改性PVA纳米纤维膜复合材料的制备及吸声性能探究

来源 :苏州大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:shinobu1314
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随着现代社会工业化的快速发展,噪音污染同空气污染、水污染、固体废料污染并列为当今四大污染。噪音对人们的身心健康和日常生活产生严重影响。采用吸声材料是降低噪音的最直接有效方法之一。由于纳米纤维直径较小有着较大的比表面积可有效降低噪音,逐渐被应用于声学领域。纳米纤维膜与传统的吸声材料复合可获得优良的吸声性能;改变纳米纤维膜的表观和微观结构也会影响复合材料的吸声性能。聚乙烯醇(PVA)纳米纤维平直光滑,膜表面均匀平整,对PVA纳米纤维膜表面改性可改善其吸声性能。本文采用螺旋片式静电纺丝机制备一系列PVA基纳米纤维膜,通过与聚氧化乙烯(PEO)混纺和添加纳米颗粒改变PVA纳米纤维膜的表观和微观结构,将制备的纳米纤维膜再与涤纶针刺非织造布采用不同方式进行复合,探究不同复合结构材料的吸声性能。为改变PVA纳米纤维膜的纤维形态和结构,首先,以浓度10%PVA与浓度3%PEO溶液进行混纺,采用混纺比为100/0,90/10,80/20,70/30和0/100。将制备的PVA/PEO纳米纤维膜与涤纶针刺非织造布采用不同方式进行复合,分析不同混纺比例对纳米纤维膜形貌及复合材料的吸声性能的影响。高分子颗粒具有大的比表面积,在静电纺丝过程中会影响纤维的结构形态,进而改变纳米纤维的振动形式,影响材料的吸声性能。其次,在PVA/PEO纺丝液中加入石墨烯纳米片(GNs)和氧化石墨烯(GO),纺制一系列质量分数分别为0.5%,1.0%,1.5%GNs和GO的纳米纤维膜,研究添加不同质量分数的GNs和GO对纳米纤维膜形态及复合材料的吸声性能的影响;最后,在PVA/PEO/GNs和PVA/PEO/GO中添加二氧化钛(TiO2)纳米颗粒,采用正交试验的方法制备一系列质量分数分别为1.0%,3.0%,5.0%TiO2的纳米纤维膜,分析添加两种纳米颗粒对纳米纤维膜形态及复合材料的吸声性能的影响。研究表明,PVA与PEO混纺后,纳米纤维膜表面形态改变,PVA/PEO(70/30)纳米纤维膜表面粗糙呈现不规则状;当纳米纤维膜作为受声面时,纳米纤维膜的表面不规则性有助于增加复合材料对声波的吸收范围;复合方式也会对复合材料的吸声性产生影响,随着涤纶针刺非织造布在复合材料中从前层到中间层、后层的位置移动,复合材料的平均吸声系数逐渐增大。加入GNs后,纳米纤维膜的纤维直径和平均孔径减小,膜表面形貌变化不明显;而加入GO后,纤维膜表面变得平整。当2 mm的纳米纤维膜作为受声面时,PVA/PEO/GNs(0.5%)复合材料平均吸声系数最大为0.47;三明治结构的PVA/PEO/GO纳米纤维膜与涤纶针刺非织造布复合材料吸声性能优良,吸收峰值随着GO质量分数的增加逐渐变大且向中频方向偏移。纺丝液中加入Ti02后纤维膜表面出现团聚现象,PVA/PEO/GNs/TiO2复合材料在 1000~3000 Hz频段的吸声性能良好,GNs和TiO2两个因素均在1和2水平时复合材料表现良好的吸声性能;PVA/PEO/GO/TiO2复合材料在500~1000 Hz频段的吸声性能有明显提高,GO和TiO2两因素均在2水平时,复合材料平均吸声系数达0.44。通过混纺或添加纳米颗粒可实现对PVA纳米纤维膜表观和微观改性,改善纳米纤维膜复合材料的吸声性能,使静电纺纳米纤维材料的研究内容更加丰富。
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