專利名稱：一種寬頻吸聲材料及吸聲裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種吸聲材料及吸聲裝置，具體涉及一種用于高速公路隧道、在寬頻范圍內具有較大吸聲系數的高效吸聲材料及應用該材料的吸聲裝置。
背景技術：
隨著我國西部大開發的深入，高速公路的建設進入了前所未有的快速發展階段。近年建設和規劃中的高等級公路的大都分布在群山峻嶺之中，為了達到快速、安全等指標，出現了大量的高速公路隧道。近年來隨著公路交通建設事業的飛速發展，高速公路隧道(特別是特長隧道)越來越多，其交通噪聲污染這一環境問題顯得尤為突出。目前，我國建成的大多數隧道內未采取降噪措施，而隧道內壁常為混凝土、瓷磚、石材之類的硬質材料， 吸聲系數很小，致使車輛在隧道內行駛時，噪聲經壁面多次反射，混響聲、直達聲等疊加，產生較大的噪聲值，使隧道內的司機、乘客和檢修人員感到非常不舒適，嚴重影響他們身心健康，對需要長時間駐留隧道中的檢修人員影響尤為嚴重。隧道內的強噪聲可能對隧道本身也造成危害，使隧道頂部，內壁以及地面遭到一定程度的損壞，從而造成經濟損失和安全隱患。為緩解城市交通壓力和山區高速公路的建成，更多的公路隧道必將不斷建成，我們也將面臨更加嚴峻的隧道內噪聲污染問題，在此大環境下，研究開發具有治理隧道噪聲的材料和技術刻不容緩。在隧道噪聲的治理方面，研究人員做過大量的研究，發現使用吸音材料能夠有效地降低噪音，但由于隧道的特定環境要求及施工的特點對吸音材料的要求很高，吸音材料應持久耐用、防火、防腐、阻燃，并且使用壽命長，材料的吸音性能符合隧道內的聲頻特性(主要集中在300-3000 Hz的中低頻范圍內);應具有足夠的強度，既要具有良好的抗氣流沖擊能力，與四周混凝上墻基良好結合，施工又要方便快捷。而目前開發的吸聲材料或者由于中低頻范圍內吸聲系數不夠高，或者由于制作工藝復雜、成本較高，或者由于阻燃性能不佳，或者由于不適應于隧道內潮濕的環境等原因，均不能滿足高速公路隧道用吸聲材料的多重要求。
發明內容
本發明的目的是為了解決現有技術中存在的缺陷，提供一種能有效滿足高速公路隧道用的吸聲材料及吸聲裝置。為了達到上述目的，本發明提供了一種寬頻吸聲材料，包括活性炭纖維三維織物層和多孔性材料層；活性炭纖維三維織物層為兩層；多孔性材料層設于兩層活性炭纖維三維織物層中間；每層活性炭纖維三維織物層外表面涂覆有納米纖維膜；多孔性材料層采用泡沫鋁或水泥基多孔復合材料；納米纖維膜的厚度為1(Γ 000μπι，優選5(T200 ym;活性碳纖維三維織物層的厚度為flO mm，優選Γ5 mm ;多孔材料層采用泡沫鋁時，厚度為廣10mm，優選5 6 mm ;多孔材料層采用水泥基多孔復合材料時,厚度為1 10 cm,優選4 6 cm。本發明還提供了一種采用上述吸聲材料的吸聲裝置，通過連接件將吸聲材料固定在墻體上。連接件前端為固定寬頻吸聲材料的連接裝置，后端為空腔；空腔的深度為 (Γιοο_，優選30 50 mm η連接裝置為長方體，左右兩端開口，且前端面上設有多個吸聲孔；連接裝置的寬度與寬頻吸聲材料的厚度相適配；寬頻吸聲材料從連接裝置的開口處沿長度方向(水平方向)插入連接裝置內。連接裝置的上、下端內表面的對應位置沿垂直方向(高度方向)分別設有兩個卡片，將連接裝置內部分成三個連通的隔層；上述寬頻吸聲材料中的多孔性材料層和兩層活性炭三維織物層分別插入連接裝置的中部隔層和兩邊隔層內。空腔由上下兩端面、吸聲材料和墻體圍成；上、下兩端面的一端分別與連接裝置后端面相連，另一端沿垂直方向分別向外延伸設有連接片；上、下兩端的連接片上分別設有螺栓。本發明相比現有技術具有以下優點1、活性炭纖維三維織物具有較高比表面積(1000-3000m2/g)和微孔結構(5-ΙΟΟΑ)，同時也是優良的防火材料(極限氧指數聞達50以上)；ACF的聞比表面積, 可提聞隧道內壁吸聲有效面積，有利于材料的吸聲系數提聞，在使用同等容重的吸聲材料時，可大幅提聞公路隧道的吸聲降噪效果。且活性炭材料對汽車尾氣具有吸附作用，能起到一定的凈化隧道內空氣的作用。2、對活性炭纖維三維織物表面噴涂納米纖維膜，起到一定的拒水作用，保證吸聲材料的工作可靠性，同時還使復合材料內部的孔隙形成一定的梯度結構，對拓寬復合材料的吸聲頻帶起到了有利作用。3、連接件通過隔層設計，方便吸聲材料各層直接插入，無需采用黏合劑等進行各層連接，更加方便。同時連接件外表面設有多個吸聲孔，在固定吸聲材料表層的活性炭纖維三維織物的同時，也不影響吸聲效果。4、將活性炭纖維三維織物與多孔性材料復合，組成三明治形式的多層復合材料，同時結合連接件后部留有一定長度的空腔，將多孔吸聲和共振吸聲結合起來，起到一定的協同效應，得到寬頻范圍尤其是中低頻范圍內具有較大吸聲系數的高效吸聲材料，從而滿足高速公路隧道內使用的多重要求。5、本發明吸聲裝置在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數均高于O. 55，最大值可達 O. 98。
圖1為本發明吸聲裝置的結構示意圖。圖中1-納米纖維膜，2-活性炭纖維三維織物層，3-多孔性材料層，4-連接裝置，41-連接裝置的前端面，5-連接件，6-空腔，7-墻體，8-卡片，9-連接片，10-螺栓。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明吸聲材料及吸聲裝置進行詳細說明。實施例一
如圖1所示，本發明寬頻吸聲材料，包括活性炭纖維三維織物層2和多孔性材料層3 ；活性炭纖維三維織物層2為兩層，每層活性炭纖維三維織物層2的外表面涂覆有納米纖維膜I。多孔性材料層3設于兩層活性炭纖維三維織物層2中間。多孔性材料層3采用泡沫招。納米纖維膜I的厚度為10 μ m,活性碳纖維三維織物層2的厚度為I mm，多孔材料層2厚度為I mm。本發明吸聲裝置采用上述吸聲材料，包括連接件5。連接件5采用鋼板整體成型，前端為中空的連接裝置4，后端為與之相連通的空腔6。連接裝置4為長方體，左右兩端開口，且連接裝置的前端面41上設有多個吸聲孔(未畫出)。連接裝置4的上、下端內表面對應位置沿高度方向分別設有兩個卡片8，將連接裝置4內部分成三個連通的隔層。上述吸聲材料中的多孔性材料層3和兩層活性炭三維織物層2分別插入連接裝置4的中部隔層和兩邊隔層內，各隔層的深度(即連接裝置4長方體的寬度)與對應材料層的厚度一致。空腔 6由上下兩端面、插入連接裝置4內的吸聲材料和墻體7圍成。上、下兩端面的一端分別與連接裝置4后端面相連(上、下端面和連接裝置4整體成型)，另一端沿垂直方向分別向外延伸設有連接片9。上、下兩個連接片9上均設有螺栓10，吸聲裝置可通過螺栓10固定在隧道的墻體7上。空腔6的深度(即從連接裝置4至墻體7的距離)為10 mm。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 65，最大值為O. 81。實施例二
本發明寬頻吸聲材料的各層材料及結構同實施例一。其中，納米纖維膜I的厚度為100 μ m,活性碳纖維三維織物層2的厚度為4 mm,多孔材料層2厚度為6 mm。本發明吸聲裝置的結構同實施一。其中空腔6的深度為40 _。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 82，最大值為O. 98 ο實施例三
本發明寬頻吸聲材料的各層材料及結構同實施例一。其中，納米纖維膜I的厚度為1000 μ m,活性碳纖維三維織物層2的厚度為10 mm,多孔材料層2厚度為10 mm。本發明吸聲裝置的結構同實施一。其中空腔6的深度為100 mm。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 70，最大值為O. 97。實施例四
本發明寬頻吸聲材料的結構同實施例一。其中，納米纖維膜I的厚度為ΙΟμπι，活性碳纖維三維織物層2的厚度為I mm，多孔材料層2采用粒徑為2(Γ30目膨脹珍珠巖含量為16. 5%的水泥基多孔復合材料，厚度為I cm。其中，水泥基多孔復合材料的制備過程如下取粒徑為2(Γ30目膨脹珍珠巖，按照水水泥膨脹珍珠巖(重量比)=0. 775 1 0. 35稱重，水泥和膨脹珍珠巖先混合均勻，然后加入水攪拌均勻后澆入模具內成形。本發明吸聲裝置的結構同實施一。其中空腔6的深度為10 mm。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 56，最大值為O. 78。實施例五本發明寬頻吸聲材料的結構同實施例一。其中，納米纖維膜I的厚度為200 μ m，活性碳纖維三維織物層2的厚度為5 mm，多孔材料層2采用粒徑為3(Γ50目膨脹珍珠巖含量為18. 8%的水泥基多孔復合材料，厚度為5 cm。其中，水泥基多孔復合材料的制備過程如下取粒徑為3(Γ50目膨脹珍珠巖，按照水水泥膨脹珍珠巖(重量比)=0. 725 1 0. 4稱重，水泥和膨脹珍珠巖先混合均勻，然后加入水攪拌均勻后澆入模具內成形。本發明吸聲裝置的結構同實施一。其中空腔6的深度為50 mm。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 78，最大值為O. 98 ο實施例六 本發明寬頻吸聲材料的結構同實施例一。其中，納米纖維膜I的厚度為ΙΟΟΟμπι，活性碳纖維三維織物層2的厚度為10 mm,多孔材料層2采用粒徑為3(Γ50目膨脹珍珠巖含量為18. 8%的水泥基多孔復合材料，厚度為10 cm。本發明吸聲裝置的結構同實施一。其中空腔6的深度為100 mm。對該吸聲裝置進行測試，在80-6300 Hz頻段內的平均吸聲系數為O. 75，最大值為O. 95。
權利要求
1.一種寬頻吸聲材料，其特征在于所述寬頻吸聲材料包括活性炭纖維三維織物層和多孔性材料層；所述活性炭纖維三維織物層為兩層；所述多孔性材料層設于兩層活性炭纖維三維織物層中間；所述每層活性炭纖維三維織物層外表面涂覆有納米纖維膜；所述多孔性材料層采用泡沫鋁或水泥基多孔復合材料；所述納米纖維膜的厚度為1(Γ1000 μ m ;所述活性碳纖維三維織物層的厚度為廣10 mm;所述多孔材料層采用泡沫鋁時，厚度為廣10mm;所述多孔材料層采用水泥基多孔復合材料時，厚度為flO cm。
2.根據權利要求1所述的寬頻吸聲材料，其特征在于所述納米纖維膜的厚度為50^200 μ m;所述活性炭纖維三維織物層的厚度為:Γ5 mm ;所述多孔材料層采用泡沫鋁時，厚度為5飛mm;所述多孔材料層采用水泥基多孔復合材料時，厚度為Γ6 cm。
3.—種吸聲裝置，通過連接件將權利要求1或2所述寬頻吸聲材料固定在墻體上，其特征在于所述連接件前端為固定寬頻吸聲材料的連接裝置，后端為空腔；所述空腔的深度為 10 100 mmη
4.根據權利要求3所述的吸聲裝置，其特征在于所述連接裝置為長方體，左右兩端開口，且前端面上設有多個吸聲孔；所述寬頻吸聲材料從所述連接裝置的開口處沿長度方向插入所述連接裝置內。
5.根據權利要求4所述的吸聲裝置，其特征在于所述連接裝置的上、下端內表面的對應位置沿垂直方向分別設有兩個卡片；所述連接裝置內部通過所述卡片分成三個連通的隔層；所述寬頻吸聲材料中的多孔性材料層和兩層活性炭三維織物層分別插入所述連接裝置的中部隔層和兩邊隔層內。
6.根據權利要求3所述的吸聲裝置，其特征在于所述連接件的后端面沿垂直方向向外延伸設有連接片；所述連接片上設有螺栓。
7.根據權利要求3所述的吸聲裝置，其特征在于所述空腔的深度為3(T50mm。
全文摘要
本發明公開了一種寬頻吸聲材料及吸聲裝置。該吸聲材料包括活性炭纖維三維織物層和多孔性材料層；活性炭纖維三維織物層為兩層；多孔性材料層設于兩層活性炭纖維三維織物層中間；每層活性炭纖維三維織物層外表面涂覆有納米纖維膜；多孔性材料層采用泡沫鋁或水泥基多孔復合材料。本發明吸聲裝置通過連接件將吸聲材料固定在墻體上，連接件前端為固定寬頻吸聲材料的連接裝置，后端為空腔。本發明吸聲裝置能有效滿足高速公路隧道的使用要求。
文檔編號E21D11/38GK103016030SQ20121056110
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優先權日2012年12月21日
發明者高強, 劉其霞, 季濤, 余進 申請人:南通大學