【摘要】：隨著工業(yè)、建筑和交通運(yùn)輸行業(yè)的迅猛發(fā)展,生活環(huán)境中的噪聲越來(lái)越大,人們對(duì)生活質(zhì)量的提高,吸聲降噪已經(jīng)成為刻不容緩的課題。三元乙丙橡膠(EPDM)具有很好的彈性、低溫性能、良好的耐熱性、耐氣候老化性、耐臭氧老化、優(yōu)異的電絕緣性、耐化學(xué)介質(zhì)性等,因?yàn)镋PDM的密度較低只有0.86~0.87g/m~3,比其它橡膠制品的質(zhì)量要輕,且比其它橡膠有更大的填充性,有利于降低成本;沸石粉具有分子級(jí)、孔徑均勻的空洞及孔道,具有較大比表面積,經(jīng)常被用來(lái)吸附材料,本文利用沸石粉的高度中空結(jié)構(gòu)用來(lái)做復(fù)合吸聲材料的填充材料;木棉纖維是一種空度為80%~90%的天然高中空纖維,具有良好的吸聲特性。本文根據(jù)材料特征,制備具有良好吸聲特性的三元乙丙橡膠基紡織復(fù)合結(jié)構(gòu),并根據(jù)三元乙丙橡膠基紡織復(fù)合結(jié)構(gòu)特征,系統(tǒng)研究復(fù)合結(jié)構(gòu)材料的結(jié)構(gòu)特征參數(shù)和其吸聲特性的關(guān)系,揭示該復(fù)合吸聲材料的吸聲機(jī)理,為三元乙丙橡膠基紡織復(fù)合板結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)。論文首先采用EPDM作為基體,再選用工業(yè)上常用的蛭石粉、炭黑和具有多孔結(jié)構(gòu)的沸石粉作為填料,制備了沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料,同時(shí)制備了純?nèi)冶鹉z吸聲材料、石墨/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料、蛭石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料作為對(duì)比試樣。采用駐波管傳播函數(shù)法測(cè)試添加填料和未添加填料的三元乙丙橡膠吸聲性能。然后,研究并分析了沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料的參數(shù)(填料含量、填料橡膠吸聲材料厚度、填料橡膠后空腔深度)等對(duì)沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料吸聲性能的影響,進(jìn)而將常見的填料如蛭石粉、炭黑等填料添加到三元乙丙橡膠后獲得的多孔吸聲材料,進(jìn)行吸聲性能的比較。最后,使用多孔材料吸聲模型Delany-Bazley經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蚃ohnson-Allard微結(jié)構(gòu)模型對(duì)沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料的吸聲特性進(jìn)行理論分析。實(shí)驗(yàn)及理論分析表明,沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料具有較好的吸聲特性;沸石粉含量越大,沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料的吸聲系數(shù)越大,當(dāng)沸石粉含量為35%時(shí),最大吸聲系數(shù)達(dá)到0.86,且最大吸聲系數(shù)的頻率逐漸向高頻移動(dòng);隨著沸石粉含量的增加,沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料的強(qiáng)度提高,彈性下降;沸石粉/三元乙丙橡膠多孔吸聲材料厚度的增加,吸聲性能提高;隨著空腔厚度的增加,吸聲系數(shù)的峰值逐漸移向低頻階段,中頻和高頻階段的吸聲系數(shù)下降;主要原因是Johnson-Allard模型考慮了粘滯效應(yīng)和熱傳導(dǎo)作用對(duì)吸聲材料的影響,所以Johnson-Allard模型更能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)沸石粉添加到三元乙丙橡膠后的吸聲體的吸聲性能。雖然沸石粉/三元乙丙橡膠具有較好的吸聲效果,但吸聲性能還不能達(dá)到實(shí)際使用要求。為進(jìn)一步提高復(fù)合材料的吸聲特性,以沸石粉/三元乙丙橡膠復(fù)合材料為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)了一系列微穿孔板試樣,通過(guò)駐波管傳播函數(shù)法測(cè)試了試樣的吸聲系數(shù)。并分析了試樣參數(shù)(孔徑、穿孔率、板厚和板厚空腔)對(duì)微穿孔板吸聲性能的影響,通過(guò)對(duì)吸聲曲線的分析,研究了參數(shù)變化對(duì)最大吸聲系數(shù)、吸聲頻帶和0.5吸聲倍頻程的影響。最后,采用聲電比模型和傳遞矩陣模型對(duì)試樣進(jìn)行吸聲性能的預(yù)測(cè),并與測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。通實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知:隨孔徑的增加,微穿孔吸聲系數(shù)最大值呈先上升后下降的趨勢(shì),吸聲帶寬隨孔徑的增大逐漸減小,共振頻率逐漸向低頻方向移動(dòng);通過(guò)最大吸聲系數(shù)和半吸聲倍頻程與0.5吸聲倍頻程的分析可知,0.5吸聲倍頻程沒有引入無(wú)效吸聲,更適用于微穿孔板吸聲帶寬的分析。當(dāng)孔徑處于上限值和下限值間,隨孔徑的增加,0.5吸聲倍頻程的有效孔徑的上下限值逐漸增加,分別增加到0.21mm和0.33mm,吸聲帶寬逐漸減小;隨穿孔率的增加,吸聲系數(shù)最大值呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì),隨穿孔率的增加,吸聲帶寬隨穿孔率的增加而變寬,共振頻率和帶寬均向高頻移動(dòng);通過(guò)最大吸聲系數(shù)和半吸聲倍頻程與0.5吸聲倍頻程的分析可知,當(dāng)孔徑處于上限值和下限值間,隨穿孔率的增加,0.5吸聲倍頻程的有效孔徑的上下限值逐漸減小,吸聲帶寬逐漸減小;隨板厚的增加,吸聲系數(shù)的最大值呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢(shì),且隨板厚的增加,吸聲系數(shù)的帶寬隨厚度的增加而變窄,同時(shí)向低頻方向移動(dòng);隨板厚的增加,0.5吸聲倍頻程的有效孔徑的上下限值逐漸增加;隨板后空腔深度的增加,吸聲體的吸聲系數(shù)變化不大,隨深度的增加,最大吸聲系數(shù)的頻率逐漸向低頻移動(dòng),且吸聲帶寬變化不大;對(duì)單層微穿孔板吸聲體來(lái)說(shuō),馬大猷教授的聲電比模型的預(yù)測(cè)值和實(shí)驗(yàn)測(cè)試值吻合程度更高。為進(jìn)一步提高單層三元乙丙橡膠基微穿孔板的吸聲特性,將兩個(gè)單層微穿孔板進(jìn)行串聯(lián)、不同孔徑的單層微穿孔板和三層微穿孔板吸聲體,并將聲電比和傳遞矩陣模型進(jìn)行比較,其結(jié)果表明:雙層串聯(lián)微穿孔板結(jié)構(gòu),是較好的吸聲體,特別是其低頻階段吸聲效果好,且雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲體吸收頻帶向低頻擴(kuò)展;只改變第二層微穿孔板的空腔距離,隨著第二層和第一層空腔距離的比值(D_2/D_1)的增大,雙層串聯(lián)微穿孔板的吸聲帶寬逐漸增大,且第一個(gè)吸聲波峰的吸聲帶寬要大于第二個(gè)吸聲波峰的帶寬,并隨著D_2/D_1比值的增大逐漸向低頻移動(dòng);在單層微穿孔板上設(shè)置2種不同尺寸的孔徑,且兩種微孔在板上局部分布,這種結(jié)構(gòu)的微穿孔板吸聲性能比雙層串聯(lián)微穿孔板吸聲性能更好;對(duì)雙層和三層微穿孔板吸聲體,傳遞矩陣模型更適合吸聲體吸聲特性的預(yù)測(cè)。為改善微穿孔板在高頻吸聲性能差的缺點(diǎn),將木棉纖維及其混合纖維非織造材料放置在微穿孔的不同位置,制備質(zhì)量較輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本較低的復(fù)合吸聲體�；趥鬟f矩陣法,提出三元乙丙橡膠基紡織結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的吸聲模型,結(jié)果為:三元乙丙橡膠基紡織復(fù)合板結(jié)構(gòu)材料具有良好的吸聲性能,不但在低頻階段吸聲系數(shù)較大,中高頻的吸聲性能也有所提高;將多孔非織造材料放置在微穿孔板前面時(shí),復(fù)合吸聲體的吸聲性能最好,當(dāng)多孔非織造材料放置在微穿孔板的底層和上層時(shí),復(fù)合吸聲體的吸聲性能相差不大,將多孔非織造材料放在空腔的中間層時(shí),復(fù)合吸聲的吸聲性能較好,但是從實(shí)際安裝和使用的角度來(lái)講,多孔非織造材料放置在空腔中間,安裝較困難;隨著復(fù)合吸聲體中空腔深度的增大和吸聲體中非織造材料厚度、體積密度的增大,復(fù)合吸聲體的吸聲性能均會(huì)提高,尤其是在低頻階段的吸聲系數(shù)增加較多,但是中高頻吸聲性能變化較小;傳遞矩陣模型預(yù)測(cè)的復(fù)合吸聲體的吸聲系數(shù)和實(shí)驗(yàn)測(cè)試值吻合度較好,該模型可以用來(lái)預(yù)測(cè)和分析三元乙丙橡膠基紡織復(fù)合板結(jié)構(gòu)材料的吸聲特性,為以后微穿孔板、多孔非織造材料的復(fù)合吸聲體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用提理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB34
【圖文】：

良好的吸聲效果[25-27]。多孔吸聲材料，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，材料豐富可以對(duì)環(huán)境無(wú)污染，根據(jù)擇的材料可以在各種惡劣環(huán)境中使用，是一種非常有潛力的吸聲結(jié)構(gòu)[28]。圖 1-1 為常多孔多孔吸聲材料形態(tài)。

rrin[32]在單層微穿孔板后設(shè)計(jì)了分離空腔、蜂窩空腔等如圖 1-3 所示，將斜入射的聲轉(zhuǎn)化為垂直入射的聲波，進(jìn)入到微穿孔的空腔內(nèi)部，形成最佳的亥姆霍茲共振吸聲。為將單層微穿孔有限背腔分割成無(wú)限多小單元后，吸聲峰值與聲波入射角無(wú)關(guān)。但是聲效果不明顯，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)際使用過(guò)程中較困難[33]。

蜂窩狀空腔隔板

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2806543