基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物、制备方法和应用与流程

本发明属于吸声材料，涉及一种吸声织物，具体地说是基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物、制备方法和应用。

背景技术：

1、噪声作为世界四大污染之一，严重影响了人们的生活和健康，除了使人心情烦躁外，噪声还会造成人体心血管疾病、高血压、听力损伤等生理危害。目前有多种方法被用于吸声降噪，其中，多孔材料是应用最广泛、最有效的降噪材料之一。多孔材料的内部具有大量相互连通并且通向材料表面的细孔，当声波传播到多孔材料表面时，声波的机械能转换为构件内空气或构件本身的动能，再由空气与空气间的粘滞作用以及空气与材料间的摩擦作用进一步将动能转换为热能，最后通过热传递将热能耗散，实现多孔材料对声能的消耗。

2、纺织材料作为一种典型的多孔材料，已被广泛应用于吸声领域，但传统的吸声织物往往需要对材料进行复杂的二次加工或后整理，产品存在透气性差、不耐水洗等问题，且往往只在高频范围内有良好的吸声效果。

3、为了进一步提高纺织材料的吸声性能，也有研究者从能量转换途径入手，提出声能到电能再到热能的吸声机制。压电材料的压电效应可以将声波的机械能转化为电能，实现声能的消耗，然而，压电效应需要采用特殊的压电材料，并需要经过复杂的极化流程才能使材料压电性，而不同材料间的摩擦发电是一种更广泛、更常见的将机械能转换为电能的方式。然而，目前涉及到摩擦发电这一原理的声电转换技术主要目的为能量收集，而非吸声降噪，且相关技术制得的产品结构形态也不具备轻薄、尺寸适应性等，并不能应用于吸声。例如公开号为cn105208497a的专利公开了一种基于摩擦发电的声电转换器件及其制作方法，公开号为cn112910303a的专利公开了一种基于四分之一波长管的声学摩擦纳米发电机，但均不适用于家纺饰品等应用场景。

技术实现思路

1、本发明的目的，旨在要提供基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物、制备方法和应用，以解决吸声纺织材料制备工艺繁琐且只能在高频范围内吸声的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、一种基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物，包括上织物层、下织物层和间隔层，所述间隔层包括间隔纱线、固结纱线和在声波作用下振动的振动纱线，间隔纱线和上织物层、下织物层组成地组织单元；所述间隔纱线和固结纱线均通过穿织的方式将上织物层、下织物层连接在一起；所述振动纱线位于相邻两行间隔纱线之间，并被固结纱线固定，形成多个两端固定的简支梁振动弦结构，使地组织单元、固结纱线和振动纱线形成用于使材料接触分离起电的孔隙结构；

4、所述地组织单元的纱线和振动纱线的静电序列不同；上织物层和振动纱线之间距离、下织物层和振动纱线之间的距离均小于振动纱线的振幅。

5、其中，所述地组织单元的纱线包括上织物层的纱线、下织物层的纱线和间隔纱线。

6、其中，由于地组织单元的纱线和振动纱线的静电序列不同，一者易得电子，另一者易失电子，因此，两者发生接触分离时两种材料间产生电荷的转移。

7、其中，制成地组织单元的纱线和振动纱线的材料可分别从电介质纤维和导电纤维中选取，还可以从电介质纤维中选取两种电负性差别大的材料。

8、作为一种限定，所述地组织单元与振动纱线通过简支梁振动弦结构接触分离起电，产生电荷转移；

9、所述简支梁振动弦结构，满足式中，fjn为振动纱线的第n阶共振频率，ljm为振动纱线的共振长度，δj为振动纱线的线密度。

10、作为进一步限定，所述振动纱线的共振长度ljm为1-150mm，振动纱线的线密度δj为4-200tex。

11、作为另一种限定，所述固定有两种方式：当固结纱线的熔点低于地组织单元的纱线和振动纱线的熔点时，固结纱线通过熔融粘连固定振动纱线；当固结纱线的熔点大于或等于地组织单元的纱线和振动纱线的熔点时，则固结纱线的线密度大于间隔纱线的线密度，通过相邻两行固结纱线夹持固定振动纱线。

12、作为第三种限定，所述固结纱线的线密度δg为4-250tex。

13、作为第四种限定，所述地组织单元纱线的线密度为4-210tex；吸声间隔织物的克重为65-1000g/m2；相邻两行间隔纱线之间的距离为0.1-5mm；上织物层和下织物层之间的距离为0.1-20mm；若为机织物，则上织物层和下织物层的经密为280-1700根/10cm、纬密为150-1200根/10cm，若为针织物，则上织物层和下织物层的横密为3-85列/英寸、纵密为8-105行/英寸。

14、作为第五种限定，所述地组织单元纱线的原料为导电纤维或电介质纤维，振动纱线的原料为导电纤维或电介质纤维；

15、所述导电纤维或电介质纤维为单一成分纤维、采用表面加工方式获得的具有导电性能的纤维、以及皮层包含电介质纤维或导电纤维的皮芯复合纤维中的至少一种；

16、所述电介质纤维包括聚甲醛纤维、聚酰胺纤维、蜜胺纤维、羊毛纤维、蚕丝纤维、棉纤维、麻纤维、再生纤维素纤维、再生蛋白质纤维、聚乙烯醇、聚酰亚胺纤维、聚四氟乙烯纤维、聚氯乙烯纤维、氯化聚氯乙烯纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚偏二氯乙烯纤维、聚酯纤维、聚氨酯纤维、腈氯纶纤维和聚丙烯腈纤维中的至少一种；

17、所述导电纤维包括金属导电纤维、金属镀层纤维、导电金属化合物导电纤维、金属络合纤维、碳系导电纤维和导电聚合物纤维中的至少一种。

18、其中，导电纤维可以是将导电层通过浸渍法、化学法、旋涂法、表面沉积法、印刷方法或静电纺丝法涂覆在压纱经编织物表面制得的，所述导电层的材质为银、铝、铜、镍、氧化银、氧化铝、氧化铜和氧化镍中的至少一种。

19、其中，所述化学法包括原位聚合法、化学镀膜法或电化学方法；

20、所述表面沉积法包括聚合物气相沉积、磁控溅射或原子沉积法；

21、所述印刷方法包括丝网印刷或喷墨打印。

22、本发明还提供了基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物的一种制备方法，所述吸声间隔织物是由机织或针织的方式一体成型制得。

23、本发明还提供了基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物的一种应用，所述吸声间隔织物作为窗帘、门帘、门饰、篷盖布或汽车内饰的布料，与刚性壁之间形成空气层；所述空气层厚度为0-500mm；所述刚性壁包括墙壁、玻璃壁和金属壁。

24、作为一种限定，所述空气层厚度为其中λ为所吸声的声波波长。

25、由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

26、①本发明提供的基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物，利用接触起电的技术原理，通过振动纱线与声波的同频共振，将噪声的机械能转化为纱线的机械能，进而通过不同静电序列的纱线的接触产生电荷转移，增加了织物消耗声能的途径(除了多孔结构的声热转化，增加了声电转化)，使材料的降噪效果大大增强；

27、②本发明提供的基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物，通过巧妙的织物结构和参数设计，使振动纱线有不同的共振长度分布，从而有不同的共振频率，进而达到有选择地针对不同频率的噪声进行降噪，尤其是低频处的噪声；

28、③本发明提供的基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物，保留了织物本身所有的轻薄柔软、透气舒适、机械性能良好等特点；

29、④本发明提供的基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物的制备方法，不需要对织物进行复杂的二次加工或后处理，仅通过参数的设计进行编织即可获得，制备工艺简单、成本低、易于实现批量化生产；

30、⑤本发明提供的基于振动使材料接触起电的吸声间隔织物的应用，可以通过在织物背后设计空气层厚度，有效提高整体的吸声效果。

31、本发明在多孔吸声原理的基础上，通过接触起电使织物有了额外的消耗声能的途径，使得织物的吸声效率更高，能够有选择性的针对特定频率的噪声，特别是低频处的噪声进行降噪，制得的织物轻薄透气。