聚乙烯保温隔声卷材|什么是多孔吸声材料？

材料的吸声是通过材料的孔隙与固体骨骼之间的摩擦来消耗声波的能量。在吸声材料中，声波与固体接触时，必然有能量交换，主要是粘性和热传导。

根据Shikhov的研究结果，运动方程只受粘性系数的影响，而连续性方程只受导热系数的影响。这种区分大大简化了推导过程。根据运动方程，考虑粘性系数，可以方便地得到管道内的声阻抗和吸声特性。通过修正微孔粘性吸声的理论模型，可以更准确、定量地分析孔径、厚度、孔隙率等参数对多孔材料吸声性能的影响。根据吸声机理，吸声材料可分为共振吸声结构材料和多孔吸声结构材料。

共振吸声结构材料

该结构主要是亥姆霍兹共振器结构，利用入射声波在结构中产生共振，从而耗散大量能量。

多孔吸声结构材料

多孔材料制成的吸声材料可以使大部分声波进入材料内部，从而具有很强的吸声能力，使进入材料内部的声波在传播过程中逐渐被消耗。

共振吸声结构材料利用共振原理，所以吸声频带较窄，而多孔材料的吸声频带较宽。本文主要介绍多孔吸声材料。

目前，多孔吸声材料广泛应用于会议厅、音乐厅、礼堂等对声音要求较高的建筑中。

吸声材料原理

材料中存在大量相互连通的微孔或缝隙，孔隙细小且均匀分布在材料中。吸声机理是当声波入射到材料表面时，一部分在材料表面反射，另一部分通过材料内部传播。在传递过程中，孔隙中的空气与构成孔壁的实心孔筋或孔壁发生运动和摩擦，声能由于粘性和导热作用转化为热能而耗散。声波在刚性壁面反射后，穿过材料返回表面时，一部分声波传到空气中，一部分反射回材料内部。通过这种反复的传播，声波不断地转换和耗散能量，以此类推，直到达到平衡，从而使材料吸收一部分声能。目前多孔吸声材料可分为泡沫吸声材料和纤维吸声材料。

多孔吸声材料的分类

材料根据物理特性和外观主要分为有机纤维吸声材料、无机纤维吸声材料和金属纤维吸声材料。如今，人们更加关注各种纤维材料的实际应用。

有机纤维材料

传统的有机纤维吸声材料在中高频段具有良好的吸声性能，如棉麻纤维、毛毡、甘蔗纤维板、木质纤维板、水泥木板等有机天然纤维材料，以及聚酯纤维等化学纤维材料。然而，这些材料的防火、防腐和防潮性能较差，其应用受到环境条件的限制。

无机纤维材料

无机纤维材料主要包括岩棉、玻璃棉、矿渣棉和硅酸铝纤维棉等。由于其良好的吸声性能、质轻、不衰变、不燃烧、不老化，逐渐取代传统的天然纤维吸声材料，广泛应用于声学工程中。但由于纤维易碎易断，产生的纤维粉末会在空气中飞扬，形成的粉尘会使皮肤发痒，污染环境，影响呼吸，这是其应用的缺点。在过去，玻璃纤维和天然纤维相比合成有机纤维不易老化，这曾经是玻璃纤维的一个优势。但从环保角度来看，该材料不易降解，以至于终会变成固体废物，对环境造成二次污染。

金属纤维材料

金属材料具有强度高、耐冲击、易加工、耐高温和抗恶劣工作环境能力强等优点。可用于高温、承重、振动等特殊吸声场所，如喷气式飞机的发动机消声装置。比较常见的有铝纤维吸声材料、变截面金属纤维材料和不锈钢纤维吸声材料。铝纤维吸声材料是由铝纤维毡夹在两块铝网板中间，用压机卷制而成。加工工艺简单，产品成本大大降低，易于弯曲成型，甚至可以做成圆柱形空间吸声体。因其强度高、抗风、不燃、防水、导水、耐热、抗冻，非常适用于室外开放环境和地下建筑。对于烧结金属纤维材料，当存在温度梯度场时，应注意温度梯度对多孔金属材料整体吸声性能的影响。在一定条件下，负的温度梯度可以提高材料的吸声性能，而正的温度梯度可以使材料的吸声性能趋于降低。

泡沫吸声材料

根据泡沫材料孔隙形式的不同，可分为闭孔、开孔和半开孔。闭孔的称为闭孔泡沫材料，连通的称为开孔泡沫材料，连通封闭的为半开孔泡沫材料。

闭孔泡沫材料

闭孔泡沫金属材料，以闭孔泡沫铝为代表，吸声系数相对较低，这是由于声波很难到达孔隙内部并与之相互作用，只有一些裂纹和微孔，所以不是很好的吸声材料。

开孔泡沫材料

通过控制颗粒的形状和尺寸，可以控制孔隙率和孔形状，并且可以制备孔隙率为0.9的高孔隙率材料。由于开孔泡沫材料具有复杂的孔道结构和粗糙的内部孔隙，导致其流阻较高，开孔泡沫铝的整体吸声性能远优于闭孔泡沫铝。

影响多孔吸声材料的因素

空气阻塞流的影响

空气阻力定义为材料两侧的静压差与空气流线速度的比值，反映了空气通过多孔材料时材料的渗透性，材料单位厚度的流动阻力称为流阻率。流动阻力越大，材料的渗透性越小，声波就越不容易穿透材料，吸声性能就会下降。但如果流阻太小，声能转化为热能的效率就会太低。因此，多孔材料具有佳的流阻，过高或过低的流阻都不能使材料具有良好的吸声性能。孔隙率的影响孔隙率被定义为材料中孔隙体积与材料总体积的比率。一般来说，孔隙率越大，泡沫金属的吸声系数越大。这主要是因为孔隙率越大，孔的弯曲度越大，内部通道越复杂。当声音进入时，发生漫反射和折射，孔隙中的空气随之振动。由于孔壁的摩擦和空气粘滞阻力，相当一部分声能转化为热能而耗散。

孔径的影响

对于相同孔隙率、孔形态和厚度的多孔材料，孔径越小，高频吸声性能越高，而低频吸声性能变化不大。孔径大小对高频时的吸声性能影响很大，因为高频时声能大。当孔隙较小时，声波可以与孔壁碰撞两次或两次以上，经过多次反射和折射后，声波损失的能量更多，吸声性能更好。

厚度的影响

这是因为当孔径和孔隙率一定时，随着厚度的增加，进入孔径的声波通过孔径通道的时间会更长，被曲折通道阻挡的次数会增加，声波在孔径中的能量损失也会增加。在多孔吸声材料中，高频声波主要在材料表面被吸收，低频声波在材料内部被吸收。随着厚度的增加，低频吸声系数随着厚度的增加而增加，而高频吸声系数随着厚度的增加而减小。

背后空洞的影响

在材料背面增加空腔可以作为闭孔材料的亥姆霍兹共振腔，而在多孔材料背面增加空腔可以提高材料的低频吸声性能。