馬學(xué)樂，劉　亞

(天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387)

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噪音污染及吸音材料的發(fā)展

馬學(xué)樂，劉亞

(天津工業(yè)大學(xué)，天津 300387)

文章主要介紹了噪音污染的危害及吸音材料的吸音機(jī)理，重點(diǎn)分析了影響非織造吸音材料吸音效果的因素，并對(duì)其前景進(jìn)行了展望。

噪音污染；吸音材料；非織造布

噪音的污染已經(jīng)成為當(dāng)今四大環(huán)境污染(噪聲污染、水污染、大氣污染及固體廢棄物污染)之一。噪音對(duì)于人們的健康、生活和學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)面影響，因此吸音降噪已經(jīng)成為一個(gè)亟待解決的問題，吸音材料的研究成為了解決這一問題的主要方法之一，其中非織造吸音材料因?yàn)槠鋬?yōu)良的性能得到了廣泛的應(yīng)用。

1　噪音簡介

影響人們正常生活的聲音統(tǒng)稱為噪音。它顯著的特點(diǎn)是無污染物的存在、不產(chǎn)生能量積累、時(shí)間有限、傳播不遠(yuǎn)、振動(dòng)源停止振動(dòng)噪音消失、不能集中治理。

1.1噪音的分類及測評(píng)

通常情況下我們所說的噪音是指環(huán)境聲學(xué)中的噪音。環(huán)境聲學(xué)[1]對(duì)于噪音分別按城市環(huán)境和噪音的產(chǎn)生機(jī)理兩方面分類。按照城市環(huán)境來分類，噪音包括：交通噪音、工業(yè)噪音、建筑施工噪音和社會(huì)生活噪音；按照產(chǎn)生機(jī)理來分類，噪音包括：空氣動(dòng)力性噪音、機(jī)械噪音和電磁噪音。

由于噪音的特殊性，國際上至今還沒有一套通用的噪音評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)，各國都有各自的標(biāo)準(zhǔn)。在聲音的測評(píng)方面分類，日本、歐洲發(fā)達(dá)國家和美國等國家的研究比較全面。

1.2噪音的危害

1.2.1長期處在噪音的環(huán)境中會(huì)嚴(yán)重影響人們的生理以及心理健康，噪音會(huì)使人們?nèi)菀赘械狡v、煩躁，影響學(xué)習(xí)能力。世界衛(wèi)生組織多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，長期生活在噪音污染環(huán)境中的孩子，在語言和認(rèn)知技能測試中成績更差，閱讀成績也較低。

1.2.2噪音影響人們的記憶力以及工作能力。在許多工廠車間里都存在著嚴(yán)重的噪音污染，這種環(huán)境會(huì)使人們很難集中注意力，同時(shí)會(huì)使得人們的基本技能(思維、計(jì)算等)變差，從而影響工作。

1.2.3近年來我國高血壓患病的機(jī)率呈增長趨勢，而噪音的污染加劇了這一問題。2011年世界衛(wèi)生組織和歐洲執(zhí)行委員會(huì)聯(lián)合研究中心完成了一項(xiàng)研究，發(fā)現(xiàn)長期在飛機(jī)、火車等噪音污染嚴(yán)重的地方生活，會(huì)導(dǎo)致高血壓和致命性心臟病等危險(xiǎn)的增加。

1.2.4孕婦在超過85分貝噪音的環(huán)境中容易造成流產(chǎn)、早產(chǎn)或者容易形成弱智兒[2]，當(dāng)噪音高于90分貝時(shí)會(huì)使人們不能進(jìn)行思考和交談，長期在噪音環(huán)境下工作會(huì)使聽力受損，甚至耳聾。

1.2.5噪音會(huì)導(dǎo)致肥胖，研究指出噪音會(huì)影響人體神經(jīng)系統(tǒng)和激素水平，包括皮質(zhì)醇、腎上腺素、去甲腎上腺素等，從而導(dǎo)致心率加快、血壓升高等問題，也會(huì)影響脂肪分解。

2　吸音材料

吸音材料是指那些能把聲能轉(zhuǎn)化為熱能或者其它能量，從而降低噪音的材料，通常把平均吸聲系數(shù)≥0.2的材料稱為吸聲材料，平均吸聲系數(shù)≥0.56的材料稱為高效吸音材料，目前這些吸音材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用與工業(yè)、交通業(yè)、建筑業(yè)等。

2.1吸音材料的分類

根據(jù)材料可以把吸音材料分為：①多孔吸音材料：纖維狀吸音材料、顆粒狀吸音材料和泡沫狀吸音材料；②共振吸音材料：單個(gè)共振器吸音材料、薄板共振吸音材料和微穿孔吸音材料；③特殊結(jié)構(gòu)吸音材料：吸音屏、吸音劈尖和空間吸音體。其中多孔吸音材料應(yīng)用得最為廣泛。

2.2吸音機(jī)理

2.2.1多孔材料吸音機(jī)理[3]

聲音是一種波，聲音的傳遞符合惠更斯原理。多孔材料具有很多微小的孔隙和孔洞，具有一定的通透性，當(dāng)聲音入射到多孔材料中，一部分被反射回來，一部分進(jìn)入多孔材料，由于聲音的傳播從而引起孔隙中空氣的震動(dòng)，使空氣和孔壁發(fā)生摩擦，在摩擦和粘帶力的作用下，聲能轉(zhuǎn)化為熱能，從而使聲波減弱。對(duì)于高頻的聲波來說，由于聲波的震動(dòng)加快，孔隙中空氣的震動(dòng)加快，空氣與孔壁的熱交換也加快，聲能的損失也就越多，所以多孔材料擁有良好的高頻吸音性能。

2.2.2共振吸音材料[4]

目前共振吸音材料多采用赫姆霍共振器原理，當(dāng)聲音入射時(shí)，材料發(fā)生共振，基于自身的摩擦和與空氣的摩擦，使聲能轉(zhuǎn)化成熱能從而達(dá)到降噪的效果。由于材料擁有固有的振動(dòng)頻率，只有當(dāng)聲波的振動(dòng)頻率和共振材料的固有振動(dòng)頻率接近時(shí)才能發(fā)生共振，此時(shí)振幅達(dá)到最大，吸音效果最佳，所以共振材料的吸音頻率范圍較窄。

2.2.3空間吸音體

空間吸音體把各個(gè)界面全暴露于聲場中，增大了與聲波接觸的幾率，聲波可以在正面被材料吸收，并且通過繞射、衍射、反射使聲波達(dá)到吸音體的各個(gè)面，擴(kuò)大了吸音的有效面積，充分發(fā)揮了材料的吸音作用。

2.3非織造吸音材料

非織造材料是由定向或隨機(jī)排列的纖維通過摩擦、抱合、粘合或這些方法的組合而成的片狀物、纖網(wǎng)或絮狀物，其原料可以是天然纖維或者化學(xué)纖維，可以是短纖、長絲或者纖維狀物質(zhì)。非織造材料具有生產(chǎn)工藝簡單、速度快、產(chǎn)率高、原料廣、用途廣等優(yōu)點(diǎn)。其產(chǎn)品質(zhì)輕、柔軟、孔隙率高，是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的多孔吸音材料之一。

2.4非織造吸音材料纖維原料的選用

非織造材料纖維原料的選用比較廣泛，可分為動(dòng)植物纖維、無機(jī)纖維和化學(xué)纖維。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)動(dòng)植物纖維在中高頻范圍內(nèi)有著良好的吸音性能，但是其防火、防蛀和防潮性能較差，不利于在環(huán)境惡劣的條件下使用；無機(jī)纖維不僅具有良好的吸音性能，而且質(zhì)輕、不燃、不腐、不易老化、強(qiáng)度高，但是其遇水或吸潮后吸音性能下降，且易脆損、污染環(huán)境、對(duì)人體健康有危害；化學(xué)纖維性能比較穩(wěn)定而且品種繁多，不腐、不易老化，并且可以根據(jù)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制，所以在非織造吸音材料的生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛。

2.5非織造吸音材料的研究

非織造材料以其優(yōu)良的特性，在建筑、工廠、家庭、汽車、航空等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。100年前Rayleigh創(chuàng)立了多孔材料的微孔粘帶吸音理論，Zwikker和Kosten以其為基礎(chǔ)進(jìn)一步建立了吸音理論，被眾學(xué)者應(yīng)用于開發(fā)新型非織造吸音材料。

張錦寬等[5]在探究針刺非織造材料吸聲性能的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)針刺非織造材料的厚度與材料的吸音性能呈線性關(guān)系，隨著厚度的增加吸音材料在中低頻段的吸音系數(shù)提高，而對(duì)于高頻段的吸音系數(shù)則是先增加達(dá)到峰值后下降，隨著針刺密度的增加也會(huì)發(fā)生相同的情況；Samson等[6]將大藥樹皮內(nèi)層纖維組織作為一種天然的非織造材料并對(duì)其進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，其對(duì)高頻聲波來說有良好的吸音效果，隨層數(shù)的增加吸音系數(shù)呈增長趨勢；Younjooh Na和Gilsoo Cho[7]以普通的滌綸纖維和中空滌綸纖維非織造材料為原料進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，中空滌綸非織造材料較普通的聚酯纖維非織造材料的吸音性能強(qiáng)。經(jīng)等離子體的處理后，中空滌綸纖維非織造材料的吸音性能有所提高，而普通的無顯著影響。

2.6非織造吸音材料的種類及影響因素

非織造吸音材料種類繁多，分類方法也不同。按加工工藝來分，可分為干法非織造材料、濕法非織造材料、聚合物直接成網(wǎng)法非織造材料；按應(yīng)用領(lǐng)域來分，可分為工業(yè)用非織造材料、建筑用非織造材料、汽車用非織造材料等。影響非織造吸音材料吸音性能的因素有多種：①厚度：隨著厚度的增加，非織造材料的吸音性能增強(qiáng)，厚度對(duì)中低頻聲波的影響比高頻聲波的影響更加顯著，當(dāng)厚度增加到一定程度時(shí)對(duì)高頻聲波的影響可以忽略不計(jì)[8]；②容重：保持織物厚度不變的情況下增加織物的容重，則中低頻聲波的吸音系數(shù)增加，高頻聲波的吸音系數(shù)有所減小[9]，但是吸音材料擁有最優(yōu)容重[10]，超過最優(yōu)值其吸音效果就會(huì)下降；

③纖維細(xì)度：纖維的直徑影響著空隙的大小和數(shù)量，從而影響非織造材料的吸音性能，纖維越細(xì)，形成的非織造材料的吸音性能越好，而且吸音系數(shù)的差距隨著聲波頻率的增大而增大[11]；④孔隙率：孔隙率是非織造材料的重要特征，對(duì)于非織造吸音材料來講，其孔隙率一般在70%以上，孔隙率升高，材料內(nèi)部通道的結(jié)構(gòu)變得越復(fù)雜，則吸音效果越好，孔隙率存在最優(yōu)值，超過最優(yōu)值后因?yàn)榉强椩觳牧线^于稀疏，其吸音效果會(huì)下降[12]；⑤異形截面：目前生產(chǎn)的主要有三角形、三葉形、十字形、中空等，異形纖維的比表面積比普通纖維的大，能形成更多微小的孔隙，所以吸音效果也會(huì)更好；⑥成網(wǎng)方式：氣流成網(wǎng)和梳理成網(wǎng)相比，氣流成網(wǎng)的纖維更具隨機(jī)性，纖維的雜亂度更好，孔隙率更高，吸音性能更好；⑦加固方式：相比熱粘合加固方式，針刺加固而成的非織造材料具有更好的吸音性能，因?yàn)獒槾谭强椩觳牧暇哂腥S空間結(jié)構(gòu)。

3　展望

目前噪音污染的防治已經(jīng)到了刻不容緩的地步，吸音材料也將在家用、工業(yè)、建筑等多個(gè)領(lǐng)域迅速發(fā)展。非織造吸音材料因?yàn)槠浜唵蔚纳a(chǎn)工藝及優(yōu)良的產(chǎn)品特性，使其在吸音材料中擁有獨(dú)特的地位。雖然許多學(xué)者一直致力于非織造吸音材料的發(fā)展，但是到目前為止還沒有出現(xiàn)一種能吸收各種頻段噪音的材料，吸音體系也有待進(jìn)一步完善，將來需更好地運(yùn)用非織造材料多孔的特性以及完善吸音體系，使得吸音材料在各頻段的吸音效果都能得到改善。非織造吸音材料生產(chǎn)工藝簡單，生產(chǎn)成本低，具有巨大經(jīng)濟(jì)效益。

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The Noise Pollution and the Development of Sound-absorbing Materials

MaXuele,LiuYa

(Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China)

This paper introduced harms of noise pollution and mechanisms of sound-absorbing materials. The influence factors of the nonwoven sound-absorbing materials were mainly analyzed， and its future was prospected.

noise pollution; sound-absorbing materials; nonwovens

2016-08-04

馬學(xué)樂(1990—)，男，河北石家莊人，碩士研究生。

TS174.1

A

1009-3028(2016)05-0051-03