Small Structures:基于互锁双网络结构的弹性静电纺纤维海绵用于高效低频吸声

随着航空航天、高铁等现代交通业的快速发展,由此产生的环境噪声问题日趋严重,长期暴露于这些噪声中会给人们的身心健康带来严重的威胁。传统纤维类吸声材料因其纤维直径较大(>5μm),对交通工具极易产生的低频噪声吸收较差。静电纺纤维材料因具有纤维直径小、孔道曲折度高等优点,在低频吸声领域表现出巨大的应用潜力。目前,研究者已相继开发出蓬松三维结构的静电纺纤维集合体,但是材料内部结构单一且三维结构稳定性差,限制了其在吸声领域的实际应用。因此,开发出具有优异力学稳定性和低频吸声性能的蓬松三维静电纺纤维材料是当前面临的一大挑战。

面对这一挑战,东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士和丁彬教授课题组通过结合聚砜(PSU)微米纤维集合体蓬松性好、聚偏氟乙烯(PVDF)纳米纤维集合体声能接触面积大的优势,在静电纺丝过程中利用湿度诱导相分离技术一步制备出具有互锁双网络结构的PSU/PVDF复合纤维海绵,这一想法是得益于“缠绕型藤蔓”的仿生理念。进一步利用原位交联方法使纤维间产生原位粘结,构筑了稳定的互锁双网络结构。最终获得了轻质(体积密度仅为8.70mg/cm3)且具有良好力学性能的静电纺纤维海绵。该材料可以承受相当于自身重量10000倍的拉伸力而不发生变形,且在60%的大应变条件下压缩100次后几乎没有塑性形变。同时,这种纤维海绵还具有优异的低频吸声性能,它在1000Hz时的吸声系数高达0.93,显著优于现有市售和以往报道的吸声材料,在交通噪声吸收领域表现出广阔的应用前景。 此项研究将会为新型高效吸声材料的发展打开一条新的道路,并为新型复合结构材料的制备提供了新思路;且该材料具有一定的规模化制备潜力,可为交通工具用高效吸声材料的设计制备提供指导和借鉴。相关论文发表在Small Structures (DOI: 10.1002/sstr.202000004)上,该研究工作得到了国家自然科学基金、中央高校基础研究项目的支持。