木质阻尼复合材料制备工艺及隔声性能的研究
在室内装修中，主要以木质材料为主。随着室内声学环境的要求越来越高，因此对木质材料的隔声学性能具有一定的要求。木质材料密度较低，隔声性能较差，达不到理想的隔声效果。为了提高木质材料的隔声性能，本研究利用了多层复合材料的隔声机理、吸声材料的吸声机理及高分子阻尼材料的减振降噪机理，将木质材料、吸声材料及粘弹性阻尼材料以一定的形式进行复合。获得的木质阻尼隔声复合材料兼具了隔声、吸声、阻尼性能。在声源复杂的条件下，具有综合降噪的效果。 本论文将中密度纤维板(MDF)和橡胶材料以异氰酸酯(MDI)为胶黏剂热压复合，采用方差法分析热压工艺参数对木质阻尼复合材料力学性能及隔声性能的影响规律，优化出较佳的热压工艺参数。在优化的热压工艺参数基础上，对木质阻尼复合材料隔声性能的影响参数进行了深入研究。在保持复合材料的厚度及面密度不变的前提条件下，通过设计复合结构，提高木质阻尼复合材料的隔声性能。再将木质阻尼复合材料与吸声材料复合，获得“隔声-吸声-隔声”复合结构应用到木质门中，提高木质门的隔声性能，验证了木质阻尼复合材料的隔声性能。论文主要得到以下结论: (1)制备工艺的热压时间、热压压力及涂胶量对其力学及隔声性能均具有一定的影响。热压时间的长短影响胶粘剂的固化程度，延长热压时间，胶粘剂充分固化，复合材料的胶合强度较佳。热压时间的延长，橡胶与MDF贴合更加紧密，橡胶可以充分发挥其阻尼性能，从而提高了复合材料隔声性能。热压压力对复合材料的MOR、MOE具有显著影响，相关系数分别为0.555，0.529。热压压力对IB影响不显著。当热压压力过大时，芯层橡胶厚度变薄，导致板材的隔声量降低3 dB。涂胶量对其MOE、MOR、IB的影响极为显著，正相关系数分别为0.869、0.824、0.896。涂胶量从32 g/m2增加到96 g/m2，其平均隔声量增加4 dB。通过方差分析，确定热压工艺参数为热压时间10 min，热压压力3 MPa，涂胶量64 g/m2时，满足板材使用的力学性能及较优的隔声性能。 (2)根据Hoff夹层理论及等效参数理论分析材料参数与隔声性能的关系。采用小混响室-消声箱法测试复合材料的隔声性能，利用SPSS软件分析MDF厚度、橡胶厚度及密度、损耗因子对其隔声性能的影响规律。MDF厚度对木质阻尼复合材料的隔声性能具有显著影响，当MDF厚度从3.0 mm增加到5.0mm时，计权隔声量增加了6 dB。MDF厚度增加，其板材刚度增加，抑制了板材的共振。橡胶厚度对其隔声性能具有极显著影响，正相关系数为0.979。当橡胶厚度从0.8mm增加到2.0 mm时，其计权隔声量增加了7 dB。橡胶密度对其隔声性能影响不显著，橡胶密度增加，木质阻尼复合材料的计权隔声量变化较小。根据方差分析，材料参数优化为MDF厚度2 mm，橡胶厚度2 mm，橡胶密度2.3 g/cm3时，获得质量轻、厚度薄及隔声性能较佳的木质阻尼复合材料。 (3)非对称结构有效地抑制了复合材料的共振，其共振频率处的隔声量增加了4 dB。在五层结构中，当两层橡胶密度不同时，其隔声性能较好。当橡胶0层增加到2层时，计权隔声量增加了15 dB。橡胶层数增加时，其损耗因子增加，阻尼降噪能力越强，隔声性能越好。自由阻尼结构的计权隔声量26 dB，约束阻尼结构的计权隔声量32 dB，增加了6 dB。将获得的木质阻尼复合材料与吸声材料复合，对比了玻璃纤维吸声棉、聚酯纤维吸声板及三聚氰胺吸声棉三种多孔材料对复合结构隔声性能的影响。最终确定以三聚氰胺吸声棉为填充的吸声材料。吸声材料的填充方式对其隔声性能具有很大的影响，吸声材料与空气层相配合时，其隔声性能较佳。填充结构为BU的隔声性能较优。当多孔材料厚度增加时，复合结构的隔声性能增加。最终确定的材料参数及结构为:MDF厚度2mm，阻尼结构为约束阻尼结构，结构为对称结构，多孔材料的填充形式为BU结构，填充10mm的三聚氰胺吸声棉及5mm空气层。 (4)木质阻尼复合隔声门的隔声性能优于普通木质门。木质阻尼复合隔声门的计权隔声量31 dB，而普通木门的计权隔声量19 dB，比普通木门隔声量增加12 dB。
木质阻尼复合材料;热压工艺;胶合强度;隔声性能;力学性能
中国林业科学研究院
硕士
木基复合材料科学与工程
彭立民
2018
中文
TS652
93
2018-11-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）