沸石吸收噪音分析

一、天然沸石的吸声原理

天然沸石内部构架中充满了细微的孔穴和孔道，其体积约占沸石晶体总体积的50%以上，正是因为沸石具有许多微小的孔穴孔道，使其具有一定的通气性。当声波入射到沸石表面时，主要有两种机理引起声波的衰减：首先是由于声波产生的振动引起小孔或间隙的空气运动，紧靠孔壁表面的空气因与孔壁的摩擦和粘滞力的作用，使相当一部分声能转化为热能，从而使声波衰减，反射声减弱，达到吸声的目的；其次，孔隙中的空气和孔壁之间的热交换引起的热损失，从而使声能衰减。另外，高频声波可使空隙间空气质点的振动速度加快，空气与孔壁的热交换也加快，这就使得沸石具有良好的高频吸声性能。

二、沸石的吸声性能试验

北京师范大学核科学与技术学院与射线束技术与材料改性教育部重点实验室联合对沸石吸声性能开展了相关试验论证。孙进兴、刘培生、陈斌等人在此试验中运用JTZB吸声系数测试系统进行测试，该测试系统可以测量声波法向入射时的吸声系数和声阻抗。驻波是音波传播的一个特性，原理是在法向入射条件下入射正弦平面波和从样品反射回来的平面波叠加后产生驻波形成驻波声场。移动测试车找到声压极大值Pmax(dB)和极小值Pmin(dB)，根据声压极大值和极小值的差值来确定材料法向入射吸声系数α，相应的计算公式为：

并且通过科研人员进行正交试验，可以得出不同试验结果，对试验结果进行极差分析。极差(R)指任一列各水平下结果的最大值与最小值之差，R越大，表明该因素是影响试验结果的主要因素，根据R大小可以判断因素主次顺序，试验结果分析见下表。

表中可知对沸石材料吸声性能的影响因素重要性依次为样品厚度、孔腔深度、孔径大小和孔隙率，其中样品厚度是影响沸石吸声性能的主要因素，空腔深度次之，孔径大小和孔隙率对其有微弱影响。

并且，沸石的孔径不规则或过大、过小都不利于吸声性能的提高，当孔径过小时，不利于声波进入材料内部与孔壁摩擦发热，因此吸声性能没有得到改善；当孔径过大时，孔与孔连接密集甚至出现向蜂窝煤状的通孔材料，声波还没来得及与孔壁摩擦就已经从材料末端传播出去，这种情况也不能提高吸声性能，因此在后期制备吸声材料时，应选择孔径规则、且保持在4-5 mm的高品位沸石，才能在很大程度上提高自身的吸声性能。

东华大学纺织学院博士王坤在其论文《三元乙丙橡胶基纺织复合结构材料及其吸声性能研究》中论证，在EPDM（三元乙丙橡胶基纺织材料）中加入沸石粉，远比加入炭黑、蛭石粉微粒材料要吸声效果好，其最大吸声系数为0.92。这是因为添加沸石粉后，入射到橡胶内部孔隙中的声波将继续传播，引起沸石孔隙内空气的振动，使得空气和微孔孔壁间发生摩擦，使一部分入射声能转化为热能耗散掉。并且，声波入射到添加了沸石粉颗粒的EPDM后，因为沸石内部充满大小均匀的孔穴和通道，并有很大的开放性，使得沸石内部具有一定的 格状结构，形成了大量的空腔，当声波入射到这些空腔时就会产生强烈的散射作用，使得入射声波的传播路径增加，声波强度减弱，最终提高吸声体的吸声系数。

并且，沸石含量与吸声材料性能成正比，试验证明，当沸石粉含量从0%、5%、20%增加到35%时，沸石粉/三元乙丙橡胶吸声材料的吸声系数增加，在100-2500Hz范围内，最大吸声系数分别为0.76、0.85和0.86，且最大吸声系数的频率逐渐向高频移动。这是因为随着沸石粉含量的增加，沸石粉在EPDM中形成结构均匀的孔隙，增大了材料的有效厚度，减少声波能量的传递，并且使得入射声波产生振动，同时沸石粉和橡胶之间和沸石粉之间发生粘性内摩擦，将声能转化为热能消耗掉，使声能降低，提高吸声系数。其亦可以通过下面公式进行解释：

总之，沸石可以作为一种优秀的吸音矿物材料，可以广泛应用于吸声领域，其能够良好地吸收和发射和反射出的声能，最大程度上降低噪音污染，目前已广泛应用于家装材料、隔音空间、隔音设备等产品中。