CN109265121A - 一种石膏基复合吸声材料的制备方法 - Google Patents

一种石膏基复合吸声材料的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种石膏基复合吸声材料的制备方法，属于无机非金属材料技术领域。本发明利用稻草梗纤维纵向是由多根微细纤维结合而成的束纤维，呈螺旋结构，这种互相排列、相互联结的螺旋结构使其表面产生大量的缝隙和网孔的特点，结合硅藻土排列规整，形状多为圆形和针状，孔隙间相互交叉并和外部彼此相连通的多孔结构，通过烘制稻草梗中高灰分，纤维中高脂肪、醋和树脂，使其熔融出来并粘结硅藻土与石膏，纤维与石膏、纤维与硅藻泥之间堆积形成空间连通的多孔结构，孔隙率高，排列次序统一，形状规则，孔隙间相互连通，提高了复合多孔吸声材料的孔隙率，从而使材料具备优良的吸声性能。

Description

一种石膏基复合吸声材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种石膏基复合吸声材料的制备方法，属于无机非金属材料技术领域。
背景技术
随着工业的快速发展，噪声污染越来越严重，吸声降噪作为环境保护的重点工作之一，得到科学工作者的广泛关注。伴随社会的高速发展，噪声污染日益严重。吸声材料是建筑装修的一种功能性材料，它具有吸声与装饰的双重要求，既要美观又要实现吸声的特殊要求。任何材料对声音都能吸收，只是吸收程度有很大的不同。通常是平均吸声系数大于0.2的材料，列为吸声材料。
根据吸声机理的不同，吸声材料可以分为共振吸声材料和多孔吸声材料，其中共振吸声材料可以看做多个亥姆霍兹吸声共振器并联而成的共振吸声结构，其最高吸声系数出现在共振频率处；多孔吸声材料内部具有大量贯通的三维孔隙，当声波入射到材料表面时，一部分被材料表面反射掉，另一部分则进入孔隙内部向前传播，在传播过程中，由于粘滞作用，声能转化为热能而耗散，从而达到吸声降噪的作用。目前市场上常用的吸声与隔声材料，通常防火、耐候、强度、吸声与隔声等性能不佳，在应用时暴漏出各种各样的问题。
户外声屏障使用的无机非金属材料有泡沫水泥吸声板、岩棉吸声板和珍珠岩吸声板等，这些无机材料防火、耐蚀，但其质脆、吸声性能较差。为了保证强度和吸声性能，这些吸声板厚度较大，当雨后材料吸湿，所含水分蒸发很慢，干燥需要很长时间。这些材料制成的吸声板不易加工，且会刺激皮肤。因此，其应用也有局限性。此外还有有机泡沫材料也曾经用于声屏障，但限于防火性差，强度低，已经逐步退出。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前市场上常用的吸声材料，防火、耐候、强度、吸声与隔声性能不佳的问题，提供了一种石膏基复合吸声材料的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）取硅藻土加入去离子水中搅拌混合，再加入质量分数为98%硫酸，并加热至70～80℃，持续搅拌20～30min后过滤、水洗、干燥，得预处理硅藻土；
（2）取磷石膏置于电热烘箱中烘烤，冷却后球磨至比表面积为3000～4000cm2/g，得预处理磷石膏；
（3）将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段；
（4）取稻草梗碎段装入电热烘箱中烘制，再与预处理磷石膏、预处理硅藻土、膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入助剂、去离子水搅拌均匀，搅拌完毕后装入模具中压制成型，并在120～150℃下干燥3～5后脱模，得预制料；
（5）将预制料装入养护室中，在80～90%湿度下持续定向通入水蒸气养护1～3天，再自然养护10～20天，得石膏基复合吸声材料。
步骤（1）所述硅藻土与去离子水的质量比为1：6～1：20。
步骤（1）所述硫酸用量为硅藻土质量的6～20%。
步骤（2）所述烘烤过程为以2～3℃/min升温至150～200℃，保温烘烤至游离水含量小于1%。
步骤（4）所述烘制过程为以2～3℃/min升温至120～180℃烘制1～2h。
步骤（4）所述各物料重量份为75～100份稻草梗碎段，1000～2000份预处理磷石膏，100～200份预处理硅藻土，40～60份膨胀珍珠岩，6～10份助剂，800～1600份去离子水。
步骤（4）所述助剂为增强剂、分散剂、保水剂、润滑剂和助磨剂中的一种或多种，优选的为异氰酸醋胶粘剂和早强剂。
步骤（4）所述压制压力为5～10MPa。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
本发明利用稻草梗纤维纵向是由多根微细纤维结合而成的束纤维，呈螺旋结构，这种互相排列、相互联结的螺旋结构使其表面产生大量的缝隙和网孔的特点，结合硅藻土排列规整，形状多为圆形和针状，孔隙间相互交叉并和外部彼此相连通的多孔结构，通过烘制稻草梗中高灰分，纤维中高脂肪、醋和树脂，使其熔融出来并粘结硅藻土与石膏，纤维与石膏、纤维与硅藻泥之间堆积形成空间连通的多孔结构，孔隙率高，排列次序统一，形状规则，孔隙间相互连通，提高了复合多孔吸声材料的孔隙率，当声源震动产生声波入射到材料面层时，由于材料面层的 反射作用，反射回一部分声波，而剩余部分则进入材料内部，声波在材料内带动质点依次震动，并彼此相互传递下去，而孔隙中的空气由于震动和材料壁产生摩擦，临近材料壁的空气不易流动而产生黏滞性，黏滞阻力迫使空气传播的动能转换为摩擦生成热能，使得声能逐渐衰减，声波通过介质时，使质点震动产生横向和纵向位移，从而造成质点分布不均匀，在质点间形成温度差，声能通过热传导而损耗，因为纤维的振动导致空气质点振动的速度加快，热交换的速度也加快，因此耗散声能，从而使材料具备优良的吸声性能。
具体实施方式
取300～500g硅藻土，加入3～6L去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入30～60g质量分数为98%硫酸，并加热至70～80℃，继续搅拌20～30min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在105～110℃下干燥至恒重，得预处理硅藻土，取10～20kg磷石膏置于电热烘箱中，以2～3℃/min升温至150～200℃，保温烘烤至游离水含量小于1%，冷却至室温后装入球磨机中，以200～300r/min球磨至比表面积为3000～4000cm2/g，得预处理磷石膏，将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段，取75～100g稻草梗碎段装入电热烘箱中，以2～3℃/min升温至120～180℃烘制1～2h，再与1～2kg预处理磷石膏，100～200g预处理硅藻土，40～60g膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入6～10g助剂，0.8～1.6L去离子水，以200～300r/min搅拌5～8min，搅拌完毕后装入模具中，在5～10MPa压力下压制成型，并在120～150℃下干燥3～5h后脱模，得预制料，将预制料装入养护室中，在80～90%湿度下持续定向通入水蒸气养护1～3天，再自然养护10～20天，得石膏基复合吸声材料。
取300g硅藻土，加入3L去离子水中，以300r/min搅拌20min，再加入30g质量分数为98%硫酸，并加热至70℃，继续搅拌20min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在105℃下干燥至恒重，得预处理硅藻土，取10kg磷石膏置于电热烘箱中，以2℃/min升温至150℃，保温烘烤至游离水含量小于1%，冷却至室温后装入球磨机中，以200r/min球磨至比表面积为3000cm2/g，得预处理磷石膏，将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段，取75g稻草梗碎段装入电热烘箱中，以2℃/min升温至120℃烘制1h，再与1kg预处理磷石膏，100g预处理硅藻土，40g膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入6g助剂，0.8L去离子水，以200r/min搅拌5min，搅拌完毕后装入模具中，在5MPa压力下压制成型，并在120℃下干燥3h后脱模，得预制料，将预制料装入养护室中，在80%湿度下持续定向通入水蒸气养护1天，再自然养护10天，得石膏基复合吸声材料。
取400g硅藻土，加入5L去离子水中，以350r/min搅拌25min，再加入40g质量分数为98%硫酸，并加热至75℃，继续搅拌25min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在108℃下干燥至恒重，得预处理硅藻土，取15kg磷石膏置于电热烘箱中，以2℃/min升温至180℃，保温烘烤至游离水含量小于1%，冷却至室温后装入球磨机中，以250r/min球磨至比表面积为3500cm2/g，得预处理磷石膏，将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段，取80g稻草梗碎段装入电热烘箱中，以2℃/min升温至160℃烘制1h，再与1kg预处理磷石膏，150g预处理硅藻土，50g膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入8g助剂，1.2L去离子水，以250r/min搅拌6min，搅拌完毕后装入模具中，在8MPa压力下压制成型，并在130℃下干燥4h后脱模，得预制料，将预制料装入养护室中，在85%湿度下持续定向通入水蒸气养护2天，再自然养护15天，得石膏基复合吸声材料。
取500g硅藻土，加入6L去离子水中，以400r/min搅拌30min，再加入60g质量分数为98%硫酸，并加热至80℃，继续搅拌30min，过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再将滤渣置于干燥箱中，在110℃下干燥至恒重，得预处理硅藻土，取20kg磷石膏置于电热烘箱中，以3℃/min升温至200℃，保温烘烤至游离水含量小于1%，冷却至室温后装入球磨机中，以300r/min球磨至比表面积为4000cm2/g，得预处理磷石膏，将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段，取100g稻草梗碎段装入电热烘箱中，以3℃/min升温至180℃烘制2h，再与2kg预处理磷石膏，200g预处理硅藻土，60g膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入10g助剂，1.6L去离子水，以300r/min搅拌8min，搅拌完毕后装入模具中，在10MPa压力下压制成型，并在150℃下干燥5h后脱模，得预制料，将预制料装入养护室中，在90%湿度下持续定向通入水蒸气养护3天，再自然养护20天，得石膏基复合吸声材料。
将本发明制备的石膏基复合吸声材料及广东某公司生产的吸声材料进行检测，具体检测结果如下表表1：
（1）试样面密度的测定：将裁剪好的规格为25cm2的正方形试样，用电子天平称量5次后求平均值，根据公式计算密度。
试样隔声性能测试：使用北京声望公司的BSWA VS302USB双声道声学分析仪，采用混响室-消声法测试复合材料隔声性能，测试标准参照GB/T19889.3-2005。
芯层试样拉伸性能的测试：在标准大气条件（温度为20±2℃，相对湿度为（65±2）%）下，参照国标GB/T1040.3-2006，采用万能材料试验机（2365型，英国INSTRON公司）测试试样的拉伸机械性能。其中样品夹距为50mm，预加张力为2N，拉伸速度为100mm/min。
表1石膏基复合吸声材料的性能对比表
检测项目 实例1 实例2 实例3 对照例
吸声系数a 0.52 0.56 0.62 0.35
隔声量达到/dB 47.3 49.2 50.7 30.2
弯曲强度/MPa 35.6 36.2 37.8 25.7
拉伸强度/MPa 6.3 7.5 8.0 5.4
密度/kg·m<sup>﹣2</sup> 9.424 8.356 9.687 1.808
冲击强度/kJ·m-2 5.5 5.8 6.2 4.3
从上表可以看出，本发明制备的石膏基复合吸声材料具有良好的吸声降噪功能，且具有较好的力学性能，提供了廉价的无机非金属功能性产品，具有良好的环境效益和经济价值。

Claims (8)

1.一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，具体步骤为：
（1）取硅藻土加入去离子水中搅拌混合，再加入质量分数为98%硫酸，并加热至70～80℃，持续搅拌20～30min后过滤、水洗、干燥，得预处理硅藻土；
（2）取磷石膏置于电热烘箱中烘烤，冷却后球磨至比表面积为3000～4000cm2/g，得预处理磷石膏；
（3）将稻草梗自然风干后装入碎料机中剪切成2.0mm×40.0mm的碎段；
（4）取稻草梗碎段装入电热烘箱中烘制，再与预处理磷石膏、预处理硅藻土、膨胀珍珠岩保温混合均匀，混合完毕后加入助剂、去离子水搅拌均匀，搅拌完毕后装入模具中压制成型，并在120～150℃下干燥3～5后脱模，得预制料；
（5）将预制料装入养护室中，在80～90%湿度下持续定向通入水蒸气养护1～3天，再自然养护10～20天，得石膏基复合吸声材料。
2.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硅藻土与去离子水的质量比为1：6～1：20。
3.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述硫酸用量为硅藻土质量的6～20%。
4.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述烘烤过程为以2～3℃/min升温至150～200℃，保温烘烤至游离水含量小于1%。
5.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述烘制过程为以2～3℃/min升温至120～180℃烘制1～2h。
6.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述各物料重量份为75～100份稻草梗碎段，1000～2000份预处理磷石膏，100～200份预处理硅藻土，40～60份膨胀珍珠岩，6～10份助剂，800～1600份去离子水。
7.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述助剂为增强剂、分散剂、保水剂、润滑剂和助磨剂中的一种或多种，优选的为异氰酸醋胶粘剂和早强剂。
8.如权利要求1所述的一种石膏基复合吸声材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）所述压制压力为5～10MPa。
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Application publication date: 20190125