比翱工程实验室丨聚氨酯泡沫填充针刺织物复合三明治结构的吸声性能

研究背景噪声污染一直是环境中丞待解决的一个问题。其中，低频噪声虽不会造成严重的听力损伤，但长期处于低频噪声中会增加焦虑、睡眠障碍和高血压等疾病发生的可能性。聚氨酯泡沫具有重量轻、吸声系数高、易成型和防水等优点，除用于减振材料、汽车座椅材料外，其多孔结构在吸声领域应用最为广泛。当前对聚氨酯泡沫的研究重点在于如何增强其机械性能和扩展其声学应用。

研究创新

文章以聚氨酯泡沫为夹层，针刺复合织物为上层，尼龙织物为底层制备了聚氨酯泡沫填充复合三明治结构。具有不同泡孔结构的PU泡沫通过一步自由发泡工艺形成。将去离子水、多元醇和异氰酸酯的混合物倒入尼龙织物覆盖的模具中，并在上层覆盖针刺织物，样品的尺寸为50*50*50mm。

探究了含水量对PU泡沫孔径和密度的影响，从而进一步说明了其对吸声性能的影响。去离子水从0增加至1wt％的过程中发现，PU泡沫的孔径从174.9um增加至271.1um，堆积密度下降。当含水量高于0.5wt％时泡孔变得不均匀。PU泡沫的最大吸收峰向高频移动，吸声系数先增大后减小。在200-600Hz的低频下，不含水时聚氨酯泡沫吸声效率最高。说明软质PU泡沫的吸声性能很大程度上取决于其堆积密度和泡孔结构。文章比较了三种不同织物的PU泡沫三明治结构的吸声性能，分别是尼龙间隔织物(NPUN-S)、双尼龙织物(NPUN-N)、尼龙玻璃网格织物(NUPN-G)。织物结构影响了自由发泡过程中PU泡沫的垂直形态，NPUN-G的厚度明显低于其他两种，这说明PU泡沫在该结构中发泡程度最高，即夹层的厚度最大。但无论织物的成分如何，三种结构在200-600Hz的低频下都表现出良好的吸声效果。研究表明，织物与PU泡沫之间的界面导致复合结构的低孔隙率，使得吸声性能提高。此外，尼龙织物的大量纤维增加了非均质成核位点，使织物-PU界面孔径降低，这同样有助于吸声性能的提高。图文快览

图1 聚氨酯泡沫微观结构的扫描电镜图像与去离子水含量的关系

图2 (A)与针刺复合织物相关的复合三明治和(B)200至600赫兹之间的复合三明治，以及(C)针刺复合织物和单层间隔织物的吸声曲线(D)声波在织物-泡沫复合材料中传播的示意图

 
文章来源：polymers advanced technologies，点击阅读原文查看本项论文。

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