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原文传递车用黄麻纤维增强聚丙烯复合材料吸声与力学性能研究

论文题名：	车用黄麻纤维增强聚丙烯复合材料吸声与力学性能研究
关键词：	黄麻纤维;车用复合材料;吸声性能;力学性能;微穿孔板
摘要：	汽车工业发展迅速，为经济的崛起和人民生活水平的提高创造了有利条件，但同时也带来一系列噪音污染问题。汽车噪音轻则导致驾驶员心情烦躁，引起头疼，注意力难以集中，重则引发交通事故。为了降低汽车噪音污染，人们使用玻璃纤维、芳纶等化学纤维来生产吸声复合材料，这些复合材料力学性能优越，但也存在耗能大、回收降解困难、生产成本高的缺点。与芳纶、玻璃纤维等化学纤维相比，麻纤维力学性能略差，但吸声性能较好，并且还具有来源广泛、加工成本低、可降解、可再生和对环境无污染的优点。麻纤维增强复合材料符合汽车轻量化、生产成本低和环境友好的需求，已经引起各国研究者的重视，但是也存在一些问题。一方面，当前研究局限于单一性能，不能兼顾复合材料的力学性能和吸声性能，探索制备既能满足工程上力学要求又具有良好吸声性能的复合材料具有重要的意义；另一方面，当前车用吸声复合材料大多在高频区域吸声性能优越，低频区域吸声性能较差，而汽车噪音主要集中在低频区域，不能满足实际需求。　　针对当前麻纤维增强吸声复合材料研究存在的不足，基于材料的多孔吸声机理和共振吸声机理，本文选用黄麻纤维和聚丙烯为原料，采用混炼—热压工艺，制备了一系列黄麻/聚丙烯复合材料。利用北京声望有限公司生产的SW260阻抗管测试复合材料的吸声系数，利用XS（082）-10T万能材料试验机测试复合材料的拉伸和弯曲性能。具体研究结果归纳如下：　　（1）优化了混炼—热压工艺，影响混炼效果的因素包括混炼温度、混炼隔距，通过预实验探索，选择混炼温度为140℃，混炼隔距为0.2~0.5mm。热压参数包括热压温度、热压压力、热压时间，采用三因素三水平正交试验进行优化，以吸声系数、拉伸强度和弯曲强度为评价指标。实验结果表明：当热压参数为热压温度180℃、热压压力10MPa、热压时间12min时，复合材料在低频区域的吸声性能最优；当热压参数为热压温度180℃、热压压力14MPa、热压时间12min时，复合材料在中频区域的吸声性能最优；当热压参数为热压温度180℃、热压压力10MPa、热压时间12min时，复合材料的拉伸性能最优；当热压参数为热压温度180℃、热压压力10MPa、热压时间10min时，复合材料的弯曲强度最优。综合考虑吸声性能和力学性能，当热压参数为热压温度180℃、热压压力10MPa、热压时间12min时，复合材料的性能最优。　　（2）制备了黄麻/聚丙烯复合材料板，对不同纤维含量、不同纤维残胶率的复合材料的声学性能和力学性能进行了研究，实验结果表明：随着纤维含量的增大，复合材料的吸声性能有明显的改善，拉伸强度和弯曲强度先增大后减小，当纤维含量达到35%时，拉伸强度最大为27.51MPa，弯曲强度最大为36.56MPa；随着纤维含量的增大，复合材料的断裂伸长率不断降低，材料呈现脆性断裂。随着黄麻纤维残胶率的降低，复合材料的吸声性能显著提高，当黄麻纤维残胶率为3.96%时，复合材料的吸声性能最优，最大吸声系数可达0.54；随着纤维残胶率的降低，复合材料的拉伸强度和弯曲强度不断增大，拉伸强度最大为30.61MPa，弯曲强度最大为38.83MPa；随着纤维残胶率的降低，复合材料断裂伸长率不断降低，材料呈脆性断裂。　　（3）制备了黄麻/聚丙烯复合材料微穿孔板，探究了微穿孔板孔径d、穿孔率σ、板厚度t、板后部空腔深度D对微穿孔板吸声性能的影响，实验结果表明：其它参数保持不变时，随着孔径d的增大，微穿孔板的最大吸声系数先增大后减小，吸声频带宽度不断减小，共振频率从中高频向低频方向移动；其它参数保持不变时，随着穿孔率σ的增大，微穿孔板的最大吸声系数先增大后减小，吸声频带宽度不断增大，共振频率从中低频向高频方向移动；其它参数保持不变时，随着板厚度t的增大，微穿孔板的最大吸声系数先增大后减小，吸声频带宽度不断减小，共振频率从中高频向低频方向移动；其它参数保持不变时，随着板后部空腔深度D的增大，微穿孔板的最大吸声系数不断增大，吸声频带宽度不断减小，共振频率从中高频向低频方向移动。
作者：	李晓才
专业：	纺织复合材料
导师：	晏雄
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东华大学
学位年度：	2021