第十七讲 绝热吸声材料

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龙江2007.111、什么是绝热材料？
2、影响绝热材料热导
率的基本因素是什么？
3、什么是吸声材料？
试述多孔材料、穿孔材料及薄板共振结构的吸声原理。

4、熟悉并列表比较四
种玻璃绝热材料的特点。

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在建筑中，习惯上将用于控制室内外热量外流的材料叫做保温材料；把防止室外热量进入室内的材料叫隔热材料。

保温、隔热材料统称为绝热材料。

绝热材料应具有较小的传导热量的能力，主要用于建筑物墙壁和屋面的保温；也用于热力设备及管道的保温及制冷工程和设备的隔热。

绝热材料按其成分分为有机绝热材料和无机绝热材料两种。

第一节绝热材料
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影响材料导热系数的主要因素主要因素有：材料的化学成分、微观结构、孔结构、湿度、温度和热流方向等。

1）化学成分和微观结构
不同化学成分的材料其导热性能有很大的差异，如金属材料的导热系数都比非金属材料大的多，所以建筑绝热材料几乎没有金属材料。

但对于多孔的绝热材料，无论固体部分的微观结构属玻璃体或晶体，和孔隙中的空气相比，还是气体对导热系数的影响更大。

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龙江2007.112）孔结构
材料的孔结构包括两方面的含义：孔隙率与孔隙特征。

在孔隙特征相近的情况下，在工程上可用体积密度来代替孔隙率以表征孔结构对导热性能的影响。

体积密度越小，孔隙率越大，即在材料的表观体积内气体占的比例越大，则导热系数越小。

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龙江2007.113）湿度
材料吸湿受潮后，其导热系数就增大，在多孔材料中最为明显。

这是由于在材料的孔隙中有了水分（包括水蒸气和液态水）后，除了孔隙中剩余空气分子得到热、对流以及部分孔壁的辐射之外，孔隙中蒸汽的扩散和水分子的热传导起着主要作用。

因水的导热能力比孔隙中的空气的导热能力（0.023W/M.K）大20倍左右。

若孔隙中的水结成了冰（2.3W/M.K），则导热系数更大。

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龙江2007.114）温度
材料的导热性能随着温度的不同而不同，一般来讲，导热系数随温度的升高而增大。

因为温度升高时，材料固体分子的热运动增强，同时材料孔隙中空气的导热和孔壁的辐射作用也有所增加。

但这种影响在
0~50范围内并不大，只有对处于高温或负温下才有影响。

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龙江2007.115）热流方向
对于各向异性材料，如木材等纤维质的材料，当热流平行于纤维延伸方向时，热流受到的阻力小；而垂直于纤维方向时，受到的阻力最大。

在使用此类材料时要考虑这个因素。

上述各项因素中以孔结构和湿度对导热系数影响最大。

孔结构对导热系数的影响在工程上可近视地用体积密度来处理。

体积密度是由材料本身的组成和结构决定的，组成、结构不同，材料的导热性能也就不同，所以在工程上体积密度是决定材料导热性能的重要依据，也是选择绝热材料的重要依据之一。

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无机绝热材料主要是用矿物质经加工而成的，常见的纤维状、散粒状、或制成板、块、片、卷材、套管等制品。

无机绝热材料按绝热材料构造状态可分为纤维状材料、颗粒状材料和多孔材料三类。

１）纤维状材料纤维状材料常有天然的（如石棉）与人造的（如矿棉、岩棉和玻璃棉）两类。

２）颗粒状材料主要有膨胀珍珠岩和膨胀蛭石。

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龙江2007.11３）多孔材料，泡沫混凝土和加气混凝土泡沫混凝土是将水泥、水和泡沫剂拌合后，经硬化而成的一种多孔混凝土。

泡沫玻璃，它是以玻璃粉与发泡剂（如碳酸钙）混合，在高温下烧制而成的，在玻璃内部形成大量的气泡。

有机绝热材料是指用有机材料（木材、树脂等）为原料经加工制成。

有机绝热材料由于吸湿性大，易腐蚀，不耐久，不耐高温，故只能在低温下用于保温隔热。

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龙江2007.11材料吸声的原理及技术指标
声音起源于物体的振动，它迫使邻近的空气跟着振动而成为声波，并在空气介质中向四周传播。

当声波遇到材料表面时，一部分被反射
另一部分穿透材料，其余的部分则传递给材料，在材料的孔隙中引起空气分子与孔壁的摩擦和粘滞阻力，其间相当一部分声能转化为热能而被吸收掉。

第二节吸声材料
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吸声系数与声音的频率及声音的入射方向有关。

因此吸声系数用声音从各方向入射的吸收平均值表示，并应指出是对哪一频率的吸收。

通常采用常用规定的六个频率：125、250、500、1000、2000、4000 Hz。

任何材料对声音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。

通常是将对上述六个频率的平均吸声系数大于0.2的材料，列为吸声材料。

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吸声材料大多为疏松多孔的材料，如矿渣棉、毯子等，其吸声机理是声波深入材料的孔隙，且孔隙多为内部互相贯通的开口孔，受到空气分子摩擦和粘滞阻力，以及使细小纤维作机械振动，从而使声能转变为热能。

这类多孔性吸声材料的吸声系数，一般从低频到高频逐渐增大，故对高频和中频的声音吸收效果较好。

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龙江2007.11影响多孔性材料吸声性能的因素
（１）材料的表观密度。

对同一种多孔材料（例如超细玻璃纤维）而言，当其表观密度增大时（即空隙率减小时），对低频的吸声效果有所提高，而对高频的吸声效果则有所降低。

（２）材料的厚度。

增加多孔材料的厚度，可提高对低频的吸声效果，而对高频则没有多大的影响。

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龙江2007.11（３）材料的孔隙特征。

孔隙愈多愈细小，吸声效果愈好。

如果孔隙太大，则效果就差。

如果材料中的孔隙大部分为单独的封闭的气泡（如聚氯乙烯泡沫塑料），则因声波不能进入，从吸声机理上来讲，就不属多孔性吸声材料。

当多孔材料表面涂刷油漆或材料吸湿时，则因材料的孔隙被水分或涂料所堵塞，其吸声效果亦将大大降低。

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龙江2007.11薄板共振吸声结构和穿孔板吸声结构：
薄板共振吸声结构系采用薄板钉牢在靠墙的木龙骨上，薄板与板后的空气层构成了薄板共振吸声结构。

穿孔板吸声结构是用穿孔的胶合板、纤维板、金属板或石膏板等为结构主体，与板后的墙面之间的空气层（空气层中有时可填充多孔材料）构成吸声结构。

该结构吸声的频带较宽，对中频的吸声能力最强。