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(shí)對(duì)其透通性的影響，是目前實(shí)際測(cè)量與理論解釋中的難點(diǎn)與空白，其原因在于目前尚無(wú)實(shí)現(xiàn)這一動(dòng)態(tài)組合要求的原位測(cè)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(cè)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(shí)的多種性能的同時(shí)測(cè)量問(wèn)題，文中針對(duì)實(shí)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(shí)刻主力與受力曲線(xiàn)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(dòng)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(guò)程也可分為三個(gè)區(qū)：近似線(xiàn)性區(qū)、轉(zhuǎn)變區(qū)(或滑移變形區(qū))、模量線(xiàn)性增加區(qū)，其中轉(zhuǎn)變區(qū)較復(fù)雜，有時(shí)會(huì)發(fā)生纖維間的移動(dòng)錯(cuò)位引起的屈服特征。所選五種纖維集合體的壓縮曲線(xiàn)、壓縮模量曲線(xiàn)及壓縮回復(fù)圈大小及形狀存在差異，是識(shí)別特征。而同一種集合體壓縮

3、曲線(xiàn)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)有無(wú)筒壁約束條件下的壓力對(duì)比表明：有筒壁約束條件

4、下的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于無(wú)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(qiáng)烈地?cái)D壓與摩擦，上壓力迅速下傳，壓力及壓縮模量增加迅速。而無(wú)約束時(shí)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(guò)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(duì)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(zhǎng)短有關(guān)。纖維位于集合體中的高度與壓縮過(guò)程中集

5、合體高度的變化量(壓縮位移)線(xiàn)性相關(guān)，同一根纖維對(duì)于整體纖維塞的相對(duì)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(duì)不同種類(lèi)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(xiàng)式的表達(dá)形式，以此直觀(guān)和簡(jiǎn)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(lèi)隨機(jī)排列集合體的透氣性能相對(duì)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(shí)，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?yàn)椋孩傺蛎谏窖蚪q⑨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?yàn)椋孩傺蛎陔婢]③山羊絨④木棉⑤羽絨。兩種排序的不同，說(shuō)明氣流流過(guò)集合體時(shí)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(duì)三種排列方式羊毛集合體的測(cè)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(yàn)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(shì)。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(duì)纖維集合體透聲實(shí)驗(yàn)表明，腔體對(duì)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(shì)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(qiáng)比的下降隨聲音頻率的升高而逐漸趨于平緩。這說(shuō)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(guò)纖維集合體的能力較高頻聲音強(qiáng)，高頻的聲強(qiáng)在纖維集合體中衰減強(qiáng)烈，即纖維集合體對(duì)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(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)省原料、最優(yōu)化材料的結(jié)構(gòu)參數(shù)