P.Katkar，P.V.Kadole，A.Bhute

DKTES’s 紡織與工程學(xué)會(huì)(印度)

非織造布可由多種制備工藝制造，其中，針刺工藝在大批量生產(chǎn)低密度氈結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用最廣泛。因密度低和微觀結(jié)構(gòu)不均勻的特點(diǎn)，針刺非織造布的拉伸性能較不穩(wěn)定，同時(shí)無(wú)法滿足復(fù)雜的拉伸性能需求，從而導(dǎo)致針刺非織造布無(wú)法應(yīng)用于需大承載力的領(lǐng)域。在針刺非織造布基體中加入化合物如聚合物黏合劑可解決這一問(wèn)題。事實(shí)上，這種多孔結(jié)構(gòu)非常有利于復(fù)合材料的制備，因?yàn)樗墒咕酆衔锘w很容易地貫穿其中。因此，可采用針刺非織造布工藝制備復(fù)合材料的增強(qiáng)基布，并在其上澆筑樹(shù)脂，從而結(jié)合非織造布結(jié)構(gòu)和樹(shù)脂材料的性能優(yōu)勢(shì)，制備可應(yīng)用于諸多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的復(fù)合材料。

合成纖維工業(yè)產(chǎn)生的廢棄物越來(lái)越多，產(chǎn)生的問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。合成纖維的處理方式(掩埋或焚燒)不當(dāng)易導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題。減少對(duì)環(huán)境的負(fù)荷并有效利用這些廢棄物至關(guān)重要。

非織造布因其比表面積大而非常適用于聲學(xué)控制。然而，在所有的應(yīng)用環(huán)境中，單獨(dú)采用非織造布吸聲并不能提供令人滿意的解決方案。復(fù)合材料形式的吸聲材料則在質(zhì)量、強(qiáng)度、剛度、厚度和表面質(zhì)量等方面滿足一定的條件。

基于此，本文嘗試采用假發(fā)制造業(yè)中產(chǎn)生的合成纖維廢料為原料，開(kāi)發(fā)一種隔音復(fù)合材料。

1 試驗(yàn)

以合成纖維廢料為原料，制備聚丙烯/聚丙烯腈(PP/PAN)非織造布吸聲試樣。首先，制備不同面密度的非織造布作為增強(qiáng)基布，然后，將其與各類樹(shù)脂復(fù)合，制得復(fù)合材料試樣。

1.1 材料

用于非織造布的纖維：PP/PAN混合廢料；

纖維混比：m(PP)∶m(PAN)=80∶20；

針刺非織造布面密度：300，400和500 g/m2；

樹(shù)脂類型：不飽和聚酯、乙烯酯及環(huán)氧丙烯酸酯。

1.2 方法

在德國(guó)Dilo公司的M/S型針刺樣機(jī)上，以PP/PAN混纖廢料為原料制備3種不同面密度的針刺非織造布。然后，將其分別與3種不同類型的樹(shù)脂復(fù)合，制得9種復(fù)合材料試樣，如表1所示。采用TaguchiL9正交法進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)并分析測(cè)試結(jié)果。

表1 9種復(fù)合材料試樣

2 結(jié)果與和討論

根據(jù)試驗(yàn)安排，制備了3種不同面密度的PP/PAN纖維針刺非織造布，并將其與3種不同類型的樹(shù)脂復(fù)合，制備獲得9種復(fù)合材料試樣。然后，測(cè)試這9種復(fù)合材料試樣的物理性能并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2.1 復(fù)合材料試樣的面密度

Taguchi分析證實(shí)，作為增強(qiáng)基的非織造布的面密度對(duì)最終復(fù)合材料試樣的面密度有顯著影響(P=0.00)。研究表明，復(fù)合材料試樣的面密度隨著非織造布面密度的增大及樹(shù)脂用量的增大而增大。所采用的樹(shù)脂類型也影響復(fù)合材料試樣的面密度。澆筑相同面密度的針刺非織造布，采用環(huán)氧丙烯酸酯時(shí)其用量比乙烯酯大，不飽和聚酯的用量最少。圖1為復(fù)合材料試樣的面密度分析結(jié)果。

圖1 復(fù)合材料試樣的面密度

2.2 復(fù)合材料試樣的厚度

復(fù)合材料試樣的厚度隨著針刺非織造基布厚度的增大而顯著增大(P=0.00)。樹(shù)脂種類對(duì)采用相同面密度的針刺非織造布制備的復(fù)合材料試樣的厚度也有顯著的影響(P=0.00)，這可能與所用樹(shù)脂的量有關(guān)，澆筑針刺非織造布所消耗的不飽和聚酯量最少，因而其復(fù)合材料試樣的厚度最小。Taguchi分析也表明，作為增強(qiáng)基的非織造布的厚度對(duì)最終復(fù)合材料試樣厚度的影響大于所采用樹(shù)脂種類的影響。圖2為復(fù)合材料試樣的厚度分析結(jié)果。

圖2 復(fù)合材料試樣的厚度

2.3 復(fù)合材料試樣的密度和孔隙率

Taguchi分析表明，復(fù)合材料試樣制備過(guò)程中所用樹(shù)脂種類對(duì)復(fù)合材料試樣的密度和孔隙率有較大的影響(P=0.00)。因不飽和聚酯的密度較大，因此使用該類型樹(shù)脂形成的復(fù)合材料試樣的密度大于采用乙烯酯和環(huán)氧丙烯酸酯形成的復(fù)合材料試樣。圖3為復(fù)合材料試樣的密度分析結(jié)果。

圖3 復(fù)合材料試樣的密度

隨著復(fù)合材料試樣面密度的增大，其孔隙率顯著減小(P=0.01)。圖4為復(fù)合材料試樣的孔隙率分析結(jié)果。

圖4 復(fù)合材料試樣的孔隙率

因乙烯酯的密度較小，使用乙烯酯的復(fù)合材料試樣的孔隙率也較小，澆鑄過(guò)程中，密度小的乙烯酯較容易通過(guò)非織造布的各纖維層，因此，其在非織造基布上具有較好的穿透性。

當(dāng)非織造布的面密度較大時(shí)，復(fù)合材料試樣的孔隙率顯著降低，其原因有兩方面，一方面，隨著非織造布面密度的增大，纖維體積率增大，其與樹(shù)脂的接觸面積得以增大；另一方面，隨著非織造布面密度的增大，復(fù)合材料試樣的厚度增加，樹(shù)脂的滲透性降低，導(dǎo)致復(fù)合材料試樣的孔隙率降低。

2.4 復(fù)合材料試樣的吸聲效果

非織造復(fù)合材料試樣的吸聲效果明顯，如圖5所示。統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，非織造布的面密度和樹(shù)脂種類這兩個(gè)變量對(duì)復(fù)合材料試樣的吸聲效果有顯著的影響(P<0.00)。3種含樹(shù)脂的復(fù)合材料試樣中，采用環(huán)氧丙烯酸酯的復(fù)合材料試樣因具有較大的厚度而表現(xiàn)出更好的吸聲性能。隨著非織造布面密度的增大，復(fù)合材料試樣的厚度增加，從而提高了對(duì)聲波的阻隔效果，使復(fù)合材料試樣的吸聲率得以提高。

圖5 復(fù)合材料試樣的吸聲率

3 結(jié)論

研究表明，非織造布經(jīng)樹(shù)脂強(qiáng)化后，其吸聲性能有所提高。因此，可將非織造布增強(qiáng)復(fù)合材料用作吸聲材料。樹(shù)脂類型和非織造布的面密度對(duì)最終非織造布增強(qiáng)復(fù)合材料的性能有較大的影響。較大的非織造布面密度可明顯增加復(fù)合材料試樣的面密度和厚度。含有環(huán)氧丙烯酸酯的復(fù)合材料試樣表現(xiàn)出更好的吸聲性能。