CN105419242A - 一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法 - Google Patents

一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法，利用有良好吸音性能的空心漂珠作为填充物，填充到环氧树脂基体中，制备出有着良好吸音性能的高分子材料。本发明还可以优选地对空心漂珠表面化学改性，大大增加了空心漂珠与环氧树脂之间的界面相容性，也可以进一步提高环氧树脂的机械力学性能。固化后的环氧树脂材料，是一种质轻，力学性能好，可靠性高，防火性能好，有着吸音，隔热特性且易于成型的高分子复合材料。

Description

一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法
技术领域
本发明属于复合高分子材料领域，涉及一种复合材料及其制备方法，更特别地涉及一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法。
背景技术
环氧树脂是聚合物基复合材料中应用最广泛的基体树脂之一，由具有环氧基的化合物与多元羟基或多元醇化合物进行缩聚反应而制得的产品，具有优异的粘结性、耐化学腐蚀性、电气绝缘性能、力学性能，以及易于加工、收缩率低、线胀系数小和成本低廉等优点。
空心漂珠是从热电厂粉煤灰中漂选出来的硅酸铝质空心珠体，其外观为灰白粉状物，直径为0.125～0.106m，是一种新型微粒材料，它具有导热系数低、抗冲击性能强、耐高温(800～1200℃)质轻、吸音等特点，且具有良好的化学稳定性。
随着科技和现代工业的发展，噪声污染已成为主要污染之一。同时，随着环保意识的增强，人们对声音环境的要求也越来越高。吸声降噪逐渐演变成为一个有关高科技、环境以及人类协调发展急需解决的重要课题，如列车高速形势所产生的噪声与振动的吸收和隔离等，尤其是潜艇的“隐声”技术，由于潜艇用途是隐蔽，在现代反潜技术高度发展的时代，潜艇是否具备良好的隐身性能至关重要，现代战场上的主要矛盾已经从“打击”和“抗打击”逐步向“发现”和“抗发现”转化，消声技术的发展是提高潜艇战斗力和生存能力的最有效措施之一。
空心漂珠的吸声机理是：当声波作用到吸声材料上遇到球形微粒时会产生散射，分散入射的声能，并发生波形的转换，使纵波变为剪切波，而剪切变形的损耗因子大于纵波的损耗因子，这增加了声波的损耗；同时，会使粒子产生振动，增加材料的弛豫吸收效果。
传统有高分子基吸音材料是以玻璃纤维填充增强为主，其原理是透声性能好的玻璃纤维增强复合材料制作夹层的面板，利用吸声材料作夹层，这种结构具有一定的隔音性能；但是它的缺点在于玻璃纤维材料对低频吸音效果差，而且不保温，防水、防火的能力差，实用效果一般。
发明内容
本发明的目的是提出一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料及其制备方法，利用有良好吸音性能的空心漂珠作为填充物，填充到环氧树脂基体中，制备出有着良好吸音性能的高分子材料。本发明还提出对空心漂珠表面化学改性，大大增加了空心漂珠与环氧树脂之间的界面相容性，也可以进一步提高环氧树脂的机械力学性能。固化后的环氧树脂材料，是一种质轻，力学性能好，可靠性高，防火性能好，有着吸音，隔热特性且易于成型的高分子复合材料。
本发明的技术方案如下：
一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料，其由环氧树脂基体、用于控制环氧树脂交联固化的固化剂和空心漂珠组成；所述空心漂珠作为填料填充到所述环氧树脂基体中。所述环氧树脂基体和固化剂构成环氧树脂固化体系。
进一步地，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂；更优选地，为E-54、E-44或E_51。
进一步地，所述固化剂为多元胺类固化剂；更优选地为4，4'-二氨基二苯基甲烷、乙二胺或二氨基二苯基砜。
进一步地：所述空心漂珠是指火力发电厂的废弃物粉煤灰用水选法提取出的漂浮物，是一种直径为0.125mm到0.106mm的空心球体。
或者，更优选的，所述空心漂珠是火力发电厂的废弃物粉煤灰用水选法提取出的漂浮物，直径为0.125mm到0.106mm的空心球体，再利用表面改性剂进行表面改性所得到的改性空心球体。
所述改性空心球体的制备方法，包括以下步骤：
将未改性的空心漂珠置于去离子水中形成混合物，用超声波分散仪使其充分分散，加入表面改性剂，持续搅拌该混合物并将其pH值调节到酸性；将该混合物以超声分散仪加热分散后将混合物静置，去除液相物质，固相物质经过无水乙醇充分冲洗后置于干燥环境干燥。所述表面改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、正十六烷基三乙氧基硅烷、或正十二烷基三乙氧基硅烷；所述表面改性剂用量为所述空心漂珠的质量的30％到75％；所述去离子水用量为所述空心漂珠的质量的1000％到3000％。所述调节混合物pH值手段为滴加0.1摩尔/升的盐酸水溶液；将所述混合物pH值调节到pH3到pH5。所述混合物在以超声分散仪加温分散的加热温度为55℃到75℃，分散时间为40分钟到120分钟。
本发明还提供一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料的制备方法，包括以下步骤：
将环氧树脂加热至粘度变小，加入空心漂珠，将该混合物在以超声分散仪加热分散；将固化剂加入以上混合物中，再继续加热搅拌，待混合均匀后倒模固化。
所述环氧树脂加热温度为40℃到75℃；所述混合物在以超声分散仪加温分散的加热温度为40℃到75℃，分散时间为30分钟到60分钟。
优选的，所述环氧树脂的加热方法为水浴加热。
优选的，所述混合物加入固化剂后加热搅拌，其加热温度为30℃到65℃，更优选地，加热方法采用水浴加热，加热时间为3分钟到15分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1)本发明提出一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料的制备方法，利用空心漂珠作为吸音材料掺杂到环氧基体中，解决了传统玻璃纤维填充增强吸音材料的吸音效果差，而且不保温，防水、防火的能力差等问题。
2)本发明提出对空心漂珠进行表面化学改性，大大增加了铁氧体与环氧树脂之间的界面相容性，使空心漂珠可以更均匀分散于环氧树脂基体中，并可以提高该复合材料的机械性能。
具体实施方式
实施例1
步骤1：取一定质量的空心漂珠置于去离子水中形成混合物，混合物中空心漂珠的质量分数为10％，用超声波分散仪使其充分分散，加入正十二烷基三乙氧基硅烷，其质量为上述混合物质量的6％，持续搅拌该混合物并滴加浓度为0.1摩尔/升盐酸水溶液，将该混合物的pH值调节到pH4。把该混合物以超声分散仪以70℃加热，分散60分钟后，将混合物静置并去除液相物质。固相物质经过4次无水乙醇充分冲洗后，置于干燥环境干燥，备用。
步骤2：将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，待环氧树脂E-51粘度降低后将20份步骤1制备的表面改性空心漂珠加入烧瓶中，将该烧瓶放入超声分散仪以65℃加热，分散45分钟；将40份固化剂4，4'-二氨基二苯基甲烷加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以50℃加热10分钟。将混合物倒入模具在80℃下真空固化；固化后脱模，制得掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料。
实施例2
将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，待环氧树脂E-51粘度降低后将20份空心漂珠加入烧瓶中，将该烧瓶放入超声分散仪以60℃加热，分散45分钟；将20份固化剂乙二胺加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以45℃加热5分钟；将混合物倒入模具在80℃下真空固化；固化后脱模，制得掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料。
实施例3
步骤1：取一定质量的空心漂珠去离子水中形成混合物，其中空心漂珠的质量分数为10％，用超声波分散仪使其充分分散，加入3-氨基丙基三乙氧基硅烷，其质量为上述混合物质量的6％，持续搅拌该混合物并滴加浓度为0.1摩尔/升盐酸水溶液，将该混合物的pH值调节到pH4；把该混合物以超声分散仪以70℃加热，分散60分钟后，将混合物静置并去除液相物质，固相物质经过4次无水乙醇充分冲洗后，置于干燥环境干燥，备用。
步骤2：将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，待环氧树脂E-51粘度降低后将20份步骤1制备的表面改性的空心漂珠加入烧瓶中，将该烧瓶放入超声分散仪以60℃加热，分散45分钟。将20份固化剂乙二胺加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以45℃加热5分钟；将混合物倒入模具在80℃下真空固化。固化后脱模，制得掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料。
实施例4
步骤1：表面改性空心漂珠制备方法与实施3例中步骤1相同。
步骤2：将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，待环氧树脂E-51粘度降低后将30份步骤1制备的表面改性的空心漂珠加入烧瓶中，将该烧瓶放入超声分散仪以60℃加热，分散45分钟。将20份固化剂乙二胺加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以45℃加热5分钟。将混合物倒入模具在80℃下真空固化。固化后脱模，制得掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料。
实施例5
步骤1：表面改性空心漂珠制备方法与实施3例中步骤1相同。
步骤2：将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，待环氧树脂E-51粘度降低后将40份步骤1制备的表面改性的空心漂珠加入烧瓶中，将该烧瓶放入超声分散仪以60℃加热，分散45分钟。将20份固化剂乙二胺加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以45℃加热5分钟。将混合物倒入模具在80℃下真空固化。固化后脱模，制得掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料。
实施例3、4、5制备出的复合材料环氧树脂和固化剂成分相同，改性空心漂珠体积分数分别是20％、30％和40％；而对比例则是无空心漂珠掺杂的环氧树脂。对比例：无掺杂的环氧树脂。制备步骤：将体积组分比例40份环氧树脂E-51放入烧瓶中，60℃水浴加热搅拌，将20份固化剂乙二胺加入烧瓶中，将混合物充分搅拌并以45℃加热5分钟。将混合物倒入模具在80℃下真空固化。固化后脱模，制得无掺杂的环氧树脂材料。
在以上4个情况下制备的材料中分别加工出厚度为25m的样品，以ASTMC-384标准测定材料的吸声系数。表1是上述四种材料在频率为130Hz、200Hz、325Hz、1300Hz和3250Hz声波下的吸音系数，环氧树脂材料的吸音系数随着空心漂珠体积分数增加而升高，加入了40％空心漂珠的环氧树脂复合材料比无掺杂的环氧树脂吸音性能大大提高，以数值论属于优秀范畴。
表1：对比例与实施例3、4、5的吸波性能对比
应当理解，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或改变仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (16)

1.一种掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料，其特征在于：其由作为基体的环氧树脂、用于控制环氧树脂交联固化的固化剂和空心漂珠组成；所述空心漂珠作为填料填充到所述环氧树脂中。
2.根据权利要求1所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂。
3.根据权利要求2所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述环氧树脂为E-54、E-44或E_51。
4.根据权利要求1所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述固化剂为多元胺类固化剂。
5.根据权利要求4所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述固化剂为4，4'-二氨基二苯基甲烷、乙二胺或二氨基二苯基砜。
6.根据权利要求1所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料体积组分比例为：环氧树脂20到60份，固化剂16到40份，空心漂珠20到60份。
7.根据权利要求1所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述空心漂珠是指火力发电厂的废弃物粉煤灰用水选法提取出的漂浮物，是一种直径为0.125mm到0.106mm的空心球体。
8.根据权利要求1所述的吸音环氧树脂材料，其特征在于，所述空心漂珠是火力发电厂的废弃物粉煤灰用水选法提取出的漂浮物，直径为0.125mm到0.106mm的空心球体，再利用表面改性剂进行表面改性所得到的改性空心球体。
9.一种如权利要求8所述的改性空心球体的制备方法，包括以下步骤：
将未改性的空心漂珠置于去离子水中形成混合物，用超声波分散仪使其充分分散，加入表面改性剂，持续搅拌该混合物并将其pH值调节到酸性；将该混合物以超声分散仪加热分散后将混合物静置，去除液相物质，固相物质经过无水乙醇充分冲洗后置于干燥环境干燥。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述表面改性剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷、正十八烷基三乙氧基硅烷、正十六烷基三乙氧基硅烷、或正十二烷基三乙氧基硅烷；所述表面改性剂用量为所述空心漂珠的质量的30％到75％；所述去离子水用量为所述空心漂珠的质量的1000％到3000％。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
所述调节混合物pH值手段为滴加0.1摩尔/升的盐酸水溶液；将所述混合物pH值调节到pH3到pH5。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述混合物在以超声分散仪加温分散的加热温度为55℃到75℃，分散时间为40分钟到120分钟。
13.一种如权利要求1所述的掺杂空心漂珠的吸音环氧树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将环氧树脂加热至粘度变小，加入空心漂珠，把该混合物在以超声分散仪加热分散；将固化剂加入以上混合物中，再继续加热搅拌，待混合均匀后倒模固化。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述环氧树脂加热温度为40℃到75℃；所述混合物在以超声分散仪加温分散的加热温度为40℃到75℃，分散时间为30分钟到60分钟。
15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于：所述环氧树脂的加热方法为水浴加热。
16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述混合物加入固化剂后加热搅拌，其加热温度为30℃到65℃，更优选地，加热方法采用水浴加热，加热时间为3分钟到15分钟。
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