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        復合材料吸聲性能研究

        2017-12-26 09:07:45張新亮
        時代農(nóng)機 2017年10期
        關(guān)鍵詞:發(fā)泡劑抗折聲波

        張新亮

        (重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 機械工程學院,重慶 401120)

        復合材料吸聲性能研究

        張新亮

        (重慶工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院 機械工程學院,重慶 401120)

        以聚氨酯為主原料,摻玻璃纖維,在發(fā)泡劑的作用下,制出一種新型多孔吸聲材料,采用駐波管法測試材料的吸聲系數(shù)。研究結(jié)果表明,纖維、發(fā)泡劑及厚度對材料吸聲性能有顯著影響。

        聚氨酯;纖維;吸聲系數(shù);降噪;發(fā)泡劑

        降低噪的途徑有吸聲、隔聲、阻尼減振,阻尼減振高分子材料在降噪材料中占有很大的比例。我國采用的吸聲材料以超細玻璃棉為主,它吸聲系數(shù)大、密度小,但強度低、易斷裂、易飛揚吸塵,應用受到限制。聚氨酯作為一種資源豐富、生產(chǎn)能耗低的塑料,質(zhì)量輕、吸聲隔熱好、尺寸穩(wěn)定性好、易加工。文章用發(fā)泡劑對摻有玻璃纖維的高強聚氨酯進行發(fā)泡處理,探索提高吸聲材料中低頻吸聲系數(shù)和強度的途徑。

        1 試驗部分

        (1)原料與材料制備。聚氨酯(PUR)顆粒、1,4- 二氧六環(huán)、玻璃纖維、發(fā)泡劑、檸檬酸、泡沫穩(wěn)定劑、硅酸鹽水泥。第一步:取100g聚氨酯顆粒,按照一定的配方稱取水泥、檸檬酸和泡沫穩(wěn)定劑,質(zhì)量分別為8.41g,0.07g和0.13g。將上述材料加入到500ml單頸燒瓶中,加入300m l1,4-二氧六環(huán),機械攪拌將各組分混合均勻;第二步:稱取發(fā)泡劑0.4g,加入20ml水攪拌,待泡沫豐富,緩慢加入3g玻璃纖維,待玻璃纖維分散均勻后,倒入聚氨酯混合物,攪拌得到泡沫漿體;第三步:將穩(wěn)定的泡沫漿體澆注成型,風干法除去溶劑和水;第四步:對澆注物進行脫模。

        (2)測試。在抗壓、抗折強度試驗機上測量材料在7天齡期下的強度。材料吸聲系數(shù)按GT3F-88-85所規(guī)定方法測定,使用AWA6122A型智能電聲測試儀。測125、250、500、1000、2000和4000Hz 6個中心頻率下的吸聲系數(shù)。測量頻率在1800Hz以下時用L駐波管,否則用S駐波管,所以同一種試樣均制成兩尺寸。測聲壓極大值和極小值的差P,根據(jù):a=(4×10p/20)/[1+10p/20]2計算出材料在給定頻率下的垂直吸聲系數(shù),并根據(jù)國標GT33947-83算出材料降噪系數(shù)。即中心頻率250、500、1000、2000和4000Hz時的平均吸聲系數(shù)。

        2 結(jié)果與討論

        (1)發(fā)泡劑對材料吸聲性能和強度的影響。發(fā)泡劑所產(chǎn)生氣泡液膜表面帶有相同電荷,對聚氨酯產(chǎn)生一定的分散作用,所以它是制備多孔吸聲材料的重要組分。一般發(fā)泡劑含量越高,吸聲系數(shù)越高,但用量達到某個極限后,吸聲性能不再提高。發(fā)泡劑含量分別為0.3%、0.4%、0.5%時,材料在6個頻率時的平均吸聲系數(shù)分別為0.51、0.59、0.54。

        表1 發(fā)泡劑含量在不同頻率下的吸聲系數(shù)

        通過表1可見,發(fā)泡劑含量為0.4%時材料吸聲性能要稍優(yōu)于含量為0.3%、0.5%時吸聲性能,中低頻吸聲性能較好,降噪系數(shù)達0.6。因此,適量發(fā)泡劑對材料中低頻吸聲性能的改善效果較好。發(fā)泡劑用量太少,氣孔不能充分生長,空隙率降低。用過多,放氣量也大,引起大量氣泡,很容易發(fā)生并泡現(xiàn)象使氣孔過大,聲波波長與孔尺寸相差太大時,固體孔壁與孔內(nèi)空氣摩擦減少,孔內(nèi)產(chǎn)生反射或散射也大大減少,也不容易引起孔壁振動,從而被吸收的聲能就減少。

        材料強度隨發(fā)泡劑含量增加而降低。當含量小于0.4%時強度較高,抗壓和抗折強度都在1MPa以上;當含量達0.5%時,抗壓強度和抗折強度下降明顯,分別為0.5MPa和0.43MPa,己不能滿足石膏基吸聲材料力學性能要求。發(fā)泡劑用量過多,放氣量越大,它的分散作用越強,導致強度降低。因此在制備石膏基吸聲材料時,發(fā)泡劑用量不宜過多,一般用量不大于0.4%。

        (2)玻璃纖維對材料吸聲性能和強度的影響。通過實驗得出表2所示數(shù)據(jù):

        表2 玻璃纖維含量在不同頻率下的吸聲系數(shù)

        玻璃纖維含量分別為2%、3%、4%時,材料在6個頻率下的平均吸聲系數(shù)分別為0.27、0.45、0.52。因此,玻璃纖維含量為3%時材料的吸聲性能稍優(yōu)于含量為2%、4%時的,中低頻吸聲性能較佳,降噪系數(shù)達0.6。纖維用量過少,氣孔數(shù)量不夠,空隙率過低,吸聲效果欠佳;纖維用量過多容易使氣孔過大,大氣孔不利吸聲,吸聲性能下降。

        抗壓強度隨纖維含量增大而降低,但降幅度不大。抗折強度隨纖維含量增加先增加,當含量為3%時,強度達到最大,為1.07MPa,隨后開始下降。玻璃纖維機械、彈性模量和抗拉強度都高,適量玻璃纖維能提高復合材料的抗折強度。若含量過多,則空隙率過分散不均勻,強度會顯著下降,3%時材料綜合性能最佳。

        (3)厚度對材料吸聲性能的影響。厚度能顯著地影響吸聲材料的吸聲性能和頻率范圍,材料厚度分別為5cm、7.5cm和l0cm時,它們在1000Hz以上中高頻吸聲系數(shù)相差不大。厚度為5cm時,在三種低頻下材料的吸聲系數(shù)分別為0.3、0.48、0.51,吸聲系數(shù)較低。當厚度10cm時,三種低頻下材料的吸聲系數(shù)分別為0.42、0.58、0.6,低頻吸聲系數(shù)明顯增大。因此,增加厚度可提高材料的低頻吸聲系數(shù)。

        (4)氨酯多孔復合材料的吸聲機理。在發(fā)泡劑作用下,聚氨酯內(nèi)部形成許多微孔,加入玻璃纖維后,使材料內(nèi)形成大量連通氣孔。當聲波入射到材料表面后,一部分聲波被反射,另一部分聲波透射到材料內(nèi)部。進入的這部分聲波,引起材料內(nèi)空氣振動。聲波振動帶動相鄰質(zhì)點振動,進而傳遞,這樣聲波在石膏基多孔復合材料內(nèi)傳播下去。聲波在材料內(nèi)部傳播過程中,脅迫氣孔中空氣運動,與固體孔壁產(chǎn)生摩擦,由于空氣運動的粘滯性和熱傳導效應,使聲能轉(zhuǎn)換為熱能而被消耗掉。此外聲波在多孔性吸聲材料內(nèi)經(jīng)過多次反射或散射進一步衰減,當材料內(nèi)聲波再返回時,聲波能量己經(jīng)衰減很多,只剩小部分能量,大部分被材料吸收損耗掉。

        3 結(jié)語

        發(fā)泡劑和玻璃纖維比在一定的范圍內(nèi)能顯著提高材料的吸聲性能。當發(fā)泡劑含量為0.4%、玻璃纖維含量為3%,材料的吸聲性能最佳。強度隨發(fā)泡劑含量增加而降低,當含量不超過0.4%時,抗壓強度和抗折強度較高,當含量達到0.5%時,強度下降明顯。玻璃纖維含量增加,試樣的抗折強度先增加后下降,而抗壓強度變化不大,當含量為3%時,抗折強度達最大。增加厚度可以提高材料的中低頻吸聲系數(shù),對高頻吸聲系數(shù)影響不大。

        [1]楊雪,王源升.非平面界面的多層高分子復合材料吸聲性能[J].復合材料學報,2006,23(4).

        [2]李海濤,朱錫.多孔性吸聲材料的研究進展[J].材料科學與工程學報,2004,22(6):934-938

        [3]周曦亞,凡波.吸聲材料研究的進展[J].中國陶瓷,2004,(5):26-29.

        張新亮(1981-),男,重慶人,碩士,講師,主要研究方向:智能制造技術(shù)、數(shù)控技術(shù)與數(shù)控系統(tǒng)、PLC應用、金屬熱處理、材料成型技術(shù)。

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