CN102275346A - 一种吸声复合结构材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸声复合结构材料及其制备方法，该材料的组分包括，氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料和穿孔板。其中，氯化聚乙烯与七孔涤纶短纤的质量比为4∶1；制备包括：(1)将不锈钢按三角形分布方式进行打孔后，对表面进行清洁即得穿孔板；(2)在氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的表面平涂粘合剂，即得。本发明的吸声复合结构材料可以有效吸收声能，随结构层数的增加，能充分利用多孔材料与薄膜共振两种不同吸声机理协同拓宽吸声作用频域；且制备简单，适合于工业化生产。

Description

一种吸声复合结构材料及其制备方法

技术领域

本发明属吸声材料技术领域，特别是涉及一种吸声复合结构材料及其制备方法。

背景技术

在现有的吸声材料中，一种是利用共振方式完成能量转化而达到吸声的目的，其常在特定频率段具有较好的吸声性能，而远离这频率段的吸声性能较差；另一种多孔性材料是声波通过穿越材料的孔隙后，引起孔隙中的空气与材料的振动，通过摩擦和黏滞阻力，将声能转化成热能而加以吸收，其一般只在高频段具有良好的吸声性能，为了能在中低频得到较好的吸声性能，材料经常需要做得很厚。

在实际工程应用中，人们总希望在材料较轻薄同时具有相当的力学性能的前提下，获得良好的吸声性能，以降低工作场所、居住处的振动和噪音污染。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种吸声复合结构材料及其制备方法，该吸声复合结构材料的吸声结构可以在振动时有效吸收能量，随结构层数的增加，能充分利用多孔材料与薄膜共振两种不同吸声机理协同拓宽吸声作用频域；且制备简单，适合于工业化生产。

本发明的一种吸声复合结构材料，其组分包括：氯化聚乙烯(CPE)/七孔涤纶短纤(Seven-hole Hollow Polyester Staple Fiber，SHPS)复合材料和穿孔板；其中，氯化聚乙烯与七孔涤纶短纤的质量比为4∶1。

所述的穿孔板的厚度为1～5mm；孔径为2～5mm；孔隙率为40％～60％；孔按三角形方式均匀分布，表面进行光洁处理，不能有毛丝。

所述氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的厚度为1～3mm。

双层结构的穿孔板与复合材料的厚度比为1∶3～5∶1，多层结构可按此比例进行组合如三层穿孔板/复合材料/穿孔板结构的厚度比为1∶3∶1～5∶1∶5。

所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的双重复合；其中穿孔板与复合材料的厚度比为1∶3～5∶1。

所述的吸声所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料与穿孔板的三层复合；其中穿孔板/复合材料/穿孔板的厚度比为1∶3∶1～5∶1∶5

所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料与穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的四层复合。

本发明的一种吸声复合结构材料的制备方法，包括：

(1)穿孔板的制备

将不锈钢按三角形分布方式进行打孔后，对表面进行清洁即得穿孔板；

(2)穿孔板与复合材料的复合制备

在氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的表面平涂粘合剂，自然挥发一会，即得吸声复合结构材料。

所述步骤(1)中的打孔在数控机床上进行。

所述步骤(2)中的氯化聚乙烯(CPE)/七孔涤纶短纤(Seven-hole Hollow Polyester StapleFiber，SHPS)复合材料的制备，包括：

在辊筒中先加入氯化聚乙烯粉末，同时用切刀作辅助性混合，制得薄片；加入七孔涤纶短纤，用切刀作辅助混炼，冷却后得混炼薄片；将混炼薄片均匀地铺在模子内腔中，模子上下用钢板夹住，且在钢板与模子间用一层高温防粘膜；将所述钢板移入平板硫化机，卸载预熔、加压，取下钢板，连同混料用水冷却，脱膜得氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料；其中，氯化聚乙烯与七孔涤纶短纤的质量比为4∶1；

作为优选的技术方案所述的辊筒的温度为60～70℃；总混炼时间为40～60分钟；卸载预熔条件为140～180℃，预熔10～30分钟；硫化加压条件为10～18Mpa压力下加压10～30分钟；复合材料厚度1～3mm。

所述步骤(2)中的粘合剂为乐泰496(Loctite 496)；胶平涂于复合材料表面时，量不能太多，以免复合时堵住穿孔板的孔眼。

本发明的吸声复合结构材料应用于汽车、轨道交通、建筑及体育设施等领域。

本发明融合多种吸声机理，研制一种薄型含穿孔板的吸声复合结构材料。

本发明设法将穿孔板和复合材料复合，有效利用多孔材料的吸声机理，融合共振吸声机理，拓展结构材料的吸声频域。穿孔板与复合材料复合双层吸声结构(如图1)当测试面为穿孔板时，由于穿孔板的后部没有空气层，此时结构材料呈现多孔材料的吸声特性，并且随材料厚度的增加，吸声频域又向低频转移的趋势(如图2)；当测试面是复合材料薄片时，结构材料呈现薄板共振的吸声机理，随薄片厚度的增加，共振频率向低频方向转移的特点(如图3)。当采用四层复合时(如图4)，此时第一层的穿孔板与复合材料构成了多孔材料的吸声效应，犹如多孔复合材料与第三层的穿孔板形成薄板共振效应，第四层的复合材料薄片又可使中频段的吸声性能提高，从而有效拓宽结构材料的吸声性能(如图5)。从而使这种薄型复合结构在工程应用领域具有良好的吸声效果和广泛的应用前景。

有益效果

(1)本发明的吸声复合结构材料的吸声结构可以有效吸收声能，随结构层数的增加，能充分利用多孔材料与薄膜共振两种不同吸声机协同拓宽吸声作用频域；

(2)该制备方法操作简单，适用于工业化生产。

附图说明

图1为本发明的穿孔板/复合材料双层复合结构材料的示意图；

图2为本发明的穿孔板/复合材料复合双层结构材料的吸声系数随频率变化的曲线；

其中穿孔板的规格为孔径5mm，厚度2mm，孔隙率60％；

图3为本发明的复合材料/穿孔板双层复合结构材料的吸声系数随频率变化的曲线，

其中穿孔板的规格为孔径5mm，厚度1.5mm，孔隙率60％；

图4是本发明的穿孔板/复合材料/穿孔板/复合材料四层复合结构材料示意图；

图5是本发明的四层复合结构材料的吸声系数随频率变化曲线，其中(0)是穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率50％)/复合材料(厚2mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率40％)/复合材料(厚1mm)；(1)是穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率50％)/复合材料(厚1mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率40％)/复合材料(厚2mm)；(2)是穿孔板(厚2mm，孔径5mm孔隙率60％)/复合材料(厚3mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率60％)/复合材料(厚2mm)。

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。

下述实施例中所用的材料：

(1)不锈钢板，牌号：0Cr13，规格：厚度1～5mm；

(2)氯化聚乙烯(CPE)，牌号H135A；

(3)七孔涤纶短纤(SPSF)，无硅型三维卷曲七孔中空涤纶短纤，规格：细度10dtex，长度60mm；

(4)粘合剂：牌号乐泰496(Loctite 496)。

实施例1

一种吸声复合结构材料，组分包括：穿孔板和CPE/SHSF(质量百分比为4∶1)；上述的吸声复合结构材料的制备步骤如下：

第一步复合材料制备：

1)将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到65℃并保持基体稳定；加入CPE，通过辊筒表面温度和辊筒间所形成的剪切力使CPE混合成片，在辊间呈粘流态；加入SHPF，以切刀作辅助混合，使组分混合均匀，合计混炼时间为45分钟，从辊筒上剥离下来，以备热压硫化；

2)将冷却的混炼薄膜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；将钢板移入平板硫化机，卸载条件下在160℃预热30分钟，使混炼料充分熔融；用18MPa的压力加压30分钟，使熔融混炼碎料流动充满模子内腔；取下钢板，连同混料用水冷却，脱模得CPE/SHPF复合材料，其厚度分别为1mm、2mm和3mm；

第二步穿孔板材的制备：

将厚度2mm的不锈钢板材在NT850数控机床上，利用Pro/E软件上编制好的程序以三角形分布方式打孔径为5mm的孔，其孔隙率分别为60％。加工后对穿孔钢板表面进行洁净处理，以除去毛丝，得穿孔板以备用；

第三步穿孔板与复合材料的胶合：

在1mm、2mm和3mm厚CPE/SPSF吸声复合材料的表面分别平涂乐泰496(Loctite496)胶，待胶自然挥发一会，分别将上述制备的穿孔板与复合材料复合即得一种薄型含穿孔板的吸声双层复合结构材料(测试面为穿孔板)。

实施例2

一种吸声复合结构材料，组分包括：穿孔板和CPE/SHSF(质量百分比为4∶1)；

复合结构材料的制备步骤与实施例1相同，不同之处在于穿孔板厚度为1.5mm，孔径5mm，孔隙率60％；测试面不是穿孔板而是薄膜。

实施例3

一种吸声复合结构材料，组分包括：穿孔板和CPE/SHSF(质量百分比为4∶1)；

复合结构材料制备步骤与实施例1相同，不同之处在于在于胶合过程中由二层变成了四层。具体组合为穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率50％)/复合材料(厚2mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率40％)/复合材料(厚1mm)；穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率50％)/复合材料(厚1mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率40％)/复合材料(厚2mm)；穿孔板(厚2mm，孔径5mm孔隙率60％)/复合材料(厚3mm)/穿孔板(厚1.5mm，孔径5mm孔隙率60％)/复合材料(厚2mm)共计三种不同组合形式。(测试面为穿孔板)

实施例1所制得的复合结构材料通过驻波管测试材料的吸声性能，吸声系数评价见图2；

实施例2所制得的复合结构材料通过驻波管测试材料的吸声性能，吸声系数评价见图3；

实施例3所制得的复合结构材料通过驻波管测试材料的吸声性能，吸声系数评价见图5；

从图2可知：结构材料的吸声性能呈现多孔材料的吸声效果，穿孔板的后部由于没有一定厚度的空气层，无法呈现穿孔板共振形式的吸声效应，且随复合材料厚度的增加中低频段的吸声效果均有了一定的提高。

从图3可知：结构材料的吸声性能呈现共振方式的吸声特征，这是由于复合材料作为测试面，复合材料后的穿孔钢板的孔中的空气在结构材料中充当了空气层的作用，所以这种结构材料呈现了薄片共振的吸声效果，且随复合材料厚度的增加，共振频率向低频方向转移。

从图5可知：结构复合材料第一层穿孔板和第二层复合材料呈现多孔材料的吸声特征，这是从图2中得到的结论，此时这二层相当于一层薄片，与第三层的多孔板构成薄片共振吸声特征，且随第一、二层的厚度增加，共振频度向低频转移，第四层复合材料是一种多孔材料特征的复合材料，所以当前面共振频率较大时，有利于中频形成较宽的吸声频域；当共振频率较小时，会出现吸声效应先回落再上升的趋势。在低频段其吸声效果也有了明显的提高。

Claims (10)

1.一种吸声复合结构材料，其特征在于：该材料的组分包括，氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料和穿孔板；其中，氯化聚乙烯与七孔涤纶短纤的质量比为4∶1。

2.根据权利要求1所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述的穿孔板的厚度为1～5mm；孔径为2～5mm；孔隙率为40％～60％；孔按三角形方式均匀分布，表面进行光洁处理。

3.根据权利要求2所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的厚度为1～3mm，穿孔板的厚度为1～5mm。

4.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的双重复合；其中穿孔板与复合材料的厚度比为1∶3～5∶1。

5.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述的吸声所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料与穿孔板的三层复合；其中穿孔板/复合材料/穿孔板的厚度比为1∶3∶1～5∶1∶5。

6.根据权利要求1-2任一权利要求所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述的吸声复合结构材料为穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料与穿孔板与氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的四层复合。

7.一种吸声复合结构材料的制备方法，包括：

(1)将不锈钢按三角形分布方式进行打孔后，对表面进行清洁即得穿孔板；

(2)在氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的表面平涂粘合剂，自然挥发一会，即得吸声复合结构材料。

8.根据权利要求7所述的一种吸声复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料的制备，包括：

在辊筒中先加入氯化聚乙烯粉末，同时用切刀作辅助性混合，制得薄片；加入七孔涤纶短纤，用切刀作辅助混炼，冷却后得混炼薄片；将混炼薄片均匀地铺在模子内腔中，模子上下用钢板夹住，且在钢板与模子间用一层高温防粘膜；将所述钢板移入平板硫化机，卸载预熔、加压，取下钢板，连同混料用水冷却，脱膜得氯化聚乙烯/七孔涤纶短纤复合材料。

9.根据权利要求8所述的一种吸声复合结构材料的制备方法，其特征在于：所述的辊筒的温度为60～70℃；总混炼时间为40～60分钟；卸载预熔条件为140～180℃，预熔10～30分钟；硫化加压条件为10～18Mpa压力下加压10～30分钟；复合材料厚度1～3mm。

10.根据权利要求1所述的一种吸声复合结构材料，其特征在于：所述的吸声复合结构材料应用于汽车、轨道交通、建筑及体育设施领域。

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