高阻燃性轻质PVC基隔音材料及其制备方法与流程

本发明涉及一种PVC材料及其制备工艺，特别涉及一种高阻燃性PVC基隔音材料及其制备方法。

背景技术：

隔音材料是将空气中传播的噪音隔绝、隔断或分离的一类材料，主要应用于建筑、轨道交通、船舶、航空航天等领域。隔音材料要减弱投射声能，阻挡声音的传播，因此要求该材料要有较高的密度。目前市场上的隔音材料多为聚合物-重质填料复合材料，重质填料的加入赋予其高面密度，因而具有良好的隔音性能；而且该类材料具有低价格、易成型、尺寸稳定性好等优势，因而具有广泛的应用前景。

一般来说，在聚合物中添加越多的重质填料，所得到的聚合物-重质填料复合材料的密度就越大，复合材料的隔音性能也就越好。但随着各个领域“轻量化”技术的发展，质量轻的功能材料越来越受到重视。以汽车领域为例，有研究数字显示，若汽车整车重量降低10％，燃油效率可以提高6％-8％。因此，发展兼顾轻质量以及高隔音性能的隔音材料有着重要意义。

目前隔音材料所用基材有PVC、EPDM、EVA、SBS等，除PVC外，其他基材都属于易燃材料。而在隔音材料应用的各个领域，都对材料的阻燃性能有着严格的要求。例如，建筑材料阻燃标准GB8624-2012要求建筑领域使用的隔音材料需要达到难燃级别B1；欧盟轨道交通阻燃标准EN45545对轨道交通用材料的热释放、烟密度、热辐射通量等参数都有着严格的要求，无法满足该标准的材料将被限制使用。

由上可见，现有技术一般通过添加大量重质填料来提高材料的隔音性能，这与轻量化发展趋势相违背。此外，聚合物基材料一般易燃，因此还需要添加大量阻燃剂进行阻燃，但即使如此，也很难达到特定领域应用要求的阻燃标准。如何得到一种阻燃性能好、质量轻以及隔音性能更好的高阻燃性轻质隔音材料是本领域人员需要解决的技术难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种密度较低、可满足轻量化需求、阻燃性能好、生产成本低、且隔音性能优异的高阻燃性轻质PVC基隔音材料，还相应提供一种该高阻燃性轻质PVC基隔音材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种高阻燃性轻质PVC基隔音材料，所述高阻燃性轻质PVC基隔音材料包含多层叠加复合结构，所述多层叠加复合结构是指由 PVC隔音层与PVC发泡层经交替叠合而成的多层结构。

上述技术方案中，该多层结构在保持隔音材料良好的隔音性能的同时，发泡层的存在降低了材料的整体质量，而且发泡层能够在燃烧过程中生成多孔炭层，该多孔炭层相比普通PVC层形成的炭层具有更好的隔热隔氧的作用，因此能有效提高隔音材料的阻燃性能。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述多层叠加复合结构中包含的PVC隔音层与PVC发泡层的层数之和为2ⁿ⁺¹层，1≤n≤8；优选2≤n≤5(即所述PVC隔音层与PVC发泡层的层数之和最优选为8层、16层、32层和64层)。层数对本发明高阻燃性轻质PVC基隔音材料的性能具有重要影响，因为不同密度的层状周期性结构能够提高层间的声阻抗比，从而提高层状界面对声波的有效反射。但当层数过多时，层状材料的性能又将下降并趋向于普通共混材料的性能。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述PVC隔音层与PVC发泡层的单层厚度比为1︰(0.5～5)，更优选1︰(1～2)。当前述厚度比过高时，材料表现出优异的隔音性能，但密度较高；当前述厚度比过低时，材料表现出优异的阻燃性能和较低的密度，但难以达到理想的隔音性能，因此优化二者的厚度比能够使综合性能更为优异。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述PVC隔音层的单层厚度为0.04～0.5mm，更优选0.06～0.25mm；因为发明人经大量试验及创造性劳动后意外地发现，当本发明所述PVC隔音层的单层厚度在上述范围内时会表现最为优异的隔音性能。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述PVC发泡层的单层厚度为0.05～0.5mm，更优选0.12～0.25mm。因为发明人经大量试验及创造性劳动后意外地发现，当本发明所述PVC发泡层的厚度在上述范围内时会表现出最为优异的阻燃性能以及隔音性能。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述PVC隔音层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料 100-200份；

增塑剂 20-80份；

阻燃剂 0-60份；和

钙-锌稳定剂 2-10份。

更优选的，所述PVC隔音层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料 100-150份；

增塑剂 30-40份；

阻燃剂 20-30份；和

钙-锌稳定剂 3-5份。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述PVC发泡层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料 50-200份；

增塑剂 20-80份；

钙-锌稳定剂 2-10份；和

发泡剂 0.1-2份。

更优选的，所述PVC发泡层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料 50-100份；

增塑剂 30-40份；

钙-锌稳定剂 3-5份；和

发泡剂 0.1-1份。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述重质填料选自铁粉、碳酸钙、云母粉、硫酸钡、钛酸钡、氧化铈、氧化镧、钢渣中的至少一种，优选碳酸钙和/或硫酸钡；优选的重质填料在提高高阻燃性轻质PVC基隔音材料面密度的同时，还可提升材料的隔音性能。所述PVC隔音层与PVC发泡层建议选用相同的重质填料。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述增塑剂选自邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二异辛酯、磷酸三甲苯酯、环氧大豆油、环氧脂肪酸丁酯、己二酸二辛酯中的至少一种；优选邻苯二甲酸二辛酯、环氧大豆油或环氧脂肪酸丁酯。优选的增塑剂其作用在于更好地改善高阻燃性轻质PVC基隔音材料的加工性能，提高其填充重质填料的能力。所述PVC隔音层与PVC发泡层建议选用相同的增塑剂。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述阻燃剂选自次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺氰尿酸盐、红磷、微胶囊包覆红磷、季戊四醇、聚磷酸铵、氢氧化铝、氢氧化镁、硼酸锌、碳纳米管和蒙脱土，优选次磷酸铝、氢氧化铝或聚磷酸铵。

上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料中，优选的，所述发泡剂为偶氮二甲酰胺。优选的发泡剂的作用在于使PVC发泡层形成微孔结构，从而降低PVC基隔音材料的整体密度，而且发泡层能够在燃烧过程中生成具有良好阻隔性能的多孔炭层，能有效提高隔音材料的阻燃 性能。

本发明的上述技术方案提供了一种高阻燃性轻质PVC基隔音材料，其利用微纳多层技术将PVC隔音层和PVC发泡层交替复合，在保持隔音材料良好的隔音性能的同时，PVC发泡层的存在降低了材料的整体质量，而且PVC发泡层能够在燃烧过程中生成多孔炭层，该多孔炭层相比普通PVC层形成的炭层具有更好的隔热隔氧的作用，因此能有效提高隔音材料的阻燃性能。

从最终的产品性能效果来看，本发明上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的密度可达1.5～2.0kg/m³，记权平均隔音量不小于23dB，在2000Hz中心频率处的隔音量不小于28dB，氧指数达30～40，垂直燃烧等级达到V-0。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述本发明的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的制备方法，包括以下步骤：采用主要由两台挤出机、分配器、层倍增器和出口模构成的共挤装置；首先制备PVC隔音层物料颗粒和PVC发泡层物料颗粒，然后将两种物料颗粒分别投入上述共挤出装置的两台挤出机中，熔融塑化后，使两股熔体在分配器中叠合，经n个层倍增器的切割和叠合后，从出口模流出，其中出口模温度设置为发泡剂的发泡温度，发泡层出模后发泡，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，得到2⁽ⁿ⁺¹⁾层由PVC隔音层和PVC发泡层交替叠合的高阻燃性轻质PVC基隔音材料。优选的，我们可以通过控制两台挤出机的转速比来调整PVC隔音层和PVC发泡层的单层厚度比。如果PVC隔音层物料的挤出机转速过快，则在高阻燃性轻质PVC基隔音材料中的PVC隔音层厚度更厚，材料的隔音性能更佳，但阻燃性能却会有所下降，且密度有所升高。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明所提供的高阻燃性轻质PVC基隔音材料在具备良好隔音性能的同时密度较低，可满足轻量化技术发展需求；

(2)本发明所提供的高阻燃性轻质PVC基隔音材料还具有较高的阻燃性能；

(3)本发明提供的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的所有原料均来源广泛，价格便宜，不仅有利于推广应用，还有利于降低生产成本；

(4)本发明所提供的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的生产制备工艺成熟，易于控制，且操作简单、成本低；可以通过控制两台挤出机的转速比和层倍增器的个数来调整PVC隔音层和PVC发泡层的厚度比以及层数，从而有效控制隔音材料的阻燃性能、隔音性能以及密度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实 施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高阻燃性轻质PVC基隔音材料多层叠加复合结构的结构示意图，其中X表示PVC隔音层，Y表示PVC发泡层，中间省略了部分重复交替叠加的结构。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

实施例1：

一种如图1所示本发明的高阻燃性轻质PVC基隔音材料，包含多层叠加复合结构，多层叠加复合结构是指由PVC隔音层(由图1中的X表示)与PVC发泡层(由图1中的Y表示)经交替叠合而成的多层结构。该多层叠加复合结构中包含的PVC隔音层与PVC发泡层的层数之和为2³⁺¹层(即16层)。PVC隔音层与PVC发泡层的单层厚度比为1︰1.5。PVC隔音层的单层厚度为0.1mm，PVC发泡层的单层厚度为0.15mm。

本实施例上述的PVC隔音层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料硫酸钡 150份；

增塑剂邻苯二甲酸二辛酯 40份；

阻燃剂聚磷酸铵 30份；和

钙-锌稳定剂 3份。

本实施例上述的PVC发泡层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料碳酸钙 100份；

增塑剂环氧大豆油 30份；

钙-锌稳定剂 4份；和

发泡剂偶氮二甲酰胺 0.2份。

本实施例上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的制备方法具体包括以下步骤：

(1)将100份PVC树脂、150份硫酸钡、40份邻苯二甲酸二辛脂、30份聚磷酸铵、3份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC隔音层物料颗粒；

(2)将100份PVC树脂、100份碳酸钙、30份环氧大豆油、4份钙-锌稳定剂、0.2份偶氮二甲酰胺经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC发泡层物料颗粒；

(3)将上述两种物料分别投入一微层共挤出装置(微层共挤出装置主要由两台挤出机、分配器、层倍增器和出口模构成)的两台挤出机中，调节聚合物基隔音层和聚合物基阻燃层两台挤出机的转速比为1∶1，挤出机各段温度设置为160℃-180℃，熔融塑化后，使两股熔体在分配器中叠合，经3个层倍增器的切割和叠合后，从出口模流出，分配器、层倍增器温度设置为170℃，出口模的温度均设置为190℃，PVC发泡层物料颗粒熔体出模后发泡，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，得到16层的由PVC隔音层和PVC发泡层交替叠合的高阻燃性轻质PVC基隔音材料A，其部分性能表征结果详见表1。

实施例2：

一种如图1所示本发明的高阻燃性轻质PVC基隔音材料，包含多层叠加复合结构，多层叠加复合结构是指由PVC隔音层与PVC发泡层经交替叠合而成的多层结构。该多层叠加复合结构中包含的PVC隔音层与PVC发泡层的层数之和为2⁴⁺¹层(即32层)。PVC隔音层与PVC发泡层的单层厚度比为1.5︰1。PVC隔音层的单层厚度为0.075mm，PVC发泡层的单层厚度为0.05mm。

本实施例上述的PVC隔音层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料碳酸钙 200份；

增塑剂环氧脂肪酸丁酯 50份；

阻燃剂二乙基次磷酸铝 20份；和

钙-锌稳定剂 4份。

本实施例上述的PVC发泡层主要由以下质量份数的原料混合制备而成：

PVC树脂 100份；

重质填料云母粉 80份；

增塑剂环氧脂肪酸丁酯 30份；

钙-锌稳定剂 4份；和

发泡剂偶氮二甲酰胺 0.3份。

本实施例上述的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的制备方法具体包括以下步骤：

(1)将100份PVC树脂、200份碳酸钙、50份环氧脂肪酸丁酯、20份二乙基次磷酸铝、 4份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC隔音层物料颗粒；

(2)将100份PVC树脂、80份云母粉、30份己二酸二辛脂、4份钙-锌稳定剂、0.3份偶氮二甲酰胺经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC发泡层物料颗粒；

(3)将上述两种物料分别投入一微层共挤出装置(微层共挤出装置主要由两台挤出机、分配器、层倍增器和出口模构成)的两台挤出机中，调节聚合物基隔音层和聚合物基阻燃层两台挤出机的转速比为2∶1，挤出机各段温度设置为160℃-180℃，熔融塑化后，使两股熔体在分配器中叠合，经4个层倍增器的切割和叠合后，从出口模流出，分配器、层倍增器温度设置为170℃，出口模的温度均设置为195℃，PVC发泡层物料颗粒熔体出模后发泡，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，得到32层的由PVC隔音层和PVC发泡层交替叠合的高阻燃性轻质PVC基隔音材料B，其部分性能表征结果详见表1。

对比例1：

将实施例1中所得高阻燃性轻质PVC基隔音材料A于170℃经捏合机捏合10分钟，得到层状结构被破坏的普通共混复合材料C，并在170℃、10MPa的条件下模压成片状对比样，其性能表征结果详见表1。

对比例2：

(1)将100份PVC树脂、150份硫酸钡、40份邻苯二甲酸二辛脂、30份聚磷酸铵、3份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC隔音层物料颗粒；

(2)将100份PVC树脂、100份碳酸钙、30份环氧大豆油、4份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC发泡层物料颗粒；

(3)将上述两种物料分别投入微层共挤出装置的两台挤出机中，调节聚合物基隔音层和聚合物基阻燃层两台挤出机的转速比为1∶1，挤出机各段温度设置为160℃-180℃，熔融塑化后，使两股熔体在分配器中叠合，经3个层倍增器的切割和叠合后，从出口模流出，分配器、层倍增器、出口模的温度均设置为170℃，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，得到16层的两种不同密度PVC层交替叠合的PVC基隔音材料D，其部分性能表征结果详见表1。

对比例1和2用于与实施例1对比，在本对比例所制备的隔音材料D与高阻燃性轻质PVC基隔音材料A的区别在于D没有发泡层，由两种不同密度的普通PVC层交替叠合而成。隔音材料D的两种PVC层单层厚度比为1∶1。

对比例3：

将实施例2中所得高阻燃性轻质PVC基隔音材料B于180℃经密炼机混炼10分钟，得到层状结构被破坏的普通共混复合材料E，并在170℃、10MPa的条件下模压成片状对比样，其性能表征结果详见表1。

对比例4：

(1)将100份PVC树脂、200份碳酸钙、50份环氧脂肪酸丁酯、20份二乙基次磷酸铝、4份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC隔音层物料颗粒；

(2)将100份PVC树脂、80份云母粉、30份环氧脂肪酸丁酯、4份钙-锌稳定剂经双螺杆挤出机熔融共混制得PVC发泡层物料颗粒；

(3)将上述两种物料分别投入微层共挤出装置的两台挤出机中，调节聚合物基隔音层和聚合物基阻燃层两台挤出机的转速比为2∶1，挤出机各段温度设置为160℃-180℃，熔融塑化后，使两股熔体在分配器中叠合，经4个层倍增器的切割和叠合后，从出口模流出，分配器、层倍增器、出口模的温度均设置为170℃，再经过三辊压延机的压制和牵引机的牵引，得到32层的由两种不同密度的PVC层交替叠合的隔音材料F，其部分性能表征结果详见表1。

在本实施例所制备的隔音材料F与高阻燃性轻质PVC基隔音材料B的区别在于F没有发泡层，由两种不同密度的普通PVC层交替叠合而成。隔音材料D的两种PVC层单层厚度比为2∶1。

表1：本发明实施例和对比例的性能参数对比

由上表1可见，本发明实施例的高阻燃性轻质PVC基隔音材料的密度可达1.5～2.0kg/m³，记权平均隔音量不小于27dB，在2000Hz中心频率处的隔音量不小于30dB，氧指数达30～40，垂直燃烧等级达到V-0。

从实施例1～2与对比例1～4的数据对比可以发现，在阻燃性能方面，实施例1～2中的密度均要小于对比例1～4的密度，而且阻燃性能均要大大优于对比例，因此本发明制备的多层材料表现出了更加优异的阻燃性能且更能满足“轻量化”需求；最为惊喜的是多层材料的隔音性能相比对比例也有了大幅提升。这说明我们成功制备了一种阻燃性能好、质量轻以及隔音性能更好的高阻燃性轻质隔音材料。