一种内嵌胶囊阵列的轻质隔音板材研究(附件)
噪声的产生与治理在我国已属一个古老的课题，特别是低频噪声。隔声与吸声是控制噪声污染的一项最主要的措施。要探究其最基本的原理，国内外对于声子晶体的研究有了一定的突破。根据它的原理，专家们研究了声子晶体新型隔声技术，复合隔声材料、轻质复合隔声板材以及多层混合隔音材质的吸声效果。但是，前人的研究主要集中在高频，或者中高频的吸收与阻隔，对于一些处在0-1000Hz的声频没有较为系统的研究。想要探索降低小频率声音的新途径 ，我将在对复合或者混合材质探究以及填料改性隔声性能研究的基础上，设计并制备了均匀分布于发泡聚氨酯中固废颗粒的复合材料。对其隔声性能进行研究 ，并研究复合结构与隔声性能之间的关系,需要解决的问题研究制备出一种内嵌胶囊阵列的具宽频域吸隔声性能的聚氨酯（PU）复合材料，得到不同阵列排列形式及不同颗粒掺量的隔声墙板隔声性能规律。经研究实验表明，掺入固废颗粒隔声板材的吸声效果在频段为125Hz~315Hz的吸声效果较大，吸声系数维持在数值比较高的水平，但却随着频率升高有所降低；而随着胶囊的掺入，吸声系数总体比之前略低，但是总体隔声系数却在频率的变化下较为平稳。关键词 低频噪声，声子晶体，隔声板材，固废颗粒，胶囊
目 录
一 绪论 2
1.1国内外对于隔声板材的研究现状 2
1.2 声子晶体新型隔声技术的研究现状 3
1.3 复合隔声材料国内外研究进展 4
1.4 轻质复合隔声板材的研究进展 5
二 研究综述 6
2.1 本研究基于的理论基础 6
2.1.1 声子晶体新型隔声技术理论基础 6
2.1.2 复合隔声材料的理论基础 6
2.1.3 多层混合隔音材质隔音的原理 9
2.1.4 聚合物复合声学材料的研究进展 10
2.1.5 PU发泡材料对不同频率段吸隔声性能方差的研究 12
2.2 本文研究 13
2.3课题研究的意义和价值 13
三 实验研究 14
3.1 实验思路 14
3.2 实验设计及样品的制备 15
3.2.1 实验重要的原材料和配料 15
3.2.2 实验样品主要制作流程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
及注意点 16
3.2.3 实验基材样品效果图 17
3.2.4 内嵌胶囊阵列的聚氨酯材料吸隔声性能 17
3.3 驻波管法测定吸声材料的吸声系数 18
3.3.1试验成果 18
3.3.2 器材介绍 18
3.3.3 实验操作流程 19
3.3.4 实验数据及分析 19
总 结 28
致 谢 30
参考文献 31
一 绪论
社会在发展，但是在发展的过程会产生一些问题，噪声的污染是一项影响着人类生存、发展的重要的生态问题而且政府也投入越来越多的精力给了生态环境的治理。噪声和社会的发展紧密关联，与社会的进步紧紧相连。城市噪声的产生与治理在我国尚属一个新的课题，噪声污染的治理比其他环境污染治理的实际难度更大。因此，为了保证城市的文明发展和人类社会的安康安定，噪声的防治需要有关部门和社会的配合与共同努力。特别是，被称为人类健康的“隐形杀手”低频噪音对人类是极其有伤害的。在正常情况下，普通人的听觉频率为20赫兹至20000赫兹，500赫兹校正的频率为低频噪声。经过一些物理学家的研究后，低频噪声不仅对人体造成耳朵的听力的损伤，还造成器质性损伤和精神损伤。低频率的声音可以通过人的耳朵和血肉骨头，引起交感神经系统，心跳加快，高血压和内分泌的失调。如果长时间患有低频噪音，它们很容易引起神经官能症，晚上睡不着，偏头痛，记忆力减退和行为动作判断减缓。还有研究还发现，低频噪声可以穿透人体皮肉，影响胎儿各种地方的发育。人体器官的固有频率基本上在低频和超低频（五至十五赫兹以内）范围之间，因此很可能与低频声音产生共振，造成人体的各种焦躁、感觉不舒服[1]。
1.1国内外对于隔声板材的研究现状
常用的隔墙材料或构件主要有 5大类，其隔声状况大致如下
（a）砖及混凝土墙
现浇实心钢筋混凝土墙的隔声量和粘土砖墙的吸声性能相似，并且和墙体的厚度和各种掺合料的添加量没有太大的关系。150~180mm 厚的混凝土墙的吸声的大小大概为 47~48dB，但面密度190kg/m 2 的钢筋混凝土多孔板，隔声量在55dB 以下。
（b）水泥砂浆墙面
隔声的效果和墙体多厚在一定量的范围内是联系非常紧密的。双方抹一定量厚水泥砂浆隔声后的隔声量约为40?50dB，表面密度小于75kg / m2的轻质隔墙隔音一般在50dB以下。
（c）条板墙
板条墙可以进一步分成两种情况：由粗细集料以及各种无机胶结材料有机合成的多孔的板条，如金属丝网颗粒泡沫板，蒸压加气混凝土板，石膏板。因此， 多层轻质条墙通常在32?40dB之间; 还有一个预制的三明治带，由生产车间的致密表面材料和轻质芯材组成。例如，混凝土岩棉或聚苯乙烯三明治条等，隔音量通常在35?44dB之间。
（d）复合板墙
整个板本身的隔音性能并不高，单层片的隔音性在26至31dB期间。然而，它们可以与由轻钢龙骨和岩棉（或玻璃棉）组成的双层中空填充复合墙相比。良好的隔音效果。它们的隔音通常在40?49dB之间。增加薄层数量，墙体隔音可以大于50dB。
（e）水泥砂浆墙面
这种类型的墙体的隔音与核心材料的类型和水泥砂浆表面层的厚度有关。哈尔滨工业大学硕士学位论文的隔音墙通常在435?42dB之间。可以看出，轻质隔墙有相当一部分。声音表现差，单壁隔音不能满足住宅分体墙的最低隔音要求。为了增加轻质隔墙的隔音效果，国内外的建筑声学家进行了大量的研究工作：
现在的研究大多以多层混合板材的性质为理论依据，如单层蜂窝板，双层蜂窝板等低频范围内的密度，厚度，孔隙阻尼，刚度等参数，和双层夹心板。然而，这种传统的隔音技术多年来一直难以有效地改善低频噪音的隔音。鉴于此，本文提出：引入新的研究理论和方法 声子晶体理论，期望在跨学科领域解决这一工程问题。
1.2 声子晶体新型隔声技术的研究现状
声子晶体和光子晶体非常相似，基本特性有很大一部分身份吻合。两者之间的相似之处在于它们都类似于天然晶体原子的排列，都是一种具有循环组织结构的延展性结构。如果他的频率正处于被不允许存在的频率的时候，自动停止。当存在点丢失或线丢失时，弹性波和声波被限制在点丢失点，或者仅限于线丢失传播。根据物理布洛赫波函数，周期材料的能带也具有周期性。正是由于周期材料的带周期性，才产生了弹性波带隙区。因此，声子晶体是具有声子带隙的周期性结构功能材料。它通过周期性地调节材料组分的散射常数来实现声子带隙散射体。按照他们的不同发散特点。声子晶体在振动和吸音控制方面具有广泛的应用前景，频率在500以下时的声音降噪特别有效。声子晶体是具有弹性波禁带的周期性结构功能材料。诸如声子晶体内部的材料组分（或称为组分）的弹性常数和质量密度等参数周期性地变化。
图1 三元周期结构示意图
声子晶体还可以用另一种方式表达，他是可以进行循环的材料。一般来说，它是一种人造的复合材料，可以减少或禁止在一定频率范围内传播弹性波。它的一般特征是：反复性结构；节约能源的性能;；相空间压缩性能；带隙特性；落入禁带的弹性波被禁止传播；当反复性结构中存在点或线丢失时，弹性波可局限于点丢失处或仅能沿线丢失方向传播[3]。
目 录
一 绪论 2
1.1国内外对于隔声板材的研究现状 2
1.2 声子晶体新型隔声技术的研究现状 3
1.3 复合隔声材料国内外研究进展 4
1.4 轻质复合隔声板材的研究进展 5
二 研究综述 6
2.1 本研究基于的理论基础 6
2.1.1 声子晶体新型隔声技术理论基础 6
2.1.2 复合隔声材料的理论基础 6
2.1.3 多层混合隔音材质隔音的原理 9
2.1.4 聚合物复合声学材料的研究进展 10
2.1.5 PU发泡材料对不同频率段吸隔声性能方差的研究 12
2.2 本文研究 13
2.3课题研究的意义和价值 13
三 实验研究 14
3.1 实验思路 14
3.2 实验设计及样品的制备 15
3.2.1 实验重要的原材料和配料 15
3.2.2 实验样品主要制作流程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
及注意点 16
3.2.3 实验基材样品效果图 17
3.2.4 内嵌胶囊阵列的聚氨酯材料吸隔声性能 17
3.3 驻波管法测定吸声材料的吸声系数 18
3.3.1试验成果 18
3.3.2 器材介绍 18
3.3.3 实验操作流程 19
3.3.4 实验数据及分析 19
总 结 28
致 谢 30
参考文献 31
一 绪论
社会在发展，但是在发展的过程会产生一些问题，噪声的污染是一项影响着人类生存、发展的重要的生态问题而且政府也投入越来越多的精力给了生态环境的治理。噪声和社会的发展紧密关联，与社会的进步紧紧相连。城市噪声的产生与治理在我国尚属一个新的课题，噪声污染的治理比其他环境污染治理的实际难度更大。因此，为了保证城市的文明发展和人类社会的安康安定，噪声的防治需要有关部门和社会的配合与共同努力。特别是，被称为人类健康的“隐形杀手”低频噪音对人类是极其有伤害的。在正常情况下，普通人的听觉频率为20赫兹至20000赫兹，500赫兹校正的频率为低频噪声。经过一些物理学家的研究后，低频噪声不仅对人体造成耳朵的听力的损伤，还造成器质性损伤和精神损伤。低频率的声音可以通过人的耳朵和血肉骨头，引起交感神经系统，心跳加快，高血压和内分泌的失调。如果长时间患有低频噪音，它们很容易引起神经官能症，晚上睡不着，偏头痛，记忆力减退和行为动作判断减缓。还有研究还发现，低频噪声可以穿透人体皮肉，影响胎儿各种地方的发育。人体器官的固有频率基本上在低频和超低频（五至十五赫兹以内）范围之间，因此很可能与低频声音产生共振，造成人体的各种焦躁、感觉不舒服[1]。
1.1国内外对于隔声板材的研究现状
常用的隔墙材料或构件主要有 5大类，其隔声状况大致如下
（a）砖及混凝土墙
现浇实心钢筋混凝土墙的隔声量和粘土砖墙的吸声性能相似，并且和墙体的厚度和各种掺合料的添加量没有太大的关系。150~180mm 厚的混凝土墙的吸声的大小大概为 47~48dB，但面密度190kg/m 2 的钢筋混凝土多孔板，隔声量在55dB 以下。
（b）水泥砂浆墙面
隔声的效果和墙体多厚在一定量的范围内是联系非常紧密的。双方抹一定量厚水泥砂浆隔声后的隔声量约为40?50dB，表面密度小于75kg / m2的轻质隔墙隔音一般在50dB以下。
（c）条板墙
板条墙可以进一步分成两种情况：由粗细集料以及各种无机胶结材料有机合成的多孔的板条，如金属丝网颗粒泡沫板，蒸压加气混凝土板，石膏板。因此， 多层轻质条墙通常在32?40dB之间; 还有一个预制的三明治带，由生产车间的致密表面材料和轻质芯材组成。例如，混凝土岩棉或聚苯乙烯三明治条等，隔音量通常在35?44dB之间。
（d）复合板墙
整个板本身的隔音性能并不高，单层片的隔音性在26至31dB期间。然而，它们可以与由轻钢龙骨和岩棉（或玻璃棉）组成的双层中空填充复合墙相比。良好的隔音效果。它们的隔音通常在40?49dB之间。增加薄层数量，墙体隔音可以大于50dB。
（e）水泥砂浆墙面
这种类型的墙体的隔音与核心材料的类型和水泥砂浆表面层的厚度有关。哈尔滨工业大学硕士学位论文的隔音墙通常在435?42dB之间。可以看出，轻质隔墙有相当一部分。声音表现差，单壁隔音不能满足住宅分体墙的最低隔音要求。为了增加轻质隔墙的隔音效果，国内外的建筑声学家进行了大量的研究工作：
现在的研究大多以多层混合板材的性质为理论依据，如单层蜂窝板，双层蜂窝板等低频范围内的密度，厚度，孔隙阻尼，刚度等参数，和双层夹心板。然而，这种传统的隔音技术多年来一直难以有效地改善低频噪音的隔音。鉴于此，本文提出：引入新的研究理论和方法 声子晶体理论，期望在跨学科领域解决这一工程问题。
1.2 声子晶体新型隔声技术的研究现状
声子晶体和光子晶体非常相似，基本特性有很大一部分身份吻合。两者之间的相似之处在于它们都类似于天然晶体原子的排列，都是一种具有循环组织结构的延展性结构。如果他的频率正处于被不允许存在的频率的时候，自动停止。当存在点丢失或线丢失时，弹性波和声波被限制在点丢失点，或者仅限于线丢失传播。根据物理布洛赫波函数，周期材料的能带也具有周期性。正是由于周期材料的带周期性，才产生了弹性波带隙区。因此，声子晶体是具有声子带隙的周期性结构功能材料。它通过周期性地调节材料组分的散射常数来实现声子带隙散射体。按照他们的不同发散特点。声子晶体在振动和吸音控制方面具有广泛的应用前景，频率在500以下时的声音降噪特别有效。声子晶体是具有弹性波禁带的周期性结构功能材料。诸如声子晶体内部的材料组分（或称为组分）的弹性常数和质量密度等参数周期性地变化。
图1 三元周期结构示意图
声子晶体还可以用另一种方式表达，他是可以进行循环的材料。一般来说，它是一种人造的复合材料，可以减少或禁止在一定频率范围内传播弹性波。它的一般特征是：反复性结构；节约能源的性能;；相空间压缩性能；带隙特性；落入禁带的弹性波被禁止传播；当反复性结构中存在点或线丢失时，弹性波可局限于点丢失处或仅能沿线丢失方向传播[3]。
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