不同貼面材料對木塑地板吸音性能影響的研究

2015-12-16 08:12:04宋曉雪黃金鑫朱曉冬

森林工程 2015年5期

霍成，朱應，唐璐，潘巧，宋曉雪，黃金鑫，朱曉冬

(東北林業大學材料科學與工程學院，哈爾濱150040)

隨著現代人們生活質量的逐步提升，對地板的需求也越來越多，據我國林產工業協會地板委員會公布的數據顯示，去年一年我國的地板企業銷售約30 883．88萬m2。木塑復合材(簡稱WPC)由于其優良的性能以及所用材料可循環，已成為木材加工行業的焦點。木塑地板不但具有優良的性能，而且低碳、環保，以木塑地板來代替木質地板，不僅可減少木材的消耗量、節約森林資源，而且可緩解白色污染日益嚴重的問題。發展室內用木塑地板作為順應潮流發展的產品，在不久的將來定會成為主流產品［1-5］。但目前在國內，木塑地板大部分用于戶外，室內應用很少。即便是用于室內的木塑地板具有木質感，也可制成多種顏色，但由于紋理和顏色有限，缺乏木材的自然性;同時由于木材系極性物質，其表面具有部分不飽和狀態的極性基因，而制造WPC的塑料是非極性材料，使得裝飾單板與WPC地板基材間的相容性成為急需解決的難題。在實用性方面，木塑地板因為一定持續力作用下的蠕變變形進而損壞，并且會釋放出不同種類的污染物，這些缺點在一定程度上限制了消費者對其的接受程度，阻礙了木塑地板在室內地面鋪設材料中的推廣應用［6］。

作為室內裝飾材料，木塑材料的吸音效果如何也一直受到人們的關注。之前諸多學者的研究發現各類板材吸聲性能依次為纖維板＞膠合板＞刨花板＞實木［7-8］。但目前對木塑材料吸聲性能的研究極少。為了讓木塑復合材這種產品以更優良的品質走進地板市場，開展相關研究尤為必要。本文以充分發揮木塑地板的聲學性能為目標，探討材料的表面貼面材料對裝飾單板飾面木塑地板聲學性能的影響，制造出有實際使用意義的吸音木塑地板，并將其實際應用到日常公共或家庭裝修中，減少噪音對人們生活的影響。

1 實驗材料與制備

1．1 實驗材料

本實驗中所采用的木塑地板為東北林業大學自制的室內用PVC發泡木塑地板，發泡劑的含量為1%，厚度為11 mm，密度為0．95 kg/m3;貼面材料為市場購買的薄木貼面材料和紙基薄木貼面材料，實木單板厚度為2 mm、紙基薄木厚度為0．22 mm、胡桃木薄木厚度為0．11 mm;背面覆面材料為厚度2 mm的靜音墊;膠黏劑為東北林業大學自制的苯乙烯含量為2%苯丙乳液膠黏劑。

1．2 實驗儀器

實驗主要采用的儀器設備有:AWA6122A駐波管，合肥遠中計量檢測儀器有限公司生產;VB-715A型數控機床，杭州友佳精密機械有限公司生產;100t試驗熱壓機，幅面420 mm×420 mm，哈爾濱市東大人造板機械制造有限公司生產;萬能力學試驗機CMT5504型，深圳市新三思計量技術有限公司生產;TZL-5004數顯恒溫水浴鍋，蘇州珀西瓦爾實驗設備有限公司生產。

1．3 試件制備

(1)裁切:將PVC木塑發泡板材與貼面材料分別裁切成75 mm×75 mm、50 mm×50 mm的尺寸規格。

(2)基材涂膠:采用刨光(砂光)面進行均勻涂刷，施膠量為140 g/m2;將薄木單板和背面靜音墊粘貼在木塑上下表面。

(3)熱壓:采用熱壓機進行熱壓，壓強為5 MPa，熱壓溫度為70℃，時間為10 min。

(4)聲學測試樣品制備:采用直徑規格為95 mm、刨光后厚度為11 mm、含水率為10%的圓形貼面PVC木塑發泡板材。

1．4 性能測試

(1)力學性能測試

按照中華人民共和國國家標準GB/T 15104—2006《裝飾單板貼面人造板》，使用力學實驗機進行浸漬剝離試驗與表面膠合強度測定。

(2)吸聲性能測試

按照GB/T 18696．1-2004《聲學阻抗管中吸聲系數和聲阻抗的測量第一部分:駐波比法》的標準進行測試木塑材料在各頻率的吸聲系數。測試環境為半消音室，溫度15℃，濕度20%，大氣壓為100．76 kPa，測量范圍100～2 000 Hz，取100、200、315、450、630、800、900、1 000、1 400、2 000 Hz的頻率段的吸聲系數測量值［9］。

2 結果與討論

2．1 力學性能測試結果

在分析不同貼面材料對木塑地板力學性能影響之前，首先對貼面后木塑地板浸漬剝離和表面膠合強度進行測試，結果見表1。從表1中實驗結果得出，裝飾單板貼面PVC發泡木塑地板的浸漬剝離與表面膠合強度完全符合國家標準GB/T 15104-2006對裝飾單板貼面人造板的浸漬剝離長度(試件貼面膠層每一邊剝離長度﹤25mm)與表面膠合強度的要求(≧0．40 MPa)。

表1 浸漬剝離與表面膠合強度實驗結果Tab．1 Experimental results of surface bonding strength of dipping and peeling

2．2 木塑基材的吸聲性能

PVC木塑發泡地板是將木粉與PVC粉通過施加發泡劑及各種助加劑的條件下通過擠壓工藝制備而成的多孔復合材料。影響該材料的吸聲系數的主要因素是木粉的含量及復合材料的密度、厚度、發泡劑含量、貼面材料及背后覆面材料等［10-11］。表面不加任何裝飾貼面的木塑基材的吸聲系數如圖1所示。從圖1中可以看出，木塑發泡地板具有一定的吸聲性能，這是因為當聲波通過垂直入射進入到多孔材料內部時，發泡劑的含量分解產生的氣體，使空隙不能均勻分布、孔徑過小，在材料內部容易發生反射，造成木塑發泡地板的流阻較高，在一定的頻率范圍內吸聲性能較好。本實驗材料500～700 Hz頻率范圍內的吸聲效果在630 Hz達到最大值。

圖1 木塑素面基材各頻率的吸聲系數Fig．1 Coefficients of sound absorption of the crude wood-plastic composites with different frequencies

2．3 覆面材料對木塑復合材料吸聲性能的影響

當木塑地板用于室內地面的鋪設時，需要在地板的背面鋪加一層靜音防潮墊。本實驗使用市場購買的常用地板靜音墊覆在木塑地板的背面，測試其吸聲性能，結果如圖2所示。

圖2 木塑基材背面覆靜音墊的吸聲系數Fig．2 Coefficients of sound absorption of the crude wood-plastic composites combined with mute pad

由圖2可見，背面覆面靜音墊木塑地板的吸聲性能在100～630 Hz的范圍內逐步上升，在630 Hz左右達到最大值，隨后吸聲性能下降，即背面覆面靜音墊在一定程度上提升了低頻的吸聲系能，這是因為靜音墊自身具有一定的吸聲性能［12-14］。將其黏貼在木塑地板的背面，隨著厚度的增加，使覆面后地板材料在低頻時吸聲性能有較大提升，但是對于中頻的吸聲性能影響較小。因此，覆面材料厚度的增加量可能對材料整體結構的吸聲系數存在一個最佳值。

2．3 貼面材料對木塑復合材料的吸聲性能影響

從裝飾角度考慮素面的木塑復合的裝飾性能較差，需要在其表面進行裝飾貼面。本實驗采用紙基薄木(實薄木+牛皮紙)、實薄木單板(實薄木+無紡布)、實木單板貼在木塑基材上，分別對其進行吸聲系數測試，結果如圖3所示。

由圖3可見，貼面后的木塑復合材在100～630Hz的低頻范圍內，吸聲性能都有大幅的上升，在630Hz左右達到最大值，隨后吸聲性能下降。在低頻范圍內，吸聲性能為單板貼面＞紙基薄木貼面＞實木薄木貼面。這是由于貼面層具有一定的吸聲作用，對木塑基材貼面后，增加了聲阻，使得共振頻率降低，進而提高低頻的吸聲系數。