МНОГОСЛОЙНЫЙ ЗВУКОИЗОЛИРУЮЩИЙ КОМПОЗИТ

Полезная модель относится к области строительства, в частности, к использованию в строительстве многослойных защитных материалов, имеющих звуко - и виброизолирующие свойства; предназначена к применению в качестве высокоэффективного звукопоглощающего и одновременно звукоизолирующего слоя в ограждающих конструкциях.
Из уровня техники известно решение по патенту на полезную модель «ЗВУКОПОГЛОЩАЮЩИЙ КОМПОЗИТНЫЙ МАТЕРИАЛ С ЭКРАНИРУЮЩЕЙ МЕМБРАНОЙ (варианты)», №144019, E04B 1/82, 17.01.2014. Данное решение выбрано в качестве прототипа предлагаемой полезной модели и представляет собой материал, состоящий из трех слоев, при этом внутренним слоем является экранирующая мембрана, выполненная из различных материалов различной толщины, наружными - два звукопоглощающих слоя, выполненных из волокнистого материала.
К недостаткам данного материала (прототипа) можно отнести следующие:
- обладает недостаточно высокими звукоизолирующими свойствами;
- выполнение звукопоглощающих слоев ограничено волокнистыми материалами.
Техническим решением, направленным на исключение указанных выше недостатков, является многослойный звукоизолирующий композит (рис. 1), готовый к применению в строительстве в качестве высокоэффективного звукоизолирующего заполнителя двустенных бескаркасных и каркасных ограждающих конструкций с воздушным промежутком и/или заполнителя дополнительных звукоизолирующих облицовок, экономически эффективного и имеющего высокие эксплуатационные характеристики, позволяющие применять его для решения большого спектра задач, связанных с защитой помещений любого назначения от проникновения в них постороннего шума.
Достижение данного результата обеспечивается за счет следующего.
3
3
2
3i
Mi
M
Готовый к применению многослойный звукоизолирующий композит (далее «готовый композит») состоит из скрепленных между собой слоев, общее количество которых в зависимости от поставленной задачи назначается либо на основе расчетов, либо эмпирическим путем из ряда чисел n=5, 7, 9 … i. При этом каждый нечетный слой (рис. 1, поз. 1) готового композита выполнен из пористого и/или волокнистого материала, имеющего объемную плотность 1 кг/м≤y≤200 кг/м и толщину 3 мм≤δ≤100 мм, который осуществляет функцию звукопоглощения и вибродемпфирования, а каждый его четный слой (рис. 1, поз. 2) выполнен в виде воздухонепроницаемой тонкой тяжелой звукоизолирующей мембраны толщиной 0,5 мм≤δ≤20 мм, с поверхностной плотностью ρ≥0,2 кг/м в зависимости от материала и толщины (далее «мембрана»). Присоединение слоев друг к другу осуществляют преимущественно клеевым способом. Также их можно соединять и другими способами, например, термоскреплением.
Благодаря вышеуказанному чередованию слоев, которое условно имеет начало отсчета от источника звука, а именно: «1-й нечетный звукопоглощающий и вибродемпфирующий слой +2-й четный звукоизолирующий слой (мембрана) +3-й нечетный звукопоглощающий и вибродемпфирующий слой +4-й четный звукоизолирующий слой (мембрана) +5-й нечетный звукопоглощающий и вибродемпфирующий слой и т.д.» обеспечивается достижение основного технического результата - высоких звукоизолирующих характеристик. При этом для одного композита как нечетные, так и четные слои могут иметь равную или разную толщину и поверхностную плотность, а также могут быть выполнены из разных или одинаковых материалов.
0
0
2
2
Например, проведенные натурные измерения и выполненные расчеты методом компьютерного моделирования убедительно показали, что звукоизолирующие характеристики двустенной ограждающей конструкции (основа), состоящей из двух рядов пазогребневых плит толщиной 80 мм каждый (рис. 2, ПГП 2×80 мм) с заполнением воздушного промежутка между ними готовым композитом (с двумя мембранами), т.е. состоящим, из трех одинаковых нечетных слоев и двух одинаковых четных слоев (всего пять слоев с общей поверхностной плотностью, равной ρ, кг/м), чередующихся в указанном выше порядке, резко повышаются в наиболее значимом нормируемом диапазоне частот от 200 Гц до 1000 Гц, (рис. 2, поз. 5), по сравнению с аналогичной двустенной конструкцией с воздушным промежутком, заполненным 2-мя прототипами с той же общей поверхностной плотностью, равной ρ, кг/м. (рис. 2, поз. 4).
кр
Многочисленные лабораторные и натурные исследования, проведенные в разное время отечественными и зарубежными специалистами, показали, что в воздушном промежутке при прохождении звуковых волн через двойное ограждение образуются стоячие волны, которые фактически являются жесткими связями, вызывающими резонанс в области критической частоты f. Это явление, которое часто называют «толщинным резонансом», очень негативно отражается на звукоизолирующих свойствах конструкции в целом.
Из графика (рис. 2, поз. 6) видно, что реальная звукоизолирующая способность указанной выше в качестве примера двустенной конструкции (основа), состоящей из двух рядов пазогребневых плит толщиной 80 мм каждый с незаполненным воздушным промежутком, в низкочастотном нормируемом диапазоне от 100 Гц до 200 Гц имеет хорошие показатели. Однако в наиболее значимом нормируемом диапазоне частот от 200 Гц до 1000 Гц наблюдается резкий провал, который, как раз, объясняется упомянутым выше толщинным резонансом.
Ослабить это явление удается, путем заполнения воздушного промежутка звукопоглощающими материалами, например матами из волокнистых материалов. Они наиболее эффективны для тонких перегородок и больших воздушных промежутков. Как видно из графиков, приведенных на рис. 2 (поз. 3 и 4), благодаря заполнению воздушного промежутка одним или двумя прототипами, указанный выше провал сглаживается, но окончательно не устраняется.
Из того же рисунка (поз. 6) следует, что применение готового композита даже с двумя мембранами позволяет полностью устранить указанный выше провал. Более того, в наиболее значимом нормируемом диапазоне частот от 200 Гц до 1000 Гц наблюдается даже некоторое повышение звукоизоляции конструкции в целом.
Объясняется это тем, что удвоенный прототип нельзя рассматривать, как единый материал. Поэтому при стыковке прототипов неизбежно образуются щели и пустоты, пагубно влияющие на звукоизолирующую способность конструкции в целом.
Заполнение из готового композита, представляет собой единый материал, практически полностью лишенный щелей и пустот.
Заполнение из готового композита работает следующим образом. Энергия звука, с какой бы стороны она не воздействовала на ограждающую конструкцию, внутри которой расположен готовый композит, после частичного отражения ее внешними (финишными) слоями конструкции сначала абсорбируется воспринявшим ее 1-м нечетным (относительно источника звука) звукопоглощающим и вибродемпфирующим слоем. Затем, уже внутри 1-го нечетного звукопоглощающего и вибродемпфирующего слоя происходит частичное отражение звуковой энергии от 2 то четного звукоизолирующего слоя (мембраны). Эта энергия почти мгновенно поглощается также 1-м нечетным звукопоглощающим и вибродемпфирующим слоем, обладающим гораздо более высоким импедансом, чем воздух, и переходит в тепловую. Часть звуковой энергии, которая воздействует на 1-й звукоизолирующий слой (мембрану) вызывает ее продольные изгибные колебания. Благодаря тому, что мембрана, подобно тонкой пластине, имеющей жесткость в перпендикулярном к ее поверхности направлении близкую к нулю, осуществляет продольные изгибные колебания в среде с высоким импедансом (образованной двумя окружающими ее звукопоглощающими и вибродемпфирующими слоями), мощность звуковой энергии в значительной степени ослабляется, а ее энергия быстро переходит в тепловую. Проникшая же через мембрану часть звуковой энергии, ослабленная 1 -м звукопоглощающим и вибродемпфирующим слоем, а также продольными изгибными колебаниями мембраны, абсорбируется 3-м нечетным (относительно источника звука) звукопоглощающим и вибродемпфирующим слоем. Прошедшая через 2-й четный звукоизолирующий слой (мембрану) звуковая энергия и не абсорбированная 3-м звукопоглощающим и вибродемпфирующим слоем, отражается от 4-го четного звукоизолирующего слоя (мембраны) и процесс повторяется столько раз, сколько четных слоев имеет готовый композит. Причем, чем больше таких слоев, тем эффективнее звукоизолирующая способность конструкции в целом.
В качестве нечетных звукопоглощающих и вибродемпфирующих слоев готового композита используются:
- плиты и/или маты, изготовленные из естественных, искусственных, синтетических и неорганических волокон, а также их смесей;
- плиты, изготовленные из пористых акустических материалов, например, плиты из акустической пены, панели из пенополиуретана и вспененного меламина.
Возможно сочетание разных волокнистых и разных пористых материалов, а также волокнистых и пористых материалов.
Четные слои могут быть выполнены из всех типов линолеумов, тонких металлических или пластмассовых гибких пластин, свинца, резины, а также из современных высокоплотных полимеров, в т.ч. не имеющих "критической частоты" в слышимом диапазоне частот.
Толщина нечетных звукопоглощающих вибродемпфирующих слоев в одном готовом композите в зависимости от решения поставленной задачи может быть, как различной, так и одинаковой.
Толщина четных звукоизолирующих слоев (мембран) в зависимости от поставленной задачи может быть, как различной, так и одинаковой в одном готовом композите.
Для соединения указанных слоев друг с другом предпочтительно использовать любой известный быстросхватывающийся клей, который после высыхания сохраняет эластичность. Например, клей для линолеума, ворсистых и тканевых материалов Homakoll 208. Также для соединения слоев может использоваться метод термоскрепления.