低密度、柔性高分子基发泡隔声材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低密度、柔性高分子基发泡隔声材料及其制备方法。该方法先将高分子基体、助剂、片状形态的无机填料、发泡剂等混合塑化后，再制备成发泡片材。该材料具有较高的发泡倍率，使其密度很低；选用低玻璃化温度的高分子基体使其具有极佳的柔性。该材料结构上的显著特点是，发泡过程中片状填料沿着泡孔壁切线方向取向排列，形成了一道声波传播的屏障，因而提高了隔声性能。本发明专利技术通过较少的填料加入就能很好的提高隔声性能，相比传统高分子基隔声材料，具有极低的密度和良好的柔性，适用于交通、建筑、航天等领域的噪音控制。

Low density and flexible polymer based foamed sound insulation materials and their preparation methods

The invention discloses a low density, flexible polymer base foamed sound insulation material and a preparation method. The polymer matrix and additives, lamellar morphology of inorganic filler and foaming agent mixed plastics, prepared into foam sheet. The material has high foaming ratio and low density, and the polymer matrix with low vitrification temperature has excellent flexibility. The remarkable feature of the material is that the flake packing is aligned along the tangent line of the bubble wall during the foaming process, forming a barrier of sound wave propagation, thus improving the sound insulation performance. The invention can better improve the sound insulation performance by adding fewer fillers. Compared with the traditional macromolecule based sound insulation material, the invention has extremely low density and good flexibility, and is suitable for noise control in traffic, building, aerospace and other fields.

【技术实现步骤摘要】
低密度、柔性高分子基发泡隔声材料及其制备方法
本专利技术属于高分子基发泡复合材料制备领域，具体涉及一种低密度、柔性高分子基发泡隔声材料及其制备方法。
技术介绍
交通运输业和建筑业的飞速发展给人们带来了极大的便利，同时也带来了严重的噪音污染。隔声材料的设计与开发在噪音控制领域得到了广泛关注。出于对环保、节能和应对不同使用场合的考虑，具有质轻和柔软特性的隔声材料更受亲睐。高分子材料由于成本低、易成型加工、质轻等优势，逐渐取代金属及无机非金属等传统隔声材料，成为了研究的热点。高分子材料的密度和模量较低，根据隔声质量定律和劲度定律，其单独使用时隔声性能较差，须对高分子材料进行改性以提高其隔声性能。目前，高分子材料隔声改性方法有如下两种：一是填料填充改性法，将密度较大的无机填料如硫酸钡、碳酸钙、铁粉等加入到高分子材料中，通过提高高分子材料的密度和弹性模量来提高其隔声性能。但该方法会破坏高分子材料质轻和柔软的特性，使其使用受到限制；二是结构设计改性法，通过不同材料的组合设计得到多层结构，如在硬质塑料层中间夹一层发泡橡胶，通过层间阻抗失配使声波受到来回反射而损耗，提高了隔声性能，并有效保持了材料的低密度的特性。但该方法中的多层材料制备过程较为繁琐，且外层材料通常硬度很高，限制了其使用范围。高分子基发泡材料具有极低的密度和良好的柔性，但由于其极低的密度和模量，很少将其单独作为隔声材料使用，通常是通过结构设计与其他材料构成复合隔声结构。若能将发泡材料单独作为隔声材料使用，将充分发挥发泡材料的质轻和柔软的优点。已有研究表明，填料填充的高分子基发泡材料中，泡孔生长过程会使填料沿泡孔壁切线方向取向排列，发泡倍率越高，填料取向现象越明显。由于无机填料具有较大的特性阻抗，声波传播到填料表面时，大部分声波会被反射，取向的填料形成了一道声波传播的屏障，而进入泡孔中的部分声波也会在泡孔内部被反复反射而吸收。因此，可以预见在高分子基发泡材料中填料的这种取向行为将会提高其隔声性能，而泡孔结构也将赋予材料质轻和柔软的性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有高分子基隔声材料的制备现状，提出一种高分子基发泡隔声材料及其制备方法，以解决现有高分子基隔声材料无法兼具低密度、柔性和高隔声性能的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的以下技术方案：对高分子/填料共混料进行发泡成型，填料在该发泡材料中有着特殊的排列方式，填料在泡孔壁中沿着泡孔壁切线方向取向排列。这样的结构将对声波的传递起到如图1所示的阻碍作用：无机填料具有较大的特性阻抗，声波传播到填料表面时，大部分声波会被反射，取向的填料形成了一道声波传播的屏障，而进入泡孔中的部分声波也会在泡孔内部被反复反射，一部分声波被吸收，一部分声波被泡孔壁和片状填料再次反射，一部分声波透射；从而极大的提高材料的隔声性能。上述技术方案中，所述的高分子基体为软质聚氯乙烯、聚氨酯、低密度聚乙烯、橡胶软质等柔性高分子材料。上述技术方案中，所述的填料都具有二维片状形态，选自云母、氮化硼、粘土、石墨中的一种或几种，填料添加量为5~30%，优选的填料含量为10~20%。上述技术方案中，发泡成型用到的发泡剂为偶氮二甲酰胺（AC）、苯磺酰肼发泡剂（OBSH）、二亚硝基五亚甲基四胺（发泡剂H）、膨胀微球中的一种，添加量为1~5%。上述技术方案中，得到的发泡隔声材料的发泡倍率在2.5倍以上，泡孔密度达到106个/cm3以上。上述技术方案中，得到的发泡隔声材料具有很好的柔性，其硬度（邵氏A型）为30~70。制备上述技术方案中所述的高分子基发泡隔声材料的方法，将高分子基体、填料、发泡剂、其他助剂通过双辊开炼机在一定温度下共混获得高分子/填料共混料。所得共混料经过模压发泡成型或挤出发泡成型得到低密度、柔性高分子基发泡隔声材料。在上述制备低密度、柔性高分子基发泡隔声材料的方法中，双辊开炼机的加工温度低于发泡剂的分解温度、高于材料加工温度，具体与所用高分子基体及发泡剂种类有关。如对于软质聚氯乙烯，此温度是140°C；对于三元乙丙橡胶则是100°C。发泡过程中，气泡生长过程会对高分子熔体产生双轴拉伸作用，这种作用传递到填料上，会使填料沿着泡孔壁的切线方向取向。发泡倍率越大，气泡生长对熔体的双轴拉伸作用越强，填料的取向效果越明显，其过程如图2所示。本专利技术中材料的隔声性能依据GB/Z27764-2001《声学阻抗管中传声损失的测量传递矩阵法》来进行测试，样品直径60mm，测试频率为100~2500Hz。本专利技术提供的低密度、柔性高分子基发泡隔声材料，具有较大的发泡倍率，泡孔间的挤压作用使泡孔截面呈多边形结构，泡孔壁中的片状填料沿着泡孔壁切线方向取向排列。无机填料具有较大的特性阻抗，声波传播到填料表面时，大部分声波会被反射，取向的填料形成了一道声波传播的屏障。而进入泡孔中的部分声波也会在泡孔内部被反复反射而吸收。填料的这种特殊排列方式提高了材料的隔声性能。而泡孔的存在又使得材料保持了较低的密度。本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术通过对配方、工艺条件的控制，得到了一种填料沿泡孔壁切线方向取向排列的软质发泡材料。通过片状填料的取向排列，形成了声波传播的屏障，阻碍了声波的向前传递，提高了隔声性能。通过这种方法得到的发泡隔声材料，较低的填料添加量就能极大的提高材料的隔声性能。由于泡孔结构的存在和填料的低含量，材料保持了较低的密度。通过选择玻璃化温度较低的高分子基体，使材料具有了良好的柔性。本专利技术克服了传统高分子基隔声材料无法兼具低密度、柔性和高隔声性能的难题。具体来说，本专利技术采用具有二维片状形态的填料，使高分子材料达到特定的发泡倍率，填料在其中具有特殊排布方式，制备得到的发泡隔声材料密度最低可达0.3g/cm3，远低于现有技术制备的高分子基隔声材料的密度；硬度最低可达30（邵氏A型硬度计测试），具有非常柔软的特性；隔声性能最高可达34dB。本专利技术提供的高分子基发泡隔声材料，由于具有极低的密度而使应用领域范围大大拓宽，在交通、建筑、航天等对材料有轻质化要求的领域具有广阔的应用前景；该高分子基发泡隔声材料具有良好的柔性，可以便捷的裁剪和安装，大大方便了施工使用过程。同时，本专利技术提出的制备方法及制备过程简单、材料性能稳定、生产效率高、成本低，具有广阔的工业化和市场前景。附图说明图1是声波在本专利技术的隔声材料中的传播示意图，图中Ei是入射声能、Er是反射声能、Et是透射声能，A为填料；B为泡孔。图2是泡孔生长过程使得填料沿泡孔壁切线方向取向的示意图。图中A为填料；B为泡孔。图3是泡孔壁的扫描电镜照片，显示了材料泡孔壁中填料的分布。具体实施方式下面通过实施例和对比实验例对本专利技术进行进一步的具体描述。以下各实施例中，填料和发泡剂的含量用质量百分数表示；高分子基体及其他助剂按重量份计，其中高分子基体为100份。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本专利技术做进一步的说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本
技术实现思路
对本专利技术做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本专利技术的保护范围。实施例1将聚氯乙烯（100份）与稳定剂（4.5份）、增塑剂（60份）、加工助剂（4份）、偶氮二甲酰胺发泡剂（1%）、云母（10%）在高速混合机中90°C下混合20分钟，使增本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低密度、柔性高分子基发泡隔声材料，其特征在于该发泡材料的基体是柔性的高分子材料，填料是片状形态的无机填料，且片状的无机填料沿着泡孔壁的切线方向取向排列。

【技术特征摘要】
1.一种低密度、柔性高分子基发泡隔声材料，其特征在于该发泡材料的基体是柔性的高分子材料，填料是片状形态的无机填料，且片状的无机填料沿着泡孔壁的切线方向取向排列。2.根据权利要求1所述的低密度、柔性高分子基发泡隔声材料，其特征在于所使用的高分子基体为软质聚氯乙烯、聚氨酯、低密度聚乙烯、橡胶等柔性高分子材料。3.根据权利要求1所述的低密度、柔性高分子基发泡隔声材料，其特征在于所使用的无机填料都具有二维片状形态，选自云母、氮化硼、粘土、石墨中一种或几种。4.根据权利要求3所述的无机填料，其添加量为5~30%。5.根据权利要求4所述的无机填料，其添加量优选为10~20%。6.根据权利要求1所述的低密度、柔性高分子基发泡隔声...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭少云，熊英，韩腾，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51