CN107177933A - 一种共混纤维吸声材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种共混纤维吸声材料及其制备方法，该材料由金属纤维和高分子纤维构成，所述金属纤维材质为直径为30‑120μm的铝纤维，高分子纤维材质为直径为12‑50μm的芳纶纤维。本发明利用芳纶纤维熔点高的特点将铝纤维与芳纶纤维共混，采用针刺工艺，制备出了具有阻尼耗能特性的共混纤维吸声材料。

Description

一种共混纤维吸声材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种降噪材料及其制备方法，具体讲涉及一种针对变电站低频噪声的共混纤维吸声材料及其制备方法。
背景技术
随着城市化进程的推进、法律法规的日益严格以及居民环保意识的增强，变电站噪声问题已经成为制约输变电发展的桎梏之一。妥善解决变电站的噪声问题，为周边居民营造一个宁静温馨的生活环境，已成为电网运行部门必须解决的任务之一。
城市变电站噪声主要是由变压器的电磁噪声和风机的空气动力噪声组成，噪声声级主要分布在30-90dB(A)之间，噪声频谱主要集中于50Hz、100Hz、200Hz和400Hz的峰值频段上，并在315～500Hz的频率范围内存在一定的宽频噪声特征。由此可见，城市变电站噪声频谱主要是以中低频为主，高频为辅。
吸声是利用吸声材料将声能量吸收，降低噪声的手段，在控制城市变电站噪声领域中已得到广泛应用。现有的城市变电站噪声控制主要是将吸声材料以构件的形式安装在室内壁面、隔声罩/声屏障内壁等位置以减小室内、罩内的混响效应，降低噪声的排放。
现有的城市变电站吸声材料多种多样，性能各异，按照吸声机理分，可分成多孔吸声材料和共振吸声材料两大类。多孔吸声材料的内部有许多微小的直通材料表面的细孔和相互贯通的气泡，当声波从材料表面细孔进入材料内部后，与孔壁产生摩擦和热传导，再加之空气的粘滞阻力，达到吸附噪声的目的。
常用的多孔吸声材料有有机纤维材料、无机纤维材料、泡沫材料、颗粒材料。有机纤维材料是早期使用的吸声材料，主要为植物纤维制品，如棉麻纤维、毛毡、木质纤维板、稻草板等，此类材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能，但防火、防腐、防潮等性能较差；无机纤维材料主要为矿物质棉吸声材料和化纤织物吸声材料，矿物质棉吸声材料包括岩棉、玻璃棉、矿渣棉等，此类材料在中、高频范围内具有良好的吸声性能，但强度低、性脆易断，易吸水受潮、易阻塞孔隙；化纤织物吸声材料包括聚酯纤维、丙纶纤维、芳纶纤维等，此类材料耐候性好，但低频吸声效果较差，强度较低；泡沫材料主要为聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫、泡沫铝等，此类材料耐候性好，但低频吸声效果差，散热性差；颗粒材料主要为膨胀珍珠岩、微穿吸声砖、加气混凝土等，此类材料耐候性好，但低频吸声效果较差，散热性差，且施工工艺复杂。
申请号201510126302.8、名为一种多纤维共混吸声材料的中国发明专利提供了一种铝纤维和有机复合高分子纤维共混的吸声材料，所述有机复合高分子纤维材质为聚酯纤维(内部)和丙纶纤维(外层)，利用丙纶纤维熔点低的特性，使其在烘培成型过程中融化，将铝纤维与聚酯纤维粘连在一起，但该吸声材料的熔点较低，在260℃下即会失效，且由于烧结工艺难于控制，吸声系数易出现波谷，不能完全满足中低频吸声的要求。
发明内容
为满足现有技术的需要，本发明提供了一种共混纤维吸声材料，所述吸声材料为金属纤维和高分子纤维复合而成的纤维毡，其改进之处在于，所述金属纤维为铝纤维，所述高分子纤维为芳纶纤维。
优选的，所述金属纤维的直径为30～120μm。
优选的，所述高分子纤维的直径为12～50μm。
优选的，所述金属纤维和高分子纤维的混编质量比为1：0.25～2。
优选的，所述纤维毡的面密度为1000～3000g/m2。
优选的，所述纤维毡的厚度为1～10cm。
优选的，所述纤维毡使用时，背腔空气层厚度为0～10cm。
一种共混纤维吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对金属纤维进行热处理退火；
(2)用开松机充分混合高分子纤维和退火后的金属纤维；
(3)用气压送棉箱进一步混合金属纤维和高分子纤维；
(4)用梳理机中梳理气压送棉箱输送出的金属纤维与高分子纤维；
(5)用铺网机将梳理机输出的纤维网铺设成纤维毡；
(6)用针刺加固法加固纤维毡；
(7)用卷绕机修剪得共混纤维吸声材料。
优选的，所述金属纤维为粗细一致、长度一致的金属纤维丝。
优选的，所述金属纤维的热处理退火工艺为随炉升温至300-400℃保温0.5-2h后随炉冷却。
有益效果
与最接近的现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)声学性能可调，可通过调整材料参数、结构参数、工艺参数实现不同的噪声频段抑制，适应不同的噪声源频谱特点，且在峰值后吸声系数的衰减极为缓慢，无明显波谷出现。经调整，可使125Hz的低频吸声系数达到0.35以上，可使600～1600Hz频段内的吸声系数达到0.95以上；
(2)耐候性能好，燃烧性能达到B1级，耐候(盐雾试验、老化试验、雨淋试验、沙尘试验后)声学性能保留率不低于90％；
(3)机械性能好，强度和刚度好，韧性足，不易变形，纵向断裂载荷大于同等规格的玻璃棉吸声材料；
(4)制备工艺简单，无添加剂；
(5)环保性好，所用材料均为环保材料，不挥发、不粉化，不污染环境；
(6)成本低廉。
附图说明
图1是按照国家标准GB/T18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》，采用丹麦B&K4206型双传声器阻抗测量***测得的实施例1～3中的共混纤维吸声材料的吸声系数。
图2是按照国家标准GB/T18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分：传递函数法》，采用丹麦B&K4206型双传声器阻抗测量***测得的市场上常用的吸声材料(聚酯纤维吸声材料和玻璃棉吸声材料等)与实施例1的吸声系数对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1
用金属纤维和高分子纤维制备低频吸声系数较好的共混纤维吸声材料。
所述金属纤维为直径为30μm的铝纤维，高分子纤维为直径12μm的芳纶纤维，铝纤维和芳纶纤维按3：1的质量比混编，共混纤维吸声材料面密度为2500g/m2，厚度为10cm，使用时背腔空气层厚度为6cm。
所述共混纤维吸声材料的制备方法如下：
(1)将铝棒刮削成粗细一致的铝纤维丝；
(2)利用纤切机把铝纤维丝切割成长度一致的金属短纤维；
(3)对铝纤维进行热处理退火去除应力，降低刚度，热处理工艺如下表所示：
升温方式 保温温度(℃) 保温时间(h) 冷却方式
随炉升温 340 1 随炉冷却
(4)将芳纶纤维和退火的铝纤维放入开松机中混合和开松；
(5)用气压送棉箱将铝纤维和芳纶纤维进一步混合；
(6)将气压送棉箱送出的铝纤维与芳纶纤维放入梳理机中梳理打乱；
(7)用铺网机将梳理机输出的纤维网机铺设成一定厚度的纤维毡；
(8)用针刺加固，将铺网后的纤维毡依次放入预针刺机和主针刺机进行加固，形成具有一定强度的三维结构吸音棉；
(9)修剪针刺后的共混纤维吸声材料边缘，形成最终的共混纤维吸声材料。
该实施例制备的吸声材料可使125Hz的低频吸声系数达到0.35以上，125～500Hz频段内的平均吸声系数达到0.7以上，250～1600Hz频段内吸声系数均不低于0.85；
吸声材料的燃烧性能达到B1级，耐候(盐雾试验、老化试验、雨淋试验、沙尘试验后)声学性能保留率不低于90％，纵向断裂载荷大于等规格的玻璃棉吸声材料，环保性好，不挥发，不粉化，不污染环境。
实施例2
用金属纤维和高分子纤维制备中低频吸声系数较好的共混纤维吸声材料。
所述金属纤维为直径为50μm的铝纤维，高分子纤维为直径为20μm的芳纶纤维，铝纤维和芳纶纤维按4：1的质量比混编，共混纤维吸声材料面密度为3000g/m2，厚度为1cm，使用时背腔空气层厚度为10cm。
所述共混纤维吸声材料的制备方法如下：
(1)将铝棒刮削成粗细一致的铝纤维丝；
(2)利用纤切机把铝纤维丝切割成长度一致的金属短纤维；
(3)对铝纤维进行热处理退火去除应力，降低刚度，热处理工艺如下表所示：
升温方式 保温温度(℃) 保温时间(h) 冷却方式
随炉升温 400 2 随炉冷却
(4)将芳纶纤维和退火的铝纤维放入开松机中混合和开松；
(5)用气压送棉箱将铝纤维和芳纶纤维进一步混合；
(6)将气压送棉箱送出的铝纤维与芳纶纤维放入梳理机中梳理打乱；
(7)用铺网机将梳理机输出的纤维网机铺设成一定厚度的纤维毡；
(8)用针刺加固，将铺网后的纤维毡依次放入预针刺机和主针刺机进行加固，形成具有一定强度的三维结构吸音棉；
(9)修剪针刺后的共混纤维吸声材料边缘，形成最终的共混纤维吸声材料。
该实施例制备的吸声材料可使600～1200Hz频段内的平均吸声系数达到0.98左右，且吸声系数均不低于0.95；
吸声材料的燃烧性能达到B1级，耐候(盐雾试验、老化试验、雨淋试验、沙尘试验后)声学性能保留率不低于90％，纵向断裂载荷大于等规格的玻璃棉吸声材料，环保性好，不挥发，不粉化，不污染环境。
实施例3
用金属纤维和高分子纤维制备中高频吸声系数较好的共混纤维吸声材料。
所述金属纤维为直径为120μm的铝纤维，高分子纤维为直径为50μm的芳纶纤维，铝纤维和芳纶纤维按1：2的质量比混编，共混纤维吸声材料面密度为1000g/m2，厚度为3cm，使用时背腔空气层厚度为0cm。
所述共混纤维吸声材料的制备方法如下：
(1)将铝棒刮削成粗细一致的铝纤维丝；
(2)利用纤切机把铝纤维丝切割成长度一致的金属短纤维；
(3)对铝纤维进行热处理退火去除应力，降低刚度，热处理工艺如下表所示：
升温方式 保温温度(℃) 保温时间(h) 冷却方式
随炉升温 300 0.5 随炉冷却
(4)将芳纶纤维和退火的铝纤维放入开松机中混合和开松；
(5)用气压送棉箱将铝纤维和芳纶纤维进一步混合；
(6)将气压送棉箱送出的铝纤维与芳纶纤维放入梳理机中梳理打乱；
(7)用铺网机将梳理机输出的纤维网机铺设成一定厚度的纤维毡；
(8)用针刺加固，将铺网后的纤维毡依次放入预针刺机和主针刺机进行加固，形成具有一定强度的三维结构吸音棉；
(9)修剪针刺后的共混纤维吸声材料边缘，形成最终的共混纤维吸声材料。
该实施例制备的吸声材料可使1200～1600Hz频段内的平均吸声系数达到0.98左右，且吸声系数均不低于0.95；
吸声材料的燃烧性能达到B1级，耐候(盐雾试验、老化试验、雨淋试验、沙尘试验后)声学性能保留率不低于90％，纵向断裂载荷大于等规格的玻璃棉吸声材料，环保性好，不挥发，不粉化，不污染环境。
由于本发明可通过调整材料参数、结构参数、工艺参数实现不同的噪声频段抑制，故在此仅列举3个实施例进行简单介绍。但不论是低频吸声系数、中低频吸声系数或者中频吸声系数，本发明均具有比市场上常用吸声材料高的吸声系数。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种共混纤维吸声材料，其特征在于，所述吸声材料为金属纤维和高分子纤维复合而成的纤维毡，所述金属纤维为铝纤维，所述高分子纤维为芳纶纤维。
2.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述金属纤维的直径为30～120μm。
3.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述高分子纤维的直径为12～50μm。
4.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述金属纤维和高分子纤维的混编质量比为1：0.25～2。
5.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述纤维毡的面密度为1000～3000g/m2。
6.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述纤维毡的厚度为1～10cm。
7.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料，其特征在于：所述纤维毡的背腔空气层厚度为0～10cm。
8.根据权利要求1所述的一种共混纤维吸声材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)对金属纤维进行热处理退火；
(2)用开松机混合金属纤维和高分子纤维；
(3)用气压送棉箱进一步混合金属纤维和高分子纤维；
(4)用梳理机梳理气压送棉箱输送出的金属纤维与高分子纤维；
(5)用铺网机将梳理机输送的纤维网铺设成纤维毡；
(6)用针刺加固法加固纤维毡；
(7)用卷绕机修剪得共混纤维吸声材料。
9.根据权利要求8所述的一种共混纤维吸声材料的制备方法，其特征在于，所述金属纤维为粗细一致、长度一致的金属纤维丝。
10.根据权利要求8所述的一种共混纤维吸声材料的制备方法，其特征在于，所述金属纤维的热处理退火工艺为随炉升温至300-400℃保温0.5-2h后随炉冷却。
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