高性能熔体微分电纺超细纤维吸声棉制备及性能研究
随着城市化进程加快，噪声问题日益严重，而中低频段噪声由于衰减缓慢作用时间长，会对人体造成更加严重的慢性损害。多孔材料在吸声降噪领域应用最为广泛，其在高频吸声强，但在中低频几乎不吸声。超细纤维的高比表面积特性为中低频噪声的有效吸收提供可能。鉴于目前超细吸声纤维的制备几乎全部采用溶液电纺技术，本文通过熔体微分电纺技术实现了聚丙烯(PP)、聚乳酸(PLA)超细纤维绿色快速制备，并与市面上广泛应用的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)吸声棉进行复合，研究了超细纤维吸声棉及超细纤维复合吸声材料的吸声性能。 首先通过熔体微分电纺技术制备PP/PEG超细纤维，并将其通过折叠、裁切、冷压等步骤处理，加工成具有优良中低频吸声性能的PP/PEG超细纤维吸声棉，并系统分析了纤维直径、厚度及空腔深度对材料吸声性能的影响。实验结果表明，纤维直径为1.8μm，共振频率为376Hz，吸声系数为0.82，降噪系数(NRC)达0.52。在200～400Hz，吸声性能强，平均吸声系数0.55，同时保留高频吸声优势。在此基础上，通过在超细纤维棉背后施加空腔，进一步提高低频吸声性能。当空腔深度为40mm，共振频率为235Hz，吸声系数高达0.93，NRC为0.57，在200～300Hz平均吸声系数达到0.88。 为发挥超细纤维的空间成本优势，在PET吸声棉上复合PP超细纤维薄膜制备了PP/PET复合吸声材料，系统研究了纤维直径、纺丝时间、复合结构及空腔对吸声的影响。研究表明:PP超细纤维薄膜的复合可显著提高PET的吸声系数;纺丝时间对吸声影响最大，纺丝时间15min时，3395Hz处吸声系数为0.91，且纺丝时间增强复合材料与声波的共振;纤维细化整体上提升了材料中频段的吸声系数，当纤维直径最细时，在中频可吸声;空腔变深改善中低频吸声，但高频吸声变差。 最后将PP/PET复合吸声材料研究思路应用于更加绿色环保的PLA材料，结合熔体微分电纺技术制备处PLA/PET复合吸声材料。结果表明PLA超细纤维的吸声性能优于PP超细纤维，对于PET吸声棉吸声系数的提升更加明显;纤维细化对复合材料的中频吸声系数具有提升，纤维直径最细时吸声性能最好，在1575Hz以上频段，吸声系数高于0.5;纺丝时间对吸声提升最为明显，当纺丝时间为15min，3000Hz处的吸声系数接近1;PLA超细纤维与PET吸声棉的不同组合结构显著影响复合材料最终吸声性能，声波首先接触PLA超细纤维时具备最好的吸声效果，但频率升高弱化了吸声系数的提升效果;空腔越深，中低频吸声越好，空腔深度45mm时，中频吸声优异。 综上，超细纤维宽频范围吸声优异，此外显著减少了空间浪费。在厚度相近时，通过将超细纤维折叠多次制备的单组份吸声棉在中低频段吸声性能远高于将超细纤维以薄膜的形式与传统多孔吸声材料复合而成的吸声棉，但这对超细纤维的生产效率提出了更高的要求。用于提高人们生活质量的吸声降噪产品必须绿色环保，在宽频范围内具有优良吸声性能的同时，应尽可能节省空间。本文研究内容是熔体电纺技术在吸声降噪领域的新应用，为绿色高性能吸声棉的快速制备提供了思路。
复合吸声材料;超细纤维;超细纤维吸声棉;熔体微分电纺;吸声性能
北京化工大学
硕士
机械工程
李好义
2021
中文
TB535.2
2021-09-06（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）