超細(xì)陶瓷纖維棉復(fù)合吸音軟包的研究

王寶祥，沈毅，陳偉，單正萍，趙煥悅，鄭藝

（1.唐山華纖科技有限公司，唐山 063700；2.華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，唐山 063009）

1 前言

在科學(xué)技術(shù)日益發(fā)達(dá)的今天，噪聲污染的治理也越來越備受關(guān)注。噪聲不僅會對人體健康產(chǎn)生深度影響，而且在機械結(jié)構(gòu)和建筑層面有一定作用，甚至戰(zhàn)爭領(lǐng)域也應(yīng)用良多。因此開展降噪材料的研究對加強保障經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，治理噪音問題刻不容緩，所以吸聲材料的研發(fā)受到廣泛關(guān)注[1]。

吸聲材料包括的幾種基本類型有金屬材料、顆粒材料、泡沫材料、纖維材料、薄板振動吸聲材料、工業(yè)固體廢棄物多孔吸音材料、其他復(fù)合材料等[2]。但是傳統(tǒng)多孔吸聲材料也不是那么完美，它們有著吸聲效果受外部因素影響大、制作復(fù)雜、成本偏高等缺點。因此研制出一種新的、性能均衡的、吸聲效果好的新型吸聲材料意義重大。

纖維吸聲材料作為多孔吸聲材料的重要組成部分我們按照它的物理特性和外觀分為以下幾種：有機纖維吸聲材料、無機纖維吸聲材料、金屬纖維吸聲材料、以及纖維吸聲復(fù)合材料等[3]。其中發(fā)展最好的是纖維吸聲復(fù)合材料，通過將纖維材料和其他材料復(fù)合，不僅吸聲效率大大增加，而且還增加了耐久性和穩(wěn)定性等優(yōu)點。

而多孔材料的吸聲性能在高頻聲段表現(xiàn)優(yōu)異，近年來柔性吸聲材料的應(yīng)用越來越廣泛，如聚氨酯泡沫塑料[4]、聚酯纖維吸聲板[5]等。然而，柔性吸收器最大的缺點之一是易燃和在發(fā)生火災(zāi)事故時也會釋放出有毒氣體，對人體健康構(gòu)成極大威脅。因此，具有高吸聲性能和阻燃性能的材料仍然是科學(xué)界的一大難題。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，吸聲陶瓷作為一種剛性吸聲材料，因其獨特的孔隙結(jié)構(gòu)、耐腐蝕、環(huán)保和阻燃性能而被認(rèn)為是最佳的候選材料。到目前為止，有限的工作集中在制備具有優(yōu)良吸聲性能的陶瓷上。

本文以超細(xì)陶瓷纖維板為主要原料，通過與玻璃維氈、防火吸音布結(jié)合形成吸引軟包產(chǎn)品，以氯丁膠為粘合劑，通過噴涂的施工方式研發(fā)出一種生產(chǎn)成本低，吸音效果好、防火能力強、無甲醛污染的超細(xì)陶瓷纖維棉復(fù)合吸音軟包。

2 實驗部分

2.1 主要材料、儀器

主要材料：超細(xì)陶瓷纖維棉，玻璃纖維氈，氯丁膠。

儀器：自動切割機，噴涂機，阻抗管。

2.2 超細(xì)陶瓷纖維棉復(fù)合吸音軟包的制備

以超細(xì)陶瓷纖維棉板為芯材，玻璃纖維氈為加強層，防火吸聲布或環(huán)保皮革為飾面，氯丁膠為粘合劑，以直角、小切角、大切角、不規(guī)則形狀（定制化）的邊角處理方式，通過噴涂來制備超細(xì)陶瓷棉吸音軟包。

2.3 實驗效果評價方法

本研究評價吸音材料的性能主要是使用阻抗管法測試吸音材料的吸聲系數(shù)進(jìn)行比較。用倍頻程0-5000Hz范圍內(nèi)取4個頻率進(jìn)行測試比較，在250、500、1000、2000Hz吸聲系數(shù)下取算數(shù)平均值來算降噪系數(shù)。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸聲性能與容重的關(guān)系

以阻抗管法測定的吸音曲線為依據(jù)，測試了不同容重下的陶瓷纖維板吸聲性能，從圖1的數(shù)據(jù)可以看出，隨著容重降低，吸聲性能有所提高。這個結(jié)果與預(yù)期一致，隨著容重下降，板中的孔隙率提升，纖維棉絲有更多自由度振動，吸收聲波能量。

圖1 厚度為15mm，不同容重的陶瓷纖維板吸聲性能

3.2 吸聲性能與厚度的關(guān)系

在最佳容重基礎(chǔ)上，測試了不同厚度下的陶瓷纖維板吸聲性能，從圖2的數(shù)據(jù)可以看出，隨著厚度提升，高頻波段，吸聲效果有明顯提高，但是低頻波段有所降低，綜合考慮吸聲效果，確定25mm厚度為最佳厚度。

圖2 容重為107的陶瓷纖維板不同厚度下的吸聲性能

3.3 超細(xì)陶瓷纖維吸音材料特性及其與礦棉板對比分析

通過表1和圖三可以看出，超細(xì)陶瓷纖維吸音材料有著兩倍于礦棉板的平均吸聲系數(shù)，而且防火性能可達(dá)A1級，熱導(dǎo)系數(shù)達(dá)0.028-0.040W/（m·k），有著極佳的保溫性能，而且具有優(yōu)異的環(huán)保特性，實現(xiàn)零甲醛，零VOC、零石棉。此外，其壓縮強度高達(dá)44KPa，代表有著較高的力學(xué)性能。相比于市面常規(guī)的礦棉板，超細(xì)陶瓷纖維吸音板具有更高的降噪系數(shù)和平均吸聲系數(shù)，無論是高頻還是低頻波段，吸聲值均有顯著提升，結(jié)合其A1級防火性能，零甲醛釋放性能，在吸聲建筑材料領(lǐng)域具有無法替代的優(yōu)勢。

表1 陶瓷棉板與礦棉板的吸聲性能對比（阻抗管法）

3.4 超細(xì)陶瓷纖維吸音材料特性及其與玻璃纖維棉的對比

圖3 陶瓷棉板和礦棉板的吸聲曲線

從表2和圖4的結(jié)果可以看出，超細(xì)陶瓷纖維吸音材料降噪系數(shù)是相同厚度的玻璃纖維吸音棉的1.4倍，相比于市面常規(guī)的玻璃纖維吸音棉，超細(xì)陶瓷纖維吸音板具有更高的降噪系數(shù)和平均吸聲系數(shù)。

圖4 陶瓷棉板和礦棉板的吸聲曲線

表2 陶瓷棉板與礦棉板的吸聲性能對比（阻抗管法）

3.5 樣品中試實驗

形成了以超細(xì)陶瓷纖維棉為主材的室內(nèi)吸音裝飾樣板間，進(jìn)行了中試產(chǎn)品隨機抽樣檢驗，結(jié)果如表4和圖5所示。從數(shù)據(jù)可知，該產(chǎn)品吸聲效果良好，工藝路線可行。該產(chǎn)品可以應(yīng)用于公安審訊室、牢獄、法院等司法行政機構(gòu)、電影院、體育館、禮堂、多功能廳、會議室、報告廳、錄音室、演播室、家庭影院、家裝背景墻等聲學(xué)要求高的場所。

圖5 超細(xì)陶瓷棉吸音軟包產(chǎn)品吸聲曲線（阻抗管法）

4 結(jié)語

表3 超細(xì)陶瓷棉吸音軟包產(chǎn)品吸聲系數(shù)（阻抗管法）

通過材料與工藝上的改進(jìn)，得到了超細(xì)陶瓷棉吸音軟包，并對其進(jìn)行了吸音性能的研究分析，得到的產(chǎn)品具有以下特點：

（1）超細(xì)陶瓷棉吸音軟包具有更高的降噪系數(shù)和平均吸聲系數(shù)，無論是高頻還是低頻波段，吸聲值均有顯著提升，結(jié)合其A1級防火性能，零甲醛釋放性能，在吸聲建筑材料領(lǐng)域具有無法替代的優(yōu)勢。

（2）該產(chǎn)品各項測試指標(biāo)超出現(xiàn)有市面產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，小試和中試獲得圓滿成功，產(chǎn)品測試結(jié)果合格。可以應(yīng)用于公安審訊室、牢獄、法院等司法行政機構(gòu)、電影院、體育館、禮堂、多功能廳、會議室、報告廳、錄音室、演播室、家庭影院、家裝背景墻等聲學(xué)要求高的場所。

（3）符合國家循環(huán)經(jīng)濟的政策導(dǎo)向，采用特殊工藝生產(chǎn)，產(chǎn)品單耗比同行業(yè)降低40%，社會效益明顯。