不同贴面材料对木塑地板吸音性能影响的研究

2015-12-16宋晓雪黄金鑫朱晓冬

森林工程 2015年5期

霍成，朱应，唐璐，潘巧，宋晓雪，黄金鑫，朱晓冬

(东北林业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150040)

随着现代人们生活质量的逐步提升，对地板的需求也越来越多，据我国林产工业协会地板委员会公布的数据显示，去年一年我国的地板企业销售约30 883．88万m2。木塑复合材(简称WPC)由于其优良的性能以及所用材料可循环，已成为木材加工行业的焦点。木塑地板不但具有优良的性能，而且低碳、环保，以木塑地板来代替木质地板，不仅可减少木材的消耗量、节约森林资源，而且可缓解白色污染日益严重的问题。发展室内用木塑地板作为顺应潮流发展的产品，在不久的将来定会成为主流产品［1-5］。但目前在国内，木塑地板大部分用于户外，室内应用很少。即便是用于室内的木塑地板具有木质感，也可制成多种颜色，但由于纹理和颜色有限，缺乏木材的自然性;同时由于木材系极性物质，其表面具有部分不饱和状态的极性基因，而制造WPC的塑料是非极性材料，使得装饰单板与WPC地板基材间的相容性成为急需解决的难题。在实用性方面，木塑地板因为一定持续力作用下的蠕变变形进而损坏，并且会释放出不同种类的污染物，这些缺点在一定程度上限制了消费者对其的接受程度，阻碍了木塑地板在室内地面铺设材料中的推广应用［6］。

作为室内装饰材料，木塑材料的吸音效果如何也一直受到人们的关注。之前诸多学者的研究发现各类板材吸声性能依次为纤维板＞胶合板＞刨花板＞实木［7-8］。但目前对木塑材料吸声性能的研究极少。为了让木塑复合材这种产品以更优良的品质走进地板市场，开展相关研究尤为必要。本文以充分发挥木塑地板的声学性能为目标，探讨材料的表面贴面材料对装饰单板饰面木塑地板声学性能的影响，制造出有实际使用意义的吸音木塑地板，并将其实际应用到日常公共或家庭装修中，减少噪音对人们生活的影响。

1 实验材料与制备

1．1 实验材料

本实验中所采用的木塑地板为东北林业大学自制的室内用PVC发泡木塑地板，发泡剂的含量为1%，厚度为11 mm，密度为0．95 kg/m3;贴面材料为市场购买的薄木贴面材料和纸基薄木贴面材料，实木单板厚度为2 mm、纸基薄木厚度为0．22 mm、胡桃木薄木厚度为0．11 mm;背面覆面材料为厚度2 mm的静音垫;胶黏剂为东北林业大学自制的苯乙烯含量为2%苯丙乳液胶黏剂。

1．2 实验仪器

实验主要采用的仪器设备有:AWA6122A驻波管，合肥远中计量检测仪器有限公司生产;VB-715A型数控机床，杭州友佳精密机械有限公司生产;100t试验热压机，幅面420 mm×420 mm，哈尔滨市东大人造板机械制造有限公司生产;万能力学试验机CMT5504型，深圳市新三思计量技术有限公司生产;TZL-5004数显恒温水浴锅，苏州珀西瓦尔实验设备有限公司生产。

1．3 试件制备

(1)裁切:将PVC木塑发泡板材与贴面材料分别裁切成75 mm×75 mm、50 mm×50 mm的尺寸规格。

(2)基材涂胶:采用刨光(砂光)面进行均匀涂刷，施胶量为140 g/m2;将薄木单板和背面静音垫粘贴在木塑上下表面。

(3)热压:采用热压机进行热压，压强为5 MPa，热压温度为70℃，时间为10 min。

(4)声学测试样品制备:采用直径规格为95 mm、刨光后厚度为11 mm、含水率为10%的圆形贴面PVC木塑发泡板材。

1．4 性能测试

(1)力学性能测试

按照中华人民共和国国家标准GB/T 15104—2006《装饰单板贴面人造板》，使用力学实验机进行浸渍剥离试验与表面胶合强度测定。

(2)吸声性能测试

按照GB/T 18696．1-2004《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第一部分:驻波比法》的标准进行测试木塑材料在各频率的吸声系数。测试环境为半消音室，温度15℃，湿度20%，大气压为100．76 kPa，测量范围100～2 000 Hz，取100、200、315、450、630、800、900、1 000、1 400、2 000 Hz的频率段的吸声系数测量值［9］。

2 结果与讨论

2．1 力学性能测试结果

在分析不同贴面材料对木塑地板力学性能影响之前，首先对贴面后木塑地板浸渍剥离和表面胶合强度进行测试，结果见表1。从表1中实验结果得出，装饰单板贴面PVC发泡木塑地板的浸渍剥离与表面胶合强度完全符合国家标准GB/T 15104-2006对装饰单板贴面人造板的浸渍剥离长度(试件贴面胶层每一边剥离长度﹤25mm)与表面胶合强度的要求(≧0．40 MPa)。

表1 浸渍剥离与表面胶合强度实验结果Tab．1 Experimental results of surface bonding strength of dipping and peeling

2．2 木塑基材的吸声性能

PVC木塑发泡地板是将木粉与PVC粉通过施加发泡剂及各种助加剂的条件下通过挤压工艺制备而成的多孔复合材料。影响该材料的吸声系数的主要因素是木粉的含量及复合材料的密度、厚度、发泡剂含量、贴面材料及背后覆面材料等［10-11］。表面不加任何装饰贴面的木塑基材的吸声系数如图1所示。从图1中可以看出，木塑发泡地板具有一定的吸声性能，这是因为当声波通过垂直入射进入到多孔材料内部时，发泡剂的含量分解产生的气体，使空隙不能均匀分布、孔径过小，在材料内部容易发生反射，造成木塑发泡地板的流阻较高，在一定的频率范围内吸声性能较好。本实验材料500～700 Hz频率范围内的吸声效果在630 Hz达到最大值。

图1 木塑素面基材各频率的吸声系数Fig．1 Coefficients of sound absorption of the crude wood-plastic composites with different frequencies

2．3 覆面材料对木塑复合材料吸声性能的影响

当木塑地板用于室内地面的铺设时，需要在地板的背面铺加一层静音防潮垫。本实验使用市场购买的常用地板静音垫覆在木塑地板的背面，测试其吸声性能，结果如图2所示。

图2 木塑基材背面覆静音垫的吸声系数Fig．2 Coefficients of sound absorption of the crude wood-plastic composites combined with mute pad

由图2可见，背面覆面静音垫木塑地板的吸声性能在100～630 Hz的范围内逐步上升，在630 Hz左右达到最大值，随后吸声性能下降，即背面覆面静音垫在一定程度上提升了低频的吸声系能，这是因为静音垫自身具有一定的吸声性能［12-14］。将其黏贴在木塑地板的背面，随着厚度的增加，使覆面后地板材料在低频时吸声性能有较大提升，但是对于中频的吸声性能影响较小。因此，覆面材料厚度的增加量可能对材料整体结构的吸声系数存在一个最佳值。

2．3 贴面材料对木塑复合材料的吸声性能影响

从装饰角度考虑素面的木塑复合的装饰性能较差，需要在其表面进行装饰贴面。本实验采用纸基薄木(实薄木+牛皮纸)、实薄木单板(实薄木+无纺布)、实木单板贴在木塑基材上，分别对其进行吸声系数测试，结果如图3所示。

由图3可见，贴面后的木塑复合材在100～630Hz的低频范围内，吸声性能都有大幅的上升，在630Hz左右达到最大值，随后吸声性能下降。在低频范围内，吸声性能为单板贴面＞纸基薄木贴面＞实木薄木贴面。这是由于贴面层具有一定的吸声作用，对木塑基材贴面后，增加了声阻，使得共振频率降低，进而提高低频的吸声系数。