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《东华大学》 2018年
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静电纺微纳米纤维吸音材料的制备及性能研究

乌园园  
【摘要】:城市化进程及工业的快速发展使噪声污染逐步成为危害人类健康的严重问题。长期处于噪声污染环境中会出现呕吐、消化不良等症状,甚至导致血管痉挛、高血压等疾病;此外,严重的噪声会使机械设备、建筑物等因振动而损坏导致事故频发。因此如何通过有效的办法控制噪声污染具有十分重要的现实意义。利用吸音材料进行噪声控制是目前使用最广泛的方法,其可通过对声能吸收衰减从而达到良好的降噪效果。传统的吸音材料主要有吸音棉、空间吸声体、穿孔板、吸音泡沫等,利用非织造技术制备的纤维多孔材料因成本低廉、工艺简单、性能优良而受到广泛关注。但传统非织造吸音材料的纤维直径大多在微米范围内,其工艺的局限性限制了纤维的进一步细化从而阻碍了吸音性能的改善。静电纺技术打破了纤维细化的局限性,由其生产的纤维材料具有孔隙率高、孔径小、比表面积大、质轻等优势,其制备的集合体中包含较多数量的纤维,使声波与纤维的有效接触面积增加,从而增大了材料对声能的摩擦损耗,可有效提升材料的吸音性能。本课题利用静电纺丝技术,以聚丙烯腈(PAN)为主体聚合物,采用扫描电子显微镜、孔径分析仪和驻波管测试系统对纤维集合体的结构、吸音性能进行测试表征,确定了纺丝浓度为13%获得的PAN纤维形貌较好、直径较小且力学性能适中;进一步探讨了空腔深度及堆叠层数对吸音性能的影响,随空腔深度及层数的增加,最大吸声系数向低频移动,为0.637;分别采用混纺和浸涂的方式使用二氧化硅(SiO_2)纳米颗粒构造粗糙结构,确定了空腔深度为25mm时吸音性能最好的分别为SiO_2含量为8%的PAN/SiO_2混纺膜(B-SiO_2-8)和SiO_2含量为1%的SiO_2@PAN浸涂膜(C-SiO_2-1),最大吸声系数分别为0.51和0.747;此外本课题构筑了具有蓬松、粗糙结构的聚砜(PSU)纤维材料,研究了环境湿度对纤维形貌及吸音性能的影响,并与SiO_2处理后的PAN杂化纤维膜的性能进行对比分析,研究发现45±5%湿度条件下制备的PSU纤维膜(PSU-M)在500~2500Hz频率范围内的性能优于C-SiO_2-1浸涂膜,最大吸声系数为0.796,进一步说明PSU的蓬松结构及表面粗糙有利于更多声能的损耗。最后,将纳米纤维膜与聚酯(PET)针刺毡复合形成复合吸音结构,将其性能与无纳米纤维膜的PET针刺毡进行对比发现:500~2500Hz范围内,复合结构的吸音性能优于纯PET针刺毡,PSU-M和PET针刺毡复合形成的结构(PSU-M/PET)在1600Hz时吸声系数达到最大值0.917,厚度仅增加1/100的条件下吸音性能提高了约3.2倍。结果表明纳米纤维材料与传统非织造多孔材料形成的复合结构有助于改善传统多孔材料较低频率的吸音性能,对噪声控制具有很重要的现实意义。
【学位授予单位】:东华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB34;TQ340.64

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