PP/PAN废料复合材料——一种声学材料

P.Katkar，P.V.Kadole，A.Bhute

DKTES’s 纺织与工程学会(印度)

非织造布可由多种制备工艺制造，其中，针刺工艺在大批量生产低密度毡结构中的应用最广泛。因密度低和微观结构不均匀的特点，针刺非织造布的拉伸性能较不稳定，同时无法满足复杂的拉伸性能需求，从而导致针刺非织造布无法应用于需大承载力的领域。在针刺非织造布基体中加入化合物如聚合物黏合剂可解决这一问题。事实上，这种多孔结构非常有利于复合材料的制备，因为它可使聚合物基体很容易地贯穿其中。因此，可采用针刺非织造布工艺制备复合材料的增强基布，并在其上浇筑树脂，从而结合非织造布结构和树脂材料的性能优势，制备可应用于诸多产业领域的复合材料。

合成纤维工业产生的废弃物越来越多，产生的问题也日趋严重。合成纤维的处理方式(掩埋或焚烧)不当易导致环境问题。减少对环境的负荷并有效利用这些废弃物至关重要。

非织造布因其比表面积大而非常适用于声学控制。然而，在所有的应用环境中，单独采用非织造布吸声并不能提供令人满意的解决方案。复合材料形式的吸声材料则在质量、强度、刚度、厚度和表面质量等方面满足一定的条件。

基于此，本文尝试采用假发制造业中产生的合成纤维废料为原料，开发一种隔音复合材料。

1 试验

以合成纤维废料为原料，制备聚丙烯/聚丙烯腈(PP/PAN)非织造布吸声试样。首先，制备不同面密度的非织造布作为增强基布，然后，将其与各类树脂复合，制得复合材料试样。

1.1 材料

用于非织造布的纤维：PP/PAN混合废料；

纤维混比：m(PP)∶m(PAN)=80∶20；

针刺非织造布面密度：300，400和500 g/m2；

树脂类型：不饱和聚酯、乙烯酯及环氧丙烯酸酯。

1.2 方法

在德国Dilo公司的M/S型针刺样机上，以PP/PAN混纤废料为原料制备3种不同面密度的针刺非织造布。然后，将其分别与3种不同类型的树脂复合，制得9种复合材料试样，如表1所示。采用TaguchiL9正交法进行试验设计并分析测试结果。

表1 9种复合材料试样

2 结果与和讨论

根据试验安排，制备了3种不同面密度的PP/PAN纤维针刺非织造布，并将其与3种不同类型的树脂复合，制备获得9种复合材料试样。然后，测试这9种复合材料试样的物理性能并进行数据分析。

2.1 复合材料试样的面密度

Taguchi分析证实，作为增强基的非织造布的面密度对最终复合材料试样的面密度有显著影响(P=0.00)。研究表明，复合材料试样的面密度随着非织造布面密度的增大及树脂用量的增大而增大。所采用的树脂类型也影响复合材料试样的面密度。浇筑相同面密度的针刺非织造布，采用环氧丙烯酸酯时其用量比乙烯酯大，不饱和聚酯的用量最少。图1为复合材料试样的面密度分析结果。

图1 复合材料试样的面密度

2.2 复合材料试样的厚度

复合材料试样的厚度随着针刺非织造基布厚度的增大而显著增大(P=0.00)。树脂种类对采用相同面密度的针刺非织造布制备的复合材料试样的厚度也有显著的影响(P=0.00)，这可能与所用树脂的量有关，浇筑针刺非织造布所消耗的不饱和聚酯量最少，因而其复合材料试样的厚度最小。Taguchi分析也表明，作为增强基的非织造布的厚度对最终复合材料试样厚度的影响大于所采用树脂种类的影响。图2为复合材料试样的厚度分析结果。

图2 复合材料试样的厚度

2.3 复合材料试样的密度和孔隙率

Taguchi分析表明，复合材料试样制备过程中所用树脂种类对复合材料试样的密度和孔隙率有较大的影响(P=0.00)。因不饱和聚酯的密度较大，因此使用该类型树脂形成的复合材料试样的密度大于采用乙烯酯和环氧丙烯酸酯形成的复合材料试样。图3为复合材料试样的密度分析结果。

图3 复合材料试样的密度

随着复合材料试样面密度的增大，其孔隙率显著减小(P=0.01)。图4为复合材料试样的孔隙率分析结果。

图4 复合材料试样的孔隙率

因乙烯酯的密度较小，使用乙烯酯的复合材料试样的孔隙率也较小，浇铸过程中，密度小的乙烯酯较容易通过非织造布的各纤维层，因此，其在非织造基布上具有较好的穿透性。

当非织造布的面密度较大时，复合材料试样的孔隙率显著降低，其原因有两方面，一方面，随着非织造布面密度的增大，纤维体积率增大，其与树脂的接触面积得以增大；另一方面，随着非织造布面密度的增大，复合材料试样的厚度增加，树脂的渗透性降低，导致复合材料试样的孔隙率降低。

2.4 复合材料试样的吸声效果

非织造复合材料试样的吸声效果明显，如图5所示。统计分析结果表明，非织造布的面密度和树脂种类这两个变量对复合材料试样的吸声效果有显著的影响(P<0.00)。3种含树脂的复合材料试样中，采用环氧丙烯酸酯的复合材料试样因具有较大的厚度而表现出更好的吸声性能。随着非织造布面密度的增大，复合材料试样的厚度增加，从而提高了对声波的阻隔效果，使复合材料试样的吸声率得以提高。

图5 复合材料试样的吸声率

3 结论

研究表明，非织造布经树脂强化后，其吸声性能有所提高。因此，可将非织造布增强复合材料用作吸声材料。树脂类型和非织造布的面密度对最终非织造布增强复合材料的性能有较大的影响。较大的非织造布面密度可明显增加复合材料试样的面密度和厚度。含有环氧丙烯酸酯的复合材料试样表现出更好的吸声性能。