CN105482269A

CN105482269A - 一种低频吸声橡胶基复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN105482269A
Application number: CN201510958625.3A
Authority: CN
Inventors: 晏雄; 王坤; 张慧萍; 庄兴民
Original assignee: Donghua University
Current assignee: Donghua University; National Dong Hwa University
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2016-04-13

Abstract

本发明提供了一种低频吸声橡胶基复合材料及其制备方法。所述的低频吸声橡胶基复合材料，其特征在于，包括三元乙丙橡胶和木棉纤维，其中，三元乙丙橡胶和木棉纤维的质量比为80～100∶5～15。本发明制备的低频吸声复合材料在低频吸声性能优异，在125～1000Hz的平均吸声系数高于0.34，最大吸声系数达到0.71；本发明制备的吸声复合材料轻薄(1～3mm)，制备方法操作简单，经济效益好，适合工业化生产。复合材料可用于汽车内饰、建筑、高铁等噪声较大的场合；制备方法操作简单方便，低频吸声效果好，吸声频带宽，价格适中，适合于工业化生产。

Description

一种低频吸声橡胶基复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于低频吸声材料及其制备和应用领域，它涉及一种低频吸声橡胶基复合材料及其制备方法。

背景技术

目前，国内外的吸声材料在中高频吸声效果较好，但是低频吸声效果不理想。为提高材料的低频吸声性能，一般采用增加吸声材料的厚度的方法，虽然这样可以提高材料的低频吸声性能，但是效果不明显，并且在使用上也受到空间、材料体积和成本等的限制。另外，还有将吸声材料设计成各种各样的几何形状，如球体、圆锥体、圆柱体、六面体、四面体等等，这样虽扩大了吸声的有效面积，可以获得较好的吸声效果，但是制作工艺较复杂，且会受到使用空间的限制，不能被广泛使用。因此，开发低频吸声性能好、轻薄、加工简单，低频吸声材料就显得尤为必要。

三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。其特性是其优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性；且在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重，它能吸收大量的填料而对性能影响不大。

沸石是火山熔岩形成的一种架状结构的铝硅酸盐矿物，沸石粉由沸石研磨而成，由铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸非常小(通常为0.3～2nm)的孔道和空腔体系，并具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当。沸石具有独特的吸附性、催化性、离子交换性等。目前沸石粉应用局限于鱼类饲料添加剂、水质改良剂等，沸石粉用在声学方面的应用还很少，有很大的空间进行开发利用。

木棉纤维作为一种天然纤维素纤维，具有薄壁大中空的独特结构(中空度80％～90％)，其中空率远远高于其他现有纤维，是优良的隔热、隔音、保暖和浮力材料。

通常，多孔复合材料的中高频吸声性能较好，但低频吸声性能较差。通过向复合材料中加入多孔小分子，以改善复合材料中孔径大小、孔隙率，这既可提高中高频的吸声性能又可以提高低频吸声性能。

因此，为解决吸声材料低频吸声性能较差的缺陷，本发明研制了一种低频吸声橡胶基复合材料。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种低频吸声橡胶基复合材料及其制备方法，该方法制备的低频吸声复合材料在低频吸声性能优异，在125～1000Hz的平均吸声系数达到0.34以上，最大吸声系数达到0.71；本发明制备得到的吸声材料轻薄(1～3mm)，制备方法操作简单，经济效益好，适合工业化生产。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低频吸声橡胶基复合材料，其特征在于，包括三元乙丙橡胶和木棉纤维，其中，三元乙丙橡胶和木棉纤维的质量比为80～100∶5～15。

优选地，所述的低频吸声橡胶基复合材料还包括沸石粉，三元乙丙橡胶和沸石粉的质量比为80～100∶10～40。

优选地，所述的低频吸声橡胶基复合材料的厚度为1mm～3mm，密度为15.9～21.9g/cm³。

本发明还提供了上述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

第一步：混炼：在双辊筒炼机上的辊筒间加入80～100质量份的三元乙丙橡胶，再向橡胶中添加5～15质量份的木棉纤维，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼，混炼温度为30～70℃，混炼时间为10～30分钟，混炼后，将混炼料从辊筒上剥下来，然后剪碎制成混炼碎粒，以备热压成形之用；

第二步：热压成型：将混炼碎料铺在模具中，模具上下都用钢板夹住；将装有碎料的模具和钢板移入平板硫化机，在5～15MPa的压力，150～170℃条件下，加压1～3分钟；取下钢板，脱模，冷却，即得低频吸声橡胶基复合材料。

优选地，在混炼时，使用切刀做人工辅助性的混合。

优选地，所述第一步中，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼后，在混炼料中添加10～40质量份的沸石粉，再次混炼，再次混炼的温度为30～70℃，混炼时间为20～60分钟。

优选地，在再次混炼时，使用切刀做人工辅助性的混合。

优选地，所述的第二步中，在钢板和模具之间设置一层PE粘膜。

优选地，所述的第二步中的冷却为在常温下放置冷却，或使用水进行冷却。

本发明利用材料的微孔中空气的粘滞性和孔壁与空气间的热传导作用，使声能衰减。此外，气泡(或空腔)还可将其周围介质的体积压缩形变转变为剪切形变，增加了材料的内耗，也有助于提高材料的吸声性能，属于多孔吸声机理。通过向橡胶复合材料中加入沸石粉，改善复合材料中孔径和孔隙率，实现材料在中高频具有良好的吸声性能，同时在低频也具有较好的吸声效果。本发明的一种低频吸声橡胶基复合材料可应用于汽车，建筑、机械等领域。

本发明以三元乙丙橡胶橡胶为基体，主要因为优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性；且在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重，它能吸收大量的填料而影响特性不大。木棉纤维为天然的高中空(中空度80％～90％)、超细纤维，质量轻，本身有较好的吸声性能；沸石粉由铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3～2nm)的孔道和空腔体系具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当。根据多孔吸声机理，孔隙率适当增大有助于吸声性能提高，而且孔径越小，吸声性能越好。因此，制备以三元乙丙橡胶为基体加入木棉纤维和沸石粉制成的复合材料具有质轻、环保、拓宽了沸石粉在声学的领域的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明制备的低频吸声复合材料在低频吸声性能优异，在125～1000Hz的平均吸声系数高于0.34，最大吸声系数达到0.71；

(2)本发明制备的吸声复合材料轻薄(1～3mm)，制备方法操作简单，经济效益好，适合工业化生产。

(3)复合材料可用于汽车内饰、建筑、高铁等噪声较大的场合；制备方法操作简单方便，低频吸声效果好，吸声频带宽，价格适中，适合于工业化生产。

附图说明

图1木棉纤维/沸石粉/三元乙丙橡胶复合材料、木棉纤维/三元乙丙橡胶复合材料、三元乙丙橡胶声系数曲线，

其中，0#：3mm三元乙丙橡胶；

1#：1mm厚的木棉纤维/三元乙丙橡胶复合材料

2#：3mm厚的木棉纤维/三元乙丙橡胶复合材料

3#：3mm木棉纤维/沸石粉/三元乙丙橡胶复合材料

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。

本发明各实施例所用原料为：EPDM：上海胶广化工贸易有限公司，牌号为4570；木棉纤维：印尼进口A级木棉，平均直径23.4μm；沸石粉：江西省萍乡市鑫陶化工填料有限公司，型号为5A，颗粒为325目。

实施例1

一种低频吸声橡胶基复合材料，包括三元乙丙橡胶和木棉纤维，其中，三元乙丙橡胶和木棉纤维的质量比为100∶10。

上述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，具体步骤为：

第一步：混炼：将双辊筒炼机上的辊筒温度保持在室温，在双辊筒炼机上的辊筒间加入100质量份的三元乙丙橡胶，再向橡胶中添加10质量份的木棉纤维，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼，混炼温度为40℃，混炼时间为20分钟，由于两辊筒表面转速的差异，用切刀做人工辅助性的混合，使均匀混合混炼后，将混炼料从辊筒上剥下来，然后剪碎制成混炼碎粒，以备热压成形之用；

第二步：热压成型：将混炼碎料铺在模具中，模具上下都用钢板夹住，在钢板和模具之间设置一层PE粘膜，防止弄脏碎料；将装有碎料的模具和钢板移入平板硫化机，在10MPa的压力，160℃条件下，加压3分钟；取下钢板，脱模，在常温下放置冷却，即得低频吸声橡胶基复合材料。所述的低频吸声橡胶基复合材料的厚度为1mm，密度为15.9g/cm³。(吸声效果见附图1中1#)

实施例2

一种低频吸声橡胶基复合材料，包括三元乙丙橡胶和木棉纤维，其中，三元乙丙橡胶和木棉纤维的质量比为100∶10，所述的低频吸声橡胶基复合材料的厚度为3mm。复合材料密度为17.9g/cm³。(吸声效果见附图1中2#)

上述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法与实施例1相同。

实施例3

一种低频吸声橡胶基复合材料，包括三元乙丙橡胶、木棉纤维和沸石粉，其中，三元乙丙橡胶、木棉纤维和沸石粉的质量比为100∶10∶20。

上述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，具体步骤为：

第一步：混炼：将双辊筒炼机上的辊筒温度保持在室温，在双辊筒炼机上的辊筒间加入100质量份的三元乙丙橡胶，再向橡胶中添加10质量份的木棉纤维，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼，混炼温度为40℃，混炼时间为20分钟，由于两辊筒表面转速的差异，用切刀做人工辅助性的混合，使均匀混合，在混炼料中添加20质量份的沸石粉，再次混炼，再次混炼的温度为40℃，混炼时间为20分钟，混炼时使用切刀做人工辅助性的混合，混炼后，将混炼料从辊筒上剥下来，然后剪碎制成混炼碎粒，以备热压成形之用；

第二步：热压成型：将混炼碎料铺在模具中，模具上下都用钢板夹住，在钢板和模具之间设置一层PE粘膜，防止弄脏碎料；将装有碎料的模具和钢板移入平板硫化机，在10MPa的压力，160℃条件下，加压3分钟；取下钢板，脱模，在常温下放置冷却，即得低频吸声橡胶基复合材料。所述的低频吸声橡胶基复合材料的厚度为1mm。复合材料密度为21.9g/cm³。(吸声效果见附图1中3#)

对比例

将三元乙丙橡胶经过混炼、热压成型、冷却，获得未加木棉纤维和沸石粉的厚度为3mm的材料。(吸声效果见附图1中0#)

厚度相同时，木棉纤维/三元乙丙橡胶复合材料和三元乙丙橡胶相比，具有更好的吸声性能；1mm厚度木棉纤维/三元乙丙橡胶复合材料比3mm三元乙丙橡胶吸声性能好，说明本发明材料的轻薄特征；随着木棉纤维/沸石粉/三元乙丙橡胶复合材料厚度的增加，其吸声性能有所提高；木棉纤维/沸石粉/三元乙丙橡胶复合材料的低频吸声性能有所提高。

Claims

1.一种低频吸声橡胶基复合材料，其特征在于，包括三元乙丙橡胶和木棉纤维，其中，三元乙丙橡胶和木棉纤维的质量比为80～100∶5～15。

2.如权利要求1所述的低频吸声橡胶基复合材料，其特征在于，所述的低频吸声橡胶基复合材料还包括沸石粉，三元乙丙橡胶和沸石粉的质量比为80～100∶10～40。

3.如权利要求1所述的低频吸声橡胶基复合材料，其特征在于，所述的低频吸声橡胶基复合材料的厚度为1mm～3mm，密度为15.9～21.9g/cm³。

4.权利要求1-3中任一项所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，包括：

5.如权利要求4所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，在混炼时，使用切刀做人工辅助性的混合。

6.如权利要求4所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，所述第一步中，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼后，在混炼料中添加10～40质量份的沸石粉，再次混炼，再次混炼的温度为30～70℃，混炼时间为20～60分钟。

7.如权利要求6所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，在再次混炼时，使用切刀做人工辅助性的混合。

8.如权利要求4所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的第二步中，在钢板和模具之间设置一层PE粘膜。

9.如权利要求4所述的低频吸声橡胶基复合材料的制备方法，其特征在于，所述的第二步中的冷却为在常温下放置冷却，或使用水进行冷却。