CN101560317B

CN101560317B - 一种吸声兼具阻尼减振复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN101560317B
Application number: CN2009100473451A
Authority: CN
Inventors: 晏雄; 姜生; 杨力生; 张慧萍
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University
Priority date: 2009-03-10
Filing date: 2009-03-10
Publication date: 2011-04-27
Anticipated expiration: 2029-03-10
Also published as: CN101560317A

Abstract

本发明涉及一种吸声兼具阻尼减振复合材料，其组分包括：氯化聚乙烯CPE和七孔涤纶短纤SPSF，其体积百分比为100∶5～25；其制备包括：(1)在辊筒中加入氯化聚乙烯粉末，制成薄片；加入七孔涤纶短纤，混炼；剥下混炼料，室温冷却后，得混炼薄片以备用；(2)将上述混炼薄片均匀地铺在模子内腔中，模子上下用钢板夹住；钢板移入平板硫化机，卸载，加压；取下钢板，连同混料用水冷却，脱模，即得；可应用于汽车、轨道交通、建筑、机械、家用电器及体育器材领域的制备。该吸声兼具阻尼减振复合材料可以在振动时有效地吸收能量，随着纤维材料的加入拓宽了减振吸声的作用温域；并且制备方法操作简单，经济效益好，适用于工业化生产。

Description

一种吸声兼具阻尼减振复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属减振复合材料及其制备领域，特别是涉及一种吸声兼具阻尼减振复合材料及其制备方法。

背景技术

在现有的高聚物阻尼材料中，减振材料和吸声材料是相互严格区分的两类材料，因为高阻尼性能的减振材料为了转化为吸声材料，一般都是通过穿越材料的微孔等形式来加以转变得到。但这样一来，势必破坏了材料的力学性能，使减振性能将低，这会给材料在工程应用领域的应用带来麻烦。吸声材料由于材料微孔的存在，造成力学性能下降，很难用于减振领域，所以工程中还没有将减振、吸声功能容于一体的阻尼材料。

在实际工程应用中，人们总希望能应用兼具有减振、吸声性能为一体的复合材料，以大大降低工作场所、居住处的振动和噪音污染。为了解决减振、吸声两性能共为一体所带来的缺陷，必须探讨减振材料和吸声材料的工作机理，一般情况下，为了将高聚合阻尼减振材料转化为吸声材料，通常的方法是将材料做成多孔性或微孔材料，然而，带孔材料本身的力学性能较差，这就意味着，为了达到吸声效果是以付出一种代价换取另一种功能，对于工程领域的应用材料来说是得不偿失的。

因此，为了解决这种形式转换上的缺陷，本发明研制了一种吸声兼具阻尼减振复合材料。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吸声兼具阻尼减振复合材料及其制备方法，本发明的吸声兼具阻尼减振复合材料不但可以在振动时有效地吸收能量，并且随着纤维材料的加入拓宽了减振吸声的作用温域，并有效增强了该材料的力学性能；该制备方法操作简单，经济效益好，适用于工业化生产。

本发明的一种吸声兼具阻尼减振复合材料，其组分包括：氯化聚乙烯CPE和七孔涤纶短纤(Seven-hole Polyester Staple Fiber，SPSF)，其体积百分比为100∶5～25。

本发明的一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，包括：

(1)混炼

在辊筒中加入氯化聚乙烯CPE粉末，同时用切刀做人工辅助性的混合，制成薄片；加入七孔涤纶短纤SPSF，同时用切刀辅助混合，混炼；剥下混炼料，室温冷却后，得混炼薄片以备用；其中，氯化聚乙烯CPE和七孔涤纶短纤SPSF的体积百分比为100∶5～25；

(2)热压成形

将上述混炼薄片均匀地铺在模子内腔中，模子上下用钢板夹住，且在钢板和模子之间用一层高温防粘膜；钢板移入平板硫化机，卸载，加压；取下钢板，连同混料用水冷却，脱模，制得吸声兼具阻尼减振复合材料。

所述步骤(1)中的辊筒的温度为60～70℃；

所述步骤(1)中的总混炼时间为40～60分钟；

所述步骤(2)中的卸载条件为140～180℃预热10～30分钟；

所述步骤(2)中的加压条件为10～18MPa的压力下加压10～30分钟。

本发明的一种吸声兼具阻尼减振复合材料可应用于汽车、轨道交通、建筑、机械、家用电器及体育器材等领域的制备。

本发明设法将空气层引入材料内部同时又能有效增强材料的力学性能，如九孔被，七孔被的纤维材料，由于纤维是中腔含有空气，一方面纤维引入高聚物基中可以起到增强的作用，另一方面纤维的引入使复合材料中空隙率增加，可以提高材料的吸声性能。纤维材料的加入可能影响材料的减振性能，但可以通过改变纤维的含量来加以控制影响；同时纤维的加入可以使原本在低温区具有较好减振性能的材料的减振温域向高温方向转移，又可使温域变宽，从而使材料在环境温度宽温域下既具有减振功能，又具有吸声功能，并且具有良好的力学性能。

本发明以氯化聚乙烯CPE作为基体材料，主要是考虑其具有良好的粘弹性能，充分利以提供复合材料的阻尼减振性能，同时以七孔中腔涤纶短纤SHPF作为功能填充材料，将七孔中腔纤维中腔内的空气引入材料中，使材料中空隙率增加，从而可以在振动时有效地吸收能量，起到减振、吸声作用；纤维的加入也有效拓宽了减振吸声的作用温域；另外七孔中腔涤纶短纤的加入使材料得以增强，从而使材料在工程应用领域更具有应用前景。

有益效果

(1)本发明的吸声兼具阻尼减振复合材料不但可以在振动时有效地吸收能量，并且随着纤维材料的加入拓宽了减振吸声的作用温域，并有效增强了该材料的力学性能；

(2)该制备方法操作简单，经济效益好，适用于工业化生产。

附图说明

图1为材料的吸声系数随频率变化的曲线；

其中，(0)CPE (1)CPE/SHPF 100/15 (2)CPE/SHPF 100/20 (3)CPE/SHPF 100/25

图2为材料损耗因子随温度变化曲线；

其中，(0)CPE (1)CPE/SHPF 100/15 (2)CPE/SHPF 100/20 (3)CPE/SHPF 100/25

图3为材料损耗因子随温度变化曲线。

其中，(0)CPE (1)CPE/SHPF 100/15 (2)CPE/SHPF 100/20 (3)CPE/SHPF 100/25

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

新型吸声、兼具有阻尼减振复合材料各组分体积百分比采用CPE∶SHPF＝100∶15(20∶3)，复合材料的制备步骤如下：

第一步混炼：

1>将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到65℃并保持基本稳定；

2>在辊筒间加入重量为100份的CPE，通过辊筒表面温度和辊筒的压力使CPE成片，在辊间呈粘流态；

3>在辊筒间加入重量为15份的SHPF，同样用切刀辅助混合，使组分混合均匀；

4>总的混炼时间为40分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用。

第二步热压成形：

1>将冷却的混炼薄片均匀地铺在模子内腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间用一层高温防粘膜；

2>将钢板移入平板硫化机，卸载条件下在140℃预热10分钟，使混炼料充分熔融；

3>用10MPa的压力加压20分钟，使熔融混炼碎料流动充满模子内腔；

4>取下钢板，连同混料用水冷却，脱模。

实施例2

新型吸声、兼具有阻尼减振复合材料各组分重量百分比采用CPE∶SHPF＝100∶20(20∶4)，复合材料的制备的步骤与实施例1相同，其工艺与实施例1不相同之处在于：

1>原料通过在双辊筒练塑机上均匀混合时温度为65℃，混炼时间为50分钟，

2>在平板硫化机下热压成样品，温度为160℃，无压力条件下预热时间为20分钟，

3>用15Mpa的压力加压20分钟，最后取出材料在冰水冷却中，而制得兼具有高性能减振、吸声于一体的复合材料。

实施例3

新型吸声、兼具有阻尼减振复合材料各组分体积百分比采用CPE∶SHPF＝100∶25(20∶5)，高性能减振复合材料的制备的步骤与实施例1相同，其工艺与实施例1不相同之处在于：

1>原料通过在双辊筒练塑机上均匀混合时温度为70℃，混炼时间为60分钟；

2>在平板硫化机下热压成样品，温度为180℃，无压力条件下预热时间为30分钟，

3>用18Mpa的压力加压30分钟，最后取出材料在冰水冷却中。从而制得兼具有高性能减振、吸声于一体的复合材料。

实施例1～实施例3所制得的容高性能减振、吸声于一体的复合材料与单纯的聚氯乙烯(CPE)材料通过阻波管测试材料的声学性能，材料的吸声系数评价见图1；动态机械性能测试(DMA)，以损耗因子tanδ评价见图2以及材料的机械力学性能测试，以应力、应变为评价见图3；

从图1可知：七孔中空涤纶的引入(复合材料中纤维长度不能太短，这样才能形成较长贯穿的空气量)，在材料中引入了空气，当入射声波与材料接触时，一部分声波被反射回去，另一部分折射入材料内部扰动材料内的质点形成应力波，应力波在材料内部传播过程中引起七孔纤维内部空气形成稠密到稀疏两者的转化，从而引起吸声性能的提高。频率在1500-2500Hz区域，随纤维含量的增多，其吸声性能提高很快。

从图2可知：随纤维的加入，虽在低温区域(-40-0℃)材料的损耗因子下降较大；但损耗因子峰值向高温方向转移，且在常温区域(20-40℃)，随纤维的加入，材料的损耗因子增加。

从图3可知：随纤维含量的增加，材料的性能发生了急剧变化：没有加入纤维时，CPE材料是完全的弹性体，但当纤维达到一定量时，材料的呈现了一定的刚性，且随纤维的增加，材料的刚性越大。当纤维重量达到达25份时，材料的伸长率从无纤维时的500％变化到16.12％，而材料的应力也从3.88MPa变化到12.73MPa。

Claims

1.一种吸声兼具阻尼减振复合材料，其组分包括：氯化聚乙烯CPE和七孔涤纶短纤SPSF，其体积百分比为100∶5～25。

2.一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，包括：

(1)混炼

(2)热压成形

3.根据权利要求2所述的一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的辊筒的温度为60～70℃。

4.根据权利要求2所述的一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中的总混炼时间为40～60分钟。

5.根据权利要求2所述的一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的卸载条件为140～180℃预热10～30分钟。

6.根据权利要求2所述的一种吸声兼具阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的加压条件为10～18MPa的压力下加压10～30分钟。

7.根据权利要求1所述的一种吸声兼具阻尼减振复合材料，其特征在于：该材料应用于汽车、轨道交通、建筑、机械、家用电器及体育器材领域的制备。