棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒制備汽車用吸聲內(nèi)飾板的性能研究

酈夢(mèng)薇,邵利鋒,陳紫怡,張 毅,楊 彬

(浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,浙江 紹興 312000)

近年來(lái),輕質(zhì)、吸聲、環(huán)保的天然纖維增強(qiáng)復(fù)合材料越來(lái)越多應(yīng)用于汽車內(nèi)飾用吸聲板材,不僅生態(tài)環(huán)保,而且符合輕量化需求[1]。目前市場(chǎng)上主要有黃麻纖維氈/PHBV 熱壓復(fù)合吸聲板、黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復(fù)合吸聲板2種板材應(yīng)用于汽車內(nèi)飾材料,其低頻平均吸聲系數(shù)可達(dá)0.6左右[2]。然而我國(guó)黃麻主要依賴于從孟加拉國(guó)、印度等國(guó)進(jìn)口,受全球疫情影響,黃麻進(jìn)口總量明顯降低,加上國(guó)內(nèi)黃麻種植產(chǎn)量少,造成黃麻相關(guān)制品生產(chǎn)量縮減。汽車內(nèi)飾廠商正在研究、尋找可以混用或部分替代黃麻來(lái)制備吸聲材料的新型纖維。

前期對(duì)棕櫚進(jìn)行了一定的研究,得出以下結(jié)論:經(jīng)化學(xué)脫膠后的棕櫚纖維長(zhǎng)度約為61 mm,線密度約為14.5 dtex,斷裂強(qiáng)度約為7.5 c N/dtex,略低于黃麻[3];其表面粗糙,內(nèi)部近似蜂窩狀結(jié)構(gòu)、多孔結(jié)構(gòu),具有一定的吸聲效果。同時(shí),參考Johnson-Allar d 吸聲模型[4],結(jié)合萬(wàn)玉峰等[5]研究的轎車針刺非織造布外輪罩材料的設(shè)計(jì)方法與吸聲性能所提出的不同粗細(xì)纖維搭配、適當(dāng)增加面密度、形成梯度多孔結(jié)構(gòu),可改善其綜合吸聲性能;王建輝等[6]研究的通過(guò)添加具有多孔結(jié)構(gòu)粉煤灰陶粒來(lái)制備降噪屏障材料,可顯著改善1 000 Hz以下的吸聲性能等文獻(xiàn)報(bào)道。通過(guò)添加一定量的多孔粉煤灰陶粒,成功制備出棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復(fù)合吸聲板,并得出優(yōu)選工藝參數(shù)為[7]:棕櫚纖維氈、PHBV、多孔粉煤灰三者的質(zhì)量比為37.5∶57.5∶5,棕櫚纖維線密度為14.5 dtex,棕櫚纖維氈為2層,上面層的面密度為143.3 g/m2,下面一層的面密度為102.5 g/m2,此時(shí)復(fù)合材料的低頻平均吸聲系數(shù)為0.66。

通過(guò)對(duì)已制備的棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復(fù)合吸聲板、市場(chǎng)上廣泛運(yùn)用的黃麻吸聲復(fù)合板進(jìn)行低頻平均吸聲系數(shù)、拉伸性能、拉伸斷面形貌、紅外光譜等測(cè)試,并進(jìn)行對(duì)比分析,以期達(dá)到運(yùn)用棕櫚來(lái)混用或部分替代黃麻制備汽車內(nèi)飾用吸聲材料的目的,緩解當(dāng)前黃麻較為緊缺的現(xiàn)狀。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

棕櫚纖維,購(gòu)于湖州富升炭業(yè)有限公司;PHBV 粉末,購(gòu)于寧波天安生物材料有限公司;多孔粉煤灰陶粒,購(gòu)于安徽暢材節(jié)能科技有限公司,其粒徑約為2.0 mm,密度為1.2 g/c m3,耐火度為1 600 ℃,24 h吸水率為21%;黃麻纖維氈/PHBV 熱壓復(fù)合吸聲板(編號(hào)為1#板材,占市場(chǎng)40%左右),黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復(fù)合吸聲板(編號(hào)為2#板材,占市場(chǎng)60%左右),均購(gòu)于廊坊西特科節(jié)能科技有限公司。

1.2 棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復(fù)合吸聲板制備

將棕櫚纖維經(jīng)WL-GK-1-60 型開(kāi)松機(jī)→WL-J-500型給棉機(jī)→WL-GS-A-600型梳理機(jī)→WL-ZGS.ZY-800型預(yù)針刺機(jī)→WL-800型成卷機(jī)→WL-ZGS.ZZ-800型針刺機(jī)(太倉(cāng)雙鳳非織造布設(shè)備有限公司)的針刺工藝制備成面密度為143.3、102.5 g/m22種棕櫚纖維氈,其中設(shè)置針刺深度13 mm,針織密度270 刺/c m2,針刺道數(shù)5道。其次棕櫚纖維氈、PHBV、多孔粉煤灰陶粒三者間的質(zhì)量比為37.5∶57.5∶5,并采用KMPF-D 電氣式撒粉機(jī)(佛山市科妙機(jī)械有限公司)將PHBV、粉煤灰陶粒充分混合后均勻撒粉在纖維氈上。最后,采用XLB-350×350×2型平板硫化機(jī)(上海齊才熱壓機(jī)械有限公司)進(jìn)行熱壓工藝,制備成復(fù)合材料吸聲板(編號(hào)為0#板材),熱壓工藝參數(shù)為熱壓溫度170～180 ℃,熱壓壓力17～19 MPa,熱壓時(shí)間7 min,冷卻壓力15～19 MPa,冷卻時(shí)間7～9 min。

1.3 性能測(cè)試與表征

1.3.1 吸聲系數(shù)測(cè)試

按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 18696.2—2002《聲學(xué)阻抗管中吸聲系數(shù)和聲阻抗的測(cè)量 第2部分:傳遞函數(shù)法》,采用SW422/477型鋁合金阻抗測(cè)量管(北京聲望技術(shù)公司),將0#、1#、2#3塊板材裁剪成直徑為100 mm的圓盤(pán),放置于駐波管一端,在與管壁無(wú)縫隙條件下進(jìn)行測(cè)試,選擇了125、250、375、500、600、800、1 000、1 200、1 500、1 600 Hz等10個(gè)具有代表性的頻率進(jìn)行測(cè)試分析,取平均值,并保留2位小數(shù),得出3種板材的低頻平均吸聲系數(shù)。

1.3.2 拉伸力學(xué)性能測(cè)試

按照測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1447—2006《纖維增強(qiáng)塑料拉伸和彎曲性能試驗(yàn)方法》,采用CMT5304-30k N 電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)(深圳三思材料檢測(cè)有限公司),設(shè)置拉伸速度為50 mm/min,樣品尺寸為80 mm×10 mm×4 mm,測(cè)試吸3種吸聲板材的拉伸強(qiáng)度。

1.3.3 拉伸斷面形貌觀察

對(duì)3 種吸聲板材進(jìn)行噴金處理后,采用FEI Quanta FEG250掃描電子顯微鏡(美國(guó)FEI Nano Ports公司)觀察吸聲復(fù)合材料的斷面形貌,放大倍數(shù)為20 000倍。

1.3.4 紅外光譜測(cè)試

英語(yǔ)作為語(yǔ)言學(xué)科，蘊(yùn)含著豐富的文化底蘊(yùn)，內(nèi)容豐富多彩，它不單單是語(yǔ)言教學(xué)，更是文化的教學(xué)?；ヂ?lián)網(wǎng)+時(shí)代，學(xué)生不管在課內(nèi)課外還是線上線下，都會(huì)接觸到大量的西方文化。大學(xué)生正處于世界觀和價(jià)值觀形成的關(guān)鍵時(shí)期，倘若沒(méi)有正確的判斷和及時(shí)的引導(dǎo)，就會(huì)讓西方的一些不良消極思想侵蝕，甚至?xí)?dǎo)致思想政治素質(zhì)低下。因此，英語(yǔ)教學(xué)要真正發(fā)揮人文學(xué)科的課程思政作用，在英語(yǔ)教學(xué)過(guò)程中潛移默化的融入思想政治教育，注重對(duì)學(xué)生德育的教育和職業(yè)人文素質(zhì)的培養(yǎng)。英語(yǔ)教師要不斷提高自身的德育意識(shí)和德育能力，把握好英語(yǔ)課程思政和人文素質(zhì)教育的目標(biāo)定位，把思政工作融入教學(xué)全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)全方位育人。

采用Nicolet IS5傅里葉變換紅外光譜儀(上海禹重實(shí)業(yè)有限公司),運(yùn)用衰減全反射模式,掃描波數(shù)范圍為4 000～400 c m-1,對(duì)3種吸聲板材進(jìn)行紅外光譜掃描,以確定其紅外光譜特征吸收峰。

2 結(jié)果與討論

2.1 3種吸聲板低頻平均吸聲系數(shù)對(duì)比

依據(jù)1.3.1,測(cè)得3種吸聲板的低頻吸聲系數(shù),結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 3種吸聲板的低頻吸聲系數(shù)

由表1 可知,棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復(fù)合吸聲板(0#)的平均低頻吸聲系數(shù)高于黃麻纖維氈/PHBV 熱壓復(fù)合吸聲板(1#)和黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復(fù)合吸聲板(2#)。然而在不同的頻率范圍下,3種板材的吸聲系數(shù)變化幅度是不一樣的。在800 Hz以下,0#吸聲板的平均吸聲系數(shù)要明顯高于1#、2#吸聲板,但是在1 000～1 600 Hz,1#吸聲板的平均吸聲系數(shù)要明顯低于1#、2#吸聲板,這是由棕櫚、黃麻具有不同的截面結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的。

2.2 3種吸聲板拉伸性能對(duì)比

依據(jù)1.3.2,測(cè)得3種吸聲板的拉伸強(qiáng)度分別為:0#吸聲板32.28 MPa,1#吸聲板35.09 MPa,2#吸聲板35.85 MPa。其中0#吸聲板最低,2#吸聲板最高。主要原因在于棕櫚纖維的斷裂比強(qiáng)度低于黃麻纖維,故0#吸聲板最低,同時(shí)PHBV 的截面均勻性較聚丙烯差,降低了拉伸強(qiáng)度,故2#吸聲板的拉伸強(qiáng)度最高。

2.3 3種吸聲板拉伸斷面形貌觀察

依據(jù)1.3.3,測(cè)得3種吸聲板的斷面SEM 形貌,放大倍數(shù)20 000倍,如圖1所示。

圖1 3種吸聲板的拉伸斷面SEM 形貌

由圖1可知,3種吸聲板的拉伸斷面均明顯粗糙不平,存在一些孔洞,說(shuō)明3種材料屬于多孔材料,具有一定的吸聲效果。同時(shí)2#吸聲板的空隙更為均勻,0#孔洞最深,這也導(dǎo)致了3種吸聲板在不同頻率范圍內(nèi)吸聲系數(shù)的變化。

2.4 紅外光譜

依據(jù)1.3.4,3種吸聲板的紅外光譜如圖2所示。

圖2 3種吸聲板的紅外光譜

由圖2可知,0#、1#吸聲板在4 000～500 c m-1波段下的特征吸收峰相似。其中,3 110、3 241、3 253 c m-1處吸收峰對(duì)應(yīng)于棕櫚、黃麻纖維內(nèi)部O—H 鍵伸縮振動(dòng);1 407、1 428 c m-1處吸收峰對(duì)應(yīng)于PHBV 中CH2—OH 鍵伸縮振動(dòng);1 039、1 017、1 034 c m-1處的吸收峰對(duì)應(yīng)棕櫚、黃麻含有的C—O 醚鍵伸縮振動(dòng),3#吸聲板在1 715 c m-1的特征吸收峰對(duì)應(yīng)于聚丙烯含有的CH3的對(duì)稱變形振動(dòng)。

3 結(jié) 論

(2)棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓吸聲板的拉伸強(qiáng)度低于黃麻纖維氈/PHBV 熱壓吸聲板,原因在于棕櫚纖維的斷裂強(qiáng)度低于黃麻纖維。

(3)3種吸聲板的拉伸斷面SEM 形貌相似,斷面均明顯粗糙不平,存在一些孔洞,說(shuō)明3種材料屬于多孔材料,具有一定的吸聲效果。紅外光譜表明棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓吸聲板與黃麻纖維氈/PHBV熱壓吸聲板相似,均存在著O—H、CH2—OH 鍵的伸縮振動(dòng),而黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓吸聲板存在著1 715 c m-1的特征吸收峰,原因在于其CH3的對(duì)稱變形振動(dòng)。

(4)棕櫚纖維氈/PHBV 熱壓吸聲板的平均吸聲系數(shù)與黃麻吸聲板相當(dāng),可部分替代黃麻制成汽車內(nèi)飾材料,緩解了當(dāng)前黃麻較為緊缺的現(xiàn)狀。