噪音污染及吸音材料的發(fā)展

馬學樂，劉　亞

(天津工業(yè)大學，天津 300387)

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噪音污染及吸音材料的發(fā)展

馬學樂，劉亞

(天津工業(yè)大學，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理，重點分析了影響非織造吸音材料吸音效果的因素，并對其前景進行了展望。

噪音污染；吸音材料；非織造布

噪音的污染已經成為當今四大環(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。噪音對于人們的健康、生活和學習會產生很大的負面影響，因此吸音降噪已經成為一個亟待解決的問題，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為其優(yōu)良的性能得到了廣泛的應用。

1　噪音簡介

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

1.1噪音的分類及測評

通常情況下我們所說的噪音是指環(huán)境聲學中的噪音。環(huán)境聲學[1]對于噪音分別按城市環(huán)境和噪音的產生機理兩方面分類。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生活噪音；按照產生機理來分類，噪音包括：空氣動力性噪音、機械噪音和電磁噪音。

由于噪音的特殊性，國際上至今還沒有一套通用的噪音評價方法和指標，各國都有各自的標準。在聲音的測評方面分類，日本、歐洲發(fā)達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)境中會嚴重影響人們的生理以及心理健康，噪音會使人們容易感到疲憊、煩躁，影響學習能力。世界衛(wèi)生組織多項研究發(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重的噪音污染，這種環(huán)境會使人們很難集中注意力，同時會使得人們的基本技能(思維、計算等)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)行委員會聯(lián)合研究中心完成了一項研究，發(fā)現(xiàn)長期在飛機、火車等噪音污染嚴重的地方生活，會導致高血壓和致命性心臟病等危險的增加。

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

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

2　吸音材料

吸音材料是指那些能把聲能轉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≥0.2的材料稱為吸聲材料，平均吸聲系數≥0.56的材料稱為高效吸音材料，目前這些吸音材料已經廣泛應用與工業(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特殊結構吸音材料：吸音屏、吸音劈尖和空間吸音體。其中多孔吸音材料應用得最為廣泛。

2.2吸音機理

2.2.1多孔材料吸音機理[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，當聲音入射到多孔材料中，一部分被反射回來，一部分進入多孔材料，由于聲音的傳播從而引起孔隙中空氣的震動，使空氣和孔壁發(fā)生摩擦，在摩擦和粘帶力的作用下，聲能轉化為熱能，從而使聲波減弱。對于高頻的聲波來說，由于聲波的震動加快，孔隙中空氣的震動加快，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，當聲音入射時，材料發(fā)生共振，基于自身的摩擦和與空氣的摩擦，使聲能轉化成熱能從而達到降噪的效果。由于材料擁有固有的振動頻率，只有當聲波的振動頻率和共振材料的固有振動頻率接近時才能發(fā)生共振，此時振幅達到最大，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、反射使聲波達到吸音體的各個面，擴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、纖網或絮狀物，其原料可以是天然纖維或者化學纖維，可以是短纖、長絲或者纖維狀物質。非織造材料具有生產工藝簡單、速度快、產率高、原料廣、用途廣等優(yōu)點。其產品質輕、柔軟、孔隙率高，是現(xiàn)在應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，可分為動植物纖維、無機纖維和化學纖維。經研究發(fā)現(xiàn)動植物纖維在中高頻范圍內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；無機纖維不僅具有良好的吸音性能，而且質輕、不燃、不腐、不易老化、強度高，但是其遇水或吸潮后吸音性能下降，且易脆損、污染環(huán)境、對人體健康有危害；化學纖維性能比較穩(wěn)定而且品種繁多，不腐、不易老化，并且可以根據生產工藝進行控制，所以在非織造吸音材料的生產中應用最為廣泛。

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、航空等領域有著廣泛的應用。100年前Rayleigh創(chuàng)立了多孔材料的微孔粘帶吸音理論，Zwikker和Kosten以其為基礎進一步建立了吸音理論，被眾學者應用于開發(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系，隨著厚度的增加吸音材料在中低頻段的吸音系數提高，而對于高頻段的吸音系數則是先增加達到峰值后下降，隨著針刺密度的增加也會發(fā)生相同的情況；Samson等[6]將大藥樹皮內層纖維組織作為一種天然的非織造材料并對其進行研究發(fā)現(xiàn)，其對高頻聲波來說有良好的吸音效果，隨層數的增加吸音系數呈增長趨勢；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行一系列的實驗得出結論，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。經等離子體的處理后，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、聚合物直接成網法非織造材料；按應用領域來分，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，厚度對中低頻聲波的影響比高頻聲波的影響更加顯著，當厚度增加到一定程度時對高頻聲波的影響可以忽略不計[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增加，高頻聲波的吸音系數有所減小[9]，但是吸音材料擁有最優(yōu)容重[10]，超過最優(yōu)值其吸音效果就會下降；

③纖維細度：纖維的直徑影響著空隙的大小和數量，從而影響非織造材料的吸音性能，纖維越細，形成的非織造材料的吸音性能越好，而且吸音系數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，材料內部通道的結構變得越復雜，則吸音效果越好，孔隙率存在最優(yōu)值，超過最優(yōu)值后因為非織造材料過于稀疏，其吸音效果會下降[12]；⑤異形截面：目前生產的主要有三角形、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，所以吸音效果也會更好；⑥成網方式：氣流成網和梳理成網相比，氣流成網的纖維更具隨機性，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，因為針刺非織造材料具有三維空間結構。

3　展望

目前噪音污染的防治已經到了刻不容緩的地步，吸音材料也將在家用、工業(yè)、建筑等多個領域迅速發(fā)展。非織造吸音材料因為其簡單的生產工藝及優(yōu)良的產品特性，使其在吸音材料中擁有獨特的地位。雖然許多學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，吸音體系也有待進一步完善，將來需更好地運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工藝簡單，生產成本低，具有巨大經濟效益。

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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

馬學樂(1990—)，男，河北石家莊人，碩士研究生。

TS174.1

A

1009-3028(2016)05-0051-03