CN111424369A - 一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及吸音材料技术领域，公开了一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法。本发明先将不同粗细的粘胶纤维分别梳理加工成薄网后铺叠成纤网，然后将至少两种纤网按照粘胶纤维的规格从细到粗依次喂入针刺机，针刺加固后得到梯度结构粘胶纤维毡，将其进行预氧化、炭化和活化处理后得到本发明吸音毡。本发明吸音毡的密度从顶层到底层呈现出由小到大的变化，顶层密度小、孔隙较大，噪声易进入吸音毡的内部，减小了噪声反射，当噪声进入密度大的内部时，噪声与吸音毡的摩擦变大，更多的声能转化为热能，噪声能够被完全消耗。本发明吸音毡是一种全频段高吸声材料，低频吸声性能较好，中高频的吸声性能优异且较稳定，能够有效减少环境噪声。

Description

一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸音材料技术领域，尤其涉及一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法。
背景技术
随着人们生活水平的提高，环保、轻质、防火、防腐蚀、价廉的新型吸音材料在室内装饰、汽车内饰、道路屏障、房屋墙体等方面越来越受到青睐，具有广阔的市场前景。但传统的纤维吸声材料在适用性方面都存在一定的局限性。活性炭纤维吸声材料与传统的纤维相比比表面积大，微孔结构发达，孔径分布窄，表面有机官能团丰富，导电、导热、防火性能优良，耐腐蚀，环境协调性优良，环境污染小，再生能力强，使用损耗小，密度小。活性炭纤维材料内部呈独特的三维立体网状结构，纤维之间有大量结构复杂的微小孔隙，孔隙之间相互连通，是一种理想的新型绿色环保多孔吸声材料，对改善环境噪声问题起着举足轻重的作用。
但同其它多孔纤维材料一样，单一结构的活性炭纤维材料的中高频吸声效率较大，在低频部分的吸声较差。同时，材料的吸声特性曲线在高频段出现不同程度的起伏，具有类似频谱的特性。当频率提高时，吸声系数在峰值和谷值之间的范围内起伏变化，在峰值区域，材料的吸声系数较高，吸声效果好，但在吸声谷值区域的吸声效果较差。因此，为了解决这个问题，亟待设计一种低频吸声性能好，中高频的吸声系数频率曲线较平坦的梯度结构活性炭纤维材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法，制备的梯度结构活性炭纤维吸音毡低频吸声性能较好，中高频的吸声性能优异且较稳定。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种梯度结构活性炭纤维吸音毡的制备方法，包括以下步骤：
1)将不同粗细的粘胶纤维进行开松和除杂处理后分别喂入梳理机加工成不同规格的薄网；
2)将所述不同规格的薄网分别通过铺网机在成网帘上左右来回运动，铺叠成不同规格的纤网；
3)将至少2种所述不同规格的纤网按粘胶纤维的规格从细到粗依次喂入针刺机，并通过刺针的不断往复上下运动进行加固，最后形成梯度结构粘胶纤维毡；
4)将所述梯度结构粘胶纤维毡烘干后浸泡在二氢铵溶液中，后取出烘干并进行预氧化处理；
5)在氮气保护下，将步骤4)预氧化处理后得到的纤维毡放入500～600℃的电阻炉中，并以10～15℃/min的升温速度进行炭化处理17～45min；
6)在通入水蒸气的条件下，利用850～950℃的电阻炉将步骤5)炭化处理后得到的纤维毡进行活化处理15～20min，冷却，洗净，烘干后得到梯度结构活性炭纤维吸音毡。
优选的，步骤1)所述粘胶纤维的细度为2～6dtex。
优选的，步骤1)所述喂入梳理机加工的工艺参数为：喂入频率为15～20Hz，道夫速度为1000～1200r/min，斜帘速度为600～800r/min，往复频率为10～20Hz。
优选的，步骤2)所述左右来回运动的速度为20-40m/min。
优选的，步骤3)所述针刺的密度为450～500刺/cm2，所述针刺的速度为600～700r/min，所述针刺的深度为12～15mm。
优选的，所述烘干的温度为100～120℃。
优选的，步骤4)所述浸泡的时间为30～40min。
优选的，步骤4)所述磷酸二氢铵溶液的浓度为5～10wt％。
优选的，步骤4)所述预氧化处理具体为：将纤维毡放入烘箱中后以5～10℃/min的速度升温，当温度升至300～320℃时，预氧化处理结束。
本发明还提供了一种根据上述制备方法制备得到的梯度结构活性炭纤维吸音毡，其中，所述梯度结构活性炭纤维吸音毡的密度从顶层到底层呈现出由小到大的变化。
与现有技术相比，本发明提供了一种梯度结构活性炭纤维吸音毡及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明制备方法简单，制备得到的梯度结构活性炭纤维吸音毡的密度从顶层到底层呈现出由小到大的变化，吸音毡顶层密度小故形成的孔隙较大，使得噪声易进入吸音毡的内部，减小了噪声反射，当噪声继续进入具有较小孔隙的吸音毡内部时，噪声与吸音毡的摩擦变大，更多的声能转化为热能，噪声能够被完全消耗。而且本发明梯度结构活性炭纤维吸音毡是一种全频段高吸声材料，低频吸声性能较好，中高频的吸声性能优异且较稳定，能够有效减少环境噪声，可以产生良好的社会、生态环境效益。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为了进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
本发明所有原料，对其来源没有特别限制，在市场上购买的或按照本领域技术人员熟知的常规方法制备的即可。
实施例1
(1)开松和除杂处理：分别将规格为2.42dtex、3.15dtex、3.77dtex和4.78dtex的4种粘胶纤维进行人工拍打和撕扯，使纤维变得蓬松分散，无杂质；
(2)梳理加工：将进行开松和除杂处理后的4种粘胶纤维分别喂入梳理机，经过梳理被加工成4种薄网，梳理机喂料频率为15Hz，道夫速度为1000r/min，斜帘速度为600r/min，往复频率为10Hz；
(3)铺叠成网：将4种薄网分别通过铺网机在成网帘上左右来回以20m/min速度运动，铺叠成4种纤网；
(4)制备梯度结构粘胶纤维毡：将4种纤网按粘胶纤维规格从细到粗喂入针刺机，针刺机针刺密度为450刺/cm2，针刺速度为600r/min，针刺深度为12mm，刺针不断往复上下运动对纤网进行加固，最后形成梯度结构粘胶纤维毡；
(5)预氧化处理：将梯度结构粘胶纤维毡放到干燥箱里以120℃温度烘干，然后浸泡在质量分数为5％的磷酸二氢铵溶液中并持续静置浸渍30min，取出拧干后放在干燥箱里以120℃温度烘干，然后放入烘箱中，以5℃/min的速度进行升温，当温度升至300℃，预氧化处理结束；
(6)炭化处理：将预氧化处理后得到的纤维毡放入600℃温度的电阻炉中，在氮气保护下开始以15℃/min的升温速度炭化处理17min；
(7)活化处理：通入水蒸气的条件下，将炭化后的纤维毡在在850℃的电阻炉中活化20min，自然冷却，冲洗后放到干燥箱里以120℃温度烘干，制得本实施例梯度结构活性炭纤维吸音毡。
实施例2
(1)开松和除杂处理：分别将规格为3.77dtex、4.78dtex、5.36dtex和6.12dtex的的4种粘胶纤维进行人工拍打和撕扯，使纤维变得蓬松分散，无杂质；
(2)梳理加工：将进行开松和除杂处理后的4种粘胶纤维分别喂入梳理机，经过梳理被加工成4种薄网，梳理机喂料频率为20Hz，道夫速度为1200r/min，斜帘速度为800r/min，往复频率为20Hz；
(3)铺叠成网：将4种薄网分别通过铺网机在成网帘上左右来回以40m/min速度运动，铺叠成4种纤网；
(4)制备梯度结构粘胶纤维毡：将4种纤网按粘胶纤维规格从细到粗喂入针刺机，针刺机针刺密度为500刺/cm2，针刺速度为700r/min，针刺深度为15mm，刺针不断往复上下运动对纤网进行加固，最后形成梯度结构粘胶纤维毡；
(5)预氧化处理：将梯度结构粘胶纤维毡放到干燥箱里以100℃温度烘干，然后浸泡在质量分数为10％的磷酸二氢铵溶液中并持续静置浸渍40min，取出拧干后放在干燥箱里以100℃温度烘干，然后放入烘箱中，以10℃/min的速度进行升温，当温度升至320℃，预氧化处理结束；
(6)炭化处理：将预氧化处理后得到的纤维毡放入500℃温度的电阻炉中，在氮气保护下开始以10℃/min的升温速度炭化处理45min；
(7)活化处理：通入水蒸气的条件下，将炭化后的纤维毡在在950℃的电阻炉中活化15min，自然冷却，冲洗后放到干燥箱里以100℃温度烘干，制得本实施例梯度结构活性炭纤维吸音毡。
测试例：
以单一结构活性炭纤维毡作为对照品，测试实施例1～2得到的梯度结构活性炭纤维吸音毡和对照品在频率为250～6300Hz时的吸声系数，测试结果见表1。
表1
Figure BDA0002426968430000031
由表1可知，本发明梯度结构活性炭纤维吸音毡的吸声系数总体随着频率的增加而逐渐增加，在低频段吸声系数>0.18，与单一结构活性炭纤维毡相比有了明显提高；在高频段时吸声系数最高能达到0.925，虽然在高频段吸声系数出现不同程度的起伏，但总体起伏不大。这些测试结果表明本发明梯度结构活性炭纤维吸音毡低频吸声性能较好，中高频的吸声性能优异且稳定。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种梯度结构活性炭纤维吸音毡的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)将不同粗细的粘胶纤维进行开松和除杂处理后分别喂入梳理机加工成不同规格的薄网；
2)将所述不同规格的薄网分别通过铺网机在成网帘上左右来回运动，铺叠成不同规格的纤网；
3)将至少2种所述不同规格的纤网按粘胶纤维的规格从细到粗依次喂入针刺机，并通过刺针的不断往复上下运动进行加固，最后形成梯度结构粘胶纤维毡；
4)将所述梯度结构粘胶纤维毡烘干后浸泡在二氢铵溶液中，后取出烘干并进行预氧化处理；
5)在氮气保护下，将步骤4)预氧化处理后得到的纤维毡放入500～600℃的电阻炉中，并以10～15℃/min的升温速度进行炭化处理17～45min；
6)在通入水蒸气的条件下，利用850～950℃的电阻炉将步骤5)炭化处理后得到的纤维毡进行活化处理15～20min，冷却，洗净，烘干后得到梯度结构活性炭纤维吸音毡。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)所述粘胶纤维的细度为2～6dtex。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤1)所述喂入梳理机加工的工艺参数为：喂入频率为15～20Hz，道夫速度为1000～1200r/min，斜帘速度为600～800r/min，往复频率为10～20Hz。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤2)所述左右来回运动的速度为20-40m/min。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤3)所述针刺的密度为450～500刺/cm2，所述针刺的速度为600～700r/min，所述针刺的深度为12～15mm。
6.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为100～120℃。
7.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤4)所述浸泡的时间为30～40min。
8.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤4)所述磷酸二氢铵溶液的浓度为5～10wt％。
9.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤4)所述预氧化处理具体为：将纤维毡放入烘箱中后以5～10℃/min的速度升温，当温度升至300～320℃时，预氧化处理结束。
10.根据权利要求1～9任一项所述制备方法制备得到的梯度结构活性炭纤维吸音毡，其特征在于，所述梯度结构活性炭纤维吸音毡的密度从顶层到底层呈现出由小到大的变化。
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