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一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明介绍了一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法是将聚氨酯消声瓦厚板制备成具有内部声腔孔构造、厚度为40～60mm的平板结构，大小可依据模具尺寸而定，可模拟现有橡胶吸声瓦面积的10倍制备，有效提高消声瓦的单瓦面积，有效降低消声瓦接缝线的数量，有效降低消声瓦的破损几率。按本制备方法获得的聚氨酯消声瓦，达到目前橡胶消声瓦的材料性能和水声吸声性能，具备可替代原有的橡胶类消声瓦的技术可能性，是一项适用于船舶外覆消声瓦技术领域具有实际应用价值的发明。

Description

一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法
技术领域：
本发明涉及到一种水声吸声新材料制品领域的技术，确切的说是一种适用于潜水船舶和水下探测器有高性能吸声要求的声隐身材料及制品应用领域。 
背景技术：
消声瓦是一种对水下移动船舶控制降噪十分明显的一种控制措施；同时也是目前最为有效地一种降低船舶外测噪声的方法，国际、国内目前都采用此方法。消声瓦的降噪原理是将水下声源与海水之间产生阻抗匹配，使声波能够在消声瓦内进行声能转换吸收，和消声瓦弹性体材料的阻尼作用及消声瓦内声孔锥型腔的结构一起配合，使噪声声波发生波形及能量的转换，从而使声波衰减直至完成吸收。国内目前通常采用的水声吸声方法是在船舶圆型外壳面外覆一层橡胶型消声瓦，标准消声瓦的面积为0.5平方米，通过弯曲粘接及螺丝固定贴覆的方法，在船舶外壳表面形成一个具有水声吸声功能的声阻尼区域，来达到船舶声隐身的目的。 
现有橡胶消声瓦在实际使用中存在的问题：单块消声瓦的面积相对比较小，在整个消声瓦的覆贴过程中瓦与瓦之间的连接缝比较多，而且连接缝的缝间隙比较大；而在设计上要增大单块瓦面积，由于消声瓦内多孔声腔结构的限制，在实施橡胶成型工艺上存在有制造工艺上的瓶颈。 
消声瓦瓦与瓦之间的连接缝对水声吸声工艺应用存在两个缺陷：连接缝采用聚硫胶密封，而且无多孔声腔结构，基本不具备吸声功能；同时连接缝为弯曲变形贴合面的边缘，对厚橡胶半硬质制品而言，两端的应力集中相对比较大，一旦受外力碰撞，极易开裂；而一旦开裂海水就会渗透进去，直接腐蚀船舶的外壳，缩短船舶使用寿命。 
消声瓦的水声降噪与一般混凝土水池内降噪或低潜水位水声降噪的区别在于：消声瓦的水声降噪必须兼顾3MPa水压的工况条件，吸声层的耐压变形因素，因此限制了很多水声吸声材料的应用条件。 
相关消声瓦专利的查阅，未见有相似的材料技术及成型工艺应用报道。 
发明内容：
本发明所要解决的技术问题，是在不改变现有橡胶消声瓦的吸声腔构造及分布、不改变原有消声瓦厚度及贴覆工艺的前提下，仅通过改变吸声材料的种类和加工成型工艺，使得现有橡胶消声瓦存在的缺陷能得以明显改善。 
本发明采用的解决问题的技术方案是：采用聚氨酯浇注材料，在大型锥型孔声腔模具中进行浇注成型，一次浇注面积可以达到5m2，是原有橡胶消声瓦的10倍面积，能有效减少拼接缝近50～70％，使整体吸声性能明显提高，使用的安全可靠性更高，替换现有的橡胶消声瓦工艺成为可能。 
为了实现解决上述技术问题的目的，本发明采用如下的技术工艺路线方法-中温模具浇注高温固化工艺。实施步骤如下： 
制品由三组份聚氨酯浇注材料组成，其中A组份组成为：异氰酸酯20～35％，聚醚二元醇70～40％，助剂10～5％；B组份组成为：液体胺扩链剂5～15％，固体胺扩链剂20～15％，端氨基聚醚20～10％，聚醚三元醇30～40％，聚醚二元醇17～8％，助剂5～11％，催化剂3～1％；C组份组成为：聚氨酯色浆5～8％；A、B、C三组份原料在25℃时的粘度应该≤1000cps。 
所述的A组份中的异氰酸酯选自以下一种或几种混合：甲苯二异氰酸酯、2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯等；所述的聚醚多元醇主要为分子量为1000-3000的聚醚二元醇；所述的助剂主要为碳酸酯类稀释剂、芳烃类降黏剂。 
所述的B组份中的胺类扩链剂选自以下一种或几种混合；二甲硫基甲苯二胺E-300、N，N-二烷基苯二胺、MOCA、TX-2、WH-6200等；所述的B组份中的端氨基聚醚为D-2000、D-403、；所述的B组份中的端羟基聚醚为高活性聚醚、高羟值聚醚N204、N210等；所述的B组份中的助剂为：降黏剂、抗氧化剂、光稳定剂、消泡剂、抗沉降剂；所述的B组份中的色浆为以端氨基聚醚为D-2000做树脂的聚氨酯专用色浆；所述的B组份中的催化剂为环保型的有机铋、有机锌、有机钯液体。 
原料制备：A组份原料准备，将MDI、TDI、IPDI异氰酸酯和分子量M＝500-2000的聚醚多元醇采用预聚合工艺，制得异氰酸酯为5～10％的预聚体，再添加助剂在高速分散机分散的条件下配成A组份，过滤后备用；B组份原料准备，将端氨基聚醚、多元醇聚醚、多氨基胺扩链剂、助剂等在高速分散条件下，配成混合胺值在12-30％的B组份，过滤后备用；C组份原料准备，将色浆加聚醚多元醇混合配成低粘度的色浆料。 
浇注机准备：采用专用聚氨酯浇注机浇注，浇注机的主要性能指标如下：适用供料比例A组∶B组＝1～4∶1、混合总供料量1～4kg/min、原料加热60～70℃、真空脱泡压力-0.095MPa/0.5～1.0小时、A/B双组份供料比例的输出量校对误差应该小于3％。 
模具的准备：模具的规格为仿制现有橡胶消声瓦的尺寸，最大可为1×5m2，模具声腔孔构造设计及布置仿制现有橡胶消声瓦的布局，模具及锥形针孔清洗后喷一层专用聚氨酯脱模剂，模具装配后应在80-90℃烘箱内预热2小时。 
模具成型浇注：将预热后的模具放到浇注台上，调整好浇注比例后用聚氨酯浇注机直接浇注，控制好浇注供料速度和浇注口的移动速度，直至满浇注口溢出；将浇注后的模具在室温15-30℃放置0.5～1.0小时，再在50～60℃烘箱中固化2小时后取出脱模，脱模应采用项部真空吸盘附加机构。 
聚氨酯消声瓦高温固化：将脱模后的聚氨酯消声瓦制品平铺在支架上放入烘箱中在120℃条件下固化12小时后取出，修边自检合格后入库。 
本发明采用上述制备方法，获得的聚氨酯消声瓦的材料力学性能和吸声性能能得到体现如下： 
材料性能测试  表1 
项目 拉伸强度 伸长率 硬度 低温脆性
性能指标 ≥10MPa ≥450％ ≥65邵A ≤-30℃
吸声性能(系数)  表2 
吸声指标 声频率 1-4KHz 5-12KHz 13-24KHz
现有橡胶消声瓦 压力0-2MPa ＞50 ＞80 ＞85
聚氨酯消声瓦 压力0-2MPa 65 84 96
现有橡胶消声瓦 压力2-3MPa ＞50 ＞70 ＞80
聚氨酯消声瓦 压力2-3MPa 63 85 93
测试标准GB/T14369-2011《声学  水声材料样品插入损失、回声降低和吸声系数的测量方法》 
测试标准GB/T3674-95   《水声材料驻波管测量方法》 
采用上述制备方法获得的优点是：用聚氨酯材料替代原有的橡胶材料制消声瓦，其吸声性能相近；按现有工艺技术的可靠性，聚氨酯消声瓦的单块面积可以增大10倍，甚至更大，可以有效减少瓦与瓦之间的连接缝，提高整体吸声效能；同时又具有耐压抗形变性能好，对吸声腔构造及吸声系数有保障等特点。 
实施本发明专利后的效果是：采用聚氨酯消声瓦可以大幅度降低连接缝的数量，提高整体吸声效能的保障；降低应力开裂的机率，减少外壳受腐蚀的机率，延迟维修周期。 
附图说明图1是三组份聚氨酯中温机器浇注高温固化工艺流程图 
具体实施方式
下面结合实施案例来说明本发明的制备方法，但本发明的保护范围不仅局限于本案例。 
实施例1 
聚氨酯浇注原料的配制： 
C组份的配制：将一份聚氨酯色浆加二份聚醚二元醇混合配制5.5％ 
浇注原料的制备：将表3中原料MDI异氰酸酯按投料量秤量后投入500升聚合反应釜中，采用多元醇聚醚计量滴加预聚合工艺；聚合滴加控制温度55～67℃，滴加控制时间1.5～2.0hr，控制保温温度75～80℃，保温时间2.0hr，可制得异氰酸酯为7.65％，粘度≤3500cps的预聚体；再添加助剂在高速分散机分散下配成A组份，过滤后备用。将表4中端氨基聚醚、多元醇聚醚、多氨基胺扩链剂、催化剂等按投料量秤量分别投入400升配料罐中，在高速分散条件下，配成混合胺值在15.3％的B组份，过滤后备用。C组份的配制聚氨酯色料5.5％ 
聚氨酯浇注机准备：采用专用聚氨酯浇注机浇注，浇注机的主要性能招指标，适用供料比例A组∶B组∶C组＝1～4∶1∶0.1～0.2混合总供料量2.6kg/min、原料加热60～7：0℃、真空脱泡压力-0.095MPa、A/B双组份供料比例的输出量校对误差应该小于3％。 
模具的准备：模具的规格为仿制现有橡胶消声瓦的尺寸最大为1×*5m2，模具声腔孔构造设计及布置仿制现有橡胶消声瓦的布局，模具及锥形针孔清洗后喷一层专用聚氨酯脱模剂，模具装配后在80-90℃烘箱内预热2小时。 
模具成型浇注：将预热后的模具放到浇注台上，调整好浇注比例后用聚氨酯浇注机直接浇注，控制好浇注供料速度和浇注口的移动速度，直至满浇注口溢出；将浇注后的模具在室温15～30℃放置0.5～1.0小时，再在50～60℃烘箱中硫化2小时后取出脱模。 
聚氨酯消声瓦硫化：将脱模后的聚氨酯消声瓦制品平舖放入烘箱中在120℃条件下硫化12小时后取出，修边将硫化完成后的聚氨酯消声瓦四周及声腔孔边缘废边用剪刀去除废边或削刀去除凹凸物，将硫化后的聚氨酯消声瓦按现役橡胶消声瓦的外观和尺寸标准先自检，合格后入库。 
本发明采用上述制备方法，聚氨酯消声瓦的材料力学性能和吸声性能能得到体现如下： 
材料性能测试  表5 
项目 拉伸强度 伸长率 硬度 低温脆性
性能指标 12.4MPa 520％ 68邵A -30℃不开裂
吸声性能(系数)  表6 
  声频率 1-4KHz 5-12KHz 13-24KHz
聚氨酯消声瓦 压力0-2MPa 65 84 96
聚氨酯消声瓦 压力2-3MPa 63 85 93
测试标准GB/T14369-2011《声学  水声材料样品插入损失、回声降低和吸声系数的测量方法》 
测试标准GB/T3674-1995 《水声材料驻波管测量方法》 
实施例2 
聚氨酯浇注原料的配制： 
C组份的配制：将一份聚氨酯色浆加二份聚醚二元醇混合配制5.5％ 
实施例2整个实施过程方法同实施例1，不再叙述；只是材料配方有些差异，材料性能测试数据也有些不同，在后续列出。 
本发明采用上述制备方法，聚氨酯消声瓦的材料力学性能和吸声性能能得到体现如下： 
材料性能测试  表9 
项目 拉伸强度 伸长率 硬度 低温脆性
性能指标 ≥22MPa ≥220％ 64邵D -30℃不开裂
吸声性能(系数)  表10 
  声频率 1-4KHz 5-12KHz 13-24KHz
聚氨聚消声瓦 压力0-2MPa 70 87 98
氨酯酯消声瓦 压力2-3MPa 68 86 96

Claims (4)

1.一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法，其特征是：聚氨酯消声瓦制备成具有内部声腔孔构造、厚度为40～60mm的平板状结构，大小可依据模具尺寸而定，可制备成现有橡胶消声瓦规格的10倍制造，水声吸声性能和材料力学性能达到现有橡胶吸声瓦的技术指标要求。
2.根据权利要求书1所述一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法，其特征是：制品由三组份聚氨酯浇注材料组成，其中A组份组成为：异氰酸酯25～35％，聚醚二元醇70～40％，助剂10～5％；B组份组成为：液体胺扩链剂5～15％，固体胺扩链剂20～15％，端氨基聚醚20～10％，聚醚三元醇30～40％，聚醚二元醇17～8％，助剂5～11％，催化剂3～1％C组份组成为：聚氨酯色浆5～8％。
固化工艺，采用三组份聚氨酯中温浇注高温固化工艺，采用在含有声腔孔结构模具中浇注定型、含声腔孔聚氨酯厚板高温120℃8小时固化成型工艺。
3.根据权利要求书1所述一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法，其特征是：按本制备方法获得的聚氨酯消声瓦，满足以下材料性能和水声吸声性能，具备可替代原有的橡胶类消声瓦的技术可能性。
聚氨酯消声瓦材料性能  表1
项目 拉伸强度 伸长率 硬度 邵A 低温脆性 性能指标 ≥10MPa ≥450％ 70±5 ≤-30℃
聚氨酯消声瓦吸声性能(系数)  表2
声频率 1-4KHz 5-12KHz 13-24KHz 压力0-2MPa ＞60 ＞80 ＞85 压力2-3MPa ＞50 ＞75 ＞80
4.根据权利要求书1所述一种聚氨酯消声瓦制品及制备方法，其特征是：适用于现行有外覆消声性能要求的船舶如潜艇的中与圆弧平整段位置的覆贴。
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