Список тематических статей

Звукопоглощающие материалы

Понятие и общие сведения

Группа полимерных и прочих материалов, которые преобразуют колебательную энергию звуковых волн в тепловую энергию называются звукопоглощающими материалами. Условно такие материалы по типу их применения подразделяют на:

1. Непосредственно звукопоглощающие.

2. Звукоизоляционные.

3. Вибропоглощающие.

Непосредственно звукопоглощающий материал применяется в качестве поглотителей звуков при отделке внутренних стен, пола и потолков комнат и других полостей, в частности воздуховодов.

Характеристикой звукопоглощения такого материала является акустическое или волновое сопротивление, обозначаемое Z0. Оно является отношением показателя звукового давления бегущей волны звука к величине скорости колебаний в любом месте среды. Импеданс или акустическое сопротивление слоя материала, другую важную характеристику звукопоглощения для слоя заданной толщины находят по формуле:

Za = Z0*cth(g0)*d,

здесь Za – указанное акустическое сопротивление слоя, g0 – постоянная, зависящая от плотности и объемной пористости вещества, d – толщина слоя.

Исходя из значения импеданса находят коэффициент звукопоглощения (КЗП) данного вещества:

a = (Za-1)/(Za + 1)

Этот коэффициент равен отношению количества энергии, которую поглотил данный материал, к сумме всей энергии, поступившей на поверхность материала. 

Технические характеристики

Наиболее распространенными на сегодняшний день в строительстве и индустрии являются пористо-волокнистые материалы из стекловолокна и минеральных волокон на основе базальта, гранита, диабаза и других природных минералов. Плотность таких материалов, как правило, не превышает 70 кг/куб. м, а коэффициент звукопоглощения при частотах от 500 до 1000 Гц равен величине от 0,7 до 0,85.

Рис.1. Современная многослойная звукоизоляция

Стекло- и минераловолокнистый материал используются также в комплексе с перфорированным листовым покрытием или экраном. В этом случае минеральные или стеклянные волокна укладываются слоями, пропитываются полимерным связующим и уплотняются. Таким образом изготавливают волокнистые плиты. Их плотность составляет от 80 до 130 кг/куб.м, акоэффициент звукопоглощения находится в интервале от 0,65 до 0,75.

Самые большие коэффициенты звукопоглощения имеют волокнистые материалы, волокна которых имеют диаметр от 2 до 8 микрон. 

Применение звукопоглощающих материалов

Непосредственно или собственно звукопоглощающие

Различие между собственно звукопоглощающим материалом и, например, звукоизоляционным в современной практике почти нет. Как правило, и тот и другой термин применяется для одних и тех же областей применения, причем «звукоизоляционный материал» используется чаще.

Собственно звукопоглощающие материалы применяются для облицовки помещений, труб, коробов и т.д. Обычно такая изоляция состоит из слоя однородного закрыто- или открыто пористого материала, монтирующегося либо прямо на изолируемой поверхности, либо через небольшое расстояние от нее с целью создания дополнительного воздушного зазора. В качестве звукопоглощающих материалов применяют как листовые, чаще всего экструдированные полимерные изделия (листы, рулоны и пленки), так и штучные изделия, например отформованные плиты, собранные панели, блоки и т.д.

Звукоизоляционные

Назначение звукоизоляционного материала заключается в изоляции зданий и конструкций от звуковых волн различного происхождения. Нежелательные звуки могут появляться от внешних воздействий, перемещения воздушных масс, ударов и колебательных явлений. Звукоизоляционные материалы применяют для заполнения пустот и полостей, а также перегородок в различных слойных композитных конструкциях. Характеристики подобных композитов находятся в зависимости от упругости его«скелета» и количества воздуха в порах материала. Такие конструкции имеют небольшие значения динамического модуля упругости, обозначаемого Ед. По значению этого модуля материалы делят на три типа:

1.Пористо-волокнистые композиты, которые в свою очередь подразделяют на полужесткие и жесткие. Их значение плотности находится в диапазоне от 75 до 175 кг/куб.м, а модуль упругости Ед менее 1 МПа.

Такие материалы производят с использованием минеральных, стеклянных волокон и волокон из другого сырья. Они выпускаются в форме плит, рулонов, матов как в виде сплошных покрытий, так и многослойных покрытий для полов, потолков и перегородок.

2.Пористо-губчатые материалы с Ед равным от 1 до 5 МПа.

Эти звукоизоляционные материалы выпускают из различных пористо-губчатых вспененных полимеров, пористой резины. Они используются для таких же назначений, как и пористо-волокнистые композиты. Выпускается пористо-губчатый материал в форме полос и отдельных прокладок для звукоизоляции конструкций, перегородок и перекрытий.

3.Сыпучие звукоизоляционные материалы с Ед равным от 5 до 15 МПа.

Подобные материалы производят с применением цементного или металлургического шлака в качестве сырья. Так же используется керамзит и даже песок. Сыпучий звукоизоляционный материал применяют для засыпания в полости многослойных конструкций, таких как межэтажные перекрытия, полые перегородки.

Вибропоглощающие

Такие звукопоглощающие материалы характеризуются высокой демпфирующей способностью. Эксплуатационные свойства таких поглотителей определяются потерями энергии, которая рассеивается при наложении динамической деформации, т.н. релаксационные потери. Вибропоглощающие материалы имеют высокие значения динамического модуля упругости Ед, а также коэффициентом звуковых потерь, составляющим от 0,5 до 0,7. Такие материалы производят главным образом из модифицированных полимерных смол (эпоксидных или поливинилхлоридных). Эти смолы наполняют пластифицированным ПВХ или поливинилацетатными эмульсиями и резинами.

Модифицированные эпоксидные смолы в случае невысоких температур эксплуатации имеют значения динамического модуля упругости до 103 МПа. В данном случае смолы находятся в стеклообразном состоянии. В случае высоких значений температур и в высокоэластичном состоянии значение Ед падает до 0,1-1,0 МПа. При этом коэффициент звуковых потерь находится в зависимости от частоты звуковых волн и рабочей температуры. Он достигает наивысшего показателя в точке фазового перехода полимерной смолы из стеклообразного в высокоэластичное состояние. Для того, чтобы расширить область температур применения таких вибропоглощающих материалов в полимерную матрицудобавляют пластификаторы и прочие аддитивы. 

Современные виды популярных звукопоглощающих материалов

Для качественного подбора звукопоглощающего материала нужно сформулировать четкое техническое задание, учитывающее от каких именно видов звуковых волн необходимо защитить поверхность, важны также качество и структура самой защищаемой поверхности.

Для стенок небольшой толщины, имеющие некоторую упругость хорошо подходят звукоизоляционные мембраны, обладающие достаточно высокой способность к звукопоглощению. Как правило, такие материалы выпускаются в рулонах. Мембранные звукоизолирующие материалы имеют композитную основу в виде арагонита с эластомерным связующим. Достоинствами такого материала являются хорошая растяжимость, экологическая безопасность, термостойкость и долговечность.

Широко распространены звукоизолирующие панели, которые состоят из набора слоев разных материалов, в сумме дающие повышенный звукопоглощающий эффект. Такие материалы появились относительно недавно, но быстро освоились на рынке из-за простоты установки и хорошей эффективности. Такая панель может состоять, например из гофрокартонаи минерального наполнителя, а также из многих других материалов, в том числе полимерных.

Рис.2. Простейшая изоляция минеральной ватой

По-прежнему актуальны минераловатные звукопоглощающие материалы, в частности минераловатные плиты на основе стекловолокна, базальтового и др. волокна и полимерных связующих. Кроме того, на рынке постоянно появляются новые типы звукоизоляции, некоторые из которых завоевывают свои ниши, другие со временем исчезают.