棕榈纤维毡/PHBV/陶粒制备汽车用吸声内饰板的性能研究

郦梦薇,邵利锋,陈紫怡,张 毅,杨 彬

(浙江工业职业技术学院,浙江 绍兴 312000)

近年来,轻质、吸声、环保的天然纤维增强复合材料越来越多应用于汽车内饰用吸声板材,不仅生态环保,而且符合轻量化需求[1]。目前市场上主要有黄麻纤维毡/PHBV 热压复合吸声板、黄麻纤维毡/聚丙烯热压复合吸声板2种板材应用于汽车内饰材料,其低频平均吸声系数可达0.6左右[2]。然而我国黄麻主要依赖于从孟加拉国、印度等国进口,受全球疫情影响,黄麻进口总量明显降低,加上国内黄麻种植产量少,造成黄麻相关制品生产量缩减。汽车内饰厂商正在研究、寻找可以混用或部分替代黄麻来制备吸声材料的新型纤维。

前期对棕榈进行了一定的研究,得出以下结论:经化学脱胶后的棕榈纤维长度约为61 mm,线密度约为14.5 dtex,断裂强度约为7.5 c N/dtex,略低于黄麻[3];其表面粗糙,内部近似蜂窝状结构、多孔结构,具有一定的吸声效果。同时,参考Johnson-Allar d 吸声模型[4],结合万玉峰等[5]研究的轿车针刺非织造布外轮罩材料的设计方法与吸声性能所提出的不同粗细纤维搭配、适当增加面密度、形成梯度多孔结构,可改善其综合吸声性能;王建辉等[6]研究的通过添加具有多孔结构粉煤灰陶粒来制备降噪屏障材料,可显著改善1 000 Hz以下的吸声性能等文献报道。通过添加一定量的多孔粉煤灰陶粒,成功制备出棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压复合吸声板,并得出优选工艺参数为[7]:棕榈纤维毡、PHBV、多孔粉煤灰三者的质量比为37.5∶57.5∶5,棕榈纤维线密度为14.5 dtex,棕榈纤维毡为2层,上面层的面密度为143.3 g/m2,下面一层的面密度为102.5 g/m2,此时复合材料的低频平均吸声系数为0.66。

通过对已制备的棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压复合吸声板、市场上广泛运用的黄麻吸声复合板进行低频平均吸声系数、拉伸性能、拉伸断面形貌、红外光谱等测试,并进行对比分析,以期达到运用棕榈来混用或部分替代黄麻制备汽车内饰用吸声材料的目的,缓解当前黄麻较为紧缺的现状。

1 试验部分

1.1 试验材料

棕榈纤维,购于湖州富升炭业有限公司;PHBV 粉末,购于宁波天安生物材料有限公司;多孔粉煤灰陶粒,购于安徽畅材节能科技有限公司,其粒径约为2.0 mm,密度为1.2 g/c m3,耐火度为1 600 ℃,24 h吸水率为21%;黄麻纤维毡/PHBV 热压复合吸声板(编号为1#板材,占市场40%左右),黄麻纤维毡/聚丙烯热压复合吸声板(编号为2#板材,占市场60%左右),均购于廊坊西特科节能科技有限公司。

1.2 棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压复合吸声板制备

将棕榈纤维经WL-GK-1-60 型开松机→WL-J-500型给棉机→WL-GS-A-600型梳理机→WL-ZGS.ZY-800型预针刺机→WL-800型成卷机→WL-ZGS.ZZ-800型针刺机(太仓双凤非织造布设备有限公司)的针刺工艺制备成面密度为143.3、102.5 g/m22种棕榈纤维毡,其中设置针刺深度13 mm,针织密度270 刺/c m2,针刺道数5道。其次棕榈纤维毡、PHBV、多孔粉煤灰陶粒三者间的质量比为37.5∶57.5∶5,并采用KMPF-D 电气式撒粉机(佛山市科妙机械有限公司)将PHBV、粉煤灰陶粒充分混合后均匀撒粉在纤维毡上。最后,采用XLB-350×350×2型平板硫化机(上海齐才热压机械有限公司)进行热压工艺,制备成复合材料吸声板(编号为0#板材),热压工艺参数为热压温度170～180 ℃,热压压力17～19 MPa,热压时间7 min,冷却压力15～19 MPa,冷却时间7～9 min。

1.3 性能测试与表征

1.3.1 吸声系数测试

按照测试标准GB/T 18696.2—2002《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量 第2部分:传递函数法》,采用SW422/477型铝合金阻抗测量管(北京声望技术公司),将0#、1#、2#3块板材裁剪成直径为100 mm的圆盘,放置于驻波管一端,在与管壁无缝隙条件下进行测试,选择了125、250、375、500、600、800、1 000、1 200、1 500、1 600 Hz等10个具有代表性的频率进行测试分析,取平均值,并保留2位小数,得出3种板材的低频平均吸声系数。

1.3.2 拉伸力学性能测试

按照测试标准GB/T 1447—2006《纤维增强塑料拉伸和弯曲性能试验方法》,采用CMT5304-30k N 电子万能试验机(深圳三思材料检测有限公司),设置拉伸速度为50 mm/min,样品尺寸为80 mm×10 mm×4 mm,测试吸3种吸声板材的拉伸强度。

1.3.3 拉伸断面形貌观察

对3 种吸声板材进行喷金处理后,采用FEI Quanta FEG250扫描电子显微镜(美国FEI Nano Ports公司)观察吸声复合材料的断面形貌,放大倍数为20 000倍。

1.3.4 红外光谱测试

英语作为语言学科，蕴含着丰富的文化底蕴，内容丰富多彩，它不单单是语言教学，更是文化的教学。互联网+时代，学生不管在课内课外还是线上线下，都会接触到大量的西方文化。大学生正处于世界观和价值观形成的关键时期，倘若没有正确的判断和及时的引导，就会让西方的一些不良消极思想侵蚀，甚至会导致思想政治素质低下。因此，英语教学要真正发挥人文学科的课程思政作用，在英语教学过程中潜移默化的融入思想政治教育，注重对学生德育的教育和职业人文素质的培养。英语教师要不断提高自身的德育意识和德育能力，把握好英语课程思政和人文素质教育的目标定位，把思政工作融入教学全过程，实现全方位育人。

采用Nicolet IS5傅里叶变换红外光谱仪(上海禹重实业有限公司),运用衰减全反射模式,扫描波数范围为4 000～400 c m-1,对3种吸声板材进行红外光谱扫描,以确定其红外光谱特征吸收峰。

2 结果与讨论

2.1 3种吸声板低频平均吸声系数对比

依据1.3.1,测得3种吸声板的低频吸声系数,结果见表1。

表1 3种吸声板的低频吸声系数

由表1 可知,棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压复合吸声板(0#)的平均低频吸声系数高于黄麻纤维毡/PHBV 热压复合吸声板(1#)和黄麻纤维毡/聚丙烯热压复合吸声板(2#)。然而在不同的频率范围下,3种板材的吸声系数变化幅度是不一样的。在800 Hz以下,0#吸声板的平均吸声系数要明显高于1#、2#吸声板,但是在1 000～1 600 Hz,1#吸声板的平均吸声系数要明显低于1#、2#吸声板,这是由棕榈、黄麻具有不同的截面结构导致的。

2.2 3种吸声板拉伸性能对比

依据1.3.2,测得3种吸声板的拉伸强度分别为:0#吸声板32.28 MPa,1#吸声板35.09 MPa,2#吸声板35.85 MPa。其中0#吸声板最低,2#吸声板最高。主要原因在于棕榈纤维的断裂比强度低于黄麻纤维,故0#吸声板最低,同时PHBV 的截面均匀性较聚丙烯差,降低了拉伸强度,故2#吸声板的拉伸强度最高。

2.3 3种吸声板拉伸断面形貌观察

依据1.3.3,测得3种吸声板的断面SEM 形貌,放大倍数20 000倍,如图1所示。

图1 3种吸声板的拉伸断面SEM 形貌

由图1可知,3种吸声板的拉伸断面均明显粗糙不平,存在一些孔洞,说明3种材料属于多孔材料,具有一定的吸声效果。同时2#吸声板的空隙更为均匀,0#孔洞最深,这也导致了3种吸声板在不同频率范围内吸声系数的变化。

2.4 红外光谱

依据1.3.4,3种吸声板的红外光谱如图2所示。

图2 3种吸声板的红外光谱

由图2可知,0#、1#吸声板在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处吸收峰对应于棕榈、黄麻纤维内部O—H 键伸缩振动;1 407、1 428 c m-1处吸收峰对应于PHBV 中CH2—OH 键伸缩振动;1 039、1 017、1 034 c m-1处的吸收峰对应棕榈、黄麻含有的C—O 醚键伸缩振动,3#吸声板在1 715 c m-1的特征吸收峰对应于聚丙烯含有的CH3的对称变形振动。

3 结 论

(2)棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压吸声板的拉伸强度低于黄麻纤维毡/PHBV 热压吸声板,原因在于棕榈纤维的断裂强度低于黄麻纤维。

(3)3种吸声板的拉伸断面SEM 形貌相似,断面均明显粗糙不平,存在一些孔洞,说明3种材料属于多孔材料,具有一定的吸声效果。红外光谱表明棕榈纤维毡/PHBV/陶粒热压吸声板与黄麻纤维毡/PHBV热压吸声板相似,均存在着O—H、CH2—OH 键的伸缩振动,而黄麻纤维毡/聚丙烯热压吸声板存在着1 715 c m-1的特征吸收峰,原因在于其CH3的对称变形振动。

(4)棕榈纤维毡/PHBV 热压吸声板的平均吸声系数与黄麻吸声板相当,可部分替代黄麻制成汽车内饰材料,缓解了当前黄麻较为紧缺的现状。