穿孔倾斜角度对3D打印仿生木材吸声结构的吸声性能影响

【目的】基于木材内部天然多孔构造设计仿生木材的复孔吸声结构,研究穿孔倾斜角度对3D打印仿生木材吸声结构的吸声性能影响,为开发仿生木材吸声材料奠定理论基础。【方法】利用Rhinoceros三维建模软件进行结构设计,采用3D打印技术制备出仿生木材吸声结构。对比3D打印穿孔板,基于阻抗管传递函数法探究穿孔不同倾斜角度(0°、15°、30°、45°、60°)对3D打印仿生木材吸声结构的共振频率和吸声系数的影响。【结果】1) 3D打印穿孔板有2个共振频率,分别位于中低频和中高频处;而3D打印仿生木材吸声结构有3个共振频率,分别位于中低频、中高频和高频处,木质穿孔板仅在中低频具有共振频率,二者差异显著。2)穿孔倾斜角度对3D打印穿孔板的吸声性能有一定影响,在中低频处,随穿孔倾斜角度增大,3D打印穿孔板的共振频率向低频方向移动,吸声系数峰值总体呈上升趋势,峰值均在0. 8以上,吸声性能较好;在中高频处,随穿孔倾斜角度变化,3D打印穿孔板的共振频率和吸声系数峰值均有所改变,但无明确规律,此段吸声系数峰值在0. 3左右,吸声性能较差。3)穿孔倾斜角度对3D打印仿生木材吸声结构的吸声性能有较大影响,中低频处与中高频处的吸声规律与3D打印穿孔板基本一致;在高频处,随穿孔倾斜角度增大,3D打印仿生木材吸声结构的共振频率向低频方向移动,吸声系数峰值均在0. 8以上,具有较好的吸声性能。【结论】穿孔倾斜角度的3D打印仿生木材吸声结构在中低频、中高频和高频处都有较好的吸声性能,在高频处,不同倾斜角度3D打印仿生木材吸声结构的共振频率跨度较大,可为以后全频率吸声结构的设计研究奠定理论基础。本研究结果为实现可设计吸声频率的新型复合材料提供一个新的研究方向,在一些特殊吸声环境领域具有较好的发展前景。     

FeCl2处理麻栎木材化学变色工艺及变色机理研究

通过化学试剂与木材中木质素、抽提物等成分发生反应,可以改变木材的颜色,从而达到对木材表面修饰的目的。以氯化亚铁(FeCl2)为变色剂,通过浸渍的方式获得了变色麻栎(Quercus acutissima)单板。利用正交试验研究了亚铁离子的质量分数、处理温度、处理时间以及干燥温度对麻栎单板变色的影响,获得了最佳处理工艺;利用色差仪对麻栎表面的色度系数进行了测试,并通过紫外漫反射光谱和红外光谱对麻栎变色的原因进行了探究。实验结果表明:经氯化亚铁溶液处理后,麻栎单板表面变为蓝黑色,颜色均匀,纹理清晰;影响麻栎单板变色的各因素主次顺序为氯化亚铁质量分数>干燥温度>处理温度>处理时间。氯化亚铁对麻栎进行化学变色处理的优化工艺参数为:氯化亚铁质量分数为1.0%、处理时间为10 min、处理温度为80℃、干燥温度为40℃。碱抽提可以去除麻栎单板表面大部分可以与铁离子发生变色反应的木质素或酚类物质,碱抽提后的麻栎不再发生明显的变色反应;麻栎与铁离子的变色反应,主要发生在木材的酚羟基和芳香环取代基上,木材中的酚类物质与铁离子络合反应是其变色的主要原因。     

仿生木材结构穿孔纤维板吸声性能

以中密度纤维板为基材,通过设计穿孔结构及打孔方式,达到拓宽木质穿孔板吸声频带和提高声学性能的目的。利用分层加工工艺制备了带侧孔结构的穿孔纤维板,采用阻抗管传递函数法对穿孔纤维板吸声性能进行了测试。通过正交试验方法,研究了主孔直径、穿孔率、倾斜角度对穿孔纤维板吸声性能的影响,并获得了较优的制备工艺,随后利用控制变量法研究了侧孔深度对穿孔纤维板吸声性能的影响。试验结果表明:影响穿孔纤维板吸声系数峰值的因素主次顺序为倾斜角度>主孔直径>穿孔率;穿孔纤维板获得良好吸声系数峰值的优选工艺参数为主孔直径3 mm、穿孔率3.14%、倾斜角度30°;增加侧孔结构后,穿孔纤维板在中低频、中高频均表现出良好的吸声特性;侧孔深度对穿孔纤维板中高频共振频率和吸声性能影响较大,当侧孔深度为4 mm时,仿生木材结构穿孔纤维板在中高频段共振频率为3632 Hz,吸声系数峰值可达0.67。本研究为穿孔吸声板的结构设计提供参考,解决了复杂孔型加工的技术难题,对多频段吸声木质穿孔板的工业化应用具有重要意义。