本发明涉及一种针对低频噪音的船壁板用隔音复合芯材及其制备方法，属于玻璃微纤维复合材料。
背景技术：
1、随着工业化进程的迅速发展，由此带来的噪音污染问题日益严重，对噪音污染进行高效治理已成为一项需要迫切解决的世界性难题。纤维类吸声材料具有孔道曲折度高、孔道连通性好等优点，表现出良好的中高频吸声性能，但由于纤维直径较粗，导致材料与声波的接触面积有限，使得材料对波长较长的低频声波吸收能力受限。因此，本发明的目的就是利用火焰喷吹法和静电纺丝法分别生产三种不同纤维平均直径的微米级超细玻璃纤维和纳米级高分子纤维进行有效匹配包覆，解决纤维复合材料对低频噪音的有效吸收，提供一种针对低频噪音用轻量化、高柔韧、强憎水、高强度和吸音性能优异的复合芯材制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了改进现有技术的不足而提供一种针对低频噪音用轻量化隔音复合芯材及其制备方法，以解决现有技术制备的微米级超细玻璃纤维和纳米级高分子纤维均匀结合困难，难以有效条件多级空隙结构，从而造成针对低频噪音吸收困难的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种针对低频噪音用轻量化隔音复合芯材，所述轻量化隔音复合芯材按质量百分数计组分包括：微米级超细玻璃纤维65～80wt％，纳米级静电纺丝高分子纤维15～25wt％和交联剂3～5wt％，所述微米级超细玻璃纤维平均直径为0.5μm、1.5μm和2.5μm，所述纳米级静电纺丝高分子纤维平均直径为3nm、6nm和10nm。
3、进一步的，所述微米级超细玻璃纤维包括三种不同的平均直径，所述纳米级静电纺丝高分子纤维包括三种不同的平均直径。
4、进一步的，所述微米级超细玻璃纤维的组分按质量百分数计包括：sio2+b2o3：72～85wt％，na2o+k2o：11～15wt％：al2o3+mgo+cao：12～20wt％，其它微量元素≤1wt％。
5、进一步的，所述纳米级静电纺丝高分子纤维按质量百分数计包括a类：40～50wt％，b类：20～40wt％，c类：20～40wt％其中，a类为改性聚偏氟乙烯，b类为改性聚砜，c类为改性聚氨酯。
6、进一步的，所述a类改性聚偏氟乙烯为有机氟改性聚偏氟乙烯、有机硅改性聚偏氟乙烯中的一种或几种；所述b类改性聚砜为有机氟改性聚砜、有机硅改性聚砜中的一种或几种；所述c类改性聚氨酯为有机氟改性聚氨酯、有机硅改性聚氨酯中的一种或几种。
7、进一步的，所述交联剂为kh550、kh560、kh570、kh792、ttma和bip交联剂中的一种或几种。
8、所述轻量化隔音复合芯材的制备方法，包括如下步骤：
9、步骤1，根据轻量化隔音复合芯材中微米级超细玻璃纤维的组分选取原材料混合均匀后投入窑炉熔炼成无杂质透明的玻璃液，然后玻璃液经过同一条窑炉料道分别流入并排摆放的1#-3#合金漏板，然后分别形成各自的一次玻璃纤维丝；
10、步骤2，一次玻璃纤维丝分别流入1#-3#火焰喷吹炉头，再分别在混合燃气作用下被二次熔融后高速牵拉成纤维平均直径为0.5μm、1.5μm和2.5μm的三种超细玻璃纤维；
11、步骤3，将a类改性聚偏氟乙烯、b类为改性聚砜和c类为改性聚氨酯分别利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为3nm、6nm和10nm的三种高分子纤维，三种不同直径的高分子纤维分别均匀分布和缠绕在三种不同直径的超细玻璃纤维，将含交联剂溶液均匀雾化喷洒于超细玻璃纤维表面，并均匀分散在成型集棉网带上，进而形成蓬松的轻量化隔音复合芯材；
12、步骤4，蓬松的轻量化隔音复合芯材经三段式热压定型、固化和烘干后制得针对低频噪音用轻量化隔音复合芯材成品。
13、进一步的，所述步骤3的将三种不同纤维平均直径的高分子纤维均匀分布和缠绕的具体过程为：
14、步骤3.1，在每个火焰喷吹炉头的一定水平距离0.5m处各有一个静电纺丝喷嘴环，将一种高分子纤维均匀喷洒在步骤2的一种微米级超细玻璃纤维表面，形成的纤维芯材含有三种复合纤维；
15、步骤3.2，将步骤3.1已经均匀混合的三种混合纤维依靠各自混合燃气的高速牵拉和成型网箱负压吸附的复合作用下，高速混合后飞向同一张裹有玻璃纤维布的成型集棉网带，然后通过集棉机网带左右两排外混式喷头将交联剂溶液均匀雾化喷洒在每一根复合玻璃微纤维上，最后均匀分散在成型集棉网带上。
16、进一步的，所述三种高分子纤维和所述三种超细玻璃纤维的喷洒按相对粗细关系一一对应。具体是3nm纳米级静电纺丝高分子纤维喷洒在0.5μm微米级超细玻璃纤维上，6nm纳米级静电纺丝高分子纤维喷洒在1.5μm微米级超细玻璃纤维上，10nm纳米级静电纺丝高分子纤维喷洒在2.5μm微米级超细玻璃纤维上。
17、所述针对低频噪音用轻量化隔音复合芯材的孔隙率≥99.9％，其中按体积占比，孔径≤10nm占85％，10nm≤孔径≤60nm占10％，孔径≥60nm占5％。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19、(1)本发明提出利用火焰喷吹法制备出纤维平均直径为0.5μm、1.5μm和2.5μm的三种超细玻璃纤维，以及利用静电纺丝法制备出纤维平均直径为3nm、6nm和10nm的三种高分子纤维，三种超细玻璃纤维和高分子纤维分别一一对应粗细搭配可以实现纤维间有效缠绕和包覆，在超细玻璃纤维网络结构中引入纳米级高分子纤维网络结构，进行网络结构和孔隙结构的分隔和重构，从而实现微米级超细玻璃微纤维和纳米级高分子纤维所构建的三维网络结构和多级空隙结构的可控构建。同时，利用平均直径更细的纤维来进行多级孔隙结构调控，引入更多细小孔隙，从而增加轻量化隔音复合芯材的孔隙率，进而提升制成复合纤维芯材的机械加工强度和比表面积，最终提高轻量化隔音复合芯材针对500hz及以下低频噪音的吸声性能。
20、(2)本发明提出每个火焰喷吹炉头的一定水平距离0.5m处各有一个静电纺丝喷嘴环，可以实现微米级超细玻璃纤维和纳米级高分子纤维有效缠绕和包覆，即每一根超细玻璃纤维表面都缠绕和包覆有高分子纤维，并在后续三段式热压过程中，高分子纤维熔融后均匀包裹在微米级超细玻璃纤维表面，形成了高分子包裹层，一方面消除了超细玻璃纤维脆性大、易断的问题，另一方面使得微米级超细玻璃纤维骨架之间无需外加粘接剂，进而提升制成复合纤维芯材的机械加工强度。
21、(3)本发明提出利用静电纺丝法制备三种不同类型的高分子纤维，即a类为改性聚偏氟乙烯、b类为改性聚砜和c类为改性聚氨酯，通过不同类型纤维在比表面积、蓬松性和回弹性上的优势，通过微/纳米双网络诱导的稳定蓬松堆叠结构赋予了复合纤维芯材超轻性能、优异的力学性能和针对500hz及以下低频噪音的吸声性能。
22、(4)本发明提出利用纳米级高分子纤维均是经过有机硅和有机氟改性，改性后自身作为粘结剂的憎水性大大提升，并且高分子纤维熔融后均匀包裹在微米级超细玻璃纤维表面，形成了高分子包裹层，无需外加抗水剂来获得强憎水性船用壁板用轻量化隔音轻量化隔音复合芯材。