本發(fā)明涉及消聲器用消聲材料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種多孔硅砂通風消聲球及其制備方法與應用。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)和交通運輸事業(yè)的發(fā)展以及環(huán)保意識的增強，人們對聲音環(huán)境的要求也越來越高，消聲降噪正逐漸成為一個有關(guān)高科技、環(huán)境以及人類協(xié)調(diào)發(fā)展急需解決的重要課題。
吸聲是聲波通過媒質(zhì)或入射到媒質(zhì)界面上時聲能的減少過程。大多數(shù)材料都有一定的吸聲能力，一般把6個頻率下(125Hz、250Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、4000Hz)平均吸聲系數(shù)大于0.2的材料稱為吸聲材料。
目前市場上常用的消聲器材與材料，通常耐候、耐酸堿、防潮、抗凍、環(huán)保等性能不佳，并且消聲性能不能進行任意定制，在應用時暴漏出各種各樣的問題。在實際生產(chǎn)與安裝過程，不能實現(xiàn)大規(guī)模備貨，現(xiàn)場隨意靈活組裝的現(xiàn)狀。多孔硅砂通風消聲球可實現(xiàn)零散球體元件規(guī)模化備貨，現(xiàn)場根據(jù)通道消聲需求，進行靈活布設(shè)與施工的優(yōu)勢。有鑒于此，特提出本發(fā)明。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的第一目的在于提供一種多孔硅砂通風消聲球，所述的消聲球具有吸聲、耐候、耐酸堿、防潮、抗凍、環(huán)保等優(yōu)點。
本發(fā)明的第二目的在于提供一種所述的多孔硅砂通風消聲球的制備方法，該方法操作簡單，易于實現(xiàn)。
本發(fā)明的第三目的在于提供一種所述的多孔硅砂通風消聲球在降低通風通道噪音中的應用。
為了實現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案：
一種多孔硅砂通風消聲球，按重量份計，所述消聲球主要由以下原料制成：
砂粒75～85份、硅酸鈉12～18份、硅酸鎂2～4份、硅酸鋰1～3份、活化劑0.1～0.4份；
按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉35％～60％、氧化鎂20％～40％、鋁粉15％～20％、玻璃粉5％～15％。
砂粒主要成分為石英或礦物顆粒，其空隙率大，可為吸聲材料提供結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)；
硅酸鹽的作用主要是提供粘結(jié)力以促進消聲球的成型，同時賦予消聲球以阻燃性能和足夠的強度。本發(fā)明提供的消聲球中砂粒含量較高，為了提供優(yōu)秀粘結(jié)性能且不對吸聲材料的孔隙率造成過多干擾，因此優(yōu)選的硅酸鹽作為成型原料。為強化其成型能力，也可以在其中添加一部分硅酸鹽水泥熟料等作為輔助粘合劑。
硅酸鈉是一種水溶性硅酸鹽，是一種無機黏合劑，其粘結(jié)力強、強度較高，耐酸性、耐熱性好，是硅酸鹽粘合劑的主要成分；
硅酸鎂與其他幾種材料復合后，具有優(yōu)良的隔熱、防火、抗壓性能，是理想的建筑節(jié)能材料；
硅酸鋰是金屬鋰與硅酸反應時生成的一系列的化合物，可與硅酸鈉、硅酸鎂配合形成穩(wěn)固的黏合劑。
具體的，硅酸鹽是以水玻璃的形式作為無機膠合劑起作用的。與有機膠黏劑相比，硅酸鹽膠黏劑具有耐燃性好、耐酸性強、環(huán)保無毒、制備工藝簡單等優(yōu)點，且本發(fā)明提供的硅酸鹽配比耐久性好，膠黏性能強，制成的消聲球強度高。
所述活化劑可對水玻璃進行改性，增強其性能，降低固化溫度。
優(yōu)選的，按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉40％～50％、氧化鎂25％～35％、鋁粉16％～18％、玻璃粉8％～12％。
硅酸鹽膠黏劑雖然存在著各種優(yōu)點，但其缺點也比較突出，即粘結(jié)強度低。針對其此缺點，本發(fā)明通過活化劑的方法對其進行改性以使其具有優(yōu)秀的粘結(jié)強度和耐水性能。
硅酸鹽膠黏劑在脫水固化的過程中，硅酸鹽的自由羥基會與固化劑(在本發(fā)明中，固化劑為砂粒中的氧化硅)以及活化劑融合形成以固化劑為核心的類似陶瓷的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。
其中，銅粉在固化過程中會被氧化成CuO，而CuO可有效增強膠黏劑的剪切強度，且CuO還可以有效降低固化溫度以及固化時間；
鋁粉同樣會被氧化成Al2O3，還會生成一部分的Al(OH)3；鋁粉和氧化鎂的添加量均是與銅粉的添加量相適應的，可用來增加硅酸鹽膠黏劑的耐候性及剪切強度；
玻璃粉末為機無定型硬質(zhì)顆粒，生產(chǎn)中使用原料為PbO、SiO2、TiO2等電子級原料混勻后，再高溫進行固相反應，形成無序結(jié)構(gòu)的玻璃均質(zhì)體，化學性質(zhì)穩(wěn)定，可用于增加硅酸鹽膠黏劑的耐候性及耐腐蝕性。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂通風消聲球，所述硅酸鈉為4模硅酸鈉。
硅酸鈉的分子式為Na2O·nSiO2，石英砂和堿的配合比例即SiO2和Na2O的摩爾比決定著硅酸鈉的模數(shù)n，模數(shù)即顯示硅酸鈉的組成，模數(shù)是硅酸鈉的重要參數(shù)，一般在1.5～3.5之間。模數(shù)越大，固體硅酸鈉越難溶于水，n為1時常溫水即能溶解，n加大時需熱水才能溶解，n大于3時需4個大氣壓以上的蒸汽才能溶解。硅酸鈉模數(shù)越大，氧化硅含量越多，硅酸鈉粘度增大，易于分解硬化，粘結(jié)力增大，因此不同模數(shù)的硅酸鈉有著不同的用處。
本發(fā)明一方面需要盡量減少粘合劑的添加量，一方面又不能妥協(xié)吸聲材料的強度，因此優(yōu)選采用了4模硅酸鈉與既定配比的硅酸鎂及硅酸鋰配合，有效的增加了膠黏的強度。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂通風消聲球，所述消聲球球體直徑為10mm～50mm。
進一步優(yōu)選的，所述消聲球分大球，中球，小球三種規(guī)格；
所述大球球體直徑為40mm～50mm；
所述中球球體直徑為20mm～40mm；
所述小球球體直徑為10mm～20mm。
進一步優(yōu)選的：
在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照(4～6):1的重量比例混配而成；
在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：(4～6)的重量比例混配而成；
在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：(6～8)的重量比例混配而成。
在本發(fā)明中，多孔硅砂通風消聲球的降噪效果一方面取決于消聲球的直徑、不同直徑消聲球的彼此配合、其在通風通道中排布的方式以及布設(shè)的長度，另一方面也與消聲球本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)。具體的，本發(fā)明中大球的結(jié)構(gòu)較為疏松，而小球較為致密，當聲波從通道中消聲球穿越時，因為消聲球的多孔吸聲特性，再加上聲波在不同孔隙率的消聲球之間進行干涉，使得聲能轉(zhuǎn)化成熱能而實現(xiàn)消聲的目的。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂通風消聲球的制備方法，包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，加熱固化成型。
該制備方法簡單易行，利于操作。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂通風消聲球的制備方法，在步驟1)中，所述水玻璃的制備方法為：
將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入35～45份水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應制成水玻璃。
由于本發(fā)明中采用高模硅酸鈉作為膠黏劑的主要成分，而模數(shù)越大，粘結(jié)力增大，但同時其溶解度也不斷降低，因而采用6～8個大氣壓進行壓蒸反應以促進硅酸鹽的溶解。
優(yōu)選的，如上所述的多孔硅砂通風消聲球的制備方法，在步驟2)中，所述加熱固化成型的條件為：
200℃～250℃固化40min～80min。
由于活化劑的加入，本發(fā)明的固化溫度和固化時間得以降低，在此溫度下固化得到的消聲球強度高、耐剪切性能好。
如上所述的多孔硅砂通風消聲球在降低通風通道噪音中的應用，其特征在于，將所述消聲球填充于所述通風通道中；
優(yōu)選的，將所述大球、中球和小球按照1：(2～3)：(10～15)的數(shù)量比進行均勻填充。
本發(fā)明提供的大球、中球和小球的配比是權(quán)衡對各頻段聲音的綜合吸收效果后進行設(shè)置的。
在具體的應用中，應根據(jù)實際需要對各種球體的比例進行調(diào)整。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：
1)、本發(fā)明提供的多孔硅砂通風消聲球由不同粒徑的砂粒與特定配比的硅酸鹽及活化劑按照其特定比例混合后固化而成。砂粒通過硅酸鹽采用特定工藝粘接在一起時，不同的砂粒制作而成的不同直徑的砂球，形成一個獨立的消聲元件，多個消聲元件便形成了通風消聲器。通過此制作工藝，砂粒粒徑與球體大小均可精確地調(diào)控，進而確定了消聲通道的消聲性能，由此生產(chǎn)出各種不同流阻與吸聲特性的多孔硅砂通風消聲球。
2)、本發(fā)明將不同孔隙結(jié)構(gòu)的三種多孔硅砂通風消聲球配合使用，當聲波從通道中的消聲球穿越時，聲波在多角度的入射情況下在消聲球之間穿越，特定頻率的聲波在消聲球之間穿越時相互干涉消耗一部分聲能。同時，因為硅砂球的多孔吸聲特性，使得聲能轉(zhuǎn)化成熱能而消耗一部分聲能。進一步的，通過合理限定三種不同孔隙率及尺寸的消聲球的配比，可最大程度的增加對不同頻率噪音的吸收效率。
3)、本發(fā)明提供了一種新型水玻璃活化劑，所述活化劑與特定配比的硅酸鹽配合，黏合效果好，強度高，還具有阻燃性能和耐候性能，且不對材料本身的吸聲效果造成影響。
具體實施方式
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明的實施方案進行詳細描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會理解，下列實施例僅用于說明本發(fā)明，而不應視為限制本發(fā)明的范圍。實施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
實施例1
一種多孔硅砂通風消聲球，按重量份計，所述消聲球主要由以下原料制成：
砂粒75份、4模硅酸鈉12份、硅酸鎂4份、硅酸鋰1份、活化劑0.1份；
按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉35％、氧化鎂40％、鋁粉20％、玻璃粉5％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，加熱固化成型。
將所述消聲球分大球，中球，小球按照三種規(guī)格進行成型；
所述大球球體直徑為40mm～50mm；在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照6:1的重量比例混配而成；
所述中球球體直徑為20mm～40mm；在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：6的重量比例混配而成；
所述小球球體直徑為10mm～20mm；在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：8的重量比例混配而成。
實施例2
一種多孔硅砂通風消聲球，按重量份計，所述消聲球主要由以下原料制成：
砂粒85份、4模硅酸鈉18份、硅酸鎂2份、硅酸鋰3份、活化劑0.4份；
按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉60％、氧化鎂20％、鋁粉10％、玻璃粉10％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入45份水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
將所述消聲球分大球，中球，小球按照三種規(guī)格進行成型；
所述大球球體直徑為40mm～50mm；在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照4:1的重量比例混配而成；
所述中球球體直徑為20mm～40mm；在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：4的重量比例混配而成；
所述小球球體直徑為10mm～20mm；在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：6的重量比例混配而成。
實施例3
一種多孔硅砂通風消聲球，按重量份計，所述消聲球主要由以下原料制成：
砂粒80份、4模硅酸鈉15份、硅酸鎂3份、硅酸鋰2份、活化劑0.3份；
按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉40％、氧化鎂35％、鋁粉17％、玻璃粉8％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入35份水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
將所述消聲球分大球，中球，小球按照三種規(guī)格進行成型；
所述大球球體直徑為40mm～50mm；在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照5:1的重量比例混配而成；
所述中球球體直徑為20mm～40mm；在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：5的重量比例混配而成；
所述小球球體直徑為10mm～20mm；在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：7的重量比例混配而成。
實施例4
一種多孔硅砂通風消聲球，按重量份計，所述消聲球主要由以下原料制成：
砂粒80份、4模硅酸鈉15份、硅酸鎂3份、硅酸鋰2份、活化劑0.2份；
按質(zhì)量百分數(shù)計，所述活化劑包括以下組份：
銅粉50％、氧化鎂25％、鋁粉16、玻璃粉9％。
其制備方法為包括如下步驟：
1)、將所述硅酸鈉、硅酸鎂、硅酸鋰加入40份水中，在6～8個大氣壓進行壓蒸反應制成水玻璃；
2)、將步驟1)得到的水玻璃與所述砂粒及所述活化劑混合攪拌均勻，于200℃～250℃固化40min～80min成型。
將所述消聲球分大球，中球，小球按照三種規(guī)格進行成型；
所述大球球體直徑為40mm～50mm；在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照5:1的重量比例混配而成；
所述中球球體直徑為20mm～40mm；在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：5的重量比例混配而成；
所述小球球體直徑為10mm～20mm；在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：7的重量比例混配而成。
應用例
將實施例1～4所述的多孔硅砂通風消聲球填充于所述通風通道中進行降噪應用；具體的，所述通風通道長2米，橫截面為半徑20cm的圓形。
優(yōu)選的，將所述大球、中球和小球按照1：(2～3)：(10～15)的數(shù)量比進行均勻填充。
具體的，應用例1為：將實施例1制得的消聲球按照1：3：10的數(shù)量比進行均勻填充；
應用例2為：將實施例2制得的消聲球按照1：2：15的數(shù)量比進行均勻填充；
應用例3為：將實施例3制得的消聲球按照1：2：13的數(shù)量比進行均勻填充；
應用例4為：將實施例4制得的消聲球按照1：3：13的數(shù)量比進行均勻填充。
實驗例1
以應用例4為基礎(chǔ)設(shè)計對比例：
對比例1：將所述消聲球換為直徑為20mm～40mm的一種；且砂粒的目數(shù)在40～300目內(nèi)自由分布，其余設(shè)置方式與應用例4相同。
對比例2：所述消聲球仍為大中小三種進行成型，不同之處在于：
在所述大球中，所述砂粒由40～100目的砂粒和100～120目的砂粒按照2:1的重量比例混配而成；
在所述中球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～300目的砂粒按照1：2的重量比例混配而成；
在所述小球中，所述砂粒由40～80目的砂粒和120～200目的砂粒按照1：3的重量比例混配而成。
對比例3：所述消聲球仍為大中小三種進行成型，且砂粒的粒徑也與應用例4相同，不同之處在于消聲球按照1：4：8的數(shù)量比進行均勻填充
檢測應用例1～4及對比例1～3在不同聲音頻率下的吸聲能力，結(jié)果如表1所示。
表1不同頻率下吸聲能力比較
從上表可知，本發(fā)明所采用的不同大小消聲球的配比，及不同球中砂粒的粒徑比例對消聲球的吸聲能力影響非常大，特別是對于500Hz以下的偏低頻的噪音吸收能力的影響尤為顯著。
實驗例2
以實施例4為基礎(chǔ)設(shè)計對比例4，區(qū)別在于對比例4中未添加活化劑，適應的將固化條件改為460℃～550℃固化80min～120min。
對實施例1～4及對比例4制得的消聲球的各項性能進行檢測(只檢測中球的參數(shù))，結(jié)果如表2所示。
表2性能參數(shù)
由表2可知，本發(fā)明各實施例提供的多孔硅砂通風消聲球，均具有優(yōu)秀的防火能力，環(huán)保性能、濕脹率及抗紫外線的能力也都非常好，且強度高，耐候性好。而對比例4由于未添加活化劑，機械強度、耐候性等性能都有大幅度的降低。
最后應說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。