多孔性吸聲材料的研究
一 多孔吸聲材料的定義
吸聲材料：就是可以把聲能轉換為熱能的材料。它按吸聲機理可分為多孔吸聲材料和共振吸聲結構材料兩大類 。一般的多孔吸聲材料具有高頻吸聲系數大、比重小等優點，但低頻吸聲系數低；共振吸聲結構材料的低頻吸聲系數高，但加工性能差。雖然多孔吸聲材料存在一些不足，但由于其取材范圍廣，加工制造工藝相對簡單，并且隨著一些新型多孔泡沫材料的研究成功，其低頻吸聲性能已得到很大提高，因此多孔吸聲材料成為目前應用最廣泛的吸聲材料。
二 多孔吸聲材料的吸聲原理及其分類
1 多孔材料的吸聲原理
惠更斯原理：聲源的振動引起波動,波動的傳播是由于介質中質點間的相互作用.在連續介質中,任何一點的振動,都將直接引起鄰近質點的振動。多孔吸聲材料具有許多微小的間隙和連續的氣泡,因而具有一定的通氣性。當聲波入射到多孔材料表面時,主要是兩種機理引起聲波的衰減：首先是由于聲波產生的振動引起小孔或間隙內的空氣運動,造成和孔壁的摩擦,緊靠孔壁和纖維表面的空氣受孔壁的影響不易動起來,由于摩擦和粘滯力的作用,使相當一部分聲能轉化為熱能,從而使聲波衰減。其次,小孔中的空氣和孔壁與纖維之間的熱交換引起的熱損失,也使聲能衰減。這就使多孔材料具有良好的高頻吸聲性能。
2 多孔吸聲材料的分類
接選材的物理特性和外觀主要分為有機纖維材料。無機纖維材料。吸聲金屬材料和泡沫材料四大類。
a 有機纖維材料
早期使用的吸聲材料主要為植物纖維制品。如棉麻纖維、毛氈、甘蔗纖維扳、木質纖維板、水泥木絲板以及稻草扳等有機天然纖維材料 有機臺成纖維材料主要是化學纖維，如晴綸棉、滌綸棉等 這 材料在中，高頻范圍內具有良好的吸聲性能。但防火。防腐、防潮等性能較差。
除此之外,學者對紡織類纖維超高頻聲波的吸聲性能進行了研究.證實在超高頻聲場中,這種纖維材料基本上沒有任何吸聲作用。無機纖維材料如玻璃棉、礦渣棉和巖棉等這類材料不僅具有良好的吸聲性能。而且具有質輕,不供,不腐,不易老化,價格低廉等特性。從而替代了天然纖維的吸聲材料。在聲學工程中廣泛應用：但無機纖維吸聲材料存在易斷、受潮后吸聲性能急劇下降、質地較軟且需外加復雜的保護等缺點。
b 金屬吸聲材料
金屬吸聲材料是一種新型實用工程材料，于七十年代后期出現于發達工業國家 如今比較典型的金屬材料是鋁纖維吸聲板和變截面金屬纖維材料其中鋁纖維吸聲板具有如下特點：
(1)超薄輕質，吸聲性能優異。
(2)強度高，加工及安裝方便。
(3)耐候、耐高溫性能良好。
(4)不含有機粘結劑。可回收利用。
鋁質纖維材料在國外的使用已很普通。較多使用在音樂廳展覽館教室高架公路底面的吸聲材料。高速公路或冷卻塔的聲屏障。地鐵 隧道等地下潮濕環境的吸聲材料。
變截面金屬纖維材料近年來已逐漸在國外汽車上開始使用。國內奧迪、桑塔納汽車也開始使用這種材料作為消聲器芯的汽車消聲器。
c 泡沫材料 根據泡沫孔形式的不分為為開孔型泡沫材料和閉孔型泡沫材料,前者的泡沫孔是相互連通的,屬于吸聲泡沫材料,如吸聲泡沫塑料,吸聲泡沫玻璃,吸聲陶瓷,吸聲泡沫混凝土等.后者的泡沫孔是封閉的,泡沫孔之間是互不相通的,其吸聲性能很差,屬于保溫隔熱材料.如聚苯乙烯泡沫,隔熱泡沫玻璃,普通泡沫混凝土.下圖是以泡沫鋁為例給出的結構示意圖。
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泡沫鋁的形貌
三 多孔泡沫吸聲材料的研究
多孔泡沫吸聲材料按泡沫孔的形式分為開口孔和閉口孔之外，進可以依據材料的物理和化學性質分為：泡沫金屬、泡沫塑料、 泡沫玻璃、聚合物基復合泡沫等吸聲材料。
1 泡沫金屬
泡沫金屬是一種新型的多孔材料．經過發泡處理在其內部形成大量的氣泡．這些氣泡分布在連續的金屬相中構成孔隙結構。使泡沫金屬把連續相金屬的特性如強度大．導熱性好、耐高溫等與分散相氣孔的特性如阻尼性、隔離性．絕緣性、消聲減震性等有機結合在一起：同時泡沫金屬具有良好的電磁屏蔽性和抗腐蝕性能。
以下是制備泡沫鋁的工藝圖。
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2 泡沫塑料吸聲材料
與其它的多孔吸聲材料相比，泡沫塑料產品擁有良好的韌性、延展性及耐熱性能，同時其吸聲性能也很突出，是一種理想的隔熱吸聲材料 。例如聚氨酯泡沫塑料。
3 泡沫玻璃吸聲材料
泡沫玻璃是以玻璃粉為原料，加入發泡劑及其它外摻劑經高溫焙燒而成的輕質塊狀材料,其孔隙率可達85％ 以上.按照材料內部氣孔的形態可分為開孔和閉孔兩種,閉孔泡沫玻璃作為隔熱保溫材料,開孔的作為吸聲材料。
4 復合泡沫吸聲材料
研究者將發泡聚合物同無機吸聲材料的吸聲特性相結合，通過化學發泡的方法使聚合物-無機物復合體系發泡，形成了一種新型的多孔性吸聲材料——PVC(聚氯乙烯)-無機物復合泡沫材料.聚氯乙烯／巖棉復合泡沫吸聲性能優良(厚度為20mm時,平均吸聲系數最大達0.63)，較好地改善了純聚氯乙烯泡沫塑料在低頻處的吸聲性能，且易加工成型。
若想進一步提高泡沫材料的綜合性能，我們還是應該走材料復合的發展道路，同時應該吸收結構共振吸聲材料的優點，研制出新型的多功能泡沫材料。除此之外，如何降低生產成本，使生產規模化，產品優質化，也應是今后該領域的研究重點。
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