论文部分内容阅读
随着我国航空航天事业的快速发展,高速飞行器被大量的研发和使用,如何减弱因高速下飞行器与空气摩擦产生的巨大噪音给人体带来的损害,成为近年来研究功能型材料的主要方向和要求。由此,探索具有吸声降噪性能的树脂基植物纤维复合材料成为新的研究热点。麻纤维具有特殊的中空结构,在电镜下观察可看到一根纤维内部包含很多纤维束组成,这些纤维束之间留有很多空腔,而空腔的存在为黄麻纤维吸声降噪性能提供可行性。而且麻纤维在自然界种植广泛、产量巨大、具有可观的经济效益,某些力学性能可与玻璃纤维相媲美。除了自身的特点外,麻纤维还可以根据制备工艺不同,加工成粉末、短纤、长纤以及编织布等形态,利用黄麻纤维与基体树脂制备的复合材料已经成功地应用在航空航天、微电子等领域,在某些应用中可完全可以替代金属、合金材料,不仅实现了材料的轻量化,而且大大降低了材料成本。黄麻纤维的性能受其生长环境的影响,其性能不均一,因而在与树脂基体制备复合材料时,黄麻纤维与树脂基体之间的界面结合是否良好成为影响材料的重要因素。在复合材料制备以前,需要对黄麻纤维进行一系列的表面处理,以增强与树脂基体的界面结合能力。与此同时,黄麻纤维作为植物纤维的一种,其在高温下会分解炭化,因而在复合材料制备中选用溶液法制得预浸料再模压的工艺。可溶性聚芳醚酮作为高性能热塑性树脂,制备的复合材料不仅具有良好的力学性能,还可以加工成多种形态,且可以在熔融态下改变原有的形态;撤火自熄的特性,使得制备的复合材料具有一定的阻燃性能以外,更重要一点,其可以在植物纤维分解温度以下与植物纤维制备复合材料;因而可以使用可溶性聚芳醚酮树脂代替以往研究中的聚丙烯、聚乳酸、聚乙烯、聚氯乙烯等普通树脂制备出性能更好的材料。同时,也可以拓宽高性能树脂的应用领域。本论文中使用黄麻纤维与可溶性聚芳醚酮制备具有吸声性能的复合材料,探索复合材料中黄麻纤维的占比、制备方法、加工温度、制备工艺、材料力学性能、吸声性能等。我们发现,使用固含量2 wt%碱处理黄麻纤维后,按一定比例的黄麻纤维,与树脂制备预浸料,以层压形式在热压条件为210℃、1 MPa下热压,得到的复合材料具有良好的吸声性能,在高频2000 Hz~6000 Hz下,平均吸声系数分别为0.57和0.63,结合力学性能综合评价,同时我们发现,本论文种复合材料的力学性能取决于增强纤维。因此为提高复合材料力学性能,在后续的研究中我们分别加入了常见的两种增强纤维:碳纤维和玻璃纤维。综合评价,纤维总量60%,当碳纤维/玻璃纤维占纤维总重20%,复合材料的整体性能更优。由玻璃纤维、黄麻纤维、可溶性聚芳醚酮制备的吸声复合材料在高频2000 Hz~6000 Hz范围内,平均吸声系数为0.61;由碳纤维、黄麻纤维、可溶性聚芳醚酮制备的吸声复合材料在高频2000 Hz~6000 Hz范围内,平均吸声系数为0.56。