论文--玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料隔声降噪特性分析

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1、玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料隔声降噪特性分析摘要：根据声学理论知识，推导出中空微球填充聚合物复合材料隔声量的计算公式，并用该公式对玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料的隔声性能进行了理论预测。我们发现，玻纤填充丁腈橡胶复合材料的隔声量随着频率的增加而增大；其隔声性能与玻纤含量及复合材料厚度都有这密切的关系。应用发表论文的实际测量数据与本模型预测值进行了比较。结果表明，随玻纤含量及复合材料厚度的变化，隔声量理论预测值和实测值较为接近；并且随着频率的变化，理论预测值和实测值具有相同的变化趋势。关键词：玻璃纤维；丁腈橡胶；复合材料；隔声性能；隔声模型前言现代工业的日益发展，使得噪声

2、问题日趋凸显，其主要源于交通运输噪声、工业噪声和公共活动噪声。而汽车、公路运输业的飞速发展，使得公路环境污染问题愈来愈引起人们的关注，它们约占噪声总量的60%，为主要噪声污染源[1,2]。橡胶类材料以其自身优良的阻尼特性广泛应用于汽车等相关行业，但其机械性能和降噪性能还远远达不到人们的期望，将橡胶与其它材料混合和复合是改善其性能的主要方法。可复合材料既具备良好的隔声降噪性能又具有良好的振动衰减能力，可在空气声和固体声的双重作用下工作[3,4]。本文以玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料为研究对象，应用声学理论知识，推导了隔声降噪公式，并对玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料隔声降噪性

3、能进行了预测与比较。1、理论模型从中空微球填充聚合物复合材料内部结构及声波传播机理的分析中[5]，可知中空微球填充聚合物复合材料中声波的传播与一般单一介质中声波的传播不同，主要原因是中空微球填充聚合物复合材料中中空微球的存在，同时，又与填充实心球颗粒复合材料中声波的传播略有不同，主要是中空微球中间是气体而实心球为固体，由于气体的特性阻抗远小于固体的，所以当有声波传入中空微球内部后，声波就不易出来，即在微球中会消耗大部分的能量。在分析中空微球填充聚合物复合材料的隔声量时，可以取以中空微球为中心的体积单元进行分析，其体积单元结果如图1所示。当声波在此单元体中传播时，没有碰

4、到微球的声波将通过基体直接进入下一单元，而碰到微球的声波，其一部分反射回来，一部分通过微球薄壁继续传播，当到达薄壁与气体的界面层时，又有一部分反射回来，另外的进入气体中，当声波到达另一边的固气界面时，大部分反射，少部分继续向前传播进入下一单元。从而，总的隔声量等于声波通过基体的隔声量与通过中空微球的隔声量之和。图1中空微球填充聚合物复合材料单元体中声波传播示意图由声学边界条件及隔声量的计算公式[6-8]：（1）可以得到，中空微球填充聚合物基复合材料隔声公式为：（2）其中为从基体到填充物噪声的透射率。2、隔声量的测试张娟和晏雄[9]实验研究了玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料

5、的隔声性能。本文拟应用其实测数据对公式（2）作初步的验证。2.1实验材料基体丁腈橡胶：密度声速填料为玻璃纤维，其中，玻璃纤维薄壁部分（玻璃）：密度声速玻璃纤维内部气体部分（空气）：密度声速2.2测试结果图2、3分别为玻纤含量、复合材料厚度对丁腈橡胶复合材料隔声性能的影响。图2玻纤含量对丁腈橡胶复合材料隔声性能的影响图3厚度对丁腈橡胶复合材料隔声性能的影响3、预测与比较3.1理论预测将丁腈橡胶及玻璃纤维的物性参数带入公式（2）中，可以得到玻纤含量与复合材料隔声量的关系曲线，如图4以及厚度与复合材料隔声量的关系曲线，如图5。图4玻纤含量与复合材料隔声量的关系曲线图4展示了

6、在不同的玻璃纤维的含量下，丁腈橡胶复合材料隔声量的理论预测值对频率的依赖性。从图4中可以看出，在所预测的噪声频率500-2500Hz区间内，丁腈橡胶复合材料隔声量随着噪声频率的增加而增大；并且在此区间内，隔声量增加的幅度是随着频率的增加而有所减缓的，但减缓的幅度并不明显。这表明，在所预测的噪声频率下，玻璃纤维填充丁腈橡胶复合材料的隔声特性对噪声频率的敏感性相差无几。图5厚度与复合材料隔声量的关系曲线图5展示了在不同厚度下，丁腈橡胶复合材料隔声量的理论预测值与频率之间的关系。从图5中可以看出，在同一厚度下，隔声量都是随着频率的增加而增大；在同一频率下，丁腈橡胶复合材料隔

7、声量随着厚度的增加而增大，并且，在厚度小于6mm时，材料隔声量随着厚度增加而增大的幅度较大，在厚度大于6mm时，材料隔声量随着厚度增加而增大的幅度较小。这表明，在利用增加材料厚度来增大丁腈橡胶复合材料隔声量时，应该合理的选择材料的厚度，即厚度过小，隔声量达不到要求，厚度过大，隔声量并不能达到预期的效果。3.2预测值与实测值比较将理论预测的玻璃纤维含量与材料隔声量之间的关系曲线图4与实测的曲线图2进行比较，其中玻纤含量为6%时，隔声量预测值与实测值随频率的变化关系曲线如图6。图6玻纤含量为6%下，隔声量预测值与实测值和频率的关系曲线从图6中可以看出，当