一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法与流程

本发明涉及轨道交通噪声控制技术领域，具体涉及一种城际轨道交通声屏障。

背景技术：

轨道交通已成为解决地面交通拥堵、改善人们出行的最有效控制措施之一。与此同时，轨道交通的震动和噪声污染日益成为影响城市环境的突出因素。轨道交通产生的噪声是一个不能忽视的问题，其干扰人们的工作学习，损害人们的身心健康，严重的噪声甚至可使沿线地区失去原有的功能，影响沿线地区的商业价值。如何采取治理措施消除或者减少轨道交通带来的噪声污染是轨道交通研究的重要方面之一。

城际轨道交通噪声防治是一项综合性的系统工程，声屏障技术是一种控制轨道交通噪声的有效措施。声屏障是立于噪声源和受声点之间的声学障板。目前主要采用的声屏障要么结构复杂、要么虽然结构相对简单但是屏蔽效果不佳、要么成本较高，不太实用。

因此，亟需一种成本低廉且屏蔽效果良好的声屏障技术以便于大范围的推广应用。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种工艺简单、硬化效果好、具有防水、防火、抗老化、抗冲击能力好，用材低能耗、环保、废弃后对环境无污染，在使用过程中，隔音效果好等优点的纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

步骤一：采用短切聚丙烯腈碳纤维、碳化硅粉、铜粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉和树脂作为主要原材料；

步骤二：将步骤一中材料按比例称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌罐加热温度60℃-90℃，搅拌时间为3h-8h；

步骤三：将步骤二中搅拌好的混合料置于设计好的模具中，在多层压机上压制成型，压力为10mpa-20mpa；

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于碳化炉内进行碳化处理，碳化温度为800℃-1000℃；

步骤五：将步骤四中碳化处理后的半成品在真空条件下进行高温处理，处理温度为1300℃-1500℃；

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障。

上述的一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于，步骤一中所述的短切聚丙烯腈碳纤维长度为9mm-19mm，铜粉、碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉的颗粒大小均为600目及以下，树脂为酚醛树脂或环氧树脂。

上述的一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于，步骤二中所述的聚丙烯腈碳纤维重量百分比为19wt%-45wt%，铜粉重量百分比为1wt%-5wt%，碳化硅粉重量百分比为1wt%-5wt%，氮化硼重量百分比为3wt%-10wt%，氧化铝粉重量百分比为3wt%-10wt%，碳粉重量百分比为5wt%-15wt%，石墨粉重量百分比为3wt%-15wt%，树脂重量百分比为20wt%-40wt%。

上述的一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于，步骤三中所述的压制固化工艺，升温速率为13℃/h-23℃/h，固化温度为140℃-200℃，保温时间为2.0h-5.0h。

上述的一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于，步骤四中所述的碳化升温速率为13℃/h-33℃/h，保温时间为2.0h-5.0h。

上述的一种聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的制备方法，其特征在于，步骤五中所述的高温处理升温速率为13℃/h-23℃/h，保温时间为1.0h-3.0h，高温真空度小于3.0×10^-3pa。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、与传统城际轨道交通声屏障的制备技术相比，本发明采用短切聚丙烯腈碳纤维作为增强体，树脂作为粘接剂，铜粉作为导热填充材料，石墨粉作为润滑剂，碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉的耐磨性等特点制备的聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障，具有防水、防火、抗老化、抗冲击能力好，用材低能耗、环保、废弃后对环境无污染，在使用过程中，隔音效果好等优点；2、本发明工艺简单，隔音效果好，并且易于大批量生产，可按照不同要求将材料随意进行加工切割成型。

附图说明

图1是本发明制备聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障的工艺流程框图。

具体实施方式

实施例1

步骤一：采用短切聚丙烯腈碳纤维、碳化硅粉、铜粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉和树脂作为主要原材料，短切聚丙烯腈碳纤维长度为9mm，铜粉、碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉的颗粒大小均为650目，树脂为酚醛树脂；

步骤二：将步骤一中材料按聚丙烯腈碳纤维重量百分比为19wt%，铜粉重量百分比为5wt%，碳化硅粉重量百分比为1wt%，氮化硼重量百分比为7wt%，氧化铝粉重量百分比为6wt%，碳粉重量百分比为15wt%，石墨粉重量百分比为7wt%，树脂重量百分比为40wt%，称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌罐加热温度60℃，搅拌时间为3h；

步骤三：将步骤二中搅拌好的混合料置于设计好的模具中，在多层压机上压制成型，压力为10mpa，升温速率为13℃/h，固化温度为140℃，保温时间为5.0h；

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于碳化炉内进行碳化处理，碳化温度为800℃，碳化升温速率为13℃/h，保温时间为5.0h；

步骤五：将步骤四中碳化处理后的半成品在真空条件下进行高温处理，处理温度为1300℃，升温速率为13℃/h，保温时间为3.0h，高温真空度小于3.0×10^-3pa；

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障。

实施例2

步骤一：采用短切聚丙烯腈碳纤维、碳化硅粉、铜粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉和树脂作为主要原材料，短切聚丙烯腈碳纤维长度为14mm，铜粉、碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉的颗粒大小均为700目，树脂为环氧树脂；

步骤二：将步骤一中材料按聚丙烯腈碳纤维重量百分比为30wt%，铜粉重量百分比为3wt%，碳化硅粉重量百分比为2wt%，氮化硼重量百分比为6wt%，氧化铝粉重量百分比为7wt%，碳粉重量百分比为16wt%，石墨粉重量百分比为8wt%，树脂重量百分比为28wt%，称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌罐加热温度70℃，搅拌时间为5h；

步骤三：将步骤二中搅拌好的混合料置于设计好的模具中，在多层压机上压制成型，压力为15mpa，升温速率为18℃/h，固化温度为160℃，保温时间为3.0h；

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于碳化炉内进行碳化处理，碳化温度为900℃，碳化升温速率为23℃/h，保温时间为3.0h；

步骤五：将步骤四中碳化处理后的半成品在真空条件下进行高温处理，处理温度为1400℃，升温速率为18℃/h，保温时间为2.0h，高温真空度小于3.0×10^-3pa；

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障。

实施例3

步骤一：采用短切聚丙烯腈碳纤维、铜粉、碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉和树脂作为主要原材料，短切聚丙烯腈碳纤维长度为19mm，铜粉、碳化硅粉、氮化硼、氧化铝粉、碳粉、石墨粉的颗粒大小均为750目，树脂为环氧树脂；

步骤二：将步骤一中材料按聚丙烯腈碳纤维重量百分比为45wt%，铜粉重量百分比为2wt%，碳化硅粉重量百分比为5wt%，氮化硼重量百分比为3wt%，氧化铝粉重量百分比为4wt%，碳粉重量百分比为3wt%，石墨粉重量百分比为8wt%，树脂重量百分比为30wt%，称取好后在搅拌罐中进行搅拌，搅拌罐加热温度90℃，搅拌时间为8h；

步骤三：将步骤二中搅拌好的混合料置于设计好的模具中，在多层压机上压制成型，压力为20mpa，升温速率为23℃/h，固化温度为200℃，保温时间为2.0h；

步骤四：将步骤三中压制成型的半成品置于碳化炉内进行碳化处理，碳化温度为1000℃，碳化升温速率为33℃/h，保温时间为2.0h；

步骤五：将步骤四中碳化处理后的半成品在真空条件下进行高温处理，处理温度为1500℃，升温速率为23℃/h，保温时间为1.0h，高温真空度小于3.0×10^-3pa；

步骤六：将步骤五出炉的复合材料坯体经过机械加工后，制得聚丙烯腈碳纤维增强复合材料城际轨道交通声屏障。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。