CN108841018A - 用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制备方法 - Google Patents

用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种用于低频吸声的丁腈橡胶‑聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制备方法。所述方法包括：无机填料粉体的预处理；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂、促进剂、炭黑、无机填料粉体和硫磺，经混炼、硫化处理后，得到用于低频吸声的丁腈橡胶复合材料；按照两侧为丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为聚氨酯泡沫的结构，利用粘合剂复合得到丁腈橡胶‑聚氨酯泡沫复合层状材料。本发明以无机填料为功能相、丁腈橡胶为基体相制备橡胶材料，再将其与聚氨酯泡沫结合，利用界面共振和界面反射提高声波在材料中的损耗，所述复合材料在质量较轻、厚度较小且生产成本较低的情况下具有优异的中高频和中低频吸声效果。

Description

用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制 备方法
技术领域
本发明属于材料加工技术领域，具体涉及一种用于低频吸声的橡胶/聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制备方法。
背景技术
随着现代工业、交通运输和社会城市化进程的迅速发展，噪声和振动问题已成为人类面临的严重的环境污染问题。噪音不仅会影响机械产品精度、缩短机械零部件使用寿命，还会严重影响人们的工作和学习。如何解决噪音问题已经成为人们必须面对和亟待解决的世界性难题之一。为了降低噪音对人们身心健康的危害，吸声材料在噪音控制中起着举足轻重的作用。如今，吸声降噪材料在人们生产和生活的各个领域都得到了极为广泛的应用。
近年来，国内外对于吸声材料进行了大量的研究，为了改善吸声材料的吸声性能及拓宽吸声材料的吸声频带，传统的纤维多孔吸声材料、陶瓷多孔吸声材料逐渐发展为高聚物泡沫吸声材料、高聚物复合吸声材料等新型吸声材料。聚合物复合吸声材料作为一种新型功能材料逐渐被关注，越来越多的应用于吸声降噪领域。
聚合物泡沫包含由连续固相包围的气孔，可以有效吸收声波。由于其良好的中高频吸声性能，广泛用于噪声控制工程中的吸声材料。同时，研究表明，吸声效率取决于泡沫密度，泡孔尺寸，形状和类型(开闭)等细胞微观结构以及固体聚合物的性质。此外，Olek报道了四个因素与吸声有密切的关系，包括：(1)表层孔隙度，(2)表层气流阻力，(3)孔隙连通性的曲率，以及(4)多孔层的厚度。在这些因素中，泡沫结构对于吸声效率是最重要的。为了提高多孔泡沫材料的低频吸声性能，除了改进发泡工艺外，常通过结构设计制备复合结构吸声材料，如周期结构、螺旋结构、多层结构等，这种复合结构材料可以实现宽频带的噪声0吸收，是一种显著提高吸声性的有效办法。聚氨酯是一种在国民经济中具有广泛应用的高分子材料，其原材料来源丰富，设计性强、性能调节范围广，具有优良的阻尼性能，减振性能、耐腐蚀和耐化学介质性能。通过结构设计可以得到具有优异阻尼性能的可用于吸声降噪领域的聚氨酯泡沫材料。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料及其制备方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)无机填料粉体的预处理：将无机填料和偶联剂混合，通过高速球磨预处理得到改性后的无机填料粉体；
(2)在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂、促进剂、炭黑、改性后的无机填料粉体和硫磺，经混炼后得到混炼胶，再将混炼胶经硫化处理后，得到用于低频吸声的橡胶复合材料；
(3)夹层结构材料的复合：按照两侧为丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得橡胶复合材料与聚氨酯泡沫利用粘合剂复合得到丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料。
上述方案中，步骤(1)中所述无机填料粉体为碳酸钙、二氧化硅和滑石粉中的一种或几种。
上述方案中，步骤(1)中所述无机填料的纯度大于98％(质量百分比)。
上述方案中，步骤(1)中所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述偶联剂与无机填料粉体的质量比1～5:100。
上述方案中，步骤(2)中各原料组分按重量份数计为：丁腈橡胶100份；氧化锌3～8份；硬脂酸锌0.5～3份；硬脂酸0.5～3份；防老剂0.5～2份；硫磺1.5～3份；促进剂：1.5～3份；炭黑15～30份；改性后的无机填料粉体25～100份。其中，所述防老剂为防老剂RD；所述促进剂由促进剂TMTD和促进剂CZ按照1～2:0.5～1的比例组成。
上述方案中，步骤(2)中所述混炼处理为：40～80℃，混炼10～40min；所述硫化处理的硫化温度为150～170℃，硫化压力为10～15Mpa，硫化时间为15～30min。
上述方案中，步骤(3)中所述两侧为单层的1～2mm橡胶复合材料，内侧夹层为10～40mm的聚氨酯泡沫。
上述方案中，步骤(3)中所述粘合剂为聚氨酯胶、氯丁-丁腈胶、或酚醛-丁腈胶。
上述制备方法制备所得用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
本发明的有益效果如下：本发明首先以无机填料为功能相、丁腈橡胶为基体相制备一种橡胶吸声材料，利用橡胶材料的高阻尼特性，并在橡胶基体中加入功能性无机填料，有利于提高中低频声波吸收，增大内耗，提高橡胶材料的吸声性能；再结合对中高频声波具有良好吸声性能的聚氨酯泡沫，进一步提高材料的阻尼效应，设计出一种层状夹心结构的橡胶/聚氨酯泡沫夹层复合材料。当声波进入材料时，不仅会在聚氨酯泡沫和丁腈橡胶界面发生界面共振和界面损耗，而且声波在界面处反射的概率会增加，延长了声波在材料中的运动路径，增大了声波的耗散，显著提升了聚合物复合材料在低频的吸声性。本发明利用界面共振和界面反射提高声波在材料中的损耗，所述丁腈橡胶/聚氨酯泡沫夹层复合材料具有优异的低频吸声性能，且其质量较轻，厚度较小，生产成本较低。
附图说明
图1为实施例1、2、3、4中制备的层状结构复合材料的低频吸声性能。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1
一种用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)无机填料粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：碳酸钙粉体100phr、偶联剂5phr，选取无机填料和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1200～1500r/min球磨30min；
(2)混炼胶配方：丁腈橡胶：100phr；氧化锌：8phr；硬脂酸锌：1.5phr；硬脂酸：1.5phr；防老剂RD：1.5phr；硫磺：1.75phr；促进剂TMTD：1phr；促进剂CZ：1phr；炭黑：30phr；碳酸钙粉体：25phr；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂RD、促进剂TMTD、促进剂CZ、炭黑、碳酸钙粉体和硫磺，在40～80℃的温度下混炼30min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和15MPa的压力条件下硫化15min得到用于低频吸声的丁腈橡胶复合材料；
(3)层状结构材料的复合：按照两侧为1mm碳酸钙/丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为25mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
对本实施例制备所得碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在500～1250Hz频率下所述碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的平均吸声系数为0.37，800Hz频率下吸声系数最大为0.89。
实施例2
一种用于低频吸声的丁腈橡胶/聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)无机填料粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：二氧化硅粉体100phr、偶联剂5phr，选取无机填料和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1200～1500r/min球磨30min；
(2)混炼胶配方：丁腈橡胶：100phr；氧化锌：8phr；硬脂酸锌：1.5phr；硬脂酸：1.5phr；防老剂RD：1.5phr；硫磺：1.75phr；促进剂TMTD：1phr；促进剂CZ：1phr；炭黑：30phr；二氧化硅粉体：25phr；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂RD、促进剂TMTD、促进剂CZ、炭黑、二氧化硅粉体和硫磺，在40～80℃的温度下混炼30min得到混炼胶，然后将混炼胶在160℃的温度和15MPa的压力条件下硫化15min得到用于低频吸声的丁腈橡胶复合材料；
(3)层状结构材料的复合：按照两侧为1mm二氧化硅/丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为25mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到二氧化硅/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
对本实施例制备所得二氧化硅/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～800Hz频率下所述二氧化硅/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的平均吸声系数为0.36，800Hz下吸声系数最大为0.92。
实施例3
一种用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)无机填料粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：滑石粉粉体100phr、偶联剂5phr，选取无机填料和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1200～1500r/min球磨30min；
(2)混炼胶配方：丁腈橡胶：100phr；氧化锌：8phr；硬脂酸锌：1.5phr；硬脂酸：1.5phr；防老剂RD：1.5phr；硫磺：1.75phr；促进剂TMTD：1phr；促进剂CZ：1phr；炭黑：30phr；滑石粉粉体：25phr；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂RD、促进剂TMTD、促进剂CZ、炭黑、滑石粉粉体和硫磺，在40～80℃的温度下混炼30min得到混炼胶，然后将混炼胶在165℃的温度和15MPa的压力条件下硫化15min得到用于低频吸声的丁腈橡胶复合材料；
(3)层状结构材料的复合：按照两侧为1mm滑石粉/丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为10mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到滑石粉/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
对本实施例制备所得滑石粉/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～800Hz频率下所述滑石粉/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的平均吸声系数为0.31，800Hz下吸声系数最大为0.67。
实施例4
一种用于低频吸声的丁腈橡胶/聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，其制备步骤如下：
(1)无机填料粉体的预处理：按各原料所占重量份数为：碳酸钙粉体100phr、偶联剂4phr，选取无机填料和钛酸酯偶联剂；将各原料放入球磨机中以高速1200～1500r/min球磨30min；
(2)混炼胶配方：丁腈橡胶：100phr；氧化锌：8phr；硬脂酸锌：1.5phr；硬脂酸：1.5phr；防老剂RD：1.5phr；硫磺：1.75phr；促进剂TMTD：1phr；促进剂CZ：1phr；炭黑：30phr；碳酸钙粉体：25phr；在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂RD、促进剂TMTD、促进剂CZ、炭黑、碳酸钙粉体和硫磺，在40～80℃的温度下混炼30min得到混炼胶，然后将混炼胶在170℃的温度和15MPa的压力条件下硫化15min得到用于低频吸声的丁腈橡胶复合材料；
(3)层状结构材料的复合：按照两侧为1mm碳酸钙/丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为10mm聚氨酯泡沫的结构，将步骤(2)制备所得丁腈橡胶复合材料与片状聚氨酯泡沫，利用聚氨酯胶作粘合剂复合得到碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
对本实施例制备所得碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料进行效果评价，结果如图1所示。从图1看出：在200～800Hz频率下所述碳酸钙/丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的平均吸声系数为0.3，800Hz频率下吸声系数最大为0.85。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属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。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）无机填料粉体的预处理：将无机填料和偶联剂混合，通过高速球磨预处理得到改性后的无机填料粉体；
（2）在密炼机或开炼机中依次加入丁腈橡胶、氧化锌、硬脂酸、硬脂酸锌、防老剂、促进剂、炭黑、改性后的无机填料粉体和硫磺，经混炼后得到混炼胶，再将混炼胶经硫化处理后，得到用于低频吸声的橡胶复合材料；
（3）夹层结构材料的复合：按照两侧为丁腈橡胶复合材料、内侧夹层为聚氨酯泡沫的结构，将步骤（2）制备所得橡胶复合材料与聚氨酯泡沫利用粘合剂复合得到丁腈橡胶-聚氨酯泡沫复合层状材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述无机填料粉体为碳酸钙、二氧化硅和滑石粉中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于， 步骤（1）中所述偶联剂为钛酸酯偶联剂，所述偶联剂与无机填料粉体的质量比1~5:100。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中各原料组分按重量份数计为：丁腈橡胶100份；氧化锌3~8份；硬脂酸锌0.5~3份；硬脂酸0.5~3份；防老剂0.5~2份；硫磺1.5~3份；促进剂：1.5~3份；炭黑15~30份；改性后的无机填料粉体25~100份。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述防老剂为防老剂RD，所述促进剂由促进剂TMTD和促进剂CZ按照1~2:0.5~1的比例组成。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述混炼处理为：40~80℃，混炼10~40min；所述硫化处理的硫化温度为150~170℃，硫化压力为10~15Mpa，硫化时间为15~30min。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述两侧为单层的1~2mm橡胶复合材料，内侧夹层为10~40mm的聚氨酯泡沫。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述粘合剂为聚氨酯胶、氯丁-丁腈胶、或酚醛-丁腈胶。
9.权利要求1~8任一所述制备方法制备所得用于低频吸声的丁腈橡胶-聚氨酯泡沫夹层复合材料。
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