CN101719367B

CN101719367B - 低密度水下吸声板材及其制备方法

Info

Publication number: CN101719367B
Application number: CN2009102730239A
Authority: CN
Inventors: 梅志远; 李�浩; 崔忠杰; 鲁程
Original assignee: Naval University of Engineering PLA
Current assignee: Naval University of Engineering PLA
Priority date: 2009-12-01
Filing date: 2009-12-01
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2029-12-01
Also published as: CN101719367A

Abstract

本发明涉及一种主要用于水下夹层结构芯材的低密度水下吸声板材及其制备方法。该板材不仅能有效吸声，且相对密度低，它由上层和下层分层浇注固化成型；上层的原料组分重量百分比：基体树脂55～75％、填料10～20％、固化剂10～30％、助剂1～5％；下层的原料组分重量百分比：基体树脂40～65％、填料15～30％、固化剂15～40％、助剂1～5％；填料含有粒径在10～800μm的空心玻璃微珠；上层和下层的厚度比为1∶3～5。其制备方法是首先对上下层各原料进行脱水预处理，按板材整体相对密度在0.75～0.85以及上、下层组分含量对原料分别配比称量，对上下层的基体树脂进行预热，然后加入填料，再加入助剂和固化剂，使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注固化方法。

Description

低密度水下吸声板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及水下吸声材料，尤其涉及一种主要用于水下夹层结构芯材的低密度水下吸声板材及其制备方法。

背景技术

用透声性能好的高强度纤维增强复合材料作面层，用高分子吸声材料作为芯材，可以制得三明治夹层结构复合材料，这种复合材料集承载与吸声功能于一体，具有振动阻尼性能好、无磁特征、容易成型等优点，将成为未来水下结构吸声研究的重要方向。三明治夹层复合材料用于水下吸声结构的研究，在国外已有30多年的历史。随着技术的进一步成熟，直接使用三明治夹层吸声结构代替原有的“钢板+消声覆盖层”结构，已成为未来水下吸声结构的发展趋势之一。

三明治夹层结构的表层纤维增强复合材料主要起承载的作用，吸声芯材则主要用于衰减入射声波，并将其转化为热能而损耗掉，起到吸收不同频率声波的功能。但以往研究的上述夹层结构的吸声芯材，如吸声橡胶等，在不开空腔或发泡的情况下，要具有良好的水下吸声效果，其相对密度(相对于水)很难做到1以下，且厚度一般在50mm以上，使得夹层结构的整体重量较大，限制了这种结构的使用范围。

发明内容

本发明的目的就是克服上述现有吸声芯材的不足，提供一种不仅能在水下环境中吸收声波，而且相对密度仅在0.8±0.05的低密度水下吸声板材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供的一种低密度水下吸声板材由上层和下层分层浇注固化成型；所述上层的原料组分重量百分比为：基体树脂55～75％、填料10～20％、固化剂10～30％、助剂1～5％；所述下层的原料组分重量百分比为：基体树脂40～65％、填料15～30％、固化剂15～40％、助剂1～5％；所述填料含有粒径在10～800μm的空心玻璃微珠；所述上层和下层的厚度比为1∶3～5。

所述基体树脂为聚氨酯、环氧树脂6350和聚氨酯改性环氧树脂中的任意一种至三种。

所述填料还可包括白云母或者短切纤维中的一种或者两种。

所述固化剂为593、聚酰胺650、聚醚胺D2000、聚醚胺T5000、DMP-30中的任意一种至五种。

所述助剂为偶联剂KH550、稀释剂501、分散剂BYK903中的任意一种至三种。

所述填料是用偶联剂进行表面处理并干燥得到的。

上述低密度水下吸声板材的制备方法是：首先对上、下层各原料进行脱水预处理，按板材整体相对密度在0.75～0.85以及上、下层组分含量对原料分别配比称量，对上、下层的基体树脂进行预热，然后加入填料，再加入助剂和固化剂，使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层用下层预处理原料浇注30分钟后用上层预处理原料进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃烘箱中进行后固化处理2～3小时即可。

在对上、下层各原料进行脱水预处理的过程中，各填料是用偶联剂进行表面处理后再干燥。

本发明与现有用于夹层结构的吸声芯材相比，其厚度仅在25mm的情况下即可达到所要求的声吸收效果，并满足结构承载强度及刚度要求，且相对密度仅为0.75～0.85，大大降低了夹层结构的整体重量。尤其是将含空心玻璃微珠的填料填充于基体树脂，不仅降低了整个板材的反射率，提高了吸声效果，而且使板材的相对密度降低到了1以下。采用上层和下层分层浇注固化成型结构的主要优点在于：

(1)能够在两层的分界面上增加一次反射，提高了同等条件下的吸声系数；

(2)板材上层的阻抗与水的阻抗相当，使声波更有利于进入吸声材料而被吸收，从而达到降低反射系数和增大吸声系数的目的，使材料具有良好的水下声吸收效果。下层的相对密度比上层要小，在0.7左右，在增大材料吸声系数同时降低了板材的整体密度。

附图说明

图1为实施例1中25mm厚吸声板材的反射频谱；

图2为实施例1中25mm厚吸声板材的吸声频谱。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明的低密度水下吸声板材及其制备方法作进一步的详细描述：

以下均以生产1000kg低密度水下吸声板材为例：

实施例1：

上层组分：基体树脂200kg(其中：环氧树脂6350为100kg、聚氨酯改性环氧树脂为100kg)，填料45kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为15kg、空心玻璃微珠K-600为5kg、空心玻璃微珠K-180为5kg、白云母为20kg)，固化剂45kg(其中：593为30kg、聚醚胺D2000为15kg)，助剂10kg(偶联剂KH550)；

下层组分：基体树脂450kg(其中：聚氨酯为200kg，聚氨酯改性环氧树脂为250kg)，填料115kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为30kg、空心玻璃微珠K-600为20kg、空心玻璃微珠K-800为20kg、空心玻璃微珠K-100为20kg、白云母为20kg、短切纤维为5kg)，固化剂125kg(其中：593为65kg、聚醚胺D2000为20kg、聚醚胺T5000为30kg、DMP-30为10kg)，助剂10kg(偶联剂KH550)。前述的短切纤维由玻璃纤维布裁剪而成，可用于改善板材的力学性能。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理3小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.79，上层和下层的厚度比为1∶3.5。

如图1所示的反射频谱可见，该实施例的板材在厚度只有25mm的情况下，除了5～12kHz的频段，其它频段的反射系数都在0.5以下，使声波能够顺利的进入吸声材料而被吸收；由图2所示的吸声频谱可见，该实施例的板材在厚度只有25mm的情况下，在2kHz～25kHz频段内，吸声系数都在0.3以上。其中，在18kHz以上频段，吸声系数在0.75以上，具有良好的高频吸声性能。

实施例2：

上层组分：基体树脂170kg(聚氨酯改性环氧树脂)，填料35kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为10kg、空心玻璃微珠K-180为15kg、白云母为10kg)，固化剂40kg(593)，助剂5kg(偶联剂KH550)；

下层组分：基体树脂450kg(环氧树脂6350)，填料140kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为60kg、空心玻璃微珠K-600为10kg、空心玻璃微珠K-180为40kg、白云母为30kg)，固化剂140kg(其中：593为100kg、聚醚胺T5000为40kg)，助剂20kg(偶联剂KH550)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理2小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.78，上层和下层的厚度比为1∶3.2。

实施例3：

上层组分：基体树脂200kg(其中：环氧树脂6350为100kg、聚氨酯改性环氧树脂为100kg)，填料45kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为20kg、空心玻璃微珠K-180为5kg、空心玻璃微珠K-100为20kg)，固化剂45kg(其中：593为30kg、聚醚胺T5000为15kg)，助剂10kg(偶联剂KH550)；

下层组分：基体树脂400kg(聚氨酯改性环氧树脂)，填料150kg(其中：空心玻璃微珠K-600为30kg、空心玻璃微珠K-180为30kg、空心玻璃微珠K-800为50kg、白云母为40kg)，固化剂120kg(其中：593为80kg、聚醚胺D2000为30kg、DMP-30为10kg)，助剂30kg(其中：偶联剂KH550为10kg、稀释剂501为10kg、分散剂BYK903为10kg)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理2.5小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.76，上层和下层的厚度比为1∶5。

实施例4：

上层组分：基体树脂200kg(其中：环氧树脂6350为100kg、聚氨酯改性环氧树脂为100kg)，填料45kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为20kg、空心玻璃微珠K-180为5kg、白云母为20kg)，固化剂45kg(其中：593为30kg、聚醚胺T5000为45kg)，助剂10kg(偶联剂KH550)；

下层组分：基体树脂450kg(其中：环氧树脂6350为250kg、聚氨酯改性环氧树脂为200kg)，填料110kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为40kg、空心玻璃微珠K-600为25kg、空心玻璃微珠K-100为20kg、白云母为20kg、短切纤维为5kg)，固化剂130kg(其中：593为90kg、聚醚胺T5000为40kg)，助剂10kg(偶联剂KH550)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理3小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.81，上层和下层的厚度比为1∶4。

实施例5：

上层组分：基体树脂245kg(聚氨酯改性环氧树脂)，填料45kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为25kg、空心玻璃微珠K-800为5kg、空心玻璃微珠QH-450为5kg、白云母为10kg)，固化剂45kg(593)，助剂5kg(偶联剂KH550)；

下层组分：基体树脂450kg(其中：聚氨酯为300kg、环氧树脂6350为150kg)，填料150kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为60kg、空心玻璃微珠K-600为30kg、空心玻璃微珠K-800为30kg、白云母为30kg)，固化剂140kg(其中：593为60kg、聚醚胺D2000为10kg、聚醚胺T5000为20kg、DMP-30为50kg)，助剂15kg(偶联剂KH550)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理2小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.76，上层和下层的厚度比为1∶5。

实施例6：

上层组分：基体树脂200kg(聚氨酯)，填料45kg(其中：空心玻璃微珠K-180为5kg、空心玻璃微珠K-100为20kg、白云母为20kg)，固化剂45kg(其中：聚醚胺T5000为20kg、DMP-30为25kg)，助剂10kg(其中：偶联剂KH550为5kg、稀释剂501为5kg)；

下层组分：基体树脂400kg(聚氨酯改性环氧树脂)，填料170kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为80kg、空心玻璃微珠K-600为30kg、空心玻璃微珠K-100为40kg、白云母为20kg)，固化剂110kg(其中：593为80kg、聚醚胺D2000为30kg)，助剂20kg(其中：偶联剂KH550为10kg、稀释剂501为10kg)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理3小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.8，上层和下层的厚度比为1∶3.5。

实施例7：

上层组分：基体树脂225kg(其中：聚氨酯为100kg、环氧树脂6350为125kg)，填料30kg(其中：空心玻璃微珠K-600为5kg，空心玻璃微珠K-180为5kg、空心玻璃微珠K-800为10kg、空心玻璃微珠QH-450为5kg、空心玻璃微珠K-100为5kg)，固化剂30kg(其中：593为20kg、聚酰胺650为5kg、聚醚胺T5000为5kg)，助剂15kg(其中：偶联剂KH550为5kg、稀释剂501为5kg、分散剂BYK903为5kg)；

下层组分：基体树脂280kg(环氧树脂6350)，填料210kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为50kg、空心玻璃微珠K-600为10kg、空心玻璃微珠K-180为30kg、空心玻璃微珠K-800为20kg、空心玻璃微珠K-800为40kg、空心玻璃微珠QH-450为30kg、空心玻璃微珠K-100为20kg、白云母为5kg、短切纤维为5kg)，固化剂203kg(其中：聚醚胺T5000为100kg、DMP-30为103kg)，助剂7kg(稀释剂501)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理2小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.81，上层和下层的厚度比为1∶3。

实施例8：

上层组分：基体树脂165kg(环氧树脂6350)，填料60kg(其中：空心玻璃微珠QH-700为30kg、空心玻璃微珠K-600为10kg、空心玻璃微珠QH-450为10kg、空心玻璃微珠K-100为5kg、白云母为5kg)，固化剂72kg(其中：593为30kg、聚酰胺650为20kg、聚醚胺D2000为10kg、DMP-30为12kg、)，助剂3kg(分散剂BYK903)；

下层组分：基体树脂315kg(其中：聚氨酯150kg、环氧树脂6350为165kg)，填料105kg(其中：空心玻璃微珠K-180为30kg、空隙玻璃微珠K-100为50kg、白云母为25kg)，固化剂245kg(其中：593为80kg、聚酰胺650为30kg、聚醚胺D2000为50kg、聚醚胺T5000为40kg、DMP-30为45kg)，助剂35kg(偶联剂KH550为20kg、稀释剂501为5kg、分散剂BYK903为10kg)。

按上述配比称量好进行脱水处理后的基体树脂，预热后加入用偶联剂进行表面处理后的干燥填料，再加入助剂和固化剂，采用电动搅拌等分散工艺使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层浇注30分钟后进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃的烘箱中进行后固化处理2.5小时得到本发明的一种低密度水下吸声板材。该产品的相对密度为0.79，上层和下层的厚度比为1∶3.7。

显然，本发明的吸声板材并不限于上述实施例，例如：除了实施例1中上层的基体树脂为环氧树脂6350和聚氨酯改性环氧树脂的混合之外，聚氨酯、环氧树脂6350和聚氨酯改性环氧树脂中任意两种的组合作为该吸声板材上层基体树脂的原料均能够达到本发明的技术效果；同理，聚氨酯、环氧树脂6350和聚氨酯改性环氧树脂中的任一种作为原料、或者三种组分的混合作为原料，也都能够达到本发明的技术效果。类似地，填料只要含有粒径在10～800μm的空心玻璃微珠，其具体规格也不受上述实施例的限制；且填料还可包括白云母和短切纤维中的一种或者两种。固化剂可以是593、聚酰胺650、聚醚胺D2000、聚醚胺T5000、DMP-30中的任意一种、两种、三种、四种或者五种。助剂可以是偶联剂KH550、稀释剂501、分散剂BYK903中的任意一种、两种或者三种。

Claims

1.一种低密度水下吸声板材，其特征在于：该吸声材料由上层和下层分层浇注固化成型；所述上层的原料组分重量百分比为：基体树脂55～75％、填料10～20％、固化剂10～30％、助剂1～5％；所述下层的原料组分重量百分比为：基体树脂40～65％、填料15％～17/70×100％、固化剂15～40％、助剂1～5％所述填料含有粒径在10～800μm的空心玻璃微珠；所述上层和下层的厚度比为1∶3～5；板材上层的阻抗与水的阻抗相当，下层的相对密度比上层要小；所述助剂为偶联剂KH550、稀释剂501、分散剂BYK903中的任意一种至三种。

2.根据权利要求1所述的低密度水下吸声板材，其特征在于：所述基体树脂为聚氨酯、环氧树脂6350和聚氨酯改性环氧树脂中的任意一种至三种。

3.根据权利要求1所述的低密度水下吸声板材，其特征在于：所述填料还包括白云母和短切纤维中的一种或者两种。

4.根据权利要求1所述的低密度水下吸声板材，其特征在于：所述固化剂为593、聚酰胺650、聚醚胺D2000、聚醚胺T5000、DMP-30中的任意一种至五种。

5.根据权利要求1至4中任一权利要求所述的低密度水下吸声板材，其特征在于：所述填料是用偶联剂进行表面处理并干燥得到的。

6.一种如权利要求1所述低密度水下吸声板材的制备方法，其特征是首先对上、下层各原料进行脱水预处理，按板材整体相对密度在0.75～0.85以及上、下层组分含量对原料分别配比称量，对上、下层的基体树脂进行预热，然后加入填料，再加入助剂和固化剂，使填料在基体树脂中充分分散，引发交联并进行抽真空处理后倒入模具中，采取先下层后上层的分层浇注方法，下层用下层预处理原料浇注30分钟后用上层预处理原料进行上层浇注，然后在常温下固化12小时，脱模后放入70～80℃烘箱中进行后固化处理2～3小时即可。

7.根据权利要求6所述的低密度水下吸声板材的制备方法，其特征是在对上、下层各原料进行脱水预处理的过程中，各填料是用偶联剂进行表面处理后再干燥。