适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡的制作方法

1.本发明涉及噪声阻隔技术领域，特别是指一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡。


背景技术：

2.传统的吸隔声技术能够有效地隔离噪声中的中、高频成分，而低频噪声因其具有传播距离远、透声能力强、隔离难度大等特点，一直是噪声控制的一项难题。
3.薄膜型声学超材料在实际应用中，由于其对局域共振的边界条件较为苛刻，需要对薄膜的四周形成固定约束条件，否则会大大影响其共振隔声性能。因此，现有技术中多采用刚性框架对薄膜进行约束，以板件的形状进行安装使用功能。如申请号为cn201911344654.5发明专利申请所公开的《一种轻量化的蜂窝型低频隔声超材料结构》，其包括上下两层框架、两层框架中间的弹性薄膜、薄膜上附加的质量块以及覆盖在框架外侧的均质薄板，并且在其公开的实施方式中，上下框架选用的都是abs树脂，上下均质薄板选用的是eva材料，可见上下框架、均质薄板均是硬质材料，所成型的隔声超材料结构为硬质、不可变形的隔声板。但是隔声板本身受限于内部的刚性框架而无法弯折，在实际使用过程中容易受限，例如在需要吸隔声的圆形管道及弧形等异形位置上难以应用，因为整片的弹性薄膜被固定夹持在上下两层框架之间，若过度弯折会导致弹性薄膜被框架挤压而撕裂，隔声效果被破坏。
4.现有技术中的解决方式是将隔声板裁切为若干面积较小的隔声片并分别贴附到圆型管道等异形位置上，其存在的弊端是：
①
裁切后会使得部分单胞结构的薄膜遭到损坏，丧失其隔声性能，导致隔声片边缘位置的隔声性能变差，隔声板整体无法完全覆盖目标区域的表面；
②
隔声片的相邻位置需要做特殊的隔声处理，操作更加复杂、工时更长、成本更高。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，解决现有薄膜型声学超材料由于刚性框架难以应用在圆形管道及弧形等异形位置的问题，能够适应异形位置的形状变化进行连续地贴附，可适用于提升建筑墙体隔声量、改善建筑楼板的撞击隔声以及管道包扎、钣金等薄壳结构的隔声量，在低频段具有较高的隔声性能，并且施工简单、提高效率、降低成本。
6.为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，包括依次设置且紧密贴合的上层结构、中层结构和下层结构；所述中层结构包括上下表面分别与所述上层结构、下层结构贴合的中层格栅，以及嵌设在所述中层格栅内的若干共振单胞；所述上层结构、中层格栅、下层结构均是由柔性的阻尼材料或阻尼吸声材料制成；所述中层格栅具有与所述共振单胞的外形匹配的容置孔，所述共振单胞的周面固定连接在所述容置孔的侧壁；相邻容置孔之间
预留在柔性隔声毡弯曲、折叠过程中不会使相邻共振单胞产生干涉的间隙；所述共振单胞包括平行设置的至少两层单胞框架，位于所述共振单胞的上下两端并与所述单胞框架贴合的两片保护板，贴合在相邻单胞框架之间的薄膜，以及贴合在所述薄膜上的质量块；所述单胞框架、保护板均是由刚性材料制成；柔性隔声毡因贴附在异形位置而产生弯曲、折叠的过程中，由柔性的上层结构、中层格栅和下层结构适应变形并保持隔声毡整体的连续性，同时由刚性的单胞框架、保护板保证各自独立的共振单胞内的薄膜共振所需的固定约束条件。
7.所述共振单胞呈矩形阵列地排布在所述中层格栅上。
8.所述阻尼材料包括聚硫化物、硅橡胶、高密度聚乙烯和聚氨酯中的至少一种；所述阻尼吸声材料包括聚氨酯泡沫、丁基橡胶中的至少一种。
9.优选地，所述阻尼吸声材料为多孔阻尼吸声材料。
10.所述薄膜的材质包括pet、pvc、pv、硅胶、tpu、pu、pi、pei中的至少一种。
11.所述薄膜的杨氏模量为2e5pa~2e7pa、泊松比为0.2~0.5、密度为900~1200kg/m3、厚度为0.01~0.5mm。
12.所述中层格栅与所述上层结构或所述下层结构之间、所述共振单胞的周面与所述容置孔的侧壁之间均通过粘接剂实现粘接。
13.优选地，所述粘接剂为ab胶水、uv胶、环氧树脂胶或abs专用胶。
14.所述单胞框架的材质为铝、铝合金或abs工程塑料。
15.所述质量块的材质为不锈钢。
16.采用上述技术方案后，本发明具有以下技术效果：
①
本发明的整体结构由上层结构、中层格栅、下层结构和数个相互独立的共振单胞复合而成，上层结构、中层格栅和下层结构本身具有柔性，可以任意卷曲成圆形、弧形等异形，而共振单胞本身具有刚性，在弧形结构、圆管包扎时不会随柔性隔声毡的卷曲而弯曲，避免薄膜发生撕裂的情况，从而保持每个独立共振单胞的共振隔声性能；
②
通过在中层格栅上设置的多个共振单胞，利用局域共振原理，使得隔声毡的整体结构在低频段具有较高的隔声性能；
③
因上层结构、中层格栅和下层结构均具有质量轻、厚度小以及较大的拉伸强度，且本身具有阻尼效应和一定的隔声性能，可以进行卷曲、折叠、弯弧等操作，形变能力和形状适应能力强，将本发明安装在相应的结构（如墙体、管道等）上，可以提高原结构的阻尼系数，使得原结构在振动时由于阻尼作用发生能量耗散，降低结构噪声辐射，可适用于提升建筑墙体隔声量、改善建筑楼板的撞击隔声以及管道包扎、钣金等薄壳结构的隔声量；
④
利用可弯曲、折叠的特性，本发明可以通过胶黏或射钉固定等形式较为容易地固定在各种异形结构的表面，无需裁切、不破坏整体性，施工简单、效率高。
附图说明
17.图1为本发明第一实施例的立体图；图2为本发明第一实施例的分解图；图3为本发明第一实施例的共振单胞分解图；图4为本发明第一实施例的平面视图；图5为图4中a-a方向的剖视图；
可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
26.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
27.此外，本发明提供了各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
28.参考图1至图10所示，本发明公开了一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，包括依次设置且紧密贴合的上层结构1、中层结构2和下层结构3；中层结构2包括上下表面分别与上层结构1、下层结构3贴合的中层格栅21，以及嵌设在中层格栅21内的若干共振单胞22；上层结构1、中层格栅21、下层结构3均是由柔性的阻尼材料或阻尼吸声材料制成；中层格栅21具有与共振单胞22的外形匹配的容置孔211，共振单胞22的周面固定连接在容置孔211的侧壁；相邻容置孔211之间预留在柔性隔声毡弯曲、折叠过程中不会使相邻共振单胞22产生干涉的间隙；共振单胞22包括平行设置的至少两层单胞框架221，位于共振单胞22的上下两端并与单胞框架211贴合的两片保护板222，贴合在相邻单胞框架221之间的薄膜223，以及贴合在薄膜223上的质量块224；单胞框架221、保护板222均是由刚性材料制成；柔性隔声毡因贴附在异形位置而产生弯曲、折叠的过程中，由柔性的上层结构1、中层格栅21和下层结构3适应变形并保持隔声毡整体的连续性，同时由刚性的单胞框架221、保护板222保证各自独立的共振单胞22内的薄膜223共振所需的固定约束条件。
29.在本发明的一些实施方式中，上述共振单胞22呈矩形阵列地排布在中层格栅21上，以实现共振单胞22在中层格栅21上的均匀排布，使得隔声毡整体的隔声性能更加均衡，且方便在包扎圆心管道等异形位置时可以将隔声毡往长度方向或宽度方向上玩着；对应地，中层格栅21上沿着横纵方向设置有若干容置孔211。
30.在本发明的一些实施方式中，上述阻尼材料可以是聚硫化物、硅橡胶、高密度聚乙烯、聚氨酯等；阻尼吸声材料可以是聚氨酯泡沫、丁基橡胶等。另外，上层结构1、下层结构3均可以是多种柔性的阻尼材料和/或阻尼吸声材料复合而成，合成后仍然可以保证其柔性特征。
31.进一步地，上述阻尼吸声材料可以是多孔（通孔/闭孔）的阻尼吸声材料，使得隔声毡的整体结构具有更强的吸声性能。
32.通常情况下，上述上层结构1与下层结构3是同厚度、同材质的材料，当然不限于此，根据实际需求也可设置为不同厚度和/或不同材质的材料。
33.在本发明的一些实施方式中，上述薄膜223的材质主要有pet（聚对苯二甲酸乙二酯）、pvc（聚氯乙烯）、pv（聚氯乙烯树脂）、硅胶、tpu（热塑性聚氨酯）、pu（聚氨酯）、pi（聚酰
亚胺）、pei（聚乙烯亚胺）等，其杨氏模量一般为2e5pa~2e7pa，泊松比一般为0.2~0.5，密度一般为900~1200kg/m3，厚度一般为0.01~0.5mm。实际生产时，在不同的共振单胞22中，或者同一共振单胞22内的局域共振结构具有多层时（也即单胞框架221的数量大于3、薄膜223的数量大于2时），薄膜223的材质和/或厚度可以相同，也可以不同。
34.在本发明的一些实施方式中，上述中层格栅21与上层结构1/下层结构3之间、共振单胞22的周面与容置孔211的侧壁之间均通过粘接剂实现粘接，以达到固定连接的目的。
35.进一步地，上述中层格栅21与上层结构1/下层结构3、共振单胞22与中层格栅21在粘接时采用耐高低温、酸碱、较大湿度以及紫外线下稳定的粘接剂，如ab胶水、uv胶、环氧树脂胶、abs专用胶等。
36.在本发明的一些实施方式中，上述保护板222需要具有一定的刚度来保护薄膜223-质量块224的共振结构，其材质可选择高刚度的金属、非金属薄板。
37.在本发明的一些实施方式中，上述单胞框架221选用刚性较大的金属及非金属材质，优选采用铝、铝合金等轻型金属以及abs工程塑料等材质，在保证材料本身具有足够刚性的同时，可以降低产品的重量。
38.在本发明的一些实施方式中，上述共振单胞22的形状（也即保护板222、单胞框架221、薄膜223的周面形状）、质量块224的形状可以为圆形、多边形（如正方形、六边形等）。
39.在本发明的一些实施方式中，上述质量块224一般选用密度较大的金属及非金属材质，优选采用不锈钢材质。
40.在本发明的一些实施方式中，上述共振单胞22的总面积与柔性隔声毡的总面积之间的比例为0.5左右，在保证隔声毡整体结构柔性的同时也不会降低整体结构的隔声效果，达到柔性与隔声效果的平衡。相邻共振单胞22的间距可以根据柔性隔声毡的可弯曲程度进行设计，一般按照共振单胞22最短边的一半选取；同时，共振单胞22的间距也就决定了共振单胞22与柔性隔声毡的面积比，当有特殊需求时，可将共振单胞22的尺寸、间距进行参数化分析，利用优化算法确定面积比。
41.在本发明的一些实施方式中，在安装柔性隔声毡时，可以是通过刷胶粘接在原结构的表面，也可以是在非薄膜区域通过射钉方式进行固定在原结构的表面。
42.参考图1至图6所示，为本发明的第一实施例。
43.在第一实施例的共振单胞22内，包含一层薄膜223和一个质量块224，即为单层局域共振结构。
44.在第一实施例中，上述的共振单胞22、质量块224均为圆形。
45.参考图7和图8所示，为本发明的第二实施例。
46.在第二实施例的共振单胞22内，包含两层薄膜223和两个质量块224，即为两层局域共振结构。
47.在第二实施例中，上述的共振单胞22、质量块224均为方形。
48.本发明的工作原理为：以第二实施例为例，参考图9所示，为清楚了解柔性隔声毡内部情况，图9中将上层结构1、下层结构3以及保护板222隐藏，可以清楚看到柔性隔声毡在弯曲、折叠的过程中：柔性的中层格栅21可以适应施加外力而导致的变形，并配合图9中已隐藏的上层结构1、下层结构3保持隔声毡整体的连续性；而在柔性隔声毡变形的同时，在每个共振单胞22内，由其
刚性（不会变形）的单胞框架221、保护板222保证各自共振单胞22的薄膜223共振所需的固定约束条件，无论柔性隔声毡如何变形，薄膜223始终被固定约束而保持平整形状，并与质量块224配合实现共振（见下段），每个共振单胞22的局域共振性能均保持完整。
49.本发明基于局域共振原理和阻尼减振原理，利用了柔性阻尼材料减振和薄膜型声学超材料的低频隔声优势：上层结构1、中层格栅21、下层结构3使隔声毡整体结构在振动过程中需要克服阻力而使得振幅不断衰减，从而降低结构的振动噪声辐射；共振单胞22由于薄膜223和质量块224的耦合作用产生等效负质量密度效应，具有一定宽度的声学带隙，而带隙内的具有近乎为零的透射系数，意味着声波几乎不会穿透过共振单胞22，因此具有优异的低频隔声效果。
50.参考图10所示，以500*500*5mm的abs工程塑料板的隔声量为例，abs的密度为1190kg/m3，杨氏模量e=2.2gpa，泊松比为0.375，其隔声量见“无阻尼”曲线。当增加阻尼材料后，由于阻尼材料的阻尼和耗能作用，使得共振隔声谷值提高，如：200hz时10.2提升到17.11db，500hz时由16.03提升到28.38db。而共振单胞22在200hz由于局域共振原理产生了较高的隔声量，恰好弥补了abs板在200hz频率范围的隔声缺陷。
51.通过上述方案，本发明的整体结构由上层结构1、中层格栅21、下层结构3和数个相互独立的共振单胞22复合而成，上层结构1、中层格栅21和下层结构3本身具有柔性，可以任意卷曲成圆形、弧形等异形，而共振单胞22本身具有刚性，在弧形结构、圆管包扎时不会随柔性隔声毡的卷曲而弯曲，避免薄膜223发生撕裂的情况，从而保持每个独立共振单胞22的共振隔声性能；通过在中层格栅21上设置的多个共振单胞22，利用局域共振原理，使得隔声毡的整体结构在低频段具有较高的隔声性能；因上层结构1、中层格栅21和下层结构3均具有质量轻、厚度小以及较大的拉伸强度，且本身具有阻尼效应和一定的隔声性能，可以进行卷曲、折叠、弯弧等操作，形变能力和形状适应能力强，将本发明安装在相应的结构（如墙体、管道等）上，可以提高原结构的阻尼系数，使得原结构在振动时由于阻尼作用发生能量耗散，降低结构噪声辐射，可适用于提升建筑墙体隔声量、改善建筑楼板的撞击隔声以及管道包扎、钣金等薄壳结构的隔声量；利用可弯曲、折叠的特性，本发明可以通过胶黏或射钉固定等形式较为容易地固定在各种异形结构的表面，无需裁切、不破坏整体性，施工简单、效率高。
52.上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

技术特征：
1.一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，包括依次设置且紧密贴合的上层结构、中层结构和下层结构；其特征在于：所述中层结构包括上下表面分别与所述上层结构、下层结构贴合的中层格栅，以及嵌设在所述中层格栅内的若干共振单胞；所述上层结构、中层格栅、下层结构均是由柔性的阻尼材料或阻尼吸声材料制成；所述中层格栅具有与所述共振单胞的外形匹配的容置孔，所述共振单胞的周面固定连接在所述容置孔的侧壁；相邻容置孔之间预留在柔性隔声毡弯曲、折叠过程中不会使相邻共振单胞产生干涉的间隙；所述共振单胞包括平行设置的至少两层单胞框架，位于所述共振单胞的上下两端并与所述单胞框架贴合的两片保护板，贴合在相邻单胞框架之间的薄膜，以及贴合在所述薄膜上的质量块；所述单胞框架、保护板均是由刚性材料制成；柔性隔声毡因贴附在异形位置而产生弯曲、折叠的过程中，由柔性的上层结构、中层格栅和下层结构适应变形并保持隔声毡整体的连续性，同时由刚性的单胞框架、保护板保证各自独立的共振单胞内的薄膜共振所需的固定约束条件。2.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述共振单胞呈矩形阵列地排布在所述中层格栅上。3.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述阻尼材料包括聚硫化物、硅橡胶、高密度聚乙烯和聚氨酯中的至少一种；所述阻尼吸声材料包括聚氨酯泡沫、丁基橡胶中的至少一种。4.如权利要求3所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述阻尼吸声材料为多孔阻尼吸声材料。5.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述薄膜的材质包括pet、pvc、pv、硅胶、tpu、pu、pi、pei中的至少一种。6.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述薄膜的杨氏模量为2e5pa~2e7pa、泊松比为0.2~0.5、密度为900~1200kg/m3、厚度为0.01~0.5mm。7.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述中层格栅与所述上层结构或所述下层结构之间、所述共振单胞的周面与所述容置孔的侧壁之间均通过粘接剂实现粘接。8.如权利要求7所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述粘接剂为ab胶水、uv胶、环氧树脂胶或abs专用胶。9.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述单胞框架的材质为铝、铝合金或abs工程塑料。10.如权利要求1所述的适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，其特征在于：所述质量块的材质为不锈钢。

技术总结
本发明公开一种适用于异形位置的声学超材料柔性隔声毡，包括上中下三结构；中层结构包括与上下层结构贴合的中层格栅及嵌在中层格栅内的若干共振单胞；上层结构、中层格栅、下层结构均是由柔性的阻尼材料或阻尼吸声材料制成；中层格栅具有容置孔，共振单胞周面固连在容置孔侧壁；相邻容置孔之间预留在弯曲折叠过程中不会干涉相邻共振单胞的间隙；共振单胞包括平行的至少两层单胞框架，与单胞框架外端面贴合的保护板，贴合在相邻单胞框架之间的薄膜，及贴合在薄膜上的质量块；单胞框架、保护板均是由刚性材料制成。本发明能够适应异形位置的形状变化进行连续地贴附，在低频段具有较高的隔声性能，并且施工简单、提高效率、降低成本。本。本。


技术研发人员：陈翔宇 冯振超 肖望强 彭坤玉
受保护的技术使用者：厦门环寂高科有限公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/23