陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构及其制备方法

1.本发明涉及一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构及其制备方法，属于吸声降噪技术领域。


背景技术：

2.噪声已经成为人类生活中一个重要的环境问题，并对健康造成影响，比如听力丧失、睡眠障碍、情绪烦躁、引起严重的心理疾病等，通过隔声和吸声方法控制噪声是改善环境的重要手段。多孔材料由于含有大量连通空洞，当声波进入材料后，空气的振动引起壁面附近剧烈的摩擦将动能转化为热量，可实现很好的吸声效果。目前使用较多的吸声材料包括泡沫材料、合成纤维以及人造纤维等，其耐热性能较差，在防火阻燃方面受到严重限制。
3.防火吸声材料可用于建筑、工业、汽车等领域的多功能材料。在建筑方面，防火吸声材料可以被应用于墙壁、天花板、地板、门窗等部位，起到隔音、降噪、防火的作用；在工业方面，防火吸声材料可以用于减少机器噪音、改善工作环境；在汽车领域，防火吸声材料可以减少发动机、风噪等车内噪音，提高乘坐舒适度。此外，随着人们对安全、环保要求的提高，防火吸声材料的需求也在不断增长。
4.近些年多孔陶瓷材料因为在低密度、高强度、耐高温和防火性上卓越的优势而受到广泛关注，但陶瓷材料固有的脆性缺陷，限制了多孔陶瓷装配工艺的应用。并且，由于多孔陶瓷材料中形成的孔隙多为比起空，不利于声波材料进入材料内部，反而将声波反射，无法实现吸声效果。因此，开发一种具有防火阻燃特性的吸声结构具有重要的工程意义。


技术实现要素：

5.本发明目的之一是提供了一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，通过结构的合理设计利用陶瓷纤维纸卷曲形成的缝隙和材料本身孔隙之间的相互配合，即实现了高性能吸声，又使结构具有防火耐热的特性。
6.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，包括宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条，宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条相互叠加卷曲成若干层并呈螺旋状卷曲，相邻宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条之间形成空气狭缝。
7.所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构优选方案，宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条厚度为0.5~5 mm。
8.所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构优选方案，宽陶瓷纤维纸条的宽度为10~100 mm。
9.所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构优选方案，窄陶瓷纤维纸条的宽度为1~10 mm。
10.所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构优选方案，其横截面形状为圆形、三角形以及花瓣形。
11.本发明另一目的还提供了一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构制备方法。
12.本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
一种所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构制备方法，包括以下步骤：（1）将陶瓷纤维纸张裁剪为宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条两种纸条；（2）将窄陶瓷纤维纸条贴在宽陶瓷纤维条底部形成一边厚一边薄的纸条；（3）从一端开始，进行卷曲，宽陶瓷纤维条底部厚的一侧紧密贴合，直到整个纸条被卷成螺旋状，即得所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构。
13.本发明的优点在于：1.本发明一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，由宽窄两种陶瓷纤维纸条交叉镶嵌卷曲而成。由于宽窄两种纸条底部相连，故在上层的每两层卷纸之间形成狭缝，狭缝的尺寸与底部纸的宽度相当，当空气通过狭缝时，由于空气与缝壁面的摩擦将声波能量转化为热量；另一方面，由于陶瓷纤维本身为一种多孔材料，声波在纸张内部的震荡也会吸收声波能量。
14.2.纸张中间的狭缝使得声波可以直接进入结构内部，增加了声波与材料接触的表面积，从而进一步增加了能量损耗。
15.3.结构由陶瓷纤维纸构成，密度较低，相对于铝等金属材料而言具有非常好的轻量化特性。
附图说明
16.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
17.图1为本发明陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构的示意图；图2为单个元胞剖面图；图3为制备过程图；图4为本发明陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构实施例和对照例的吸声系数示意图；图5为本发明陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构实施例1000℃喷枪的吸声系数示意图；其中：1.宽陶瓷纤维纸带；2.窄陶瓷纤维纸带。
具体实施方式
18.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
19.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
20.在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示
出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
21.参考图1和图2，本发明提供一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，包括宽陶瓷纤维条1和窄陶瓷纤维纸条2，宽陶瓷纤维条1和窄陶瓷纤维纸条2相互叠加卷曲成若干层并呈螺旋状卷曲，相邻宽陶瓷纤维条1和窄陶瓷纤维纸条2之间形成空气狭缝。制备过程参阅图3，宽陶瓷纤维纸条1与细陶瓷纤维纸条2的相互叠加卷曲，从而在结构上方引入相邻纸张之间的缝隙，参阅图2。结构的卷曲形状与加工方式有关，通过不断地折叠以及弯曲等方式，可以根据不同的工程需求，制备不同形状的结构。
实施例
22.实施例用纸张材料为陶瓷纤维纸，密度为0.226 g/cm3，厚度为1 mm，孔隙率大于80%。
23.实施例结构尺寸：元胞尺寸宽陶瓷纤维纸条高度为50 mm，窄陶瓷纤维纸条宽度为10 mm，厚度为1 mm。
24.一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构制备方法，包括以下步骤：（1）将陶瓷纤维纸张裁剪为宽陶瓷纤维条1和窄陶瓷纤维纸条2两种纸条，窄陶瓷纤维纸条2的宽度保证在10 mm左右，以便后续卷曲时能够更加紧密地堆叠；（2）将窄陶瓷纤维纸条2端部涂上一层薄薄的胶水或贴上胶带，将这一端与宽陶瓷纤维条1底部重合，并使它们紧密粘合一起，重复这个步骤直到所有纸条都被粘合成一个长条，形成一边厚一边薄的纸条；（3）拿起宽陶瓷纤维条1，将其中一头放在卷曲机的端口处，将卷曲机设定为所需直径，并开始卷曲；如果使用手持式卷曲器，可以将长条紧握在手中并逐渐卷曲，当卷曲一段距离后，可以用胶水或胶带固定起来，以防止纸条松动；（4）持续卷曲，直到整个纸条被卷成螺旋状，注意要保持卷曲时的速度（0.1 m/min
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1 m/min）和力度稳定(10-50 n)，以确保最终成品的外观与质量，如果需要更大的尺寸，可以将多个卷好的小纸条组合在一起，然后再进行进一步的卷曲；（5）当完成了整个卷曲过程之后，形成的结构一侧紧密结合，另一侧存在空气狭缝，可以微调造型，使其呈现出想要的外观。
25.卷纸结构的松紧度对其结构吸声性能有着一定的影响。这里，卷纸结构的松紧度用以下公式描述：松紧度=（陶瓷纤维的厚度
×
陶瓷纤维纸的总长度）/卷纸结构的底体积。为保证结构的稳定性，卷纸结构的松紧度应保持在90%以上。
26.对照例为与实施例等厚度的均匀无狭缝陶瓷纤维卷纸结构。为了保证对照的客观性，纸张与实施例参数一致。
27.采用以上材料和结构尺寸进行实验测试，给出了实施例和对照例的吸声系数对比如下：实验测试0~6400 hz之间实施结构以及均匀无狭缝陶瓷纤维卷纸对照组的吸声系数。
28.请参阅图4，其中黑色实线表示等厚度无狭缝陶瓷纤维卷纸结构的吸声系数，黑色
虚线表示带缝隙陶瓷纤维卷纸结构的吸声系数，从图中可以看出，相对于等厚度无狭缝卷纸结构，本发明所提出的吸声结构在0~6400 hz内都有大幅度的提升。
29.具体表现如下：实施例中带缝隙陶瓷纤维卷纸结构的吸声系数在600~6400 hz时达到0.8以上，整体平均吸声系数为0.9。而无缝隙卷纸结构的吸声系数在5000~6400 hz时达到0.8以上，整体平均吸声系数为0.7。
30.请参阅图5，其中黑色实线表示高温灼烧之前带缝纤维陶瓷结构的吸声系数，黑色虚线表示1000摄氏度高温灼烧1个小时后结构的吸声系数。从图中可以看出，相对于高温灼烧之前的结构，高温灼烧几乎不影响结构的吸声性能。
31.结果表明，相对于不带狭缝的陶瓷纤维卷纸结构，带缝隙陶瓷纤维卷纸结构的吸声系数对得到了非常大的提高，同时具有低频宽带的高性能吸声性能，另外，陶瓷纤维纸具有质量轻、价格便宜的特点，是一种非常优异的阻燃吸声结构。
32.根据上述数据可以看出，本发明达到的技术效果如下：1、本发明的试验测试结果在600~6400 hz吸声系数均在0.8以上，平均吸声系数达0.9以上，满足宽频段内有效吸声的要求；2、本发明提出结构使用的材料为陶瓷纤维纸张，价格低廉，材料易得；3、本发明提出吸声结构简单，加工方便；4、本发明提出吸声结构具有优异的防火阻燃性能，高温灼烧几乎不影响结构的吸声性能；5、通过改变卷纸结构参数以及纸张种类可以改变整体结构的力学和声学性能，适应不同场合下的要求。
33.综上所述，本发明种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，可用于制造飞机、高速列车以及民用建筑的吸声装置，通过结构的设计提升空气的声能损耗能力以及防火阻燃的吸声轻量化结构，具有很广泛的工程应用前景。
34.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于：包括宽陶瓷纤维条（1）和窄陶瓷纤维纸条（2），宽陶瓷纤维条（1）和窄陶瓷纤维纸条（2）相互叠加卷曲成若干层并呈螺旋状卷曲，相邻宽陶瓷纤维条（1）和窄陶瓷纤维纸条（2）之间形成空气狭缝。2.根据权利要求1所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于：宽陶瓷纤维条（1）和窄陶瓷纤维纸条（2）厚度为0.5~5 mm。3. 根据权利要求1所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于：宽陶瓷纤维纸条（1）的宽度为10~100 mm。4. 根据权利要求1所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于： 窄陶瓷纤维纸条（2）的宽度为1~10 mm。5.根据权利要求1所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于：其横截面形状为圆形、三角形以及花瓣形。6. 根据权利要求1所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其特征在于：陶瓷纤维纸密度为0.226 g/cm3，厚度为1 mm，孔隙率大于80%。7.一种权利要求1至6任一项所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将陶瓷纤维纸张裁剪为宽陶瓷纤维条（1）和窄陶瓷纤维纸条（2）两种纸条；（2）将窄陶瓷纤维纸条（2）贴在宽陶瓷纤维条（1）底部形成一边厚一边薄的纸条；（3）从一端开始，进行卷曲，宽陶瓷纤维条（1）底部厚的一侧紧密贴合，直到整个纸条被卷成螺旋状，即得所述陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，其中卷纸结构的松紧度用以下公式描述：松紧度=（陶瓷纤维的厚度
×
陶瓷纤维纸的总长度）/卷纸结构的底体积，卷纸结构的松紧度应保持在90%以上。

技术总结
本发明涉及一种陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构及其制备方法，属于吸声降噪技术领域。陶瓷纤维卷纸阻燃吸声结构，包括宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条，宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条相互叠加卷曲成若干层并呈螺旋状卷曲，相邻宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条之间形成空气狭缝。制备方法包括以下步骤：将陶瓷纤维纸张裁剪为宽陶瓷纤维条和窄陶瓷纤维纸条两种纸条；将窄陶瓷纤维纸条贴在宽陶瓷纤维条底部形成一边厚一边薄的纸条；从一端开始，进行卷曲，宽陶瓷纤维条底部厚的一侧紧密贴合，直到整个纸条被卷成螺旋状。通过结构的合理设计利用陶瓷纤维纸卷曲形成的缝隙和材料本身孔隙之间的相互配合，实现了高性能吸声，又使结构具有防火耐热的特性。火耐热的特性。火耐热的特性。


技术研发人员：卢天健 陈昕 李墨筱 段明宇 沈承 于晨磊 孟晗 赵龙武 耿振鑫 王新 石亚君 徐超 夏江丽 吕胡人 沈翔
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.04.28
技术公布日：2023/7/25