一种低成本高效隔音材料及其制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种低成本高效隔音材料及其制作方法，涉及隔音材料领域，解决了现有技术高效隔音材料效果不显著，会产生有毒害的气体，危害人体健康，成本太高等问题，提供一种低成本高效隔音材料，包括下述物质：热塑性树脂，经过偶联剂处理液进行表面处理过的无机填料；所述经偶联剂处理液处理过的无机填料为15-80wt％，其余为热塑性树脂。本发明中，各颗粒之间的粘接不规则，这样的结构有效地增加了入射声波的内摩擦，存产生弛豫效应吸声。不同粒径的填料对应不同波段或频率的声波，因此对不同频率的声能的消耗比较全面，隔音效果好，适宜推广应用。
【专利说明】一种低成本高效隔音材料及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种低成本高效隔音材料及其制作方法，涉及隔音材料领域。
【背景技术】
[0002]随着汽车行业制造技术的进步，人们越来越关注乘用车车内噪声控制，由于国内汽车制造技术基础比较薄弱，在汽车研发设计时，很难将影响整车NVH品质的要素设计到位，总是在成品车出来之后再进行NVH整改，主要是通过车厢内部地板、内饰等高效隔音材料的使用，阻隔外界噪声传递到乘驾舱内，使车内噪声大大降低，因此对汽车高效隔音材料的性能要求很高。
[0003]目前所有的汽车隔音材料都存在不同的缺点，复合型阻尼钢板不易在较大弧度的钣金件表面完全贴合，安装后存在起翘、凸包现象，从而影响整体的隔音效果，并且阻尼钢板难以根据钣金件特征自由成型，只能应用在结构简单、较为平整的钣金型面上，使用范围比较有限。浙青类阻尼垫在溶化过程中产生的气体不能及时排出而束缚在阻尼垫与钣金结构间，不仅影响粘接和隔音效果，而且在高温时会产生很多有害气体，影响车内环境，危害人体健康。橡胶类阻尼垫耐高温低温性能较差，不耐油，易老化。聚酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚氨酯(PU)等隔音材料的性能好，但成本控制难度很大。
【发明内容】
[0004]本发明的一个目的是为解决上述现有技术高效隔音材料效果不显著，会产生有毒害的气体，危害人体 健康等问题，提供一种低成本高效隔音材料。
[0005]所述低成本高效隔音材料由包括下述物质的原料制备而成:热塑性树脂,经过偶联剂处理液进行表面处理过的无机填料；所述经偶联剂处理液处理过的无机填料为15-80wt %，其余为热塑性树脂。
[0006]所述热塑性树脂选自PE-聚乙烯、PVC-聚氯乙烯、PS-聚苯乙烯、PP-聚丙烯，或，丙烯酸酯类、PU-聚氨酯、PET-聚对苯二甲酸乙二醇酯、乙烯-苯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯共聚物(简称EVA)，乙烯-丙烯酸酯共聚物等中的一种或多种。优选的，选用氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，EVA，PP的混合物作为基础树脂，所述基础树脂中，氯乙烯-醋酸乙烯共聚物:EVA: PP为1: 1.5-2.5: 2.5-3.5.[0007]在树脂中有效的添加无机填料和把隔音材料的制造价格控制在合理范围内都很重要。但是，对于极性很小的树脂来说，在熔融状态下加入大量无机填料后的复合物很难保持稳定。其中的填料会聚集，使得制成后的隔音材料隔音效果差，这是现有技术中相关技术无法解决的技术难题，经过 申请人:大量实验，得出新的技术方向，即有必要使用某种物质来帮助填料均匀分散，又经过大量实验，选定了增容偶联剂。但是，偶联剂的选择与使用，将在不同程度上影响最终材料的性能。本发明针对多模、多形貌填料复合树脂，考虑填料表面的处理以及填料粒子的低表面能性质，选取合适的偶联剂与稀释剂，制备高填充性复合物。
[0008]所述偶联剂可以选自各种硅烷偶联剂，铝酸酯类，硼酸酯类偶联剂，钛酸酯类偶联剂；硅烷偶联剂包括KH550，KH560 KH792，DL602, DL171，铝酸酯类包括DL2411，DL2410 ;硼酸酯类偶联剂包括roR-180，PRA-1Ol ;钛酸酯类偶联剂包括单烷氧基焦磷酸酯型钛酸酯类偶联剂，螯合型钛酸酯类偶联剂，配位型钛酸酯类偶联剂等。本发明中优选的，使用配位型钛酸酯类偶联剂。更优选的，使用异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯做偶联剂，偶联剂用量为无机填料的0.1-2.2%。优选的，异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯用量为无机填料的 0.8-1.2% ；
[0009]偶联剂，尤其是异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯必须选择合适的稀释剂才能更好的发挥强大的填料分散或表面处理作用。常规的稀释剂包括液体石蜡油，石油醚，环己烷，乙醇，异丙醇，乙二醇缩水甘油醚，丙酮等均适用。本发明经大量实验证明，采用本发明的复合稀释剂配方要比使用单一的稀释剂效果显著得多，无机物分散更为均匀稳定。优选的，使用液体石蜡油、环己烷以及石油醚，其体积比为5: 3: 2时效果最佳，稀释剂用量与偶联剂相同或略大，优选的，按照体积比偶联剂:稀释剂为1: 0.8-1.5。
[0010]所述无机填料包括颗粒形无机填料，片形无机填料，针形无机填料。
[0011]所述颗粒形无机填料可以包括二氧化硅，氧化铝，硅酸钙，硫酸钡，碳酸钙、玻璃微球、陶瓷粉等中的一种或几种；优选的，选择轻质碳酸钙为颗粒无机填料；
[0012]片形无机填料可以包括片云母，片状高岭土，片状氧化锌等中的一种或几种；优选的，选择片状云母为片形无机填料；
[0013]针形无机填料可以包括海泡石，硅灰石，硅镁土，玻璃纤维，碳纤维等中的一种或几种；优选的，选择硅灰石为针状无机填料；
[0014]还可以包括助剂，根据材料性质比如耐燃性、抗老化性，或综合性能的需要，可以适当添加的助剂包括抗氧化剂，增粘剂，增塑剂，抗氧化剂，各种阻燃剂以及稳定剂，着色剂
坐寸ο
[0015]增粘剂为石油树脂C9、石油树脂C5、萜烯树脂、松香、古马隆树脂种的一种或几种，优选地，选用石油树脂C9，使用比例为0-5wt% ；
[0016]还可以适当添加少量增塑剂。所述及增塑剂包括DOP-邻苯二甲酸二辛酯，DBP-邻苯二甲酸二丁酯，DINP-邻苯二甲酸二异壬酯，DIDP邻苯二甲酸二异癸酯等中的一种或多种。优选地，选用DINP为外增塑剂，使用比例为0-10wt% ；
[0017]所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、双(3，5_ 二叔丁基-4-羟基苯基)硫醚、四(β _(3，5-二级丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯、亚磷酸三辛酯、亚磷酸三癸酯中的一种或其复配体系，优选地，选用2，6_ 二叔丁基对甲酚为抗氧化剂，使用比例为0-5wt% ；
[0018]阻燃剂包括氢氧化镁，氢氧化铝，TDCPP-磷酸三(2，3-二氯丙基)酯，聚磷酸铵，八溴醚，磷酸三苯酯，六溴环十二烷，MPP-密胺焦磷酸盐，硼酸锌，十溴二苯乙烷，包覆红磷，TBC等，优选地，选用磷酸三苯酯，使用比例为0-5wt% ；
[0019]稳定剂包括各种皂盐(硬脂酸锌/硬脂酸钙)，有机锡(二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，D0TTG)，有机锑，亚磷酸酯稳定剂，以及各种辅助稳定剂与其复合物。优选地，选用硬脂酸锌为稳定剂，使用比例为O-1Owt %。
[0020] 所涉及的隔音材料可以根据需要，添加适量的着色剂，比如炭黑，白炭黑，钴蓝，铁黄，氧化铁红等，使用比例为0-5wt%。
[0021]所述制作方法按照如下工艺进行:
[0022]1.)将初料在研磨机下研磨后混合，形成无机填料；
[0023]2.)用偶联剂处理液处理无机填料；
[0024]3.)融合各种原料，制成本产品。
[0025]无机无机填料的尺度分布为多分散的。为达到良好的多分散效果，以毫米级或亚毫米级商业化无机填料为初料。
[0026]所述隔音材料的制备按照如下工艺进行:
[0027]1.)将初料在研磨机下研磨，按照不同的条件形成各种类型及各种尺寸的的无机填料，然后混合；
[0028]2.)用偶联剂处理液处理无机填料:将稀释剂与偶联剂混合后加入无机填料中，选用高速捏合机高速搅拌，搅拌均匀后出料备用；
[0029]3.)融合各种原料，制成本产品:调整熔化罐的温度至70_85°C，加入热塑性树脂与各种助剂，搅拌并升温至高于热塑性树脂熔融温度2-5°C情况下，待原料完全熔融后，保持温度，搅拌10-60 分钟，然后加入无机填料继续搅拌混炼,直至无机填料分散均匀,通过压延机挤出成型，制成本产品。
[0030]将初料在研磨机下研磨。研磨不同时间或改变其他研磨参数，比如粉磨机所提供的剪切速度、剪切力的方向与剪切模式等。会导致最终粒子呈现不同的粒子分布与尺度，比如可以覆盖从纳米级到微米级的粒子尺度分布。可以使用球磨机，以相同的参数配置，如在恒定转速50rpm,分别研磨3天以上,得到球样I,片样1，针样I ；0.5到3天，得到球样2,片样2，针样2 ;2到12个小时，得到球样3，片样3，针样3。然后，将研磨不同时间的物料以一定比例混合，无机填料的类型越多，尺度分布跨度越大，从理论上来讲对声音的吸收和隔离越好，经过大量实验，发现在本发明限定的类型尺度范围和配比的条件下，隔音效果最好。
[0031]更具体的，所述制作方法按照如下工艺进行:
[0032]所述步骤I将各种类型及各种尺寸的的无机填料混合；所述颗粒形填充物中球样I的重量是3-97%，球样2的重量分数是3-97%，球样3的重量分数是3-97% ;优选的，球样I的重量分数是30-70 %，球样2的重量分数是15-50 %，球样3的重量分数是5_15 % ;优选的，球样I的重量分数是45-55 %，球样2的重量分数是22-45 %，球样3的.重量分数是5-20%;所述片状填充物中片样I的重量是3-97%，片样2的重量分数是3_97%，片样3的重量分数是3-97% ;优选的，选项4中片样I的重量分数是30-70%，片样2的重量分数是15-50 %，片样3的重量分数是5-15 %;优选的，片样I的重量分数是45-55 %，片样2的重量分数是22-45%，片样3的重量分数是5-20% ;所述针状填充物中针样I的重量是3_97%，针样2的重量分数是3-97%，针样3的重量分数是3-97%;优选的，选项6中针样I的重量分数是30-70%，针样2的重量分数是15-50%，针样3的重量分数是5-15% ;优选的，针样I的重量分数是45-55 %，针样2的重量分数是22-45 %，针样3的重量分数是5_20 %。
[0033]本发明在隔音材料中，不仅可以填充颗粒形重量无机填料，还可以填充片形和针形重量无机填料。最终形成复合隔音层。多种形状、多种尺度粒子能对声音产生反射、吸收。片形无机填料具有一种微型矩阵结构，与隔音材料的表面平行排列，体积小，厚度薄，能够将通过颗粒形无机填料和针型无机填料将声音和噪音进行成功的反射和阻隔。这样能够大大增强材料的弱点从而提闻隔首特性。
[0034]有益效果:
[0035]本发明隔音材料因为含有大量多模、不同结构无机填料，能保持良好的机械性能，并且对不同频率的震动、声音均具有良好的隔离能力。此外，本发明产品能够提高材料的耐热抗老化性，耐臭氧性，耐冲击强度，使得隔音合成物在除尘、隔音方面的效果非常良好，可以应用于汽车、航空航天、高铁、候机室、家装内饰以及影院娱乐场所等。
[0036]在由填料/聚合物复合材料制成的隔音材料中，声音的衰减涉及到破坏分子间非键作用力来增加内摩擦，以及重质材料的质量负荷作用。各颗粒之间的粘接不规则，这样的结构有效地增加了入射声波的内摩擦，存产生弛豫效应吸声。不同粒径的填料对应不同波段或频率的声波，因此对不同频率的声能的消耗比较全面。
[0037]本发明材料涉及一种良好分散的钛酸酯类偶联剂分散液的制备方法；该处理剂可以大幅度提高多模无机填料的分散性，使之良好分散于聚合物树脂，大大降低材料成本。同时，这种多模无机填充材料安全，环保，具有优异的隔音、吸音、阻尼性能。
[0038]本发明中选用氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，EVA, PP的混合物作为基础树脂，经大量实验证明，这样的基础树脂在混合了无机填料后，弹性更好，耐热性好，高温不发软变形，耐冷性也很好低温不脆硬碎裂，这样的隔音材料与需要隔音的物体主体材料贴合度好，不易开裂变形。
【专利附图】
【附图说明】:
[0039]图1是实施例1的隔音材料结构示意图；
[0040]图2是实施例2的隔音材料结构示意图；
[0041]图3是实施例3的隔音材料结构示意图；
[0042]图4是实施例4的隔音材料结构示意图。
【具体实施方式】
[0043]下面结合实施例来进一步说明本发明，但并不作为对本发明的限定。
[0044]实施例1
[0045]对应图1/表1所示隔音材料
[0046]原料
[0047]氯乙烯-醋酸乙烯共聚物6.0kg
[0048]乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 13.0kg
[0049]聚丙烯(PP)18.0kg
[0050]异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯1.0kg
[0051]液体石蜡油1000ml
[0052]轻质碳酸钙53.2kg
[0053]石油树脂C9 3.0kg
[0054]2,6- 二叔丁基对甲酚 2.0kg
[0055]磷酸三苯酯1.0 kg
[0056]硬脂酸锌2.0kg[0057]纳米-亚毫米级无机细粉的制备与预处理
[0058]我们选用XMQ-350X160球磨机，以相同的参数配置，如在恒定转速280rpm，相同样品处理量(2kg)，球磨子参数(用量为3kg，直径均为Icm)，分别研磨10天，得到球样I ;
1.5天，得到球样2 ；5个小时，得到球样3。然后，将研磨不同时间的物料以一定比例混合。
[0059]碳酸钙表面处理
[0060]将偶联剂异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯与少量稀释剂混合，制备偶联剂分散液。然后将碳酸钙与偶联剂分散液混合，选用高速捏合机，将填料高速搅出料备用。
[0061]隔音合成物的制备
[0062]调整熔化罐的温度至60-90°C，加入热塑性树脂与2，6_ 二叔丁基对甲酚等助剂。保持罐内温度在高于聚合物树脂的熔融温度搅拌。待原料完全熔融后，搅拌30分钟，然后加入偶联剂处理好、表面改性的多尺度轻质碳酸钙继续搅拌混炼，直至无机填料分散均匀。
[0063]隔音材料的制备
[0064]将准备好的隔音合成物放入碾压成型的机器，通过又宽又薄的模头空间，附着在地毯材料上之后将气泡层压缩附着在上面，制造隔音层；在隔音层上面使用热熔胶将吸音层附着其上形成隔音材料；以及将隔音材料按照客户要求的形状成型。
[0065]表格I
[0066]3mm厚单层隔音材料(多分散碳酸钙填料)
[0067]
【权利要求】
1.一种低成本高效隔音材料，其特征在于，原料包括热塑性树脂，经过偶联剂处理液进行表面处理过的无机填料；所述经偶联剂处理液处理过的无机填料为15-80wt%，其余为热塑性树脂。
2.根据权利要求1所述低成本高效隔音材料，其特征在于，所述偶联剂处理液包括偶联剂及稀释剂，所述偶联剂选自硅烷偶联剂，铝酸酯类，硼酸酯类偶联剂，钛酸酯类偶联剂；所述稀释剂选自液体石蜡油，石油醚，环己烷，乙醇，异丙醇，乙二醇缩水甘油醚，丙酮中的任意一种或多种；所述无机填料包括颗粒形无机填料，片形无机填料，针形无机填料。
3.根据权利要求2所述低成本高效隔音材料，其特征在于，所述热塑性树脂选自PE、PVC, PS、PP，或，丙烯酸酯类、PU、PET、乙烯-苯乙烯共聚物、乙烯-氯乙烯共聚物、氯乙烯-醋酸乙烯共聚物、EVA，乙烯-丙烯酸酯共聚物中的一种或多种；所述偶联剂选自钛酸酯类偶联剂；所述颗粒形无机填料选自二氧化硅，氧化铝，硅酸钙，硫酸钡，碳酸钙，玻璃微球，陶瓷粉中的一种或几种；片形无机填料选自片云母，片状高岭土，片状氧化锌中的一种或几种；针形无机填料选自海泡石，硅灰石，硅镁土，玻璃纤维，碳纤维中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述低成本高效隔音材料，其特征在于，所述热塑性树脂选用氯乙烯-醋酸乙烯共聚物，EVA，PP的混合物作为基础树脂，所述基础树脂中，氯乙烯-醋酸乙烯共聚物:EVA: PP为1: 1.5-2.5: 2.5-3.5 ;所述偶联剂为配位型钛酸酯类偶联剂，用量为无机填料的0.1-2.2%;选择轻质碳酸钙为颗粒无机填料；选择片状云母为片形无机填料；选择硅灰石为针状无机填料。
5.根据权利要求4所述低成本高效隔音材料，其特征在于，所述偶联剂为异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯，异丙基三(二辛基焦磷酸酯)钛酸酯用量为无机填料的0.8-1.2%；稀释剂为液体石蜡油、环己烷以及石油醚，按照体积比为5: 3: 2配合的溶液，按照体积比偶联剂:稀释剂为1: 0.8-1.5。
6.根据权利要求1-5任一所述低成本高效隔音材料，其特征在于，还包括助剂，所述助剂包括抗氧化剂，增粘剂，增塑剂，抗氧化剂，阻燃剂以及稳定剂，着色剂；所述增粘剂为石油树脂C9、石油树脂C5、萜烯树脂、松香、古马隆树脂中的一种或几种，优选地，选用石油树脂C9，使用比例为0-5wt% ;所述及增塑剂包括DOP-邻苯二甲酸二辛酯，DBP-邻苯二甲酸二丁酯，DINP-邻苯二甲酸二异壬酯，DIDP邻苯二甲酸二异癸酯等中的一种或多种。优选地，选用DINP为外增塑剂，使用比例为O-1Owt % ;所述抗氧化剂为2，6-二叔丁基对甲酚、2，6-二叔丁基-4-甲基苯酚、双(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)硫醚、四(β-(3，5-二级丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、双十二碳醇酯、双十四碳醇酯和双十八碳醇酯、三(十二碳醇)酯和三(十六碳醇)酯、亚磷酸三辛酯、亚磷酸三癸酯中的一种或其复配体系，优选地，选用2，6_ 二叔丁基对甲酚为抗氧化剂，使用比例为0-5wt% ;所述阻燃剂包括氢氧化镁，氢氧化铝，TDCPP-磷酸三(2，3-二氯丙基)酯，聚磷酸铵，八溴醚，磷酸三苯酯，六溴环十二烷，MPP-密胺焦磷酸盐，硼酸锌，十溴二苯乙烷，包覆红磷，TBC等，优选地，选用磷酸三苯酯，使用比例为0-5wt% ;所述稳定剂包括各种皂盐(硬脂酸锌/硬脂酸钙)，有机锡(二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，D0TTG)，有机锑，亚磷酸酯稳定剂，以及各种辅助稳定剂与其复合物。优选地，选用硬脂酸锌为稳定剂，使用比例为O-1Owt % ;所述着色剂包括炭黑，白炭黑，钴蓝，铁黄，氧化铁红等，使用比例为0-5wt %。
7.制作如权利要求1所述的一种低成本高效隔音材料的方法，其特征在于，所述制作方法按照如下工艺进行: .1.)将初料在研磨机下研磨后混合，形成无机填料； .2.)用偶联剂处理液处理无机填料； .3.)融合各种原料,制成本产品。
8.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述初料是毫米级或亚毫米级的商业化无机填料；所述隔音材料的制备按照如下工艺进行: .1.)将初料在研磨机下研磨，按照不同的条件形成各种类型及各种尺寸的的无机填料，然后混合； .2.)用偶联剂处理液处理无机填料:将稀释剂与偶联剂混合后加入无机填料中，选用高速捏合机高速搅拌，搅拌均匀后出料备用； .3.)融合各种原料，制成本产品:调整熔化罐的温度至70-85°C，加入热塑性树脂与各种助剂，搅拌并升温至高于热塑性树脂熔融温度2-5°C情况下，待原料完全熔融后，保持温度，搅拌10-60分钟，然后加入无机填料继续搅拌混炼，直至无机填料分散均匀，通过压延机挤出成型，制成本产品。
9.如权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述步骤1.)将初料在研磨机下研磨，是使用球磨机，在恒定转速下，分别研磨3天以上，得到球样1，片样1，针样I ;0.5到3天，得到球样2，片样2，针样2 ；2到12个小时，得到球样3，片样3，针样3 ;所述颗粒形填充物中球样I的重量是3-97%，球样2的重量分数是3-97%，球样3的重量分数是3-97% ;优选的，球样I的重量分数是30-70%，球样2的重量分数是15-50%，球样3的重量分数是5-15%;优选的，球样I的重 量分数是45-55%，球样2的重量分数是22-45%，球样3的.重量分数是5-20 % ;所述片状填充物中片样I的重量是3-97 %，片样2的重量分数是3_97 %，片样3的重量分数是3-97% ;优选的，选项4中片样I的重量分数是30-70%，片样2的重量分数是15-50%，片样3的重量分数是5-15%;优选的，片样I的重量分数是45-55 %，片样2的重量分数是22-45%，片样3的重量分数是5-20%;所述针状填充物中针样I的重量是3-97%，针样2的重量分数是3-97%，针样3的重量分数是3-97% ;优选的，选项6中针样I的重量分数是30-70 %，针样2的重量分数是15-50 %，针样3的重量分数是5_15 % ;优选的，针样I的重量分数是45-55 %，针样2的重量分数是22-45 %，针样3的重量分数是5-20%。
【文档编号】C08L23/12GK103897262SQ201210576845
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2012年12月27日 优先权日:2012年12月27日
【发明者】李志勇, 徐国刚 申请人:浙江艾迪雅科技股份有限公司, 宁波阿里山胶粘制品有限公司, 李志勇, 徐国刚