CN101618611B - 一种聚氨酯泡沫复合板材及其制备方法 - Google Patents

一种聚氨酯泡沫复合板材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚氨酯泡沫复合板材，由面板和复合芯板组成，两个面板包括单面带不干胶层的光平面阻尼板及有按正方形或三角形规则排列设置的多孔阻尼板，复合芯板由开孔聚氨酯成型板一面与多孔阻尼板粘接成单面芯板，单面芯板与光平面阻尼面板在成型模具中经A、B两组分聚氨酯泡沫组合料进行发泡熟化黏合成多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。本发明具有阻尼、降噪、隔热、隔声和吸声多功能为一体的综合性能，并且制备方法简单，安装使用方便，利于推广应用。

Description

一种聚氨酯泡沫复合板材及其制备方法
所属技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，特别是涉及到一种聚氨酯泡沫复合板材及其制备方法。
技术背景
聚氨酯作为一种重要的高分子阻尼材料在飞行器、装甲车辆和舰艇等军事领域以及民用车辆和环境保护等减振降噪方面有着广泛的应用。聚氨酯作为阻尼材料的优势在于可以通过调节软硬段的比例而获得宽温域、高性能的阻尼材料。通常的聚氨酯是由聚醚或聚酯型的多元醇与硬段为多异氰酸酯和二元醇(二元胺)类扩链剂形成的一系列软硬不同的聚合物体系，通过实验寻找最佳的软硬段比例，期望获得最好的阻尼和力学性能。同时，聚氨酯制成的泡沫材料因为具有优良的隔热保温性能(主要是硬泡)和吸声性能(主要是软质泡沫)而被广泛地用作具有绝热、吸声及隔音功能的多层复合板材。从阻尼结构上看，常见的复合板材结构有：1.具有隔离层的复合阻尼结构板材，是在基本弹性层与阻尼层之间增加隔离层，隔离层是用轻质高刚度的材料制造(如硬质泡沫塑料、纸蜂窝、铝蜂窝等)。当基本弹性层产生弯曲振动时，此隔离层有类似于杠杆的放大作用，这样便可增加拉压变形，从而增加阻尼层材料能耗。2.吸收低频振动的复合阻尼结构板材，是在基本弹性层与阻尼层之间添加较软的聚氨酯泡沫，与一般的自由阻尼结构相比，该结构更适合于低频振动，具有宽阔的频率范围。3.消声复合阻尼结构板材，是在两层较为松软的材料(如石棉或泡沫)中间，夹入一层减振阻尼材料，只要各层厚度合适，便可起到很好的消音作用。另外，还有具有隔声功能的聚氨酯泡沫板材，从其隔声构造来看，常用的有夹芯板和中空填充板，其中夹芯板结构是用聚氨酯泡沫保温材料，粘合两面层板构成，这种构造的隔声特性在中频范围出现较大的隔声低谷。中空填充板构造是在中空板中填充一定厚度的聚氨酯泡沫吸声材料，以清除空腔中的驻波共振以及降低空腔的声压，这种构造的隔声特性在低频时出现明显的隔声低谷。但是，目前车辆、船舶和飞行器等的设计制造以及环境保护等都向多功能化方向发展，上述单一的阻尼结构或隔声结构的复合板材往往都难以同时满足阻尼、降噪、吸声、隔声和隔热等多方面的综合要求。如何克服上述所述聚氨酯泡沫复合板材所存在的缺点，研制出一种具有阻尼、降噪、隔热、隔声和吸声等综合性能于一体的多功能聚氨酯泡沫复合板材，是当前本技术领域中亟需解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有阻尼、降噪、隔热、隔声和吸声等综合性能为一体的多功能聚氨酯泡沫复合板材；本发明的另一个目的是还提供一种聚氨酯泡沫复合板材的制备方法。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种聚氨酯泡沫复合板材，由两个面板和复合芯板组成，其特征在于：两个面板包括多孔阻尼面板和光平面阻尼面板，其中，光平面阻尼面板为单面带不干胶层的实体平面板构成一侧面板；多孔阻尼面板是在另一块光平面阻尼面板平面上，按正方形或三角形规则排列设置了多个通孔的穿孔板作为另一侧面板；复合芯板由开孔聚氨酯成型板一面与多孔阻尼面板的不干胶层黏结形成单面芯板，单面芯板开孔聚氨酯成型板另一面与光平面阻尼面板的无不干胶层面，有间隙的在成型模具中，通过由A、B两组分聚氨酯泡沫组合料进行发泡熟化，形成闭孔聚氨酯泡沫板，并黏结在开孔聚氨酯成型板上，其黏合界面可以是平面界面，也可以是非平面界面；黏合成型多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
聚氨酯泡沫复合板材制备工艺步骤如下：
a.选择单面带不干胶的成型阻尼板做为一侧的光平面阻尼面板、选择相同材料的阻尼板备用，做为另一侧的多孔阻尼面板；
b.制备多孔阻尼面板，在步骤a所述的备用成型阻尼板打孔，多个通孔按照正方形或三角形规则排列，多个通孔的穿孔率保持在1％～5％之间，构成多孔阻尼面板；
c.选择开孔聚氨酯成型板，与多孔阻尼面板的不干胶层直接贴合压实、黏接牢固成双层的预复合单面芯板；
d.将预复合单面芯板一面与光平面阻尼面板无不干胶层面相对并有间隙叠加后，一起放入相应尺寸的模具中固定，其两板之间形成一个间隙空间；
e.将A、B两组分的闭孔聚氨酯泡沫组合料混合均匀后注入模具中两板之间的间隙内，经聚氨酯发泡熟化后成为闭孔聚氨酯泡沫板，同时与开孔聚氨酯成型板一面直接黏合成中间为复合芯板的多层结构复合体；
f.开模取出黏合成型好的多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
上述步骤a中所述成型阻尼板为粘弹性材料制成，包括橡胶阻尼板和塑料阻尼板。
上述步骤e中所述A、B两组分的闭孔聚氨酯泡沫组合料的A组分为异氰酸酯(黑料)；B两组分由多元醇和发泡助剂组成(白料)；A、B两组分的比例为1∶0.8-1.2。
上述步骤e中所述发泡闭孔聚氨酯泡沫板与开孔聚氨酯成型板的黏合界面可以是平面界面，也可以是非平面界面；非平面界面包括锯齿型界面和矩形界面。
本发明的多功能复合板材，采用聚氨酯发泡直接黏合成型工艺，从阻尼特性上讲，在多层结构中同时使用了不同玻璃态转变温度和模量的阻尼材料、聚氨酯泡沫材料，这样就可加宽温度带宽和频率带宽，多层结构中兼有吸声层和隔声层双重功能的轻质吸隔声结构，质量轻、吸声、隔声性能良好；构成多功能复合板材的材料采用了具有隔热功能的泡沫，尤其是隔热性能优良的闭孔聚氨酯泡沫作芯层，具有良好的隔热效果；制备工艺采用直接灌注的一次成型方法加工，在复合加工过程中，可不用黏合剂，制备方法简单，便于加工生产；而成型后的聚氨酯泡沫复合板材因有不干胶胶层，撕去不干胶胶层上的保护膜，就可直接与钢板、木板、塑料板等贴合黏接，应用安装方便。
由于采用了上述了多层复合板结构和采用聚氨酯发泡直接黏合成型方法制备的聚氨酯泡沫复合板材，使得本发明具有阻尼、降噪、隔热、隔声和吸声多功能为一体的综合性能，并且制备方法简单，安装使用方便，达到了发明目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2开孔与闭孔聚氨酯泡沫板间矩形结合界面示意图
图3开孔与闭孔聚氨酯泡沫板间锯齿型结合界面示意图
图4为本发明制备工艺流程示意图
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细描述本发明：
实施例1
一种聚氨酯泡沫复合板材，由面板和芯板组成，两个面板包括多孔阻尼面板1和光平面阻尼面板4，芯板包括开孔聚氨酯成型板2及闭孔聚氨酯泡沫板3；其中，光平面阻尼面板4为单面带不干胶层的实体平面板构成一侧面板；多孔阻尼面板1是在另一块光平面阻尼面板平面上，按正方形排列设置了多个通孔形成的穿孔板作为另一侧面板，多个通孔的通孔孔径为0.8mm，通孔中心距为10mm；开孔聚氨酯成型板2一面与多孔阻尼面板的不干胶层黏结形成单面芯板，单面芯板开孔聚氨酯成型板2另一面与光平面阻尼面板4的无不干胶层面，有间隙的对应叠加后放入成型模具中，将由异氰酸酯和多元醇和发泡助剂组成的A、B两组分以1∶1的比例混合注入模具中两层板的间隙中，进行发泡熟化，熟化后形成闭孔聚氨酯泡沫板3，并黏结在开孔聚氨酯成型板2上，其黏合面为平面界面；开模取出黏合成型的多层结构复合体后，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
聚氨酯泡沫复合板材的制备工艺步骤如下：
a.选择2mm厚带单面不干胶的聚氨酯材料的成型阻尼板做为一侧的光平面阻尼面板4、选择相同材料的阻尼板备用，做为另一侧的多孔阻尼面板1；
b.制备多孔阻尼面板，在步骤a所述的备用成型阻尼板打孔，多个通孔按照正方形规则排列，孔间距为10mm，孔内径为0.8mm，构成多孔阻尼面板1；
c.选择开孔聚氨酯成型板2为SDDG-2：厚度为10mm，密度为0.052g/cm3，开孔率为95％，导热系数为0.043w/(m·k)；开孔聚氨酯成型板2与多孔阻尼面板1的不干胶层直接贴合压实、黏接牢固成双层的预复合单面芯板；
d.将预复合单面芯板一面与光平面阻尼面板4无不干胶层面相对并有间隙叠加后，一起放入相应尺寸的模具中固定，其两板之间形成一个间隙空间，间隙距离为30mm。
e.将A、B两组分的闭孔聚氨酯泡沫组合料混合均匀后注入模具中两板之间的间隙内，经聚氨酯发泡熟化后成为闭孔聚氨酯泡沫板3，其中闭孔聚氨酯为GB07-10：厚度为30mm，密度为0.035g/cm3，闭孔率为95％，导热系数为0.033w/(m·k)；闭孔聚氨酯泡沫板3同时与开孔聚氨酯成型板2一面直接黏合成中间为复合芯板的多层结构复合体；
f.开模取出黏合成型好的多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
经测试，聚氨酯泡沫复合板材的吸声频率特性和隔声特性为，100～5000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数和声强法平均隔声量分别为0.30和21.2dB。
实施例2
一种聚氨酯泡沫复合板材，制备工艺步骤如下：
a.选择2mm厚带单面不干胶的三元乙丙胶材料成型阻尼板做为一侧的光平面阻尼面板4、选择相同材料的阻尼板备用，做为另一侧的多孔阻尼面板1；
b.选择步骤a中的三元乙丙胶材料的成型阻尼板为另一侧面板，对阻尼板进行打孔处理，构成多孔阻尼板1，按正方形开孔，孔间距为10mm，孔内径为0.8mm；
c.其他加工工艺步骤与实施例1相同，制备得到聚氨酯泡沫复合板材。
经测试，聚氨酯泡沫复合板材的吸声频率特性和隔声特性为：100～5000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数和声强法平均隔声量分别为0.30和25.1dB。
实施例3
一种聚氨酯泡沫复合板材，制备工艺步骤如下：
a.选择2mm厚带单面不干胶的聚氨酯材料的成型阻尼板做为一侧光平面阻尼面板4，选择相同材料的阻尼板备用，做为另一侧的多孔阻尼面板1；
复合单面芯板选择成型开孔聚氨酯板，其开孔聚氨酯泡沫BFPU-7G：厚度为10mm，，密度为0.051g/cm3，开孔率为94％，导热系数为0.042w/(m·k)；
发泡熟化后的闭孔聚氨酯为WGY-1：厚度为30mm，密度为0.039g/cm3，闭孔率为92％，导热系数为0.032w/(m·k)；
b.其他加工工艺步骤与实施例1相同，制备得到聚氨酯泡沫复合板材。
经测试，聚氨酯泡沫复合板材的吸声频率特性和隔声特性为：100～5000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数和声强法平均隔声量分别为0.30和22.5dB。
实施例4
一种聚氨酯泡沫复合板材，在实施例1至实施例3的基础上，将开孔聚氨酯成型板2及闭孔聚氨酯泡沫板3之间的结合界面制备为矩形非平面界面，矩形的宽度和深度均为10mm；
其他加工工艺步骤与实施例1相同制备得到聚氨酯泡沫复合板材。
经测试，聚氨酯泡沫复合板材的吸声频率特性和隔声特性为：在100～5000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数分别为0.34和25.7dB。
实施例5
一种聚氨酯泡沫复合板材，在实施例1至实施例3的基础上，将开孔聚氨酯成型板2及闭孔聚氨酯泡沫板3之间的结合界面制备为锯齿型非平面界面，锯齿的宽度和深度均为10mm。
其他加工工艺步骤与实施例1相同，制备得到聚氨酯泡沫复合板材。
经测试，聚氨酯泡沫复合板材的吸声频率特性和隔声特性为：在100～5000Hz频率范围内的驻波管法平均吸声系数分别为0.35和24.3dB。

Claims (6)

1.一种聚氨酯泡沫复合板材，由两个面板和复合芯板组成，其特征在于：两个面板包括多孔阻尼面板(1)和光平面阻尼面板(4)，其中，光平面阻尼面板(4)为单面带不干胶层的实体平面板构成一侧面板；多孔阻尼面板(1)是在另一块光平面阻尼面板平面上，按正方形或三角形规则排列设置了多个通孔的穿孔板作为另一侧面板；复合芯板由开孔聚氨酯成型板(2)一面与多孔阻尼面板(1)的不干胶层黏结形成单面芯板，单面芯板开孔聚氨酯成型板(2)另一面与光平面阻尼面板(4)的无不干胶层面，有间隙的在成型模具中，通过由A、B两组分聚氨酯泡沫组合料进行发泡熟化，其中A组分为异氰酸酯，B组分由多元醇和发泡助剂组成，A、B两组分的比例为1∶0.8-1.2；发泡熟化后形成闭孔聚氨酯泡沫(3)板，并黏结在开孔聚氨酯成型板(2)上，其黏合界面是平面界面或非平面界面；黏合成型的多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
2.实现权利要求1所述聚氨酯泡沫复合板材的方法，其工艺步骤如下：
a.选择单面带不干胶的成型阻尼板做为一侧的光平面阻尼面板(4)、选择相同材料的阻尼板备用，做为另一侧的多孔阻尼面板(1)；
b.制备多孔阻尼面板，在步骤a的备用成型阻尼板打孔，多个通孔按照正方形或三角形规则排列，多个通孔的穿孔率保持在1％～5％之间，构成多孔阻尼面板(1)；
c.选择开孔聚氨酯成型板(2)，与多孔阻尼面板(1)的不干胶层直接贴合压实、黏接牢固成双层的预复合单面芯板；
d.将预复合单面芯板一面与光平面阻尼面板(4)无不干胶层面相对并有间隙叠加后，一起放入相应尺寸的模具中固定，其两板之间形成一个间隙空间；
e.将A、B两组分的闭孔聚氨酯泡沫组合料混合均匀后注入模具中两板之间的间隙内，经聚氨酯发泡熟化后成为闭孔聚氨酯泡沫板(3)，同时与开孔聚氨酯成型板(2)一面直接黏合成中间为复合芯板的多层结构复合体；
f.开模取出黏合成型好的多层结构复合体，经修边处理后得到聚氨酯泡沫复合板材。
3.根据权利要求2所述聚氨酯泡沫复合板材的方法，其特征在于：步骤a中的成型阻尼板面板(1、4)为粘弹性材料制成。
4.根据权利要求3所述的聚氨酯泡沫复合板材的方法，其特征在于：所述粘弹性材料包括橡胶阻尼板和塑料阻尼板。
5.根据权利要求2所述聚氨酯泡沫复合板材的方法，其特征在于：步骤e中所述发泡闭孔聚氨酯泡沫板(3)与开孔聚氨酯成型板(2)的黏合界面是平面界面或是非平面界面。
6.根据权利要求5所述聚氨酯泡沫复合板材的方法，其特征在于：非平面界面包括锯齿型界面和矩形界面。
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