CN104250980A - 消声减震井盖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消声减震井盖及其制造方法，井盖包括隔声层和位于所述隔声层两侧的吸声层，形成三层层叠结构；所述吸声层包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物和填充在热塑性树脂内对声波具有吸收作用的多孔性填料，所述隔声层包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物，以及填充在热塑性树脂内对声波具有反射作用的填料。本发明利用高填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料制备井盖，具有优异的消声减震作用，且结构合理，重量轻、韧性好、抗冲击、抗疲劳、抗损伤、耐腐蚀、使用寿命长、方便运输和安装、美观防盗。

Description

消声减震井盖及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种复合材料井盖，特别是涉及一种高填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖及其制造方法。

背景技术

目前，传统的铸铁井盖，一方面，因具有回收价值而经常被盗，由此造成车毁人亡的事件时有发生；另一方面，现在的城市道路，车流量大，车辆碾压井盖时产生的噪声扰民问题严重，尤其是夜晚行车期间。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是如何避免井盖被盗以及车辆碾压时产生噪声扰民的问题。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种消声减震井盖，其包括：隔声层和位于所述隔声层两侧的吸声层，形成三层层叠结构；所述吸声层包括阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物和填充在热塑性树脂内对声波具有吸收作用的多孔性填料，所述隔声层包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物，以及填充在热塑性树脂内对声波具有反射作用的填料。

其中，所述吸声层中填充的多孔性填料为炼钢炉渣粉、燃煤炉渣粉或高炉渣粉中的一种或几种。

其中，所述隔声层中填充的填料为漂珠、云母、石墨、二硫化钼、一氮化硼、铜屑、铁屑中的一种或几种。

其中，所述吸声层和隔声层中填充的填料的目数分别为100-500目。

其中，所述隔声层和吸声层中，碳纤维织物为大于等于24K的大丝束碳纤维或其与玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种混杂织造，所述碳纤维织物的组织形态为单轴向、双轴向、多轴向、平纹、斜纹、缎纹、缝编或2.5D织物。

其中，所述隔声层和吸声层中，热塑性树脂与填料质量份数比分别为100：（50-200）。

其中，所述隔声层和吸声层中，热塑性树脂为聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯树脂中的一种。

本发明还提供了一种基于上述任一项所述消声减震井盖的制造方法，其包括以下步骤：

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将形成吸声层的热塑性树脂、助剂、对声波具有吸收作用的多孔性填料混合充分，按一定厚度铺于碳纤维织物上，重复铺层操作，达到井盖下部吸声层所需的铺层厚度；

2）将形成隔声层的热塑性树脂、助剂、对声波具有反射作用的填料混合充分得到树脂混合料，在步骤1）所述井盖下部吸声层铺层的上面交替铺设碳纤维织物和一定厚度的树脂混合料，达到隔声层所需的铺层厚度；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层铺层的上面交替铺设碳纤维织物和一定厚度的热塑性树脂、助剂、对声波具有吸收作用的填料混合料，达到井盖上部吸声层所需的铺层厚度；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

其中，所述步骤1）至步骤3）中助剂分别为热稳定剂、增塑剂、外润滑剂、内润滑剂、改性剂、消光剂、偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的几种。

（三）有益效果

上述技术方案所提供的消声减震井盖及其制造方法，利用高填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料制备井盖，具有优异的消声减震作用，且结构合理，重量轻、韧性好、抗冲击、抗疲劳、抗损伤、耐腐蚀、使用寿命长、方便运输和安装、美观防盗。

附图说明

图1是本发明实施例消声减震井盖的剖面结构示意图。

其中，1：吸声层；2：隔声层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种高填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，包括高填充的吸声层1和隔声层2，通过一次加热模压成型而成。吸声层1位于井盖上、下部分，包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物和填充在热塑性树脂内对声波具有吸收作用的多孔性填料；隔声层2位于井盖中间部分，夹在两层吸声层1中间，使井盖形成三层层叠结构，包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物，以及填充在热塑性树脂内对声波具有反射作用的填料。选用的热塑性树脂基体材料，对应的助剂为热稳定剂、增塑剂、外润滑剂金、内润滑剂、改性剂、消光剂、偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的几种，针对不同的热塑性树脂，可以选用相应的助剂。

下面以具体的实例详细介绍本发明消声减震井盖的结构和制造过程。

实施例1

一种高填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，尺寸：Φ600×80mm，设计的承载等级参照GB/T23858-2009《检查井盖》为E600，用于货运站、码头、机场等区域，为本发明内容所涉及的复合材料井盖中的一种。

原料选择：吸声层1的填充填料选用300目燃煤炉渣粉，隔声层2的填充填料选用300目漂珠，碳纤维织物选用24K碳纤维斜纹织物，热塑性树脂选用聚氯乙烯，对应选用的助剂为热稳定剂三碱式硫酸铅和二碱式亚磷酸铅、主增塑剂DOP、辅增塑剂ESO、外润滑剂金属皂类、内润滑剂聚乙烯蜡、改性剂ACR、硅烷偶联剂KH550、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-0。

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将聚氯乙烯树脂、助剂（热稳定剂三碱式硫酸铅和二碱式亚磷酸铅、主增塑剂DOP、辅增塑剂ESO、外润滑剂金属皂类、内润滑剂聚乙烯蜡、改性剂ACR、硅烷偶联剂KH550、抗氧剂168、紫外线吸收剂UV-0）和燃煤炉渣粉混合充分，其中聚氯乙烯混合物料、燃煤炉渣粉的重量配比为100份：200份，按树脂层6mm厚铺于织物上，重复操作，碳纤维织物/树脂达到所述井盖下部吸声层1的铺层厚度30mm；

2）将聚氯乙烯树脂、助剂和漂珠混合充分得到树脂混合料，其中聚氯乙烯混合物料、漂珠的重量配比为100份：100份，在步骤1）所述井盖下部吸声层1铺层的上面交替铺设碳纤维织物和5mm厚度的树脂混合料，达到所述隔声层2的铺层厚度20mm；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层2铺层的上面交替铺设碳纤维织物和6mm厚度的聚氯乙烯树脂、助剂、燃煤炉渣粉混合料，达到所述井盖上部吸声层1的铺层厚度30mm；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

实施例2

一种填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，尺寸：Φ600×75mm，设计的承载等级参照GB/T23858-2009《检查井盖》为D400，用于城市主路、公路、高等级公路、高速公路等区域，为本发明内容所涉及的复合材料井盖中的一种。

原料选择：吸声层1的填充填料选用200目高炉渣粉，隔声层2的填充填料选用240目云母，碳纤维织物选用24K碳纤维平纹织物，热塑性树脂选用聚酰胺树脂，对应选用的助剂为硅烷偶联剂KH560、抗氧剂330、紫外线吸收剂UV-234。

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将聚酰胺树脂、助剂（硅烷偶联剂KH560、抗氧剂330、紫外线吸收剂UV-234）和高炉渣粉混合充分，其中聚酰胺树脂混合物料、高炉渣粉的重量配比为100份：160份，按树脂层8mm厚铺于织物上，重复操作，碳纤维织物/树脂达到所述井盖下部吸声层1的铺层厚度24mm；

2）将聚酰胺树脂、助剂和云母混合充分得到树脂混合料，其中聚酰胺树脂混合物料、云母的重量配比为100份：60份，在步骤1）所述井盖下部吸声层1铺层的上面交替铺设碳纤维织物和6.75mm厚度的树脂混合料，达到所述隔声层2的铺层厚度27mm；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层2铺层的上面交替铺设碳纤维织物和8mm厚度的聚酰胺树脂、助剂、高炉渣粉混合料，达到所述井盖上部吸声层1的铺层厚度24mm；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

实施例3

一种填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，尺寸：Φ600×70mm，C125，用于住宅小区、背街小巷、仅有轻型机动车或小车行驶的区域，道路两边路缘石开始0.5m以内，为本发明内容所涉及的复合材料井盖中的一种。

原料选择：吸声层1的填充填料选用200目炼钢炉渣粉，隔声层2的填充填料选用500目铜屑，碳纤维织物选用24K碳纤维/玻纤交织斜纹织物，热塑性树脂选用聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂，对应选用的助剂为消光剂TiO₂、硅烷偶联剂KH560、抗氧剂DLTP、紫外线吸收剂UV326。

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、助剂（消光剂TiO₂、硅烷偶联剂KH560、抗氧剂DLTP、紫外线吸收剂UV326）和炼钢炉渣粉混合充分，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂混合物料、炼钢炉渣粉的重量配比为100份：150份，按树脂层9mm厚铺于织物上，重复操作，碳纤维织物/树脂达到所述井盖下部吸声层1的铺层厚度27mm；

2）将聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、助剂和铜屑混合充分得到树脂混合料，其中聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂混合物料、铜屑的重量配比为100份：100份，在步骤1）所述井盖下部吸声层1铺层的上面交替铺设碳纤维织物和8mm厚度的树脂混合料，达到所述隔声层2的铺层厚度16mm；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层2铺层的上面交替铺设碳纤维织物和9mm厚度的聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂、助剂、炼钢炉渣粉混合料，达到所述井盖上部吸声层1的铺层厚度27mm；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

实施例4

一种填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，尺寸：Φ600×60mm，设计的承载等级参照GB/T23858-2009《检查井盖》为B125，用于人行道、非机动车道、小车停车场及地下停车场，为本发明内容所涉及的复合材料井盖中的一种。

原料选择：吸声层1的填充填料选用180目燃煤炉渣粉和180目高炉渣粉，隔声层2的填充填料选用200目漂珠和240目铁屑，碳纤维织物选用蓝星48K碳纤维/玻纤交织平纹织物，热塑性树脂选用聚丙烯树脂，对应选用的助剂为钛酸酯偶联剂HW101、抗氧剂1010、紫外线吸收剂UV-326）。

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将聚丙烯树脂、助剂（钛酸酯偶联剂HW101、抗氧剂1010、紫外线吸收剂UV-326）、燃煤炉渣粉和高炉渣粉混合充分，其中聚丙烯树脂混合物料、燃煤炉渣粉和高炉渣粉的重量配比为100份：80份：40份，按树脂层10mm厚铺于织物上，重复操作，碳纤维织物/树脂达到所述井盖下部吸声层1的铺层厚度20mm；

2）将聚丙烯树脂、助剂、漂珠和铁屑混合充分得到树脂混合料，其中聚丙烯树脂混合物料、漂珠和铁屑的重量配比为100份：30份:60份，在步骤1）所述井盖下部吸声层1铺层的上面交替铺设碳纤维织物和10mm厚度的树脂混合料，达到所述隔声层2的铺层厚度20mm；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层2铺层的上面交替铺设碳纤维织物和10mm厚度的聚丙烯树脂、助剂、燃煤炉渣粉和高炉渣粉混合料，达到所述井盖上部吸声层1的铺层厚度20mm；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

实施例5

一种填充型碳纤维织物增强热塑性复合材料消声减震井盖，尺寸：Φ600×50mm，设计的承载等级参照GB/T23858-2009《检查井盖》为A15，用于绿化带、人行道等禁止机动车驶入的区域，为本发明内容所涉及的复合材料井盖中的一种。

原料选择：吸声层1的填充填料选用80目燃煤炉渣粉和80目炼钢炉渣粉，隔声层2的填充填料选用100目漂珠和100目云母，碳纤维织物选用蓝星48K碳纤维/玻纤缝编织物，热塑性树脂选用聚乙烯树脂，对应选用的助剂为硅烷偶联剂KH550、抗氧剂215、紫外线吸收剂UV-360。

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将聚乙烯树脂、助剂（硅烷偶联剂KH550、抗氧剂215、紫外线吸收剂UV-360）、燃煤炉渣粉和炼钢炉渣粉混合充分，其中聚丙烯树脂混合物料、燃煤炉渣粉和炼钢炉渣粉的重量配比为100份：90份：50份，按树脂层10mm厚铺于织物上，重复操作，碳纤维织物/树脂达到所述井盖下部吸声层1的铺层厚度20mm；

2）将聚乙烯树脂、助剂、漂珠和云母混合充分得到树脂混合料，其中聚聚乙烯树脂混合物料、漂珠和云母的重量配比为100份：40份:65份，在步骤1）所述井盖下部吸声层1铺层的上面交替铺设碳纤维织物和10mm厚度的树脂混合料，达到所述隔声层2的铺层厚度10mm；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层2铺层的上面交替铺设碳纤维织物和10mm厚度的聚乙烯树脂、助剂、燃煤炉渣粉和炼钢炉渣粉混合料，达到所述井盖上部吸声层1的铺层厚度20mm；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

依照GB/T23858-2009《检查井盖》，对实施例中的复合材料井盖的承载能力、疲劳性能进行检测。结果如下：

（1）承载能力试验：以1kN/s～5kN/s的速率施加载荷直至标准规定相应的试验载荷F值，试验载荷施加上后应保持30s。检查井盖未出现影响使用功能的损坏即判定为合格。

（2）残留变形的检测：加载前，记录井盖几何中心位置的初始值，测量精度为0.1mm。以1kN/s～5kN/s的速率施加载荷，直至2/3试验载荷F值，然后卸载。此过程重复5次，最后记录下几何中心的最终值。根据初始值和第5次卸载后最终值的差别计算残留变形值。

（3）抗疲劳性能试验：以一定的速率施加载荷，直至1/3试验载荷F值，然后卸载。此过程循环多次，直到井盖被破坏所需要的循环次数。

对实施例中的复合材料井盖的隔声性能进行检测，结果如下：

	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4	实施例5
						平均隔声量（dB）	38	35	29	26	24

（1）隔声性能试验：采用BSWA VS302USB双声道声学分析仪测试，用Spectra LAB软件分析数据。参照ISOR140-1，ISOR140-170建筑及建筑构件的隔声测量标准进行测量。选择A计权网络，声压级为80dB的粉红背景噪声源。其中混响室为七面体，体积为200m³，静音箱体积为：1000mm×1000mm×1000mm，测试样的尺寸为250mm×250mm。声音的取样频率取“48000”；抽取速率选择位取“1”；快速傅立叶变换样本数取“4096”。数据计测采用常用的1/3倍频程。首先测试在没有试样的情况下的自由衰减量，然后，把样品固定在测试孔上，测试此时的声音衰减量(总衰减量)，最后，试样对声音的实际衰减量就为总衰减量减去自由衰减量。所有隔声数据均为四组数据的平均值。采用工程上常用的100～3150Hz16个1/3倍频程中心频率下的隔声量的算术平均值来作为试样的平均隔声量。

由以上实施例可以看出，本发明技术方案具有以下优点：

（1）本发明选用多层碳纤维织物，一方面是作为支撑骨架结构，提高井盖的承载能力，另一方面是利用织物自身多孔吸声效应的特点使其在复合材料中形成吸声通道，提高材料的降噪能力。

（2）本发明选用热塑性树脂为基体，一方面利用其良好的粘弹阻尼性，提高井盖的阻尼减振能力，另一方面发挥其优异的韧性、抗冲击性、抗疲劳性、抗损伤性。

（3）本发明中选用炼钢炉渣粉、燃煤炉渣粉、高炉渣粉、漂珠、云母、石墨、铁屑、铜屑作为填料的目的，一方面是用来调节声波与材料的相互作用，其中，利用炼钢炉渣粉、燃煤炉渣粉、高炉渣粉的多孔吸声作用，声波进入其孔洞内部，孔洞壁与孔洞间隙间滞留空气的摩擦将声能转化为热能而耗散掉，利用漂珠使声波在其中空腔体内的多重反射而衰减和腔体内的近真空状态对声波的阻隔作用，利用云母、石墨的片层结构使声波在其表面的多重反射而衰减，利用铁、铜等重金属粒子受声波作用时振动幅度因惯性而减小；另一方面，炼钢炉渣粉、燃煤炉渣粉、高炉渣粉、漂珠、钢、铁屑、铜屑均为固体废弃物，将其作为填料来填充使用，在一定程度上起到了节约成本，变废为宝的作用，为今后利用对生态环境有害的固体废弃物制备消声减震新型井盖提供新的思路。

（4）本发明中设计的井盖结构合理，车辆经过井盖时，不管是车辆与井盖碾压产生的噪声，还是井盖与井座撞击产生的噪声，均先进入井盖上部或下部的吸声层，以减小噪声反射向井盖外面传播，进入吸声层后，通过多孔填料和织物微孔的吸声作用而衰减，进入隔声层后，通过填料表面的反射而阻隔噪声的传播，透过隔声层的噪声，再通过井盖下部或上部的吸声层而衰减，达到良好的消声效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种消声减震井盖，其特征在于，包括：隔声层和位于所述隔声层两侧的吸声层，形成三层层叠结构；所述吸声层包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物和填充在热塑性树脂内对声波具有吸收作用的多孔性填料，所述隔声层包括作为阻尼减震基体的热塑性树脂，作为骨架增强材料形成在热塑性树脂内的碳纤维织物，以及填充在热塑性树脂内对声波具有反射作用的填料。

2.根据权利要求1所述的消声减震井盖，其特征在于，所述吸声层中填充的多孔性填料为炼钢炉渣粉、燃煤炉渣粉或高炉渣粉中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的消声减震井盖，其特征在于，所述隔声层中填充的填料为漂珠、云母、石墨、二硫化钼、一氮化硼、铜屑、铁屑中的一种或几种。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的消声减震井盖，其特征在于，所述吸声层和隔声层中填充的填料的目数分别为100-500目。

5.根据权利要求1所述的消声减震井盖，其特征在于，所述隔声层和吸声层中，碳纤维织物为大于等于24K的大丝束碳纤维或其与玻璃纤维、玄武岩纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维中的一种混杂织造，所述碳纤维织物的组织形态为单轴向、双轴向、多轴向、平纹、斜纹、缎纹、缝编或2.5D织物。

6.根据权利要求1所述的消声减震井盖，其特征在于，所述隔声层和吸声层中，热塑性树脂与填料质量份数比分别为100：（50-200）。

7.根据权利要求1所述的消声减震井盖，其特征在于，所述隔声层和吸声层中，热塑性树脂为聚氯乙烯、聚酰胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯、丙烯酸酯树脂、聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯树脂中的一种。

8.基于权利要求1-7中任一项所述消声减震井盖的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）向金属模具中喷外脱模剂，铺设碳纤维织物，将形成吸声层的热塑性树脂、助剂、对声波具有吸收作用的多孔性填料混合充分，按一定厚度铺于碳纤维织物上，重复铺层操作，达到井盖下部吸声层所需的铺层厚度；

2）将形成隔声层的热塑性树脂、助剂、对声波具有反射作用的填料混合充分得到树脂混合料，在步骤1）所述井盖下部吸声层铺层的上面交替铺设碳纤维织物和一定厚度的树脂混合料，达到隔声层所需的铺层厚度；

3）重复步骤1），在步骤2）中所述隔声层铺层的上面交替铺设碳纤维织物和一定厚度的热塑性树脂、助剂、对声波具有吸收作用的填料混合料，达到井盖上部吸声层所需的铺层厚度；

4）采用一次加热模压成型，固化冷却脱模后，进行打磨修边。

9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述步骤1）至步骤3）中助剂分别为热稳定剂、增塑剂、外润滑剂、内润滑剂、改性剂、消光剂、偶联剂、抗氧剂、紫外线吸收剂中的几种。