磁性聚氨酯泡沫的吸声性能及机理研究

发布时间：2020-11-01 09:00

　　 随着现代工业和交通运输业的快速发展,日常生活的环境中噪声污染问题已变得日益突出,已成为国家国防、经济和社会发展中亟待解决的关键问题。多孔吸声材料作为吸声降噪最为有效的材料之一,但对于低频噪声和复杂的噪声环境显得其吸收能力不足。因此,克服传统多孔吸声材料的这些功能缺陷,改善其低频吸声性能对噪声污染控制具有重要的研究意义和工程价值。本文以磁性聚氨酯泡沫为研究对象,以改善其低频吸声性能为主要研究目的,探讨其微观结构参数和宏观特征参数与吸声性能之间的关系,进行了一系列的实验和理论分析。本文主要的研究工作如下:1.阐述了噪声污染的危害,以及目前主要的噪声控制手段,指出传统材料在吸声降噪领域中应用的功能缺陷,综述了智能磁性吸声降噪材料的研究现状,明确了研究智能磁性吸声降噪材料的应用前景和迫切需求,并提出了本文主要的研究工作。2.针对多孔吸声材料低频吸声性能较差的问题,本文通过搭建磁场发生装置,采用一步全水发泡法制备各向同性/异性的磁性聚氨酯泡沫,测试其在64-1600Hz的吸声性能。结果表明,异氰酸酯比例的增加在一定程度上能够改善材料的吸声性能,且加入羰基铁粉可显著提高其在64-500Hz的吸声性能,其中当加100:70的聚醚多元醇与异氰酸酯和5wt%羟基铁粉时,其低频吸声性能最佳,平均吸声系数能够达到0.201。各向同性泡沫的平均吸声系数会随着羰基铁粉质量分数的增加先增加后减小,但均好于聚氨酯泡沫,当加入15wt%的羰基铁粉时,在64-500Hz的平均吸声系数能够达到0.221,较聚氨酯泡沫提升了64.9%。各向异性泡沫的吸声性能会随着磁场强度的增加而变得越来越差,甚至其低频段的吸声性能比聚氨酯泡沫还要差。因此,磁性聚氨酯泡沫其吸声性能为各向同性的最好,各向异性的最差。3.为探究微观结构参数与吸声性能之间的关系,本文采用电子扫描显微镜对泡沫材料的微观结构进行观察,建立了代表性单元几何模型,并使用Image Pro Plus对微观结构参数进行统计分析。结果表明,孔腔直径为700-900um,孔直径为200-255um时,磁性聚氨酯泡沫会具有较好的吸声性能。64-500Hz低频吸声性能会随着骨架厚度和网状率的增加而改善,但全频段的平均吸声系数会随着骨架长度和缝隙宽度的增加而变差。4.为研究磁性聚氨酯泡沫的宏观特征参数对其吸声性能的影响,本文通过建立基于特征参数的吸声模型,对磁性聚氨酯泡沫的吸声机理进行描述,并采用最小二乘法对特征参数值进行辨识。结果表明,流阻率增加和黏性特征长度减小可以改善材料的低频吸声性能。异氰酸酯比例的增大会提高孔隙率以及减小黏性特征长度;羰基铁粉可提高流阻率和孔隙率,但流阻率会随着羰基铁粉质量分数增加而降低;磁场强度增加会降低其流阻率、孔隙率,增大热性特征长度。因此,增加异氰酸酯比例和加入适量的羰基铁粉可以提高磁性聚氨酯泡沫的低频吸声性能。5.为验证宏观特征参数辨识值的有效性,本文通过搭建流阻率和孔隙率实验测量装置,对磁性聚氨酯泡沫的流阻率和孔隙率分别进行测量,测量结果与辨识结果相比,其变化趋势具有很好的一致性,同时两者之间的相对误差均在±20%以内,因此本文提出的特征参数辨识方法是可行的。
【学位单位】：重庆邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ328.2;TB53
【部分图文】：

其他更为重要的用途，不得不让其工作，这就会附加产生振动，那么为了达到预期的噪声控制效果，只能通过合理的有效手段减弱噪声振动形式。目前，最常用的一种噪声控制的手段就是安装消声器。（2）削弱或者控制噪声传播。噪声振动源产生了噪声，通过振动的形式传递至人耳，振动需要传播介质来传递，但切断传播途径是不现实的，因此就需要增大噪声传播的阻力，以此削弱噪声，减少振动能量的传递。像交通轨道两侧的隔声屏障，以及城市里种植的绿化带等，均可在传播途径中对噪声进行削弱。目前，常常采用一些吸声结构、吸声材料、隔声材料等对噪声进行吸收耗散，以此达到削弱噪声的目的。（3）对接受者进行保护。在上述两种手段都无法获得理想的吸声降噪效果时，则可以对接受者采取一定的保护措施，将其与噪声隔离，常采用耳塞、耳罩、隔音头盔等隔音装置。

(a) 纤维类 (b) 泡沫类图 1.2 吸声材料电镜图1.2.2 磁性吸声材料研究现状上述的这些传统吸声材料，一般在中高频都会表现出其良好的吸声减振效果，同时其有效的吸声频带也较宽，因此在吸声、降噪、减振等领域扮演着重要的角色。但是对于严重危害人体健康、机械设备寿命的低频噪声，传统的吸声材料的吸收能力就显得不是很理想, 且无法通过调整自身参数以满足多种应用场合的功能需求[6-8]。因此，为了弥补传统吸声材料在功能方面的这些缺陷，并对其低频段噪声的吸声性能和全频段的自适应性能进行改善，那么对于噪声的污染控制就会具有重要的研究意义和工程价值。近年来，一些学者受磁流变技术的启发，将磁性颗粒混合到高分子聚合物中，制备出了一种新型智能吸声材料——磁性吸声材料，其主要的目的是提高传统吸声降噪材料的吸声性能，特别是其低频段的吸声性能亟待进行改善。磁性吸声材料是

要由吸声系数、隔声系数、降噪系数等声学参数来进行衡量标能够直观、快速的反映吸声材料的吸声降噪效果。材料的声材料吸收削减的能量与噪声振动形式的总能量的百分比，数的取值范围在 0 到 1 之间，其数值越大反应所评价的吸声，因此在科学研究中经常采用吸声系数作为材料吸声性能的的角度，吸声材料的吸声系数α 可表示为[14]：iirtiaEEEEEE ( +)α ==吸声材料的吸声系数；iE 为噪声振动形式传递至吸声材料表面能；aE 为被吸声材料削减耗散（即被吸收）的那部分声能面反射回入射方向（即被反射）的那部分声能；tE 为入射总的那部分透射声能。吸声系数α 可在 0 到 1 之间进行变化，全无法对噪音进行吸声降噪；如果 α =1，则表明这种材料吸
【参考文献】

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1 王永华;张成春;王晶;石磊;张雪鹏;任露泉;;仿生多孔材料吸声性能[J];吉林大学学报(工学版);2012年06期

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1 王永华;多级仿生耦合材料吸声性能及机理研究[D];吉林大学;2014年

本文编号：2865312