[发明专利]具有梯度结构全降解隔热、隔音、降噪聚乳酸/天然纤维复合材料内饰件及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种由半开孔式中空聚乳酸纤维、天然纤维和阻燃剂复合而成的内饰件及其制备方法。

背景技术

    纤维毛毡主要用于汽车、家电等设备中，以达到隔热、隔音和降噪的目的，但目前，纤维毛毡的原材料主要来源于石油衍生高分子材料。无论从材料的源头还是材料的废弃物来说，都给环境造成了很大的压力。选用合适的生物可降解材料来代替石油衍生高分子材料是解决这一问题的有效途径。

    在生物降解高分子材料中，聚乳酸（PLA）拥有较好的降解性能，生物相容性和良好的机械性能。聚乳酸是以淀粉、糖类发酵的L-型乳酸聚合而成，一切农产品，例如玉米等都可以提取淀粉生产聚乳酸。其废弃物在土壤或者水中经过微生物的降解作用分解为二氧化碳和水，不会造成污染，是一种可持续发展的生态材料。天然纤维具有密度低、比性能高、廉价、资源丰富、可降解等优点，近年来，成为了人们备受关注的材料，成为了全球研究的热点。

    吸音材料根据吸音原理可分为三种：多孔型：如石棉、玻璃绒和软聚氨酯泡沫等；板（膜）振动型：如层合板、硬纤维板、石板等；共鸣器型：如空硬纤维板、有孔石膏板和有孔金属板等。多孔吸音机理是指当材料内部有很多互相连通的细微空隙时，空隙会形成的空气通道，可模拟为由固体框架间形成许多细管或毛细管组成的管道构造。当声波传人时， 因细管中靠近管壁与管中间的声波振动速度 不同，由媒质间速度差引起的内摩擦，使声波振动能量转化为热能而被吸收。共振吸音机理是指材料中的共振结构在声波的激发下产生振动，振动的物体由于自身的内摩擦和与空气的摩擦，把一部分声能转变成热能而耗掉。根据能量守恒定理，这些损坏的能量都来自使物体发生振动的声波的能量。由于不同的结构和物体都有各自的固有振动频率，当声波频率与物体结构的固有频率接近时，就会发生共振现象，此时结构和物体的振动最强烈，振幅和振速达到最大，消耗的声能也就最多，声系数在其共振频率处最大。聚合物具有特征吸声谱，材料吸音特性与聚合物分子结构及形态特性有关，也与其在玻璃化转变区分子运动的特定模式有关。当分子链段运动在特征频率的声波作用下产生共振，声能则被充分吸收。但归根结底，吸音效果的好坏都与材料层中的空气层密切相关。另外，空气层的存在对于隔热也起到了一定作用。

材料的减震降噪性能与材料的阻尼特性有关，阻尼的基本原理就是在振动过程中通过能量耗散而使系统尽量恢复到静止状态。粘弹性材料具有较大的损耗因子，较高的阻尼性能，并且在其玻璃化转变区域内表现出最好的阻尼性能。

发明内容

    本发明的目的在于克服目前纤维毡在隔热、隔音、降噪方面的不足，提供一种全降解隔热、隔音、降噪聚乳酸复合纤维内饰件及其制备方法。

本发明提出的具有梯度结构的隔热、隔音、降噪聚乳酸/天然纤维复合全降解内饰件材料，由聚乳酸纤维、天然纤维、阻燃剂三部分组成，所述复合纤维内饰件由聚乳酸纤维、天然纤维和阻燃剂组成，各组分占总重量的百分比为：聚乳酸纤维35%～60%、阻燃剂8%～10%，其余为天然纤维，其总重量满足100%；所述复合纤维内饰件具有多层次结构，宏观结构上，复合材料包括聚乳酸纤维的半开孔式中空结构、天然纤维内部微纤间的孔隙结构、纤维毡的空隙结构等。从分子链结构角度上看，复合材料具有合成聚乳酸的线性大分子结构、天然纤维的高结晶取向结构。这种特殊的梯度结构使纤维毡具有隔热、隔音和降噪功能，并且多层次的结构使材料吸震降噪的频率范围拓宽。

本发明中，所述复合纤维内饰件材料具有良好的隔热、隔音、降噪功能。

本发明中，所述复合纤维内饰件材料由可降解的天然纤维和聚乳酸纤维组成。因此，复合纤维内饰材料在一定环境条件下能够完全降解。

本发明中，所述聚乳酸纤维具有中空结构。

本发明中，所述阻燃剂为环保型磷系或氢氧化铝阻燃剂。

本发明中，所述天然纤维为大麻纤维、亚麻纤维、黄麻纤维、剑麻纤维、棉纤维、粘胶纤维或竹纤维中的一种或多种。

本发明中，所述天然纤维的长径比为5-100。

本发明中，所述复合纤维内饰材料具有特殊的宏观结构：聚乳酸纤维的半开孔式中空结构、天然纤维内部微纤间的孔隙结构、纤维毡的空隙结构等。这一特殊结构，使得纤维毡中存在大量的中空结构，形成了空气通道，当声波传入时，纤维管壁与管中的声波振动速度不同，由媒介间速度差异引起的内摩擦，使声波能量转化为热能而吸收。