棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒制備汽車用吸聲內飾板的性能研究

酈夢薇,邵利鋒,陳紫怡,張 毅,楊 彬

(浙江工業職業技術學院,浙江 紹興 312000)

近年來,輕質、吸聲、環保的天然纖維增強復合材料越來越多應用于汽車內飾用吸聲板材,不僅生態環保,而且符合輕量化需求[1]。目前市場上主要有黃麻纖維氈/PHBV 熱壓復合吸聲板、黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復合吸聲板2種板材應用于汽車內飾材料,其低頻平均吸聲系數可達0.6左右[2]。然而我國黃麻主要依賴于從孟加拉國、印度等國進口,受全球疫情影響,黃麻進口總量明顯降低,加上國內黃麻種植產量少,造成黃麻相關制品生產量縮減。汽車內飾廠商正在研究、尋找可以混用或部分替代黃麻來制備吸聲材料的新型纖維。

前期對棕櫚進行了一定的研究,得出以下結論:經化學脫膠后的棕櫚纖維長度約為61 mm,線密度約為14.5 dtex,斷裂強度約為7.5 c N/dtex,略低于黃麻[3];其表面粗糙,內部近似蜂窩狀結構、多孔結構,具有一定的吸聲效果。同時,參考Johnson-Allar d 吸聲模型[4],結合萬玉峰等[5]研究的轎車針刺非織造布外輪罩材料的設計方法與吸聲性能所提出的不同粗細纖維搭配、適當增加面密度、形成梯度多孔結構,可改善其綜合吸聲性能;王建輝等[6]研究的通過添加具有多孔結構粉煤灰陶粒來制備降噪屏障材料,可顯著改善1 000 Hz以下的吸聲性能等文獻報道。通過添加一定量的多孔粉煤灰陶粒,成功制備出棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復合吸聲板,并得出優選工藝參數為[7]:棕櫚纖維氈、PHBV、多孔粉煤灰三者的質量比為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,此時復合材料的低頻平均吸聲系數為0.66。

通過對已制備的棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復合吸聲板、市場上廣泛運用的黃麻吸聲復合板進行低頻平均吸聲系數、拉伸性能、拉伸斷面形貌、紅外光譜等測試,并進行對比分析,以期達到運用棕櫚來混用或部分替代黃麻制備汽車內飾用吸聲材料的目的,緩解當前黃麻較為緊缺的現狀。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

棕櫚纖維,購于湖州富升炭業有限公司;PHBV 粉末,購于寧波天安生物材料有限公司;多孔粉煤灰陶粒,購于安徽暢材節能科技有限公司,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 熱壓復合吸聲板(編號為1#板材,占市場40%左右),黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復合吸聲板(編號為2#板材,占市場60%左右),均購于廊坊西特科節能科技有限公司。

1.2 棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復合吸聲板制備

將棕櫚纖維經WL-GK-1-60 型開松機→WL-J-500型給棉機→WL-GS-A-600型梳理機→WL-ZGS.ZY-800型預針刺機→WL-800型成卷機→WL-ZGS.ZZ-800型針刺機(太倉雙鳳非織造布設備有限公司)的針刺工藝制備成面密度為143.3、102.5 g/m22種棕櫚纖維氈,其中設置針刺深度13 mm,針織密度270 刺/c m2,針刺道數5道。其次棕櫚纖維氈、PHBV、多孔粉煤灰陶粒三者間的質量比為37.5∶57.5∶5,并采用KMPF-D 電氣式撒粉機(佛山市科妙機械有限公司)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(上海齊才熱壓機械有限公司)進行熱壓工藝,制備成復合材料吸聲板(編號為0#板材),熱壓工藝參數為熱壓溫度170～180 ℃,熱壓壓力17～19 MPa,熱壓時間7 min,冷卻壓力15～19 MPa,冷卻時間7～9 min。

1.3 性能測試與表征

1.3.1 吸聲系數測試

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

1.3.2 拉伸力學性能測試

按照測試標準GB/T 1447—2006《纖維增強塑料拉伸和彎曲性能試驗方法》,采用CMT5304-30k N 電子萬能試驗機(深圳三思材料檢測有限公司),設置拉伸速度為50 mm/min,樣品尺寸為80 mm×10 mm×4 mm,測試吸3種吸聲板材的拉伸強度。

1.3.3 拉伸斷面形貌觀察

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

1.3.4 紅外光譜測試

英語作為語言學科，蘊含著豐富的文化底蘊，內容豐富多彩，它不單單是語言教學，更是文化的教學。互聯網+時代，學生不管在課內課外還是線上線下，都會接觸到大量的西方文化。大學生正處于世界觀和價值觀形成的關鍵時期，倘若沒有正確的判斷和及時的引導，就會讓西方的一些不良消極思想侵蝕，甚至會導致思想政治素質低下。因此，英語教學要真正發揮人文學科的課程思政作用，在英語教學過程中潛移默化的融入思想政治教育，注重對學生德育的教育和職業人文素質的培養。英語教師要不斷提高自身的德育意識和德育能力，把握好英語課程思政和人文素質教育的目標定位，把思政工作融入教學全過程，實現全方位育人。

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

2 結果與討論

2.1 3種吸聲板低頻平均吸聲系數對比

依據1.3.1,測得3種吸聲板的低頻吸聲系數,結果見表1。

表1 3種吸聲板的低頻吸聲系數

由表1 可知,棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓復合吸聲板(0#)的平均低頻吸聲系數高于黃麻纖維氈/PHBV 熱壓復合吸聲板(1#)和黃麻纖維氈/聚丙烯熱壓復合吸聲板(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構導致的。

2.2 3種吸聲板拉伸性能對比

依據1.3.2,測得3種吸聲板的拉伸強度分別為: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度低于黃麻纖維,故0#吸聲板最低,同時PHBV 的截面均勻性較聚丙烯差,降低了拉伸強度,故2#吸聲板的拉伸強度最高。

2.3 3種吸聲板拉伸斷面形貌觀察

依據1.3.3,測得3種吸聲板的斷面SEM 形貌,放大倍數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,說明3種材料屬于多孔材料,具有一定的吸聲效果。同時2#吸聲板的空隙更為均勻,0#孔洞最深,這也導致了3種吸聲板在不同頻率范圍內吸聲系數的變化。

2.4 紅外光譜

依據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處吸收峰對應于棕櫚、黃麻纖維內部O—H 鍵伸縮振動;1 407、1 428 c m-1處吸收峰對應于PHBV 中CH2—OH 鍵伸縮振動;1 039、1 017、1 034 c m-1處的吸收峰對應棕櫚、黃麻含有的C—O 醚鍵伸縮振動,3#吸聲板在1 715 c m-1的特征吸收峰對應于聚丙烯含有的CH3的對稱變形振動。

3 結 論

(2)棕櫚纖維氈/PHBV/陶粒熱壓吸聲板的拉伸強度低于黃麻纖維氈/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,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的對稱變形振動。

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