基于废弃物资源化的新型复合隔声板设计及其性能

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隔音板材的开发与应用能有效减少和降低噪声对人们生活环境的干扰和对身体的损害。传统的隔声墙体主要靠墙体材料的密度和厚度来控制噪声,不仅降噪形式单一,而且笨重较厚和占用容积,因而,为房屋建筑提供隔声性能优异的新型轻薄高隔声复合墙板,有效提高容积率和减少建筑承重,是今后建筑降噪领域重点研究方向之一,同时将废弃资源用于该复合板材制备,使废胶粉和废钢渣粉再资源化并提高其再利用的附加值,具有明显的学术和应用价值。本文结合吸声、隔声、阻尼等多种降噪机理设计制备新型轻薄高隔声复合墙板,先制备了以废钢渣粉填充改性后的聚氨酯泡沫塑料,并优化最佳声学性能的相应制备参数,然后以此与不同面板材料和经改性后的废胶粉阻尼材料进行复合得到了一种隔声性能优异、轻薄、经济、易加工成型的新型复合隔声墙板。通过采用阻抗管材料吸隔声测量系统、扫描电镜(SEM)、动态热机械分析仪(DMA)、冲击弹性试验机等仪器设备对该复合材料吸隔声性能、微观断面结构、动态力学性能、抗冲击性能进行表征,探讨了其影响因素及规律,主要研究结论如下:(1)通过实验优化得到一种新型轻薄高隔声5层复合墙板,其结构、工艺参数和隔声性能为:面板材料及厚度分别为1050型铝板,厚度为1.21mm;吸隔声芯板为添加废钢渣粉改性后的聚氨酯泡沫塑料,废钢渣粉粒径为120目,添加质量比为W废钢渣粉:W聚氨酯=3:10,发泡温度为65℃,孔隙率为82.87%,厚度为2cm;阻尼材料层厚度为1mm,tanδmax=0.784;复合墙板各层排列顺序依次为面板/阻尼层/吸隔声芯层/阻尼层/面板,总厚度为24.42mm(仅为混凝土砖墙厚度的1/10),总面密度为11.22kg/m2(仅为混凝土砖墙的1/40),实测平均传声损失隔声量42.7dB(A)。(2)聚氨酯不同软、硬段配比对材料吸隔声性能和试样成型都有影响,软段含量越大,材料吸声系数也越高,中高频段的(1000Hz~4000Hz)隔声性能也越好,但材料成型越困难,且在劲度与阻尼控制区其隔声性能降低。(3)厚度对该复合材料吸声性能的影响主要集中在低频段(63Hz~630Hz),厚度越大,低频范围内的吸声系数明显增大;厚度对于材料隔声性能的影响则主要集中在中、高频范围(1000Hz~6300Hz)内,厚度越大,在中、高频段的隔声性能也越好,且更能抑制吻合效应造成的影响。(4)制备温度对该复合材料声学性能的影响主要是通过影响聚氨酯预聚物中催化剂、发泡剂的效能,进而影响发泡过程和材料孔隙结构来影响材料的吸声系数和传递损失,温度越高,反应速度越快、反应也越彻底,孔隙率越高,但对于操作者要求也越高,不添加废钢渣粉时,材料吸声系数和传声损失隔声量总体上随着温度增大而增大,至65℃达到最佳;添加废钢渣粉后不同温度对该材料在低频范围(63Hz~500Hz)内的吸声系数影响较大,而对其隔声性能影响主要在125Hz~500Hz和1600Hz~3200Hz频段范围内。(5)废钢渣粉不同添加量对该复合材料声学性能有很大影响,对于其吸声性能而言,随着废钢渣粉含量的增大,吸声性能提高,尤其是对低频范围内(63Hz~630Hz)的吸声性能提升明显,但泡孔受废钢渣粉影响也越不均匀;对其隔声性能来说,不同废钢渣粉含量对材料隔声性能影响主要在64Hz~800Hz以及1250Hz~3200Hz频率段,且W废钢渣粉:W聚氨酯在0~30%添加范围内隔声性能随废钢渣粉添加量的增大而增大,而在30%~70%范围内隔声性能随废钢渣粉添加量的增大而减小,最佳隔声性能添加比为W废钢渣粉:W聚氨酯=3:10。(6)采用对称型复合结构和增大阻尼层厚度两种方法都能有效削弱高频段时的吻合效应;排列顺序对轻质复合隔声墙板隔声性能影响不大。(7)通过DMA和冲击试验机对吸隔声发泡芯层材料进行阻尼和抗冲击性能研究发现:废钢渣粉添加量增大,材料阻尼损耗因子减小,材料玻璃化转变温度(Tg)向高温偏移,抗冲击性能变差;在60目~80目粒径范围内,材料阻尼损耗因子值tanδ随粒径减小而增大,玻璃化转变温度(Tg)向高温方向偏移,材料抗冲击性能也越好,粒径在80目~140目范围内,材料阻尼损耗因子值tanδ随粒径减小而减小,对应的玻璃化转变温度趋向较低温度方向,材料抗冲击性能也随之降低,粒径为80目时材料阻尼性能和抗冲击性能最好。
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