大麻织物空心微珠涂层吸声性能研究徐凡袁张辉

1、第28卷第1期2009年2月天津工业大学学报JOURNAL OF TIANJIN POLYTECHNIC UNIVERSITYVol.28No.1February 2009大麻织物空心微珠涂层吸声性能研究徐凡袁张辉(西安工程大学纺织与材料学院,西安710048摘要:为提高大麻织物的吸声性能,使用空心微珠对大麻织物进行涂层整理,研究了空心微珠添加量、涂层厚度和后背空腔距离与涂层织物吸声系数之间的关系.结果表明,随着空心微珠添加量的增加,大麻涂层织物吸声系数先增大后减小,当添加量质量分数为7%时,吸声性能最好,平均吸声系数可以达到0.82.随着涂层厚度的增加,吸声系数总体呈逐渐减小的趋势.增加后背

2、空腔距离,可以改善涂层织物在低频段的吸声系数,而中频段会有所减小,高频段变化不大.关键词:大麻织物;空心微珠;涂层;吸声系数中图分类号:TS195.597文献标识码:A文章编号: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作者简介:徐凡(1982,男

6、,硕士研究生;张辉(1968,男,博士,教授,导师.E-mail :hzhangw532通过高分子材料内界面的增加、粘弹内阻尼以及填料阻抗的合理匹配可实现分子的无规运动,达到吸声的目的.对含有微小球形空腔的粘弹性体吸声材料,Gaunaurd 等根据散射理论建立物理模型推导出材料的等效材料参数1.Baird 等证实了粘弹性材料中的微小空洞能够显著地改变压力波的传播性质,因为空洞不仅使压力波在传播过程中产生散射,它的变形和共振也产生能量损耗2.刘吉轩等研究了高分子材料为母体的颗粒型微孔结构的吸声特性,总结出颗粒微孔结构除了具有空气粘滞吸声作用外,还存在颗粒材料内部的弹性弛豫效应吸声,因而吸声系数高

7、,尤其是低频吸声系数较高3.毛东兴等根据多孔性吸声材料的第一共振频率由材料的复法向声阻抗率虚部决定的这一原理,在聚氰胺酯泡沫材料的表面涂膜,相当于在材料表面串联一声质量元件,以增大复法向声阻抗的虚部,使第一共振频率向低频方向移动.结果表明,当涂膜密度适当时,吸声性能向低频拓展.但在吸声性能向低频拓展的同时,高频的性能将会受到影响4.Krynkin 等对橡胶以及球状重质填料所构成的声学材料进行计算机模拟,研究了填料连续以及离散状第28卷天津工业大学学报态下材料性能,通过优化材料参数得到了宽频吸声材料5.空心微珠是20世纪五六十年代发展起来的一种新型粉体材料,它是微细粉末在高温气流中悬浮熔融或熔体

8、在高压气流中雾化后,由于其自身的表面张力而形成的细小、中空微珠,它具有良好的粘结性、低的密度和低的热传导性6.空心微珠通常作为复合材料的填料使用,空心微珠的加入,不仅会降低基体的密度,而且会提高基体的刚度、强度、尺寸稳定性和绝缘性等性能7-8.目前有关空心微珠用于织物隔声方面的研究还很少,因此,本文选用2500目空心微珠,对大麻织物进行涂层整理,目的是开发吸声性能更好的大麻涂层织物.1实验部分1.1实验材料空心微珠,选用深圳空微特种材料有限公司生产的Kw-6空心微珠,其规格参数见表1,主要物理性能参数见表2.织物选用大麻平纹织物,经、纬纱线细度为37tex ×62tex,经、纬纱密度

9、为260根/10cm×180根/10cm.1.2大麻织物空心微珠涂层选用陶氏联碳公司提供的葱片型涂层剂UN-407.涂层整理剂成份为:涂层剂UN-40735%,空心微珠添加量质量分数分别为3%、7%和15%,加合成增稠剂糊料至100%.涂层工艺为:织物涂层预烘(105,2min焙烘(135, 1.5min成品1.3吸声系数测定根据GB/T18696.1-2004声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第1部分:驻波比法标准,采用北京声望电技术有限公司SW002型驻波管吸声系数测试系统,具体装置见图1.测量时,将大麻织物放在驻波管的一端并密封,在正入射条件下从扬声器发出的入射正弦平面波和从织

10、物反射回来的平面波叠加后产生驻波,移动小车(探管,通过放大器在频谱分析仪上读取数据,测出阻抗管中驻波声压级的极大值P max和极小值P min之差,并利用公式(1分别计算出中心频率为125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz、630 Hz、800Hz、1000Hz、1250Hz、1600Hz、2000Hz和4000Hz下吸声系数.=4×10L/201+10L/202(1式中,为吸声系数;L为声压极大值P max和极小值P min之差(dB.2结果与讨论2.1大麻织物涂层整理前后吸声性能比较图2所示为大麻织物涂层整理前后吸声系数测试结果.在后背空

11、腔距离(织物与阻抗管内腔壁之间的距离15cm,空心微珠添加量质量分数7%、涂层厚度0.58mm条件下测试,可以看出,大麻织物经过空心微表1空心微珠规格Tab.1Characteristics of cenosphere空心微珠抗压强度/MPa真实密度/(g·m-3莫氏硬度D90粒径/m颜色Kw-67600 2.07 5.65乳白表2空心微珠物理性能Tab.2Physical properties of cenosphere导热系数/(W·m-1·K-1球形率/%容重/(g·cm-3介电常数体积电阻/(·cm比表面积/(m2·g-10.

12、070.12>950.452.2 2.32.4 1.5×10101.9(3m图1吸声系数测量装置Fig.1Schematic diagram of measuring soundabsorption coefficient of fabric样品探管扬声器探管支撑阻抗管扬声器箱轨道小车图2大麻织物涂层整理前后吸声系数比较Fig.2Sound absorption coefficient of hemp fabric before and after coating with cellsphere1.00.90.80.70.60.50.40.30.2125频率/Hz大麻织物200

13、315500800125020003150大麻涂层织物50第1期珠涂层整理后,吸声系数有了明显提高,低频段提高幅度较大.大麻织物第一共振吸收频率在800Hz ,涂层织物第一共振频率向低频方向移动,出现在315Hz.与大麻织物相比,空心微珠涂层织物平均吸声系数从0.61提高到0.81,提高了32.8%.这是因为空心微珠的加入,在涂层材料内部形成了一定量的空腔结构.当声波进入材料内部的空腔后会造成空腔内空气和孔壁间摩擦,这种摩擦作用和空气分子间的粘滞力作用使振动的动能转为热能而使声能衰减,实现了相当一部分声能转化为热能而被消耗掉,因此吸声系数增加.2.2空心微珠添加量对吸声系数的影响在后背空腔距离

14、10cm ,涂层厚度0.89mm ,空心微珠添加量质量分数分别为3%、7%和15%的条件下,涂层织物吸声系数测试结果如图3.由图3可见,当频率低于250Hz 和在10004000Hz 频段时,吸声系数随着空心微珠添加量的增加先增大然后减小,质量分数为7%时吸声性能比较好,平均吸声系数可以达到0.82.而在315800Hz 频段,质量分数为3%的涂层织物吸声性能稍好.因为高分子材料(粘合剂基体链段间隙存在一定的自由体积,该自由体积近似真空状态,是改变声波传播方向、增加剪切形变的重要因素,是影响涂层吸声性能的要素之一.声波是一种机械波,它的传递依靠质点的振动传递来传播,在近真空状态下,声波不能传递

15、而发生反射和绕射.当空心微珠添加量较低时,涂层内部连通孔隙相对较少,而且多为封闭状态,因此吸声系数增加并不明显.当空心微珠添加量太高时,连接空心微珠的粘合剂相对较少,粘合剂的粘弹内耗性能即阻尼机制反而会有所减弱,声能不能很好地转变为热能而耗散掉,同时,随着空心微珠添加量的增加,对声波的反射增强,驻波比也随之增大,因此吸声系数也会下降.当空心微珠质量分数为7%时,涂层内部连通的自由体积相对较多,使得声波多次被反射和绕射而改变传播方向,因此吸收性能较好.2.3涂层厚度对吸声系数的影响选用后背空腔距离10cm ,空心微珠质量分数为7%,厚度分别为0.58mm 、0.86mm 和1.24mm 的涂层织

16、物,其吸声系数测试结果如图4.由图4可见,除了厚度为1.24mm 的涂层织物在200Hz 频段以下吸声系数变大以外,随着涂层厚度的增加,吸声系数总体呈逐渐减小的趋势.3种不同厚度涂层织物的平均吸声系数分别为0.73、0.65和0.66.在3151250Hz 频段吸声系数变化比较明显,而在2000Hz 以上频段吸声系数变化不大.透气性测试结果表明,大麻织物经过涂层整理后,透气量下降较大,涂层越厚,透气量下降就显著,说明涂层织物中的孔隙就越少,因此,声波就不能够进入涂层织物内部,反射声波就增强,驻波比也随之增大,吸声系数减小9.大麻织物涂层并不是越厚吸声性能就越好,应选择较小的涂层厚度,这样可以保

17、证涂层内部有贯通的孔隙,既可以提高大麻织物的吸声性能,又保证了织物的透气性能.2.4后背空腔距离对吸声系数的影响图5是涂层厚度为0.58mm ,空心微珠质量分数为7%,后背空腔距离分别为5cm 、10cm 和15cm 时的大麻织物吸声系数测试结果.由图5可见,后背空腔分别为5cm 、10cm 和15cm 的大麻织物平均吸声系数分别为0.68、0.74和0.69,即随着后背空腔距离的增加,平均吸声系数呈现先增大后减小趋势.在低频段(小于250Hz ,吸声系数增加非常显著,而且随着后背空腔距离的增加,共振频率向低频方向移动.这是由于空腔的共振吸收机理引起的,贴有无纺布的穿孔板,与刚性壁之间留有一定

18、的空气层,形成了共振吸声结构,在共振频率处图3空心微珠添加量对吸声系数的影响Fig.3Effect of cenosphere concentration on sound absorption coefficient1.00.90.80.70.60.50.40.30.2125频率/Hz3%2003155008001250200031507%15%图4涂层厚度对吸声系数的影响Fig.4Effect of coating thickness on soundabsorption coefficient1.11.00.90.80.70.60.50.40.30.2125频率/Hz0.58mm 200

19、3155008001250200031500.86mm 1.24mm徐凡,等:大麻织物空心微珠涂层吸声性能研究51第28卷天津工业大学学报具有最大的吸声系数,而且使吸声频带得到拓宽9.在315800Hz 频段,吸声系数随着后背空腔距离的增加反而减小.在10004000Hz 频段,吸声系数变化幅度很小,5cm 、10cm 和15cm 涂层织物的平均吸声系数分别为0.77、0.82和0.78.因此后背空腔距离对大麻涂层织物中、低频段吸声性能影响较大,而对高频段影响不大.3结论(1随着空心微珠添加量的增加,大麻涂层织物平均吸声系数先增大后减小.空心微珠质量分数为7%时,涂层织物吸声性能最佳.(2随着

20、空心微珠涂层厚度的增加,大麻织物平均吸声系数先减小后增大.涂层厚度对织物孔隙率影响最为显著.为提高大麻涂层织物的吸声性能,应选择较小的涂层厚度,同时还能够使织物具有一定的透气性能.(3增加后背空腔距离,大麻涂层织物吸声性能也有明显提高.通过改变后背空腔距离可以调节最大吸声系数的频率值.参考文献: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刘吉轩,陈天宁,张升陛,等.高分子颗粒孔隙结构材料的吸声特性研究J.应用声学,1996,15(4:38-42,46.4毛东兴,洪宗辉.聚氰胺酯泡沫材料吸声性能及其低频拓展J.噪声与振动控制,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