CN111253145A - 一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法，该复合材料包括以下质量份组分：增强体10‑40份，隔热吸声体5‑35份；通过(1)配制前驱体溶液；(2)前驱体溶液浸渍增强体；(3)溶胶‑凝胶反应；(4)洗涤和干燥以后，最终得到。与现有技术相比，本发明兼顾了隔热、吸声和抗压、抗拉四大特性，具有巨大的应用价值。

Description

一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸声材料领域，具体涉及一种纤维增强的吸声复合材料及其制备方法。
背景技术
金属纤维吸声板是一种厚度较薄，质量较轻的金属吸声材料。兼具传统吸声材料，如超细玻璃棉、矿物棉、岩棉的所有优点，并克服其缺点，易于加工、安装及清洗，且有极好的装饰功能。与一般传统纤维性吸音材料相比较，传统材料质地较软，强度较低，有机纤维吸声材料吸湿率较高，容易燃烧，而无机纤维吸声材料不容易分解，会严重污染环境，同时可能会导致人体过敏的现象发生。此外，有些吸声材料，如颗粒状吸声材料在安装过程中，会有颗粒物坠落，引起危险；泡沫吸声材料会在使用一段时间后，发生老化，使用温度大幅度降低，吸湿后吸声系数严重下降等诸多问题。而金属纤维吸声板具有诸多优良特性，可广泛应用于船舶舱室、车体、飞机、工业厂房天花板，机械振动发动机等吸声领域。
但是，金属纤维本身具有很高的导热性，使得金属纤维吸声板的隔热性能不好，虽然可以在金属纤维吸声板中添加气凝胶，但是一般的气凝胶与金属的表面结合力不高，这对增强金属纤维吸声板的力学性能，尤其是抗压性能很不利。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种隔热性能良好、力学性能优异的纤维增强的吸声复合材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种纤维增强的吸声复合材料，该复合材料包括以下质量份组分：增强体10-40份，隔热吸声体5-35份。
进一步地，所述的增强体的厚度为3-40mm，密度为100-400kg/m3。
进一步地，所述的增强体的结构形式包括纤维网胎、纤维布铺层、针刺纤维毡或2.5D编织体，
进一步地，所述的增强体包括由金属纤维和非金属纤维编织而成的纤维毡，所述的非金属纤维包括石英纤维、玻璃纤维、莫来石纤维或高硅氧纤维中的一种或多种，所述的金属纤维包括铝纤维、不锈钢纤维、铜纤维或银纤维中的一种或多种。
进一步地，所述的金属纤维和非金属纤维的质量比为(0.2-5):1。
进一步地，所述的隔热吸声体为粒径为30-80nm的有机硅气凝胶颗粒。
一种如上所述的纤维增强的吸声复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)配制前驱体溶液：将有机硅、碱和表面活性剂溶解于稀酸中，剧烈搅拌后得到前驱体溶液；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：采用常压浸渍法、低压灌注法或真空浸渍法，将前驱体溶液充分浸渍增强体；
(3)溶胶-凝胶反应：将浸渍前驱体溶液的增强体置于密封的模具中，然后进行溶胶-凝胶反应，并老化一段时间，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料用洗涤剂洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
进一步地，所述的有机硅包括二官能度硅烷：二甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷；三官能度硅烷：甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷；还有四官能度硅烷正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的一种或多种；优选三官能度硅烷与二官能度硅烷按摩尔比(0-1.2):(3.8-5)进行组合。
所述的碱包括尿素、碳酸氢铵或碳酸铵中的一种或多种；
所述的表面活性剂包括十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵中；
所述的稀酸包括稀甲酸、稀乙酸或稀乙二酸；
所述的洗涤剂包括甲醇、乙醇、异丙醇或水中的一种或多种。
进一步地，所述的稀酸的浓度为1-10mmol/L，所述的有机硅、碱、表面活性剂和稀酸的质量比为(10-40):(10-40):(2-10):40。
进一步地，步骤(1)中所述的搅拌的时间为0.5-1h，步骤(3)中所述的反应温度为60-120℃，时间为8-24h，所述的老化的时间为0-24h，步骤(4)中所述的干燥温度为20-120℃，时间为8-24h。
首先想要强调的是，本发明基于不同的金属纤维与不同的非金属纤维混编而成的纤维增强体，填充有机硅气凝胶颗粒以后，使得复合材料的力学性能、吸声性能和隔热性能同步上升。
对于力学性能而言，本领域技术人员往往认为，材料的压缩模量与拉伸强度是同步的，也就是说，一种材料体系的抗拉和抗弯性能越好，那么它的抗压性能也会越好。但经过发明人分析后，不同的纤维带来的不同材料体系，它们的抗压和抗拉抗弯性能并不是由同一个因素决定。金属纤维表面由于缺少有机基团，使得表面与有机硅气凝胶的界面结合能力较弱，这不利于复合材料的基体主导的性能，比如抗压性能；而且，金属纤维抗氧化性较弱，在有氧环境下很容易被氧化，使得机械性能受损，可能会发生一些不可控的情况；同时，金属纤维的热导率偏高，使得材料自身的隔热性能有大幅度下降。不过，金属纤维往往自身具有拉伸模量高、拉伸强度大等优势，有利于大幅度提高复合材料的拉伸方面的性能。相比之下，非金属纤维表面的有机基团就很多，这增强了非金属纤维与有机硅气凝胶的结合性，更有益于基体的填充，使得基体主导的性能，比如抗压性能，得到提高；而且非金属纤维，尤其是陶瓷纤维热导率较金属纤维低，更有利于隔热性能。不过，非金属纤维更加具有脆性，往往拉伸模量不及金属纤维，使得非金属纤维对复合材料的抗拉性能不利，因此在混编时不能掺入太多。
本发明就是将金属纤维和非金属纤维混编组合，取长补短，相得益彰，由自身模量高的金属纤维赋予复合材料优异的拉伸强度；由与气凝胶界面结合良好的非金属纤维赋予复合材料优异的压缩模量，并且利用其隔热性良好的优势，还可以进一步地将材料的隔热性提升一个档次。
对于隔热性能而言，首先，传热有三种途径，热传导、热对流和热辐射，在低温下，热辐射的影响可以忽略不计，暂不讨论。对于热传导而言，降低材料的整体密度就可以减小热传导的作用，但是，纤维增强的气凝胶复合材料密度的降低势必会导致内部的填充的不足，内部产生大量的空腔，使得气体热对流的传播途径不可忽略；使得热导率不降反升。对于热传导而言，使材料更加致密，没有空隙就会从原理上抑制热对流，不过，致密的材料无论从密度和柔性都会有巨大的削弱，也就是说，想要同时减小热对流和热传导的作用也是一件非常有挑战性的事。
本发明采用溶胶凝胶法，在水系的环境下，采用一锅法制备出粒径为30-120nm的有机硅气凝胶颗粒，通过有机硅在前驱体溶液浓度的调控，以及各种有机硅之间比例的调控来对颗粒的粒径和在复合材料内的填充密集程度进行调整，使复合材料内部的平均孔径为55nm，这个尺寸小于了空气分子的自由程，首先降低了热对流这一途径，而气凝胶颗粒本身就是一种颗粒密度很低的物质，填充后也不会过分地增大复合材料的整体密度，也抑制了热传导的提升。具体而言，四官能度和三官能度有机硅的组合，二官能度和三官能度有机硅的组合，这两种组合方式是极为优秀的技术方案，以甲基二甲氧基硅烷和甲基三甲氧基硅烷这两种二和三官能度有机硅的组合为例，甲基三甲氧基硅烷水解后，硅原子会分别于三个羟基和一个甲基相连，在碱催化缩合交联的过程中，三个羟基会朝着三个方向相互交联形成三维网络空间结构，如果仅仅只有甲基三甲氧基硅烷这一种有机硅，形成的气凝胶颗粒粒径只能生长到大约三十纳米就发生链终止反应，不过甲基二甲氧基硅烷水解后，硅原子会分别于两个羟基和两个甲基相连，在碱催化缩合交联的过程中，两个羟基会起到桥梁作用将整个有机硅颗粒空间结构进行二维的扩张，使粒径能够进一步增大，也就是说有机硅比例上的组合是可以从分子结构的尺度调控粒径的，进一步说，其实酸的浓度和碱的浓度也可以从微观结构的尺度对粒径进行调控，原则上来说，酸的浓度越小，碱的浓度越大，会使颗粒的粒径变小。要知道，如果酸的浓度过小，会导致前驱体溶液不澄清，也就是组分无法完全溶进水中，无法反应，碱的浓度过大会产生微观的位阻效应，影响孔的生长，同时，碱在水中的溶解度也是有限的，不可能无限增大。
对于吸声性能而言，金属纤维或者非金属纤维编织形成的纤维毡本身就是很好的吸声材料，只是这类吸声材料的吸声性能还可以通过填充气凝胶颗粒，使得内部形成多孔结构来进一步提升吸声效果。究其原因，吸声的机理本身就是将声音的振动机械能转化为热能并存储的一个过程，那么内部的多孔结构可以对声能起到很好的引导作用，迫使声能进入到材料体系，又由于声能来不及从材料逃离，而不得不转换成热能，被材料本身吸收，那么材料内部的多孔结构也相当重要，参考隔热性能方面的描述，气凝胶的填充会给材料内部带来丰富的孔道结构，这给材料吸声又提供了良好途径，因为声音进入到复合材料体系时，相比于比纯的纤维毡而言，更难从材料体系中逃逸，进而使整个材料的吸声性能提升。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)本发明将金属纤维和非金属纤维混编组合，取长补短，相得益彰，由自身模量高的金属纤维赋予复合材料优异的拉伸强度；由与气凝胶界面结合良好的非金属纤维赋予复合材料优异的压缩模量，并且利用其隔热性良好的优势，还可以进一步地将材料的隔热性提升一个档次；
(2)本发明利用有机硅比例和浓度的不同，以及制备工艺的不同，可以对颗粒的粒径和在复合材料内的填充密集程度进行调整，使复合材料内部的平均孔径为55nm，这个尺寸小于了空气分子的自由程，首先降低了热对流这一途径，而气凝胶颗粒本身就是一种颗粒密度很低的物质，填充后也不会过分地增大复合材料的整体密度，也抑制了热传导的提升，进而增强了它的隔热性能；
(3)本发明同时利用了气凝胶的填充，给材料内部带来丰富的孔道结构，给复合材料吸声又提供了良好途径，因为声音进入到复合材料体系时，相比于比纯的纤维毡而言，更难从材料体系中逃逸，进而使整个材料的吸声性能提升；
(4)本发明利用了非金属纤维和金属纤维混编作为增强体的主体，又利用气凝胶的填充赋予材料内部丰富的孔结构以提升其吸声性能，同时，通过工艺条件来设计气凝胶填充物的颗粒尺寸，从传热途径方面彻底降低热导率，综合起来，本发明的复合材料兼顾了隔热、吸声和抗压、抗拉四大特性，具有巨大的应用价值。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于5mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为10:30:2:40；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铝纤维和石英纤维按0.2:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.232kg/m3，其室温热导率为0.030W/m·K，材料平均孔径为40nm，拉伸强度为5.8MPa，拉伸均匀伸长率为5.12％，压缩模量为28.1MPa，平均吸声系数α为1.25。
实施例2
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于5mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为10:30:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为4.2:0.8；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铝纤维和石英纤维按0.5:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.233kg/m3，其室温热导率为0.032W/m·K，材料平均孔径为75nm，拉伸强度为6.8MPa，拉伸均匀伸长率为5.74％，压缩模量为27.3MPa，平均吸声系数α为1.36。
实施例3
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于5mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为10:30:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为3.8:1.2；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铜纤维和莫来石纤维按1:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.231kg/m3，其室温热导率为0.035W/m·K，材料平均孔径为95nm，拉伸强度为6.2MPa，拉伸均匀伸长率为4.88％，压缩模量为27.9MPa，平均吸声系数α为1.35。
实施例4
(1)配制前驱体溶液：将苯基三甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、碳酸氢铵和十六烷基三甲基溴化铵溶解于5mmol/L的乙二酸中，剧烈搅拌1h后得到前驱体溶液，其中有机硅、碳酸氢铵、十六烷基三甲基溴化铵和稀乙二酸的质量比为10:30:2:40，苯基三甲氧基硅烷和二苯基二甲氧基硅烷的摩尔比为3.5:1.5；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为不锈钢纤维和玻璃纤维按1.2:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于60℃烘箱中，经16h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中24h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.235kg/m3，其室温热导率为0.038W/m·K，材料平均孔径为105nm，拉伸强度为7.1MPa，拉伸均匀伸长率为5.55％，压缩模量为29.5MPa，平均吸声系数α为1.30。
实施例5
(1)配制前驱体溶液：将乙烯基三甲氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、碳酸氢铵和十六烷基三甲基溴化铵溶解于5mmol/L的乙二酸中，剧烈搅拌1h后得到前驱体溶液，其中有机硅、碳酸氢铵、十六烷基三甲基溴化铵和稀乙二酸的质量比为10:30:2:40，乙烯基三甲氧基硅烷和苯基甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为3.4:1.6；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为不锈钢纤维和玻璃纤维按1.5:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于60℃烘箱中，经16h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中24h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.235kg/m3，其室温热导率为0.036W/m·K，材料平均孔径为110nm，拉伸强度为6.1MPa，拉伸均匀伸长率为5.38％，压缩模量为20.5MPa，平均吸声系数α为1.20。
实施例6
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于1mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为10:40:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为3.8:1.2；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为不锈钢纤维和玻璃纤维按2:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.231kg/m3，其室温热导率为0.035W/m·K，材料平均孔径为85nm，拉伸强度为6.6MPa，拉伸均匀伸长率为5.81％，压缩模量为26.6MPa，平均吸声系数α为1.20。
实施例7
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于10mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为10:15:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为3.8:1.2；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为170Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铝纤维和玻璃纤维按2.5:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.231kg/m3，其室温热导率为0.039W/m·K，材料平均孔径为98nm，拉伸强度为7.6MPa，拉伸均匀伸长率为5.21％，压缩模量为26.7MPa，平均吸声系数α为1.21。
实施例8
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于5mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为15:30:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为3:2；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为120Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铝纤维和石英纤维按3:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.211kg/m3，其室温热导率为0.026W/m·K，材料平均孔径为45nm，拉伸强度为4.6MPa，拉伸均匀伸长率为6.85％，压缩模量为16.7MPa，平均吸声系数α为1.01。
实施例9
(1)配制前驱体溶液：将甲基三甲氧基硅烷、二甲基二甲氧基硅烷、尿素和十六烷基三甲基氯化铵溶解于5mmol/L的乙酸中，剧烈搅拌0.5h后得到前驱体溶液，其中有机硅、尿素、十六烷基三甲基氯化铵和稀乙酸的质量比为20:30:2:40，甲基三甲氧基硅烷和二甲基二甲氧基硅烷的摩尔比为2.6:2.4；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：将密度为350Kg/m3的纤维毡平铺在不锈钢模具中，用上述配备的前驱体溶液在常温常压下缓慢地浸渍纤维毡，直至前驱体溶液完全浸润；纤维毡为铝纤维和石英纤维按5:1的质量比混编而成的纤维毡；
(3)溶胶-凝胶反应：将模具密封，将其放置于80℃烘箱中，经12h的溶胶-凝胶反应、老化成型，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料在常温常压下用甲醇洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后置于50℃的烘箱中12h，再置于80℃烘箱中2h，此时样品基本完全干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
该纤维增强的吸声复合材料的密度为0.467kg/m3，其室温热导率为0.045W/m·K，材料平均孔径为115nm，拉伸强度为9.6MPa，拉伸均匀伸长率为4.28％，压缩模量为36.1MPa，平均吸声系数α为1.11。

Claims (10)

1.一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，该复合材料包括以下质量份组分：增强体10-40份，隔热吸声体5-35份。
2.根据权利要求1所述的一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，所述的增强体的厚度为3-40mm，密度为100-400kg/m3。
3.根据权利要求1所述的一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，所述的增强体的结构形式包括纤维网胎、纤维布铺层、针刺纤维毡或2.5D编织体。
4.根据权利要求1所述的一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，所述的增强体包括由金属纤维和非金属纤维编织而成的纤维毡，所述的非金属纤维包括石英纤维、玻璃纤维、莫来石纤维或高硅氧纤维中的一种或多种，所述的金属纤维包括铝纤维、不锈钢纤维、铜纤维或银纤维中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，所述的金属纤维和非金属纤维的质量比为(0.2-5):1。
6.根据权利要求1所述的一种纤维增强的吸声复合材料，其特征在于，所述的隔热吸声体为粒径为30-80nm的有机硅气凝胶颗粒。
7.一种如权利要求1所述的纤维增强的吸声复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)配制前驱体溶液：将有机硅、碱和表面活性剂溶解于稀酸中，剧烈搅拌后得到前驱体溶液；
(2)前驱体溶液浸渍增强体：采用常压浸渍法、低压灌注法或真空浸渍法，将前驱体溶液充分浸渍增强体；
(3)溶胶-凝胶反应：将浸渍前驱体溶液的增强体置于密封的模具中，然后进行溶胶-凝胶反应，并老化一段时间，得到复合材料；
(4)复合材料的洗涤和干燥：将复合材料用洗涤剂洗涤，将碱和表面活性剂完全洗去，然后干燥，得到纤维增强的吸声复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种纤维增强的吸声复合材料的制备方法，其特征在于，所述的有机硅包括二甲基二甲氧基硅烷、苯基甲基二甲氧基硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷、甲基三甲氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、正硅酸甲酯或正硅酸乙酯中的一种或多种；
所述的碱包括尿素、碳酸氢铵或碳酸铵中的一种或多种；
所述的表面活性剂包括十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵中；
所述的稀酸包括稀甲酸、稀乙酸或稀乙二酸；
所述的洗涤剂包括甲醇、乙醇、异丙醇或水中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的一种纤维增强的吸声复合材料的制备方法，其特征在于，所述的稀酸的浓度为1-10mmol/L，所述的有机硅、碱、表面活性剂和稀酸的质量比为(10-40):(10-40):(2-10):40。
10.根据权利要求7所述的一种纤维增强的吸声复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的搅拌的时间为0.5-1h，步骤(3)中所述的反应温度为60-120℃，时间为8-24h，所述的老化的时间为0-24h，步骤(4)中所述的干燥温度为20-120℃，时间为8-24h。
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