CN1835071A - 高分子微粒复合吸声材料及其制备方法和用途 - Google Patents
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Abstract
一种高分子微粒复合吸声材料及其制备方法和用途。其特点是该吸声材料含有高分子微粒层(3)、高分子多孔层(2)和高分子穿孔层(1)，将三层高分子材料按照声阻抗呈梯度变化的方式置于固定的模盒(4)内，模盒四周与高分子材料表层四周粘结成整体。它在300～2000Hz范围内具有平均吸声系数大于0.4，最大吸声系数达1.0的强吸声能力和宽吸声频带。其降噪系数达0.68，同时所需厚度较薄。
Description
技术领域
本发明涉及一种高分子微粒复合吸声材料及其制备方法和用途，属于功能高分子材料领域。
背景技术
随着科学技术和现代工业的发展，噪声污染已成为世界性难题。同时，随着环保意识的增强，人们对声音环境的要求也越来越高。作为一项工程技术，吸声降噪的发展有赖于新型吸声材料的研发和应用。目前的吸声材料主要有无机、金属、有机多孔材料和共振吸声材料等。无机矿物多孔材料如玻璃棉，吸声性能较好，但存在污染环境以及危害健康等问题；金属泡沫和纤维多孔性金属吸声材料存在低频吸声性能差、成本高以及工艺条件不易控制的问题；共振吸声材料(结构)为代表的无纤吸声材料的吸声频带较窄，一般只适用于中、低频的单频声。具有防腐无污染和良好吸声性能的有机高分子材料得到了广泛关注和应用：以聚氨酯泡沫为代表的多孔材料高频吸声效果较好，但中低频吸声效果较差；而由塑料颗粒压制成型的颗粒微孔材料在中低频吸声效果较好，高频性能不理想，且低频吸声往往要求材料具有相当的厚度或留有空腔。因此，开发具有宽吸声频带或吸声频带范围可控和高效吸收的薄层(质)材料具有广泛的应用前景。高分子微粒材料具有声阻抗易于匹配，兼具粘滞耗能吸声和摩擦吸声功能，性价比高，易于加工制备的特点。将其与高分子多孔材料和高分子穿孔板按照声阻抗匹配的原理组装起来，有利于将阻尼和其它吸声机制同时引入材料中，极大地拓宽吸声频带，提高吸声系数和改善吸声性能。这种创新性构思和吸声材料的制备方法国内外均未见报导。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供一种高分子微粒复合吸声材料及其制备方法和用途。其特点是按照阻抗匹配原理，利用结构和界面效应，将高分子穿孔层和高分子多孔层对声能的粘滞性损耗和高分子微粒层微粒的相对运动所产生的摩擦耗能结合起来，实现对噪声的有效吸收。
本发明的目的由以下技术措施实现：
高分子微粒复合吸声材料含有高分子微粒层、高分子多孔层和高分子穿孔层，将三层高分子材料按照声阻抗呈梯度变化的方式置于固定的模盒内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
高分子微粒层为聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯微粒、聚硅氧烷、橡胶微粒和废旧橡胶粉中的至少一种，其平均粒径为2～1000μm，厚度为1～50mm。
高分子多孔层为聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫或聚乙烯-醋酸乙烯泡沫中的任一种，其表观密度为5～100kg/m3，厚度为0.5～50mm。
高分子穿孔层为聚氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚丙稀板材中的任一种，其穿孔孔径为0.5～15mm，开孔率为0.5～20％，厚度为0.2～15mm。
高分子微粒复合吸声材料的制备方法：按照声阻抗呈梯度变化的方式，将高分子微粒层放入模盒内，依次放入高分子多孔层和高分子穿孔层，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
高分子微粒复合吸声材料在300～2000Hz范围内具有突出的吸声能力，法向入射吸声系数在0.4以上，最大吸声系数达1.0，详见图2所示。实验结果表明，由于高分子微粒层具有较大的声能耗散系数，其特性阻抗和空气的特性阻抗有较大的差异，在高频区域对声波反射强烈，使高频吸声性能受到抑制；采用具有不同声阻抗的高分子多孔层和高分子穿孔层作为声波匹配层，构筑一种阻抗呈梯度变化的高分子微粒梯度吸声材料，吸声频带得到明显拓宽。
通过高分子微粒粒径改变耗散层的声阻抗调节高分子微粒复合吸声材料的吸声性能，详见图3所示。
通过高分子微粒层的厚度改变耗散层的声阻抗调节高分子微粒复合吸声材料的吸声性能，使其具有不同的吸声频带区域，详见图4所示。
高分子微粒复合吸声材料在300～2000Hz范围内具有突出的吸声降噪能力，降噪系数为0.68，详见图5所示。
高分子微粒复合吸声材料用于高速交通的声屏障和降噪系统，以及要求声音环境高度安静的各种室内和室外场所。
本发明具有如下优点：
1、高分子微粒复合吸声材料是通过高分子微粒层、高分子多孔层和高分子穿孔层组合，将阻尼和其它吸声机制如多孔吸声、共振吸声，粘滞吸声和摩擦吸声同时引入材料中，显著地拓宽了材料的吸声频带，提高了中低频吸声系数。
2、高分子微粒复合吸声材料是一种宽吸声频带或吸声频带范围可控和吸收强度高，耐水耐候的新型吸声材料。
3、成本低，加工性能好，用于高速交通的声屏障和降噪系统及要求声音环境高度安静的各种室内和室外场所。
附图说明
图1为高分子微粒复合吸声材料结构的剖面示意图
1.穿孔板层，2.多孔材料层，3.高分子微粒层，4.模盒，5.胶粘剂层。
图2为高分子微粒复合吸声材料的法向入射吸声系数
图中a，b，c分别为高分子微粒复合吸声材料的法向入射吸声系数。
图3为高分子微粒层粒径对材料法向入射吸声系数的影响
图中a，b，c分别为高分子微粒粒径为150，180，250μm的高分子微粒复合吸声材料的法向入射吸声系数。
图4为高分子微粒层厚度对法向入射吸声系数的影响
图中a，b，c，d分别为20mm聚氨酯泡沫与高分子微粒层厚度分别为5，10，20mm的高分子微粒复合吸声材料的法向入射吸声系数
图5为高分子微粒复合吸声材料的混响室法吸声系数
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进行具体的描述，有必要在此指出的是本实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的技术熟练人员可以根据上述本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
实施例1：
将平均粒径为1000μm，微粒层厚度为30mm聚丙烯微粒层3；表观密度为85kg/m3，厚度为5mm的聚氨酯(PU)泡沫多孔层2；穿孔孔径为3.5mm，开孔率为1.8％，厚度为3mm的聚氯乙烯(PVC)穿孔层1；依次梯度放入塑料模盒4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
实施例2：
将平均粒径为150μm，微粒层厚度为20mm废旧橡胶粉微粒层3；表观密度为15kg/m3，厚度为10mm的聚乙烯(PE)泡沫多孔层2；穿孔孔径为5mm，开孔率为1.75％，厚度为1mm的聚氯乙烯(PVC)穿孔层1；依次梯度放入塑料模盒4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
实施例3：
将平均粒径为250μm，微粒层厚度为10mm的聚硅氧烷微粒层3；表观密度为67.5kg/m3，厚度为15mm的聚氨酯(PU)泡沫多孔层2；穿孔孔径为10.5mm，开孔率为10.65％，厚度为12mm的聚丙烯(PP)穿孔层1；依次梯度放入塑料模盒4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
实施例4：
将平均粒径为680μm，微粒层厚度为5mm的聚氨酯微粒层3；表观密度为40kg/m3，厚度为30mm的聚氨酯(PU)泡沫多孔层2；穿孔孔径为13mm，开孔率为4.75％，厚度为6mm的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)穿孔层1；依次梯度放入塑料模盒4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
实施例5：
将平均粒径为5μm，微粒层厚度为50mm的聚苯乙烯微粒层3；表观密度为50kg/m3，厚度为5mm的聚乙烯-醋酸乙烯(EVA)泡沫多孔层2；穿孔孔径为5mm，开孔率为5.75％，厚度为0.5mm的聚氯乙烯(PVC)穿孔层1；依次梯度放入塑料模4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
实施例6：
将平均粒径为2μm，微粒厚度为2mm的聚丙烯酸酯微粒层3；表观密度为9.5kg/m3，厚度为40mm的聚氨酯(PU)泡沫多孔层2；穿孔孔径为0.5mm，开孔率为19.6％，厚度为4mm的聚乙烯(PE)穿孔层1；依次梯度放入塑料模盒4内，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
Claims (6)
1、一种高分子微粒复合吸声材料，其特征在于该吸声材料含有高分子微粒层(3)、高分子多孔层(2)和高分子穿孔层(1)，将三层高分子材料按照声阻抗呈梯度变化的方式置于固定的模盒(4)内，模盒四周与高分子材料表层四周粘结成整体。
2、根据权利要求1所述高分子微粒复合吸声材料，其特征在于高分子微粒层为聚氨酯、聚丙烯酸酯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚硅氧烷、橡胶微粒和废旧橡胶粉中的至少一种，其平均粒径为2～1000μm，厚度为1～50mm。
3、根据权利要求1所述高分子微粒复合吸声材料，其特征在于高分子多孔层为聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫或聚乙烯-醋酸乙烯泡沫中的任一种，其表观密度为5～100kg/m3，厚度为0.5～50mm。
4、根据权利要求1所述高分子微粒复合吸声材料，其特征在于高分子穿孔层为聚氯乙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯或聚丙烯中的任一种，其其穿孔孔径为0.5～15mm，开孔率为0.5～20％，厚度为0.2～15mm。
5、根据权利要求1～4之一所述高分子微粒复合吸声材料的制备方法，其特征在于该方法是按照声阻抗呈梯度变化的方式，将高分子微粒层放入模盒内，依次放入高分子多孔层和高分子穿孔层，模盒四周与高分子材料表层四周用胶粘剂粘结成整体。
6、根据权利要求1所述高分子微粒复合吸声材料的用途，其特征在于该材料用于高速交通的声屏障和降噪系统以及要求声音环境高度安静的各种室内和室外场所。
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