聚酰亞胺與聚氨酯泡沫吸聲性能的比較

　何立燕

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210）

材料工程

聚酰亞胺與聚氨酯泡沫吸聲性能的比較

何立燕

（上海飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，上海201210）

為研究新型泡沫聚酰亞胺的吸聲性能，通過(guò)阻抗管法測(cè)試了軟質(zhì)聚酰亞胺泡沫和普通聚氨酯開(kāi)孔泡沫的吸收特性，發(fā)現(xiàn)聚酰亞胺泡沫的吸聲性能優(yōu)于聚氨酯泡沫。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析，發(fā)現(xiàn)開(kāi)孔泡沫的泡孔形態(tài)、孔隙率等是影響泡沫吸聲特性的主要因素。

聚酰亞胺；聚氨酯；吸聲性能

聚酰亞胺泡沫是一種新型高性能泡沫，具有優(yōu)異的耐高溫性能和阻燃性能，被應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域，如民用飛機(jī)艙內(nèi)的減振降噪以及其他不宜公開(kāi)的領(lǐng)域中。

泡沫塑料材料按其泡孔形態(tài)，可分為開(kāi)孔泡沫和閉孔泡沫。開(kāi)孔泡沫又分為全開(kāi)孔泡沫和半開(kāi)孔泡沫。一般定義介質(zhì)可以通過(guò)一個(gè)泡孔到達(dá)整個(gè)泡沫的為全開(kāi)孔泡沫，這就要求其中的泡孔必須有兩面或兩面以上泡壁破裂。若介質(zhì)不能從一個(gè)泡體傳播到整個(gè)泡沫，則稱(chēng)為半開(kāi)孔泡沫。如果每個(gè)泡孔相互不連通，介質(zhì)無(wú)法在兩個(gè)泡體之間流通的則稱(chēng)為閉孔泡沫［1］。

本文選取兩種上述典型的開(kāi)孔軟質(zhì)泡沫，即聚酰亞胺泡沫和聚氨酯泡沫，一種新型高性能泡沫，一種是普遍使用的聚氨酯泡沫。對(duì)這兩種泡沫進(jìn)行吸聲性能的測(cè)試和比較。

1　測(cè)試方案

用阻抗管法測(cè)試兩種泡沫的吸聲性能。

測(cè)試設(shè)備：B&K公司的4206型阻抗管，功率放大器，Pulse 3560C系統(tǒng)，電腦、傳聲器等。見(jiàn)圖1.

圖1　阻抗管測(cè)試裝置圖

試驗(yàn)件：將聚酰亞胺泡沫（100 mm直徑，厚度10 mm的樣片），聚氨酯泡沫100 mm直徑樣片試驗(yàn)測(cè)試方法：參照ISO10534-1.

本方法中，管中的平面波由噪聲源產(chǎn)生，干涉場(chǎng)的分析則用兩只安裝在管壁一定位置的傳聲器作兩點(diǎn)聲壓的測(cè)量來(lái)實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)處理后，可有效地分離入射波和反射波，然后完成復(fù)傳遞函數(shù)、吸聲材料法向入射吸聲系數(shù)和聲阻抗率的計(jì)算。對(duì)上述問(wèn)題的處理可以用時(shí)域處理也可以用頻域處理。用不同尺寸或直徑和間距作組合，可得到寬的測(cè)量頻率范圍［1］。

2　聚酰亞胺泡沫的吸聲性能

圖2為聚酰亞胺泡沫在0～1 600 Hz范圍內(nèi)的吸聲特征曲線(xiàn)。由圖可知，該泡沫在無(wú)后空腔時(shí)已表現(xiàn)優(yōu)異的吸聲性能，從500 Hz～6 000 Hz，吸聲系數(shù)均大于0.5，且出現(xiàn)三個(gè)共振峰，有效吸聲頻帶很寬。當(dāng)留有后空腔時(shí)，共振吸聲系數(shù)向低頻移動(dòng)，有效吸聲頻帶寬度進(jìn)一步增大。

圖2　泡沫吸聲特征曲線(xiàn)

3　 PI泡沫（聚酰亞胺）泡沫與PU泡沫（聚氨酯泡沫）的吸聲性能比較

圖3和圖4為PI泡沫與PU泡沫的吸聲性能的比較，圖2為無(wú)后空腔，圖3后空腔為20 mm.

圖3　 PI和PU泡沫吸聲性能比較（無(wú)后空腔）

圖4　 PI和PU泡沫吸聲性能比較后空腔深度20mm

4　分析和討論

可以由試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果看出，在相同頻率下，PI泡沫的吸聲系數(shù)要明顯高于PU泡沫。PI泡沫的總體吸聲性能優(yōu)于PU泡沫。這是因?yàn)镻I泡沫的泡孔孔徑分布范圍更大，泡孔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不同泡壁反射的聲波易發(fā)生干涉；泡壁和泡棱微薄，容易因聲波激勵(lì)而引起振動(dòng)消耗能量。當(dāng)聲波入射到PI泡沫時(shí)，聲波通過(guò)開(kāi)孔泡孔，進(jìn)入材料內(nèi)部，一部分聲能在通過(guò)泡棱時(shí)，因摩擦引起空氣振動(dòng)導(dǎo)致能量損耗，另一部分聲能也能引起PI泡沫中存在的厚度僅為1μm的泡壁的振動(dòng)而消耗聲能。PU泡沫泡孔均勻、存在泡壁很少，引起聲波反射較少；泡棱尺寸較大，不易聲波作用下發(fā)生振動(dòng)，對(duì)聲波損耗略小于PI泡沫。

泡孔結(jié)構(gòu)對(duì)泡沫材料吸聲性能有著重要的影響，較理想的泡沫吸聲材料須具有高的空隙含量、低的聲波反射性，對(duì)頻率的變化相對(duì)不敏感［2］即吸聲頻帶較寬等優(yōu)點(diǎn)。

5　結(jié)束語(yǔ)

聚氨酯泡沫因其成本低，工藝簡(jiǎn)單，是目前普遍使用的優(yōu)秀吸聲泡沫材料，而聚酰亞胺泡沫則可以認(rèn)為是一種具有最優(yōu)異的吸聲性能的新型開(kāi)孔泡沫之一，但成本相對(duì)較大，制備工藝復(fù)雜，故本文結(jié)論可供工程人員按需選擇所需吸聲材料。

［1］Hans Boden，Mats Abom，Influence of errors on the two-Microphone method for measuring acoustic properties in dusts，JASA［J］.Feb 1986，79（2）：541-549.

［2］J.Y.Chung，D.A.Blaser，Transfer function method of measur ing acoustic intensity in a dust system with flow，JASA［J］.Dc 1980，68（6）：1570-1577.

Sound Absorption Performance of Polyim ideandPolyurethane Foam

HE Li-yan
（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

In order to study the sound absorption performance of polyimide foam（PI foam），in this paper，the polyimide foam’and polyurethane foam’s（PU foam）sound absorption performance were tested by B&K 4206 impedance tube.The reason of the differentsound absorption performance between PI’and PU’foam also be analyzed in this paper.

polyimide；polyurethane；sound absorption property

TB33文獻(xiàn)表識(shí)碼：A

1672-545X（2016）06-0185-02

2016-03-12

何立燕（1981-），女，浙江舟山人，工程師，研究方向：民用飛機(jī)艙內(nèi)噪聲。