CN1709962A - 有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，首先按质量百分比将20～50％的树脂、0～50％的橡胶、20～60％的无机矿物、3～5％的发泡剂、0.5～3％的阻燃剂及1～4％的稳定剂搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在90～140℃温度下混炼5～20分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在150～220℃温度下化学发泡5～15分钟即可。本发明根据不同聚合物、无机物对声音频率响应不同的原理，采用多组分聚合物、无机物共混方法，兼具有机、无机材料的优点从而改善了中低频范围内吸声性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸声材料的制备方法，特别涉及一种能明显提高中低频吸声性能的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法。
背景技术
噪声污染与空气污染、水污染一起，已成为当代世界三大环境公害。控制噪声污染已成为急需解决的环境问题，而利用多孔吸声材料吸声、降噪已成为目前主要的技术手段。
目前的吸声材料主要有三大类，即无机多孔材料如微孔玻璃布、泡沫金属、矿棉等，有机泡沫聚合物如泡沫塑料、植物纤维材料等，以及有机/无机复合多孔材料。然而，无机多孔材料力学性能虽然较好，其低频吸声性能理想，但中高频率范围内吸声性能不够理想，不易施工，并且无机纤维类吸声材料易散落，对人体和环境造成一定的危害，不适宜应用于环境及卫生条件要求比较高的场所。合成有机泡沫聚合物对中高频率范围内吸声性能优良，应用范围较广，但是这类材料低频范围内吸声效果不明显，而且力学性能也不够理想。而有机/无机复合吸声材料是一类新型的吸声材料，是吸声材料新的研究方向，兼具无机吸声材料和有机泡沫吸声材料的优点，将二者复合可获得对高频、中频和低频范围内均有高效吸声性能的高强度材料，以满足实际的应用要求成为主要的研究目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，按照本发明的制备方法制备的吸声材料是一种孔隙率、孔径大小及其分布和开气孔率可控的三维网络结构的泡沫吸声材料，具有适用频率范围宽，中低频吸声系数高的特点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：首先按质量百分比将20～50％的树脂、0～50％的橡胶、20～60％的无机矿物、3～5％的发泡剂、0.5～3％的阻燃剂及1～4％的稳定剂搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在90～130℃温度下混炼8～20分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在160～205℃温度下化学发泡5～12分钟即可。
本发明的树脂为聚氯乙稀、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯；橡胶为乙丙橡胶、丁腈橡胶或丁基橡胶；无机矿物为岩棉、膨胀珍珠岩、矿棉或玻璃棉；发泡剂为偶氮二甲酰胺、N，N-二亚硝基五次甲基四胺或4，4一氧化双苯磺酰肼；阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝或磷酸三苯酯；稳定剂为二月桂酸二丁基锡、硫醇丁基锡、硫醇锑复合热稳定剂或L518系列稀土多功能热稳定剂。
本发明根据不同聚合物、无机物对声音频率的响应不同的原理，采用多组分聚合物、无机物共混方法，兼具有机、无机材料的优点从而改善了中低频范围内吸声性能。该吸声材料是一种孔隙率、孔径大小及其分布和开气孔率可控的三维网络结构的新型泡沫吸声材料，具有适用频率范围宽，中低频吸声系数高，优异的阻燃性、隔热性、耐湿热性、卫生安全性、成本低以及可加工性能好，并且可二次加工(如可剪裁)等优点，可广泛应用于剧场、会议室、音乐厅、录音棚、体育馆、高速公路等需吸声降噪的场所或环境。
附图说明
图1是采用本发明的制备方法制得的吸声材料在不同厚度时对吸声系数的影响，其中横坐标为噪音频率，纵坐标为吸声系数；
图2是采用本发明的制备方法制得的吸声材料中橡胶用量对泡沫吸声性能的影响，其中横坐标为噪音频率，纵坐标为吸声系数；
图3是采用本发明的制备方法制得的吸声材料中无机矿物含量对吸声系数的影响，其中横坐标为噪音频率，纵坐标为吸声系数。
具体实施方式
实施例1：首先按质量百分比将20％的聚氯乙稀(PVC)和50％的乙丙橡胶(EPR)、23％的岩棉、3％的偶氮二甲酰胺、0.5％的氢氧化镁及3.5％的二月桂酸二丁基锡搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在90℃温度下混炼20分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在200℃温度化学发泡5分钟即可。
实施例2：首先按质量百分比将50％的聚丙烯(PP)和40％的膨胀珍珠岩、5％的N，N-二亚硝基五次甲基四胺、1％的氢氧化铝及4％的硫醇丁基锡搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在130℃温度下混炼15分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在205℃温度化学发泡10分钟即可。
实施例3：首先按质量百分比将30％的聚乙烯(PE)和5％的丁基橡胶(IIR)、60％的矿棉、3％的4，4一氧化双苯磺酰肼、1％的磷酸三苯酯及1％的硫醇锑复合热稳定剂搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在110℃温度下混炼15分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在160℃温度化学发泡10分钟即可。
实施例4：首先按质量百分比将40％的聚苯乙烯(PS)和32％的乙丙橡胶(EPR)、20％的玻璃棉、4％的偶氮二甲酰胺、2％的氢氧化镁及2％的L518系列稀土多功能热稳定剂搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在130℃温度下混炼8分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在200℃温度化学发泡9分钟即可。
实施例5：首先按质量百分比将25％的聚氯乙稀(PVC)和19％的丁腈橡胶(NBR)、47％的岩棉、3％的N，N-二亚硝基五次甲基四胺、3％的氢氧化铝及3％的二月桂酸二丁基锡搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在130℃温度下混炼12分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在205℃温度化学发泡8分钟即可。
实施例6：首先按质量百分比将35％的聚苯乙烯(PS)和27％的丁基橡胶(IIR)、30％的玻璃棉、4％的4，4一氧化双苯磺酰肼、2％的磷酸三苯酯及2％的硫醇丁基锡搅拌混合均匀；将上述的混合物在混炼机上在110℃温度下混炼13分钟制成所需坯体；将制成的坯体在烘箱中在160℃温度化学发泡12分钟即可。
参见图1，图中▲、●、■分别代表厚度为8mm、10mm及12mm时有机聚合物/无机矿物复合材料的吸声性能。从图1可以看出，当厚度较小时，高频时吸声系数较高，而低频时吸声系数较低，随着厚度的增加，高频时吸声系数逐渐下降而低频吸声系数逐渐上升。其主要是因为厚度不同而引起声阻抗不同的缘故。
参见图2，图中■、●、▲、分别代表橡胶(如EPR)用量为0％、5％、10％和15％时有机聚合物/无机矿物复合材料的吸声性能。由图2可知，随着橡胶用量的增大，1000Hz以下频率处的吸声因数呈增大趋势，而1000Hz以上频率处的吸声因数呈递减变化趋势，与未添加橡胶的泡沫材料相比，EPR可使泡沫材料的综合吸声性能(以平均吸声因数表示)提高，其原因是：①在常温下，EPR处于高弹态，当有声波作用时，其本身会发生弹性形变，从而消耗一些声波能量；②橡胶大分子链上的链段和侧基在声波作用下产生运动，这种运动在分子内和/或分子间摩擦阻力较大，对声波能量的消耗显著。因此，橡胶有利于材料综合吸声性能的提高。由于橡胶的玻璃化转变温度远远低于PVC，引起橡胶形变及其分子链段运动的能量相对较低，因此，在一定范围内，复合材料中橡胶用量的增大，使相对较低频率处的吸声因数提高较为明显。但并不是橡胶用量越大，材料的综合吸声性能越好，因为当EPR用量太大时，会造成发泡过程中体系粘度过小，随着发泡剂的快速分解，发泡气体迅速增多，泡孔生长迅速，泡壁也迅速变薄，造成相邻的泡孔发生并泡现象，泡孔结构恶化，造成孔隙率下降，材料吸声性能也随之降低。当并泡严重时还可导致泡孔塌陷，致使材料的孔隙率急剧下降，严重影响材料的吸声性能。
参见图3，■、●、▲分别代表无机矿物(如岩棉)用量为35％、45％、55％时有机聚合物/无机矿物复合材料的吸声性能。由图3可知，岩棉为45％的综合吸声性能较好；随岩棉用量的增加，在800Hz以下的范围内，吸声系数呈先增加后减小的趋势，而800Hz以上的范围内基本呈递增趋势。这是由岩棉的性质决定的，岩棉在该体系中的作用有两种：一、由于它本身具有优良的吸声性能，它的加入无疑会带来吸声性能的提高；二、岩棉又是无机纤维，它的加入会带来发泡熔体粘度和硬度的增加，使发泡难以进行，况且它在混炼时不易均匀化，使相界面接触性变差，这不仅会使发泡剂分解的气体沿岩棉纤维逸出制品，致使空隙率降低，从而引起吸声性能的下降，而且易形成较大的气泡，造成制品塌陷，表面凹凸不平，影响表观质量。因此，岩棉对材料吸声性能的影响主要是看上述这一对矛盾中那一方占主导地位。图3中结果可能是不同的岩棉用量所带来的不同的空隙率的结果。
表1为有机聚合物/无机矿物复合吸声材料的吸声性能与聚合物泡沫和矿物吸声性能的对比
| 材料名称 | 厚度/cm | 各频率(Hz)下的吸声系数 | 平均吸声系数 | ||||
| 250 | 500 | 1000 | 2000 | 4000 | |||
| A酚醛泡沫聚氨酯泡沫 | 222.5 | 0.150.10.07 | 0.520.260.11 | 0.60.550.16 | 0.780.520.31 | 0.810.620.83 | 0.5720.410.296 |
| 岩棉C聚醚乙烯泡沫 | 2.511 | 0.090.080.04 | 0.240.130.06 | 0.570.230.08 | 0.930.440.18 | 0.970.750.29 | 0.560.3260.13 |
A、C为利用本发明制备的有机聚合物/无机矿物复合吸声材料
为了检验本发明所得材料吸声性能的优劣，将其与其他一些吸声材料的吸声性能进行比较，如表1所示。由表1可以看出，本发明所得材料A、C的吸声性能在相同厚度时优于其他发泡聚合物材料和无机矿物岩棉，特别是中低频吸声性能很高：在250～500Hz范围内，吸声系数几乎是其他材料的2倍。相同条件下，其吸声平均吸声系数也比其他材料高得多。可见，本发明所得吸声材料是一种吸声系数高、吸声性能优良的新型吸声材料。
按照本发明的制备方法制得的吸声材料的孔径大小及其分布、孔隙率和开气孔率容易控制，密度低，小于600Kg/m3，有机-无机结合，在宽频范围内具有高吸声性能，在100～2000Hz范围内具有较高的吸声效果，平均吸声系数达0.5以上，比一般泡沫塑料提高40％以上，尤其是中低频率范围内更好；具有较高的力学性能，抗压强度大于5MPa；成型加工性能优良，可制成各种复杂形状的制品，成本低，并且二次加工性能良好，容易裁剪，便于施工；阻燃、防霉变、耐老化和耐热性能良好。
Claims (7)
1、一种有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：
1)首先按质量百分比将20～50％的树脂、0～50％的橡胶、20～60％的无机矿物、3～5％的发泡剂、0.5～3％的阻燃剂及1～4％的稳定剂搅拌混合均匀；
2)将上述的混合物在混炼机上在90～130℃温度下混炼8～20分钟制成所需坯体；
3)将制成的坯体在烘箱中在160～205℃温度下化学发泡5～12分钟即可。
2、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的树脂为聚氯乙稀、聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯。
3、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的橡胶为乙丙橡胶、丁腈橡胶或丁基橡胶。
4、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的无机矿物为岩棉、膨胀珍珠岩、矿棉或玻璃棉。
5、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的发泡剂为偶氮二甲酰胺、N，N-二亚硝基五次甲基四胺或4，4一氧化双苯磺酰肼。
6、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的阻燃剂为氢氧化镁、氢氧化铝或磷酸三苯酯。
7、根据权利要求1所述的有机聚合物/无机矿物复合泡沫吸声材料的制备方法，其特征在于：所说的稳定剂为二月桂酸二丁基锡、硫醇丁基锡、硫醇锑复合热稳定剂或L518系列稀土多功能热稳定剂。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20061206 Termination date: 20100707 |