一種用于軌道列車(chē)的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于軌道列車(chē)的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，所述的軌道列車(chē)采用軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板、以及軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間的保溫阻燃材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料設(shè)置于軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間，其中至少包括一層網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層。所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料中還包括多孔材料層或/和阻尼層。所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料和內(nèi)壁板采用一體性結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在原有高速列車(chē)車(chē)廂內(nèi)使用的保溫和阻燃材料基礎(chǔ)上，新型復(fù)合材料具備良好的吸聲、隔聲和減振性能，同時(shí)不占有車(chē)廂內(nèi)更多使用空間。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于軌道列車(chē)的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬材料與結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，可直接應(yīng)用于軌道列車(chē)，如高速鐵路車(chē)廂內(nèi)部或其它有環(huán)保要求的強(qiáng)噪聲環(huán)境。

【背景技術(shù)】
[0002]高速鐵路作為當(dāng)代高新技術(shù)的集成，具有運(yùn)能大、能耗低、污染小、安全舒適等比較優(yōu)勢(shì)，是交通運(yùn)輸體系中最具可持續(xù)性和環(huán)境友好性的運(yùn)輸模式，是世界各國(guó)科學(xué)技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力、綜合國(guó)力以及國(guó)家現(xiàn)代化程度的集中體現(xiàn)和重要標(biāo)志之一。
[0003]“十一五”期間我國(guó)高速鐵路建設(shè)在國(guó)家的大力支持下得到跨越式發(fā)展。隨著京滬高鐵的開(kāi)通目前我國(guó)高速鐵路運(yùn)營(yíng)里程已位居世界第一。其中，京津城際高速鐵路列車(chē)運(yùn)行速度已達(dá)到300km/h，京滬高速鐵路的設(shè)計(jì)時(shí)速達(dá)到了 350km/h。列車(chē)提速后噪聲與振動(dòng)問(wèn)題顯得愈加突出，已成為制約高速鐵路技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，噪聲與振動(dòng)的污染不僅嚴(yán)重影響車(chē)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(dǎo)致了列車(chē)的主要機(jī)械設(shè)備工作時(shí)磨損疲勞甚至失效，降低了設(shè)備使用壽命的同時(shí)也威脅著高速列車(chē)的安全運(yùn)行。
[0004]現(xiàn)有高鐵通常采用在雙層結(jié)構(gòu)，軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板，之間設(shè)置保溫阻燃材料，并沒(méi)有考慮車(chē)外的聲與振動(dòng)隔離問(wèn)題。將來(lái)新一代高鐵設(shè)計(jì)需要同時(shí)考慮“制造低成本，運(yùn)行低能耗，環(huán)境低噪聲”這三個(gè)條件，因此，設(shè)計(jì)新型多孔能集成分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料對(duì)減低能源消耗和提高軌道列車(chē)的舒適性有著非常重要的意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，目前列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)噪聲均超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，旅客長(zhǎng)時(shí)間乘車(chē)的舒適性會(huì)大受影響，另外，某些特殊環(huán)境條件下噪聲的影響也不容忽視，如列車(chē)高速運(yùn)行經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離隧道旅客的不舒適感會(huì)更加強(qiáng)烈，因此，需要進(jìn)一步采取相應(yīng)地減振降噪措施來(lái)降低列車(chē)車(chē)廂內(nèi)部噪聲。本發(fā)明主要面向高速列車(chē)車(chē)廂壁板間使用，在提高聲學(xué)性能的同時(shí)保證材料的阻燃、隔熱等環(huán)保要求，并根據(jù)車(chē)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(jìn)行聲學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N復(fù)合材料的設(shè)計(jì)思想主要有以下幾點(diǎn):
(I)將原有結(jié)構(gòu)(軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間設(shè)置保溫阻燃材料)拓展為采用橡膠骨架和阻尼材料的多層隔聲結(jié)構(gòu)，這樣，振動(dòng)噪聲能量可進(jìn)一步層層衰減和被吸收掉；(2)選用不同材料分別強(qiáng)化某種功能屬性，利用分層結(jié)構(gòu)進(jìn)行阻尼、減振和隔聲一體化集成設(shè)計(jì)；(3)在復(fù)合結(jié)構(gòu)中弓I入橡膠材料網(wǎng)格骨架層，有效地降低了復(fù)合材料的整體重量，同時(shí)空氣層的存在較好地提高了材料的隔聲量。
[0007]本發(fā)明的一種用于軌道列車(chē)的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，所述的軌道列車(chē)采用軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板、以及軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間的保溫阻燃材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料設(shè)置于軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間，其中至少包括一層網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層。
[0008]在上述的技術(shù)方案中，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料中還包括多孔材料層或/和阻尼層。
[0009]在上述的技術(shù)方案中，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料為三層，依次包括:多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層和阻尼層。
[0010]在上述的技術(shù)方案中，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料為五層，依次為多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層、多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層和阻尼層。
[0011]在上述的技術(shù)方案中，所述的多孔材料層的厚度10?60mm。
[0012]在上述的技術(shù)方案中，所述的網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層的厚度為2?10mm。
[0013]在上述的技術(shù)方案中，所述的阻尼層的厚度為5_以內(nèi)。
[0014]在上述的技術(shù)方案中，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料和內(nèi)壁板采用一體性結(jié)構(gòu)。
[0015]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明研發(fā)的新型復(fù)合材料具備以下優(yōu)良性能:(1)環(huán)保，無(wú)纖維、粉塵污染，避免傳統(tǒng)玻璃棉或其他有毒纖維損害健康；一般的低成本多孔聲學(xué)材料，如玻璃棉不環(huán)保甚至有害健康，某些橡膠材料在加工過(guò)程硫化或燃燒時(shí)也會(huì)造成污染；
(2)保溫絕熱良好，作用溫差在50度以上；(3)防火阻燃，達(dá)到DIN5510標(biāo)準(zhǔn)第2部分的S4，ST2，SR2級(jí)；(4)輕量化，比傳統(tǒng)夾層材料質(zhì)量輕50%?70% ；(5)吸聲，平均吸聲系數(shù)0.8以上；(6)隔聲，高速列車(chē)車(chē)廂受電弓平臺(tái)測(cè)試隔聲量增加在4dB以上；(7)減振，振動(dòng)能量傳遞減少一半以上；(8)改變了以往分層安裝的模式，現(xiàn)有技術(shù)中原有材料是內(nèi)壁板和阻燃保溫材料分開(kāi)安裝，本發(fā)明采用和內(nèi)壁板一體性結(jié)構(gòu)安裝的方式，可大大提高安裝、生產(chǎn)效率。
[0016]總之，由于材料的隔聲性能與單位面積的質(zhì)量，剛度、阻尼以及入射聲波的頻率等參數(shù)有關(guān)。在可聽(tīng)聲頻段基本上處于隔聲的質(zhì)量控制區(qū)，即材料的隔聲性能隨質(zhì)量和頻率的增加而提高，一般很難在低頻同時(shí)兼顧高隔聲性能和低面密度，一般要根據(jù)實(shí)際情況折衷考慮。在原有高速列車(chē)車(chē)廂內(nèi)使用的保溫和阻燃材料基礎(chǔ)上，新型復(fù)合材料具備良好的吸聲、隔聲和減振性能，同時(shí)不占有車(chē)廂內(nèi)更多使用空間。多層復(fù)合材料中引入了橡膠材料網(wǎng)格骨架層來(lái)替代原有設(shè)計(jì)方案的橡膠墊，在提高材料減振隔聲性能的同時(shí)有效降低了復(fù)合材料的整體重量，真正地解決了降低質(zhì)量與提高隔聲性能并存的矛盾，新型多功能集成復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料的設(shè)計(jì)思路未在國(guó)內(nèi)外減振降噪和軌道交通領(lǐng)域見(jiàn)到相關(guān)文獻(xiàn)、專(zhuān)利或具體應(yīng)用，對(duì)我國(guó)高速列車(chē)減振降噪有著非常重要的意義，因此具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和良好的應(yīng)用價(jià)值。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明四層復(fù)合材料實(shí)施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖3是本發(fā)明五層復(fù)合材料實(shí)施例的分解結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的五層復(fù)合材料(包含1.6mm厚阻尼層)和重質(zhì)頂板在聲激勵(lì)條件下高速列車(chē)受電弓區(qū)域模擬平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的隔聲量曲線圖；
[0021]圖5是本發(fā)明的五層復(fù)合材料(包含2.4_厚的阻尼層)輕質(zhì)頂板力激勵(lì)條件下高速列車(chē)受電弓區(qū)域模擬平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的聲壓級(jí)曲線圖；
[0022]圖6是本發(fā)明的四層復(fù)合材料(包含3.2mm厚阻尼層)和蜂窩頂板與圖4的五層復(fù)合材料、現(xiàn)有的雙層隔聲結(jié)構(gòu)在混響室的隔聲量曲線對(duì)比圖，圖中，標(biāo)注P為多孔吸聲材料，A為橡膠骨架層，R為阻尼層，單位厚度毫米。
[0023]附圖標(biāo)識(shí):
[0024]1、車(chē)廂外聲源
[0025]3、車(chē)廂外部主體結(jié)構(gòu)(鋁型材)
[0026]2、分層復(fù)合材料
[0027]4、車(chē)廂內(nèi)部壁板
[0028]5、車(chē)廂內(nèi)部空間
[0029]6、多孔材料層
[0030]7、橡膠骨架材料
[0031]8、阻尼層

【具體實(shí)施方式】
[0032]為了更全面的理解本發(fā)明，并為了解本發(fā)明另外的目的和優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合相應(yīng)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]如圖1所示，原有高速列車(chē)車(chē)廂壁包括:車(chē)廂外聲源I 一側(cè)的車(chē)廂外部主體結(jié)構(gòu)2(一般采用鋁型材)，位于車(chē)廂內(nèi)部空間5 —側(cè)的車(chē)廂內(nèi)部壁板4，以及設(shè)置在兩者之間的保溫和阻燃材料基礎(chǔ)上的新型分層復(fù)合材料2，以實(shí)現(xiàn)良好的吸聲、隔聲和減振性能。
[0034]如圖2所示，本發(fā)明的多功能分層復(fù)合材料由上至下包括四層:
[0035]1、第一層:多孔材料6 (吸聲、保溫)
[0036]2、第二層:橡膠骨架材料7 (隔聲、減振)
[0037]3、第三層:多孔材料6
[0038]4、第四層:阻尼層材料8 (隔聲、減振)。
[0039]其中，第一層的多孔材料6的上表面可設(shè)計(jì)成和車(chē)廂外部主體結(jié)構(gòu)2(—般采用鋁型材)相嵌合的結(jié)構(gòu)。
[0040]如圖3所示，本發(fā)明的多功能分層復(fù)合材料由上至下包括五層:
[0041]1、第一層:多孔材料6 (吸聲、保溫)
[0042]2、第二層:橡膠骨架材料7 (隔聲、減振)
[0043]3、第三層:多孔材料6 (吸聲、保溫)
[0044]4、第四層:橡膠骨架材料7 (隔聲、減振)
[0045]5、第五層:阻尼層材料8 (隔聲、減振)
[0046]具體實(shí)現(xiàn)中，五層復(fù)合材料中的第一、三層多孔材料特征參數(shù)和厚度可不同，每層多孔材料厚度10?60_，第二、四層材料特征參數(shù)和厚度亦可不同，橡膠骨架每層硬質(zhì)阻尼隔聲材料2?10mm，阻尼層材料厚度控制在5mm以內(nèi)，具體設(shè)計(jì)根據(jù)材料安裝使用要求以及總體聲學(xué)性能設(shè)計(jì)要求。
[0047]本實(shí)施例中，多層復(fù)合材料優(yōu)化組合成五層復(fù)合材料，其厚度隨聲入射方向分別為50?60mm三聚氰胺絕熱保溫多孔材料、5mm厚橡膠骨架材料、20mm三聚氰胺絕熱保溫多孔材料、5mm厚橡膠骨架材料和1.6mm阻尼層材料，如圖4所示，該五層復(fù)合材料(包含1.6mm厚阻尼層)和重質(zhì)頂板在聲激勵(lì)條件下高速列車(chē)受電弓區(qū)域模擬平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的隔聲量曲線圖顯示，該方案在聲激勵(lì)條件下計(jì)權(quán)隔聲量提高4.ldB，力激勵(lì)條件下總的降噪量提高4.6dBA，其中，頂板與復(fù)合材料的面密度相對(duì)于實(shí)車(chē)工況增加了 0.096%，屬于合理增加范圍，該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)更適合隔離利用空氣傳播的聲波能量；達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)距地面1.2米位置，復(fù)合材料的隔聲量相對(duì)實(shí)車(chē)內(nèi)飾材料提高4.1dB的要求。
[0048]另外，同樣組合成五層復(fù)合材料并增加阻尼層的厚度到2.4mm，如圖5所示，該五層復(fù)合材料(包含2.4mm厚的阻尼層)輕質(zhì)頂板力激勵(lì)條件下高速列車(chē)受電弓區(qū)域模擬平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的聲壓級(jí)曲線圖顯示，在聲激勵(lì)條件下隔聲量提高3.6dB，力激勵(lì)條件下總的降噪量提高5.ldBA，其中，頂板與復(fù)合材料的面密度相對(duì)于實(shí)車(chē)工況減少了 0.069%，該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)更適合隔離利用固體傳播的聲波能量，而且具有更低的質(zhì)量或面密度，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)距地面1.2米位置復(fù)合材料相對(duì)實(shí)車(chē)內(nèi)飾材料的噪聲降低5.1dBA的要求。
[0049]圖6是本發(fā)明的四層復(fù)合材料(包含3.2mm厚阻尼層)和蜂窩頂板與五層復(fù)合材料、現(xiàn)有雙層隔聲結(jié)構(gòu)在混響室的隔聲量曲線圖，圖中標(biāo)注P為多孔吸聲材料，A為橡膠骨架層，R為阻尼層，單位厚度毫米。該四層復(fù)合材料在混響室聲激勵(lì)條件下計(jì)權(quán)隔聲量相對(duì)五層復(fù)合材料的方案計(jì)權(quán)隔聲量提高1.8dB，相對(duì)雙層隔聲結(jié)構(gòu)計(jì)權(quán)隔聲量提高6.0dB，其中，蜂窩頂板與復(fù)合材料的面密度相對(duì)于實(shí)車(chē)工況減少了 0.097%，該復(fù)合材料結(jié)構(gòu)相對(duì)五層復(fù)合材料的隔聲效率進(jìn)一步提高，而且總質(zhì)量或面密度也同時(shí)降低。
[0050]噪聲與振動(dòng)的污染嚴(yán)重影響高速列車(chē)車(chē)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，已成為制約高速鐵路技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。車(chē)廂內(nèi)噪聲控制最有效的方法是通過(guò)內(nèi)部聲學(xué)材料與結(jié)構(gòu)的優(yōu)化來(lái)有效吸收和隔離內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)振動(dòng)與噪聲源目前在高速列車(chē)車(chē)廂內(nèi)壁板(側(cè)壁板、天花板和地板)與主體結(jié)構(gòu)(鋁型材)之間敷設(shè)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(chē)廂內(nèi)部溫度、濕度等環(huán)境要求下，同時(shí)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(fù)合材料技術(shù)進(jìn)行列車(chē)內(nèi)部噪聲控制，對(duì)降低高速列車(chē)車(chē)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)明的新型材料在提高原有設(shè)計(jì)材料減振隔聲性能的同時(shí)有效降低了復(fù)合材料的整體重量，真正地解決了降低質(zhì)量與提高隔聲性能并存的矛盾，新型多功能集成復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料的設(shè)計(jì)思路未在國(guó)內(nèi)外減振降噪和軌道交通領(lǐng)域見(jiàn)到相關(guān)文獻(xiàn)、專(zhuān)利或具體應(yīng)用，對(duì)我國(guó)高速列車(chē)減振降噪有著非常重要的意義，因此具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和良好的應(yīng)用價(jià)值。
[0051]最后所應(yīng)說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種用于軌道列車(chē)的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，所述的軌道列車(chē)采用軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板、以及軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間的保溫阻燃材料構(gòu)成的多層結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料設(shè)置于軌道列車(chē)鋁型材和內(nèi)壁板之間，其中至少包括一層網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層。
2.按權(quán)利要求1所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料中還包括多孔材料層或/和阻尼層。
3.按權(quán)利要求2所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料為三層，依次為:多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層和阻尼層。
4.按權(quán)利要求2所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料為五層，依次為多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層、多孔材料層、網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層和阻尼層。
5.按權(quán)利要求2?4任一項(xiàng)中所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的多孔材料層的厚度10?60mm。
6.按權(quán)利要求2?4任一項(xiàng)中所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的網(wǎng)格狀的橡膠骨架材料層的厚度為2?10mm。
7.按權(quán)利要求2?4任一項(xiàng)中所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的阻尼層的厚度為5mm以內(nèi)。
8.按權(quán)利要求1所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料，其特征在于，所述的分層復(fù)合輕質(zhì)聲學(xué)材料和內(nèi)壁板采用一體性結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】G10K11/168GK104071092SQ201310100301
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月26日
【發(fā)明者】白國(guó)鋒, 隋富生, 林君山, 孫召進(jìn), 郭建強(qiáng), 姜燕坡, 詹沛 申請(qǐng)人:南車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司, 中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所