低频微穿孔吸声复合材料及其制造方法与流程

本发明涉及低频吸声材料及其制备领域，特别涉及低频微穿孔吸声复合材料及其制造方法。

背景技术：

采用合适的吸声结构，能够获得较好的低频吸声效果，弥补某些吸声材料在低频时吸声性能的不足。目前常用的吸声材料结构有薄板共振吸声结构、穿孔板共振吸声结构、薄膜震动型、微穿孔板吸声结构和空间吸体。穿孔板吸声结构具有良好的中高频吸声性能。但是，单个共振器的频率选择性很强，存在吸声频带窄的技术问题。薄膜震动型吸声结构具有优良的中频吸声特性，但是通常与其它材料附着在一起；且需要挂在声能流密度大的位置(例如靠近声源处、反射有聚焦的地方)；存在空间吸体制作复杂、生产制造成本高、使用范围小等技术问题。另外，还有将吸声材料设计成各种各样的几何形状，如球体、圆锥体、圆柱体、六面体、四面体等等，这样虽扩大了吸声的有效面积面可以获得较好的吸声效果；但是，制作工艺较复杂，且会受到使用空间的限制，不能被广泛使用。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单、吸声性能好、生产制造成本低、使用范围广的低频微穿孔吸声复合材料及其制造方法。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

低频微穿孔吸声复合材料，包括三元乙丙橡胶和沸石粉，所述三元乙丙橡胶与沸石粉的质量比为80～100:10～30；且所述复合材料上设置有微孔。

进一步地，所述复合材料厚度为1mm～3mm；密度为9.9g/cm³～15.9g/cm³；孔隙率为0.5％～2.5％；微孔孔径范围为0.5mm～1mm。

低频微穿孔吸声复合材料的制备方法，包括以下顺序步骤：

第一步混炼

a)将双辊筒炼机上的辊筒温度保持在室温；

b)在辊筒间加入80～100份的三元乙丙橡胶；

c)再向三元乙丙橡胶中添加10～30份的木棉纤维，将三元乙丙橡胶和木棉纤维进行混炼，使木棉纤维与三元乙丙橡胶混合均匀；

d)所述混炼的时间为10～30分钟，加热温度为150～170℃条件；

e)混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下，然后剪碎制成混炼碎粒；

第二步热压成型

1)将混炼碎粒均匀地铺在模具中，模具上下都用钢板夹住，并在钢板和模具之间用一层PE粘膜；

2)将装有碎料的模具和钢板移入平板硫化机，在5MPa～15MPa的压力，150℃～170℃条件下，加压1～3分钟；

3)取下钢板，脱模，

4)在常温下放置冷却，或放置在冷水中加速冷却；

第三步微穿孔

使用刺针对制成的橡胶基复合材料进行微穿孔，所述刺针的孔径范围为0.25mm～1mm，穿孔率为0.5～2.5％。

采用上述技术方案，由于使用了三元乙丙橡胶、沸石粉组成的复合材料，以及在复合材料上设置微孔等技术特征。使得本发明的低频微穿孔吸声复合材料具有结构简单，吸声性能好，使用范围广等性能优势。同时采用混炼、热压成型、微穿孔等生产制造方法。使得本发明具有生产制造工艺简单，成本低等优点。本发明的低频微穿孔吸声复合材料既能提高中高频的吸声性能，又能提高低频吸声性能。在125Hz～1000Hz的平均吸声系数达到0.28以上，最大吸声系数达到0.68；本发明制备得到的复合材料轻薄，厚度达到1mm～3mm，制备方法操作简单，具有较好的潜在经济效益，适合工业化生产。

附图说明

图1为本发明低频微穿孔吸声复合材料与三元乙丙橡胶的吸声频率与吸声系数对比示意图；

其中：

(0#)为3mm三元乙丙橡胶；

(1#)为孔径为0.75mm，孔径率为0.5％，1mm厚的沸石粉和三元乙丙橡胶组成的低频微穿孔吸声复合材料；

(2#)为孔径为0.5mm，孔径率为0.5％，1mm厚的沸石粉和三元乙丙橡胶组成的低频微穿孔吸声复合材料；

(3#)为孔径为0.5mm，孔径率为2.5％，1mm厚沸石粉和三元乙丙橡胶组成的低频微穿孔吸声复合材料。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的原理：本发明利用材料微孔中空气的粘滞性和孔壁与空气间的热传导作用,使声能衰减。此外,气泡(或空腔)还可将其周围介质的体积压缩形变转变为剪切形变,增加了材料的内耗,也有助于提高材料的吸声性能。通过对复合材料进行微穿孔处理，改善复合材料中孔径和孔隙率，实现材料在中高频具有良好的吸声性能，同时在低频也具有较好的吸声效果。

三元乙丙橡胶(EPDM)是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。其特性是具有优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。由于三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性；且在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重，它能吸收大量的填料而对性能影响较小。

沸石是火山熔岩形成的一种架状结构的铝硅酸盐矿物，沸石粉由沸石研磨而成，由铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸非常小(通常为0.3～2nm)的孔道和空腔体系，并具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当。沸石具有独特的吸附性、催化性、离子交换性等性能优势。但是，目前沸石粉应用局限于鱼类饲料添加剂、水质改良剂等。

本发明以三元乙丙橡胶为基体，充分利用了三元乙丙橡胶优越的耐氧化、抗臭氧和抗侵蚀的能力。三元乙丙橡胶属于聚烯烃家族，它具有极好的硫化特性；且在所有橡胶当中，EPDM具有最低的比重，它能吸收大量的填料而影响特性不大。沸石粉由铝氧四面体通过氧桥键相连而形成分子尺寸大小(通常为0.3nm～2nm)的孔道和空腔体系具有均匀的微孔，其孔径与一般分子大小相当。根据多孔吸声机理，孔隙率适当增大有助于吸声性能提高，而且孔径越小，吸声性能越好。因此，制备以三元乙丙橡胶为基体加入沸石粉，制成复合材料，再对复合材料进行微穿孔处理形成低频微穿孔吸声复合材料能有效解决现有技术中吸声材料吸声性能差、使用范围小、结构复杂、生产制造成本高等系列问题。

实施例一

按质量比，取100份EPDM、10份沸石粉按照如下步骤制备吸声复合材料：

第一步混炼：

(1)将双辊筒炼机上的辊筒温度保持在室温；

(2)在辊筒间加入100份的三元乙丙橡胶；

(3)再向橡胶中添加10份的沸石粉，将三元乙丙橡胶和沸石粉进行混炼，由于两辊筒表面转速的差异，用切刀做人工辅助性的混合，使均匀混合；

(4)总的混炼时间为20分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，然后剪碎制成混炼碎粒，以备热压成形之用。

第二步热压成型：

(1)将混炼碎料均匀地铺在模具中，模具上下都用钢板夹住，且在钢板和模具之间用一层PE粘膜；

(2)将装有碎料的模具和钢板移入平板硫化机，在10MPa的压力，160℃条件下，加压3分钟；

(3)取下钢板，脱模；

(4)在常温下放置冷却，也可以放置冷水中加速冷却。

第三步微穿孔

对制成的橡胶基复合材料进行微穿孔，孔径为0.75mm，孔径率为0.5％，厚度为1mm，复合材料密度为9.9g/cm3。最后成型的复合材料的其吸声效果如附图1中的1#所示。

实施例二

按质量比，取100份EPDM、10份沸石粉，制备吸声材料的步骤与实施例1相同。其工艺与实施例1不相同之处在于橡胶基复合材料的微穿孔孔径为0.5mm，孔径率为0.5％，厚度为1mm，复合材料密度为9.9g/cm3。最后成型的复合材料的其吸声效果如附图1中的2#所示。

实施例三

按质量比，取100份EPDM、10份沸石粉，制备吸声材料的步骤与实施例1相同。工艺与实施例1不相同之处在于橡胶基复合材料的微穿孔孔径为0.5mm，孔径率为2.5％，厚度为1mm，复合材料密度为9.9g/cm3。最后成型的复合材料的其吸声效果如附图1中的3#所示。

对比实施例

将三元乙丙橡胶经过混炼、热压成型、冷却，获得厚度为3mm未加沸石粉、未穿孔的材料。最后成型的材料的吸声效果如附图1中的0#所示。

由对比分析可知，在厚度相同时，沸石粉和三元乙丙橡胶组成的微穿孔复合材料和三元乙丙橡胶相比，具有更好的吸声性能。具体地，孔径为0.5mm，孔径率为0.5％，厚度为1mm的沸石粉和三元乙丙橡胶组成的复合材料比孔径为0.75mm，孔径率为0.5％，厚度为1mm的沸石粉和三元乙丙橡胶组成的复合材料吸声性能好；孔径为0.5mm，孔径率为2.5％，厚度为1mm的沸石粉和三元乙丙橡胶组成的复合材料吸声性能稍差，但是与三元乙丙橡胶比较吸声性能也有所提高。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。