一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开的一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料及其制备方法和应用，属于吸声材料技术领域。通过DIW技术打印出废棉微柱集合体，再将其与废棉气凝胶复合，制备出具有阻抗匹配填充微穿孔板结构的高性能废棉再生复合吸声隔热材料。本发明专利技术通过DIW打印技术与气凝胶的复合成型工艺，丰富了吸声机理，由之前仅有气凝胶的多孔结构进行吸声，转变为多孔加共振的双重吸声。同时合理利用了废旧纺织品，整体提升了气凝胶基体的吸声性能，解决了其低频吸声性能不足的问题，在保持优异的隔热性能的同时，进一步增强其力学性能；显著提升材料的应用价值和发展潜力，尤其是在建筑和交通领域，具有良好地应用前景。具有良好地应用前景。具有良好地应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于吸声材料
，具体涉及一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，快速发展的科学在提高人们生活水平的同时，地球上资源短缺问题也日益凸显。由于人类不合理的开发和利用，造成了资源的巨大浪费。当前废旧棉织物的回收利用率很低，其中超过三分之二的废旧棉织物被当成生活垃圾，堆积如山的废旧棉织物不仅对资源造成了浪费，还间接污染了环境，与可持续发展的理念不符。
[0003]随着现代化的不断加速，噪音污染的问题显著加重，为了有效地隔断噪音，通常的解决方法是使用隔音材料，现有的隔音材料一般为玻璃板、木板、水泥、混凝土等，而这些并不是极佳的隔音材料，因此通常的解决办法是增大隔音材料的厚度，但就会造成隔音材料质量过重，成本过高，安装不便等问题。
[0004]中国专利技术专利，公告号CN113666358A的文献公开了一种通过直接墨水书写3D打印技术制备三维柔性碳基气凝胶。将单壁碳纳米管、棉花纤维素、水系聚氨酯、1,2,3,4丁烷四羧酸和次磷酸钠混合，在高速搅拌下得到DIW打印的墨水；再将3D打印后的结构制件通过冷冻干燥处理，得到定制结构的三维柔性碳基气凝胶。该专利技术制备的三维柔性碳基气凝胶产品，拓展了气凝胶材料的结构设计，可以用于柔性可穿戴电子器件和人工智能等领域。但是其涉及的是一种通过直接墨水书写3D打印技术制备三维柔性碳基气凝胶，打印出的气凝胶不具有良好的力学性能，且不涉及解决气凝胶低频吸声性能不足的问题，因此不具备良好的低频吸声性能，不能对吸声性能进一步的加强。
[0005]中国专利技术专利，公告号CN111253145A的文献公开了一种纤维增强的吸声复合材料，该复合材料包括以下质量份组分：增强体10
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40份，隔热吸声体5
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35份；通过(1)配制前驱体溶液；(2)前驱体溶液浸渍增强体；(3)溶胶
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凝胶反应；(4)洗涤和干燥以后，最终得到。该专利技术兼顾了隔热、吸声和抗压、抗拉四大特性，具有巨大的应用价值；但其涉及的是一种纤维增强的吸声复合材料，金属纤维制成的材料相对厚重，制作成本较高，因此不具备轻质的特性，不能以低厚度的材料更好的提高吸声性能。

技术实现思路

[0006]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术公开了一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料及其制备方法和应用，合理利用了废旧纺织品，整体提升了气凝胶基体的吸声性能，解决了其低频吸声性能不足的问题。在保持优异的隔热性能的同时，进一步增强其力学性能。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0008]本专利技术公开了一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料，包括废棉微柱集合体和废棉气凝胶基体，废棉微柱集合体填充在废棉气凝胶基体内，构成阻抗匹配填充微穿孔板结
构，废棉微柱集合体在废棉气凝胶基体中的填充系数为40％～60％。
[0009]优选地，废棉微柱集合体包括底座和与底座连接的若干废棉微柱，底座的高度为3～6mm，废棉微柱的高度为7～9mm，废棉微柱的直径为小于1mm，废棉气凝胶基体中废棉的质量分数为1％～3％。
[0010]优选地，废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料的密度为0.45～0.55g/cm3，吸声系数峰值大于0.90，平均吸声系数大于0.70，导热系数小于0.04W m
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‑1。
[0011]本专利技术公开了上述废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料作为建筑、交通吸声隔热材料的应用。
[0012]本专利技术公开了上述废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0013]S1：将经烘干的碎废棉纤维放入质量分数为8％～12％的NaOH溶液中，并在水浴锅中充分搅拌；
[0014]S2：将S1所得产物清洗数次后烘干，然后加入LiCl/DMAc溶液中，在高温油浴中充分搅拌，再转至室温下充分搅拌；
[0015]S3：向S2所得产物中依次加入HPMC、CMC、EPI、PEI，充分搅拌均匀后作为3D打印墨水，制备得到废棉微柱集合体；
[0016]S4：将S2所得产物静置后倒入模具后，将S3得到的废棉微柱集合体放入模具，在
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60℃下预冻4～6h，然后进行真空冷冻干燥；
[0017]S5：将真空冷冻干燥后的产物进行烘干，得到废棉微柱集合体与废棉气凝胶基体复合的吸声隔热材料。
[0018]优选地，S1中，烘干的温度为90～100℃，烘干的时间为1～2h；水浴锅的温度为80～90℃，搅拌时间为2～3h。
[0019]优选地，S2中，清洗是用去离子水和甲醇反复清洗数次，清洗后的产物为中性，烘干的温度为90～100℃，烘干的时间为1～2h；LiCl/DMAc溶液中，LiCl的质量分数是6％～10％，；S1所得产物与LiCl/DMAc溶液的质量分数比为1～3：100；油浴的温度为135～145℃，油浴中搅拌的时间为1.5～3.5h；室温下搅拌的时间为24h。
[0020]优选地，S3中，HPMC为LiCl/DMAc溶液质量的2％～4％，CMC为LiCl/DMAc溶液质量的24％～32％，EPI为LiCl/DMAc溶液质量的2％～4％，PEI为LiCl/DMAc溶液质量的8％～13％；搅拌的时间为5～10min；3D打印的挤出气压为10～15psi，打印针头的直径为0.41～0.60mm，打印时针头移动速率为6～15mm/min。
[0021]优选地，S4中，静置是在相对湿度60％～65％、温度22～28℃的条件下静置20～24h；真空冷冻干燥是在压强为
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200Pa、温度为
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100℃的条件下进行36～48h。
[0022]优选地，S5中，烘干的温度为60～70℃，烘干的时间为60～90min。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0024]本专利技术公开的一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料，废棉微柱集合体复合在废棉气凝胶基体中，起到“增强骨架”的作用，在基体受到外界载荷作用时为基体提供支撑作用并抵抗外界的压缩载荷，从而使得整体材料的压缩模量和屈服强度值得到提高，进一步增强其力学性能。该吸声隔热材料由仅有气凝胶的多孔结构进行吸声，转变为多孔加填充微穿孔板共振的双重吸声结构，可以在低厚度的情况下加强中低频率的吸声，提高了材料
的声学性能，解决了气凝胶低频吸声性能不足的问题。同时，气凝胶内部复杂的三维网络结构限制了气体的导热，而废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料的低密度可以限制孔隙的热辐射效率，从而使该材料具有极佳的隔热性能。
[0025]进一步地，废棉微柱集合体具有较好的结构力学性能，有利于增强整体结构的力学性能。废棉气凝胶基体中的废棉与废棉微柱集合体的来源相同，安全无毒，具有良好的生物相容性；且原料来源广泛、制造成本低。
[0026]进一步地，纯棉气凝胶的平均吸声系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料，其特征在于，包括废棉微柱集合体(1)和废棉气凝胶基体(2)，废棉微柱集合体(1)填充在废棉气凝胶基体(2)内，构成阻抗匹配填充微穿孔板结构，废棉微柱集合体(1)在废棉气凝胶基体(2)中的填充系数为40％～60％。2.根据权利要求1所述的废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料，其特征在于，废棉微柱集合体(1)包括底座和与底座连接的若干废棉微柱，底座的高度为3～6mm，废棉微柱的高度为7～9mm，废棉微柱的直径小于1mm，废棉气凝胶基体(2)中废棉的质量分数为1％～3％。3.根据权利要求1所述的废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料，其特征在于，密度为0.45～0.55g/cm3，吸声系数峰值大于0.90，平均吸声系数大于0.70，导热系数小于0.04W m
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‑1。4.权利要求1～3任意一项所述废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料作为建筑、交通吸声隔热材料的应用。5.权利要求1～3任意一项所述废旧纺织品气凝胶基吸声隔热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将经烘干的碎废棉纤维放入质量分数为8％～12％的NaOH溶液中，并在水浴锅中充分搅拌；S2：将S1所得产物清洗数次后烘干，然后加入LiCl/DMAc溶液中，在高温油浴中充分搅拌，再转至室温下充分搅拌；S3：向S2所得产物中依次加入HPMC、CMC、EPI、PEI，充分搅拌均匀后作为3D打印墨水，制备得到废棉微柱集合体(1)；S4：将S2所得产物静置后倒入模具后，将S3得到的废棉微柱集合体(1)放入模具，在
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60℃下预冻4～6h，然后进行真空冷冻干燥；S5：将真空冷冻干燥后的产物进行烘干，得到废棉微柱集合体(1)与废棉气凝胶基体(2)复合的吸声隔热...

【专利技术属性】
技术研发人员：支超，梁凡超，余灵婕，孟家光，薛涛，刘亚明，王永臻，程燕婷，高龙威，
申请(专利权)人：西安工程大学，
类型：发明
国别省市：