針刺非織造布與機織物復合材料的吸聲性能研究

1提出問題工業噪聲、交通噪聲、建筑噪聲和社會生活噪聲日益嚴重，給人們的健康帶來了巨大的損害。2試驗部分2.1主要材料及儀器選擇的樣品有:3種滌綸針刺非織造布,分別表示為A1、A2、A3,其使用滌綸纖維規格為3.3dtex×64mm;機織物B,經密290根/10cm,緯密200根/10cm,經緯紗均為C60tex紗,織物組織為平紋;玻纖吸聲天花板的中間層為高密度玻璃纖維,雙面及四周涂層由碳酸鈣、滑石粉、苯丙乳液構成,厚度為23mm,面密度為2kg/m主要儀器:YG141D型織物厚度儀器;JA2003型電子天平;LLY-08型圓盤取樣器;AWA6122A型駐波管吸聲系數測試儀。2.2試樣單位及試樣容重、孔隙率測試厚度是吸聲材料結構特征的基本參數。測試方法按GB/T3820—1997,采用YG141D型織物厚度儀器測試各試樣的厚度,測量時施加壓力為50cN,作用時間為10s,每個試樣測試3次,取其平均值作為試樣的厚度h,單位為cm。容重是指每單位體積的材料質量。使用LLY-08型圓盤取樣器獲得半徑為50mm的圓形織物,采用精度到千分位的JA2003型電子天平測量質量。織物近似為圓柱體,根據公式可計算試樣的單位面積質量m式中:m為試樣質量,單位為g;h為試樣厚度,單位為cm;r為試樣半徑,單位為cm。非織造材料的孔隙率式中:η為試樣的孔隙率;m經過測試和計算,試樣的結構參數見表1。2.3吸收系數測試吸聲系數3結果與討論3.1針刺非織造布的吸聲特性為了考察針刺非織造布與機織物的復合方式對其整體吸聲性能的影響,采用3塊非織造布試樣A1、A2、A3與1塊機織物B進行復合,復合方式如圖1所示。其中圖1(a)為3塊非織造布的緊密黏貼復合,圖1(b)、圖1(c)為3塊非織造布與機織物的緊密黏貼復合,圖1(d)、圖1(e)為材料間存在空腔的復合。不同復合方式下吸聲系數的測試結果如圖2所示。幾種材料的平均吸聲系數和降噪系數測試結果見表2。由圖1中的5種復合方式可知,以針刺非織造布材料為表面的復合結構(b)與單獨針刺非織造布(a)的吸聲曲線變化趨勢幾乎重疊,主要表現為針刺非織造布的多孔吸聲特性,即低頻吸收較好、高頻吸收較差;而以機織物為表面的復合結構(c)、(e)與單獨機織物(d)的吸聲曲線變化趨勢相當,主要表現為機織物的特性,即高頻吸收較好、低頻吸收較差。對比(a)、(b)、(c)3種復合方式,復合方式(c)中添加機織物作為表面層時,其平均吸聲系數比復合方式(a)提高0.21,效果相當明顯。這是因為機織物為表面層時,除了機織物的吸收和針刺非織造布的吸收,機織物還與背后腔體形成共振腔,共振腔能加強共振腔內針刺非織造布對高頻聲波的吸收。對比(c)、(e)兩種不同的復合方式,可以發現以機織物為表面層時,兩條吸聲曲線非常相近,主要表現為機織物的吸聲特性,兩者在中低頻段相差非常小,但是在高頻段吸聲效果差異開始加大,這也說明在中低頻帶裝有空氣層腔體的試樣吸聲效果與有針刺非織造布填充的效果相當;與UtsunoH等3.2造布與機織物的復合結構的測試結果與分析根據前面對復合方式的研究,我們選擇機織物作為表面層、針刺非織造布為背面層的復合方式,將3塊厚度一致,容重關系為A1<A2<A3的針刺非織造布與機織物B進行復合,通過測試其吸聲系數,考察其對復合結構吸聲性能的影響,測試結果見圖3。如圖3所示,4種容重不一的吸聲曲線的變化趨勢基本相同,隨著后貼針刺非織造布容重的增加,吸聲性能逐漸提高,此時容重對復合結構的影響與容重對針刺無紡材料的影響一致,即在一定的范圍內吸聲系數隨容重的增大而增大,因為針刺無紡材料對入射聲波的二次吸收,而非織造布容重的增加,使纖維集合體的有效密度相應地增大,材料的流阻也相應增大。3.3針刺非織造布厚度對非織造布性能的影響當以機織物為表面層,針刺非織造布為背面層,通過改變針刺非織造布的層次間接考察針刺非織造布厚度對其復合結構吸聲性能的影響,吸聲系數曲線如圖4所示,測試吸聲系數與降噪系數見表3。從圖4和表3可知,機織物與不同厚度的針刺非織造布復合時,由于針刺非織造布厚度的增加,其吸聲系數增大,平均吸聲系數及降噪系數均明顯增大。這是因為非織造布材料具有多孔性,內部纖維排列呈特殊的三維立體網狀結構,針刺非織造布厚度的增加致使聲波經過的細孔數量、空氣與纖維組成的小單元的路程和次數相應增加,對聲波的衰減作用加大,吸聲效果提高。同時,非織造布的厚度對不同頻率段的吸收影響也比較大,隨著厚度的增加,其對高頻的吸收減少、對低頻的吸收不斷增加,吸聲曲線向低頻移動。當僅有1塊機織物時,改變機織物后面空氣層腔體的厚度大小,由圖4中的吸聲曲線可以發現,隨著空氣層腔體尺寸的增大,其波峰和曲線亦向低頻移動。因此,在實際應用中,可以根據不同頻率段的噪聲,配置不同的復合結構,從而達到高性能的噪聲吸收效果。3.4復合材料測試為了評價針刺非織造物/機織物復合吸聲材料的吸聲性能,我們選取以1塊機織物為表面層、2塊針刺非織造布為背面層的緊貼復合結構的吸聲材料與目前市場上比較常用、吸聲性能比較好的玻纖吸聲板進行測試比較,測試結果如圖5所示。從圖5可以看出,當兩種試樣厚度相差不大時,復合結構的整體吸聲性能較玻纖板好,其吸聲系數在頻率800Hz處接近1。4針刺非織造材料與表面層復合結構的性能通過對針刺非織造布與機織物復合吸聲材料的復合方式、容重、厚度的研究,可得出如下結論。(1)在針刺非織造材料機織物復合材料中,表面層材料的吸聲特性決定了復合材料的吸聲特性;以機織物為表面層的復合結構的吸聲性能比以針刺非織造材料為表面層的復合結構要好很多。(2)對于以機織物作為表面層的復合結構,當針刺非織造布厚度不變時,其吸聲性能隨著針刺非織造布材料容重的增大而增大;當針刺非織造布的容重不變時,其吸聲性能隨著針刺非織造布材料厚度的增大而增大,吸聲曲線向低頻移動,其最