劉玉杰，李新禹，劉 龍

（天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300160）

針刺非織造布中低頻吸聲性能的影響因素

劉玉杰，李新禹，劉 龍

（天津工業(yè)大學(xué) 紡織學(xué)院，天津 300160）

選擇不同細(xì)度的圓形截面和中空滌綸纖維，經(jīng)過(guò)針刺和預(yù)針刺加工成非織造布.使用SZZB駐波管法測(cè)試非織造布中低頻（125～2 000 Hz）的吸聲系數(shù)，比較滌綸纖維的截面、細(xì)度及針刺加工工序?qū)Ψ强椩觳嘉暡牧现械皖l吸聲性能的影響.結(jié)果表明，200 Hz以下各非織造布試樣的吸聲系數(shù)差距不明顯.在250 Hz時(shí)，中空纖維組成的非織造布的吸聲系數(shù)比圓形纖維組成的非織造布的吸聲系數(shù)約大0.04；由1.67 dtex纖維材料組成的非織造布比6.67 dtex纖維材料組成的非織造布的吸聲系數(shù)約大0.03；預(yù)針刺非織造布中低頻的吸聲系數(shù)比針刺布中低頻的吸聲系數(shù)約大0.06；而且以上吸聲系數(shù)的差距均隨著聲波頻率的增大而增大.

針刺非織造布；中低頻；吸聲系數(shù)；預(yù)針刺非織造布

punched nonwovens

針刺非織造吸聲材料吸聲性能的研究，往往通過(guò)對(duì)針刺非織造材料的厚度、容重、面密度等方面來(lái)進(jìn)行研究，其加工工藝是通過(guò)針刺非織造材料的多層復(fù)合、后整理等方式來(lái)進(jìn)行處理，這些方法所制非織造布的吸聲性能良好，但會(huì)使得針刺非織造吸聲材料厚重[1-4].針刺非織造布的吸聲特性往往取決于其組成纖維的幾何形狀（包括纖維的截面和細(xì)度）和纖維在織物結(jié)構(gòu)中的排列.Mevlut Tascan等[5]研究了纖維的截面形狀和細(xì)度對(duì)針刺非織造布聲學(xué)性能的影響.Koizu mi的研究[6]表明1.67～6.67 dtex纖維的吸聲效果良好.本文對(duì)不同截面不同細(xì)度的纖維進(jìn)行預(yù)針刺和針刺加工，制成非織造布試樣，然后測(cè)試其中低頻吸聲系數(shù)，探討纖維截面、細(xì)度及纖維材料的加工方式對(duì)非織造布中低頻吸聲性能的影響，以期為輕質(zhì)針刺非織造吸聲材料的設(shè)計(jì)提供一定參考.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原料

實(shí)驗(yàn)原料為不同截面（圓形截面和中空截面）和不同細(xì)度（1.67 dtex，6.67 dtex）的滌綸纖維，由儀征東南化纖原料有限公司提供.6.67 dtex滌綸纖維在400倍生物顯微鏡下的截面形狀如圖1所示.

圖1（a）為普通滌綸纖維材料的截面，為實(shí)心圓形.圖1（b）為三維卷曲中空纖維的截面形狀，為圓環(huán)形，與普通滌綸纖維相比，這不僅減輕了纖維的重量，而且能夠增加聲能與纖維的接觸比表面積，更適合做吸聲材料.

1.2 試樣制備

為比較不同針刺工序?qū)Ψ强椩觳夹阅艿挠绊?，本文制備了單面預(yù)針刺、雙面預(yù)針刺、針刺等3種類型試樣.稱重后的纖維經(jīng)過(guò)開(kāi)松、混合、梳理和鋪網(wǎng)之后，部分纖網(wǎng)在同面進(jìn)行3遍預(yù)針刺加工得到單面預(yù)針刺非織造布；部分纖網(wǎng)經(jīng)過(guò)2遍單面預(yù)針刺和1遍反面預(yù)針刺得到雙面預(yù)針刺非織造布；而針刺非織造布則由纖網(wǎng)經(jīng)過(guò)主針刺加工得到.單面預(yù)針刺非織造布與雙面預(yù)針刺非織造布的針刺密度相同.

將經(jīng)以上加工制備成的不同實(shí)驗(yàn)材料剪成直徑為110 mm的圓形截面試樣，其性能如表1所示.

1.3 試樣吸聲系數(shù)的測(cè)試方法

材料的吸聲性能測(cè)試采用SZZB駐波管法吸聲系數(shù)測(cè)量?jī)x進(jìn)行，以吸聲系數(shù)（α）作為評(píng)定吸聲性能的指標(biāo).分辨率RTA采用1/3倍頻程，在相同聲源和相同接收系統(tǒng)下，通過(guò)調(diào)試探測(cè)器先后測(cè)得聲壓極大值和極小值，測(cè)試材料中低頻125～2 000 Hz的吸聲性能.每種材料制備3個(gè)試件，取其平均值作為最終的吸聲系數(shù)[7].

表1 非織造吸聲材料的性能參數(shù)Tab.1 Performance parameters of nonwoven sound-absorbing materials

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試樣中纖維分布狀況

圖2（a）、（b）分別為由1.67 dtex圓形截面纖維制備的雙面預(yù)針刺非織造布和針刺非織造布實(shí)驗(yàn)小樣在放大20倍的體視圖像電腦分析系統(tǒng)下觀察到的纖維分布情況.

由圖2可以看出，預(yù)針刺非織造布與針刺非織造布中纖維都呈現(xiàn)雜亂分布，而且纖維與纖維之間都有大量的微孔，但是它們又有所不同.預(yù)針刺非織造布材料中纖維排列稀疏，纖維與纖維之間的孔隙相對(duì)較大；重量一定的情況下，預(yù)針刺非織造布的厚度大于針刺非織造布的厚度；針刺非織造布中纖維間的排列相對(duì)緊密，其它情況相同時(shí)，材料的孔隙率大于預(yù)針刺非織造布.由中空截面纖維制備的非織造布的纖維分布情況基本與此相同.

2.2 針刺加工工序?qū)ξ曅阅艿挠绊?/h3>

圖3為采用1.67 dtex圓形截面纖維制備所得試樣的吸聲系數(shù)曲線.

由圖3可以看出，相同細(xì)度的纖維材料在125～2 000 Hz頻段范圍內(nèi)，吸聲系數(shù)由高到低的順序依次為單面預(yù)針刺非織造布針刺面、單面預(yù)針刺非織造布蓬松面、雙面預(yù)針刺非織造布、針刺非織造布.預(yù)針刺非織造布吸聲系數(shù)與針刺非織造布吸聲系數(shù)的差距在200 Hz以下時(shí)不明顯，在250 Hz時(shí)預(yù)針刺非織造布吸聲系數(shù)比針刺非織造布吸聲系數(shù)約大0.06，而且隨著聲波頻率的增大預(yù)針刺非織造布與針刺非織造布的吸聲系數(shù)差距增大的趨勢(shì)就越明顯.

組成單面預(yù)針刺非織造布針刺面的纖維與纖維之間摩擦較其蓬松面多，纖維糾纏更緊密，針刺面的密度大于其蓬松面的密度.密度對(duì)材料中低頻的吸聲性能影響較大，一定范圍內(nèi)，密度越大，吸聲材料的微孔數(shù)量就越多，聲波與吸聲材料之間就有更大的接觸表面積，材料中低頻的吸聲性能就越好.同時(shí)，在加工過(guò)程中，單面預(yù)針刺非織造布針刺面的表面纖維被刺針轉(zhuǎn)移的數(shù)量多于蓬松面，纖維與纖維之間孔隙的迂曲度也大于蓬松面，這就增加了聲波與吸聲材料之間的空氣流阻，所以就有更多的聲能轉(zhuǎn)化成熱能而耗散掉.因此對(duì)于單面預(yù)針刺非織造布而言，其針刺面的吸聲系數(shù)大于蓬松面的吸聲系數(shù).

而對(duì)于相同質(zhì)量的單面預(yù)針刺非織造布、雙面預(yù)針刺非織造布和針刺非織造布而言，由于厚度是影響材料中低頻吸聲系數(shù)的關(guān)鍵因素，在一定范圍內(nèi)，材料的厚度越大，材料內(nèi)部通透的微孔數(shù)量及微孔的迂曲度就越大，因而材料中低頻的吸聲系數(shù)也就越大，所以中低頻段內(nèi)，不同工藝針刺非織造布的吸聲系數(shù)大小順序?yàn)椋簡(jiǎn)蚊骖A(yù)針刺＞雙面預(yù)針刺＞針刺非織造布.

2.3 纖維截面形狀、細(xì)度對(duì)吸聲性能的影響

圖4為采用不同纖維制備所得單面預(yù)針刺非織造布針刺面的吸聲系數(shù)曲線.

2.3.1 纖維截面形狀的影響

由圖4可以看出，在125～2 000 Hz頻段范圍內(nèi)，吸聲系數(shù)由高到低的順序依次是1.67 dtex中空纖維材料、6.67 dtex中空纖維材料、1.67 dtex圓形截面纖維材料、6.67 dtex圓形截面材料.200 Hz以下時(shí)吸聲系數(shù)的差距不明顯.250 Hz時(shí)，中空截面預(yù)針刺非織造布的吸聲系數(shù)比圓形截面預(yù)針刺非織造布的吸聲系數(shù)約大0.04；而且從圖4中可以看出，隨著聲波頻率的增大，中空纖維與圓形截面纖維組成的非織造布的吸聲系數(shù)的差距就越顯著.這一方面是因?yàn)橹锌绽w維自身的三維卷曲結(jié)構(gòu)決定其厚度大于圓形截面纖維材料的厚度，而厚度是影響材料中低頻吸聲性能的重要因素，厚度大，材料的微孔就越多，穿過(guò)材料的空氣流阻就相對(duì)大，那么材料中低頻的吸聲性能就越好.另一方面是由中空纖維的外部結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的.中空纖維外部的三維卷曲結(jié)構(gòu)使得其非織造布材料內(nèi)部微孔的迂曲度增加，這大大增加了聲波與纖維接觸的比表面積；同時(shí)中空纖維是軸向具有管狀空腔的纖維，單根纖維內(nèi)部即有微孔，也在很大程度上增加了聲波與材料接觸的比表面積，聲波與中空纖維材料就會(huì)有更多的摩擦，進(jìn)而延長(zhǎng)了聲波在材料內(nèi)部反復(fù)反射的時(shí)間，這就會(huì)有更多的聲能轉(zhuǎn)換為熱能而耗散掉，從而其吸聲系數(shù)相對(duì)于圓形截面纖維也就越大.

2.3.2 纖維細(xì)度的影響

由圖4還可以看出，在125～2 000 Hz頻段范圍內(nèi)，1.67 dtex圓形截面纖維材料針刺面的吸聲系數(shù)大于6.67 dtex圓形截面纖維材料針刺面的吸聲系數(shù)；1.67 dtex中空纖維材料針刺面的吸聲系數(shù)大于6.67 dtex中空材料針刺面的吸聲系數(shù).200 Hz以下時(shí)吸聲系數(shù)的差距不明顯.而250 Hz時(shí)，1.67 dtex預(yù)針刺非織造布的吸聲系數(shù)比6.67 dtex預(yù)針刺非織造布的吸聲系數(shù)約大0.03；而且從圖4中可以看出，隨著聲波頻率的增大，1.67 dtex纖維組成的非織造布與6.67 dtex纖維組成的非織造布之間的吸聲系數(shù)差距增大的趨勢(shì)越來(lái)越明顯.

以上現(xiàn)象表明：其他條件相同時(shí)，纖維越細(xì)，則材料的吸聲性能越好.這是因?yàn)槔w維越細(xì)，單位重量?jī)?nèi)纖維的根數(shù)就越多，纖維與纖維之間就有更多的微孔和接觸表面積，其他情況相同時(shí)，材料的孔隙率就越大，同時(shí)聲波與材料的接觸比表面積也越大，會(huì)有更多的聲能轉(zhuǎn)換為熱能而耗散掉，所以細(xì)纖維組成的非織造布的吸聲系數(shù)比粗纖維的吸聲系數(shù)大.

3 結(jié)論

針刺非織造布的吸聲性能與許多因素有關(guān)，文中僅從組成非織造布的纖維截面、纖維細(xì)度和非織造加工工藝方面對(duì)非織造布低頻吸聲性能的影響進(jìn)行探討，可以得出以下結(jié)論：

（1）200 Hz以下，各非織造布試樣的吸聲系數(shù)差距不明顯.

（2）250 Hz時(shí)，預(yù)針刺非織造布的吸聲系數(shù)比針刺非織造布的吸聲系數(shù)約大0.06；中空截面纖維非織造布的吸聲系數(shù)比圓形截面纖維非織造布的吸聲系數(shù)約大0.04；1.67 dtex纖維組成的非織造布中低頻的吸聲系數(shù)比6.67 dtex纖維組成的非織造布吸聲系數(shù)約大0.03.而且以上吸聲系數(shù)差距均隨著聲波頻率的增大而越加明顯.

（3）單面預(yù)針刺非織造布針刺面中低頻的吸聲系數(shù)也比其蓬松面中低頻的吸聲系數(shù)大.

綜上所述，由三維卷曲中空細(xì)纖維加工成的預(yù)針刺非織造布針刺面中低頻的吸聲性能良好，這為輕質(zhì)高吸聲性能材料的研究提供了有利條件.

[1] 胡立晨，陳福源，晏 雄.柔性針刺非織造材料吸聲性能分析[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2010（1）：53-56，66.

[2]李 晶，郭秉臣.非織造布吸聲材料的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].非織造布，2007，15（1）：8-13.

[3]馬永喜，王 洪，靳向煜.復(fù)合針刺非織造布的結(jié)構(gòu)與吸聲性能研究[J].非織造布，2009，17（4）：31-34.

[4]馬永喜，王 洪，靳向煜.二次加固對(duì)復(fù)合針刺吸音材料結(jié)構(gòu)和性能影響的研究[J].非織造布，2009，17（5）：28-31.

[5] TASCAN Mevlut，VAUGHN Edward A.Effects of fiber denier，fiber cross-sectional shape and fabric density on acoustical behavior of vertically lapped nonwoven fabrics[J].Journal of Engineered Fibers and Fabrics，2008（3）：32-38.

[6]KOIZUMI T，TSUJIUCHI N，ADACHI A.The development of sound absorbing materials using natural bamboo fibers[C]// High Performance Structure And Composites Book.UK：WIT Press，2002：157-166.

[7]趙松齡.駐波管法吸聲系數(shù)與聲阻抗率測(cè)量規(guī)范[M].上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1986.

Influence factors on sound absorption performance of needle-punch nonwovens at low and medium frequencies

LIU Yu-jie，LI Xin-yu，LIU Long
（School of Textiles，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300160，China）

Round-section polyester fibers and hollow-section polyester fibers with different finenesses are made to preneedling punched nonwovens and needle-punched nonwovens，then their sound-absorbing coefficients at low and medium frequencies（125-2 000 Hz）are tested by SZZB standing wave tube method.The effects of different fiber finenesses，fiber cross-sectional shapes and needle-punched processes of nonwovens on sound-absorbing performance are compared.The results show that the gap of sound-absorbing coefficients of nonwoven samples below 200 Hz is not obvious.At 250 Hz，sound-absorbing coefficients of nonwovens which are composed of hollow fibers are about 0.04 higher than those of nonwovens with round cross-sectional shaped fibers；sound-absorbing coefficients of nonwovens with 1.67 dtex fibers are approximate 0.03 higher than those of nonwovens with 6.67 dtex fibers；sound-absorbing coefficients of pre-needl punched nonwovens are about 0.06 higher than those of needle-punch nonwovens；all the range of absorption coefficients is obvious with the increase of acoustic frequency.

needle-punch nonwovens；low and medium frequencies；sound-absorbing coefficient；pre-needling

TS176.3

A

1671－024X（2010）06－0028－04

2010-07-29 基金項(xiàng)目：天津市高等學(xué)?？萍及l(fā)展基金計(jì)劃項(xiàng)目（20051610）

劉玉杰（1984—），女，碩士研究生.

李新禹（1964—），男，教授，碩士生導(dǎo)師.E-mail：xinyuli7627@sina.com