專利名稱：一種泡沫塑料穿孔吸聲板材及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸聲材料及其制備方法，特別是關(guān)于一種泡沬塑料穿孔吸聲板 材及其制備方法。
背景技術(shù)：
聲波通過媒質(zhì)或入射到媒質(zhì)分界面上時(shí)的聲能減少的過程，稱為吸聲或聲吸 收。任何材料或結(jié)構(gòu)，由于它的多孔性、薄膜作用或共振結(jié)構(gòu)，對(duì)入射聲能或多或
少都有吸聲能力，具有較大吸聲能力的材料(通常，平均吸聲系數(shù)超過0. 2的材料)， 稱為吸聲材料。工程上有吸聲作用并有應(yīng)用價(jià)值的吸聲材料，主要是多孔性吸聲材 料。
多孔性吸聲材料的構(gòu)造特征是材料從表到里具有大量的互相貫通的孔隙；它 的吸聲機(jī)理是當(dāng)聲波入射到材料表面后， 一部分聲波從多孔材料表面反射，另一 部分聲波透射進(jìn)入多孔材料，進(jìn)入多孔材料的這部分聲波，引起多孔性吸聲材料內(nèi) 部的空氣振動(dòng)，由于多孔性材料中空氣與孔的摩擦和粘滯阻力等，將一部分聲能轉(zhuǎn) 化為熱能，此外聲波在多孔性吸聲材料內(nèi)經(jīng)過多次反射進(jìn)一步衰減，當(dāng)進(jìn)入多孔性 材料內(nèi)的聲波再返回時(shí)，聲波能量已經(jīng)衰減了很多，只剩下小部分的能量，大部分 則被多孔性吸聲材料損耗吸收掉，泡沫是常見的多孔性吸聲材料之一。多孔性吸聲 材料本身主要吸收中高頻聲，對(duì)低頻聲吸收較差，常常是結(jié)合吸聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用 共振吸聲原理來解決中低頻聲的吸收問題。
典型的單個(gè)共振吸聲器模型是亥姆霍茲共振器，如圖1所示，它的吸聲原理是 空氣從一個(gè)直徑為D的小開口11處進(jìn)入，通過一段長為L的孔頸12后，進(jìn)入到一個(gè)體 積為V的大的容器空腔13中，空氣在此流通過程中，與孔頸12內(nèi)壁面振動(dòng)摩擦，由 于粘滯阻尼和導(dǎo)熱的作用，會(huì)使聲能損耗，它的聲學(xué)作用是一個(gè)聲阻。試驗(yàn)證明， 共振器吸聲系數(shù)隨頻率而變化，當(dāng)入射聲波的頻率接近共振器的固有頻率時(shí)，孔頸 12內(nèi)的空氣柱產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)，在振動(dòng)過程中，由于克服摩擦阻力而消耗聲能，最高 的吸聲系數(shù)出現(xiàn)在共振頻率處；反之，當(dāng)入射聲波頻率遠(yuǎn)離共振器固有頻率時(shí)，共 振器振動(dòng)很弱，因此吸聲作用很小。共振頻率與共振器小開口11的直徑D (也可化 解為截面積)成正比，與孔頸12的長L和大空腔13的體積V成反比。
由此可見，在共振吸聲器中，構(gòu)建一個(gè)小的開孔，孔通過一定長度的孔頸與一 個(gè)具有一定體積的空腔相連的結(jié)構(gòu)，是共振吸聲器的關(guān)鍵。利用上述共振吸聲器的吸聲原理組合設(shè)計(jì)的穿孔吸聲體，最常見的應(yīng)用是穿孔板。有研究指出泡沫材料與
穿孔結(jié)構(gòu)的有效組合，可提高其吸聲性能，例如，泡沫塑料基材的穿孔率約為3% 時(shí)，吸聲效果最高出現(xiàn)在800 3200Hz頻率范圍內(nèi)，可有效改進(jìn)泡沫型材的吸聲頻 率特性。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種能有效提高中低頻吸聲性能的泡沫塑 料穿孔吸聲板材。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特 征在于它包括一泡沫塑料板，所述泡沫塑料板上開設(shè)有若干通孔，每個(gè)所述通孔 中安裝一個(gè)硬性管件，所述硬性管件的兩端管口與大氣相通，所述硬性管件的管壁 上開設(shè)有若干小孔，所述小孔與所述硬性管件的內(nèi)腔相通。
安裝有所述硬性管件的所述泡沫塑料板的開孔率為1 % 5% 。 所述通孔在所述泡沫塑料板上的排列是正方形或三角形排列方式之一。
所述硬性管件的管內(nèi)徑不大于1 mm。
所述硬性管件管壁上開設(shè)的所述小孔距所述硬性管件的兩端管口留有一定距離。
一種制備如權(quán)利要求1所述的泡沫塑料穿孔吸聲板的方法，其特征在于它包 括以下步驟，
(1) 材料選擇所述泡沫塑料板選擇為聚氨酯、酚醛、聚酰亞胺、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、脲醛或聚氧化乙烯材料之一制成的平板，所述硬性管件選擇為金屬或硬 質(zhì)塑料材料之一制成的管件；
(2) 所述硬性管件的加工所述硬性管件的內(nèi)徑加工為不大于lmm，在所述硬
性管件的管壁上開設(shè)若干與所述硬性管件內(nèi)腔相連通的小孔，所述小孔距管口留有
一定距離；
(3) 所述泡沫塑料板的加工所述泡沫塑料表面加工平整，其上開設(shè)若干通孔；
(4) 組裝將所述硬性管件緊密配合安裝到所述泡沫塑料板上的所述通孔內(nèi)， 所述硬性管件的兩管口與外界相通；安裝所述硬性管件的所述泡沫塑料板的開孔率 為1% 5%;
(5) 修整打磨表面，使表面平整，清理所述硬性管件的兩管口使其與外界相通。
其中，所述硬性管件緊密配合安裝到所述泡沬塑料板上的通孔內(nèi)的方法有兩種 一，如果所述通孔的開孔尺寸比所述硬性管件的外徑略小，所述通孔與所述硬性管 件緊密配裝；二，如果所述通孔的開孔尺寸比所述硬性管件的外徑略大，所述硬性 管件管壁上的小孔與所述硬性管件的管口間的距離處涂粘合劑后插入到所述通孔中。
本發(fā)明由于釆取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明在泡沫塑料上穿 孔設(shè)置管件，既保留了多孔吸聲材料高頻吸聲性能好的優(yōu)點(diǎn)，又利用了共振吸聲結(jié) 構(gòu)，使中低頻的吸聲性能有較大提高。2、本發(fā)明中設(shè)置的硬性管件也起到耐壓支 撐作用，這樣能與其它剛性體等一起形成有效的耐壓結(jié)構(gòu)，使其在實(shí)際使用時(shí)有良 好的承壓能力。3、本發(fā)明泡沬塑料板上所開設(shè)的通孔，排列不受限制，大大方便 了加工。4、本發(fā)明硬性管件管壁上所開設(shè)的小孔形狀和排列不受限制，也大大方 便了加工。5、泡沫塑料板和硬性管件的材料可選性強(qiáng)，因此本發(fā)明具有很廣泛的 應(yīng)用價(jià)值。
圖1是亥姆霍茲共振吸聲器結(jié)構(gòu)示意圖 圖2是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖
圖3是本發(fā)明泡沫塑料板上開設(shè)的正方形排列孔的示意圖 圖4是本發(fā)明泡沫塑料板上開設(shè)的三角形排列孔的示意圖 圖5是本發(fā)明硬性管件管壁上開設(shè)圓形孔的示意圖 圖6是本發(fā)明硬性管件管壁上開設(shè)狹長孔的示意圖 圖7是本發(fā)明與其它面材結(jié)合使用的示意圖 圖8是共振吸聲器原理在本發(fā)明中的應(yīng)用示意圖 圖9是本發(fā)明與普通泡沫塑料板吸聲特性比較圖
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明。
如圖2所示，本發(fā)明包括一泡沫塑料板l，在泡沫塑料板1上打有許多通孔2。 在每個(gè)通孔2中都嵌裝一個(gè)硬性管件3，硬性管件3兩端的管口 31都與外界相通； 在硬性配件3的管壁上開設(shè)有若干小孔32，小孔32與硬性管件3的內(nèi)腔相通。
本發(fā)明中泡沫塑料板l的材料成分為聚氨酯、酚醛、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚 氯乙烯、脲醛或聚氧化乙烯；泡沬塑料板l本身具有大量的孔隙，孔隙率一般在95 %左右。
本發(fā)明中通孔2在泡沫塑料板1上的排列可以是不規(guī)則排列的，也可以是規(guī)則 排列的，比如通孔2呈正方形排列(如圖3所示)，又比如通孔2呈三角形排列(如 圖4所示)。
如圖5、圖6所示，本發(fā)明中硬性管件3的內(nèi)徑D1較細(xì)， 一般不大于lran。硬 性管件3的管壁上開設(shè)的若干小孔32集中于硬性管件3的中部，最上端的和最下端的小孔32分別與上端管口和下端管口間留有一定的距離Ll，距離Ll根據(jù)加工工 藝和實(shí)際應(yīng)用來確定，通過調(diào)節(jié)距離L1可以改變共振頻率的大小，從而改變板材 的吸聲頻率特性。同時(shí)，小孔32的形狀也不限，比如可以為圓孔，也可以為狹長 孔。
硬性管件3插入到通孔2中后，泡沫塑料板1的開孔率均應(yīng)保持在1% 5%， 最好是1% 2. 5%。
為克服泡沫材料不耐壓的缺點(diǎn)，本發(fā)明中硬性管件3的材料要求具有較好的耐 壓抗彎曲強(qiáng)度， 一般選用金屬或硬質(zhì)塑料等。同時(shí)，如圖7所示，本發(fā)明中的硬性 管件3還可以與剛性面材一起構(gòu)成耐壓結(jié)構(gòu)。
通過對(duì)本發(fā)明結(jié)構(gòu)的描述，可以知道本發(fā)明實(shí)際是多個(gè)共振吸聲器的組合，如 圖8所示，每一個(gè)硬性管件3的管口 31都可視為共振吸聲器的小開口，它的直徑 為Dl;管口 31距離硬性管件3管壁上小孔32的最短距離Ll，可視為共振吸聲器 的孔頸最小長度；泡沫塑料板1本身的孔隙視為一大的空腔V1。聲波傳送過程為-聲音從管口 31進(jìn)入，經(jīng)過硬性管件3的孔頸最小長度，然后通過硬性管件3管壁 上的小孔32進(jìn)入到泡沫塑料板1的孔隙中，在至少經(jīng)過Ll長度的孔頸時(shí)，聲能被 消耗。適當(dāng)縮小管口 31的大小，增大泡沫塑料板1本身的孔隙，可以得到較低的 共振頻率，增強(qiáng)中低頻吸聲效果。
本發(fā)明的制備方法是
1、 材料選擇泡沬塑料板l選擇聚氨酯、酚醛、聚酰亞胺、聚苯乙烯、聚氯乙 烯、脲醛或聚氧化乙烯材料制成的平板；硬性管件3選擇金屬或硬質(zhì)塑料制成的管 件。
2、 硬性管件3的加工硬性管件3的內(nèi)徑不大于lmm，在其管壁上開出一些與 管內(nèi)徑連通的小孔。小孔距管口留有一定距離。
3、 泡沫塑料板1的加工泡沫塑料板1表面加工平整，在泡沫塑料板1上按照 正方形排列或三角形排列的方式，與硬性管件3外徑相對(duì)應(yīng)開設(shè)通孔2。
4、 組裝將制備好的硬性管件3安裝到泡沫塑料板1預(yù)先開好的通孔2內(nèi)，使 硬性管件3的管身與通孔2緊密配合，使硬性管件3的兩管口 31與外界相通。裝 配硬性管件3后的泡沫塑料板1的開孔率為1% 5%。
5、 修整裝配完成后，修整表面使其平整，使硬性管件3的兩管口 31不被堵塞。
上述方法中，根據(jù)通孔2的開孔尺寸大小，組裝過程可以采取兩種方法保證硬 性管件3與通孔2緊密配合 一，如果通孔2的開孔尺寸比硬性管件3外徑小，可將硬性管件3直接插入到通孔2中，實(shí)現(xiàn)緊密配裝；二，如果通孔2的開孔尺寸與 硬性管件3外徑相當(dāng)或略大，則在硬性管件3的小孔32距管口 31之間的距離Ll 處先涂粘合劑，然后再插入到通孔2中。 下面是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例
1、 選取聚氨酯泡沫塑料板材，厚度為50mm，通過GBJ 88-1985《駐波管法吸 聲系數(shù)與聲阻抗率測量規(guī)范》測得材料的中低頻(100 800Hz)的平均吸聲系數(shù)為 0.34，高頻(1000 5000Hz)的平均吸聲系數(shù)為0. 73。
2、 在聚氨酯泡沫塑料板材上開出按正方形排列的通孔，孔間距為10mm。
3、 選取硬質(zhì)PVC塑料硬性管件安裝在聚氨酯泡沫塑料板材通孔2中，管內(nèi)徑 Dl為0.8mm，管壁上開有窄縫。
如圖9所示，對(duì)于此組合測得其吸聲頻率特性，中低頻(100 800Hz)的平均 吸聲系數(shù)為0.45，高頻(1000 5000Hz)的平均吸聲系數(shù)為0.76。與同樣厚度的 未開孔的純泡沬板相比較，中低頻的吸聲性能有明顯提高。
權(quán)利要求
1、一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于它包括一泡沫塑料板，所述泡沫塑料板上開設(shè)有若干通孔，每個(gè)所述通孔中安裝一個(gè)硬性管件，所述硬性管件的兩端管口與大氣相通，所述硬性管件的管壁上開設(shè)有若干小孔，所述小孔與所述硬性管件的內(nèi)腔相通。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于安裝有所述 硬性管件的所述泡沫塑料板的開孔率為1% 5%。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于所述通孔在所述泡沫塑料板上的排列是正方形或三角形排列方式之一。
4、 如權(quán)利要求2所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于所述通孔在 所述泡沫塑料板上的排列是正方形或三角形排列方式之一。
5、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種泡沬塑料穿孔吸聲板，其特征在于所述硬性管件的管內(nèi)徑不大于1 。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4所述的一種泡沬塑料穿孔吸聲板，其特征在于所述硬性管件管壁上開設(shè)的所述小孔距所述硬性管件的兩端管口有一定距離。
7、 如權(quán)利要求5所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于所述硬性管件管壁上開設(shè)的所述小孔距所述硬性管件的兩端管口有一定距離。
8、 一種制備如權(quán)利要求1所述的泡沫塑料穿孔吸聲板的方法，其特征在于它包括以下步驟，(1) 材料選擇所述泡沫塑料板選擇為聚氨酯、酚酸、聚酰亞胺、聚苯乙烯、 聚氯乙烯、脲醛或聚氧化乙烯材料之一制成的平板，所述硬性管件選擇為金屬或硬 質(zhì)塑料材料之一制成的管件；(2) 所述硬性管件的加工所述硬性管件的內(nèi)徑加工為不大于lmm，在所述硬 性管件的管壁上開設(shè)若干與所述硬性管件內(nèi)腔相連通的小孔，所述小孔距管口留有 一定距離；(3) 所述泡沫塑料板的加工所述泡沫塑料表面加工平整，其上開設(shè)若干通孔；(4) 組裝將所述硬性管件緊密配合安裝到所述泡沬塑料板上的所述通孔內(nèi)， 所述硬性管件的兩管口與外界相通；安裝所述硬性管件的所述泡沫塑料板的開孔率 為1% 5%;(5) 修整打磨表面，使表面平整，清理所述硬性管件的兩管口使其與外界相通。
9、如權(quán)利要求8所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板的制備方法，其特征在于所述通孔的開孔尺寸比所述硬性管件的外徑略小，所述通孔與所述硬性管件緊密配裝。
10、如權(quán)利要求8所述的一種泡沫塑料穿孔吸聲板的制備方法，其特征在于 所述通孔的開孔尺寸比所述硬性管件的外徑略大，所述硬性管件管壁上的小孔與所 述硬性管件的管口間的距離處涂粘合劑后插入到所述通孔中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種泡沫塑料穿孔吸聲板，其特征在于它包括一泡沫塑料板，泡沫塑料板上開設(shè)有若干通孔，通孔在泡沫塑料板上的排列方式不限，每個(gè)通孔中嵌裝一個(gè)硬性管件，打孔率為1％～5％。管件的兩端管口與大氣相通；管壁上開設(shè)有若干小孔，與管件的內(nèi)腔相通，并與管件的兩端管口有距離。制作本發(fā)明的方法包括以下步驟(1)選擇具有孔隙的泡沫材料制成的平板，選擇金屬或硬質(zhì)塑料材料之一制成的硬性管件；(2)硬性管件加工內(nèi)徑不大于1mm，管壁上開出一些與管內(nèi)腔相通的、距管口有一定距離小孔；(3)泡沫塑料板上開設(shè)若干通孔；(4)將硬性管件緊密配裝到通孔內(nèi)；(5)打磨表面使其平整。
文檔編號(hào)G10K11/162GK101315768SQ20081011567
公開日2008年12月3日 申請(qǐng)日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者周成飛, 巍 曹, 曾心苗, 彤 翟, 郭建梅 申請(qǐng)人:北京市射線應(yīng)用研究中心