變密度纖維集合體的壓縮、透氣與隔聲行為的組合表征.pdf

1、纖維集合體密度變化時對其透通性的影響，是目前實際測量與理論解釋中的難點與空白，其原因在于目前尚無實現(xiàn)這一動態(tài)組合要求的原位測量方法與裝置。本文所研制的“變密度纖維集合體力學(xué)行為和傳導(dǎo)性的原位綜合測量系統(tǒng)(FACBES—01)”正是解決了同一纖維集合體試樣體積密度變化時的多種性能的同時測量問題，文中針對實用中最主要的力、氣、聲傳遞性進(jìn)行了研究。 首先，本文研究了羊毛、山羊絨、腈綸、鵝絨、木棉五種常用纖維集合體的壓縮性能。發(fā)現(xiàn)除腈綸

2、纖維外，其他纖維在同一時刻主力與受力曲線幾乎完全重合，二力的滯后差異未能體現(xiàn)，并且求得的二力差值在很小的波動范圍內(nèi)，而腈綸集合體所出現(xiàn)的力值差增大現(xiàn)象，主要由腈綸纖維粘、糙的表面特性所決定。 壓縮過程也可分為三個區(qū)：近似線性區(qū)、轉(zhuǎn)變區(qū)(或滑移變形區(qū))、模量線性增加區(qū)，其中轉(zhuǎn)變區(qū)較復(fù)雜，有時會發(fā)生纖維間的移動錯位引起的屈服特征。所選五種纖維集合體的壓縮曲線、壓縮模量曲線及壓縮回復(fù)圈大小及形狀存在差異，是識別特征。而同一種集合體壓縮

3、曲線中的各階段并不一定都表現(xiàn)充分。 研究還發(fā)現(xiàn)，纖維排列形式對集合體壓縮及回復(fù)性能產(chǎn)生很大影響。隨機(jī)排列集合體可以看成是一種各向同性的均勻結(jié)構(gòu)，而纖維團(tuán)隨機(jī)放置的集合體屬于多界面結(jié)構(gòu)，纖維團(tuán)對于隨機(jī)纖維而言，是一種略微剛性的結(jié)構(gòu)，而隨機(jī)排列屬柔性結(jié)構(gòu)。剛性結(jié)構(gòu)間的壓縮力增長速度要快得多。但集合體壓縮變形回復(fù)的能力幾乎不受纖維排列方式的影響，主要由纖維自身的回彈能力決定。 對有無筒壁約束條件下的壓力對比表明：有筒壁約束條件

4、下的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無筒壁約束下的壓力。壓縮進(jìn)行中纖維集合體發(fā)生側(cè)向膨脹變形，因筒壁的存在，集合體與筒壁間發(fā)生強烈地擠壓與摩擦，上壓力迅速下傳，壓力及壓縮模量增加迅速。而無約束時集合體有較大的自由空間發(fā)生膨脹與變形，體積密度增加緩慢。 其二，本文首次拍攝到異種纖維集合體壓縮過程中的纖維形態(tài)各不相同，壓縮明顯改變了纖維間的相對位置，纖維的彎曲變形并不像預(yù)想中那樣占據(jù)變形的主導(dǎo)地位，這與纖維長短有關(guān)。纖維位于集合體中的高度與壓縮過程中集

5、合體高度的變化量(壓縮位移)線性相關(guān)，同一根纖維對于整體纖維塞的相對位置不隨壓縮的進(jìn)行發(fā)生明顯變化。纖維塞上層(主施力端)體積密度較中層及下層的體積密度增加快，其次是中層，最后是下層，故纖維塞壓縮為非等比例非均勻壓縮。 對不同種類和排列的纖維集合體透氣性與體積密度及纖維體積分?jǐn)?shù)間變化規(guī)律的研究表明：可將Kozeny公式近似為集合體兩端氣壓差與集合體體積密度間的二次多項式的表達(dá)形式，以此直觀和簡便地反映出材料的透氣性能。

6、在體積密度較小的情況下，不同種類隨機(jī)排列集合體的透氣性能相對比較接近；隨著體積密度增大，纖維塞間透氣性出現(xiàn)明顯差異。同時，相同體積密度的集合體兩端氣壓差比較，所得透氣性從優(yōu)到劣的排序為：①羊毛②山羊絨⑨腈綸④羽絨⑤木棉，這主要由纖維的形態(tài)與結(jié)構(gòu)所決定；而在相同纖維體積分?jǐn)?shù)下的氣壓差值比較，透氣性的從優(yōu)到劣排序為：①羊毛②腈綸③山羊絨④木棉⑤羽絨。兩種排序的不同，說明氣流流過集合體時不僅與纖維體積分?jǐn)?shù)的大小，也即孔隙的多少有關(guān)，而且要考慮

7、孔隙的形狀、曲折程度、排列和孔徑的分布。 對三種排列方式羊毛集合體的測量分析表明，在體積密度較小階段及在體積密度增大階段的透氣性的優(yōu)劣排序是不同的。這也驗證了纖維集合體孔隙多少、排列及分布的影響。三種排列方式的K值變化范圍各不相同，隨著纖維體積分?jǐn)?shù)增加，K值均呈下降趨勢。不同粗細(xì)纖維間的透氣特征也存在一定差異。 其三，本文對纖維集合體透聲實驗表明，腔體對聲音傳播的影響較大，并且聲波的衰減與腔體中的接收距離有關(guān)，并受發(fā)聲頻

8、率的影響。 不同頻率段下的聲音，隨機(jī)排列的纖維集合體，隨其體積密度的增加聲的衰減程度及趨勢存在差異，但本文五種纖維集合體的這種變化規(guī)律基本相同。透射聲強比的下降隨聲音頻率的升高而逐漸趨于平緩。這說明高頻聲音受材料的結(jié)構(gòu)變化影響不大。低頻聲音透過纖維集合體的能力較高頻聲音強，高頻的聲強在纖維集合體中衰減強烈，即纖維集合體對不同頻段聲音的吸收衰減能力不同。本文提出將材料體積密度作為制造吸聲隔音材料時實現(xiàn)節(jié)省原料、最優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)