專(zhuān)利名稱(chēng)：一種吸聲材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種吸聲材料，特別涉及一種能明顯提高中低頻吸聲性能的復(fù)合吸聲材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，噪聲對(duì)人類(lèi)的危害也越來(lái)越大。噪聲污染、空氣污染和水污染被認(rèn)為是當(dāng)代世界三大環(huán)境公害。噪聲不僅影響人們正常的工作秩序和工作效率， 還影響人們的日常生活和身心健康?？刂圃肼曇殉蔀槿祟?lèi)的當(dāng)務(wù)之急，對(duì)吸聲降噪材料的研究也已經(jīng)成為世界各國(guó)科技工作者的重要研究方向之常見(jiàn)的吸聲材料包括以下幾類(lèi)(1)有機(jī)泡沫塑料類(lèi)如聚氨酯泡沫塑料、脲醛樹(shù)脂泡沫塑料和氨甲基泡沫塑料等。C擬869014Y提供了一種防滲、減震、容易清潔且吸聲效果良好的復(fù)合聚氨酯吸聲材料。 CN1312M1A以聚氨酯網(wǎng)狀泡沫塑料為基材制備了網(wǎng)狀復(fù)合吸聲材料。有機(jī)泡沫塑料類(lèi)吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)是密度小、柔軟、耐潮、可切割成型、施工安裝方便；缺點(diǎn)是吸聲性能不穩(wěn)定、易老化、易吸水、室外使用受限。(2)有機(jī)纖維材料類(lèi)如棉、麻、木屑、植物纖維、海草、棕絲及其制品等。如發(fā)明專(zhuān)利CN101593515A公開(kāi)了一種以天然木棉為主要成分的吸聲降噪材料及其在制備吸聲降噪制品中的應(yīng)用。CN201689670公開(kāi)了一種吸聲材料構(gòu)件，其吸聲材料為間位芳綸纖維或?qū)ξ环季]纖維制成的吸聲棉或吸聲氈。有機(jī)纖維材料類(lèi)吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)是密度小、吸聲系數(shù)高、 原材料來(lái)源豐富、價(jià)格便宜；缺點(diǎn)是防火、防潮性能差、易蟲(chóng)蛀、霉變、室外使用受限。(3)無(wú)機(jī)泡沫建筑材料類(lèi)如泡沫玻璃、加氣混凝土、膨脹珍珠巖制品等。 CN1043116A提供了一種供建筑用的吸聲性能優(yōu)良的新型無(wú)機(jī)建筑吸聲材料，該吸聲材料由水泥、焙燒煤矸石輕骨料、膨脹珍珠巖所組成的無(wú)機(jī)建筑吸聲砌塊材料。無(wú)機(jī)泡沫建筑材料類(lèi)吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、加工性能好、防水、不燃、耐腐蝕、不老化；缺點(diǎn)是吸聲效果一般、微孔貫通率少。如上所述，現(xiàn)有吸聲材料雖然種類(lèi)繁多，品種各異，并各有其優(yōu)缺點(diǎn)，但由于材料自身性能的限制，使得上述各類(lèi)材料在應(yīng)用范圍上都受到一定的限制，而科技發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步對(duì)吸聲材料的綜合性能又提出了更高的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種吸聲效率高的吸聲材料。本發(fā)明的另一目的在于提供上述吸聲材料的制備方法。為達(dá)到上述的目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種吸聲材料，其特征在于其是采用樹(shù)脂、橡膠、介孔分子篩、阻燃劑及穩(wěn)定劑為原料制得的；所述樹(shù)脂為聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯，所述介孔分子篩為MCM-41、MCM-48、 SBA-15 或 SBA-16 ο
發(fā)明人在研發(fā)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)上述介孔分子篩的加入帶來(lái)了吸聲性能的提高，但上述介孔分子篩的加入量過(guò)多也會(huì)引起體系粘度和硬度的增加，在混煉時(shí)不易均勻化，使相界面接觸性變差，因此，介孔分子篩的用量也是比較有講究的。為了使得本發(fā)明吸聲材料綜合性能更好，優(yōu)選地，本發(fā)明吸聲材料是以20 60wt%的上述樹(shù)脂、10 橡膠、5 50wt%的上述介孔分子篩、0. 5 3 {%的阻燃劑及1 5wt%的穩(wěn)定劑為原料制得的，均以質(zhì)量百分比計(jì)。進(jìn)一步優(yōu)選地，本發(fā)明吸聲材料以30 40wt%的上述樹(shù)脂、40 60襯％的橡膠、 5 15wt %的上述介孔分子篩、1 2wt %的阻燃劑及3 5wt %的穩(wěn)定劑為原料制得的，均以質(zhì)量百分比計(jì)。更優(yōu)選地，上述的橡膠優(yōu)選為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。發(fā)明人在長(zhǎng)期研發(fā)過(guò)程中進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，橡膠組分使本發(fā)明材料的綜合吸聲性能提高，其原因是在常溫下，橡膠處于高彈態(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；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)或/和分子間摩擦阻力較大，對(duì)聲波能量的消耗顯著。但是當(dāng)橡膠用量過(guò)大時(shí)，會(huì)造成體系粘度過(guò)小，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。因此，在進(jìn)一步地提高本發(fā)明材料的綜合吸聲性能上，橡膠的類(lèi)型及用量也是有講究的。上述的阻燃劑優(yōu)選為無(wú)水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。上述的穩(wěn)定劑優(yōu)選為硬脂酸鈣、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。上述的物料均為市售產(chǎn)品。最優(yōu)選地，一種吸聲材料，其是按質(zhì)量百分比為30%聚丙烯(PP)和57%乙丙橡膠 (EPR)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣為原料制得的。上述吸聲材料的制備方法，將上述的各原料攪拌均勻混合，再將所得的混合物在混煉機(jī)上載90 150°C溫度下混煉5 30分鐘制得。本發(fā)明根據(jù)不同聚合物、無(wú)機(jī)物對(duì)聲音頻率響應(yīng)不同的原理，采用了本發(fā)明獨(dú)特的多組分聚合物、無(wú)機(jī)物共混方法，從而使制得的吸聲材料兼具有機(jī)、無(wú)機(jī)材料的優(yōu)點(diǎn)，改善了其在中低頻范圍內(nèi)的吸聲性能。介孔分子篩是一種新型的高比表面(可高達(dá)2000m2/g)，孔徑尺寸均一可調(diào)O 50nm)，排列長(zhǎng)程有序的材料，具有孔徑范圍大，穩(wěn)定性好，孔道形狀多樣(圓柱形、球形或平板狀)，表面可修飾等優(yōu)良的特性，這些優(yōu)良的特性賦予了介孔分子篩材料優(yōu)良的吸聲性能。本發(fā)明充分利用介孔分子篩材料的這些性質(zhì)，與樹(shù)脂和橡膠高分子化合物進(jìn)行合理地復(fù)合，制備性能優(yōu)異的有機(jī)高分子/介孔分子篩復(fù)合吸聲材料。這種創(chuàng)新性構(gòu)思和吸聲材料的制備方法在國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)報(bào)道。本發(fā)明吸聲材料具有如下的有益效果(1)本發(fā)明吸聲材料是一種孔隙率、孔徑大小及其分布可控的多孔結(jié)構(gòu)的吸聲材料，在寬頻率范圍內(nèi)具有高吸聲性能，對(duì)高頻、中頻和低頻范圍內(nèi)均有高效吸聲性能，比一般泡沫塑料提高45%以上，可廣泛應(yīng)用于劇場(chǎng)、會(huì)議室、音樂(lè)廳、錄音棚、體育館、高速公路等需要吸聲降噪的場(chǎng)所或環(huán)境；(2)同時(shí)本發(fā)明吸聲材料具有較好的熱性能和力學(xué)性能，熱分解溫度在370 410°C范圍內(nèi)，拉伸強(qiáng)度在55 80Mpa范圍內(nèi)，彎曲強(qiáng)度在80 IlOMpa范圍內(nèi)，簡(jiǎn)支梁缺口沖擊強(qiáng)度在15 25KJ/m2范圍內(nèi)；C3)本發(fā)明吸聲材料的制備方法是在傳統(tǒng)工藝基礎(chǔ)上的技術(shù)革新，不需要新的高昂設(shè)備投資，工藝簡(jiǎn)單，操作方便，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體的描述，有必要在此指出的是以下實(shí)施例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述本發(fā)明內(nèi)容對(duì)本發(fā)明作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1 首先按質(zhì)量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩MCM-41、3%無(wú)水硼酸鋅及3%的CZX-768無(wú)毒鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑攪拌混合均勻； 將上述混合物在混煉機(jī)上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/MCM-41復(fù)合吸聲材料。聚苯乙烯(PS)牌號(hào)為臺(tái)灣化纖PS 5250，由成都金鷹集團(tuán)貿(mào)易有限公司提供；乙丙橡膠(EPR)牌號(hào)J-0030，由吉化集團(tuán)吉林市星云化工有限公司提供；MCM-41介孔分子篩 南京先豐納米材料科技有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，是具有六方有序排列孔道結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)程有序性的介孔分子篩，其孔徑3. 5nm, BET比表面積彡900m2/g，孔容彡0. 6cm7g。無(wú)水硼酸鋅由成都開(kāi)飛高能化學(xué)工業(yè)有限公司提供；CZX-768無(wú)毒鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑由肇慶市森德利化工實(shí)業(yè)有限公司提供。實(shí)施例2 首先按質(zhì)量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩MCM-41、1%氫氧化鎂阻燃劑及硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-41復(fù)合吸聲材料。聚乙烯(PE)為吉林石化通用膜料7042，熔指1.7-2. 3g/10min密度0.918 0. 922g/cm3 ；丁基橡膠型號(hào)日本JSR 268,由成都(恒裕)化工貿(mào)易有限公司提供；氫氧化鎂阻燃劑由山東魯華化工有限公司提供；硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑由北京三安化化工產(chǎn)品有限公司提供。實(shí)施例3 首先按質(zhì)量百分比將20%聚乙烯(PE)和13% 丁基橡膠、65%介孔分子篩MCM-41、1%氫氧化鎂及硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-41復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例4 首先按質(zhì)量百分比將30%聚丙烯(PP)和M%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩MCM-41、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/MCM-41復(fù)合吸聲材料。聚丙烯為美國(guó)液氮PP MFX700-10HS，具有高抗沖擊、環(huán)保、高耐熱、耐低溫、耐磨、 耐化學(xué)性、電氣性能優(yōu)良和高尺度穩(wěn)定性等優(yōu)良的綜合性能。磷酸三苯酯由成都華翔精細(xì)化工有限公司提供；硬脂酸鈣由邵陽(yáng)天堂助劑化工有限公司成都直銷(xiāo)處生產(chǎn)。實(shí)施例5 首先按質(zhì)量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩MCM-48、3 %無(wú)水硼酸鋅及3 %的CZX-768無(wú)毒鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑攪拌混合均勻； 將上述混合物在混煉機(jī)上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/MCM-48復(fù)合吸聲材料。MCM-48介孔分子篩南京先豐納米材料科技有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，是具有約 2. 6nm左右的均一孔徑及兩套相互獨(dú)立的三維螺旋孔道網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。BET比表面積彡750m2/g，孔容彡 0. 6cm3/g。實(shí)施例6 首先按質(zhì)量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩MCM-48、1%氫氧化鎂及硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/MCM-48復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例7 首先按質(zhì)量百分比將30%聚丙烯(PP)和M%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩MCM-48、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/MCM-48復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例8 首先按質(zhì)量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR) ,20% 介孔分子篩SBA-15、3%硼酸鋅及3%的CZX-768無(wú)毒鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/SBA-15復(fù)合吸聲材料。SBA-15介孔分子篩南京先豐納米材料科技有限公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，是在酸性條件下合成的具有二維六方結(jié)構(gòu)的介孔硅基分子篩，孔徑6 lOnm，BET比表面積> 650m2/g，孔容> 1. 2cm7g。與MCM-41相比，SBA-15介孔分子篩具有更大的孔徑、更厚的孔壁和更高的孔容，而且具有更好的水熱穩(wěn)定性。實(shí)施例9 首先按質(zhì)量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩SBA-15、1%氫氧化鎂及硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/SBA-15復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例10 首先按質(zhì)量百分比將30%聚丙烯(PP)和57%乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/SBA-15復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例11 首先按質(zhì)量百分比將40%聚苯乙烯(PS)和34%乙丙橡膠(EPR)、20% 介孔分子篩SBA-16、3%硼酸鋅及3%的CZX-768無(wú)毒鈣鋅復(fù)合穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上在130°C溫度下混煉10分鐘即可制備得到PS/SBA-16復(fù)合吸聲材料。介孔分子篩SBA-16 根據(jù)文獻(xiàn)《以嵌段共聚物為結(jié)構(gòu)導(dǎo)向劑的SBA-15和SBA-16 的合成及表征》(無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2003,18 ) =855-860)進(jìn)行制備。其制備方法如下將三嵌段共聚物F127 (EOltl6PO7ciEO106, Mav= 12700，BASF公司提供)溶于適量去離子水， 加入鹽酸(HC1，化學(xué)純，重慶化學(xué)試劑有限公司提供)溶液，攪拌均勻，在38°C的條件下，向其中逐滴滴加正硅酸乙醋(TEOS，分析純，重慶化學(xué)試劑有限公司提供)，持續(xù)劇烈地?cái)嚢?0h以上，裝入聚四氟乙烯為內(nèi)襯的高壓釜水熱處理48h，過(guò)濾、洗滌并干燥， 最后在550°C鍛燒證以上，得到的白色粉末即為SBA-16.實(shí)驗(yàn)所用各原料的摩爾比為 ITEOS 0. 004F127 0. 75HCI 88H20。所制備得到的SBA介孔分子篩的性能如下孔徑 3. 26nm, BET 比表面積 930m2/g，孔容 0. 60cm3/g。實(shí)施例12 首先按質(zhì)量百分比將30%聚乙烯(PE)和18%丁基橡膠、50%介孔分子篩SBA-16、1%氫氧化鎂及硫醇型有機(jī)錫(8831)熱穩(wěn)定劑攪拌混合均勻；將上述混合物在混煉機(jī)上載110°C溫度下混煉20分鐘即可制備得到PE/SBA-16復(fù)合吸聲材料。實(shí)施例13 首先按質(zhì)量百分比將30%聚丙烯(PP)和討％乙丙橡膠(EPR)、10%介孔分子篩SBA-16、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機(jī)上在100°C溫度下混煉30分鐘即可制備得到PP/SBA-16復(fù)合吸聲材料。表1為本發(fā)明所制備吸聲材料的吸聲性能與其它高分子泡沫吸聲材料吸聲性能的對(duì)比。吸聲系數(shù)按照美國(guó)材料和實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)在2008年頒布的新測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM E 1050-08 《吸聲系數(shù)和聲阻抗測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)量。表2列出了所制備的吸聲材料的熱性能和力學(xué)性能參數(shù)與其它高分子泡沫吸聲材料相應(yīng)性能參數(shù)的對(duì)比。表1本發(fā)明制備的吸聲材料的吸聲性能與其它高分子泡沫材料吸聲性能對(duì)比
權(quán)利要求
1.一種吸聲材料，其特征在于其是采用樹(shù)脂、橡膠、介孔分子篩、阻燃劑及穩(wěn)定劑為原料制得的；所述樹(shù)脂為聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯，所述介孔分子篩為MCM-41、MCM-48、 SBA-15 或 SBA-16。
2.如權(quán)利要求1所述的吸聲材料，其特征在于所述吸聲材料是以20 60wt%的所述樹(shù)脂、10 60 wt %的橡膠、5 50wt%的所述介孔分子篩、0. 5 3wt%的阻燃劑及1 5wt%的穩(wěn)定劑為原料制得的，均以質(zhì)量百分比計(jì)。
3.如權(quán)利要求2所述的吸聲材料，其特征在于所述吸聲材料以30 40wt%的所述樹(shù)脂、40 60 wt %的橡膠、5 15wt%的所述介孔分子篩、1 2wt%的阻燃劑及3 5wt%的穩(wěn)定劑為原料制得的，均以質(zhì)量百分比計(jì)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的橡膠為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的阻燃劑為無(wú)水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
6.如權(quán)利要求4所述的吸聲材料，其特征在于所述的阻燃劑為無(wú)水硼酸鋅、氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的吸聲材料，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、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。
8.如權(quán)利要求4或6所述的吸聲材料，其特征在于所述的穩(wěn)定劑為硬脂酸鈣、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。
9.如權(quán)利要求1所述的吸聲材料，其特征在于其是按質(zhì)量百分比為30%聚丙烯(PP)、 57%乙丙橡膠(Era)、10%介孔分子篩SBA-15、1. 5%磷酸三苯酯及4. 5%硬脂酸鈣為原料制得的。
10.如權(quán)利要求1 9任一項(xiàng)所述吸聲材料的制備方法，其特征在于將所述的各原料攪拌均勻混合，再將所得的混合物在混煉機(jī)上載90 150°C溫度下混煉5 30分鐘制得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種吸聲材料及其制備方法，首先按質(zhì)量百分比將20~60%的樹(shù)脂、10~60%的橡膠、5~50%的介孔分子篩、0.5~3的阻燃劑及1~5%的穩(wěn)定劑攪拌均勻混合；將上述的混合物在混煉機(jī)上載90~150℃溫度下混煉5~30分鐘即可制備得到綜合性能優(yōu)良的吸聲材料。所制備的吸聲材料兼具無(wú)機(jī)吸聲材料和有機(jī)泡沫吸聲材料的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)高頻、中頻和低頻范圍內(nèi)均有高效吸聲性能，在寬頻率范圍內(nèi)具有高吸聲性能，比一般泡沫塑料提高45%以上。此外，本發(fā)明制備的西吸聲材料具有良好的熱性能和力學(xué)性能；且加工工藝簡(jiǎn)單，操作方便，容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，在劇場(chǎng)、會(huì)議室、音樂(lè)廳、錄音棚、體育館、高速公路等需要吸聲降噪的場(chǎng)所或環(huán)境具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C08K3/38GK102321307SQ20111031471
公開(kāi)日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者劉玉榮 申請(qǐng)人:重慶文理學(xué)院