徐 晟，楼利琴，丁佳蓓，王小斌，房彬彬，徐世杰

（绍兴文理学院元培学院浙江绍兴312000）

1 前言

随着中国跻身于世界强国，各个领域都发生了质的转变，全方位立争与国际接轨。在隔音材料方面也同样，大量高级住宅和国际水准商业设施应运而生。近几年在防水、室内污染等方面的问题明显增加，其中针对噪音的投诉居首，噪音污染对人们的生活已造成无处不在的困扰。由于国民总体意识和素质的提高，对于噪音防止的要求会越来越高，越来越多的个人和机构从观念上改变，开始希望改善自己的生活环境和工作环境，渴望从生活噪音和公共噪音中解放。消除噪音的最佳手段就是采用高效廉价的隔音材料，而且要有不污染环境、不含有害物质的特性。目前国内的隔音材料市场还是一片空白，绝大多数依赖进口，国内的同类产品的效果根本达不到国际标准。因此，如何研制轻量、超薄、柔软的隔声材料，成为各国学者共同关心的课题。而纺织复合材料不仅具有比强度高、比刚度大和重量轻等独特优点，而且还具有能和机械、电子等多学科进行交叉，开发出可设计性材料结构的潜力。本课题中采用基体为聚氨酯，增强材料为竹原纤维，来制备的竹原纤维/聚氨酯复合材料，具有质轻、价廉、易得、可生物降解、对环境无污染等优点。是一种良好的隔音材料。

2 国内外研究现状

近几年，关于用竹原纤维作增强相复合材料的研究报道相对较多，如Mansur对竹丝网增强水泥复合材料进行了研究。Sreenivasulu对聚碳酸酯（PC）的增韧环氧树酯竹原纤维复合材料的耐化学性和拉伸性进行了研究。陈礼辉研究了竹纤维增强聚酰胺树脂复合材料界面改性，李正红[1]等分别研究了竹原纤维增强聚酰胺树脂复合材料界面改性和增强机理隔音性能。Shah Huda等比较了竹原纤维/聚氨酯及黄麻纤维/聚氨酯力学性能，得出竹纤维/聚氨酯具有更好的力学性能。Lu Y.X等研究了铜/竹纤维复合织物的设计加工过程，并检测了复合织物电磁屏蔽、力学及吸水性能。Sandhyarani B等研究了竹纤维填充对氧化铝工厂废弃物的环氧树脂增强作用，结果表明，竹纤维对于增强复合物强力，防止环氧树脂被侵蚀等方面具有重要作用。

对于复合材料隔音性能研究方面，主要有Cui等研究了木质废弃橡胶复合材料的消音性能，得出复合材料微孔大小及其分布对隔音效果影响显著。Johann研究了纤维素基体填充泡沫聚合物基体复合材料各项性能指标，并就基体和填充物尺寸、分布等指标对隔音性能影响进行深入研究。Mohammad等研究了多层复合材料的电磁场对声音有电磁场情况下，多层复合材料隔音效果更显著。Alan比较了金属复合材料与高分子复合材料隔音性能差异，得出对于航天航空技术而言，高分子复合材料隔音优势显著。李康[2]等研究了蛭石粉的含量、热压成型的时间和试样厚度对丁腈橡胶声学性能的影响，得出复合材料最佳隔音工艺。沈沉[3]等通过驻波管法测试不同隔音垫聚氨酯软质高回弹泡沫的吸声系数，得出影响泡沫的吸声系数的相关因素。Liu等将邻苯二甲酸二辛酯（DOP）与氯化聚乙烯（CPE）按照不同的质量份数加入到BaSO4填充聚氯乙烯基（PVC）隔音复合材料中，探讨DOP与CPE的含量对BaSO4填充聚氯乙烯基隔音复合材料隔声性能的影响规律。杨天兵设计织造不同组织循环数的棉蜂窝织物，并以蜂窝织物为增强材料，颗粒改性聚氯乙烯树脂（PVC）为基体，制备蜂窝织物/PVC隔音复合材料，探索蜂窝组织对复合材料隔音性能的影响。姜孔明设计开发绒状竹原纤维/粉煤灰增强复合材料用于隔音墙壁，获得性能优异的隔音材料。

隔声材料的发展趋势是采用复合材料，其中纤维增强的聚合物复合材料是所有复合材料中最为重要的一类。近年来，国内外将纺织材料引入隔声复合材料及降噪复合结构的研究文献已较多，目前复合材料的复合方法有许多种：Narang[4]在轻质墙体的空腔填充聚酯纤维，研究了聚酯纤维的面密度、纤维类型、卷曲度等参数对轻质墙体隔声性能的影响；罗以喜[5]等比较降噪用纺织纤维，选取丙纶为原料，采取非织造成网，以铜、铁为隔声材料，采用化学粘结复合工艺对吸声非织造布与隔声片材进行复合制得了新型复合材料。其复合材料隔声量达到l9dB，有良好的隔声性能；傅雅琴[6]等采用常压浇注工艺，制备了一种超薄、轻量、柔韧的复合材料——玻璃纤维织物/聚氯乙烯复合材料，厚度仅为0.5mm，面密度为0.678kg/m，是一种低密度薄层的隔声材料；姚跃飞[7]等研究了不同经纬密度、线密度和层次的玻璃纤维平纹织物对隔音性能影响。

聚氨酯与其他涂饰材料相比，聚氨酯类涂饰材料具有分子结构可调性强、手感好、粘附力强、耐磨、不热粘冷脆等优点，所以近年来，聚氨酯树脂已部分取代丙烯酸树脂乳液，用作涂饰材料。但是聚氨酯还是存在一定的性能限制，所以在翻阅查找聚氨酯的相关研究文献时，不难看到有很多对聚氨酯改性的文献。在杨颖霞，李永德[8]的有机硅在聚氨酯中的应用中了解到，有机硅在聚氨酯中的应用已十分广泛，成为目前对聚氨酯材料改性的主要手段之一，而且还有进一步开发的潜力。相信随着研究的进一步进行，能合成出性能更优异的聚氨酯复合材料。在李芝华，孟跃辉[9]的水性聚氨酯改性技术的进展一文中，水性聚氨酯的生产和应用也已得到迅速的发展，其品种和产量日益增多，质量不断提高，对水性聚氨酯的研究更是日新月异。此外，竹原纤维作为另一种复合材料的原料近几年的发展十分快速。竹原纤维是我国近年来正在开发的一种新型纤维，由竹子制取竹原纤维的发明专利已在2005年6月1日公开。竹纤维有两大类：一是竹原纤维；而是竹浆纤维。竹原纤维与竹浆纤维两者的制作过程方法是不一样的，研究发现，两者在结构上也有明显差异，从而导致两种纤维在性能上也存在较大的差异。竹原纤维的纵向呈束纤维形态，竹浆纤维呈单纤维形态；前者的单纤维横截面呈不规则的椭圆形、腰圆形和多边形，且纤维内有中腔，而竹浆纤维呈锯齿形，截面内分布有很多大小不等的空洞；竹原纤维的服用舒适性和抗菌性能优于竹浆纤维。并且竹原纤维是真正的绿色环保的纤维。竹原纤维在产业上具有很大的发展潜力。

目前国内外对竹原纤维用于隔音复合材料已有一定的实际应用。但是其探究还是存在一定的局限性。因此对竹原纤维复合材料的性能进行进一步地探讨还是非常有意义的，展望未来，竹原纤维复合材料具有广泛的发展空间。

3 竹原纤维/聚氨酯复合材料的优势及市场需求

3.1 竹原纤维/聚氨酯复合材料的优势

竹原纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木质素，三者同属于高聚糖，总量占纤维干质量的90%以上，其次是蛋白质、脂肪、果胶、单宁、色素、灰分等，大多数存在于细胞内腔或特殊的细胞器内，直接或间接地参与其生理作用。纤维素是组成竹原纤维细胞的主要物质，也是它能作为纺织纤维的意义所在。竹原纤维纵向有横节，粗细分布很不均匀，纤维表面有无数微细凹槽。横向为不规则的椭圆形、腰圆形等，内有中腔，横截面上布满了大大小小的空隙，且边缘有裂纹，与苎麻纤维的截面很相似。竹原纤维的这些空隙、凹槽与裂纹使它在隔音性能方面有显著的作用。在查找的文献中，有用麻纤维、玻璃纤维做隔音材料，相应的隔音效果也不错。但是麻纤维的产量有限，而玻璃纤维很难降解不利于环境。若采用竹原纤维就可以解决上述两大问题，同时它的价格也十分低廉。较前两种纤维，竹原纤维也是近几年来很具有发展前景的。在竹原纤维发挥它的隔音效果的同时，经过研究表明，竹原纤维同时能发挥抗菌作用、除臭作用和良好的防紫外线功效。采用竹原纤维为基础原料，一举多得。

聚氨酯，简称PU，它已经广泛运用到各个领域，在纺织领域内多用作于粘合剂、涂层等。在竹原纤维/聚氨酯复合材料中我们是将聚氨酯浇注在竹原纤维表面，选择聚氨酯的主要原因是聚氨酯涂层剂是当今发展的主要种类，它的优势在于：涂层柔软并有弹性；涂层强度好，可用于很薄的涂层；涂层多孔，具有透湿和通气性能；耐磨，耐湿，耐干洗。最主要的是聚氨酯树脂中存在大量的氨酯健，能形成大分子间氢键，氢键可以缓解外界压力作用，吸收外来的能量。这对隔音材料来说是十分有意义的。

复合材料具有每个组分的优良性能，将竹原纤维与聚氨酯复合，让它们在性能上得到互补，性能有了更进一步的提升。传统的隔音材料中，隔音效果好的往往质量比较大，因为抗噪声的材料一般条件下越厚隔噪效果越好，这就会导致运输安装麻烦，但竹原纤维聚氨酯复合材料不仅质量轻、操作方便，并且具有成本低、绿色环保等优点。

3.2 竹原纤维/聚氨酯复合材料的市场需求

在现在的城市生活中，充斥着各种噪声，能有一个舒适安静环境的空间，成了当务之急。所以隔音纺织材料的研究及开拓是十分必要的。从竹子中制取可用于纺织的纤维是前所未有的创新，但目前仅仅处于起步阶段，竹原纤维的许多基础研究工作还有待探索，为竹原纤维纺织产品的开发和生产提供理论指导依据。通过查找文献和大量阅读，了解了一些复合材料的制备以及隔音性能测试分析的方法，这对顺利完成这次课题有莫大的帮助。竹原纤维/聚氨酯复合材料的研究开发不仅在学术研究领域有需要，整个市场也需要更好的隔音材料能完美的应用于家居、建筑、军事、民航、交通等方面。

4 结束语

现有研究表明，纺织吸声隔音材料可发展方向和途径很多，但是国内外对纺织材料吸声隔音的研究较少，大多研究只是停留在新型纺织材料的定性测量和评价上，对纺织品自身吸声特性的系统研究较少。纺织材料作为吸声材料虽然有很大优势，但是只有将其与其他材料复合才能满足人们需要，更好地应用于家居、建筑、军事、民航、交通等方面。兼顾成本、性能、环保的各方面要求，复合纤维可以成为我们今后发展纺织降噪吸声隔音材料的一个方向。研究新材料新工艺结合吸声理论，以及传统吸声结构最大限度研发纺织材料的吸声性能，设计出既美观又实用的新型纺织材料是纺织吸声材料发展的一大趋势。相信竹原纤维/聚氨酯增强复合材料在未来的日子里作为环保的复合产品市场前景会一片光明。

[1] 陈礼辉，李正红，杨文斌.竹纤维增强聚酰胺树脂复合材料界面改性[J].福建林学院学报，2008；28（4）：299-303.

[2] 李康，张维杰，晏雄.粉末丁腈橡胶复合材料吸声隔音性能的研究[J].天津纺织科技，2011；（1）：5-7.

[3] 沈沉，魏鹏，林芳茜，赵怡.汽车隔音垫用聚氨酯软质高回弹泡沫的吸音性能研究[J].化学推进剂与高分子材料，2012；10（2）：69-73.

[4] Narang P. P.. Material parameter selection in polyester fibre insulation for sound transmission and absorption[J].Applied Acoustics, 1995;45(4):335-358.

[5] 罗以喜，奚柏君.非织造降噪复合材料的研究[J].纺织学报，2004；25（4）：64-66.

[6] 傅雅琴，倪庆清，等.玻璃纤维织物／聚氯乙烯复合材料隔声性能[J].复合材料学报，2005；22（5）：94-99.

[7] 姚跃飞，高磊，等.玻璃纤维织物结构参数对隔声性能的影响[J].纺织学报，2009；30（2）：52-55.

[8] 杨颖霞，李永德.有机硅在聚氨酯中的应用[J].聚氨酯工业，2002；20（3）：31-33.

[9] 李芝华，孟跃辉.水性聚氨酯改性技术的进展[J].涂料工业，2004；34（10）：47-50.