一种泡沫塑料穿孔吸声板材及其制备方法

专利名称：一种泡沫塑料穿孔吸声板材及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种吸声材料及其制备方法，特别是关于一种泡沬塑料穿孔吸声板 材及其制备方法。
背景技术：
声波通过媒质或入射到媒质分界面上时的声能减少的过程，称为吸声或声吸 收。任何材料或结构，由于它的多孔性、薄膜作用或共振结构，对入射声能或多或
少都有吸声能力，具有较大吸声能力的材料(通常，平均吸声系数超过0. 2的材料)， 称为吸声材料。工程上有吸声作用并有应用价值的吸声材料，主要是多孔性吸声材 料。
多孔性吸声材料的构造特征是材料从表到里具有大量的互相贯通的孔隙；它 的吸声机理是当声波入射到材料表面后， 一部分声波从多孔材料表面反射，另一 部分声波透射进入多孔材料，进入多孔材料的这部分声波，引起多孔性吸声材料内 部的空气振动，由于多孔性材料中空气与孔的摩擦和粘滞阻力等，将一部分声能转 化为热能，此外声波在多孔性吸声材料内经过多次反射进一步衰减，当进入多孔性 材料内的声波再返回时，声波能量已经衰减了很多，只剩下小部分的能量，大部分 则被多孔性吸声材料损耗吸收掉，泡沫是常见的多孔性吸声材料之一。多孔性吸声 材料本身主要吸收中高频声，对低频声吸收较差，常常是结合吸声结构设计，利用 共振吸声原理来解决中低频声的吸收问题。
典型的单个共振吸声器模型是亥姆霍兹共振器，如图1所示，它的吸声原理是 空气从一个直径为D的小开口11处进入，通过一段长为L的孔颈12后，进入到一个体 积为V的大的容器空腔13中，空气在此流通过程中，与孔颈12内壁面振动摩擦，由 于粘滞阻尼和导热的作用，会使声能损耗，它的声学作用是一个声阻。试验证明， 共振器吸声系数随频率而变化，当入射声波的频率接近共振器的固有频率时，孔颈 12内的空气柱产生强烈振动，在振动过程中，由于克服摩擦阻力而消耗声能，最高 的吸声系数出现在共振频率处；反之，当入射声波频率远离共振器固有频率时，共 振器振动很弱，因此吸声作用很小。共振频率与共振器小开口11的直径D (也可化 解为截面积)成正比，与孔颈12的长L和大空腔13的体积V成反比。
由此可见，在共振吸声器中，构建一个小的开孔，孔通过一定长度的孔颈与一 个具有一定体积的空腔相连的结构，是共振吸声器的关键。利用上述共振吸声器的吸声原理组合设计的穿孔吸声体，最常见的应用是穿孔板。有研究指出泡沫材料与
穿孔结构的有效组合，可提高其吸声性能，例如，泡沫塑料基材的穿孔率约为3% 时，吸声效果最高出现在800 3200Hz频率范围内，可有效改进泡沫型材的吸声频 率特性。

发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提出一种能有效提高中低频吸声性能的泡沫塑 料穿孔吸声板材。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案 一种泡沫塑料穿孔吸声板，其特 征在于它包括一泡沫塑料板，所述泡沫塑料板上开设有若干通孔，每个所述通孔 中安装一个硬性管件，所述硬性管件的两端管口与大气相通，所述硬性管件的管壁 上开设有若干小孔，所述小孔与所述硬性管件的内腔相通。
安装有所述硬性管件的所述泡沫塑料板的开孔率为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。
所述硬性管件的管内径不大于1 mm。
所述硬性管件管壁上开设的所述小孔距所述硬性管件的两端管口留有一定距离。
一种制备如权利要求1所述的泡沫塑料穿孔吸声板的方法，其特征在于它包 括以下步骤，
(1) 材料选择所述泡沫塑料板选择为聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺、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，所述硬性管件选择为金属或硬 质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内径加工为不大于lmm，在所述硬
性管件的管壁上开设若干与所述硬性管件内腔相连通的小孔，所述小孔距管口留有
一定距离；
(3) 所述泡沫塑料板的加工所述泡沫塑料表面加工平整，其上开设若干通孔；
(4) 组装将所述硬性管件紧密配合安装到所述泡沫塑料板上的所述通孔内， 所述硬性管件的两管口与外界相通；安装所述硬性管件的所述泡沫塑料板的开孔率 为1% 5%;
(5) 修整打磨表面，使表面平整，清理所述硬性管件的两管口使其与外界相通。
其中，所述硬性管件紧密配合安装到所述泡沬塑料板上的通孔内的方法有两种 一，如果所述通孔的开孔尺寸比所述硬性管件的外径略小，所述通孔与所述硬性管 件紧密配装；二，如果所述通孔的开孔尺寸比所述硬性管件的外径略大，所述硬性 管件管壁上的小孔与所述硬性管件的管口间的距离处涂粘合剂后插入到所述通孔中。
本发明由于釆取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明在泡沫塑料上穿 孔设置管件，既保留了多孔吸声材料高频吸声性能好的优点，又利用了共振吸声结 构，使中低频的吸声性能有较大提高。2、本发明中设置的硬性管件也起到耐压支 撑作用，这样能与其它刚性体等一起形成有效的耐压结构，使其在实际使用时有良 好的承压能力。3、本发明泡沬塑料板上所开设的通孔，排列不受限制，大大方便 了加工。4、本发明硬性管件管壁上所开设的小孔形状和排列不受限制，也大大方 便了加工。5、泡沫塑料板和硬性管件的材料可选性强，因此本发明具有很广泛的 应用价值。


图1是亥姆霍兹共振吸声器结构示意图 图2是本发明结构示意图
图3是本发明泡沫塑料板上开设的正方形排列孔的示意图 图4是本发明泡沫塑料板上开设的三角形排列孔的示意图 图5是本发明硬性管件管壁上开设圆形孔的示意图 图6是本发明硬性管件管壁上开设狭长孔的示意图 图7是本发明与其它面材结合使用的示意图 图8是共振吸声器原理在本发明中的应用示意图 图9是本发明与普通泡沫塑料板吸声特性比较图
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
如图2所示，本发明包括一泡沫塑料板l，在泡沫塑料板1上打有许多通孔2。 在每个通孔2中都嵌装一个硬性管件3，硬性管件3两端的管口 31都与外界相通； 在硬性配件3的管壁上开设有若干小孔32，小孔32与硬性管件3的内腔相通。
本发明中泡沫塑料板l的材料成分为聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺、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。
本发明中通孔2在泡沫塑料板1上的排列可以是不规则排列的，也可以是规则 排列的，比如通孔2呈正方形排列(如图3所示)，又比如通孔2呈三角形排列(如 图4所示)。
如图5、图6所示，本发明中硬性管件3的内径D1较细， 一般不大于lran。硬 性管件3的管壁上开设的若干小孔32集中于硬性管件3的中部，最上端的和最下端的小孔32分别与上端管口和下端管口间留有一定的距离Ll，距离Ll根据加工工 艺和实际应用来确定，通过调节距离L1可以改变共振频率的大小，从而改变板材 的吸声频率特性。同时，小孔32的形状也不限，比如可以为圆孔，也可以为狭长 孔。
硬性管件3插入到通孔2中后，泡沫塑料板1的开孔率均应保持在1% 5%， 最好是1% 2. 5%。
为克服泡沫材料不耐压的缺点，本发明中硬性管件3的材料要求具有较好的耐 压抗弯曲强度， 一般选用金属或硬质塑料等。同时，如图7所示，本发明中的硬性 管件3还可以与刚性面材一起构成耐压结构。
通过对本发明结构的描述，可以知道本发明实际是多个共振吸声器的组合，如 图8所示，每一个硬性管件3的管口 31都可视为共振吸声器的小开口，它的直径 为Dl;管口 31距离硬性管件3管壁上小孔32的最短距离Ll，可视为共振吸声器 的孔颈最小长度；泡沫塑料板1本身的孔隙视为一大的空腔V1。声波传送过程为-声音从管口 31进入，经过硬性管件3的孔颈最小长度，然后通过硬性管件3管壁 上的小孔32进入到泡沫塑料板1的孔隙中，在至少经过Ll长度的孔颈时，声能被 消耗。适当縮小管口 31的大小，增大泡沫塑料板1本身的孔隙，可以得到较低的 共振频率，增强中低频吸声效果。
本发明的制备方法是
1、 材料选择泡沬塑料板l选择聚氨酯、酚醛、聚酰亚胺、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选择金属或硬质塑料制成的管 件。
2、 硬性管件3的加工硬性管件3的内径不大于lmm，在其管壁上开出一些与 管内径连通的小孔。小孔距管口留有一定距离。
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，与硬性管件3外径相对应开设通孔2。
4、 组装将制备好的硬性管件3安装到泡沫塑料板1预先开好的通孔2内，使 硬性管件3的管身与通孔2紧密配合，使硬性管件3的两管口 31与外界相通。装 配硬性管件3后的泡沫塑料板1的开孔率为1% 5%。
5、 修整装配完成后，修整表面使其平整，使硬性管件3的两管口 31不被堵塞。
上述方法中，根据通孔2的开孔尺寸大小，组装过程可以采取两种方法保证硬 性管件3与通孔2紧密配合 一，如果通孔2的开孔尺寸比硬性管件3外径小，可将硬性管件3直接插入到通孔2中，实现紧密配装；二，如果通孔2的开孔尺寸与 硬性管件3外径相当或略大，则在硬性管件3的小孔32距管口 31之间的距离Ll 处先涂粘合剂，然后再插入到通孔2中。 下面是本发明的一个实施例
1、 选取聚氨酯泡沫塑料板材，厚度为50mm，通过GBJ 88-1985《驻波管法吸 声系数与声阻抗率测量规范》测得材料的中低频(100 800Hz)的平均吸声系数为 0.34，高频(1000 5000Hz)的平均吸声系数为0. 73。
2、 在聚氨酯泡沫塑料板材上开出按正方形排列的通孔，孔间距为10mm。
3、 选取硬质PVC塑料硬性管件安装在聚氨酯泡沫塑料板材通孔2中，管内径 Dl为0.8mm，管壁上开有窄缝。
如图9所示，对于此组合测得其吸声频率特性，中低频(100 800Hz)的平均 吸声系数为0.45，高频(1000 5000Hz)的平均吸声系数为0.76。与同样厚度的 未开孔的纯泡沬板相比较，中低频的吸声性能有明显提高。
权利要求
1、一种泡沫塑料穿孔吸声板，其特征在于它包括一泡沫塑料板，所述泡沫塑料板上开设有若干通孔，每个所述通孔中安装一个硬性管件，所述硬性管件的两端管口与大气相通，所述硬性管件的管壁上开设有若干小孔，所述小孔与所述硬性管件的内腔相通。
2、 如权利要求1所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板，其特征在于安装有所述 硬性管件的所述泡沫塑料板的开孔率为1% 5%。
3、 如权利要求1所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板，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、 如权利要求2所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板，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、 如权利要求1或2或3或4所述的一种泡沬塑料穿孔吸声板，其特征在于所述硬性管件的管内径不大于1 。
6、 如权利要求1或2或3或4所述的一种泡沬塑料穿孔吸声板，其特征在于所述硬性管件管壁上开设的所述小孔距所述硬性管件的两端管口有一定距离。
7、 如权利要求5所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板，其特征在于所述硬性管件管壁上开设的所述小孔距所述硬性管件的两端管口有一定距离。
8、 一种制备如权利要求1所述的泡沫塑料穿孔吸声板的方法，其特征在于它包括以下步骤，(1) 材料选择所述泡沫塑料板选择为聚氨酯、酚酸、聚酰亚胺、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，所述硬性管件选择为金属或硬 质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内径加工为不大于lmm，在所述硬 性管件的管壁上开设若干与所述硬性管件内腔相连通的小孔，所述小孔距管口留有 一定距离；(3) 所述泡沫塑料板的加工所述泡沫塑料表面加工平整，其上开设若干通孔；(4) 组装将所述硬性管件紧密配合安装到所述泡沬塑料板上的所述通孔内， 所述硬性管件的两管口与外界相通；安装所述硬性管件的所述泡沫塑料板的开孔率 为1% 5%;(5) 修整打磨表面，使表面平整，清理所述硬性管件的两管口使其与外界相通。
9、如权利要求8所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板的制备方法，其特征在于所述通孔的开孔尺寸比所述硬性管件的外径略小，所述通孔与所述硬性管件紧密配装。
10、如权利要求8所述的一种泡沫塑料穿孔吸声板的制备方法，其特征在于 所述通孔的开孔尺寸比所述硬性管件的外径略大，所述硬性管件管壁上的小孔与所 述硬性管件的管口间的距离处涂粘合剂后插入到所述通孔中。
全文摘要
本发明涉及一种泡沫塑料穿孔吸声板，其特征在于它包括一泡沫塑料板，泡沫塑料板上开设有若干通孔，通孔在泡沫塑料板上的排列方式不限，每个通孔中嵌装一个硬性管件，打孔率为1％～5％。管件的两端管口与大气相通；管壁上开设有若干小孔，与管件的内腔相通，并与管件的两端管口有距离。制作本发明的方法包括以下步骤(1)选择具有孔隙的泡沫材料制成的平板，选择金属或硬质塑料材料之一制成的硬性管件；(2)硬性管件加工内径不大于1mm，管壁上开出一些与管内腔相通的、距管口有一定距离小孔；(3)泡沫塑料板上开设若干通孔；(4)将硬性管件紧密配装到通孔内；(5)打磨表面使其平整。
文档编号G10K11/162GK101315768SQ20081011567
公开日2008年12月3日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者周成飞, 巍 曹, 曾心苗, 彤 翟, 郭建梅 申请人:北京市射线应用研究中心