三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵及其制备方法，属于纳米纤维技术领域。
背景技术
随着工业、交通运输业的迅速发展，噪音污染日益严重，已成为当代世界性问题，尤其是在人口密集、经济发达的大中城市。继空气污染之后，噪音污染已成为危害人类公共健康的第二个杀手，与水污染、大气污染一起被列为全球3大污染。噪音的控制分为三种途径：在声源处降低噪音幅值；在声波传播途径中阻隔、吸收声能；在声音接收点采取保护措施，减少噪音影响。而实际应用中，最有效的噪音控制就是通过多孔吸音材料来达到降噪的目的。随着吸音材料使用量的不断增长，人们对其性能也提出了更高的要求。特别是汽车等交通工具，对轻质高效吸音材料的要求越来越强烈。蓬松微纳米纤维材料因具有较大的比表面积和丰富的内部孔道结构，在吸音降噪领域表现出了巨大的应用潜力。静电纺丝技术得益于可纺原料范围广、纤维结构可调性好、集合体结构多样化及宏量制备可行性强等技术和材料优势，已成为目前主流的微纳米纤维制备方法。然而现有的蓬松静电纺纤维材料多为纤维间的直接堆积，使其结构稳定性较差，严重制约了其使用性能。
目前，关于蓬松弹性静电纺纤维海绵材料方面的工作，已有相关专利和文献报导。如申请号为CN201710818067.X的中国专利公开了将气流开松处理后的微米纤维与静电纺纳米纤维混合制备蓬松弹性材料，但该材料存在微纳米纤维间混合不均匀、材料结构不稳定的缺陷。申请号为CN201710404750.9的中国专利公开了将静电纺纳米纤维膜经交联、粉碎、高速分散、超声、冷冻干燥等过程制备得到纳米纤维疏水海绵，但该材料制备过程极其复杂，很难大规模制备。申请号为201710923307.2的中国专利将静电纺纳米纤维、熔喷超细纤维与干法纤维复合制备三组分吸音棉，三种不同细度纤维的合理配置可以增强全频吸音的效果，但由于三组分纤维间直径相差过大导致其孔径相差大，使声波在传播过程中不能得到充分的反射与耗散，吸音性能有待进一步提升。申请号为201620675601.7的中国专利以纤维素纤维针刺网层为支撑层、具有丰富微孔结构的纳米纤维层为功能层、PLA无纺布为保护层，制备出一种具有三维立体结构的复合隔音毡，但其三层之间仅为纤维简单的搭接，存在层间易剥离的缺陷。Lee等人[Lee S,Kim B,Kim S H,et al.Superhydrophobic,reversibly elastic,moldable,and electrospun(SupREME)fibers with multimodalfunctions:from oil absorbents to local drug delivery adjuvants[J].AdvancedFunctional Materials,2017,27(37):1702310.]将同轴静电纺丝技术与热交联相结合制备得到了弹性静电纺纤维膜，但由于纳米纤维较细且刚性差，该材料仍存在结构稳定性差的问题。Nine等[Nine M J,Ayub M,Zander AC,et al.Graphene oxide-based lamellanetwork for enhanced sound absorption[J].Advanced Functional Materials,2017,27(46):1703820.]通过在三聚氰胺泡沫里灌输不同含量的片层氧化石墨烯制备得到轻质高效的吸音材料，但其制备流程繁琐，且结构可控性差，不利于大规模制备。因此，亟需开发结构稳定的蓬松弹性纤维吸音材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：现有蓬松纤维材料结构不稳定、制备过程繁琐、吸音性能难以提升的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵，其特征在于，所述吸音海绵由聚合物纳米纤维相互贯穿交错排列的纤维层平行排列形成三维网络状，纤维和纤维之间由互穿网络结构的粘结剂牢固粘结，其中间为致密层，两侧为蓬松层。
优选地，任意一层所述蓬松层为多孔材料，用于吸收高频声波；所述致密层和另一层蓬松层组合形成类赫姆霍兹共振腔结构，用于吸收低频声波。
优选地，所述聚合物纳米纤维的原料为聚苯乙烯、聚砜、聚偏氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯腈、聚氨酯、聚苯胺、聚酰胺和醋酸纤维素中的任意一种或几种的组合；所述粘结剂为双酚A型苯并噁嗪、异氰酸酯、海藻酸钠、丙烯酸、环氧树脂、二甲基丙烯酸四甘醇酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、聚丙二醇二丙烯酸酯和氮丙啶中的任意一种或几种。
优选地，所述吸音海绵的形状为圆柱体、棱锥体、正方体、正六面体或正八面体。
优选地，所述致密层的厚度为0.2～3mm，每层蓬松层的厚度为2～5mm；致密层中致密纤维的直径为0.02～3μm，蓬松层中蓬松纤维的直径为1～20μm；致密层的孔隙为0.3～10μm，蓬松层的孔径为1～200μm；致密层的孔隙率为50～80％，蓬松层的的孔隙率为80～99.99％；致密层的蓬松度为100～500cm3/g，蓬松层的蓬松度为500～3000cm3/g。
优选地，所述吸音海绵经1000次压缩循环后塑性形变为5％。
优选地，所述吸音海绵的平均吸声系数为0.45～0.6。
本发明还提供了上述三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将粘结剂溶解或分散于溶剂中，超声振动10～30min，形成均匀的分散液或溶液，再将聚合物加入到分散液或溶液中，先加热搅拌6～8h，然后在20～25℃下搅拌6～8h，形成聚合物/互穿网络型粘结剂复合纺丝溶液；
第二步：将第一步得到的聚合物/互穿网络型粘结剂复合纺丝溶液进行三段式静电纺丝，纺丝过程中先将环境湿度调控至80％±1％，纺丝1～3h后，在接收基材上得到蓬松层；随后，以蓬松层为基材，将环境湿度调控至20％±1％，纺丝2～5h后，得到致密层；随后，再以此为基材，将环境湿度调控至80％±1％，纺丝1～3h后，得到三明治结构聚合物/互穿网络型粘结剂复合纤维吸音海绵；
第三步：将第二步得到的三明治结构聚合物/互穿网络型粘结剂复合纤维吸音海绵进行原位交联稳定化处理：
首先进行逐级定向微曲收缩永久热定型，先调控热气流温度至高于聚合物玻璃化温度20～50℃，自下而上通过纤维海绵，时间设定为5～10s，使纳米纤维海绵中的纤维无定型区内松散无序的分子间作用力快速减弱，发生内应力松弛；再将热气流温度调控至高于玻璃化温度且低于聚合物熔点35～45℃，时间设定为50～80min；使纤维海绵中的大分子链进行调整与重组，形成微曲结构；然后将热气流温度降低至聚合物玻璃化温度以下5～10℃，时间设定为5～10s，固定产生的微曲结构，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵；
采用超声交联方法对三明治结构纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为10～40kHz，超声温度为50～90℃，超声时间为6～40min；采用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为10～30kW，辐照时间6～40min；重复前述步骤4～6次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵。
优选地，所述第一步中的溶剂为N,N二甲基甲酰胺、丙酮、N,N二甲基乙酰胺、四氢呋喃、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亚砜和甲酸中的任意一种或几种。
优选地，所述第二步中聚合物/互穿网络型粘结剂复合纺丝溶液的质量浓度为5～35％，其中，粘结剂占聚合物质量的1～30％；所述静电纺丝的工艺参数为：纺丝温度25±5℃，灌注速度0.1～8mL/h，纺丝电压15～70kV，接收距离为5～50cm。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明首次通过调控纺丝过程中的湿度，直接获得了具有三明治结构的纳米纤维海绵。
(2)本发明制备的三明治结构互穿网络型纳米纤维吸音海绵，海绵中的宏观纤维网络被粘结剂形成微观网络牢固粘结在一起，因而具有优异的力学性能，性能优于现有三维纳米纤维吸音材料。
(3)本发明提供的制备方法工艺简单，可适用于一系列广泛的聚合物基和陶瓷基复合纤维吸音材料的制备。此外，本制备方法具有良好的纤维结构可控性，可通过控制纺丝环境湿度和纺丝时间，实现对纤维海绵各层厚度及堆积密度的精确控制。
(4)本发明制备的三明治结构互穿网络型纳米纤维吸音海绵，与现有专利相比，三明治结构的第一蓬松层相当于多孔材料，用来吸收高频声波，致密层和第二蓬松层的组合为类赫姆霍兹共振腔结构，大大提升了低频的吸音性能，在吸音降噪领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的示意图与实物截面图的对比图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
本发明提供的一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵如图1所示，所述海绵的整体截面结构呈现蓬松-致密-蓬松的三明治结构，且各层纤维间通过互穿网络结构的粘结剂稳定连接。
所述蓬松海绵的蓬松度为500～3000cm3/g，致密海绵的蓬松度为100～500cm3/g，所制备的材料是一种超轻质材料，具有优良的孔隙结构；所述三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵中纤维相互贯穿交错形成连通的孔隙结构，所述蓬松层的孔径为1～200μm，致密层的孔径为0.3～10μm；所述蓬松层的孔隙率为80～99.99％，致密层的孔隙率为50～80％，具有较宽的孔隙结构可调范围，从而有利于提升全频段的吸音性能。
所述三明治结构的第一蓬松层相当于多孔材料，用来吸收高频声波，致密层和第二蓬松层的组合为类赫姆霍兹共振腔结构，大大提升了低频的吸音性能，在吸音降噪领域具有广阔的应用前景。
实施例1
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚苯乙烯切片和双酚A粉末分别置于60℃真空烘箱中真空干燥2小时和40℃真空烘箱中真空干燥1.5小时。
第二步：将干燥完毕的双酚A粘结剂分散于DMF溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动15min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚苯乙烯粉末溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌7h，然后在25℃下搅拌7h，形成聚苯乙烯/双酚A复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚苯乙烯和双酚A的总质量分数为30wt％，其中双酚A粉末占聚苯乙烯质量的15wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为30wt％的聚苯乙烯/双酚A复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为30cm，所加电压为50kV，纺丝时间为2h，得到聚苯乙烯蓬松纤维层；接着，以上述聚苯乙烯蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为30wt％的聚苯乙烯/双酚A复合纺丝液，以4mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为20cm，所加电压为30kV，纺丝时间为3h，得到聚苯乙烯致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚苯乙烯致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为30wt％的聚苯乙烯/双酚A复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为30cm，所加电压为50kV，纺丝时间为2h，得到聚苯乙烯蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚苯乙烯纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为100℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为6s；再将热气流温度调控至105℃，时间设定为50min；然后将热气流温度降低至75℃，时间设定为6s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚苯乙烯纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为20kHz，超声温度为60℃，超声时间为10min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为25kW，辐照时间8min。重复预交联和交联步骤4次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚苯乙烯/双酚A纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2000cm3/g，致密层的蓬松度为300cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.9％，材料的平均吸声系数为0.55。
实施例2
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚砜切片和双酚A型苯并噁嗪粉末分别置于60℃真空烘箱中真空干燥2小时和50℃真空烘箱中真空干燥4小时。
第二步：将双酚A型苯并噁嗪粉末分散于DMF溶液中，将所述溶液置于超声波仪中超声振动20min，形成均匀的溶液。随后，将干燥完毕的聚砜粉末溶于上述溶液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌8h，形成聚砜/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚砜和双酚A型苯并噁嗪的总质量分数为25wt％，其中双酚A型苯并噁嗪占聚砜质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为25wt％的聚砜/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到聚砜蓬松纤维层；接着，以上述聚砜蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为25wt％的聚砜/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为18cm，所加电压为25kV，纺丝时间为3.5h，得到聚砜致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚砜致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为25wt％的聚砜/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到聚砜蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚砜纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为150℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为7s；再将热气流温度调控至160℃，时间设定为55min；然后将热气流温度降低至120℃，时间设定为8s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚砜纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为70℃，超声时间为15min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为26kW，辐照时间10min。重复预交联和交联步骤4次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚砜/双酚A型苯并噁嗪纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为1500cm3/g，致密层的蓬松度为250cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.8％，材料的平均吸声系数为0.54。
实施例3
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚丙烯腈粉末置于60℃真空烘箱中真空干燥5小时。
第二步：将聚二醇二丙烯酸酯粘结剂溶解于DMF溶液中，将所述溶液置于超声波仪中超声振动20min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚丙烯腈粉末溶于上述溶液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌6h，形成聚丙烯腈/聚二醇二丙烯酸酯复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚丙烯腈和聚二醇二丙烯酸酯的总质量分数为15wt％，其中聚二醇二丙烯酸酯溶液占聚丙烯腈质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为15wt％的聚丙烯腈/聚二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以8mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为1.5h，得到聚丙烯腈蓬松纤维层；接着，以上述聚丙烯腈蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为15wt％的聚丙烯腈/聚二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为35kV，纺丝时间为3.5h，得到聚丙烯腈致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚丙烯腈致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为15wt％的聚丙烯腈/聚二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以8mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为1.5h，得到聚丙烯腈蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚丙烯腈纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为100℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为7s；再将热气流温度调控至106℃，时间设定为10min；然后将热气流温度降低至80℃，时间设定为8s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚丙烯腈纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为21kHz，超声温度为59℃，超声时间为9min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为24kW，辐照时间7min。重复预交联和交联步骤4次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚丙烯腈/聚二醇二丙烯酸酯纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为1900cm3/g，致密层的蓬松度为310cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.3％，材料的平均吸声系数为0.53。
实施例4
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚偏氟乙烯粉末和双酚A型苯并噁嗪粉末分别置于60℃真空烘箱中真空干燥3小时和50℃真空烘箱中真空干燥2小时。
第二步：将干燥完毕的双酚A型苯并噁嗪粘结剂分散于DMF溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动14min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚偏氟乙烯粉末溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌7.5h，然后在25℃下搅拌6.5h，形成聚偏氟乙烯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚偏氟乙烯和双酚A型苯并噁嗪的总质量分数为25wt％，其中双酚A型苯并噁嗪粉末占聚偏氟乙烯质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为25wt％的聚偏氟乙烯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以6.5mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为28cm，所加电压为45kV，纺丝时间为2.5h，得到聚偏氟乙烯蓬松纤维层；接着，以上述聚偏氟乙烯蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为25wt％的聚偏氟乙烯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以4.5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为18cm，所加电压为35kV，纺丝时间为3.5h，得到聚偏氟乙烯致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚偏氟乙烯致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为25wt％的聚偏氟乙烯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以6.5mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为28cm，所加电压为45kV，纺丝时间为2.5h，得到聚偏氟乙烯蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：采用超声交联法对三明治结构聚偏氟乙烯纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为15kHz，超声温度为70℃，超声时间为20min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为15kW，辐照时间15min。重复预交联和交联步骤4次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚偏氟乙烯/双酚A型苯并噁嗪纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2500cm3/g，致密层的蓬松度为250cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.5％，材料的平均吸声系数为0.56。
实施例5
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚甲基丙烯酸甲酯切片和双酚A型苯并噁嗪粉末分别置于70℃真空烘箱中真空干燥2.5小时和50℃真空烘箱中真空干燥2小时。
第二步：将干燥完毕的双酚A型苯并噁嗪粘结剂分散于DMF溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动15min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚甲基丙烯酸甲酯粉末溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌8h，形成聚甲基丙烯酸甲酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚甲基丙烯酸甲酯和双酚A型苯并噁嗪的总质量分数为25wt％，其中双酚A型苯并噁嗪粉末占PS质量的20wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为25wt％的聚甲基丙烯酸甲酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到聚甲基丙烯酸甲酯蓬松纤维层；接着，以上述聚甲基丙烯酸甲酯蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为25wt％的聚甲基丙烯酸甲酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为25kV，纺丝时间为3.5h，得到聚甲基丙烯酸甲酯致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚甲基丙烯酸甲酯致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为25wt％的聚甲基丙烯酸甲酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到聚甲基丙烯酸甲酯蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚甲基丙烯酸甲酯纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为100℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为7s；再将热气流温度调控至105℃，时间设定为20min；然后将热气流温度降低至75℃，时间设定为8s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚甲基丙烯酸甲酯纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为70℃，超声时间为8min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间10min。重复预交联和交联步骤4次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚甲基丙烯酸甲酯/双酚A型苯并噁嗪纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2500cm3/g，致密层的蓬松度为250cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.9％，材料的平均吸声系数为0.52。
实施例6
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚乙烯醇粉末置于40℃真空烘箱中真空干燥4小时。
第二步：将异氰酸酯粘结剂溶解于DMF溶液中，将所述溶液置于超声波仪中超声振动10min，形成均匀的溶液。随后，将干燥完毕的聚乙烯醇粉末溶于上述溶液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌6h，形成聚乙烯醇/异氰酸酯复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚乙烯醇和异氰酸酯的总质量分数为28wt％，其中异氰酸酯占PVA质量的13wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为28wt％的聚乙烯醇/异氰酸酯复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为45kV，纺丝时间为2.5h，得到聚乙烯醇蓬松纤维层；接着，以上述聚乙烯醇蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为28wt％的聚乙烯醇/异氰酸酯复合纺丝液，以4.5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为25kV，纺丝时间为4h，得到聚乙烯醇致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚乙烯醇致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为28wt％的聚乙烯醇/异氰酸酯复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为45kV，纺丝时间为2.5h，得到聚乙烯醇蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚乙烯醇纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为80℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为6s；再将热气流温度调控至85℃，时间设定为30min；然后将热气流温度降低至65℃，时间设定为6s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚乙烯醇纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为70℃，超声时间为20min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间10min。重复预交联和交联步骤5次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚乙烯醇/异氰酸酯纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2500cm3/g，致密层的蓬松度为250cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.7％，材料的平均吸声系数为0.51。
实施例7
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚氨酯颗粒和双酚A型苯并噁嗪粉末分别置于60℃真空烘箱中真空干燥2小时和50℃真空烘箱中真空干燥1.5小时。
第二步：将干燥完毕的双酚A型苯并噁嗪粘结剂分散于DMAc溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动20min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚氨酯颗粒溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌8h，形成聚氨酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚氨酯和双酚A型苯并噁嗪的总质量分数为40wt％，其中双酚A型苯并噁嗪粉末占聚氨酯质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为40wt％的聚氨酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以6.5mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为28cm，所加电压为55kV，纺丝时间为3h，得到聚氨酯蓬松纤维层；接着，以上述聚氨酯蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为40wt％的聚氨酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以4.5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为18cm，所加电压为25kV，纺丝时间为4h，得到聚氨酯致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚氨酯致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为40wt％的聚氨酯/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以6.5mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为28cm，所加电压为55kV，纺丝时间为3h，得到聚氨酯蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚氨酯纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为85℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为7s；再将热气流温度调控至95℃，时间设定为30min；然后将热气流温度降低至70℃，时间设定为8s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚氨酯纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为23kHz，超声温度为65℃，超声时间为15min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间9min。重复预交联和交联步骤5次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚氨酯/双酚A型苯并噁嗪纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2500cm3/g，致密层的蓬松度为240cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.6％，材料的平均吸声系数为0.57。
实施例8
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚酰胺颗粒置于60℃真空烘箱中真空干燥2小时。
第二步：将聚乙二醇二丙烯酸酯溶解于甲酸溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动12min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的聚酰胺颗粒溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌8h，然后在25℃下搅拌6h，形成聚酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚酰胺和聚乙二醇二丙烯酸酯的总质量分数为35wt％，其中聚乙二醇二丙烯酸酯占聚酰胺质量的12wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为35wt％的聚酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为1.5h，得到聚酰胺蓬松纤维层；接着，以上述聚酰胺蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为35wt％的聚酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以4.5mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为25kV，纺丝时间为2.5h，得到聚酰胺致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚酰胺致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为35wt％的聚酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为1.5h，得到聚酰胺蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：将第三步制备得到的三明治结构聚酰胺纤维海绵进行热定型，调控热气流温度为55℃，使其自下而上通过纤维海绵，时间设定为8s；再将热气流温度调控至65℃，时间设定为25min；然后将热气流温度降低至40℃，时间设定为7s，得到定型后的三明治结构纳米纤维海绵。随后，采用超声交联法对三明治结构聚酰胺纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为65℃，超声时间为15min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间8.5min。重复预交联和交联步骤5次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚酰胺/聚乙二醇二丙烯酸酯纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2200cm3/g，致密层的蓬松度为200cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.8％，材料的平均吸声系数为0.52。
实施例9
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将聚苯胺颗粒置于60℃真空烘箱中真空干燥2小时。
第二步：将氮丙啶交联剂溶解于N-甲基吡咯烷酮中，将所述溶液置于超声波仪中超声振动15min，形成均匀的溶液。随后，将聚苯胺颗粒溶于上述溶液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌6h，然后在25℃下搅拌6h，形成聚苯胺/氮丙啶复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，聚苯胺和氮丙啶交联剂的总质量分数为35wt％，其中氮丙啶交联剂占聚苯胺质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为35wt％的聚苯胺/氮丙啶复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为30cm，所加电压为50kV，纺丝时间为2h，得到聚苯胺蓬松纤维层；接着，以上述聚苯胺蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为35wt％的聚苯胺/氮丙啶复合纺丝液，以3mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为35kV，纺丝时间为3h，得到聚苯胺致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述聚苯胺致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为35wt％的聚苯胺/氮丙啶复合纺丝液，以6mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为30cm，所加电压为50kV，纺丝时间为2h，得到聚苯胺蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：采用超声交联法对三明治结构聚苯胺纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为65℃，超声时间为8min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间9min。重复预交联和交联步骤5次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型聚苯胺/氮丙啶纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2500cm3/g，致密层的蓬松度为200cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.7％，材料的平均吸声系数为0.52。
实施例10
一种三明治结构互穿网络型弹性纤维吸音海绵的制备方法，具体步骤为：
第一步：将醋酸纤维素和双酚A型苯并噁嗪粉末分别置于50℃真空烘箱中真空干燥2小时和40℃真空烘箱中真空干燥2小时。
第二步：将干燥完毕的双酚A型苯并噁嗪粘结剂分散于DMF溶液中，将所述分散液置于超声波仪中超声振动15min，形成均匀的分散液。随后，将干燥完毕的醋酸纤维素溶于上述分散液中，随后置于带加热装置的磁力搅拌器上先加热搅拌5h，然后在25℃下搅拌8h，形成醋酸纤维素/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝溶液。所述复合纺丝液中，醋酸纤维素和双酚A型苯并噁嗪的总质量分数为35wt％，其中双酚A型苯并噁嗪粉末占醋酸纤维素质量的10wt％。
第三步：在将整个纺丝机进行密闭的空间中，控制温度为25℃，湿度为80％，将第二步所获得的质量分数为35wt％的醋酸纤维素/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到醋酸纤维素蓬松纤维层；接着，以上述醋酸纤维素蓬松纤维层为基材，将环境湿度调控至20％，将质量分数为35wt％的醋酸纤维素/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以3mL/h的灌注速度静电纺丝到基材上，喷丝口到接收基材的距离为25cm，所加电压为25kV，纺丝时间为4h，得到醋酸纤维素致密纤维层@蓬松纤维层；随后，以上述醋酸纤维素致密纤维层@蓬松纤维层为接收基材，将质量分数为35wt％的醋酸纤维素/双酚A型苯并噁嗪复合纺丝液，以7mL/h的灌注速度静电纺丝到接收基材上，喷丝口到接收基材的距离为35cm，所加电压为55kV，纺丝时间为2.5h，得到醋酸纤维素蓬松纤维层@致密纤维层@蓬松纤维层三明治结构纤维海绵。
第四步：采用超声交联法对三明治结构醋酸纤维素纤维海绵进行交联预处理，超声振动频率为25kHz，超声温度为65℃，超声时间为15min。最后，用紫外线辐照交联方法进行交联处理，辐照功率为20kW，辐照时间6min。重复预交联和交联步骤6次，得到具有稳定回弹性的三明治结构互穿网络型醋酸纤维素/双酚A型苯并噁嗪纤维吸音海绵。所述三明治结构纤维吸音海绵的蓬松层的蓬松度为2300cm3/g，致密层的蓬松度为260cm3/g，所述纤维海绵经1000次压缩循环后塑性形变仅为4.6％，材料的平均吸声系数为0.5。
