車用廢紡雙密度氈吸聲隔聲性能研究*

馬 龍 丁先鋒 姜 宇

(東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品工程中心，上海，201620)

車用廢紡雙密度氈吸聲隔聲性能研究*

馬 龍 丁先鋒 姜 宇

(東華大學(xué)產(chǎn)業(yè)用紡織品工程中心，上海，201620)

利用滌棉混紡纖維制得由一層緊密氈料和一層蓬松氈料構(gòu)成的雙密度氈，并測試了雙密度氈的吸聲和隔聲性能。測試結(jié)果表明:雙密度氈對高頻噪聲的吸收效果較好，而對低頻噪聲的吸收效果較差;在一定范圍內(nèi)增加雙密度氈的厚度，可以相應(yīng)提高其吸聲性能;材料的隔聲性能與自身構(gòu)件的振動頻率有關(guān)，本試驗樣品的最高和最低隔聲量分別出現(xiàn)在聲波頻率為3 150和5 000 Hz處。

雙密度氈，廢紡纖維，吸聲系數(shù)，隔聲量

廢紡雙密度氈是指使用廢棄纖維經(jīng)開松處理，由一層緊密氈料和一層蓬松氈料黏合形成的材料。廢紡雙密度氈屬于廢紡纖維加工成的非織造布，利用熔融纖維熱黏合或酚醛樹脂添加劑黏合加固，具有吸聲和隔聲的功能，可大大減輕襯墊質(zhì)量，減少汽車耗油，以達(dá)到汽車輕量化的目的［1］。由于雙密度氈的兩層不同密度的氈料之間存在空氣層，空氣層具有彈性，起緩沖作用，可減少共振而提高材料的隔聲量，因此雙密度氈與相同厚度的單密度氈(單層氈料)相比，隔聲效果得到了顯著提高。

本文通過對雙密度氈吸聲和隔聲性能的測試與分析，總結(jié)出一定的規(guī)律，對于雙密度氈作為隔聲材料使用時的設(shè)計和選用具有一定的意義。

1 雙密度氈制造工藝

雙密度氈是以廢紡纖維為主體，經(jīng)氣流成網(wǎng)機成網(wǎng)后，形成無定向雜亂纖維網(wǎng)，纖維網(wǎng)經(jīng)過硫化機熱軋加固，通過調(diào)節(jié)硫化機的壓力分別壓制成緊密的和蓬松的氈料，即兩種不同密度的氈料，再將兩種不同密度的氈料黏合在一起，形成可用作汽車隔聲件和內(nèi)飾件的非織造雙密度氈。一般雙密度氈的制造經(jīng)過以下幾道工序:

(1)前整理

對廢紡纖維(制衣廠邊角料、紡織廠或麻織廠廢料)進(jìn)行分選、撕裂開松和除塵。

(2)纖維網(wǎng)制造

圓盤抓棉機抓包→混棉→凝棉、給棉→撒粉(酚醛樹脂)→氣流成網(wǎng)→烘燥定型→剪切。

(3)后整理

對纖維網(wǎng)進(jìn)行模壓處理，分別壓制成緊密的和蓬松的氈料，然后將密度不同的兩層氈料黏合在一起。

2 試驗部分

2.1 樣品

采用棉70%、滌綸30%的滌棉纖維制成的雙密度氈。按氈料制造工藝制得兩個樣品。

試樣1的面密度為1 770 g/m2，厚度為17 mm;其中，緊密氈和蓬松氈的面密度分別為910和860 g/m2，厚度分別為4和13 mm。

試樣2的面密度為1 933.3 g/m2，厚度為20 mm;其中，緊密氈和蓬松氈的面密度分別為1 033.3和900 g/m2，厚度分別為4和16 mm。

2.2 吸聲和隔聲性能測試

參照ISO 10534-2—1998標(biāo)準(zhǔn)，采用雙傳聲器阻抗管法對試樣進(jìn)行吸聲和隔聲性能測試。

測試儀器由5部分組成:PULSE 3550B 5通道頻譜分析儀、4206T駐波阻抗管、4189型傳聲器、7758型聲學(xué)材料測試系統(tǒng)和4231型聲學(xué)校準(zhǔn)器。

測試結(jié)果由1/3倍頻程計算并表示，其表征指標(biāo)為吸聲系數(shù)(α)和隔聲量(TL)。

吸聲系數(shù)是表示材料吸聲特性的參數(shù)，其值與聲波的入射方向和測量方法有關(guān)。吸聲系數(shù)為材料吸收的聲能(Ea)與入射到材料上的總聲能(Ei)之比，即:

α在0～1之間時，其值愈大，材料的吸聲性能愈好;α=0時，聲波完全反射，材料不吸聲;α=1時，聲能全部被吸收［2］。

隔聲量是指入射聲功率級與透射聲功率級之差，也稱傳聲損失，單位為dB，其計算公式如下:

式中:Wt——透過隔聲構(gòu)件的聲功率;

Wi——入射到隔聲構(gòu)件上的聲功率。

TL總是大于0，TL越大，隔聲性能越好。同一隔聲結(jié)構(gòu)，相對于不同的頻率具有不同的隔聲量［3］。

3 測試結(jié)果與分析

3.1 吸聲性能

圖1和圖2分別是試樣1和試樣2的吸聲性能測試曲線。可以看出:在315～5 000 Hz的頻率范圍內(nèi)，曲線呈急劇上升趨勢;而在頻率高于5 000 Hz之后，曲線呈現(xiàn)平緩態(tài)勢。這說明在一定的頻率范圍內(nèi)，隨著聲波頻率的增加，吸聲系數(shù)增大，但是超過一定頻率后，吸聲系數(shù)則不會繼續(xù)增大。

兩個試樣均屬于多孔性吸聲材料，內(nèi)部有許多與材料表面相通的小孔，具有通氣性。多孔性材料的吸聲機理是:聲波投射到多孔材料表面時，部分投入的聲波與纖維或顆粒表面產(chǎn)生內(nèi)摩擦(摩擦力來自空氣的壓縮與膨脹)，部分聲能轉(zhuǎn)變成熱能，從而使聲音的能量減小。當(dāng)高頻聲波穿過多孔材料時，聲波與纖維產(chǎn)生的摩擦較大，相應(yīng)會有較多的聲能轉(zhuǎn)化為熱能，吸聲系數(shù)就會較大;當(dāng)?shù)皖l聲波穿過多孔材料時，由于其波長很長，可以輕易地穿透和繞過障礙物，不會像高頻聲波那樣在雜亂的細(xì)小通道中產(chǎn)生摩擦而導(dǎo)致能量損耗。因此，多孔性吸聲材料主要是控制高頻噪聲，而對低頻噪聲的吸收則較差;且由于多孔性吸聲材料內(nèi)部的空隙數(shù)量以及微小通道的雜亂程度是一定的，當(dāng)吸聲系數(shù)達(dá)到最大值后，繼續(xù)增加聲波的頻率，吸聲系數(shù)不會再增大。

圖1 試樣1吸聲性能測試曲線

圖2 試樣2吸聲性能測試曲線

通過圖1和圖2的數(shù)據(jù)對比可以看出，試樣2除了在4 000 Hz時的吸聲系數(shù)小于試樣1以外，在每個頻率下的吸聲系數(shù)均大于試樣1。試樣2和試樣1的最佳吸聲系數(shù)分別是0.99和0.94，這與試樣的厚度有一定的關(guān)系。

試樣2的厚度為20 mm，試樣1的厚度為17 mm。在理論上，認(rèn)為多孔吸聲材料的厚度與吸聲系數(shù)存在著密切的關(guān)系，同種原料的多孔吸聲材料，隨著材料厚度的增加，吸聲系數(shù)有所增加。因為隨著材料厚度的增加，不僅增加了微孔的數(shù)量，而且增加了材料內(nèi)部細(xì)小通道的雜亂度和長度，當(dāng)聲波射入到材料內(nèi)部后與纖維產(chǎn)生的摩擦程度更加劇烈，所以增加了聲能的損耗，提高了吸聲系數(shù)。本文的測試結(jié)果與這一理論相符。

3.2 隔聲性能

圖3和圖4分別是試樣1和試樣2的隔聲性能測試曲線。可以看出:在200～3 150 Hz的頻率范圍內(nèi)，曲線大致呈上升的趨勢，在3 150 Hz頻率處兩試樣均達(dá)到最佳隔聲量;在頻率高于3 150 Hz之后隔聲量下降，在5 000 Hz頻率處出現(xiàn)了最低隔聲量。

圖3 試樣1隔聲性能測試曲線

圖4 試樣2隔聲性能測試曲線

由隔聲原理可知:當(dāng)聲波投射到隔層的一面時，聲波激發(fā)隔層振動，并以振動形式向另一面空間輻射聲波，此為透射聲波，透射聲波越大則隔聲量越小。當(dāng)聲波不是垂直入射，而是與隔層呈一角度θ入射時，先到隔層的聲波激發(fā)隔層內(nèi)彎曲振動波沿隔層橫向傳播，若彎曲波傳播速度與空氣中聲波漸次到達(dá)隔層表面的行進(jìn)速度一致時，聲波便會加強彎曲波的振動，這時隔層的彎曲振動和向另一面的聲波輻射都達(dá)到極大，相應(yīng)隔聲量為極小，這一現(xiàn)象稱吻合效應(yīng)。在發(fā)生吻合效應(yīng)共振頻率點附近頻率的聲波，由于與隔層振動頻率不一致而產(chǎn)生了極小的彎曲振動和聲波輻射，相應(yīng)的隔聲量就為極大。

在圖3和圖4的曲線上，5 000 Hz頻率處出現(xiàn)了最低隔聲量，3 150 Hz頻率處達(dá)到最佳隔聲量。

4 結(jié)論

通過對滌棉混紡雙密度氈的吸聲和隔聲性能測試可以得出以下結(jié)論:

(1)雙密度氈對高頻噪聲吸收效果較好，而對低頻噪聲的吸收效果則較差。

(2)吸聲材料的吸聲性能與材料的厚度有很大的關(guān)系，在一定范圍內(nèi)增加雙密度氈的厚度，可以相應(yīng)提高其吸聲性能。

(3)隔聲材料的隔聲性能與自身構(gòu)件的振動頻率有關(guān)，每種隔聲材料在不同頻率的聲波投射時都會產(chǎn)生相應(yīng)的最佳隔聲量。本試驗樣品的最高和最低隔聲量分別出現(xiàn)在聲波頻率為3 150和5 000 Hz處。

(4)在具體設(shè)計和選用吸聲和隔聲材料時，應(yīng)該結(jié)合具體需求合理地選用材料。

［1］鐘祥璋.建筑吸聲材料與隔聲材料［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

［2］周曦亞，凡波.吸聲材料研究的進(jìn)展［J］.中國陶瓷，2004(10):27-28.

［3］王晶，馮濤，李嘯塵，等.一種蜂窩紙板材料吸聲及隔聲系數(shù)的實驗測量［J］.包裝工程，2008(12):55.

Research on sound absorption and insulation of waste dual density felt for automobile

Ma Long，Ding Xianfeng，Jiang Yu
(Industrial Textile Development Center，Donghua University)

Using the cotton-polyester blended fiber to make dual density felt which consist of a layer of compact felt and a layer of fluffy felt，and test the sound insulation and absorption performance of two types of dual density felts.Test results indicated that dual density felt have good ability in absorption for high frequency sound，and not good for low frequency sound.Within certain premises，add thickness of dual density felt would increase ability in absorption for sound.The sound insulation performance of material is related to its vibration frequency，the highest and lowest sound insulation of the sample was in frequency of 3150 and 5 000 Hz in respectively.

dual density felt，waste spinning fiber，sound absorption coefficient，sound insulation value

TS176+.5

A

1004－7093(2011)11－0024－04

*上海大學(xué)生創(chuàng)新性試驗計劃項目(201035)

2011－06－29

馬龍，男，1988年生，在讀碩士研究生。主要研究方向是熔噴工藝。