针刺非织造布与机织物复合材料的吸声性能研究

针刺非织造布与机织物复合材料的吸声性能研究

1提出问题工业噪声、交通噪声、建筑噪声和社会生活噪声日益严重，给人们的健康带来了巨大的损害。2试验部分2.1主要材料及仪器选择的样品有:3种涤纶针刺非织造布,分别表示为A1、A2、A3,其使用涤纶纤维规格为3.3dtex×64mm;机织物B,经密290根/10cm,纬密200根/10cm,经纬纱均为C60tex纱,织物组织为平纹;玻纤吸声天花板的中间层为高密度玻璃纤维,双面及四周涂层由碳酸钙、滑石粉、苯丙乳液构成,厚度为23mm,面密度为2kg/m主要仪器:YG141D型织物厚度仪器;JA2003型电子天平;LLY-08型圆盘取样器;AWA6122A型驻波管吸声系数测试仪。2.2试样单位及试样容重、孔隙率测试厚度是吸声材料结构特征的基本参数。测试方法按GB/T3820—1997,采用YG141D型织物厚度仪器测试各试样的厚度,测量时施加压力为50cN,作用时间为10s,每个试样测试3次,取其平均值作为试样的厚度h,单位为cm。容重是指每单位体积的材料质量。使用LLY-08型圆盘取样器获得半径为50mm的圆形织物,采用精度到千分位的JA2003型电子天平测量质量。织物近似为圆柱体,根据公式可计算试样的单位面积质量m式中:m为试样质量,单位为g;h为试样厚度,单位为cm;r为试样半径,单位为cm。非织造材料的孔隙率式中:η为试样的孔隙率;m经过测试和计算,试样的结构参数见表1。2.3吸收系数测试吸声系数3结果与讨论3.1针刺非织造布的吸声特性为了考察针刺非织造布与机织物的复合方式对其整体吸声性能的影响,采用3块非织造布试样A1、A2、A3与1块机织物B进行复合,复合方式如图1所示。其中图1(a)为3块非织造布的紧密黏贴复合,图1(b)、图1(c)为3块非织造布与机织物的紧密黏贴复合,图1(d)、图1(e)为材料间存在空腔的复合。不同复合方式下吸声系数的测试结果如图2所示。几种材料的平均吸声系数和降噪系数测试结果见表2。由图1中的5种复合方式可知,以针刺非织造布材料为表面的复合结构(b)与单独针刺非织造布(a)的吸声曲线变化趋势几乎重叠,主要表现为针刺非织造布的多孔吸声特性,即低频吸收较好、高频吸收较差;而以机织物为表面的复合结构(c)、(e)与单独机织物(d)的吸声曲线变化趋势相当,主要表现为机织物的特性,即高频吸收较好、低频吸收较差。对比(a)、(b)、(c)3种复合方式,复合方式(c)中添加机织物作为表面层时,其平均吸声系数比复合方式(a)提高0.21,效果相当明显。这是因为机织物为表面层时,除了机织物的吸收和针刺非织造布的吸收,机织物还与背后腔体形成共振腔,共振腔能加强共振腔内针刺非织造布对高频声波的吸收。对比(c)、(e)两种不同的复合方式,可以发现以机织物为表面层时,两条吸声曲线非常相近,主要表现为机织物的吸声特性,两者在中低频段相差非常小,但是在高频段吸声效果差异开始加大,这也说明在中低频带装有空气层腔体的试样吸声效果与有针刺非织造布填充的效果相当;与UtsunoH等3.2造布与机织物的复合结构的测试结果与分析根据前面对复合方式的研究,我们选择机织物作为表面层、针刺非织造布为背面层的复合方式,将3块厚度一致,容重关系为A1<A2<A3的针刺非织造布与机织物B进行复合,通过测试其吸声系数,考察其对复合结构吸声性能的影响,测试结果见图3。如图3所示,4种容重不一的吸声曲线的变化趋势基本相同,随着后贴针刺非织造布容重的增加,吸声性能逐渐提高,此时容重对复合结构的影响与容重对针刺无纺材料的影响一致,即在一定的范围内吸声系数随容重的增大而增大,因为针刺无纺材料对入射声波的二次吸收,而非织造布容重的增加,使纤维集合体的有效密度相应地增大,材料的流阻也相应增大。3.3针刺非织造布厚度对非织造布性能的影响当以机织物为表面层,针刺非织造布为背面层,通过改变针刺非织造布的层次间接考察针刺非织造布厚度对其复合结构吸声性能的影响,吸声系数曲线如图4所示,测试吸声系数与降噪系数见表3。从图4和表3可知,机织物与不同厚度的针刺非织造布复合时,由于针刺非织造布厚度的增加,其吸声系数增大,平均吸声系数及降噪系数均明显增大。这是因为非织造布材料具有多孔性,内部纤维排列呈特殊的三维立体网状结构,针刺非织造布厚度的增加致使声波经过的细孔数量、空气与纤维组成的小单元的路程和次数相应增加,对声波的衰减作用加大,吸声效果提高。同时,非织造布的厚度对不同频率段的吸收影响也比较大,随着厚度的增加,其对高频的吸收减少、对低频的吸收不断增加,吸声曲线向低频移动。当仅有1块机织物时,改变机织物后面空气层腔体的厚度大小,由图4中的吸声曲线可以发现,随着空气层腔体尺寸的增大,其波峰和曲线亦向低频移动。因此,在实际应用中,可以根据不同频率段的噪声,配置不同的复合结构,从而达到高性能的噪声吸收效果。3.4复合材料测试为了评价针刺非织造物/机织物复合吸声材料的吸声性能,我们选取以1块机织物为表面层、2块针刺非织造布为背面层的紧贴复合结构的吸声材料与目前市场上比较常用、吸声性能比较好的玻纤吸声板进行测试比较,测试结果如图5所示。从图5可以看出,当两种试样厚度相差不大时,复合结构的整体吸声性能较玻纤板好,其吸声系数在频率800Hz处接近1。4针刺非织造材料与表面层复合结构的性能通过对针刺非织造布与机织物复合吸声材料的复合方式、容重、厚度的研究,可得出如下结论。(1)在针刺非织造材料机织物复合材料中,表面层材料的吸声特性决定了复合材料的吸声特性;以机织物为表面层的复合结构的吸声性能比以针刺非织造材料为表面层的复合结构要好很多。(2)对于以机织物作为表面层的复合结构,当针刺非织造布厚度不变时,其吸声性能随着针刺非织造布材料容重的增大而增大;当针刺非织造布的容重不变时,其吸声性能随着针刺非织造布材料厚度的增大而增大,吸声曲线向低频移动,其最