廢棄纖維聚氨酯復(fù)合材料的制備

廢棄纖維聚氨酯復(fù)合材料的制備

從“12月25日”結(jié)束。去年的總排放量超過1億元，包括7000萬噸纖維素和3000萬噸天然纖維素。另一方面,隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化步伐的加快,噪音污染變得越來越嚴(yán)重,其危害人們的學(xué)習(xí)、工作以及身體健康等。其次,作為以聽聞為重要功能的聲學(xué)建筑和較大體積的室內(nèi),如錄音室、會議室等,其室內(nèi)音質(zhì)的好壞不僅取決于聲源條件,且取決于室內(nèi)聲學(xué)材料的設(shè)計(jì)安裝從聲學(xué)角度看,廢棄紡織纖維及其產(chǎn)品屬于多孔纖維材料,具有很好的吸聲效果,所以運(yùn)用廢棄纖維設(shè)計(jì)開發(fā)吸聲材料可有效利用廢棄纖維,是一種正確處理廢棄纖維的有效途徑。使用穿孔板共振結(jié)構(gòu)作為吸聲結(jié)構(gòu)應(yīng)用在吸聲材料上的想法是在1947年由Bolt穿孔板在低頻處吸聲效果較好,但吸聲頻帶較窄;多孔材料有較寬的吸聲頻帶,但低頻處吸聲效果不好。本文以廢棄滌綸纖維為增強(qiáng)材料,廢棄聚氨酯為基體材料,采用共混塑煉-熱壓法制備廢棄滌綸纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料;將廢棄纖維/聚氨酯復(fù)合材料加工成穿孔板,將穿孔板與廢棄滌綸織物貼合,旨在開發(fā)設(shè)計(jì)一種吸聲系數(shù)高、吸聲頻帶寬的吸聲復(fù)合材料。1實(shí)驗(yàn)部分1.1實(shí)驗(yàn)原材料聚氨酯:硬度65~72D,東莞湘業(yè)塑料原料經(jīng)營部;廢棄纖維:大連神州紡織廠;廢棄滌綸織物,面密度為145g/m1.2qlb-50d/smn壓力生產(chǎn)設(shè)備SK-160B雙輥塑煉機(jī),上海思南橡膠機(jī)械有限公司;QLB-50D/QMN壓力成型機(jī),江蘇無錫中凱橡塑機(jī)械有限公司;NHY-W萬能制樣機(jī),承德市試驗(yàn)機(jī)廠;SW477/SW422吸聲測試系統(tǒng),北京聲望公司。1.3大學(xué)樹立的聚酯纖維廢棄纖維/聚氨酯復(fù)合材料的制備:以廢棄滌綸纖維為增強(qiáng)材料,廢棄聚氨酯為基體材料,采用共混塑煉-熱壓法制備廢棄滌綸纖維增強(qiáng)熱塑性聚氨酯復(fù)合材料。工藝參數(shù)為:廢棄纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)35%,聚氨酯質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%,廢棄纖維長度15mm,混煉時(shí)間8min,混煉溫度170℃,熱壓壓力5MPa,熱壓時(shí)間15min,熱壓溫度175℃。力學(xué)性能為:拉伸強(qiáng)度51.26MPa,拉伸模量0.45GPa;彎曲強(qiáng)度49.56MPa,彎曲模量0.85GPa;沖擊強(qiáng)度35.71kJ/m廢棄纖維吸聲材料設(shè)計(jì)與制備:廢棄纖維/聚氨酯復(fù)合材料本身并不具備吸聲材料的特征,將廢棄纖維/聚氨酯復(fù)合材料加工成穿孔板,將穿孔板與滌綸織物貼合,構(gòu)成具有很好吸聲性能的復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲材料。所制得的復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲材料如圖1所示。2吸聲系數(shù)的確定吸聲性能的好壞可用吸聲系數(shù)α表示,吸聲系數(shù)的變化范圍為0~1,吸聲系數(shù)越大,吸聲性能越好。一般認(rèn)為吸聲系數(shù)大于0.2時(shí),可稱為吸聲材料。2.1孔徑對吸聲系數(shù)的影響保持復(fù)合材料的穿孔率為2.8%,板厚為2mm,滌綸織物層數(shù)為2層,研究穿孔直徑對吸聲性能影響,結(jié)果如表1和圖2所示。由表1和圖2可看出,單純考慮穿孔直徑對吸聲性能的影響時(shí),在本文取值范圍0~6300Hz內(nèi),穿孔直徑的改變會使吸聲系數(shù)峰值(即共振吸聲系數(shù))出現(xiàn)在不同頻率上。隨著孔徑增大,吸聲系數(shù)峰值向高頻區(qū)域移動。但改變范圍不是很明顯,這使吸聲材料在高頻范圍內(nèi)的吸聲性能得到一定的提高;隨著孔徑增大,吸聲材料的吸聲系數(shù)峰值也隨之增大,但吸聲頻帶寬度(吸聲系數(shù)為最大值一半時(shí)的頻率稱為半共振頻率,2個半共振頻率之間的頻域?yàn)轭l帶寬度f2.2孔徑結(jié)構(gòu)當(dāng)復(fù)合材料的穿孔率為1.6%,穿孔直徑為1.5mm,滌綸織物層數(shù)為3層時(shí),穿孔板板厚對單層復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲材料吸聲性能的影響如表2和圖3所示。由表2和圖3可看出,改變穿孔板厚度即改變孔的深度,主要影響吸聲材料在低頻范圍內(nèi)的吸聲性能。單純從穿孔板厚度對微穿孔板吸聲性能的影響考慮,在本文取值范圍內(nèi)隨著穿孔板厚度的增加,吸聲系數(shù)的峰值向低頻方向移動,且在每條吸聲系數(shù)曲線上,吸聲系數(shù)峰值越大,圖形越尖,帶寬越窄。穿孔板厚度的變化對材料吸聲性能的影響,必然存在一個極限值,即使吸聲系數(shù)出現(xiàn)最大值,因此,穿孔板厚度并非越小越好,其余參數(shù)確定后,板厚可找到一個最優(yōu)值,這樣既可通過減少穿孔板厚度來增大吸聲系數(shù),又可利用這一點(diǎn)減少穿孔板厚度,降低成本。2.3共振吸聲性能的影響當(dāng)復(fù)合材料的板厚為2mm,穿孔直徑為1.5mm,滌綸織物層數(shù)為3層這3個結(jié)構(gòu)參數(shù)不變時(shí),穿孔率對單層復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲材料吸聲性能的影響如表3和圖4所示。單純考慮穿孔率對吸聲材料吸聲性能的影響,在本研究的取值范圍內(nèi),隨著穿孔率的增大,吸聲系數(shù)峰值的位置和吸聲頻帶均向高頻方向移動;共振吸聲系數(shù)峰值變小,吸聲頻帶寬度明顯增加。在實(shí)際應(yīng)用中,可通過增大穿孔率來增加吸聲材料的吸聲性能,但穿孔率的變化對材料吸聲性能的影響也必然存在一個極限值;因此,選擇穿孔率時(shí)并非越大越好,其余參數(shù)確定后,穿孔率可找到一個最優(yōu)值。穿孔率太小,雖然在低頻范圍內(nèi)的共振吸收峰值很高,但在高頻區(qū)域內(nèi)吸聲效果很差;若穿孔率太大,雖然可拓寬吸聲頻帶,但材料整體的吸聲效果太差,不利于實(shí)際中應(yīng)用,因此,在滿足使用要求的前提下,可適當(dāng)增加穿孔率,降低吸聲系數(shù)峰值,增加吸聲頻帶寬度。2.4廢滌綸織物層數(shù)對吸聲系數(shù)的影響在復(fù)合材料的板厚為2mm,穿孔直徑為1mm,穿孔率為2.8%時(shí),織物層數(shù)對單層復(fù)合結(jié)構(gòu)吸聲材料吸聲性能的影響如表4和圖5所示。單純考慮廢棄滌綸織物層數(shù)對吸聲材料吸聲性能的影響可看到:隨著廢棄滌綸織物層數(shù)的增加,吸聲材料的吸聲系數(shù)峰值隨之增大,材料在低頻范圍內(nèi)的吸聲效果也有所改善,但相應(yīng)的頻帶寬度改變不明顯;共振吸聲峰的位置及吸聲頻帶均向低頻方向移動。廢棄滌綸織物作為多孔材料,其吸聲功能依靠在材料中將聲能逐漸消耗掉而實(shí)現(xiàn),因此廢棄滌綸織物層數(shù)對吸聲材料吸聲性能的影響有很重要的作用。在一定范圍內(nèi),增加廢棄滌綸織物層數(shù),可提高其低頻吸收性能,使其對低頻和高頻聲波都有較好的吸聲效果,這對改變材料的吸聲性能有著特殊的意義。從以上對4個參數(shù)分析可得出:穿孔直徑主要影響吸聲材料的吸聲系數(shù)峰值;穿孔板厚度、穿孔率和廢棄滌綸織物的層數(shù)主要影響吸聲的頻帶范圍。3提高吸聲系數(shù)的方法本文將廢棄纖維/聚氨酯復(fù)合材料加工成穿孔板,并與廢棄滌綸織物貼合制得吸聲材料,得出以下結(jié)論。1)隨著穿孔直徑的增大,吸聲材料在高頻區(qū)域的吸聲性能得到提高。2)增加穿孔板的厚度,使吸聲材料吸聲系數(shù)峰值的位置向低頻方向移動,有利于提高低頻區(qū)域的吸聲效果。3)增大穿孔板的穿孔率,可拓寬吸聲材料