有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法
2023-10-08 21:53:54 2
專利名稱：有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種吸聲材料的製備方法，特別涉及一種能明顯提高中低頻吸聲性能的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法。
背景技術：
噪聲汙染與空氣汙染、水汙染一起，已成為當代世界三大環境公害。控制噪聲汙染已成為急需解決的環境問題，而利用多孔吸聲材料吸聲、降噪已成為目前主要的技術手段。
目前的吸聲材料主要有三大類，即無機多孔材料如微孔玻璃布、泡沫金屬、礦棉等，有機泡沫聚合物如泡沫塑料、植物纖維材料等，以及有機/無機複合多孔材料。然而，無機多孔材料力學性能雖然較好，其低頻吸聲性能理想，但中高頻率範圍內吸聲性能不夠理想，不易施工，並且無機纖維類吸聲材料易散落，對人體和環境造成一定的危害，不適宜應用於環境及衛生條件要求比較高的場所。合成有機泡沫聚合物對中高頻率範圍內吸聲性能優良，應用範圍較廣，但是這類材料低頻範圍內吸聲效果不明顯，而且力學性能也不夠理想。而有機/無機複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，兼具無機吸聲材料和有機泡沫吸聲材料的優點，將二者複合可獲得對高頻、中頻和低頻範圍內均有高效吸聲性能的高強度材料，以滿足實際的應用要求成為主要的研究目標。
發明內容
本發明的目的在於提供一種有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，按照本發明的製備方法製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絡結構的泡沫吸聲材料，具有適用頻率範圍寬，中低頻吸聲係數高的特點。
為達到上述目的，本發明採用的技術方案是首先按質量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機礦物、3～5％的發泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在90～130℃溫度下混煉8～20分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在160～205℃溫度下化學發泡5～12分鐘即可。
本發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；無機礦物為巖棉、膨脹珍珠巖、礦棉或玻璃棉；發泡劑為偶氮二甲醯胺、N，N-二亞硝基五次甲基四胺或4，4一氧化雙苯磺醯肼；阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯；穩定劑為二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻複合熱穩定劑或L518系列稀土多功能熱穩定劑。
本發明根據不同聚合物、無機物對聲音頻率的響應不同的原理，採用多組分聚合物、無機物共混方法，兼具有機、無機材料的優點從而改善了中低頻範圍內吸聲性能。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絡結構的新型泡沫吸聲材料，具有適用頻率範圍寬，中低頻吸聲係數高，優異的阻燃性、隔熱性、耐溼熱性、衛生安全性、成本低以及可加工性能好，並且可二次加工(如可剪裁)等優點，可廣泛應用於劇場、會議室、音樂廳、錄音棚、體育館、高速公路等需吸聲降噪的場所或環境。
圖1是採用本發明的製備方法製得的吸聲材料在不同厚度時對吸聲係數的影響，其中橫坐標為噪音頻率，縱坐標為吸聲係數；圖2是採用本發明的製備方法製得的吸聲材料中橡膠用量對泡沫吸聲性能的影響，其中橫坐標為噪音頻率，縱坐標為吸聲係數；
圖3是採用本發明的製備方法製得的吸聲材料中無機礦物含量對吸聲係數的影響，其中橫坐標為噪音頻率，縱坐標為吸聲係數。
具體實施例方式
實施例1首先按質量百分比將20％的聚氯乙稀(PVC)和50％的乙丙橡膠(EPR)、23％的巖棉、3％的偶氮二甲醯胺、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上在90℃溫度下混煉20分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在200℃溫度化學發泡5分鐘即可。
實施例2首先按質量百分比將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上在130℃溫度下混煉15分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在205℃溫度化學發泡10分鐘即可。
實施例3首先按質量百分比將30％的聚乙烯(PE)和5％的丁基橡膠(IIR)、60％的礦棉、3％的4，4一氧化雙苯磺醯肼、1％的磷酸三苯酯及1％的硫醇銻複合熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在110℃溫度下混煉15分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在160℃溫度化學發泡10分鐘即可。
實施例4首先按質量百分比將40％的聚苯乙烯(PS)和32％的乙丙橡膠(EPR)、20％的玻璃棉、4％的偶氮二甲醯胺、2％的氫氧化鎂及2％的L518系列稀土多功能熱穩定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在130℃溫度下混煉8分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在200℃溫度化學發泡9分鐘即可。
實施例5首先按質量百分比將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上在130℃溫度下混煉12分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在205℃溫度化學發泡8分鐘即可。
實施例6首先按質量百分比將35％的聚苯乙烯(PS)和27％的丁基橡膠(IIR)、30％的玻璃棉、4％的4，4一氧化雙苯磺醯肼、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上在110℃溫度下混煉13分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在160℃溫度化學發泡12分鐘即可。
參見圖1，圖中▲、●、■分別代表厚度為8mm、10mm及12mm時有機聚合物/無機礦物複合材料的吸聲性能。從圖1可以看出，當厚度較小時，高頻時吸聲係數較高，而低頻時吸聲係數較低，隨著厚度的增加，高頻時吸聲係數逐漸下降而低頻吸聲係數逐漸上升。其主要是因為厚度不同而引起聲阻抗不同的緣故。
參見圖2，圖中■、●、▲、分別代表橡膠(如EPR)用量為0％、5％、10％和15％時有機聚合物/無機礦物複合材料的吸聲性能。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呈增大趨勢，而1000Hz以上頻率處的吸聲因數呈遞減變化趨勢，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(以平均吸聲因數表示)提高，其原因是①在常溫下，EPR處於高彈態，當有聲波作用時，其本身會發生彈性形變，從而消耗一些聲波能量；②橡膠大分子鏈上的鏈段和側基在聲波作用下產生運動，這種運動在分子內和/或分子間摩擦阻力較大，對聲波能量的消耗顯著。因此，橡膠有利於材料綜合吸聲性能的提高。由於橡膠的玻璃化轉變溫度遠遠低於PVC，引起橡膠形變及其分子鏈段運動的能量相對較低，因此，在一定範圍內，複合材料中橡膠用量的增大，使相對較低頻率處的吸聲因數提高較為明顯。但並不是橡膠用量越大，材料的綜合吸聲性能越好，因為當EPR用量太大時，會造成發泡過程中體系粘度過小，隨著發泡劑的快速分解，發泡氣體迅速增多，泡孔生長迅速，泡壁也迅速變薄，造成相鄰的泡孔發生並泡現象，泡孔結構惡化，造成孔隙率下降，材料吸聲性能也隨之降低。當並泡嚴重時還可導致泡孔塌陷，致使材料的孔隙率急劇下降，嚴重影響材料的吸聲性能。
參見圖3，■、●、▲分別代表無機礦物(如巖棉)用量為35％、45％、55％時有機聚合物/無機礦物複合材料的吸聲性能。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以下的範圍內，吸聲係數呈先增加後減小的趨勢，而800Hz以上的範圍內基本呈遞增趨勢。這是由巖棉的性質決定的，巖棉在該體系中的作用有兩種一、由於它本身具有優良的吸聲性能，它的加入無疑會帶來吸聲性能的提高；二、巖棉又是無機纖維，它的加入會帶來發泡熔體粘度和硬度的增加，使發泡難以進行，況且它在混煉時不易均勻化，使相界面接觸性變差，這不僅會使發泡劑分解的氣體沿巖棉纖維逸出製品，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，造成製品塌陷，表面凹凸不平，影響表觀質量。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佔主導地位。圖3中結果可能是不同的巖棉用量所帶來的不同的空隙率的結果。
表1為有機聚合物/無機礦物複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為利用本發明製備的有機聚合物/無機礦物複合吸聲材料為了檢驗本發明所得材料吸聲性能的優劣，將其與其他一些吸聲材料的吸聲性能進行比較，如表1所示。由表1可以看出，本發明所得材料A、C的吸聲性能在相同厚度時優於其他發泡聚合物材料和無機礦物巖棉，特別是中低頻吸聲性能很高在250～500Hz範圍內，吸聲係數幾乎是其他材料的2倍。相同條件下，其吸聲平均吸聲係數也比其他材料高得多。可見，本發明所得吸聲材料是一種吸聲係數高、吸聲性能優良的新型吸聲材料。
按照本發明的製備方法製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，小於600Kg/m3，有機-無機結合，在寬頻範圍內具有高吸聲性能，在100～2000Hz範圍內具有較高的吸聲效果，平均吸聲係數達0.5以上，比一般泡沫塑料提高40％以上，尤其是中低頻率範圍內更好；具有較高的力學性能，抗壓強度大於5MPa；成型加工性能優良，可製成各種複雜形狀的製品，成本低，並且二次加工性能良好，容易裁剪，便於施工；阻燃、防黴變、耐老化和耐熱性能良好。
權利要求
1.一種有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於1)首先按質量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機礦物、3～5％的發泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩定劑攪拌混合均勻；2)將上述的混合物在混煉機上在90～130℃溫度下混煉8～20分鐘製成所需坯體；3)將製成的坯體在烘箱中在160～205℃溫度下化學發泡5～12分鐘即可。
2.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的樹脂為聚氯乙稀、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。
3.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的橡膠為乙丙橡膠、丁腈橡膠或丁基橡膠。
4.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的無機礦物為巖棉、膨脹珍珠巖、礦棉或玻璃棉。
5.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的發泡劑為偶氮二甲醯胺、N，N-二亞硝基五次甲基四胺或4，4一氧化雙苯磺醯肼。
6.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的阻燃劑為氫氧化鎂、氫氧化鋁或磷酸三苯酯。
7.根據權利要求1所述的有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，其特徵在於所說的穩定劑為二月桂酸二丁基錫、硫醇丁基錫、硫醇銻複合熱穩定劑或L518系列稀土多功能熱穩定劑。
全文摘要
一種有機聚合物/無機礦物複合泡沫吸聲材料的製備方法，首先按質量百分比將20～50％的樹脂、0～50％的橡膠、20～60％的無機礦物、3～5％的發泡劑、0.5～3％的阻燃劑及1～4％的穩定劑攪拌混合均勻；將上述的混合物在混煉機上在90～140℃溫度下混煉5～20分鐘製成所需坯體；將製成的坯體在烘箱中在150～220℃溫度下化學發泡5～15分鐘即可。本發明根據不同聚合物、無機物對聲音頻率響應不同的原理，採用多組分聚合物、無機物共混方法，兼具有機、無機材料的優點從而改善了中低頻範圍內吸聲性能。
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 優先權日2005年7月7日
發明者李旭祥, 錢軍民 申請人:西安交通大學