摘要
本研究提出一种以硅溶胶和杉木纤维为原料、采用泡沫成形法快速制备硅溶胶/植物纤维吸声材料的方法。结果表明，采用泡沫成形可以实现高蓬松度植物纤维基吸声材料的制备。另外，硅溶胶能够显著改善硅溶胶/植物纤维吸声材料的热稳定性和强度，与未添加硅溶胶的样品相比，当硅溶胶添加量为8%时，硅溶胶/植物纤维吸声材料的密度仅为20.21 kg/
随着石油资源的日渐枯竭，传统的石油基吸声材料（如聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫）的发展逐渐受到了限制，人们开始意识到开发绿色环保类吸声材料的重要
植物纤维基吸声材料以植物纤维作为原料，具有可降解、可再生的优
本研究选取硅溶胶作为纤维主要的改性剂，通过泡沫成形技术快速制备一种超轻质、高强耐热、可循环降解的硅溶胶/植物纤维吸声材料。研究分析了硅溶胶添加量对硅溶胶/植物纤维吸声材料（以下简称吸声材料）的密度、力学性能、热稳定性及吸声性能的影响。
杉木浆，纤维平均长度1.65 mm，纤维平均直径31 μm，细小纤维含量5.4%，福建腾荣达制浆有限公司；硅溶胶，固含量约30%，pH值9～10，广州穗泽环保科技有限公司；苯丙乳液，固含量约45%，济南欧度新材料有限公司；十二烷基苯磺酸钠，上海凌峰化学试剂有限公司。
HP-BJQ疏解机，济南恒品机电技术有限公司；RW20顶置搅拌器，德国IKA公司；DHG-9030A电热鼓风干燥箱，上海齐欣科学仪器有限公司；泡沫成形器（自制）；COXEM EM-30Plus扫描电子显微镜，韩国库塞姆公司；NETZSCH热重分析仪，德国耐驰公司；INSTRON 5565拉伸压缩材料试验机，美国英斯特朗公司；BK4206阻抗管，丹麦Brüel & Kjær公司。
基于前期实验基础，确定吸声材料的制备流程如
图1 吸声材料的制备流程
植物纤维发泡浆料质量总计200 g，其中各原料添加量如下（以发泡浆料总质量200 g为基准）：绝干杉木纤维1.5%，苯丙乳液5%，十二烷基苯磺酸钠0.12%，硅溶胶添加量分别为0、4%、8%、12%和16%，其余均为去离子水。
工艺参数为：疏解5 min；机械搅拌发泡10 min，转速2000 r/min；注模脱水时间20 min；干燥固化2 h，温度80℃。
图2 不同硅溶胶添加量的吸声材料的宏观形貌
硅溶胶添加量对吸声材料密度影响结果如
图3 硅溶胶添加前后吸声材料表面形貌SEM图
吸声材料的热解过程可分为3个阶段。第一阶段（30～150℃），这一阶段的质量损失主要是由于纤维和硅溶胶中层间结合水和物理吸附水的损失；第二阶段（150～350℃），该阶段包括硅溶胶自身的脱水缩合以及纤维素的羟基和硅溶胶内部的硅氧醇基之间的脱水缩合反应，质量损失速率急剧增
图4 不同硅溶胶添加量吸声材料的TG和DTG曲线
通过静态压缩实验来表征吸声材料的力学性能。
图5 不同硅溶胶添加量下吸声材料的应力-应变曲线
由于硅溶胶对植物纤维的增强和键合作用，吸声材料的力学性能得到了明显改善。由
图6 不同硅溶胶添加量下吸声材料的吸声系数曲线
从
结合吸声材料轻量化应用方面考虑，吸声材料的密度不宜过高，且硅溶胶添加量8%时吸声材料吸声效果最佳，因此选择8%的硅溶胶作为最佳添加量，此时，吸声材料的密度为20.21 kg/
本研究选取硅溶胶作为纤维主要的改性剂，通过泡沫成形技术快速制备一种超轻质、高强耐热、可循环降解的硅溶胶/植物纤维吸声材料。
3.1 硅溶胶沉积在植物纤维表面形成了一层无机薄膜，有效延缓了热量传递，使得最终分解温度延长，硅溶胶/植物纤维吸声材料的热稳定性提高。相比未添加硅溶胶，当硅溶胶添加量在8%时，硅溶胶/植物纤维吸声材料的密度仅为20.21 kg/
3.2 硅溶胶/植物纤维吸声材料在高频段的吸声效果明显。随着硅溶胶添加量的增加，硅溶胶/植物纤维吸声材料内部孔隙率减小，吸声性能先提高后降低，在8%时吸声效果最佳，5000 Hz以上的吸声系数达到了0.65。
参考文献
Jelle B P. Traditional, state-of-the-art and future thermal building insulation materials and solutions – Properties, requirements and possibilities[J]. Energy & Buildings, 2011, 43(10):2549. [百度学术]
Wicklein B, Kocjan A, Salazar-Alvarez G, et al. Thermally insulating and fire-retardant lightweight anisotropic foams based on nanocellulose and graphene oxide[J]. Nature Nanotechnology, 2015, 10(3): 277. [百度学术]
Yang Bo,Wang Baobin,Wang Guanhua, et al.Integrated Forest Biorefinery:Value-added Utilization of Dissolved Organics in the Prehydrolysis Liquor of Prehydrolysis Kraft (PHK) Dissolving Pulp Production Process[J].Paper and Biomaterials,2018,3(3):47. [百度学术]
刘金花，张 蕾. 植物纤维在可降解包装材料中的研究进展[J]. 包装工程，2008，29(12): 267. [百度学术]
Liu Jinhua, Zhang Lei. Research Progress of Plant Fiber for Biodegradable Packaging Materials[J]. Packaging Engineering, 2008, 29(12):267. [百度学术]
Ramesh M, Palanikumar K, et al. Plant fibre based bio-composites: Sustainable and renewable green materials[J]. Renewable & Sustainable Energy Reviews, 2017, 79: 558. [百度学术]
Alimadadi M, Uesaka T. 3D-oriented fiber networks made by foam forming[J]. Cellulose, 2016, 23(1): 661. [百度学术]
Berardi U, Iannace G. Acoustic characterization of natural fibers for sound absorption applications[J]. Building and Environment, 2015, 94(2): 840. [百度学术]
Nechita P, Nastac S. Foam-formed cellulose composite materials with potential applications in sound insulation[J]. Journal of Composite Materials, 2017, 52(6): 747. [百度学术]
Xie Yongqun, Tong Queju， Chen Yan. Manufacture and properties of a novel ultra-low density fiberboard[J]. BioResources, 2011, 6 (4): 4055. [百度学术]
Poehler T, Jetsu P, Isomoisio H. Benchmarking new wood fibre-based sound absorbing material made with a foam-forming technique[J]. Building Acoustics, 2016, 23(3/4):131. [百度学术]
姜维娜，曹文静，徐 莉，等. 硅溶胶改性杨木纤维的工艺及性能[J]. 南京林业大学学报（自然科学版），2011(1):79. [百度学术]
Jiang Weina, Cao Wenjing, Xu Li, et al. Technology and performance of the modified poplar wood fiber with SiO2 sol[J]. Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2011(1): 79. [百度学术]
马金霞，彭毓秀，李忠正.改性微粒硅溶胶的结构和形态[J].中国造纸学报，2005，20(2): 139. [百度学术]
MA Jinxia, PENG Yuxiu, LI Zhongzheng. Structure of Modified Silica Sol[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2005, 20(2): 139. [百度学术]
吕惠琳，马邕文，万金泉，等.综纤维素氢键模式的研究[J].中国造纸学报，2011，26(1):1. [百度学术]
LYU Huilin , MA Yongwen, WAN Jinquan, et al. Research on Hydrogen Bonding Patterns of Holo-cellulose by XRD and FT-IR[J]. Transactions of China Pulp and Paper, 2011, 26(1): 1. [百度学术]
牛 敏，叶书华，谢拥群，等. 硅凝胶植物纤维复合材料的微观构造[J]. 福建农林大学学报（自然科学版），2014，43(6):652. [百度学术]
Niu Min, Ye Shuhua, Xie Yongqun, et al. Microstructure of the composite made by silicate gel and plant fiber[J]. Journal of Fujian Agriculture and Forestry University (Natural Science Edition), 2014, 43(6):652. [百度学术]
卿 彦，吴义强，秦志永，等. SiO2/杨木复合材料制备与性能评价[J]. 复合材料学报，2011(6):131. [百度学术]
Qing Yan, Wu Yiqiang, Qin Zhiyong, et al. Preparation and performance evaluation of SiO2/poplar wood composites[J]. Acta Materiae Compositae Sinica, 2011 (6): 131. [百度学术]
李金宝，董慧玲，杨 雪，等. SDS用量对植物纤维基泡沫材料结构与性能的影响[J]. 中国造纸，2018，37(7):6. [百度学术]
LI Jinbao, DONG Huiling, YANG Xue, et al. Effect of SDS Content on Structure and Properties of Plant Fiber Based Foam Material[J]. China Pulp & Paper,2018, 37(7):6. [百度学术]
Chen Tingjie, Niu Min, Wu Zhenzeng, et al. Effect of Silica Sol Content on Thermostability and Mechanical Properties of Ultra-low Density Fiberboards[J]. BioResources, 2015, 10(1):1519. [百度学术]
刘世锋，汤慧萍，刘 波，等. 钛纤维多孔材料孔径分布与吸声性能研究[J]. 四川大学学报（自然科学版），2014(1):166. [百度学术]
Liu Shifeng, Tang Huiping, Liu Bo, et al. Studies of sound absorption properties and pore size distribution for titanium fiber porous materials[J]. Journal of Sichuan University (Natural Science Edition), 2014(1):166. [百度学术]
CPP [百度学术]