CN102850609B - 一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料及其制备方法，其组分为纺织用废弃橡胶和七孔中空涤纶短纤SHPF，质量比为100:15～25；其制备方法包括：（1）在炼塑机的辊筒中加入废弃橡胶粉末，制成薄片；加入七孔中空涤纶短纤，混炼；将混炼料室温冷却后，制得混炼薄片以各用；（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，自然冷却。本发明的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所制备材料减振吸声的作用温域；并且制备方法操作简单，生产成本低，环境污染小，而且使纺织废料得到最大程度回收利用，具有很好的经济和环保价值。
Description
技术领域
本发明属减振复合材料及其制备领域，特别是涉及一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料及其制备方法。
背景技术
全世界每年要产生一千多万吨的废旧橡胶，它们具有稳定的三维化学网络结构，既不熔化也不溶解，积存在大自然中，对环境构成了严重的污染。废旧橡胶的处理方法主要有填埋、作为燃料焚烧、脱硫再生及改性利用等。前三种处理方式均对自然环境造成或大或小的威胁，均不受鼓励；只有改性利用才是真正有效、经济且符合环保要求的解决途径。在纺织工业中可以回收利用的废料很多。我国是一个纺织大国，纺织废料资源十分丰富，加强纺织废料的回收利用，变废为宝，不仅对弥补我国纺织废料的综合利用不足有极重要的意义，而且也是一项成本低﹑效益高﹑资源充足的新兴工业项目，具有广阔的发展前景。
另一方面，随着振动及噪声的危害逐渐被人们认识，要求减振降噪的呼声日益高涨。作为噪声及振动控制的主要方法之一，粘弹性阻尼减振技术特别适合于宽频多峰共振响应的控制，而宽频多峰共振则正好是现代飞机、舰船、汽车等行业亟待解决的问题，因此这种减振技术引起了广泛的重视，并得到了相当的应用。鉴于纺织废旧橡胶所拥有的优秀减振缓冲特性，人们自然想到用其来制造阻尼材料，这样不但为阻尼材料的来源开拓了新的途径，还能解决废旧橡胶污染环境、浪费资源等一系列问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料及其制备方法，该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；该方法操作简单，而且使纺织用废橡胶得到最大程度利用，符合可持续发展的要求，且保护了生态环境，具有很好的经济和环保价值。
本发明的一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料，其组分为纺织用废弃橡胶和七孔中空涤纶短纤Seven-hole Polyester Staple Fiber,SHPF，质量比为100:15～25；纺织用废弃橡胶成分为丁腈橡胶和聚氯乙烯PVC，质量比为100:60。
本发明的一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料的制备方法，包括：
（1）混炼
在辊筒中加入纺织用废弃橡胶，制成薄片；加入七孔中空涤纶短纤，混炼；将混炼料室温冷却后，得混炼薄片以备用；其中，废弃橡胶和七孔中空涤纶短纤的质量比为100:15～25；
（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，自然冷却，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50-60℃；
所述步骤（1）中的总混炼时间为40-60分钟；
所述步骤（2）中的高温防粘膜是耐高温PET薄膜；
所述步骤（2）中的卸载条件为140-160℃预热10-30分钟；
所述步骤（2）中的加压条件为8-12MPa的压力下加压10-30分钟。
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。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。
本发明以纺织用废弃橡胶作为基体材料，主要是考虑其具有良好的减振缓冲特性和环保、经济价值，同时以七孔中空涤纶短纤SHPF作为功能填充材料，将七孔中空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；另外七孔中空涤纶短纤的加入使材料力学性能得以增强，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）本发明操作简单，生产成本低，环境污染小，而且使纺织用废橡胶得到最大程度利用，变废为宝，符合可持续发展的要求，保护了生态环境，且具有很好的经济和环保价值。
附图说明
图1是材料的吸声系数随频率变化的曲线；
其中，（0）废弃橡胶（1）废弃橡胶/SHPF100/15（2）废弃橡胶/SHPF100/20（3）废弃橡胶/SHPF100/25
图2是材料损耗因子随温度变化曲线；
其中，（0）废弃橡胶（1）废弃橡胶/SHPF100/15（2）废弃橡胶/SHPF100/20（3）废弃橡胶/SHPF100/25
图3是应力随应变变化曲线。
其中，（0）废弃橡胶（1）废弃橡胶/SHPF100/15（2）废弃橡胶/SHPF100/20（3）废弃橡胶/SHPF100/25
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质量百分比采用废弃橡胶: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50℃并保持基本稳定；
（2）在辊筒间加入重量为100份的废弃橡胶，通过辊筒表面温度和辊筒的压力使废弃橡胶成片，在辊间呈粘流态；
（3）在辊筒间加入重量为15份的SHPF，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8MPa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，自然冷却，脱模。
实施例2
新型吸声、兼具有阻尼减振复合材料各组分质量百分比采用废弃橡胶: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55℃,混炼时间为50分钟，
（2）在平板硫化机下热压成样品，温度为150℃，无压力条件下预热时间为20分钟，
（3）用10Mpa的压力加压20分钟，自然冷却，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质量百分比采用废弃橡胶: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60℃，混炼时间为60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30分钟，
（3）用12Mpa的压力加压30分钟，最后取出材料自然冷却。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废弃橡胶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；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（-40-60℃）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，且在高温区域（100-120℃），随纤维的加入，材料的损耗因子增加。可以看出此种材料为宽温域阻尼材料。
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，废弃橡胶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138.08%变化到44.12%，而材料的应力也从5.97MPa变化到11MPa。
Claims (3)
1.一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料，其组分为纺织用废弃橡胶和七孔中空涤纶短纤SHPF，质量比为100:25；纺织用废弃橡胶成分为丁腈橡胶和聚氯乙烯PVC，质量比为100:60。
2.根据权利要求1所述的一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料的制备方法，包括：
（1）混炼
在辊筒中加入纺织用废弃橡胶，制成薄片；加入七孔中空涤纶短纤，混炼；将混炼料室温冷却后，得混炼薄片以备用；其中，废弃橡胶和七孔中空涤纶短纤的质量比为100:25；其中辊筒的温度为60℃，总混炼时间为60min；
（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，自然冷却，脱模，制得吸声兼具阻尼减振复合材料，其中卸压条件为160℃预热30min，加压条件为12MPa的压力下加压30分钟。
3.根据权利要求2所述的一种利用纺织废弃橡胶的吸声阻尼减振复合材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中的高温防粘膜是耐高温PET薄膜。
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