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吸音材料的研究与应用现状 污染、污染和污染污染被归类为世界三大污染。随着工业、交通运输业的迅速发展,噪声污染日趋严重。噪声不仅危害人的听觉系统,而且还会加速建筑物、机械结构的老化,影响设备及仪表的精度和使用寿命。 随着生活质量的提高以及环保意识的增强,人们对降低环境噪音方面的需求日益增加,在人口密集、经济发达的大中城市,噪声污染已成为环境治理倍受关注的问题。大量吸音材料应用于影剧院、音乐厅、报告厅、会议室等场所。美国的一项调查表明,71%的员工认为,噪音是影响工作效率的首要因素。因此,人们对吸音材料的性能提出了更高的要求,吸音材料也从过去的单一吸音功能,向吸音、装饰等多功能方向转变。 针对具备吸音、装饰和环保等特点的木质吸音材料,笔者讨论了国内外木质吸音材料行业的研究、生产与应用现状,旨在开发适合我国国情的木质吸音材料,制定相关行业标准,以促进我国木质吸音材料产业的健康发展。 1 木材吸声材料的吸声机和研究现状 1.1 共振吸音材料 吸音材料的吸音机理,主要分为多孔吸音和共振吸音两种。多孔吸音机理是,利用材料内部的大量微小连通孔隙,使声波沿着这些孔隙深入材料内部,与材料发生摩擦,将声能转化为热能。如离心玻璃棉、岩棉、矿棉、植物纤维喷涂等。 共振吸音机理是,利用材料中的共振结构在声波的激发下产生振动,振动的物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦,将部分声能转变成热能。与多孔吸音材料相比,共振吸音的频带较窄。如穿孔的石膏板、人造板、金属板和狭缝砖等,其吸音机理均为亥姆霍兹共振,类似于暖水瓶,外部空间与内部空间通过窄的瓶颈连接,声波入射时,在共振频率上,与颈部的空气及内部空间之间,产生剧烈的共振作用,从而损失部分声能。 在工程中,常使用吸音系数(noise reduction coefficient,NRC)粗略地评价材料在语言频率范围内(500~4 000 Hz)的吸音性能。NRC数值是材料分别在125、250、500、1 000、2 000、4 000 Hz六个频率的吸音系数的算术平均值。一般认为,平均吸音系数0.2的材料是反射材料,≥0.2的材料才是吸音材料,0.56的材料是高效吸音材料(表1)。 1.2 降低材料选择标准 木质材料具有吸音性能,及良好的装饰效果,在为音乐厅、歌剧院等高档场所选择降噪材料时,常被优先考虑。虽然木质类吸音材料及相关功能产品极具市场前景,但目前有关木质材料吸音特性的研究尚不系统和完善,仅见有关个别树种的木材、人造板等的报道。 1.2.1 吸音板结构材料的开发 东北林业大学的学者采用驻波管法,对实木、胶合板、刨花板和纤维板等的吸音特性,及其影响因素进行了研究,发现上述各类板材的吸音能力表现为:纤维板胶合板刨花板实木,虽然仅对几种木质材料的吸音性能进行了测试,没有涉及专用的木质吸音材料,但为木质吸音材料的研发,提供了一定的科学依据。 同济大学声学研究所对木质装饰微孔板的声学特性进行了研究,获得了各项结构参数与表面声阻抗率和法向吸音系数之间的关系模型。通过预测,可以获得开槽深度、条纹的宽度与间隔等因素,对木质微孔板吸音性能的影响,为其结构优化提供了依据。木质微孔吸音板作为一种新型结构的木质吸音板,通过改变材料的结构,从而实现改善木质穿孔板声学性能的目的,为木质吸音板性能的改善,提供了新的研究思路。 台湾学者采用国际通用的混响室法,测试花旗松穿孔板的穿孔率、板材厚度等因素,对木质穿孔板吸音特性的影响;制定了标准CNS 10468-83《吸音用软质纤维板》。我国大陆地区虽然也有软质纤维板的产品标准,但其中并未设置板材的吸音性能指标。CNS 10468-83对我国软质纤维板用于吸音板的制作,提供了参考。 中国林科院木材工业研究所正在进行利用木纤维和聚酯纤维,制造高性能复合吸音材料的研发。另外,与浙江省质检院和中国建筑装饰协会材料委员会联合,制定行业标准《木质吸音人造板》。 1.2.2 喷覆式装饰吸音材料 国外对吸音材料的研究,多集中于高速公路的隔音屏障和建筑物覆面吸音材料、多孔吸音材料等,对木质吸音材料的研究很少。 美国科研人员最近研发得到的一种新型吸音材料,是以经过化学处理的木质纤维为原料,制成一种喷覆式装饰吸音材料。利用高压喷涂的方法,将木质纤维和胶黏剂在空中形成混合体,贴覆在物体表面,成为具有一定吸音能力的涂层,可用于室内吸音和室外隔音。 韩国研究人员将不同配比的稻草和木材纤维混合,制造出一种多孔材料,并检测该材料的吸音性能。结果证明,在稻草和木纤维质量比为1∶9和2∶8的情况下,在500~8 000 Hz的音频范围内,该复合材料的平均吸音系数超过了传统的纤维板、胶合板和刨花板;在质量比为3∶7时,在1 000~8 000 Hz的音频范围内时,吸音系数低于刨花板。另外,还研制出一种阻燃吸音材料,是由黄麻、亚