多孔声学衰减器制造技术

本发明专利技术提供了一种声学衰减器，它包含： 一含有在其接触点烧结和／或粘接在一起的颗粒的多孔材料，所述多孔中至少一部分连续连接在一起，所述多孔材料含孔隙率约２０％至６０％，平均孔隙直径约５至２８０微米，弯曲度约１. ２５至２. ５，密度每立方英尺约５至６０磅，模量每平方英寸约１２，０００磅或以上，所述多孔材料具有至少一个通孔，所述孔隙率、平均孔隙直径、密度和模量值均为多孔材料中不含任何通孔时的性形，所述通孔的平均直径大于平均孔隙直径。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及采用多孔声学衰减器来衰减声音的方法、配用这种多孔声学衰减器的声学系统以及多孔声学衰减器本身。现有技术的设计思想是，隔音材料只有做成非孔状、块状并且柔软方才有效。公众的误解是，吸音材料也是良好的隔音材料。然而，隔音材料具有与吸音材料相反的性质，即隔音材料大量地反射声音，并且可以不吸音。当隔音材料被放置在并非为一个显著的噪声源或噪声通道的区域内时，隔音材料并非有效。为了获得显著的改进(声级衰减3dB)，被处理的区域必须是声能为目标噪声一半的声源或通道。1974年4月9日授权的美国专利号为3，802，163(Riojas)的专利文献中，公开了一种用作消音器中废气过滤器的圆盘。圆盘可以是钢网、多孔金属网、石棉、纤维玻璃、多孔焦炭及其组合。Riojas的目的在于减少汽车引擎排气中的杂质。1975年8月5日授权的美国专利号为3，898，063(Gazan)的专利文献中公开了一种过滤器和消音器的组合装置，其中含有可替换的陶瓷过滤器元件。此过滤器元件可以是一个带有小孔的模制陶瓷件，这些小孔成筒状或馅饼形，模制陶瓷件或者具有完全穿越此元件的孔。消音器被设计成能够迫使流入过滤器的液体从陶瓷过滤器的壁流出。1984年3月13日授权的美国专利号为4，435，877(Berfield)的专利文献公开了一种用于由软开孔泡沫插件(flexible open cell foam inserts)构成的真空吸尘器的噪声消音器。在泡沫穿过工作气流流动的开孔而延伸的地方，泡沫有多个很大的孔，从而使大颗粒穿过此泡沫障碍物而防止堵塞泡沫孔。隔音材料中用作排气、结构支撑、电气接线、控制电缆敷设等而切割的孔，降低了隔音性能。为了重新获得开孔之前所具有的声学性能，可以通过加入密封胶材料来消除开孔所产生的声泄漏，从而改进隔音材料。当然，如果开孔是为了排气，就必须用密封以外的方法来重新获取声学隔音性能。一种方法是配备带隔板的附加导管。另外，隔板中还可以加入吸音材料。我们发现了一种衰减器，这种衰减器含有一种具有通孔的声学材料，其声学性能几乎不降低。这种声学材料的特点是声学材料的模量(modulus)、孔隙率(porosity)、弯曲度(tortuosity)、平均气孔直径和平均密度。通过降低由于切孔而引起的性能劣化的程度，使补偿修正的需要降低到最小。本专利技术的声学衰减器包含由在其接触点处烧结并(或)粘接在一起的颗粒构成的多孔材料，至少一部分孔连续连接在一起，其中，所述多孔材料的填隙孔隙率约为20%至60%，平均孔径约为5至280微米，弯曲度约为1.25至2.5，密度约为每立方英尺5至60磅，模量约为12，000psi或以上，其中，所述多孔材料至少有一个通孔，其中，所述填隙孔隙率、平均孔径、密度及模具值均是指多孔材料中没有通孔的情况，其中，通孔的平均直径大于平均孔隙直径。本专利技术的多孔声学衰减器在提供了足够排气能力的同时，还提供了良好水平的声音衰减。本专利技术还提供了一种把衰减器用作周围介质中隔音器的方法。本专利技术还提供了一种含有声源和衰减器的声学系统。此声源可以位于含有此衰减器的封闭装置之内，或者在这种封闭装置之外。本专利技术的声学衰减器具有(但并不局限于)下述广泛的应用包括(但并不局限于)计算机、复印机和投影仪的办公室设备;包括(但并不局限于)冰箱、吸尘器和真空清洁机的小型/大型电器;包括(但并不局限于)空调器的供热/通风设备;包括(但并不局限于)喇叭箱的音响设备。本专利技术的衰减器特别适用于既要求刚性又要求其柔软强度足以自我支撑的应用场合。在这些应用场合中，本专利技术的实践通过仅用一单一材料而达到自我支撑、空气流动和声学性能的目标。附图说明图1A是制备本专利技术衰减器中一部分烧结多孔材料的放大截面图。图1B是制备本专利技术衰减器中一部分粘接多孔材料的放大截面图。图2是本专利技术一部分衰减器的立视图。图3(A-H)沿图2所示本专利技术衰减器线3-3方向、具有不同通孔结构的截面图。图4是应用本专利技术衰减器的声学系统的示意透视图。图5是例10中喇叭箱的极性图。图6是自由空间中例10所述喇叭的阻抗图。图7是喇叭箱中例10所述喇叭的阻抗图。声学材料本专利技术的衰减器可以采用各种声学材料。声学材料最好是一种隔音材料。例如，有效声学材料的类型如图1A和1B所示，见美国专利申请号为07/819，275的专利文献(Whitney等)中所描述的内容，此处引述供参考。如图1A所示，一种可以用作本专利技术衰减器的特定声学材料10包含非纤维颗粒11，非纤维颗粒11在接触点12处烧结在一起，颗粒之间留有空隙13，此声学材料至少有一个通孔提供给本专利技术的衰减器。声学材料自身及由这种声学材料制成的衰减器可以在周围介质14中工作。通常，周围介质含有空气，但也可以含有其他气体，如汽油或柴油机产生的碳氢化合物废气，或空气和碳氢化合物废气组成的混合气体。颗粒11可以由一种无机材料或聚合物材料制成。可以是空心的，也可以是实心的。其平均外径在约为10到500微米较为合适。空心颗粒由于其重量较轻而较受欢迎，其壁厚(平均内半径和平均外半径之差)约为1-2微米。较佳颗粒的平均外径近似为20到100微米，最好约为35至85微米，如果壁厚比外径至少小一个数量级的话，这些较佳颗粒的壁厚无严格要求。随后将制作通孔的材料是由颗粒11制成的，颗粒11之间形成空隙13，空隙13的特征孔隙直径可以用熟知的水银侵入技术(mercury intrusion techniques)或扫描电子显微术(SEM)进行测量。对本专利技术所用材料进行这类测试的结构表明，在空气中运用时，特征孔隙直径最好取约25至50微米。另外，声学材料在加入通孔前的特征是，孔隙率可以取约20%至60%，最好取35%至40%(确定孔隙率时，空心颗粒均假定为实心颗粒)，这是用人们熟知的水银侵入技术或者水饱和方法测得的结果。另外，在加进通孔前，声学材料的特征是弯曲度取约1.25至2.5，最好为约1.2至约1.8。对于本专利技术，在加进通孔之前，声学材料的声音衰减在差不多整个0.1至10KHZ的频率范围内可与质量定律特性相比。一种市售的声学材料是美国佐治亚州Porex技术公司(Prorex Technologies Corp.)的POREX(R)X系列多孔塑性材料。例如，合适的无机颗粒包括(但并不局限于)从一组玻璃微泡沫、玻璃陶瓷颗粒、结晶陶瓷颗粒中选择出来的物质及其组合物。例如，合适的聚合物颗粒包括(但并不局限于)从一组聚烯烃颗粒(如聚乙烯和聚丙烯)、聚偏二氟乙烯颗粒、聚四氟乙烯颗粒、聚酰胺颗粒(如尼龙6)、聚醚砜颗粒中选择出来的物质及其组合物。玻璃微泡沫，特别是美国3M公司的牌号为SCOTCHLITETM、型号为K15的玻璃微泡沫是最常采用的颗粒11。这些微泡沫的密度约为0.15g/cc。如图2所示，除了烧结以外，另一种方法是在接触点12处用一种分立材料将颗粒11粘接在一起，分立材料20即一种粘接剂，但粘接剂20不能太多，以免堵塞空隙13。通常是将颗粒11与树脂粘接剂20混合在一起，然后再使树脂固化或固定。使用中，粘接剂20可以由一种无机材料或有机材料制成，包括陶瓷材料、聚合材料和弹性材料。在需要暴露在高温的应用场合下，最好采用陶瓷粘接剂，而聚合粘接剂的特点是其低密度。另外，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种声学衰减器，其特征在于，它包含：一含有在其接触点烧结和／或粘接在一起的颗粒的多孔材料，所述多孔中至少一部分连续连接在一起，所述多孔材料含孔隙率约２０％至６０％，平均孔隙直径约５至２８０微米，弯曲度约１. ２５至２. ５，密度每立方英尺约 ５至６０磅，模量每平方英＊约１２，０００磅或以上，所述多孔材料具有至少一个通孔，所述孔隙率、平均孔隙直径、密度和模量值均为多孔材料中不含任何通孔时的性形，所述通孔的平均直径大于平均孔隙直径。

【技术特征摘要】
US 1994-1-21 184646/941.一种声学衰减器，其特征在于，它包含一含有在其接触点烧结和/或粘接在一起的颗粒的多孔材料，所述多孔中至少一部分连续连接在一起，所述多孔材料含孔隙率约20%至60%，平均孔隙直径约5至280微米，弯曲度约1.25至2.5，密度每立方英尺约5至60磅，模量每平方英吋约12，000磅或以上，所述多孔材料具有至少一个通孔，所述孔隙率、平均孔隙直径、密度和模量值均为多孔材料中不含任何通孔时的性形，所述通孔的平均直径大于平均孔隙直径。2.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述通孔的平均长度为约1/8英吋或以上。3.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述通孔的平均直径约为1/64英吋至约6英吋。4.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述衰减器约0.1%至约50%的表面积含有通孔。5.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述通孔为下述截面形状圆形、矩形、三角形、椭圆形、正方形和槽形。6.如权利要求1所述的衰减器，其特征在于，所述通孔的平均长度对直径比范围为约2∶1至约50∶1。7.如权利要求1所述的衰减器，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：利兰R惠特尼，托马斯J斯坎伦，查尔斯A马尔蒂拉，约瑟夫G曼德尔，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]