蜂窩陶瓷具有大量的,從表到里的三維互相貫通的網狀小孔結構,當聲波入射到材料表面時,絕大部分的聲波會沿着迷宮式的小孔隧道進入蜂窩陶瓷內部。聲波在蜂窩陶瓷內部傳播引起孔隙中的空氣振動,同形成孔隙的表面十分粗糙的陶瓷筋絡發生摩擦,一部分聲能被轉變為熱能;一部分聲能到達剛性壁后,被反射回蜂窩陶瓷,聲波又會象初次入射聲一樣重新回到迷宮式的小孔遂道中,帶動空氣與陶瓷筋絡發生摩擦,聲能繼續被轉化、消耗。這兩種效應相互作用,使蜂窩陶瓷有效地消耗入射聲能,獲得良好的吸聲效果。
蜂窩陶瓷的聲學性能與蜂窩陶瓷材料的流阻、開口孔隙率、結構因子和孔隙的平均半徑有關。當蜂窩陶瓷的開口孔隙率和結構因子相對穩定的情況下,其吸聲性能主要取決於公稱孔數(孔隙半徑)和材料厚度。
吸聲係數是評價吸聲材料或結構的聲學性能的一項最重要的技術參數,吸聲係數高表示吸聲性能好。
吸聲蜂窩陶瓷主要性能指標如下:
公稱孔數 | 20~50ppi | 開口孔隙率 | 78~83% |
密度 | 541~557kg/m3 | 常溫抗壓強度 | 2.12~2.29MPa |
降噪係數 | 0.70 | 防火性 | B1 |
可見蜂窩陶瓷是一種吸聲係數高、質輕高強、不燃、綜合性能優良的吸聲材料。留有空腔的蜂窩陶瓷的吸聲性能,尤其在低頻部分的吸聲性能將會有很大的改善。
3 蜂窩陶瓷的構造及特點
蜂窩陶瓷是採用陶瓷原料及相應工藝製造而成的具有三維連通的網狀結構材料,具有開口孔隙率高,耐氣候變化,抗腐蝕,抗熱震等特點,它能在野外長年經受風吹,日晒雨淋,不會疲勞、變形和破裂,不會改變網狀結構。具體有如下特點。
3.1 中低頻吸聲性能優良
道路交通噪聲主要是由於車輛發動機進氣、排氣、燃燒,冷卻風扇空氣渦流、摩擦、車體結構的振動、輪胎與路面的摩擦和信號喇叭綜合作用形成的,低頻率噪聲的聲壓級最強,中頻率次之,高頻率最小。
用蜂窩陶瓷製作的消聲隔音體,由蜂窩陶瓷吸聲板,隔音鋼板,鋼板與蜂窩陶瓷之間形成空腔組成,這種結構對低頻噪聲的吸收能力非常強,同時對全頻率範圍的噪聲都有很好的降噪效果。
3.2 重量輕力學性能好
蜂窩陶瓷的容重與硬質礦棉板的容重相近,但強度卻大大超過硬質礦棉板,不會因振動和風壓而發生折損粉化現象。經浸泡試驗和實踐證明,自然硬化工藝生產的蜂窩陶瓷與燒結蜂窩陶瓷一樣,具有比較穩定的力學性能,能在室外露天使用,常年經受風吹、日晒、雨淋,不會改變自身的網狀結構和吸聲性能,是一種理想的公路聲屏障材料。
3.3 優良的耐候性
為了驗證蜂窩陶瓷耐酸雨的浸蝕能力,將製備好的6件蜂窩陶瓷試樣,放入pH值為5的H.2SO4溶液中浸泡10d,試樣均未出現明顯的侵蝕現象。
將蜂窩陶瓷樣品,放在紫外線燈下,連續照射250h,全部樣品均未出現粉化、裂紋和變色等現象。
以上試驗表明蜂窩陶瓷具有耐酸性和抗老化性能,能在公路較惡劣的環境下使用。
3.4 蜂窩陶瓷吸聲構件的防火性
蜂窩陶瓷經測試達到GB8624中B1級難燃材料規定的要求。
3.5 性能價格比高
厚度為5cm的吸聲蜂窩陶瓷價格相當於國際市場燒結蜂窩陶瓷的1/28,國內燒結蜂窩陶瓷的1/10。吸聲蜂窩陶瓷性能價格比高,經濟實惠,具有很強的市場競爭力。
3.6 安裝施工簡便
用鋼板、蜂窩陶瓷連接組成大小各異的聲學元件,用H型鋼,方鋼與槽鋼做立柱為骨架,安裝時將消聲隔音體插入立柱即可,非常簡便,各連接處可選用密封墊圈和密封膏來密封,防止漏音,有燈桿的地方,可形成弧形連接。
4 結語
(1)蜂窩陶瓷具有重量輕、強度高、吸聲性能好、經久耐用、安全可靠、結構形式靈活、施工安裝簡便等特點,吸聲用蜂窩陶瓷特別適合在高溫、潮濕的環境下使用。
(2)蜂窩陶瓷具有比較穩定的力學性能,能在室外露天使用,常年經受風吹、日晒、雨淋,不會改變自身的網狀結構和吸聲性能,是一種理想的公路聲屏障材料。
(3)蜂窩陶瓷吸聲構件在公路交通噪聲能量集中在200~1kHZ具有良好的吸聲性能,能很好的吸收因反射而產生的混響聲,使屏障內行車道區域聲環境得到有效改善。
(4)蜂窩陶瓷性能/價格比高,經濟和社會效益好,代表了新世紀吸聲材料的發展方向,使我國的公路聲屏障材料又增添一優良品種,具有十分廣闊的應用前景