一种抗菌汽车吸音棉及其制备方法

技术领域

本发明涉及吸音材料技术领域，尤其涉及一种抗菌汽车吸音棉及其制备方法。

背景技术

噪音对人们的生活质量以及身心健康均有较直接的影响，长期处于噪音环境不但损伤人们的听力，甚至可能诱发一些疾病。因而尽量在各领域做到消除噪音和吸音。吸音棉能将生活中的中高频噪音振动转换成内部纤维的动能，进而转变成热能消失，达到吸音降噪功能。吸音棉也被广泛地应用于建筑、汽车等内部装饰。一般的吸音材料分为两种类型，多孔吸音和共振吸音，多孔材料吸音是吸收高频，而共振材料吸音则是吸收低频；目前纤维吸声材料已经经历了从天然纤维到化学纤维，从单一组分到多元复合的发展过程，纳米纤维复合能有效提高材料对低频段的吸声效能，但生产工艺复杂、生产效率低(《纤维类吸声材料的研究进展》彭敏)。

然而目前市面上较多吸音棉材料受限于材料结构、纤维和成本，采用的回收材料或加入粘结剂，对车内环境污染产生直接影响，现有技术较多使用减少或替代吸音棉材料的使用；而选用聚苯硫醚作为吸音棉材料，受到外界影响会出现破损、老化等现象导致过滤性能、机械性能降低，同时废弃的聚苯硫醚难以降解，更是会污染环境。

公开号为CN103707581A的专利公开了一种抗菌吸音棉及其制备方法，通使用中草药成分的加入，使吸音棉具有抗菌性，还具有孔隙率大、吸附性强的特点，但其对高频噪音吸收效果较好，低频噪音吸收效果较差。

公开号为CN109097906A的专利公开了一种用于汽车的抗菌吸音棉，包括由聚酯纤维和聚丙烯纤维制成的毛毡，所述聚酯纤维和所述聚丙烯纤维外包覆除醛层，另外使用纳米粒子作为多功能填料，能有效清除醛类，但对于其他有害气体的抗菌效果较为一般，并且使用大量纳米粒子制备成本价格高昂，聚酯纤维等制备工艺也较为复杂，无法适用于大规模量产。

上述现有技术的所述抗菌吸音棉，其抗菌性能多是通过杀菌工艺处理或加入艾叶等中草药成分来实现，前者在原料价格不菲的情况下增加制备成本，后者则是抗菌效果不足，且中草药有可能产生副作用，对汽车内环境及驾驶者造成一定影响。

为此，寻找一种抗菌效果好、低频吸音效果佳的汽车抗菌吸音棉，仍是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种抗菌汽车吸音棉及其制备方法，解决了现有汽车吸音棉抗菌效果不佳、低频吸音效果差等技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供了一种抗菌汽车吸音棉，按重量份数计，包括以下原料：14-18份聚乙烯醇纤维、8-10份聚氧化乙烯纤维、2-4份炭黑、3-5份抗菌剂和4-7份氧化剂。

在此方案基础上，优选地，所述抗菌剂包括纳米银粉或香芹酚。

在此方案基础上，优选地，所述氧化剂包括双氧水、过硫酸钠或过硫酸钾的一种。

另一方面，本发明提供了一方面所述抗菌汽车吸音棉的制备方法，包括以下步骤：

S1，水洗、碱洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，烘干；

S2，将聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维混匀，制备复合纤维，加入炭黑得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料；

S3，将抗菌剂喷涂于步骤S2得到的复合材料表面，保温，冷却；

S4，开松、梳理、热压成型和表面处理，得到抗菌汽车吸音棉。

在此方案基础上，优选地，步骤S1具体包括以下步骤：

S1，水洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，再浸泡于碱液中0.5-1h，用水洗净后滴入醋酸调pH至6-7，再次水洗，于55-65℃下烘干。

在此方案基础上，优选地，步骤S2具体包括以下步骤：

S2，将聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维按比例混匀，静电纺丝得到复合纤维，然后加入炭黑和氧化剂，超声搅拌，得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料。

在此方案基础上，进一步优选地，步骤S1所述碱液包括质量浓度为5-10％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

在此方案基础上，进一步优选地，步骤S2所述静电纺丝条件为30-40℃、55-70KV、发生器转速12-16r/min和接收器速度1-1.5m/min。

在此方案基础上，进一步优选地，步骤S2所述超声频率为400-500kHz。

在此方案基础上，进一步优选地，步骤S2超声温度为60-70℃，超声时间4-6h。

在此方案基础上，优选地，步骤S3具体包括以下步骤：

S3，将抗菌剂喷涂于步骤S2得到的复合材料表面15-20min，于90-100℃保温0.5-1h后再次喷涂15-20min，冷却。

在此方案基础上，优选地，步骤S4具体包括以下步骤：

S4，开松、梳理复合材料，再于130-140℃和7-12MPa下热压固化15-25min，表面处理后，得到抗菌汽车吸音棉。

本发明的抗菌汽车吸音棉及其制备方法，相对于现有技术具有以下有益效果：

(1)本发明的抗菌汽车吸音棉，相比现有的PVA/PEO纤维膜，引入了炭黑形成具有网格结构的复合材料，纤维孔径减小，纤维间结点增多，材料进行声阻抗的实部增加，高频声波在与炭黑形成的网格结构薄膜的界面处穿透力较弱，高频吸声性能略有下降，但炭黑的引入及复合材料薄膜振动消耗了低频噪音，进而大幅提升低频声波的吸收，因此本发明的抗菌汽车吸音棉对于各频率段噪音均有良好的吸收效果；

(2)相比目前对PVA改性的纤维材料，本发明未引入其他填料及改性剂，对PVA和PEO进行碱洗处理，经过碱洗处理能有效去除PVA和PEO的半纤维素、木质素和其他杂质，这些杂质正是改变纤维形态和结构的关键，进而影响材料的吸声效果；所以经过碱洗处理后的PVA和PEO纤维，再制备复合材料，其吸音效果得到明显提升；

(3)本发明还在复合材料上喷涂一层纳米银粉或香芹酚，两者均有较强的杀菌作用，在复合材料表层形成的抗菌层，能有效清除有害气体和异味，提高吸音棉的抗菌性；

(4)本发明的抗菌汽车吸音棉，工艺简单，材料环保，并不产生有害污染物污染车内环境，是理想的汽车内饰选择。

具体实施方式

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种抗菌汽车吸音棉，包括以下原料：1.4g聚乙烯醇纤维、0.8g聚氧化乙烯纤维、0.2g炭黑、0.3g纳米银粉和0.4g双氧水。

其制备方法，包括以下步骤：

S1，水洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，再浸泡于质量浓度为5％的氢氧化钠溶液中1h，用水洗净后，滴入醋酸调pH至6，再次水洗，于55℃下烘干；

S2，将1.4g聚乙烯醇纤维和0.8g聚氧化乙烯纤维混匀，经过静电纺丝0.5h得到复合纤维，所述静电纺丝条件为30℃、55KV、发生器转速12r/min和接收器速度1m/min；然后加入0.2g炭黑和0.4g双氧水，于60℃下采用400kHz超声搅拌6h，得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料；

S3，将0.3g纳米银粉喷涂于步骤S2得到的复合材料表面15min，于90℃保温1h后再次喷涂15min，冷却；

S4，开松、梳理复合材料，再于130℃和7MPa条件下热压固化15min，表面处理后，得到抗菌汽车吸音棉。

实施例2

一种抗菌汽车吸音棉，包括以下原料：1.8g聚乙烯醇纤维、1g聚氧化乙烯纤维、0.4g炭黑、0.5g纳米银粉和0.7g过硫酸钾。

其制备方法，包括以下步骤：

S1，水洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，再浸泡于质量浓度为10％的氢氧化钠溶液中0.5h，用水洗净后滴入醋酸调pH至7，再次水洗，于65℃下烘干；

S2，将1.8g聚乙烯醇纤维和1g聚氧化乙烯纤维混匀，经过静电纺丝1h得到复合纤维，所述静电纺丝条件为40℃、70KV、发生器转速16r/min和接收器速度1.5m/min；然后加入0.4g炭黑和0.7g过硫酸钾，于70℃下500kHz超声搅拌4h，得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料；

S3，将0.5g纳米银粉喷涂于步骤S2得到的复合材料表面20min，于100℃保温0.5h后再次喷涂20min，冷却；

S4，开松、梳理复合材料，再于140℃和12MPa下热压固化25min，表面处理后，得到抗菌汽车吸音棉。

实施例3

一种抗菌汽车吸音棉，包括以下原料：1.5g聚乙烯醇纤维、0.9g聚氧化乙烯纤维、0.3g炭黑、0.4g纳米银粉和0.6g过硫酸钠。

其制备方法，包括以下步骤：

S1，水洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，再浸泡于质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中0.6h，用水洗净后滴入醋酸调pH至6.5，再次水洗，于60℃下烘干；

S2，将1.5g聚乙烯醇纤维和0.9g聚氧化乙烯纤维混匀，经过静电纺丝0.8h得到复合纤维，所述静电纺丝条件为35℃、65KV、发生器转速14r/min和接收器速度1.2m/min；然后加入0.3g炭黑和0.6g过硫酸钠，于65℃下450kHz超声搅拌5h，得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料；

S3，将0.4g纳米银粉喷涂于步骤S2得到的复合材料表面18min，于95℃保温0.6h后再次喷涂18min，冷却；

S4，开松、梳理复合材料，再于135℃和9MPa下热压固化18min，表面处理后，得到抗菌汽车吸音棉。

实施例4

一种抗菌汽车吸音棉，包括以下原料：1.8g聚乙烯醇纤维、1g聚氧化乙烯纤维、0.4g炭黑、0.4g香芹酚和0.7g过硫酸钾。

其制备方法，包括以下步骤：

S1，水洗聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，再浸泡于质量浓度为5％的氢氧化钾溶液中1h，用水洗净后滴入醋酸调pH至7，再次水洗，于65℃下烘干；

S2，将1.8g聚乙烯醇纤维和1g聚氧化乙烯纤维混匀，经过静电纺丝1h得到复合纤维，所述静电纺丝条件为40℃、70KV、发生器转速16r/min和接收器速度1.5m/min；然后加入0.4g炭黑和0.7g过硫酸钾，于70℃下500kHz超声搅拌4h，得到聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料；

S3，将0.4g香芹酚喷涂于步骤S2得到的复合材料表面15min，于100℃保温0.5h后再次喷涂15min，冷却；

S4，开松、梳理复合材料，再于140℃和12MPa下热压固化25min，表面处理后，得到抗菌汽车吸音棉。

对比例1

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例1的区别在于，未加入炭黑。

对比例2

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例2的区别在于，未加入聚氧化乙烯纤维，引入氧化石墨烯与聚乙烯醇纤维复合。

对比例3

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例3的区别在于，聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维未经过步骤S1处理。

对比例4

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例4的区别在于，未加入抗菌剂，也未进行步骤S3处理。

对比例5

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例1的区别在于，抗菌剂为甲壳素。

对比例6

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例1的区别在于，步骤S1中碱液包括质量浓度为30％的氢氧化钠或氢氧化钾溶液。

对比例7

一种抗菌汽车吸音棉，与实施例1的区别在于，步骤S2中未加入氧化剂。

对比例8

一种抗菌汽车吸音棉，制备方法参考公开号为CN109097906A的专利。

对各实施例得到的抗菌棉在不同频率下的吸声系数进行检测，同时参考JIS L-1902的方法检测各实施例抗菌棉的抗菌活性值。

表1各实施例抗菌棉不同频率的吸声系数

表2抗菌效果测试

由表1-2的数据可知，实施例1,2与对比例1,2比较，实施例1,2在高频的吸声系数与对比例1,2相差并不明显，而实施例1,2在低频的吸声系数明显优于对比例1,2，在未加入炭黑或是用石墨烯替代与聚乙烯醇纤维复合，均不如聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料的网格结构，加入炭黑后形成的复合网状薄膜，该薄膜振动消耗了低频噪音，进而大幅提升低频声波的吸收；

实施例3与对比例3比较，实施例3的吸声系数总体优于对比例3，可知聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维经过碱洗处理，能有效去除聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维中的半纤维素、木质素和其他杂质，由于纤维材料的排列方式、状态决定了抗菌棉的结构，而声波进入纤维材料使微孔的空气振动产生热能，进而传递过程造成热损，声能衰减，进而吸声；而去除半纤维素、木质素和其他杂质的聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维，制备复合纤维时结构也产生明显变化，进而有效改善抗菌棉的短频噪音吸声效果；

实施例4与对比例4比较，未在复合材料表层使用抗菌剂喷涂，仅靠复合材料本身的抗菌性，其抗菌效果也明显较弱；与对比例5比较，可见抗菌剂用甲壳素时，其抗菌性不如纳米银粉或香芹酚，推测可能由于后者具有广谱抗菌性；

实施例1与对比例6,7比较，说明聚乙烯醇纤维和聚氧化乙烯纤维在浓度较高的碱洗处理后，其吸音系数反而有所下降，可能是较高浓度碱洗对纤维的结构造成一定程度破坏；

实施例1与对比例8比较，说明现有的静电纺丝制备的纳米纤维膜，其低频吸音效果不如本发明的聚乙烯醇纤维-聚氧化乙烯纤维-炭黑复合材料。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。