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影响离心玻璃棉吸声性能的因素分析

时间:2020-06-04

影响离心玻璃棉吸声性能的因素分析

离心玻璃棉从多孔吸声材料的吸声特性曲线可以看出,其吸声性能的总变化趋势是:吸声系数随频率的增加而增大,从低频到高频曲线逐渐增大,高频段会有不同程度的波动。随着频率的增加,波动会逐渐减小,并趋于一个缓慢变化的值。多孔吸声材料的优点是吸声系数高、密度小,缺点是低频吸声性能差。目前,多孔吸声材料由于其材料范围广、加工制造相对简单、价格相对低廉,而且一些新型多孔材料的低频吸声性能有了很大的提高,在日常生活中有着非常广泛的应用。

但在实际应用中,多孔材料的吸声性能会受到外界环境或自身因素的影响,不能长期保持,如温度和湿度的变化、自身的色散等。本文对离心玻璃棉的含水率、离心玻璃棉的容重、离心玻璃棉的选用及盖板内衬进行了验证。找出了这些因素对离心玻璃棉吸声系数的影响趋势,以指导实际应用。

本文采用驻波管法测量了吸声系数。测量设备包括驻波管、声源系统和接收系统。

含水量是指多孔材料的含水量重量和干重除以含水量重量百分比的差值。在下面的实验中,默认情况下,所有未指定的部分都处于干燥状态。

由于离心玻璃棉使用环境的不同,离心玻璃棉的含水量在干燥或潮湿环境下都会发生变化。当环境潮湿时,含水量增加,离心玻璃棉的孔隙率变小或堵塞,孔隙率降低。但离心玻璃棉的吸声性能与孔隙率密切相关。当孔隙率较低时,吸声性能较差,高频段多峰现象不明显,从而影响整体吸声效果。特别是在极端潮湿的环境中,空气湿度往往达到80%以上。此时,离心玻璃棉的吸声性能变得非常差,必须采取相应的防护措施加以处理。本节验证含水量。

干离心玻璃棉,厚100m m,容重32kg/m?实验以3号为试块。用驻波管法在100Hz~4kHz和1/3倍频程范围内测量了玻璃棉的吸收系数。然后逐渐改变玻璃棉的含水量,并逐一记录相应的吸收系数。用映射法比较了同一块在不同频率范围内吸收系数的变化。

根据实验结果,在实际应用中应考虑环境湿度对离心玻璃棉的影响。当湿度较低时,可根据材料本身的吸声性能进行设计和施工,但如果使用场所的湿度较大,导致离心玻璃棉的含水量达到很高的水平,不能根据材料本身的吸声能力进行设计,必须考虑环境湿度引起吸声体含水量的变化,在要求严格的地方,必须尽量采取干燥等避免措施,需要选用其他吸声材料或结构,否则达不到预期效果。

对于离心玻璃棉,其纤维、筋和颗粒的大小、直径和固体密度是不同的。在这些因素的影响下,其容重会有很大的差异,对材料的吸声系数会产生不同的影响。例如,如果纤维直径不同,其吸声系数也会不同。结果表明,对于一定的纤维排列方式,决定吸声特性的因素是纤维表面积之和。在其它因素相同的情况下,纤维直径越小,总表面积越大,平均吸声系数越大。在一定条件下,体密度的增加会增加低频吸收系数,但体密度的增加不会显著提高低频吸收系数。密度值往往可以通过实验得到。

相同厚度(100m)不同单位重量(32kg/m)的离心玻璃棉?3,48公斤/米?380公斤/米?分别取3)作为实验材料。采用驻波管法进行测量。试验范围为100hz~4khz,用1/3倍频程验证了不同频段的容重对吸声系数的影响规律。

在实际应用中,由于离心玻璃棉松散、易碎或易脱落,往往需要安装穿孔盖板来保护离心玻璃棉,延长其使用寿命。一般情况下,当穿孔率大于20%时,穿孔板的音质很小,降低了声学效果,因此可以忽略声能损失。整个吸声结构的吸声性能主要由板后的离心玻璃棉决定。此时,穿孔板只起到吸声材料保护板的作用。因此,为保证离心玻璃棉的吸声性能不受外力或自重的影响,使用寿命不会降低,通常采用穿孔率高(一般大于20%)的盖板来保护离心玻璃棉。

由于盖板穿孔率高,很难防止外部灰尘或杂质通过板孔进入离心玻璃棉堵塞微孔,或者离心玻璃棉自身的碎片脱落,散落到外部,污染环境。因此,通常在盖板和离心玻璃棉之间添加衬里,衬里的位置如图4所示。为了降低织物对吸声系数的影响,一般选用透气性高、流动阻力小的材料。但是,内衬层的存在或多或少会影响吸声性能,这一点在本节得到了验证。

不同衬里材料的吸声系数测试结果见图5。从图5的曲线可以看出,无纺布的内衬对吸声效果的影响很小,与无纺布离心玻璃棉的吸声特性曲线几乎相同。仅在低频段,有细微差别,吸声性能低于无衬材料;非碱憎水玻璃纤维内衬和非内衬材料离心玻璃棉的吸声性能低于非内衬材料,大大降低了中高频吸声能力。因此,如果对低频吸声没有特殊要求,应尽量避免使用这种衬里材料。

由此可见,不同的衬里材料也会对离心玻璃棉的吸声性能产生影响,在实际选用时应予以考虑。为保证离心玻璃棉本身的特性,建议选用对离心玻璃棉吸声系数影响较小的衬里材料(如无纺布)。

综上所述,离心玻璃棉的含水量、容重和内衬材料对离心玻璃棉的吸声性能有如下影响:

当含水量在一定范围内(小于50%)时,离心玻璃棉的吸声性能不会随着含水量的增加而发生明显变化;当含水量继续增加时,低频吸声性能将得到改善,而中高频吸声性能将明显降低,吸声效果将大大降低,从而影响使用效果;

不同堆积密度对离心玻璃棉吸声性能的影响。在本实验中,体密度主要影响离心玻璃棉的低频吸声性能。随着体积密度的增大,离心玻璃棉的低频吸声系数增大,当体积密度过高时,中高频吸声性能也随之降低。

在本实验中,无纺布衬里的测试结果对实际吸声系数影响不大,而玻璃纤维衬里对吸声系数影响较大。提高低频率,降低中高频率,是实际应用中必须考虑的问题。

*注:本论文依托于“城市户外变电所低成本降噪装置研发及降噪深化技术研究”项目(项目编号:sgridgkj[2016]380号)。

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