柔性吸聲隔音降噪紡織復(fù)合材料

    隨著城市化和生活方式的快速發(fā)展，噪音無(wú)處不在。噪音污染已經(jīng)是嚴(yán)重的環(huán)境污染且危害健康[1]。據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)稱，噪音污染對(duì)健康和環(huán)境的影響僅次于空氣污染。流行病學(xué)研究表明，過(guò)度暴露在噪聲污染中，不僅會(huì)嚴(yán)重影響心理健康，也會(huì)增加患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[2-4]。巨大的噪聲可能造成嚴(yán)重的疼痛或性的聽(tīng)力損傷[5-8]。2017年環(huán)保部發(fā)布的《中國(guó)環(huán)境噪聲污染防治報(bào)告(2017)》中披露，2016年，我國(guó)城市功能區(qū)環(huán)境晝間檢測(cè)點(diǎn)次數(shù)總達(dá)標(biāo)率為92.2%，夜間監(jiān)測(cè)點(diǎn)次數(shù)總達(dá)標(biāo)率為74.0%?？梢哉f(shuō)，噪音污染的危害程度依然不能低估。因此，如何有效地控制或解決噪音污染所帶來(lái)的危害成為當(dāng)前的首要任務(wù)。

    紡織纖維材料以其疏松、多孔、輕薄、價(jià)格低廉和易加工等優(yōu)良的性質(zhì)，被認(rèn)為是良好的吸聲隔音材料。機(jī)織物通常較薄且孔隙較大，無(wú)法很好地反射入射聲波，也沒(méi)有高度多孔的結(jié)構(gòu)提供足夠的曲折路徑來(lái)消散聲能。但在一些特殊場(chǎng)合仍需被開(kāi)發(fā)利用，如裝飾窗簾[9-11]，人們希望其具備一定的吸聲性能。由于針織物本身的脫散性、卷邊性等特性的影響，目前有關(guān)針織物類(lèi)的吸聲材料的研究相對(duì)較少。非織造布是由纖維網(wǎng)鋪設(shè)而成的布狀材料，纖維與纖維之間存在許多聯(lián)通的空隙，滿足多孔吸聲的要求，是非常理想的吸聲材料。它的工藝流程短，加工成型性好，且生產(chǎn)效率高，最主要的是易與其他的結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)合。復(fù)合結(jié)構(gòu)大多是基于多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，三明治結(jié)構(gòu)[12-13]通過(guò)改變不同層之間的相對(duì)位置來(lái)實(shí)現(xiàn)不同頻率的吸聲，多孔梯度結(jié)構(gòu)[14]是將具有不同孔隙度的各層按照梯度結(jié)構(gòu)的方式排列來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)低頻吸聲性能的提高。目前非織造材料已廣泛應(yīng)用在生活、汽車(chē)、航天和建筑等領(lǐng)域。以纖維材料為主體的紡織復(fù)合材料的特點(diǎn)是仍保持著紡織材料輕薄、柔軟和易加工等特性，是一種很有發(fā)展前景的新型降噪材料。

    “十三五”期間，隨著生態(tài)環(huán)保意識(shí)提升、健康養(yǎng)老產(chǎn)業(yè)發(fā)展、新興產(chǎn)業(yè)不斷壯大和“一帶一路”戰(zhàn)略推進(jìn)等，產(chǎn)業(yè)用紡織品行業(yè)仍將處于高速增長(zhǎng)期。紡織復(fù)合材料中低頻吸聲隔音性能的提高成為了現(xiàn)代紡織吸聲隔音材料研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。本文主要闡述了新型降噪纖維材料和降噪功能填料在紡織品上的應(yīng)用，介紹了柔性吸聲隔音產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制備，并對(duì)柔性吸聲隔音紡織復(fù)合材料的發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

    1新型降噪纖維

    紡織材料作為多孔吸聲材料的一種，在高頻率范圍內(nèi)有很好的吸聲效果，但在低頻率范圍內(nèi)則表現(xiàn)較差。纖維是生產(chǎn)紡織材料的基本原材料，天然纖維具有易降解的特點(diǎn)，因此被廣泛的應(yīng)用到吸聲降噪紡織品上，如一些植物類(lèi)天然纖維，亞麻、龍舌蘭、椰殼和動(dòng)物類(lèi)天然纖維，羊毛等[15-18]。為了提高柔性吸聲降噪材料的降噪性能，一些高性能的新型降噪纖維材料正在被不斷的開(kāi)發(fā)和使用。

    1.1異形纖維

    異形纖維由于截面的特殊形狀，增加了纖維間的蓬松性和硬挺性，故制成的產(chǎn)品普遍具有良好的三維立體結(jié)構(gòu)和較高的孔隙率、蓬松度，因此相比于普通纖維有更好的吸聲效果。異形纖維的吸聲原理類(lèi)似于亥姆霍茲共振腔，制成的織物能形成更多的不規(guī)則形狀的孔隙，這些孔隙就是許多共振腔，不同形狀的孔隙吸收不同頻率的聲波，并且異型纖維的比表面積大，且異型纖維間的抱合力強(qiáng)，織物的摩擦系數(shù)大，能量消耗大，因此其吸音效果非常顯著[19]。

    Harting[20]將采用異形橫截面的聚乙烯和聚丙烯(PP)纖維制成的針織物用于壓縮空氣裝置時(shí)具有更好的消音效果。與相同旦尼爾的圓形橫截面纖維(圖1(c))相比，三葉形聚酯纖維(圖1(a))和4DG形聚酯纖維(圖1(b))制成的非制造布隔音性能更好。

    Suvari等[22]使用島為尼龍-6聚合物、海為PP纖維聚合物制成了海島雙組分長(zhǎng)絲，通過(guò)紡粘和水刺(圖2)使長(zhǎng)絲纖維原纖化。結(jié)果顯示，在較高頻率處長(zhǎng)絲纖維原纖化成更細(xì)的纖維吸聲系數(shù)明顯提高。圖3為經(jīng)過(guò)水刺的非織造纖維網(wǎng)的橫截面SEM圖像[22]。

    中空纖維是指纖維橫截面沿纖維軸向具有細(xì)管狀空腔的一種重要的異形纖維。由于其內(nèi)部存在空氣腔，因此可以吸收更多的聲波。入射聲波可與空腔中的空氣發(fā)生共振，從而大大地削減入射聲能。Abdelfattah等[23]利用6(g/9000m)的聚酯纖維和中空聚酯纖維研制了可用于汽車(chē)內(nèi)飾部件的非織造布，并對(duì)其吸聲性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，由此兩種纖維混合制備的非織造布具有更好的吸聲性能，其中采用質(zhì)量比為55%聚酯纖維-45%中空聚酯纖維混合并且織物質(zhì)量為600g/m2時(shí)制備的非織造布具備的吸聲效果。七孔中空聚酯纖維增強(qiáng)氯化聚乙烯吸聲降噪復(fù)合材料在中低頻范圍內(nèi)呈現(xiàn)出優(yōu)異的降噪性能，并隨著纖維含量的增加，復(fù)合材料的吸聲系數(shù)有顯著增加。

    除此之外，一些天然中空纖維因其同樣具有優(yōu)良的吸聲性能且易降解，受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。Xiang等[25]對(duì)天然木棉纖維(圖4(a))的吸聲性能進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，相比于商業(yè)和脫脂棉纖維，木棉纖維因具有天然中空結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出了良好的吸聲性能，吸聲系數(shù)主要受其纖維體積密度、厚度和纖維排列的影響。Liu等[26]以木棉纖維和中空聚酯纖維為原料制備了吸聲非織造布復(fù)合材料，研究表明，該復(fù)合材料在低頻區(qū)100～500H有優(yōu)異的吸聲性能。因此，Estabragh天然中空纖維(圖4(b))可以預(yù)期具有優(yōu)良的降噪性能。以Estabragh纖維和PP纖維為原料制備的吸聲非織造布，其降噪系數(shù)(NRC)預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值的相關(guān)系數(shù)為0.98，證實(shí)了所建立回歸模型的有效性，與僅由PP纖維制備的非織造布相比，添加有中空纖維的非織造布吸聲性能更高[27]。

    1.2納米纖維

    纖維的各項(xiàng)參數(shù)影響著紡織品的降噪性能，其中，纖維的直徑是最主要的參數(shù)之一。納米纖維因其比表面積大，制成的織物較常規(guī)纖維能提供更多的纖維表面和曲折路徑[28-30]，從而增加了聲波的能量轉(zhuǎn)換。作為納米纖維的生產(chǎn)技術(shù)，靜電紡絲因能夠控制纖維細(xì)度、表面形態(tài)、取向和橫截面形狀，已經(jīng)成為制造連續(xù)納米纖維泛的技術(shù)[31]。納米纖維制成的納米纖維膜[32]是很好的吸聲材料，對(duì)于低頻聲音的吸收，采用基于共振原理的結(jié)構(gòu)，使其中一些共振元件將聲能轉(zhuǎn)換成熱能消散達(dá)到降噪效果。納米纖維膜通常較薄，單獨(dú)使用時(shí)吸聲效果不佳，因此通常將納米纖維膜與其他吸聲材料進(jìn)行復(fù)合，從而改善其吸聲效果。Kalinova等[32]用直徑為600nm的納米纖維制備了表面質(zhì)量為0.1～5.0g/m2的共振膜層，將膜放置在2～3層普通梳理網(wǎng)之間，這種設(shè)計(jì)可以用于汽車(chē)、航空和建筑等領(lǐng)域。進(jìn)一步的研究表明[33-36]，采用靜電紡絲技術(shù)紡制的納米纖維共振膜(圖5)的共振頻率隨著單位面積重量的增加而降低，隨著納米纖維直徑的減小而增加。聲波使共振納米纖維系統(tǒng)振動(dòng)(圖6)，共振頻率下的聲能部分轉(zhuǎn)換為動(dòng)能，其余部分則為其他頻率下的聲能。納米纖維制成的納米纖維膜可以制備出分層卡片纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)[37]。Na等[38]對(duì)多層納米纖維網(wǎng)的吸聲性能進(jìn)行了研究。將其與不同織物質(zhì)量的微纖維材料進(jìn)行了比較，同時(shí)研究了納米纖維網(wǎng)層對(duì)普通纖維針織物吸聲性能的影響。結(jié)果表明，在1000～4000Hz頻率范圍內(nèi)，納米纖維網(wǎng)的吸音系數(shù)隨著層數(shù)的增加而提高。

    1.3金屬纖維

    金屬纖維多孔材料具有強(qiáng)度高、耐高溫、抗氧化、纖維之間纏結(jié)力強(qiáng)及性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的高效多孔吸聲材料，在腐蝕和氧化等惡劣環(huán)境中，也可呈現(xiàn)良好的吸聲性能[39-40]。常被用于水聲低頻吸聲、高聲壓下的航空航天技術(shù)等領(lǐng)域。

    以FeCrAl纖維、鈦纖維和不銹鋼纖維制成的金屬纖維多孔材料內(nèi)部呈梯度結(jié)構(gòu)，是一種適用于多種特殊環(huán)境的吸聲降噪體，材料的厚度、孔隙度和絲徑對(duì)吸聲性能影響較大[41-43]。由于脆性陶瓷在高疲勞載荷下會(huì)開(kāi)裂，聚合物材料在高溫下不能使用，因此金屬纖維多孔材料是航空發(fā)動(dòng)機(jī)吸聲襯墊的理想候選材料。Lippitz等[44]研究了金屬纖維氈作為噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)消聲器的適用性，有效地解決了高熱、腐蝕性攻擊及高疲勞負(fù)荷下傳統(tǒng)吸收器無(wú)法使用的問(wèn)題。

    1.4活性碳纖維(ACF)

    ACF具有較大的表面積和相互聯(lián)通的微孔，是理想的吸音材料。為了降低低頻噪聲，可以使用如引入氣腔、將機(jī)織結(jié)構(gòu)和非織造結(jié)構(gòu)復(fù)合等方法來(lái)構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)，從而得到趨于低頻且更加寬廣的吸聲域。

    Chen等[45-46]使用阻抗管對(duì)具有兩個(gè)表面層(玻璃纖維或ACF)和三個(gè)基層(棉、苧麻或PP)的非織造復(fù)合材料的吸聲隔音性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。結(jié)果表明，在低頻范圍(100～1600Hz)和高頻范圍(1600～6400Hz)，ACF和苧麻、ACF和棉及ACF和PP非織造復(fù)合材料的吸聲系數(shù)和平均隔聲量均高于玻璃纖維作為表面層的復(fù)合材料。但是，在500Hz頻率下，ACF復(fù)合材料的隔聲性能次于玻璃纖維復(fù)合材料，而其吸聲性能仍表現(xiàn)良好，吸收系數(shù)保持在0.5以上。

    Shen等[47]闡述了使用針刺而成的粘膠非織造織物制成的吸音碳纖維氈。將粘膠非織造布干燥后放入5%磷酸二氫銨溶液中30min，在300℃的烘箱中進(jìn)行預(yù)氧化，然后在N2氣氛中進(jìn)一步加熱到800℃進(jìn)行碳化，利用阻抗?fàn)t中的蒸氣活化8min后自然冷卻，得到吸音碳纖維氈。該項(xiàng)研究對(duì)碳纖維氈的空氣腔和背襯材料進(jìn)行了探討，表明在低頻區(qū)域氣腔的作用非常顯著。同時(shí)毛氈的厚度、體積密度及纖維直徑對(duì)吸聲性能也有很大的影響[48]。Shen等[49]進(jìn)一步詳述了生產(chǎn)碳纖維氈的工藝參數(shù)，及其與吸聲性能的關(guān)系。結(jié)果表明，碳化溫度、活化溫度和活化時(shí)間的增加可提高吸聲性能。

    2降噪功能填料在紡織品上的應(yīng)用

    吸聲材料有穿孔板、薄膜和薄板吸聲材料，通過(guò)共振吸聲的原理吸聲；見(jiàn)的是多孔纖維吸聲材料利用多孔吸聲機(jī)制吸聲。隔聲材料也可有效地防止噪聲傳播，材料的隔聲性能與材料本身的剛性、質(zhì)量、阻尼性能及聲波的性質(zhì)等有很大的關(guān)系[50]。傳統(tǒng)的隔聲材料一般都重而密實(shí)，多用磚墻、金屬板等，對(duì)可加工和使用范圍有很大的局限性。紡織材料輕薄、柔軟且加工性好，可以滿足不同場(chǎng)合的需要。但由于輕薄材料的低阻尼量及低自身重量，使其隔聲效果不佳。因此可以將紡織材料與黏性阻尼材料結(jié)合獲得高性能、應(yīng)用廣泛的復(fù)合材料。阻尼材料通過(guò)將運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能來(lái)減小材料的振動(dòng)，也可以有效地抑制材料的共振頻率和吻合頻率[51]。對(duì)涂層型吸聲材料來(lái)說(shuō)，不僅基體樹(shù)脂對(duì)吸聲性能有影響，降噪功能填料也有很大的影響。填料能夠有效地提高聚合樹(shù)脂的力學(xué)性能和阻尼性能[52]，填料的加入能使材料的黏彈性發(fā)生很大的改變，主要作用是能增加黏彈性材料的彈性模量、面密度、應(yīng)變及損耗能，可進(jìn)一步限制分子長(zhǎng)鏈相互轉(zhuǎn)換過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)，增加應(yīng)變、應(yīng)力之間的相對(duì)滯后，從而增加了能量的轉(zhuǎn)換，降噪功能填料在紡織品的降噪加工方面的應(yīng)用前景廣泛，因此受到了眾多學(xué)者的關(guān)注。

    2.1金屬及非金屬填料

    重質(zhì)的慣性負(fù)載，如Pb、Fe、Cu顆粒及其氧化物是有效提高紡織材料吸聲隔音性能的填料。在入射聲壓一定的條件下，金屬粒子受聲波作用的振動(dòng)幅度因慣性而減小，最終導(dǎo)致振幅減小，因此聲波通過(guò)這種纖維材料后聲能有明顯的降低[53]。羅以喜等[54]以丙綸纖維和Pb、Cu、Fe粉末為原料，采用紡絲成網(wǎng)、擠出與化學(xué)粘結(jié)復(fù)合工藝研制出一種質(zhì)輕且吸聲隔音效果較好的降噪非織造復(fù)合材料，具有良好的隔聲性能，隔聲量達(dá)到19dB。

    為了提高材料的內(nèi)損耗，也可在材料中混入含有大量空腔的填料。漂珠作為空心微珠的一種，具有輕質(zhì)、強(qiáng)度高、不燃燒和價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，特別是漂珠的中空微球結(jié)構(gòu)使其在隔聲和減噪等方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。姚躍飛等[52]將漂珠加入聚氯乙烯(PVC)樹(shù)脂中，用常壓澆注的工藝制備了漂珠-玻璃纖維織物/PVC復(fù)合材料，與未填充漂珠的復(fù)合材料相比，其剛度、阻尼性和隔聲量均有所提高。

    氧化石墨烯(GO)作為一種納米片層填料，因其具有高的比表面積和高的剛度，能有效提高材料的剛度，又由于其含有大量的含氧官能團(tuán)，如羥基、羰基和羧基等，與高分子材料具有良好的結(jié)合性能[55]。因此將其作為隔聲填料，既可以獲得一種輕質(zhì)的隔聲材料，又可以提高材料低頻區(qū)域的隔音效果[56]。

    在剪切增稠流體(STF)中同時(shí)加入納米SiO2和具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的四針狀ZnO晶須(圖7)，浸漬后的織物孔隙率和面密度增加，隔聲量也大大提高[57]。

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    2.2天然礦物質(zhì)填料

    天然礦石如云母粉、蛭石和黏土等是一種硅鋁酸鹽類(lèi)的礦物質(zhì)，呈片狀層間結(jié)構(gòu)，主要成分是SiO2。云母和蛭石的作用相似，用作填料填充PVC基隔聲材料主要是由于云母的片狀結(jié)構(gòu)增加了聲波的折射與反射，使聲速減小，傳播時(shí)間增長(zhǎng)，聲能耗增大[58]。

    范曉瑜等[59]以PVC為基體，填充蛭石，制得的蛭石/PVC復(fù)合材料表現(xiàn)出了良好的隔聲性能。在相近的面密度下，其隔聲性能高于BaSO4/PVC復(fù)合隔聲材料。如圖8為蛭石的SEM圖像。呈蜂窩結(jié)構(gòu)，同蛭石的性能相似，可以使聲波發(fā)生多次的折射和反射，是一種高效的吸聲隔音填料，同時(shí)也可以作為良好的保溫隔熱材料使用[60]。Canbolat等[61]用粘合工藝制備了三層結(jié)構(gòu)的復(fù)合材料，其中，中間層經(jīng)過(guò)了不同濃度和粒徑的浮石粉處理。結(jié)果表明，吸聲系數(shù)隨著浮石粉濃度的增加和浮石粉粒徑的減小而增加。

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    Jun等[62]使用溶液共混方法成功將黏土納米填料填入PP中制備納米復(fù)合隔聲片材。用阻抗管測(cè)定隔聲量(STL)表征其隔音性能，與純PP試樣相比，單一填料復(fù)合隔聲片材試樣在整個(gè)頻段上STL均顯著提高。在此基礎(chǔ)上，Kim等[63]將黏土和碳納米管混合納米填料填入PP中制備出納米復(fù)合隔聲片材并對(duì)其隔聲性能進(jìn)行了測(cè)試和分析。結(jié)果表明，混合填料復(fù)合隔聲片材試樣比單一填料復(fù)合隔聲片材試樣的STL有明顯的提高，且在均勻分散體的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)的界面粘合力之間建立了對(duì)STL的協(xié)同效應(yīng)。

    2.3廢固回用材料

    我國(guó)產(chǎn)鋼量位于世界，每年產(chǎn)生大量的鋼渣粉(SSP)。爐渣、粉煤灰和煤矸石也是工業(yè)發(fā)展排量較大的固體廢棄物，這些廢棄物的主要成分是Al2O3、SiO2、Fe2O3和CaO。由于這些廢棄物本身具有結(jié)構(gòu)多孔和質(zhì)量大的特點(diǎn)，根據(jù)多孔吸聲機(jī)制及上述所提到的重質(zhì)填料降噪機(jī)制實(shí)現(xiàn)良好的降噪效果，因此可以廢固回用，將其作為重質(zhì)填料可有效的提高材料的吸聲隔音性能，同時(shí)也可以保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源[64]。

    程樂(lè)利等[65]以鋼渣粉、云母粉、廢舊橡膠粉、廢舊壓電陶瓷粉末或BaSO4為填料，以PVC為基體制得相應(yīng)的隔聲復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)對(duì)復(fù)合材料的隔聲、阻尼及加工成本等綜合分析發(fā)現(xiàn)，鋼渣粉的填充比為70%，此時(shí)能提高復(fù)合材料的有效阻尼溫域。當(dāng)更高密度的廢舊壓電陶瓷粉或BaSO4為主填料時(shí)，制備的復(fù)合材料更柔軟。孫朋[66]采用高濕燒結(jié)的方法制備鋼渣多孔吸聲材料，與其他常用的多孔吸聲材料對(duì)比，相同厚度條件下，鋼渣多孔吸聲材料的吸聲性能優(yōu)于多數(shù)常用的吸聲材料，且具有更好的力學(xué)性能。

    3柔性高性能吸聲隔音降噪紡織復(fù)合材料

    隨著社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，低成本、輕量化及吸收頻帶寬的材料受到了更多研究者的關(guān)注。為了克服紡織材料低頻降噪性能較低的缺點(diǎn)，可以采用將兩種或多種材料組合的方法，將不同性能、材質(zhì)或結(jié)構(gòu)的材料復(fù)合起來(lái)，拓寬材料的吸聲頻帶，開(kāi)發(fā)出具有柔軟、質(zhì)輕和薄型隔聲等特點(diǎn)優(yōu)良的復(fù)合材料，使柔性紡織復(fù)合材料在生活噪音、交通噪音等領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景。

    3.1柔性降噪紡織復(fù)合材料層合法制備

    由于紡織材料較薄且多孔，不能很好的反射聲波，因此紡織品不能作為良好的隔音材料使用。因此，可將紡織品與其他材料層合使用，通過(guò)構(gòu)建多層結(jié)構(gòu)、三明治結(jié)構(gòu)或者功能梯度結(jié)構(gòu)，使層與層之間形成空氣層，通過(guò)空氣層來(lái)減弱傳遞到下一層的振動(dòng)，從而提高總結(jié)構(gòu)的STL，同時(shí)厚度的增加也大大提高了系統(tǒng)的吸聲性能。

    將鋁箔、穿孔鋁箔、玻璃纖維薄氈和噴涂橡膠等貼面材料分別與離心板貼合可以防止板中的纖維散落，同時(shí)制成的復(fù)合材料具有很好的吸聲性能[67]。王建忠等[68]將制成的不銹鋼纖維多孔材料與穿孔板、金屬薄板復(fù)合并采用真空燒結(jié)技術(shù)制備了厚度為3～4mm的復(fù)合結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，在梯度金屬纖維多孔材料層間添加金屬薄板可進(jìn)一步提高材料的吸聲系數(shù)。

    Liang等[69]介紹了制造黏彈性阻尼薄膜的新工藝，根據(jù)玻璃纖維織物/環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合固化循環(huán)，探索出了復(fù)合材料嵌入黏彈性阻尼膜的共固化工藝。發(fā)現(xiàn)與沒(méi)有阻尼層的復(fù)合材料進(jìn)行比較，嵌入式和共固化復(fù)合阻尼結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的隔音效果。簡(jiǎn)單的雙層材料往往達(dá)不到理想的效果，因此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者利用經(jīng)典的多層隔音理論設(shè)計(jì)出了多層結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了降噪性能的提高。將填充有埃洛石納米管的PVC/蜂窩織物復(fù)合材料作為芯層，制備的三明治結(jié)構(gòu)復(fù)合材料具有良好的隔音性能，不同的組織循環(huán)數(shù)織物在不同頻段表現(xiàn)出各自的隔聲特性[70]。利用黏彈性阻尼材料的降噪特性，將丁腈橡膠與純苧麻胚布層合制成的多層復(fù)合材料，中間層的層數(shù)增加，吸聲系數(shù)和STL均提高[71]。

    3.2柔性降噪紡織復(fù)合材料涂層整理法制備

    紡織材料的涂層整理是一種非常成熟的加工技術(shù)，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。通過(guò)將連續(xù)的聚合物涂層涂于紡織品的一面，層與層之間通過(guò)外加的黏合劑或材料自身的黏性緊密地黏合在一起，賦予了紡織品不同的風(fēng)格和功能。涂層織物的吸聲機(jī)制：一方面由于阻尼材料自身的黏性內(nèi)摩擦和材料的彈性弛豫過(guò)程把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉；另一方面增大了織物的面密度使低頻隔音性能提高。涂層織物各層材料的特性阻抗不同，會(huì)造成聲波在不同界面產(chǎn)生多次反射，阻抗梯度越明顯其反射聲能就越多，隔聲性能就越好。

    SiO2氣凝膠以其質(zhì)輕、孔隙率高、耐受溫度高著稱，是一種具有納米三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的多孔材料。由于硅氣凝膠的低聲速特性，它可以作為一種理想的聲學(xué)延遲或高溫隔音材料。Venkataraman等[72]結(jié)合SiO2氣凝膠和非織造布各自的特點(diǎn)，將氣凝膠嵌入非織造布中制造出了具有高吸聲系數(shù)的復(fù)合材料，結(jié)果表明，氣凝膠涂布的非織造布厚度對(duì)材料的吸聲性能影響。以紡織材料為基材，將金屬鉛或鐵鎳合金采用化學(xué)鍍的方法與織物結(jié)合，從而獲得一種新的吸聲隔音復(fù)合材料，利用金屬材料密度大、慣性負(fù)載大等優(yōu)點(diǎn)有效的提高了織物的降噪效果[73]。

    3.3柔性降噪紡織復(fù)合材料浸漬整理法制備

    紡織品本身有良好的透氣性，部分入射聲波會(huì)隨空氣透過(guò)，從而影響其降噪性能。對(duì)紡織材料進(jìn)行浸漬整理，整理液能夠滲透到織物中去，附著在纖維的表面和纖維間的間隙中，增加了織物中絲絲、束束和層層之間的聯(lián)系，使織物保持本身柔軟性的同時(shí)增加了面密度；而織物面密度的增加可以使空氣流阻增大，空氣流阻是影響多孔材料吸音隔音性能的重要因素之一，空氣流阻的增大，可以延長(zhǎng)聲波在材料內(nèi)部的時(shí)間，吸收更多的聲能[74]。低頻聲波入射到織物表面時(shí)，不易發(fā)生反射，大部分能夠進(jìn)入織物的內(nèi)部，因此，可以通過(guò)增加材料的面密度來(lái)提高其低頻隔音性能。

    傅雅琴等[50]采用常壓澆注工藝，制備了一種超薄、輕量且柔韌的玻璃纖維織物/PVC復(fù)合材料，厚度僅為0.5mm，面密度為0.678kg/m2，且在中低頻的降噪效果顯著。在此基礎(chǔ)上，姚躍飛等[75]利用在PVC基體中填充煉鋼爐渣粉的方法制備出玻璃纖維織物/PVC復(fù)合材料，其隔聲性能在中低頻段隨著面密度的增加而增加，煉鋼爐渣粉的填充對(duì)PVC隔聲材料的阻尼性能和力學(xué)性能也有一定的影響。

    STF是在沖擊載荷下變硬的黏性液體，在這個(gè)過(guò)程中它可以吸收大量的能量，因此被廣泛應(yīng)用于服上。近些年研究人員對(duì)STF在織物隔音性能的作用進(jìn)行了大量的研究。經(jīng)過(guò)30%SiO2和聚乙二醇制成的STF處理后的織物，紗線之間縫隙減小的同時(shí)也會(huì)使針織物的表面密度提高，與未經(jīng)處理的針織物相比，經(jīng)STF處理的針織物透射損失提高近10倍[76]。在另一項(xiàng)研究中[57]，研究人員制備了一種基于四針狀ZnO晶須和納米SiO2的復(fù)配STF。用無(wú)水乙醇稀釋后分別對(duì)單層和雙層玻璃織物整理測(cè)試隔聲性能發(fā)現(xiàn)，復(fù)配STF的剪切增稠效果優(yōu)于SiO2單分散STF。

    4結(jié)論及展望

    過(guò)去幾十年來(lái)，紡織品已經(jīng)在吸聲降噪領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在中低頻段紡織材料對(duì)噪音的控制仍處于較低水平。一般來(lái)說(shuō)，較厚和較密的材料對(duì)于吸收中低段的噪音是有利的，但在許多應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)降噪材料的厚度和密度是有一定限制的。開(kāi)發(fā)薄型柔性的紡織吸聲隔音材料成為研究人員的研究重點(diǎn)，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了新型降噪纖維材料、納米纖維膜和納米材料整理紡織品等。

    與織造相比，非織造布仍然占降噪材料的主導(dǎo)地位，且發(fā)現(xiàn)將非織造布與聚合物復(fù)合是制備吸聲隔音材料的技術(shù)，高效降噪功能填料的加入效果更佳。此外兼顧成本、環(huán)保及產(chǎn)品性能等各方面要求，研制新型降噪纖維和新的復(fù)合工藝，如將吸聲材料與隔聲材料相結(jié)合，利用吸聲機(jī)制與隔聲原理的協(xié)同作用獲得更好的降噪效果，及開(kāi)發(fā)更高效的降噪功能填料均是新型吸聲降噪復(fù)合材料的發(fā)展方向。