專利名稱：一種用于高速列車的多功能分層復合材料的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及隔聲材料的結構，特別涉及一種兼顧保溫、吸隔聲和減振等多種功能的分層復合材料，可直接應用于高速列車車廂內(nèi)部或其它有環(huán)保要求的強噪聲環(huán)境，尤其適用于高速列車車廂內(nèi)。
背景技術：
高速鐵路作為當代高新技術的集成，具有運能大、能耗低、污染小、安全舒適等比較優(yōu)勢，是交通運輸體系中最具可持續(xù)性和環(huán)境友好性的運輸模式，是世界各國科學技術和制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、綜合國力以及國家現(xiàn)代化程度的集中體現(xiàn)和重要標志之一。
“十一五”期間我國高速鐵路建設在國家的大力支持下得到跨越式發(fā)展，隨著京滬高鐵的開通目前我國高速鐵路運營里程已位居世界第一，其中，京津城際高速鐵路列車運行速度已達到300km/h，京滬高速鐵路的設計時速達到了 350km/h。列車提速后噪聲與振動問題顯得愈加突出，已成為制約高速鐵路技術發(fā)展的關鍵因素，噪聲與振動的污染不僅嚴重影響車內(nèi)的安靜性、乘員的舒適性和高鐵沿線區(qū)域居民的生活環(huán)境，而且也導致了列車的主要機械設備工作時磨損疲勞甚至失效，在降低了設備使用壽命的同時也威脅著高速列車的安全運行。
高速列車車內(nèi)噪聲環(huán)境是決定乘客舒適度的重要因素之一，為了解高速列車車內(nèi)噪聲的特點，研究人員曾對國內(nèi)研制的高速列車四節(jié)型號不同車廂運行時內(nèi)部噪聲特性進行試驗研究，噪聲測量數(shù)據(jù)表明:當運行速度在160km/h以上時，其車廂內(nèi)部的噪聲值大都超過容許值65dB (A);當車速達到200km/h時，噪聲最大值高達80.8dB (A)，遠遠超過了國家標準規(guī)定的容許值。車廂內(nèi)部噪聲試驗研究結果還表明:車內(nèi)低頻噪聲突出，噪聲大小和頻譜特性隨空間位置分布不均勻、列車運行速度是影響車內(nèi)噪聲的主要因素。以上的測試結果表明高速列車的噪聲問題已經(jīng)十分突出，迫切需要進一步采取相應地減振降噪措施來降低列車車廂內(nèi)部噪聲。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種全新結構的多功能分層復合材料，該多功能材料主要面向高速列車車廂壁板間使用，在提高聲學性能的同時保證材料的阻燃、隔熱等環(huán)保要求，兼顧保溫和吸隔聲功能，并可以根據(jù)車廂壁板不同部位噪聲頻譜特性、材料厚度空間及使用要求進行聲學優(yōu)化設計。
車廂內(nèi)噪聲控制最有效的方法是通過內(nèi)部聲學材料與結構的優(yōu)化來有效吸收和隔離內(nèi)部主要結構振動與噪聲源，目前在高速列車車廂內(nèi)壁板(側(cè)壁板、天花板和地板)與主體結構(鋁型材)之間敷設大量的保溫材料或其它配套材料，這些材料基本上不具備吸聲、隔聲和減振功能，因此，在保證車廂內(nèi)部溫度、濕度等環(huán)境要求下，同時綜合利用多孔吸聲材料和粘彈性阻尼材料，發(fā)展保溫、吸隔聲、減振一體化多功能復合材料技術進行列車內(nèi)部噪聲控制，對降低高速列車車廂內(nèi)部的噪聲水平以及提高乘客的舒適度有著重要的意義。
本發(fā)明的設計方案為多孔材料和硬質(zhì)隔聲材料的優(yōu)化組合，其中一個主要設計思路借鑒建筑聲學中雙層板填充多孔吸聲材料模型(亦可選取多孔類保溫吸聲材料)，如在雙層板之間設置彈性支撐結構，可進一步起到減振作用。選取具有良好的保溫性能和工程應用價值，同時有一定吸聲性能的多孔材料，其材料密度應為較小的軟材料，另外由于材料有比較大的彈性和伸縮性，因此也會起到一定的減振作用。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種多功能分層復合材料，其特征在于，至少包括一層多孔保溫材料層和一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的兩層復合結構，且多孔保溫材料層與硬質(zhì)阻尼隔聲材料層交錯層疊。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的多功能分層復合材料包括兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層和一層多孔保溫材料層，所述的一層多孔保溫材料層設置于兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層之間。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的多功能分層復合材料包括兩層多孔保溫材料層和一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層，所述的一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層設置于兩層多孔保溫材料層之間。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的多功能分層復合材料包括兩層多孔保溫材料層和三層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層，所述的兩層多孔保溫材料層分別間隔設置于相鄰兩個硬質(zhì)阻尼隔聲材料層之間。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的多功能分層復合材料包括兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層和三層多孔保溫材料層，所述的兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層分別間隔設置于相鄰兩個多孔保溫材料層之間。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的多孔保溫材料層的厚度為3 50mm。
作為上述技術方案的一種優(yōu)選，所述的硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的厚度為0.5 5mm。
本發(fā)明的優(yōu)點在于，在原有高速列車車廂內(nèi)使用的保溫和阻燃材料基礎上，新型復合材料具備良好的吸聲、隔聲和減振性能，同時不占有車廂內(nèi)更多使用空間。
本發(fā)明在保證車廂內(nèi)部溫度、濕度等環(huán)境要求下，同時綜合利用多孔吸聲材料和粘彈性阻尼材料，發(fā)展保溫、吸隔聲、減振一體化多功能復合材料技術進行列車內(nèi)部噪聲控制，對降低高速列車車廂內(nèi)部的噪聲水平以及提高乘客的舒適度有著重要的意義。


圖1是本發(fā)明的多功能分層復合材料用于高速列車車廂內(nèi)的原理示意圖2是本發(fā)明的多功能分層復合材料采用兩層復合的實施例的示意圖3是本發(fā)明的多功能分層復合材料采用兩層復合的另一實施例的示意圖4是本發(fā)明上述兩個采用兩層復合的實施例的隔聲性能測試結果示意圖5是本發(fā)明的多功能分層復合材料采用三層復合的實施例的示意圖6是本發(fā)明上述采用三層復合的實施例的隔聲性能測試結果示意圖7是本發(fā)明的多功能分層復合材料采用五層復合的實施例的示意圖8是本發(fā)明上述采用五層復合的實施例的隔聲性能測試結果示意圖。
附圖標識:
1、多孔保溫材料層 2、硬質(zhì)阻尼隔聲材料層 3、車廂外部主體結構
4、車廂內(nèi)部壁板 5、車廂內(nèi)部空間具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明進行進一步說明，通過下面參照附圖對本發(fā)明實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他特點和優(yōu)點將會變得更清楚，其中:
如圖1所示，是本發(fā)明多功能分層復合材料用于高速列車車廂內(nèi)的示意圖。
本發(fā)明的多功能分層復合材料包括:多孔保溫材料層I和硬質(zhì)阻尼隔聲材料層2，設置于車廂外部主體結構3(比如:鋁型材)和車廂內(nèi)部壁板(包括:側(cè)壁板、天花板和地板)4之間，以消除車廂內(nèi)部空間5內(nèi)的噪聲。其中，本發(fā)明的多功能分層復合材料可以根據(jù)設計要求確定層數(shù)并選取相應材料。
鑒于多功能分層材料在高速列車車廂內(nèi)部使用環(huán)境比較復雜，視具體情況也可以使用多孔保溫材料和硬質(zhì)阻尼隔聲材料二者的復合，如圖2和圖3所示，其使用原則為多孔保溫材料層I與硬質(zhì)阻尼隔聲材料層2或車廂內(nèi)壁板相連接。本例中，圖4是橡塑閉孔絕熱材料(具有一定吸聲性能和極佳的保溫、阻燃特性)和硬質(zhì)橡膠隔聲材料二層復合后測試的隔聲性能，其中，虛線是隨入射聲波方向依次為19mm厚的橡塑閉孔絕熱材料和1.2mm厚的隔聲墊，實線是隨聲入射聲波方向依次為1.2mm厚的隔聲墊和19mm厚的橡塑閉孔絕熱材料。
如圖5所示，多功能分層材料采用三層復合材料，第一層:多孔材料(吸聲、保溫);第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲);第三層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為19_厚的橡塑閉孔絕熱材料、1.2_厚的隔聲墊和25_厚的橡塑閉孔絕熱材料，其隔聲性能的測試結果如圖6所示。
如果空間允許，作為本發(fā)明最佳方式，也可采用五層復合結構，如圖7所示，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)；第四層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第五層:多孔材料(吸聲、保溫)。實際應用中:第一、三、五層多孔材料特征參數(shù)和厚度可不同，第二、四層材料特征參數(shù)和厚度亦可不同，每層多孔材料厚度可以選擇3 50_，每層硬質(zhì)阻尼隔聲材料可以選擇0.5 5_，具體設計根據(jù)材料安裝使用要求以及總體聲學性能設計要求。
如圖7所示，當橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料優(yōu)化組合成五層復合材料，其厚度隨聲入射方向分別為13mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、0.8mm厚的厚隔聲墊、19mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、1.2mm厚的厚隔聲墊和13mm厚的橡塑閉孔絕熱材料，測試其隔聲性能如圖8所示，由圖可見五層結構在630 2000Hz頻段內(nèi)相對三層結構具有更佳的隔聲性倉泛。
下面是一組具體實施例，以說明料特征參數(shù)和厚度的情況:
實施例1
1-1采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料二層復合的多功能分層復合材料，其中，多孔保溫材料層的厚度為3mm ;硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的厚度為0.5mm。
1-2采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料二層復合的多功能分層復合材料，其中，多孔保溫材料層的厚度為50_ ;硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的厚度為5_。
1-3采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料二層復合的多功能分層復合材料，其中，多孔保溫材料層的厚度為21mm ;硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的厚度為3mm。
實施例2
2-1采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料三層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為3mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、0.5mm厚的隔聲墊和4_厚的橡塑閉孔絕熱材料。
2-2采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料三層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為48mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、5mm厚的隔聲墊和50mm厚的橡塑閉孔絕熱材料。
2-3采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料三層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為20mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、3mm厚的隔聲墊和24_厚的橡塑閉孔絕熱材料。
實施例3
3-1采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料五層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)；第四層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第五層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為3mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、0.5mm厚的厚隔聲墊、5mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、0.8mm厚的厚隔聲墊和3mm厚的橡塑閉孔絕熱材料。
3-2采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料五層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫);第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)；第四層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第五層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為42mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、4mm厚的厚隔聲墊、50mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、5mm厚的厚隔聲墊和48mm厚的橡塑閉孔絕熱材料。
3-3采用橡塑閉孔絕熱材料和硬質(zhì)橡膠隔聲材料五層復合的多功能分層復合材料，其中，第一層:多孔材料(吸聲、保溫)；第二層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第三層:多孔材料(吸聲、保溫)；第四層:硬質(zhì)阻尼材料(隔聲)；第五層:多孔材料(吸聲、保溫)。本例中，其厚度隨聲入射方向分別為18mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、2mm厚的厚隔聲墊、24mm厚的橡塑閉孔絕熱材料、3mm厚的厚隔聲墊和20mm厚的橡塑閉孔絕熱材料。
實際應用中:多孔材料的特征參數(shù)和厚度以及硬質(zhì)阻尼材料的特征參數(shù)和厚度的具體設計根據(jù)材料安裝使用要求以及總體聲學性能設計要求，可以在上述合理的數(shù)值范圍內(nèi)選擇。
最后所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制。盡管參照實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋在本發(fā)明的權利要求范圍當中。
權利要求
1.一種多功能分層復合材料，其特征在于，至少包括一層多孔保溫材料層和一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的兩層復合結構，且多孔保溫材料層與硬質(zhì)阻尼隔聲材料層交錯層疊。
2.根據(jù)權利要求1所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的多功能分層復合材料包括兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層和一層多孔保溫材料層，所述的一層多孔保溫材料層設置于兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層之間。
3.根據(jù)權利要求1所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的多功能分層復合材料包括兩層多孔保溫材料層和一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層，所述的一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層設置于兩層多孔保溫材料層之間。
4.根據(jù)權利要求1所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的多功能分層復合材料包括兩層多孔保溫材料層和三層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層，所述的兩層多孔保溫材料層分別間隔設置于相鄰兩個硬質(zhì)阻尼隔聲材料層之間。
5.根據(jù)權利要求1所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的多功能分層復合材料包括兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層和三層多孔保溫材料層，所述的兩層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層分別間隔設置于相鄰兩個多孔保溫材料層之間。
6.根據(jù)權利要求1 5任一項中所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的多孔保溫材料層的厚度為3 50mm。
7.根據(jù)權利要求1 5任一項中所述的多功能分層復合材料，其特征在于，所述的硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的厚度為0.5 5mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多功能分層復合材料，至少包括一層多孔保溫材料層和一層硬質(zhì)阻尼隔聲材料層的兩層復合結構，且多孔保溫材料層與硬質(zhì)阻尼隔聲材料層交錯層疊。本發(fā)明的新型復合材料在不占有車廂內(nèi)更多使用空間的前提下具備良好的吸聲、隔聲和減振性能，同時保證車廂內(nèi)部溫度、濕度和防火阻燃等環(huán)境要求。本發(fā)明綜合利用多孔吸聲保溫材料和硬質(zhì)阻尼材料性能的優(yōu)勢，發(fā)展保溫、吸隔聲、減振一體化多功能復合材料技術進行列車內(nèi)部噪聲控制，對降低高速列車車廂內(nèi)部的噪聲水平以及提高乘客的舒適度有著重要的意義。
文檔編號B32B33/00GK103106899SQ20111035899
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權日2011年11月11日
發(fā)明者隋富生, 白國鋒, 沈蘇, 姜燕坡 申請人:中國科學院聲學研究所