废弃纤维聚氨酯复合材料的制备

废弃纤维聚氨酯复合材料的制备

从“12月25日”结束。去年的总排放量超过1亿元，包括7000万吨纤维素和3000万吨天然纤维素。另一方面,随着工业化和现代化步伐的加快,噪音污染变得越来越严重,其危害人们的学习、工作以及身体健康等。其次,作为以听闻为重要功能的声学建筑和较大体积的室内,如录音室、会议室等,其室内音质的好坏不仅取决于声源条件,且取决于室内声学材料的设计安装从声学角度看,废弃纺织纤维及其产品属于多孔纤维材料,具有很好的吸声效果,所以运用废弃纤维设计开发吸声材料可有效利用废弃纤维,是一种正确处理废弃纤维的有效途径。使用穿孔板共振结构作为吸声结构应用在吸声材料上的想法是在1947年由Bolt穿孔板在低频处吸声效果较好,但吸声频带较窄;多孔材料有较宽的吸声频带,但低频处吸声效果不好。本文以废弃涤纶纤维为增强材料,废弃聚氨酯为基体材料,采用共混塑炼-热压法制备废弃涤纶纤维增强热塑性复合材料;将废弃纤维/聚氨酯复合材料加工成穿孔板,将穿孔板与废弃涤纶织物贴合,旨在开发设计一种吸声系数高、吸声频带宽的吸声复合材料。1实验部分1.1实验原材料聚氨酯:硬度65~72D,东莞湘业塑料原料经营部;废弃纤维:大连神州纺织厂;废弃涤纶织物,面密度为145g/m1.2qlb-50d/smn压力生产设备SK-160B双辊塑炼机,上海思南橡胶机械有限公司;QLB-50D/QMN压力成型机,江苏无锡中凯橡塑机械有限公司;NHY-W万能制样机,承德市试验机厂;SW477/SW422吸声测试系统,北京声望公司。1.3大学树立的聚酯纤维废弃纤维/聚氨酯复合材料的制备:以废弃涤纶纤维为增强材料,废弃聚氨酯为基体材料,采用共混塑炼-热压法制备废弃涤纶纤维增强热塑性聚氨酯复合材料。工艺参数为:废弃纤维质量分数35%,聚氨酯质量分数65%,废弃纤维长度15mm,混炼时间8min,混炼温度170℃,热压压力5MPa,热压时间15min,热压温度175℃。力学性能为:拉伸强度51.26MPa,拉伸模量0.45GPa;弯曲强度49.56MPa,弯曲模量0.85GPa;冲击强度35.71kJ/m废弃纤维吸声材料设计与制备:废弃纤维/聚氨酯复合材料本身并不具备吸声材料的特征,将废弃纤维/聚氨酯复合材料加工成穿孔板,将穿孔板与涤纶织物贴合,构成具有很好吸声性能的复合结构吸声材料。所制得的复合结构吸声材料如图1所示。2吸声系数的确定吸声性能的好坏可用吸声系数α表示,吸声系数的变化范围为0~1,吸声系数越大,吸声性能越好。一般认为吸声系数大于0.2时,可称为吸声材料。2.1孔径对吸声系数的影响保持复合材料的穿孔率为2.8%,板厚为2mm,涤纶织物层数为2层,研究穿孔直径对吸声性能影响,结果如表1和图2所示。由表1和图2可看出,单纯考虑穿孔直径对吸声性能的影响时,在本文取值范围0~6300Hz内,穿孔直径的改变会使吸声系数峰值(即共振吸声系数)出现在不同频率上。随着孔径增大,吸声系数峰值向高频区域移动。但改变范围不是很明显,这使吸声材料在高频范围内的吸声性能得到一定的提高;随着孔径增大,吸声材料的吸声系数峰值也随之增大,但吸声频带宽度(吸声系数为最大值一半时的频率称为半共振频率,2个半共振频率之间的频域为频带宽度f2.2孔径结构当复合材料的穿孔率为1.6%,穿孔直径为1.5mm,涤纶织物层数为3层时,穿孔板板厚对单层复合结构吸声材料吸声性能的影响如表2和图3所示。由表2和图3可看出,改变穿孔板厚度即改变孔的深度,主要影响吸声材料在低频范围内的吸声性能。单纯从穿孔板厚度对微穿孔板吸声性能的影响考虑,在本文取值范围内随着穿孔板厚度的增加,吸声系数的峰值向低频方向移动,且在每条吸声系数曲线上,吸声系数峰值越大,图形越尖,带宽越窄。穿孔板厚度的变化对材料吸声性能的影响,必然存在一个极限值,即使吸声系数出现最大值,因此,穿孔板厚度并非越小越好,其余参数确定后,板厚可找到一个最优值,这样既可通过减少穿孔板厚度来增大吸声系数,又可利用这一点减少穿孔板厚度,降低成本。2.3共振吸声性能的影响当复合材料的板厚为2mm,穿孔直径为1.5mm,涤纶织物层数为3层这3个结构参数不变时,穿孔率对单层复合结构吸声材料吸声性能的影响如表3和图4所示。单纯考虑穿孔率对吸声材料吸声性能的影响,在本研究的取值范围内,随着穿孔率的增大,吸声系数峰值的位置和吸声频带均向高频方向移动;共振吸声系数峰值变小,吸声频带宽度明显增加。在实际应用中,可通过增大穿孔率来增加吸声材料的吸声性能,但穿孔率的变化对材料吸声性能的影响也必然存在一个极限值;因此,选择穿孔率时并非越大越好,其余参数确定后,穿孔率可找到一个最优值。穿孔率太小,虽然在低频范围内的共振吸收峰值很高,但在高频区域内吸声效果很差;若穿孔率太大,虽然可拓宽吸声频带,但材料整体的吸声效果太差,不利于实际中应用,因此,在满足使用要求的前提下,可适当增加穿孔率,降低吸声系数峰值,增加吸声频带宽度。2.4废涤纶织物层数对吸声系数的影响在复合材料的板厚为2mm,穿孔直径为1mm,穿孔率为2.8%时,织物层数对单层复合结构吸声材料吸声性能的影响如表4和图5所示。单纯考虑废弃涤纶织物层数对吸声材料吸声性能的影响可看到:随着废弃涤纶织物层数的增加,吸声材料的吸声系数峰值随之增大,材料在低频范围内的吸声效果也有所改善,但相应的频带宽度改变不明显;共振吸声峰的位置及吸声频带均向低频方向移动。废弃涤纶织物作为多孔材料,其吸声功能依靠在材料中将声能逐渐消耗掉而实现,因此废弃涤纶织物层数对吸声材料吸声性能的影响有很重要的作用。在一定范围内,增加废弃涤纶织物层数,可提高其低频吸收性能,使其对低频和高频声波都有较好的吸声效果,这对改变材料的吸声性能有着特殊的意义。从以上对4个参数分析可得出:穿孔直径主要影响吸声材料的吸声系数峰值;穿孔板厚度、穿孔率和废弃涤纶织物的层数主要影响吸声的频带范围。3提高吸声系数的方法本文将废弃纤维/聚氨酯复合材料加工成穿孔板,并与废弃涤纶织物贴合制得吸声材料,得出以下结论。1)随着穿孔直径的增大,吸声材料在高频区域的吸声性能得到提高。2)增加穿孔板的厚度,使吸声材料吸声系数峰值的位置向低频方向移动,有利于提高低频区域的吸声效果。3)增大穿孔板的穿孔率,可拓宽吸声材料