大麻織物空心微珠涂層吸聲性能研究徐凡袁張輝

1、第28卷第1期2009年2月天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITYVol.28No.1February 2009大麻織物空心微珠涂層吸聲性能研究徐凡袁張輝(西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院,西安710048摘要:為提高大麻織物的吸聲性能,使用空心微珠對大麻織物進(jìn)行涂層整理,研究了空心微珠添加量、涂層厚度和后背空腔距離與涂層織物吸聲系數(shù)之間的關(guān)系.結(jié)果表明,隨著空心微珠添加量的增加,大麻涂層織物吸聲系數(shù)先增大后減小,當(dāng)添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時,吸聲性能最好,平均吸聲系數(shù)可以達(dá)到0.82.隨著涂層厚度的增加,吸聲系數(shù)總體呈逐漸減小的趨勢.增加后背

2、空腔距離,可以改善涂層織物在低頻段的吸聲系數(shù),而中頻段會有所減小,高頻段變化不大.關(guān)鍵詞:大麻織物;空心微珠;涂層;吸聲系數(shù)中圖分類號:TS195.597文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1671-024X (200901-0049-04Investigation of hemp fabric coated with cenosphere forits sound absorption propertiesXU Fan ,ZHANG Hui(School of Textile &Material ,Xi an Polytechnic University ,Xi an 710048,China

3、Abstract :In order to improve the sound absorption capability of hemp fabric ,cenosphere was used to coat the hempfabric.The effects of the density of cenosphere ,the thickness of coating and the air gap behind the coated fabric on the sound absorption coefficient were also studied.The results show

4、that the sound absorption coefficient increases with increasing the density of cenosphere at first ,and then reaches a maxmum 0.82for the coated fabric with the density of cenosphere by 7%,but decreases further.The sound absorption coefficient decreases with the increasing of the coating thickness.T

5、he sound absorption coefficient increaseswith increasing the air gap behind the coated fabric in the low frequency ,and decreases in the mediumfrequency ,and has little change in the high frequency.Key words :hemp fabric ;cenosphere ;coating ;sound absorption coefficient收稿日期:2008-09-26作者簡介:徐凡(1982,男

6、,碩士研究生;張輝(1968,男,博士,教授,導(dǎo)師.E-mail :hzhangw532通過高分子材料內(nèi)界面的增加、粘彈內(nèi)阻尼以及填料阻抗的合理匹配可實現(xiàn)分子的無規(guī)運(yùn)動,達(dá)到吸聲的目的.對含有微小球形空腔的粘彈性體吸聲材料,Gaunaurd 等根據(jù)散射理論建立物理模型推導(dǎo)出材料的等效材料參數(shù)1.Baird 等證實了粘彈性材料中的微小空洞能夠顯著地改變壓力波的傳播性質(zhì),因為空洞不僅使壓力波在傳播過程中產(chǎn)生散射,它的變形和共振也產(chǎn)生能量損耗2.劉吉軒等研究了高分子材料為母體的顆粒型微孔結(jié)構(gòu)的吸聲特性,總結(jié)出顆粒微孔結(jié)構(gòu)除了具有空氣粘滯吸聲作用外,還存在顆粒材料內(nèi)部的彈性弛豫效應(yīng)吸聲,因而吸聲系數(shù)高

7、,尤其是低頻吸聲系數(shù)較高3.毛東興等根據(jù)多孔性吸聲材料的第一共振頻率由材料的復(fù)法向聲阻抗率虛部決定的這一原理,在聚氰胺酯泡沫材料的表面涂膜,相當(dāng)于在材料表面串聯(lián)一聲質(zhì)量元件,以增大復(fù)法向聲阻抗的虛部,使第一共振頻率向低頻方向移動.結(jié)果表明,當(dāng)涂膜密度適當(dāng)時,吸聲性能向低頻拓展.但在吸聲性能向低頻拓展的同時,高頻的性能將會受到影響4.Krynkin 等對橡膠以及球狀重質(zhì)填料所構(gòu)成的聲學(xué)材料進(jìn)行計算機(jī)模擬,研究了填料連續(xù)以及離散狀第28卷天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報態(tài)下材料性能,通過優(yōu)化材料參數(shù)得到了寬頻吸聲材料5.空心微珠是20世紀(jì)五六十年代發(fā)展起來的一種新型粉體材料,它是微細(xì)粉末在高溫氣流中懸浮熔融或熔體

8、在高壓氣流中霧化后,由于其自身的表面張力而形成的細(xì)小、中空微珠,它具有良好的粘結(jié)性、低的密度和低的熱傳導(dǎo)性6.空心微珠通常作為復(fù)合材料的填料使用,空心微珠的加入,不僅會降低基體的密度,而且會提高基體的剛度、強(qiáng)度、尺寸穩(wěn)定性和絕緣性等性能7-8.目前有關(guān)空心微珠用于織物隔聲方面的研究還很少,因此,本文選用2500目空心微珠,對大麻織物進(jìn)行涂層整理,目的是開發(fā)吸聲性能更好的大麻涂層織物.1實驗部分1.1實驗材料空心微珠,選用深圳空微特種材料有限公司生產(chǎn)的Kw-6空心微珠,其規(guī)格參數(shù)見表1,主要物理性能參數(shù)見表2.織物選用大麻平紋織物,經(jīng)、緯紗線細(xì)度為37tex ×62tex,經(jīng)、緯紗密度

9、為260根/10cm×180根/10cm.1.2大麻織物空心微珠涂層選用陶氏聯(lián)碳公司提供的蔥片型涂層劑UN-407.涂層整理劑成份為:涂層劑UN-40735%,空心微珠添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、7%和15%,加合成增稠劑糊料至100%.涂層工藝為:織物涂層預(yù)烘(105,2min焙烘(135, 1.5min成品1.3吸聲系數(shù)測定根據(jù)GB/T18696.1-2004聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測量第1部分:駐波比法標(biāo)準(zhǔn),采用北京聲望電技術(shù)有限公司SW002型駐波管吸聲系數(shù)測試系統(tǒng),具體裝置見圖1.測量時,將大麻織物放在駐波管的一端并密封,在正入射條件下從揚(yáng)聲器發(fā)出的入射正弦平面波和從織

10、物反射回來的平面波疊加后產(chǎn)生駐波,移動小車(探管,通過放大器在頻譜分析儀上讀取數(shù)據(jù),測出阻抗管中駐波聲壓級的極大值P max和極小值P min之差,并利用公式(1分別計算出中心頻率為125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630 Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz和4000Hz下吸聲系數(shù).=4×10L/201+10L/202(1式中,為吸聲系數(shù);L為聲壓極大值P max和極小值P min之差(dB.2結(jié)果與討論2.1大麻織物涂層整理前后吸聲性能比較圖2所示為大麻織物涂層整理前后吸聲系數(shù)測試結(jié)果.在后背空

11、腔距離(織物與阻抗管內(nèi)腔壁之間的距離15cm,空心微珠添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)7%、涂層厚度0.58mm條件下測試,可以看出,大麻織物經(jīng)過空心微表1空心微珠規(guī)格Tab.1Characteristics of cenosphere空心微珠抗壓強(qiáng)度/MPa真實密度/(g·m-3莫氏硬度D90粒徑/m顏色Kw-67600 2.07 5.65乳白表2空心微珠物理性能Tab.2Physical properties of cenosphere導(dǎo)熱系數(shù)/(W·m-1·K-1球形率/%容重/(g·cm-3介電常數(shù)體積電阻/(·cm比表面積/(m2·g-10.

12、070.12>950.452.2 2.32.4 1.5×10101.9(3m圖1吸聲系數(shù)測量裝置Fig.1Schematic diagram of measuring soundabsorption coefficient of fabric樣品探管揚(yáng)聲器探管支撐阻抗管揚(yáng)聲器箱軌道小車圖2大麻織物涂層整理前后吸聲系數(shù)比較Fig.2Sound absorption coefficient of hemp fabric before and after coating with cellsphere1.00.90.80.70.60.50.40.30.2125頻率/Hz大麻織物200

13、315500800125020003150大麻涂層織物50第1期珠涂層整理后,吸聲系數(shù)有了明顯提高,低頻段提高幅度較大.大麻織物第一共振吸收頻率在800Hz ,涂層織物第一共振頻率向低頻方向移動,出現(xiàn)在315Hz.與大麻織物相比,空心微珠涂層織物平均吸聲系數(shù)從0.61提高到0.81,提高了32.8%.這是因為空心微珠的加入,在涂層材料內(nèi)部形成了一定量的空腔結(jié)構(gòu).當(dāng)聲波進(jìn)入材料內(nèi)部的空腔后會造成空腔內(nèi)空氣和孔壁間摩擦,這種摩擦作用和空氣分子間的粘滯力作用使振動的動能轉(zhuǎn)為熱能而使聲能衰減,實現(xiàn)了相當(dāng)一部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能而被消耗掉,因此吸聲系數(shù)增加.2.2空心微珠添加量對吸聲系數(shù)的影響在后背空腔距離

14、10cm ,涂層厚度0.89mm ,空心微珠添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為3%、7%和15%的條件下,涂層織物吸聲系數(shù)測試結(jié)果如圖3.由圖3可見,當(dāng)頻率低于250Hz 和在10004000Hz 頻段時,吸聲系數(shù)隨著空心微珠添加量的增加先增大然后減小,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時吸聲性能比較好,平均吸聲系數(shù)可以達(dá)到0.82.而在315800Hz 頻段,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的涂層織物吸聲性能稍好.因為高分子材料(粘合劑基體鏈段間隙存在一定的自由體積,該自由體積近似真空狀態(tài),是改變聲波傳播方向、增加剪切形變的重要因素,是影響涂層吸聲性能的要素之一.聲波是一種機(jī)械波,它的傳遞依靠質(zhì)點的振動傳遞來傳播,在近真空狀態(tài)下,聲波不能傳遞

15、而發(fā)生反射和繞射.當(dāng)空心微珠添加量較低時,涂層內(nèi)部連通孔隙相對較少,而且多為封閉狀態(tài),因此吸聲系數(shù)增加并不明顯.當(dāng)空心微珠添加量太高時,連接空心微珠的粘合劑相對較少,粘合劑的粘彈內(nèi)耗性能即阻尼機(jī)制反而會有所減弱,聲能不能很好地轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芏纳⒌?同時,隨著空心微珠添加量的增加,對聲波的反射增強(qiáng),駐波比也隨之增大,因此吸聲系數(shù)也會下降.當(dāng)空心微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時,涂層內(nèi)部連通的自由體積相對較多,使得聲波多次被反射和繞射而改變傳播方向,因此吸收性能較好.2.3涂層厚度對吸聲系數(shù)的影響選用后背空腔距離10cm ,空心微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,厚度分別為0.58mm 、0.86mm 和1.24mm 的涂層織

16、物,其吸聲系數(shù)測試結(jié)果如圖4.由圖4可見,除了厚度為1.24mm 的涂層織物在200Hz 頻段以下吸聲系數(shù)變大以外,隨著涂層厚度的增加,吸聲系數(shù)總體呈逐漸減小的趨勢.3種不同厚度涂層織物的平均吸聲系數(shù)分別為0.73、0.65和0.66.在3151250Hz 頻段吸聲系數(shù)變化比較明顯,而在2000Hz 以上頻段吸聲系數(shù)變化不大.透氣性測試結(jié)果表明,大麻織物經(jīng)過涂層整理后,透氣量下降較大,涂層越厚,透氣量下降就顯著,說明涂層織物中的孔隙就越少,因此,聲波就不能夠進(jìn)入涂層織物內(nèi)部,反射聲波就增強(qiáng),駐波比也隨之增大,吸聲系數(shù)減小9.大麻織物涂層并不是越厚吸聲性能就越好,應(yīng)選擇較小的涂層厚度,這樣可以保

17、證涂層內(nèi)部有貫通的孔隙,既可以提高大麻織物的吸聲性能,又保證了織物的透氣性能.2.4后背空腔距離對吸聲系數(shù)的影響圖5是涂層厚度為0.58mm ,空心微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%,后背空腔距離分別為5cm 、10cm 和15cm 時的大麻織物吸聲系數(shù)測試結(jié)果.由圖5可見,后背空腔分別為5cm 、10cm 和15cm 的大麻織物平均吸聲系數(shù)分別為0.68、0.74和0.69,即隨著后背空腔距離的增加,平均吸聲系數(shù)呈現(xiàn)先增大后減小趨勢.在低頻段(小于250Hz ,吸聲系數(shù)增加非常顯著,而且隨著后背空腔距離的增加,共振頻率向低頻方向移動.這是由于空腔的共振吸收機(jī)理引起的,貼有無紡布的穿孔板,與剛性壁之間留有一定

18、的空氣層,形成了共振吸聲結(jié)構(gòu),在共振頻率處圖3空心微珠添加量對吸聲系數(shù)的影響Fig.3Effect of cenosphere concentration on sound absorption coefficient1.00.90.80.70.60.50.40.30.2125頻率/Hz3%2003155008001250200031507%15%圖4涂層厚度對吸聲系數(shù)的影響Fig.4Effect of coating thickness on soundabsorption coefficient1.11.00.90.80.70.60.50.40.30.2125頻率/Hz0.58mm 200

19、3155008001250200031500.86mm 1.24mm徐凡,等:大麻織物空心微珠涂層吸聲性能研究51第28卷天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報具有最大的吸聲系數(shù),而且使吸聲頻帶得到拓寬9.在315800Hz 頻段,吸聲系數(shù)隨著后背空腔距離的增加反而減小.在10004000Hz 頻段,吸聲系數(shù)變化幅度很小,5cm 、10cm 和15cm 涂層織物的平均吸聲系數(shù)分別為0.77、0.82和0.78.因此后背空腔距離對大麻涂層織物中、低頻段吸聲性能影響較大,而對高頻段影響不大.3結(jié)論(1隨著空心微珠添加量的增加,大麻涂層織物平均吸聲系數(shù)先增大后減小.空心微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%時,涂層織物吸聲性能最佳.(2隨著

20、空心微珠涂層厚度的增加,大麻織物平均吸聲系數(shù)先減小后增大.涂層厚度對織物孔隙率影響最為顯著.為提高大麻涂層織物的吸聲性能,應(yīng)選擇較小的涂層厚度,同時還能夠使織物具有一定的透氣性能.(3增加后背空腔距離,大麻涂層織物吸聲性能也有明顯提高.通過改變后背空腔距離可以調(diào)節(jié)最大吸聲系數(shù)的頻率值.參考文獻(xiàn):1GAUNAURD G ,UBERALL H.Resonance theory of the effec tive properties of perforated solidsJ.Journal of Acoustic Soci ety of America ,1982,71:282-295.2BAI

21、RD A M ,KERR F H ,TOWNEND D J.Wave propagationin a viscoelastic medium containing fluid-filled microspheres J.Journal of Acoustic Society of America ,1999,105:1527-1537.3劉吉軒,陳天寧,張升陛,等.高分子顆?？紫督Y(jié)構(gòu)材料的吸聲特性研究J.應(yīng)用聲學(xué),1996,15(4:38-42,46.4毛東興,洪宗輝.聚氰胺酯泡沫材料吸聲性能及其低頻拓展J.噪聲與振動控制,1999(2:27-30.5KRYNKIN S V ,TYRTEKIN V V.Optimization of the parame ters of sound-absorbing materials made on the basis of rubberlike media with heavy inclusionsJ.Acoustical