无机颗粒填充聚合物复合材料隔声性能及机理的研究

摘要

随着工业的逐步发展,各种噪声日益恶化着人类的生活环境和工作环境,严重影响着人们的身体健康,噪声污染的防御与控制已成为急需解决的一个重大课题.有关高效吸声、隔声材料的研究与日益被提升为一个极为重要的课题.传统的隔声材料一般是根据质量定律进行设计制造的,根据质量定律我们要增加材料的隔声量,只有增加材料的面密度,或者增加隔声材料的厚度,在实际工程应用上将会受到很多的限制.颗粒填充聚合物复合材料弥补了传统材料的不足,不但具有较传统材料更好的隔声性能,而且具有质量轻、价格便宜、易加工、防潮防腐等众多性能.该文以颗粒填充聚合物复合材料为研究对象.首先,通过混合、挤出、造粒、干燥、压制等一系列工序研制成颗粒填充聚合物隔声复合材料.然后运用电子扫描显微镜拍摄试样冲击断面的微观形貌照片,观察颗粒填充聚合物复合材料的断面形貌结构,就其特殊的结构分析声波在该材料中的传播机理.根据声学理论推导出无机颗粒填充聚合物复合材料的隔声量计算公式,并用该公式对颗粒填充聚合物复合材料的隔声量进行了理论预测.我们发现,颗粒填充聚合物复合材料的隔声量与颗粒的体积百分含量呈线性的关系;其隔声性能与填充颗粒的大小及声波的频率都有密切关系.为了测试颗粒填充聚合物复合材料的隔声性能,在参考标准隔声量测试实验室设计的基础上,自行研制了一套测试材料隔声量的实验装置,对所制备的无机颗粒填充聚合物复合材料进行了隔声量测试,通过对测试数据的分析,总结出了影响复合材料的隔声性能的主要因素.最后,应用这些实测值对隔声理论模型进行了验证.结果表明,实验测量结果与理论预测值较为接近.该文中所建立的隔声物理模型和数学模型及实验研究结果较好地阐述了无机颗粒填充聚合物复合材料隔声性能的一般规律,为设计和制备颗粒填充聚合物隔声复合材料提供了有用的依据,对丰富和发展材料科学具有一定的理论和实际意义.

目录

文摘

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物理量名称及符号表

第一章绪论

1.1概述

1.2隔声理论研究的历史回顾

1.2.1波传递法

1.2.2统计能量分析法

1.2.3模态分析法

1.2.4数值分析方法

1.3国内外隔声材料的研究现状

1.4研究的背景及意义

1.5研究的内容及方法

本章小结

第二章颗粒填充聚合物复合材料隔声机理分析

2.1声波传递的基本理论

2.1.1理想流体媒质的三个基本方程

2.1.2理想流体媒质中的声波的波动方程及其解

2.2隔声的基本理论

2.2.1透射系数

2.2.2隔声量表达式

2.3两种经典隔声量计算公式

2.3.1单一介质的隔声量计算公式

2.3.2双层介质的隔声量计算公式

2.4声波在颗粒填充聚合物复合材料中传播机理分析

本章小结

第三章颗粒填充聚合物复合材料隔声模型的建立

3.1假设条件及参数的设定

3.1.1假设条件

3.1.2单元体分析

3.1.3参数的设定

3.2颗粒填充聚合物复合材料隔声量的确定

3.2.1基体部分隔声量的确定

3.2.2填充颗粒部分隔声量的确定

3.2.3颗粒填充聚合物复合材料总隔声量公式的推导

3.3颗粒填充聚合物复合材料隔声量的理论预测

3.3.1隔声量对声波频率的依赖性

3.3.2隔声量与填充颗粒粒径的关系

3.3.3隔声量与填充颗粒的体积百分含量的关系

本章小结

第四章实验

4.1原材料

4.1.1树脂

4.1.2无机填充颗粒

4.2颗粒填充聚合物复合材料的制备

4.2.1材料的配比

4.2.2材料加工的设备

4.2.3材料制备的工艺流程

4.3测试标准样板的尺寸结构及其断面形貌观测

4.3.1测试标准样板的结构尺寸

4.3.2断面形貌观测

4.4隔声量测试的仪器及方法

4.4.1隔声板隔声量测量的基本方法

4.4.2隔声量测试的仪器

4.4.3隔声量测试的过程

本章小结

第五章实验结果与理论验证

5.1颗粒填充聚合物复合材料隔声实验测量结果

5.1.1填料体积百分含量对隔声性能的影响

5.1.2声波频率对隔声性能的影响

5.1.3几种不同材质隔声板隔声量的比较

5.2理论模型的实验验证

5.3隔声板的断面形貌分析

5.4无机颗粒填充聚合物复合材料的力学及加工性能

本章小结

结论与建议

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

附录隔声量测试数据表