本發(fā)明屬于功能材料領(lǐng)域,具體涉及一種隔聲復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù):
當(dāng)前隔聲吸聲材料應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛,人們?cè)诟袈曃暡牧戏矫娴难芯恳踩〉昧酥卮蟮陌l(fā)展,因此復(fù)合材料也展現(xiàn)了其優(yōu)勢(shì)的一面,在滿(mǎn)足了對(duì)隔聲吸聲方面的要求的同時(shí),復(fù)合材料能夠表現(xiàn)出良好的韌性,優(yōu)秀的力學(xué)表現(xiàn),因此,對(duì)隔聲吸聲復(fù)合材料的研究對(duì)材料研究有著積極的推動(dòng)作用。
由于材料的隔聲性能遵循質(zhì)量定理,在現(xiàn)有的隔聲材料中,如隔聲墻、隔聲板等材料均存在質(zhì)量大,厚度大等特點(diǎn),在實(shí)際應(yīng)用中不能任意根據(jù)需求裁剪尺寸,而且使用范圍也比較窄,而且制作過(guò)程較為復(fù)雜,不能實(shí)現(xiàn)大量快速生產(chǎn)。日本"石井商事株式會(huì)社"研究出性能良好的隔音薄膜,它能夠有很好的隔聲性能,也能夠根據(jù)需求任意裁剪完全,但是這樣的隔聲薄膜制作成本較高。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種隔聲復(fù)合材料,該材料的隔聲性能優(yōu)異,并具有較好的剛性、韌性,且涉及的原料成本低、制備方法簡(jiǎn)單,適合推廣應(yīng)用。
為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
一種隔聲復(fù)合材料,它以發(fā)泡樹(shù)脂體系和三維纖維織物為原料,所述三維纖維織物包含上表面、下表面和中空夾層;首先將聚合物體系均勻刷涂于三維纖維織物的上表面和下表面對(duì)三維纖維織物進(jìn)行固化成型,然后將發(fā)泡樹(shù)脂體系注入固化成型的三維織物的中空夾層內(nèi),再升溫進(jìn)行使發(fā)泡樹(shù)脂體系在中空夾層內(nèi)發(fā)泡與三維纖維織物復(fù)合固化得到所述隔聲復(fù)合材料。
上述方案中,所述隔聲復(fù)合材料的總厚度為3-50mm。
上述方案中,所述三維纖維織的上表面和下表面之間的中空夾層由連續(xù)的纖維芯柱相接而成;上表面和下表面厚度為0.1~0.2mm,上表面和下表面的網(wǎng)孔孔徑為3-5mm,纖維的長(zhǎng)度為20-100cm,直徑為5-30μm。
上述方案中,所述三維纖維織物進(jìn)行固化成型后,其上表面和下表面的厚度為0.3-0.6mm。
上述方案中,所述進(jìn)行固化成型的三維纖維織物的中空夾層的厚度為2-48mm。
上述方案中,所述發(fā)泡樹(shù)脂體系的孔隙率為58-79%,泡孔孔徑可達(dá)500-600μm,且泡孔分布均勻。
上述方案中,所述發(fā)泡樹(shù)脂體系中各組分及其所占重量份數(shù)包括:樹(shù)脂100份、固化劑20-60份、發(fā)泡劑a2-5份、發(fā)泡劑b1-2.5份、泡沫穩(wěn)定劑2-4份。
上述方案中,所述聚合物體系中各組分及其所占重量份數(shù)包括:樹(shù)脂100份、固化劑20-60份,其體系與發(fā)泡樹(shù)脂體系大致相同,不同之處在于未添加發(fā)泡劑和泡沫穩(wěn)定劑。
上述方案中,所述環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、酚醛樹(shù)脂或不飽和聚酯樹(shù)脂等;可選用聚氨酯、雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂、雙酚f型環(huán)氧樹(shù)脂等。
優(yōu)選的,所述樹(shù)脂為雙酚a型e-51環(huán)氧樹(shù)脂。
上述方案中,所述固化劑為針對(duì)所選用樹(shù)脂的常溫或高溫固化劑,如所選樹(shù)脂為雙酚a型環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)固化劑可選用改性聚酰胺或雙氰胺等。
上述方案中,所述發(fā)泡劑a可選用二氯甲烷、三氯三氟甲烷或二氯二氟甲烷等物理發(fā)泡劑;采用的物理發(fā)泡劑的發(fā)泡溫度與環(huán)氧樹(shù)脂的固化凝膠時(shí)的溫度相差很小,可以得到穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)。
優(yōu)選的,所述發(fā)泡劑a為二氯甲烷。
上述方案中,所述發(fā)泡劑b為發(fā)泡溫度比發(fā)泡劑a高10-20℃的發(fā)泡劑,如所選發(fā)泡劑a為二氯甲烷時(shí),發(fā)泡劑b可選環(huán)戊烷。采用兩種發(fā)泡劑并用,可以將原來(lái)單一發(fā)泡劑得到的閉孔型泡沫轉(zhuǎn)變?yōu)殚_(kāi)孔型泡沫,以得到隔聲良好的開(kāi)孔型泡沫材料。
優(yōu)選的,所述發(fā)泡劑b為環(huán)戊烷。
上述方案中,所述泡沫穩(wěn)定劑為吐溫-20、硅油、吐溫-80或l-64等;采用的穩(wěn)定劑可使發(fā)泡所得氣孔細(xì)密均勻,當(dāng)體系處于低黏度階段時(shí),可使孔壁穩(wěn)定,保證氣孔生長(zhǎng)到適合的程度。
優(yōu)選的,所述泡沫穩(wěn)定劑選用硅油。
上述一種新型隔聲復(fù)合材料的制備方法,它包括如下步驟:
1)首先將聚合物體系均勻刷涂于三維纖維織物的上表面和下表面對(duì)三維纖維織物進(jìn)行固化成型;
2)按配比稱(chēng)取樹(shù)脂發(fā)泡體系的各組分,各組分及其所占重量份數(shù)為:樹(shù)脂為100份、固化劑為20-60份、發(fā)泡劑a為2-5份、發(fā)泡劑b為1-2.5份、泡沫穩(wěn)定劑為2-4份;
3)將稱(chēng)取的樹(shù)脂、發(fā)泡劑a、發(fā)泡劑b、泡沫穩(wěn)定劑在300-600r/min的條件下攪拌混合均勻,然后加入固化劑繼續(xù)攪拌均勻,得樹(shù)脂發(fā)泡體系;
4)所得樹(shù)脂發(fā)泡體系注入經(jīng)步驟1)固化成型的三維纖維織物的中空夾層內(nèi),然后升溫至40-50℃發(fā)泡50-60min,待樹(shù)脂發(fā)泡體系開(kāi)始凝結(jié)后繼續(xù)升溫至60-80℃進(jìn)行二次發(fā)泡50-60min,最后降溫、固化成型,即得所述隔聲復(fù)合材料。
上述方案中,所述樹(shù)脂發(fā)泡體系的添加量以注入三維纖維織物中空夾層結(jié)構(gòu)并原位發(fā)泡填滿(mǎn)中空夾層的空間為準(zhǔn)。
上述方案中,所述樹(shù)脂發(fā)泡體系的注入量可選用為三維纖維織物質(zhì)量的1.5-3倍。
本發(fā)明的原理為:
本發(fā)明通過(guò)對(duì)泡沫體系的孔隙率、泡孔結(jié)構(gòu)、孔徑等進(jìn)行調(diào)節(jié),所得發(fā)泡樹(shù)脂體系的泡孔尺寸可達(dá)500-600μm,孔隙率可調(diào)至58-79%,泡孔呈開(kāi)孔結(jié)構(gòu)且分布均勻。將上述樹(shù)脂發(fā)泡體系注入三維纖維織物的中空夾層中,然后原位發(fā)泡、固化得到所述新型隔聲復(fù)合材料,所得材料表現(xiàn)出優(yōu)異的隔聲和力學(xué)性能:將聲波傳入所得隔聲材料表面時(shí),聲波首先被纖維織物的纖維反射一次,剩余部分進(jìn)入發(fā)泡樹(shù)脂材料內(nèi)部,同時(shí)由于泡沫的內(nèi)部通孔產(chǎn)生的阻尼效應(yīng)而逐漸被消耗,同時(shí)在泡沫內(nèi)部還包含包覆于發(fā)泡樹(shù)脂體系中的纖維芯柱,聲波在開(kāi)孔泡沫內(nèi)遇到纖維芯柱會(huì)繼續(xù)發(fā)生折射和散射,聲波再次被泡沫內(nèi)部通孔的阻尼作用消耗,這樣三維織物的內(nèi)部纖維和泡沫通孔協(xié)同作用,顯著提高所得材料的隔聲性能;同時(shí),由于纖維具有良好的承載能力,且三維織物結(jié)構(gòu)內(nèi)部纖維相互連接不斷,當(dāng)材料收到載荷時(shí),發(fā)泡樹(shù)脂基體接收并傳遞載荷,載荷在材料內(nèi)部傳遞,不容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,個(gè)別斷裂的纖維由于發(fā)泡樹(shù)脂基體的作用使得裂紋無(wú)法擴(kuò)散,使所得復(fù)合材料表現(xiàn)出優(yōu)異的力學(xué)性能,適合推廣應(yīng)用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的有益效果是:
1)本發(fā)明采用三維纖維織物作為增強(qiáng)體,與傳統(tǒng)的泡沫夾層,蜂窩夾層等相比,其結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定,不會(huì)出現(xiàn)面層與芯層分離的現(xiàn)象;與二維的纖維增強(qiáng)結(jié)構(gòu)復(fù)合材料相比,三維結(jié)構(gòu)的失效過(guò)程是逐漸的并能更好地保持原有的結(jié)構(gòu)的整體性。
2)本發(fā)明首次采用兩種類(lèi)型的發(fā)泡劑制備發(fā)泡樹(shù)脂體系,并在三維纖維織物的中空夾層結(jié)構(gòu)內(nèi)進(jìn)行原位發(fā)泡復(fù)合,得到具備良好隔聲性能的開(kāi)孔型泡沫填充復(fù)合體系,利用極少的成本,大大提高了材料的隔聲性能。
3)本發(fā)明所得新型隔聲復(fù)合材料的隔聲性能優(yōu)異,并具有較好的剛性、韌性,且涉及的原料成本低、制備方法簡(jiǎn)單,適合推廣應(yīng)用。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物的剖面結(jié)構(gòu)示意圖,圖中,1為固化后的三維纖維織物面層,2為纖維芯柱,3為樹(shù)脂發(fā)泡體系。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1所得產(chǎn)物在125hz-6000hz頻率下的隔聲性能與對(duì)比例1所得同尺寸發(fā)泡隔音材料的隔音性能對(duì)比圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例2所得產(chǎn)物在125hz-6000hz頻率下的隔聲性能與對(duì)比例2所得同尺寸發(fā)泡隔音材料的隔音性能對(duì)比圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例3所得產(chǎn)物在125hz-6000hz頻率下的隔聲性能與對(duì)比例3所得同尺寸發(fā)泡隔音材料的隔音性能對(duì)比圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明,但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。
以下實(shí)施例中,采用的樹(shù)脂為雙酚a型e51環(huán)氧樹(shù)脂,固化劑為改性聚酰胺;使用前將雙酚a型e51環(huán)氧樹(shù)脂與固化劑改性聚酰胺固化,通過(guò)dsc確定其固化溫度范圍為40~80℃。
以下實(shí)施例中,采用的發(fā)泡劑a為二氯甲烷,發(fā)泡劑b為環(huán)戊烷,穩(wěn)定劑為硅油。
采用的三維纖維織物為市售三維玻璃纖維織物,它為由玻璃纖維連續(xù)編織形成的呈空芯結(jié)構(gòu)的三維編織物,包含上表面、下表面和中空夾層,上表面和下表面之間由位于中空夾層中的連續(xù)纖維芯柱相接而成;所述維纖維織物的面層(上表面和下表面)厚度為0.1~0.2mm,上表面和下表面的網(wǎng)孔孔徑為4mm,纖維的長(zhǎng)度為20~100cm,纖維芯柱的高度為4.2mm,直徑為5~30μm;三維纖維織物用聚合物體系刷涂與上、下表面進(jìn)行固化成型所得上表面、下表面的厚度為0.3~0.4mm。
實(shí)施例1
一種隔聲復(fù)合材料,其制備方法包括如下步驟:
1)首先將三維纖維織物用聚合物體系刷涂與上、下表面進(jìn)行固化成型,形成具有中空夾層結(jié)構(gòu)的三維纖維織物,所述聚合物體系由100重量份的樹(shù)脂和30重量份的固化劑混合均勻而成;
2)按配比稱(chēng)取樹(shù)脂發(fā)泡體系的各組分,各組分及其所占重量份數(shù)為:樹(shù)脂100份、固化劑30份、發(fā)泡劑a2份、發(fā)泡劑b1份、穩(wěn)定劑2份;
3)將稱(chēng)取的樹(shù)脂、發(fā)泡劑a、發(fā)泡劑b、泡沫穩(wěn)定劑在300-600r/min的條件下攪拌混合均勻,然后加入固化劑繼續(xù)攪拌均勻,得到樹(shù)脂發(fā)泡體系;
4)所得樹(shù)脂發(fā)泡體系注入(注入量為三維纖維織物質(zhì)量的1.5倍)固化成型的三維織物的中空夾層結(jié)構(gòu)內(nèi),然后升溫至40℃發(fā)泡60min,待樹(shù)脂發(fā)泡體系開(kāi)始凝結(jié)后繼續(xù)升溫至60℃進(jìn)行二次發(fā)泡,發(fā)泡60min,而后固化成型,即得所述新型隔聲復(fù)合材料(結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1),所得復(fù)合材料的總厚度為5mm,其中發(fā)泡所得樹(shù)脂發(fā)泡體系的孔隙率為58%,泡孔孔徑為500~600μm。
對(duì)比例1
一種發(fā)泡隔音材料,其配方與實(shí)施例1中的樹(shù)脂發(fā)泡體系大致相同,不同之處在不添加發(fā)泡劑b,且制備方法中無(wú)需進(jìn)行二次發(fā)泡步驟。
將本實(shí)施例所得產(chǎn)物和對(duì)比例所得發(fā)泡隔音材料分別進(jìn)行力學(xué)性能與隔音性能測(cè)試,結(jié)果表明:本發(fā)明所得產(chǎn)物在125hz時(shí)隔音量最高可達(dá)48hz,平均隔音量也達(dá)到了44.54hz(見(jiàn)圖2),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未復(fù)合三維纖維織物的發(fā)泡隔音體系;且彎曲強(qiáng)度可達(dá)135.86mpa,相對(duì)對(duì)比例1提高了312.4%。
實(shí)施例2
一種新型隔聲復(fù)合材料,其制備方法包括如下步驟:
1)首先將三維纖維織物用聚合物體系刷涂與上、下表面進(jìn)行固化成型,形成具有中空夾層結(jié)構(gòu)的三維纖維織物,所述聚合物體系由100重量份的樹(shù)脂和30重量份的固化劑混合均勻而成;
2)按配比稱(chēng)取樹(shù)脂發(fā)泡體系的各組分,各組分及其所占重量份數(shù)為:樹(shù)脂100份、固化劑30份、發(fā)泡劑a3份、發(fā)泡劑b1.5份、穩(wěn)定劑3份;
3)將稱(chēng)取的樹(shù)脂、發(fā)泡劑a、發(fā)泡劑b、泡沫穩(wěn)定劑在300-600r/min的條件下攪拌混合均勻,然后加入固化劑繼續(xù)攪拌均勻,得到樹(shù)脂發(fā)泡體系;
4)所得樹(shù)脂發(fā)泡體系注入(注入量為三維纖維織物質(zhì)量的1.5倍)固化成型的三維織物的中空夾層結(jié)構(gòu)內(nèi),然后升溫至40℃發(fā)泡60min,待樹(shù)脂發(fā)泡體系開(kāi)始凝結(jié)后繼續(xù)升溫至60℃進(jìn)行二次發(fā)泡發(fā)泡60min,而后固化成型,即得所述新型隔聲復(fù)合材料,所得復(fù)合材料的總厚度為5mm,其中發(fā)泡所得樹(shù)脂發(fā)泡體系的孔隙率為68%,泡孔孔徑為500~600μm。
對(duì)比例2
一種發(fā)泡隔音材料,其配方與實(shí)施例2中的樹(shù)脂發(fā)泡體系大致相同,不同之處在不添加發(fā)泡劑b,且制備方法中無(wú)需進(jìn)行二次發(fā)泡步驟。
將本實(shí)施例所得產(chǎn)物和對(duì)比例2所得發(fā)泡隔音材料分別進(jìn)行力學(xué)性能與隔音性能測(cè)試,結(jié)果表明:本發(fā)明所得產(chǎn)物在125hz時(shí)隔音量最高可達(dá)53hz,平均隔音量也達(dá)到了50.58hz(見(jiàn)圖3),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未復(fù)合三維纖維織物的發(fā)泡樹(shù)脂體系;且彎曲強(qiáng)度可達(dá)131.34mpa,相對(duì)對(duì)比例2提高了298.6%。
實(shí)施例3
一種新型隔聲復(fù)合材料,其制備方法包括如下步驟:
1)首先將三維纖維織物用聚合物體系刷涂與上、下表面進(jìn)行固化成型,形成具有中空夾層結(jié)構(gòu)的三維纖維織物,所述聚合物體系由100重量份的樹(shù)脂和30重量份的固化劑混合均勻而成;
2)按配比稱(chēng)取樹(shù)脂發(fā)泡體系的各組分,各組分及其所占重量份數(shù)為:樹(shù)脂100份、固化劑30份、發(fā)泡劑a4份、發(fā)泡劑b2份、穩(wěn)定劑4份;
3)將稱(chēng)取的樹(shù)脂、發(fā)泡劑a、發(fā)泡劑b、泡沫穩(wěn)定劑在300-600r/min的條件下攪拌混合均勻,然后加入固化劑繼續(xù)攪拌均勻,得到樹(shù)脂發(fā)泡體系;
4)所得樹(shù)脂發(fā)泡體系注入(注入量為三維纖維織物質(zhì)量的1.5倍)固化成型的三維織物的中空夾層結(jié)構(gòu)內(nèi),然后升溫至40℃發(fā)泡60min,待樹(shù)脂發(fā)泡體系開(kāi)始凝結(jié)后繼續(xù)升溫至60℃進(jìn)行二次發(fā)泡發(fā)泡60min,而后固化成型,即得所述新型隔聲復(fù)合材料,所得復(fù)合材料的總厚度為5mm,其中發(fā)泡所得樹(shù)脂發(fā)泡體系的孔隙率為79%,泡孔孔徑為500~600μm。
對(duì)比例3
一種發(fā)泡隔音材料,其配方與實(shí)施例3中的樹(shù)脂發(fā)泡體系大致相同,不同之處在不添加發(fā)泡劑b,且制備方法中無(wú)需進(jìn)行二次發(fā)泡步驟。
將本實(shí)施例所得產(chǎn)物和對(duì)比例3所得發(fā)泡隔音材料分別進(jìn)行力學(xué)性能與隔音性能測(cè)試,結(jié)果表明:本發(fā)明所得產(chǎn)物在125hz時(shí)隔音量最高可達(dá)45.08hz,平均隔音量也達(dá)到了42.17hz(見(jiàn)圖4),遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于未復(fù)合三維纖維織物的發(fā)泡樹(shù)脂體系;且彎曲強(qiáng)度可達(dá)128.82mpa,相對(duì)對(duì)比例3提高了285.0%。
上述實(shí)施例僅僅是為了清楚地說(shuō)明所做的實(shí)例,而并非對(duì)實(shí)施方式的限制。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō),在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化或者變動(dòng),這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉,因此所引申的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。