多数材料都具有一定的吸声能力，一般把平均吸声系数大于0.2的材料称为吸声材料，平均吸声系数大于0.56的材料称为高效吸声材料。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、木质纤维板等。这些材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能，但防火、防腐、防潮等性能较差。此后，随着无机纤维材料的发现，如玻璃棉、岩棉等。它质轻、不燃、不腐、不易老化、价格低廉，从而渐渐替代了植物纤维的吸声材料得到广泛应用。但在施工中因纤维脆，易折断形成粉尘影响呼吸，刺激皮肤，污染环境，遇水或吸湿后吸声性能大大降低，限制了其在潮湿、高温、气流大的场所使用。泡沫型吸声材料对于中高频（500Hz以上）吸声性能优异，低频吸声性能不理想，且泡沫塑料易老化。吸声建筑材料是由多孔性建筑材料制成，如陶瓷吸声板、珍珠岩吸声板等。但吸声性能较差，而且太重，使用也不广泛。吸声金属材料轻质、强度高、耐高温，如铝质纤维板，但成本太高。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种复合吸声材料及其制备方法，本发明利用硅藻泥和草梗制成的复合吸声材料由于独特的“分子筛”结构，不仅具有环保、净化空气、呼吸调湿、阻燃、成本低、加工方便等诸多优点，而且具有很强的降低噪音功能，可以有效的吸收对人体有害的高频音段，并衰减低频噪音，缩短混响时间，具有相当广阔的应用前景。本发明是通过以下步骤来实现的：步骤一、将草梗放入2%的生石灰水中浸泡30min进行脱膜处理，去除草梗表面的蜡质层，使得与硅藻泥之间的粘结力加强；步骤二、将去除表面蜡质的草梗放入碎草机中切成40mm—100mm长度；步骤三、将硅藻泥、草梗和水按1:0.2:0.3的质量比进行混合，之后硅藻泥在水化作用下和草梗结合，然后加入1%聚乙烯醇粘结剂、1%三乙醇胺增强剂，在混合搅拌机中充分搅拌均匀后成半干状态的混合料；步骤四、将半干状态的混合料铺平在模具盒内，通过传送设备送入到压机中加压，根据用途和类型施加不同的压力，单位压力为1.5-2.0MPa，之后压密半干状态的混合料并用锁紧装置固紧，维持在受压状态下完成硅藻泥与草梗的固结；步骤五、为了缩短硬化时间，锁紧的混合料要置于温度在70-90摄氏度的强化养护窑中硬化，时间为18-24h然后卸模，再在保温状态下自然养护7天进行干燥，干燥温度为50-70℃，使混合料的含水率为5%±2%，以减少混合料的使用收缩性，提高其尺寸的稳定性，然后进行裁边整形和砂光处理以确保混合料符合用户的尺寸和厚度要求。所述草梗为稻草梗。所述稻草梗放入碎草机中切成80mm长度。一种复合吸声材料，按照上述制备方法制成。所述复合吸声材料稻草梗的含量为5-10%。所述复合吸声材料的密度为350-500kg/m3。所述复合吸声材料的厚度为2-10cm。所述复合吸声材料背部的空腔宽度为0-3cm。所述复合吸声材料稻草梗的含量为7.5%。所述复合吸声材料的密度为500kg/m3。所述复合吸声材料的厚度为8cm。所述复合吸声材料背部的空腔宽度为3cm。本发明的技术效果是：本发明拥有独特的“分子筛”结构，其孔隙率高达90%，不仅具有环保、净化空气、呼吸调湿、阻燃、成本低和加工方便的诸多优点，而且具有很强的降低噪音效果，能有效的吸收对人体有害的高频音段、衰减低频噪音、缩短混响时间，具有相当广阔的应用前景。附图说明图1为本发明制备完成的实物图。图2为本发明草梗掺量与吸声性能的关系曲线图。图3为本发明草梗的尺寸与吸声性能的关系曲线图。图4为本发明材料密度与吸声性能的关系曲线图。图5为本发明材料厚度与吸声性能的关系曲线图。图6为本发明材料背后空腔与吸声性能的关系曲线图。具体实施方式下面将结合附图1-6来详细说明本发明所具有的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质，但不能对本发明的实施和保护范围构成任何限定。由于草梗中灰分含量高，一般达到15.5%，且灰分中的主要含量是SiO2，在植物纤维中形成非极性表面，对材料的吸附和氢键的形成产生影响，从而降低草梗、硅藻泥之间的粘结力；而且草梗中的乙醚抽提物含量较高，含量高达近7%，含量主要是植物纤维中脂肪、醋和树脂。草梗的表面较光滑，影响彼此之间的粘结。因此制备前，需要对草梗进行生石灰浸泡进行脱膜处理，去除表面的蜡质层，以便加强与硅藻泥之间的粘结力。本发明制备时，将草梗放入2%的生石灰水中浸泡30min进行脱膜处理，去除草梗表面的蜡质层，使得与硅藻泥之间的粘结力加强；将去除表面蜡质的草梗放入碎草机中切成40mm×100mm长度；将硅藻泥、草梗和水按1:0.2:0.3的质量比进行混合，之后硅藻泥在水化作用下和草梗结合，然后加入1%聚乙烯醇粘结剂、1%三乙醇胺增强剂，在混合搅拌机中充分搅拌均匀后成半干状态的混合料；将半干状态的混合料铺平在模具盒内，通过传送设备送入到压机中加压，根据用途和类型施加不同的压力，单位压力为1.5-2.0MPa，之后压密半干状态的混合料并用锁紧装置固紧，维持在受压状态下完成硅藻泥与草梗的固结；为了缩短硬化时间，锁紧的混合料要置于温度在70-90摄氏度的强化养护窑中硬化，时间为18-24h然后卸模，再在保温状态下自然养护7天进行干燥，干燥温度为50-70℃，使混合料的含水率为5%±2%，以减少混合料的使用收缩性，提高其尺寸的稳定性，然后进行裁边整形和砂光处理以确保混合料符合用户的尺寸和厚度要求。所述草梗为稻草梗。所述稻草梗放入碎草机中切成80mm长度。一种复合吸声材料，按照上述制备方法制成。所述复合吸声材料稻草梗的含量为5-10%。所述复合吸声材料的密度为350-500kg/m3。所述复合吸声材料的厚度为2-10cm。所述复合吸声材料背部的空腔宽度为0-3cm。所述复合吸声材料稻草梗的含量为7.5%。所述复合吸声材料的密度为500kg/m3。所述复合吸声材料的厚度为8cm。所述复合吸声材料背部的空腔宽度为3cm。本发明的吸声原理：首先，硅藻矿物是一种纳米级的多孔材料（微孔直径约0.1-0.2微米），孔隙率高达90%，规则、整齐地排列成圆形和针行，其单位面积上的微细孔数量比木炭还要高出数千倍，其突出的分子晶格结构特征，决定了其独特的功能，空隙间相互连通并和外界彼此相贯通，再次，由于硅藻泥和稻草梗由于材料各自特性不同，在粘结剂和增强剂的作用下，结合也形成微小的孔隙，这样进一步提高了复合多孔吸声材料的孔隙率，当声源震动产生声波入射到材料面层时，由于材料面层的反射作用，反射回一部分声波，而剩余部分则进入材料内部，声波在材料内部震动带动相邻质点震动，彼此相互传递下去，而孔隙中的空气由于震动和材料壁产生摩擦，临近材料壁的空气不易流动而产生粘滞性，粘滞阻力迫使空气传播的动能转换为摩擦生成热能，使得声能逐渐衰减，从而达到吸声的目的，总体上说，本发明的复合吸声材料是靠本身多孔的特性来实现消声降噪。本发明复合吸声材料通过驻波管法测量其吸声系数。参照图2取稻草梗含量分别为：5%、7.5%、10%时，复合吸声材料的平均吸声系数分别为0.52、0.66、0.58，总的平均吸声系数是随着稻草梗含量增加而波动变化，从500Hz以内的低频曲线中，吸声性能随着材料中稻草梗含量减少而升高，这主要是稻草梗含量越低、孔隙率少，对低频的吸声效果较好，在高频阶段，吸声系数随着草梗含量增加而增大，通过图2数据表明，当稻草梗含量为7.5%时，综合吸声性能最好。参照图3分别选用直径2.0X40mm、2.0X60mm、2.0X80mm、2.0X100mm尺寸的稻草梗，通过图3中数据表明，在低频区域，材料的低频吸声性能随着稻草梗长度的增加而减小，在中高频区域，材料的中高频吸声性能随着稻草梗长度的增加而增大，这是因为多孔材料吸声主要是材料之间形成连同的空间，短小尺寸的稻草梗和硅藻泥结合更紧密、密实，空隙越细材料吸声效果越好，而对于高频声音则反而降低，当长度大于80mm后，通过增加稻草梗长度来改善材料的吸声性能的效果就不明显了,通过图3数据表明，当稻草梗长度为80mm时，综合吸声性能最好。参照图4分析可知，以声学相关理论为依据，当吸声层的厚度保持不变时，材料的吸声系数随着材料密度的增大而增大，最大吸声系数向低频方向移动，材料密度越大对于低频声音吸声的效果越好。此外，根据多孔吸声材料的特点，材料的孔隙构造、构造元素不仅对其吸声性能产生影响，而且材料两侧的压力差与气流线速度的比值即流阻密切相关，流阻大的材料，声波在其表面反射就强，通过孔隙进入材料内部的声波少，声波摩擦材料而损耗的小，流阻小的材料，声波摩擦损耗小，吸声性能差，材料的流阻与密度成正比，从图4上数据表明材料密度增大，其吸声系数向低频方向移动，吸声效果在低频区域效果好，通过图4数据表明，当复合吸声材料密度为500kg/m3时，综合吸声性能最好。参照图5当假设多孔材料为无限厚度时，声波入射至材料表面，会发生向材料内部绕射的现象，声波在材料内部逐渐延伸传播，随着距离的增加，能量和声压有一定衰减。经过图5的数据分析发现，其衰减量并不与材料的厚度成正比，这主要由材料的密度决定，材料是疏松散状而且密度较小，若要提高材料对低频声音的吸音效果可通过增加材料厚度的方法来实现，但当流阻升高到一定限定值时，材料的吸声效率则与厚度变化关系就不大了，所以，为了获得最佳吸声效果，多孔材料的厚度也需要控制一个最佳浮动值，通常情况，多孔材料对于中高频声音吸声系数较高，而相对低频声音吸声系数较低，随着材料厚度的增加，吸声频率曲线呈现由高频向低频方向移动的趋势，低频吸声系数也随之增大，这反应了吸声材料厚度和吸声系数之间的动态变化关系。表1材料厚度与吸声性能的关系材料厚度（cm）246810平均吸声系数0.580.650.720.800.76降噪系数0.560.680.700.780.82通过图5表明，4cm厚材料的平均吸声系数在低频范围极低，由表1可知，材料的平均吸声系数随着材料的厚度增加而增大，但当厚度达到8cm后，吸声性能较稳定，变化波动不大，这和前面所作分析相同，也证明提高材料的吸声性能不能仅仅依靠增加材料厚度来实现，随着对城市声环境的研究深入，城市中噪声的组成很大一部分由车辆行驶时的交通噪声构成，而其发出的频率大部分是中低频，所以，在改善城市声环境，降低噪声对生活的影响，选择合适的材料厚度，将是取得好的声环境的重要因数之一，通过图5数据表明，当材料厚度为8cm时，综合吸声性能最好。参照图6表明，增加材料背后的空腔可以改善其吸声性能，当材料背部的空腔宽度为3cm时，材料对于低频声音的吸声效果显著提高，吸声曲线由中高频向低频移动，但综合看整个频率中的平均吸声系数变化不大，也显示，在材料厚度不变情况下，要提高吸声性能，改变材料背部空腔的距离是不错的选择，也具有非常大的实践意义，通过图6数据表明，当材料背后的空腔宽度为3cm时，综合吸声性能最好。稻草梗是对本发明复合吸声材料的吸声性能起到重要影响的因子，通过改变稻草梗的长度，使得材料的高频吸声性能得到提高，而低频吸声性能则会下降。本发明复合吸声材料的低频吸声性能受材料厚度的影响很大，随着厚度增加，低频吸声性能提高，并且吸声曲线由高频向低频变化，但当材料厚度增加到8cm以上时，则吸声性能变化不大，比较稳定。本发明复合吸声材料的密度也是改变低频吸声性能的重要因素，材料密度的降低将提高低频的吸收效果，同时使得吸声曲线向低频移动。改变材料背部空腔的尺寸将影响材料的低频吸声性能，空腔的增加相当于提高了材料的厚度，可以通过调整空腔的尺寸来优化吸声频率的吸声效果。综上所述，本发明吸声材料是一种优良的吸声材料，尤其对于中、低频声音具有良好的吸声效果，同时由于密度低、质量轻、耐久、材料成本相对廉价，具有吸附甲醛、净化空气、优化环境的优点，其用途广泛，既可在城市道路和住宅家庭用于吸声降噪，也适用于电影院、音乐厅等对声音阻隔有较高要求的场所，故具有非常大的市场前景，值得大力推广和应用。相关的参考文献：1、李海涛，多孔性吸声材料的研究进展[J]，材料科学与工程学报，2004，22（6）934-938；2、周栋梁，水泥基复合多孔吸声材料的制备方法和性能[J]，噪声与振动控制，2008，28（4）：136-137；3、胡广斌，我国稻草板发展的回顾和目前存在的问题[J]，林产工业，2004，31（2）：7-10；4、匡正，叶超，吴鸣，杨军，一种现场测量材料吸声特性的新方法[J]，声学学报，2010，35（2）：162-168；5、何东林，郭占成，廖洪强，多孔吸声材料的研究进展及发展趋势[J]，材料导报，2012（1）：303-306。以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。当前第1页1 2 3