CN101775209B - 一种高分子薄膜吸声材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高分子薄膜吸声材料及其制备方法。该材料是由聚苯胺或聚吡咯、纳米添加剂、成膜辅助剂组成，这些物质根据导电率的变化方式按比例配制成聚合物薄膜。该薄膜材料具有宽吸声频带和强吸声能力，在声波125Hz～4000Hz频率范围内的平均吸声系数大于0.5，最大吸声系数达到0.95，尤其是解决了一般吸声材料低频段吸声效果差的缺陷。该薄膜吸声材料的材质轻且薄，厚度只有0.2～0.6毫米、每平方米重量只有200～500克。

Description

一种高分子薄膜吸声材料及其制备方法

技术领域

本发明属于特种高聚物功能材料的技术领域，具体涉及一种高分子薄膜吸声材料及其制备方法。 

背景技术

噪声污染已成为当代世界性的问题，同水污染和大气污染一起被列为全球三大污染。随着工业、农业、交通运输事业的迅速发展，噪声污染日趋严重，它对人们身心健康的危害，日益为人们所认识和关注；并且在人口密集、经济发达的大中城市，噪声污染的程度越加严重，成为环境治理过程中倍受关注的热点问题。 

目前作为吸声材料，普遍采用多空型材料，多为纤维材料、颗粒材料、泡沫材料和金属材料等，全为轻质材料。作为隔声材料，主要是钢材、钢筋混凝土、加气混凝土、实心粘土砖等，例如中国专利CN1424350A和CN1660565A以及CN1937031A等。但使用玻璃纤维材料(CN1660565A)的吸音尚可，其隔声效果不太理想；采用钨粉和PVC(CN1424350A)隔声材料的成本较高，不经济。 

日本专利JP2002287767公开了如下制造的汽车用吸声材料：涂覆并整体模塑垫状吸声材料，其中矿石棉、玻璃纤维和聚酯纤维以混合态不规则排列，而且上述纤维用纤维状粘合剂(如低沸点聚酯纤维)粘合在一起，并对由聚酯纤维基无纺布构成的表面材料进行水、油、和阻燃处理。此外，日本专利JP2002161465也公开了如下制造的吸声材料：在层状结构的一个表面层采用阻燃性聚酯长丝无纺布做表面材料，所述层状结构包括通过针状结构材料熔为一体后，经过熔喷的无纺布和聚酯无纺布。在这个技术中，阻燃吸声材料是通过将吸声材料和阻燃表面材料一体化制造的。由于垫状吸声材料及涂覆在吸声材料上的表面材料是整体模塑的，因此需要在纤维状粘合剂的熔点或更高温度下进行热压模塑，这就使其制造工艺复杂。此外，在使用含卤素基阻燃性聚酯纤维的情况下，人们担心吸声材料在燃烧时会产生有毒气体。 

中国专利CN101038741A公开了水泥基复合吸声材料，该复合吸声材料由纤维质多孔吸波材料、表面改性剂、水泥和水混合分层布料压制而成。该发明经原料搅拌、分层布料、合模加压、养护、切割等步骤加工水泥基复合吸声材料，其工艺简单、易操作、成本低降噪系数高、防火防腐，可直接用作吸声型屏障。但只适用于交通路网吸声降噪工程，对百姓家庭及一些小的建筑工程作用不大，同时该材料太厚、使用不够方便。 

中国专利CN101038741A公开了一种低频吸声材料，该材料为纤维材料或多孔复合材料，其密度为200～2000Kg/m³、厚度为1～50毫米，在低频125Hz～500Hz范围内的吸声系数达到0.5～0.96之间。但该材料较厚重，吸音波频段较窄。 

金属泡沫和纤维多孔性金属吸声材料存在低频吸声性能差、制作成本及工艺条件不容易控制；它们作为无纤共振吸声材料(结构)的代表，其吸声频带较窄，一般只适用于中、低频范围的单频吸声。高分子材料具有防腐无污染和良好吸声性能，已得到了广泛关注和应用，其中以聚氨酯泡沫为代表的多孔材料高频(2000Hz～4000Hz)吸声效果较好，但在中、低频(125Hz～2000Hz)的吸声效果较差；而由塑料颗粒压制成型的颗粒微孔材料在中低频吸声效果较好，高频的吸声性能不理想。并且低频吸声往往要求材料具有相当的厚度或留有空腔。 

这些吸声材料一般都是通过振动摩擦作用消耗声能达到吸声的目的，但是在低频波段其声波振动作用不明显，使低频吸声效果不显著。因此，开发具有宽吸声频带或吸声频带范围可控的高效吸声性能的薄质材料势在必行。本发明旨在开发新型宽频有机高分子聚合物薄膜吸声材料，通过材料分子的振动摩擦和电子能量转化消耗声能达到吸声的目的，从而提高在高、低频声波范围的吸声效果。其制备方法在国内外均未见报导。 

发明内容

本发明的目的是公开一种新型高分子薄膜吸声材料，包括导电高聚物的合成及其成膜的方法和主要用途。 

本发明所提供的一种高分子薄膜吸声材料，是由聚苯胺或聚吡咯、纳米添加剂和辅助成膜剂组成。将这三种物质根据电导率变化大小的方式按照一定比例掺杂并形成一体，涂置于载体材料上，制成高分子薄膜吸声材料。该薄膜吸声材料具有以下特征： 

所述的高分子薄膜吸声材料在声波125Hz～4000Hz的频率范围的平均吸声系数大于0.5，最大吸声系数可达0.95。 

所述高分子聚合物薄膜吸声材料的材质轻薄，厚度只有0.2～0.6毫米、每平方米重量只有200～500克。 

所述高分子薄膜吸声材料由至少一种以上的聚苯胺及其衍生物、聚吡咯及其衍生物构成。 

为了提高吸声效果，克服高分子链交联紧缩状态以及增加高聚物的导电性，本发明增加了至少一种以上的纳米添加剂，这些纳米添加剂包括纳米氧化锌、纳米二氧化钛、纳米石墨或纳米珍珠粉等。 

所述高分子薄膜的辅助成膜剂为环氧树脂、聚氨酯树脂、聚酰胺树脂、聚氧乙烯树脂、丙烯酸树脂、醋酸纤维等中的至少一种以上。 

所述的载体材料为轻薄布，它们是尼龙布、涤纶布、丝织品、腈纶布等；或为小于20微米厚度的轻薄塑料膜，如聚酯薄膜、聚丙烯薄膜、聚乙烯醇缩丁醛薄膜、聚氟乙烯薄膜等；也可以用无纺布做载体。 

并且高分子聚合物与纳米添加剂的比例为1∶(0.1～0.5)，最优比例为1∶0.3；高分子聚合物与辅助成膜剂的比例为(1～5)∶1，最优比例为(1.5～2.5)∶1。 

本发明所述的高分子聚合物薄膜吸声材料是由聚苯胺或聚吡咯导电高聚物、纳米添加剂、和辅助成膜剂组成，根据电导率变化大小的方式将三组分按照比例形成一体涂放在载体材料上，制成厚度只有0.2～0.6毫米、每平方米重量只有200～500克的薄膜吸声材料。由于该吸声材料利用了分子内部的振动摩擦和电子能量转化消耗声波能量，达到了在高、低频声波范围的吸声目的，因而其吸声效果都较好，在声波125Hz～4000Hz的波频范围内具有强吸声能力，平均吸声系数大于0.5，最大吸声系数达到0.95。 

本发明所述导电高分子聚合物吸声材料具有如下突出优点： 

1.通过化学方法合成有机高聚物薄膜吸声材料，大大地拓宽了材料的吸声频带，从低频125Hz至高频4000Hz都取得显著的吸声效果。 

2.本发明吸声材料中所选用的导电高聚物都是含大共轭体系高聚物。所选用辅助成膜剂的耐热、耐水性都很好，并且抗酸碱腐蚀性。如环氧树脂类、改性聚丙烯酸类。其添加剂大部分是纳米无机物，抗热、耐老化性能却很好。 

3.原材料来源容易、成本较低、成膜的工艺简单适用大生产。 

4.本发明产品可用于建筑墙体、道路交通、隧道、地铁、高速铁路等运输车辆、轮船噪声的吸声材料或声吸屏障；也可以用于家用电器，如空调、冰箱、洗衣机等，为百姓家庭营造安静舒适的环境；还可以用于军用的潜艇作为声隐身的材料。 

具体实施方式

本发明所述的是一种新型高分子薄膜吸声材料，该吸声材料含有高分子导电聚合物、纳米导电物质和一些辅助成膜剂，根据电导率变化大小的方式，按照一定的比例将它们混合起来，形成具有吸声性能的导电高分子聚合物薄膜材料。它具有材质轻薄，厚度只有0.2～0.6毫米、每平方米重量只有200～500克。 

高分子薄膜吸声材料的实验制作步骤： 

聚苯胺制备→掺杂→涂膜→烘干 

首先合成导电高聚物，然后溶成液体，加入成膜辅助剂、导电添加剂等。通过超声波与高速分散研磨机充分分散溶合成油状态，过滤后可以直接喷涂或刷涂于需要消声的物体上，也可以喷涂在织物布上、无纺布上或塑料薄膜上制成厚度为0.2～0.5毫米的聚合物薄膜吸声材料。 

高分子薄膜吸声材料吸声性能测试方法：实验依据自动化仪表JISA1405“建筑材料正入射吸声系数的管测试法”在各种频率下测量。将制备的导电高分子聚合物薄膜放置在测试仪器中的正对声源位置，通过法向入射声波，测量其不同声频的吸声系数。通过测试结果表明，本发明吸声材料在声频为125Hz～4000Hz范围内的法向入射平均吸声系数在0.5以上，最大吸声系数达到0.95，最低吸声系数0.32。 

下面以实施例对本发明做进一步描述，但本发明并不仅限于实施例。需要说明的是本发明的特征值是按照以下方法得到的。 

实施例1：制备聚苯胺薄膜 

碱性聚苯胺的合成反应方程式： 

导电聚苯胺的制备：三口瓶中按比例加入苯胺、盐酸溶液，在高速搅拌下，在冰水浴中将过硫酸铵的盐酸溶液慢慢滴入溶液中。滴完后，保持反应温度0℃下，反应7～12小时。然后静置12～16小时后，过滤洗涤至中性，真空干燥待用。 

因此，取聚苯胺10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.32毫米的薄膜。其吸声系数测试结果见表1所示。 

实施例2：制备聚苯胺石墨薄膜 

导电聚苯胺的制备同实例1。按聚苯胺∶纳米石墨＝1∶0.2的比例取聚苯胺聚合体10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.35毫米的薄膜。其吸声系数测试结果见附表1所示。 

实施例3：制备聚苯胺石墨薄膜 

导电聚苯胺的制备同实例1。按聚苯胺∶纳米石墨＝1∶0.3的比例取聚苯胺聚合体10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液， 然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.43毫米的薄膜。其吸声系数测试结果见附表1所示。 

实施例4：制备聚苯胺石墨薄膜 

导电聚苯胺的制备同实例1。按聚苯胺∶纳米石墨＝1∶0.4的比例取聚苯胺聚合体10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.41毫米的薄膜。测得的吸声系数见附表1所示。 

实施例5：制备聚吡咯薄膜 

导电聚吡咯的制备：于三口瓶中按比例加入氯化铁，盐酸溶液，同时通入氮气，再加入吡咯，搅动1小时。将反应物沉淀放置4-6小时，然后过滤洗涤至中性，再真空干燥，得到导电聚吡咯产品。 

再取聚吡咯10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.36毫米的薄膜。测得的吸声系数见附表1所示。 

实施例6：制备聚吡咯石墨薄膜 

导电聚吡咯的制备同实例5。按聚吡咯∶纳米石墨＝1∶0.3的比例取聚吡咯10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.44毫米的薄膜。其吸声系数测试结果见附表1所示。 

实施例7：制备聚吡咯石墨薄膜 

导电聚吡咯的制备同实例5。按聚吡咯∶纳米石墨＝1∶0.4的比例取聚吡咯聚合体10份、环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.46毫米的薄膜。测其吸声系数见附表1所示。 

比较实施例：吸声材料的吸声空白对照 

取环氧树脂2份、聚酰胺树脂1份、N-甲基吡咯烷酮60份、丁酮20份，用超声波制成浆液，然后涂在尼龙布上，经干燥制成厚度为0.37毫米的薄膜。。其吸声系数测试结果见附表1所示。 

附表1：各种导电高分子聚吡咯聚苯胺薄膜的吸声效果测试结果* 

(*)实验依据JISA1405“建筑材料正入射吸声系数的管测试法”测试，在125HZ～4000HZ范围内测量得到上述数据。 

工业实用性 

本发明吸声材料可很方便用于城市道路交通、地铁、隧道、高速铁路、高速公路等车辆、飞机、轮船、潜艇等噪音的吸声；以及各种建筑墙体、土木工程以及百姓家庭装修等除噪声使用。还可用于家庭电器，如冰箱、空调、洗衣机等设备噪音的吸声等。 

Claims (3)

1.一种高分子薄膜吸声材料，其特征在于：该吸声材料是由聚吡咯和纳米添加剂以及成膜辅助剂组成；将这三种组分根据电导率变化大小的方式按照一定比例掺杂并形成一体，涂置于载体材料上，制成高分子薄膜吸声材料；所述的纳米添加剂包括纳米石墨或纳米氧化锌或纳米二氧化钛或纳米珍珠粉，所述的成膜辅助剂为聚酰胺树脂或聚氧乙烯树脂或醋酸纤维；所述的聚吡咯与纳米添加剂的比例为1∶0.1～0.5，聚吡咯与成膜辅助剂的比例为1～5∶1。

2.实现权利要求1所述的一种高分子薄膜吸声材料的制备方法，其特征在于：先合成聚吡咯，然后溶成液体，分别加入氧化锌或二氧化钛和聚酰脂树脂，通过超声波与高速分散研磨机充分分散溶合成油状态，过滤后涂膜，所形成的该吸声材料材质轻薄，厚度为0.2～0.6mm，重量为200～500g/m²。

3.根据权利要求1所述的一种高分子薄膜吸声材料，其特征在于：该吸声材料在声波频率125Hz～4000Hz范围内的平均吸声系数大于0.5，最大吸声系数可达0.95。