比翱工程实验室丨纱线和编织结构对声学材料的影响以及不同声信号入射角对机织物吸声可能性的影响
基本上可以从两个角度考虑使用基于纺织品的声学材料。首先，它可以用作吸音材料。其次，它可以用作装饰，使周围区域具有新的艺术外观。为了提高机织织物的声学可能性，有必要研究纱线特性和编织层间结构的影响。为了解纱线对织物的影响，仅使用聚酯纤维作为变形纱线、加捻纱线和短纤纱线制备样品。本次实验采用了基本的组织结构类型，如平纹、罗纹、缎纹和斜纹。总共制备了16种机织物。研究是在中低声频范围内进行的。实验在消声室中进行。与其他纱线类型相比，由变形涤纶纱线形成的织物具有更高的吸音性能。此外，观察结果表明，声信号的不同入射角会影响纺织品的吸声性能。
吸音材料根据共振吸收、膜吸收和孔隙率吸收进行分类。纺织基材料被归类为多孔吸声材料[1,2]。
多孔材料由纤维材料、复合材料和海绵形成，这些材料具有较小的孔径、相互连接的通道以及均匀或随机分布在整个材料中的裂缝或空腔。多孔结构的特性允许声波进入材料。声波与孔壁或实心螺纹的摩擦使声能转化为热能，从而导致声能减少。众多研究表明，多孔材料具有良好的噪声吸收性能，尤其是在高频波段[3,4]。
机织物是纤维材料，分类为多孔材料。根据其他研究人员的观察[5,6]，机织材料的吸声效果不如非织造材料。具体而言，一些研究[7,8]表明，许多多孔材料（包括纺织品）的低频吸声存在问题。然而，有时在这些材料的特定窄带范围内观察到意外结果[9,10]。
编织材料对噪声的衰减取决于织物厚度、纱线类型和特性、层间类型（编织结构）、编织工艺参数和多孔空间量等参数。纤维类型的性质会影响任何材料的吸声，如[6,11]所述，较低的纱线线密度和较细的纱线会增强吸声。Segura Alcaraz等人[5]解释说，黄麻材料比其他合成材料具有更好的吸声性能。此外，如[12]所述，除了其他纱线特性外，在较低频率下使用黄麻纤维的降噪效果比在较高频率下更有效。PES（聚酯/涤纶）变形纱具有增大体积和改善吸声材料包覆性能的特性。关于Soltani和Zerrebini[1]的研究论文，平纹织物结构比其他织物类型更能降低噪音，因为织物的密度更高，自由浮动时间更短，交织度更高，卷曲纱线更高。与平纹织物相比，斜纹织物具有更高的浮丝数和更低的交织点数。由于纬纱和经纱的交织点较高，平纹织物表现出稳定性。
此外，透气性能远低于其他编织类型[10,13,14,15]。与双层布和背纬组织相比，棉缎组织具有更好的吸声性能[6]。本文还指出，蜂窝织物结构由于其内部开放和低密度结构而具有较低的吸声性能。根据第[16]增加背面气隙会增加蜂窝织物的吸声能力，尤其是在低频时。
此外，多孔织物的结构和特性会影响可吸收的声音量。机织织物具有两种孔隙率：宏观孔隙率和微孔隙率。纱线中纤维之间的间隙产生微观孔隙，纱线股之间形成宏观孔隙。它主要由夹层的程度和编织类型决定。关于孔隙度，Havlova指出[12]，预测近似渗透率值的可能性取决于所用纱线的线密度和孔隙的直径（一根纱线间）。机织物的孔隙大小也可能因气流而变形和改变形状，但这取决于纱线的交织程度。此外，气流会导致纱线漂浮，从而在织物表面形成新的孔隙[17,18]。
本文旨在研究纱线和织物特性对材料吸声性能的影响。总共制备了16个编织样品，专门用于本研究。利用各种纱线特性、长丝数量和织物结构进行样品制备，使我们能够更好地了解纱线和织物特性在纺织声学材料中的作用。根据声学测试结果，分析了纬纱和经纱密度、纱线捻度和毛羽、织物厚度、单位面积质量和织物透气性之间的相关性。声学测试在消声室内进行[19,20]。利用从不同角度测量织物吸声能力的能力，以45度角对织物进行测量。机织织物对不同角度方向传播的声音的响应结果表明，未来需要更精确地应用基于纺织品的降噪材料。
图文快览
在这个实验中，使用了16种机织织物。Lukasiewcz研究网络-纺织研究所使用样品多臂织机编织了12种织物，每个织物结构有8个线束框架和1500根经纱。涤纶纱被用作经纱和纬纱两个方向的原料。样品制备采用聚酯（PES）dtex 167×2（f 32×2）拉伸变形纱（DTY）、聚酯（PES）20×2 tex短纤维纱和聚酯（PES）dtex 334 f 32×2、S95加捻纱。从每种涤纶纱线类型（总共12种织物）制备了四种不同的基本编织图案（图1），即平纹、斜纹、罗纹和棉缎结构。此外，使用不同的织机创建了四种类似的基本编织图案；在洛茨理工大学纺织研究所的一台带有提花机的PICANGγ织机。使用PES变形纱dtex 167 f 32×2（纬纱）和PES变形纱dtex 167 f 48×2（经纱）制作样品（图2）。织物参数设置和纱线类型如表1所示。表1：纱线类型和织物参数设置。
纱线特性的测量在聚酯拉伸变形纱、聚酯短纤维和聚酯加捻纱上进行。测量是根据标准进行的。纱线捻度根据ISO 2061-2010 [21]在正常气候条件下进行。根据ISO 2649-1974 [22]（温度20°C，相对湿度69%），使用USTER TESTER 3检查纱线毛羽和纱线均匀度。表2描述了具有不同纱线捻度、纱线毛羽和纱线条干值。 表2：三种不同纱线类型的物理特性。
检查了有助于预测应用屏障的织物性能的织物特性。确定经纱和纬纱密度。根据PN-EN ISO 5084:1999 [23]（温度 20±0°C，相对湿度65±5%），以20 cm2的测量面积和1 kPa的压力进行织物厚度测试。织物中的纱线卷曲根据ISO 7211-3:1984[24]计算。根据PN-ISO 3801:1993 [25]（温度21±0°C，相对湿度66±5%）测试每单位面积的织物质量。表3中列出了16个机织织物样品的测量构造参数。 表3：测量了16个机织织物样品的构造参数。
结论
本文介绍了纱线特性、组织结构以及不同声波信号角度对织物吸声结果的影响。
- 出于比较目的，PES短纤纱很细，每米捻度数高。施加在短纤维上的捻度可能会阻止声波进入纱线股线，或者它可以让声波直接通过而股线之间没有任何能量交换。由短纤纱形成的织物在织物的声音衰减方面也表现出这样的结果。相反，短纤纱毛羽特性不会显著影响吸声和透气潜力。通常，由短纤纱形成的材料显示出高透气性和低声压降低结果。
- 除了斜纹织物结构外，所有由加捻纱线形成的织物也记录了低透气性结果。相比之下，变形纱具有膨松结构和粗长丝。蓬松度使声波能够进入纤维之间，而细丝的厚度可能会增加与细丝发生声能摩擦的机会。这种现象可能会在纤维之间倾倒声波。由变形纱 (I) 形成的所有织物都实现了高吸音效果。
- 在消声室中各个方向的测量结果表明，0°入射角的声学测量在所有低频和中频范围内都比在45°入射角下获得的声压级降低性能更高。这些发现为此类材料在室内应用中的使用提供了指导，例如电影院内墙覆盖物和会议室。
- 要获得所呈现材料的最大吸声潜力，声源设置位置或入射角起着决定性作用。进一步的实验正在进行中，特别是关于机织物的孔隙率和增加层数对纺织吸音材料的影响的关系。
参考文献
原文来源
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