基于廢棄物資源化和聲子晶體的輕薄隔聲復(fù)合材料.pdf

1、輕薄隔音復(fù)合材料以及聲子晶體的研究都已經(jīng)成為環(huán)境噪聲控制領(lǐng)域前沿研究熱點(diǎn),尤其研制寬頻域的隔音復(fù)合材料已經(jīng)成為了新型降噪環(huán)境功能材料發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì),對(duì)提高高層建筑住房的容積率和減少承重有重大意義。探尋以廢礦渣改性發(fā)泡聚氨酯,并在其中引入二維管陣列聲子晶體結(jié)構(gòu),不僅可以實(shí)現(xiàn)雜化復(fù)合材料降噪功能和聲子晶體低頻局域帶隙效果的結(jié)合,制備寬頻域吸隔聲兼?zhèn)涞膹?fù)合材料,而且還實(shí)現(xiàn)了廢礦渣的資源化再利用,極具應(yīng)用價(jià)值。
　　本文基于廢棄物資源化和

2、聲子晶體理論,研究制備出一種輕薄化、兼具寬頻域吸隔聲性能的聚氨酯(PU)復(fù)合材料,以廢礦渣(WS)增強(qiáng)經(jīng)絡(luò)基體的形式提高PU吸聲材料的隔聲性能,通過(guò)設(shè)置二維陣列結(jié)構(gòu)骨架拓寬材料的隔聲域。實(shí)驗(yàn)首先采用正交試驗(yàn)方法研究了煤矸石粉(GS)、銅尾礦砂(CS)以及廢石粉(LS)三種WS改性PU的工藝及參數(shù),確定了三種WS/PU復(fù)合材料吸隔聲最佳時(shí)的制備工藝參數(shù),并進(jìn)行了驗(yàn)證說(shuō)明;然后以PU為基體材料,在其發(fā)泡過(guò)程中構(gòu)造二維周期性管陣列(PC)結(jié)構(gòu)

3、,制備出PC/PU復(fù)合吸隔聲材料,并就管陣列結(jié)構(gòu)、管徑、圓管材質(zhì)以及陣列管組合等因素對(duì)材料的吸隔聲性能的影響展開(kāi)研究和討論;最后應(yīng)用前兩部分確定的最優(yōu)工藝參數(shù),制備PC/LS/PU復(fù)合吸隔音材料,驗(yàn)證組份改性和結(jié)構(gòu)改性的偕同作用,并以其為芯層,選擇面板層、阻尼層制備多層復(fù)合吸隔聲板材,分別就不同因素對(duì)其的聲學(xué)性能的影響進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:
　　(1)PU在發(fā)泡過(guò)程中通過(guò)控制發(fā)泡條件和工藝參數(shù),添加WS顆粒或者引入 PC,可以

4、在保留多孔材料的良好吸聲性能的同時(shí)提高材料的隔聲性能,二者結(jié)合還可拓寬材料的隔聲頻域。
　　(2)GS/PU復(fù)合材料隔聲性能最佳工藝條件為聚氨酯A、B組份配比2:8,發(fā)泡溫度50℃,顆粒物粒徑為80目,添加量為AB組份總量的20％(簡(jiǎn)寫(xiě)為:2:8、50℃、80目、20%,下同);CS/PU為4:6、50℃、60目、100%;LS/PU為5:5、70℃、120目、20%。GS/PU復(fù)合材料吸聲性能最佳工藝條件為4:6、60℃、100

5、目、100%;CS/PU為2:8,60℃,120目,100%;LS/PU為4:6、60℃、60目、20%。其中LS/PU吸聲最佳試樣(厚度為20 mm)的吸聲系數(shù)可達(dá)到0.32,而且平均隔聲性能達(dá)到28 dB(A),實(shí)現(xiàn)了吸隔聲兼?zhèn)洹?br>　　(3)PC/PU復(fù)合材料的隔聲性能和吸聲性能,受管陣列結(jié)構(gòu)、管徑、管的材質(zhì)、管陣列的組合以及橫向管間距影響明顯,考慮成本和性能兩方面的因素,表現(xiàn)最具優(yōu)勢(shì)的為添加管徑為4 mm的不銹鋼管和無(wú)管氣孔

6、通道組合矩形陣列結(jié)構(gòu)的PC/PU復(fù)合材料,平均隔聲性能為34.2 dB(A),較空白PU材料提高了12 dB(A),且兼具0.25的平均吸聲性能。
　　(4)PU吸聲材料未經(jīng)添加任何物質(zhì),僅在其基體中構(gòu)造周期性管狀氣孔通道就可以有效增加材料的隔聲性能。
　　(5)以厚度為40 mm的PC/LS/PU復(fù)合材料為吸隔音芯層,添加普通的面板層即可達(dá)到我國(guó)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ118-88)規(guī)定的使用最多的一般性房屋三級(jí)隔