轻质玻璃纤维棉毡是由83%的玻璃纤维和17%的酚醛树脂粘结剂组成的多孔结构复合材料,因其优质的隔声隔热性能而广泛应用于航空航天、建筑、交通等领域。本文选用火焰喷吹法制备轻质玻璃纤维棉毡,通过对气流/纤维工艺参数的优化,获得超细化、多层化、高均匀度及良好物理性能的玻璃纤维棉毡。通过扫描电子显微镜和光学显微镜观察棉毡的微观结构,采用FLUENT模拟轴对称导棉管内气流/纤维的速度和浓度变化,并进行材料微观结构成型过程的分析;利用电子单纱拉力机、导热系数仪和B&K阻抗管分别表征玻璃纤维毡的力学、热学及声学性能,并分析其隔声隔热机理。(1)研究了轻质玻璃纤维棉毡的微观结构及成型机理,阐明了轻质玻璃纤维毡获得层状结构、超细化结构及均匀结构的详细过程和机理,揭示了气流/纤维特性参数对棉毡均匀度的影响作用。结果表明,轻质玻璃纤维棉毡是由致密层、连接层和致密层组成的多层结构,并且棉毡内的纤维分布呈现不规则的三维取向,同时高温高速气流确保了纤维的分散度和棉毡的超细化结构;对均匀度的探究获得棉毡制备的最佳工艺参数为:气流流量为56m~3/h,初级长丝纤维直径为210μm,负压风气流压力为700Pa,此时,轻质玻璃纤维毡的变异系数(CV)为6.49%,轻质玻璃纤维棉毡的结构达到了均匀水准。(2)研究了工艺参数下轻质玻璃纤维棉毡的性能影响,阐明了棉毡的力学、隔声和隔热性能变化机理,均匀度、最终纤维直径和面密度是决定棉毡性能的关键因素,而均匀度、最终纤维直径和面密度又是通过气流/纤维参数进行调节控制的。结果表明,在56m~3/h的气流流量、210μm初次长丝纤维直径和700Pa抽吸气流下,轻质玻璃纤维棉毡的最终纤维直径小,均匀度高,棉毡强度和导热性最佳;而继续增大初次长丝纤维直径和抽吸气流压力后,轻质玻璃纤维棉毡的隔声性能会得到进一步提高。(3)采用BP神经网络对棉毡制备过程进行信息反馈和调节,通过创建智能分析系统,优化工艺参数,有效总结数据规律。设计出气流流量、初次纤维直径和抽吸气流对轻质玻璃纤维毡均匀度与最终纤维直径之间的三维预测曲面模型,确定出最优气流/纤维工艺参数。结果表明,当气流流量为55～57m~3/h,初次纤维直径为190～220μm,抽吸气流压力为680～720Pa时,轻质玻璃纤维棉毡的均匀度最优且最终纤维直径分布在1.45～1.70μm之间。本文通过调节气流/纤维工艺参数优化得到的轻质玻璃纤维毡,具有均匀度高、强度大、隔热隔声性良好等优点,在航空和航天等对质量和性能要求苛刻的领域有重要的应用价值。