CN110183769A - 一种新型吸声复合材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型吸声复合材料的制备方法，该方法以乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、二甲基硅油和过氧化二异丙苯为主要原料，同时引入聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料，在共聚物和添加剂的作用下制备出吸声性能强、吸声性能系数高的多孔吸声材料。本发明制备的多孔吸声材料与传统的吸声材料相比，具备高孔隙率和立体均布的气孔，吸声系数较高，适用的声频带范围较宽，具备优良的吸声性能。

Description

一种新型吸声复合材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型吸声复合材料的制备方法，属于声学材料领域。

背景技术

车辆的NVH问题（噪声、振动与声振粗糙度等引起的问题）是国际汽车业各大整车制造企业和零部件企业关注的问题之一。有统计资料显示，整车约有1/3的故障问题是和车辆的NVH问题有关系，而各大公司有近20%的研发费用消耗在解决车辆的NVH问题上。在汽车工业发展的今天，人们对乘坐舒适度的要求越来越高，汽车的NVH性能成了一个突出问题。噪声是评价乘坐舒适度的一项重要指标，如何降低乘坐室内的噪声声级，成为各大车厂关注的问题。

隔断噪声传播途径，应用先进的多孔吸声材料是降低噪声声级的有效方法之一。多孔吸声材料，其内部具有大量分布均匀的细小间隙和微孔，吸声降噪的机理取决于材料的柔顺性，通过声音与多孔材料骨架的内部摩擦、空气摩擦以及热交换来达到吸声降噪的目的。目前在汽车上应用较多的是泡沫类吸声材料，该材料具备高孔隙率和立体均布的气孔，但是该材料的空隙形貌、孔径、材料厚度以及背后空腔大小等因素，使其应用范围受到了限制。基于此，本发明以乙烯乙酸乙烯酯（EVA）、二甲基硅油和过氧化二异丙苯为主要原料，同时加入聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料，制备出吸声性能强、吸声性能系数高的多孔吸声材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一一种新型吸声复合材料的制备方法。

一种新型吸声复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）取90重量份二甲亚砜，10重量份去离子水于反应釜中，400r/min下搅拌2h，然后升温至90℃，加入40重量份直链淀粉，保温搅拌2h后冷却至室温，加入20重量份质量分数为60%的司班80、吐温80无水乙醇混合溶液，超声处理30 min后离心、洗涤，在80℃下干燥48h，将得到的粉末状产物与10重量份KH570在转矩流变仪中、170℃下共混10min，用无水乙醇洗涤、烘干，得到粉末状改性纳米淀粉；

2）将50~130重量份乙烯乙酸乙烯酯（EVA）与5重量份二甲基硅油置于混合搅拌机中充分搅拌均匀后，转移至干燥保温箱中，在80℃环境下脱水2~3h后置于反应釜中，加入6~30重量份步骤1）中改性纳米淀粉、10重量份偶氮二甲酰胺、4~20重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料、0.4重量份过氧化二异丙苯添加剂，待其完全混合均匀，转移至成型模具内，采用平板硫化机在110~130℃、10 MPa下压制成型，制备成300mm×300mm×150mm的有机硅改性聚氨酯材料。

所述聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料的制备方法为：

1）将30重量份醋酸锌加入50重量份无水乙醇中于80℃回流至溶解，然后加入10重量份的氢氧化钠，超声30min后于80℃反应2h，反应结束后加入25重量份的正己烷，将反应物抽滤，蒸馏水洗涤3次，乙醇洗涤3次，40℃恒温烘干，将得到的白色粉末状产物置于管式炉中600℃、40%CO₂+60%Ar气氛下煅烧4h，冷却后得到ZnO纳米粒子；

2）在反应釜中加入5重量份明胶和20重量份蒸馏水，升温至75℃，加入15重量份过氧化二苯甲酰、15重量份ZnO纳米粒子粉和2重量份苯乙烯，150rmp转速下搅拌升温至80℃聚合，当出现珠体沉淀时，升温至95℃进行熟化至珠体变硬后，将生成物置于沸水中反复洗涤，抽滤，105℃下真空烘干，得到聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

有益效果：（1）在共聚物和添加剂的作用下，声波进入材料后会引起相邻质点运动速度的不同，这样，由质点的相对运动就产生了内部的摩擦，同时，还会使得有相当一部分的声波能量在材料内成功转化为热能，这样在一定程度上使部分声波发生衰减；（2）引入的聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料与吸声材料会发生变形反应，由于每个分子由初始的球形形状变为了椭圆形，而分子链本身并没有任何变化，这就导致了在上述变形的过程中产生了显著的弹性滞后现象，分子链由原来各个链段都混乱排列初始的球形形状构象，变为各链段接近同向的一种构象排列方式，使一个分子链当中的各链段都全部进入与所受外力的大小相符合的一种新构象的分布；同样，除去外力作用、回到原来的形状的这个过程当中，应变的变化明显落后于相应应力产生的变化，使得声能转变为了热能而有部分损耗掉；（3）改性纳米淀粉和偶氮二甲酰胺、碳酸钙以及过氧化二异丙苯添加剂与乙烯乙酸乙烯酯形成的新型材质，入射过来的声音纵波会发生体积形变，产生波形变换，使损耗因子较低的纵波变换成为损耗因子较高的剪切波（横波），从而达到了吸声作用。

具体实施方式

实施例1

1）取90重量份二甲亚砜，10重量份去离子水于反应釜中，400r/min下搅拌2h，然后升温至90℃，加入40重量份直链淀粉，保温搅拌2h后冷却至室温，加入20重量份质量分数为60%的司班80、吐温80无水乙醇混合溶液，超声处理30 min后离心、洗涤，在80℃下干燥48h，将得到的粉末状产物与10重量份KH570在转矩流变仪中、170℃下共混10min，用无水乙醇洗涤、烘干，得到粉末状改性纳米淀粉；

2）将70重量份乙烯乙酸乙烯酯（EVA）与5重量份二甲基硅油置于混合搅拌机中充分搅拌均匀后，转移至干燥保温箱中，在80℃环境下脱水2~3h后置于反应釜中，加入12重量份步骤1）中改性纳米淀粉、10重量份偶氮二甲酰胺、16重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料、0.4重量份过氧化二异丙苯添加剂，待其完全混合均匀，转移至成型模具内，采用平板硫化机在110~130℃、10 MPa下压制成型，制备成300mm×300mm×150mm的有机硅改性聚氨酯材料。

所述聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料的制备方法为：

1）将30重量份醋酸锌加入50重量份无水乙醇中于80℃回流至溶解，然后加入10重量份的氢氧化钠，超声30min后于80℃反应2h，反应结束后加入25重量份的正己烷，将反应物抽滤，蒸馏水洗涤3次，乙醇洗涤3次，40℃恒温烘干，将得到的白色粉末状产物置于管式炉中600℃、40%CO₂+60%Ar气氛下煅烧4h，冷却后得到ZnO纳米粒子；

2）在反应釜中加入5重量份明胶和20重量份蒸馏水，升温至75℃，加入15重量份过氧化二苯甲酰、15重量份ZnO纳米粒子粉和2重量份苯乙烯，150rmp转速下搅拌升温至80℃聚合，当出现珠体沉淀时，升温至95℃进行熟化至珠体变硬后，将生成物置于沸水中反复洗涤，抽滤，105℃下真空烘干，得到聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

实施例2

与实施例1完全相同，不同在于：加入50重量份乙烯乙酸乙烯酯，6重量份改性纳米淀粉，20重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

实施例3

与实施例1完全相同，不同在于：加入60重量份乙烯乙酸乙烯酯，9重量份改性纳米淀粉，18重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

实施例4

与实施例1完全相同，不同在于：1）取90重量份二甲亚砜，10重量份去离子水于反应釜中，400r/min下搅拌2h，然后升温至90℃，加入40重量份直链淀粉，保温搅拌2h后冷却至室温，加入20重量份质量分数为60%的司班80、吐温80无水乙醇混合溶液，超声处理30 min后离心、洗涤，在80℃下干燥48h，备用；取10重量份松塔粉加入到盛有100重量份质量分数为25%的氢氧化钠溶液中，室温下磁力搅拌充分反应24h，真空抽滤后，滤渣于60℃下烘干，得到氢氧化钠改性松塔粉；取30重量份改性后的淀粉与氢氧化钠改性松塔粉混合均匀，与10重量份KH570在转矩流变仪中、170℃下共混10min，用无水乙醇洗涤、烘干，得到粉末状改性纳米淀粉松塔粉混合物；

2）将70重量份乙烯乙酸乙烯酯（EVA）与5重量份二甲基硅油置于混合搅拌机中充分搅拌均匀后，转移至干燥保温箱中，在80℃环境下脱水2~3h后置于反应釜中，加入12重量份步骤1）中改性纳米淀粉松塔粉混合物、10重量份偶氮二甲酰胺、16重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料、0.4重量份过氧化二异丙苯添加剂，待其完全混合均匀，转移至成型模具内，采用平板硫化机在110~130℃、10 MPa下压制成型，制备成300mm×300mm×150mm的有机硅改性聚氨酯材料。

所述聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料的制备方法为：

1）将30重量份醋酸锌加入50重量份无水乙醇中于80℃回流至溶解，然后加入10重量份的氢氧化钠，超声30min后于80℃反应2h，反应结束后加入25重量份的正己烷，将反应物抽滤，蒸馏水洗涤3次，乙醇洗涤3次，40℃恒温烘干，将得到的白色粉末状产物置于管式炉中600℃、40%CO₂+60%Ar气氛下煅烧4h，冷却后得到ZnO纳米粒子；

2）在反应釜中加入5重量份明胶和20重量份蒸馏水，升温至75℃，加入15重量份过氧化二苯甲酰、15重量份ZnO纳米粒子粉和2重量份苯乙烯，150rmp转速下搅拌升温至80℃聚合，当出现珠体沉淀时，升温至95℃进行熟化至珠体变硬后，将生成物置于沸水中反复洗涤，抽滤，105℃下真空烘干，得到聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

对比例1

与实施例1完全相同，不同在于：制备吸声复合材料过程中用ZnO纳米粒子代替聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。

对比例2

与实施例1完全相同，不同在于：制备纳米复合材料过程中用普通氧化锰纳米粒子代替ZnO纳米粒子。

按照下述方法对实施例和对比例进行性能测试。

吸声性能测试：采用传递函数阻抗管吸声测试系统按GB/T18696.2-2002（ISO10534-2：1998）《声学阻抗管中吸声系数和声阻抗的测量第2部分传递函数法》测试样品1000Hz下的吸声性能。

抗压强度测试：按照GB/T5072.2-2004标准测试。

吸声复合材料性能测试

申请人意外的发现，通过加入氢氧化钠改性松塔粉与改性纳米淀粉共混后，虽然抗压强度有所降低，但其吸声性能相比其他对比例却得到大幅度的提升。

Claims (4)

1.一种新型吸声复合材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1）取90重量份二甲亚砜，10重量份去离子水于反应釜中，400r/min下搅拌2h，然后升温至90℃，加入40重量份直链淀粉，保温搅拌2h后冷却至室温，加入20重量份质量分数为60%的司班80、吐温80无水乙醇混合溶液，超声处理30 min后离心、洗涤，在80℃下干燥48h，将得到的粉末状产物与10重量份KH570在转矩流变仪中、170℃下共混10min，用无水乙醇洗涤、烘干，得到粉末状改性纳米淀粉；

2）将50~130重量份乙烯乙酸乙烯酯（EVA）与5重量份二甲基硅油置于混合搅拌机中充分搅拌均匀后，转移至干燥保温箱中，在80℃左右环境下脱水2~3h后置于反应釜中，加入6~30重量份步骤1）中改性纳米淀粉、10重量份偶氮二甲酰胺、4~20重量份聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料、0.4重量份过氧化二异丙苯添加剂，待其完全混合均匀，转移至成型模具内，采用平板硫化机在110~130℃、10 MPa下压制成型，制备成300mm×300mm×150mm的有机硅改性聚氨酯材料。

2.根据权利要求1中一种新型吸声复合材料的制备方法，其特征在于步骤1）中直链淀粉，纯度为90%，相对分子质量为1.0×10⁵～1.5×10⁵。

3.根据权利要求1中一种新型吸声复合材料的制备方法，其特征在于步骤1）中司班80、吐温80无水乙醇混合溶液司班80与吐温80质量比为1∶4。

4.根据权利要求1中一种新型吸声复合材料的制备方法，其特征在于步骤2）中聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料的制备方法为：

1）将30重量份醋酸锌加入50重量份无水乙醇中于80℃回流至溶解，然后加入10重量份的氢氧化钠，超声30min后于80℃反应2h，反应结束后加入25重量份的正己烷，将反应物抽滤，蒸馏水洗涤3次，乙醇洗涤3次，40℃恒温烘干，将得到的白色粉末状产物置于管式炉中600℃、40%CO₂+60%Ar气氛下煅烧4h，冷却后得到ZnO纳米粒子；

2）在反应釜中加入5重量份明胶和20重量份蒸馏水，升温至75℃，加入15重量份过氧化二苯甲酰、15重量份ZnO纳米粒子粉和2重量份苯乙烯，150rmp转速下搅拌升温至80℃聚合，当出现珠体沉淀时，升温至95℃进行熟化至珠体变硬后，将生成物置于沸水中反复洗涤，抽滤，105℃下真空烘干，得到聚苯乙烯/ZnO纳米复合材料。