纖維加強(qiáng)材料

1、纖維材料在土木工程中的應(yīng)用纖維材料在土木工程中的應(yīng)用吸音纖維材料在土木工程中的應(yīng)用吸音纖維材料在土木工程中的應(yīng)用1 吸音 隔音材料用于抑制聲音透射，而吸音材料則用于降低聲音反射。常見的用于屋頂、墻面的內(nèi)襯材料屬吸音材料。選定吸音材料時會考慮吸音率OL這一性能指標(biāo)：OL= _ (L 1l )式中：入射音的強(qiáng)度；，r反射音的強(qiáng)度。當(dāng)材料無反射音即Ir=0時，OL=1；當(dāng)材料完全反射即Ii=Ir時，Ol=0。一般Ol在01之間，OL值越大，則吸音性能越好吸音材料根據(jù)吸音機(jī)理可分為三種：-多孔型：如石棉、玻璃絨、軟聚氨酯泡沫、吸音絕緣材料、纖維板等。該類型材料中存在連續(xù)的空隙，空隙會對空氣運(yùn)動產(chǎn)生黏性

2、阻抗，形成熱能，從而使音能衰減。其對高音頻具有較好的吸音效果，且偏厚型的材料也可適用于低音頻。-板(膜)振動型：如層合板、硬纖維板、石膏板、石板、塑料板、金屬板聚氧乙烯膜等。無透氣性板(膜)的背后有空氣層，聲音使板(膜)振動，音能衰減。代表性的聲音頻率在100200 Hz，吸音率為0305，適用于低音區(qū)域的吸音。-共鳴器型：如有孔硬纖維板、有孔石膏板、有孔石板、有孔金屬板等。多孔板背后有空洞，利用共鳴在中低音區(qū)域形成山形的吸音效果。共鳴頻率可通過計(jì)算得出，板厚、孔徑、孔距及背后的空氣層是決定因素，不拘于材料的種類。多空型板（膜）震動型共鳴器型 測定吸音率的方法有很多，且各有優(yōu)缺點(diǎn)，按實(shí)測定吸音

3、率的方法有很多，且各有優(yōu)缺點(diǎn)，按實(shí)際狀況分為：際狀況分為：-jIs A1409jIs A1409殘余音響室法，無序入射殘余音響室法，無序入射音；音；-JS A14051JS A14051管內(nèi)駐波比法，垂直入射音；管內(nèi)駐波比法，垂直入射音；-JIS A1405-2JIS A1405-2管內(nèi)傳遞函數(shù)法，垂直入射音。管內(nèi)傳遞函數(shù)法，垂直入射音。 殘余音響室法可測定各種角度的入射音，更接近殘余音響室法可測定各種角度的入射音，更接近實(shí)際的使用條件，應(yīng)用廣泛，但需要較大面積的試樣實(shí)際的使用條件，應(yīng)用廣泛，但需要較大面積的試樣(10(1012 1212 121 )1 )，測定難度大。，測定難度大。 而管內(nèi)法

4、利用音響管測試，試樣直徑僅需而管內(nèi)法利用音響管測試，試樣直徑僅需10 em10 em，測定容易，但需以垂直角度入射，與實(shí)際使用條件有測定容易，但需以垂直角度入射，與實(shí)際使用條件有差異。聚酯非織造布試樣厚度差異。聚酯非織造布試樣厚度1(3111(311，表觀密度，表觀密度69 kg69 kgm m。，采用管內(nèi)傳遞函數(shù)法測試。，采用管內(nèi)傳遞函數(shù)法測試。 其中，管內(nèi)駐波比法應(yīng)用較早、測定簡易，但管其中，管內(nèi)駐波比法應(yīng)用較早、測定簡易，但管內(nèi)傳遞函數(shù)法仍是主流。（內(nèi)傳遞函數(shù)法仍是主流。（1em=16px 161em=16px 16點(diǎn)的像素）點(diǎn)的像素）吸音率的測定吸音率的測定 背后空氣層的影響背后空氣層

5、的影響 當(dāng)聲音的頻率在當(dāng)聲音的頻率在1 600 Hz1 600 Hz、吸音材料背后、吸音材料背后空氣層為空氣層為0 elTl0 elTl時，材料吸音率為時，材料吸音率為0 05 5。若假定。若假定材料表面無反射音，則無論吸音材料處于音源和材料表面無反射音，則無論吸音材料處于音源和剛壁之間的任何位置，吸音率都會保持在剛壁之間的任何位置，吸音率都會保持在0 05 5不不變。但在實(shí)際測試中，當(dāng)非織造材料距離剛壁變。但在實(shí)際測試中，當(dāng)非織造材料距離剛壁1 1cm(cm(即背后空氣層為即背后空氣層為1 em)1 em)時，吸音率為時，吸音率為0 07 7；當(dāng)背后空氣層為當(dāng)背后空氣層為4 cm4 cm時測

6、得吸音率為時測得吸音率為1 10 0；當(dāng)背；當(dāng)背后空氣層為后空氣層為9 O1TI9 O1TI時測得吸音率為時測得吸音率為0 05 5。這說明。這說明實(shí)際安裝位置不同，吸音率也不同。實(shí)際安裝位置不同，吸音率也不同。 吸音率的變化起因于音波。聲音由于振動等吸音率的變化起因于音波。聲音由于振動等原因交互產(chǎn)生了空氣密而壓力高和空氣疏而壓力原因交互產(chǎn)生了空氣密而壓力高和空氣疏而壓力低的兩部分，屬逐漸傳遞的縱波。當(dāng)有入射波反低的兩部分，屬逐漸傳遞的縱波。當(dāng)有入射波反射波時，空氣粒子會向音源側(cè)移動。若將吸音材射波時，空氣粒子會向音源側(cè)移動。若將吸音材料放置在距離剛壁料放置在距離剛壁A A4(A4(A為音波波

7、長為音波波長) )位置時，由位置時，由于此處壓力傾斜大，空氣振動最大，吸音效果最于此處壓力傾斜大，空氣振動最大，吸音效果最好。例如，音速為好。例如，音速為340 m340 ms s，當(dāng)背后空氣層為，當(dāng)背后空氣層為5 5、9 9、1414、19 cm19 cm，低中音聲音頻率為，低中音聲音頻率為1 2001 200、700700、500500、400 Hz400 Hz時，所對應(yīng)的時，所對應(yīng)的A A4 4處分別為處分別為7 7、1212、l7l7、21 em21 em。但實(shí)際安裝位置卻在。但實(shí)際安裝位置卻在A A4 4更靠近音源更靠近音源處，這與材料中的表觀音速降低、吸音材料正反處，這與材料中的表

8、觀音速降低、吸音材料正反兩面及剛壁的反射波相互干涉等復(fù)雜因素有關(guān)兩面及剛壁的反射波相互干涉等復(fù)雜因素有關(guān)厚度的影響厚度的影響 一般，吸音材料厚度在一般，吸音材料厚度在3 cm3 cm范圍內(nèi)增范圍內(nèi)增308I308I，對低頻，對低頻聲音的吸音率是漸增的；但若厚度達(dá)到聲音的吸音率是漸增的；但若厚度達(dá)到4 cm4 cm以上，吸音以上，吸音率隨厚度增加變化不大。例如，當(dāng)聲音頻率在率隨厚度增加變化不大。例如，當(dāng)聲音頻率在1 600 Hz1 600 Hz左右、非織造材料厚度為左右、非織造材料厚度為4 cm4 cm時，改變背后空氣層，測時，改變背后空氣層，測得吸音率在得吸音率在0 08 8左右且變化較小。據(jù)

9、此可知，非織造材左右且變化較小。據(jù)此可知，非織造材料厚度增到料厚度增到4 cm4 cm以上對吸音性能的影響較小。以上對吸音性能的影響較小。 可利用特性阻抗和傳輸常數(shù)兩個參數(shù)，或根據(jù)可利用特性阻抗和傳輸常數(shù)兩個參數(shù)，或根據(jù)BiotBiot模模型中的多孔度、流阻、迷向度、黏性、熱特性、密度、彈型中的多孔度、流阻、迷向度、黏性、熱特性、密度、彈性模量、剪切彈性模量、泊松比等九個參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。特性模量、剪切彈性模量、泊松比等九個參數(shù)進(jìn)行預(yù)測。特別是別是BiotBiot模型，適用于無透氣性的材料。模型，適用于無透氣性的材料。吸音特性的預(yù)測吸音特性的預(yù)測聚酯非織造材料及其邊材回用材料的吸音性聚酯非織造材料

10、及其邊材回用材料的吸音性 密度密度32 kg32 kgm m 、厚度、厚度50 mm50 mm的聚酯非織造材料，纖維的聚酯非織造材料，纖維呈卷曲狀、截面為密圓形、線密度呈卷曲狀、截面為密圓形、線密度0 022 tex22 tex其中黏合聚其中黏合聚酯纖維占酯纖維占3030( (質(zhì)量分?jǐn)?shù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)) )，其吸音性能及絕熱性能類似玻，其吸音性能及絕熱性能類似玻璃絨，可將兩塊聚酯非織造材料重合璃絨，可將兩塊聚酯非織造材料重合( (厚度厚度50 mm)50 mm)用作簡用作簡易無音響室的吸音材料。易無音響室的吸音材料。 聚酯非織造材料邊材回用時，通過對聚酯非織造材料邊材聚酯非織造材料邊材回用時，通過對聚

11、酯非織造材料邊材進(jìn)行粉碎切斷、添加黏合劑、熱壓、紡粘加工等四道工序，生進(jìn)行粉碎切斷、添加黏合劑、熱壓、紡粘加工等四道工序，生產(chǎn)出的吸音材料性能稍差于原材料。如材料中混有粗于產(chǎn)出的吸音材料性能稍差于原材料。如材料中混有粗于0 022 22 textex的纖維則會影響材料的吸音性能，此時應(yīng)適當(dāng)減少黏合劑的纖維則會影響材料的吸音性能，此時應(yīng)適當(dāng)減少黏合劑的添加量。據(jù)測定，的添加量。據(jù)測定， ( (單位面積的流動阻抗單位面積的流動阻抗) )為為3 6113 61114 175 14 175 NsNsm m 的聚酯非織造邊材回用材料對聲音頻率為的聚酯非織造邊材回用材料對聲音頻率為250250l 250

12、l 250 HzHz的吸音效果，與的吸音效果，與6 6為為6 1406 14039 200 Ns39 200 Nsm m 的聚酯非織造材的聚酯非織造材料的吸音效果相當(dāng)。根據(jù)料的吸音效果相當(dāng)。根據(jù) 可近似推測出特性阻抗和傳輸常數(shù)?？山仆茰y出特性阻抗和傳輸常數(shù)。又因?yàn)榻^熱性能稍好于同密度的玻璃絨，故可兼用作吸音材料又因?yàn)榻^熱性能稍好于同密度的玻璃絨，故可兼用作吸音材料和絕熱材料。和絕熱材料。 建筑物局部使用吸音材料的目的：一方面是控建筑物局部使用吸音材料的目的：一方面是控制噪音，如噪聲源經(jīng)機(jī)械室的內(nèi)飾材料的吸音處理制噪音，如噪聲源經(jīng)機(jī)械室的內(nèi)飾材料的吸音處理后可防止聲音向周圍擴(kuò)散，屋外防音屏的頂

13、部利用后可防止聲音向周圍擴(kuò)散，屋外防音屏的頂部利用吸音材料可增加對聲音的衍射衰減效果；另一方面吸音材料可增加對聲音的衍射衰減效果；另一方面是控制音響，可根據(jù)具體用途選用音響調(diào)整材料用是控制音響，可根據(jù)具體用途選用音響調(diào)整材料用作屋頂及壁的內(nèi)飾材料。另外，建筑用吸音材料的作屋頂及壁的內(nèi)飾材料。另外，建筑用吸音材料的選用除吸音性外，還需考慮耐久性、耐氣候性、耐選用除吸音性外，還需考慮耐久性、耐氣候性、耐火性、耐沖擊性、施工性，以及圖案和成本。火性、耐沖擊性、施工性，以及圖案和成本。建筑用吸音材料建筑用吸音材料 。1 1、控制噪音、控制噪音一停車場的噪音對策一停車場的噪音對策(90 dB(90 dB

14、，A A級級) )室內(nèi)頂壁覆有玻璃絨室內(nèi)頂壁覆有玻璃絨板，可降低噪音。玻璃絨密度為板，可降低噪音。玻璃絨密度為32 kg32 kgm m ，玻璃板厚，玻璃板厚50 mm50 mm，通過拒水處理能令聲音衰減，通過拒水處理能令聲音衰減51O dB51O dB。但是玻。但是玻璃璃絨的操作環(huán)境較差，最近有用廢材聚酯瓶生產(chǎn)的纖維多絨的操作環(huán)境較差，最近有用廢材聚酯瓶生產(chǎn)的纖維多孔板作為其代替品，但在成本方面存在問題?？装遄鳛槠浯嫫?，但在成本方面存在問題。-防音屏防音屏高速公路上的多用防音屏可擴(kuò)大衍射衰減效果，最近多高速公路上的多用防音屏可擴(kuò)大衍射衰減效果，最近多采用由聚丙烯酸酯制成的采光型防音屏。采用

15、由聚丙烯酸酯制成的采光型防音屏。-高性能隔音結(jié)構(gòu)高性能隔音結(jié)構(gòu)兩層板壁型兩層板壁型( (內(nèi)有螺旋型玻璃絨，以柱分隔內(nèi)有螺旋型玻璃絨，以柱分隔) )比一層板壁比一層板壁型輕且隔音性能好，對中高音域的隔音效果可改進(jìn)型輕且隔音性能好，對中高音域的隔音效果可改進(jìn)5 510 dB10 dB。具體應(yīng)用實(shí)例具體應(yīng)用實(shí)例-音樂廳音樂廳針對直接音、初期反射音及殘響音而設(shè)計(jì)，所用吸針對直接音、初期反射音及殘響音而設(shè)計(jì)，所用吸音材料主要為了調(diào)整殘晌音，其指標(biāo)是殘晌時間。音材料主要為了調(diào)整殘晌音，其指標(biāo)是殘晌時間。一般，音樂廳的參詳時間設(shè)定較長，講堂的參詳時一般，音樂廳的參詳時間設(shè)定較長，講堂的參詳時間設(shè)定較短。間設(shè)

16、定較短。2、控制音響、控制音響-廣播臺錄音時為抑制音響需進(jìn)行吸引處理，壁及頂多采用玻璃絨進(jìn)行表面處理，一般選用透氣性織物、有孔板、隔條結(jié)構(gòu)等透明表面材料-會議室、辦公室最近多用多孔成型板（如石棉吸音板），且都經(jīng)過吸音處理。下表對不同特性的表面處理進(jìn)行了歸納3、環(huán)保型吸音材料、環(huán)保型吸音材料 日本帝人公司開發(fā)了一種聚酯非織造吸音材料Sepaton利用垂直取向的非織造材料（V-lap）制成，可用作汽車吸音內(nèi)飾材料、建筑用壁及頂材、鋪地板材。阻燃性能高而且可以自行熄滅，這與所用原料聚酯纖維有關(guān)，可確保安全車用吸音材料V-LAP非織造材料的纖維是按厚度方向取向，可充分發(fā)揮纖維的剛度，且由于是聚酯纖維，材料輕回收利用，可與超細(xì)纖維組合成多層結(jié)構(gòu)，可提高吸音性能，有利于減輕車重，目前已經(jīng)有所成品住宅用吸音、隔熱、絕熱材料日本提出到2020年 將比1990削減25%，且日本能耗的14%來自家庭消費(fèi)，為此對于日本來說節(jié)能住宅使用絕熱材料很有必要。2co纖維垂直取向、面密度一定的吸音、絕熱材料V-LAP的吸