新型環(huán)保吸聲材料的應(yīng)用及展望
2015/3/16 16:56:44????來(lái)源：中國(guó)建筑裝飾網(wǎng)
引言
噪聲污染已成為當(dāng)代世界性問(wèn)題,，在危害人群健康的環(huán)境污染中,，噪聲僅次于空氣污染而位列第二,。噪聲污染對(duì)人們的聽力,、睡眠,、生理,、心理及周圍環(huán)境等方面造成很大的影響和危害,。進(jìn)入本世紀(jì)以來(lái),，隨著我國(guó)環(huán)保事業(yè)的發(fā)展以及人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),，人們?cè)诠ぷ?、學(xué)習(xí)和生活中，對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量的要求已經(jīng)越來(lái)越高,，噪聲控制已顯得尤為重要,，而解決噪聲污染問(wèn)題的主要方法之一就是使用吸聲材料。
所謂吸聲材料,，就是借自身的多孔性,、薄膜作用或共振作用而對(duì)入射聲能有吸收作用的材料,，
目前，社會(huì)對(duì)吸聲材料的需求量迅猛增長(zhǎng),，傳統(tǒng)的吸聲材料已無(wú)法滿足人們對(duì)環(huán)保性,、裝飾性更多更高要求。因此,，研究并開發(fā)應(yīng)用新的環(huán)保吸聲材料已成為努力的方向,。
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2 吸聲材料的分類和發(fā)展
聲波是一種機(jī)械波，噪聲是聲能經(jīng)過(guò)吸聲材料進(jìn)行物理過(guò)程的能量轉(zhuǎn)換,，按其吸聲機(jī)理的不同可分為多孔性吸聲材料和共振吸聲材料,。
多孔性吸聲材料主要有玻璃棉、巖棉,、泡沫鋁,、膨脹珍珠巖等;共振吸聲材料則是利用共振吸聲原理設(shè)計(jì)的一種無(wú)纖維吸聲材料，主要有薄板共振吸聲結(jié)構(gòu),、穿孔板吸聲結(jié)構(gòu),、微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)等。
多孔吸聲材料表面和內(nèi)部有無(wú)數(shù)的微細(xì)孔隙,，孔隙相互貫通并與外界相同,，因而具有一定的通氣性。當(dāng)聲波入射到材料表面時(shí),，主要有兩種機(jī)理引起聲波的衰減,，首先是由于聲波產(chǎn)生的振動(dòng)引起間隙內(nèi)的空氣運(yùn)動(dòng)，造成與孔壁的摩擦,，緊靠孔隙和纖維表面的空氣受孔壁的影響不易動(dòng)起來(lái),，因摩擦和粘滯力的作用，使相當(dāng)一部分聲能變?yōu)闊崮芟牡?。其次,，小孔中的空氣和孔隙與纖維之間的熱交換引起的熱損耗，也使聲能衰減,。高頻聲波孔隙間空氣質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)速度加快,，空氣和孔壁的熱交換也加快，使得多孔材料具有較好的高頻吸聲性能,。多孔吸聲材料是目前應(yīng)用最廣泛的吸聲材料,。我國(guó)目前生產(chǎn)的吸聲材料主要有無(wú)機(jī)纖維材料、泡沫塑料,、有機(jī)纖維材料,、金屬吸聲材料、水泥吸聲制品材料五大類,。
共振吸聲材料可分為薄板或薄膜吸聲結(jié)構(gòu),，穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)，微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)等多種,。共振結(jié)構(gòu)是利用共振器的特點(diǎn),，更有效地把聲能轉(zhuǎn)化為熱能消耗，共振吸聲結(jié)構(gòu)可用多種材料制成,，如：金屬板,、塑料板、玻璃等,。但是長(zhǎng)期以來(lái)共振吸聲結(jié)構(gòu)在吸聲材料領(lǐng)域不能替代纖維吸聲材料的原因,，主要是共振吸聲結(jié)構(gòu)存在一些不足之處，如吸聲頻帶窄,，在共振頻率附近,，吸聲系數(shù)很高，可接近于1,，一旦偏離共振峰,，吸聲系數(shù)迅速下降等，因此,，共振吸聲結(jié)構(gòu)只適用于吸收較窄頻率段的聲能,。這也是長(zhǎng)期以來(lái)共振吸聲結(jié)構(gòu)在吸聲材料領(lǐng)域不能替代纖維類吸聲材料的原因。在共振吸聲結(jié)構(gòu)中,，唯有微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)具有較寬頻帶的吸聲效果,，一定程度上彌補(bǔ)了共振吸聲頻帶窄的不足。
微穿孔吸聲結(jié)構(gòu)是在普通穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,，主要特點(diǎn)是穿孔直徑在1mm以下,，利用穿孔本身的聲阻來(lái)達(dá)到控制吸聲材料相對(duì)聲阻率的目的。它是一種低聲質(zhì)量,，高聲阻的共振吸聲結(jié)構(gòu),，與普通穿孔板相比，微穿孔板吸聲結(jié)構(gòu)不僅繼承了普通穿孔板在共振頻率處吸聲系數(shù)高的特點(diǎn),，而且他還具有吸聲頻帶較寬的特點(diǎn),。
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3 環(huán)保聲學(xué)材料的研究和運(yùn)用
根據(jù)既需要環(huán)保又需要優(yōu)越的聲學(xué)性能的需求，聲學(xué)工程師們投入了大量的精力進(jìn)行研究,，已經(jīng)有不少品質(zhì)的吸聲材料投入市場(chǎng)使用,，下面列舉比較有代表性的材料進(jìn)行介紹。
3.1 聚酯纖維吸音裝飾藝術(shù)板
原料為100%的聚酯纖維吸音裝飾藝術(shù)板,，有多種花紋和顏色可供選擇,，可滿足不同風(fēng)格和層次的裝修要求。在國(guó)內(nèi)裝飾材料和聲學(xué)工程領(lǐng)域,，應(yīng)用比較廣泛,，但材料的聲學(xué)性能尤其在中低頻段的吸聲性能存在一定的差距,。
3.2 聚酯纖維吸音棉
聚脂纖維吸音棉是為取代玻璃纖維、巖綿,、海綿等有害吸音材料而開發(fā)的新產(chǎn)品,。其環(huán)保性能是其最大的優(yōu)勢(shì)，檢測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到國(guó)家E1級(jí),，評(píng)價(jià)是能直接和人體接觸,，是最接近自然而且對(duì)人體無(wú)害對(duì)環(huán)境無(wú)污染的吸音材料。其防火性能是B1級(jí),，屬難燃產(chǎn)品,。其材料的缺點(diǎn)為吸音性能在多孔纖維吸聲材料中是比較差的。
3.3 三聚氰胺海綿
三聚氰胺,，又名密胺泡沫,，其特點(diǎn)是吸聲基材與傳統(tǒng)的海綿或泡沫塑料的材質(zhì)相類似，材料的吸聲性能,、保溫性能,、物理性能和防火性能均優(yōu)于海綿或泡沫塑料。產(chǎn)品可以用于墻面裝修,、吊頂裝修,、暖通系統(tǒng)、試驗(yàn)室系統(tǒng)的吸聲使用,，也可制成各種不同形狀的空間吸聲體,，使用范圍比較廣泛。缺點(diǎn)是在紫外線照射下有變色現(xiàn)象,，且價(jià)格較高,，表面的積灰，難以清洗,。
3.4 PET纖維棉
高性能聚酯纖維保溫是由100%的高性能聚酯纖維經(jīng)熱壓,、粘結(jié)等工序制成的優(yōu)質(zhì)保溫、吸音氈?，F(xiàn)已大量應(yīng)用在火車,、汽車、工業(yè)設(shè)備,、音箱,、空調(diào)、家庭裝修,、大型建筑物,、熱水器等的保溫隔熱及吸音、降噪上。該產(chǎn)品符合歐美多國(guó)的防火要求,。另外,，高性能保溫、吸音棉質(zhì)量比較輕,、易操作,，無(wú)毒，不含甲醛,，是玻璃棉、巖棉等傳統(tǒng)保溫,、降噪材料的理想替代品,，但其聲學(xué)性能相對(duì)稍差。
3.5 芳綸吸聲材料
芳綸吸聲材料是國(guó)內(nèi)采用間位芳綸(1313)纖維為軍工領(lǐng)域研究開發(fā)的一種新型吸聲產(chǎn)品,。其除具有良好的吸聲性能外,，還有防火、耐高溫,、高強(qiáng)度,、絕緣好、耐輻射,、化學(xué)性能穩(wěn)定等理化特性,，材料能直接和人體接觸，無(wú)任何污染,。經(jīng)過(guò)在南京大學(xué)聲學(xué)研究所采用同等厚度的幾種材料聲學(xué)性能對(duì)比測(cè)試發(fā)現(xiàn)：材料吸聲性能優(yōu)于離心玻璃棉,、三聚氰胺海綿、聚脂纖維吸音棉,，尤其在低頻段更佳,，而容重僅為離心玻璃棉的1/4。
3.6 微穿孔板共振吸聲結(jié)構(gòu)
在聲學(xué)泰斗馬大猷教授的微穿孔板共振吸聲理論指導(dǎo)下,，僅幾年產(chǎn)品的開發(fā)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,，下面重點(diǎn)介紹其材料的研究和運(yùn)用情況。
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4 超微孔吸聲材料的研究和運(yùn)用現(xiàn)狀
根據(jù)聲學(xué)泰斗馬大猷院士的微穿孔板共振吸聲理論,，經(jīng)過(guò)多年來(lái)的努力攻關(guān),，已成功大批量加工出超微孔(直徑從Φ0.05 mm～Φ0.3 mm大小不等)，在吸聲材料選取和微穿孔加工技術(shù)上均取得了重大突破,，由各種超微孔基材采用不同方式的組合成為系列化的產(chǎn)品,，如超微孔透明吸聲膜與結(jié)構(gòu)、超微孔透明吸聲板與結(jié)構(gòu),、金屬超微孔吸聲方通,、金屬超微孔蜂窩吸聲板，其材料最大的優(yōu)點(diǎn)就是使用性能穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生二次污染,，材料能重復(fù)利用,，是集裝飾、吸聲,、環(huán)保為一體的新型吸聲環(huán)保材料,。
4.1 超微孔透明吸聲膜
超微孔透明吸聲膜材質(zhì)為聚碳酸酯，具有優(yōu)良的聲學(xué)性能和物理性能,，對(duì)100～50000Hz頻率段噪聲的平均吸聲系數(shù)不低于0.80,，在共振頻率處，其吸聲系數(shù)最高達(dá)到1.05;其材料透明度達(dá)到90%,，燃燒性能達(dá)到難燃B1級(jí),，輕質(zhì)環(huán)保，無(wú)二次污染
由同濟(jì)大學(xué)聲學(xué)研究所設(shè)計(jì)的帝斯曼(上海)公司的多功能廳大量采用了用透明吸聲膜組成的空間吸聲體取得了很好的聲學(xué)裝飾效果,。
圖1 帝斯曼(上海)公司的多功能廳建聲項(xiàng)目竣工圖片
4.2高強(qiáng)超微孔透明吸聲板構(gòu)件
高強(qiáng)超微孔透明吸聲板構(gòu)件是由雙層高強(qiáng)透明超微孔吸聲板組成共振吸聲結(jié)構(gòu),，吸聲構(gòu)件分別在中科院聲學(xué)所、清華大學(xué)建筑聲學(xué)實(shí)驗(yàn)室,、中國(guó)建材質(zhì)量檢測(cè)中心進(jìn)行了聲學(xué)檢測(cè),，從測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)看，在500Hz頻率時(shí),，吸聲系數(shù)為1.03,其降噪吸聲系數(shù)NRC達(dá)到0.79,。
材料的物理性能在保持超微孔透明吸聲膜的基礎(chǔ)上，材料的物理強(qiáng)度更高,，已在國(guó)家重點(diǎn)體育場(chǎng)館-國(guó)家網(wǎng)球館得到了充分的運(yùn)用,。
圖2 國(guó)家網(wǎng)球館建聲項(xiàng)目竣工圖片
4.3 金屬超微孔蜂窩吸聲板
利用金屬超微孔板和蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)合成為金屬超微孔蜂窩吸聲板，面板選用優(yōu)質(zhì)鋁板為基材,，面板厚度為0.5mm～0.8mm,，芯材為六角形鋁蜂窩芯，面板上分布孔徑為0.2mm的超微孔,，利用蜂窩芯材網(wǎng)格細(xì)化超微孔背后空腔分割,，形成了一個(gè)個(gè)亥姆霍茲共振吸聲結(jié)構(gòu)，有效提高了吸聲構(gòu)件的聲學(xué)性能,。
蜂窩板固有的高強(qiáng)度和裝飾性能,，表面采用氟碳輥涂，顏色可以任意選擇,，很好的解決了室內(nèi)聲學(xué)裝修材料需要良好聲學(xué)性能和表面強(qiáng)度的難題,。經(jīng)權(quán)威部門檢測(cè)：平均吸聲系數(shù)達(dá)到0.98，防火等級(jí)達(dá)到A2級(jí),。
圖3 航天某院凈化吸聲項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)竣工圖片
圖4 南京德盈國(guó)際廣場(chǎng)建聲項(xiàng)目竣工圖片
4.4 金屬超微孔吸聲方通
目前,，大型公共建筑如火車站候車室與站臺(tái),、地鐵站、機(jī)場(chǎng)候車廳,、會(huì)展中心,、圖書館、體育場(chǎng)館等等場(chǎng)所普遍使用的條形天花,、鋁方通,、鋁掛片等材料作為吊頂材料，傳統(tǒng)的吊頂裝飾材料如條形天花,、鋁合金方通,、鋁合金掛片，無(wú)論從材料的裝飾性能和安裝工藝等方面均比較成熟,，這些室內(nèi)的裝飾材料對(duì)大型公共建筑的裝飾效果起到了至關(guān)重要的作用,，但也存在著這些材料沒(méi)有吸聲功能，無(wú)法同時(shí)滿足室內(nèi)降低噪聲和混響的需求,。如果在傳統(tǒng)的條形天花、鋁合金方通上加工超微孔,，利用微穿孔板共振吸聲原理,，可以很好的保持原有材料的裝飾效果，同時(shí)增加了較好的吸聲性能,。就可成為一種比較完美的聲學(xué)裝飾材料,。
圖5 馬鞍山會(huì)展中心建聲項(xiàng)目竣工圖片
圖6 馬鞍山體育中心體育館建聲項(xiàng)目竣工圖片
4.5 超微孔吸聲材料的特點(diǎn)
① 聲學(xué)性能優(yōu)異,，尤其在低頻段均具有良好的吸聲性能;由于利用微孔共振吸聲,，基材采用非金屬或金屬材料，產(chǎn)品性能穩(wěn)定,，且不附加任何多孔纖維材料,，不會(huì)產(chǎn)生傳統(tǒng)多孔吸聲材料的二次污染，材料能凈化吸聲,。
?、凇⊥庥^美觀;無(wú)論是金屬蜂窩超微孔吸聲板、金屬超微孔吸聲方通,、高強(qiáng)超微孔吸聲板均以成熟的建筑裝飾材料為基準(zhǔn),，同時(shí)附加了聲學(xué)功能，是裝飾材料和聲學(xué)材料的優(yōu)化結(jié)合;
?、邸∈褂眯阅芊€(wěn)定;馬大猷院士關(guān)于微孔共振吸聲理論的發(fā)明,，最根本的問(wèn)題是解決了多孔吸聲材料使用環(huán)境受限制，使用性能不穩(wěn)定的弊端;
?、堋〔捎昧司厶妓狨ゲ牧?簡(jiǎn)稱PC)和鋁合金材料,，可以實(shí)現(xiàn)材料的多次重復(fù)利用，符合資源可持續(xù)利用的要求。
?、荨【哂蟹莱?、耐腐蝕、防紫外線,、防火阻燃,、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。其中,，金屬超微穿孔鋁蜂窩吸聲板與金屬超微孔吸聲方通防火性能達(dá)到A級(jí);
?、蕖⊥该鞒⒋┛孜暷ず统⒋┛钻?yáng)光板具有較高的透明度，又能體現(xiàn)良好美學(xué)效應(yīng),，特別適合一些已建的原有建筑但又不能改變其設(shè)計(jì)風(fēng)格的場(chǎng)所;
?、摺〗饘俪⒖追涓C吸聲板由于內(nèi)部有鋁合金蜂窩芯基材，材料的強(qiáng)度比鋁合金單板的強(qiáng)度更高,，同時(shí)有一定的保溫隔熱功能,，同時(shí)材料表面的平整度優(yōu)于單板的平整度，這也是大型建筑用鋁合金蜂窩板作為外墻材料的主要原因;
?、唷「邚?qiáng)超微孔吸聲板是由PC陽(yáng)光板基材組成,，基材的強(qiáng)度上較膜的強(qiáng)度更優(yōu);
⑨ 金屬超微孔吸聲方通的外形與現(xiàn)有裝飾材料鋁合金方管相同,，具備鋁合金方管所有的裝飾特點(diǎn),，同時(shí)具有較好的吸聲效果，是一舉兩得的聲學(xué)裝飾材料;
?、狻≡撓盗挟a(chǎn)品不僅具有優(yōu)良的降噪性能,，更能用于聲學(xué)裝飾，體現(xiàn)了良好的美學(xué)效應(yīng),。非金屬吸聲產(chǎn)品有透明,、亞光、磨砂或其它客戶需要的顏色等,，金屬吸聲產(chǎn)品采用氟碳噴涂或樹脂噴涂,，顏色種類可以根據(jù)用戶的要求任意選擇，是一種理想的裝飾吸聲材料,。
4.6 超微孔吸聲材料的適用場(chǎng)合和運(yùn)用形狀
超微孔吸聲材料適用于體育館,、影劇院、錄音室,、錄音棚,、播音室、試音室,、商務(wù)辦公場(chǎng)所,、電視臺(tái),、電臺(tái)、多功能廳,、會(huì)議室,、演播廳、音樂(lè)廳,、大禮堂,、大型娛樂(lè)城、酒店,、KTV,、高級(jí)別墅、凈化廠房,、火車站等吸聲降噪要求較高的場(chǎng)所,，具有特別優(yōu)越的效果，尤其適用于凈化要求較高又需要吸聲降噪的場(chǎng)合,。
超微孔吸聲材料推出后得到了較好的運(yùn)用,，如帝斯曼(上海)公司、航天多個(gè)凈化吸聲廠房,、北京軌道交通指揮中心二期,、國(guó)家網(wǎng)球館新館、南京德盈國(guó)際廣場(chǎng),、遼寧科技館、馬鞍山體育中心和會(huì)展中心,、安慶體育中心和水上運(yùn)動(dòng)中心,、丹陽(yáng)全民健身中心等多個(gè)項(xiàng)目的使用，已得到了業(yè)內(nèi)專家和客戶的認(rèn)可,。
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5 結(jié)論
吸聲材料的研究與應(yīng)用對(duì)于噪聲污染的治理具有十分重要的意義,。傳統(tǒng)的吸聲材料——玻璃纖維因其存在著諸多缺陷，如降噪系數(shù)低,、使用壽命短,、易潮解和不環(huán)保、容易造成二次污染等問(wèn)題,，其運(yùn)用受到限制,， 已經(jīng)淡出市場(chǎng)而為新型吸聲材料所替代。超微孔吸聲材料可以在較寬的頻帶內(nèi)有良好的吸聲效果,，完全可以替代以離心玻璃棉為代表的傳統(tǒng)多孔吸聲材料等,，這種同時(shí)具備環(huán)保、可重復(fù)利用,、裝飾功能,、優(yōu)越聲學(xué)性能的吸聲材料將會(huì)越來(lái)越多地得到市場(chǎng)的認(rèn)可,。
新型環(huán)保吸聲材料的應(yīng)用及展望圖片