專利名稱：有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸聲材料的制備方法，特別涉及一種能明顯提高中低頻吸聲性能的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法。
背景技術(shù)：
噪聲污染與空氣污染、水污染一起，已成為當(dāng)代世界三大環(huán)境公害?？刂圃肼曃廴疽殉蔀榧毙杞鉀Q的環(huán)境問題，而利用多孔吸聲材料吸聲、降噪已成為目前主要的技術(shù)手段。
目前的吸聲材料主要有三大類，即無機(jī)多孔材料如微孔玻璃布、泡沫金屬、礦棉等，有機(jī)泡沫聚合物如泡沫塑料、植物纖維材料等，以及有機(jī)/無機(jī)復(fù)合多孔材料。然而，無機(jī)多孔材料力學(xué)性能雖然較好，其低頻吸聲性能理想，但中高頻率范圍內(nèi)吸聲性能不夠理想，不易施工，并且無機(jī)纖維類吸聲材料易散落，對人體和環(huán)境造成一定的危害，不適宜應(yīng)用于環(huán)境及衛(wèi)生條件要求比較高的場所。合成有機(jī)泡沫聚合物對中高頻率范圍內(nèi)吸聲性能優(yōu)良，應(yīng)用范圍較廣，但是這類材料低頻范圍內(nèi)吸聲效果不明顯，而且力學(xué)性能也不夠理想。而有機(jī)/無機(jī)復(fù)合吸聲材料是一類新型的吸聲材料，是吸聲材料新的研究方向，兼具無機(jī)吸聲材料和有機(jī)泡沫吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)，將二者復(fù)合可獲得對高頻、中頻和低頻范圍內(nèi)均有高效吸聲性能的高強(qiáng)度材料，以滿足實(shí)際的應(yīng)用要求成為主要的研究目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，按照本發(fā)明的制備方法制備的吸聲材料是一種孔隙率、孔徑大小及其分布和開氣孔率可控的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的泡沫吸聲材料，具有適用頻率范圍寬，中低頻吸聲系數(shù)高的特點(diǎn)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是首先按質(zhì)量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機(jī)礦物、3～5％的發(fā)泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在90～130℃溫度下混煉8～20分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在160～205℃溫度下化學(xué)發(fā)泡5～12分鐘即可。
本發(fā)明的樹脂為聚氯乙稀、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯；橡膠為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠；無機(jī)礦物為巖棉、膨脹珍珠巖、礦棉或玻璃棉；發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、N，N-二亞硝基五次甲基四胺或4，4一氧化雙苯磺酰肼；阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯；穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻復(fù)合熱穩(wěn)定劑或L518系列稀土多功能熱穩(wěn)定劑。
本發(fā)明根據(jù)不同聚合物、無機(jī)物對聲音頻率的響應(yīng)不同的原理，采用多組分聚合物、無機(jī)物共混方法，兼具有機(jī)、無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)從而改善了中低頻范圍內(nèi)吸聲性能。該吸聲材料是一種孔隙率、孔徑大小及其分布和開氣孔率可控的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型泡沫吸聲材料，具有適用頻率范圍寬，中低頻吸聲系數(shù)高，優(yōu)異的阻燃性、隔熱性、耐濕熱性、衛(wèi)生安全性、成本低以及可加工性能好，并且可二次加工(如可剪裁)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于劇場、會(huì)議室、音樂廳、錄音棚、體育館、高速公路等需吸聲降噪的場所或環(huán)境。


圖1是采用本發(fā)明的制備方法制得的吸聲材料在不同厚度時(shí)對吸聲系數(shù)的影響，其中橫坐標(biāo)為噪音頻率，縱坐標(biāo)為吸聲系數(shù)；圖2是采用本發(fā)明的制備方法制得的吸聲材料中橡膠用量對泡沫吸聲性能的影響，其中橫坐標(biāo)為噪音頻率，縱坐標(biāo)為吸聲系數(shù)；
圖3是采用本發(fā)明的制備方法制得的吸聲材料中無機(jī)礦物含量對吸聲系數(shù)的影響，其中橫坐標(biāo)為噪音頻率，縱坐標(biāo)為吸聲系數(shù)。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1首先按質(zhì)量百分比將20％的聚氯乙稀(PVC)和50％的乙丙橡膠(EPR)、23％的巖棉、3％的偶氮二甲酰胺、0.5％的氫氧化鎂及3.5％的二月桂酸二丁基錫攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在90℃溫度下混煉20分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在200℃溫度化學(xué)發(fā)泡5分鐘即可。
實(shí)施例2首先按質(zhì)量百分比將50％的聚丙烯(PP)和40％的膨脹珍珠巖、5％的N，N-二亞硝基五次甲基四胺、1％的氫氧化鋁及4％的硫醇丁基錫攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在130℃溫度下混煉15分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在205℃溫度化學(xué)發(fā)泡10分鐘即可。
實(shí)施例3首先按質(zhì)量百分比將30％的聚乙烯(PE)和5％的丁基橡膠(IIR)、60％的礦棉、3％的4，4一氧化雙苯磺酰肼、1％的磷酸三苯酯及1％的硫醇銻復(fù)合熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在110℃溫度下混煉15分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在160℃溫度化學(xué)發(fā)泡10分鐘即可。
實(shí)施例4首先按質(zhì)量百分比將40％的聚苯乙烯(PS)和32％的乙丙橡膠(EPR)、20％的玻璃棉、4％的偶氮二甲酰胺、2％的氫氧化鎂及2％的L518系列稀土多功能熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在130℃溫度下混煉8分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在200℃溫度化學(xué)發(fā)泡9分鐘即可。
實(shí)施例5首先按質(zhì)量百分比將25％的聚氯乙稀(PVC)和19％的丁腈橡膠(NBR)、47％的巖棉、3％的N，N-二亞硝基五次甲基四胺、3％的氫氧化鋁及3％的二月桂酸二丁基錫攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在130℃溫度下混煉12分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在205℃溫度化學(xué)發(fā)泡8分鐘即可。
實(shí)施例6首先按質(zhì)量百分比將35％的聚苯乙烯(PS)和27％的丁基橡膠(IIR)、30％的玻璃棉、4％的4，4一氧化雙苯磺酰肼、2％的磷酸三苯酯及2％的硫醇丁基錫攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在110℃溫度下混煉13分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在160℃溫度化學(xué)發(fā)泡12分鐘即可。
參見圖1，圖中▲、●、■分別代表厚度為8mm、10mm及12mm時(shí)有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合材料的吸聲性能。從圖1可以看出，當(dāng)厚度較小時(shí)，高頻時(shí)吸聲系數(shù)較高，而低頻時(shí)吸聲系數(shù)較低，隨著厚度的增加，高頻時(shí)吸聲系數(shù)逐漸下降而低頻吸聲系數(shù)逐漸上升。其主要是因?yàn)楹穸炔煌鹇曌杩共煌木壒省?br> 參見圖2，圖中■、●、▲、分別代表橡膠(如EPR)用量為0％、5％、10％和15％時(shí)有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合材料的吸聲性能。由圖2可知，隨著橡膠用量的增大，1000Hz以下頻率處的吸聲因數(shù)呈增大趨勢，而1000Hz以上頻率處的吸聲因數(shù)呈遞減變化趨勢，與未添加橡膠的泡沫材料相比，EPR可使泡沫材料的綜合吸聲性能(以平均吸聲因數(shù)表示)提高，其原因是①在常溫下，EPR處于高彈態(tài)，當(dāng)有聲波作用時(shí)，其本身會(huì)發(fā)生彈性形變，從而消耗一些聲波能量；②橡膠大分子鏈上的鏈段和側(cè)基在聲波作用下產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)在分子內(nèi)和/或分子間摩擦阻力較大，對聲波能量的消耗顯著。因此，橡膠有利于材料綜合吸聲性能的提高。由于橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于PVC，引起橡膠形變及其分子鏈段運(yùn)動(dòng)的能量相對較低，因此，在一定范圍內(nèi)，復(fù)合材料中橡膠用量的增大，使相對較低頻率處的吸聲因數(shù)提高較為明顯。但并不是橡膠用量越大，材料的綜合吸聲性能越好，因?yàn)楫?dāng)EPR用量太大時(shí)，會(huì)造成發(fā)泡過程中體系粘度過小，隨著發(fā)泡劑的快速分解，發(fā)泡氣體迅速增多，泡孔生長迅速，泡壁也迅速變薄，造成相鄰的泡孔發(fā)生并泡現(xiàn)象，泡孔結(jié)構(gòu)惡化，造成孔隙率下降，材料吸聲性能也隨之降低。當(dāng)并泡嚴(yán)重時(shí)還可導(dǎo)致泡孔塌陷，致使材料的孔隙率急劇下降，嚴(yán)重影響材料的吸聲性能。
參見圖3，■、●、▲分別代表無機(jī)礦物(如巖棉)用量為35％、45％、55％時(shí)有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合材料的吸聲性能。由圖3可知，巖棉為45％的綜合吸聲性能較好；隨巖棉用量的增加，在800Hz以下的范圍內(nèi)，吸聲系數(shù)呈先增加后減小的趨勢，而800Hz以上的范圍內(nèi)基本呈遞增趨勢。這是由巖棉的性質(zhì)決定的，巖棉在該體系中的作用有兩種一、由于它本身具有優(yōu)良的吸聲性能，它的加入無疑會(huì)帶來吸聲性能的提高；二、巖棉又是無機(jī)纖維，它的加入會(huì)帶來發(fā)泡熔體粘度和硬度的增加，使發(fā)泡難以進(jìn)行，況且它在混煉時(shí)不易均勻化，使相界面接觸性變差，這不僅會(huì)使發(fā)泡劑分解的氣體沿巖棉纖維逸出制品，致使空隙率降低，從而引起吸聲性能的下降，而且易形成較大的氣泡，造成制品塌陷，表面凹凸不平，影響表觀質(zhì)量。因此，巖棉對材料吸聲性能的影響主要是看上述這一對矛盾中那一方占主導(dǎo)地位。圖3中結(jié)果可能是不同的巖棉用量所帶來的不同的空隙率的結(jié)果。
表1為有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合吸聲材料的吸聲性能與聚合物泡沫和礦物吸聲性能的對比


A、C為利用本發(fā)明制備的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合吸聲材料為了檢驗(yàn)本發(fā)明所得材料吸聲性能的優(yōu)劣，將其與其他一些吸聲材料的吸聲性能進(jìn)行比較，如表1所示。由表1可以看出，本發(fā)明所得材料A、C的吸聲性能在相同厚度時(shí)優(yōu)于其他發(fā)泡聚合物材料和無機(jī)礦物巖棉，特別是中低頻吸聲性能很高在250～500Hz范圍內(nèi)，吸聲系數(shù)幾乎是其他材料的2倍。相同條件下，其吸聲平均吸聲系數(shù)也比其他材料高得多?？梢?，本發(fā)明所得吸聲材料是一種吸聲系數(shù)高、吸聲性能優(yōu)良的新型吸聲材料。
按照本發(fā)明的制備方法制得的吸聲材料的孔徑大小及其分布、孔隙率和開氣孔率容易控制，密度低，小于600Kg/m3，有機(jī)-無機(jī)結(jié)合，在寬頻范圍內(nèi)具有高吸聲性能，在100～2000Hz范圍內(nèi)具有較高的吸聲效果，平均吸聲系數(shù)達(dá)0.5以上，比一般泡沫塑料提高40％以上，尤其是中低頻率范圍內(nèi)更好；具有較高的力學(xué)性能，抗壓強(qiáng)度大于5MPa；成型加工性能優(yōu)良，可制成各種復(fù)雜形狀的制品，成本低，并且二次加工性能良好，容易裁剪，便于施工；阻燃、防霉變、耐老化和耐熱性能良好。
權(quán)利要求
1.一種有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于1)首先按質(zhì)量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機(jī)礦物、3～5％的發(fā)泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；2)將上述的混合物在混煉機(jī)上在90～130℃溫度下混煉8～20分鐘制成所需坯體；3)將制成的坯體在烘箱中在160～205℃溫度下化學(xué)發(fā)泡5～12分鐘即可。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的樹脂為聚氯乙稀、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的橡膠為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的無機(jī)礦物為巖棉、膨脹珍珠巖、礦棉或玻璃棉。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的發(fā)泡劑為偶氮二甲酰胺、N，N-二亞硝基五次甲基四胺或4，4一氧化雙苯磺酰肼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，其特征在于所說的穩(wěn)定劑為二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻復(fù)合熱穩(wěn)定劑或L518系列稀土多功能熱穩(wěn)定劑。
全文摘要
一種有機(jī)聚合物/無機(jī)礦物復(fù)合泡沫吸聲材料的制備方法，首先按質(zhì)量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機(jī)礦物、3～5％的發(fā)泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在90～140℃溫度下混煉5～20分鐘制成所需坯體；將制成的坯體在烘箱中在150～220℃溫度下化學(xué)發(fā)泡5～15分鐘即可。本發(fā)明根據(jù)不同聚合物、無機(jī)物對聲音頻率響應(yīng)不同的原理，采用多組分聚合物、無機(jī)物共混方法，兼具有機(jī)、無機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)從而改善了中低頻范圍內(nèi)吸聲性能。
文檔編號C08L27/00GK1709962SQ20051004290
公開日2005年12月21日 申請日期2005年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月7日
發(fā)明者李旭祥, 錢軍民 申請人:西安交通大學(xué)