靜音消聲復(fù)合木門的設(shè)計(jì)與制造

■劉 毅 胡極航 陳紹禹 郭洪武

(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

靜音消聲復(fù)合木門的設(shè)計(jì)與制造

■劉 毅 胡極航 陳紹禹 郭洪武

(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100083)

現(xiàn)代人特別是都市上班族，工作節(jié)奏快，生活壓力大，每天面對(duì)各種嘈雜的聲音，環(huán)境噪聲污染已成為影響人們工作效率、身心健康和生活品質(zhì)的重大危害。為了減少外界噪音對(duì)個(gè)人空間的干擾，營(yíng)造安靜的居室、辦公環(huán)境，近年來(lái)市場(chǎng)上出現(xiàn)了靜音木門產(chǎn)品（圖1），如靜音實(shí)木門[1]和靜音實(shí)木復(fù)合門等，其靜音功效主要通過(guò)三方面來(lái)實(shí)現(xiàn)：一是材料靜音，精心挑選吸音性能良好的木料，如軟木；二是超厚靜音，即通過(guò)增加門的厚度或密度來(lái)增加隔聲效果；三是結(jié)構(gòu)靜音，改造木門結(jié)構(gòu)，引入共振消聲的聲學(xué)結(jié)構(gòu)[2-3]。但是我國(guó)靜音木門的研究、開發(fā)尚處于初級(jí)階段，產(chǎn)品隔聲效果有限，技術(shù)含量低，研發(fā)能力弱，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，某些產(chǎn)品甚至?xí)斐啥挝廴尽Ｒ獙?shí)現(xiàn)復(fù)合木門的寬頻和深度靜音就必須研發(fā)新材料，這將成為未來(lái)靜音功能型復(fù)合木門的發(fā)展重點(diǎn)[4]。

另一方面，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，每年都產(chǎn)生大量的廢舊橡膠，主要來(lái)源于廢輪胎、膠管、膠帶、膠鞋、密封件、墊板等工業(yè)制品，其中以廢舊輪胎的數(shù)量最多。由于廢舊橡膠屬于熱固性的聚合物材料，很難自然降解，對(duì)水、土壤等環(huán)境污染嚴(yán)重。廢舊輪胎橡膠的清潔處理與再生利用已成為我國(guó)重點(diǎn)推動(dòng)的再生資源開發(fā)產(chǎn)業(yè)[5-6]。

本文設(shè)計(jì)利用木刨花和廢舊回收橡膠制備的木基高分子阻尼材料作為復(fù)合木門的靜音功能層，同時(shí)采用特定的聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu)從而達(dá)到對(duì)聲能的快速消耗和轉(zhuǎn)化。該復(fù)合木門原料來(lái)源廣泛、制造成本低，具有靜音減震、保溫隔熱、抗沖擊性好、價(jià)格實(shí)惠、應(yīng)用廣泛等特點(diǎn)。該設(shè)計(jì)能有效提高廢舊木材、橡膠等可再生資源的利用價(jià)值，提升功能型復(fù)合木門的技術(shù)含量和靜音效果。

1 復(fù)合木門靜音功能層的靜音原理

本設(shè)計(jì)利用高分子阻尼材料將現(xiàn)有復(fù)合木門的門芯板改造成靜音功能層，主要原理是發(fā)揮高聚物的阻尼特性。高聚物材料分子量大，分子鏈段較長(zhǎng)且容易卷曲、相互纏結(jié)，黏彈性好。當(dāng)受到外部能量或載荷作用時(shí)，大分子可以通過(guò)轉(zhuǎn)變構(gòu)象以及鏈段間由于運(yùn)動(dòng)滑移、解纏引起的內(nèi)摩擦，將外加能量轉(zhuǎn)為熱能耗散；當(dāng)外載荷去除時(shí)，由于分子鏈段間的彈性作用，又可部分或完全恢復(fù)到初始狀態(tài)，從而可以在不改變復(fù)合門厚度的條件下就能快速實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音傳播的阻隔、吸收及能量的轉(zhuǎn)化和消耗，從而獲得良好的靜音效果[4、7]。

除了使用新型吸音材料，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，還可以采用一定的聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu)，如打孔、開槽或是優(yōu)化的組合方式，這主要是根據(jù)不同材料和聲學(xué)要求，通過(guò)使聲波在波長(zhǎng)方向上發(fā)生共振或干涉，來(lái)增強(qiáng)或削弱聲音的大小，電影院、音樂廳、報(bào)告廳就是采用這樣的方式。同時(shí)也可以在這些孔或凹槽內(nèi)放置吸音件，吸音件由多孔介質(zhì)材料（如吸音棉）制成，能過(guò)濾、阻隔聲音，從而更好地實(shí)現(xiàn)靜音功能。

2 木基橡膠高聚物阻尼材料的制備[2]

（1）原料準(zhǔn)備：將人工林速生楊木、樺木或樟子松等木質(zhì)材料刨削成片狀或針狀刨花，密度0.3-0.5g/cm3，長(zhǎng)度5-25mm，寬度1-2.5mm，厚度0.2-1.0mm，木屑量＜4%，干燥至含水率8%左右；將回收廢舊輪胎去雜后粉碎，篩選出橡膠顆粒（密度0.8-1.2g/cm3，粒徑1-4mm）和橡膠粉（40-120目）。

（2）混合、施膠：將木刨花與橡膠顆粒/橡膠粉倒入鼓式拌膠機(jī)攪拌均勻，橡膠比重為25-35%，噴入異氰酸酯膠粘劑（加入5%的丙酮做稀釋劑）和少量阻燃劑，施膠量為3-6%。

（3）鋪裝：采用單層結(jié)構(gòu)組坯，均勻鋪裝物料。

（4）預(yù)壓：預(yù)壓?jiǎn)挝粔毫?.2-1.5Mpa，預(yù)壓時(shí)間30-35s，壓縮量為板坯厚度1/3左右。

（5）熱壓：熱壓?jiǎn)挝粔毫?.5-3.5Mpa，熱壓溫度150-170℃，熱壓時(shí)間8-10min，板材設(shè)定厚度為18mm，密度0.7-0.9g/cm3，含水率6-8%。

■圖1 靜音實(shí)木門■圖2 靜音復(fù)合木門■圖3 5層結(jié)構(gòu)靜音復(fù)合木門芯板■圖4 7層結(jié)構(gòu)靜音復(fù)合木門芯板（1）■圖5 7層結(jié)構(gòu)靜音復(fù)合木門芯板（2）

（6）陳放養(yǎng)生：將制備的板材碼垛陳放，養(yǎng)生48-72h，以釋放其內(nèi)部應(yīng)力，平衡板材含水率，含水率＜12%。

（7）砂光：板材陳放后，進(jìn)行表面砂光。由于橡膠的摻入，使得板材在陳放過(guò)程中，會(huì)發(fā)生厚度回彈，因此需要經(jīng)過(guò)養(yǎng)生處理和定厚砂光后才能進(jìn)行后續(xù)貼面加工。

（8）打孔、開槽：根據(jù)使用功能需要，對(duì)板材進(jìn)行打孔或開槽，設(shè)置聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu)，也可在其中放置吸音件，進(jìn)一步增強(qiáng)吸音效果。

（9）質(zhì)檢：參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T4897.3-2003)《刨花板 第3部分：在干燥狀態(tài)下使用的家具及室內(nèi)裝修用板要求》進(jìn)行理化性能檢驗(yàn)、驗(yàn)收。

（10）入庫(kù)或后加工：該種材料由木刨花與回收廢舊輪胎橡膠經(jīng)異氰酸酯膠粘劑復(fù)合而成，彈性較好，軟硬度適中，同時(shí)具有良好的靜音保溫、防潮阻燃功能。

3 靜音消聲復(fù)合木門的制造

本設(shè)計(jì)中復(fù)合木門的制造工藝與目前市場(chǎng)上實(shí)木門、實(shí)木復(fù)合門的基本相同，有關(guān)技術(shù)路線和生產(chǎn)工藝可參照?qǐng)?zhí)行，相關(guān)企業(yè)不需大規(guī)模調(diào)整工藝規(guī)程和設(shè)備布置。該復(fù)合木門由門框、門扇及其他附屬部件組成（圖2），其中門框采用實(shí)木拼板或指接材，門扇為中心對(duì)稱多層結(jié)構(gòu)，具體包括表面裝飾層、面板、芯板和骨架。

根據(jù)不同場(chǎng)所對(duì)靜音和裝飾美觀效果要求的等級(jí)不同，門扇的表面裝飾層可采用珍貴實(shí)木單板/木皮、三聚氰胺浸漬紙、真皮或軟包材料，面板采用纖維板或同時(shí)復(fù)合膠合板、穿孔板，骨架采用實(shí)木拼板或指接材，芯板采用木材-橡膠高聚物黏彈性阻尼材料，各層之間采用異氰酸酯膠粘劑經(jīng)熱壓膠合。例如圖3中，復(fù)合木門門扇采用5層結(jié)構(gòu)，其中表面貼木皮或三聚氰胺浸漬紙，面板采用中纖板，芯板采用木材-橡膠復(fù)合板材，該種木門適用于一般居室、辦公空間；圖4中，復(fù)合木門門扇采用7層結(jié)構(gòu)，其中表面貼木皮或真皮，面板采用中纖板復(fù)合膠合板或穿孔板，芯板采用木材-橡膠復(fù)合板材，該種木門適用于要求較高的酒店、影院、會(huì)議室等；圖5中，復(fù)合木門門扇采用7層結(jié)構(gòu)，其中表面貼真皮或軟包材料，面板采用中纖板，芯板采用三層結(jié)構(gòu)，即位于最中心的實(shí)木格柵/空心刨花板夾層和膠合在其兩側(cè)的木材-橡膠復(fù)合材，該種木門適用于KTV、會(huì)所等喧鬧或高檔場(chǎng)所。

由于尚沒有制定、頒布有關(guān)實(shí)木復(fù)合門的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，該復(fù)合木門的質(zhì)量檢驗(yàn)可參照林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)LYT1923-2010《室內(nèi)木質(zhì)門》執(zhí)行。

本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的靜音消聲材料，能快速實(shí)現(xiàn)對(duì)聲音的阻隔及能量的轉(zhuǎn)化，此外通過(guò)對(duì)門芯板內(nèi)部結(jié)構(gòu)和面板進(jìn)行改造和優(yōu)化，能實(shí)現(xiàn)多重隔音、吸音、消音功效，同時(shí)還具有阻燃、抗沖擊等優(yōu)異性能，可應(yīng)用于KTV、圖書館、健身中心、會(huì)議室等娛樂、辦公和家居場(chǎng)所。

（責(zé)任編輯：賀 輝）

[1]崔勇.楊木刨花-廢舊橡膠粉復(fù)合材料的工藝研究[D].哈爾濱:東北林業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文,2011.

[2]孫偉圣.木材-橡膠復(fù)合材料及其在靜音地板中的應(yīng)用研究[D].北京：中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院博士學(xué)位論文,2009.

[3]孫偉圣,傅峰,吳盛富,等.我國(guó)木基靜音地板發(fā)展現(xiàn)狀分析[J].木材工業(yè).2008,22(5):21-23.

[4]邱賢華,曹群,孫鴻燕,等.廢橡膠膠粉利用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].江西科學(xué),2006,24(3):262-264.

[5]國(guó)家工業(yè)和信息化部.再生資源綜合利用先進(jìn)適用技術(shù)目錄（第一批）[Z].2012.

[6]傅峰,曹平祥,劉君良,等著.家具裝修材增值加工技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2012.

Design and Manufacture of Mute Wooden Composite Door

Liu Yi & Hu Jihang & Chen Shaoyu & Guo Hongwu

環(huán)境噪聲污染已成為影響人們工作效率、身心健康和生活品質(zhì)的重大危害。本文簡(jiǎn)要介紹了功能型復(fù)合木門的靜音原理及制造工藝，設(shè)計(jì)了一種利用木刨花和廢舊回收橡膠等可再生資源制備的木基高分子材料作為靜音功能層的復(fù)合木門，通過(guò)高聚物的黏彈性阻尼作用及特定的聲學(xué)降噪結(jié)構(gòu)從而達(dá)到對(duì)聲能的快速消耗和能量轉(zhuǎn)化。

靜音；復(fù)合木門；廢舊回收橡膠

Environmental noise pollution has become a major hazard affects the work effciency, physical and mental health and life quality of people. The mute principle and manufacturing process of wooden functional door were briefy introduced in this paper, and designed a compound wooden door using wood based polymer materials as mute function layer, prepared from wood shavings and renewable resources such as recycled rubber, by polymer viscoelastic damping behavior and specifc acoustic noise reduction structure to achieve the fast sound energy consumption and energy conversion.

Mute; Wooden Composite Door; Recycled Rubber

TS664.02

A

1006-8260(2014)04-0018-02

北京市教委科學(xué)研究與研究生培養(yǎng)共建項(xiàng)目；北京林業(yè)大學(xué)教學(xué)改革研究項(xiàng)目（編號(hào)：BJFU2013JG027）；國(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)