摘 要

复合材料具有高强度、轻质量、超薄厚度，良好的机械加工性能等众多优点，因而被广泛的应用于建筑、医疗、交通等多个方面。研究集轻、薄、减振、吸声、隔声等多种性能于一身的降噪复合材料对于减少或者消除噪声污染、改善和提高人们的生活、生产环境具有重要意义。本论文试验中采取环氧树脂（热固性）作为复合材料的基体材料，采用声内耗材料作为复合材料的填料，以期望能提高复合材料在降噪方面的性能。并以三维织物为增强材料，达到既满足结构强度要求，又降低振动和噪声的目的。

本文研究了采用空心玻璃微珠作为声内耗材料，分别填充双酚A型环氧树脂及酚醛环氧树脂，来制备隔声性能芯材。并对实验所制得的复合材料的力学性能和隔声性能进行测试，分析在空心玻璃微珠含量不同的情况下复合材料性能的变化规律。并且通过SEM分析其微观结构。选出力学性能和隔声性能都比较优良的复合材料体系。在此基础上以三维间隔立体织物为增强材料，采用真空导入成型工艺，将优选出的隔声芯材导入其中，制作夹心结构材料，测试其弯曲性能、声学性能。 优选出隔声降噪能力最好，且力学性能合适的体系。

实验结果表明: 三维夹层结构复合材料的弯曲强度以及弯曲弹性模量比泡沫复合材料增加了3倍左右，且隔声性能也提高了，最佳隔声量达到53.48dB。

关键词：空心玻璃微珠 ;复合材料;降噪隔声性能

Abstract

Composite material has many advantages of high strength, light weight, thin thickness, good mechanical processing properties, they have been widely used in various aspects of construction, medical, transportation, etc. It is significant to research composite of noise reduction which set light, thin, vibration damping, sound absorption, sound insulation and other properties in one to reduce or eliminate noise pollution, improve and enhance people's lives and the production environment. In this paper, in order to improve the poor noise performance of the epoxy resin, I use the thermosetting epoxy resin matrixa ,and the sound of friction material as filler to prepare composites with good noise damping properties.Reach the purpose of both meet the structural strength requirements, but also reducing vibration and noise.

. This paper studies the use of hollow glass microspheres as an acoustic friction material, each filled phenol and bisphenol A type epoxy resin, prepared sound insulation properties of the core material. And tested for its mechanical properties and sound insulation properties, analysis of different content of microspheres have influence on properties of composites.and analysis of its microstructure by SEM, Elected the system both to meet the basic mechanical properties and have excellent sound insulation performance. On this basis, using three-dimensional spacer fabric as a reinforcing material, vacuum infusion molding process, The optimized sound insulation core material introduced therein to prepare a sandwich structure composite,and test its bending performance, noise performance. Preferably select the acoustic noise performance best, and the mechanical properties suitable system.

Experimental results show: do compare with foam composites, It was found that the bending strength and flexural modulus of elasticity of the sandwich structure of three-dimensional composites increaseabout 3 times than the foam composites,and improved sound insulation performance, best sound insulation reached 53.48dB. Using the active glass beads treated with a silane coupling agent fill up epoxy resin, it can improve the noise properties of the composites

Keywords:hollow glass bead,composite,noise insulation performance

目录

摘要 I

Abstract II

1 绪论 1

1.1降噪机理 1

1.2聚合物基减振降噪复合材料概述 2

1.2.1聚合物基阻尼材料的减振降噪机理 2

1.2.2材料降噪的影响因素 3

1.2.2.1填料的影响 3

1.2.2.2环境因素 3

1.2.4纤维增强聚合物阻尼降噪机理 4

1.3本论文研究目的和思路 4

2复合泡沫塑料隔声及力学性能研究 6

2.1概述 6

2.2实验部分 6

2.2.1实验原料及设备 6

2.2.2实验方法 7

2.2.2.1玻璃微珠的表面处理 7

2.2.2.2 空心玻璃微珠/环氧E51复合材料的制备 7

2.2.2.3 空心玻璃微珠/环氧638s复合材料的制备 8

2.2.3 测试与表征 9

2.2.3.1 力学性能测试 9

2.2.3.2 隔声性能测试 9

2.2.3.3 SEM分析^【22】 9

2.3结果与讨论 10

2.3.1复合材料的力学性能 10

2.3.1.1微珠含量对复合材料力学性能的影响 10

2.3.1.2稀释剂对复合材料力学性能的影响 10

2.3.2复合材料的隔声性能 11

2.3.2.1 玻璃微珠含量对复合材料隔声性能的影响 11

2.3.2.2树脂体系对隔声性能的影响 13

2.3.2.3频率对隔声性能的影响 14

2.3.3复合材料的微观结构 16

2.4本章小结 17

3三维夹层结构复合材料降噪及力学性能研究 18

3.1概述 18

3.2实验部分 19

3.2.1实验原料及设备 19

3.2.2实验方法 19

3.2.2.1中空三维间隔连体织物/环氧树脂复合材料制备 19

3.2.2.2空心玻璃微珠填充三维织物树脂基复合材料的制备 20

3.2.3测试与表征 21

3.2.3.1 力学性能测试 21

3.2.3.2隔声性能测试 21

3.3结果与讨论 21

3.3.1夹层结构的力学性能 21

3.3.2三维夹层结构的隔声性能 21

3.4本章小结 23

4总结与展望 24

1绪论

随着现代城市经济的迅速发展，工业化程度也不断提高，人们在享受机械化带来便利的同时，却不得不为机械化引起的噪声而烦恼。振动和噪声所产生的危害日趋严重，已经被列为空气污染、水体污染之后的第三大污染^[1]。。噪声不仅会污染环境，降低仪器设备的工作精度，甚至会导致材料的疲劳破坏，降低设备运行的稳定性，影响其使用寿命^[2]。而且会危害人的身体健康，长期处于噪声环境下，会严重损坏人的听觉系统，使人困乏、耳鸣，甚至威胁生命。噪音也是被人类抱怨最多而且最为不能忍受的污染，被全球广泛关注。

各国为了控制和治理噪声已经投入了大量的人财物。为控制噪声和污染，各界人士都尝试了很多方法，研究了各种降噪材料，但效果不是特别理想，而复合材料也以其优越的性能参与了隔声降噪行列。故而，降噪复合材料的研究，不但能减少污染，保护环境，同时还能够减少国民经济损失。

目前国内外对隔声复合材料的研究，主要集中在吸声高分子材料（其中应用最多的是高分子发泡材料）、使用纤维增强树脂基隔声复合材料、功能填料阻尼减振复合材料等^[3]的研究。

空心玻璃微珠在降低复合材料的密度上有这显著的效果，提高材料的力性能，其孔隙率低^[4]，填充时使用多，对环氧树脂的阻尼降噪性能有优良的改性效果，当声波入射材料时，声波与微珠发生相互作用，从而延长了声波在材料中的传递过程，结果是增强了树脂基体对声波的消耗性能;并且空心微珠存在空腔谐振吸声，与基体之间可产生微相分离，从而大大增强了材料的隔声降噪性能。

降噪复合材料通过整体优化设计，以空心玻璃微珠、玻璃纤维作为填料，由于其具有降噪与承载双重功能，不仅具有减振降噪作用，而且能够符合力学性能要求，是一种非常理想的降噪复合材料。

1.1降噪机理

国际上普遍采取的降噪处理措施，主要有消声、吸声、隔声^【5】。本课题研究中主要根据隔声原理^【6】制备隔声降噪复合材料。

噪声在传播时，如若碰到一个较大的阻碍物时，其中声波的部分能量会被吸收，声波的部分能量会被反射回去，剩下的声波的能量透过阻碍物，该阻碍物对声波的这种阻碍效果便是隔声。如图1.1所示。

透射E_T

吸射Ea

入射E0

反射Er

图1.1 隔声原理示意图

假若被屏障吸收的声能忽略不计，则透声系数或透射系数定义为，

_1-(1)^[7]

其中E0为入射声波的能量，Eτ为透过屏障的能量。

材料的对声音的阻隔效果由透声系数来反映，τ值介于0-1。由于在实际使用过程中，τ值太小导致实用上的不便，所以常采用其倒数的对数来表示透声损失的大小，透声损失亦称隔声量，用R表示，单位为dB。

1-(2)^[7]

从1- (2)中可以看出， 随着R值的增大，材料对声音的阻隔性能越好，反之，材料对声音的阻隔性能越差。

1.2聚合物基减振降噪复合材料概述

此类是一类具有较高力学强度和损耗因子的高聚物与纤维混合而形成的材料，它们优异的降噪性能主要得益于基体本身的粘弹性和纤维与基体界面之间的移动^[8]。

1.2.1聚合物基阻尼材料的减振降噪机理

声波在介质中传递主要通过3种方式来产生声能的消耗: 分子驰豫吸收、粘滞吸收和热传导吸收^【9】。这些方式基本上囊括了声在介质中的所有损耗，是研究材料声学性能的主要理论基础。

聚合物是通过大量单体聚合而成的高分子材料，具有粘弹性^[10]。相对于理想的弹性体来说，在受到外力作用时，会产生一定程度的应变，从而将外力施加给它的动能转化为自身位能，待释放外力后位能释放，应变自然复原。而相对于理想的粘性液体来说，当被施加外力作用时，会导致产生粘性流动从而将外力作的功转化为热能散失^【11】。