一种高强度复合吸声材料的制备方法

摘要

本发明涉及一种高分子层合隔声材料的制备方法，属于隔声材料技术领域。本发明以聚氨酯发泡材为原料，制备高分子层合隔声材料，聚氨酯发泡材料具有大量内外连通的微小孔隙和孔洞，声波能顺着孔隙进入材料内部，引起空隙中空气分子的振动。由于空气的黏滞阻力和空气分子与孔隙壁的摩擦，声能转化为热能而损耗，其次由于泡沫壁材料本身的黏性，部分震动能转换为热能，从而提高高分子层合隔声材料的隔音效果；本发明通过添加EVA，制备高分子层合隔声材料，EVA中存在支链，分子间内摩擦力大，限制了大分子链的运动，同时EVA中酯基氢键之间能产生物理交联，使大分子链运动困难，声音在传递过程中声能消耗大，材料隔声性能得到提高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高强度复合吸声材料的制备方法，属于吸声材料技术领域。

背景技术

目前，噪声污染已成为四大环境污染之一，是一种重要环境公害。噪声的有效防治已刻不容缓，除了强制性的法律法规加以约束外，对于科学降噪技术的深入研究也十分必要。通常，从噪声传播途径上来降低其辐射的方法主要有阻尼减振、吸声降噪和隔声降噪。减弱噪音通常有三种途径：在声源处减弱，在传播过程中减弱，在人耳处减弱。而实际运用中，主要是通过在噪音的传播过程中设置吸声材料来达到吸声降噪的目的。常见的吸声机理有三类：薄板共振吸声结构的吸声机理、赫姆霍兹吸声机理和多孔吸声机理。

吸声材料是具有较强的吸收声能、减低噪声性能的材料。借自身的多孔性、薄膜作用或共振作用而对入射声能具有吸收作用的材料。多孔型材料是内部有很多微小细孔直通材料表面，或其内部有很多相互连通的气泡，具有一定的通气性能。按照材料类型分，多孔型吸音材料可以分为有机纤维材料、无机纤维材料、有机泡沫材料、无机泡沬材料和复合材料五种，无机纤维材料是以无机矿物为基本成分的一类纤维材料，包括石棉、岩矿棉、玻璃棉以及硅酸锦纤维棉等。这些材料不但吸音性能好，而且有导热系数小、防火、防潮、耐腐烛和价格低廉等优点，但是易脆，寿命短，使用过程中会有极细小的短纤维脱落出来飘进空气中，人接触到会造成皮肤或者呼吸系统疾病，甚至可能患上癌症。目前很多国家都禁止使用这类材料，它也逐步淡出吸音材料市场。有机泡沫材料是以树脂或橡胶为基体，加入少量的辅助材料，经加热发泡而成的一种多孔材料。这类材料具有质轻、隔热、耐腐烛、吸声、防震等优点，但有机泡沫材料的阻燃性能差，强度低，安全性低，限制了其进一步发展。无机泡沫材料的优点是吸音性能良好、质轻、吸水后不软化、阻燃效果好、废料能循环利用等。同时也存在制备工艺复杂、成本高、使用强度低的缺陷，限制了使用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题：针对现有吸声材料的强度低、力学性能差的问题，提供了一种高强度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）按重量份数计，分别称量100~120份聚氨酯泡沫材料、50~60份木质素纤维、20~24份玄武岩纤维、10~12份氧化铝晶须、5~6份柠檬酸、3~5份乙烯基三甲氧基硅烷、1~3份丙三醇、3~5份硬脂酸、1~3份偶氮二甲酰胺、0.1~0.3份抗氧剂1010；

（2）将聚氨酯泡沫材料、木质素纤维、玄武岩纤维、氧化铝晶须、柠檬酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙三醇、硬脂酸、偶氮二甲酰胺、抗氧剂1010置于入高速搅拌机中，常温下以1000~1200r/min转速搅拌混合20~30min，得混合料；

（3）将混合料置于双滚筒开炼机中，在60~80℃下进行开炼，塑化成片，得开炼片材；

（4）将开炼片材置于平板硫化机中在180~220℃下加压至2~4MPa ，压制8~10min，常温冷却，得高强度复合吸声材料。

步骤（1）所述的木质素纤维的平均长度为0.2~0.4mm，玄武岩纤维的平均长度0.4~0.6mm。

步骤（1）所述的氧化铝晶须的制备步骤为：

（1）按重量份数计，分别称量10~20份硝酸铝、16~32份尿素、2~4份十二烷基苯磺酸钠、4~8份聚乙二醇、120~240份去离子水；

（2）将硝酸铝、尿素加入1/2重量份的去离子水中，常温下以160~200r/min转速搅拌10~20min，得铝离子溶液；

（3）将十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇加入剩余1/2重量份的去离子水中，常温下以200~240r/min转速搅拌10~20min，得添加剂溶液；

（4）将添加剂水溶液滴加至铝离子溶液中，常温下以250~300r/min转速搅拌2~4h，得混合溶液；

（5）将混合溶液倒入高压反应釜中水热反应4~8h，常温冷却，得反应物；

（6）将反应物用去离子水洗涤3~5次，置于80~100℃的烘箱中干燥1~2h，得勃姆石粉末；

（7）将勃姆石粉末置于马弗炉中，常温下升温至1300~1400℃，保温煅烧40~60min，随炉冷却至室温，得氧化铝晶须。

步骤（4）所述的添加剂水溶液的滴加速率为10~20mL/min。

步骤（5）所述的水热反应的条件为温度180~200℃、压力20~40MPa。

步骤（7）所述的升温速率为5℃/min。

步骤（1）所述的聚氨酯泡沫材料的具体制备步骤为：

（1）按重量份数计，分别称量30~40份蔗糖、20~30份异佛尔酮二异氰酸酯、2~4份去离子水、0.1~0.3份二醋酸二丁基锡、0.5~1.5份脂肪酸甘油酯、0.3~0.5份聚丁二烯；

（2）将去离子水、二醋酸二丁基锡、脂肪酸甘油酯、聚丁二烯加入蔗糖中，在30~40℃水浴下以500~600r/min转速高速搅拌2~4min，保温静置，得组合料；

（3）将异佛尔酮二异氰酸酯迅速加入组合料中，在30~40℃水浴中以1800~2000r/min转速高速搅拌8~10s，得混合物料，将混合物料倒入模具中，发泡4~8min，取出，得聚氨酯泡沫材料；

步骤（3）所述的模具规格为60cm×60cm×40cm。

本发明与其他方法相比，有益技术效果是：

本发明以聚氨酯泡沫材料为基材，通过添加氧化铝晶须、玄武岩纤维和木质素纤维，制备一种高强度复合吸声材料，聚氨酯泡沫的合成过程中伴随着异氰酸酯的交联反应，异氰酸酯是一种非常活泼的化学物质，可以与许多基团发生反应。在聚氨酯泡沫的合成过程中有许多交联反应发生，交联剂的官能度高、交联反应速度快，得到的聚氨酯泡沫的交联密越高，聚氨酯泡沫的拉伸强度高，玄武岩纤维和木质素纤维的掺入可以改善吸声材料的微观结构，两种纤维可以有效分散在吸声材料的内部，杂向分布的大量纤维在吸声材料内部形成了复杂的三维体系，可以有效提高吸声材料的强度，当吸声材料受到外力作用时，玄武岩纤维和木质素纤维可以吸收作用力，当微裂缝的长度大于纤维的间距时，纤维将跨越裂缝起到传递荷载的桥梁作用，使材料内的应力场更加均匀和连续，钝化微裂缝尖端的应力集中，约束裂缝的进一步扩展，当微裂缝的长度小于纤维的间距时，纤维将迫使裂缝改变方向或跨越纤维形成更细微的裂缝场，显著增大微裂缝扩展的能量消耗，从而达到细化裂缝、提高吸声材料强度的目的；氧化铝晶须的加入，可以进一步提高吸声材料的强度，当晶须受到外加作用力时，在材料内部桥连的晶须会产生一个作用力迫使裂纹闭合，从而达到耗费一些外力所做功的效果，增加材料的韧性和强度，当裂纹由材料表面扩散到晶须时，裂纹的扩散方向就会发生改变，因为晶须和材料的解离而导致了裂纹沿着晶须进行扩散，这不仅增大了所形成的新表面的面积，而且还可以使裂纹在临界尺寸之内，从而对材料进行加强。

具体实施方式

按重量份数计，分别称量30~40份蔗糖、20~30份异佛尔酮二异氰酸酯、2~4份去离子水、0.1~0.3份二醋酸二丁基锡、0.5~1.5份脂肪酸甘油酯、0.3~0.5份聚丁二烯，将去离子水、二醋酸二丁基锡、脂肪酸甘油酯、聚丁二烯加入蔗糖中，在30~40℃水浴下以500~600r/min转速高速搅拌2~4min，保温静置，得组合料，将异佛尔酮二异氰酸酯迅速加入组合料中，在30~40℃水浴中以1800~2000r/min转速高速搅拌8~10s，得混合物料，将混合物料倒入规格为60cm×60cm×40cm的模具中，发泡4~8min，取出，得聚氨酯泡沫材料；

再按重量份数计，分别称量10~20份硝酸铝、16~32份尿素、2~4份十二烷基苯磺酸钠、4~8份聚乙二醇、120~240份去离子水，将硝酸铝、尿素加入1/2重量份的去离子水中，常温下以160~200r/min转速搅拌10~20min，得铝离子溶液，将十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇加入剩余1/2重量份的去离子水中，常温下以200~240r/min转速搅拌10~20min，得添加剂溶液，将添加剂水溶液以10~20mL/min的速率滴加至铝离子溶液中，常温下以250~300r/min转速搅拌2~4h，得混合溶液，将混合溶液倒入高压反应釜中，在180~200℃、20~40MPa的条件下水热反应4~8h，常温冷却，得反应物，将反应物用去离子水洗涤3~5次，置于80~100℃的烘箱中干燥1~2h，得勃姆石粉末，将勃姆石粉末置于马弗炉中，常温下以5℃/min的速率升温至1300~1400℃，保温煅烧40~60min，随炉冷却至室温，得氧化铝晶须；

再按重量份数计，分别称量100~120份聚氨酯泡沫材料、50~60份平均长度0.2~0.4mm的木质素纤维、20~24份平均长度0.4~0.6mm的玄武岩纤维、10~12份氧化铝晶须、5~6份柠檬酸、3~5份乙烯基三甲氧基硅烷、1~3份丙三醇、3~5份硬脂酸、1~3份偶氮二甲酰胺、0.1~0.3份抗氧剂1010，将聚氨酯泡沫材料、木质素纤维、玄武岩纤维、氧化铝晶须、柠檬酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙三醇、硬脂酸、1~3份偶氮二甲酰胺、0.1~0.3份抗氧剂1010置于入高速搅拌机中，常温下以1000~1200r/min转速搅拌混合20~30min，得混合料，将混合料置于双滚筒开炼机中，在60~80℃下进行开炼，塑化成片，得开炼片材，将开炼片材置于平板硫化机中在180~220℃下加压至2~4MPa ，压制8~10min，常温冷却，得高强度复合吸声材料。

实施例1

按重量份数计，分别称量30份蔗糖、20份异佛尔酮二异氰酸酯、2份去离子水、0.1份二醋酸二丁基锡、0.5份脂肪酸甘油酯、0.3份聚丁二烯，将去离子水、二醋酸二丁基锡、脂肪酸甘油酯、聚丁二烯加入蔗糖中，在30℃水浴下以500r/min转速高速搅拌2min，保温静置，得组合料，将异佛尔酮二异氰酸酯迅速加入组合料中，在30℃水浴中以1800r/min转速高速搅拌8s，得混合物料，将混合物料倒入规格为60cm×60cm×40cm的模具中，发泡4min，取出，得聚氨酯泡沫材料；

再按重量份数计，分别称量10份硝酸铝、16份尿素、2份十二烷基苯磺酸钠、4份聚乙二醇、120份去离子水，将硝酸铝、尿素加入1/2重量份的去离子水中，常温下以160r/min转速搅拌10min，得铝离子溶液，将十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇加入剩余1/2重量份的去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌10min，得添加剂溶液，将添加剂水溶液以10mL/min的速率滴加至铝离子溶液中，常温下以250r/min转速搅拌2h，得混合溶液，将混合溶液倒入高压反应釜中，在180℃、20MPa的条件下水热反应4h，常温冷却，得反应物，将反应物用去离子水洗涤3次，置于80℃的烘箱中干燥1h，得勃姆石粉末，将勃姆石粉末置于马弗炉中，常温下以5℃/min的速率升温至1300℃，保温煅烧40min，随炉冷却至室温，得氧化铝晶须；

再按重量份数计，分别称量100份聚氨酯泡沫材料、50份平均长度0.2mm的木质素纤维、20份平均长度0.4mm的玄武岩纤维、10份氧化铝晶须、5份柠檬酸、3份乙烯基三甲氧基硅烷、1份丙三醇、3份硬脂酸、1份偶氮二甲酰胺、0.1份抗氧剂1010，将聚氨酯泡沫材料、木质素纤维、玄武岩纤维、氧化铝晶须、柠檬酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙三醇、硬脂酸、偶氮二甲酰胺、抗氧剂1010置于入高速搅拌机中，常温下以1000r/min转速搅拌混合20min，得混合料，将混合料置于双滚筒开炼机中，在60℃下进行开炼，塑化成片，得开炼片材，将开炼片材置于平板硫化机中在180℃下加压至2MPa ，压制8min，常温冷却，得高强度复合吸声材料。

实施例2

按重量份数计，分别称量35份蔗糖、25份异佛尔酮二异氰酸酯、3份去离子水、0.2份二醋酸二丁基锡、1份脂肪酸甘油酯、0.4份聚丁二烯，将去离子水、二醋酸二丁基锡、脂肪酸甘油酯、聚丁二烯加入蔗糖中，在35℃水浴下以550r/min转速高速搅拌3min，保温静置，得组合料，将异佛尔酮二异氰酸酯迅速加入组合料中，在35℃水浴中以1900r/min转速高速搅拌9s，得混合物料，将混合物料倒入规格为60cm×60cm×40cm的模具中，发泡6min，取出，得聚氨酯泡沫材料；

再按重量份数计，分别称量15份硝酸铝、24份尿素、3份十二烷基苯磺酸钠、6份聚乙二醇、180份去离子水，将硝酸铝、尿素加入1/2重量份的去离子水中，常温下以180r/min转速搅拌15min，得铝离子溶液，将十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇加入剩余1/2重量份的去离子水中，常温下以220r/min转速搅拌15min，得添加剂溶液，将添加剂水溶液以15mL/min的速率滴加至铝离子溶液中，常温下以275r/min转速搅拌3h，得混合溶液，将混合溶液倒入高压反应釜中，在190℃、30MPa的条件下水热反应6h，常温冷却，得反应物，将反应物用去离子水洗涤4次，置于90℃的烘箱中干燥1.5h，得勃姆石粉末，将勃姆石粉末置于马弗炉中，常温下以5℃/min的速率升温至1350℃，保温煅烧50min，随炉冷却至室温，得氧化铝晶须；

再按重量份数计，分别称量110份聚氨酯泡沫材料、55份平均长度0.3mm的木质素纤维、22份平均长度0.5mm的玄武岩纤维、11份氧化铝晶须、5.5份柠檬酸、4份乙烯基三甲氧基硅烷、2份丙三醇、4份硬脂酸、2份偶氮二甲酰胺、0.2份抗氧剂1010，将聚氨酯泡沫材料、木质素纤维、玄武岩纤维、氧化铝晶须、柠檬酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙三醇、硬脂酸、偶氮二甲酰胺、抗氧剂1010置于入高速搅拌机中，常温下以1100r/min转速搅拌混合25min，得混合料，将混合料置于双滚筒开炼机中，在70℃下进行开炼，塑化成片，得开炼片材，将开炼片材置于平板硫化机中在200℃下加压至3MPa ，压制9min，常温冷却，得高强度复合吸声材料。

实施例3

按重量份数计，分别称量40份蔗糖、30份异佛尔酮二异氰酸酯、4份去离子水、0.3份二醋酸二丁基锡、1.5份脂肪酸甘油酯、0.5份聚丁二烯，将去离子水、二醋酸二丁基锡、脂肪酸甘油酯、聚丁二烯加入蔗糖中，在40℃水浴下以600r/min转速高速搅拌4min，保温静置，得组合料，将异佛尔酮二异氰酸酯迅速加入组合料中，在40℃水浴中以1800~2000r/min转速高速搅拌10s，得混合物料，将混合物料倒入规格为60cm×60cm×40cm的模具中，发泡8min，取出，得聚氨酯泡沫材料；

再按重量份数计，分别称量20份硝酸铝、32份尿素、4份十二烷基苯磺酸钠、8份聚乙二醇、240份去离子水，将硝酸铝、尿素加入1/2重量份的去离子水中，常温下以200r/min转速搅拌20min，得铝离子溶液，将十二烷基苯磺酸钠、聚乙二醇加入剩余1/2重量份的去离子水中，常温下以240r/min转速搅拌20min，得添加剂溶液，将添加剂水溶液以20mL/min的速率滴加至铝离子溶液中，常温下以300r/min转速搅拌4h，得混合溶液，将混合溶液倒入高压反应釜中，在200℃、40MPa的条件下水热反应8h，常温冷却，得反应物，将反应物用去离子水洗涤5次，置于80~100℃的烘箱中干燥2h，得勃姆石粉末，将勃姆石粉末置于马弗炉中，常温下以5℃/min的速率升温至1400℃，保温煅烧60min，随炉冷却至室温，得氧化铝晶须；

再按重量份数计，分别称量120份聚氨酯泡沫材料、60份平均长度0.4mm的木质素纤维、24份平均长度0.6mm的玄武岩纤维、12份氧化铝晶须、6份柠檬酸、5份乙烯基三甲氧基硅烷、3份丙三醇、5份硬脂酸、3份偶氮二甲酰胺、0.3份抗氧剂1010，将聚氨酯泡沫材料、木质素纤维、玄武岩纤维、氧化铝晶须、柠檬酸、乙烯基三甲氧基硅烷、丙三醇、硬脂酸、偶氮二甲酰胺、抗氧剂1010置于入高速搅拌机中，常温下以1200r/min转速搅拌混合30min，得混合料，将混合料置于双滚筒开炼机中，在80℃下进行开炼，塑化成片，得开炼片材，将开炼片材置于平板硫化机中在220℃下加压至4MPa ，压制10min，常温冷却，得高强度复合吸声材料。