涂層厚度對玄武巖長絲振膜織物吸聲性能的影響

郭宗福 鐘智麗

(天津工業大學紡織學院，天津，300160)

涂層厚度對玄武巖長絲振膜織物吸聲性能的影響

郭宗福 鐘智麗

(天津工業大學紡織學院，天津，300160)

主要討論了涂層厚度對玄武巖長絲振膜織物的彈性模量和平均吸聲系數的影響。本試驗在CSW小樣織機上試織了玄武巖長絲平紋織物，在Werner Mathis AG LTF97885涂層機上對試織織物進行涂層，使用Instron3380型多功能試驗儀和VA－Lab4 IMP-AT材料吸聲系數測試系統分別測試了振膜織物的彈性模量和吸聲系數，討論了涂層厚度對彈性模量和平均吸聲系數的影響，并使用MATLAB7.0數學處理軟件對玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數和涂層厚度進行一元二次回歸分析，得出最優涂層厚度。結論:當涂層厚度為0.10 mm左右時，玄武巖長絲振膜織物的斷裂強力和彈性模量均優良;當涂層厚度為0.16 mm時，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數最大。試驗結果為玄武巖長絲在聲學上的應用提供了一定的理論依據，應該加大玄武巖長絲用作振膜材料的開發，擴展玄武巖纖維及其織物的應用領域。

玄武巖長絲振膜織物，涂層厚度，彈性模量，吸聲系數，振膜材料

優良的振膜材料應該具備以下三個條件:一是密度應盡可能低，保證揚聲器具有較高的靈敏度;二是振膜材料的剛性即彈性模量應盡可能高，從而保證揚聲器有較低的失真;三是具有較高的內阻尼，以使揚聲器的分割振動減小［1］。紙盆振膜的缺點是其特性隨著環境的濕度而變化，紙吸濕以后它的密度會變大，剛性變差，發聲的特性也會受到影響。以聚丙烯材料為基體制作的塑料振膜在動態、失真率、細節表現和發生效率上都有了不同程度的改善，比如Dynaudio和Infinity/Genesis都采用此類振膜，改善效果比較明顯［2］。金屬振膜彌補了紙盆振膜和塑料振膜剛性弱的特點，但是振動時產生的能量不會被振膜材料本身吸收，會導致“金屬聲”的出現［3］。隨著芳綸、碳纖維、玻璃纖維等高性能纖維的不斷開發利用，許多優質的振膜得以研制成功，如浙江華樂電子有限公司生產的玻璃纖維振膜樣品。

玄武巖纖維是一種新型的礦物纖維，具有質輕高強、使用溫度范圍大、優良的耐化學腐蝕性以及良好的隔音、吸音效果等特性［4］。此外，與芳綸、碳纖維等高性能纖維相比，玄武巖纖維具有生產成本低、環保無污染的優點。本文主要測試了玄武巖長絲振膜織物的彈性模量和平均吸聲系數，討論了涂層厚度對彈性模量和平均吸聲系數的影響，為玄武巖纖維及其織物在聲學方面的應用提供了一定的理論依據，拓寬了玄武巖纖維的產業用領域。

1 材料與儀器

玄武巖長絲(成都航天拓鑫實業有限公司)，規格為41 tex，細度為7 μm，密度為3 g/m2;以丙烯酸脂為原料制備的涂料 CSW-03型小樣織機，Werner Mathis AG LTF97885涂層機，Instron3380型多功能試驗儀，VA-Lab4 IMP-AT材料吸聲系數測試系統(北京聲望聲電技術有限公司開發)。

2 玄武巖長絲振膜織物的制備

在CSW-03型小樣織機上試織了玄武巖長絲平紋織物，其規格參數如表1所示。

表1 玄武巖長絲平紋織物規格參數

本試驗使用的涂料是丙烯酸酯為原料制備的。丙烯酸脂是良好的阻尼材料，具有較好的力學性能和較高的阻尼值(tanδ＞0.3)［5］，這些特性使其成為制備涂料的優秀原料，它還能夠提高玄武巖長絲振膜織物的內阻尼和改善玄武巖纖維的散纖現象，增加玄武巖長絲振膜織物的強度。本試驗分別以0.05、0.10 和 0.30 mm 為涂層厚度對玄武巖長絲織物進行涂層，涂層后的織物如圖1所示。

圖1 玄武巖長絲振膜織物

3 玄武巖長絲振膜織物的性能測試

3.1 彈性模量的測試

本試驗使用Instron3380型多功能試驗儀測試振膜織物的彈性模量，結果如表2所示。

表2 涂層厚度對玄武巖長絲振膜織物彈性模量的影響

3.2 吸聲系數的測試

不同頻率的聲波入射到同一材料中，材料的吸聲系數也不同，通常所說的材料吸聲系數指的是對應頻率的吸聲系數，或者用在倍頻程的中心頻率(包括 125、250、500、1 000、2 000 和4 000 Hz)下吸聲系數的算術平均值即平均吸聲系數來描述材料的吸聲性能［6］。本試驗采用該平均吸聲系數來衡量玄武巖長絲振膜織物的吸聲性能，使用VA-Lab4 IMP-AT材料吸聲系數測試系統測試試樣的吸聲系數，結果如圖2所示。

圖2 涂層厚度與平均吸聲系數的關系曲線圖

3 結果與討論

3.1 涂層厚度對彈性模量的影響

從表2可以看出，涂層厚度越大，玄武巖長絲織物的斷裂強力越大，斷裂伸長率也逐漸減小。但是隨著涂層厚度增加，玄武巖長絲振膜織物彈性模量增大，當涂層厚度為0.05 mm時，彈性模量達到最優;當涂層厚度大于0.05時振膜的彈性模量隨著涂層厚度的增加而逐漸減小。當涂層厚度為0.1 mm時，涂層厚度為織物厚度的1/2，此時的振膜織物既發揮出玄武巖長絲織物的高彈性模量和高強力性能，也發揮出丙烯酸樹脂對振膜織物的耐磨性、結構穩定性增強作用，所以振膜織物的載荷較大。而當涂層厚度為0.30 mm時，涂層厚度大于織物厚度，此時的振膜織物在拉伸斷裂時，主要發揮的是丙烯酸樹脂膜的力學性能，并不能完全發揮玄武巖長絲織物的功能，導致振膜織物斷裂強力減小和彈性模量下降。

3.2 涂層厚度對平均吸聲系數的影響

從圖2可以看出，隨著玄武巖長絲振膜織物涂層厚度的增加，平均吸聲系數(所測所有頻率聲波吸聲系數的算術平均值)也越大。當涂層厚度為0.10 mm左右時，平均吸聲系數達到最高點;當涂層厚度大于0.10 mm后，隨著涂層厚度的增加，平均吸聲系數有逐漸下降的趨勢，涂層厚度為0.30 mm的平均吸聲系數比涂層厚度0.10 mm時有明顯地下降。

為了得出涂層厚度和玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數之間的函數關系，本文利用Matlab7.0數學處理軟件對平均吸聲系數和涂層厚度進行一元二次回歸分析。首先建立涂層厚度與平均吸聲系數的關系式模型:

式中:x——涂層厚度，mm;

y——與x對應的玄武巖長絲振膜織物平均吸聲系數;

a1、a2、a3——關系式的三個未知參數。

然后打開matlab7.0，在命令窗口輸入以下程序代碼［7］:

得到結果為:

即 a1=0.150 3;a2=0.479 2;a3=0.071 9，得到一元二次方程即涂層厚度對玄武巖長絲振膜織物平均吸聲系數影響趨勢關系式為:

利用 MATLAB7.0數學處理軟件，繪制 y=0.150 3x－0.479 2x2+0.071 9 曲線圖，求得最優的涂層厚度使得吸聲y最大。在Matlab7.0命令窗口輸入以下程序代碼:

運行程序生成函數曲線圖如圖3所示。

通過圖3的模擬曲線圖可以看到，隨著涂層厚度x增加(x最小精確到0.01)，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數逐漸增大;當x=0.16 mm時，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數達到最大值，即曲線圖的最高點;當x＞0.16 mm時，隨著x的增加，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數逐漸減小。因此可以得出，當涂層厚度為0.16 mm時，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數最大，吸聲性能最優。

圖3 涂層厚度對織物平均吸聲系數的影響趨勢曲線圖

4 結論

(1)當涂層厚度為0.10 mm左右時，玄武巖長絲振膜織物的斷裂強力和彈性模量均優良。

(2)當涂層厚度為0.16 mm時，玄武巖長絲振膜織物的平均吸聲系數最大，吸聲性能最優。

［1］周彥武.揚聲器的振膜［J］.視聽技術，1998(7):37.

［2］HANS M.Theory of low-frequnecy loudspeakers［J］.Alta Frequenza，1974，43(12):1023-1032.

［3］KLIPPEL W，SCHLECHTER J.Distributed mechanical parameters describing vibration and sound radiation of loudspeaker drive units［M］.Germany:University of Technology Dresden，2009:1-19.

［4］謝爾蓋.玄武巖纖維的特性及其在中國的應用前景［J］.玻璃纖維，2005(5):46.

［5］曾威，李樹才.膠乳型互穿聚合物網絡阻尼材料［J］.高分子通報，2001(1):68-72.

［6］段劍，王從科，于波.纖維增強復合材料聲學性能檢測方法研究［J］.測試技術學報，2004，18(1):39-42.

［7］薜定宇.高等應用數學問題的Matlab求解［M］.北京:清華大學出版社，2004.

The influence of coating thickness on the basalt filament diaphragm fabric’s absorption properties

Guo Zongfu，Zhong Zhili
(School of Textiles，Tianjin Polytechnics University)

This paper focused on a comparative study on influence of coating thickness on elastic modulus and average absorption coefficient.Basalt filament diaphragm fabrics were woven with CSW-03 sample loom，using the Werner Mathis AG LTF97885 coating machine to coat the fabrics，using 3380 Instronbased multi-function tester and VA-Lab4 IMP-AT Materials Testing respectively to test and analysis basalt filament diaphragm fabric’s elastic modulus and absorption coefficient.Matlab7.0 mathematical processing software was used to analysis the effect relationship between the coating thickness and the average absorption coefficient of basalt diaphragm filament，and to get the optimal relationship points between coating thickness and absorption coefficient.Conclusions:when the coating thickness was about 0.10 mm，the breaking strength and elastic modulus were both well;when the coating thickness was 0.16 mm，the average absorption coefficient was best.The results provided a scientific basis for the development of the basalt filament diaphragm and must promote the product development of basalt fiber，and increase the market competitiveness.

basalt filament diaphragm fabric，coating thickness，elastic modulus，absorption coefficient，diaphragm material

TS102.4

A

1004－7093(2011)10－0023－03

2011－04－23

郭宗福，男，1985年生，在讀碩士研究生。主要從事紡織新材料的研究及產品開發。