车用废纺双密度毡吸声隔声性能研究*

马 龙 丁先锋 姜 宇

(东华大学产业用纺织品工程中心，上海，201620)

车用废纺双密度毡吸声隔声性能研究*

马 龙 丁先锋 姜 宇

(东华大学产业用纺织品工程中心，上海，201620)

利用涤棉混纺纤维制得由一层紧密毡料和一层蓬松毡料构成的双密度毡，并测试了双密度毡的吸声和隔声性能。测试结果表明:双密度毡对高频噪声的吸收效果较好，而对低频噪声的吸收效果较差;在一定范围内增加双密度毡的厚度，可以相应提高其吸声性能;材料的隔声性能与自身构件的振动频率有关，本试验样品的最高和最低隔声量分别出现在声波频率为3 150和5 000 Hz处。

双密度毡，废纺纤维，吸声系数，隔声量

废纺双密度毡是指使用废弃纤维经开松处理，由一层紧密毡料和一层蓬松毡料黏合形成的材料。废纺双密度毡属于废纺纤维加工成的非织造布，利用熔融纤维热黏合或酚醛树脂添加剂黏合加固，具有吸声和隔声的功能，可大大减轻衬垫质量，减少汽车耗油，以达到汽车轻量化的目的［1］。由于双密度毡的两层不同密度的毡料之间存在空气层，空气层具有弹性，起缓冲作用，可减少共振而提高材料的隔声量，因此双密度毡与相同厚度的单密度毡(单层毡料)相比，隔声效果得到了显著提高。

本文通过对双密度毡吸声和隔声性能的测试与分析，总结出一定的规律，对于双密度毡作为隔声材料使用时的设计和选用具有一定的意义。

1 双密度毡制造工艺

双密度毡是以废纺纤维为主体，经气流成网机成网后，形成无定向杂乱纤维网，纤维网经过硫化机热轧加固，通过调节硫化机的压力分别压制成紧密的和蓬松的毡料，即两种不同密度的毡料，再将两种不同密度的毡料黏合在一起，形成可用作汽车隔声件和内饰件的非织造双密度毡。一般双密度毡的制造经过以下几道工序:

(1)前整理

对废纺纤维(制衣厂边角料、纺织厂或麻织厂废料)进行分选、撕裂开松和除尘。

(2)纤维网制造

圆盘抓棉机抓包→混棉→凝棉、给棉→撒粉(酚醛树脂)→气流成网→烘燥定型→剪切。

(3)后整理

对纤维网进行模压处理，分别压制成紧密的和蓬松的毡料，然后将密度不同的两层毡料黏合在一起。

2 试验部分

2.1 样品

采用棉70%、涤纶30%的涤棉纤维制成的双密度毡。按毡料制造工艺制得两个样品。

试样1的面密度为1 770 g/m2，厚度为17 mm;其中，紧密毡和蓬松毡的面密度分别为910和860 g/m2，厚度分别为4和13 mm。

试样2的面密度为1 933.3 g/m2，厚度为20 mm;其中，紧密毡和蓬松毡的面密度分别为1 033.3和900 g/m2，厚度分别为4和16 mm。

2.2 吸声和隔声性能测试

参照ISO 10534-2—1998标准，采用双传声器阻抗管法对试样进行吸声和隔声性能测试。

测试仪器由5部分组成:PULSE 3550B 5通道频谱分析仪、4206T驻波阻抗管、4189型传声器、7758型声学材料测试系统和4231型声学校准器。

测试结果由1/3倍频程计算并表示，其表征指标为吸声系数(α)和隔声量(TL)。

吸声系数是表示材料吸声特性的参数，其值与声波的入射方向和测量方法有关。吸声系数为材料吸收的声能(Ea)与入射到材料上的总声能(Ei)之比，即:

α在0～1之间时，其值愈大，材料的吸声性能愈好;α=0时，声波完全反射，材料不吸声;α=1时，声能全部被吸收［2］。

隔声量是指入射声功率级与透射声功率级之差，也称传声损失，单位为dB，其计算公式如下:

式中:Wt——透过隔声构件的声功率;

Wi——入射到隔声构件上的声功率。

TL总是大于0，TL越大，隔声性能越好。同一隔声结构，相对于不同的频率具有不同的隔声量［3］。

3 测试结果与分析

3.1 吸声性能

图1和图2分别是试样1和试样2的吸声性能测试曲线。可以看出:在315～5 000 Hz的频率范围内，曲线呈急剧上升趋势;而在频率高于5 000 Hz之后，曲线呈现平缓态势。这说明在一定的频率范围内，随着声波频率的增加，吸声系数增大，但是超过一定频率后，吸声系数则不会继续增大。

两个试样均属于多孔性吸声材料，内部有许多与材料表面相通的小孔，具有通气性。多孔性材料的吸声机理是:声波投射到多孔材料表面时，部分投入的声波与纤维或颗粒表面产生内摩擦(摩擦力来自空气的压缩与膨胀)，部分声能转变成热能，从而使声音的能量减小。当高频声波穿过多孔材料时，声波与纤维产生的摩擦较大，相应会有较多的声能转化为热能，吸声系数就会较大;当低频声波穿过多孔材料时，由于其波长很长，可以轻易地穿透和绕过障碍物，不会像高频声波那样在杂乱的细小通道中产生摩擦而导致能量损耗。因此，多孔性吸声材料主要是控制高频噪声，而对低频噪声的吸收则较差;且由于多孔性吸声材料内部的空隙数量以及微小通道的杂乱程度是一定的，当吸声系数达到最大值后，继续增加声波的频率，吸声系数不会再增大。

图1 试样1吸声性能测试曲线

图2 试样2吸声性能测试曲线

通过图1和图2的数据对比可以看出，试样2除了在4 000 Hz时的吸声系数小于试样1以外，在每个频率下的吸声系数均大于试样1。试样2和试样1的最佳吸声系数分别是0.99和0.94，这与试样的厚度有一定的关系。

试样2的厚度为20 mm，试样1的厚度为17 mm。在理论上，认为多孔吸声材料的厚度与吸声系数存在着密切的关系，同种原料的多孔吸声材料，随着材料厚度的增加，吸声系数有所增加。因为随着材料厚度的增加，不仅增加了微孔的数量，而且增加了材料内部细小通道的杂乱度和长度，当声波射入到材料内部后与纤维产生的摩擦程度更加剧烈，所以增加了声能的损耗，提高了吸声系数。本文的测试结果与这一理论相符。

3.2 隔声性能

图3和图4分别是试样1和试样2的隔声性能测试曲线。可以看出:在200～3 150 Hz的频率范围内，曲线大致呈上升的趋势，在3 150 Hz频率处两试样均达到最佳隔声量;在频率高于3 150 Hz之后隔声量下降，在5 000 Hz频率处出现了最低隔声量。

图3 试样1隔声性能测试曲线

图4 试样2隔声性能测试曲线

由隔声原理可知:当声波投射到隔层的一面时，声波激发隔层振动，并以振动形式向另一面空间辐射声波，此为透射声波，透射声波越大则隔声量越小。当声波不是垂直入射，而是与隔层呈一角度θ入射时，先到隔层的声波激发隔层内弯曲振动波沿隔层横向传播，若弯曲波传播速度与空气中声波渐次到达隔层表面的行进速度一致时，声波便会加强弯曲波的振动，这时隔层的弯曲振动和向另一面的声波辐射都达到极大，相应隔声量为极小，这一现象称吻合效应。在发生吻合效应共振频率点附近频率的声波，由于与隔层振动频率不一致而产生了极小的弯曲振动和声波辐射，相应的隔声量就为极大。

在图3和图4的曲线上，5 000 Hz频率处出现了最低隔声量，3 150 Hz频率处达到最佳隔声量。

4 结论

通过对涤棉混纺双密度毡的吸声和隔声性能测试可以得出以下结论:

(1)双密度毡对高频噪声吸收效果较好，而对低频噪声的吸收效果则较差。

(2)吸声材料的吸声性能与材料的厚度有很大的关系，在一定范围内增加双密度毡的厚度，可以相应提高其吸声性能。

(3)隔声材料的隔声性能与自身构件的振动频率有关，每种隔声材料在不同频率的声波投射时都会产生相应的最佳隔声量。本试验样品的最高和最低隔声量分别出现在声波频率为3 150和5 000 Hz处。

(4)在具体设计和选用吸声和隔声材料时，应该结合具体需求合理地选用材料。

［1］钟祥璋.建筑吸声材料与隔声材料［M］.北京:化学工业出版社，2005.

［2］周曦亚，凡波.吸声材料研究的进展［J］.中国陶瓷，2004(10):27-28.

［3］王晶，冯涛，李啸尘，等.一种蜂窝纸板材料吸声及隔声系数的实验测量［J］.包装工程，2008(12):55.

Research on sound absorption and insulation of waste dual density felt for automobile

Ma Long，Ding Xianfeng，Jiang Yu
(Industrial Textile Development Center，Donghua University)

Using the cotton-polyester blended fiber to make dual density felt which consist of a layer of compact felt and a layer of fluffy felt，and test the sound insulation and absorption performance of two types of dual density felts.Test results indicated that dual density felt have good ability in absorption for high frequency sound，and not good for low frequency sound.Within certain premises，add thickness of dual density felt would increase ability in absorption for sound.The sound insulation performance of material is related to its vibration frequency，the highest and lowest sound insulation of the sample was in frequency of 3150 and 5 000 Hz in respectively.

dual density felt，waste spinning fiber，sound absorption coefficient，sound insulation value

TS176+.5

A

1004－7093(2011)11－0024－04

*上海大学生创新性试验计划项目(201035)

2011－06－29

马龙，男，1988年生，在读硕士研究生。主要研究方向是熔喷工艺。