徐 晟，樓利琴，丁佳蓓，王小斌，房彬彬，徐世杰

（紹興文理學(xué)院元培學(xué)院浙江紹興312000）

1 前言

隨著中國躋身于世界強國，各個領(lǐng)域都發(fā)生了質(zhì)的轉(zhuǎn)變，全方位立爭與國際接軌。在隔音材料方面也同樣，大量高級住宅和國際水準(zhǔn)商業(yè)設(shè)施應(yīng)運而生。近幾年在防水、室內(nèi)污染等方面的問題明顯增加，其中針對噪音的投訴居首，噪音污染對人們的生活已造成無處不在的困擾。由于國民總體意識和素質(zhì)的提高，對于噪音防止的要求會越來越高，越來越多的個人和機構(gòu)從觀念上改變，開始希望改善自己的生活環(huán)境和工作環(huán)境，渴望從生活噪音和公共噪音中解放。消除噪音的最佳手段就是采用高效廉價的隔音材料，而且要有不污染環(huán)境、不含有害物質(zhì)的特性。目前國內(nèi)的隔音材料市場還是一片空白，絕大多數(shù)依賴進(jìn)口，國內(nèi)的同類產(chǎn)品的效果根本達(dá)不到國際標(biāo)準(zhǔn)。因此，如何研制輕量、超薄、柔軟的隔聲材料，成為各國學(xué)者共同關(guān)心的課題。而紡織復(fù)合材料不僅具有比強度高、比剛度大和重量輕等獨特優(yōu)點，而且還具有能和機械、電子等多學(xué)科進(jìn)行交叉，開發(fā)出可設(shè)計性材料結(jié)構(gòu)的潛力。本課題中采用基體為聚氨酯，增強材料為竹原纖維，來制備的竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、價廉、易得、可生物降解、對環(huán)境無污染等優(yōu)點。是一種良好的隔音材料。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近幾年，關(guān)于用竹原纖維作增強相復(fù)合材料的研究報道相對較多，如Mansur對竹絲網(wǎng)增強水泥復(fù)合材料進(jìn)行了研究。Sreenivasulu對聚碳酸酯（PC）的增韌環(huán)氧樹酯竹原纖維復(fù)合材料的耐化學(xué)性和拉伸性進(jìn)行了研究。陳禮輝研究了竹纖維增強聚酰胺樹脂復(fù)合材料界面改性，李正紅[1]等分別研究了竹原纖維增強聚酰胺樹脂復(fù)合材料界面改性和增強機理隔音性能。Shah Huda等比較了竹原纖維/聚氨酯及黃麻纖維/聚氨酯力學(xué)性能，得出竹纖維/聚氨酯具有更好的力學(xué)性能。Lu Y.X等研究了銅/竹纖維復(fù)合織物的設(shè)計加工過程，并檢測了復(fù)合織物電磁屏蔽、力學(xué)及吸水性能。Sandhyarani B等研究了竹纖維填充對氧化鋁工廠廢棄物的環(huán)氧樹脂增強作用，結(jié)果表明，竹纖維對于增強復(fù)合物強力，防止環(huán)氧樹脂被侵蝕等方面具有重要作用。

對于復(fù)合材料隔音性能研究方面，主要有Cui等研究了木質(zhì)廢棄橡膠復(fù)合材料的消音性能，得出復(fù)合材料微孔大小及其分布對隔音效果影響顯著。Johann研究了纖維素基體填充泡沫聚合物基體復(fù)合材料各項性能指標(biāo)，并就基體和填充物尺寸、分布等指標(biāo)對隔音性能影響進(jìn)行深入研究。Mohammad等研究了多層復(fù)合材料的電磁場對聲音有電磁場情況下，多層復(fù)合材料隔音效果更顯著。Alan比較了金屬復(fù)合材料與高分子復(fù)合材料隔音性能差異，得出對于航天航空技術(shù)而言，高分子復(fù)合材料隔音優(yōu)勢顯著。李康[2]等研究了蛭石粉的含量、熱壓成型的時間和試樣厚度對丁腈橡膠聲學(xué)性能的影響，得出復(fù)合材料最佳隔音工藝。沈沉[3]等通過駐波管法測試不同隔音墊聚氨酯軟質(zhì)高回彈泡沫的吸聲系數(shù)，得出影響泡沫的吸聲系數(shù)的相關(guān)因素。Liu等將鄰苯二甲酸二辛酯（DOP）與氯化聚乙烯（CPE）按照不同的質(zhì)量份數(shù)加入到BaSO4填充聚氯乙烯基（PVC）隔音復(fù)合材料中，探討DOP與CPE的含量對BaSO4填充聚氯乙烯基隔音復(fù)合材料隔聲性能的影響規(guī)律。楊天兵設(shè)計織造不同組織循環(huán)數(shù)的棉蜂窩織物，并以蜂窩織物為增強材料，顆粒改性聚氯乙烯樹脂（PVC）為基體，制備蜂窩織物/PVC隔音復(fù)合材料，探索蜂窩組織對復(fù)合材料隔音性能的影響。姜孔明設(shè)計開發(fā)絨狀竹原纖維/粉煤灰增強復(fù)合材料用于隔音墻壁，獲得性能優(yōu)異的隔音材料。

隔聲材料的發(fā)展趨勢是采用復(fù)合材料，其中纖維增強的聚合物復(fù)合材料是所有復(fù)合材料中最為重要的一類。近年來，國內(nèi)外將紡織材料引入隔聲復(fù)合材料及降噪復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究文獻(xiàn)已較多，目前復(fù)合材料的復(fù)合方法有許多種：Narang[4]在輕質(zhì)墻體的空腔填充聚酯纖維，研究了聚酯纖維的面密度、纖維類型、卷曲度等參數(shù)對輕質(zhì)墻體隔聲性能的影響；羅以喜[5]等比較降噪用紡織纖維，選取丙綸為原料，采取非織造成網(wǎng)，以銅、鐵為隔聲材料，采用化學(xué)粘結(jié)復(fù)合工藝對吸聲非織造布與隔聲片材進(jìn)行復(fù)合制得了新型復(fù)合材料。其復(fù)合材料隔聲量達(dá)到l9dB，有良好的隔聲性能；傅雅琴[6]等采用常壓澆注工藝，制備了一種超薄、輕量、柔韌的復(fù)合材料——玻璃纖維織物/聚氯乙烯復(fù)合材料，厚度僅為0.5mm，面密度為0.678kg/m，是一種低密度薄層的隔聲材料；姚躍飛[7]等研究了不同經(jīng)緯密度、線密度和層次的玻璃纖維平紋織物對隔音性能影響。

聚氨酯與其他涂飾材料相比，聚氨酯類涂飾材料具有分子結(jié)構(gòu)可調(diào)性強、手感好、粘附力強、耐磨、不熱粘冷脆等優(yōu)點，所以近年來，聚氨酯樹脂已部分取代丙烯酸樹脂乳液，用作涂飾材料。但是聚氨酯還是存在一定的性能限制，所以在翻閱查找聚氨酯的相關(guān)研究文獻(xiàn)時，不難看到有很多對聚氨酯改性的文獻(xiàn)。在楊穎霞，李永德[8]的有機硅在聚氨酯中的應(yīng)用中了解到，有機硅在聚氨酯中的應(yīng)用已十分廣泛，成為目前對聚氨酯材料改性的主要手段之一，而且還有進(jìn)一步開發(fā)的潛力。相信隨著研究的進(jìn)一步進(jìn)行，能合成出性能更優(yōu)異的聚氨酯復(fù)合材料。在李芝華，孟躍輝[9]的水性聚氨酯改性技術(shù)的進(jìn)展一文中，水性聚氨酯的生產(chǎn)和應(yīng)用也已得到迅速的發(fā)展，其品種和產(chǎn)量日益增多，質(zhì)量不斷提高，對水性聚氨酯的研究更是日新月異。此外，竹原纖維作為另一種復(fù)合材料的原料近幾年的發(fā)展十分快速。竹原纖維是我國近年來正在開發(fā)的一種新型纖維，由竹子制取竹原纖維的發(fā)明專利已在2005年6月1日公開。竹纖維有兩大類：一是竹原纖維；而是竹漿纖維。竹原纖維與竹漿纖維兩者的制作過程方法是不一樣的，研究發(fā)現(xiàn)，兩者在結(jié)構(gòu)上也有明顯差異，從而導(dǎo)致兩種纖維在性能上也存在較大的差異。竹原纖維的縱向呈束纖維形態(tài)，竹漿纖維呈單纖維形態(tài)；前者的單纖維橫截面呈不規(guī)則的橢圓形、腰圓形和多邊形，且纖維內(nèi)有中腔，而竹漿纖維呈鋸齒形，截面內(nèi)分布有很多大小不等的空洞；竹原纖維的服用舒適性和抗菌性能優(yōu)于竹漿纖維。并且竹原纖維是真正的綠色環(huán)保的纖維。竹原纖維在產(chǎn)業(yè)上具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

目前國內(nèi)外對竹原纖維用于隔音復(fù)合材料已有一定的實際應(yīng)用。但是其探究還是存在一定的局限性。因此對竹原纖維復(fù)合材料的性能進(jìn)行進(jìn)一步地探討還是非常有意義的，展望未來，竹原纖維復(fù)合材料具有廣泛的發(fā)展空間。

3 竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料的優(yōu)勢及市場需求

3.1 竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料的優(yōu)勢

竹原纖維的化學(xué)成分主要是纖維素、半纖維素和木質(zhì)素，三者同屬于高聚糖，總量占纖維干質(zhì)量的90%以上，其次是蛋白質(zhì)、脂肪、果膠、單寧、色素、灰分等，大多數(shù)存在于細(xì)胞內(nèi)腔或特殊的細(xì)胞器內(nèi)，直接或間接地參與其生理作用。纖維素是組成竹原纖維細(xì)胞的主要物質(zhì)，也是它能作為紡織纖維的意義所在。竹原纖維縱向有橫節(jié)，粗細(xì)分布很不均勻，纖維表面有無數(shù)微細(xì)凹槽。橫向為不規(guī)則的橢圓形、腰圓形等，內(nèi)有中腔，橫截面上布滿了大大小小的空隙，且邊緣有裂紋，與苧麻纖維的截面很相似。竹原纖維的這些空隙、凹槽與裂紋使它在隔音性能方面有顯著的作用。在查找的文獻(xiàn)中，有用麻纖維、玻璃纖維做隔音材料，相應(yīng)的隔音效果也不錯。但是麻纖維的產(chǎn)量有限，而玻璃纖維很難降解不利于環(huán)境。若采用竹原纖維就可以解決上述兩大問題，同時它的價格也十分低廉。較前兩種纖維，竹原纖維也是近幾年來很具有發(fā)展前景的。在竹原纖維發(fā)揮它的隔音效果的同時，經(jīng)過研究表明，竹原纖維同時能發(fā)揮抗菌作用、除臭作用和良好的防紫外線功效。采用竹原纖維為基礎(chǔ)原料，一舉多得。

聚氨酯，簡稱PU，它已經(jīng)廣泛運用到各個領(lǐng)域，在紡織領(lǐng)域內(nèi)多用作于粘合劑、涂層等。在竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料中我們是將聚氨酯澆注在竹原纖維表面，選擇聚氨酯的主要原因是聚氨酯涂層劑是當(dāng)今發(fā)展的主要種類，它的優(yōu)勢在于：涂層柔軟并有彈性；涂層強度好，可用于很薄的涂層；涂層多孔，具有透濕和通氣性能；耐磨，耐濕，耐干洗。最主要的是聚氨酯樹脂中存在大量的氨酯健，能形成大分子間氫鍵，氫鍵可以緩解外界壓力作用，吸收外來的能量。這對隔音材料來說是十分有意義的。

復(fù)合材料具有每個組分的優(yōu)良性能，將竹原纖維與聚氨酯復(fù)合，讓它們在性能上得到互補，性能有了更進(jìn)一步的提升。傳統(tǒng)的隔音材料中，隔音效果好的往往質(zhì)量比較大，因為抗噪聲的材料一般條件下越厚隔噪效果越好，這就會導(dǎo)致運輸安裝麻煩，但竹原纖維聚氨酯復(fù)合材料不僅質(zhì)量輕、操作方便，并且具有成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點。

3.2 竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料的市場需求

在現(xiàn)在的城市生活中，充斥著各種噪聲，能有一個舒適安靜環(huán)境的空間，成了當(dāng)務(wù)之急。所以隔音紡織材料的研究及開拓是十分必要的。從竹子中制取可用于紡織的纖維是前所未有的創(chuàng)新，但目前僅僅處于起步階段，竹原纖維的許多基礎(chǔ)研究工作還有待探索，為竹原纖維紡織產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)提供理論指導(dǎo)依據(jù)。通過查找文獻(xiàn)和大量閱讀，了解了一些復(fù)合材料的制備以及隔音性能測試分析的方法，這對順利完成這次課題有莫大的幫助。竹原纖維/聚氨酯復(fù)合材料的研究開發(fā)不僅在學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域有需要，整個市場也需要更好的隔音材料能完美的應(yīng)用于家居、建筑、軍事、民航、交通等方面。

4 結(jié)束語

現(xiàn)有研究表明，紡織吸聲隔音材料可發(fā)展方向和途徑很多，但是國內(nèi)外對紡織材料吸聲隔音的研究較少，大多研究只是停留在新型紡織材料的定性測量和評價上，對紡織品自身吸聲特性的系統(tǒng)研究較少。紡織材料作為吸聲材料雖然有很大優(yōu)勢，但是只有將其與其他材料復(fù)合才能滿足人們需要，更好地應(yīng)用于家居、建筑、軍事、民航、交通等方面。兼顧成本、性能、環(huán)保的各方面要求，復(fù)合纖維可以成為我們今后發(fā)展紡織降噪吸聲隔音材料的一個方向。研究新材料新工藝結(jié)合吸聲理論，以及傳統(tǒng)吸聲結(jié)構(gòu)最大限度研發(fā)紡織材料的吸聲性能，設(shè)計出既美觀又實用的新型紡織材料是紡織吸聲材料發(fā)展的一大趨勢。相信竹原纖維/聚氨酯增強復(fù)合材料在未來的日子里作為環(huán)保的復(fù)合產(chǎn)品市場前景會一片光明。

[1] 陳禮輝，李正紅，楊文斌.竹纖維增強聚酰胺樹脂復(fù)合材料界面改性[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2008；28（4）：299-303.

[2] 李康，張維杰，晏雄.粉末丁腈橡膠復(fù)合材料吸聲隔音性能的研究[J].天津紡織科技，2011；（1）：5-7.

[3] 沈沉，魏鵬，林芳茜，趙怡.汽車隔音墊用聚氨酯軟質(zhì)高回彈泡沫的吸音性能研究[J].化學(xué)推進(jìn)劑與高分子材料，2012；10（2）：69-73.

[4] Narang P. P.. Material parameter selection in polyester fibre insulation for sound transmission and absorption[J].Applied Acoustics, 1995;45(4):335-358.

[5] 羅以喜，奚柏君.非織造降噪復(fù)合材料的研究[J].紡織學(xué)報，2004；25（4）：64-66.

[6] 傅雅琴，倪慶清，等.玻璃纖維織物／聚氯乙烯復(fù)合材料隔聲性能[J].復(fù)合材料學(xué)報，2005；22（5）：94-99.

[7] 姚躍飛，高磊，等.玻璃纖維織物結(jié)構(gòu)參數(shù)對隔聲性能的影響[J].紡織學(xué)報，2009；30（2）：52-55.

[8] 楊穎霞，李永德.有機硅在聚氨酯中的應(yīng)用[J].聚氨酯工業(yè)，2002；20（3）：31-33.

[9] 李芝華，孟躍輝.水性聚氨酯改性技術(shù)的進(jìn)展[J].涂料工業(yè)，2004；34（10）：47-50.