[发明专利]低密度、柔性高分子基发泡隔声材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种低密度、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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，本发明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%。