CN107033393A - 一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法，步骤是：将天然纤维用碱和氧化剂处理，然后与胶黏剂溶液混合制成混悬液；将该混悬液浇注入模具中，或者在浇注的过程中插入弹性薄膜，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料。本发明选用来源广泛且廉价的天然纤维为原料，先经碱处理和氧化处理，增加了声波进入纤维的途径，然后将该亚纤维状态的天然纤维在胶黏剂粘结作用下直接制成或与弹性薄膜一起制成本发明纤维材料，该制备方法简单、绿色环保、成本低，弹性薄膜的加入不仅能有效反射入射声波，而且还可以在声波产生的振动载荷作用下通过分子间的摩擦吸收部分声能圈，起到了很好的吸声隔声效果。

Description

一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种降低噪声的纤维材料的制备方法，具体涉及一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法，属于吸声材料技术领域。
背景技术
随着工业的快速发展，环境污染不容乐观，噪音污染已成为人们迫切需要解决的问题。一般材料内部存在相互联通的孔隙，当声波进入材料内部会引起孔隙间的空气振动，使一部分声能转化为热能，从而使声波衰减，达到良好的吸声效果。在声源复杂或者声音传播途径复杂的情况下，为了提高降噪效果，需采用兼具良好的吸声和隔声能力的材料。如CN86203032公布了一种可隔声吸声的多层复合结构材料，该复合结构材料采用一面涂有阻尼材料的阻燃玻璃钢和超细玻璃棉等软硬隔声吸声材料交替排列后再覆盖一层玻璃布和软铁丝网或多孔板所构成，可以达到良好的吸声效果，但其脆性大、不适宜做吸声装饰材料。CN203895111U公布了一种具有吸声隔声结构的复合材料，采用胶黏剂将橡胶泡沫层、纤维无纺毡及阻尼隔声毡粘结制备吸声材料，具有优异的吸声防震作用，但其成本高，不利于降解，易造成污染。鲁灿灿等尝试采用非织造芳纶毡体和阻尼弹性薄膜制备出一种兼具吸声隔声性能的新型复合材料，并研究了不同复合形式对复合材料的影响，具有耐高温、密度小、阻燃等优良性，但制备工艺繁杂，不利于产业化生产。
天然纤维具有绝缘、隔热、价廉、可降解、可再生等优点，被广泛应用于建筑吸声材料。但众所周知，像天然纤维这样的天然吸声材料在高频声波拥有良好的吸声性能，在低频时吸声能力很弱，而且其阻燃性、腐蚀性和防潮性较差，在恶劣环境里使用困难。要使天然纤维在声源复杂或者声音传播途径复杂的情况下仍然能起到很好的吸声隔声效果，需要对其进行改进。
发明内容
针对现今天然植物纤维作为吸声材料存在较多不足的现状，本发明提供了一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法，该方法以天然纤维为原料，对其处理后再制成浇注成型，与未经处理的天然纤维相比，本发明所得产品低频隔声吸声效果大大提高。
本发明选用来源广泛且廉价的天然纤维为原料，经碱处理和氧化处理使其分散成亚纤维状态，然后将分散的亚纤维在胶黏剂粘结作用下直接浇注成型或与弹性薄膜复合浇注成型。具体技术方案如下：
一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将天然纤维放入碱性物质溶液中进行碱解，然后水洗至中性，干燥；或者将天然纤维先放入碱性物质溶液中进行碱解，然后放入氧化剂溶液中进行氧化处理，氧化处理后水洗至中性，干燥；
（2）将干燥后的天然纤维加入胶黏剂溶液中，充分搅拌混合使天然纤维悬浮在胶粘剂溶液中；
（3）将步骤（2）的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料；或者将步骤（2）的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物与弹性薄膜依次放入模具中，热压成型，形成表面为天然纤维、中间为弹性薄膜的层状结构，即为具有低频吸声隔声功能的纤维材料。
上述制备方法中，所述天然纤维包括剑麻纤维。天然纤维的直径一般为100~200um，长度为2~5mm。
上述制备方法中，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和氢氧化钙中的一种或多种。所述氧化剂为硝酸、双氧水、浓硫酸和高锰酸钾中的一种或多种。
上述制备方法中，碱性物质溶液和氧化剂溶液所用的溶剂均选自：水、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、异丙醇或乙二醇单乙醚。
上述制备方法中，所述胶黏剂为环氧树脂、聚氨酯、酚醛树酯、脲醛树酯和氰基丙烯酸酯中的一种或多种。
上述制备方法中，所述胶粘剂溶液是将胶粘剂溶解在下述溶剂中形成的溶液，溶剂选自：苯、二氯甲烷、丁酮或去离子水。
上述制备方法中，所述薄膜为聚乙烯（PE）薄膜、聚氯乙烯(PVC)薄膜、 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物( EVA)薄膜和聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜中的一种或多种。所述弹性薄膜的厚度为0.04-0.06mm。
上述步骤（1）中，所述碱性物质溶液的浓度为5～20wt%，所述氧化剂溶液的浓度为5～30wt%。
上述步骤（1）中，碱解的过程是：将天然纤维放入碱性物质溶液中，在70～85℃浸泡6～10小时。氧化处理的过程是：将碱解后的天然纤维放入氧化剂溶液中，在70～85℃浸泡6～10小时。
上述步骤（1）中，天然纤维水洗至pH=7，然后在50～70℃下干燥。
上述步骤（2）中，处理后的天然纤维与胶黏剂溶液混合后，采用机械高速搅拌使处理后的天然纤维均匀悬浮在胶黏剂溶液中。天然纤维与胶黏剂溶液的质量比为1:2-6。胶黏剂溶液的浓度一般为15-30wt%。
上述步骤（3）中，可以将步骤（2）的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物一次性全部浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料；也可以在浇注的过程中加入弹性薄膜，增强吸声隔声效果，弹性薄膜的一共加入1-6层。弹性薄膜与天然纤维和胶黏剂溶液的混合物交替叠加，使最终的低频吸声隔声功能的纤维材料呈层状结构。以弹性薄膜为2层为例，加入弹性薄膜的操作可以是：先在模型中浇注入一层天然纤维与胶黏剂溶液的混合物，然后铺上一层弹性薄膜，然后再浇注入一层天然纤维与胶黏剂溶液的混合物，再铺上一层弹性薄膜，最后将剩余的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物全部浇注入模具中，热压成型。优选的，在加入弹性薄膜后，因弹性薄膜而分隔的各层天然纤维与胶黏剂溶液的混合物厚度相同。
上述步骤（3）中，热压成型的步骤和工艺条件为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2～8MPa，然后冷却到室温开模成型；
上述步骤（3）中，所得具有低频吸声隔声功能的纤维材料的厚度为6-12mm。同时含有天然纤维和弹性薄膜的纤维材料的结构图如图1所示，由天然纤维与胶黏剂溶液的混合物形成的天然纤维层与弹性薄膜层交替叠加成层状结构，各天然纤维层优选厚度相同。弹性薄膜分布在纤维材料的内部，表面均为天然纤维层。
本发明选用来源广泛且廉价的天然纤维为原料，先经碱处理和氧化处理，使其表面润胀松散，产生大量微米级的亚纤维，增加纤维表面积，增加声波进入纤维的途径，然后将该亚纤维状态的天然纤维在胶黏剂粘结作用下直接制成或与弹性薄膜一起制成本发明纤维材料，该制备方法简单、绿色环保、成本低，弹性薄膜的加入不仅能有效反射入射声波,而且还可以在声波产生的振动载荷作用下通过分子间的摩擦吸收部分声能圈，提高低频吸隔声效果。当声波经过本发明产品时，由于纤维与弹性薄膜声阻抗的差距，实现了两界面间的声波反射，从而减少了传播声波的能力，起到了很好的吸声隔声效果。
附图说明
图1为本发明具有低频吸声隔声功能的纤维材料的内部结构示意图。
图2为本发明制备的具有低频吸声隔声功能的纤维材料的图片。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行进一步说明，下述说明仅是示例性的，并不对其内容进行限制。下述实施例中，所用胶黏剂均购自广州冠志化工有限公司，所用弹性薄膜购自济南朝旭仪器设备有限公司。如无特别说明，下述浓度均为重量百分浓度。
实施例1
1、将直径100um、长度2mm的剑麻纤维放入20wt%NaOH水溶液中，加热至70℃浸泡6h，后水洗至中性，在50℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:5与18wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
3、将上述剑麻纤维悬浮液浇注入模具中，采用热压成型工艺成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
实施例2
1、将直径100um、长度2mm的剑麻纤维放入5wt%NaOH水溶液中，加热至70℃浸泡6h，然后将碱处理的剑麻纤维在15%的H2O2水溶液中，加热至70℃浸泡6h，后水洗至中性，在50℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:5与18wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
3、将上述剑麻纤维悬浮液浇注入模具中，采用热压成型工艺成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
实施例3
1、将直径100um、长度2mm的剑麻纤维放入5wt%NaOH水溶液中，加热至70℃浸泡6h，然后将碱处理的剑麻纤维在15%的H2O2水溶液中，加热至70℃浸泡6h，后水洗至中性，在50℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:5与18wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
、先在模型中浇注入一层剑麻纤维悬浮液，然后铺上一层PE弹性薄膜（厚度0.05mm，下同），然后再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，最后将剩余的剑麻纤维悬浮液全部浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。所得产品呈层状结构，剑麻纤维悬浮液形成的剑麻纤维层与PE弹性薄膜交替叠加，各层剑麻纤维层厚度一致，产品表面均为剑麻纤维层。
实施例4
按照实施例3的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：PE弹性薄膜为4层，浇注过程是：先在模型中浇注入一层剑麻纤维悬浮液，然后铺上一层PE弹性薄膜（厚度0.05mm，下同），再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，最后将剩余的剑麻纤维悬浮液全部浇注入模具中，热压成型。所得产品呈层状结构，剑麻纤维悬浮液形成的剑麻纤维层与PE弹性薄膜交替叠加，各层剑麻纤维层厚度一致，产品表面均为剑麻纤维层。
实施例5
按照实施例3的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：PE弹性薄膜为6层，所得产品呈层状结构，剑麻纤维悬浮液形成的剑麻纤维层与PE弹性薄膜交替叠加，各层剑麻纤维层厚度一致，产品表面均为剑麻纤维层。
实施例6
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：胶黏剂为环氧树脂，天然纤维与胶黏剂水溶液的质量比为1:6，胶黏剂水溶液的浓度为30wt%。
实施例7
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：胶黏剂为氰基丙烯酸酯，天然纤维与胶黏剂水溶液的质量比为2:5，胶黏剂水溶液的浓度为20wt%。
实施例8
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：胶黏剂为脲醛树酯，天然纤维与胶黏剂水溶液的质量比为1:4，胶黏剂水溶液的浓度为25wt%。
实施例9
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：弹性薄膜为聚氯乙烯(PVC)薄膜。
实施例10
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：弹性薄膜为乙烯-醋酸乙烯酯共聚物( EVA)薄膜。
实施例11
按照实施例5的方法制备具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm，不同的是：弹性薄膜为聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜。
实施例12
1、将直径150um、长度3mm的剑麻纤维放入15wt%NaOH水溶液中，加热至75℃浸泡7h，然后将碱处理的剑麻纤维放入10%的H2O2水溶液中，加热至85℃浸泡10h，后水洗至中性，在60℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:3与20wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
3、先在模型中浇注入一层剑麻纤维悬浮液，然后铺上一层PE弹性薄膜（厚度0.05mm，下同），然后再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，最后将剩余的剑麻纤维悬浮液全部浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm；热压成型的过程为将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
实施例13
1、将直径175um、长度4mm的剑麻纤维放入10wt%NaOH水溶液中，加热至85℃浸泡8小时，然后将碱处理的剑麻纤维放入15%的H2O2水溶液中，加热至80℃浸泡10小时，后水洗至中性，在65℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比2:5与25wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
3、先在模型中浇注入一层剑麻纤维悬浮液，然后铺上一层PE弹性薄膜（厚度0.05mm，下同），再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，最后将剩余的剑麻纤维悬浮液全部浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为10mm；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
实施例14
1、将直径200um、长度5mm的剑麻纤维放入5wt%NaOH水溶液中，加热至80℃浸泡10小时，然后将碱处理的剑麻纤维加入20%的H2O2水溶液中，加热至85℃浸泡8小时，后水洗至中性，在70℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:5与30wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维悬浮液。
3、先在模型中浇注入一层剑麻纤维悬浮液，然后铺上一层PE弹性薄膜（厚度0.05mm，下同），再浇注入一层剑麻纤维悬浮液，再铺上一层PE弹性薄膜，重复此操作直至铺上6层PE弹性薄膜，最后采用热压成型工艺成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为12mm；；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
对比例1
1、将直径100um、长度2mm的剑麻纤维放入20wt%NaOH水溶液中，加热至70℃浸泡6h，后水洗至中性，在50℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:1与18wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，采用机械高速搅拌，所得混合物粘度大，无法浇注。
对比例2
1、将直径100um、长度2mm的剑麻纤维放入20wt%NaOH水溶液中，加热至70℃浸泡6h，后水洗至中性，在50℃干燥箱中烘干。
2、将处理后的剑麻纤维按质量比1:5与18wt%聚氨酯胶黏剂水溶液混合，然后按照剑麻纤维：聚乙烯树脂颗粒=2:1的质量比加入聚乙烯树脂颗粒，采用机械高速搅拌，直至剑麻纤维和聚乙烯树脂颗粒均匀悬浮分散在混合物中，记为剑麻纤维-聚乙烯悬浮液。
3、将上述剑麻纤维-聚乙烯悬浮液浇注入模具中，采用热压成型工艺成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料，厚度为8mm；热压成型的过程为：将浇注的模具在热压成型机上热压固化获得吸声材料，热压时间为4～10分钟，热压温度为80～140℃，热压压力为2-8MPa，然后冷却到室温开模成型。
将实施例和对比例得到的纤维材料样品按照国家标准GB-T 18696.2-2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分.传递函数法》、通过声学阻抗管进行法向吸声系数测量，各样品在低频下的吸声系数如下表1所示。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (10)

1.一种具有低频吸声隔声功能的纤维材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）将天然纤维放入碱性物质溶液中进行碱解，然后水洗至中性，干燥；或者将天然纤维先放入碱性物质溶液中进行碱解，然后放入氧化剂溶液中进行氧化处理，氧化处理后水洗至中性，干燥；
（2）将干燥后的天然纤维加入胶黏剂溶液中，充分搅拌混合使天然纤维悬浮在胶粘剂溶液中；
（3）将步骤（2）的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物浇注入模具中，热压成型，得具有低频吸声隔声功能的纤维材料；或者将步骤（2）的天然纤维与胶黏剂溶液的混合物与弹性薄膜依次放入模具中，热压成型，形成表面为天然纤维、中间为弹性薄膜的层状结构，即为具有低频吸声隔声功能的纤维材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述弹性薄膜为聚乙烯薄膜、聚氯乙烯薄膜、 乙烯-醋酸乙烯酯共聚物薄膜和聚对苯二甲酸乙二酯薄膜中的一种或多种；所述天然纤维包括剑麻纤维；所述胶黏剂为环氧树脂、聚氨酯、酚醛树酯、脲醛树酯和氰基丙烯酸酯中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述弹性薄膜的厚度为0.04-0.06mm；弹性薄膜的层数为1-6层。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：所述弹性薄膜分隔后的各天然纤维层厚度相同。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，天然纤维的直径为100~200um，长度为2~5mm；步骤（3）中，所得具有低频吸声隔声功能的纤维材料的厚度为6-12mm。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，天然纤维与胶黏剂溶液的质量比为1:2-6，胶黏剂溶液的浓度为15-30wt%。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中，热压成型的压力为2～8MPa，热压成型的温度为80～140℃，热压成型的时间为4～10分钟。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述碱性物质为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠和氢氧化钙中的一种或多种；所述氧化剂为硝酸、双氧水、浓硫酸和高锰酸钾中的一种或多种。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述碱性物质溶液和氧化剂溶液所用的溶剂均选自：水、苯、甲苯、二甲苯、丙酮、丁酮、甲醇、乙醇、异丙醇和乙二醇单乙醚中的一种或多种；步骤（2）中，所述胶粘剂溶液的溶剂选自苯、二氯甲烷、丁酮或去离子水。
10.根据权利要求1-4、8中任一项所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述碱性物质溶液的浓度为5~20wt%，碱解的过程是：将天然纤维放入碱性物质溶液中，在70~85℃浸泡6~10小时；步骤（1）中，所述氧化剂溶液的浓度为5~30wt%，氧化处理的过程是：将碱解后的天然纤维放入氧化剂溶液中，在70~85℃浸泡6~10小时。
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