学术前沿 | 具有分级孔隙率的活性炭增强聚氨酯复合泡沫，用于宽带吸声

COMSOL 多物理场仿真技术 · 公众号 · · 2024-10-24 21:27

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各种噪声的产生在很宽的频谱范围内造成了严重的噪声污染问题，迫切需要开发吸声材料。在此，我们介绍了复合聚氨酯（PU）泡沫，该泡沫掺入了具有介观和宏观尺寸孔的极其纳米孔活性炭（AC），作为一种环保吸声材料，具有卓越的宽带吸声能力。复合泡沫可吸收 2,000–5,000 Hz 频率范围（人类听觉系统最敏感的范围）内 95.8% 的入射声波，远远优于仅吸收 70.6% 的原始 PU 泡沫。我们证明，可以通过调整活性炭的孔类型和含量来微调吸声性能。值得注意的是，优化的复合泡沫结构可吸收 2,550 Hz 特定频率下 100% 的入射波。总的来说，我们提出了各种复合泡沫的吸声性能主曲线，证明这些性能可以精确预测，并随后用于设计活性炭的孔隙特征和含量。加入AC还可以通过界面粘附现象改善泡沫的机械性能。我们的方法为具有可调吸声性能的复合泡沫的制造提供了宝贵的见解，作为噪声污染的有前途的解决方案。

我们通过真空吸附技术设计了具有精细多级孔结构的泡沫，并利用其制备了具有优异宽带声吸收性能的AC-复合PU泡沫。我们通过改变AC的类型和含量来生产具有不同频率声吸收性能的复合泡沫，这些频率对人耳敏感。值得注意的是，将具有相互连接的微孔和介孔的AC融入具有大孔的PU泡沫中，可以为声波在泡沫中的传播路径增加更多曲折，从而提高声吸收性能。基于AC的表面特性和含量，我们提出了复合泡沫的主曲线。除了这里研究的泡沫外，还可以使用该曲线生产针对特定频率的复合泡沫，从而扩大了泡沫的应用范围。此外，AC颗粒与PU骨架之间的牢固物理化学粘附增强了复合泡沫的压缩机械性能。我们利用ACs创建多孔结构的方法在建筑和汽车等实际应用中具有巨大的优化潜力，为解决噪声污染问题提供了一种吸引人的、环保的解决方案。

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