輕質層狀玻璃纖維棉氈及其復合結構隔聲性能研究.pdf

1、輕質層狀玻璃纖維棉氈因其優(yōu)異的隔聲性能，在航空航天領域具有重要的應用價值。采用傳統(tǒng)的制氈方法，獲得輕質結構的同時會引起纖維分布不均從而導致隔聲性能下降。探索新方法，實現(xiàn)棉氈輕質化的同時達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。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、強度、力學性能和成份，而且取決于棉氈的容重、堆積方式、孔隙結構以及纖維之間的纏繞方式。本文以C919大飛機用隔音隔熱用輕質玻璃纖維棉氈隔聲需求為

2、背景，重點研究新工藝對棉氈結構影響以及層狀界面成形機理，分析棉氈結構參數(shù)對隔聲性能影響，探索界面層對特征阻抗影響機制，并以棉氈為基材提出復合結構及其振動模態(tài)，旨在突破輕質與隔聲衰減的瓶頸，掌握全聲域輕質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層狀玻璃纖維棉氈，通過搖擺桶對棉絮進行分配實現(xiàn)棉氈結構的均勻化和多層化，獲得優(yōu)異的隔聲性能。采用 B&K阻抗管對輕質層狀玻璃纖維棉氈及其復合結構進行聲學性能表征，采用掃描

3、顯微鏡和光學顯微鏡測試材料的微觀結構，采用拉力測試儀和流阻儀分別表征材料的力學性能和空氣流阻，利用MATLAB軟件模擬纖維運動軌跡和纖維分布情況，分別從試驗和理論兩個方面分析材料結構成形機理、聲學特性，為輕質層狀玻璃纖維棉氈的設計開發(fā)和實際應用提供實驗指導和理論支持。本文的主要成果如下：
　　(1)提出了玻璃纖維棉氈層狀結構離心成形方法，通過搖擺桶對纖維導向，實現(xiàn)了輕量化、均勻化和多層化。結果表明，未使用和使用搖擺桶導向的玻璃纖維

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%，玻璃纖維棉氈結構為微觀層狀。利用MATLAB模擬纖維運動和堆積方式，可見在搖擺桶的導向下，纖維的運動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數(shù)學物理模型，推導出空氣流阻計算公式。結果表明，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、粘結劑密度和纖維直徑，其中

5、直徑變化對空氣流阻的影響較為顯著，纖維直徑越細小玻璃纖維棉氈的空氣流阻越大。細小的纖維直徑使得單位面積內的纖維數(shù)增多，纖維之間纏繞程度加劇致使棉氈內部孔隙曲折度增加，導致空氣流動受阻空氣流阻增大。
　　(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。結果表明，相鄰層狀結構的特征阻抗不匹配可以導致棉氈的隔聲量提高5dB左右，在特征阻抗不匹配的層狀結構處，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，同時距離的增加使得共振頻率向低頻移動，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-碳纖維板組合結構和纖維填充蜂窩復合結構，棉氈的種類可以影響復合結構的振動模態(tài)。結果表明，棉氈中纖維越細小組合結構中的所有振動模態(tài)都將被減弱，而對于蜂窩復合結構，第一共振模態(tài)會被減弱但第二共振模態(tài)得到了加強。細小的玻璃纖維棉使得棉氈具有優(yōu)異的柔性達到減振的目的，其次低頻共振模態(tài)的減弱使得復合