輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈及其復(fù)合結(jié)構(gòu)隔聲性能研究.pdf

1、輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈因其優(yōu)異的隔聲性能，在航空航天領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。采用傳統(tǒng)的制氈方法，獲得輕質(zhì)結(jié)構(gòu)的同時(shí)會(huì)引起纖維分布不均從而導(dǎo)致隔聲性能下降。探索新方法，實(shí)現(xiàn)棉氈輕質(zhì)化的同時(shí)達(dá)到均勻化和多層化以及隔聲特性不衰減是本課題研究的出發(fā)點(diǎn)。玻璃纖維棉氈的隔聲特性不僅取決于纖維本身的形貌、直徑、強(qiáng)度、力學(xué)性能和成份，而且取決于棉氈的容重、堆積方式、孔隙結(jié)構(gòu)以及纖維之間的纏繞方式。本文以C919大飛機(jī)用隔音隔熱用輕質(zhì)玻璃纖維棉氈隔聲需求為

2、背景，重點(diǎn)研究新工藝對(duì)棉氈結(jié)構(gòu)影響以及層狀界面成形機(jī)理，分析棉氈結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)隔聲性能影響，探索界面層對(duì)特征阻抗影響機(jī)制，并以棉氈為基材提出復(fù)合結(jié)構(gòu)及其振動(dòng)模態(tài)，旨在突破輕質(zhì)與隔聲衰減的瓶頸，掌握全聲域輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈的隔聲規(guī)律。
　　本文采用離心噴吹工藝制備輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈，通過(guò)搖擺桶對(duì)棉絮進(jìn)行分配實(shí)現(xiàn)棉氈結(jié)構(gòu)的均勻化和多層化，獲得優(yōu)異的隔聲性能。采用 B&K阻抗管對(duì)輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈及其復(fù)合結(jié)構(gòu)進(jìn)行聲學(xué)性能表征，采用掃描

3、顯微鏡和光學(xué)顯微鏡測(cè)試材料的微觀結(jié)構(gòu)，采用拉力測(cè)試儀和流阻儀分別表征材料的力學(xué)性能和空氣流阻，利用MATLAB軟件模擬纖維運(yùn)動(dòng)軌跡和纖維分布情況，分別從試驗(yàn)和理論兩個(gè)方面分析材料結(jié)構(gòu)成形機(jī)理、聲學(xué)特性，為輕質(zhì)層狀玻璃纖維棉氈的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和實(shí)際應(yīng)用提供實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)和理論支持。本文的主要成果如下：
　　(1)提出了玻璃纖維棉氈層狀結(jié)構(gòu)離心成形方法，通過(guò)搖擺桶對(duì)纖維導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)了輕量化、均勻化和多層化。結(jié)果表明，未使用和使用搖擺桶導(dǎo)向的玻璃纖維

4、棉氈的變異系數(shù)（CV）分別是9.6％和5.5%，均勻度被提高了42.7%，玻璃纖維棉氈結(jié)構(gòu)為微觀層狀。利用MATLAB模擬纖維運(yùn)動(dòng)和堆積方式，可見(jiàn)在搖擺桶的導(dǎo)向下，纖維的運(yùn)動(dòng)軌跡為正弦或余弦曲線，在雙搖擺桶的作用下最佳堆積方式為兩搖擺桶之間的相位差相差π/2+2kπ。
　　(2)建立了玻璃纖維棉氈?jǐn)?shù)學(xué)物理模型，推導(dǎo)出空氣流阻計(jì)算公式。結(jié)果表明，玻璃纖維棉氈的空氣流阻正比于棉氈的密度但反比于玻璃纖維棉密度、粘結(jié)劑密度和纖維直徑，其中

5、直徑變化對(duì)空氣流阻的影響較為顯著，纖維直徑越細(xì)小玻璃纖維棉氈的空氣流阻越大。細(xì)小的纖維直徑使得單位面積內(nèi)的纖維數(shù)增多，纖維之間纏繞程度加劇致使棉氈內(nèi)部孔隙曲折度增加，導(dǎo)致空氣流動(dòng)受阻空氣流阻增大。
　　(3)建立了棉氈疊層模型，微觀層狀模型和宏觀層狀模型的差距源于空氣層的差異。結(jié)果表明，相鄰層狀結(jié)構(gòu)的特征阻抗不匹配可以導(dǎo)致棉氈的隔聲量提高5dB左右，在特征阻抗不匹配的層狀結(jié)構(gòu)處，聲波不易穿透使得反射聲波增多提高了棉氈的隔聲量；層間

6、距的增加可以改善隔聲性能，同時(shí)距離的增加使得共振頻率向低頻移動(dòng)，距離越大隔聲量曲線上出現(xiàn)波峰和波谷的次數(shù)也就越多。
　　(4)提出了膜材-棉氈-碳纖維板組合結(jié)構(gòu)和纖維填充蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)，棉氈的種類可以影響復(fù)合結(jié)構(gòu)的振動(dòng)模態(tài)。結(jié)果表明，棉氈中纖維越細(xì)小組合結(jié)構(gòu)中的所有振動(dòng)模態(tài)都將被減弱，而對(duì)于蜂窩復(fù)合結(jié)構(gòu)，第一共振模態(tài)會(huì)被減弱但第二共振模態(tài)得到了加強(qiáng)。細(xì)小的玻璃纖維棉使得棉氈具有優(yōu)異的柔性達(dá)到減振的目的，其次低頻共振模態(tài)的減弱使得復(fù)合