單晶晶，余國平，馬　菲，許　鶴，靳雯雯

(1.中原工學院紡織學院，河南鄭州 450007；2.際華三五零九紡織有限公司，湖北漢川 431616)

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不同層數(shù)三維角連鎖織物增強復合材料隔聲性能探討

單晶晶1，余國平2，馬菲2，許鶴2，靳雯雯1

(1.中原工學院紡織學院，河南鄭州 450007；2.際華三五零九紡織有限公司，湖北漢川 431616)

摘要：以玻璃纖維為原料，設計出5種不同層數(shù)三維角連鎖織物組織結(jié)構(gòu)，經(jīng)半自動SGA598小樣織機設備織制，利用真空輔助成型工藝制成復合材料。分別從厚度、面密度、纖維體積分數(shù)三個方面分析了不同層數(shù)三維角聯(lián)鎖織物增強復合材料的隔聲性能。

關鍵詞：角連鎖織物復合材料隔聲纖維體積分數(shù)

0引言

在人們生活和生產(chǎn)的環(huán)境里，存在著各種各樣的聲音。聲音是用來傳遞信息的，然而，隨著現(xiàn)代化工業(yè)、交通運輸和城市建設的快速發(fā)展，大量聲音已變成一種污染，它影響著人們的工作和休息，甚至危害到人體的健康。這種對周圍環(huán)境造成不良影響的聲音稱為噪音。特別是隨著城市人口的急劇增加，噪音污染已變得日益嚴重。因此，降噪材料的研究與開發(fā)至關重要[1～3]。

利用紡織品吸聲、隔聲技術來治理噪聲污染已是社會中普遍使用的手段[4]。但是，在國內(nèi)的市場上，大多數(shù)紡織品隔聲、吸聲的材料都是非織造材料，即便有機織的紡織品隔聲、吸聲材料，對三維機織物的隔聲吸聲性能研究也不是很多，而且并沒有對此進行深入研究。

角聯(lián)鎖織物是一種最常見的三維機織物，它獨特的結(jié)構(gòu)，使得它具有獨特的、有別于其它三維織物的性能[5,6]，因此，對其作為增強體的復合材料隔聲性能進行探討，在降噪材料領域的應用意義重大。

1實驗材料制備

1.1三維角聯(lián)鎖織物的織造

五種角聯(lián)鎖織物均以玻璃纖維為材料，其線密度為113.94te×2，采用SGA598半自動小樣織機上實現(xiàn)織造過程。其組織參數(shù)設計如下：預設織物小樣的幅寬和經(jīng)密分別為15cm和300根/10cm，每筘齒穿4根紗線，五種不同層數(shù)角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)圖如圖1[7～10]。

2層角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)

3層角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)

4層角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)

5層角聯(lián)鎖織物組織結(jié)構(gòu)

1.2復合材料成型

根據(jù)本實驗需求采用的加工方法為真空輔助成型法，其示意圖如圖2。

圖2　真空輔助成型法示意圖

(1)實驗材料：不同層數(shù)角聯(lián)鎖織物、閉模成型樹脂LSP-802013、固化劑Promox P200TX、外用脫模劑802、密封膠帶AT-199、脫模布PeePlySC01、丙酮、鐵鉗、直徑為3cm和1cm的橡膠管、玻璃板(40cm×40cm×0.8cm和20cm×25cm×0.8cm)。

(2)試驗儀器設備：1L 0.06Mpa抽濾瓶和XD-010型真空泵、電子秤、剪刀、2寸羊毛刷、塑料瓶。

2各實驗參數(shù)的計算與隔聲性能的測試

2.1實驗測試部分

2.1.1測試試樣準備

本實驗試樣為2至6層角連鎖機織物復合材料，將所需材料分別裁取為直徑為11.5cm和6.5cm兩種規(guī)格的圓板[11,12]。

圖3　隔聲測試試樣

2.1.2復合材料各參數(shù)的測試結(jié)果及纖維體積分數(shù)的計算

(1)用織物厚度儀、電子秤分別測出試驗所用復合材料試樣的厚度和質(zhì)量，各測量五次然后算出各自的平均值。

(2)計算所用材料的纖維體積分數(shù)(Vf)的公式[13]如下：

(3-1)

(3-2)

(3-3)

式中：ρs為復合材料密度；ρf為玻纖密度；ρm為樹脂密度；Vs為試樣的體積；D為試樣的直徑；h為試樣的厚度；Ms為復合材料試樣的質(zhì)量。

(3)計算試樣的面密度ρa的公式如下：

(3-4)

由以上公式得出角連鎖復合材料的纖維體積分數(shù)。相關數(shù)值如表1。

表1　織物試樣的纖維體積分數(shù)

2.2復合材料隔音性能測試

隔聲性能測試使用四通道阻抗管數(shù)據(jù)采集設備，系統(tǒng)設備基于聲望的 SW 阻抗管系列開發(fā)的VA-Lab軟件(系統(tǒng)均由北京聲望聲電技術有限公司提供)。隔聲測試使用四通道阻抗管數(shù)據(jù)采集設備如圖4，阻抗大管型號為SW100-L:內(nèi)徑100mm的發(fā)聲管(內(nèi)置揚聲器，帶三個傳聲器插槽)和SW100-E:內(nèi)徑100mm的隔聲擴展管，頻率范圍是 250Hz～1600Hz。阻抗小管型號為SW030-L:內(nèi)徑30mm的發(fā)聲管(內(nèi)置揚聲器，帶兩個傳聲器插槽)和SW030-E:內(nèi)徑30mm的隔聲擴展管，頻率范圍是1000Hz～6300Hz[14]。

a:四通道隔聲大管

b:四通道隔聲小管

3討論與分析

3.1不同層數(shù)角連鎖織物增強復合材料隔聲性能的測試表征

通過實驗測試，最后擬合數(shù)據(jù)得出不同層數(shù)角連鎖織物增強復合材料隔聲性能的測試表征，傳遞損失擬合曲線圖如圖5。

圖5不同層數(shù)角連鎖織物增強復合材料傳遞損失/TL擬合曲線圖

從曲線圖5能夠看出，對所測得頻率范圍來說，在250Hz～3500Hz頻率范圍內(nèi)，材料的隔聲傳遞損失量減少，說明其隔聲性能減?。欢?00Hz～1500Hz頻率范圍內(nèi)，傳遞損失增加且達最高值，表明材料隔聲在該頻率段隔聲性能越來越好，且在1300Hz時，隔聲性能最好。隨后，隨著頻率的增加，其隔聲性能逐漸減弱。

3.2材料厚度對隔聲性能的影響

對樣品進行厚度與隔聲性能關系的研究，結(jié)果如圖6所示。

圖6　材料厚度對隔聲性能的影響

由圖6可以看出，在相同頻率下，復合材料的越厚，其隔聲效果越好，隨著頻率的增加，隔聲量相對減少，依然在1300Hz頻率段，隔聲量最高，說明其隔聲性能最好。厚度是決定材料的隔聲性能的主要因素。增加材料的厚度相當于提高材料的聲阻率，延長了入射聲波在材料中的傳播時間，聲波在材料中的反射增多，在經(jīng)過多層反射后，透射聲波減弱，從而提高了材料的隔聲性能。

3.3材料面密度對其隔聲性能的影響

根據(jù)表1中計算出的復合材料面密度，取樣品二層、三層、五層復合材料進行面密度與隔聲性能的研究，結(jié)果如圖7所示。

圖7　面密度對隔聲性能的影響

由圖7可以看出，相同頻率范圍內(nèi)，材料的的面密度越大，其隔聲性能相對較大，不同的面密度樣品對應相同頻率的隔聲量隨著密度的增大而增加。說明面密度對隔聲作用的影響是比較顯著的。在不同頻率范圍內(nèi)，隨著頻率的增加，隔聲性能并不呈規(guī)律增加，而是在中低頻率段其隔聲性能最好。

3.4材料纖維體積分數(shù)對其隔聲性能的影響

結(jié)合表1和圖5分析，從纖維體積分數(shù)來看，2—6層角連鎖復合材料的纖維體積分數(shù)呈遞增的趨勢，恰好它們的隔聲性能也是越來越好，即材料纖維體積分數(shù)越大的話，傳遞損失的數(shù)值就大，表明隔聲性能越好。這是由于入射波在接觸到復合材料表面的時候，特別容易發(fā)生折射和反射現(xiàn)象多次。而聲波在反射狀態(tài)下轉(zhuǎn)變了材料外部的傳播路徑，折射到復合材料內(nèi)部的聲波一部分在內(nèi)部與材料摩擦以熱能形式消耗掉，另一部分被折射，從而改變了它的傳播路徑，延長了傳播時間，加強了復合材料對聲波的衰減程度，提高隔音量。就文中所述的五種材料而言，纖維體積分數(shù)越大，復合材料的隔聲性能與纖維體積分數(shù)存在著一種正比的關系。因此，復合材料的纖維體積分數(shù)對其材料的隔聲性能影響很大。

4結(jié)論

(1)對于不同層數(shù)角連鎖織物復合材料而言，隨著層數(shù)的增加，復合材料的厚度越厚，其隔聲性能也隨之增強。

(2)面密度不同的樣品對應相同頻率的隔聲量隨著密度的增大而增加。說明面密度對隔聲作用的影響是比較顯著的。同時，從圖7還可以看出，隨著面密度的增大，中高頻的隔音性能的穩(wěn)定性減弱，所以也不可盲目的提高材料的面密度。

(3)從纖維體積分數(shù)來看，纖維體積分數(shù)越大，復合材料的隔聲性能與纖維體積分數(shù)存在著一種正比的關系。因此，復合材料的纖維體積分數(shù)對其材料的隔聲性能影響很顯著。

參考文獻

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[12]單晶晶,許鶴，馬菲．幾種角聯(lián)鎖織物結(jié)構(gòu)的設計[J]．成都紡織高等?？茖W校學報，2015，32(4)：90-93．

[13]盧士艷,等.角度聯(lián)鎖三維機織物的設計與生產(chǎn)[J].棉紡織技術.2005.33(2)

中圖分類號：TS10

文獻標識碼：A

文章編號：1008-5580(2016)01-0111-04

收稿日期：2015-10-08

第一作者：單晶晶(1988-)，女，碩士研究生，研究方向：紡織材料與紡織品設計。