不同层数和穿筘方式的正交织物复合材料隔声性能研究

靳雯雯 唐予远,2 许 鹤,3 单晶晶

1. 中原工学院，河南 郑州 450007； 2. 河南省功能性纺织材料省级重点实验室，河南 郑州 450007； 3. 际华三五零九纺织有限公司，湖北 汉川 431602

不同层数和穿筘方式的正交织物复合材料隔声性能研究

靳雯雯1唐予远1,2许 鹤1,3单晶晶1

1. 中原工学院，河南 郑州 450007； 2. 河南省功能性纺织材料省级重点实验室，河南 郑州 450007； 3. 际华三五零九纺织有限公司，湖北 汉川 431602

以玻璃纤维为原料，在SGA598半自动小样机上织造正交织物，使用真空辅助成型法制作正交织物复合材料，探讨不同层数、不同穿筘方式的正交织物复合材料的隔声性能，结果发现：层数越多的正交织物复合材料，纤维体积分数增大，其隔声性能越好；层数相同时，4/2穿筘方式的正交织物复合材料的隔声性能要优于2/2穿筘方式的正交织物复合材料。

穿筘方式，层数，正交织物，复合材料，隔声性能

噪声污染会对人体造成很多危害，并会对一些精密仪器或机械产生很大影响，其已在全球范围内得到重视。因此，研究和开发隔声、吸声材料非常有意义。已有很多将纺织材料和其他材料通过复合制成复合材料的声学性能研究，这是因为单一的纺织材料通常不具备非常优秀的噪声控制能力，不能满足某些环境下的使用需求，而将单一的纺织材料与其他材料相复合，不仅可以充分发挥材料各自的优良性能，还可弥补单一的纺织材料的缺点与不足。

陈跃华[1]就纺织材料的声学性能做过相应的研究，发现纺织材料的隔声性能与其原料、组织、厚度和层数等有关。祝燕平等[2]专门研究了装饰织物的吸声、隔声性能，认为织物密度和面密度对纺织材料声学性能的影响最大，并存在相关性；除此之外，织物的透气性也与织物的声学性能相关。朱明娟等[3]利用涤纶平布和涤纶非织造布为基材，采用热喷技术，成功研制出具有减振降噪功效的铅化织物复合材料。

本研究主要通过改变正交织物的层数和穿筘方法，探讨正交织物复合材料的隔声性能。

1 试验

1.1 正交织物的设计

正交织物1个组织循环内经、纬纱根数的计算式：

(1)

式中：X——正交织物层数；Rj——1个组织循环内经纱根数；Rw——1个组织循环内纬纱根数。

由此，可设计3层正交织物1个组织循环内：

并据此绘出3层正交织物组织的上机图(图1)。

图1 3层正交织物上机图

同理，可参照计算式(1)设计4、5、6层正交织物，其上机图分别如图2～图4所示。其中，为对比不同穿筘方式、相同层数的正交织物的声学性能，特别就5层正交织物设计了2种不同的穿筘方式，其中图3(a)的穿筘方式为每筘齿穿入2根经纱(即2/2穿法)，图3(b)的穿筘方式为1个筘齿穿1个组织循环内的4根地经、下1个相邻筘齿穿2根缝经(即4/2穿法)。

图2 4层正交织物上机图

(a) 穿筘方式2/2

(b) 穿筘方式4/2

图4 6层正交织物上机图

1.2 正交织物的织造

采用SGA598型半自动小样织机，以线密度为132 tex的玻璃纤维纱为原料，根据图2～图4的上机图，分别织造出3层正交织物复合材料(1#)、4层正交织物复合材料(2#)、5层正交织物复合材料(2/2穿法)(3#)、5层正交织物复合材料(4/2穿法)(4#)、6层正交织物复合材料(5#)。

1.3 复合材料的制备

在复合材料众多的加工成型工艺中，真空辅助成型工艺于20世纪80年代末开始运用[4-6]。

图5 真空辅助成型法示意

本研究采用真空辅助成型法，如图5所示：底板采用表面平整、具有一定强度的玻璃板(即底座玻璃)，其起着模具成型和基体放置的作用；织物基体上的压板(即盖板玻璃)使制成的复合材料制件表面平整,以便大气压力能均匀地施加于织物之上；由聚酯材料制成的密封膜在密封胶的作用下将织物密闭。空压机工作时，通过导流管抽走模具内空气，使模具内部形成负压。烧杯中的树脂在大气压力作用下随导流管进入模具内部，在织物的内部流动、渗透,并慢慢流向抽滤瓶，直到树脂充满整个织物，实现对纤维及织物的渗透与浸渍。待织物完全被渗透后，夹紧抽滤瓶端导流管，关闭空压机。最后，待复合材料固化后，即可拆除模具，取出复合材料。

1.4 隔声性能测试

本研究采用全频(250～6 500 Hz)测试方法。VA-Lab测试系统是由数据采集、信号处理和计算机等部件组成的一种隔声测试系统[7]，其基本原理是利用控制器使扬声器发出一定频率的声波，经传声器数据采集后，再由计算机进行信号处理和分析，最后得到试样的声波传递损失量。

将正交织物复合材料裁剪成直径分别为11.50和6.50 cm的圆；打开VA-Lab测试系统，将2种直径的圆形正交织物复合材料同时放入阻抗管中，连接好各部件，进行隔声性能测试。

根据隔声原理，试验中发出的声波遇复合材料后，一部分能量被复合材料吸收，一部分能量被反射，剩下的一部分能量则通过材料透射出去。反射的声波与透射的声波的差值即为隔掉的声波，其能量即为声波传递损失量。计算机会计算出不同频率下声波穿过不同复合材料时的声波传递损失量，得到不同复合材料在各个频率下的隔声性能。

2 试验结果

2.1 隔声性能

所得不同正交织物复合材料的声波传递损失量如图6所示。

图6 正交织物复合材料的声波传递损失量

从图6中可以看出：随着织物层数的增加，正交织物复合材料的声波传递损失量越来越大，表明正交织物复合材料的隔声性能越来越好；4#的隔声性能要优于3#。

2.2 纤维体积分数

纤维体积分数常用的计算方法有3种——称重法、理论模型计算法和数字图像分析法。本课题使用称重法，具体计算式[8]：

(3)

式中：Vf——纤维体积分数；ρs——制成的正交织物复合材料的密度；ρf——正交织物所用玻璃纤维的密度；ρm——复合所用树脂的密度。

取半径为5.75 cm的圆形正交织物复合材料，测量和计算得到的纤维体积分数的相关数据见表1。

表1 正交织物复合材料及其纤维体积分数

2.3 结果分析

由图6和表1可以得出：同一频率时，各正交织物复合材料的声波传递损失量随纤维体积分数的减小而减少[9]。4#的声波传递损失量明显高于其他试样，原因在于4#采用4/2的穿筘方式，其经密大大增加，故而提高了织物的密度，使织物更加紧密，纤维体积分数增大(超过3#和5#)，故4#的声波传递损失量高于同样由双轴织造的5层正交织物复合而成的3#，甚至高于5#。

3 结语

(1) 穿筘方法相同时，层数越多的正交织物，其复合材料的厚度与密度增加，结构越紧密，纤维体积分数增大，隔声性能越好；

(2) 层数相同、穿筘方法不同时，1个组织循环内，地经和缝经各穿1个筘齿的穿筘方式明显使得正交织物的密度增加大，织物结构变得更紧密，纤维体积分数增大，因此制成的正交织物复合材料的隔声性能更好。

[1] 陈跃华．纺织材料隔音性能测试研究[J]．纺织学报，1997，18(3)：14-17．

[2] 祝燕平，于伟东．简述装饰织物吸音隔音性能的应用与研究[J]．产业用纺织品,2000，18(6)：24-26．

[3] 朱明娟,吕仕元.减振降噪铅化织物复合材料的研究[J].南通工学院学报,1999,15(1):37-40.

[4] 赵渠森,赵攀峰.真空辅助成型技术(一)[J].高科技纤维与应用,2002,27(3):22-27.

[5] 赵渠森,赵攀峰.真空辅助成型技术(二)[J].高科技纤维与应用,2002,27(4):21-26.

[6] 赵渠森,赵攀峰.真空辅助成型技术(三)[J].高科技纤维与应用,2002,27(5):25-27.

[7] 史磊.多层复合非织造材料吸声性能及其神经网络预测模型研究[D].苏州：苏州大学,2013.

[8] 朱俊萍,祝成炎.纤维体积分数对组合式3D机织复合材料拉伸性能的影响[J]. 浙江理工大学学报,2005，22(4):328-331.

[9] 许鹤，唐予远，马菲，等.三维机织物复合材料的隔声性能研究[J].中原工学院学报，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，在读硕士研究生，研究方向为纺织三维复合材料

TS105.3, TB332

A

1004-7093(2017)01-0015-04