基本信息
- 项目名称：
- 地铁用声屏障材料的研制
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 铝纤维吸声板是一种新型地铁用声屏障材料。为了替代进口，降低成本，推动高性能声屏障材料在我国声环境的改善和噪声控制中发挥作用，本课题开展了快冷铝质纤维吸声板的研究。探索出了最佳的快冷铝纤维制备技术，制得了三明治结构的铝纤维吸声板；并对这种吸声板进行了性能测试。测试结果表明，本课题制得的吸声板与进口铝纤维吸声板性能相当，有些性能甚至更佳。
- 详细介绍：
- 噪声，目前已成为破坏人们工作和生活环境质量的罪魁祸首。对地铁噪声的控制越来越受到各国政府的重视。铝纤维吸声板是一种新型地铁用声屏障材料，由于该材料中的主要原料——快冷铝纤维及其毡，目前仅日本能生产，这种吸声材料在我国应用的成本较高。为了替代进口，降低成本，推动高性能铝质纤维吸声材料在我国声环境的改善和噪声控制中发挥作用，本课题开展了快冷铝质纤维吸声板的研究。通过对四种快速凝固技术的探索，优选出了最佳的快冷铝纤维制备技术——压力喷出熔纺法；制备出的铝纤维形貌和表面结构与进口铝纤维完全相同。并对压力喷出熔纺技术的射流运动过程和凝固过程，以及工艺参数对这两种过程的影响进行了研究，得到了最佳的工艺控制参数；然后采用气流法成毡，制得了三明治结构的铝纤维吸声板；并对这种吸声板进行了性能测试，测试结果表明：该吸声板在中高频率具有较高的吸声系数，在400Hz以上频率，吸声系数大于0.5，一般保持在0.7-0.8之间，最高达到0.98；在低频也具有较好的吸声性能。其耐候、耐蚀性能良好，经过2000小时氙弧灯人工加速老化试验，外观无明显老化现象；经过耐水、煮沸、耐热抗冻、耐火、导水实验，均无异样。制得的吸声板与进口铝纤维制成的吸声板性能相当，有些性能甚至更佳。
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作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 噪声，目前已成为破坏人们工作和生活环境质量的罪魁祸首。对地铁噪声的控制越来越受到各国政府的重视。目前降低噪声的主要办法就是使用吸声材料。由于地铁所处的地下潮湿环境，普通的吸声材料难以适用。本课题根据日本研究者的报道，研制了一种适用于地铁的金属质声屏障材料。
科学性、先进性及独特之处
- 本课题的关键技术和难点在于铝纤维的制备。作为良好的吸声材料，要求吸声纤维直径范围为100-150um，表面覆有氧化膜。目前在国内无此类纤维产品，必须自已制作。本课题拟采用快速凝固技术来制备纤铝维，使纤维表面得到致密的陶瓷氧化膜。 本研究利用凝固时金属熔体与空气发生化学反应生成陶瓷膜，并通过液流稳定性控制和凝固过程控制，得到合格的铝纤维和纤维毡，具有先进性和科学性。
应用价值和现实意义
- 随着地铁建设逐步进入我国大中城市的城市规划中，地铁噪声的控制问题变得日益重要，迫切要求使用高性能、绿色环保的声屏障材料。同时对城市发展与人民生活和谐生活具有重要现实意义。本课题研究的材料除了应用于地铁、隧道等地下潮湿环境，还可广泛应用于户外以及特殊要求场所，如气流速度较大、振动剧烈的场所；各类洁净室内等，是一种优良性能的新型声屏障材料。
学术论文摘要
- 铝纤维吸声板是一种新型地铁用声屏障材料，其关键材料——铝纤维及其毡的制备技术开发是制约这种材料推广应用的关键。本课题通过对四种快速凝固技术的探索，优选出了最佳的铝纤维制备技术——压力喷出熔纺法，制备出的铝纤维形貌和表面结构与进口铝纤维相同。并对压力喷出熔纺技术的射流运动过程和凝固过程，以及工艺参数对这两种过程的影响进行了研究，得到了最佳的工艺控制参数。采用气流法成毡，制得的吸声板在中高频率具有较高的吸声系数，在400Hz以上频率，吸声系数大于0.5，一般保持在0.7-0.8之间，最高达到0.98；在低频也具有较好的吸声性能。其耐候、耐蚀性能良好，经过2000小时氙弧灯人工加速老化试验，外观无明显老化现象；经过耐水、煮沸、耐热抗冻、耐火、导水实验，均无异样。制得的吸声板与进口铝纤维制成的吸声板性能相当，有些性能甚至更佳。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 无
参考文献
- 1）李海涛，朱锡等.多孔性吸声材料的研究进展[J].材料科学与工程学报，2004，22（6）：934-937 2）罗以喜.吸声隔音用纤维及非织造布复合材料[J].非织造布，2003，11（4）：35-38 3）叶海，钟祥璋.铝制纤维吸声板[J].上海建材，2001，（1）：12-14 4）钟祥璋， 莫方朔.铝纤维吸声板的材料特性及应用[J].装饰装修材料.2000，（11）：19-22 5）刘海洋，刘慧芳.金属纤维的发展现状及前景展望[J].技术创新，2005（12）：16-20 6）刘古田.金属纤维综述.稀有金属材料与工程[J].1994，23（1）：16-20
同类课题研究水平概述
- 铝质纤维吸声板目前在日本已推广应用，较多应用在机场、音乐厅、影剧院、展览馆、大型商场和超市、教室和室内游泳池的壁面或天花板等处；大空间办公室的隔声屏或空间吸声体；高架公路底面的吸声材料；高速公路、变电所或冷却塔的声屏障；电机或机车引擎室的隔声罩；各类洁净室内的吸声材料；体育场的大屋面下的吸声材料；地铁、隧道等地下潮湿环境的吸声材料等等。由于它突出的耐候性能，特别适宜在室外露天使用。据报道，日本的铝质纤维吸声板中铝纤维是采用快冷技术制备。铝质纤维吸声材料目前在我国国内的应用还不太广泛，仅应用于广播电台、电视台、地铁、杂技馆等高档场所。影响铝纤维吸声板在我国国内推广应用的主要因素是技术和成本。目前，我国生产和销售铝质纤维吸声材料企业大概有4家，而生产铝质纤维吸声板的高档原料——快速凝固铝纤维毡（或铝纤维）主要从日本进口。 2007年，吸声材料生产企业为了降低成本开始在国内采用刨铝丝生产铝质纤维吸声板，这种铝纤维采用机加工而成，表面无氧化膜（现在也有采用热处理在其表面生成氧化膜，但这种氧化膜不致密，效果不好），耐蚀耐候性能差；截面为矩形，成毡时纤维间是面接触，吸声性能稍差。这种铝纤维明显的优势就是价钱便宜。目前，我国还没有快冷铝纤维。
