不同層數(shù)和穿筘方式的正交織物復合材料隔聲性能研究

靳雯雯 唐予遠,2 許 鶴,3 單晶晶

1. 中原工學院，河南 鄭州 450007； 2. 河南省功能性紡織材料省級重點實驗室，河南 鄭州 450007； 3. 際華三五零九紡織有限公司，湖北 漢川 431602

不同層數(shù)和穿筘方式的正交織物復合材料隔聲性能研究

靳雯雯1唐予遠1,2許 鶴1,3單晶晶1

1. 中原工學院，河南 鄭州 450007； 2. 河南省功能性紡織材料省級重點實驗室，河南 鄭州 450007； 3. 際華三五零九紡織有限公司，湖北 漢川 431602

以玻璃纖維為原料，在SGA598半自動小樣機上織造正交織物，使用真空輔助成型法制作正交織物復合材料，探討不同層數(shù)、不同穿筘方式的正交織物復合材料的隔聲性能，結果發(fā)現(xiàn)：層數(shù)越多的正交織物復合材料，纖維體積分數(shù)增大，其隔聲性能越好；層數(shù)相同時，4/2穿筘方式的正交織物復合材料的隔聲性能要優(yōu)于2/2穿筘方式的正交織物復合材料。

穿筘方式，層數(shù)，正交織物，復合材料，隔聲性能

噪聲污染會對人體造成很多危害，并會對一些精密儀器或機械產生很大影響，其已在全球范圍內得到重視。因此，研究和開發(fā)隔聲、吸聲材料非常有意義。已有很多將紡織材料和其他材料通過復合制成復合材料的聲學性能研究，這是因為單一的紡織材料通常不具備非常優(yōu)秀的噪聲控制能力，不能滿足某些環(huán)境下的使用需求，而將單一的紡織材料與其他材料相復合，不僅可以充分發(fā)揮材料各自的優(yōu)良性能，還可彌補單一的紡織材料的缺點與不足。

陳躍華[1]就紡織材料的聲學性能做過相應的研究，發(fā)現(xiàn)紡織材料的隔聲性能與其原料、組織、厚度和層數(shù)等有關。祝燕平等[2]專門研究了裝飾織物的吸聲、隔聲性能，認為織物密度和面密度對紡織材料聲學性能的影響最大，并存在相關性；除此之外，織物的透氣性也與織物的聲學性能相關。朱明娟等[3]利用滌綸平布和滌綸非織造布為基材，采用熱噴技術，成功研制出具有減振降噪功效的鉛化織物復合材料。

本研究主要通過改變正交織物的層數(shù)和穿筘方法，探討正交織物復合材料的隔聲性能。

1 試驗

1.1 正交織物的設計

正交織物1個組織循環(huán)內經、緯紗根數(shù)的計算式：

(1)

式中：X——正交織物層數(shù)；Rj——1個組織循環(huán)內經紗根數(shù)；Rw——1個組織循環(huán)內緯紗根數(shù)。

由此，可設計3層正交織物1個組織循環(huán)內：

并據此繪出3層正交織物組織的上機圖(圖1)。

圖1 3層正交織物上機圖

同理，可參照計算式(1)設計4、5、6層正交織物，其上機圖分別如圖2～圖4所示。其中，為對比不同穿筘方式、相同層數(shù)的正交織物的聲學性能，特別就5層正交織物設計了2種不同的穿筘方式，其中圖3(a)的穿筘方式為每筘齒穿入2根經紗(即2/2穿法)，圖3(b)的穿筘方式為1個筘齒穿1個組織循環(huán)內的4根地經、下1個相鄰筘齒穿2根縫經(即4/2穿法)。

圖2 4層正交織物上機圖

(a) 穿筘方式2/2

(b) 穿筘方式4/2

圖4 6層正交織物上機圖

1.2 正交織物的織造

采用SGA598型半自動小樣織機，以線密度為132 tex的玻璃纖維紗為原料，根據圖2～圖4的上機圖，分別織造出3層正交織物復合材料(1#)、4層正交織物復合材料(2#)、5層正交織物復合材料(2/2穿法)(3#)、5層正交織物復合材料(4/2穿法)(4#)、6層正交織物復合材料(5#)。

1.3 復合材料的制備

在復合材料眾多的加工成型工藝中，真空輔助成型工藝于20世紀80年代末開始運用[4-6]。

圖5 真空輔助成型法示意

本研究采用真空輔助成型法，如圖5所示：底板采用表面平整、具有一定強度的玻璃板(即底座玻璃)，其起著模具成型和基體放置的作用；織物基體上的壓板(即蓋板玻璃)使制成的復合材料制件表面平整,以便大氣壓力能均勻地施加于織物之上；由聚酯材料制成的密封膜在密封膠的作用下將織物密閉?？諌簷C工作時，通過導流管抽走模具內空氣，使模具內部形成負壓。燒杯中的樹脂在大氣壓力作用下隨導流管進入模具內部，在織物的內部流動、滲透,并慢慢流向抽濾瓶，直到樹脂充滿整個織物，實現(xiàn)對纖維及織物的滲透與浸漬。待織物完全被滲透后，夾緊抽濾瓶端導流管，關閉空壓機。最后，待復合材料固化后，即可拆除模具，取出復合材料。

1.4 隔聲性能測試

本研究采用全頻(250～6 500 Hz)測試方法。VA-Lab測試系統(tǒng)是由數(shù)據采集、信號處理和計算機等部件組成的一種隔聲測試系統(tǒng)[7]，其基本原理是利用控制器使揚聲器發(fā)出一定頻率的聲波，經傳聲器數(shù)據采集后，再由計算機進行信號處理和分析，最后得到試樣的聲波傳遞損失量。

將正交織物復合材料裁剪成直徑分別為11.50和6.50 cm的圓；打開VA-Lab測試系統(tǒng)，將2種直徑的圓形正交織物復合材料同時放入阻抗管中，連接好各部件，進行隔聲性能測試。

根據隔聲原理，試驗中發(fā)出的聲波遇復合材料后，一部分能量被復合材料吸收，一部分能量被反射，剩下的一部分能量則通過材料透射出去。反射的聲波與透射的聲波的差值即為隔掉的聲波，其能量即為聲波傳遞損失量。計算機會計算出不同頻率下聲波穿過不同復合材料時的聲波傳遞損失量，得到不同復合材料在各個頻率下的隔聲性能。

2 試驗結果

2.1 隔聲性能

所得不同正交織物復合材料的聲波傳遞損失量如圖6所示。

圖6 正交織物復合材料的聲波傳遞損失量

從圖6中可以看出：隨著織物層數(shù)的增加，正交織物復合材料的聲波傳遞損失量越來越大，表明正交織物復合材料的隔聲性能越來越好；4#的隔聲性能要優(yōu)于3#。

2.2 纖維體積分數(shù)

纖維體積分數(shù)常用的計算方法有3種——稱重法、理論模型計算法和數(shù)字圖像分析法。本課題使用稱重法，具體計算式[8]：

(3)

式中：Vf——纖維體積分數(shù)；ρs——制成的正交織物復合材料的密度；ρf——正交織物所用玻璃纖維的密度；ρm——復合所用樹脂的密度。

取半徑為5.75 cm的圓形正交織物復合材料，測量和計算得到的纖維體積分數(shù)的相關數(shù)據見表1。

表1 正交織物復合材料及其纖維體積分數(shù)

2.3 結果分析

由圖6和表1可以得出：同一頻率時，各正交織物復合材料的聲波傳遞損失量隨纖維體積分數(shù)的減小而減少[9]。4#的聲波傳遞損失量明顯高于其他試樣，原因在于4#采用4/2的穿筘方式，其經密大大增加，故而提高了織物的密度，使織物更加緊密，纖維體積分數(shù)增大(超過3#和5#)，故4#的聲波傳遞損失量高于同樣由雙軸織造的5層正交織物復合而成的3#，甚至高于5#。

3 結語

(1) 穿筘方法相同時，層數(shù)越多的正交織物，其復合材料的厚度與密度增加，結構越緊密，纖維體積分數(shù)增大，隔聲性能越好；

(2) 層數(shù)相同、穿筘方法不同時，1個組織循環(huán)內，地經和縫經各穿1個筘齒的穿筘方式明顯使得正交織物的密度增加大，織物結構變得更緊密，纖維體積分數(shù)增大，因此制成的正交織物復合材料的隔聲性能更好。

[1] 陳躍華．紡織材料隔音性能測試研究[J]．紡織學報，1997，18(3)：14-17．

[2] 祝燕平，于偉東．簡述裝飾織物吸音隔音性能的應用與研究[J]．產業(yè)用紡織品,2000，18(6)：24-26．

[3] 朱明娟,呂仕元.減振降噪鉛化織物復合材料的研究[J].南通工學院學報,1999,15(1):37-40.

[4] 趙渠森,趙攀峰.真空輔助成型技術(一)[J].高科技纖維與應用,2002,27(3):22-27.

[5] 趙渠森,趙攀峰.真空輔助成型技術(二)[J].高科技纖維與應用,2002,27(4):21-26.

[6] 趙渠森,趙攀峰.真空輔助成型技術(三)[J].高科技纖維與應用,2002,27(5):25-27.

[7] 史磊.多層復合非織造材料吸聲性能及其神經網絡預測模型研究[D].蘇州：蘇州大學,2013.

[8] 朱俊萍,祝成炎.纖維體積分數(shù)對組合式3D機織復合材料拉伸性能的影響[J]. 浙江理工大學學報,2005，22(4):328-331.

[9] 許鶴，唐予遠，馬菲，等.三維機織物復合材料的隔聲性能研究[J].中原工學院學報，2015,26(3):47-51.

Research of sound insulation performance of orthogonal woven fabric composites with different layers and reeding ways

JinWenwen1,TangYuyuan1,2，XuHe1,3，ShanJingjing1

1. Zhongyuan University of Technology, Zhengzhou 450007, China; 2. Provincial Key Laboratory of Functional Textile Materials of Henan, Zhengzhou 450007, China; 3. Interstate China the 3509 Textile Co., Ltd., Hanchuan 431602, China

The orthogonal woven fabrics were fabricated on the SGA598 semi-automatic prototype with glass fibers as raw materials, and the orthogonal woven fabric composites were prepared with vacuum assisted molding method.The sound insulation performance of the orthogonal woven fabric composites with different number of layers and different reeding ways was investigated. The results showed that, the fiber volume fraction of the orthogonal woven fabric composites increased with the increase of the number of layers, and its’ sound insulation performance was better. And when the number of layers was the same, the sound insulation performance of the orthogonal woven fabric composite with 4/2 tees was superior to that with 2/2 tees.

reeding way, number of layer, orthogonal woven fabric, composite material, sound insulation performance

2016-06-07

靳雯雯，女，1990年生，在讀碩士研究生，研究方向為紡織三維復合材料

TS105.3, TB332

A

1004-7093(2017)01-0015-04