Материал: Технология акустических материалов и изделий. лабораторный практикум. Суслов А.А., Усачев А.М

к единице значениями χ характеризуются волокнистые материалы (минеральная и стеклянная вата и др.). Значения структурного фактора, близкие к 4, характерны для твердых акустических материалов (ячеистые бетоны, пеногипс и др.). Повышение значений χ связано с увеличением плотности акустических материалов и понижением их звукопоглощающих свойств.

Сопротивление продуванию r также зависит от объема пор, вида и размера пор, а главное – от соотношения объемов открытой и закрытой пористости. Сопротивление продуванию обычно определяют в стационарных условиях при постоянном потоке воздуха Q (м3/с) и постоянной разности давлений р. Удельное сопротивление продуванию, Па·с/м2, находят по формуле

где δ и F – соответственно толщина и площадь образца, м и м2. Сопротивление продуванию r достаточно хорошо характеризует звуко-

поглощающие свойства материала.

Значения общей пористости П, структурного фактора χ и сопротивления продуванию r используют для определения толщины звукопоглощающего материала h, так как она существенно влияет на частотную характеристику звукопоглощения.

Для этого пользуются следующими зависимостями:

где f – среднее значение частоты звуковых волн.

Весьма большое влияние на эффективность звукопоглощения оказывает расположение звукопоглощающего материала относительно жесткой поверхности, перед которой его устанавливают.

Возможны два варианта установки звукопоглотителя: с относом и без относа от жесткой стенки. Принципиальное отличие этих двух вариантов заключается в том, что при отсутствии относа гашение звука происходит лишь в толще материала. Так как звукопоглощающие материалы имеют обычно толщину несколько сантиметров, то в этих условиях гасятся лишь высокочастотные звуковые волны.

При монтаже звукопоглотителя с относом звуковая волна проходит последовательно его толщину, затем воздушный зазор, который играет роль упругой прокладки, отражается от жесткой поверхности ограждения и вто-

11

рично попадает в материал. При такой схеме гашения звука большая часть звуковой энергии гасится, даже если толщина звукопоглощающего материала незначительна. Наиболее эффективные звукопоглощающие материалы толщиной 2 см при монтаже с относом 20 см практически полностью поглощают звуковую энергию падающих волн.

Независимо от вида материала увеличение относа сдвигает эффект звукопоглощения в область низких частот, то есть в область наиболее трудногасящихся звуковых волн.

Для определения резонансной частоты f0 звукопоглощающей конструкции установлена следующая зависимость:

где ρ∙С/δ – упругое сопротивление воздушного промежутка на единицу поверхности при толщине δ, см;

m – масса звукопоглощающей конструкции на единицу поверхности, кг/м2.

При подстановке значений С и ρ для воздуха формула (1.4) примет вид

Пользуясь этой зависимостью, можно определить рациональную массу 1 м2 звукопоглощающего материала при различных значениях относа. Расчеты и практика показывают, что увеличение массы конструкции ведет к снижению резонансной частоты. Такое же явление наблюдается и при увеличении воздушного относа.

1.4.Порядок выполнения работы

1.4.1.Определение пористости материалов (акустических)

Степень пористости материала определяется отношением объема содержащихся в материале пор к общему объему материала.

Различают общую, открытую и закрытую пористости. Общая пористость П включает в себя открытую По и закрытую Пз пористости. Открытыми считаются поры, сообщающиеся с внешней средой, при помещении материала в воду они заполняются ею. Закрытые поры не сообщаются с внешней средой и не заполняются водой.

Общую пористость П, %, рассчитывают по формуле

12

где ρ – истинная плотность материала, кг/м3 (г/см3), определяется по общепринятой методике с помощью прибора Ле Шателье или пиконометра [4];

ρm – средняя плотность материала, кг/м3 (г/см3).

Открытую пористость По, %, можно приближенно определить по величине водопоглощения материала по объему

Закрытую (замкнутую) пористость Пз , %, определяют по формуле

Результаты определения пористости заносятся в табл. 1.1.

Таблица 1.1 Результаты определения пористости акустических материалов

В настоящее время существует ряд способов, позволяющих определить как количественную, так и качественную характеристику пористости.

Наибольшее распространение получили уже упомянутый способ водонасыщения, при помощи которого определяют открытую пористость, а также ртутная порометрия, оптический и фотоэлектронный методы [2, 7].

Выбор методики зависит от вида и структурных особенностей испытуемого материала, а также от наличия соответствующего оборудования.

1.4.2. Определение открытой пористости материалов по значению сорбционной влажности

Согласно современным представлениям об оптимальной пористой структуре акустических материалов следует считать, что наибольшей эффект при гашении низкочастотного звука достигается в случае наличия пор размером 350 …400 мкм и 20…50 мкм – при гашении высокочастотного звука. Поэтому оценку микропористости (наличие пор размером менее 20 мкм) в данной работе предлагается производить по сорбционной влажности материала.

13

Таким образом, чем меньше значение открытой микропористости (по показателям сорбционной влажности) материалов, тем выше их звукопоглощающие и общестроительные свойства.

При определении сорбционной влажности температура воздуха в помещении, в котором проводят испытания материалов и изделий, должна быть

22 ± 5 0С.

Образцы исследуемых акустических материалов помещаются в бюксы и высушиваются до постоянной массы при температуре 105 ± 5 0С. Образцы считаются высушенными до постоянной массы, если потеря их массы после повторного высушивания в течение 0,5 ч не превышает 0,1 %.

После сушки бюксы с образцами вынимаются из сушильного шкафа и устанавливаются в эксикатор. Эксикатор закрывается крышкой. В каждый эксикатор наливается водный раствор серной кислоты с определенной концентрацией, указанной в табл. 1.2, которая соответствует относительной влажности воздуха 40, 60, 80, 90 и 100 %.

Таблица 1.2 Зависимость влажности воздуха от концентрации и плотности

водных растворов серной кислоты

Бюксы с образцами периодически взвешиваются. Процесс сорбции, поглощения материалом паров влаги из окружающего воздуха, считается законченным, если два последовательных взвешивания дают одинаковые результаты или масса бюкса с образцом материала начинает уменьшаться.

За массу бюкса с образцом материала после окончания процесса сорбции принимается наибольшая величина, полученная при взвешивании. Сорбционная влажность образца материала (Wсорб) вычисляется в % по формуле

где т1 – масса бюкса с образцом после окончания процесса сорбции, г; т2 – масса бюкса с образцом материала после высушивания образца до

постоянной массы, г; т3 – масса пустого бюкса, г.

14

Сорбционную влажность можно определить и ускоренным методом по ГОСТ 17717-94. Сущность этого метода заключается в измерении массы воды, адсорбированной образцом сухого материала при определенных условиях в течение заданного времени.

Для этого пробу материала массой 5 г помещают в предварительно высушенный и взвешенный бюкс и высушивают до постоянной массы. После чего его взвешивают.

Бюкс с пробой материала помещают над водой в эксикатор и выдерживают в течение 24 или 72 ч. Затем бюкс с пробой материала вынимают из эксикатора и взвешивают.

Сорбционную влажность Wсорб (%) вычисляют по формуле

где m1 – масса бюкса с пробой после выдерживания над водой, г; т2 – масса бюкса с пробой, высушенной до постоянной массы, г;

т3 – масса бюкса, г.

По величине сорбционной влажности можно судить о количестве открытой микропористости в материале.

Результаты определения сорбционной влажности материалов заносят в табл. 1.3.

Таблица 1.3 Результаты определения сорбционной влажности материалов

15