CN114989609B - 一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法 - Google Patents

一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法。取聚二甲基硅氧烷作为主剂，同时取固化剂，取金属粉末，将主剂聚二甲基硅氧烷、固化剂和金属粉末混合，搅拌，得到混合液A；将多孔泡沫骨架置于混合液A中，浸渍后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体进行固化，得到可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜。本发明第一次利用柔性弹性体为基体，多孔泡沫为骨架，金属颗粒为填充物制备了在低频下吸声系数极限为0.5的柔性复合薄膜，其复合材料的制备工艺简单、易于批量生产并具备优良力学性能，拓宽了目前可用于低频相干完美吸声材料的研究范畴，有助于低频降噪减振等领域的应用。

Description

一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法
技术领域
本发明属于复合材料制备技术领域，尤其是涉及一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法。
背景技术
声学吸收体分为单端口和双端口吸收体。单端口吸收体末端有背衬刚性壁，因此，只需消除系统的反射声能，即能实现完美吸收。而双端口吸声体即为入射端和出射端均为开放的系统。对于双端口吸声体而言，除了消除反射声能之外，还需抑制其透射声能，因而其较之于单端口吸声体更为复杂。为了在双端口系统中实现完美吸收，研究者们在系统的两个端口同时辐射声波，即可获得相干完美吸收(Coherent Perfect Absorption)。2014年，Wei等首次将相干完美吸收应用到声学上，并从理论获得了对称和反对称的CPA，对称和反对称指的是两束具有相同幅值的声波具有0相位差和π相位差。随后许多研究者设计了不同的结构来实现CPA，然而这些结构设计较为复杂不宜制备，且破坏了材料之间优良力学性能的联系。
因此采用复合材料的制备工艺来构筑一种可实现低频相干完美吸声材料，对此领域的研究具有重大意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备混合液A：取聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为主剂，同时取固化剂，取金属粉末，将主剂聚二甲基硅氧烷、固化剂和金属粉末混合，搅拌，得到混合液A；
(2)制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将多孔泡沫骨架置于混合液A中，浸渍后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
(3)固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体进行固化，得到可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述主剂与固化剂的质量比为10:1至10:3。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述金属粉末的质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的20-80％。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述金属粉末选自铁粉、铜粉或铅粉中任一种。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述固化剂选自氢化硅油或二叔丁基过氧化物(DBP)。
在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述搅拌的条件为：在室温条件下以800-1000r/min的速度进行磁力搅拌5-15min。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述多孔泡沫骨架为聚氨酯泡沫或三聚氰胺泡沫。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述多孔泡沫骨架的厚度为0.5-2mm。
在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述浸渍的条件为：充分浸渍1-3min。
在本发明的一个实施方式中，步骤(3)中，所述固化的条件为：置于鼓风干燥箱中，在60-100℃的温度下固化1-5h。
本发明还提供基于上述制备方法得到的可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一、本发明采用复合材料的制备工艺获得了一种新材料柔性复合薄膜，使原材料各组分相互联系，优异性能结合在一起。
二、本发明制备的柔性复合薄膜在频率为150～200Hz下其吸声系数达到极限值0.5。当柔性复合薄膜达到其吸声系数极限值0.5时，若在其左右两端同时射入一定相位差的声波则会互相干涉达到完美吸收。
三、本发明第一次利用柔性弹性体为基体，多孔泡沫为骨架，金属颗粒为填充物制备了在低频下吸声系数极限为0.5的柔性复合薄膜，其复合材料的制备工艺简单、易于批量生产并具备优良力学性能，拓宽了目前可用于低频相干完美吸声材料的研究范畴，有助于低频降噪减振等领域的应用。
附图说明
图1为本发明实施例中柔性复合薄膜的吸声系数随频率变化图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例为一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，按以下步骤进行。
(1)制备混合液A：称取10g聚二甲基硅氧烷(PDMS)主剂，根据主剂与固化剂的质量比为10:1称取一定量的氢化硅油固化剂；称取一定量的铁粉，使其质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的20％；将PDMS主剂、固化剂和铁粉混合，并在室温条件下以900r/min的速度进行磁力搅拌5min；
(2)制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将厚度为1mm的多孔聚氨酯泡沫置于混合液A中，充分浸渍1min后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
(3)固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体置于鼓风干燥箱中，在80℃的温度下固化5h，即得到柔性复合薄膜。
实施例2：
本实施例为一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，按以下步骤进行。
(1)制备混合液A：称取10g聚二甲基硅氧烷(PDMS)主剂，根据主剂与固化剂的质量比为10:1称取一定量的DBP固化剂；称取一定量的铜粉，使其质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的50％；将PDMS主剂、固化剂和金属粉末混合，并在室温条件下以900r/min的速度进行磁力搅拌5min；
(2)制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将厚度为1mm的多孔聚氨酯泡沫置于混合液A中，充分浸渍1min后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
(3)固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体置于鼓风干燥箱中，在80℃的温度下固化5h，即得到柔性复合薄膜。
实施例3：
本实施例为一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，按以下步骤进行。
(1)制备混合液A：称取10g聚二甲基硅氧烷(PDMS)主剂，根据主剂与固化剂的质量比为10:3称取一定量的DBP固化剂；称取一定量的铁粉，使其质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的80％；将PDMS主剂、固化剂和铁粉混合，并在室温条件下以900r/min的速度进行磁力搅拌5min；
(2)制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将厚度为1mm的多孔三聚氰胺泡沫置于混合液A中，充分浸渍1min后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
(3)固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体置于鼓风干燥箱中，在80℃的温度下固化5h，即得到柔性复合薄膜。
实施例4：
本实施例为一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，本实施例与实施例1不同的是：步骤(1)中采用的金属粉末为铅粉，其他步骤相同。
实施例5：
本实施例为一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，本实施例与实施例2不同的是：步骤(1)中PDMS主剂与固化剂之比为10:2，其他步骤相同。
采用下述实施例6和实施例7验证本发明的效果：
实施例6：
一、制备混合液A：称取10g聚二甲基硅氧烷(PDMS)主剂，根据主剂与固化剂的质量比为10:1称取一定量的氢化硅油固化剂；称取一定量的铁粉，使其质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的20％；将PDMS主剂、固化剂和铁粉混合，并在室温条件下以900r/min的速度进行磁力搅拌5min；
二、制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将厚度为1mm的多孔聚氨酯泡沫置于混合液A中，充分浸渍1min后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
三、固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体置于鼓风干燥箱中，在80℃的温度下固化5h，即得到柔性复合薄膜。
本实施例制备的可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜命名为20Fe/PUF/PDMS复合薄膜。
采用丹麦B&K公司4206型声阻抗管测试本实验制备的具有低频相干完美吸声的金属颗粒/泡沫/弹性体复合材料(20Fe/PUF/PDMS)的吸声性能，由图1可知，在193Hz时其吸声系数为0.5，可用于实现CPA。
实施例7：
一、制备混合液A：称取10g聚二甲基硅氧烷(PDMS)主剂，根据主剂与固化剂的质量比为10:1称取一定量的DBP固化剂；称取一定量的铜粉，使其质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的50％；将PDMS主剂、固化剂和铁粉混合，并在室温条件下以900r/min的速度进行磁力搅拌5min；
二、制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将厚度为1mm的多孔聚氨酯泡沫置于混合液A中，充分浸渍1min后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
三、固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体置于鼓风干燥箱中，在80℃的温度下固化5h，即得到柔性复合薄膜。
本实施例制备的可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜命名为50Cu/PUF/PDMS复合薄膜。
采用丹麦B&K公司4206型声阻抗管测试本实验制备的具有低频相干完美吸声的金属颗粒/泡沫/弹性体复合材料(50Cu/PUF/PDMS)的吸声性能，由图1可知，在163Hz时其吸声系数为0.5，可用于实现CPA。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备混合液A：取聚二甲基硅氧烷作为主剂，同时取固化剂，取金属粉末，将主剂聚二甲基硅氧烷、固化剂和金属粉末混合，搅拌，得到混合液A；
（2）制备金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体：将多孔泡沫骨架置于混合液A中，浸渍后取出，得到金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体；
（3）固化：将金属颗粒/泡沫/弹性体预成型体进行固化，得到可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜；
步骤（2）中，所述多孔泡沫骨架为聚氨酯泡沫或三聚氰胺泡沫；
步骤（2）中，所述多孔泡沫骨架的厚度为0.5-2mm。
2.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述主剂与固化剂的质量比为10:1至10:3。
3.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述金属粉末的质量分数为PDMS主剂和固化剂总质量的20-80%。
4.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述金属粉末选自铁粉、铜粉或铅粉中任一种。
5.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述固化剂选自氢化硅油或二叔丁基过氧化物。
6.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述搅拌的条件为：在室温条件下以800-1000r/min的速度进行磁力搅拌5-15min。
7.根据权利要求1所述的一种可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述固化的条件为：置于鼓风干燥箱中，在60-100℃的温度下固化1-5h。
8.基于权利要求1-7中任一项所述制备方法得到的可用于低频相干完美吸声的柔性复合薄膜。
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