一种复合吸声降噪结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合吸声降噪结构及其制备方法。该复合吸声降噪结构是通过发泡法将聚氨酯泡沫引入开孔泡沫金属内部形成聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构，并通过聚氨酯泡沫薄层和设计的具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔连接制备而成。本专利所述的亥姆霍兹共振腔由侧壁、隔板和顶板组成。隔板自内向外存在尺寸大小呈梯度分布的圆形穿孔，此外，隔板的表面还存在一层聚氨酯泡沫。该复合吸声降噪结构不易损坏，制备过程相对简单，可以在较宽的频率范围内有效的吸收低频噪声。率范围内有效的吸收低频噪声。率范围内有效的吸收低频噪声。

【技术实现步骤摘要】
一种复合吸声降噪结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种复合吸声降噪结构及其制备方法，属于吸声材料


技术介绍

[0002]现代工业、建筑业和交通运输业的高速发展给人们生活带来便利的同时，由此产生的噪声污染也严重影响了人们的健康、工作和生活。噪声可以从声源、传播途径和接收点三个方面进行控制。然而，考虑到实际条件的限制，在传播途径中控制噪声是最常见的手段。在噪声污染控制中，常利用在噪声传播途径中放置吸声和隔声材料来减少噪声对人体的危害。中高频的噪音可以很容易地通过多孔材料来吸收。研究表明，具有瓶颈型结构的开孔泡沫金属不仅具有重量轻、环保以及力学性能好等优点，在高频段，还具有较理想的吸声系数。但对于低频噪声而言，因其具有声波能量高，穿透能力强，传播距离远，隔离难度大等特点，外加开孔泡沫金属的固有阻尼低、孔径大，其在中低频段的吸声系数较低。虽然通过调节孔结构，增加样品厚度可以一定程度上使开孔泡沫金属的吸声频率向低频方向移动，但从结构力学以及材料轻量化的角度出发，上述方法往往是不可取的。基于亥姆霍兹共振原理，在多孔吸声材料后放置“空腔”可以极大地增强多孔材料对低频噪声的吸收。与此同时，由于材料加工技术的发展给材料制备带来的机遇，使得各种基于亥姆霍兹共振器原理的吸声材料逐步应用于实际应用中。
[0003]聚氨酯泡沫也是一种常用的声学材料，它具有中低频吸声性能好、密度低、回弹性好、加工方便、成本低等优点。然而，若单独作为吸声材料使用存在着力学性能差、易燃等缺点。作者考虑到开孔泡沫金属特殊的结构特点，在开孔泡沫金属的相互连接的孔隙中引入中低频吸声性能优异的聚氨酯泡沫，形成聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构，不仅有望提高开孔泡沫金属的中低频吸声能力，还能对聚氨酯泡沫进行充分的保护，进而能够充分的发挥两者的作用。结合上述研究背景，本专利采用发泡法将聚氨酯泡沫填充至开孔泡沫金属的内部孔隙，形成聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构，并将其与设计的具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔通过聚氨酯泡沫薄层进行连接。所制备的复合吸声降噪装置有望在较宽的频率范围内有效的吸收低频噪声。
[0004]与本专利技术有一定关系的专利主要有以下专利：
[0005]申请号为“201410816664.5”申请日为“2014.12.24”公开号为“CN104439166A”公开日为“2015.03.25”名称为“一种聚氨酯/泡沫铝复合材料及其制备方法”申请人为“东南大学”的中国专利技术专利，该专利为了解决纯泡沫铝力学性能差，阻尼性能不高、不足以运用在高阻尼场合等问题，提供一种泡沫铝与聚氨酯组成的复合材料及其方法。该专利通过聚氨酯浇注机将液态聚氨酯注入泡沫铝样品内，待聚氨酯交联固化完毕后，即得到所需的聚氨酯/泡沫铝复合材料。与该专利相比，本专利技术在聚氨酯的结构形态上有明显的不同。本专利技术中泡沫金属孔隙中的聚氨酯泡沫存在大量的开孔结构，这十分有利于噪音的吸收。另外，聚氨酯的制备原料也有显著差别。
[0006]申请号为“201510810252.5”申请日为“2015.11.20”公开号为“CN105280175A”公
开日为“2016.01.27”名称为“基于环氧树脂增强的泡沫金属/二氧化硅气凝胶复合吸声材料的制备方法”申请人为“南京大学”的中国专利技术专利，该专利将泡沫金属的高机械强度与二氧化硅气凝胶的优越吸声性能很好地结合，其在3040Hz最大吸声系数为0.958。
[0007]在专利号为CN210627893U文献公开了一种超薄低频的亥姆霍兹共振器。该亥姆霍兹共振器由封闭空腔和前端空间折叠结构组成，通过蛇形的空气通道的设计，在不增加亥姆霍兹共振器厚度的情况下，将亥姆霍兹共振器的颈管沿着声波入射方向折叠起来，相比于直线距离，声波在折叠管道中传播的路程要增加几倍甚至几十倍，达到低频吸声的目的。然而，该亥姆霍兹共振器空气通道进口的尺寸单一，且吸收低频噪声的频率范围较窄。
[0008]J.L.Chmiel在“Flammability and acoustic absorption of alumina foam/tri
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functionalepoxy resin composites manufactured by the infiltration process”中采用渗流法将环氧树脂渗到氧化铝泡沫中制备成氧化铝/环氧树脂复合材料。由于环氧树脂在氧化铝泡沫中的部分填充，使得复合材料中存在一些开放通道，使其表现出良好的吸声性能，并随着复合材料中开放通道数量的增加，吸声性能有所提高。然而，由于填充的环氧树脂材料为实体，复合材料整体的孔隙率不高，且该复合材料在频率1000HZ以下的吸声性能较低。
[0009]在“A Wide Band Strong Acoustic Absorption in a Locally Network AnechoicCoating”中，H.Jiang将致密的软聚氨酯和硬聚氨酯依次填充在铝泡沫中，作为局部消声层，软聚氨酯、硬聚氨酯和铝的体积比为2：2：1。该材料在5
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25kHz高的频范围内表现出较强的水下吸声能力。由于该材料的内部没有孔隙，所以不利于其在空气中的吸声性能。

技术实现思路

[0010]本专利技术针对现有技术的不足，目的在于提供一种复合吸声降噪结构并给出相应的制备方法，解决低频噪声难以控制的问题。本专利技术充分结合开孔泡沫金属内部孔隙相互连通的特点，采用发泡法将多孔聚氨酯泡沫填充到开孔泡沫金属内部的孔隙中，并通过发泡后的聚氨酯泡沫将聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构和设计的具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔的紧密连接，制备过程简单、成功率高。
[0011]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0012]一种复合吸声降噪结构，包括开孔泡沫金属、聚氨酯泡沫和设计的具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔，聚氨酯泡沫具有开孔结构，聚氨酯泡沫填充在开孔泡沫金属内部连通的孔隙中形成连续的三维结构，聚氨酯泡沫与开孔泡沫金属组成聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构，聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构设置在具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔内。
[0013]所述开孔泡沫金属为开孔泡沫铝或开孔泡沫镁，其孔径尺寸呈均匀分布或梯度分布，孔隙率为60
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75％，厚度为1
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3cm，孔径尺寸为1
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10mm，开孔泡沫金属的形状呈圆形或正方形，在使用前，开孔泡沫金属首先放入浓度为1
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2.5％的碱溶液中，在50
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70℃下浸泡5
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15min，随后放入浓度为0.5
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2％的酸溶液中，在20
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40℃下浸泡3
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5min，最后用去离子水冲洗并干燥。
[0014]孔径尺寸呈梯度分布的开孔泡沫金属的孔径尺寸由内向外逐渐减小。
[0015]碱溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液。
[0016]所述亥姆霍兹本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合吸声降噪结构，其特征在于：包括开孔泡沫金属(1)、聚氨酯泡沫(2)和设计的具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔，聚氨酯泡沫(2)具有开孔结构，聚氨酯泡沫(2)填充在开孔泡沫金属(1)内部连通的孔隙中形成连续的三维结构，聚氨酯泡沫(2)与开孔泡沫金属(1)组成聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构，聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构设置在具有特殊结构的亥姆霍兹共振腔内。2.根据权利要求1所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：所述开孔泡沫金属(1)为开孔泡沫铝或开孔泡沫镁，其孔径尺寸呈均匀分布或梯度分布，孔隙率为60
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75％，厚度为1
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3cm，孔径尺寸为1
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10mm，开孔泡沫金属(1)的形状呈圆形或正方形，在使用前，开孔泡沫金属(1)首先放入浓度为1
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2.5％的碱溶液中，在50
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70℃下浸泡5
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15min，随后放入浓度为0.5
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2％的酸溶液中，在20
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40℃下浸泡3
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5min，最后用去离子水冲洗并干燥。3.根据权利要求2所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：孔径尺寸呈梯度分布的开孔泡沫金属(1)的孔径尺寸由内向外逐渐减小。4.根据权利要求3所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：所述碱溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液，酸溶液为盐酸溶液或硝酸溶液。5.根据权利要求4所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：所述亥姆霍兹共振腔的形状与开孔泡沫金属(1)一致，其内径尺寸比开孔泡沫金属(1)大0.05cm，所述的聚氨酯泡沫/泡沫金属互穿复合结构和亥姆霍兹共振腔由聚氨酯泡沫薄层(3)连接。6.根据权利要求5所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：所述亥姆霍兹共振腔由侧壁(4)、隔板(5)和顶板(6)构成，材质为铝及相应合金或镁及相应合金；所述侧壁(4)的厚度为0.1cm，侧壁(4)的高度为X cm，具体X＝2+Y，其中Y为所使用的开孔泡沫金属(1)的厚度，顶板(6)的厚度为0.1cm，隔板(5)的厚度为0.05cm；顶板(6)和侧壁(4)、隔板(5)和侧壁(4)紧密相连，隔板(5)的大小和形状和亥姆霍兹共振腔的大小和形状相同，隔板(5)的数量在2
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4之间，相邻隔板(5)的间距为2/(n+1)，其中n为隔板(5)的数量。7.根据权利要求6所述的一种复合吸声降噪结构，其特征在于：所述隔板(5)自中心内向外共有5层圆孔，数量分别为1、6、12、18和24，圆形穿孔的直径尺寸d自内而外呈梯度分布，具体：d＝R/(15+5N)，其中对于圆形隔板(5)而言，R为的隔板(5)的直径，对于正方形隔板(5)而言，R为的隔板(5)的边长，N为圆孔所对应的层数，所述隔板(5)的表面也存在一层的聚氨酯泡沫(2)。8.根据权利要求7所述的一种复合...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘家安，董智强，刘胜军，宋达，曹仁中，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：